本發(fā)明涉及氣體分離技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱流逸式氣體分離系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國現(xiàn)今面臨著巨大的能源與環(huán)境壓力，其中工業(yè)部門耗能比例最大且是最大的污染排放源，尤其集中于電力、石油天然氣、化工、輕工、建材和冶金等行業(yè)。這些行業(yè)的生產(chǎn)過程往往伴隨大量余(廢)熱及廢氣排放，若將它們回收利用，可有效提高能源、資源利用率，既有利于節(jié)約資源，也為我國節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供有力支撐。

工業(yè)余(廢)熱的回收利于技術(shù)經(jīng)過多年研究已較為成熟，已有很多成功應(yīng)用的案例。廢氣的回收利用則相對(duì)復(fù)雜，因?yàn)楣I(yè)廢氣通常都是多組分混合氣體，這些組分既包含有毒有害物質(zhì)，也有稀有物質(zhì)，故需要對(duì)不同性質(zhì)的組分進(jìn)行分離以便分類和綜合利用。目前常見的整合到工藝流程中的廢氣處理方法有氣體吸收法、氣體吸附法、氣體膜分離法等。氣體吸收法由于其在吸收率、吸收速度、廢氣處理量以及污染物濃度等方面的優(yōu)勢(shì)而被廣泛用于工業(yè)的廢氣處理，但基于此方法的分離設(shè)備體積龐大，液體吸收劑的選擇受限，吸收劑存在“再生”過程，且分離過程中會(huì)產(chǎn)生部分副產(chǎn)品。氣體吸附分離法在分離流程，操作程序以及運(yùn)行成本等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，但基于此方法的分離過程不能連續(xù)運(yùn)行，吸附劑也存在“再生”過程，使其能耗較高。氣體膜分離法在設(shè)備制造，操作程序以及響應(yīng)速度等方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但膜組件成本高，且膜組件對(duì)氣體具有選擇透過性，膜組件與氣體產(chǎn)品一一對(duì)應(yīng)，不易調(diào)節(jié)，生產(chǎn)能力比較低。

此外，現(xiàn)有的余(廢)熱回收系統(tǒng)與氣體分離系統(tǒng)是相互獨(dú)立的，這說明氣體分離系統(tǒng)需要額外的能量驅(qū)動(dòng)，若能利用工業(yè)過程中產(chǎn)生的余(廢)熱作為動(dòng)力來分離處理各種生產(chǎn)過程中排放的廢氣，并且實(shí)現(xiàn)不同組分分離的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，就可將余(廢)熱回收系統(tǒng)和氣體分離系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，在提高能源利用率同時(shí)又可有效處理廢氣避免環(huán)境污染，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。

公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種熱流逸式氣體分離系統(tǒng)，從而克服現(xiàn)有的余(廢)熱回收系統(tǒng)與氣體分離系統(tǒng)相互獨(dú)立，且部分現(xiàn)有氣體分離技術(shù)需要直接使用過多高品位能源的缺點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種熱流逸式氣體分離系統(tǒng)，其中，包括：分離裝置，其包括至少一個(gè)分離單元組，每個(gè)所述分離單元組包括：至少一個(gè)分離單元，該分離單元包括殼體、冷腔、熱腔、微通道組、低溫通道以及高溫通道，所述殼體的內(nèi)腔被所述微通道組分隔成所述冷腔和所述熱腔，所述微通道組中每個(gè)微通道的特征尺寸不大于在所述冷腔內(nèi)的混合氣體中需要被分離到所述熱腔內(nèi)的氣體組分的分子平均自由程；所述冷腔設(shè)置有一冷腔進(jìn)氣口和一冷腔排氣口，所述熱腔設(shè)置有一熱腔排氣口；所述低溫通道設(shè)置于所述殼體的壁體內(nèi)且與所述冷腔對(duì)應(yīng)；所述高溫通道設(shè)置于所述殼體的壁體內(nèi)且與所述熱腔對(duì)應(yīng)；冷腔進(jìn)氣管，每個(gè)所述分離單元的所述冷腔進(jìn)氣口均與該冷腔進(jìn)氣管連接；冷腔排氣管，每個(gè)所述分離單元的所述冷腔排氣口均與該冷腔排氣管連接；以及熱腔排氣管，每個(gè)所述分離單元的所述熱腔排氣口均與該熱腔排氣管連接；當(dāng)所述分離裝置包括至少兩個(gè)所述分離單元組時(shí)，所有的所述分離單元組依序串聯(lián)起來，前一個(gè)所述分離單元組的所述熱腔排氣管與后一個(gè)所述分離單元組的所述冷腔進(jìn)氣管連接；以及換熱介質(zhì)輸送裝置，其用于把低溫介質(zhì)輸送給每個(gè)所述分離單元的所述低溫通道，并把高溫介質(zhì)輸送給每個(gè)所述分離單元的所述高溫通道。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，每個(gè)所述分離單元中，所述冷腔和所述熱腔左右平行分布，所述低溫通道包括兩個(gè)分別位于所述冷腔的頂壁和底壁的通道，且所述高溫通道包括兩個(gè)分別位于所述熱腔的頂壁和底壁的通道。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，每個(gè)所述分離單元中的所述高溫通道與所述低溫通道之間通過保溫隔層進(jìn)行分隔。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述冷腔中錯(cuò)落地設(shè)置有若干個(gè)夾設(shè)于其頂壁和底壁之間的冷腔內(nèi)換熱板，若干個(gè)所述冷腔內(nèi)換熱板把所述冷腔分隔成若干個(gè)首尾依序相連接的腔室；每個(gè)所述冷腔內(nèi)換熱板設(shè)置有若干個(gè)冷流通孔，所述冷流通孔的上下兩端分別與所述低溫通道的兩個(gè)通道連通；所述熱腔中錯(cuò)落地設(shè)置有若干個(gè)夾設(shè)于其頂壁和底壁之間的熱腔內(nèi)換熱板，若干個(gè)所述熱腔內(nèi)換熱板把所述熱腔分隔成若干個(gè)首尾依序相連接的腔室；每個(gè)所述熱腔內(nèi)換熱板設(shè)置有若干個(gè)熱流通孔，所述熱流通孔的上下兩端分別與所述高溫通道的兩個(gè)通道連通。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述低溫介質(zhì)為低溫冷凍水，所述高溫介質(zhì)為高溫水，所述換熱介質(zhì)輸送裝置為一水流輸送裝置。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述水流輸送裝置與所述分離裝置之間通過一個(gè)制冷子系統(tǒng)進(jìn)行連接，所述制冷子系統(tǒng)包括：噴射器；冷凝器，其制冷工質(zhì)進(jìn)口與所述噴射器的出口連接；第一流量調(diào)節(jié)裝置，其與所述冷凝器的制冷工質(zhì)出口連接；節(jié)流裝置，其進(jìn)口與所述第一流量調(diào)節(jié)裝置連接；蒸發(fā)器，其設(shè)置有冷凍水進(jìn)口、冷凍水出口、制冷工質(zhì)進(jìn)口和制冷工質(zhì)出口，該蒸發(fā)器的制冷工質(zhì)進(jìn)口與所述節(jié)流裝置的出口連接，該蒸發(fā)器的制冷工質(zhì)的出口與所述噴射器的引射流體進(jìn)口連接；冷凍水總管，其與所述蒸發(fā)器的冷凍水出口連接，所述水流輸送裝置把被所述分離裝置或其他用冷場(chǎng)合使用后溫度升高的冷凍水從所述蒸發(fā)器的冷凍水進(jìn)口輸送到所述蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行降溫，降溫后得到的低溫冷凍水從該冷凍水總管排出，從該冷凍水總管排出的低溫冷凍水再通過管道輸送給每個(gè)所述分離單元的所述低溫通道；換熱器，其制冷工質(zhì)通道的入口與所述第一流量調(diào)節(jié)裝置連接，且該換熱器的制冷工質(zhì)通道的出口與所述噴射器的工作流體進(jìn)口連接；第一高溫水進(jìn)管，其與所述換熱器的熱流通道的入口連接；以及高溫水總管，其與所述換熱器的熱流通道的出口連接，所述水流輸送裝置把高溫水從所述第一高溫水進(jìn)管輸送到所述換熱器的熱流通道進(jìn)行換熱后從該高溫水總管排出，從該高溫水總管排出的高溫水再通過管道輸送給每個(gè)所述分離單元的所述高溫通道。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述換熱器的制冷工質(zhì)通道的入口通過一循環(huán)泵與所述第一流量調(diào)節(jié)裝置連接。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述冷凍水總管通過一第二流量調(diào)節(jié)裝置與所述蒸發(fā)器的冷凍水出口連接，且所述第二流量調(diào)節(jié)裝置還與一冷凍水支管進(jìn)行連接；經(jīng)過所述蒸發(fā)器降溫后得到的低溫冷凍水一部分通過所述冷凍水總管輸送給每個(gè)所述分離單元的所述低溫通道，剩余部分通過所述冷凍水支管輸送至其他需要冷量的場(chǎng)合使用。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述換熱器的熱流通道的出口通過一第三流量調(diào)節(jié)裝置與所述高溫水總管連接，所述第三流量調(diào)節(jié)裝置還與一第二高溫水進(jìn)管連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明通過余(廢)熱產(chǎn)生的高溫介質(zhì)來加熱分離單元的熱腔，并通過低溫介質(zhì)冷卻分離單元的冷腔，在熱腔與冷腔之間形成并維持一定的溫差，使得微通道組產(chǎn)生熱流逸效應(yīng)，從而使在冷腔中的待分離混合氣體中的分子平均自由程大于微通道組中微通道的特征尺寸的氣體組分通過微通道組進(jìn)入到熱腔中，以實(shí)現(xiàn)氣體分離。本發(fā)明能夠把氣體分離與余(廢)利用集成一體，其可直接利用其它工藝流程產(chǎn)生的余(廢)熱作為動(dòng)力來源之一，從而節(jié)約能源，且其便于工藝結(jié)合和操作。

2.本發(fā)明對(duì)氣體進(jìn)行分離完全不需要吸收劑與吸附劑，避免了部分現(xiàn)有氣體吸收分離法和吸附分離法使用有毒性或非環(huán)保的吸收劑和吸附劑的缺點(diǎn)。

3、本發(fā)明的制冷子系統(tǒng)利用余(廢)熱作為動(dòng)力源之一，得到的低溫冷凍水小部分用于冷卻分離單元的冷腔，剩余部分則為其他用冷場(chǎng)合提供冷量，被分離單元和其他用冷場(chǎng)合使用后溫度升高的冷凍水回流到制冷子系統(tǒng)中進(jìn)行降溫，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，以能夠進(jìn)一步節(jié)約能源。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明熱流逸式氣體分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的每個(gè)分離單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的每個(gè)分離單元組內(nèi)的所有分離單元之間的低溫通道與高溫通道串聯(lián)起來的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的每個(gè)分離單元組內(nèi)只有一個(gè)分離單元時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的每個(gè)分離單元組內(nèi)有多個(gè)分離單元時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的冷腔和熱腔內(nèi)分別設(shè)置有冷腔內(nèi)換熱板和熱腔內(nèi)換熱板的結(jié)構(gòu)示意圖。

主要附圖標(biāo)記說明：

1-分離裝置，2-分離單元組，3-冷腔進(jìn)氣管，4-冷腔排氣管，5-熱腔排氣管，6-噴射器，7-冷凝器，8-第一流量調(diào)節(jié)裝置，9-節(jié)流裝置，10-蒸發(fā)器，11-冷凍水總管，12-換熱器，13-循環(huán)泵，14-第一高溫水進(jìn)管，15-高溫水總管，16-第二流量調(diào)節(jié)裝置，17-冷凍水支管，18-第三流量調(diào)節(jié)裝置，19-第二高溫水進(jìn)管，20-冷凍水進(jìn)管，21-分離單元，22-冷腔，23-熱腔，24-微通道組，25-低溫通道，26-高溫通道，27-保溫隔層，28-冷腔內(nèi)換熱板，29-熱腔內(nèi)換熱板，30-冷腔進(jìn)氣口，31-冷腔排氣口，32-熱腔排氣口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

除非另有其它明確表示，否則在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。

圖1至圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的一種熱流逸式氣體分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該熱流逸式氣體分離系統(tǒng)包括分離裝置1以及換熱介質(zhì)輸送裝置，參考圖1，分離裝置1包括至少一個(gè)分離單元組2，每個(gè)分離單元組2包括至少一個(gè)分離單元21、冷腔進(jìn)氣管3、冷腔排氣管4以及熱腔排氣管5。參考圖2，每個(gè)分離單元21包括殼體、冷腔22、熱腔23、微通道組24、低溫通道25以及高溫通道26，殼體的內(nèi)腔被微通道組24分隔成一冷腔22和一熱腔23，冷腔22和熱腔23通過微通道組24連通，微通道組24中每個(gè)微通道的特征尺寸不大于在冷腔22內(nèi)的混合氣體中需要被分離到熱腔23內(nèi)的氣體組分的分子平均自由程。參考圖5，冷腔22設(shè)置有一冷腔進(jìn)氣口30和一冷腔排氣口31，熱腔23設(shè)置有一熱腔排氣口32。低溫通道25設(shè)置于殼體的壁體內(nèi)且與冷腔22對(duì)應(yīng)，低溫通道25內(nèi)流動(dòng)低溫介質(zhì)便可對(duì)冷腔22內(nèi)的氣體進(jìn)行冷卻，高溫通道26設(shè)置于殼體的壁體內(nèi)且與熱腔23對(duì)應(yīng)，高溫通道26內(nèi)流動(dòng)高溫介質(zhì)便可對(duì)熱腔23內(nèi)的氣體進(jìn)行加熱，以使冷腔22和熱腔23之間產(chǎn)生并維持一定的溫差。由于冷腔22被低溫介質(zhì)冷卻，熱腔23被高溫介質(zhì)加熱，故在微通道組24的冷腔端和熱腔端形成溫度差，引發(fā)熱流逸效應(yīng)，分子平均自由程與單個(gè)微通道特征尺寸相當(dāng)或更大的氣體組分會(huì)從分離單元21的冷腔22通過微通道組24流向熱腔23，從而實(shí)現(xiàn)氣體分離。當(dāng)待分離混合氣體從冷腔進(jìn)氣口30進(jìn)入冷腔22時(shí)，由于需要被分離出來的氣體組分的分子平均自由程不小于微通道的特征尺寸，在熱流逸效應(yīng)的作用下，需要被分離出來的氣體組分相比混合氣體中的其他氣體組分可以更多地通過微通道組24進(jìn)入到熱腔23中，然后再從熱腔排氣口32向外排出或進(jìn)入下一個(gè)分離單元21進(jìn)行分離。而冷腔22內(nèi)待分離氣體中的其他分子平均自由程遠(yuǎn)小于微通道的特征尺寸的氣體組分只有較少部分能通過微通道組24，絕大部分還是通過冷腔排氣口31向外排出，從而通過分離單元21可以使氣體產(chǎn)生分離。

參考圖5，每個(gè)分離單元組2中，每個(gè)分離單元21的冷腔進(jìn)氣口30均與冷腔進(jìn)氣管3連接，每個(gè)分離單元21的冷腔排氣口31均與冷腔排氣管4連接，每個(gè)分離單元21的熱腔排氣口32均與熱腔排氣管5連接。從而當(dāng)每個(gè)分離單元組2中有至少兩個(gè)分離單元21時(shí)，所有的分離單元21并聯(lián)起來。在每個(gè)分離單元組2中，冷腔進(jìn)氣管3把待分離混合氣體同時(shí)輸送給所有的分離單元21的冷腔22，所有的分離單元21的熱腔23排出的分離出來的氣體組分同時(shí)匯入熱腔排氣管5后向外集中排出，且所有的分離單元21的冷腔22排出的氣體匯入到冷腔排氣管4后向外集中排出。每個(gè)分離單元組2中的分離單元21的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要處理的氣體流量來確定，分離單元21的數(shù)量越多，便越能滿足大流量分離的需求。

繼續(xù)參考圖2，本發(fā)明優(yōu)選地，在每個(gè)分離單元21中，殼體呈中空的長(zhǎng)方體狀，微通道組24位于殼體的內(nèi)腔的中間，冷腔22和熱腔23左右平行分布，低溫通道25包括兩個(gè)分別位于冷腔22的頂壁和底壁的通道，以在冷腔22的上下壁同時(shí)流動(dòng)低溫介質(zhì)，且高溫通道26包括兩個(gè)分別位于熱腔23的頂壁和底壁的通道，以在熱腔23的上下壁同時(shí)流動(dòng)高溫介質(zhì)，從而對(duì)冷腔22進(jìn)行冷卻和對(duì)熱腔23進(jìn)行加熱。低溫通道25的上下通道分別與高溫通道26的上下通道平行，則可以在每個(gè)分離單元21中的高溫通道26與低溫通道25之間通過保溫隔層27進(jìn)行分隔，以盡可能減少兩者之間的相互換熱。進(jìn)一步優(yōu)選地，參考圖2和圖6，冷腔22中錯(cuò)落地設(shè)置有若干個(gè)夾設(shè)于其頂壁和底壁之間的冷腔內(nèi)換熱板28，冷腔內(nèi)換熱板28與微通道組24平行，若干個(gè)冷腔內(nèi)換熱板28把冷腔22從遠(yuǎn)離微通道組24的一側(cè)向靠近微通道組24的一側(cè)分隔成若干個(gè)首尾依序相連接的腔室，從而在冷腔22內(nèi)形成呈S形狀的氣流通道。冷腔內(nèi)換熱板28設(shè)置有若干個(gè)冷流通孔，冷流通孔的上下兩端分別與低溫通道25的上下兩個(gè)通道連通。和冷腔22類似，熱腔23中錯(cuò)落地設(shè)置有若干個(gè)夾設(shè)于其頂壁和底壁之間的熱腔內(nèi)換熱板29，熱腔內(nèi)換熱板29與微通道組24平行，若干個(gè)熱腔內(nèi)換熱板29把熱腔23從遠(yuǎn)離微通道組24的一側(cè)向靠近微通道組24的一側(cè)分隔成若干個(gè)首尾依序相連接的腔室，從而在熱腔23內(nèi)也形成呈S形狀的氣流通道。熱腔內(nèi)換熱板29設(shè)置有若干個(gè)熱流通孔，熱流通孔的上下兩端分別與高溫通道26的上下兩個(gè)通道連通。冷腔內(nèi)換熱板28用于增加低溫介質(zhì)在冷腔22中流動(dòng)的路程及面積，待分離混合氣體流入冷腔22中時(shí)需要繞過各個(gè)冷腔內(nèi)換熱板28，并與之換熱，從而提高對(duì)待分離混合氣體的冷卻效率。熱腔內(nèi)換熱板29用于增加高溫介質(zhì)在熱腔23中流動(dòng)的路程和面積，被分離到熱腔23內(nèi)的氣體組分在熱腔23中需要繞過各個(gè)熱腔內(nèi)換熱板29，并與之換熱，從而提高對(duì)分離出來的氣體組分的加熱效率。在冷腔內(nèi)換熱板28和熱腔內(nèi)換熱板29的共同作用下，有助于增強(qiáng)并維持熱流逸效應(yīng)，保證氣體分離的效果。

當(dāng)分離裝置1的分離單元組2的數(shù)量為一個(gè)時(shí)，其只能根據(jù)分離單元組2內(nèi)的分離單元21的微通道組24的微通道的特征尺寸把待分離混合氣體分成兩部分，氣體分子平均自自程大于微通道組24的微通道的特征尺寸的氣體組分更多地從熱腔排氣管5向外排出，而小于微通道組24的微通道的特征尺寸的氣體組分則更多地從冷腔排氣管4向外排出。當(dāng)分離單元組2為一個(gè)，且其組內(nèi)的分離單元21也為一個(gè)時(shí)，則整個(gè)分離裝置1只由一個(gè)分離單元21對(duì)待分離混合氣體進(jìn)行分離。當(dāng)分離單元組2為一個(gè)，且其組內(nèi)的分離單元21為多個(gè)時(shí)，則整個(gè)分離裝置1是由多個(gè)并聯(lián)在一起的分離單元21對(duì)待分離混合氣體進(jìn)行同一程度的分離，以滿足大流量分離的需求。

繼續(xù)參考圖5，當(dāng)分離裝置1中包括的分離單元組2的數(shù)量為兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)，所有的分離單元組2依序串聯(lián)在一起，前一個(gè)分離單元組2的熱腔排氣管5與后一個(gè)分離單元組2的冷腔進(jìn)氣管3進(jìn)行連接。當(dāng)所有的分離單元組2的分離單元21的微通道組24的微通道的特征尺寸均相同時(shí)，則通過多個(gè)分離單元組2串聯(lián)起來后能夠?qū)Ψ蛛x出來的目標(biāo)氣體進(jìn)行提純。而當(dāng)所有的分離單元組的分離單元21的微通道組24的微通道的特征尺寸逐級(jí)增大時(shí)，則可以通過每級(jí)分離單元組2的冷腔排氣管4排出含有較高濃度的一種目標(biāo)氣體的混合氣體，從而對(duì)待分離氣體進(jìn)行分級(jí)分離，以把含有多種氣體組分的待分離氣體中的每種氣體組分根據(jù)分子平均自由程由小到大逐級(jí)分離出來。每一級(jí)的分離單元21的微通道的特征尺寸大于從冷腔22分離出去的目標(biāo)氣體組分的分子平均自由程，但小于流向熱腔23的其他氣體組分的分子平均自由程。在實(shí)際運(yùn)行中，還可通過改變運(yùn)行工況(壓力、溫度)來控制待分離混合氣體分子平均自由程的大小，以擴(kuò)大分離裝置1的應(yīng)用范圍。

參考圖4，當(dāng)分離裝置1中包括多個(gè)分離單元組2，且每個(gè)分離單元組2只有一個(gè)分離單元21時(shí)，整個(gè)分離裝置1由多個(gè)分離單元21依序串聯(lián)在一起后對(duì)待分離混合氣體進(jìn)行分離。繼續(xù)參考圖5，當(dāng)分離裝置1中包括多個(gè)分離單元組2，且每個(gè)分離單元組2包括多個(gè)分離單元21時(shí)，整個(gè)分離裝置1由多個(gè)分離單元21通過串并聯(lián)的關(guān)系組合后構(gòu)成，每個(gè)分離單元組2內(nèi)的分離單元21并聯(lián)后作為整體串聯(lián)模式中的一個(gè)組合級(jí)，多個(gè)分離單元組2便可以實(shí)現(xiàn)多組合級(jí)之間的串聯(lián)，從而既滿足大流量分離的需求，又能對(duì)待分離混合氣體進(jìn)行逐級(jí)分離或?qū)δ繕?biāo)氣體進(jìn)行提純。

本發(fā)明的分離裝置1可以根據(jù)分離單元組2的數(shù)量和每個(gè)分離單元組2內(nèi)的分離單元21的數(shù)量不同而形成不同的組合形式，從而滿足不同的使用需求。分離裝置1中可以是只有一個(gè)分離單元21，也可以是有多個(gè)分離單元21并聯(lián)或串聯(lián)在一起，還可以是含有多個(gè)分離單元21通過串并聯(lián)的關(guān)系連接在一起。在實(shí)際使用過程中，為了擴(kuò)展應(yīng)用范圍，還可以把多個(gè)不同形式的分離裝置1整體作為一個(gè)組合級(jí)來根據(jù)需要連接在一起，從而對(duì)待分離混合氣體通過某種特定的方式進(jìn)行分離。例如，分離裝置1內(nèi)的多個(gè)分離單元21是串聯(lián)在一起的形式，把多個(gè)這種分離裝置1并聯(lián)起來使用，便可以看作是若干個(gè)分離單元21串聯(lián)起來后作為一個(gè)整體再并聯(lián)起來。

換熱介質(zhì)輸送裝置用于把低溫介質(zhì)輸送給每個(gè)分離單元21的低溫通道25，并把高溫介質(zhì)輸送給每個(gè)分離單元21的高溫通道26。換熱介質(zhì)輸送裝置的具體結(jié)構(gòu)為常規(guī)技術(shù)。低溫介質(zhì)可以為低溫氣體或液體，其可以由常規(guī)的制冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻或其他途徑所得，也可以由本發(fā)明的制冷子系統(tǒng)進(jìn)行冷卻所得。高溫介質(zhì)可以為高溫氣體或液體，其通過常規(guī)技術(shù)利用余(廢)熱進(jìn)行加熱所得。而本發(fā)明優(yōu)選的是，低溫介質(zhì)為低溫冷凍水，高溫介質(zhì)為高溫水，換熱介質(zhì)輸送裝置為一水流輸送裝置，水流輸送裝置的具體結(jié)構(gòu)采用常規(guī)技術(shù)。

繼續(xù)參考圖1，進(jìn)一步優(yōu)選地，水流輸送裝置與分離裝置1之間通過一個(gè)制冷子系統(tǒng)進(jìn)行連接，制冷子系統(tǒng)包括噴射器6、冷凝器7、第一流量調(diào)節(jié)裝置8、節(jié)流裝置9、蒸發(fā)器10、冷凍水總管11，換熱器12、第一高溫水進(jìn)管14以及高溫水總管15，噴射器6具有引射流體進(jìn)口、工作流體進(jìn)口以及混合出口，冷凝器7具有制冷工質(zhì)進(jìn)口和制冷工質(zhì)出口，冷凝器7的制冷工質(zhì)進(jìn)口與噴射器6的混合出口連接，第一流量調(diào)節(jié)裝置8與冷凝器7的制冷工質(zhì)出口連接。冷凝器7散熱為常規(guī)技術(shù)。節(jié)流裝置9的進(jìn)口與第一流量調(diào)節(jié)裝置8連接。蒸發(fā)器10設(shè)置有冷凍水進(jìn)口、冷凍水出口、制冷工質(zhì)進(jìn)口和制冷工質(zhì)出口，蒸發(fā)器10的制冷工質(zhì)進(jìn)口與節(jié)流裝置9的出口連接，蒸發(fā)器10的制冷工質(zhì)的出口與噴射器6的引射流體進(jìn)口連接。冷凍水總管11與蒸發(fā)器10的冷凍水出口連接，蒸發(fā)器10的冷凍水進(jìn)口與一冷凍水進(jìn)管20連接，水流輸送裝置把被分離裝置1或其他用冷場(chǎng)合使用后溫度升高的冷凍水經(jīng)冷凍水進(jìn)管20從蒸發(fā)器10的冷凍水進(jìn)口輸送到蒸發(fā)器10內(nèi)進(jìn)行降溫，降溫后得到的低溫冷凍水從冷凍水總管11排出，從冷凍水總管11排出的低溫冷凍水再通過管道輸送給每個(gè)分離單元21的低溫通道25。換熱器12的制冷工質(zhì)通道的入口與第一流量調(diào)節(jié)裝置連8接，且換熱器12的制冷工質(zhì)通道的出口與噴射器6的工作流體進(jìn)口連接。優(yōu)選地，換熱器12的制冷工質(zhì)通道的入口通過一循環(huán)泵13與第一流量調(diào)節(jié)裝置8連接，循環(huán)泵13用于提升制冷子系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)入換熱器12的制冷工質(zhì)的壓力。第一高溫水進(jìn)管14與換熱器12的熱流通道的入口連接，高溫水總管15與換熱器12的熱流通道的出口連接，水流輸送裝置把利用余(廢)熱產(chǎn)生的高溫水從第一高溫水進(jìn)管14輸送到換熱器12的熱流通道進(jìn)行換熱后，從高溫水總管15排出，從高溫水總管15排出的高溫水再通過管道輸送給每個(gè)分離單元21的高溫通道26。

制冷子系統(tǒng)的工作過程為：利用余(廢)熱產(chǎn)生的高溫水從第一高溫水進(jìn)管14輸送到換熱器12的熱流通道，被分離裝置1或其他用冷場(chǎng)合使用后溫度升高的冷凍水從冷凍水進(jìn)管20回流到蒸發(fā)器10。噴射器6流出的高溫氣態(tài)制冷工質(zhì)進(jìn)入冷凝器7放熱液化，液態(tài)制冷工質(zhì)從冷凝器7流出后經(jīng)第二流量調(diào)節(jié)裝置8分為兩支，一支進(jìn)入換熱器12的制冷工質(zhì)通道，經(jīng)過換熱器12時(shí)，液態(tài)制冷工質(zhì)吸收換熱器12的熱流通道內(nèi)的高溫水的熱量后進(jìn)入噴射器6作為工作流體，另一支經(jīng)節(jié)流裝置9進(jìn)入蒸發(fā)器10中，低溫液態(tài)制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器10內(nèi)吸收回流冷凍水的熱量后氣化，氣態(tài)制冷工質(zhì)再作為引射流體進(jìn)入噴射器6中，從而完成制冷循環(huán)。回流冷凍水由冷凍水進(jìn)口進(jìn)入蒸發(fā)器10放熱降溫，最后從冷凍水總管11輸送給分離裝置1內(nèi)的各個(gè)分離單元21的低溫通道25，以對(duì)冷腔22進(jìn)行冷卻。高溫水從換熱器12的熱流通道出來后，由高溫水總管15輸送給分離裝置1內(nèi)的各個(gè)分離單元21的高溫通道26，以對(duì)熱腔23進(jìn)行加熱。

繼續(xù)參考圖1，優(yōu)選地，冷凍水總管11通過一第二流量調(diào)節(jié)裝置16與蒸發(fā)器10的冷凍水出口連接，且第二流量調(diào)節(jié)裝置16還與一冷凍水支管17進(jìn)行連接。經(jīng)過蒸發(fā)器10降溫后得到的低溫冷凍水一部分通過冷凍水總管11輸送給每個(gè)分離單元21的低溫通道25，其余部分通過冷凍水支管17輸送至其他需要冷量的場(chǎng)合使用。低溫冷凍水被分離單元和其他場(chǎng)合使用后，可以重新輸送回蒸發(fā)器10進(jìn)行降溫，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

繼續(xù)參考圖1，優(yōu)選地，換熱器12的熱流通道的出口通過一第三流量調(diào)節(jié)裝置18與高溫水總管15連接，第三流量調(diào)節(jié)裝置18還與一第二高溫水進(jìn)管19連接。以當(dāng)從換熱器12出來的高溫水不能滿足對(duì)分離裝置1內(nèi)的各個(gè)分離單元21的熱腔23進(jìn)行加熱的需求時(shí)，由第三流量調(diào)節(jié)裝置18控制第二高溫水進(jìn)管19同時(shí)向分離裝置1供給高溫水，以提高進(jìn)入分離裝置1中的高溫水的流量，最后流經(jīng)分離裝置1的高溫水可再通過分離裝置1的高溫水出口流出，流出的高溫水再由對(duì)應(yīng)的裝置進(jìn)行回收處理，或進(jìn)行循環(huán)利用。

參考圖3，當(dāng)分離裝置1中設(shè)置有多個(gè)分離單元組2，且每個(gè)分離單元組2內(nèi)設(shè)置有多個(gè)分離單元21時(shí)，可以使每個(gè)分離單元組2內(nèi)所有分離單元21的低溫通道25和高溫通道26依序串聯(lián)起來，前一個(gè)分離單元21的低溫通道25與后一個(gè)分離單元21的低溫通道25連通，前一個(gè)分離單元21的高溫通道26與后一個(gè)分離單元21的高溫通道26連通。冷凍水總管11通過流量調(diào)節(jié)裝置把低溫冷凍水分配給各個(gè)分離單元組2內(nèi)的第一個(gè)分離單元21的低溫通道25，高溫水總管15也通過流量調(diào)節(jié)裝置把高溫水分配給各個(gè)分離單元組2內(nèi)的第一個(gè)分離單元21的高溫通道26，冷凍水和高溫水由每組最后一個(gè)分離單元21的低溫通道25和高溫通道26向外排出，從而在方便輸送冷凍水和高溫水的同時(shí)又保證冷卻和加熱的效率。

本發(fā)明通過利用余(廢)熱產(chǎn)生的高溫水來升高分離單元21的熱腔23的溫度，并通過制冷子系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凍水對(duì)分離單元21的冷腔22進(jìn)行冷卻，使熱腔23與冷腔22形成并維持一定的溫差，導(dǎo)致微通道組24產(chǎn)生熱流逸效應(yīng)，從而使在冷腔22中的待分離混合氣體中的分子平均自由程大于微通道組24中的微通道的特征尺寸的氣體組分通過微通道組24的微通道進(jìn)入到熱腔23中，以實(shí)現(xiàn)氣體分離。本發(fā)明能夠把氣體分離與余(廢)熱利用集成一體，其可直接利用其它工藝流程產(chǎn)生的余(廢)熱作為動(dòng)力源之一，從而節(jié)約能源，其便于工藝結(jié)合和操作。且本發(fā)明對(duì)氣體進(jìn)行分離完全不需要吸收劑與吸附劑，避免了現(xiàn)有氣體吸收分離法和吸附分離法使用有毒性或不環(huán)保的吸收劑和吸附劑的缺點(diǎn)。本發(fā)明的制冷子系統(tǒng)的制冷工質(zhì)在循環(huán)的過程中，流入蒸發(fā)器10內(nèi)的回流冷凍水通過制冷工質(zhì)來進(jìn)行降溫，而經(jīng)過換熱器12的冷流通道的制冷工質(zhì)由余(廢)熱產(chǎn)生的高溫水來進(jìn)行加熱，從而使制冷子系統(tǒng)利用工業(yè)余(廢)熱來驅(qū)動(dòng)，制取的低溫冷凍水一小部分用于冷卻分離單元21的冷腔22，其余部分則為其他用冷場(chǎng)合提供冷量，其能夠進(jìn)一步節(jié)約能源。

前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。