[发明专利]一种基于微/纳尺度热流逸效应和宏观涡流冷热效应的气体分离系统

摘要

本发明公开了一种基于微/纳尺度热流逸效应和宏观涡流冷热效应的气体分离系统，该系统由流量调节阀、涡流管、热流逸式气体分离设备、气体收集箱、第一压力调节阀、气体混合箱、第二压力调节阀等组成。本发明的优点：1.本发明提供的气体分离系统与现有技术相比：1)无需“液体吸收剂再生”系统，也无需“固体吸附剂再生”系统，能耗低、系统流程简单，可以连续运行。2)可以通过调整运行工况获得多种气体产品，成本低、启动快、易于操作和调节。

主权项

一种基于微/纳尺度热流逸效应和宏观涡流冷热效应的气体分离系统，是将涡流效应产生的冷热气流分别去冷却和加热热流逸式气体分离设备的冷腔和热腔，该系统由流量调节阀(1)、涡流管(3)、热流逸式气体分离设备(6)、第一压力表(7)、第一温度表(8)、第一压力调节阀(11)、气体收集箱(12)、气体混合箱(14)、第二压力调节阀(18)、第二压力表(21)、第二温度表(22)组成，1.1各部件的结构或作用：1)所述涡流管(3)由涡流管喷嘴(2)、涡流室(33)、分离孔板(34)、涡流管冷管(25)、涡流管热管(4)组成，未被分离的压缩混合气体在涡流管喷嘴(2)内增速，然后在涡流室(33)内分成温度不等的两股气流，低温气体流入涡流管冷管(25)，高温气体流入涡流管热管(4)；2)所述热流逸式气体分离设备(6)是以微/纳尺度热流逸效应为工作原理的气体分离设备，所述热流逸式气体分离设备(6)为夹层结构，由热通道(26)、冷通道(29)、微通道组(30)、热腔(27)、冷腔(28)、保温层(31)、导热层(32)组成；所述微通道组(30)是发生热流逸效应部分，它的单个微通道的特征尺寸应与被分离气体的分子平均自由程相当或者更小；所述分子平均自由程由被分离气体的种类和运行工况决定；所述热通道(26)和所述冷通道(29)由所述保温层(31)包裹着；所述热通道(26)与所述热腔(27)、所述冷通道(29)与所述冷腔(28)分别由导热层(32)分隔开，所述热通道(26)与冷通道(29)在导热层(32)外，所述热腔(27)、所述微通道组(30)和所述冷腔(28)在导热层(32)内；高温气体通过热通道入口(5)进入热通道(26)并通过导热层(32)加热热腔(27)，低温气体通过冷通道入口(20)进入冷通道(29)并通过导热层(32)冷却冷腔(28)，从而使冷腔(28)与热腔(27)之间形成温度差，在温度差的驱使下冷腔(28)内被分离的气体经过微通道组(30)进入热腔(27)，然后再由热腔出口(9)经过第一压力调节阀(11)进入气体收集箱(12)，进而实现气体的分离；3)所述气体混合箱(14)的作用是将由气体混合箱第一入口(13)进入的气体、由气体混合箱第二入口(15)进入的气体和由气体混合箱第三入口(16)进入的气体进行混合，并且使混合气体的压力在其内稳定；4)所述第一压力调节阀(11)的作用是对热腔(27)的压力进行调节，使被分离的气体在微通道组(30)内能达到发生热流逸效应的压力条件；5)所述第二压力调节阀(18)的作用是对冷腔(28)的压力进行调节，使被分离的气体在微通道组(30)内能达到发生热流逸效应的压力条件；6)所述流量调节阀(1)的作用是调节进入涡流管(3)的气体流量，从而控制经过热通道入口(5)进入热通道(26)的高温气体流量和经过冷通道入口(20)进入冷通道(29)的低温气体流量，最终实现冷腔(28)内和热腔(27)内温度的调节；7)所述第一压力表(7)的作用是对热腔(27)内的压力进行实时监控，以便运行过程中压力的控制；8)所述第二压力表(21)的作用是对冷腔(28)内的压力进行实时监控，以便运行过程中压力的控制；9)所述第一温度表(8)的作用是对热腔(27)内的温度进行实时监控，以便运行过程中温度的控制；10)所述第二温度表(22)的作用是对冷腔(28)内的温度进行实时监控，以便运行过程中温度的控制；1.2各部件的连接关系：所述流量调节阀(1)与所述涡流管的涡流管喷嘴(2)相连；所述涡流管热管(4)与所述热通道入口(5)相连；所述热通道出口(10)与所述气体混合箱的第一入口(13)相连；所述涡流管冷管(25)与所述冷通道入口(20)相连；所述冷通道出口(24)与所述气体混合箱的第二入口(15)相连；所述气体混合箱出口(17)与所述第二压力调节阀(18)的入口相连；所述第二压力调节阀(18)的出口与所述冷腔入口(19)相连；所述冷腔出口(23)与所述气体混合箱的第三入口(16)相连；所述热腔出口(9)与所述第一压力调节阀(11)的入口相连；所述第一压力调节阀(11)的出口与所述气体收集箱(12)相连；所述第一压力表(7)和第一温度表(8)安装在所述热腔(27)上，所述第二压力表(21)和第二温度表(22)安装在所述冷腔(28)上。