通过热扩散进行废气处理

背景技术

二氧化碳(CO

车辆污染物排放的控制通常通过设计更清洁的车辆燃烧燃料来实现。例如，去除车用燃料中的铅并降低硫水平，以降低污染物排放。减少排放污染物的其他尝试包括使用移动碳捕获策略，这些策略使用多孔固体吸附剂来吸附和捕获排放气体中的碳。

已经提出了使用不同技术进行气体分离，这些技术例如为热扩散、质量扩散、低温分离、变压/变温吸收/吸附。例如，研究了先前使用热扩散的方法，以使用微腔级联结构来确定两个板之间的热扩散的影响。然而，这种方法仅考虑用于两种二元气体、CO

发明内容

提供该概述是为了介绍一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。该概述不旨在识别要求保护的主题的关键或基本特征，也不旨在用作限制要求保护的主题的范围的辅助。

在一方面，本文公开的实施例涉及一种包括内燃机(combustion engine，或称为燃烧发动机)以及经由烟道管线流体连接到内燃机的热扩散单元的系统。热扩散单元可以包括以平行配置组装的多个板，其中板包括加热板对，加热板对具有延伸在加热板之间的加热流体间隙；以及冷却板对，冷却板对具有延伸在冷却板对之间的冷却流体间隙。扩散片可位于加热板对和冷却板对之间，其中扩散片在第一侧与一个加热板接合并且在相对侧与一个冷却板接合。扩散片可以包括以重复图案布置的多个互连的热扩散单元格(cell)，其中热扩散单元格由多个共用壁限定；流体连接相邻的热扩散单元格的至少一个加热通道；以及流体连接相邻的热扩散单元格的至少一个冷却通道。

在另一方面，本文公开的实施例涉及一种包括内燃机以及经由烟道管线流体连接到内燃机的热扩散单元的系统。热扩散单元可以包括加热壁；冷却壁；限定在加热壁和冷却壁之间的多个热扩散单元格；通过第一组热扩散单元格形成并流体连接第一组热扩散单元格的多个加热通道，其中加热通道与加热壁相邻；以及通过第二组热扩散单元格形成并流体连接第二组热扩散单元格的多个冷却通道，其中冷却通道与冷却壁相邻。第一组中的至少一个热扩散单元格可以与第二组中的至少一个热扩散单元格相同，并且第一组中的至少一个热扩散单元格可以与第二组中的至少一个热扩散单元格分离，使得流经第一组热扩散单元格的加热流体与流经第二组热扩散单元格的冷却流体分离。

在又一方面，本文公开的实施例涉及一种减少燃烧废气中的碳的方法，其包括将燃烧废气热扩散成富碳气体和贫碳气体。热扩散燃烧废气可以包括加热热扩散单元中与扩散片的第一侧接合的加热板，冷却与扩散片的相对侧接合的冷却板，以及引导燃烧废气通过扩散片，其中扩散片具有多个热扩散单元格，多个热扩散单元格经由邻近接合的加热板形成的多个加热通道和经由邻近接合的冷却板形成的多个冷却通道流体连接，其中燃烧废气的富碳气体或贫碳气体中的一种流经加热通道，并且富碳气体或贫碳气体中的另一种流经冷却通道。可以将富碳气体从扩散片的出口引导通过第一流线(flowline)，以及可以将贫碳气体从扩散片的出口引导通过第二流线。

要求保护的主题的其他方面和优点将从以下描述和所附权利要求中显而易见。

附图说明

图1示出了根据本公开实施例的用于从燃烧过程的废气流中同时去除污染物气体的系统。

图2A示出了根据本公开实施例的三入口流热扩散单元的侧视图。

图2B示出了根据本公开实施例的热扩散单元的等轴视图。

图3示出了根据本公开实施例的热扩散放大级联结构。

图4示出了根据本公开实施例的热扩散结构的示意图。

图5示出了根据本公开实施例的热扩散结构的示意图。

图6示出了根据本公开实施例的方法。

具体实施方式

本文公开的实施例通常可以涉及使用热扩散分离多种废气组分。热扩散是指在温度梯度的影响下发生的流体混合物(例如气体或液体)中组分的相对运动或扩散。本文公开的系统和方法可以利用热扩散的概念来分离内燃机废气中的多种组分(例如，两种或更多种组分)，以减少碳排放或其他污染物释放到环境中。例如，在一些实施例中，废气分离过程可以包括使用热扩散单元，该热扩散单元将二氧化碳(CO

根据本公开的实施例，一个或多个热扩散单元可以与一个或多个内燃机一起使用，其中(一个或多个)内燃机产生的废气可以被送至(一个或多个)热扩散单元，以将燃烧废气分离成两种或更多种气体组分。

图1示出了根据本公开实施例的系统100的示例，其包括内燃机110和热扩散单元120。内燃机110的排气口可以经由一个或多个烟道管线130、132流体连接到热扩散单元120的入口。例如，在所示的实施例中，主烟道管线130可以从内燃机110延伸到热扩散单元120，其中可以沿着主烟道管线130设置一个或多个废气处理系统140。旁通烟道管线132可在(一个或多个)废气处理系统140的相对侧流体连接至主烟道管线130，以允许燃烧废气在选择时绕过(一个或多个)废气处理系统140。根据本公开的实施例，可以操作一个或多个阀门以关闭旁通管线132并引导流体通过主烟道管线130和废气处理系统140。在一些实施例中，可以操作一个或多个阀门来关闭废气处理系统140并且引导流体通过旁通烟道管线132。

在一些实施例中，第二旁通管线134可流体连接到废气处理系统140和热扩散单元120之间的主烟道管线130，并且可直接延伸至排气管135。气体可从废气处理系统140经由第二旁通管线134流至排气管135，以完全绕过热扩散单元120。此外，可以控制通过第二旁通管线134的流速，这可以允许控制进入热扩散单元120的气体的流速。例如，如果通过主烟道管线130到热扩散单元120的气流关闭并且第二旁通管线134打开，则离开内燃机110的所有气流都可以通过第二旁通管线134被引导到排气管135。在这种情况下，热扩散单元120可以被完全绕过。如果第二旁通管线134部分关闭并且主烟道管线130部分打开，例如，通过在主烟道管线130和第二旁通管线134的连接处使用可控分流器136或阀门，则一些气体可能经由主烟道管线130流向热扩散单元120，并且一些气体可能流经第二旁通管线134以离开排气管135。以此方式，可以控制通过热扩散单元120的流速。

废气处理系统140可以包括，例如硫氧化物(SO

预处理或未处理的燃烧废气可被引导至热扩散单元120的入口，其中废气可以一定流速被泵送通过热扩散单元120。通过扩散单元120的废气的流速可以基于来自内燃机110的废气输出速率和热扩散单元的尺寸。在一些实施例中，可以沿着烟道管线(例如，130、132)设置泵，以便以选定的流速(例如，取决于泵的类型和泵的速度、所期望的气体组分分离质量、以及热扩散单元的尺寸)将废气泵送通过热扩散单元。

根据本公开的实施例，热扩散单元可以具有一系列热扩散单元格，这些热扩散单元格经由一个或多个加热通道和一个或多个冷却通道互连在一起。如本文所用，热扩散单元格可以指由至少一个壁限定的并且具有通过(一个或多个)壁形成的一个或多个加热通道和一个或多个冷却通道的通常封闭的内部空间。在一些实施例中，多个热扩散单元格可以经由加热通道和冷却通道互连，其中相邻的热扩散单元格可以共用壁的至少一部分。当在热扩散单元格上施加温度梯度时，热扩散单元格内的流体的多种(例如，三种或更多种)组分可以开始集中在温度梯度的不同侧，从而导致流体组分的分离。多个热扩散单元格可以经由加热通道和冷却通道互连在一起，以复合每个单独的热扩散单元格的分离效果，从而使用热扩散单元120产生更大的分离效果。

例如，可在热扩散单元120上施加温度梯度，其中可沿着热扩散单元120的高温侧设置多个热扩散单元格之间的加热通道，并且可沿着热扩散单元120的低温侧设置热扩散单元格之间的冷却通道。当废气流经热扩散单元120时，温度梯度可以将废气中的两种或更多种组分分离，使得每个热扩散单元格中温度升高和降低的区域中废气组分的浓度变得不同。此外，随着废气继续流经热扩散单元，浓度增加的一种或多种加热气体组分可能会流经加热通道，而浓度增加的一种或多种冷却气体组分可能会流经冷却通道。以此方式，从废气中分离出的气体组分可流经热扩散单元中形成的不同通道，并最终聚集成分离气体组分170、172、174的不同流动流。

如本文所用，术语“加热”和“冷却”可用于在温度梯度中分别描述相对较高和较低的温度的区域。例如，可以通过加热热扩散单元的一侧来在热扩散单元上提供温度梯度，而热扩散单元的相对侧可能没有施加外部温度变化。在这样的实施例中，靠近热扩散单元的施加热量的一侧的区域可以被描述为“加热”，而靠近相对侧的区域可被称为“冷却”。在其他实施例中，可以通过冷却热扩散单元的一侧来在热扩散单元上提供温度梯度，而热扩散单元的相对侧可能没有施加外部温度变化。在这样的实施例中，靠近热扩散单元的由外部源冷却的一侧的区域可被描述为“冷却”，而靠近相对侧的区域可被称为“加热”，即使相对侧未被主动加热。在还有其他实施例中，可以通过加热热扩散单元的一侧并冷却热扩散单元的相对侧来在热扩散单元上提供温度梯度。

例如，在图1所示的实施例中，热扩散单元120可具有加热流体150和冷却流体160，该加热流体150被引导通过热扩散单元120以加热其中的热扩散单元格的一侧，该冷却流体160被引导通过热扩散单元120以冷却其中的热扩散单元格的相对侧。加热流体150可从加热流体源155经由加热流体入口152流入热扩散单元120并经由加热流体出口154流出热扩散单元120。加热流体150可在闭合环路中循环(例如，从加热流体源到热扩散单元并返回到加热流体源)。在一些实施例中，可以使用来自内燃机110的热量来加热加热流体源155。例如，加热流体源155和/或至少一部分的加热流体150流动管线可以定位成邻近或靠近内燃机110，使得内燃机110内的燃烧产生的热量可以消散到加热流体源155和/或加热流体流动管线。以此方式，根据本公开实施例的热扩散单元可以使用来自燃烧的自由热量来分离燃烧废气中的组分，并且因此可以提供更节能且更实惠的燃烧废气组分的热分离。

冷却流体160可从冷却流体源165经由冷却流体入口162流入热扩散单元120，并经由冷却流体出口164流出热扩散单元120。冷却流体160可以是，例如，发动机冷却液或可在系统中循环的相对较冷的空气。

根据本公开的实施例，可以使用不同的加热和/或冷却机构将温度梯度施加于热扩散单元。例如，在一些实施例中，可以通过将热扩散单元与热交换器(例如板式热交换器)集成来施加温度梯度。

图2A和2B分别示出了根据本公开实施例的具有板式热交换器配置的热扩散单元200的侧视图和等轴视图。热扩散单元200可以包括多个板210，这些板210以间隔开的平行配置保持在框架202中。加热流体220可流经选定的板对210以提供加热板对212，并且冷却流体230可流经不同的板对210以提供冷却板对214。

在一些实施例中，加热流体220可由加热流体源(例如，图1中的155)提供。根据本公开实施例的系统可以具有流体连接在加热流体源和热扩散单元200之间的加热流体管线，其中加热流体220可以从加热流体源流到加热板对212之间形成的加热流体间隙。在一些实施例中，加热流体管线和/或加热流体源的至少一部分可以定位成与内燃机系统的一部分相邻(例如，靠近内燃机或承载排出的燃烧废气的烟道管线)。在这样的实施例中，可利用燃烧过程中产生的热量来加热加热流体220。这样的实施例可以提高系统的能源效率。

在一些实施例中，冷却流体230可由冷却流体源(例如，图1中的165)提供，其中一个或多个冷却流体管线可将冷却流体源流体连接到热扩散单元200。冷却流体230可从冷却流体源(例如，循环空气或制冷剂源)流到冷却板对214之间形成的冷却流体间隙。

互连的热扩散单元格的片(本文中称为扩散片240)可位于加热板212和冷却板214之间，使得每个扩散片240可在一侧与加热板212接合，而在相对侧与冷却板214接合。以此方式，接合的加热板212和冷却板214可提供在扩散片240的热扩散单元格上的温度梯度。

在图2A所示的实施例中，多个加热板对212和多个冷却板对214可以沿着热扩散单元200的长度204交替定位，其中多个扩散片240交替定位在每组加热和冷却板对之间。在其他实施例中，如图2B所示，热扩散单元200可以由单个加热板对212、单个冷却板对214和位于其间的扩散片240制成。热扩散单元中使用的加热板和冷却板的数量可以取决于，例如，热扩散单元的整体尺寸、板210和(一个或多个)扩散片240的尺寸以及被分离的气体组分的所期望的分离质量。板式热扩散单元200中的每个板210可具有高度205、宽度206和厚度207，其中每个板的厚度207和组装板之间的间距对热扩散单元200的整体长度204有贡献。热扩散单元200中的每个板210可以具有相同的形状和尺寸，或者在一些实施例中，板式热扩散单元200中的至少一个板210可以具有与热扩散单元中的另一个板210不同的形状或尺寸。

此外，热扩散单元200中的每个板210可以由相同的材料制成，或者在一些实施例中，板式热扩散单元200中的至少一个板可以由与另一个板210不同的材料制成。例如，在一些实施例中，加热板212可以由具有比冷却板214更高的热导率的材料形成。根据本公开的实施例，板式热扩散单元200中的板210可以由导热材料(例如，金属，诸如低碳钢、铜、铜镍、不锈钢或钛合金)制成。

加热流体220可以使用单个共用的入口通道222和单个共用的出口通道224流经加热板对212，或者通过到每个加热板对212的各个入口和出口流经加热板对212。例如，如图2A和2B所示，加热流体220可以以初始加热温度(T

同样地，冷却流体230可流入冷却流体入口通道232，该冷却流体入口通道沿着热扩散单元200的长度204延伸通过组装板的第一端201；流经每对冷却板214之间形成的冷却流体间隙236；以及流出延伸通过组装板210的第二端203的冷却流体出口通道234。以此方式，冷却流体出口通道234可经由冷却流体间隙236与冷却流体入口通道232流体连通。当冷却流体230流经冷却流体间隙236时，冷却流体230可冷却冷却板214，从而为相邻扩散片240上的温度梯度提供相对较低的温度。冷却流体230可以初始冷却温度(T

可以在加热板对212和冷却板对214之间形成的间隙226、236内的选定位置设置垫圈(未示出)，以密封通道222、224、232、234的入口，或允许流体流入间隙226、236。

例如，可以在冷却板对214之间设置密封垫圈，其中密封垫圈可以围绕通过冷却板214形成的加热流体入口通道的整个周边(circumference)延伸。以此方式，流经加热流体入口通道222的加热流体220在穿过冷却板214时可被限制到由密封垫圈密封的体积内。换句话说，加热流体220可以流经加热流体入口通道222并流经冷却板214，而不会沿着冷却流体间隙236流动。类似地，可以在加热板对212之间设置密封垫圈，其中密封垫圈可以围绕通过加热板212形成的冷却流体入口通道232的整个周边延伸。以此方式，流经冷却流体入口通道232的冷却流体230在穿过加热板212时可被限制到由密封垫圈密封的体积内。还可在冷却板对214之间的加热流体出口通道224周围设置密封垫圈，以防止加热流体220进入冷却流体间隙236，并在加热板对212之间的冷却流体出口通道234周围设置密封垫圈，以防止冷却流体230进入加热流体间隙226。

根据通过板对之间的间隙引导的流体的类型，可以在板对之间设置开口垫圈(open gasket)。例如，可以在加热板对212之间在加热流体入口通道222和出口通道224周围设置开口垫圈，其中开口垫圈可以密封加热流体220以防止其逸出热扩散单元，同时还允许加热流体220从加热流体入口通道222流经加热流体间隙226并进入加热流体出口通道224。同样地，可以在冷却板对214之间在冷却流体入口通道232和出口通道234周围设置开口垫圈，其中开口垫圈可以密封冷却流体230以防止其逸出热扩散单元，同时还允许冷却流体230从冷却流体入口通道232流过加热流体间隙236并进入加热流体出口通道234。

根据本公开的实施例，加热流体间隙226和冷却流体间隙236可沿着板对之间的大部分表面积(例如，沿着高度205的大部分和/或沿着宽度206的大部分)延伸。通过使加热流体220或冷却流体230流过板的大部分表面积，可以更有效地加热(利用加热流体220)或冷却(利用冷却流体230)板210。

如上所述，扩散片240可位于加热板对212和冷却板对214之间，使得扩散片240在第一侧与一个加热板212接合，并在相对侧与一个冷却板214接合。扩散片240可以由多个热扩散单元格制成，多个热扩散单元格经由至少一个加热通道和至少一个冷却通道互连。燃烧废气245可被引导(例如，经由导管)到扩散片240的入口端242中，其中气体245可流经热扩散单元格的加热和冷却通道，直到最终离开扩散片240的出口端244。当气体245流经扩散片240时，燃烧废气245的组分可通过近邻的加热板212和冷却板214施加的温度梯度的作用而集中到热扩散单元格的加热或冷却区域。加热区域中的集中组分可能以与流经(一个或多个)冷却通道的冷却区域中的集中组分分离的方式流经(一个或多个)加热通道。

如图2A所示，可使用多个扩散片240来形成热扩散单元200，其中每个扩散片240可位于交替的加热板对212和冷却板对214之间。在这种实施例中，第一扩散片240的出口端244可以流体连接到第二扩散片的入口端242，第二扩散片240的出口端244可以流体连接到第三扩散片240的入口端242，依此类推，直到燃烧废气245的分离组分最终离开热扩散单元200中的最后一个扩散片240的出口端。

从一个扩散片240的出口端244流到后续扩散片的入口端的气体可以流经一个或多个连接导管。在一些实施例中，离开一个扩散片出口244的气体可以通过热扩散片的扩散单元格中的加热通道之间和冷却通道之间的连续连接被引导到后续的扩散片入口242，其中一个扩散片240的出口244和后续扩散片240的入口242可以位于热扩散单元200的同一侧(例如，在第一端201上或在第二端203上)。这种布置可以，例如，通过形成非常长的单个扩散片来设置，该扩散片被折叠多次以适合热扩散单元200的内部，其中折叠部可以具有足够大的曲率半径以防止通过热扩散片的加热通道或冷却通道被阻塞。

根据本公开的实施例，燃烧废气245可流经热扩散单元200中的扩散片240，其中燃烧废气可作为单一气体流进入扩散片240的入口端242，并可作为具有不同气体组分浓度的分离流170、172、174离开扩散片240的出口端244。

图3更详细地示出了根据本公开实施例的使用在多个互连的热扩散单元格310上施加的温度梯度的扩散系统300的示例。热扩散单元格310可以以片配置设置，如图2A和2B所示，以管状配置或其他整体形状设置。热扩散单元格310可以包括多个共用壁340，共用壁340在冷却壁320和加热壁330之间延伸一定高度以限定热扩散单元格310的内部体积。热扩散单元格310还可包括邻近加热壁330形成的至少一个加热通道332和邻近冷却壁320形成的至少一个冷却通道322，其中(一个或多个)加热通道和(一个或多个)冷却通道流体连接相邻的热扩散单元格310。

在所示的实施例中，多个加热通道332可通过第一组热扩散单元格(例如，单元格311、312和313)形成并流体连接第一组热扩散单元格，多个冷却通道322可通过第二组热扩散单元格(例如，单元格312、314和315)形成并流体连接第二组热扩散单元格，其中第一组中的至少一个热扩散单元格可与第二组中的至少一个热扩散单元格(例如，单元格312)相同，并且第一组中的至少一个热扩散单元格可与第二组中的至少一个热扩散单元格(例如，单元格311、313、314和315)分离。具有从一个热扩散单元格引导至两个不同热扩散单元格的多个流路的多个热扩散单元格的设计在本文可称为“级联”设计。

通过使用级联设计，其中加热和冷却通道分别将一种或多种加热组分和一种或多种冷却组分引导至不同的热扩散单元格，流经第一组热扩散单元格的加热流体可以与流经第二组热扩散单元格的冷却流体分离。以此方式，根据本公开实施例的互连热扩散单元格设计可以放大来自各个热扩散单元格的热扩散效果。随着加热和冷却组分的分离继续通过设置在更大的热扩散单元中的热扩散单元格310，分离的气体组分的浓度可能更大，这可以用于，例如，提供整体改进的燃烧废气组分的分离。

各个热扩散单元格310的分离收率可以通过以下分离方程来量化：

其中，Δx

例如，燃烧废气可能含有氮气(N

根据本公开的实施例，热扩散单元格可以以重复图案布置在一起以形成热扩散单元(例如，作为热扩散片，如图2A和2B所示)。

例如，图4示出了由多个共用壁405限定并经由加热通道410和冷却通道420互连的热扩散单元格400的重复图案的示例。热扩散单元格400的重复图案可以包括多行402、403等彼此偏移的热扩散单元格400，使得第一行402中的第一热扩散单元格的加热通道410流体连接第二行403中的第二热扩散单元格，并且第一热扩散单元格的冷却通道420流体连接第二行403中的第三热扩散单元格。在这样的图案中，每个热扩散单元格400可以具有两个流体出口(加热通道410和冷却通道420)，其中每个流体出口流体连接到不同的热扩散单元格400。此外，在所示的实施例中，一些热扩散单元格400可以具有单个流体入口(例如，加热通道、冷却通道、或未分离气体的通道)，而其他热扩散单元格400可以具有两个流体入口(例如，加热通道410和冷却通道420)。

当流体(例如，燃烧废气)流经扩散结构时，施加在热扩散单元格400上的温度梯度可能导致流体的一种或多种组分集中在单元格的相对较热的区域中(例如，靠近加热通道)，并且流体的一种或多种组分集中在单元格的相对较冷的区域中(例如，靠近冷却通道)。例如，相对较轻的气体组分可能集中在单元格的相对较热的区域中，而相对较重的气体组分可能集中在单元格的相对较冷的区域中。加热的集中组分412可流经多个热扩散单元格400的加热通道410，直到最终到达扩散结构的出口端406。当加热的集中组分412流经多个热扩散单元格400时，加热组分的浓度可能会增加。以此方式，来自加热通道410的气体组分的离开浓度可以通过互连的热扩散单元格400的级联结构而增加。同样地，冷却的集中组分422可流经多个热扩散单元格400的冷却通道420，直到最终到达扩散结构的出口端406。当冷却的集中组分422流经多个热扩散单元格400时，冷却组分的浓度可能会增加以提供冷却组分的分离流。

根据本公开的实施例，可在扩散结构的出口端406处连接流体分流器440。流体分流器440可以包括第一流路441和第二流路442，该第一流路441在扩散结构的出口端406处流体连接到热扩散单元格400的加热通道410，该第二流路442在扩散结构的出口端406处流体连接到热扩散单元格400的冷却通道420。流体分流器440还可以包括通向第一流路441的第一出口443和通向第二流路442的第二出口444，由此离开流体分流器440的出口443、444的分离的流体组分可被引导至另一过程或被处理掉。

图5示出了热扩散单元格500的重复图案的另一个示例，这些热扩散单元格500由多个共用壁505限定并且经由加热通道510(在每个单元格500的右侧示出)和冷却通道520(在每个单元格500的左侧示出)互连，其中互连的热扩散单元格500可以形成热扩散单元501。在热扩散单元的入口端，进入的初始燃烧废气550可能包含包括污染物的多种组分。为了便于解释，图5中的示例可以以初始燃烧废气550包括第一组分551、第二组分552和第三组分553来描述。初始燃烧废气550在流经热扩散单元格500之前，可进入热扩散单元的第一行中的每个热扩散单元格500，其具有相同的组分分布(例如，按质量计33％的第一组分551，按质量计33％的第二组分552，按质量计33％的第三组分553)。然而，初始燃烧废气中可能提供其他浓度的组分。

当燃烧废气流经热扩散单元格500时，较重的分子可迁移至每个单元格500的较冷区域，而较轻的分子可迁移至每个单元格500的较热区域。由于加热通道510设置在单元格的较热区域中，而冷却通道520设置在单元格的较冷区域中，因此燃烧废气的较重组分(例如，第一组分551)可流经冷却通道520，而较轻组分(例如，第三组分553)可流经加热通道510。以此方式，当气体流经扩散单元格时，气体组分可开始分离成具有不同浓度的相对较重组分和相对较轻组分的组分流动流。例如，流经加热通道510的组分流动流可能含有多种气体组分，其中较轻气体组分的浓度相对较高，相比之下，流经冷却通道520的组分流动流可能含有多种气体组分，其中相同的较轻气体组分的浓度相对较低。

当气体流向热扩散单元501的出口端503时，组分流动流浓度的相对差异可能会增大。例如，在热扩散单元501的出口处，最轻的气体组分(例如，第三组分553)可能集中在出口的最右侧部分(通过加热通道510)，最重的气体组分(例如，第一组分551)可能集中在出口的最左侧部分(通过冷却通道520)，而中等重量的气体组分(例如，第二组分552)可能集中在出口的中间。

组分流动流可以从热扩散单元501的出口的不同区域收集，其中不同的组分可能集中在不同的组分流动流中。例如，在所示的实施例中，可以从出口的最左侧部分收集具有相对较高浓度的第一组分551的第一组分流动流560，可以从出口的中间部分收集具有相对较高浓度的第二组分552的第二组分流动流570，并且可以从出口的最右侧部分收集具有相对较高浓度的第三组分553的第三组分流动流580。以此方式，不同的气体组分(例如，包括不同的污染物)可以在热扩散单元的出口的不同出口区域处被集中和收集。因此，根据本公开实施例的热扩散单元可以允许从燃烧废气中分离和收集多种不同的组分(包括三种或更多种不同类型的组分)。

此外，在出口503处离开每个热扩散单元格500的不同气体组分的浓度可以是热扩散单元的尺寸和设置的热扩散单元格500的数量的函数。例如，可以基于热扩散单元格的数量并使用上面提供的分离方程(方程1)来计算预测的分离水平(指示来自扩散单元格的给定组分的浓度水平)。此外，可以选择在热扩散单元的出口处收集的收集组分流动流的量和位置，以提供收集组分流动流中不同浓度水平的组分。例如，沿着热扩散单元格的出口行，来自相邻热扩散单元格500的流可以分组为一个、两个或更多个相邻的热扩散单元格500的组，以形成组分流动流。以此方式，可设计热扩散单元(例如，包括互连的热扩散单元格的数量和在出口处收集的组分流动流的数量)，以提供燃烧废气中组分的预选分离水平。

例如，在图5所示的实施例中，第一组分流动流560可以具有按质量计71％的第一组分551的浓度以及按质量计29％的第二组分552的浓度。第二组分流动流570可以具有按质量计30％的第一组分551的浓度、按质量计40％的第二组分552的浓度和按质量计30％的第三组分553的浓度。第三组分流动流580可以具有按质量计29％的第二组分的浓度和按质量计71％的第三组分553的浓度。通过改变热扩散单元501中设置的热扩散单元格500的量，可以改变组分流动流中的浓度水平。可选地或另外地，可以在出口503处以不同的配置对组分流动流进行分段(例如，在出口行处收集来自较少数量或较大数量的相邻热扩散单元格500的组分流动流)以改变组分流动流中的浓度水平。

根据本公开实施例的热扩散结构可用于分离流体(例如燃烧废气)中的组分。例如，本文公开的热扩散结构可用于从燃烧废气中分离污染物组分(例如二氧化碳)。分离的污染物组分然后可被进一步加工或处理掉。

图6示出了根据本公开实施例的使用热扩散单元用于减少从燃烧废气输出的污染物的方法600的示例。

根据本公开实施例的减少燃烧废气中的污染物(例如碳污染物、SO

如步骤620所示，可以通过加热与热扩散结构的第一侧接合的加热板和/或冷却与扩散结构的相对侧接合的冷却板，将温度梯度施加到热扩散结构。

当温度梯度施加在热扩散结构上时，燃烧废气可被引导通过热扩散结构中的多个互连的热扩散单元格，如步骤630所示。热扩散单元格可经由邻近温度梯度的相对较热侧形成的多个加热通道和经由邻近温度梯度的相对较冷侧形成的多个冷却通道进行流体连接。

当气体流经热扩散单元格时，气体中的组分可能会集中在热梯度的不同侧，形成具有增加的污染物浓度的气体和具有降低的污染物浓度的气体。如步骤640所示，具有增加的污染物浓度的气体可以流经加热通道或冷却通道中的一个，而具有降低的污染物浓度的气体可以流经加热通道或冷却通道中的另一个。

分离的气体流可通过扩散结构的出口引导至分开的流线，如步骤650所示。例如，富污染物(例如，碳)气体可通过第一流线从扩散结构的出口引导出去，并且贫污染物气体可通过第二流线从扩散结构的出口引导。

在一些实施例中，一个或多个分离的气体流可被引导至第二热扩散结构(例如，热扩散片)。例如，从第一热扩散结构分离出的贫污染物气体可被引导至第二热扩散结构，以从气体中附加分离污染物。

在一些实施例中，可以调节燃烧废气通过扩散结构的流速，以调节富污染物气体和贫污染物气体的扩散浓度。

一旦富污染物气体从热扩散结构中被分离并输出，富污染物气体就可以被进一步加工或处理掉。例如，可以收集根据本公开实施例的通过热扩散结构分离的富碳气体，以进行压缩和液化，然后可以将其处理掉或用于其他目的，例如零空气合成。

根据本公开实施例，可以使用热扩散结构从燃烧废气中分离出不同类型的污染物，其中当燃烧废气流经热扩散结构时在热扩散结构上施加温度梯度会导致气体中的不同组分沿着温度梯度的不同区域集中。一旦将富污染物气体从燃烧废气中分离出来，富污染物气体就可以处理掉或以其他方式加工，以免释放到环境中。因此，本文公开的方法和过程可用于净化燃烧废气，从而减少在燃烧情况下释放到环境中的污染物的量。

先前使用热扩散的方法仅用于分离两种气体组分，而根据本公开的实施例的热扩散结构可以允许分离两种或更多种(例如，三种、四种等)气体组分。例如，本文公开的热扩散结构可用于从燃烧废气流中分离多种污染物气体(例如，CO

尽管上面仅详细描述了几个示例实施例，但是本领域技术人员将容易理解，在不实质上背离本发明的情况下，可以对示例实施例进行许多修改。因此，所有这样的修改旨在被包括在如所附权利要求所限定的本公开的范围内。