(57)【要約】    本発明は、熱交換器（Ｅ１）であって、複数のプレート（２）であって、長手方向（ｚ）に平行であるとともに、一緒に、少なくとも１つの熱産生流体（Ｃ）と熱を交換することを意図された少なくとも１つの冷媒（Ｆ１）のフローのための通路（１０）の第１シリーズを画定する複数のプレート（２）、２つの隣接するプレート（２）間に画定された第１シリーズの少なくとも１つの通路（１０）であって、冷媒（Ｆ１）を前記通路（１０）の一部分（１００）に導入するように構成された冷媒入口（３１）と冷媒（Ｆ１）を部分（１００）から排出するように構成された冷媒出口（４１）とを含む第１シリーズの少なくとも１つの通路（１０）を含む熱交換器（Ｅ１）に関する。本発明によると、第１シリーズの前記少なくとも１つの通路（１０）は、他の冷媒（Ｆ２）を前記通路（１０）の他の部分（２００）に導入するように構成された少なくとも１つの他の冷媒入口（３２）と他の冷媒（Ｆ２）を他の部分（２００）から排出するように構成された少なくとも１つの他の冷媒出口（４２）とをさらに含み、前記他の入口及び出口（３２、４２）は、前記少なくとも１つの通路（１０）が、長手方向（ｚ）において、少なくとも前記部分（１００）及び前記他の部分（２００）に分割されるように配置される。  【選択図】図３Ａ
2021534362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器（Ｅ１）であって、複数のプレート（２）であって、長手方向（ｚ）に平行であるとともに、一緒に、少なくとも１つの熱産生流体（Ｃ）と熱を交換することを意図された少なくとも１つの冷媒（Ｆ１）のフローのための通路（１０）の第１シリーズを画定する複数のプレート（２）、２つの隣接するプレート（２）間に画定された前記第１シリーズの少なくとも１つの通路（１０）であって、
−  前記冷媒（Ｆ１）を前記通路（１０）の一部分（１００）に導入するように構成された冷媒入口（３１）と前記冷媒（Ｆ１）を前記部分（１００）から排出するように構成された冷媒出口（４１）とを含む前記第１シリーズの少なくとも１つの通路（１０）
を含む熱交換器（Ｅ１）において、
前記第１シリーズの前記少なくとも１つの通路（１０）が、
−  他の冷媒（Ｆ２）を前記通路（１０）の他の部分（２００）に導入するように構成された少なくとも１つの他の冷媒入口（３２）と、前記他の冷媒（Ｆ２）を前記他の部分（２００）から排出するように構成された少なくとも１つの他の冷媒出口（４２）とをさらに含み、
前記他の入口及び出口（３２、４２）が、前記第１シリーズの前記少なくとも１つの通路（１０）が、前記長手方向（ｚ）において、少なくとも前記冷媒（Ｆ１）の前記フローのための前記部分（１００）及び前記他の冷媒（Ｆ２）の前記フローのための前記他の部分（２００）に分割されるように配置されていることを特徴とする、熱交換器（Ｅ１）。
【請求項２】
前記第１シリーズの複数の通路（１０）が各々、冷媒のための少なくとも１つの入口（３１）、１つの出口（４１）、１つの他の入口（３２）及び１つの他の出口（４２）を含み、前記入口（３１）が同じ入口マニホールド（７１）に流体接続されており、前記他の入口（３２）が他の同一の入口マニホールド（７２）に流体接続されており、前記出口（４１）が同一の出口マニホールド（８１）に流体接続されており、前記他の出口（４２）が他の同一の出口マニホールド（８２）に流体接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の交換器。
【請求項３】
前記交換器が、第１端部（１ａ）であって、前記第１端部（１ａ）の近傍において、作動中、温度が前記交換器の最低である第１端部（１ａ）と、第２端部（１ｂ）であって、前記第２端部（１ｂ）近傍において、作動中、温度が前記交換器の最高である第２端部（１ｂ）とを含み、前記第２端部（１ｂ）が前記長手方向（ｚ）において前記第１端部（１ａ）の下流に配置され、前記冷媒（Ｆ１）の前記フローのための前記部分（１００）が前記第１端部（１ａ）と並んで配置され、前記他の冷媒（Ｆ２）の前記フローのための前記他の部分（２００）が前記部分（１００）と前記第２端部（１ｂ）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の交換器。
【請求項４】
前記プレート（２）が少なくとも１つの熱産生流体（Ｃ）の前記フローのための通路（１１）の第２シリーズを一緒に画定し、前記第２シリーズの少なくとも１つの通路（１１）が前記第１シリーズの前記少なくとも１つの通路（１０）に隣接しており、熱産生流体（Ｃ）の流れが前記通路（２０）において循環すると、熱産生流体（Ｃ）の前記流れが前記部分（１００）の少なくとも一部分の近傍で前記冷媒（Ｆ１）と、及び前記他の部分（２００）の少なくとも一部分の近傍で前記他の冷媒（Ｆ２）と熱を交換するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項５】
前記第２シリーズの少なくとも１つの通路（１１）が、前記交換器の前記第２端部（１ｂ）の近傍において、前記少なくとも１つの通路（１１）において前記熱産生流体（Ｃ）を分配するように構成された熱産生流体入口と、前記交換器の前記第１端部（１ａ）の近傍において、前記熱産生流体（Ｃ）を前記少なくとも１つの通路（１１）から排出するように構成された出口とを含むことを特徴とする、請求項４に記載の交換器。
【請求項６】
前記第１シリーズの前記少なくとも１つの通路（１０）が、少なくとも２つの他の入口（３２、３３）であって、それぞれ少なくとも２つの他の冷媒（Ｆ２、Ｆ３）を前記通路（１０）の少なくとも２つの他のそれぞれの部分（２００、３００）に導入するように構成された少なくとも２つの他の入口（３２、３３）と、２つの他の出口（４２、４３）であって、それぞれ前記少なくとも２つの他の冷媒（Ｆ２、Ｆ３）を前記少なくとも２つの他の部分（２００、３００）から排出するように構成された２つの他の出口（４２、４３）とを含み、前記２つの他の入口（３２、３３）及び２つの他の出口（４２、４３）が、前記第１シリーズの前記少なくとも１つの通路（１０）が、前記長手方向（ｚ）において、少なくとも前記部分（１００）に及び前記２つの他の部分（２００、３００）に分割されるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換器（Ｅ１）を実装する熱を交換するための方法であって、前記方法が、以下のステップ、すなわち、
ｉ）熱産生流体（Ｃ）の流れを前記交換器（Ｅ１）の前記プレート（２）の間に画定された通路の第２シリーズの少なくとも１つの通路（１１）に導入するステップ、
ｉｉ）冷媒（Ｆ１）を前記第１シリーズの少なくとも１つの通路（１０）の前記入口（３１）を介して導入するステップ、
ｉｉｉ）ステップｉｉ）において導入された前記冷媒（Ｆ１）を前記通路（１０）の前記出口（４１）を介して排出するステップ、
ｉｖ）少なくとも１つの他の冷媒（Ｆ２）を前記通路（１０）の前記他の入口（３２）を介して導入するステップ、
ｖ）ステップｉｖ）において導入された前記他の冷媒（Ｆ２）を前記通路（１０）の前記他の出口（４１）を介して排出するステップ
を含み、
熱産生流体（Ｃ）の前記流れが少なくとも前記冷媒（Ｆ１）と及び前記他の冷媒（Ｆ２）と熱を交換する方法。
【請求項８】
ステップｉｉｉ）において排出された前記冷媒（Ｆ１）が前記交換器（Ｅ１）を第１温度（Ｔ１）で出て、ステップｉｖ）において導入された前記他の冷媒（Ｆ２）が前記交換器（Ｅ１）に第２温度（Ｔ２）で入り、前記第２温度（Ｔ２）が前記第１温度（Ｔ１）未満であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２温度（Ｔ２）が前記第１温度（Ｔ１）より少なくとも１℃低いことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
熱産生流体（Ｃ）の流れとして、天然ガスなど炭化水素の流れを冷却するための方法であって、前記方法が、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器（Ｅ１）又は請求項６〜８のいずれか一項に記載の熱を交換するための方法を実装し、以下のステップ、すなわち、
ａ）炭化水素（Ｃ）の前記流れを前記熱交換器（Ｅ１）に導入するステップ、
ｂ）第１冷却流れ（３０）を前記熱交換器（Ｅ１）に導入するステップ、
ｃ）前記熱交換器（Ｅ１）から、前記第１冷却流れ（３０）に由来する部分冷却流れ（３０１）及び少なくとも１つの他の部分冷却流れ（３０２）を抽出するステップ、
ｄ）前記部分冷却流れ（３０１）及び前記他の部分冷却流れ（３０２）をそれぞれ前記冷媒（Ｆ１）及び前記他の冷媒（Ｆ２）を生成するために異なる圧力レベルで解放するステップ、
ｅ）前記第１シリーズの少なくとも１つの通路（１０）の前記入口（３１）を介して前記冷媒（Ｆ１）を前記熱交換器（Ｅ１）に再導入するステップ、
ｆ）前記通路（１０）の前記他の入口（３２）を介して前記他の冷媒（Ｆ２）を前記熱交換器（Ｅ１）に再導入するステップ、
ｇ）少なくとも前記冷媒（Ｆ１）及び前記他の冷媒（Ｆ２）と熱を交換することにより炭化水素（Ｃ）の前記流れを冷却するステップ
を含む方法。
【請求項１１】
前記第１冷却流れ（３０）が炭化水素の混合物、例えばエタンとプロパンとを含む混合物であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ステップｄ）において生成された前記冷媒（Ｆ１）が第１圧力（Ｐ１）を有し、ステップｄ）において生成された前記他の冷媒（Ｆ２）が第２圧力（Ｐ２）を有し、前記第２圧力（Ｐ２）が前記第１圧力（Ｐ１）より高いことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの冷媒のフローが熱産生流体と熱を交換することを可能にするために通路のシリーズを含む熱交換器であって、前記冷媒の及び少なくとも１つの他の冷媒のフローを可能にするように構成された少なくとも１つの通路を含む交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
交換器のために現在使用されている技術は、大きい交換面を提供する極めてコンパクトなデバイスを得ることを可能にするアルミニウムろう付けプレートフィン交換器のものである。
【０００３】
これらの交換器は、プレートの積み重なりであって、２つの寸法、すなわち長さ及び幅において延在する、したがって、蒸発通路の積み重なり及び凝縮通路の積み重なりであって、それぞれ、例えば、冷媒を蒸発させるように、及び熱産生ガスを凝縮させるように意図された蒸発通路の積み重なり及び凝縮通路の積み重なりを形成するプレートの積み重なりを含む。流体間での熱の交換は相の変化を伴って又は伴わずに生じ得ることに留意されたい。
【０００４】
流体を交換器に導入するため、及び交換器から排出するために、通路には流体入口及び出口開口が設けられている。交換器の通路のスタッキング方向において上下に配置された入口及び出口は、略半管状形の入口及び出口マニホールドであって、それを通じて流体が分配及び排出される略半管状形の入口及び出口マニホールドでそれぞれ接合される。
【０００５】
違った性質及び／又は違った特徴を有するいくつかの熱産生及び冷媒流体が交換器内を循環し得る。これらの流体は、１つのタイプの流体専用の入口及び出口のセットを介して交換器に導入されるとともに交換器から排出される違った流れ又はフローを形成する。
【０００６】
従来、いくつかの冷媒が交換器内を循環する場合、異なる冷媒のための入口及び出口は、交換器のコールドエンド、すなわち、流体が交換器の全ての温度のうち最低温度で導入される、交換器へ入るポイントから始まり、温度の昇順で、交換器の長さに沿って連続的に配置される。
【０００７】
したがって、ある冷媒の出口温度が他の冷媒の入口温度より高い場合、この他の冷媒は、ある冷媒の出口よりもコールドエンドにより近い位置で交換器の長さに沿って、交換器に入らなければならない。
【０００８】
既知のやり方において、交換器において熱を交換する流体がどのように循環し、設備のエネルギー効率をどのように最大化するのか計画するためにピンチ解析法が使用される。
【０００９】
「ピンチ」という用語は、冷媒すなわち交換器において温まる流体の温度と、熱産生流体すなわち交換器において冷える流体の温度との最も小さい差を指し、これは交換器の所定のポイントでのことである。このピンチポイントを見るために、交換熱−温度ダイアグラムの２つの複合線図間の差が、図３Ｂ（ａ）に示されるとおり、分析され、一方は加熱されるフローに関連し、他方は冷却されるフローに関連する。この最小差が正である限り、理論上、エネルギー消費を減少させる方法がある。
【００１０】
従来、ピンチ解析法に由来する交換ダイアグラムの線図間のピンチポイントを最適化するために、少なくとも２つのタイプの異なる冷媒通路が提供され、ある冷媒の循環専用の１つのタイプの通路及び他方の冷媒循環専用の少なくとも１つの他のタイプの通路である。これらの異なるタイプの通路は交換器の隣接するプレートの同じ対間には形成されない。
【００１１】
これは、交換器の複雑さを増すとともに交換器のサイズを著しく増す。さらに、各タイプの通路はこのとき、流体が循環していないかなりの部分、すなわち熱産生流体との交換に関して非作動ゾーンを有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明のねらいは、特に、よりコンパクトであるとともに熱効率及び機械的強度が改良された熱交換器を提案することにより、前述の問題の全て又は一部を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
したがって、本発明による解決策は、熱交換器であって、複数のプレートであって、長手方向に平行であるとともに、一緒に、少なくとも１つの熱産生流体と熱を交換することを意図された少なくとも１つの冷媒のフローのための通路の第１シリーズを画定する複数のプレート、２つの隣接するプレート間に画定された第１シリーズの少なくとも１つの通路であって：
−  冷媒を前記通路の一部分に導入するように構成された冷媒入口と冷媒を当該部分から排出するように構成された冷媒出口と
を含む第１シリーズの少なくとも１つの通路を含む熱交換器において、
第１シリーズの前記少なくとも１つの通路が、
−  他の冷媒を前記通路の他の部分に導入するように構成された少なくとも１つの他の冷媒入口と、他の冷媒を他の部分から排出するように構成された少なくとも１つの他の冷媒出口と
をさらに含み、
前記他の入口及び出口が、第１シリーズの前記少なくとも１つの通路が、長手方向において、少なくとも冷媒のフローのための前記部分及び他の冷媒のフローのための前記他の部分に分割されるように配置される
ことを特徴とする熱交換器である。
【００１４】
状況に依存して、本発明は以下の特徴の１つ又は複数を含み得る、すなわち、
−  第１シリーズの複数の通路が各々、冷媒のための少なくとも１つの入口、１つの出口、１つの他の入口及び１つの他の出口を含み、前記入口が同じ入口マニホールドに流体接続されており、前記他の入口が他の同一の入口マニホールドに流体接続されており、前記出口が同一の出口マニホールドに流体接続されており、前記他の出口が他の同一の出口マニホールドに流体接続されている、
−  交換器が、第１端部であって、第１端部の近傍において、作動中、温度が交換器の最低である第１端部と、第２端部であって、第２端部の近傍において、作動中、温度が交換器の最高である第２端部とを含み、前記第２端部が長手方向において第１端部の下流に配置され、冷媒のフローのための部分が第１端部と並んで配置され、他の冷媒のフローのための他の部分が当該部分と第２端部との間に配置されている、
−  プレートが少なくとも１つの熱産生流体のフローのための通路の第２シリーズを一緒に画定し、第２シリーズの少なくとも１つの通路が第１シリーズの前記少なくとも１つの通路に隣接しており、熱産生流体の流れが前記通路において循環すると、熱産生流体の前記流れが当該部分の少なくとも一部分の近傍で冷媒と、及び他の部分の少なくとも一部分の近傍で他の冷媒と熱を交換するように構成されている、
−  第２シリーズの少なくとも１つの通路が、交換器の第２端部の近傍において、前記少なくとも１つの通路において熱産生流体を分配するように構成された熱産生流体入口と、交換器の第１端部の近傍において、熱産生流体を前記少なくとも１つの通路から排出するように構成された出口とを含む、
−  第１シリーズの前記少なくとも１つの通路が、少なくとも２つの他の入口であって、それぞれ少なくとも２つの他の冷媒を前記通路の少なくとも２つの他のそれぞれの部分に導入するように構成された少なくとも２つの他の入口と、少なくとも２つの他の出口であって、それぞれ少なくとも２つの他の冷媒を少なくとも２つの他の部分から排出するように構成された少なくとも２つの他の出口とを含み、前記少なくとも２つの他の入口及び少なくとも２つの他の出口が、第１シリーズの前記少なくとも１つの通路が、長手方向において、少なくとも３つの連続的部分に分割されるように配置される。
【００１５】
本発明はまた、本発明による熱交換器を実装する熱を交換するための方法に関し、前記方法は以下のステップ、すなわち、
ｉ）熱産生流体の流れを交換器のプレートの間に画定された通路の第２シリーズの少なくとも１つの通路に導入するステップ、
ｉｉ）冷媒を第１シリーズの少なくとも１つの通路の入口を介して導入するステップ、
ｉｉｉ）ステップｉｉ）において導入された冷媒を前記通路の出口を介して排出するステップ、
ｉｖ）少なくとも１つの他の冷媒を前記通路の前記他の入口を介して導入するステップ、
ｖ）ステップｉｖ）において導入された他の冷媒を前記通路の他の出口を介して排出するステップ
を含み、
熱産生流体の前記流れが少なくとも冷媒と及び他の冷媒と熱を交換する。
【００１６】
好ましくは、ステップｉｉｉ）において排出された冷媒は第１温度を有し、ステップｉｖ）において導入された他の冷媒は、第２温度を有し、第２温度が第１温度未満である。
【００１７】
有利には、第２温度は第１温度より少なくとも１℃低い。
【００１８】
本発明は、熱交換器であって、冷媒として２つの液−気相を備えた流体の少なくとも２つの部分流れ、特に、複数の構成成分、例えば炭化水素の混合物を備えた混合物の少なくとも２つの部分流れを、少なくとも１つの熱産生流体、例えば天然ガスと熱を交換することにより蒸発させる熱交換器に適用され得る。
【００１９】
特に、本発明は天然ガスなど炭化水素の混合物を冷却、なおさらには液化する方法に適用され得る。特に、液化する方法は液化天然ガス（ＬＮＧ）を製造する方法において実装される。
【００２０】
「天然ガス」という表現は、少なくともメタンを含む炭化水素を含有する任意の組成物を指す。これは、「加工されていない」組成物（何らかの処理又は洗浄の前）及びまた、限定するものではないが、硫黄、二酸化炭素、水、水銀及び特定の重質及び芳香族炭化水素を含む１つ又は複数の化合物の削減及び／又は除去のために部分的に、実質的又は完全に処理されている任意の組成物を含む。
【００２１】
したがって、本発明は、熱産生流体の流れとして、天然ガスなど炭化水素の流れを冷却するための方法に関し、前記方法は本発明による熱交換器又は本発明により熱を交換するための方法を実装し、以下のステップ、すなわち、
ａ）炭化水素の流れを熱交換器に導入するステップ、
ｂ）第１冷却流れを熱交換器に導入するステップ、
ｃ）熱交換器から、第１冷却流れに由来する部分冷却流れ及び少なくとも１つの他の部分冷却流れを抽出するステップ、
ｄ）部分冷却流れ及び他の部分冷却流れをそれぞれ冷媒及び他の冷媒を生成するために異なる圧力レベルで解放するステップ、
ｅ）ステップｄ）において生成された冷媒を第１シリーズの少なくとも１つの通路の入口を介して再導入するステップ、
ｆ）ステップｄ）において生成された他の冷媒を前記通路の他の入口を介して再導入するステップ、
ｇ）少なくとも冷媒及び他の冷媒と熱を交換することにより炭化水素の流れを冷却するステップ
を含む。
【００２２】
ステップｇ）に由来する炭化水素の流れは少なくとも部分的に液化され得ることに留意されたい。
【００２３】
任意選択的に、冷却された及び／又はステップｇ）において少なくとも部分的に液化された炭化水素の流れは、他の交換器に導入され、この他の交換器に第２冷却流れが導入される。好ましくは、他の交換器を出る第２冷却流れは解放され、次いで、前記他の交換器に再導入されて、そこで、炭化水素の流れ及び第２冷却流れを冷却する間蒸発させられ、その結果、炭化水素の流れが液化され過冷却された状態で他の交換器を出る。
【００２４】
第１冷却流れは炭化水素の混合物、例えばエタンとプロパンとを含む混合物であり得る。
【００２５】
好ましくは、ステップｄ）において生成された冷媒は第１圧力を有し、ステップｄ）において生成された他の冷媒は第２圧力を有し、第２圧力は第１圧力より高い。
【００２６】
本発明は、もっぱら非限定的な例として添付図面を参照して提供された以下の説明によりより良好に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】先行技術による熱交換器の冷媒通路の、交換器のプレートに平行な平面における概略断面図である。
【図２】図１の熱交換器の通路のシリーズの、プレートに直交するとともに交換器の長手方向に平行な平面における概略断面図である。
【図３Ａ】本発明の他の実施形態による熱交換器の通路の、交換器のプレートに平行な平面における他の概略断面図である。
【図３Ｂ】一方は、図１に示された従来の交換器の交換ダイアグラム線図、及び他方は、図３Ａに示された本発明による交換器の交換ダイアグラム線図を示す。
【図４】本発明の一実施形態による交換器を実装する熱を交換するための方法の実施形態を概略的に示す。
【図５】本発明の他の実施形態による熱交換器の通路の、交換器のプレートに平行な平面における概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、２次元、すなわち長さ及び幅において、それぞれ長手方向ｚ及びｚに直交するとともにプレート２に平行である横方向ｙにおいて延在する複数のプレート２を含む先行技術による熱交換器の通路１０ａ、１０ｂを示す。
【００２９】
プレートは、スタッキング方向ｘに間隔をあけて平行に上下に重ねて配置され、したがってプレートを介して間接的に熱を交換する流体のための複数の通路を形成する。好ましくは、交換器の各通路は平行六面体及び平らな形状を有する。２つの連続的プレート間の間隙は各連続的プレートの長さ及び幅と比べて小さい。
【００３０】
図１は、熱産生流体Ｃと熱を交換することにより冷媒Ｆ１及び他の冷媒Ｆ２を蒸発させるように構成された交換器の通路を概略的に示す。
【００３１】
他の冷媒Ｆ２は冷媒Ｆ１とは異なる組成物を備えた流体又はさらには冷媒Ｆ１と同じ組成物を備えるが、少なくとも１つの物理的特徴、特に冷媒Ｆ１のものとは異なる圧力、温度を備える冷媒であり得ることに留意されたい。
【００３２】
熱産生流体Ｃは、第１シリーズの通路１０ａ、１０ｂの全て又は一部分と交互に又は隣接して完全に又は部分的に配置された（図２に示された）通路１１の第２シリーズにおいて循環する。通路における流体のフローは長手方向ｚに略平行に生じ、これは好ましくは、図示された場合におけるとおり、交換器の作動中垂直である。
【００３３】
プレートの縁に沿った通路１０ａ、１０ｂのシールは概して、プレートに取り付けられた横の及び長手方向シーリングストリップ４により提供される。横のシーリングストリップ４は通路１０ａ、１０ｂを完全に密封せず、流体入口３１、３２及び出口４１、４２開口をあけたままにする。
【００３４】
それ自体既知のやり方において、交換器は、通路の入口及び出口から及び通路の入口及び出口へ延在する分配コンポーネント５１、６１、５２、６２を含む。これらのコンポーネント、例えば、分配波形部又はチャネルは、通路の幅全体にわたって流体の均一な分配及び回収を指示及び提供するように構成される。
【００３５】
さらに、通路１０ａ、１０ｂは、有利にはプレート間に配置された熱交換構造を含む。これらの構造の目的は交換器の熱交換表面領域を増やすことである。実際、熱交換構造は通路において循環する流体と接触しているとともに、隣接するプレートまでの伝導により熱フローを伝達する。
【００３６】
熱交換構造はまた、特に、交換器のろう付け組立体中に、及び加圧流体を実装するときにプレートの変形を回避するためにプレート２間のスペーサとして機能する。これらはまた、交換器の通路における流体のフローのための誘導を提供する。
【００３７】
好ましくは、これらの構造は、熱交換波形部であって、有利には、通路１０ａ、１０ｂの長さに沿った分配コンポーネント５１、６１、５２、６２の延在部において通路１０ａ、１０ｂの幅及び長さに沿ってプレート２に平行に延在する熱交換波形部を含む。交換器の通路はしたがって、熱交換ゾーンそれ自体を形成するそれらの長さの主要部分を有し、これはコンポーネント５１、６１、５２、６２が設けられた分配ゾーンにより境界付けられている。
【００３８】
図１による通路のこのような配置構成は特に、天然ガスを液化するための方法において実装された交換器において見られる。液化天然ガスを得るための既知の方法の１つは、冷却炭化水素の第１及び第２混合物をそれぞれ実装する天然ガスを冷却するための２つのサイクルの使用に基づく。第１冷却サイクルは、サイクルの効率を上げるための少なくとも２つの異なるリリーフレベルを使用して天然ガスがその露点まで冷却されることを可能にする。第２サイクルは、天然ガスが液化及び過冷却されることを可能にするとともに、１つのリリーフレベルのみを有することを可能にする。
【００３９】
第１リリーフサイクルにおいて、コンプレッサに由来する第１冷却混合物は第１交換器において過冷却される。第１冷却混合物に由来する少なくとも２つの部分流れは交換器から２つの違った出口ポイントで抽出され、次いで異なる圧力レベルで解放され、したがって、少なくとも２つの違った冷媒Ｆ１及びＦ２を形成し、この少なくとも２つの違った冷媒Ｆ１及びＦ２は、通路１０ａ、１０ｂに選択的に供給する違った入口３１、３２を介して交換器に再導入され、その中で蒸発させられ、次いで違った出口４１、４２を介して排出される。
【００４０】
既知の方法によると、所定の圧力レベルで解放された冷媒Ｆ１は、交換器のコールドエンドに位置する入口３１を介して入るとともに、他の圧力レベルで解放される他の冷媒の入口３２を介して、入口温度より高い温度で出口４１を介して出る。
【００４１】
流体の温度の昇順での入口及び出口の配置構成に従うために、他の冷媒の入口は従来、長手方向ｚにおいて、より圧力の低い冷媒の出口より交換器のコールドエンドに近い位置に位置する。
【００４２】
図１において見られ得るとおり、交換器は、２つのタイプの冷媒通路、冷媒Ｆ１のためのもの１０ａ及び他の冷媒Ｆ２のための他のもの１０ｂを含む。あるタイプ１０ａ及び／又は他のタイプ１０ｂの通路に隣接して通路１１を流れる熱産生流体Ｃは、したがって、作動交換ゾーンＡ１の近傍で流体Ｆ１と、及び他の流体Ｆ２については作動交換ゾーンＡ２の近傍で熱を交換する。ゾーンＩ１及びＩ２には流体は供給されず、したがって熱レベルでは非作動ゾーンを形成する。
【００４３】
本発明は、これらの非作動ゾーンの長手方向延在部を減少させること、及びさらには、交換器の２つのプレート２間に形成された少なくとも１つの通路の長手方向の共有を提案することによりそれらを完全に無くすこと、及び異なる冷媒をその中で循環させることをねらいとする。
【００４４】
図３は、本発明の一実施形態による交換器の通路の、図１の概略断面図に平行な平面における、概略断面図である。図示された例において、単純化のために異なるタイプの冷媒の数は２つに限られており、より多くの数のタイプの流体が同じ原理に従ってこのような通路に循環し得ることが理解される。
【００４５】
図３において見られ得るとおり、冷媒通路の第１シリーズの少なくとも１つの通路１０は、他の冷媒Ｆ２のための少なくとも１つの他の入口３２と少なくとも１つの他の出口４２とを含む。
【００４６】
前記他の入口及び出口３２、４２は、第１シリーズの前記通路１０が、長手方向ｚにおいて、冷媒Ｆ１のフローのための少なくとも１つの部分１００及び他の冷媒Ｆ２のフローのための他の部分２００に分割されるように配置される。
【００４７】
このようにして、交換器が作動するとき、いくつかの異なるタイプの冷媒Ｆ１、Ｆ２が、長手方向ｚにおいて連続している専用フロー部分で、同じ通路内部、すなわち交換器の同じ２つのプレート間を循環する。
【００４８】
このようにして、交換器における非作動ゾーンの部分は著しく減少し、さらには無くなり、同じ通路は少なくとも２つの作動交換ゾーンＡ１、Ａ２を有し、少なくとも２つの作動交換ゾーンＡ１、Ａ２の近傍において、冷媒Ｆ１及び前記少なくとも１つの他の冷媒Ｆ２は熱産生流体Ｃと熱を連続的に交換する。
【００４９】
第２シリーズの熱産生流体通路１１のほぼ全て、さらには全てが、したがって第１シリーズの冷媒通路１０と接触し、このことは熱交換を促すとともに交換器のプレート及び入口／出口マニホールドにかけられる熱的及び機械的ストレスを大幅に減少させる。交換器のサイズは減少させることができ、したがって、交換器及びそれが内部に一体化されている保冷容器のコストを低下させる。交換器内部の非作動ゾーンの減少はまたその機械的強度を高める。
【００５０】
実際、本発明の発明者らは、方法の設計段階から温度のオーバーラップを考慮に入れることにより、第１流体の出口温度が第２流体の入口温度より高い場合でさえも、冷媒を同じ通路において循環させることが可能であることを実証した。この目的のために、交換器が呈する実際の形状、したがって実際のピンチポイントに最良にアプローチするために、交換器は、既知のピンチ解析法の場合のように異なる温度で到着する２つの冷媒を備えた単一のセクションとしてではなく、異なる連続的セクション（挙げられた例においては２つ）であって、これらのセクションの各々が、その入口温度で到着する単一の冷媒を含む異なる連続的セクションとしてシミュレーションされる必要がある。
【００５１】
これは図３Ｂに示されており、図３Ｂは、一方では、（（ａ）において）従来のピンチ解析法に従いシミュレーションされた交換器、他方では、（（ｂ）において）流体が本発明に従って循環する交換器により得られた交換熱−温度（ΔＨ−Ｔ）交換ダイアグラム、又はエンタルピー線図の間の比較を示す。線図Ｃ、Ｆ、Ｆ１、Ｆ２は、それぞれ熱産生流体、従来のピンチ解析法を使用して構築された複合材料冷媒、本発明による冷媒Ｆ１、及び本発明による他の冷媒Ｆ２について、温度に応じて交換熱量の漸進的な変化を説明する。
【００５２】
好ましくは、通路１０の第１シリーズの総数の大部分、より好ましくは少なくとも８０％、さらには第１シリーズの全ての通路１０が、各々冷媒Ｆ１のための入口及び出口３１、４１と、他の冷媒Ｆ２のための少なくとも１つの他の入口及び１つの他の出口３２、４２とを含む。
【００５３】
有利には、本発明による交換器は、単一のタイプの冷媒通路１０を有し、このことは設計を著しく単純化する。同じタイプの通路は、特に通路の寸法、流体入口及び出口の配置構成に関して同一構成又は構造を有する通路であると理解される。
【００５４】
好ましくは、通路１０の第１シリーズの総数の大部分、好ましくは少なくとも８０％、さらには全ては同一の構成を有する。特に、入口及び出口３１、４１、３２、４２は長手方向ｚにおいて実質的に同一の位置に配置される。
【００５５】
したがって、通路１０の第１シリーズの入口及び出口３１、４１、３２、４２は、通路のスタッキング方向ｘに従い、対応して上下に配置される。このように上下に配置された入口３１、３２及び出口４１、４２は、それぞれ半管状のマニホールド７１、７２、８１、８２において接合され、それらを通じて流体が分配及び排出される。
【００５６】
好ましくは、長手方向は交換器が作動しているときは垂直である。冷媒Ｆ１、Ｆ２は概ね垂直に上方へ流れる。熱産生流体Ｃは好ましくはフローに対抗して循環する。流体のフローＦ１、Ｆ２についての他の方向及び意図も、本発明の範囲から逸脱すること無しに明らかに想定され得る。
【００５７】
好ましくは、交換器の通路１０は、通路１０の入口３１、３２及び出口４１、４２から並び通路１０の入口３１、３２及び出口４１、４２へ延在する、好ましくは分配コンポーネントが設けられた分配ゾーン５１、６１、５２、６２を含む。これらの分配ゾーンは、流体Ｆ１及びＦ２をそれぞれ交換ゾーンＡ１及びＡ２の幅全体にわたって均一に導くとともに取り戻すように構成される。
【００５８】
有利には、通路１０の部分１００は分配ゾーン５１、６１及び交換ゾーンＡ１を含み、他の部分２００は分配ゾーン５２、６２及び交換ゾーンＡ２を含む。
【００５９】
有利には、熱交換構造は交換ゾーンＡ１及びＡ２に配置される。交換ゾーンＡ１、Ａ２の熱交換構造を形成するためにろう付けプレートフィンタイプ交換器において一般的に実装される様々なタイプの波形部が使用され得る。波形部は、穿孔されていてもされていなくてもよい直線波形部、鋸歯状波形部、ヘリボーン波形部として知られるタイプのウェーブから選択され得る。
【００６０】
有利には、分配コンポーネント及び熱交換構造は、通路１０内に複数のチャネルであって入口３１及び出口４１を一緒に並びに他の入口３２及び出口４２を一緒に流体接続する複数のチャネルを形成する。
【００６１】
有利には、交換器は、第１端部１ａであって、第１端部１ａの近傍において、作動中、温度が交換器の最低である第１端部１ａと、第２端部１ｂであって、第２端部１ｂの近傍において、作動中、温度が交換器の最高である第２端部１ｂとを含む。
【００６２】
好ましくは、通路１０における流体Ｆ１、Ｆ２のフローの方向が概ね上昇しているように、第２端部１ｂは長手方向ｚにおいて第１端部１ａの下流に配置される。
【００６３】
好ましくは、冷媒Ｆ１のフローの部分１００は第１端部１ａと並んで配置され、他の冷媒のフローＦ２の他の部分２００は部分１００と第２端部１ｂとの間に配置される。
【００６４】
したがって、図３において提供された表現において、他の部分２００は、長手方向ｚにおいて、部分１００の下流に延在する。
【００６５】
好ましくは、部分１００、２００は図３に示されるとおり、長手方向ｚにおいて並置され、これにより、通路１０内部の空間が、作動ゾーンの延在部を最大化することにより最適となることが可能になる。
【００６６】
図５に示された代替的実施形態によると、２つの他の冷媒Ｆ２、Ｆ３が本発明による同じ通路１０に流入する。
【００６７】
この場合、第１シリーズの少なくとも１つの冷媒通路１０は、２つの他の入口３２、３３であってそれぞれ２つの他の冷媒Ｆ２、Ｆ３を通路１０の２つの他のそれぞれの部分２００、３００に導入するように構成された２つの他の入口３２、３３と、２つの他の出口４２、４３であってそれぞれ他の２つの冷媒Ｆ２、Ｆ３を他の２つの部分２００、３００から排出するように構成された２つの他の出口４２、４３とを含む。通路１０は長手方向ｚにおいて、３つの連続的部分１００、２００、３００に分割される。
【００６８】
有利には、交換器が作動するとき、冷媒Ｆ１は初期温度Ｔ０と呼ばれる温度で少なくとも１つの通路１０の入口３１を介して入り、Ｔ０より高い第１温度Ｔ１で出口４１を介して排出される。好ましくは、温度Ｔ０は−５５〜−７５℃であり、温度Ｔ１は−１０〜−３０℃である。
【００６９】
好ましくは、他の冷媒Ｆ２は第２温度Ｔ２で他の入口３２を介して通路１０に入り、第３温度Ｔ３で他の出口４２を介して出て、Ｔ３はＴ２より高い。好ましくは、温度Ｔ２は−１５〜−３５℃であり、温度Ｔ３は３５〜０℃である。
【００７０】
好ましくは、第２温度Ｔ２は第１温度Ｔ１より低い。これは、流体Ｆ２の蒸発開始温度、Ｔ２が十分に低い（Ｔ１未満）ことにより交換器の他の部分２００における熱産生流体の有効な冷却を提供すると同時に、交換器の部分１００を出るときに過熱された（Ｔ１の高さ）流体Ｆ１が提供されることを可能にする。
【００７１】
より好ましくは、第２温度Ｔ２は第１温度Ｔ１より少なくとも１℃低い。好ましくは、第２温度Ｔ２は第１温度Ｔ１より最大で１５℃、より好ましくは最大で１０℃、好ましくは最大で５℃低い。これは交換器における過剰な機械的負荷を回避するためである。
【００７２】
ここで、２つの他の冷媒Ｆ２、Ｆ３が同じ通路１０において流れる代替的実施形態が参照される。
【００７３】
有利には、交換器が作動するとき、冷媒Ｆ１は少なくとも１つの通路１０の入口３１を介して−５５〜−７５℃の初期温度Ｔ０で入り、出口４１を介してＴ０より高い第１温度Ｔ１で排出され、Ｔ１は−２５〜−４５℃である。
【００７４】
好ましくは、第１の他の冷媒Ｆ２は第１の他の入口３２を介して第２温度Ｔ２で通路１０に入り、他の出口４２を介して温度Ｔ３で出、Ｔ３はＴ２より高い。好ましくは、温度Ｔ２は−３０〜−５０℃であり温度Ｔ３は０〜−２０℃である。
【００７５】
好ましくは、第２の他の冷媒Ｆ３は他の第２入口３３を介して第４温度Ｔ４で通路１０に入り、他の第２出口４３を介して第５温度Ｔ５で出、Ｔ５はＴ４より高い。好ましくは、温度Ｔ４は−５〜−２５℃であり、温度Ｔ５は３０〜０℃である。
【００７６】
有利には、第４温度Ｔ４は第３温度Ｔ３未満である。これは、流体Ｆ３の蒸発開始温度、Ｔ４が十分低い（Ｔ３未満）ことにより、交換器の他の部分３００における熱産生流体の有効な冷却を提供すると同時に、交換器の部分２００を出るときに過熱された（Ｔ３の高さ）流体Ｆ２が提供されることを可能にする。
【００７７】
好ましくは、第４温度Ｔ４は第３温度Ｔ３より少なくとも１℃低い。
【００７８】
好ましくは、第２温度Ｔ２は第１温度Ｔ１より最大で１５℃、より好ましくは最大で１０℃、好ましくは最大で５℃低い。
【００７９】
有利には、第４温度Ｔ４は第３温度Ｔ３より少なくとも１℃低く、好ましくは、第４温度Ｔ４は第３温度Ｔ３より最大で１５℃低く、より好ましくは、交換器における過剰な機械的負荷を回避するために、第３温度Ｔ４より最大で１０℃、好ましくは最大で５℃低い。
【００８０】
特定の実施形態によると、冷媒Ｆ１及び少なくとも１つの他の冷媒Ｆ２は異なる圧力を有する流体である。特に、冷媒Ｆ１は第１圧力Ｐ１で交換器に流入し、他の冷媒Ｆ２は、好ましくは第１圧力Ｐ１より高い第２圧力Ｐ２で交換器に流入する。流体Ｆ１、Ｆ２は同じ組成を有し得る。
【００８１】
本発明による交換器は、特に、組成及び／又は特徴、例えば圧力、温度、物理的状態などに関していくつかの異なるタイプの冷媒を実装する任意の方法において使用され得る。
【００８２】
本発明による交換器の使用は、天然ガスなど炭化水素の流れを液化する方法において特に有利である。このような方法の例は図４において部分的に概略的に示されている。
【００８３】
図４において概略的に示されている天然ガスを液化する方法によると、天然ガスは、例えば４Ｍｐａ〜７Ｍｐａの圧力及び３０℃〜６０℃の温度でパイプ１１０を介して到着する。パイプ１１０内を循環する天然ガス、パイプ３０において循環する第１冷却流れ及びパイプ２０内を循環する第２冷却流れは、本発明による交換器Ｅ１に入り、その中で平行及び並流方向に循環する。
【００８４】
天然ガスは、例えば−３５℃〜−７０℃の温度へ冷却されたパイプ１０２を介して交換器Ｅ１を出る。第２冷却流れはパイプ２０２を介して、完全に凝縮された状態で、例えば−３５℃〜−７０℃の温度で交換器Ｅ１を出る。
【００８５】
交換器Ｅ１において、第１液相冷却流れのフロー又は部分流れとも呼ばれる３つの分画３０１、３０２、３０３が連続的に抽出される。分画は３つの異なる圧力レベルで安全弁Ｖ１１、Ｖ１２及びＶ１３を通じて解放され、冷媒Ｆ１及び２つの他の冷媒Ｆ２、Ｆ３を形成する。これらの３つの異なるタイプの冷媒Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、本発明による３つの違った入口３１、３２、３３が設けられた冷媒通路を備えた交換器Ｅ１へ再導入され、次いで天然ガス、第２冷却流れ及び第１冷却流れの一部と熱を交換することにより蒸発させられる。
【００８６】
３つの蒸発した冷媒Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はコンプレッサＫ１の異なるステージへ送られ、圧縮され、次いで、コンデンサＣ１において外部冷却流体、例えば水又は空気と熱を交換することにより凝縮される。コンデンサＣ１に由来する第１冷却流れはパイプ３０を介して交換器Ｅ１内へ送られる。コンプレッサＫ１の出口での第１冷却流れの圧力は２Ｍｐａ〜６Ｍｐａであり得る。コンデンサＣ１の出口での第１冷却流れの温度は１０℃〜４５℃であり得る。
【００８７】
第１冷却流れは炭化水素の混合物、例えばエタン及びプロパンの混合物により形成され得るが、メタン、ブタン及び／又はペンタンも含み得る。第１冷却混合物のコンポーネントのモル分率（％）は以下のとおりであり得る：  
エタン：３０％〜７０％、
プロパン：３０％〜７０％、
ブタン：０％〜２０％。
【００８８】
パイプ１０２内を循環する天然ガスは分けられ得る、すなわち少なくとも２つの炭素原子を含む炭化水素Ｃ２＋の一部は、当業者に既知のデバイスを使用して天然ガスから分離される。分割された天然ガスはパイプ１０２を介して他の交換器Ｅ２内へ送られる。集められた炭化水素Ｃ２＋は脱エタン塔を含む分留塔内へ送られる。脱エタン塔の頂部に集められた軽い分画は、パイプ１０２において循環している天然ガスと混合され得る。脱エタン塔の底部で集められた液体の分画は脱プロパン塔へ送られる。
【００８９】
パイプ１０２内を循環するガス及びパイプ２０２内を循環する第２冷却流れは他の交換器Ｅ２に入り、その中で平行及び並流方向に循環する。
【００９０】
パイプ２０１を介して交換器Ｅ２を出る第２冷却流れは、解放コンポーネントＴ３により解放される。解放コンポーネントＴ３はタービン、バルブ又はタービン及びバルブの組合せであり得る。タービンＴ３に由来する第２の解放された冷却流れはパイプ２０３により交換器Ｅ２内へ送られ、対向流が天然ガス及び第２冷却流れを冷却している間に蒸発させられる。
【００９１】
交換器Ｅ２の出口で、第２の蒸発した冷却流れはコンプレッサＫ２により圧縮され、次いで間接熱交換器Ｃ２において、外部冷却流体、例えば水又は空気と熱を交換することにより冷却される。交換器Ｃ２に由来する第２冷却流れはパイプ２０を介して交換器Ｅ１内へ送られる。コンプレッサＫ２を出るときの第２冷却流れの圧力は２Ｍｐａ〜８Ｍｐａであり得る。交換器Ｃ２の出口での第２冷却流れの温度は１０℃〜４５℃であり得る。
【００９２】
図４を参照して説明された方法においては、第２冷却流れは個別の分画に分割されないが、交換器Ｅ２内へのアプローチを最適化するために、第２冷却流れはまた２つ又は３つの分画へと分離されることができ、各分画は異なる圧力レベルで解放され、次いでコンプレッサＫ２の異なるステージに送られる。
【００９３】
第２冷却流れは、例えば炭化水素と窒素の混合物、例えばメタン、エタン及び窒素の混合物により形成されるが、プロパン及び／又はブタンも含み得る。第２冷却混合物のコンポーネントのモル分率（％）は以下のとおりであり得る：
窒素：０％〜１０％、
メタン：３０％〜７０％、
エタン：３０％〜７０％、
プロパン：０％〜１０％。
【００９４】
天然ガスは、大気圧で生成された液化天然ガスの泡立ち点温度より少なくとも１０℃高い温度（泡立ち点温度は、第１の蒸気泡が所定の圧力で液体天然ガスにおいて形成される温度を指す）で、及び天然ガスの入口圧力と同一の圧力で、液化された状態でパイプ１０１を介して最も近い圧力損失まで熱交換器Ｅ２を出る。例えば、天然ガスは、−１０５℃〜−１４５℃の温度で及び４Ｍｐａ〜７Ｍｐａの圧力で交換器Ｅ２を出る。これらの温度及び圧力条件下では、天然ガスは、大気圧までの膨張後は全てが液体のままでは残らない。
【００９５】
当然のことながら、本発明は本出願において説明及び図示された特定の例に限定されない。当業者の能力内の他の代替的形式又は実施形態もまた本発明の範囲から逸脱すること無しに想定され得る。例えば、流体を交換器に注入する及び交換器から抽出するための他の構成、流体のフローの他の方向、他のタイプの流体などは、明らかに、実装されることになる方法により定められた限界に依存して想定され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2021534362.tif 000011
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