(57)【要約】  高価でない熱交換器が開示される。この熱交換器は、複数のプレート（２０、３０）から構成され、各プレート（２０、３０）は、プレート（２０、３０）内に画定される少なくとも１つのチャネル（２２、３２）を備える。プレート（２０、３０）は、積み重ねられて互いに接合され、流体を運ぶための導管を備えるブロックを形成する。欠く流体は他の流体と熱的に連通する。【選択図】図１
2010513833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器であって、
前記熱交換器は複数の第１のプレート（２０）を有し、前記第１のプレート（２０）は前記第１のプレート（２０）内に画定されたチャネル（２２）を有し、前記各チャネル（２２）は入口および出口を有し、前記第１のプレート（２０）は前記第１のプレート（２０）を通過するチャネリングポート（２４）を有し、前記各第１のプレート（２０）は上面および底面を有し、前記第１のプレートのチャネル（２２）は冷却される流体を運び、
前記熱交換器は複数の第２のプレート（３０）を有し、前記第２のプレート（３０）は前記第２のプレート（３０）内に画定されたチャネル（３２）を有し、前記各チャネル（３２）は入口および出口を有し、前記第２のプレート（３０）は前記第２のプレート（３０）を通過するチャネリングポート（３４）を有し、前記各第２のプレート（３０）は上面および底面を有し、前記第２のプレート（３０）の前記チャネル（３２）は冷媒を運び、
前記プレート（２０、３０）は交互に連続的に配置され、前記第１のプレート（２０）の前記底面（２０）は前記第２のプレート（３０）の前記上面にシール接触し、且つ、前記第２のプレート（３０）の前記底面は他の前記第１のプレート（２０）の前記上面にシール接触し、前記第１のプレート（２０）内の前記チャネル（２２）は、前記第２のプレート（３０）内の前記チャネリングポート（３４）を通して流体連通し、前記第２のプレート（３０）内の前記チャネル（３２）は、前記第１のプレート（２０）内のチャネリングポート（２４）を通して流体連通する、熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、前記複数の第２のプレート（３０）はさらに、前記第２のプレート（３０）内に画定された複数のチャネル（３２）を有し、前記各チャネル（３２）は入口および出口を有し、前記複数のチャネル（３２）は、流体分離された少なくとも２つの導管を形成する、熱交換器。
【請求項３】
請求項１に記載の熱交換器であって、前記熱交換器はさらに、複数の第３のプレートを有し、前記第３のプレートは前記第３のプレート内に画定されたチャネルを有し、前記第３のプレートの前記各チャネルは入口および出口を有し、前記第３のプレートは前記第３のプレートを通過するチャネリングポートを有し、前記各第３のプレートは上面および底面を有し、前記第３のプレートの前記上面は、前記第２のプレート（３０）の前記底面にシール接触し、前記第３のプレートの前記底面は前記第１のプレート（２０）の前記上面にシール接触する、熱交換器。
【請求項４】
請求項１に記載の熱交換器であって、前記熱交換器はさらに入口および出口を有する膨張ユニット（１３０）を有し、冷却される流体を運ぶ前記導管の少なくとも１つはさらに、中間出口ポート（１２６）および中間入口ポート（１３２）を有し、前記膨張ユニット（１３０）の前記入口は、前記中間出口ポート（１２６）に流体連通し、前記膨張ユニット（１３０）の前記出口は、前記中間入口ポート（１３２）に流体連通する、熱交換器。
【請求項５】
請求項１に記載の熱交換器であって、前記プレート（２０、３０）は拡散接合部を通して互いに接合される、熱交換器。
【請求項６】
請求項１に記載の熱交換器であって、前記プレート（２０、３０）は、前記プレートのろう付けを介して互いに接合される、熱交換器。
【請求項７】
請求項１に記載の熱交換器であって、前記第１のプレート（２０）の少なくとも１つはさらに、チャネル内の制限部（２１６）を有する、熱交換器。
【請求項８】
請求項１に記載の熱交換器であって、前記第１のプレート（２０）の少なくとも１つはさらに、チャネル内に配置されたミクロタービンを有する、熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスの冷却および液化に関し、より詳細には天然ガスの液化に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、天然ガスに対する要求が増加してきている。天然ガスの輸送はパイプラインを通じて、または船での輸送を通じて行われる。天然ガスが存在する多くの地域は天然ガスを容易に輸送するための便利なパイプラインがないという点で離れている。それゆえ、天然ガスはしばしば船で輸送される。船での天然ガスの輸送には体積を減らす手段が必要であり、体積を減らす１つの方法は天然ガスの液化である。液化プロセスは、ガスを非常に低い温度に冷却することを必要とする。天然ガスを液化するいくつかの方法は知られており、米国特許第６３６７２８６号明細書、米国特許第６５６４５７８号明細書、米国特許第６７６３６８０号明細書、米国特許第６８８６３６２号明細書に記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
１つの方法は、カスケード式の方法であり、シェルおよびチューブの熱交換器を用いる。このシェルおよびチューブの熱交換器を備える装置は非常に大きく且つ高価であり、遠隔地にあり且つ小さな天然ガス領域のためには、経済的な問題、実行容易性の問題が存在する。小型で、船での輸送と比べて相対的に安価な、遠隔地、特に海洋底で見つかった天然ガスフィールドで用いる、天然ガスの収集および液化を小型のユニットを用いた浮遊プラットフォーム上で実行できる天然ガスを液化するための装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明はブロック熱交換器であって複数のプレートを有し、複数のプレートは単一のブロックに積み重ねられ且つ互いに結合される。プレート内で、流体を運ぶための開口チャネルが形成される。このチャネルは、プレートが積み重ねられ結合されたときに導管を形成し、この開口チャネルは、シール接触する隣のプレートの側面により覆われ、軽量且つ小型の熱交換器を形成する。
【０００５】
他の実施形態において、熱交換器はチャネルを備えるプレートを有し、プレートの縁上に配置されたチャネル入口およりチャネル出口を備える。積み重ねられたときにプレートは覆われたチャネル、流体を運ぶためのブロックを通って横断する導管、を備えるブロックを形成する。この実施形態のそれぞれのチャネルはプレート間で交差しないが、単一のブロック内に配置される。プレートはチャネル側面および非チャネル側面を有し、１つのプレートのチャネル側面が、隣接するプレートの非チャネル側面にシール接触するように積み重ねられる。
【０００６】
本発明のさらなる目的、実施形態、および詳細は、以下の本発明の詳細な説明から得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態の簡略化した概略図である。
【図２】単一のポートおよび分割ポートを備えるプレートの線図である。
【図３】幅広チャネルを備える内部プレートの線図である。
【図４】第２の実施形態の概略図である。
【図５】第３の実施形態の概略図である。
【図６】第４の実施形態の概略図である。
【図７】冷媒の広がりを制限するための装置を備えるチャネルを示す図である。
【図８】チャネル内に配置されたミクロタービン膨張器を示す図である。
【図９】各プレートに単一のチャネルを備える、一実施形態を示す図である。
【図１０】ホットプレート内に複数のチャネルを備える、一実施形態を示す図である。
【図１１】複数の流れが用いられ、冷媒の中間膨張が追加の冷却を提供する、一実施形態を示す図である。
【図１２】本発明のプロセスの概略図である。
【図１３】冷媒流体速度対熱交換面積を示す図であり、仕事率およびログ平均温度差を示す図である。
【図１４】シミュレーションで用いられた冷媒の組成の熱流のプロットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
燃料として、および天然ガスを産出する遠隔地から天然ガスを消費するより遠くの地域への輸送手段として、近隣のガスパイプラインを用いずに液化天然ガス（ＬＮＧ）を使用することが増加している。天然ガスは典型的には掘られたガス井から収集され、高圧のガス相の状態である。本発明は、ガス井での天然ガスの冷却のための熱交換器に関する。遠隔地での、天然ガスを冷却し液化するための安価な熱交換器を提供することにより、天然ガスパイプラインまたは非常に高圧での輸送を要求するのではなく、現場で天然ガスをＬＮＧとして回収することができる。
【０００９】
基本的な発明は、単一のユニットを形成するようにプレートを互いに結合させるという新規な設計を有する。各プレートは、プレート内に、エッチング、削り、または本技術分野で知られている方法で形成されたチャネルを備える。プレートが互いに結合されると、チャネルは覆われて流体が流れる導管を形成する。結合方法は構造の材料に依存し、たとえばアルミニウムプレートの場合、結合方法はアルミニウムプレートのろう付け（brazing）を含む。鋼鉄の場合、鋼鉄プレートを結合するために拡散接合（diffusion bonding）を行うことができる。
【００１０】
天然ガスを冷却するための熱交換器の最もありふれた設計はらせん巻き熱交換器であり、シェル内の冷媒が、冷却されるガスを運ぶらせん巻きチューブ上をカスケード式に流れる。らせん巻き設計に優る本設計の利点は、熱交換特性の改良とともに、低コスト、低重量、およびより小型の構成であることを含む。
【００１１】
流体間で熱交換するための装置は、複数の第１のプレートから形成され、第１のプレートは、冷却される流体を運ぶための、プレート内に画定されるチャネルを備える。各チャネルは入口および出口を備え、各プレートは複数のプレートを通過するチャネリングポートを備える。各プレートは上面および下面を有し、チャネルは上面に画定される。本装置はさらに複数の第２のプレート有し、第２のプレートは、冷媒を運ぶためのプレート内に画定されたチャネルを備える。各チャネルは入口および出口を備え、各プレートは複数のプレートを通過するチャネリングポートを備える。各第２のプレートは、上面および下面を備え、チャネルは上面に画定される。プレートは交互に積み重ねられる。すなわち、第１のプレート、第２のプレート、第１のプレート、第２のプレートように積み重ねられる。ここで、第１のプレートの上面は、第２のプレートの下面にシール接触し、第２のプレートの上面は第１のプレートの下面にシール接触する。プレートが積み重ねられたとき、チャネルは覆われた導管を形成する。
【００１２】
本装置を製造する他の方法は、１つのプレートのチャネルから他のプレートのチャネルへ流体が通過するためのポートを必要としないが、プレートはプレート内に画定されるチャネル全体を備えるように製造され、チャネルへの入口および出口はプレートの縁に沿って配置される。プレートはチャネル側面または第１の側面、および非チャネル側面または第２の側面を備える。プレートは冷媒を運ぶ冷媒プレート、および冷却される流体を運ぶ冷却プレートからなる。プレートは交互に積み重ねられて、プレート間の最大熱接触を与える。プレートは、１つのプレートの第１側面すなわちチャネル側面が、第２のプレートの第２の側面すなわち非チャネル側面にシール接触するように積み重ねられ、チャネルは、プレートの縁に沿って配置されたチャネルへの入口および出口を備える覆われた導管を形成する。
【００１３】
本発明はさらに以下の特定の実施形態の説明により説明される。
一実施形態において、図１に示されるように、本装置は第１の外側プレート１０を有し、プレート１０はプレート１０内に画定されたポートを備え、プレート１０は内部プレート２０、３０の積層物の上に配置される。内部は、第２のプレート２０および第３のプレート３０を備え、これらは交互に、第２のプレート、第３のプレート、第２のプレート、第３のプレートとなるように積み重ねられる。第１のプレート１０上のポートは、第１のプレート１０上に配置された入口ポート１２および出口ポート１４を有する。第２のプレート２０は第２のプレート内に画定されるチャネル２２を含み、チャネル２２は第１のプレート１０上の入口ポート１２と流体連通する。第２のプレート２０はさらに第２のプレート内に画定されるチャネリングポート２４を含み、チャネリングポート２４は、第１のプレート１０上の出口ポート１４に流体連通している。第３のプレート３０はプレート３０内に画定されたチャネル３２を含み、チャネル３２は第２のプレート２０のチャネリングポート２４に流体連通している。第３のプレート３０はさらに、第３のプレート３０内に画定されるチャネリングポート３４を有し、チャネリングポート３４は、第２のプレート２０のチャネル２２に流体連通している。外部は第４のプレート４０を有し、第４のプレート４０は、積み重ねられたプレートの第１の外側プレート１０の反対側の面に配置される。第４のプレートはプレート４０内に画定された入口ポート４２および出口ポート４４を有する。
【００１４】
プレートを積み重ねるに際して、第１の外側プレート１０、内側の第２のプレート、内側の第３のプレート３０等、そして最後に外側プレート４０が積み重ねられ、プレートが互いに拡散接合されたときにブロックが形成される。ブロック内において、連続する導管の第１のセットが画定され、第１のセットは第２のプレート２０内に画定されるチャネル２２を有し、チャネル２２は第３のプレート内に画定されるチャネリングポート３４を通して互いに流体連通する。さらに、連続する導管の第２のセットが画定され、第２のセットは、第３のプレート内に画定されるチャネル３２を有し、チャネル３２は、第２のプレート２０内に画定されるチャネリングポート２４を通して互いに流体連通する。
【００１５】
連続導管の第１のセットは、冷却される流体の輸送のための少なくとも１つの流体導管を提供する。連続導管の第２のセットは、冷媒のための流体導管を提供する。図１に示される実施形態において、２つの連続導管は入口ポート１２から始まり、チャネル２２がそれに続き、チャネリングポート３４を通って出口ポート４４に至り、この２つの連続導管は、冷媒の輸送を提供する。冷媒は、冷媒を分配するマニホルド（図示せず）を通って２つの入口ポート１２に輸送される。３つの連続導管は入口ポート４２から始まり、チャネル３２がそれに続き、チャネリングポート２４を通って出口ポート１４から出て、この３つの連続ポートは、同時に３つの流れを冷却するための３つの別個の流体の輸送を提供する。
【００１６】
他の実施形態において、冷却される流体は、プレート内に画定される分岐部を通る複数のチャネルを通って導かれるようにすることができる。図２に示すように、単一のポート１２は、プレート２０内に画定された分岐部２６を通ってプレート２０内に画定された２つのチャネル２２へのアクセスを提供する。２つまたはそれ以上のチャネルへの分岐部２６は、単一のポート１２を通る流体の分配を可能にし、熱伝達のための大きな表面積を提供する。
【００１７】
複数のチャネル２２は、図３に示すように単一の幅広のチャネルに結合するようにしてもよい。幅広のチャネルは、圧力降下および冷媒の分配のような特性を改善し、または、熱交換器内の冷却される流体の特性を改善する。
【００１８】
本設計は、天然ガスを引き出すための中間引出しポートを含むことができ、水、二酸化炭素、および天然ガス中の他の望ましくない成分を取り除くために天然ガスを吸着剤ユニットに通し、乾燥した天然ガスに富んだ流れを生成する。天然ガスを吸着剤ユニットに通すための中間引出しポートを用いるので、本設計は乾燥した天然ガス流れを熱交換器に導入するための中間入口ポートを含むことができる。
【００１９】
第２の実施形態が図４に示される。この熱交換器は、冷却される流体を運ぶための冷却プレート２０を有し、冷媒を運ぶための冷媒プレート３０と交互に配置される。冷却プレート２０は、冷却される流体を運ぶチャネル２２および冷却された流体の出口のためのポート２８を画定する。冷却プレート２０は、冷媒を１つの冷媒プレート３０から、冷却プレート２０を通って、第２の冷媒プレート３０に通過させるための接続ポート２４を含む。冷媒プレート３０は、冷媒を運ぶためのチャネル３２および冷媒を排出するためのポート３８を画定する。冷媒プレート３０は、冷却される流体を、冷媒プレート３０を通って１つの冷却プレート２０から第２の冷却プレートに通過させるための接続ポート３４を含む。冷却プレート２０は、流体を複数のチャネル２２に分配するための分岐チャネル２６を含むことができる。第２の実施形態はさらに、冷却される流体を導入するための入口ポート１２、および冷媒を排出させるための出口ポート１４を備える上部プレート１０を有する。流体流れを併合するために、収集チャネル４６を備える底部プレート４０を追加することができる。
【００２０】
冷却される流体は入口ポートを通って入り、チャネル２２に沿って進み、接続ポート３４を通って出口ポート４４から排出される。冷媒は、入口ポート４２から入り、チャネル３２に沿って進み、接続ポート２４を通って、出口ポート１４または中間出口ポート３６から出る。随意に、冷媒は１つのポート４２から入り、１セットのチャネル３２、接続ポート２４を通り、１つの出口ポート１４を出るようにすることができ、それにより冷媒は膨張器（図示せず）を通過する。膨張させられた冷媒は、第２の冷媒入口ポート４２を通って、熱交換器に戻るように導かれる。他のオプションは、膨張させられた冷媒を、ポート１４または３６を通って入り出口ポート４２から出るように、反対方向に通過させるようにすることである。
【００２１】
熱交換器の第３の実施形態が図５に示される。この熱交換器は複数のプレート１００を有し、各プレート１００は、各プレート内に画定されたチャネル１１０およびポート１２０を備える。プレート１００は、積み重ねられ互いに結合されたときに、複数の導管を備える中実なブロックを形成し、導管がこのブロック内を横断する。導管は互いに流体連通する一連のチャネル１１０から形成される。各導管は、１つより多くのプレートに渡っており、各導管は少なくとも１つのチャネル１１０を有する。導管が１つより多くのプレートに渡るとき、導管は複数のチャネル１１０を有し、複数のチャネル１１０はポート１２０を通じて流体連通する。本実施形態において、少なくとも１つの導管１２２は冷却される流体を運ぶ。本実施形態において冷却される流体は天然ガスである。第１の冷媒流れは、第１の冷媒導管１２４内に注入される。第１の冷媒流れは、冷却された流体に対して同一方向に進み、冷却される流れから熱を取り除く。第１の冷媒流れは、第１の冷媒導管１２４から出口１２６により引き出され、第１の膨張器１３０を通る。ここで第１の冷媒流れは膨張させられて冷却される。冷却された第１の冷媒流れは、第１の冷媒のための第２の入口１３２から再び熱交換器に入り、第２の冷媒導管１３４を通って冷却される流体に対して反対方向に流れる。
【００２２】
第２の冷媒流れは第３の冷媒導管１４４内に注入され、冷却される流体と同一方向に進む。第２の冷媒流れは出口１４６から引き出され、第２の冷媒が第２の膨張器１５０を通過する。ここで、第２の冷媒流れは膨張させられて冷却される。冷却された第２の冷媒流れは、入口ポート１５２から再び熱交換器に入り、第４の冷媒導管１５４に沿って冷却される流体と反対方向に進み、出口ポート１５６から導管１５４を出る。
【００２３】
積み重ねられたプレートに最終プレート１７０が追加されて熱交換器を形成し、積み重ねられたプレート１００の最後のプレート１００内のチャネル１１０を閉じる。最終プレート１７０は、冷却される流体のためのポート１７２を含むことができる。それぞれの膨張器１３０、１５０に冷媒流れを導く前に冷媒流れを冷却することにより、追加的な冷却を提供することができる。
【００２４】
膨張器１３０、１５０は、ジュール−トムソン弁、タービン膨張器、または冷媒を膨張させ冷媒の温度を降下させるその他の装置を含むことができる。
熱交換器の第４の実施形態が図６に示される。この実施形態において、熱交換器内に形成される各導管は、単一のプレートに形成されたチャネルから形成され、このチャネルは、隣接するプレートの一方の表面に覆われる。この実施形態は複数の冷却プレート２００と複数の冷媒プレート２２０とを有する。プレート２００、２２０は、プレート２００、２２０間の熱接触を最大化するように交互に配置される。冷却プレート２００は、冷却される流体を運ぶための少なくとも１つのチャネル２０２を含み、チャネル２０２は、一方の縁に入口２０４と他方の縁に出口２０６とを含む。冷却プレート２００は、冷媒を運ぶためのチャネル２１０を含み、各チャネル２１０は入口２１２および出口２１４を備える。冷媒プレート２２０は、冷媒を運ぶための少なくとも１つのチャネル２２２を有し、チャネル２２２は入口２２４と出口２２６とを備える。冷媒プレートは、追加の冷媒チャネル２３０を有し、チャネル２３０は入口２３２と出口２３４とを備える。本実施形態の一設計において、冷媒は冷却プレート２００内の冷媒チャネル２１０を通って進み、また、冷却される。冷媒は、冷媒チャネル２１０の出口ポート２１４から出て、冷媒流れをさらに冷却するために膨張器を通過する。膨張した冷媒流れは、冷媒プレート２２０の入口２２４、２３２に導かれ、冷却プレート２００内の流れと反対方向に流れる。この設計は、チャネル２３０を流れる冷却流れ、およびチャネル２２２を通る冷却流れを提供する。
【００２５】
プレート２００、２２０を積み重ねるとき、様々なチャネルの入口および出口は、流れを収集しまたは流れをそれぞれの出口または入口に分配するマニホルドに流体連通する。第４の実施形態の１つの利点は、チャネルから形成される導管が完全に単一のプレート内に画定されるので、第１の実施形態から第３の実施形態におけるポート１２０のアライメントが必要なくなることである。これは、プレート内のポートの正確なアライメントの必要がなくなることにより、製造コストを低減できる。
【００２６】
一実施形態において、本装置は図７に示すように、チャネル２１０内に配置される制限装置２１６を備えることができる。示されている制限装置２１６は、膨張させられる冷媒を運ぶチャネルの出口２１４近くに配置され、チャネル２１０は冷却プレート２００内に画定されている。制限装置２１６はジュール−トムソン弁とすることができ、または制限オリフィスのような他の適当な制限装置とすることができ、これらは、冷媒の圧力降下を引き起こし冷媒を膨張させ冷却し、また、個別の設計に応じて他の位置に配置することもできる。冷媒の膨張に関する他のオプションが図８に示されており、これは、ミクロタービン膨張器２１８を有する。これは膨張する流体に仕事を実行させる。ミクロタービン２１８はシャフトを備え、プレート２００、２２０が積み重ねられたときに整合し、このシャフトは複数のミクロタービン２１８の共通シャフトとすることができる。あるいは、本装置を複数の冷媒チャネルがマニホルドに接続される位置に設計し、マニホルドは冷媒をミクロタービンに導くようにすることもできる。
【００２７】
また、互いに結合されるプレートはそれぞれ単一のチャネルを備え、このチャネルは、個別のプレート内で、エッチングされ、削られ、または他の方法で形成される。図９に示されるように、本発明の一実施形態は、複数のプレートを備え、これらのプレートは互いに積み重ねられて結合されて単一のユニット２５０を形成する。この実施形態において、本装置は、複数の冷たいプレート３００を有し、各プレート３００はエッチングされて冷たい流体を運ぶチャネル３１０が形成される。本装置はまた、複数の熱いプレート３２０を有し、各プレート３２０は、エッチングされて熱い流体を運ぶためのチャネルが形成される。また本装置は、中間プレート３４０を有し、各プレート３４０はエッチングされて中間温度の流体が運ぶチャネル３５０を形成される。プレート３００、３２０、３４０は、効率的な流体間の熱連通を提供するように交互に積み重ねられる。この場合は天然ガスである熱い流体はマニホルド３２２に入り、マニホルド３２２はガスを複数の熱い流れプレート３２０に分配する。ガスは、複数の入口３２４に分配され、チャネル３３０を出て出口マニホルド３２６に向かう。
【００２８】
中間温度流れは中間マニホルド３４２に入り、ここで中間温度流れは中間プレート３４０の入口３４４に分配される。中間プレート３４０を出る流れは、収集されて中間マニホルド３４６に入る。中間流れは予め冷却された流れであり、予め冷却されて再利用された天然ガスとすることができる。
【００２９】
冷媒を有する冷たい流れは冷たいマニホルド３０２に入り、ここで、冷媒は冷たいプレート３００の入口３０４に分配される。冷媒は冷たいプレートチャネル３１０に沿って進み、冷たい出口マニホルド３０６で収集される。
【００３０】
図１０に示される他の実施形態において、本装置は、複数の冷たいプレート３００と複数の熱いプレート３２０とを交互に有する。冷たいプレート３００はチャネル３１０を有し、ここで、冷媒は冷たいマニホルド３０２を通じて、冷たいプレート位置口３０４に分配され、冷たいプレート３００から冷たい出口マニホルド３０６のところで収集される。熱いプレートは複数のチャネルを有し、ここに２つの熱い流体チャネル３３０、３３２と１つの中間温度流れチャネル３３４が存在する。
【００３１】
本発明の設計により、様々なバリエーションが可能になり、熱い天然ガスを冷却した後の冷媒を膨張させて再利用することができ、図１１に示すようにさらなる冷却を提供する。この実施形態において、本装置は複数の冷たいプレート３００を有し、各プレート３００はプ各プレート内に画定された複数のチャネル３１０、３１２を有し、また、本装置は複数の熱いプレート３２０を有し、各プレート３２０は各プレート内に画定された複数のチャネル３３０、３３２、および３３４を有する。天然ガス流れは熱い入口マニホルド３２２に入り、マニホルド３２２はガスを冷却するための熱いプレートチャネル３３４に分配する。冷媒は、熱いプレート３２０を通過し、冷却チャネル３３０および３３２に導かれる。チャネル３３２からの冷媒流れの１つは、引き出され、膨張器３５０を通して膨張させられ、冷媒を凝縮させて冷却する。膨張させられ冷却された冷媒は冷たいプレート３００内のチャネル３１２に再び導かれ、追加の冷却を提供する。さらに、チャネル３３０内の冷媒は引き出され、第２の膨張器３６０を通過し、さらに冷媒を冷却する。冷却された冷媒は冷たいプレートチャネル３１０を通り、天然ガスの追加の冷却を提供する。
【００３２】
本発明の拡散接合熱交換器を使用することで、この小型の熱交換器に存在するシナジーの利点により天然ガスの液化が最適化される。図１２において、簡略化されたプロセススキームが示され。設計要素を試験するためにシミュレーションが行われる。約７０ａｔｍ（７．１ＭＰａ）の天然ガスは、再利用される冷媒とともに熱交換器４００に入る。冷媒は、圧縮器４１０で７０ａｔｍ（７．１ＭＰａ）まで圧縮され、第２の熱交換器４２０内の冷却水で１５℃に冷却され、高圧の冷媒流れを生成し、熱交換器４００を通過する。天然ガスは凝縮液化するため冷却され膨張させられて、ＬＮＧ貯蔵部に導かれる。熱交換器４００を出る高圧冷媒は、高圧冷媒を予め冷却し、天然ガスを冷却するために、膨張器４３０内で膨張させられて−１６５℃の温度にされ、熱交換器４００に導かれる。拡散接合熱交換器を使用することで、熱交換器４００の熱い部分と冷たい部分との間の有意な差圧を可能にする。この例では、差圧は６０ｂａｒｓ（６ＭＰａ）である。
【００３３】
冷媒は、膨張および膨張した冷媒を熱交換器４００に戻すことにより、冷媒自身を冷却するために用いられる。これは温度差を提供し、この温度差は冷却のための駆動力であり、興味深い最適化を可能にする。このシステムのための冷媒流速の効果を図１３に示す。ログ平均温度差（log mean temperature difference, LMTD）５００は、熱交換器の駆動力の指標である。冷媒の流速が増加すると、ＬＭＴＤは、２０℃の漸近値に近づき、熱交換器に必要とされる仕事５１０は、冷媒の流速とともに単調増加する。ＬＭＴＤと仕事量との相互作用は、冷媒の流速４００ｋｇ／ｈの地点で表面積５２０の最小値を与える。これは、最小の投下資本で熱交換器を製造するための、および小型の熱交換器設計のための設計考慮要因を与える。仕事量増加が必要とされる場合、大きな単一のユニットよりも複数の熱交換器が望まれる。
【００３４】
熱交換器の効率は冷媒の組成により影響を受ける。冷媒の組成は、広範囲の温度にわたって流れを加熱するために選択され、図１４に示されるような関心温度範囲にわたって冷媒の連続的な沸騰を提供する。
【００３５】
本発明を、現在のところ好ましいと考えられる実施形態とともに説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されないことを理解されたい。添付の特許請求の範囲の範囲内において、様々な修正形態や均等な構成が含まれることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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