(57)【要約】本発明は、熱交換器で流体製品（例えば天然ガス）を冷却または液化するプロセスに関する。このプロセスは、熱交換器内の冷媒マイクロチャネルのセットに流体冷媒を流すステップと、熱交換器内の製品マイクロチャネルのセットに製品を流すステップとを含み、製品マイクロチャネルを流れる製品は、冷媒マイクロチャネルを流れる冷媒と熱交換し、製品マイクロチャネルのセットを出る製品は、製品マイクロチャネルのセットに入る製品よりも低温である。このプロセスは、天然ガスの液化を含め広範囲の用途を有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器で流体製品を冷却するプロセスにおいて、
前記熱交換器内の冷媒マイクロチャネルのセットに流体冷媒を流すステップと、
前記熱交換器内の製品マイクロチャネルのセットに前記製品を流すステップと
を含み、
前記製品マイクロチャネルを流れる前記製品が、前記冷媒マイクロチャネルを流れる前記冷媒と熱交換し、
前記製品マイクロチャネルのセットを出る前記製品が、前記製品マイクロチャネルのセットに入る前記製品よりも低温である、熱交換器で流体製品を冷却するプロセス。
【請求項２】
前記熱交換器が２ストリーム熱交換器である請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記熱交換器が３ストリーム熱交換器である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記熱交換器が、３個より多くのストリームを使用する多ストリーム熱交換器である請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
前記冷媒マイクロチャネルを流れる前記冷媒が、前記熱交換器内の第１のマイクロチャネルのセットを流れる冷媒と、前記熱交換器内の第２のマイクロチャネルのセットを流れる別の冷媒とを含み、前記第２のマイクロチャネルのセットを流れる前記冷媒が、前記第１のマイクロチャネルのセットを流れる前記冷媒とは異なる組成および／または異なる温度および／または圧力を有する請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れが非乱流である請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記冷媒マイクロチャネルに入る前記冷媒は、圧力が約２０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１８０℃から約１００℃までである請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記冷媒マイクロチャネルを出る前記冷媒は、圧力が約２０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１８０℃から約１００℃までである請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記製品マイクロチャネルに入る前記製品は、圧力が約５０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−４０℃から約４０℃までである請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記製品マイクロチャネルを出る前記製品は、圧力が約５０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１７０℃から約−８５℃までである請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記製品マイクロチャネルを流れる前記製品は、圧力が約５００ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまでの範囲内である請求項１に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記冷媒マイクロチャネルを流れる前記冷媒の圧力降下が約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記製品マイクロチャネルが前記冷媒マイクロチャネルに隣接する請求項１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れが、前記製品マイクロチャネルを通る製品の流れに対して向流である請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れが、前記製品マイクロチャネルを通る製品の流れに対して直交流である請求項１に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れが、前記製品マイクロチャネルを通る製品の流れに対して並流である請求項１に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記第１のマイクロチャネルのセットに入る前記冷媒が単相気体、単相液体、または気体と液体の混合物を含み、前記第１のマイクロチャネルのセットを通る気体冷媒の流れのレイノルズ数が約１００，０００以下であり、前記第１のマイクロチャネルのセットを通る液体冷媒の流れのレイノルズ数が約１０，０００以下である請求項５に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記第２のマイクロチャネルのセットに入る前記冷媒が気体と液体の混合物を含み、前記第２のマイクロチャネルのセットを通る気体冷媒の流れのレイノルズ数が約４０００以下であり、前記第２のマイクロチャネルのセットを通る液体冷媒の流れのレイノルズ数が約４０００以下である請求項５に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記冷媒が、前記冷媒マイクロチャネルを流れる前に、圧縮機で圧縮されてから冷却される請求項１に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記冷媒が、前記第１のマイクロチャネルのセットから、膨張装置を通り、前記第２のマイクロチャネルのセットへ流れる請求項５に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記第１のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れが、前記第２のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れに対して向流である請求項５に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記第１のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れが、前記第２のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れに対して並流である請求項５に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記第１のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れが、前記第２のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れに対して直交流である請求項５に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記第１のマイクロチャネルのセットに入る前記冷媒は、圧力が約２０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−５０℃から約１００℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記第１のマイクロチャネルのセットを出る前記冷媒は、圧力が約２０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１８０℃から約−９０℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記第２のマイクロチャネルのセットに入る前記冷媒は、圧力が約１０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１８０℃から約−９０℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記第２のマイクロチャネルのセットを出る前記冷媒は、圧力が約１０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−５０℃から約１００℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記第３のマイクロチャネルのセットに入る前記製品は、圧力が約５０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−４０℃から約４０℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記第３のマイクロチャネルのセットを出る前記製品は、圧力が約５０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１７０℃から約−８５℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記第１のマイクロチャネルのセットを流れる前記冷媒の圧力降下が約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下であり、前記第２のマイクロチャネルのセットを流れる前記冷媒の圧力降下が約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下である請求項５に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記冷媒が、窒素、二酸化炭素、分子当たり１個から約５個までの炭素原子を含む有機化合物、またはこれらの２つ以上の混合物を含む請求項１に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記製品が、二酸化炭素、ヘリウム、窒素、アルゴン、分子当たり１個から約５個までの炭素原子を含む有機化合物、またはこれらの２つ以上の混合物を含む請求項１に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記製品マイクロチャネルに入る前記製品が天然ガスを含む請求項１に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記製品マイクロチャネルを出る前記製品が液化天然ガスを含む請求項１に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記製品マイクロチャネルおよび冷媒マイクロチャネルが、金属、セラミックス、プラスチック、またはこれらの組合せを含む材料から構成される請求項１に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記冷媒マイクロチャネルの高さの内側寸法が約２ｍｍ以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記製品マイクロチャネルの高さの内側寸法が約２ｍｍ以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項３８】
前記冷媒マイクロチャネルの長さが約１０メートル以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項３９】
前記製品マイクロチャネルの長さが約１０メートル以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４０】
前記熱交換器の性能係数が少なくとも約０．５である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記冷媒マイクロチャネルまたは前記製品マイクロチャネルのストリーム間平面伝熱面積百分率が少なくとも約２０％である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４２】
前記熱交換器の体積熱流束が少なくとも約０．５Ｗ／ｃｍ３である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４３】
前記熱交換器の有効度が少なくとも約０．８である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４４】
前記製品が温度約４０℃から温度約−１６０℃に冷却され、前記熱交換器を通る製品の流量が、前記熱交換器のコア体積１立方メートル当たり毎時少なくとも約１５００ポンドである請求項１に記載のプロセス。
【請求項４５】
前記冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れの圧力降下が約３０ｐｓｉ以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４６】
前記熱交換器のアプローチ温度が約５０℃以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４７】
前記熱交換器の熱交換器容積に対するマイクロチャネル容積の比が少なくとも約０．２である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４８】
マイクロスケール構造が前記冷媒マイクロチャネルの内表面に形成される請求項１に記載のプロセス。
【請求項４９】
前記製品マイクロチャネルを出る前記製品が別の熱交換器に進み、該別の熱交換器で前記製品は追加的冷却を受け、前記別の熱交換器は別の冷媒マイクロチャネルのセットおよび別の製品マイクロチャネルのセットを備え、別の冷媒が前記別の冷媒マイクロチャネルのセットを流れ、前記製品が前記別の製品マイクロチャネルのセットを流れ、前記製品は前記別の冷媒マイクロチャネルのセットを流れる前記別の冷媒と熱交換しながら前記別の製品マイクロチャネルのセットを流れ、前記別の製品マイクロチャネルのセットを出る前記製品は、前記別の製品マイクロチャネルのセットに入る前記製品よりも低温である請求項１に記載のプロセス。
【請求項５０】
前記別の製品マイクロチャネルを出る前記製品が第３の熱交換器に進み、該第３の熱交換器で前記製品は追加的冷却を受け、前記第３の熱交換器は第３の冷媒マイクロチャネルのセットおよび第３の製品マイクロチャネルのセットを備え、第３の冷媒が前記第３の冷媒マイクロチャネルのセットを流れ、前記製品は前記第３の冷媒マイクロチャネルのセットを流れる前記第３の冷媒と熱交換しながら前記第３の製品マイクロチャネルのセットを流れ、前記第３の製品マイクロチャネルのセットを出る前記製品は、前記第３の製品マイクロチャネルのセットに入る前記製品よりも低温である請求項４９に記載のプロセス。
【請求項５１】
前記製品が天然ガスであり、前記冷媒がプロパンまたはプロピレンであり、前記別の冷媒がエタンまたはエチレンであり、前記第３の冷媒がメタンである請求項５０に記載のプロセス。
【請求項５２】
前記製品が天然ガスを含み、該天然ガスが、前記製品マイクロチャネルに該天然ガスを流す前に、該天然ガスから水、ブタンまたはブチレン、プロパンまたはプロピレン、およびエタンまたはエチレンを除去するために、一連のマイクロチャネル熱交換器を流れる請求項１に記載のプロセス。
【請求項５３】
前記製品マイクロチャネルの壁が、前記製品マイクロチャネルを通る製品の流れの方向における前記製品マイクロチャネルの長さ１メートル当たり少なくとも約２５℃の温度変化を受ける請求項１に記載のプロセス。
【請求項５４】
前記熱交換器が、前記マイクロチャネルに冷媒および製品を供給し前記マイクロチャネルから冷媒および製品を取り出すための２個以上のサブマニホルドを備える請求項１に記載のプロセス。
【請求項５５】
前記熱交換器が前記マイクロチャネルへの入口にヘッダを備え、前記冷媒が気体と液体の混合物の形態であり、該気体と液体が前記ヘッダで混合される請求項１に記載のプロセス。
【請求項５６】
前記冷媒が気体と液体の混合物の形態であり、該気体と液体が前記マイクロチャネルで混合される請求項１に記載のプロセス。
【請求項５７】
前記冷媒マイクロチャネルを流れる前記冷媒、前記製品マイクロチャネルを流れる前記製品、または前記冷媒マイクロチャネルを流れる前記冷媒および前記製品マイクロチャネルを流れる前記製品の両方の圧力が少なくとも約１５００ｐｓｉｇである請求項１に記載のプロセス。
【請求項５８】
前記熱交換器の上流に追加的熱交換器が配置され、前記製品が、前記熱交換器内の前記製品マイクロチャネルを流れる前に、前記追加的熱交換器を流れる請求項１に記載のプロセス。
【請求項５９】
前記熱交換器の下流に追加的熱交換器が配置され、前記製品が、前記熱交換器内の前記製品マイクロチャネルを流れた後に、前記追加的熱交換器を流れる請求項１に記載のプロセス。
【請求項６０】
前記熱交換器と前記別の熱交換器との間に追加的熱交換器が配置され、前記製品が、前記熱交換器内の前記製品マイクロチャネルを流れ、次に前記追加的熱交換器を流れ、次に前記別の熱交換器内の前記別の製品マイクロチャネルのセットを流れる請求項４９に記載のプロセス。
【請求項６１】
熱交換器で製品を冷却するプロセスにおいて、
前記熱交換器内の第１のマイクロチャネルのセットに冷媒を流すステップと、
前記熱交換器内の第２のマイクロチャネルのセットに冷媒を流すステップであって、該第２のマイクロチャネルのセットを流れる冷媒が前記第１のマイクロチャネルのセットを流れる冷媒より低い温度、より低い圧力、またはより低い温度およびより低い圧力の両方を有する、前記熱交換器内の第２のマイクロチャネルのセットに冷媒を流すステップと、
前記熱交換器内の第３のマイクロチャネルのセットに製品を流すステップであって、該第３のマイクロチャネルのセットを出る前記製品が該第３のマイクロチャネルのセットに入る前記製品よりも低い温度を有する、前記熱交換器内の第３のマイクロチャネルのセットに製品を流すステップと
を含む熱交換器で製品を冷却するプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に冷媒および製品を流すためにマイクロチャネルを用いた、熱交換器で製品を冷却するプロセスに関する。本プロセスは、天然ガスの液化に好適である。
【０００２】
本出願は、２００２年８月１５日出願の米国特許出願第１０／２１９，９９０号の一部継続出願である。この先行出願は参照により本明細書に援用される。
【０００３】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００２年８月１５日出願の、同一譲受人に譲渡された以下の出願に関連する：「同時吸熱・発熱反応を行う統合型燃焼反応器及びその方法（Integrated Combustion Reactors and Methods of Conducting
Simultaneous Endothermic and Exothermic Reaction）」、代理人整理番号０２−０５２（米国特許出願第１０／２２２，１９６号）；「マルチストリームマイクロチャンネル（Multi-Stream Microchannel Device）」、代理人整理番号０２−００１（米国特許出願第１０／２２２，６０４号）；および「（単段階プロセスチャンネルにおいて平衡型制限的化学反応を行うプロセス（Process for Conducting an Equilibrium Limited Chemical Reaction in a
Single Stage Process Channel）」、代理人整理番号０２−０５１（米国特許出願第１０／２１９，９５６号）。これらの出願は参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００４】
天然ガスの液化は、ガスの輸送および貯蔵を容易にするために、天然ガスを液体に転換することを伴う。液化天然ガス（ＬＮＧ）を作るための現在の商業的低温プロセスは、冷媒を圧縮するステップと、スパイラル式またはブレージング式アルミニウム熱交換器にその冷媒を流すステップとを含む。熱交換器内で冷媒が天然ガスと熱交換し、天然ガスを液化する。これらの熱交換器は、熱交換する冷媒ストリームと天然ガスストリームの間の温度アプローチが非常に小さくなるように設計される。通常、これらの熱交換器の設計または構造材の変更により熱効率を向上させることは、熱交換器の設備費の増大、熱交換器を流れる冷媒の圧力降下の増大、またはその両方を伴う。圧力降下が増大すると、圧縮機に求められる要件が高くなる。これらのプロセスに要求される圧縮機サービスは、これらのプロセスの設備費・運転費の大部分を占める。したがって、熱交換器を流れる冷媒の圧力降下を低減するプロセスを提供することが課題となる。これが提供されれば、プロセスの生産性および経済性が向上するであろう。本発明は、この課題の解決手段を提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
低温液化の設備費が大きいので、ＬＮＧプラントは、規模の経済を通じて事業経済目標を達成するために、ますます大容量のものが建造されている。このように規模の経済が必要なため、シングルトレインＬＮＧプロセスのサイズが増大している。現在、圧縮機が１つのシングルトレインＬＮＧプロセスのサイズは、利用可能な圧縮機の最大サイズによって制限されている。したがって、可能なＬＮＧプロセスの最大サイズを増大させるために、これらのプロセスに対する圧縮機の要件を低減することが課題となる。本発明は、この課題の解決手段を提供する。
【０００６】
通常、従来の低温熱交換器の構造材としてアルミニウムが用いられている。アルミニウムは、高い熱伝導材料であるため、流体ストリーム間の伝熱抵抗が最小限となる。しかし、アルミニウムは、高い熱伝導材料であるために、軸方向伝導により熱交換器の有効度を低下させる傾向がある。このため、これらの熱交換器の長さを短縮することにより全圧力降下を低減する可能性が制限される。本発明の１つの利点は、本発明のプロセスで用いられる熱交換器を構成する際に、アルミニウムのような熱伝導性の高い材料を使用する必要がないことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、熱交換器で流体製品を冷却するプロセスに関する。このプロセスは、熱交換器内の冷媒マイクロチャネルのセットに流体冷媒を流すステップと、熱交換器内の製品マイクロチャネルのセットに製品を流すステップとを含み、製品マイクロチャネルを流れる製品は、冷媒マイクロチャネルを流れる冷媒と熱交換し、製品マイクロチャネルのセットを出る製品は、製品マイクロチャネルのセットに入る製品よりも低温である。熱交換器は、２ストリーム熱交換器、３ストリーム熱交換器、または多ストリーム熱交換器のいずれでもよい。本発明の一実施形態では、冷媒マイクロチャネルを流れる冷媒が、熱交換器内の第１のマイクロチャネルのセットを流れる冷媒と、熱交換器内の第２のマイクロチャネルのセットを流れる別の冷媒とを含み、第２のマイクロチャネルのセットを流れる冷媒が、第１のマイクロチャネルのセットを流れる冷媒とは異なる組成および／または異なる温度および／または圧力を有する。
【０００８】
一実施形態では、本発明のプロセスは、冷媒マイクロチャネルを流れる冷媒に対して非乱流を用いて運転される。また、一実施形態では、マイクロチャネルは比較的短くてよい。すなわち、長さが約１０メートル以下でよい。これにより、冷媒がマイクロチャネルを流れる際の圧力降下が比較的低くなる。このような比較的低い圧力降下により、当該プロセスで用いられる圧縮機に必要なパワーが減少する。例えば、本発明の一実施形態では、液化天然ガスを作る際に本発明のプロセスを使用する場合、熱交換器内の冷媒の流れに対してマイクロチャネルを使用しない同等のプロセスに比べて、約１８％の圧縮比の低減を達成することができる。
【０００９】
本発明のプロセスのもう１つの利点は、熱交換器内でマイクロチャネルを使用することにより、マイクロチャネルを使用しない従来技術の方法に比べて、熱拡散距離および質量拡散距離が実質的に減少することである。これにより、熱交換器の単位体積当たりの伝熱を、従来技術の熱交換器で達成し得るよりも実質的に大きくすることができる。
【００１０】
添付図面において、同一の部分および特徴部は同一の符号を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
「マイクロチャネル」という用語は、幅または高さの少なくとも一方の内側寸法が約２ミリメートル（ｍｍ）以下、一実施形態では約０．０５ｍｍから約２ｍｍまで、一実施形態では約０．１ｍｍから約１．５ｍｍまで、一実施形態では約０．２ｍｍから約１ｍｍまで、一実施形態では約０．３ｍｍから約０．７ｍｍまで、一実施形態では約０．４ｍｍから約０．６ｍｍまで、のチャネルを意味する。
【００１２】
「非乱流」という用語は、チャネルを通る流体の流れが層流または遷移流であること、一実施形態では層流であることを意味する。流体は、液体、気体、またはその混合物のいずれでもよい。チャネルを通る流体の流れのレイノルズ数は、約４０００以下、一実施形態では約３０００以下、一実施形態では約２５００以下、一実施形態では約２３００以下、一実施形態では約２０００以下、一実施形態では約１８００以下、一実施形態では約１００から２３００までの範囲内、一実施形態では約３００から約１８００までの範囲内としてよい。本明細書で用いられる単相流のレイノルズ数は、使用するマイクロチャネルの実際の形状に基づく水力学的直径を用い以下に示す公式を用いて計算される。
【００１３】
【数１】
2006504920.tif 000002
【００１４】
二相流の場合、レイノルズ数は各相（例えば液相と気相）ごとに別々に定義され、使用するマイクロチャネルの実際の形状に基づく。
【００１５】
【数２】
2006504920.tif 000003
【００１６】
「隣接する」という用語は、あるチャネルの位置について別のチャネルの位置に対していう場合、１つの壁がこれら２つのチャネルを隔てるように直接に隣接することを意味する。この壁の厚さはさまざまであり得る。しかし、「隣接する」チャネルどうしは、チャネル間の伝熱を妨げるような介在するチャネルによって隔てられない。
【００１７】
「流体」という用語は、気体、液体、もしくは分散固体を含む気体もしくは液体、またはそれらの混合物を意味する。流体は、分散液滴を含む気体の形態であってもよい。
【００１８】
本発明のプロセスは、いかなる流体製品の冷却または液化にも使用可能である。そのような流体製品としては、液体製品と、液化を必要とする気体製品等の気体製品がある。本プロセスで冷却または液化し得る製品としては、二酸化炭素、アルゴン、窒素、ヘリウム、１個から約５個までの炭素原子を含む炭化水素等の１個から約５個までの炭素原子を含む有機化合物（例えば、メタン、エタン、エチレン、プロパン、イソプロパン、ブテン、ブタン、イソブタン、イソペンタン等）等がある。一実施形態では、製品は、本発明のプロセスを用いて液化される天然ガス（ＮＧ）である。本プロセスは、食品の保存、同位体の分離、または不純物の除去に使用可能である。本プロセスは、塩化エチルおよび無水塩酸の触媒的製造に使用可能である。本プロセスは、染料の製造に使用可能である。本プロセスは、天然ガスの脱水等の脱水プロセスに使用可能である。本プロセスは、脱メタン装置および脱エタン装置のプロパン冷凍ループに使用可能である。本プロセスは、産業用ガスの低温システム等の低温蒸留（深冷分離）システムに使用可能である。
【００１９】
冷媒は、単相の状態または液−気相混合物の状態において、冷却または冷凍のプロセス中に比較的低温を維持しながら、１種もしくは数種の製品または他の冷媒もしくは冷却剤から熱を吸収することによって冷媒または冷却剤として作用する一成分または多成分の冷媒または冷却剤材料を含み得る。多成分冷媒混合物の場合、使用される成分および組成物は、１つまたは複数の組成において１種または数種の共沸混合物を形成する。共沸混合物は均一でも不均一でもよい。冷媒混合物は、１つまたは複数の組成において非共沸である成分および組成物も含む。冷媒は、蒸気圧縮冷凍システムでの使用に好適ないかなる冷媒であってもよい。これには、窒素、アンモニア、二酸化炭素、もしくは、塩化メチレン、フルオロクロロメタン（例えばジクロロジフルオロメタン）、分子当たり１から約５個までの炭素原子を含む炭化水素（例えば、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン、ペンタン等）のような分子当たり１から約５個までの炭素原子を含む有機化合物、またはそれらの２つ以上の混合物がある。炭化水素は、微量のＣ６炭化水素を含んでもよい。一実施形態では、炭化水素は天然ガスの分留に由来する。
【００２０】
本発明のプロセスで用いられる熱交換器は、製品および冷媒の両方の流れについてマイクロチャネルを使用する。これらのマイクロチャネルは、製品マイクロチャネルおよび冷媒マイクロチャネルと呼ぶことができる。熱交換器は、２ストリーム（または２流体）熱交換器（すなわち、冷媒ストリームおよび製品ストリーム）であっても、３ストリーム（または３流体）熱交換器であってもよい。３ストリーム熱交換器は、高圧冷媒（ＨＰＲ）ストリームおよび低圧冷媒（ＬＰＲ）ストリーム、ならびに製品ストリームを使用してもよい。３ストリーム熱交換器は、製品ストリーム、およびそれぞれの冷媒ストリームが異なる冷媒組成を使用する２つの冷媒ストリームを使用してもよい。熱交換器は、３つより多くのストリームまたは流体を使用する多ストリームまたは多流体熱交換器であってもよい。例えば、他の冷媒ストリームと比べて異なる圧力、温度および／または組成の冷媒を使用する１つまたは複数の追加的ストリームを使用してもよい。一実施形態では、冷媒は、液体と気体の混合物で、液体は１つのマイクロチャネルのセット中の１つのストリームとして熱交換器を流れ、気体は別のマイクロチャネルのセット中の別個のストリームとして熱交換器を流れる形態であってもよい。
【００２１】
熱交換器内の製品マイクロチャネルを流れる製品は、気体、液体、または気体と液体の混合物のいずれの形態でもよい。一実施形態では、製品は気体の形態で製品マイクロチャネルに入り、液体の形態で製品マイクロチャネルを出る。製品マイクロチャネルを通る気体製品の流れのレイノルズ数は、約２０００から約３０，０００までとしてよく、一実施形態では約１５，０００から約２５，０００までとしてよい。製品マイクロチャネルを通る液体製品の流れのレイノルズ数は、約１０００から約１０，０００までとしてよく、一実施形態では約１５００から約３０００までとしてよい。それぞれの製品マイクロチャネルの断面は、例えば長方形、正方形、円、半円等のいかなる形状でもよい。マイクロチャネルの断面形状および／またはサイズは、マイクロチャネルの流れの方向に変化してもよい。これらのそれぞれのマイクロチャネルの内側高さ（あるいはギャップサイズ）は、約２ｍｍ以下としてよく、一実施形態では約０．０５ｍｍから約２ｍｍまで、一実施形態では約０．３ｍｍから約０．７ｍｍまでの範囲内としてよい。これらのそれぞれのマイクロチャネルの幅は、例えば約３メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約０．０１メートルから約３メートルまで、一実施形態では約１メートルから約３メートルまでとしてよい。各製品マイクロチャネルの長さは、例えば約１０メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約６メートル以下、一実施形態では約０．５メートルから約６メートルまで、一実施形態では約０．５メートルから約２メートルまで、一実施形態では約１メートルとしてよい。一実施形態では、長さは約０．５メートルから約１０メートルまでの範囲内としてよく、一実施形態では約１メートルから約６メートルまで、一実施形態では約１メートルから約３メートルまでの範囲内としてよい。異なる製品マイクロチャネルが異なる幅および／または異なる長さを有してもよい。製品マイクロチャネルを通る製品の流れの圧力降下は、マイクロチャネルの長さ１フィート当たり約３０ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ／ｆｔ）以下としてよく、一実施形態では約０．５ｐｓｉ／ｆｔから約３０ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約１ｐｓｉ／ｆｔから約１０ｐｓｉ／ｆｔまでとしてよい。
【００２２】
製品マイクロチャネルに入る製品について、圧力は、約５０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約２５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約１５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約５００ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−４０℃から約４０℃までとしてよく、一実施形態では−１０℃から約３５℃までとしてよい。一実施形態では、製品は天然ガスであり、圧力は約６３０ｐｓｉｇから約６４０ｐｓｉｇまでであり、温度は約３０℃から約３５℃までである。
【００２３】
製品マイクロチャネルを出る製品について、圧力は、約５０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約２５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約１５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約４００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約１５０ｐｓｉｇまで、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約７５ｐｓｉｇまで、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約２０ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２ｐｓｉｇから約８ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１７０℃から約−８５℃までとしてよく、一実施形態では−１６５℃から約−１１０℃までとしてよい。一実施形態では、製品は液化天然ガスであり、圧力は約０ｐｓｉｇから約１０ｐｓｉｇまでであり、温度は約−１６０℃から約−１５０℃までである。
【００２４】
マイクロチャネルを流れる冷媒は、気体、液体、または気体と液体の混合物のいずれの形態でもよい。冷媒マイクロチャネルを流れる気体冷媒の流れのレイノルズ数は、約１００，０００以下としてよく、一実施形態では約５０，０００以下、一実施形態では約１０，０００以下、一実施形態では約４０００以下、一実施形態では約３０００以下、一実施形態では約１５００以下、一実施形態では約２０から約１３００までとしてよい。冷媒マイクロチャネルを流れる液体冷媒の流れのレイノルズ数は、約１０，０００以下としてよく、一実施形態では約６，０００以下、一実施形態では約４０００以下、一実施形態では約１５００以下、一実施形態では約１０００以下、一実施形態では約２５０以下、一実施形態では約３０から約１７０までとしてよい。冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れは非乱流、すなわち、層流または遷移流としてよく、一実施形態では層流としてよい。別法として、流れは乱流でもよい。マイクロチャネル内の流れ様式は流れが進むにつれて変化してもよい。マイクロチャネルの長さ方向に沿った異なる流れ様式としては、層流、一部層流で一部遷移流、一部遷移流で一部乱流、または層流、遷移流および乱流の組合せが挙げられる。これは、チャネルギャップサイズ（これは水力学的直径を規定する）、局所温度、局所圧力等の設計パラメータを調整することによって実現することができる。本発明のプロセスの利点（例えば、低い圧力降下、コンパクトなプロセス等）は、これらの異なる流れ様式の下で達成することができる。それぞれの冷媒マイクロチャネルの断面は、例えば正方形、長方形、半円、円等のいかなる形状でもよい。それぞれの冷媒マイクロチャネルの内側高さ（あるいはギャップサイズ）は、約２ｍｍ以下としてよく、一実施形態では約０．０５ｍｍから約２ｍｍまで、一実施形態では約０．２ｍｍから約１ｍｍまでの範囲内としてよい。これらのそれぞれのマイクロチャネルの幅は、例えば約３メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約０．０１メートルから約３メートルまで、一実施形態では約０．１メートルから約３メートルまでとしてよい。それぞれの冷媒マイクロチャネルの長さは、例えば約１０メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約６メートル以下、一実施形態では約０．５メートルから約６メートルまで、一実施形態では約０．５メートルから約２メートルまで、一実施形態では約１メートルとしてよい。一実施形態では、長さは約０．５メートルから約１０メートルまでの範囲内としてよく、一実施形態では約１メートルから約６メートルまで、一実施形態では約１メートルから約３メートルまでの範囲内としてよい。
【００２５】
冷媒マイクロチャネルに入る冷媒の圧力は、約２０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約１５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約１０００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約６００ｐｓｉｇ以下としてよい。一実施形態では、圧力は約２００ｐｓｉｇから約２０００ｐｓｉｇまでの範囲内としてよく、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約１５００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約１０００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約６００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約４００ｐｓｉｇまでの範囲内としてよい。一実施形態では、圧力は約１００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約１００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約６０ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約４０ｐｓｉｇまでとしてよい。冷媒マイクロチャネルに入る冷媒の温度は、約−１８０℃から約１００℃までの範囲内としてよく、一実施形態では約−１７０℃から約５０℃までの範囲内としてよい。一実施形態では、温度は約−５０℃から約１００℃までの範囲内としてよく、一実施形態では約０℃から約５０℃までの範囲内としてよい。一実施形態では、温度は約−１８０℃から約−９０℃までの範囲内としてよく、一実施形態では約−１７０℃から約−１２５℃までの範囲内としてよい。
【００２６】
冷媒マイクロチャネルを出る冷媒の圧力は、約２０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約１０００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約５００ｐｓｉｇ以下としてよい。一実施形態では、圧力は約２００ｐｓｉｇから約４００ｐｓｉｇまでの範囲内としてよく、一実施形態では約３００ｐｓｉｇから３５０ｐｓｉｇまでの範囲内としてよい。一実施形態では、圧力は約０ｐｓｉｇから約１００ｐｓｉｇまでの範囲内としてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約４０ｐｓｉｇまでの範囲内としてよい。冷媒マイクロチャネルを出る冷媒の温度は、約−１８０℃から約１００℃までの範囲内としてよく、一実施形態では約−１８０℃から約５０℃まで、一実施形態では約−１６０℃から約３０℃までの範囲内としてよい。一実施形態では、温度は約−１８０℃から約−９０℃までの範囲内としてよく、一実施形態では約−１８０℃から約−１２０℃までの範囲内としてよい。一実施形態では、温度は約−５０℃から約１００℃までの範囲内としてよく、一実施形態では約０℃から約５０℃まで、一実施形態では約１０℃から約３０℃までの範囲内としてよい。一実施形態では、圧力は約２８ｐｓｉｇとしてよく、温度は約２１℃としてよい。冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れの圧力降下は、約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下としてよく、一実施形態では約１５ｐｓｉ／ｆｔ以下、一実施形態では約１０ｐｓｉ／ｆｔ以下、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約７ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約５ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約３．５ｐｓｉ／ｆｔまでとしてよい。
【００２７】
次に、図１に示す本発明のプロセスについて説明する。このプロセスは、３ストリーム熱交換器である熱交換器１８を使用する。気体冷媒が圧縮機１０で圧縮される。圧縮された冷媒は、圧縮機１０からライン１２を通り凝縮器１４へ流れる。凝縮器１４で、冷媒は一部凝縮される。この時点で、冷媒は通常、気体と液体の混合物の形態である。冷媒は、凝縮器１４からライン１６を通り、熱交換器１８内の第１のマイクロチャネルのセットへ流れる。冷媒は、熱交換器１８内の第１のマイクロチャネルのセットを流れ、ライン２０を通って熱交換器を出る。第１のマイクロチャネルのセットを流れる冷媒の圧力は、約２０００ポンド毎平方インチゲージ圧（ｐｓｉｇ）以下としてよく、一実施形態では約１５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約１０００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約１０００ｐｓｉｇまでの範囲内としてよい。この冷媒は、高圧冷媒として特徴づけることができる。第１のマイクロチャネルのセットを出た直後、冷媒は通常、液体の形態である。次に冷媒は、膨張装置２２を流れ、そこで冷媒の圧力および／または温度を低下させる。この時点で、冷媒は通常、気体と液体の混合物の形態である。膨張装置２２から、冷媒はライン２４を通り、熱交換器１８内の第２のマイクロチャネルのセットへ流れる。冷媒は、熱交換器１８内の第２のマイクロチャネルのセットを流れ、そこで温められた後、ライン２６を通って熱交換器１８を出る。第２のマイクロチャネルのセットを流れる冷媒の圧力は、約１０００ｐｓｉｇ以下の範囲内としてよく、低圧冷媒として特徴づけることができる。第２のマイクロチャネルのセットを出た直後、冷媒は通常、気体の形態である。次に冷媒は、ライン２６を通って圧縮機１０に戻り、そこで冷凍サイクルが再び開始する。
【００２８】
高圧冷媒の圧力の低圧冷媒の圧力に対する比は、約２：１から約５００：１までの範囲内としてよく、一実施形態では約２：１から約１００：１まで、一実施形態では約２：１から約５０：１まで、一実施形態では約１０：１としてよい。高圧冷媒と低圧冷媒の圧力差は、少なくとも約１０ｐｓｉとしてよく、一実施形態では少なくとも約５０ｐｓｉ、一実施形態では少なくとも約１００ｐｓｉ、一実施形態では少なくとも約１５０ｐｓｉ；一実施形態では少なくとも約２００ｐｓｉ、一実施形態では少なくとも約２５０ｐｓｉとしてよい。
【００２９】
冷却または液化すべき製品は、ライン２８を通って熱交換器１８に入り、熱交換器１８内の第３のマイクロチャネルのセットを流れる。熱交換器１８内で、第１のマイクロチャネルのセットが第２のマイクロチャネルのセットと熱交換し、第２のマイクロチャネルのセットが第３のマイクロチャネルのセットと熱交換する。製品は冷却または液化され、ライン３０およびバルブ３２を通って熱交換器１８を出る。
【００３０】
圧縮機１０はいかなるサイズおよび設計であってもよい。しかし、本発明のプロセスの１つの利点は、マイクロチャネルを流れる冷媒に対して本発明のプロセスで達成される圧力降下の低減により、圧縮機に要求されるパワーが低減されることである。冷媒は、圧縮機１０内で、約２０００ｐｓｉｇ以下の圧力に圧縮されるとしてよく、一実施形態では約１５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約１０００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約６００ｐｓｉｇ以下の圧力に圧縮されるとしてよい。一実施形態では、圧力は約２００ｐｓｉｇから約２０００ｐｓｉｇまでの範囲内としてよく、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約１５００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約１０００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約６００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約４００ｐｓｉｇまでの範囲内としてよい。圧縮された冷媒の温度は、約−５０℃から約５００℃までの範囲内としてよく、一実施形態では約０℃から約５００℃まで、一実施形態では約５０℃から約５００℃まで、一実施形態では約１００℃から約２００℃までの範囲内としてよい。一実施形態では、冷媒は約３２５ｐｓｉｇから約３３５ｐｓｉｇまでの圧力に圧縮され、温度は約１５０℃から約１６０℃までである。
【００３１】
冷媒は、凝縮器１４で冷却され、一部凝縮され、または全部凝縮され得る。凝縮器は、いかなる従来のサイズおよび設計であってもよい。一部凝縮された冷媒について、圧力は、約２０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約１０００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約１０００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約６００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約４００ｐｓｉｇまでの範囲内としてよく、温度は、約−５０℃から１００℃までの範囲内としてよく、一実施形態では約０℃から約１００℃まで、一実施形態では約０℃から約５０℃までの範囲内としてよい。一実施形態では、圧力は約３２０ｐｓｉｇから約３３０ｐｓｉｇまでであり、温度は約２５℃から約３５℃までである。
【００３２】
熱交換器１８は、第１、第２および第３のマイクロチャネルのセットに対応するマイクロチャネルの層を含む。これらの層は、いかなる望みの順序で上下に並べられてもよい。これを図２に示す。図２は、使用可能な層の順序の一実施形態を示している。図２を参照すると、マイクロチャネルの層が上下に積層され、マイクロチャネル層１１０、１２０、１３０、１４０、１５０および１６０からなるマイクロチャネル層の繰り返しユニット１００を提供している。マイクロチャネル層１２０および１６０は、高圧冷媒の流れのために設けられている第１のマイクロチャネルのセットに対応する。マイクロチャネル層１１０、１３０および１５０は、低圧冷媒の流れのために設けられている第２のマイクロチャネルのセットに対応する。マイクロチャネル層１４０は、冷却または液化すべき製品の流れのために設けられている第３のマイクロチャネルのセットに対応する。マイクロチャネル層１１０は、平行に配置されマイクロチャネル層１１０の長さ方向に沿って端１１４から端１１５まで延在する複数の第２のマイクロチャネル１１２を含み、各マイクロチャネル１１２は、マイクロチャネル層１１０の幅方向に沿ってマイクロチャネル層１１０の一端１１６から他端１１７まで延在する。マイクロチャネル層１２０は、平行に配置されマイクロチャネル層１２０の長さ方向に沿って端１２４から端１２５まで延在する複数の第１のマイクロチャネル１２２を含み、各マイクロチャネル１２２は、マイクロチャネル層１２０の幅方向に沿ってマイクロチャネル層１２０の一端１２６から他端１２７まで延在する。マイクロチャネル層１３０は、平行に配置されマイクロチャネル層１３０の長さ方向に沿って端１３４から端１３５まで延在する複数の第２のマイクロチャネル１３２を含み、各マイクロチャネル１３２は、マイクロチャネル層１３０の幅方向に沿ってマイクロチャネル層１３０の一端１３６から他端１３７まで延在する。マイクロチャネル層１４０は、単一の第３のマイクロチャネル１４２を含み、第３のマイクロチャネル１４２は、マイクロチャネル層１４０の長さ方向に沿って端１４４から端１４５まで延在するとともに、マイクロチャネル層１４０の幅方向に沿ってマイクロチャネル層１４０の一端１４６から他端１４７まで延在する。マイクロチャネル層１５０は、平行に配置されマイクロチャネル層１５０の長さ方向に沿って端１５４から端１５５まで延在する複数の第２のマイクロチャネル１５２を含み、各マイクロチャネル１５２は、マイクロチャネル層１５０の幅方向に沿ってマイクロチャネル層１５０の一端１５６から他端１５７まで延在する。マイクロチャネル層１６０は、平行に配置されマイクロチャネル層１６０の長さ方向に沿って端１６４から端１６５まで延在する複数の第１のマイクロチャネル１６２を含み、各マイクロチャネル１６２は、マイクロチャネル層１６０の幅方向に沿ってマイクロチャネル層１６０の一端１６６から他端１６７まで延在する。マイクロチャネルを出入りする製品または冷媒の流れを提供するために、ヘッダマニホルドおよびフッタマニホルドを、関連するバルブ等とあわせてマイクロチャネルとともに用いてもよい。
【００３３】
熱交換器１８内のマイクロチャネルを通る冷媒および製品の流れは、部分的には、図３のように示される。図３を参照すると、高圧冷媒が、マイクロチャネル層１６０内のマイクロチャネル１６２を、矢印１６８および１６９で示す方向に流れる。低圧冷媒が、マイクロチャネル層１５０内のマイクロチャネル１５２を、矢印１５８および１５９で示す方向に流れる。高圧冷媒の流れは、低圧冷媒の流れに対して向流としてよい。別法として、高圧冷媒の流れは、低圧冷媒の流れに対して並流、または直交流としてもよい。向流、並流および／または直交流の流れの組合せを用いてもよい。冷却または液化すべき製品は、矢印１４８で示すように入口１４１を通ってマイクロチャネル１４２に入り、矢印１４９で示すようにマイクロチャネル１４２を流れ、矢印１４９ａで示すように出口１４３を通ってマイクロチャネル１４２を出る。冷却または液化すべき製品は、矢印１４９で示すように、マイクロチャネル１５２を通る低圧冷媒の流れに対して実質的に向流となる方向にマイクロチャネル１４２を流れる。別法として、製品の流れは、低圧冷媒の流れに対して並流または直交流としてもよい。マイクロチャネル１２２を通る高圧冷媒の流れは、マイクロチャネル１６２を通る高圧冷媒の流れと同方向である。マイクロチャネル１１２および１３２を通る低圧冷媒の流れは、マイクロチャネル１５２を通る低圧冷媒の流れと同方向である。
【００３４】
それぞれのマイクロチャネル層１１０、１２０、１３０、１４０、１５０および１６０におけるマイクロチャネルの数は、例えば、１、２、３、４、５、６、８、数十、数百、数千、数万、数十万、数百万等のいかなる望みの数でもよい。同様に、マイクロチャネル層の繰り返しユニット１００の数は、例えば、１、２、４、６、８、数十、数百、数千、数万、数十万、数百万等のいかなる望みの数でもよい。
【００３５】
図１および図２を参照すると、熱交換器１８内で、高圧冷媒は、マイクロチャネル１２２および１６２に対応する第１のマイクロチャネルのセットを流れ、ライン２０を通って熱交換器を出る。第１のマイクロチャネルのセット１２２および１６２を通る高圧冷媒の流れは、非乱流、すなわち、層流または遷移流としてよく、一実施形態では層流としてよい。別法として、流れは乱流でもよい。第１のマイクロチャネルのセット１２２および１６２に入る冷媒は、気体、液体、または気体と液体の混合物のいずれの形態であってもよく、一方、これらのマイクロチャネルを出る冷媒は、液体の形態であってよい。これらのマイクロチャネルを流れる気体冷媒の流れのレイノルズ数は、約１００，０００以下としてよく、一実施形態では約５０，０００以下、一実施形態では約１０，０００以下、一実施形態では約４０００以下、一実施形態では約３０００以下、一実施形態では約１５００以下、一実施形態では約２０から約１３００までとしてよい。これらのマイクロチャネルを通る液体冷媒の流れのレイノルズ数は、約１０，０００以下としてよく、一実施形態では約６，０００以下、一実施形態では約４０００以下、一実施形態では約１５００以下、一実施形態では約１０００以下、一実施形態では約２５０以下、一実施形態では約３０から約１７０までとしてよい。マイクロチャネル内の流れ様式は流れが進むにつれて変化してもよい。マイクロチャネルの長さ方向に沿った異なる流れ様式としては、層流、一部層流で一部遷移流、一部遷移流で一部乱流、または層流、遷移流および乱流の組合せが挙げられる。これは、チャネルギャップサイズ（これは水力学的直径を規定する）、局所温度、局所圧力等の設計パラメータを調整することによって実現することができる。本発明のプロセスの利点（例えば、低い圧力降下、コンパクトなプロセス等）は、これらの異なる流れ様式の下で達成することができる。第１のマイクロチャネルのセットにおけるマイクロチャネル１２２および１６２のそれぞれの断面は、例えば正方形、長方形、半円、円等のいかなる形状でもよい。これらのマイクロチャネル１２２および１６２のそれぞれの内側高さあるいはギャップは、約２ｍｍ以下としてよく、一実施形態では約０．０５ｍｍから約２ｍｍまで、一実施形態では約０．２ｍｍから約１ｍｍまでの範囲内としてよい。これらのそれぞれのマイクロチャネルの幅は、例えば約３メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約０．０１メートルから約３メートルまで、一実施形態では約０．１メートルから約３メートルまでとしてよい。これらのそれぞれのマイクロチャネルの長さは、例えば約１０メートル以下としてよく、一実施形態では約６メートル以下、一実施形態では約０．５メートルから約６メートルまで、一実施形態では約０．５メートルから約２メートルまで、一実施形態では約１メートルとしてよい。一実施形態では、長さは約０．５メートルから約１０メートルまでの範囲内としてよく、一実施形態では約１メートルから約６メートルまで、一実施形態では約１メートルから約３メートルまでの範囲内としてよい。第１のマイクロチャネルのセットを出る冷媒について、圧力は、約２０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約１０００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約１０００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約３００ｐｓｉｇから約６５０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１８０℃から約−９０℃までとしてよく、一実施形態では約−１８０℃から約−１２０℃まで、一実施形態では約−１６０℃から約−１４０℃までとしてよい。一実施形態では、圧力は約３２０ｐｓｉｇから約３３０ｐｓｉｇまでであり、温度は約−１６０℃から約−１５０℃までである。第１のマイクロチャネルのセットを通る高圧冷媒の流れの圧力降下は、約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下としてよく、一実施形態では約１５ｐｓｉ／ｆｔ以下、一実施形態では約１０ｐｓｉ／ｆｔ以下、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約７ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約５ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約３．５ｐｓｉ／ｆｔまでとしてよい。
【００３６】
高圧冷媒は、第１のマイクロチャネルのセットを出てライン２０を通り、膨張装置２２を流れる。膨張装置２２はいかなる従来の設計でもよい。膨張装置は、１つもしくは一連の膨張バルブ、１つもしくは一連のフラッシュ室、または以上の組合せとすることができる。膨張装置２２を出る冷媒について、圧力は、約１０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約１００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約６０ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約４０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１８０℃から約−９０℃までとしてよく、一実施形態では約−１８０℃から約−１２０℃まで、一実施形態では約−１７０℃から約−１２５℃まで、一実施形態では−１７０℃から約−１５０℃までとしてよい。一実施形態では、圧力は約２５ｐｓｉｇから約３５ｐｓｉｇまでであり、温度は約−１６０℃から約−１５０℃までである。この時点の冷媒を低圧冷媒と呼ぶことができる。
【００３７】
低圧冷媒は、膨張装置２２からライン２４を流れて熱交換器１８に戻る。熱交換器１８内で、低圧冷媒は、図２のマイクロチャネル１１２、１３２および１５２に対応する第２のマイクロチャネルのセットを流れ、ライン２６を通って熱交換器を出る。第２のマイクロチャネルのセット１１２、１３２および１５２を通る冷媒の流れは、非乱流、すなわち、層流または遷移流としてよく、一実施形態では層流としてよい。第２のマイクロチャネルのセットに入る冷媒は通常、気体と液体の混合物の形態であるが、これらのマイクロチャネルを出る冷媒は通常、気体の形態である。これらのマイクロチャネルを通る気体冷媒の流れのレイノルズ数は、約４０００以下としてよく、一実施形態では約２０００以下、一実施形態では約１００から約２３００まで、一実施形態では約２００から約１８００までの範囲内としてよい。これらのマイクロチャネルを通る液体冷媒の流れのレイノルズ数は、約４０００以下としてよく、一実施形態では約３０００以下、一実施形態では約２０００以下、一実施形態では約１０００以下、一実施形態では約５００以下、一実施形態では約２５０以下、一実施形態では約５から約１００まで、一実施形態では約８から約３６までとしてよい。第２のマイクロチャネルのセットにおけるマイクロチャネル１１２、１３２および１５２のそれぞれの断面は、例えば正方形、長方形、円、半円等のいかなる形状でもよい。各マイクロチャネルの内側高さあるいはギャップは、約２ｍｍ以下としてよく、一実施形態では約０．０５ｍｍから約２ｍｍまで、一実施形態では約０．２ｍｍから約１ｍｍまでの範囲内としてよい。これらのそれぞれのマイクロチャネルの幅は、例えば約３メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約０．０１メートルから約３メートルまで、一実施形態では約０．１メートルから約３メートルまでとしてよい。各マイクロチャネルの長さは、例えば約１０メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約６メートル以下、一実施形態では約０．５メートルから約６メートルまで、一実施形態では約０．５メートルから約３メートルまで、一実施形態では約０．５メートルから約２メートルまで、一実施形態では約１メートルとしてよい。一実施形態では、長さは０．５メートルから約１０メートルまでの範囲内としてよく、一実施形態では約１メートルから約６メートルまで、一実施形態では約１メートルから約３メートルまでの範囲内としてよい。第２のマイクロチャネルのセットを出る冷媒について、圧力は、約１０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約１００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約１００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約６０ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約４０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−５０℃から約１００℃までとしてよく、一実施形態では約０℃から約１００℃まで、一実施形態では０℃から約５０℃まで、一実施形態では約０℃から約４０℃まで、一実施形態では約１０℃から約３０℃までとしてよい。一実施形態では、圧力は約２５ｐｓｉｇから約３０ｐｓｉｇまでであり、温度は約１５℃から約２５℃までである。熱交換器１８内の第２のマイクロチャネルのセットを通る低圧冷媒の流れの圧力降下は、約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下としてよく、一実施形態では約１５ｐｓｉ／ｆｔ以下、一実施形態では約１０ｐｓｉ／ｆｔ以下としてよい。一実施形態では、圧力降下は、約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約１５ｐｓｉ／ｆｔまでとしてよく、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約１０ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約７ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約３．５ｐｓｉ／ｆｔまでとしてよい。
【００３８】
冷却または液化すべき製品は、ライン２８を通って熱交換器１８へ流れた後、図２のマイクロチャネル１４２に対応する第３のマイクロチャネルのセットを流れる。一実施形態では、製品は、熱交換器１８に入る前に予冷される。第３のマイクロチャネルのセットを通る製品の流れは、層流、遷移流または乱流のいずれでもよい。マイクロチャネル内の流れ様式は流れが進むにつれて変化してもよい。マイクロチャネルの長さ方向に沿った異なる流れ様式としては、層流、一部層流で一部遷移流、一部遷移流で一部乱流、または層流、遷移流および乱流の組合せが挙げられる。これは、チャネルギャップサイズ（これは水力学的直径を規定する）、局所温度、局所圧力等の設計パラメータを調整することによって実現することができる。本発明のプロセスの利点（例えば、低い圧力降下、コンパクトなプロセス等）は、これらの異なる流れ様式の下で達成することができる。一実施形態では、第３のマイクロチャネルのセットに入る製品は気体を含み、これらのマイクロチャネルを出る製品は液体を含む。第３のマイクロチャネルのセットを通る気体製品の流れのレイノルズ数は、約２０００から約３０，０００までとしてよく、一実施形態では約１５，０００から約２５，０００までとしてよい。第３のマイクロチャネルのセットを通る液体製品の流れのレイノルズ数は、約１０００から約１０，０００までとしてよく、一実施形態では約１５００から約３０００までとしてよい。第３のマイクロチャネルのセットにおけるそれぞれのマイクロチャネルの断面は、例えば正方形、長方形、円、半円等のいかなる形状でもよい。これらのそれぞれのマイクロチャネルの内側高さあるいはギャップは、約２ｍｍ以下としてよく、一実施形態では約０．０５ｍｍから約２ｍｍまで、一実施形態では約０．３ｍｍから約０．７ｍｍまでの範囲内としてよい。図２の辺１４４から辺１４５までで測ったこれらのそれぞれのマイクロチャネルの幅は、例えば約０．０１メートルから約３メートルまでのいかなる寸法でもよく、一実施形態では約１メートルから約３メートルまでとしてよい。マイクロチャネルの断面形状および／またはサイズは、マイクロチャネルの流れの方向に変化してもよい。図２の辺１４６から辺１４７までで測った第３のマイクロチャネルのセットにおける各マイクロチャネルの長さは、例えば約１０メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約６メートル以下、一実施形態では約０．５メートルから約６メートルまで、一実施形態では約０．５メートルから約２メートルまで、一実施形態では約１メートルとしてよい。一実施形態では、長さは約０．５メートルから約１０メートルまでの範囲内としてよく、一実施形態では約１メートルから約６メートルまで、一実施形態では約１メートルから約３メートルまでの範囲内としてよい。異なるマイクロチャネルが異なる幅および／または異なる長さを有してもよい。熱交換器１８内の第３のマイクロチャネルのセットを通る製品の流れの圧力降下は、約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下としてよく、一実施形態では約０．５ｐｓｉ／ｆｔから約３０ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約１ｐｓｉ／ｆｔから約１０ｐｓｉ／ｆｔまでとしてよい。
【００３９】
第３のマイクロチャネルのセットに入る製品について、圧力は、約５０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約２５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約１５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約５００ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−４０℃から約４０℃までとしてよく、一実施形態では−１０℃から約３５℃までとしてよい。一実施形態では、製品は天然ガスであり、圧力は約６３０ｐｓｉｇから約６４０ｐｓｉｇまでであり、温度は約３０℃から約３５℃までである。
【００４０】
ライン３０における、またはバルブ３２の下流における、第３のマイクロチャネルのセットを出る製品について、圧力は、約５０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約２５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約１５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約４００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約１５０ｐｓｉｇまで、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約７５ｐｓｉｇまで、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約２０ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２ｐｓｉｇから約８ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、−１７０℃から約−８５℃までとしてよく、一実施形態では−１６５℃から約−１１０℃までとしてよい。一実施形態では、製品は液化天然ガスであり、圧力は約０ｐｓｉｇから約１０ｐｓｉｇまでであり、温度は約−１６０℃から約−１５０℃までである。
【００４１】
次に、図９に示す本発明のプロセスについて説明する。このプロセスは、３つのマイクロチャネル熱交換器（すなわち、マイクロチャネル熱交換器２１０、２４０および２７０）を使用する。各マイクロチャネル熱交換器は２ストリーム熱交換器であり、一方のストリームは製品ストリームであり、他方は冷媒ストリームである。図９に示すプロセスは、製品を冷却または液化するために用いられる熱交換器のカスケードサイクルに関連する。冷却または液化すべき製品（例えば天然ガス）は、ライン２０９から第１の熱交換器２１０に入り、熱交換器２１０内の複数の製品マイクロチャネルを流れてそこで冷却された後、ライン２３９を通って熱交換器２１０を出る。次に、製品は別の第２の熱交換器２４０に入り、そこで複数の製品マイクロチャネルを流れてさらに冷却された後、ライン２６９を通って熱交換器２４０を出る。次に、製品は第３の熱交換器２７０に流入し、そこで複数の製品マイクロチャネルを流れてさらに冷却され、ライン２７１を通って第３の熱交換器２７０を出る。一実施形態では、天然ガスがライン２０９を通ってプロセスに入り、液化天然ガスとしてライン２７１を通ってプロセスを出る。第１の熱交換器２１０に入る製品について、圧力は、約５０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約２５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約１５００ｐｓｉｇ以下、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−４０℃から約４０℃までとしてよく、一実施形態では約−１０℃から約３５℃までとしてよい。一実施形態では、製品は天然ガスであり、圧力は約６３０ｐｓｉｇから約６４０ｐｓｉｇまでであり、温度は約３０℃から約３５℃までである。第２の熱交換器２４０に入る製品について、圧力は、約０ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−９０℃から約０℃までとしてよく、一実施形態では約−５０℃から約−２０℃までとしてよい。一実施形態では、製品は天然ガスであり、圧力は約６３０ｐｓｉｇから約６４０ｐｓｉｇまでであり、温度は約−３０℃である。第３の熱交換器２７０に入る製品について、圧力は、約０ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１８０℃から約−３０℃までの範囲内としてよく、一実施形態では約−８５℃から約−５０℃までとしてよい。一実施形態では、製品は天然ガスであり、圧力は約６３０ｐｓｉｇから約６４０ｐｓｉｇまでであり、温度は約−７０℃である。第３の熱交換器２７０を出る製品について、圧力は、約５０００ｐｓｉｇ以下としてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１７０℃から約−８５℃までとしてよく、一実施形態では約−１６５℃から約−１１０℃までとしてよい。一実施形態では、第３の熱交換器２７０を出る製品は液化天然ガスであり、その圧力は約０ｐｓｉｇから約１０ｐｓｉｇまでであり、温度は約−１６０℃から約−１５０℃までである。
【００４２】
製品は、第１の熱交換器２１０内の複数の冷媒マイクロチャネルを流れる第１の冷媒を用いて第１の熱交換器２１０内で冷却される。熱交換器２１０内の冷媒マイクロチャネルは、製品マイクロチャネルと冷媒マイクロチャネルの間で熱交換するように、熱交換器２１０内で製品マイクロチャネルと交互配置される。これについては後でさらに詳細に説明する。次に、第１の冷媒は、第１の熱交換器２１０からライン２２０を通り凝縮器２４２へ、凝縮器２４２を通りライン２２１へ、ライン２２１を通り圧縮機２１４へ、圧縮機２１４を通りライン２２２へ、ライン２２２を通り凝縮器２１２へ、凝縮器２１２を通りライン２２３へ、ライン２２３を通り膨張装置２１６へ、膨張装置２１６を通りライン２２４へ、ライン２２４を通り冷却器２４８へ、冷却器２４８を通りライン２２５へ、ライン２２５を通り冷却器２７８へ、冷却器２７８を通りライン２２６へ流れ、ライン２２６を通って第１の熱交換器２１０に戻る。第１の冷媒は、上記で説明した冷媒のいずれでもよい。一実施形態では、第１の冷媒はプロパンまたはプロピレンである。ライン２２０を通って凝縮器２４２へ流れる第１の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約１００ｐｓｉｇまで（すなわち、約５ポンド毎平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）から約１１５ｐｓｉａまで）としてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約２０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−５０℃から約２０℃までとしてよく、一実施形態では約−４０℃から約−２０℃までとしてよい。一実施形態では、第１の冷媒はプロパンであり、その圧力は約８ｐｓｉｇであり、温度は約−３２℃である。ライン２２１を通って圧縮機２１４へ流れる第１の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約２０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−４０℃から約５０℃までとしてよく、一実施形態では約−１０℃から約３０℃までとしてよい。一実施形態では、第１の冷媒はプロパンであり、その圧力は約８ｐｓｉｇであり、温度は約２５℃である。ライン２２２を通って凝縮器２１２へ流れる第１の冷媒について、圧力は、約２０ｐｓｉｇから約３００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１００ｐｓｉｇから約２００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約５０℃から約２５０℃までとしてよく、一実施形態では約１００℃から約２００℃までとしてよい。一実施形態では、第１の冷媒はプロパンであり、その圧力は約１３０ｐｓｉｇであり、温度は約１４１℃である。ライン２２３を通って膨張装置２１６へ流れる第１の冷媒について、圧力は、約２０ｐｓｉｇから約３００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１００ｐｓｉｇから約２００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１０℃から約１００℃までとしてよく、一実施形態では約１０℃から約３５℃までとしてよい。一実施形態では、第１の冷媒はプロパンであり、その圧力は約１３０ｐｓｉｇであり、温度は約２７℃である。ライン２２４を通って冷却器２４８へ流れる第１の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約１００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約２０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−５０℃から約２０℃までとしてよく、一実施形態では約−４０℃から約−２０℃までとしてよい。一実施形態では、第１の冷媒はプロパンであり、その圧力は約８ｐｓｉｇであり、温度は約−３２℃である。ライン２２５を通って冷却器２７８へ流れる第１の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約１００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約２０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−５０℃から約２０℃までとしてよく、一実施形態では約−４０℃から約−２０℃までとしてよい。一実施形態では、第１の冷媒はプロパンであり、その圧力は約８ｐｓｉｇであり、温度は約−３２℃である。ライン２２６を通って第１の熱交換器２１０へ流れる第１の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約２０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−５０℃から約２０℃までとしてよく、一実施形態では約−４０℃から約−２０℃までとしてよい。一実施形態では、第１の冷媒はプロパンであり、その圧力は約８ｐｓｉｇであり、温度は約−３２℃である。
【００４３】
製品は、別の第２の熱交換器２４０内の複数の冷媒マイクロチャネルを流れる第２の冷媒を用いて第２の熱交換器２４０内で冷却される。熱交換器２４０内の冷媒マイクロチャネルは、製品マイクロチャネルと冷媒マイクロチャネルの間で熱交換するように、熱交換器２４０内で製品マイクロチャネルと交互配置される。これについては後でさらに詳細に説明する。次に、第１の冷媒は、第２の熱交換器２４０からライン２５０を通り凝縮器２７２へ、凝縮器２７２を通りライン２５１へ、ライン２５１を通り圧縮機２４４へ、圧縮機２４４を通りライン２５２へ、ライン２５２を通り冷却器２４８へ、冷却器２４８を通りライン２５３へ、ライン２５３を通り凝縮器２４２へ、凝縮器２４２を通りライン２５４へ、ライン２５４を通り膨張装置２４６へ、膨張装置２４６を通りライン２５５へ流れ、ライン２５５を通って第２の熱交換器２４０に戻る。第２の冷媒は、上記で説明した冷媒のいずれでもよい。一実施形態では、第２の冷媒はエタンまたはエチレンである。ライン２５０を通って凝縮器２７２へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約２５０ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１２０℃から約０℃までとしてよく、一実施形態では約−１００℃から約−２０℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約１０ｐｓｉｇであり、温度は約−９４℃である。ライン２５１を通って圧縮機２４４へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約２５０ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１２０℃から約０℃までとしてよく、一実施形態では約−１００℃から約−２０℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約１０ｐｓｉｇであり、温度は約−９４℃である。ライン２５２を通って冷却器２４８へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約５０ｐｓｉｇから約５００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１００ｐｓｉｇから約３００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約５０℃から約２５０℃までとしてよく、一実施形態では約１００℃から約２００℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約２７０ｐｓｉｇであり、温度は約１２１℃である。ライン２５３を通って凝縮器２４２へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約５０ｐｓｉｇから約５００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１００ｐｓｉｇから約３００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２００℃から約１００℃までとしてよく、一実施形態では約０℃から約５０℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約２７０ｐｓｉｇであり、温度は約３０℃である。ライン２５４を通って膨張装置２４６へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約５０ｐｓｉｇから約５００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１００ｐｓｉｇから約３００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−５０℃から約０℃までとしてよく、一実施形態では約−４０℃から約−１０℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約２７０ｐｓｉｇであり、温度は約−３０℃である。ライン２５５を通って第２の熱交換器２４０へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約２５０ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１２０℃から約０℃までとしてよく、一実施形態では約−１００℃から約−２０℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約２７０ｐｓｉｇであり、温度は約−９４℃である。
【００４４】
製品は、第３の熱交換器２７０内の複数の冷媒マイクロチャネルを流れる第３の冷媒を用いて第３の熱交換器２７０内で冷却される。熱交換器２７０内の冷媒マイクロチャネルは、製品マイクロチャネルと冷媒マイクロチャネルの間で熱交換するように、熱交換器２７０内で製品マイクロチャネルと交互配置される。これについては後でさらに詳細に説明する。次に、第３の冷媒は、第３の熱交換器２７０からライン２８０を通り圧縮機２７４へ、圧縮機２７４を通りライン２８１へ、ライン２８１を通り冷却器２７８へ、冷却器２７８を通りライン２８２へ、ライン２８２を通り凝縮器２７２へ、凝縮器２７２を通りライン２８３へ、ライン２８３を通り膨張装置２７６へ、膨張装置２７６を通りライン２８４へ流れ、ライン２８４を通って第３の熱交換器２７０に戻る。第３の冷媒は、上記で説明した冷媒のいずれでもよい。一実施形態では、第３の冷媒はメタンである。ライン２８０を通って圧縮機２７４へ流れる第３の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約２５０ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１８０℃から約−１００℃までとしてよく、一実施形態では約−１６０℃から約−１２０℃までとしてよい。一実施形態では、第３の冷媒はメタンであり、その圧力は約１１ｐｓｉｇであり、温度は約−１５４℃である。ライン２８１を通って冷却器２７８へ流れる第３の冷媒について、圧力は、約５０ｐｓｉｇから約１０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１００℃から約５０℃までとしてよく、一実施形態では約−５０℃から約０℃までとしてよい。一実施形態では、第３の冷媒はメタンであり、その圧力は約４８０ｐｓｉｇであり、温度は約−１６℃である。ライン２８２を通って凝縮器２７２へ流れる第３の冷媒について、圧力は、約５０ｐｓｉｇから約１０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１００℃から約５０℃までとしてよく、一実施形態では約−５０℃から約０℃までとしてよい。一実施形態では、第３の冷媒はメタンであり、その圧力は約４８０ｐｓｉｇであり、温度は約−２５℃である。ライン２８３を通って膨張装置２７６へ流れる第３の冷媒について、圧力は、約５０ｐｓｉｇから約１０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２００ｐｓｉｇから約８００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１２０℃から約−５０℃までとしてよく、一実施形態では約−１００℃から約−７０℃までとしてよい。一実施形態では、第３の冷媒はメタンであり、その圧力は約４８０ｐｓｉｇであり、温度は約−９２℃である。ライン２８４を通って熱交換器２７０へ流れる第３の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約２５０ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１８０℃から約−１００℃までとしてよく、一実施形態では約−１６０℃から約−１２０℃までとしてよい。一実施形態では、第３の冷媒はメタンであり、その圧力は約１１ｐｓｉｇであり、温度は約−１５４℃である。
【００４５】
熱交換器２１０、２４０および２７０のそれぞれは、製品マイクロチャネルおよび冷媒マイクロチャネルの層を含む。これらの層は、図１０に示すように上下に並べられてもよい。図１０を参照すると、マイクロチャネルの層が上下に積層され、マイクロチャネル層３１０および３３０からなるマイクロチャネル層の繰り返しユニット３００を提供している。マイクロチャネル層３１０は、冷媒の流れを提供する。マイクロチャネル層３３０は、冷却または液化すべき製品の流れを提供する。
【００４６】
マイクロチャネル層３１０は、平行に配置されマイクロチャネル層３１０の長さ方向に沿って端３１３から端３１４まで延在する複数のマイクロチャネル３１２を含み、各マイクロチャネル３１２は、マイクロチャネル層３１０の幅方向に沿ってマイクロチャネル層３１０の一端３１５から他端３１６まで延在する。これらのマイクロチャネルに入る冷媒は通常、気体と液体の混合物の形態であるが、これらのマイクロチャネルを出る冷媒は通常、気体の形態である。これらのマイクロチャネルを通る冷媒の流れは、矢印３１７および３１８で示す方向としてよい。これらのマイクロチャネルを通る気体冷媒の流れのレイノルズ数は、約１０，０００以下としてよく、一実施形態では約７０００以下、一実施形態では約４０００以下、一実施形態では約３０００以下、一実施形態では約１００から約２３００までの範囲内、一実施形態では約２００から約１８００までの範囲内としてよい。これらのマイクロチャネルを通る液体冷媒の流れのレイノルズ数は、約１０，０００以下としてよく、一実施形態では約７０００以下、一実施形態では約４０００以下、一実施形態では約３０００以下、一実施形態では約２０００以下、一実施形態では約１０００以下、一実施形態では約５００以下、一実施形態では約２５０以下、一実施形態では約５から約１００まで、一実施形態では約８から約３６までとしてよい。それぞれのマイクロチャネルの断面は、例えば正方形、長方形、円、半円等のいかなる形状でもよい。各マイクロチャネルの内側高さあるいはギャップは、約２ｍｍ以下としてよく、一実施形態では約０．０５ｍｍから約２ｍｍまで、一実施形態では約０．２ｍｍから約１ｍｍまでの範囲内としてよい。これらのそれぞれのマイクロチャネルの幅は、例えば約３メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約０．０１メートルから約３メートルまで、一実施形態では約０．１メートルから約３メートルまでとしてよい。各マイクロチャネルの長さは、例えば約１０メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約６メートル以下、一実施形態では約０．５メートルから約６メートルまで、一実施形態では約０．５メートルから約３メートルまで、一実施形態では約０．５メートルから約２メートルまで、一実施形態では約１メートルとしてよい。一実施形態では、長さは約０．５メートルから約１０メートルまでの範囲内としてよく、一実施形態では約１メートルから約６メートルまで、一実施形態では１メートルから約３メートルまでの範囲内としてよい。マイクロチャネルを通る冷媒の流れの圧力降下は、約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下としてよく、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約２０ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約５ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約２ｐｓｉ／ｆｔまでとしてよい。
【００４７】
マイクロチャネル層３３０は、単一のマイクロチャネル３３２を含み、マイクロチャネル３３２は、マイクロチャネル層３３０の長さ方向に沿って端３３３から端３３４まで延在するとともに、マイクロチャネル層３３０の幅方向に沿ってマイクロチャネル層３３０の一端３３５から他端３３６まで延在する。冷却または液化すべき製品は、矢印３４１で示すように入口３４０を通ってマイクロチャネル３３２に入り、矢印３４２で示すようにマイクロチャネル３３２を流れ、矢印３４４で示すように出口３４３を通ってマイクロチャネル３３２を出る。マイクロチャネルを通る製品の流れは、層流、遷移流または乱流のいずれでもよい。一実施形態では、マイクロチャネルに入る製品は気体を含み、これらのマイクロチャネルを出る製品は液体を含む。マイクロチャネルを通る気体製品の流れのレイノルズ数は、約２０００から約３０，０００までとしてよく、一実施形態では約１５，０００から約２５，０００までとしてよい。マイクロチャネルを通る液体製品の流れのレイノルズ数は、約１０００から約１０，０００までとしてよく、一実施形態では約１５００から約３０００までとしてよい。それぞれのマイクロチャネルの断面は、例えば正方形、長方形、円、半円等のいかなる形状でもよい。これらのそれぞれのマイクロチャネルの内側高さは、約２ｍｍ以下としてよく、一実施形態では約０．０５ｍｍから約２ｍｍまで、一実施形態では約０．３ｍｍから約０．７ｍｍまでの範囲内としてよい。辺３３３から辺３３４までで測ったこれらのそれぞれのマイクロチャネルの幅は、例えば約３メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約０．０１メートルから約３メートルまで、一実施形態では約１メートルから約３メートルまでとしてよい。辺３３５から辺３３６までで測ったそれぞれのマイクロチャネル３３２の長さは、例えば約１０メートル以下のいかなる寸法でもよく、一実施形態では約６メートル以下、一実施形態では約０．５メートルから約６メートルまで、一実施形態では約０．５メートルから約２メートルまで、一実施形態では約１メートルとしてよい。一実施形態では、長さは約０．５メートルから約１０メートルまでの範囲内としてよく、一実施形態では約１メートルから約６メートルまで、一実施形態では１メートルから約３メートルまでの範囲内としてよい。マイクロチャネルを通る製品の流れの圧力降下は、約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下としてよく、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約３０ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約１０ｐｓｉ／ｆｔまで、一実施形態では約０．１ｐｓｉ／ｆｔから約５ｐｓｉ／ｆｔまでとしてよい。
【００４８】
それぞれのマイクロチャネル層３１０および３３０におけるマイクロチャネルの数は、例えば、１、２、３、４、５、６、８、１０、数百、数千、数万、数十万、数百万等のいかなる望みの数でもよい。同様に、マイクロチャネル層の繰り返しユニット３００の数は、１、２、４、６、８、１０、数十、数百、数千等のいかなる望みの数でもよい。マイクロチャネルを出入りする製品または冷媒の流れを提供するために、ヘッダマニホルドおよびフッタマニホルドを、関連するバルブ等とあわせてマイクロチャネルとともに用いてもよい。
【００４９】
熱交換器は４ストリーム熱交換器であってもよい。４ストリーム熱交換器の一例を図２０に示す。図２０は、４ストリーム熱交換器の繰り返しユニット内の異なるストリーム（すなわち、ストリームＡ、Ｂ、ＣおよびＤ）のマイクロチャネルの配置を示している。
【００５０】
一実施形態では、本発明のプロセスは、製品ストリームを処理するために、前置冷却器、後置冷却器、冷媒調整コンポーネント（例えば、加熱、冷却、成分供給／分離等）等の追加的熱交換器を含む。これらの追加的熱交換器は、本発明のプロセスで用いられる熱交換器の上流および／または下流のいずれにあってもよい。これらの追加的熱交換器は、従来の設計としてよい。一実施形態では、このような追加的熱交換器内の１つまたは複数の流体ストリームが、マイクロチャネルのセットを流れる。複数のマイクロチャネル熱交換器を使用するプロセスでは、追加的熱交換器は、マイクロチャネル熱交換器の間に配置されてもよい。例えば、図９を参照すると、従来設計の（すなわち、マイクロチャネル熱交換器でない）追加的熱交換器またはただ１つのストリーム（すなわち、冷媒ストリームまたは製品ストリームのいずれか）についてだけマイクロチャネルを使用する熱交換器が、マイクロチャネル熱交換器２１０と２４０の間、またはマイクロチャネル熱交換器２４０と２７０の間に配置されてもよい。
【００５１】
本発明のプロセスは、製品から望ましくない成分を分離するために、マイクロチャネル熱交換器、凝縮器、蒸発器等を含む、熱交換器、凝縮器、蒸発器を利用する分離システムと組み合わせてもよい。例えば、本発明のプロセスを用いて天然ガスを液化する前に、分離システムを用いて、原料天然ガスから水および高分子量炭化水素を分離してもよい。１つのこのようなシステムを図１１に示す。図１１に示されている分離システムでは、一連のカスケード接続されたマイクロチャネル熱交換器または凝縮器を用いて、水と、エタンまたはエチレン、プロパンまたはプロピレン、およびブタンまたはブチレンのような高分子量物質を原料天然ガスから分離する。また、このシステムは、マイクロチャネル熱交換器のチャネル間に挟まれたチャネルにおいて、毛管吸引／輸送および捕獲メッシュのような、液体を分離するための他のメカニズムを使用してもよい。図１１を参照すると、分離システム４００は、バルク液体分離器４１０、マイクロチャネル熱交換器または凝縮器４２０、４３０、４４０および４５０、凝縮器４６０、圧縮機４６５、バルブ４７０、ならびに膨張装置４７５、４８０、４８５および４９０を含む。熱交換器または凝縮器４２０、４３０、４４０および４５０のそれぞれは、上記で説明した熱交換器２１０、２４０および２７０と設計および動作において類似している２ストリーム熱交換器または凝縮器である。メタン、水および２個以上の炭素原子を含む炭化水素を含む原料天然ガス製品混合物がライン４０９を通ってバルク液体分離器４１０に入る。炭素原子が約５個以上の炭化水素が原料天然ガス製品混合物から分離され、ライン４１２を通って貯蔵またはさらなる処理に進む。水および炭素原子が１個から約４個までの炭化水素を含む残りの原料天然ガス製品混合物は、ライン４１１を通ってマイクロチャネル熱交換器４２０へ進む。水が、熱交換器４２０で製品混合物から分離され、熱交換器４２０からライン４２１を通って除去される。残りの原料天然ガス製品混合物は、ライン４２２を通ってマイクロチャネル熱交換器４３０へ進む。ブタンおよびブチレンが、熱交換器４３０で天然ガス製品混合物から分離され、熱交換器４３０からライン４３１を通って流れる。残りの原料天然ガス製品混合物は、ライン４３２を通ってマイクロチャネル熱交換器４４０へ進み、そこでプロパンおよびプロピレンが製品混合物から分離される。プロパンおよびプロピレンは、熱交換器４４０からライン４４１を通って流れる。残りの製品混合物は、ライン４４２を通ってマイクロチャネル熱交換器４５０へ流れる。マイクロチャネル熱交換器４５０で、エタンおよびエチレンが製品混合物から分離され、熱交換器４５０からライン４５１を通って流れる。残りの製品はメタンを含み、これは凝縮器４５０からライン４５２を通って流れる。ライン４５２を流れるメタンは、図１に示したプロセスにライン２８を通って入ってもよいし、図９に示したプロセスにライン２０９を通って入ってもよい。ライン４０９を通ってバルク液体分離器４１０へ流れる原料天然ガス製品混合物について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約５００℃までとしてよく、一実施形態では約−５０℃から約３００℃までとしてよい。ライン４１１を通って熱交換器４２０へ流れる製品混合物について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約５００℃までとしてよく、一実施形態では約−５０℃から約３００℃までとしてよい。ライン４２２を通って熱交換器４３０へ流れる製品混合物について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約５００℃までとしてよく、一実施形態では約−２００℃から約３００℃までとしてよい。ライン４３２を通って熱交換器４４０へ流れる製品混合物について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２２５℃から約５００℃までとしてよく、一実施形態では約−２００℃から約３００℃までとしてよい。ライン４４２を通って熱交換器４５０へ流れる製品混合物について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２４５℃から約５００℃までとしてよく、一実施形態では約−２００℃から約３００℃までとしてよい。熱交換器４５０からライン４５２を通って流れるメタンについて、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２４５℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２００℃から約３００℃までとしてよい。
【００５２】
図１１に示した分離システム４００で用いられる冷媒は、上記で説明した冷媒のいずれでもよい。冷媒は、ライン４５９を通り凝縮器４６０へ、凝縮器４６０を通りライン４６１へ、ライン４６１を通り圧縮機４６５へ、圧縮機４６５を通りライン４６６へ、ライン４６６を通りバルブ４７０へ、バルブ４７０を通りライン４７１へ、ライン４７１を通り膨張装置４７５へ、膨張装置４７５を通りライン４７６へ、ライン４７６を通り熱交換器４５０へ、熱交換器４５０を通りライン４７７へ、ライン４７７を通り膨張装置４８０へ、膨張装置４８０を通りライン４８１へ、ライン４８１を通り熱交換器４４０へ、熱交換器４４０を通りライン４８２へ、ライン４８２を通り膨張装置４８５へ、膨張装置４８５を通りライン４８６へ、ライン４８６を通り熱交換器４３０へ、熱交換器４３０を通りライン４８７へ、ライン４８７を通り膨張装置４９０へ、膨張装置４９０を通りライン４９１へ、ライン４９１を通り熱交換器４２０へ、熱交換器４２０を通りライン４５９へ流れ、ライン４５９を通って凝縮器４６０に戻り、そこでサイクル全体が再び開始する。ライン４５９を通ってマイクロチャネル熱交換器４２０から凝縮器４６０へ流れる冷媒について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約３０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２２５℃から約３００℃までとしてよい。ライン４６１を通って凝縮器４６０から圧縮機４６５へ流れる冷媒について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約３０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２２５℃から約３００℃までとしてよい。ライン４６６を通って圧縮機４６５からバルブ４７０へ流れる冷媒について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約３０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２２５℃から約３００℃までとしてよい。ライン４７１を通ってバルブ４７０から膨張装置４７５へ流れる冷媒について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約３０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２２５℃から約３００℃までとしてよい。ライン４７６を通って膨張装置４７５から熱交換器４５０へ流れる冷媒について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約３０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２２５℃から約３００℃までとしてよい。ライン４７７を通って熱交換器４５０から膨張装置４８０へ流れる冷媒について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約３０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２２５℃から約３００℃までとしてよい。ライン４８１を通って膨張装置４８０から熱交換器４４０へ流れる冷媒について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約３０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２２５℃から約３００℃までとしてよい。ライン４８２を通って熱交換器４４０から膨張装置４８５へ流れる冷媒について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約３０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２２５℃から約３００℃までとしてよい。ライン４８６を通って膨張装置４８５から熱交換器４３０へ流れる冷媒について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約３０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２２５℃から約３００℃までとしてよい。ライン４８７を通って熱交換器４３０から膨張装置４９０へ流れる冷媒について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約３０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２２５℃から約３００℃までとしてよい。ライン４９１を通って膨張装置４９０から熱交換器４２０へ流れる冷媒について、圧力は、約１０ｐｓｉｇから約３０００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２５０℃から約３００℃までとしてよく、一実施形態では約−２２５℃から約３００℃までとしてよい。
【００５３】
本発明のプロセスで用いられる熱交換器で用いられる冷媒マイクロチャネルおよび製品マイクロチャネルは、金属（例えば、ステンレス鋼またはその他の鋼合金）、セラミックス、ポリマー（例えば熱硬化性樹脂）、またはそれらの組合せを含む材料から構成することができる。有用な材料としては、約３６％超のニッケルを含む鉄−ニッケル合金ＩＮＶＡＲがある。これらの材料は、必要な総伝熱係数を提供するのに十分な熱伝導率を備える。これらの材料を使用する１つの利点は、軸方向伝導による非効率性が、アルミニウムのような高い熱伝導性の材料を使用する場合に比べて大幅に低減されることである。これにより、熱交換器で比較的短いマイクロチャネルを用いることが可能となる。したがって、マイクロチャネルはアルミニウムのような高い熱伝導性の材料から構成されてもよいが、本発明のプロセスの１つの利点は、そのような材料を使用する必要がないことである。
【００５４】
天然ガスを液化するために用いられる熱交換器が超低温(very low temperature)（すなわち、約−１００℃未満）で運転されて高い温度勾配を受けると、マイクロチャネル熱交換器を建造するには、低温および高い温度勾配の条件と両立する材料を用いる必要がある。使用される材料は、低い熱膨張係数（ＣＴＥ）および中程度の熱伝導率を有するべきである。ＣＴＥ値が低いことは、低い熱応力レベルを保つことによって、熱交換器内の温度勾配による運転中のチャネル寸法の変形が最小限になることを保証する。材料のＣＴＥ値が低いほうが、製造中の寸法変化に強い。マイクロチャネル熱交換器では、チャネル寸法が小さい代わりに、厳しい寸法公差が要求され、熱膨張、収縮または製造公差による寸法ミスマッチの累積があると、流れの不均衡分布および過度の熱応力を引き起こす。熱交換器の有効度を低下させる長手方向の熱伝導を最小限にするため、中程度の熱伝導率が要求される。他方、液化天然ガス用マイクロチャネル熱交換器にとっては、超低温における十分な機械的強度および腐食耐性の特徴が望まれる。一実施形態では、合金ＩＮＶＡＲがこれらの要件を満たす。ＩＮＶＡＲは、極低温(extremely low temperature)環境（すなわち、約−１６３℃未満）または室温環境において、あまり熱膨張を受けない。ＩＮＶＡＲは熱膨張係数が低いため、精密マッチングに適している。ニッケル分がその腐食耐性を高める。熱伝導率が約１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であることから、長手方向の熱伝導性が非常に低い好適な熱交換器材料となり、ひいては、マイクロチャネル熱交換器の性能の有効度が高まる。
【００５５】
一実施形態では、製造公差の累積により、平行なマイクロチャネル間の流れの不均衡分布が悪化することがある。例えば、一方のマイクロチャネルのセット（図面仕様により公称フローギャップが０．５ｍｍと規定される）の実フローギャップ（交互配置された熱交換器の隣接する壁の間の距離として定義される）が０．５５ｍｍであるのに対して、積層された装置における異なる層上の第２のマイクロチャネルのセットの実フローギャップが０．４５ｍｍである場合、正味の効果として、実ギャップが大きいほうのチャネルに１０％を超える流れの増大がある。一実施形態では、本発明のプロセスで用いられる熱交換器において低い圧力降下を得るためには、すべて同一のマイクロチャネルの少なくとも９０％の間で、流れの最大ミスマッチは約３０％未満であることが望まれる。
【００５６】
本発明のプロセスによれば、比較的短い長さの、（比較的大きい表面積を得るため）並列に動作する多数のマイクロチャネルを用いて、圧力降下を最小限にすることが可能である。これらのマイクロチャネルは、従来の低温液化システムに比べて、（ヌッセルト数は等しいが水力学的直径はより小さいので）高い伝熱係数と、低い圧力降下を提供することができる。
【００５７】
本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネル熱交換器は、熱交換器容積に対する流体マイクロチャネル容積（すなわち、冷媒マイクロチャネルおよび製品マイクロチャネルの容積）の比を比較的高くすることができる。この特徴によれば、熱交換器の単位重量当たりの伝熱密度を高くすることができる。これについて図１２〜図１４で説明する。図１２〜図１４は、本発明のプロセスで用いられる熱交換器コアの部分断面図を示している。熱交換器コア５５０（図１２）は、熱交換器壁５５１および長方形マイクロチャネル５５２を含む。熱交換器コア５５４（図１３）は、熱交換器壁５５５および円形マイクロチャネル５５６を含む。熱交換器コア５５８（図１４）は、熱交換器壁５５９および半円形マイクロチャネル５６０を含む。各熱交換器コアの繰り返しユニットが、図１２〜図１４において破線で示されている。断面の形状および寸法が流れ方向に不変であると仮定すると、同一の水力学的直径ｄ、リブ幅ｂ＝ｄ／２およびウェブ厚ａ＝ｄ／２に対して、アスペクト比ｃ１／Ｄ＝１０の長方形マイクロチャネル（図１２）の熱交換器容積に対するチャネル容積の比ＲＣＶＨＥＶは、ＲＣＶＨＥＶ＝ｃ１＊Ｄ／（ｃ１＊Ｄ＋ｃ１＊ａ＋Ｄ＊ｂ＋ａ＊ｂ）＝１２１／２５２＝０．４８であり、半円形マイクロチャネル（図１４）ではＲＣＶＨＥＶ＝３．１４１５９２６／１２＝０．２６であり、円形マイクロチャネル（図１３）ではＲＣＶＨＥＶ＝３．１４１５９２６／９＝０．３５である。ジオメトリ間のこの関係は、異なるウェブ厚およびリブ幅に対しても成り立つ。したがって、本発明のプロセスのための熱交換器で用いられるマイクロチャネルはいかなる形状でもよいが、長方形マイクロチャネルによって提供されるアスペクト比が大きいほど、このようなマイクロチャネルは、高い伝熱係数および低い圧力降下を提供するのに有利となる。一実施形態では、本発明のプロセスで用いられる熱交換器は、熱交換器容積に対するマイクロチャネル容積の比が少なくとも約０．２であり、一実施形態では少なくとも約０．２５、一実施形態では少なくとも約０．３、一実施形態では少なくとも約０．３５、一実施形態では少なくとも約０．４、一実施形態では少なくとも約０．４５である。
【００５８】
冷媒マイクロチャネルの内表面上にマイクロスケール構造を形成してもよい。こうしたマイクロスケール構造は、伝熱面積の増大をもたらす。マイクロスケール構造としては、溝、波形、多孔層、内曲した開口、メッシュ等がある。これらのいくつかを図５〜図８に示す。図５（ａ）、図５（ｂ）、図７および図８において、マイクロチャネル５００は長方形の断面（図５（ａ）および図８）を有し、波形構造５０２がチャネル壁５０１の内表面上に形成されている。流体は、矢印５０３で示す方向（図５（ｂ））にマイクロチャネル５００を流れる。蒸気気泡５２２（図８）が流体の流動中に生じることがある。図６（ａ）および図６（ｂ）において、マイクロチャネル５１０は長方形の断面（図６（ａ））を有し、長手方向の溝５１２がマイクロチャネル壁５１１の内表面上に形成されている。流体は、方向矢印５１３で示す方向（図６（ｂ））にマイクロチャネル５１０を流れる。マイクロ構造を形成する方法としては、以下のものに限定されないが、機械加工、レーザ穿孔、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）、リソグラフィ電着成形（ＬＩＧＡ）、電気閃光、電気化学エッチング、粉末スラリコーティング、および酸化（例えば熱処理）がある。
【００５９】
マイクロスケール構造の表面は、いくつかの利点を提供する。例えば、図７に示したように、単相流マイクロチャネルでは、波形表面が層流における熱境界層５２０の発達を阻止し、温度勾配の大きいゾーン（薄くなった境界層）を形成するため、物質および熱の伝達プロセスを促進する。乱流領域では、この構造が乱流混合を増大させる。
【００６０】
マイクロスケール構造の表面は、流動沸騰の問題の解消に役立つ。流動沸騰は、冷媒がチャネル内で蒸発する時に起こる。これにより、チャネルの表面に蒸気気泡が形成される。すると、蒸気気泡下に生じる薄い液膜の乾燥によりホットスポットが形成される。それにより、伝熱の大幅な低下が起こることがある。表面上にマイクロスケール構造を有するマイクロチャネルは、気泡底部への液体供給が増える結果、乾燥の可能性が減少する。これを図８に示す。波形のマイクロ構造があるため、矢印５２３および５２４で示すような毛管力によって蒸気気泡５２２の底部へ向かう液体の流れが増大する。突起構造により、気泡５２２の下の、液体との接触領域における固体壁の面積が増大するため、矢印５２５および５２６で示すような蒸発が、平滑な表面の場合よりも効率的になる。したがって、マイクロチャネルの表面にマイクロスケール構造を使用すると、総伝熱が大幅に向上する。これにより、熱交換器内で用いる熱ストリームと冷ストリームの間の温度アプローチを比較的小さくすることができる。
【００６１】
一実施形態では、本発明のプロセスで用いられる熱交換器は、熱交換器内のマイクロチャネルに冷媒および製品を供給するため、およびマイクロチャネルから製品および冷媒を取り出すために、一連の（すなわち２個以上の）サブマニホルドを使用する。これを図１５に示す。図１５を参照すると、ヘッダサブマニホルド６００が、主熱交換ゾーン６１０内のマイクロチャネル（すなわち、冷媒マイクロチャネル６１２および製品マイクロチャネル６１４）に接続されている。さらにそれらのマイクロチャネルは、フッタサブマニホルド６２０に接続されている。冷媒および製品は、方向矢印６３０で示すようにヘッダサブマニホルド６００を流れ、続いて主熱交換ゾーン６１０内のマイクロチャネル６１２および６１４を通り、続いて方向矢印６４０で示すようにフッタサブマニホルド６２０を通って熱交換器を出る。
【００６２】
マイクロチャネルへの二相（すなわち、液−気相）流が一様分布であることは、液相および気相の流れの運動量差による問題を生じることがある。液−気相混合物中で、低密度の気相は、より高密度の液相よりも高速に移動する。この問題は、ヘッダマニホルドまたはマイクロチャネル内で液相と気相を混合することによって克服することができる。混合は、図１６に示すようなヘッダマニホルドで実行してもよい。図１６を参照すると、液相６５０を気相６５５中に噴霧することにより、チャネル６６０の直上に二相混合物が供給される。
【００６３】
別法として、液相と気相をマイクロチャネル内で混合して二相混合物を生成することもできる。これを図１７〜図１９に示す。図１７および図１８を参照すると、液相６６５が液相チャネル６７０に入り、気相６７５が気相チャネル６８０に入る。チャネル６７０および６８０は、オリフィス６９０を含むオリフィスプレート６８５で分離されている。液相６６５は、矢印６９５で示すように、オリフィスプレート６８５のオリフィス６９０を流れ、噴霧または分散された液相として気相チャネル６８０に入り、気相６７５と混合する。
【００６４】
図１９に示すマイクロチャネル７００は、プレート７０２および７０４、ならびにシム７０６および７０８からなる。液相７１０はライン７１１を流れ、気相７１２はライン７１３を流れる。液相および気相がチャネル７１６に入ると、混合して液−気相混合物７１４となる。
【００６５】
「ストリーム間平面伝熱面積百分率」（ＩＰＨＴＡＰ）という用語は、熱交換器の最大有効伝熱面積に関係し、リブ、フィン、および表面積エンハンサを除くマイクロチャネル装置内で熱交換する２つのストリームまたは流体（例えば、製品ストリームおよび冷媒ストリーム）を分離する表面積を、リブ、フィン、および表面積エンハンサも含めたチャネルの全内部表面積に対する百分率として表したものである。表面積エンハンサは、チャネルの最小寸法の１０分の１よりも大きい臨界寸法を有する特徴部として定義される。すなわち、ＩＰＨＴＡＰは、チャネルの全表面積に対する、異なる流体が流れる隣のチャネルへ伝達される熱が通る面積の比である。ＩＰＨＴＡＰ＝１００％というジオメトリは、すべての利用可能な面積が、隣り合う異なるストリームとの熱交換に利用されることを意味する。ＩＰＨＴＡＰは、次の公式を用いて計算することができる。
【００６６】
【数３】
2006504920.tif 000004
【００６７】
一実施形態では、本発明のプロセスで用いられる熱交換器（例えば、冷媒マイクロチャネル（例えば、低圧冷媒または高圧冷媒）または製品マイクロチャネル）内の任意のストリームのＩＰＨＴＡＰは、少なくとも約２０％であり、一実施形態では少なくとも約３０％、一実施形態では少なくとも約４０％、一実施形態では少なくとも約５０％、一実施形態では少なくとも約７０％、一実施形態では少なくとも約９０％である。
【００６８】
一実施形態では、熱交換器１８の体積熱流束は、少なくとも約０．５ワット毎立方センチメートル（Ｗ／ｃｍ３）であり、一実施形態では少なくとも約０．７５Ｗ／ｃｍ３、一実施形態では少なくとも約１．０Ｗ／ｃｍ３、一実施形態では少なくとも約１．２Ｗ／ｃｍ３、一実施形態では少なくとも約１．５Ｗ／ｃｍ３である。体積熱流束という用語は、マイクロチャネルを流れる冷媒が獲得する熱量を、熱交換器のコア体積で割ったものを意味する。熱交換器のコア体積は、熱交換器のすべてのストリームおよび互いにストリームを分離するすべての構造材を含むが、外部からストリームを分離する構造材を含まない。したがって、コア体積は、熱交換器内の最も外側のストリームの縁で終端する。コア体積はマニホルディングを含まない。
【００６９】
一実施形態では、本発明のプロセスで用いられる熱交換器の有効度は少なくとも約０．８であり、一実施形態では少なくとも約０．９、一実施形態では少なくとも約０．９５、一実施形態では少なくとも約０．９８、一実施形態では少なくとも約０．９８５、一実施形態では少なくとも約０．９９、一実施形態では少なくとも約０．９９５であり、マイクロチャネルの長さは約３メートル以下であり、一実施形態では約２メートル以下、一実施形態では約１メートル以下である。熱交換器の有効度は、伝達される熱量を伝達可能な最大熱量で割った尺度である。熱交換器の有効度は、次の公式から計算することができる。
【００７０】
【数４】
2006504920.tif 000005
【００７１】
ここで、
εは、熱交換器の有効度であり、
Ｈｉｐは、冷却または液化すべき製品の入口エンタルピーであり、
Ｈｏｐは、冷却または液化すべき製品の出口エンタルピーであり、
Ｈｉｌｐｒは、低圧冷媒入口温度における製品のエンタルピーである。
【００７２】
一実施形態では、冷却または液化すべき製品は、約−４０℃から約４０℃までの範囲内、一実施形態では約−４０℃から約３２℃までの範囲内の温度から、約−１４０℃から約−１６０℃までの範囲内、一実施形態では約−１４０℃から約−１５５℃までの範囲内の温度へと冷却され、当該製品の流量は、熱交換器のコア体積１立方メートル当たり毎時製品少なくとも約１５００ポンド（１５００ｌｂｓ／ｈｒ／ｍ３）であり、一実施形態では少なくとも約２５００ｌｂｓ／ｈｒ／ｍ３である。熱交換器内のマイクロチャネルを通る冷媒の全圧力降下は、約３０ｐｓｉ以下としてよく、一実施形態では約２０ｐｓｉ以下、一実施形態では約１０ｐｓｉ以下、一実施形態では約５ｐｓｉ以下、一実施形態では約３ｐｓｉ以下としてよい。
【００７３】
一実施形態では、熱交換器の性能係数は、少なくとも約０．５であり、一実施形態では少なくとも約０．６、一実施形態では少なくとも約０．６５、一実施形態では少なくとも約０．６８である。性能係数は、マイクロチャネルを流れる製品のエンタルピー変化を、マイクロチャネルを通る冷媒の流れから生じる圧力降下を埋め合わせるのに必要な圧縮機パワーで割ったものである。
【００７４】
熱交換器のアプローチ温度は、約５０℃以下としてよく、一実施形態では約３０℃以下、一実施形態では約２０℃以下、一実施形態では約１０℃以下、一実施形態では約５℃以下としてよい。アプローチ温度は、熱交換器を出る冷却または液化すべき製品の温度と、熱交換器に入る最も低温の冷媒ストリームの温度との差として定義することができる。
【００７５】
一実施形態では、製品マイクロチャネル壁における温度変化は、製品流の方向の長さ１メートル当たり少なくとも約２５℃であり、一実施形態では１メートル当たり少なくとも約５０℃、一実施形態では１メートル当たり少なくとも約７５℃、一実施形態では１メートル当たり少なくとも約１００℃である。
【００７６】
本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネル熱交換器を使用する１つの利点として、約５０００ｐｓｉｇ以上に至るまでの内圧差での熱交換器の動作を可能にする材料および接着技法を用いてマイクロチャネル熱交換器を製造することができる。一実施形態では、冷媒ストリーム、製品ストリーム、または冷媒および製品の両方のストリームの圧力は、約１５００ｐｓｉｇ超としてよく、一実施形態では約１７５０ｐｓｉｇ超、一実施形態では約２０００ｐｓｉｇ超、一実施形態では約２２５０ｐｓｉｇ超としてよい。
【００７７】
天然ガス等の気体を凝縮するための冷却必要量は、圧力の上昇とともに減少する。与えられた温度変化に対して、圧力が高いほど、これらの気体は少ししか冷却を必要としない。これを図２１に示す。図２１には、天然ガス（メタンで近似）の冷却必要量がプロットされている。天然ガスのような気体を凝縮するための冷却必要量は、圧力が高いほど減少する結果、必要な冷媒流量も減少する。冷媒流量は、圧縮機運転コストに比例するため、製品気体の圧力が高いほど、圧縮機運転コストの低減を達成することができる。したがって、本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネル熱交換器によって提供される１つの利点として、製品気体（例えば天然ガス）は、約５０００ｐｓｉｇ以上までの圧力で冷却してよく、一実施形態では約５００ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約１０００ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約１５００ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまで、一実施形態では約２０００ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまでの圧力で冷却してよい。
【実施例１】
【００７８】
天然ガス圧力を２５００ｐｓｉｇまで上昇させ、天然ガスの同一の出口温度を達成するための（同一運転条件での）冷媒流量の減少を評価する。天然ガス圧力は、６３５、１０００、１５００、２０００、および２５００ｐｓｉｇとする。天然ガス圧力を上昇させるにつれて、チャネル間の金属リブ厚を増大させる必要がある。図２２は、熱交換器の代表的な繰り返しユニットにおいて、天然ガス圧力とともに変化させる必要のある金属リブ厚を示している。図２２で用いられる繰り返しユニットにおいて、左から右へ、天然ガス（ＮＧ）、低圧冷媒（ＬＰＲ）、高圧冷媒（ＨＰＲ）、ＬＰＲ、ＨＰＲ、ＬＰＲ、ＮＧを表す。下記の表は、種々の天然ガス圧力で必要な金属厚の値を示している。金属はステンレス３０４である。
【００７９】
表１：種々の天然ガス圧力における金属リブ厚
【表１】
2006504920.tif 000006
【００８０】
図２２に示した繰り返しユニットのその他の寸法を図２３に示す。天然ガス（ＮＧ）チャネルの幅は、チャネル間にリブのない熱交換器の全幅にわたってもよい。天然ガス圧力とともに変化しない入力流れ条件は次のとおりである。
１．天然ガス、低圧冷媒および高圧冷媒の入口温度。
２．低圧冷媒および高圧冷媒の入口圧力。
３．天然ガスの質量流量。
【００８１】
与えられた天然ガス圧力に対して、出口温度を求めるために冷媒の質量流量を計算する。天然ガスの出口温度は−１５５．６℃である。下記の表に流れ条件をまとめる。
【００８２】
表２：流れ条件の概要
【表２】
2006504920.tif 000007
【００８３】
冷媒のモル組成比は、窒素：０．１４０５、メタン：０．３２５１、エチレン：０．３３９３、プロパン：０．１２９７、ｉ−ブタン：０．０２４４、およびｉ−ペンタン：０．０４１０である。天然ガス運転圧力が高くなると、天然ガスを−１５５．６℃に冷却するのに必要な冷媒は少なくなる。図２４に与えるグラフは、種々の天然ガス圧力において天然ガスを冷却するのに必要な冷媒流量を示している。
【００８４】
金属リブ厚は天然ガス圧力とともに増大するので、軸方向伝導による熱損失もまた増大する。天然ガスと低圧冷媒の間の金属リブにおける平均軸方向伝導を計算する。比Ｒを次のように定義する。
【００８５】
【数５】
2006504920.tif 000008
【００８６】
図２５は、天然ガス圧力に対する軸方向伝導の変化を示している。軸方向伝導は天然ガス圧力とともに増大するが、全冷媒流量を減らすことに関しては全体としては得である。軸方向伝導による性能の損失は、より高い天然ガス圧力における性能の利得に比べて小さい。
【実施例２】
【００８７】
天然ガスを液化する目的で３ストリーム熱交換器を提供する。ストリームのうちの２つは熱交換器を通る冷媒の流れを含み、第３のストリームは天然ガスの流れを含む。一方の冷媒ストリームは、３２３．３〜３２２．８ｐｓｉｇの圧力で運転される高圧冷媒ストリームであり、他方の冷媒ストリームは、２９．９５〜２７．７５ｐｓｉｇの圧力で運転される低圧冷媒ストリームである。高圧および低圧の冷媒ストリームは、図３に示したように互いに向流として流れる。天然ガスストリームは、図３に示したように冷媒ストリームに対して直交流として流れる。
【００８８】
熱交換器はステンレス鋼（ＳＳ３０４）から構成される。その長さは１．００メートル、幅は１．７０メートル、積層高さは２．８５メートルである。熱交換器のコア体積は４．８５立方メートルである。図２の繰り返しユニット１００に対応するマイクロチャネル層の繰り返しユニットを用いる。使用される繰り返しユニット１００の数は２２０である。
【００８９】
高圧冷媒は、図２のマイクロチャネル１２２および１６２に対応する第１のマイクロチャネルのセットを流れる。熱交換器は、全部で５１，４８０個の並列に動作する第１のマイクロチャネルを有する。第１のマイクロチャネル１２２および１６２のそれぞれの断面形状は長方形である。それぞれのマイクロチャネル１２２および１６２は、幅が０．５６インチ（１４．２２ｍｍ）、高さが０．０１８インチ（０．４５ｍｍ）および長さが３．２８ｆｔ（１．００メートル）である。第１のマイクロチャネルのセットに入る高圧冷媒は液体と気体の混合物の形態であるが、第１のマイクロチャネルのセットを出る高圧冷媒は液体の形態である。第１のマイクロチャネルのセットを流れる液体冷媒のレイノルズ数は９９．７である。第１のマイクロチャネルのセットを流れる気体冷媒のレイノルズ数は６４９である。
【００９０】
低圧冷媒は、図２のマイクロチャネル１１２、１３２および１５２に対応する第２のマイクロチャネルのセットを流れる。熱交換器は、全部で１５５，１００個の並列に動作する第２のマイクロチャネルを有する。第２のマイクロチャネル１１２、１３２および１５２のそれぞれの断面形状は長方形である。それぞれのマイクロチャネルは、幅が０．２７５インチ（６．９９ｍｍ）、高さが０．０２２インチ（０．５９ｍｍ）および長さが３．２８フィート（１．００メートル）である。第２のマイクロチャネルに入る低圧冷媒は液体と気体の混合物の形態であるが、第２のマイクロチャネルのセットを出る低圧冷媒は気体の形態である。第２のマイクロチャネルのセットを流れる液体のレイノルズ数は９９である。第２のマイクロチャネルのセットを流れる気体のレイノルズ数は９８８である。
【００９１】
天然ガスは、図２のマイクロチャネル１４２に対応する第３のマイクロチャネルのセットを流れる。熱交換器は、２２０個の並列に動作する第３のマイクロチャネルを有する。第３のマイクロチャネルのそれぞれの断面形状は長方形である。それぞれのマイクロチャネルは、幅が５．５８フィート（１．７０メートル）、高さが０．０１６インチ（０．４１ｍｍ）および長さが３．２８フィート（１．００メートル）である。天然ガスは、第３のマイクロチャネルのセットを流れるにつれて液化される。第３のマイクロチャネルのセットを流れる液体のレイノルズ数は９９である。第３のマイクロチャネルのセットを流れる気体のレイノルズ数は８７０である。
【００９２】
この熱交換器の繰り返しユニットを図２６に示す。この繰り返しユニットで用いられるチャネルの順序は、左から右へ次のとおりである：ＮＧ（天然ガス）、ＬＰＲ（低圧冷媒）、ＨＰＲ（高圧冷媒）、ＬＰＲ、ＨＰＲ、ＬＰＲおよびＮＧ。図２６に示されているすべての寸法の単位はインチである。代表的な繰り返しユニットとして、ＮＧチャネルの幅が０．５７０インチのものを示しているが、繰り返しユニットは熱交換器全体（５．５８フィート）に延在する。熱交換器の内部のストリームのＩＰＨＴＡＰは、周辺部のストリームのＩＰＨＴＡＰとは異なる。内部チャネルのＩＰＨＴＡＰの計算を次に示す。
【００９３】
【数６】
2006504920.tif 000009
【００９４】
周辺に配置されたチャネルについては、各種のストリームのＩＰＨＴＡＰは次のとおりである。
【００９５】
【数７】
2006504920.tif 000010
【００９６】
冷媒は、次の組成を有する（すべての百分率はｍｏｌ％である）。
窒素          １０％
メタン        ２４％
エチレン      ２８％
プロパン      １６％
イソブタン      ５％
イソペンタン  １７％
【００９７】
冷媒は圧縮機で圧縮され、圧力が３３１．３ｐｓｉｇ、温度が１５３℃となる。圧縮された冷媒は凝縮器へ流れ、そこで圧力は３２３．３ｐｓｉｇに低下し、温度は２９．４℃に低下する。この時点の冷媒は、気体と液体の混合物の形態の高圧冷媒である。冷媒は凝縮器から、熱交換器内の第１のマイクロチャネルのセット１２２および１６２へ流れて通過する。第１のマイクロチャネルのセットを流れる際の冷媒の全圧力降下は０．３ｐｓｉである。第１のマイクロチャネルのセットを出る冷媒は、圧力が３２２．８ｐｓｉｇ、温度が−１５３．９℃である。次に冷媒は膨張バルブを流れ、そこで圧力は２９．９５ｐｓｉｇに降下し、温度は−１５８．３℃に降下する。この時点の冷媒は低圧冷媒である。膨張バルブから、冷媒は熱交換器内の第２のマイクロチャネルのセット１１１、１３２および１５２を流れる。第２のマイクロチャネルのセットを流れる際の冷媒の全圧力降下は０．２〜２．０ｐｓｉの間である。第２のマイクロチャネルのセットを出る冷媒は、圧力が２７．７５ｐｓｉｇ、温度が２０．９℃である。次に冷媒は、第２のマイクロチャネルのセットから流れて圧縮機に戻り、そこで冷凍サイクルが再び開始する。
【００９８】
圧力が６３５．３ｐｓｉｇ、温度が３２．２℃の天然ガスが、熱交換器内の第３のマイクロチャネルのセットに入る。天然ガスは、第３のマイクロチャネルのセットを流れ、液体の形態でマイクロチャネルを出る。天然ガスの流量は毎時１５７５０ポンドである。液化した天然ガスは、圧力が５ｐｓｉｇ、温度が−１５５．３℃である。
【００９９】
熱交換器の体積熱流束は１．５Ｗ／ｃｍ３である。熱交換器内の３つのストリームの温度および熱交換器内で伝達される全熱量のプロットを図４に示す。図４において、ＴＮＧは天然ガスの温度である。ＴＨＰＲは高圧冷媒の温度である。ＴＬＰＲは低圧冷媒の温度である。図４の熱交換量(heat duty)は、高温端から測った累積伝熱量を意味する。
【０１００】
以上、本発明を種々の詳細な実施形態に関連して説明したが、言うまでもなく、本明細書を読むことで当業者にはそれらの実施形態に対する種々の変更が明らかとなるであろう。したがって、本明細書に開示された発明は、添付の特許請求の範囲内に入るそのような変更を網羅することを意図していると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】一特定形態における本発明のプロセスを示す流れ図である。
【図２】本発明のプロセスで使用される熱交換器内で使用可能なマイクロチャネル層の繰り返しユニットの一実施形態の分解組立図を示す概略図である。
【図３】本発明のプロセスで使用可能な熱交換器の一実施形態で用いられるマイクロチャネル層の分解組立図を示す概略図である。冷媒および液化すべき気体製品の流れの方向が示されている。
【図４】実施例２の熱交換器内の３つのストリームの温度および熱交換器内で伝達される全熱量を示すプロットである。
【図５（ａ）】マイクロスケール構造が内表面上に形成されたマイクロチャネルの概略を示す断面図である。マイクロスケール構造は波形構造である。
【図５（ｂ）】マイクロスケール構造が内表面上に形成されたマイクロチャネルの概略を示す長さ方向の図である。マイクロスケール構造は波形構造である。
【図６（ａ）】マイクロスケール構造が内表面上に形成されたマイクロチャネルの概略を示す断面図である。マイクロスケール構造は長手方向の溝である。
【図６（ｂ）】マイクロスケール構造が内表面上に形成されたマイクロチャネルの概略を示す長さ方向の図である。マイクロスケール構造は長手方向の溝である。
【図７】マイクロスケール構造が壁面上に形成されたマイクロチャネルの壁の概略図である。壁およびマイクロスケール構造の上に重なる熱境界が示されている。
【図８】マイクロスケール構造が内側に形成されたマイクロチャネルの断面図である。蒸気気泡がマイクロチャネル内に位置しているのが示されている。
【図９】本発明のプロセスの代替実施形態を示す流れ図である。
【図１０】本発明のプロセスで使用可能な熱交換器の代替実施形態において用いられるマイクロチャネル層の分解組立図を示す概略図である。
【図１１】原料天然ガスから水、ブタンまたはブチレン、プロパンまたはプロピレン、およびエタンまたはエチレンを分離するための、マイクロチャネル熱交換器を用いた分離システムを示す流れ図である。
【図１２】本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルを含む熱交換器コアの一部断面図である。マイクロチャネルの形状は長方形である。
【図１３】本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルを含む熱交換器コアの一部断面図である。マイクロチャネルの形状は円形である。
【図１４】本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルを含む熱交換器コアの一部断面図である。マイクロチャネルの形状は半円形である。
【図１５】熱交換器内のマイクロチャネルに冷媒および製品を供給し、マイクロチャネルから製品および冷媒を取り出すための一連のサブマニホルドを示す概略図である。
【図１６】本発明のプロセスで用いられる熱交換器で有用なマニホルドヘッダの概略図である。
【図１７】本発明のプロセスで用いられる熱交換器のマイクロチャネル内での液体と気体の混合を示す概略図である。
【図１８】本発明のプロセスで用いられる熱交換器のマイクロチャネル内での液体と気体の混合を示す概略図である。
【図１９】本発明のプロセスで用いられる熱交換器のマイクロチャネル内での液体と気体の混合を示す概略図である。
【図２０】本発明のプロセスで使用可能な４ストリーム熱交換器において用いられるマイクロチャネルの順序を示す概略図である。
【図２１】冷却必要量を天然ガスの圧力と比較するグラフである。
【図２２】実施例１に記載の熱交換器で用いられるマイクロチャネルの順序を示す概略図である。
【図２３】実施例１に記載の熱交換器で用いられるマイクロチャネルの順序を示す概略図である。
【図２４】天然ガス圧力に対して冷媒流量を示すグラフである。
【図２５】天然ガス圧力に対して伝熱軸方向伝導を示すグラフである。
【図２６】実施例２に記載の熱交換器で用いられるマイクロチャネルの順序を示す概略図である。
【図１】
2006504920.tif 000011
【図２】
2006504920.tif 000012
【図３】
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【図４】
2006504920.tif 000014
【図５】
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【図６】
2006504920.tif 000016
【図７】
2006504920.tif 000017
【図８】
2006504920.tif 000018
【図９】
2006504920.tif 000019
【図１０】
2006504920.tif 000020
【図１１】
2006504920.tif 000021
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2006504920.tif 000029
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2006504920.tif 000035
【図２６】
2006504920.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月12日(2004.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器で流体製品を冷却するプロセスにおいて、
流体冷媒を圧縮し、該冷媒を膨張させ、前記熱交換器内の冷媒マイクロチャネルのセットに該冷媒を流すステップと、
前記熱交換器内の製品マイクロチャネルのセットに前記製品を流すステップと
を含み、
前記製品マイクロチャネルを流れる前記製品が、前記冷媒マイクロチャネルを流れる前記冷媒と熱交換し、
前記製品マイクロチャネルのセットを出る前記製品が、前記製品マイクロチャネルのセットに入る前記製品よりも低温である、熱交換器で流体製品を冷却するプロセス。
【請求項２】
前記熱交換器が２ストリーム熱交換器である請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記熱交換器が３ストリーム熱交換器である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記熱交換器が、３個より多くのストリームを使用する多ストリーム熱交換器である請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
前記冷媒マイクロチャネルを流れる前記冷媒が、前記熱交換器内の第１のマイクロチャネルのセットを流れる冷媒と、前記熱交換器内の第２のマイクロチャネルのセットを流れる別の冷媒とを含み、前記第２のマイクロチャネルのセットを流れる前記冷媒が、前記第１のマイクロチャネルのセットを流れる前記冷媒とは異なる組成および／または異なる温度および／または圧力を有する請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れが非乱流である請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記冷媒マイクロチャネルに入る前記冷媒は、圧力が約２０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１８０℃から約１００℃までである請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記冷媒マイクロチャネルを出る前記冷媒は、圧力が約２０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１８０℃から約１００℃までである請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記製品マイクロチャネルに入る前記製品は、圧力が約５０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−４０℃から約４０℃までである請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記製品マイクロチャネルを出る前記製品は、圧力が約５０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１７０℃から約−８５℃までである請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記製品マイクロチャネルを流れる前記製品は、圧力が約５００ｐｓｉｇから約５０００ｐｓｉｇまでの範囲内である請求項１に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記冷媒マイクロチャネルを流れる前記冷媒の圧力降下が約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記製品マイクロチャネルが前記冷媒マイクロチャネルに隣接する請求項１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れが、前記製品マイクロチャネルを通る製品の流れに対して向流である請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れが、前記製品マイクロチャネルを通る製品の流れに対して直交流である請求項１に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れが、前記製品マイクロチャネルを通る製品の流れに対して並流である請求項１に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記第１のマイクロチャネルのセットに入る前記冷媒が単相気体、単相液体、または気体と液体の混合物を含み、前記第１のマイクロチャネルのセットを通る気体冷媒の流れのレイノルズ数が約１００，０００以下であり、前記第１のマイクロチャネルのセットを通る液体冷媒の流れのレイノルズ数が約１０，０００以下である請求項５に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記第２のマイクロチャネルのセットに入る前記冷媒が気体と液体の混合物を含み、前記第２のマイクロチャネルのセットを通る気体冷媒の流れのレイノルズ数が約４０００以下であり、前記第２のマイクロチャネルのセットを通る液体冷媒の流れのレイノルズ数が約４０００以下である請求項５に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記冷媒が、前記冷媒マイクロチャネルを流れる前に、圧縮機で圧縮されてから冷却される請求項１に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記冷媒が、前記第１のマイクロチャネルのセットから、膨張装置を通り、前記第２のマイクロチャネルのセットへ流れる請求項５に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記第１のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れが、前記第２のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れに対して向流である請求項５に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記第１のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れが、前記第２のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れに対して並流である請求項５に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記第１のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れが、前記第２のマイクロチャネルのセットを通る冷媒の流れに対して直交流である請求項５に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記第１のマイクロチャネルのセットに入る前記冷媒は、圧力が約２０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−５０℃から約１００℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記第１のマイクロチャネルのセットを出る前記冷媒は、圧力が約２０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１８０℃から約−９０℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記第２のマイクロチャネルのセットに入る前記冷媒は、圧力が約１０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１８０℃から約−９０℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記第２のマイクロチャネルのセットを出る前記冷媒は、圧力が約１０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−５０℃から約１００℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記第３のマイクロチャネルのセットに入る前記製品は、圧力が約５０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−４０℃から約４０℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記第３のマイクロチャネルのセットを出る前記製品は、圧力が約５０００ｐｓｉｇ以下、温度が約−１７０℃から約−８５℃までである請求項５に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記第１のマイクロチャネルのセットを流れる前記冷媒の圧力降下が約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下であり、前記第２のマイクロチャネルのセットを流れる前記冷媒の圧力降下が約３０ｐｓｉ／ｆｔ以下である請求項５に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記冷媒が、窒素、二酸化炭素、分子当たり１個から約５個までの炭素原子を含む有機化合物、またはこれらの２つ以上の混合物を含む請求項１に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記製品が、二酸化炭素、ヘリウム、窒素、アルゴン、分子当たり１個から約５個までの炭素原子を含む有機化合物、またはこれらの２つ以上の混合物を含む請求項１に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記製品マイクロチャネルに入る前記製品が天然ガスを含む請求項１に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記製品マイクロチャネルを出る前記製品が液化天然ガスを含む請求項１に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記製品マイクロチャネルおよび冷媒マイクロチャネルが、金属、セラミックス、プラスチック、またはこれらの組合せを含む材料から構成される請求項１に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記冷媒マイクロチャネルの高さの内側寸法が約２ｍｍ以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記製品マイクロチャネルの高さの内側寸法が約２ｍｍ以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項３８】
前記冷媒マイクロチャネルの長さが約１０メートル以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項３９】
前記製品マイクロチャネルの長さが約１０メートル以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４０】
前記熱交換器の性能係数が少なくとも約０．５である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記冷媒マイクロチャネルまたは前記製品マイクロチャネルのストリーム間平面伝熱面積百分率が少なくとも約２０％である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４２】
前記熱交換器の体積熱流束が少なくとも約０．５Ｗ／ｃｍ３である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４３】
前記熱交換器の有効度が少なくとも約０．８である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４４】
前記製品が温度約４０℃から温度約−１６０℃に冷却され、前記熱交換器を通る製品の流量が、前記熱交換器のコア体積１立方メートル当たり毎時少なくとも約１５００ポンドである請求項１に記載のプロセス。
【請求項４５】
前記冷媒マイクロチャネルを通る冷媒の流れの圧力降下が約３０ｐｓｉ以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４６】
前記熱交換器のアプローチ温度が約５０℃以下である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４７】
前記熱交換器の熱交換器容積に対するマイクロチャネル容積の比が少なくとも約０．２である請求項１に記載のプロセス。
【請求項４８】
マイクロスケール構造が前記冷媒マイクロチャネルの内表面に形成される請求項１に記載のプロセス。
【請求項４９】
前記製品マイクロチャネルを出る前記製品が別の熱交換器に進み、該別の熱交換器で前記製品は追加的冷却を受け、前記別の熱交換器は別の冷媒マイクロチャネルのセットおよび別の製品マイクロチャネルのセットを備え、別の冷媒が前記別の冷媒マイクロチャネルのセットを流れ、前記製品が前記別の製品マイクロチャネルのセットを流れ、前記製品は前記別の冷媒マイクロチャネルのセットを流れる前記別の冷媒と熱交換しながら前記別の製品マイクロチャネルのセットを流れ、前記別の製品マイクロチャネルのセットを出る前記製品は、前記別の製品マイクロチャネルのセットに入る前記製品よりも低温である請求項１に記載のプロセス。
【請求項５０】
前記別の製品マイクロチャネルを出る前記製品が第３の熱交換器に進み、該第３の熱交換器で前記製品は追加的冷却を受け、前記第３の熱交換器は第３の冷媒マイクロチャネルのセットおよび第３の製品マイクロチャネルのセットを備え、第３の冷媒が前記第３の冷媒マイクロチャネルのセットを流れ、前記製品は前記第３の冷媒マイクロチャネルのセットを流れる前記第３の冷媒と熱交換しながら前記第３の製品マイクロチャネルのセットを流れ、前記第３の製品マイクロチャネルのセットを出る前記製品は、前記第３の製品マイクロチャネルのセットに入る前記製品よりも低温である請求項４９に記載のプロセス。
【請求項５１】
前記製品が天然ガスであり、前記冷媒がプロパンまたはプロピレンであり、前記別の冷媒がエタンまたはエチレンであり、前記第３の冷媒がメタンである請求項５０に記載のプロセス。
【請求項５２】
前記製品が天然ガスを含み、該天然ガスが、前記製品マイクロチャネルに該天然ガスを流す前に、該天然ガスから水、ブタンまたはブチレン、プロパンまたはプロピレン、およびエタンまたはエチレンを除去するために、一連のマイクロチャネル熱交換器を流れる請求項１に記載のプロセス。
【請求項５３】
前記製品マイクロチャネルの壁が、前記製品マイクロチャネルを通る製品の流れの方向における前記製品マイクロチャネルの長さ１メートル当たり少なくとも約２５℃の温度変化を受ける請求項１に記載のプロセス。
【請求項５４】
前記熱交換器が、前記マイクロチャネルに冷媒および製品を供給し前記マイクロチャネルから冷媒および製品を取り出すための２個以上のサブマニホルドを備える請求項１に記載のプロセス。
【請求項５５】
前記熱交換器が前記マイクロチャネルへの入口にヘッダを備え、前記冷媒が気体と液体の混合物の形態であり、該気体と液体が前記ヘッダで混合される請求項１に記載のプロセス。
【請求項５６】
前記冷媒が気体と液体の混合物の形態であり、該気体と液体が前記マイクロチャネルで混合される請求項１に記載のプロセス。
【請求項５７】
前記冷媒マイクロチャネルを流れる前記冷媒、前記製品マイクロチャネルを流れる前記製品、または前記冷媒マイクロチャネルを流れる前記冷媒および前記製品マイクロチャネルを流れる前記製品の両方の圧力が少なくとも約１５００ｐｓｉｇである請求項１に記載のプロセス。
【請求項５８】
前記熱交換器の上流に追加的熱交換器が配置され、前記製品が、前記熱交換器内の前記製品マイクロチャネルを流れる前に、前記追加的熱交換器を流れる請求項１に記載のプロセス。
【請求項５９】
前記熱交換器の下流に追加的熱交換器が配置され、前記製品が、前記熱交換器内の前記製品マイクロチャネルを流れた後に、前記追加的熱交換器を流れる請求項１に記載のプロセス。
【請求項６０】
前記熱交換器と前記別の熱交換器との間に追加的熱交換器が配置され、前記製品が、前記熱交換器内の前記製品マイクロチャネルを流れ、次に前記追加的熱交換器を流れ、次に前記別の熱交換器内の前記別の製品マイクロチャネルのセットを流れる請求項４９に記載のプロセス。
【請求項６１】
熱交換器で製品を冷却するプロセスにおいて、
前記熱交換器内の第１のマイクロチャネルのセットに冷媒を流すステップと、
前記熱交換器内の第２のマイクロチャネルのセットに冷媒を流すステップであって、該第２のマイクロチャネルのセットを流れる冷媒が前記第１のマイクロチャネルのセットを流れる冷媒より低い温度、より低い圧力、またはより低い温度およびより低い圧力の両方を有する、前記熱交換器内の第２のマイクロチャネルのセットに冷媒を流すステップと、
前記熱交換器内の第３のマイクロチャネルのセットに製品を流すステップであって、該第３のマイクロチャネルのセットを出る前記製品が該第３のマイクロチャネルのセットに入る前記製品よりも低い温度を有する、前記熱交換器内の第３のマイクロチャネルのセットに製品を流すステップと
を含む熱交換器で製品を冷却するプロセス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
製品は、別の第２の熱交換器２４０内の複数の冷媒マイクロチャネルを流れる第２の冷媒を用いて第２の熱交換器２４０内で冷却される。熱交換器２４０内の冷媒マイクロチャネルは、製品マイクロチャネルと冷媒マイクロチャネルの間で熱交換するように、熱交換器２４０内で製品マイクロチャネルと交互配置される。これについては後でさらに詳細に説明する。次に、第２の冷媒は、第２の熱交換器２４０からライン２５０を通り凝縮器２７２へ、凝縮器２７２を通りライン２５１へ、ライン２５１を通り圧縮機２４４へ、圧縮機２４４を通りライン２５２へ、ライン２５２を通り冷却器２４８へ、冷却器２４８を通りライン２５３へ、ライン２５３を通り凝縮器２４２へ、凝縮器２４２を通りライン２５４へ、ライン２５４を通り膨張装置２４６へ、膨張装置２４６を通りライン２５５へ流れ、ライン２５５を通って第２の熱交換器２４０に戻る。第２の冷媒は、上記で説明した冷媒のいずれでもよい。一実施形態では、第２の冷媒はエタンまたはエチレンである。ライン２５０を通って凝縮器２７２へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約２５０ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１２０℃から約０℃までとしてよく、一実施形態では約−１００℃から約−２０℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約１０ｐｓｉｇであり、温度は約−９４℃である。ライン２５１を通って圧縮機２４４へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約２５０ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１２０℃から約０℃までとしてよく、一実施形態では約−１００℃から約−２０℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約１０ｐｓｉｇであり、温度は約−９４℃である。ライン２５２を通って冷却器２４８へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約５０ｐｓｉｇから約５００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１００ｐｓｉｇから約３００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約５０℃から約２５０℃までとしてよく、一実施形態では約１００℃から約２００℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約２７０ｐｓｉｇであり、温度は約１２１℃である。ライン２５３を通って凝縮器２４２へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約５０ｐｓｉｇから約５００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１００ｐｓｉｇから約３００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−２００℃から約１００℃までとしてよく、一実施形態では約０℃から約５０℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約２７０ｐｓｉｇであり、温度は約３０℃である。ライン２５４を通って膨張装置２４６へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約５０ｐｓｉｇから約５００ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約１００ｐｓｉｇから約３００ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−５０℃から約０℃までとしてよく、一実施形態では約−４０℃から約−１０℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約２７０ｐｓｉｇであり、温度は約−３０℃である。ライン２５５を通って第２の熱交換器２４０へ流れる第２の冷媒について、圧力は、約−１０ｐｓｉｇから約２５０ｐｓｉｇまでとしてよく、一実施形態では約０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇまでとしてよく、温度は、約−１２０℃から約０℃までとしてよく、一実施形態では約−１００℃から約−２０℃までとしてよい。一実施形態では、第２の冷媒はエチレンであり、その圧力は約２７０ｐｓｉｇであり、温度は約−９４℃である。


【国際調査報告】
2006504920.tif 000037
2006504920.tif 000038