TWI271499B - Process for cooling a product in a heat exchanger employing microchannels - Google Patents

Description

1271499 玖、發明說明： 15日提申之美國申請案序號 此先前之申請案於此被併入本 本申請案係2002年8月 1 0/21 9, 990的部份接續案。 案以作參考。 相關申請案的交又參考 曰所提申的 同步吸熱及 國申請案序 委託案號第 vx用於在單 "，委託案 。此等申請 本申請案係有關於下列於2002年8月15 共同讓渡中請案： '、整合式燃燒反應器和進行 放熱反應的方法”，委託案號第02 - 052號（美 號1〇/222，196);、多流道微型管道裝ρ，、 02一001號（美國申請案序號10/222,604 ) ·，和 階處理官道之中進行平衡有限化學反應的方法 號第02-051號（美國申請案號1 0/21 9,956 ) 案在此處將當作參考案之用。 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種用於在利用微型管道的熱交換器 之中冷卻產品的方法，其中微型管道係用於使冷媒與產品 流過該熱交換器。該方法係適用於天然氣的液化。 【先前技術】 天然氣的液化涉及到將天然氣轉換成液態以方便該氣 體的運輸與儲藏。目前用於製造液化天然氣（LN⑺的商業低 溫方法係包括若干步驟··加壓一冷媒，並讓其流過一螺繞 或銅銘熱交換器。在該熱交換器當中，冷媒與天然氣作熱 1271499 交換，並液化該天妙；韻。舲笪為上& _ …虱此專熱父換器被設計，以提供冷 媒與天錢流束之間非常接近的溫度差距。經由設計或構 成材料的改變來增加此等熱交換器的熱效率的結果，將血 型地造成該熱交換器資本成本的增加、冷媒流過教交換； 的壓力降的增加或二者皆增加。壓力降增加的結；將造成 壓縮機需未量的增加。壓縮機針對此^程所作的服務包 括該資本的絕大部分和此等方法的操作成本。因此所要解 決的問題在於提供-種方法，其能夠減少冷媒流過熱交換 器所造成的壓力降的減少。$將改善該方法的生產力及經 濟效益。本發明即將提供該項問題的解決方案。 ^ 由於低溫液化需要大量資本成本，LNG廠一向以龐大 的資本來建造，以透過經濟規模來達成計晝節約的目^。 此項經濟規模的需要已經造成了單系列LNG方法規模的增 加。目前，一具有一壓縮機的單一系列LNG方法受到可^ 供的壓縮機的最大尺寸所限制。因此，欲解決的問題在於 :減少此等方法所需要的壓縮機需求，以增加可能達成該 LNG方法的最大規模。本發明即提供解決此問題的方案。 鋁係使用於建造一傳統低溫熱交換器的典型材料。由 於鋁是一種高熱傳導材料，所以鋁能夠將流體流束之間的 熱傳阻力減至最小。然而，因為其為一高熱傳導材料，由 於軸向熱傳導的關係，鋁具有減少熱交換器效益的傾向。 這將限制此等熱交換器長度縮短的能力，並因而減少了整 體壓力降。本發明的優點之一在於：其不需要使用類似鋁 之類的高熱傳導材料來建構使用發明方法的熱交換器。 1271499 本發明方法的另—優點I :與沒有使用微型管道的習 知技藝相比較’在熱交換器當中使用微型管道將大幅地減 少熱能和質量擴散距離。這將使本發明方法比習知技藝具 有更大的熱交換器每單位容量熱傳效果。 【實施方式】 ”亥名闲彳政型官道’’係指一具有至少一寬度或高度的内 部尺寸約為2_的管道，在一具體實施例當中係為約0.05 至約2_，在另一具體實施例當中係為約〇· 1至約h 5_， 在又一具體實施例當中係為㉟〇· 2至約1_，在另一具體 只施例§中係為約〇· 3至約〇· 7mm，在又一具體實施例當 中係為約0· 4至約〇. 6min。 孩名闲非紊流”係指流經一管道的流體係處於層流或 過渡流狀態，而在一具體實施例中係屬層流狀態。該流體 可為一液體、一氣體，或兩者之混合。流經管道之流體的 雷諾數可達約4000，在一具體實施例中可達約3〇〇〇，在另 一具體實施例當中可達約2500,在又一具體實施例當中可 達約2300 ’在另一具體實施例當中可達約2000，在又一具 體實施例當中可達約i 8〇〇，在另一具體實施例當中其範圍 從約100至約2300，而在又一具體實施例當中約3〇〇到約 1800。如下列公式所示，使用在此處單相流的雷諾數的計 异係使用根據所使用的微型管道的實際形狀的液壓直徑。

Re 單相=p vDH/ // 如果是兩相流，該雷諾數係根據所使用的微型管道的 1271499 例中的壓力可達約1500psig，在一具體實施例中的壓力範 圍為從〇至約800psig，在一具體實施例中的壓力則從〇 至約400psig，在一具體實施例的壓力範圍則從〇至約 15〇PSig，在—具體實施例的壓力值則位於0至約75psig 之間，在一具體實施例中的壓力範圍為〇至約，在 -具體實施例的壓力則為約2 _ 8psig之間；而其溫度 為約-170到約-85〇c之間，在一具體實施例的溫度範圍為一 165至約-ll(TC之間。在一具體實施例當中，該產品為液 化天然氣，其壓力為約〇至約1〇psig之間，溫度範圍為約 -160 至約-150°C。 流經該微型管道的冷媒可為一汽體、一液體，或一汽 液混合型態。流經該冷媒微型管道的汽體冷媒的流束雷諾 數可達約1〇〇’_，在一具體實施例中的雷諾數可達約 50,000,在-具體實施例中的雷諾數可達約1〇，则，在— 具體實施例中的雷諾數可達約4000， 仕具體實施例中的 雷諸數可達約3000，在一且體膏始点丨丄1 八篮貫轭例中的雷諾數可達約 麗，在-具體實施例中的雷諾數則為約2〇至約13〇〇。 流過冷媒微型管道的液體冷媒流東的愛 * L果的雷諾數可達約10, 000 ，在一具體實施例中其可㈣6,000,在一具體實施例中 其可達約4_，在-具體實施例中其可達約15⑽，在一且 體實施例中其可達約1 000，在一且辨畚4 /、 牡具體實施例其可達約250 ’在一具體貫施例其為約3 0至約7 Π 0日 之間。流經該等冷媒 微型管道的冷媒流束可為非紊流類型 '、 只1 ’亦即，其可為層流 或過渡流，在-具體實施例其可為層流。另外，該流束可 16 1271499 為奮流。該微型管道的流束型態可隨著流束的進行而改變 該等微型管道長度的不同流束型態可包括層流、部 伤層流及部份過渡流、部份 、i、+ I切過渡流和部份紊流、或層流、 過渡流、务流之纟且人。+ γ β 、 、。 可藉由相關管道間隙尺寸（其定 義水力直徑）、局部溫度、 ^ 局邛壓力，和其類似設計參數 的調整來加以實現。本發 方法的優點（例如，’低壓力降 、壓制過程等）可在此# χ门★土 ， 常 在此專不同流束型態下被達成。每一個 該等冷媒微型管道的橫截面γ y 、> 、7杈戳面可為任何形狀，例如，方形、 7 f圓形，或圓形等。每一個冷媒微型管道可且有一 的内部高度（或間隙尺寸），在一具體實施例的 内部咼度為約〇 05 $处！ 9m > 古 · ，”、職之間，在一具體實施例的内部 局度為約〇· 2至約ι_夕閂 — ^ ^ y 幻lmm之間。母一個此等微型管道的寬度 可為任何尺寸，例如，可查 達米，在一具體實施例中的 見度則為約0 · 01至約3半夕Μ > “ 、 未之間，在一具體實施例其為約 .2 3米之間°每―個該等冷媒微型管道的長度可為任 何尺寸’例如，可逵的1 η水 可達約 了達’、，勺10未’在-具體實施例中該長度 、， ”在一具體實施例中該長度則從約0.5至約6 :’在一具體實施例其為約0.5至約2米之間，在一具體 貫施例該長度約為丨卓 為卡。在—具體實施例，該長度範圍在 約0 · 5與約1 〇半 弓 水之間’在一具體實施例其為約1至約6米 之間：在-具體實施例該長度則為約】至約3米之間。 、·等々媒彳政型管道的冷媒的壓力大小可達約 2000psig > 在—且 具體貫施例其可達約1 500psig，在一呈 實施例其可逵· 建约lOOOpsig，在一具體實施例其可達 17 1271499 eoopsig。在一具體實施例，該壓力的範圍為約2〇〇至約 2〇〇〇psig之間，在一具體實施例為約2〇〇至約15〇〇psig 之間’在一具體實施例為約200至約i 000psig之間，在一 具體實施例其在約200至約600psig之間，在一具體實施 例其在釣200至約400psig之間。在一具體實施例，該壓 力可達約lOOpsig，在一具體實施例其在約〇至約1〇〇即化 之間，在一具體實施例其在約〇至約6〇psig之間，在一具 體實施例其在約20至約40psig之間。進入該等冷媒微型 官道的冷媒溫度範圍在約-180至約1 〇〇°c之間，在—具體 實施例其在約-170至約5(TC之間。在一具體實施例，該溫 度的範圍可在約-50至約10(rc之間，在一具體實施例其在 約〇到約50°C之間。在一具體實施例，該溫度範圍在約一 180至約-9(TC之間，在一具體實施例其在約-17〇至約—丨25 °C之間。 ' 離開該等冷媒微型管道的冷媒壓力可達約2〇〇〇psig， 在一具體實施例其可達約iOOOpsig，在一具體實施可 達約500psig。在一具體實施例，該壓力範圍可在約 至約40〇psig之間，在一具體實施例其在約3〇〇至約 350psig之間。在一具體實施例，該壓力範圍可在約〇至 約lOOpsig之間，在一具體實施例其在約〇至約4〇如丨之 間。離開該冷媒微型管道的冷媒溫度可為約_18〇至:1^^ C之間，在一具體實施例其在約_丨8〇至約5〇。匸之間，

具體實施例其在約-160至約301之間。在一具體眘A 施例， 該溫度範圍可在約—180至約—9〇〇c之間， 八饌貫施例 18 1271499 其在約-180至約-12(rc之間。在一具體實施例，該溫度範 圍可在約-50至約10(rc之間，在一具體實施例其在約〇至 約50°C之間，在一具體實施例其在約1〇至約3〇它之間。 在一具體實施例，該壓力可為約28psig，而溫度可為約21 c經過成等冷媒微型管道的冷媒流束壓力降可達約 30psi/ft，在一具體實施例其可達約15psi/ft，在一具體 實施例其可達約1〇psyft，在一具體實施例其範圍在約 〇·1至約7psi/ft之間，在一具體實施例其在約〇1至約 5pSl/ft之間，在一具體實施例其在約〇·1至約3.5psi/ft 之間。 如圖1所示的本發明方法現在即將予以說明。此方法 應用一為三流束熱交換器的熱交換器丨8。一氣體冷媒在壓 縮機1 G中被壓縮。被壓縮之冷媒從壓縮機1 〇經過流線i 2 流到冷凝器14。在冷凝器14中，該冷媒被部份地冷凝。 在此點，該冷媒的典型型態為汽液混合。從冷凝器14流 出的冷媒經過流線16流至熱交換器18中的一組第一微型 管道。該冷媒流經熱交換器18中的一組第一微型管道， 然後經過流線20離開該熱交換器。流經該組第_微型管 道的冷媒的壓力可達約2000psig，在一具體實施例其可達 約1500psig，在一具體實施例其可達約i〇〇〇psig，在一具 體實施例其範圍在約200至約l〇〇〇psig之間。該冷媒的特 徵可當作一高壓冷媒。離開該組第一微型管道的冷媒典型 地係為液體型態。然後該冷媒流過膨脹裝置22，在該處， 冷媒的壓力和/或溫度被下降。在此處，該冷媒的典型型 19 1271499 態為-汽液混合體。離開該膨脹裝置22，該冷媒流過流線 24到達熱交換器18中的一組第二微型管道。該冷媒流過 熱父換器18中的該組第二微型管道，在該熱交換器丨8， 該冷媒被加熱，然後經過流線26，離開熱交換器18。流經 該組第二微型管道的冷媒的壓力範圍可達約lOOOpsig，其 特徵可為一低壓冷媒。剛離開該第二組微型管道的冷媒的 典型係為一汽體。然後該冷媒經過流線26返回壓縮機1〇 ’在該處，該冷凍循環重新開始。 該高壓力冷媒壓力與低壓力冷媒壓力之間的比值可在 2:1至500:1之間，在一具體實施例其在約2:1至約Mou 之間，在一具體實施例其在約2:1至約50:1之間，在一具 體實施例其約為10:1。該高壓冷媒壓力與低壓冷媒壓力的 壓力差可至少約為1 Ops i，在一具體實施例其至少約為 50psi，在一具體實施例其至少約為1〇〇psi，在一具體實 施例其至少約為150psi，在一具體實施例其至少約為 200psi ’在一具體實施例其至少約為25〇psi。 該即將冷卻或液化的產品經過流線28進入熱交換器 18 ’並流經熱交換器18中的一組第三微型管道。在熱交換 為18，泫組第一微型管道與該組第二微型管道進行熱交換 ，該組第二微型熱交換器與該組第三微型管道進行熱交換 。該產品被冷卻或液化，然後經過流線3〇和閥32離開熱 交換器18。 ^ 該壓縮機10可為任何尺寸與設計。然而，本發明方法 的一優點在於：由於以本發明方法將冷媒流經該等微型管 20 1271499 道達成壓力降減少的緣故，所以減少了用於該壓縮機所需 的電力需求。該冷媒可在壓縮機1 〇内被壓縮，讓壓力達 到2000psig，在一具體實施例其可達約i 500psig，在一具 體實施例其可達約1 00Opsig，在一具體實施例其可達約 600psig。在一具體實施例，該壓力的範圍在約2〇〇至約 2000psig之間，在一具體實施例其在約2〇〇至約15〇〇阳^ 之間，在一具體實施例其在約200至約1 000psig之間，在 一具體實施例其在約200至約600psig之間，在一具體實 施例其在約200至約400psig之間。被壓縮之冷媒的温度 範圍在約-50至約50(TC之間，在一具體實施例其在約〇二 約500°C之間，在一具體實施例其在約5〇至約5〇〇^之間 ’在一具體實施例其在約100至約20(TC之間。在一具體 實施例，該冷媒被壓縮至壓力為約325至約335psig之間 ’而其溫度在約150至約160°C。 該冷媒可被冷凝，在冷凝器14中可部份冷凝或全部冷 凝地被冷凝。該冷凝器可為任何傳統之尺寸與設計。▲土 份冷凝的冷媒的壓力可達約2000psig，在—具體實施:: 可達約lOOOpsig，在一具體實施例其在約2〇〇至Z lOOOpsig之間，在一具體實施例其在約2〇〇至約6〇〇卯= 之間，在一具體實施例其在約200至約400psig之間PS = 其溫度範圍在約-50至約10(TC之間，在一具體實施二其： 約〇至約1〇〇t之間，在一具體實施例其在約〇與約咐 之間。在一具體實施例，該壓力在約32〇至約卯土 間’而溫度範圍則在約25與約35°C之間。 21 1271499 該熱交換器18包含相對於第一、第二，和第三等址微 型管道的微型管道層。該等層可以任何需要的順序彼此上 下對齊排列。此排列係顯示在圖2中，圖2顯示可被制 的疊層序列的-具體實施例。請參考目2，該等微型管道 層被彼此地堆疊在一起以提供一微型管道的重複單元1〇〇 ，該重複單元100係由微型管道層11〇、120、13〇、14〇、 150，和160所組成。微型管道層12〇和16〇相對應於提供 高壓冷媒流束的該組第一微型管道。微型管道層11〇、13〇 彳15 〇相對應於長1供低壓冷媒流束的該組第二微型管道。 微型管道層140相對應於提供將被冷卻或液化的產品的流 束的該組第三微型管道。微型管道層11〇包含複數個相互 平订安裝且沿著微型管道層11〇的長度從末端114到末端 115而延伸的第二微型管道112，每一個微型管道11 2沿著 微型官道層U0的寬度從微型管道層110的一末端116延 伸至另一末端117。微型管道層12〇包含著複數個相互平 订安裝且沿著微型管道層12〇的長度從末端124至末端 1 2 5而延伸的第一微型管道12 2，每一個微型管道1 2 2沿著 微型管道層12〇的寬度從微型管道層120的一末端126延 伸至另末端127。微型管道層130包含著複數個相互平 打安裳且沿著微型管道層130的長度從末端134至末端 135而延伸的第二微型管道132，每一個微型管道132沿著 微型管道層130的寬度從微型管道層130的一末端136延 伸至另一末端137。微型管道層14〇包含著沿著微型管道 曰 〇的長度從末端144至末端145而延伸的一單一第三 22 1271499 微型官道142，並沿著微型管道層14〇的寬度從微型管道 層140的一末端146延伸至另一末端147。微型管道層15〇 包含著複數個相互平行安裝且沿著微型管道層15〇的長度 從末端154至末端155而延伸的第二微型管道152，每一 個微型管道152沿著微型管道層15〇的寬度從微型管道層 150的一末端156延伸至另一末端157。微型管道層16〇包 含著複數個相互平行安裝且沿著微型管道層16〇的長度從 末端164至末端165而延伸的第一微型管道162，每一個 微型官道162沿著微型管道層16〇的寬度從微型管道層 160的一末端166延伸至另一末端167。頭部與腳部歧管^ 同相關的閥門可與該等微型管道之中以提供產品或冷媒的 流進或流出該等微型管道一起使用。 流經熱交換器18中的該等微型管道的冷媒和產品可部 份地表示於圖3當中。請參考圖3，高壓冷媒以箭頭168, 169所指示的方向流過微型管道層16〇中的該等微型管道 162。低壓冷媒以箭頭158, 159所指示的方向流經微型管 道層150的該等微型管道152。高壓冷媒的流動方向可與 低壓冷媒的流動方向相&。另外，高壓冷媒的流動方向可 相同於或相交於低壓冷媒的方向。反向、同向和/或橫交 流束之組合可被使用。即將被冷卻或液化的產品如箭頭 148所示地經由入口 141進入微型管道142，如箭頭149所 示地流過微型管道142，並如箭頭149a所示地經由出口 143離開微型管道142。即將冷卻或液化的產品以一實質上 相反於該低壓冷媒如箭頭149所示地經過微型管道152的 23 1271499 流動方向流過微型管道 彻段、人、s道142。另夕卜該產品的流動方向與 低l々媒的流動方向可為 其 為相同或杈父。高壓冷媒流過微型 官、22的方向與高壓冷媒流過微型管道162的方向相同 。低壓冷媒流過微型管道112, 132的方向與 微型管道152的方向相同。 ^ 每-個微型管道層11〇, 12〇, 13〇, 14〇, 15〇和⑽ 中的微型管道數目可為任何需要的數目，例如，一個、兩 個一個、四個、五個、六個、八個、數十個、上百個、 上千個、數萬自、數十萬個、數百萬個等等。相類似地， 微型管道層的重複單元刚的數目可為任何需要的數字， 例如’-個、兩個、四個、六個、八個、數十個、數百個 、數千個、數萬個、數十萬個、數百萬個等等。 哨多考圖1和圖2，在熱交換器18中的高壓冷媒流過 相對應於微型管道122，162的該組第一微型管道，然後經 由流線2〇離開熱交換器18。經過該組第一微型管道122 162的高壓冷媒流束可為非紊流，亦即，其可為層流或過 渡流，在一具體實施例，其可為一層流。另外，該流束可 為紊流。進入該組第一微型管道122，162的冷媒可為汽態 、液態，或液汽混合，當冷媒離開此等微型管道時其可為 一液態。流經此等微型管道的汽態冷媒的流束雷諾數約可 達1 00,000,在一具體實施例其約可達5〇,〇〇〇,在一具體 實施例其約可達1〇,〇〇〇，在一具體實施例其約可達4〇〇〇， 在一具體實施例其約可達3000，在一具體實施例其約可達 1500 ’在一具體實施例其範圍約在20至1 300之間。流經 24 1271499 實施例其在約-17 0至約-12 5 °C之間，在一具體實施例其在 約-1 7 0至約-1 5 0 °c之間。在一具體實施例，該壓力在約2 5 至約35psig，其溫度在約-160至約-150°C之間。在此處， 該冷媒可稱作一低壓冷媒。 該低壓冷媒經由管線24從膨脹裝置22流出，然後再 流進熱交換器i8。在熱交換器中的低壓冷媒流過一組相對 應於圖2中的微型管道U2，132，152的第二微型管道， 然後經由流線2 6離開熱交換器。經過該組第二微型管道 112，132，152的冷媒流束可為非紊流，亦即，其可為層 流或過渡流，在一具體實施例，其可為一層流。進入該組 第二微型管道的冷媒在典型上為一汽液混合形態，而離開 此等微型管道的冷媒在典型上為一汽體形態。流經此等微 型管道的汽態冷媒之流束的雷諾數可達約4000，在一具體 實施例其可達約2000，在一具體實施例其範圍在約1〇〇至 約2300之間，在一具體實施例其在約2〇〇至約之間 。流經此等微型管道的液體冷媒之流束的雷諾&可達約 4〇〇〇，在-具體實施例其可達約3剛，在—具體實施例其 :達約2GGG，在-具體實施例其可達約謂，在—具體 細例其可達約500 ’在-具體實施例其可達約25()，在一具 例其範圍在約5與約1〇〇之間，在一具體實施例其 、、、 與約3 6之間。該組第二微型管道中 微型管道U2, 132, 152的橫截; = 的母一個該等 1:了、半圓形，或圓形等。每-個此等微型管道可 相2龍的内部高度或間隙尺寸，在-具體實施例 27 1271499 白勺-ώρ古' 门又在約〇· 〇5至約2_之間，在一具體 部高度在約 # 股π她例的内 、、、、· 2至約丨_之間。每一個此等微型管道的嘗 =任何尺寸，例如，可達約3米，在一具體實施例令 、寬度則在約GW至約3米之間，在—具體實施例其 〇· 1 至約 3 半 > 鬥 勺 . 木之間。母一個此等微型管道的長度可為任.何 可：·例如’其可達.約1 〇 在-具體實施例中該長度 可達約6米’在-具體實施例中該長度則從約〇. 5至約6 米，在-具體實施例其位㈣〇.5㈣3米之間，在二且 體：施例其在…至約2米之間，在一具體實施例該： 度、t為1米。在一具體實施例，該長度範圍在約〇· 5至約 1 〇米之間，在一具體實施例其在約丨至約6米之間，在一 具體實施例該長度則在約i至約3米之間。離開該組第二 微型管道的冷媒壓力可達約1〇〇〇psig，在一具體實施例其 可達約500psig，在一具體實施例其可達約1〇〇psig，在一 具體實施例其在約〇與約1〇〇psig之間，在一具體實施例 其在約0與約60psig之間，在一具體實施例其在約2〇至 約40psig之間，·而溫度在約—5〇至約1〇(rc之間，在一具 體實施例其在約0至約10(rc之間，在一具體實施例其在 約0至約50°C之間，在一具體實施例其在約〇至約4(rc之 間，在一具體實施例其在約10至約3(rc之間。在一具體 貫施例，該壓力在約25至約3〇pSig之間，而溫度可在約 15至約25 C之間。流過該組第二微型管道之低壓冷媒的流 束壓力降可達約30psi/ft，在一具體實施例其可達約 15psi/ft，在一具體實施例其可達約1〇卯1/;^。在一具體 28 1271499 實施例該壓力降在約o.i至約i5PSim之間，在一具體實 施例其在約〇 ! = μ , Λ . u. 1至約10pS1之間，在一具體實施例其在約 〇· 1至約7psi之間，在一具體實施例其在約〇· i至約 3· 5psi/ft 之間。 即將被冷卻或液化的產品經由流線28抵達熱交換器 18丄然後經過相對於圖2中的微型管道142的該組第三微 型管道。在一具體實施例，該產品在進入熱交換器18之 前先被預冷。流經該组第三微型管道的產品流束可為層流 k渡机或紊流。該等微型管道的流束型態可隨著流束 的進行而改I。沿著該微型管道長度的不同流束型態可包 括層流、部份層流及部份過渡流、部份過渡流和部份紊流 、或層流、過渡流、紊流之組合。此可藉由調整如相關管 I間隙尺f (其疋義水力直徑）、局部溫度、局部壓力， 和其類似者之設計參數來加以實現。本發明方法的優點（ 例如，低壓力降、壓制過程等）可在此等不同流束型態下 被達成。在一具體實施例，進入該組第三微型管道的產品 包括一氣體，而離開此等微型管道的產品包括一液體。流 經該組第三微型管道的氣態產品的流束雷諾 2 ^ 15^00；； 25, 000之間。經過該組第三微型管道的液態產品之流束的 雷諾數可從約圈至約10’_之間，在一具體實施例其 在約1500至約3000之間。該組第三微型管道中的每一個 該等微型管道的橫截面可為任何形狀，例如，方形、矩形 、半圓形，或圓形等。每一個此等微型管道可具有一達約 29 1271499 度在約或間隙尺寸’在—具體實施例中的内部高 ，至約2mm之間，在一具體實施例中的内部高度 所=的每-個此等微型管道的寬度可為任何尺寸， 列如’可在約〇 〇1至 度則在約！至約3米之間、。”型具體實施例中的寬 或尺寸可隨著該等微型管道的：動官：的橫截面形狀和/ 三微型管道中^ 向而變化。在該組第 '道中的母一個微型管道的長度（從圖2中的側邊 ^至側邊147)可為任何尺寸，例如，其可達約10米 中該Si:實施例中該長度可達…，在-具體實施例 〇 5 I:、從約I5至約6米，在—具體實施例其位於約 j 米之間，在-具體實施例該長度約為i米。在 一具體貫施例，該長度範圍在約q.5與約u米之間，在一 产其在約1至約6米之間，在-具體實施例該長 =在、力i至約3米之間。不同的微型管道可具有不同的 =和/或不同的長度。流過熱交換器18中的該組第三微 i s道的產品的流束壓力降可達約3〇psi/ft，在一具體 施例該壓力降在約〇·5至約3〇psi/ft之間，在一具體實施 例其在約1至約1 〇psi之間。 進入該組第三微型管道的產品屢力可達約5〇〇〇psig， 在-具體實施例其可達約2500psig，在一具體實施例其可 達約1 500Psig，在一具體實施例其在約〇與約8〇〇卯&之 間，在一具體實施例其在約2〇〇與約800psig之門在一 具體實施例其在約5°0至約_si…；而溫度B在約 30 1271499 至約40°C之間，在一具體實施例其在約-10至約35°C之間 。在一具體實施例，該產品係一天然氣並且其壓力在約 630至約640psig之間，而溫度可在約3〇至約35〇c之間。 離開位於流線30或閥門32下游之該組第三微型管道 的產的壓力可達約5000psig，在一具體實施例中其可達 約25〇〇pisg ’在一具體實施例其可達約1 500psig，在一具 體只轭例其在約0至約SOOpsig之間，在一具體實施例其 在約〇至400psig之間，在一具體實施例其在約〇至約 150psig之間’在一具體實施例其在約〇至約冗卯“之間 ，在一具體實施例其在約〇至約2〇psig之間，在一具體實 施例其在約2至約8pSig之間；而溫度在約—17〇至約一85 C之間’在一具體實施例其在—1 μ至約—11 〇之間。在一 具體貫施例，該產品係液化天然氣，壓力在約〇至約 lOpsig之間，溫度在約—16〇至約-15(rc之間。 如圖9所不的本發明方法現在將進行說明。此方法應 用三微型管道熱交換器（亦即，微型管道熱交換器210, 240和270 )的使用，每一個微型管道熱交換器係一二流束 熱交換器，其中一流束為產品流束，# 一流束為一冷媒流 束。表示於圖9中的方法述及有關於熱交換器的一級聯式 循環，4熱父換為係用於冷卻或液化一產品。即將被冷卻 或液化的該產品（例如，天然氣）從流線2〇9進入第一熱 交換器210,流經熱交換器21〇中的複數個產品微型管道 ，在該處產品被冷卻，然後，經由流線239離開熱交換器 210。接著，該產品進入另一個或第二熱交換器24〇，在該 31 1271499 處其流過複數個產品微型管道，並且被進一步地冷卻，然 後，經由流線269離開熱交換器240。該產品然後流進第 二熱交換器2 7 0，在該處其流過複數個產品微型管道，並 進行更進一步地冷卻，經由流線271離開第三熱交換器 270。在一具體實施例，天然氣經由流線2〇9進入該流程， 並且以液化天然氣，經由該流線271離開該流程。進入第 一熱交換器210的產品壓力可達約5000psig，在一具體實 施例其可達約2500pisg，在一具體實施例其可達約 15〇Opsig，在一具體實施例其在約〇與約8〇〇psig之間， 在一具體實施例其約在200與約800psig之間；其溫度範 圍在約-40至約40°C之間，在一具體實施例其在約-1〇至 約35°C之間。在一具體實施例，該產品為天然氣，壓力在 約630至約640psig之間，溫度則在約3〇至約35〇c之間 。進入該第二熱交換器240的產品壓力為約〇至約 SOOOpsig，在一具體實施例其在約2〇〇與約8〇〇psig之間 ，酿度在約-90至約〇 c之間，在一具體實施例其在約一5〇 至約-20°C之間。在一具體實施例，該產品為天然氣，壓 力在約630至約640psig之間，溫度約為—3(rc。進入該第 二熱父換器270的產品壓力在約〇與約5〇〇〇psig之間，在 具體實施例其在約200與約8〇〇psig之間；溫度範圍在 約180至約-30 c之間，在一具體實施例其在約-85至約〜 50 C之間。在-具體實施例，該產品為天然氣，壓力範圍 在約630至約640psig之間，溫度約為—抓。離開該第三 熱交換器270的產品的壓力達約5_sig，在一具體實施 32 1271499 例其範圍在約0與約800psig之間；其溫度範圍在約—17〇 至約-8 5 C之間，在一具體實施例其在約-1 6 5與約_ 11 〇 °c 之間。在一具體貫施例’離開該第二熱交換器2 7 〇的產品 為一液化天然氣，其具有的壓力範圍為約〇至約1 〇 ps i g之 間，溫度範圍在約-160至約-150°C之間。 在熱父換裔21 0冷卻的該產品所使用的第二冷媒流過 熱父換器21 0中的複數個冷媒微型管道。熱交換器21 q中 的該等冷媒微型管道與熱交換器210中的產品微型管道相 互交叉·，使得該等產品微型管道與冷媒微型管道間的熱交 換產生效應。此將在下文中詳細地予以討論。首先，第一 々媒經由流線2 2 0離開第一熱交換器21 〇，抵達冷凝器2 4 2 ，經過冷凝器242到達流線221，經過流線221抵達壓縮 機214，經過壓縮機214到達流線222，經過流線222抵達 冷凝器212，經過冷凝器212抵達流線223，經過流線223 抵達膨脹裝置216，經過膨脹裝置216抵達流線224，經過 流線224抵達冷卻器248，經過冷卻器248抵達流線2託， 經過流線225抵達冷卻器、m，經過冷卻器m抵達流線 226，經過流線226返回第一熱交換器21〇之中。該第一冷 媒可為上述冷媒的任何一種。在一具體實施例中，該第一 ~媒為丙烷或丙烯。流過流線220抵達冷凝器242的該第 :冷媒的壓力範圍在約—1〇至約1〇〇psig之間（亦即，在 約5至約115psia之間），在一具體實施例其在約〇至約 ^°Psig之間；其溫度在約_5〇至約2〇艺之間，在一具體實 施例其在約-4G至約—阶之間。在—具體實施例中，該第 33 1271499 一冷媒為丙烷，其壓力約為8psig，溫度約為-32°c。流經 流線221抵達壓縮機214的該第一冷媒的壓力可在約_1〇 至約50psig之間，在一具體實施例其在約〇與約2〇psig 之間且溫度範圍在約-40至約50°C之間而在一具體實施例 其在約-10至約3(TC之間。在一具體實施例，該第一冷媒 為丙烷，壓力在約8psig且溫度在約2yc。經過流線222 抵達冷凝器212的第一冷媒的壓力在約2〇至約3〇〇psig之 間，在一具體實施例其在約100至約2〇〇psig之間；其溫 度在約50至250°C之間，在一具體實施例其在約1〇<)至約 2 0 0 C之間。在一具體貫施例，該第一冷媒為丙烧，其壓 力約為130psig，溫度約為14rc。流經流線223抵達膨脹 裝置216的該第一冷媒的壓力在約2〇至約3〇〇psig之間， 在具體貫化例其在約1 0 0至約2 00ps i g之間；且溫度在 約-ίο至約ioo°c之間，在一具體實施例其在約1〇至約35 C之間。在一具體實施例，該第一冷媒為丙烷，其壓力約 為130psig，其溫度約為2rc。流經流線224抵達冷卻器 248的該第一冷媒的壓力範圍在約—1〇至約i〇〇psig之間， 在一具體實施例其在約〇與約2〇psig之間；且其溫度在約 -50至約20°C之間，在一具體實施例其在約-4〇至約-2(rc 之間。在一具體實施例，該第一冷媒為丙烷，其壓力約為 8Psig，其溫度約為-32°c。流經流線225抵達冷卻器278 的該第一冷媒的壓力在約—1()至約1〇〇psig之間，在一具 體實施例其在約〇至約20psig之間；且溫度在約-5〇至約 2〇 C之間，在一具體實施例其在約_4〇至約—2〇它之間。在 34 1271499 -具體實施例，該第一冷媒為丙烧，其壓力約㈣，其 溫f約為-挪。流經管線挪抵達第一熱力交換器21〇的 該第一冷媒的壓力在約-1〇至約5〇psig之間，在一具體實 知例其在約0至約2〇pSig之間；溫度在約-5〇至約2〇它之 間，在一具體實施例其在約—4〇至約-2〇〇c之間。在一具體 貝施例中，5亥第一冷媒為丙烷，其壓力約如$丨g，其溫度 約-32。(：。 ’、 又 忒產品在一使用一第二冷媒的另外一個或第二熱交換 器240中被冷卻，該第二冷媒流過熱交換器中的複數 個冷媒微型管道。熱交換器240中的該等冷媒微型管道與 熱交換器240中的產品微型管道相互交又，使得該等產品 微型管道與冷媒微型管道間的熱交換產生作用。此將在下 文中詳細地予以討論。首先，第一冷媒經由流線25〇離開 第二熱交換器240，抵達冷凝器272，經過冷凝器272到達 流線251，經過流線251抵達壓縮機244，經過壓縮機244 到達流線252，經過流線252抵達冷卻器248，經過冷凝器 248抵達流線253，經過流線253抵達冷凝器242，經過冷 凝器242抵達流線254，經過流線254抵達膨脹裝置246， 玉過％脹裂置2 4 6抵達流線2 5 5，經過流線2 5 5返回第二 熱父換器240之中。該第二冷媒可為上述冷媒的任何一種 。在一具體實施例，該第一冷媒為乙烷或乙烯。流過流線 250抵達冷凝器272的該第二冷媒的壓力範圍在約至約 250psig之間，在一具體實施例其在約〇至約5〇psig之間 ’且其溫度在約-120至約〇。(：之間，在一具體實施例其在 35 1271499 、、’勺〜100至約-20°C之間。在一具體實施例，該第二冷媒為 乙烯，其壓力約為lOpsig，溫度約為—“它。流經流線251 抵達壓縮機244的該第二冷媒的壓力可在約-1()至約 5 〇ps i g之間，在一具體實施例其在約〇與約5 〇pS丨g之間 ;溫度範圍在約-120至約〇。(：之間，在一具體實施例其在 約-100至約-2(TC之間。在一具體實施例，該第二冷媒為 乙烯，壓力約lOpsig，溫度約—94t。經過流線252抵達 冷部器248的第二冷媒的壓力在約5〇至約5〇〇psig之間， 在一具體實施例其在約100至約3〇〇psig之間；其溫度在 、、、勺50至約250°C之間，在一具體實施例其在約1〇〇至約 2〇〇 °C之間。在一具體實施例，該第二冷媒為乙烯，其壓 力約為270psig，溫度約為12rc。流經流線253抵達冷凝 夯242的該第二冷媒的壓力在約5〇至約5〇〇psig之間，在 —具體實施例其在約100至約3〇〇psig之間；溫度在約一2〇 至約100 C之間，在一具體實施例其在約〇至約5(rc之間 。在一具體實施例，該第一冷媒為乙烯，其壓力約為 27〇psig,其溫度約為3(rc。流經流線254抵達膨脹裝置 246的該第二冷媒的壓力範圍在約5〇與約之間， 在一具體實施例其在約100與約3〇〇psig之間；其溫度在 約-50至約0°C之間，在一具體實施例其在約-4〇至約一 C之間。在一具體實施例，該第二冷媒為乙烯，其壓力約 為270psig，其溫度約為—3〇〇c。流經流線255抵達第二熱 交換器240的該第二冷媒的壓力在約—1〇與約25〇卯k之 間，在一具體實施例其在約〇與約5〇psig之間；溫度在約 36 1271499 -120與約〇°c之間，在一具體實施例其在約-100與約-20 °C之間。在一具體實施例，該第二冷媒為乙烯，其壓力約 270psig，其溫度約為—94°C。 該產品在一使用一第三冷媒的第三熱交換器270中被 冷卻，該第三冷媒流過熱交換器270中的複數個冷媒微型 管道。熱交換器270中的該等冷媒微型管道與熱交換器 270中的產品微型管道相互交叉，使得該等產品微型管道 與冷媒微型管道間的熱交換產生作用。此將在下文中詳細 地予以討論。首先，第三冷媒經由流線280離開第三熱交 換器270，抵達壓縮機274，經過壓縮機274到達流線281 ，經過流線281抵達冷卻器278，經過冷卻器278到達流 線282，經過流線282抵達冷凝器272，經過冷凝器272抵 達流線2 8 3，經過流線2 8 3抵達膨脹裝置2 7 6，經過膨脹裝 置2 7 6抵達流線2 8 4，經過流線2 8 4返回第三熱交換器2 7 0 之中。T1亥第二冷媒可為上述冷媒的任何一種。在一具體實 施例，該第一冷媒為甲烷。流過流線280抵達壓縮機274 的該第三冷媒的壓力範圍在約_1〇至約25〇psig之間，在 一具體實施例其在約〇至約50psig之間；其溫度在約-18〇 至約-ioo°c之間，在一具體實施例其在約—160至約—12(rc 之間。在一具體實施例，該第三冷媒為甲烷，其壓力為約 1 lpsig ’溫度為約-154它。流經流線281抵達冷卻器278 的該第三冷媒的壓力可在約50至約l〇〇〇psig之間，在一 具體實施例其在約200與約800psig之間；溫度範圍在約一 100至約50°C之間，在一具體實施例其在約—5〇至約〇ct之 37 1271499 末端314的微型管道層310長度而延伸的複數個微型管道 312,每-個微型管道312沿著該微型管道層31()的一末端 315至另一末端316而沿著該微型管道層31〇的寬度方向 延伸。進入此等微型管道的該冷媒的形式典型上係一汽液 混合，而離開此等微型管道的冷媒形式典型上係一汽態。 穿過此等微型管道的冷媒的流動方向可如箭頭317, 318所 不。穿過此等微型管道的汽態冷媒流束的雷諾數可達約 1〇,〇〇〇,在一具體實施例其可達約7000，在一具體實施例 唭可達約4000，在一具體實施例其可達約3〇〇〇，在一具體 實施例其範圍在約1〇〇與約23〇〇之間，在一具體實施例其 在約200至約1800之間。穿過此等微型管道的液態冷媒流 束的雷諾數可達約10, 000,在一具體實施例其可達約7〇〇〇 ，在一具體實施例其可達約在一具體實施例其可達 約3000，在一具體實施例其可達約2〇〇〇，在一具體實施例 其可達約1 000,在一具體實施例其可達約5〇〇，在一具提 實施例其可達約250,在一具體實施例其在約5與約1〇〇 =間，在一具體實施例其在約8與約36之間。每一個微 聖g道可具有任何形狀的橫截面，例如：矩形、正方形、 圓形、或半圓形等等。每一個微型管道具有一可達約2麗 ^内邛回度或間隙尺寸，在一具體實施例中該尺寸範圍在 ^ 〇· 05與約2mm之間，而在另一具體實施例則為約〇· 2到 、、、、mm之間。母一個此4微型管道的寬度可為任何之尺寸 3例如’可達約3米，在一具體實施例中其從約〇· 到約 米之間，而在另一具體實施例中則從約〇1至約3米之 39 1271499 可在約·與約10，_ <間，在_㈣實施㈣μ 1 500與约3000之間。每-個該等微型管道的横截面可為 任何形狀例如’方形、矩形、圓形、半圓形等等。每一 個此等微型管道可具有-_ —的内部高度，在一|體 實施例划部高度在約㈣至約2關之間，在_具體實施 例的内邛同度在約〇 · 3至約〇· 7_ <間。從側彡如量測 到側邊334的每一個此等微型管道的寬度可為任何尺寸， 例如，可達約3米，在—具體實施财的寬度财約〇·〇ι 至灼3米之間，在一具體實施例其在約丨至約3米之間。 攸側邊335里測到側邊336的每一個此等微型管道的長度 >可為任何尺寸，例如，可達約1()米，在—具體實施例= 1度可達約6米’在-具體實施例中該長度則從約〇· 5 至約6米，在一具體實施例其在約〇· 5至約2米之間，在 ；：具體實施例該長度約為U。在-具體實施例，該長度 7圍在灼0 · 5與約1 〇米之間，在一具體實施例其在約1至 約6米之間’在—具體實施例該長度則在約1至約3米之 間。流過該等微型管道的產品流束壓力降可達約 ’在一具體實施?列其居於約〇1至約3〇psi/ft之間，在一 八體貝施例其在約〇·丨至約1〇psi/ft之間，在一具體實施 例其在約0·1至約5psi/ft之間。 每一個微型管道層310，330中的微型管道數目可為任 °舄要的數目，例如，一個、兩個、三個、四個、五個、 個八個、十個、上百個、上千個、數萬個、數十萬個 、數百萬個等等。相類似地，微型管道層的重複單元300 41 1271499 的數目可為任何需要的數字 六個、八個、十個、數百個 管隨同相關的閥門可和該等 或冷媒的流進或流出該等微 ’例如，一個、兩個、四個、 、數千個等等。頭部與腳部歧 微型管道一起使用以提供產品 型管道。 該熱交換器可為一四流束熱交換器。圖20所示的-四 流束熱交換器範例表示該用於一重複單元中的四流束熱交 換裔的不同流束(亦即，流束A，B，C和D)的微型管道的 在一具體實施例’本發明方法包括用於處理產品流束 右干額外的熱交換器，例>，預冷器、後冷器、冷媒調 、:（例如’加熱、冷卻、給入/分離等元件）等等。 外的熱交換器可安裝在本發明方法所使用的熱交換 ^卜游和/或下游處。此等額外熱交換器可為傳統的設 :2。在—具體實施例，—個或更多個此類額外熱交換 =流體流束流過-組微型管道。在應用多於-個微型 管道熱交換該額外熱交換器可放置於微型 认也上、 間。例如，請參考圖9，一傳統設計的額 、酋於：換益（亦即，非微型管道熱交換器）或應用微型管 =:早-流束（亦即’冷媒或產品流束其中之一）的熱交 献益可放置於微型管道21〇, 24〇之間，或放 熱交換器240, 270之間。 1 ^道 口。^發明方法可與—利用包括微型管道熱交換器、冷凝 : :::發器等之熱交換器、冷凝器、蒸發器等之分離系統 I合使用’以將不需要的成份從產品中分離。例如， 42 1271499 溫度範圍在約-225與約500°C之間，在一具體實施例其在 約-200與約300°C之間。流經流線442抵達熱交換器450 的產品混合物的壓力範圍在約1 0與約500Ops ig之間，在 一具體實施例其在約10與約2500psig之間；其溫度範圍 在約-245與約50 0°C之間，在一具體實施例其在約-20 0與 約300°C。經由流線452離開熱交換器450之曱烷的壓力 範圍°C在約10與約5000psig之間，在一具體實施例其在 約10與約2500psig之間；其溫度範圍在約-245與約300 °C之間，在一具體實施例其在約-200與約300°C之間。 使用在如圖11所示的該分離系統400的冷媒可為上述 任何類型的冷媒。該冷媒流經流線459抵達冷凝器460， 經由冷凝器460抵達流線461，經由流線461抵達壓縮機 4 6 5，經由壓縮機4 6 5抵達流線4 6 6，經由流線4 6 6抵達閥 件470，經由閥件470抵達流線471，經由流線471抵達膨 脹裝置4 7 5，經由膨脹裝置4 7 5抵達流線4 7 6，經由流線 4 7 6抵達熱交換器4 5 0，經由熱交換器4 5 0抵達流線4 7 7， 經由連線477抵達膨脹裝置480，經由膨脹裝置480抵達 流線481，經由流線481抵達熱交換器440，經由熱交換器 440抵達流線482，經由流線482抵達膨脹裝置485，經由 膨脹裝置485抵達流線486，經由流線486抵達熱交換器 430，經由熱交換器430抵達流線487，經由流線487抵達 膨脹裝置490，經由膨脹裝置490抵達流線491，經由流線 491抵達熱交換器420，經由熱交換器420抵達流線45 9， 經由流線459返回冷凝器460，在該處整個循環將重新地 45 1271499 經流線481從膨脹裝置480到熱交換器440的冷媒的壓力 範圍可在約1 〇與約300Opsi g之間，在一具體實施例其在 約20與約2500psig之間，其溫度範圍在約—25〇與約3〇〇 °C之間，在一具體實施例其在約-225與約300°C之間。流 經流線482從熱交換器440到膨脹裝置485的冷媒的壓力 範圍可在約10與約30OOpsig之間，在一具體實施例其在 約20與約2500psig之間，其溫度範圍在約—25〇與3〇〇艺 之間，在一具體實施例其在約-225與3〇〇<t之間。流經流 線486從膨脹裝置485到熱交換器43〇的冷媒的壓力範圍 可在約10與約300〇psig之間，在一具體實施例其在約2〇 與約2500psig之間，其溫度範圍在約—25〇與3〇〇。〇之間， 在一具體實施例其在約-225與3〇(rc之間。流經流線487 從熱交換器430到膨脹裝置49〇的冷媒的壓力範圍可在約 10與約3000psig之間，在一具體實施例其在約2〇與約 2500psig之間，其溫度範圍在約-25〇與約3〇〇艺之間，在 一具體實施例其在約—225與約3G(rc之間。流經流線491 從膨脹裝置490到熱交換器42〇的冷媒的麼力範圍可在約 10與、力3000pS1g之間，在一具體實施例其在約與約 2500pS1g之間’其溫度範圍在約—25〇與約之間，在 一具體實施例其在約—225與約3〇(rc之間。 J用在本發明方法當中之熱交換器的冷媒和產品微型 :^可由包含金屬（例如，不鏽鋼或其它鋼合金）、陶 兗、聚合物（例如，敎塑性 u u …2性树脂），或上述材料所合成的 材料所建構而成。一籀古 種有用的材料為鐵鎳合金IN VAR，其 47 1271499 低的熱膨脹係數，所以其適合於精密加工。該鎳成份強化 了其抗腐蝕性。約1 〇W/m-K的熱傳導率準位使其成為一使 用於非常低縱向熱傳導以及高效能微型管道熱交換器當中 的合適熱交換器材料。 '在一具體實施例中，製造公差的累積可能使平行微型 管道之間的流束分配不當惡化。例如，如果一組，微型管道 (其公稱流束間隙如圖式規格所界定的〇· 5mm )所具有的 實際流束間隙（界定為一相交又熱交換器的相鄰層壁之間 的距離）為〇. 5 5mm時，而在堆疊裝置的不同層上的一第二 組微型管道所具有的實際流束間隙為〇45mm，其淨效果為 其比較大之實際間隙管道增加多於1〇%之流束。在一具體 貫施例中，為得到於使用本發明方法的熱交換器中有低壓 力降，須使所有類似微型管道的至少9〇%之間的最大流束 失配小於30%。 、使用本#明方&，其能夠使用大量平行操作的微型管 道（以便獲得相當高的表面積），該等微型管道的長度非 常地短，所以能夠將壓力降降至悬 牛王琅小。與傳統的低溫冷凍 液化系統相比較，此等微型管道能袒 e逼此槌供尚的熱傳率（因為 其Nusselt數相同，但是流力亩你^ f、 刀罝徑較小）和低的壓力降。 使用本發明方法的該等微刖瞢洁勒> σ 一 Μ&道熱父換器可具有相當

咼的流體微型管道容積（亦即，A P冷媒和產品微型管道容積 )與熱交換器容積比值。此項牿备、生A、丸^ 、 貝得色造成熱交換器每單位重 量具有較高的熱傳密度。此將圖 不次明於圖12至圖14之 中。圖12至圖14圖不說明了蚀田士 了使用本發明方法的熱交換器 49 1271499 核心的部份橫剖面。熱交換器核心550 (圖12 )包括熱交 換器壁5 51和矩形微型管道5 5 2。熱交換器核心5 5 4 (圖 13)包括熱交換器壁555和圓形微型管道556。熱交換器 核心558 (圖14)包括熱交換器壁559和半圓形微型管道 560 °甩於每一個熱交換器核心的重複單元以虛線表示於 圖12至圖14之中。假設該橫截面構型和尺寸在流動方向 上並沒有改變，就相同的流力直徑d，突肋寬度b = d/2，輻 板厚度a=d/2而言，一縱橫比為cl/D=1〇的矩形微型管道（ 圖12)的官道容積與熱交換器容積的比值為rCV腿v = cl*DAcl*D+cl*a + D*b+a*b) = 1 21/252 = 0.48;半圓形微 型管道（圖 14)的 RCVHEV = 3.1415926/12 = 0.26 ;而圓形 微型管道（圖 13)的 rCVHEV = 3· 1415926/9 = 〇. 35。該 等幾何形狀之間的關係同時可應用於不同的輻板厚度及突 肋見度。因此，當使用於本發明方法中的熱交換器的微型 管道可具有任何的構型之時，由矩形微型管道所提供的較 大的縱橫比將使得此類型的微型管道具有高熱傳率和低壓 力降。在一具體實施例中，使用本發明方法的熱交換器所 具有的微型管道容積與熱交換器容積的比值至少為約〇·2 ，在一具體實施例其至少為約〇·25,在一具體實施例其至 少為約0.3,在一具體實施例其至少為約〇·35，在一具體 實施例其至少為約〇· 4,在一具體實施例其至少為約〇·45 0 微型結構可成型於該等冷媒微型管道的内部表面之上 。此等微型結構將提供熱傳面積的增加。此等微型結構包 50 1271499 括：凹槽、波折、細孔層、凹σ 播4囬- 、田、、同寺荨。若干此等結 構係圖不說明於圖5至圖8 间在圖 5(a)， 5(b) 7 8 中，該微型管道500具有一矩形浐 ，， ， 巨形杈截面（圖5(a)及圖8) 其中波浪狀結構502成形於管酋辟 、去_ 、&道壁5〇1的内部表面之上 。、机體以箭頭503 (圖5(b)、糾-从▲ ))所不的方向流過微型管道 5〇〇。在流體流動當中可能形& _ /風π泡522 (圖8 )。在圖 6(a)和6⑻’微型管道510具有一矩形橫截面（圖6(a)) ’其中縱向凹# 512成形於微型管道壁511的内表面之上 。流體以箭頭513(圖6㈦）所示的方向流過微型管道 51〇。形成該微型結構的方法包#(但不限定於）：機器 加工、雷射鑽孔、微電子加工系統娜）、石版術電極沈 積成型(LIGA)、放電加工、電化學蝕亥卜粉末冶金塗層， 和氧化作用（例如，熱處理）。 微型結構表面提供了若干優點。例如，如圖7所示， 一單相流微型管道的波折表面破壞層流中的熱邊界層5 2 〇 的發展’而形成一大溫度梯度的區域（薄的邊界層），因 而強化了該質量與熱傳的作用。在紊流區域，此結構增強 了該奈流的混合。 微型結構表面協助抵抗流束沸騰的問題。當冷媒在管 道中蒸發，則流束沸騰會發生。此導致管道表面汽泡的形 成。並且，由於失去形成於汽泡底下的液體薄膜，導致了 熱點的形成。因而，造成了熱傳效果的顯著降低。在微型 管道的表面上具有微型結構可減少耗乾的機會，其結果可 加強供應液體提供至汽泡的底部。此顯示於圖8之中。該 51 1271499 波浪狀的微型結構藉著由箭頭523, 524所表示的毛細力量 增加流向汽泡522底部的液體流量。該突出結構择加了Γ 泡522底下的固體壁面積以及與液體的接觸面積：使得： 箭頭525, 526所示的蒸發作用比一平滑表面要來得有:率 。因此，使用該等微型管道表面上所形成的微型結構將顯 者地增加整體的熱傳效果。此結構將使得熱交換器的冷熱 流道之間的相當接近溫度的使用成為可能。 在一具體實施例，使用本發明方法的熱交換器應用一 ㈣（，即’多於兩個）的副歧管’以供應冷媒和產品給 熱父換态中的微型管道’並從微型管道中將產品和冷媒移 除。此結構表示於圖15當中。請參考圖15,頭部副歧管 =〇係連接位於主熱交換區61()十的微型管道（亦即，冷媒 管：612和產品管道6⑷。該等微型管道接著連接腳部副 :支官^620°冷媒和產品如方向箭帛㈣所示地流過該頭部 J支笞600接著經過主熱交換區610中的微型管道612， d後如方向前頭640所示地經由腳部副歧管62〇離 開熱交換器。 由於液體與/飞體流束動篁之不同，使得流至微型管道 勺兩相（亦即液兩相”句勻分佈有時候成為一項難題 。在汽液混合體中，低密度汽體比高密度液體的移動得更 =。此問題可藉由於頭部歧管或微型管道中的混合汽液體 來加以克服。該項混合作用可在_ 16所示的頭部歧管中 進行。請參考圖16，液體65()被噴麗成汽態655，以便剛 好在笞道6 6 0上端形成一兩相混合體。 52 1271499 此外，該液體和汽體可在微型管道内部被混合，以產 生一兩相混合體。此方式係以圖式說明於圖1 7至圖丨9當 · 中。請參考圖17和圖18，液體665進入液體管道670，且 汽體675進入汽體管道680。管道670，680由一包含小孔 口 690的孔板685所分隔。該液體665如箭頭695所示地 流過孔板685中的小孔口 690，然後，以一噴灑或擴散的 液體形式進入汽體管道680並與該汽體675相混合。 表示於圖19中的該微型管道700係由平板702，7〇4 和分隔片706，708所製成。液體710流過流線711，汽體 f 712流過流線713。當該混合體進入管道716時，該液體和 汽體可被混合以形成汽液混合體714。 該名詞、、交互流束平面熱傳面積百分比（IpHTAp : interstream planar heat transfer area percent)係 才曰用於熱父換器的最高有效熱傳面積，並係指區隔兩個在 一微型管道裝置中作熱交換的流束或流體（例如，該產品 和冷媒流束且不包括突肋、鰭片，和表面區域強化器等面 積）之面積而於一管道的總内部表面積（包含突肋、鰭片 | 和表面強化器等面積）中所佔的百分比。表面強化器的特 徵為：其臨界尺寸大於該管道的最小尺寸的十分之一。亦 即’熱f以不同流體傳給鄰近管道所穿過的面積與管道的 總表面積之間的比率。所以，一個具有IpHTAp=1〇〇%的幾 何形狀係意指所有的可供給面積係用於與鄰近不同流束的 作熱父換。IPHTAP的計算可使用下列的公式： 53 1271499 IPHTAP =[(熱量傳給不同流束所穿過之管道周圍面積 )· ( g道中之總表面積）]X 100 具體實施例中，該使用本發明方法的熱交換器（ 例如，冷媒微型管道（例如，低壓冷媒或高壓冷媒）或產 土 &返）中的任何流束的IPHTAP係至少約為20%，在 一具體貫施例其至少約30%，在一具體實施例其至少約40% ，在一具體實施例其至少約5〇%，在一具體實施例其至少 約70% ’在一具體實施例其至少約9〇0/〇。 在一具體實施例中，該熱交換器18的容積熱通量係至 、、句為0· 5W/cm3，在一具體實施例其至少約〇. ， 在一具體實施例其至少約1〇w/cm3，在一具體實施例其至 少約1.2W/cm3,在一具體實施例其至少約丨^/⑽3。該名 詞”測定容積熱通量，，的定義為：流過該等微型管道的冷媒 所獲得的熱量除以該熱交換器的核心容積。所謂熱交：器 的核心容積係包括該熱交換器的所有流束和將該等流束彼 此分離的所有結構材料，但是並不包括將流束與外界分離 7結構材料。因此，該核心容積的計算終止於熱交換器的 最外側流束的邊緣。該核心容積並不包括歧管。 、。 在一具體實施例中，與用本發明方 乃次的熱父換器的效 益至少為約0.8,在一具體實施例其至少為約〇. 9,在一具 體實施例其至少為約〇· 95，在一且艚音# y /、 八體貢知例其至少為约 0· 98，在一具體實施例其至少為約〇 q ”、 · 99 在一具體實施例 其至少為約0.995，而該等微型管道所罝 ，、有的長度可達约3 未，在一具體實施例其可達約2米，名 n 在一具體實施例其可 54 1271499 所需要的壓縮機電力。 …、又換态的溫度差距可達約50°C，在一具體實施例其 可達約3 0 如 卜 在一具體實施例其可達約2 〇 °c，在一具體實 ^例其可達約1(rc，在—具體實施例其可達約π。該溫 声 矣 ΐ'Κ "5Τ ^ ^ 又 疋義為：離開熱交換器時的被冷卻或液化產品與 進入熱交換器的最冷冷媒流束之間的溫度差。 在具體貫施例，該等產品微型管道壁的溫度改變在 產了二動方向的長度每米至少為25。。，在一具體實施例其 至ν每米為約50°c，在一具體實施例其至少每米為約75它 ’在具體實施例其至少每米為約1 〇 〇它。 使用本發明方法的該微型管道熱交換器的一優點為·· 該微型管道熱交換H在組裝時所使用的材料和封裝技術允 許使熱交換器操作時的内部壓力差高達5〇〇〇psig以上。在 -具體實施例，該冷媒流束、產品流束，或冷媒與產品兩 者流束的壓力可超過約15〇〇psig，在一具體實施例其可超 過約1750psig，在一具體實施例其可超過約2〇〇〇psig，在 一具體實施例其可超過約2250psig。 用於冷凝包括天然氣在内的氣體的冷卻需求將隨著壓 力的增加而減少。在較高的壓力下，針對一給定的溫度變 化，此專氣體需要較少的冷卻。此表示於圖21之中，其 中天然氣（以甲烷為例）的冷卻需求被描繪。在較高壓力 下，用於冷凝天然氣之類氣體的冷卻需求的減少將造成冷 媒流量需求的減少。該冷媒流量係與壓縮機操作成本成正 比’因而’壓縮機操作成本的減少可在較高產品氣體壓力 56 1271499 下達成。因此，使用本發明方法的微型管道熱交換器的優 點之一在於·產品氣體（例如，天然氣）可在達成高於約 5000Psig的壓力下被冷卻，在一具體實施例其在約5〇〇與 約5000Psig之間，在一具體實施例其在約ι〇〇〇與約 5000Psig之間，在一具體實施例其在約15〇〇與約 5000psig之間，在一具體實施例其在約2〇〇〇與約 5000psig 之間。 範例1 天然氣的壓力被增加至2500psig並且冷媒的流量被減 少（具有相同的操作條件）以達成同樣天然氣出口溫度的 範例被評估。該天然氣的壓力為635，1〇〇〇，15〇〇，2〇〇〇 和250Opsig。當天然氣的壓力被增加時，該等管道之間的 金屬突肋厚度需要被增加。圖22表示該金屬突肋的厚度 而要Ik著一熱父換器的一代表性重複單元中的天然氣壓力 的大小而改變。應用在圖22中的該重複單元從左到右分 別為：天然氣（NG )、低壓冷媒（LPR)、高壓冷媒（HpR)、 LPR、HPR、LPR、NG。下表列出了在不同天然氣壓力下所需 要的金屬厚度數值。該金屬為不鏽鋼3〇4。 天然氣壓力(psig) ti(in) t2(in) t3(in) ' 635 .050 .073 .010 1000 .064 .094 •017 — 1500 .078 .117 .025 — 2000 .091 .138 •034 2500 .101 .157 ^044* 示意於圖22中的該重複單元的其它尺寸將表示於圖 57 1271499 23當中。該天然氣⑽管道的寬度可在不f要設計任何突 肋於=管道之間的條件下延伸至該熱交換㈣整個寬度 不蚣著天然氣壓力而改變的輸入流束條件為： 1 ·天然氣、低壓冷媒和高壓冷媒的入口溫度。 2·低壓冷媒和高壓冷媒的入口壓力。 3 ·天然氣的質量流量。 …針對-給定的天然氣壓力，該冷媒的質量流量可被計 异以決定該出π溫度。天然氣的出口溫度為_155.吖。下 表概示該流束條件。 ------- 度（。C) ——表2」 _g然氣(NG) 3ZTC ' 束條件之概要 ΓϋΓ壓冷媒(lpr7~ ^Ϊ58·30。 " 二媒(HPR厂 29.5〇C 入口壓力(psig) 可變的 30psig 流里(kg/hr) 7144.1 323.3psig — 可變的 「_可變的 冷媒的莫爾成份百分比為：氮（0.1405);甲烷 (〇·3251 );乙稀（〇屬3);丙烧（0.1297);異丁燒 (0.0244):異戊烷(〇.〇41〇)。在較高的天然氣操作壓力之 下’萬要幸父少的冷媒將壬妙、#、人，、 一 呆將天然軋冷部至-155.6。(：。圖24所表 示的圖表顯示在不同的夭紗a 天^乳壓力下冷卻天然氣所需要的 冷媒流量。當該金屬空日★ μ 的厚度Ik著天然氣的壓力的增加 而增加時，該軸向僂墓μ、生丄、 斤1^成的熱損耗亦同時增加。天然 氣和低壓冷媒之間的全屬 ]金屬大肋的平均軸向傳導被計算。 率R的定義為： R (軸向（机向）熱傳）/ (從天然氣傳至LPR的熱量） 58 1271499 圖25顯示隨著天然氣壓力大小而變化的軸向傳導。雖 然該軸向傳導隨著天然氣壓力的增加而增加，但是整體效 益可以整體冷媒流量的減少而顯現。由軸向傳導所造成的 效能損失將小於較高天然氣壓力下的效能增加。 範例2 一三流束熱交換器被提供以用於天然氣的液化。其中 兩流束涉及一流過該熱交換器之冷媒流束，而第三流束涉 及该天然氣的流束。該等冷媒流束的其中一流束係操作於 323· 3-322. 8psig下的高壓冷媒流束，另外一個冷媒流束 係操作於29. 95-27. 75psig下的低壓冷媒流束。該等高壓 冷媒流束與低壓冷媒流束係如圖3所表示地彼此相互逆向 。同時’該天然氣流束如圖3所示地橫過該冷媒流束。 該熱交換器係由不鏽鋼（SS304)所製成。其長度為 1.00米’寬度為1.70米，堆疊高度為2.85米。熱交換器 的核心容積為4 · 8 5立方米。相對應於圖2重複單元1 〇 〇的 微型管道層的重複單元被使用。所使用的重複單元的數目 為 2 2 0。 該高壓冷媒流過一組相對應於圖2微型管道12 2，16 2 的第一微型管道。該熱交換器具有總數量為51，480且相互 平行操作的第一微型管道。每一個第一微型管道122，162 具有一形狀為矩形的橫截面。每一個微型管道1 2 2，16 2的 寬度為 0.56 吋（14. 22mm)，高度為 0.018 吋（〇· 45mm)，長 度為3· 28呎（1.00米）。進入該組第一微型管道的高壓冷 59 1271499 媒為汽液混合形式’同時離開該組第一微型管道的高壓冷 媒為-液體形式。流經該組第一微型管道的液體冷媒的； 諾數為99. 7。流經該組第一微型管道的汽體冷媒的雷諾數 為 649 〇

該低壓冷媒流過相對應於圖2中的微型管道^ U 132，152的一組第二微型管道。該熱交換器具有總數為 155, 100且相互平行操作的第二微型管道。每一個微型管 道112，132，152具有-形狀為矩形的橫截面^每一個微 型管道的寬度A 0. 275彳(6. 99腿），高度為"以二 (0.59-)’長度為3.2卜尺〇〇〇米進入該第二微型管 道的低壓冷媒的型態為一汽液混合物，同時離開該组第二 微型管道的低壓冷媒形式為—汽態。流過該組第二微型管 道的液體的雷諾數為99。流過該組第二微型管道的汽體的 雷諾數為988。 该天然氣流過相對應於圖2中的微型管道的一組 第三微型管道。該熱交換器具有220個相互平行操作的第 三微型管道。每一個第三微型管道具有一形狀為矩形的橫 截面。每一個微型管道的寬度為5 58吸（17〇米），高度 為：.。16吋(〇.4lm„〇,長度為3 28呎(1 〇米）。當流過該 組第三微型管道時’該天然氣被液化。流過該組第三微型 管道的液體的雷諾數為99。流過該組第三微型管道的氣體 的雷諾數為870。 用於此熱交換E的重複單元表示於w 26#中。使用於 此重複單元的管道系列由左至右分別為：NG (天然氣）、 1271499 LPR(低壓冷媒）、HPR (高壓冷媒）、lpr、HPR、LPR和NG 。表示於圖26的尺寸單位皆為英吋。雖然該代表的重複 單元所表示的NG管道的寬度為〇· 57〇吋，但是其延伸至整 個熱父換器（5· 58叹）。該熱交換器内部中流束的iphtap 不同於該周邊流束的IPHTAP。内部管道的ipjjTAP的計算 表示如下： IPHTAP 内部，NG=U2x5.58xi2)/(2x5.58xl2+2x 0.016)] X 1 00 = 1 00% IPHTAP 内部，LPR=[ (2 X 〇·275)/(2χ〇·275+2Χ〇·022)]Χ 100=92.6% ΙΡΗΤΑΡ 内部，HPR=[ (2 Χ〇· 560)/(2χ0·560 + 2Χ〇·018)]Χ 100=96·9% 位於周邊的管道，其不同流束的ΙΡΗΤΑΡ值分別為： ΙΡΗΤΑΡ 周邊，NG=[(5. 58xi2)/(2x5.58xl2 + 2X0. 016)] x 1 00 = 50% ΙΡΗΤΑΡ 周邊，lpr= [(2 X 〇· 275)/(2 X 0. 275 + 2 X 0· 022)] X 100=92.6% ΙΡΗΤΑΡ 周邊，HPR= [(2Χ0·560)/(2Χ0·560+2Χ0·018)]Χ 100=96. 9% 該冷媒具有如下的組成（所有的百分比為莫爾。/。）： 氮 10% 甲烷 24% 乙稀 28% 丙烷 16% 61 1271499 異丁烧 5% 異戊烷 17% 該冷媒在一壓縮機内被壓縮成3313psig之壓力及 1 53°C之溫度。已壓縮的冷媒流至一冷凝器，在該處該壓 力減至323· 3psig，溫度降至29. 4°C。此際，該冷媒為一 汽液混合形式之高壓冷媒。該冷媒離開冷凝器，然後經過 熱交換器中的該組第一微型管道122，162。當其流過該組 第一微型管道，該冷媒的總壓力降為〇. 3psi。該冷媒離開 該組第一微型管道的狀況為：壓力322· 8psig，溫度一 15 3. 9°C。該冷媒然後流過一膨脹閥，在該處，其壓力降至 29· 9 5psig ’其溫度減至-158· 3。〇。此際，該冷媒係一低壓 冷媒。離開膨脹閥，該冷媒流過熱交換器中的該組第二微 型官道112，132，152。當其流過該組第二微型管道，該 冷媒的總壓力降界於〇. 2-2· Opsi之間。離開該組第二微型 管道的冷媒壓力為27· 75psig，溫度為20· 9°C。 該冷媒然後離開該組第二微型管道，返回壓縮機，在 該處，該冷媒循環重新開始。 壓力為635.3psig溫度為32·2Χ：之天然氣進入熱交換 器中的該組第三微型管道。該天然氣流過該組第三微型管 道，然後以一液體的型態離開該等微型管道。該天然氣的 流篁為1 5, 7501b/hr。該液化天然氣的壓力為5psig，溫度 為 -1 5 5 · 3 〇C 0 該熱交換器的容積熱通量為l_5W/cm3。圖4表示熱交 換器中三流束的溫度與熱交換器中整體熱傳量的關係。在 62 1271499 圖4當中，TNG代表天然氣的溫度。THpR代表高壓冷媒的 溫度。TLPR代表低壓冷媒溫度。圖4中的熱功代表從熱端 所計算的累積熱傳量。 由於本發明已藉由不同詳述之實施例作解說，習於相 關技術者在閱讀本說明書下將對本發明之各種不同之改變 十分清楚。因此，必須瞭解落入所附之申請專利範圍中之 各種修改係涵盍於此處所揭示之本發明。 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 在附圖中，相同的部件及特徵具有類似之圖號。 圖1係一流程示意圖，其以一特殊形式說明本發明方 法。 圖2係一概略視圖，其顯示微型管道層之一重複單元 之一實施例的分解圖，該微型管道層係使用於應用本發明 方法的熱交換器之中。 圖3係一概略視圖，其顯示使用於一熱交換器的一具 體實施例中的微型管道層的分解圖，該熱交換器係應用本 發明方法，其中，冷媒和將被液化之氣態產品的流動方向 被表示出來。 圖4係一圖表，其顯示範例2中於該熱交換器中之三 個流束的溫度以及熱交換器中的總熱傳量。 圖5(a)和圖5(b)係一具有微型結構成形於其内部表面 之上的一微型管道的概略示意圖，該微型結構為波浪狀的 63 1271499 結構。圖5(a)係一橫剖面視圖，圖吖w法

Wb)為一縱向視圖。 圖6(a)和圖6(b)係一具有微型处 巧械！結構成型於其内部表面 之上的一微型管道的概略示意圖，該 .^ β从型結構為縱向凹槽 、、'。構。圖6(3)係—橫剖面視圖，圖6(b)為—縱向視圖。 圖7係-具有微型結構成型於壁上的一微型管道之辟 的概略示意圖。其中，一埶邊只爲 土 . …、| s成型於該壁和該微型έ士 楫的表面之上。 、° 圖8係-具有微型結構成形於内部之上的微型管道的 k剖面視圖…，一蒸汽泡被顯示位於該微型管道之中 圖9係一流程圖，盆圖千％日主一 /、圖不说明表不本發明方法的 具體實施例。 圖10係一概略示音圖甘％ 一 ^圖，其顯不使用於可應用本發 法的熱父換裔之另一呈轉杳# 丨ΛΑ Λ1·, 、 ”體實施例中的微型管道層的一分解 視圖。 圖11係一流程圖，Α闰 /、圖不說明表不使用微型管道埶六 換器之^ 一分離糸統，Ji：孫田认6 ^ ”係用於自原始天然氣中分離水、 烷或丁烯、丙烷或丙烯和乙烷或乙烯。 圖12-14係顯示包含可使用本發明方法的微型 熱交換器的核心部份的俨立,二囬 μ 的 177的k剖面圖。顯示於圖12中的該 微型管道係為矩形形壯μ « w哥 狀的。顯不於圖13中的該等微型总

道係為圓形形狀的〇 _ - # m ^ B *、、、員不於圖14當中的該等微型營道 為半圓形形狀的。 係 列 圖15係、員不系列之副歧管的概略示意圖，該一系 64 1271499 之副歧管係用於供應冷媒和產品給位於— 微型管道，和從該等微型管道中移除產品和冷媒、； 圖16係圖示說明—可使用本發明方法之熱交換器的歧 管頭之一概略示意圖。 ”圖17-19係顯示位於使用本發明方法的熱交換器的微 型管道中的汽液混合狀態的一概略示意圖。 圖20係顯示一使用於可使用本發明方法的四流束熱交 換器的一系列微型管道的一概略示意圖。 圖21係比較天然氣的冷卻需求與壓力所作之一,圖表。 圖22和圖23係顯示使用於範例1中的熱交換器中之 一系列微型管道的概略視圖。 圖24係一顯示冷媒流量與天然氣壓力間之關係的圖表 圖25係一顯示軸向熱傳導與天然氣壓力間之關係的圖 表。 圖2 6係一顯示使用於範例2所述之熱交換器中的一系 列微型管道的概略示意圖。 (二 )元件代表符號 10 壓縮機 12 流線 14 冷凝器 16 流線 18 熱交換器 65

Claims (1)

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拾、申請專利範圍： 1. 一種用於冷卻熱交換器中流體產品的方法，該方法 包括： 加壓一流體冷媒，膨脹該流體冷媒，及使該流體冷媒 流過一組位於熱交換器當中的冷媒微型管道；和 將該產品流過一組位於熱交換器當中的產品微型管道 流過該等產品微型管道的產品與流過該等冷媒管道的 冷媒作熱交換， _ 流出該組產品微型管道的產品溫度在約—2 5 〇 至約 °c之範圍，且低於進入該組產品微型管道的產品的溫 度。 2·如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中，該熱交 換為係一兩流束熱交換器。 3. 如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中，該熱交 換器係一三流束熱交換器。 4. 如申請專利範圍第i項所述之方法，其中，該熱交_ 換器係一應用多於三流束的多流束熱交換器。 5. 如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中，該冷媒 所流經的該冷媒微型管道之冷媒係包括：流經一組位於熱 交換器當中的第—微型管道的冷媒，和流經—組位於熱交 換H當中的第二微型管道的另一冷媒’其中，流經該組第 二微型管道的冷媒具有不同於流經該組第 媒的成分和/或溫度和/或壓力。 74 1271499 94.10. 24 條if 年月曰補趸 其中，流經該 其中，進入冷 而其溫度在約 其中，離開冷 而其溫度在約 其中，進入產 而其溫度在約 其中，離開產 而其溫度在約 6·如申請專利範圍第丨項所述之方法 冷媒微型管道的冷媒流係屬非紊流。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之方法 媒微型管道的冷媒壓力可達2〇〇〇psig左右 -1 8 0 °C至約1 〇 〇 °C之間。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之方法 媒微型管道的冷媒壓力可達2〇〇〇psig左右 ~180°C至約l〇〇°C之間。 9 ·如申請專利範圍第1項所述之方法 品微型管道的產品壓力可達5〇〇0psig左右 -40°C至約40°C之間。 1 0 ·如申請專利範圍第1項所述之方法 品微型管道的產品壓力可達5〇〇〇psig左右 - 170°C至約-85°C之間。 11.如申請專利範圍第i項所述之方法，其中，流經該 產品微型管道的產品壓力在約500psig到約5000psig之範 圍内。 1 2·如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中，流經該 冷媒微型管道的冷媒壓力降可達約3〇psi /f 士。 1 3·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該等產 品微型管道係相鄰於該等冷媒微型管道。 14 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，流經該 等冷媒微型管道的冷媒流動方向係相反於流經該等產品微 型管道的產品之流動方向。 75 1271499 w4曰 一 補充 I5·如申請專利範圍第1 等冷媒微型管道的冷媒流動 型管道的產品流動方向。 I6·如申請專利範圍第1 等冷媒微型管道的冷媒流動 型管道的產品流動方向。 項所述之方法，其中，流經該 方向係橫交於流經該等產品微 項所述之方法，其中，流經該 方向係相同於流經該等產品微 申明專利範圍第5項所述之方法，其中，進入該 第-組微型管道的冷媒係包括一單一汽體相、一單一液體 或一汽液混合體，汸、風—& a過该第一組微型管道的汽相冷媒的 諾數可達約lOOnnn ^ ， ，而經該第一組微型管道的液相冷 媒的雷諾數可達約1〇，⑽〇。 18·如巾請專利範圍第5項所述之方法，其中，進入該 第二組微型管道的冷媒係包括-汽液混合體，流過該第： 、、且U聖吕道的,飞相冷媒的雷諾數可達約，而流經 一、、且U里g道的液相冷媒的雷諾數可達約刪〇。 ^ 士申明專利範圍第1項所述之方法，其中，該冷媒 係在[機田中被壓縮，然後，在流經該等冷媒微 道之前被冷卻。 >20.如中請專利範圍第5項所述之方法，其中，該冷媒 攸第-組微型官道流出經過一膨脹裝置，最後，進入該 二組微型管道。 — 21.如中請專利範圍第5項所述之方法，其中，流經該 等第組U型官道的冷媒流動方向係相反於流經第二組 型管道的冷媒流動方向。 76 1271499 22.如申請專利範圍箆R % 国弟5項所迷之方法，其中，流經該 等第一組微型管道的冷婼户叙古— 系々IL動方向係相同於流經該等第二 組微型管道的冷媒流動方向。 2 3 ·如申請專利範筮ς〜、+、 国弟5項所述之方法，其中，流經該 等第一組微型管道的冷掸、、☆叙古a # > > ^ 螺机動方向係橫交於流經該等第二 組微型管道的冷媒流動方向。 24·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中 ，進入該 等第一組微型管道的冷媒壓力可達2〇〇〇psig左右 ’而其溫 度在約-50°C至約l〇〇°c之間。 25·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中 ，離開該 等第一組微型官道的冷媒壓力可達2〇〇〇psig左右 ’而其溫 度在約-180°C至約-90°c之間。 26·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中 ’進入該 等第二組微型官道的冷媒壓力可達1〇〇〇psig左右 ’而其溫 度在約_ 1 8 0 C至約-9 〇 °c之間。 27.如申請專利範圍第5項所述之方法，其中 ’離開該 等第二組微型管道的冷媒壓力可達lOOOpsig左右 ’而其溫 度在約-5 0 °C至約1 〇 〇 °c之間。 28·如申请專利範圍第5項所述之方法，其中 ’進入該 等第三組微型管道的產品壓力可達5〇〇〇psig左右 ’而其溫 度在約-40°C至約40°c之間。 2 9.如申请專利範圍第5項所述之方法，其中 ’離開該 等第三組微型管道的產品壓力可達5〇〇〇pSig左右 ’而其溫 度在約-1 70°C至約-85°C之間 77 1271499 .....11...... 30.如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，流經該 等第-組微型管道的冷媒壓力降可達約3〇psi/ft，而流經 該等第二組微型管道的冷媒塵力降可達約3〇psi/ft。 31 · 士申„月專利範圍第i項所述之方法，其中，該冷媒 的種類。# |L、一氧化碳、每分子包括一至約五個碳原 子的有機化口物’或上述材料的兩個或更多者之混合物。 32. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該產品 種類包括：二氧化碳、氦m分子包括-至約五 個石反原子的有機化合物，或上述材料的兩個或更多者之混 合物。 33. 如申請專利範圍第卜頁所述之方法，其中，進入該 專產品微型管道的產品種類包括天然氣。 34. 如申請專利範圍第i項所述之方法，其中，離開該 寺產品微型管道的產品種類包括液化天然氣。 3:二如申請專利_】項所述之方法，其中，該等產 道和冷媒微型管道係由包括金屬、陶究、塑膠或 具等之混合所建構者。 拔如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該等冷 媒崎道所具有的内部尺寸高度可達約〗麗。 品微^如/ 4專利範圍第1項所述之方法，其中，該等產 a S、所具有的内部尺寸高度可達約2mm。 .如巾4專利範圍第1項所述之方法，其中，該等冷 媒从型管道所具有的長度可達約1〇米。 .如申凊專利範圍帛j項所述之方法，其中，該等產 78 1271499 品微型管道所具有的長度可達約ίο米。 40. 如申請專利範圍第j項所述之方法，其中，該熱交 換器的性能係數係至少約〇. 5。 41. 如申請專利範圍第！項所述之方法，其中，用於該 等冷媒微型管道或該等產品微型管道的交互流束平面熱傳 面百分比係至少約2〇%。 m 42. 如申請專利範圍第】項所述之方法，其中，該熱交 換器的單位體積的熱通量係至少約〇 5w/cm3。 43. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該熱交 換器的效率約〇. 8。 44. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該產品 可：約4(TC的溫度被冷卻至約，忆的溫度，而流經熱交 換益的流ϊ至少為約每小時每熱交換器核心體積立方米 1 5 0 0石旁。 45·如申咕專利範圍第44項所述之方法，其中，流經 該等冷媒微型管道的冷媒壓力降可達約3〇細。 d/6·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該熱交 換器的溫度差距可達約5 〇 °c。 。。47.如中請專利範圍第i項所述之方法，其中，該熱交 換所具有的#型官道體積對熱交換器體積之比率至少約 為 0· 2。 ' 48·如申請專利範圍第！項所述之方法，其中，該微型 結構係形成於該等冷媒微型管道的内部表面之上。 49.如申明專利範圍第i項所述之方法，其中，離開該 79

1271499 寺微型管道的產品前淮$ s L …進至另外—個熱交換器，在該熱交換 裔當中，該產品接受額外的、入父 接又額外的冷郃，該另外-個熱交換器係 匕括.另外-組冷媒微型管道和另外—組產品微型管道， 其它冷媒將流經該另外一組冷 ^ 〜炼镟型官道，該產品則流經 該另外一組產品微刑瞢洁六 '工 尘㈢道々丨L經另外一組產品微型管道的 產品與流經另外一組冷媒 V姝倣型官道的另一冷媒作熱交換， 造成離開另一組產品微剞瞢洁^ M I &道的產品溫度低於進入另一組 產品微型管道的產品溫度。 50.如申請專利範圍第49項所述之方法，其中，離開 :-組產品微型管道的產品前進至一第三熱交換器，在該 弟二熱交換器當中’該產品接受額外的冷卻，該第三熱交 換器係包括：-第三組冷媒微型管道和__第三組產品微型 官道，一第二冷媒將流經該第三組冷媒微型管道，該產品 則流經該第三組產品微型管道，流經第三組產品微型管道 的產品與流經第三組冷媒微型管道的第三冷媒作熱交換， 離開第三組產品微型管道的產品溫度低於進入第三組產品 微型管道的產品溫度。 51 ·如申請專利範圍第5〇項所述之方法，其中，該產 品種類係一天然氣，該冷媒的種類係丙烷或丙烯，而另一 冷媒係乙烧或乙烯，該第三冷媒為曱烷。 5 2 ·如申睛專利範圍第1項所述之方法，其中，該產品 種類包括天然氣，在該天然氣將流經該等產品微型管道之 前，該天然氣流經一系列的微型管道熱交換器來移除天然 氣當中的水份、丁烷或丁烯、丙烷或丙烯、和乙烷或乙烯 80 1271499 94.10. 24 年月曰匕十 _ 補充 53·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該等產 。口 U型S道的官壁沿著產品流過該等產品微型管道的方向 ，在溫度上有至少該等產品管道每一公尺長度約25t的溫 度變化。 54·如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中，該埶交 換器配備兩個或更多個副歧管，崎應冷媒和產品：該 寺微型管道，並從該等微型管道中將冷媒和產品移除。 55·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該熱交 換為在该等微型管道的人口處配備有—導人器，該冷媒的 形式係-汽液混合體’ @汽體及液體在該導人器當中被混 合。 ,6·如中請專利範圍帛1項所述之方法，其中，該冷媒 的化式係-Ά液混合體’該汽體及液體在該等微型管 被處合。 _ 57.如中請專利範圍第i項所述之方法，其中，流經該 等冷媒微型管道的冷媒，流經該等產品微型管道的產D f ί者流㈣等冷媒微型管道的冷媒和流經料產品微^管 退的產品所具有的壓力至少為約1 500pSig。 58. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，一額外 :熱交換器係放置在該熱交換器的上游處，該產流妳 =換器中的該等產品微型管道之前Μ過該額外的熱: 59. 如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中，— 81

1271499 =換器係放置在該熱交換器的下游處，該產品先流過 熱交換器。 &道》後再流過該額外的 6〇·如申請專利範圍第49項所述之方法，其中，一額 外的熱交換器被放置在該熱交換器和該另外一熱交換器之 間i該產品先流過該熱交換器之中的該等產品微型管道， 再μ過該額外的熱交換器，最後流過另一熱交換器當中的 另一組產品微型管道。 61 · —種用於冷卻熱交換器中之產品的方法，該方法包 括： 將一冷媒流過一組位於熱交換器當中的第一微型管道 將一冷媒流過一組位於熱交換器當中的第二微型管道 ，流過該組第二微型管道之冷媒係較流過該組第一微型管 道之冷媒在一較低溫度、一較低壓力，或既在一較低溫度 且在一較低壓力；及 將一產品流過一組位於熱交換器當中的第二微型管道 ，流出該組第三微型管道的產品溫度低於進八該組第三微 型管道之產品的溫度。 拾壹、圖式： 如次頁 82