KR101256733B1 - 다양한 배플 각도를 가진 수직 결합형 공급/배출 열 교환기 - Google Patents

Abstract

수직 결합형 공급/배출 열 교환기(VCFE)와 같은 쉘 및 튜브 열 교환기는, 유체 입구 및 유체 출구를 구비한 쉘; 상기 쉘을 통해 상기 유체가 나선형 유동 패턴으로 유동하도록 안내하기 위해 상기 쉘 내에 장착되는 복수의 배플들을 포함하며, 여기서 상기 입구에 인접한 배플의 나선각 α는 상기 출구에 인접한 배플의 나선각 β와 상이하다.

Description

다양한 배플 각도를 가진 수직 결합형 공급/배출 열 교환기{VERTICAL COMBINED FEED/EFFLUENT HEAT EXCHANGER WITH VARIABLE BAFFLE ANGLE}

본 명세서에 개시된 실시예는 일반적으로 열 교환기에 관련된다. 더욱 상세하게는, 본 명세서에 개시된 실시예는, 쉘 및 튜브 열 교환기(shell and tube heat exchanger)와 같이 효율적인 2-상(two-phase) 유동 공정을 위해 구성된 열 교환기에 관련된다.

열 교환기를 위한 다수의 형태들이 공지되어 있으며, 다양한 응용분야에서 사용되고 있다. 널리 사용되는 형태들 중 하나가 도 1 에 예시된 것과 같은 쉘 및 튜브 열 교환기이며, 이것은 일단의 평행한 파이프들(12)을 수용하는 원통형 쉘(10)을 포함하며, 파이프들은 제1 유체(16)가 파이프들(12)을 통해 지나갈 수 있도록 양 단부 플레이트(14) 사이에서 연장되어 있다. 한편, 제2 유체(18)는 파이프들과 접촉할 수 있도록 양 단부 플레이트 사이의 공간으로 유입되어 그곳을 통해 유동한다. 두 유체들 사이의 향상된 열 교환을 제공하기 위해, 제2 유체(18)의 유동 경로는 각각의 통로를 형성하는 배플들(baffles, 20) 사이로 정의되고, 배플들은 제2 유체 유동이 하나의 통로에서 그 다음 통로를 지날 때 그 방향이 변화되도록 배치되어 있다. 배플들(20)은, 도시된 바와 같이 부분적으로 원형인 부분들로 형성되거나(부분 조각 배플들) 환형의 링들 및 디스크들로 형성되며, 쉘(10)의 길이 방향 축(22)에 대하여 수직으로 설치되어 제2 유체(18)가 지그재그(zigzag)로 유동을 하도록 한다.

이러한 배치에서, 제2 유체는 쉘의 길이를 따라 그 유동 방향을 여러 번, 급격하게 변경하여야 한다. 이것은 제2 유체의 동압(dynamic pressure)의 감소와 속도가 균일하지 않은 유동을 초래하고, 이것은 복합적으로 작용하여 열 교환기의 성능에 나쁜 영향을 미친다. 예를 들면 쉘의 길이 방향 축에 대하여 수직한 배플들의 배치는 상대적으로 비효율적인 열 전달율(heat transfer rate) / 압력 강화 비율(pressure drop ratio)을 초래한다. 또한 이러한 배플의 배치는 배플과 쉘(baffle-to-shell) 및 파이프와 배플(pipe-to-baffle) 간의 틈들(clearances)을 통한 바이패스 유동을 일으키며, 결과적으로 유동의 부적정한 분포(flow maldistribution)와, 와류(eddies), 역류(back-flow), 높은 부착물 비율 등을 포함하여 바람직하지 않은 결과들 초래한다.

압력 강화, 유동 분포(flow distribution), 및 열전달 효율은, 특히 액상 공급(liquid phase feed)과 생산 스트림(product stream) 사이에서 기상 반응(vapor phase reaction)이 요구되는 많은 산업적 화학 공정들에서 중요한 변수이다. 예가 될 수 있는 공정들로는 나프타 개질(naphtha reforming) 공정, 나프타 수첨처리(naphtha hydrotreating) 공정, 디젤 및 등유 수첨처리 공정, 경질탄화수소 이성질체화(light hydrocarbon isomerization) 공정 및 복분해(metathesis) 공정 등 많은 산업적으로 중요한 다른 공정들이 포함될 수 있다. 이러한 공정들은 통상적으로 공급/배출 열 교환 장치(feed/effluent heat exchange equipment)를 포함하며, 여기서 반응기 공급 스트림의 기화에 필요한 열은 반응기 배출물의 응축 또는 부분적인 응축에 의해 회수된다. 이러한 열 전달 장치들로는 역사적으로 종래의 수평 쉘 및 튜브 열 교환기가 배치되어 왔다.

유닛 디자인 용량(경제적인 규모)의 증가는 큰 용적 처리량(volumetric throughout)을 요구하게 되며, 결과적으로 제한된 온도차(temperature differentials)에서, 열을 전달하기 위해 필요한 쉘의 개수에 영향을 준다. 그러나 유동 수리학의 이슈들 즉, 기상 및 액상(vapor and liquid phases)의 조성(composition) 및 분자량(molecular weight)이 변화되는 2-상 유입 유동, 상태(phase) 변화로부터 초래된 다양한 체적 유량(volumetric flow) 및 압력 강화와 같은 유동 수리학(flow hydraulics)의 이슈들 때문에, 여러 개의 평행하게 배치된 그리고 연속된 배치를 갖는 종래의 교환기 쉘 장치는 문제가 있다. 대칭적인 배관은 2 상 유동(two phase flow)의 분할에 영향을 미치는 신뢰할 수 없는 수단이다. 증기 분자량은 결합된 액체보다 더 낮을 수 있고 특히 증기가 주로 수소로 이루어진 수첨처리 시스템에서 그러하기 때문에, 교환기로 유입된, 액체를 가진 증기의 잘못된 분배(maldistribution)는 관계된 비등곡선(boiling curve)에 큰 영향을 미치고, 결론적으로 비등 동작의 평균 온도차(mean temperature difference; MTD)에 큰 영향을 미칠 수 있다.

수직 결합형 공급/배출 열 교환기(vertical combined feed/effluent heat exchanger; VCFE)의 기술 사상은 큰 표면들을 단일의 수직형 쉘에 통합시킴으로써 상술한 단점들을 극복하기 위해 개발되었다. 이러한 유닛들은 다른 형태들로 상업적으로 채용될 수 있는데, 튜브측 비등(tubeside boiling) / 단일의 부분형 배플 디자인의 쉘측 응축(shellside condensing); 튜브측 응축 / 단일의 부분형 배플 디자인의 쉘측 비등; 튜브측 비등 / 나선형 배플 디자인의 쉘측 응축; 튜브측 응축 / 나선형 배플 디자인의 쉘측 비등을 포함한다. 나선형 배플을 가진 교환기는 예를 들면 미국 특허 제5,832,991호, 제6,513,583호, 및 제6,827,138호에 개시되어 있다.

이론적 기초 측면에서, 질량 이송 효과(mass transport effects)에 의해 상대적으로 쉘측 체적을 더 크게 하는 것에 의해 쉘측 비등 계수(boiling coffeicient)가 향상되기 때문에, 쉘측 비등은 요구되는 표면을 줄이는데 유리하다. 그러나 통상적으로 튜브측의 청소가 더 용이하기 때문에, 부착물 또한 고려될 수 있다.

쉘측 비등 장치의 단점은 부분 부하 또는 턴다운(turndown) 작동시에 고려되는 데, 쉘측 속도는 상 분리 및 분리된 소량의 액체가 입구로 다시 역류하는 것을 방지하는 데 충분하지 않다. 높은 체류 시간에서 상기 분리되는 액체가 많이 증가하면 부착물 발생을 초래한다.

튜브측 비등 장치의 가장 큰 단점은, 각 튜브에서 기대되는 비등 특성을 유지하기 위해서는 분리된 액체 및 증기가 다수의 튜브 입구 각각에 고르게 분배되어야만 하고, 이러한 분배를 달성하는 것은 낮은 압력 강화 및 저렴한 방법으로는 달성할 수 없다는 것이다.

따라서 수직 유닛들에서 효과적으로 2-상 입구 유동을 처리하기 위한 배플 및 열 교환기 설계에 대한 요구가 존재한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 명세서에 개시된 실시예들은, 유체 입구 및 유체 출구를 구비한 쉘; 상기 쉘을 통하여 유체가 나선형 유동 패턴으로 유동하도록 안내하기 위해 상기 쉘 내에 장착되는 복수의 배플들을 포함하며, 여기서 상기 입구에 인접한 배플의 나선각 α는 상기 출구에 인접한 배플의 나선각 β 상이한 열 교환기에 관한 것이다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 명세서에 개시된 실시예들은, 제1 유체 입구를 구비한 튜브측 입구 매니폴드(inlet manifold); 제1 유체 출구를 구비한 튜브측 출구 매니폴드; 상기 매드폴드들 사이에서 연장되며, 그들 사이에서 유체가 소통되게 하는 복수의 튜브들; 상기 튜브들을 내부에 수용하고 상기 매니폴드 사이에 연장되며, 제2 유체 입구와 제2 유체 출구를 가지는 쉘; 상기 쉘을 통하여 상기 제2 유체가 나선형 유동 패턴으로 유동하도록 안내하기 위해 상기 쉴 내에 장착된 복수의 배플들;을 포함하며, 여기서 상기 제2 유체 입구에 인접한 배플의 나선각 α는 상기 제2 유체 출구에 인접한 나선각 β와 상이한, 쉘 및 튜브 열 교환기에 관한 것이다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 명세서에 개시된 실시예들은, 상 혼합 유체(mixed phase fluid)와 열 교환을 하는 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 증기와, 비말 동반된(entrained) 액체 및 비말 동반된 고체 중 적어도 하나를 포함하는 상 혼합 열 교환기에 유체를 공급하는 단계를 포함하되, 여기서 상기 열 교환기는, 유체 입구 및 유체 출구를 구비한 쉘; 상기 쉘을 통해 유체가 나선형 유동 패턴을 유동하도록 안내하기 위해 상기 쉘 내에 장착된 복수의 배플들을 포함하며, 상기 상 혼합 유체를 본질적으로 모든 증기가 되게 하는 변환 단계; 및 상기 상 혼합 유체와 열 교환 매개물(heat exchange medium) 사이에서 간접적으로 열 교환을 하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 입구에 인접한 배플의 나선각 α는 비말 동반된 액체 및 고체의 종단 속도(terminal velocity) 보다 상 혼합 유체의 속도가 더 빠른 상태를 유지시키며, 상기 출구에 인접한 배플의 나선각 β는 상기 입구에 인접한 배플의 나선각 α보다 크게 형성된다.

본 발명의 또 다른 측면 및 장점들은 하기의 설명들 및 첨부된 청구범위로부터 명확해 질 것이다.

도 1 은 종래의 쉘 및 튜브 열 교환기에서 유동 분배를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2 는 본 명세서에 개시된 실시예에 따라 다양한 열(heat) 배플 각도를 가진 수직 결합형 공급/배출 열 교환기의 개략적인 도면이다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 본 명세서에 개시된 실시예들은 열 교환기에 일반적으로 관계된다. 더욱 상세하게는, 본 명세서에 개시된 실시예들은 2-상 유동을 효율적으로 처리할 수 있도록 구성된, 예컨대 쉘 및 튜브 열 교환기와 같은 열 교환기에 관계된다. 더욱더 상세하게는, 본 명세서에 개시된 실시예들은, 쉘측 유체가 나선형 유동 패턴으로 유동하도록 구성된 배플들을 구비하며, 입구에 인접한 배플의 나선각(helix angle)이 출구에 인접한 배플의 나선각과 상이한 열 교환기에 관계된다.

본 명세서에 개시된 실시예에 따른 다양한 나선각을 가진 배플들을 구비한 열 교환기는 기화(evaporation), 응축(condensation), 연소(combustion), 및 이와 유사한 것과 같이 상(phase) 변화를 겪는 쉘측 유체들에 유용하다. 예들 들면, 기화된 액체-증기 혼합물과 같은 2-상 입구 유체들에게, 입구에 인접하여 나선각들은 증기 및 액체의 상 분리를 방지하는데 충분한 유체 속도를 유지할 수 있도록 제공된다. 쉘측 유체 입구에 인접한 배플들의 나선각은 튜브들에 수직한 위치에 근접하고, 이에 따라 들어오는 고밀도의 액체들이 매우 빠른 속도로 와류를 일으키게 한다. 액체는 열 교환기 내에서 열 전달에 의해 기화되기 때문에, 예컨대 쉘측 출구에 근접한 배플들을 위한 경우처럼, 저밀도의 증기의 낮은 속도와 열 교환기를 통한 상대적으로 낮은 압력 강화에서 열 교환을 제공하기 위해, 수직한 위치로부터 더 멀어진다.

상 분리(증기-액체, 증기-고체 등)는 상대 밀도, 입자 및/또는 비말 크기(droplet size), 및 증기 상 속도의 함수이기 때문에, 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 다양한 나선각을 가진 배플들을 구비한 열 교환기는, 동일한 처리량에서, 일정한 배플 각도를 갖는 열 교환기의 경우에 발생할 수 있는 쉘측 상 분리가 일어나기 쉽지 않다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예에 따라 다양한 나선각을 가진 배플들을 구비한 열 교환기는 현저하게 감소된 처리량 수준에서 사용될 수 있고, 이에 따라 턴다운 동작 또는 부분 부하에서 작동하는 수직 열 교환기와 연관된 전형적인 단점들이 방지된다.

쉘측 입구 및 출구에 인접한 배플들을 위하여 사용된 나선각은 동작 타입에 의존한다. 예를 들면, 증기 및 기화 액체 또는 연소 고체를 포함하는 유체 혼합물에 대해서는, 입구에 인접한 배플들의 나선각이 출구에 인접한 배플들의 나선각 보다 더 크다. 이러한 방식에서, 2-상 혼합물의 속도는 비말 동반된 고체 또는 액체의 이송 속도보다 더 빠르게 유지되고, 이에 따라 상 분리를 방지할 수 있다. 액체가 기화되거나 또는 고체가 연소될 때, 작은 나선각이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 나선각은 쉘의 길이 방향 길이를 따라 점차로 감소한다. 또 다른 예로서, 열 교환기 내에서 응축되는 증기를 포함하는 입구측 공급을 위하여, 쉘측 입구에 인접한 배플들의 나선각은 쉘측 출구에 인접한 배플들의 나선각 보다 더 작으며, 이에 따라 응축 동작시의 혼합물의 속도는 증가한다.

도 2 를 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시예에 따른, 다양한 나선각을 가진 배플들을 구비한 수직 결합형 공급/배출 열 교환기의 개략적인 도면이 예시되어 있다. 열 교환기(30)는 유체 입구(34)를 갖는 튜브측 입구 매니폴드(32)를 포함한다. 튜브측 입구 매니폴드(32)는 또한 그곳에 배치된 벤트(36, vent)를 포함한다. 열 교환기(30)는 또한 유체 출구(40)를 갖는 튜브측 출구 매니폴드(38)를 포함한다. 복수의 튜브(42)들이 튜브측 입구 매니폴드(32)와 출구 매니폴드(38) 사이에서 연장되어, 입구 매니폴드(32)로부터 출구 매니폴드(38)로 튜브(42)들을 통해 유체가 이송될 수 있도록 한다. 도 2 는 4 개의 튜브들이 사용된 예를 예시하고 있으나, 어떠한 개수의 튜브라도 사용될 수 있다는 것을 이해될 수 있을 것이다.

쉘(44)은 튜브들(42)을 둘러싸면서 입구 및 출구 매니폴드(32, 38) 사이에 연장되며, 쉘측 유체 입구(46) 및 쉘측 유체 출구(48)를 포함한다. 쉘(44)은 내부에 배플 장착용 구조물을 구비하지 아니한 형태로 형성된다. 따라서 쉘(44)은 중심부에 축방향으로 연장된 배플 장착용 구조물을 포함하지 않는다. 쉘(44) 내부에는 복수의 배플들(50)이 배치된다. 배플들(50)은 예를 들면 미국 특허 제5,832,991호, 제6,513,583호 및 제6,827,138호에서 설명된 것과 같은 나선형 배플들을 포함하며, 각 미국 특허들의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 일체화된다. 배플들(50)은 튜브 구멍들(미도시)을 포함하여 튜브들(42)이 배플들(50)을 통과할 수 있도록 하며, 배플들(50)이 정렬된 그리고 바람직한 위치에서 튜브들(42)을 유지시킬 수 있도록 한다. 배플들(50)은 쉘측 유체가 쉘을 통해 나선형 유동 패턴으로 유동하도록 안내한다.

배플들(50)은 열 교환기(30) 내에 배치되는데, 쉘측 입구(46)에 인접한 배플들(50)은 쉘측 출구(48)에 인접한 배플들(50)과 대비하여 상이한 나선각을 갖는다. 배플들의 나선각은, 예를 들면, 나선형 패턴이 2차원적으로 표시된, 나선의 풀기(unwinding)에 의해 결정되어 진다. 도 2 에서 예시하는 바와 같이, 배플(50a)을 위하여, 나선각은 피치 p(360°연장된 배플 호(arc)에 의해 가로질러지는 길이 방향의 거리)에 의해 나누어진 쉘 원주 C의 아크탄젠트(arctangent)로서 결정되어 질 수 있다. 피치는 다음과 같다

p=C*tan(β);

여기서, β는 나선각이다. 따라서 나선각 β은 arctan(p/C)와 같다.

예시된 바와 같이, 열 교환기(30)는 수직 방향을 향하는 나선형 배플들(50)을 구비한다. 쉘측 입구(46)에 인접한 배플들(50)은 나선각 α를 가진다. 쉘측 출구(48)에 인접한 배플들(50)은 쉘(44)의 길이 방향 축 A-A 에 대하여 나선각 β을 가잔다. 그리하여, 예를 들면, 쉘측 입구(46)를 통해 유입된 2-상의 쉘측 공급 스트림의 기화를 위하여, 입구(46)에 인접한 배플들(50)은 작은 나선각 α; 즉, 나선각 β를 구비한 쉘측 출구(48)에 인접한 배플들(50) 보다 축 A-A에 대하여 수직에 가까운 나선각으로 배치되며, 여기서, 열 교환은, 예를 들면 쉘측 유체의 기화, 연소, 및/또는 가열에 의하여, 높은 셀측 체적 유동에서 가스/가스(gas/gas)로 이루어질 것이다. 그리하여 작은 나선각 α는 2-상 입구 유동이 상 분리를 막는데 충분한 속도로 나선형 경로로 와류 유동이 되게 한다. 쉘측 유체는 출구(48)에 근접하여 가스/가스이기 때문에, 나선각 α보다 큰 나선각 β가 사용되며, 그리하여 쉘 44의 전체 길이를 따라 각 α가 사용된 경우 보다 낮은 압력 강화를 초래한다.

일부 실시예에서, 쉘측 유체 입구(46)와 출구(48) 중간의 배플들은 나선각 α, β 크기 중간의 나선각 γ를 가진다. 예를 들면, 배플들(50)의 나선각은, 작업의 타입(예를 들어, 응측, 기화 등)에 의존하여, 입구(46)에서 출구(48)로 점차적으로 증가하거나 감소할 수 있다. 다른 실시예에서, 배플들(50)의 나선각은 한 번 또는 그 이상으로 단계적으로 변화할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따라 다양한 나선각을 가진 배플들을 구비한 열 교환기는, 2-상 유동이 예상되는 곳에서 유용하다. 2-상 유동이 예상되는 곳에서의 작은 나선각은, 쉘측 상 분리를 방지하는, 높은 기체 상태 속도를 제공한다. 입구 및 출구에 인접한 배플둘의 나선각들은 2 상의 상대적 밀도, 고체 및/또는 액체의 비말 크기(입자 또는 비말(droplet)의 이송 속도에 관계된), 통상인 공급율, 부분 부하(partial load) 또는 턴다운 공급율(turndown feed rates), 쉘측 유체의 온도 상승 및 본 발명의 기술분야의 당업자에게 알려진 다른 변수들의 함수이다.

본 명세서에서 설명된 수직 결합형 공급/배출 열 교환기는 약 5° 내지 45°를 포함하여 그 범위 내의 대략적인 나선각을 갖는 배플들을 사용한다. 본 명세서에 개시된 실시예에 따르면, 적절한 나선각을 형성하는 배플 각도 α, β, γ(존재한다면)의 어떠한 조합도 사용될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 예들 들면, 나선각 α는 약 5° 내지 약 45°범위; 다른 실시예에서는 약 5°내지 약 35°의 범위; 또 다른 실시예에서는 약 5°내지 약 25°의 범위 내에서 형성될 수 있다.

다른 실시예에서, 배플 각도 β는 약 15° 내지 약 45°범위; 다른 실시예에서는 약 25° 내지 약 45°의 범위; 또 다른 실시예에서는 약 35° 내지 약 45°의 범위 내에서 형성될 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예에 따른 열 교환기는 2 또는 그 이상의 상(phase)을 갖는 쉘측 유체들을 갖는 경우에 유용하게 사용될 수 있다. 유리하게는, 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 열 교환기는, 예를 들어 2-상 유동이 예상되는 곳에 작은 나선각을 가진 배플들을 구비함으로써, 쉘을 통과하는 유체의 상 분리를 방지하거나 최소화할 수 있는 쉘 유체 유동 속도를 제공한다. 더욱이, 단일 상의 유동이 예상되는 곳에서 큰 나선각을 사용하는 것은, 쉘 전체에서 일정한 나선각를 사용되는 경우보다 낮은 압력 강화를 제공하는데 유리하다. 따라서 일정한 나선각을 갖는 배플을 구비한 종래의 열 교환기와 비교하면, 본 명세서에 개시된 실시예를 따른 열 교환기는 상당히 감소된 처리량 레벨에서조차 2-상 유체 유동을 유지할 수 있게 하며, 따라서 더욱 넓은 처리량의 범위를 허용한다.

본 명세서에서 개시된 내용들은 한정된 수의 실시예들을 포함하고 있지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는, 본 명세서에 개시된 내용을 이용하여, 본 발명의 개시된 범위를 벗어나지 않는 다른 개량된 실시예들이 가능하다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 오직 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (20)

1. 제1 유체 입구에서 제1 유체 출구 쪽으로 제1 유체가 유동하여 이송되도록 하기 위해 구비되는 길이 방향으로 연장된 복수의 튜브들;
   중심부에 축 방향으로 연장된 배플 장착용 구조물을 구비하지 않는 형태로 형성되고, 상기 튜브들을 내에 수용하며, 제2 유체 입구와 제2 유체 출구를 구비한 쉘; 및
   상기 쉘을 통하여 제2 유체가 나선형 유동 패턴으로 유동하도록 안내하기 위해 상기 쉘 내에 장착되는 복수의 배플들을 포함하되,
   상기 제2 유체 입구에 인접한 배플의 나선각 α는 상기 제2 유체 출구에 인접한 배플의 나선각 β와 상이한 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,
   나선각 β는 나선각 α보다 작은, 열 교환기.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 배플들의 나선각은 상기 제2 유체 입구에서 상기 제2 유체 출구 쪽으로 감소하는, 열 교환기.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 유체 입구에 인접한 배플과 상기 제2 유체 출구에 인접한 배플 사이의 배플은 나선각 α 및 β 사이의 나선각 γ를 가지는, 열 교환기.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1 유체 입구를 구비한 튜브측 입구 매니폴드;
   제1 유체 출구를 구비한 튜브측 출구 매니폴드;
   상기 매드폴드들 사이에서 연장되며 그들 사이에서 유체가 소통되게 하는 복수의 튜브들;
   상기 매니폴드들 사이에 연장 형성되되, 중심부에 축 방향으로 연장된 배플 장착용 구조물을 구비하지 않는 형태로 형성되고, 상기 튜브들을 내부에 수용하며, 제2 유체 입구와 제2 유체 출구를 가지는 쉘; 및
   상기 쉘을 통하여 상기 제2 유체가 나선형 유동 패턴으로 유동하도록 안내하기 위해 상기 쉘 내에 장착된 복수의 배플들;을 포함하며,
   상기 제2 유체 입구에 인접한 배플의 나선각 α는 상기 제2 유체 출구에 인접한 나선각 β와 상이한, 쉘 및 튜브 열 교환기.
10. 제 9 항에 있어서,
    나선각 β는 나선각 α보다 작은, 쉘 및 튜브 열 교환기.
11. 삭제
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 배플들의 나선각은 상기 제2 유체 입구에서 상기 제2 유체 출구 쪽으로 감소하는, 쉘 및 튜브 열 교환기.
13. 삭제
14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 유체 입구에 인접한 배플과 상기 제2 유체 출구에 인접한 배플 사이의 배플은, 나선각 α 및 β 사이의 나선각 γ를 가지는, 쉘 및 튜브 열 교환기.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제

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