KR102508592B1 - 코일 권선 열 교환기 - Google Patents

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마크 줄리안 로버츠
저스틴 데이비드 부코스키
앤마리 오트 웨이스트
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에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

단일 원주방향 구역에서 튜브 시트에 각각 연결되고 제어 밸브와 유체 유동 연통하는 온난 다발의 일 단부에 튜브 시트를 제공하여 반경방향 온도 분포 불량을 감소시키도록 구성된 혼합 냉매 쉘측 냉각 기능을 갖는 코일 권선 열 교환기. 온난 다발의 다른 단부에 있는 튜브 시트는 각각 단일 반경방향 섹션과 다수의 원주방향 구역에서 튜브 시트에 연결된다. 온도 센서는 각 원주방향 구역에 제공된다. 온도 차이가 감지되면 하나 이상의 제어 밸브를 조절하여 온도 차이를 감소시킨다.

Description

코일 권선 열 교환기{COIL WOUND HEAT EXCHANGER}
코일 권선 열 교환기("CWHE")는 종종 천연 가스 액화 시스템에 사용되는 선호되는 유형의 열 교환기이다. CWHE에서 냉각될 유체(들)는 중앙 맨드릴 주위를 감싸고 축방향 스페이서에 의해 분리되고 쉘 공간 내에 격납된 여러 층의 튜브를 통해 순환된다. 튜브, 맨드릴 및 스페이서의 조립체는 튜브 다발 또는 다발을 형성한다. 냉동은 쉘 공간을 통한 팽창된 냉매(종종 혼합 냉매)의 유동에 의해 제공된다. CWHE의 일반적인 문제는 쉘 공간의 동심 구역 사이에 냉매의 온도 분포 불량이며, 이는 다발의 온난 단부와 저온 단부 사이의 특정 위치에 있는 구역 사이에 반경방향 온도 구배가 있음을 의미한다.
튜브 시트를 "구역화"하여 이러한 반경방향 온도 분포 불량을 수정하려는 시도가 이루어져 왔으며- 이는 단일 구역을 통해 저온 단부 및 온난 단부 튜브 시트 각각에 연결되는 튜브를 라우팅하는 것을 의미한다. 이 구성은 도 3 및 도 3a와 관련하여 본 명세서에서 더 구체적으로 설명된다. 밸브는 각 온난 단부 튜브 시트의 상류에 제공되어 각 구역을 통과하는 유동을 독립적으로 제어할 수 있게 하여 각 구역의 튜브측 유동의 비율을 해당 구역의 쉘측 냉매의 비율과 더 가깝게 일치하도록 변경함으로써 해당 구역의 온도 구배를 감소시키는 수단을 제공한다.
이러한 구성은 저온 및 온난 단부 모두에 필요한 튜브 시트 수가 구역 수의 함수여서 종종 다발 내의 튜브 수를 수용하는 데 필요한 것보다 더 많은 수의 튜브 시트가 생성되기 때문에 CWHE를 구축하는 비용을 증가시킨다.
따라서, 반경방향 분포 불량에 대한 종래 기술 해결책과 관련된 증가 비용 및 복잡성이 적으면서 반경방향 온도 분포 불량을 수정하기 위해 유동 조절을 가능하게 하는 CWHE 구성이 필요하다.
본 명세서에 개시된 주제의 시스템 및 방법의 몇 가지 특정 양태가 아래에 요약되어 있다.
양태 1: 코일 권선 열 교환기이며,
쉘;
제1 다발- 제1 다발은 제1 다발 단부 및 제1 다발 단부에 대해 원위에 위치된 제2 다발 단부를 포함함 -;
제1 다발 내에 중앙에 위치하는 맨드릴- 제1 다발 쉘 공간이 제1 다발 단부로부터 제2 다발 단부로 연장되고 제1 다발 맨드릴로부터 쉘로 연장됨 -;
제1 다발 쉘 공간에 위치한 복수의 튜브- 복수의 튜브 각각은 제1 다발 단부에 위치한 제1 튜브 단부 및 제2 다발 단부에 위치한 제2 튜브 단부를 가지고, 복수의 튜브는 맨드릴 주위에 권선되어 복수의 권선 층을 형성하고, 복수의 권선 층은 제1 다발 쉘 공간에 동심으로 배열된 복수의 구역으로 분할되고, 복수의 튜브는 복수의 튜브 세트를 포함하며, 복수의 튜브 세트 각각은 복수의 구역 중 상이한 구역에 위치됨 -;
제1 다발 단부에 위치된 제1 그룹의 튜브 시트- 각각의 제1 그룹의 튜브 시트는 제1 튜브 단부에서 복수의 튜브 세트 중 하나와 유체 유동 연통함 -;
복수의 밸브- 복수의 밸브 각각이 제1 그룹의 튜브 시트 각각과 유체 유동 연통하고 제1 다발 단부에 위치함 -; 및
제2 다발 단부에 위치하는 제2 그룹의 튜브 시트- 제2 그룹의 튜브 시트 중 적어도 하나는 제2 튜브 단부에서 복수의 튜브 세트 중 2개 이상과 유체 유동 연통함 -를 포함한다.
양태 2: 양태 1의 코일 권선 열 교환기에 있어서, 제1 다발 단부는 제1 다발의 저온 단부이고 제2 다발 단부는 제1 다발의 온난 단부이다.
양태 3: 양태 1 및 2 중 어느 하나의 코일 권선 열 교환기에 있어서, 제2 그룹의 튜브 시트 각각은 제2 튜브 단부에서 복수의 튜브 세트 각각으로부터의 복수의 튜브 중 적어도 하나와 유체 유동 연통한다.
양태 4: 양태 1 내지 3 중 어느 하나의 코일 권선 열 교환기에 있어서, 제2 다발 단부는 맨드릴 주위에 원주방향으로 배열된 복수의 섹터를 포함하고, 제2 그룹의 튜브 시트 각각은 복수의 섹터 중 단일 섹터로부터 유래하는 제2 튜브 단부와 유체 유동 연통한다.
양태 5: 양태 1 내지 4 중 어느 하나의 코일 권선 열 교환기에 있어서, 복수의 구역 각각에 위치된 온도 센서를 더 포함 한다.
양태 6: 양태 5의 코일 권선 열 교환기에 있어서, 온난 다발은 저온 다발 단부로부터 온난 다발 단부까지 연장되는 다발 높이를 가지며, 각각의 온도 센서는 다발 높이의 중간 50 % 내에 위치한다.
양태 7: 양태 5의 코일 권선 열 교환기에 있어서, 온난 다발은 저온 다발 단부로부터 온난 다발 단부까지 연장되는 다발 높이를 가지며, 각각의 온도 센서는 다발 높이의 중간 20 % 내에 위치한다.
양태 8: 양태 1 내지 7 중 어느 하나의 코일 권선 열 교환기에 있어서, 제1 그룹의 튜브 시트 및 제2 그룹의 튜브 시트와 유체 유동 연통하는 제1 입구 도관 및 제3 그룹의 튜브 시트 및 제4 그룹의 튜브 시트와 유체 유동 연통하는 제2 입구 도관을 더 포함한다.
양태 9: 양태 8의 코일 권선 열 교환기에 있어서, 제3 그룹의 튜브 시트는 제1 다발 단부에 위치하며, 제3 그룹의 튜브 시트 각각은 제1 튜브 단부에서 복수의 튜브 세트 중 2개 이상과 유체 유동 연통하고, 제2 그룹의 튜브 시트는 제2 다발 단부에 위치되고, 제2 그룹의 튜브 시트 각각은 제2 튜브 단부에서 복수의 튜브 세트 중 2개 이상과 유체 유동 연통한다.
양태 10: 양태 1 내지 9 중 어느 하나의 코일 권선 열 교환기에 있어서, 복수의 구역은 최내측 구역 및 최외측 구역을 포함하고, 최내측 구역 및 최외측 구역 중 적어도 하나는 각각 복수의 튜브의 10 내지 20 %를 격납한다.
양태 11: 양태 1 내지 10 중 어느 하나의 코일 권선 열 교환기에 있어서, 복수의 구역은 최내측 구역 및 최외측 구역을 포함하고, 최내측 구역 및 최외측 구역 중 적어도 하나는 각각 복수의 튜브의 10 % 미만을 격납한다.
양태 12: 코일 권선 열 교환기를 제조하는 방법이며, 방법은
(a) 맨드릴 주위에 복수의 튜브를 권선하여 복수의 튜브 층을 형성함으로써 온난 단부와 저온 단부를 갖는 온난 다발을 형성하는 단계- 복수의 튜브 층은 복수의 구역으로 분할되고, 복수의 구역은 온난 다발 전반에 걸쳐 동심원으로 배열됨 -;
(b) 쉘과 맨드릴 사이의 쉘 공간을 형성하는 쉘을 제공하는 단계;
(c) 제1 그룹의 튜브 시트 각각을 복수의 튜브의 제1 서브세트에 연결하는 단계- 각각의 제1 서브세트는 복수의 구역에 위치한 튜브를 포함하고, 제1 그룹의 튜브 시트는 온난 다발의 온난 단부 및 저온 단부의 그룹으로부터 선택된 하나에 위치함 -;
(d) 제2 그룹의 튜브 시트 각각을 복수의 튜브의 제2 서브세트에 연결하는 단계- 제2 서브세트의 각각은 복수의 구역 중 하나의 구역에 위치한 튜브를 포함하고, 제2 그룹의 튜브 시트는 제1 그룹의 튜브 시트와는 상이한 온난 다발의 온난 단부와 저온 단부의 그룹으로부터 선택된 하나에 위치함 -; 및
(e) 제2 그룹의 튜브 시트 각각과 하류에서 유체 유동 연통하는 밸브를 제공하는 단계를 포함한다.
양태 13: 양태 12의 방법에 있어서,
(f) 쉘 공간 내에 저온 다발을 형성하는 단계를 더 포함하고, 저온 다발은 복수의 튜브 중 적어도 일부와 유체 유동 연통한다.
양태 14: 양태 12 및 13 중 어느 하나의 방법에 있어서,
(g) 복수의 구역 각각에 온도 센서를 배치하는 단계를 더 포함한다.
양태 15: 양태 12 내지 14 중 어느 하나의 방법에 있어서,
(h) 온난 다발 높이의 중간 50 % 내에 있는 복수의 구역 각각에 온도 센서를 배치하는 단계를 더 포함하고, 온난 다발 높이는 온난 다발의 온난 단부로부터 온난 다발의 저온 단부까지 연장된다.
양태 16: 양태 12 내지 15 중 어느 하나의 방법에 있어서,
온난 다발 높이의 중간 20 % 내에 있는 복수의 구역 각각에 온도 센서를 배치하는 단계를 더 포함하고, 온난 다발 높이는 저온 단부로부터 온난 단부까지 연장된다.
양태 17: 공급 가스를 액화하기 위한 시스템이며, 시스템은
온난 다발, 쉘, 및 쉘 내에 격납된 쉘 공간을 포함하는 코일 권선 열 교환기로서, 온난 다발은
온난 단부 및 저온 단부;
온난 다발의 중앙에 위치한 맨드릴,
온난 단부로부터 저온 단부까지 연장되고 맨드릴로부터 쉘까지 연장되는 온난 다발 쉘 공간; 및
제1 다발 쉘 공간에 위치한 복수의 튜브- 복수의 튜브 각각은 온난 다발의 온난 단부에 위치한 제1 튜브 단부 및 온난 다발의 저온 단부에 위치한 제2 튜브 단부를 갖고, 복수의 튜브는 맨드릴 주위에 권선되어 복수의 권선 층을 형성하고, 복수의 권선 층은 제1 다발 쉘 공간에 동심으로 배열된 복수의 구역으로 분할되고, 복수의 튜브는 복수의 튜브 세트를 포함하며, 복수의 튜브 세트 각각은 복수의 구역 중 상이한 구역에 위치됨 -를 포함하는, 코일 권선 열 교환기;
공급 스트림 도관, 온난 단부에 위치한 복수의 온난 단부 튜브 시트, 저온 단부에 위치한 복수의 저온 단부 공급 튜브 시트 및 제품 도관을 갖는 공급 회로- 복수의 온난 단부 공급 튜브 시트 및 복수의 저온 단부 공급 튜브 시트는 제1 그룹의 복수의 튜브와 유체 유동 연통하며, 공급 스트림 도관, 복수의 온난 단부 공급 튜브 시트, 복수의 저온 단부 공급 튜브 시트, 및 제품 도관은 모두 유체 유동 연통함 -;
폐루프를 포함하는 냉매 회로로서, 적어도 하나의 냉매 회로는
적어도 하나의 압축 스테이지 및 인터쿨러와 애프터쿨러의 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 압축 회로;
냉매 스트림 도관;
냉매 스트림 도관과 하류에서 유체 유동 연통하는 복수의 온난 단부 냉매 튜브 시트;
복수의 온난 단부 냉매 튜브 시트와 하류에서 유체 유동 연통하는 저온 단부에 위치된 복수의 저온 단부 냉매 튜브 시트;
복수의 저온 단부 냉매 튜브 시트와 하류에서 유체 유동 연통하는 냉각된 냉매 도관;
냉각된 냉매 도관과 하류에서 유체 유동 연통하는 팽창 밸브;
팽창 밸브와 하류에서 유체 유동 연통하고 저온 단부에서 쉘 공간과 상류에서 유체 유동 연통하는 팽창된 냉매 도관; 및
온난 단부에 위치된 기화된 냉매 도관- 기화된 냉매 도관은 쉘 공간과 하류에서 유체 유동 연통하고 압축 회로와 상류에서 유체 유동 연통함 -을 포함하고;
복수의 온난 단부 냉매 튜브 시트 및 복수의 저온 단부 냉매 튜브 시트는 제2 그룹의 복수의 튜브와 유체 유동 연통하며;
냉매 스트림 도관, 복수의 온난 단부 냉매 튜브 시트, 복수의 저온 단부 냉매 튜브 시트, 및 냉각된 냉매 도관은 모두 유체 유동 연통하는, 냉매 회로를 를 포함하고;
온난 단부 공급 튜브 시트 및 저온 단부 공급 튜브 시트의 그룹으로부터 선택된 첫 번째 것의 각각의 튜브 시트는 복수의 튜브 세트 중 단 하나와 유체 유동 연통하며, 온난 단부 공급 튜브 시트 및 저온 단부 공급 튜브 시트의 그룹으로부터 선택된 두 번째 것의 각각의 튜브 시트는 복수의 튜브 세트 중 2개 이상과 유체 유동 연통한다.
양태 18: 양태 17의 시스템에 있어서, 복수의 구역 각각에 위치된 온도 센서를 더 포함한다.
양태 19: 양태 18의 시스템에 있어서, 온난 다발은 저온 다발 단부로부터 온난 다발 단부까지 연장되는 다발 높이를 가지며, 각각의 온도 센서는 다발 높이의 중간 50 % 내에 위치한다.
양태 20: 양태 18의 시스템에 있어서, 온난 다발은 저온 다발 단부로부터 온난 다발 단부까지 연장되는 다발 높이를 가지며, 각각의 온도 센서는 다발 높이의 중간 20 % 내에 위치한다.
양태 21: 양태 1 내지 20 중 어느 하나의 코일 권선 열 교환기를 작동시키는 방법이며, 방법은
(a) 복수의 구역 각각에서 구역 온도를 측정하는 단계; 및
(b) 복수의 밸브 중 적어도 하나의 위치를 조절함으로써 복수의 구역 중 2개의 구역의 구역 온도 사이의 차이를 감소시키는 단계를 포함한다.
도 1은 천연 가스 액화 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 2, 도 2a 및 도 2b는 각각 제1 예시적인 종래 기술의 코일 권선 열 교환기의 개략적인 입면도, 평면도 및 저면도이다.
도 3 및 도 3a는 각각 제2 예시적인 종래 기술의 코일 권선 열 교환기의 개략적인 입면도 및 저면도이다.
도 4, 도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의, 발명의 개념을 구현하는 코일 권선 열 교환기의 제1 예시적인 실시예의 개략적인 입면도, 평면도 및 저면도이다.
도 5, 도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의, 발명의 개념을 구현하는 코일 권선 열 교환기의 제2 예시적인 실시예의 개략적인 입면도, 평면도 및 저면도이다.
이어지는 상세한 설명은 단지 바람직한 예시적인 실시예를 제공하며, 본 발명의 범위, 적용 가능성 또는 구성을 제한하기를 의도하는 것은 아니다. 오히려, 바람직한 예시적인 실시예의 이어지는 상세한 설명은 본 기술 분야의 숙련자에게 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예를 구현할 수 있게 하는 설명을 제공할 것이다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 요소의 기능 및 배열에서 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 설명을 돕기 위해, 본 발명의 부분을 설명하기 위해 방향적 용어가 명세서 및 청구범위에서 사용될 수 있다(예를 들어, 상부, 하부, 좌측, 우측 등). 이러한 방향적 용어는 단지 본 발명을 설명하고 청구하는 것을 돕기 위한 것이며 어떤 방식으로든 본 발명을 제한하려는 의도는 아니다. 또한, 도면과 관련하여 명세서에 도입된 참조 번호는 다른 특징에 대한 컨텍스트를 제공하기 위해 명세서에 추가 설명 없이 하나 이상의 후속 도면에서 반복될 수 있다.
청구범위에서, 청구된 단계를 식별하기 위해 문자들이 사용된다(예를 들어, (a), (b) 및 (c)). 이러한 문자는 방법 단계를 참조하는 것을 돕기 위해 사용되며 청구범위에서 구체적으로 이러한 순서가 언급되지 않는 한, 청구된 단계가 수행되는 순서를 나타려는 의도가 아니며, 청구범위에 구체적으로 언급된 순서만이 이러한 순서를 나타낸다.
방향적 용어가 본 발명의 부분을 설명하기 위해 명세서 및 청구범위에서 사용될 수 있다(예를 들어, 상부, 하부, 좌측, 우측 등). 이러한 방향적 용어는 단지 예시적인 실시예를 설명하는 것을 돕기 위한 것이며 청구된 발명의 범위의 제한을 의도하지 않는다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "상류"는 기준점으로부터 도관에서 유체의 유동 방향과 반대인 방향을 의미하는 것으로 의도된다. 유사하게, 용어 "하류"는 기준점으로부터 도관에서 유체의 유동 방향과 동일한 방향을 의미하는 것으로 의도된다.
명세서 및 청구범위에서 사용된 용어 "유체 유동 연통"은 액체, 증기 및/또는 2상 혼합물이 제어된 방식으로(즉, 누설 없이) 직접 또는 간접적으로 구성요소 사이에서 운반될 수 있게 하는 2개 이상의 구성요소 사이의 연결 특성을 나타낸다. 2개 이상의 구성요소를 서로 유체 유동 연통하도록 결합하는 것은 용접, 플랜지형 도관, 개스킷 및 볼트의 사용과 같은 본 기술 분야에 알려진 임의의 적절한 방법을 수반할 수 있다. 2개 이상의 구성요소는 또한 이를 분리할 수 있는 시스템의 다른 구성요소, 예를 들어, 밸브, 게이트 또는 유체 유동을 선택적으로 제한하거나 유도할 수 있는 다른 장치를 통해 함께 결합될 수 있다.
명세서 및 청구범위에서 사용된 용어 "도관"은 유체가 시스템의 2개 이상의 구성요소 사이를 통해 운반될 수 있는 하나 이상의 구조를 나타낸다. 예를 들어, 도관은 액체, 증기 및/또는 가스를 운반하는 파이프, 덕트, 통로 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어 "회로"는 특정 유체가 통과하는 도관 및 다른 장비의 그룹을 나타내는 것을 의도한다. 개회로에서는 상류 단부에서 회로로 진입되는 모든 유체가 또한 하류 단부에서 회로를 빠져나갈 것이며, 누설로 인한 손실을 허용한다. 폐회로에서 회로의 모든 유체(역시 누설로 인한 손실 허용)는 도관 및 다른 장비 그룹을 통해 폐루프를 순환한다.
도 1은 온난 다발(112), 저온 다발(113) 및 쉘(115)을 갖는 코일 권선 열 교환기("CWHE")(114)를 사용하는 예시적인 천연 가스 액화 시스템(100)을 도시한다. 천연 가스 및 혼합 냉매 스트림(102)을 포함하는 공급 스트림(101)은 사전 냉각 시스템(104)에서 사전 냉각되어 사전 냉각된 공급 스트림(106) 및 사전 냉각된 혼합 냉매 스트림(105)을 형성한다. 사전 냉각된 혼합 냉매 스트림(105)은 이어서 상 분리기(107)를 사용하여 증기("MRV") 스트림(108) 및 액체("MRL") 스트림(110)으로 분리된다. 사전 냉각된 공급 스트림(106) 및 MRV 스트림(108)은 각각 온난 단부(174)에서 온난 다발(112)로 진입되어 저온 단부(176)에서 빠져나가고, 저온 단부에서 각각은 팽창된 MRL 스트림(118)의 증발로부터 CWHE(114)의 쉘측에 제공된 냉동에 의해 약 -110°C로 냉각되고 응축되어 냉각된 공급 스트림(116) 및 냉각된 MRV 스트림(119)을 형성한다. MRL 스트림(110)은 또한 온난 단부(174)에서 온난 다발(112)로 진입되어 저온 단부(176)에서 빠져나가며, 저온 단부에서 약 -110°C로 냉각되어 과냉각된 MRL 스트림(117)을 형성한다.
과냉각된 MRL 스트림(117)은 압력이 감소되어 팽창된 MRL 스트림(118)을 형성하는 반면, 냉각된 공급 스트림(116) 및 냉각된 MRV 스트림(119)은 CWHE(114)의 저온 다발(113)에서 약 -150°C로 추가로 냉각되어 생성물 스트림(120)을 형성하며, 생성물 스트림은 액체 천연 가스("LNG") 및 압력이 감소되어 냉동을 제공하기 위해 기화되는 저온 다발(113)의 쉘측으로 보내지는 과냉각된 액체 MRV 스트림(122)을 포함한다.
기화된 혼합 냉매 스트림(124)은 온난 단부(174)에서 CWHE(114)의 쉘측을 빠져나가고, 40-70 bar로 압축된 다음 냉각되어 혼합 냉매 스트림(102)을 형성하여 냉동 루프를 완성한다.
도 1에 도시되어 있는 천연 가스 액화 시스템(100)은 예시적이고 본 발명에 대한 컨텍스트를 제공하기 위한 것임을 이해하여야 한다. 본 명세서에 설명된 본 발명의 개념은 코일 권선 열 교환기가 사용되는 응용에서 구현될 수 있다.
본 명세서에 개시된 각각의 후속 실시예에서, 제1 실시예(시스템(100))와 공유되는 요소는 100 만큼 증가된 참조 번호로 표현된다. 예를 들어, 도 1에 도시되어 있는 온난 다발(112)은 도 2의 온난 다발(212) 및 도 3의 온난 다발(312)에 대응한다. 명확성과 간결성을 균형화하기 위해, 제1 실시예와 공유되는 후속 실시예의 일부 특징은 도면에서 번호로 표시되지만 명세서에서 별도로 언급되지는 않는다.
도 2는 CWHE 다발 내의 회로의 종래 배열의 예를 도시한다. 이 예에서는 공급 회로가 도시된다. 사전 냉각된 공급 스트림(206)은 냉각되고 냉각된 공급 스트림(216)로서 온난 다발(212)을 빠져나간다(도 1에서 각각 냉각된 공급 스트림(116) 및 온난 다발(112)에 대응함).
온난 다발(212)의 온난 단부(274)에서, 사전 냉각된 공급 스트림(206)은 온난 단부 튜브 시트(226, 228)에 각각 공급되는 다수의 서브 스트림(225, 227)으로 분할된다. 튜브 시트(226, 228)는 각각 다수의 프로세스 튜브(229a-c, 231a-c) 각각에 공급한다. 튜브 시트는 본질적으로 서브 스트림(225, 227)에서 프로세스 튜브(229a-c, 231a-c)로 유체 유동을 분배하는 매니폴드이며, 맨드릴(230) 주위에 권선되어 온난 다발(212)을 형성한다.
이 예에서는 2개의 튜브 시트(226, 228)가 도시되어 있지만, 회로의 프로세스 튜브의 수에 따라 임의의 수의 튜브 시트가 사용될 수 있다. 유사하게, 도면을 단순화하기 위해, 단지 3개의 예시적인 프로세스 튜브(229a-c, 231a-c)만이 각각의 튜브 시트(226, 228)와 유체 유동 연통하는 것으로 도시되어 있다. 통상적인 LNG 응용의 경우, 튜브 다발(코일 권선 열 교환기의 한 섹션에 있는 모든 프로세스 튜브를 의미)은 일반적으로 맨드릴(230) 주위에 권선된 50 내지 120개의 동심 튜브 층으로 권선된 수천 개의 튜브를 가지고 있으며, 이 층들은 축방향 스페이서(도시되지 않음)에 의해 분리되어 있다. 일반적인 튜브 다발의 직경은 2 내지 5 m이고 길이는 5 내지 20 m이다.
온난 다발(212)의 저온 단부에서, 프로세스 튜브(229a-c, 231a-c)는 냉각된 유체가 냉각된 공급 스트림(216)으로 조합되는 저온 단부 튜브 시트(232 및 234)로 통합된다. 각각의 예시적인 프로세스 튜브(229a-c, 231a-c)가 온난 다발(212)로 진입되고 빠져나가는 위치를 보여 주기 위해, 각각은 온난 다발(212)의 온난 단부(274) 및 저온 단부(276)에 표시되어 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 온난 다발(212)의 저온 단부(276) 및 온난 단부(274)에서의 프로세스 튜브의 배열을 개략적으로 나타내고 있는 도면이다. 온난 다발(212)은 맨드릴(230) 주위에 원주방향으로 배열되고 각각 맨드릴(230)에서 쉘(215)로 연장되는 복수의 파이형 섹터(236-239)로 분할된다. 온난 단부(274)에서, 각각의 튜브 시트(226 및 228)로부터의 프로세스 튜브(229a-c, 231a-c)는 각각 파이형 섹터(236 및 238) 중 하나에서 온난 다발(212)로 진입된다. 이는 각 튜브 시트(226, 228)가 온난 다발(212)의 다수의 층을 통해 라우팅되는 프로세스 튜브를 갖게 한다. 유사하게, 저온 단부(276)에서, 온난 다발(212)을 빠져나가고 각각 튜브 시트(232 및 234)에서 결합되는 프로세스 튜브(229a-c, 231a-c)는 각각 파이형 섹터(236, 238)에서 다발을 빠져나간다.
각 튜브 시트에 대한 모든 프로세스 튜브가 튜브 시트에 인접한 단일 파이형 섹터에서 각 다발로 진입되고 빠져나오게 하면 다발을 튜브 시트에 연결하는 프로세스 튜브의 부분을 상대적으로 짧아지게 할 수 있고 프로세스 튜브가 서로 교차하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이 구성은 CWHE의 제조를 단순화하기 때문에 많은 종래의 구현에서 선호된다.
사전 냉각된 공급 스트림(206)이 통과 유동하는 프로세스 튜브에 의해 점유되지 않은 온난 다발(212)의 부분은 MRV 스트림(도시되지 않음) 또는 MRL 스트림(도시되지 않음)이 통과 유동하는 튜브에 의해 점유된다. 이러한 튜브에는 일반적으로 그 자체의 튜브 시트가 있다. 도면을 단순화하기 위해, MRV 스트림 또는 MRL 스트림에 대한 튜브 및 튜브 시트는 생략된다.
도 3은 미국 특허 제9,562,718호 및 제9,982,951호에 설명된 종래 기술 구성을 설명한다. 이러한 참고 문헌에서, 사전 냉각된 공급 스트림(306)은 3개의 서브 스트림(346, 348 및 344)으로 분할되고, 그 각각은 온난 단부 튜브 시트(333, 328, 326)에 각각 공급된다. 온난 다발(312)은 내부 구역(350), 중간 구역(352) 및 외부 구역(354)의 동심 열 교환 구역으로 분할된다. 온난 튜브 시트(326, 328, 333) 각각의 하나와 관련된 모든 프로세스 튜브는 단일 구역에 위치한다. 예를 들어, 온난 단부 튜브 시트(326)의 모든 프로세스 튜브(329a-b)는 모두 외부 구역(354)으로 향한다. 저온 단부 튜브 시트(332, 334, 335) 각각의 하나와 관련된 모든 프로세스 튜브는 또한 단일 구역으로 향한다. 예를 들어, 저온 단부 튜브 시트(334)에서 종결되는 모든 프로세스 튜브(329a-b)는 외부 구역(354)으로부터 인출된다. 도면을 단순화하기 위해, 온난 단부 튜브 시트(326) 및 저온 단부 튜브 시트(334)와 관련된 프로세스 튜브(329a-b)만이 도 3 및 도 3a에서 참조 번호로 표시된다.
이 구성은 프로세스 전반에 걸쳐 유체가 분리되어 남아있게 한다. 예를 들어, 서브 스트림(344)을 통해 온난 다발(312)로 진입되는 모든 유체는 서브 스트림(356)을 통해 온난 다발을 빠져나간다. 다시 말해서, 각각의 온난 단부 튜브 시트(326, 328, 333)는 저온 단부 튜브 시트(334, 332, 335) 중 단 하나와 유체 유동 연통한다.
도 3 및 도 3a의 구성은 "반경방향 분포 불량"을 감소시키기 위한 것이며, 이는 서로 다른 구역의 온난 다발에 있는 유체의 고르지 않은 냉각을 의미한다. 이를 위해, CWHE는 저온 단부 튜브 시트(334, 332, 335)를 빠져나가는 서브 스트림(356, 360 및 358)의 온도를 균등화하기 위해 각각의 온난 단부 튜브 시트(326, 328, 333) 각각으로부터 상류에 밸브(362, 366, 364)를 포함한다.
반경방향 분포 불량 문제에 대한 이 해결책에는 몇 가지 단점이 있다. 첫째, 순수히 다발의 튜브 수를 기준으로 하여 필요한 것보다 더 많은 튜브 시트가 각 구역에 튜브 시트를 제공하기 위해 필요할 수 있다. 또한, 이 해결책을 사용하려면 온난 다발의 온난 단부에 추가 밸브를 배치할 필요가 있다.
도 4, 도 4a 및 도 4b는 예시적인 본 발명의 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 공급 스트림(406)은 이 온난 다발(412)에 대해 최적의 수의 튜브 시트(426, 428)(이 경우 2개)를 사용하여 온난 다발(412)의 온난 단부(474)로 공급된다. 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이, 각 튜브 시트(426, 428)로부터의 프로세스 튜브(429a-c, 431a-c)는 각각 하나의 파이형 섹터(436, 438)로 각각 라우팅된다. 예를 들어, 튜브 시트(426)의 프로세스 튜브(429a-c)는 모두 섹터(436)에서 다발로 진입한다.
저온 단부(476)에서, 프로세스 튜브(429a-c, 431a-c)는 온난 다발(412)로부터 저온 단부 튜브 시트(432, 434, 435)로 라우팅되어 각각의 저온 단부 튜브 시트(432, 434, 435)가 단일 구역으로부터의 프로세스 튜브와 유체 유동 연통한다. 예를 들어, 외부 구역(454)으로부터의 각각의 프로세스 튜브(429a, 431a)는 저온 단부 튜브 시트(434)에서 종결된다. 제어 밸브(462, 464 및 466)는 온난 다발(412)의 저온 단부(476)에서 각각의 서브 스트림(460, 458, 456)에 위치한다.
온도 센서(468, 470, 472)는 온난 다발(412)의 쉘 공간에서 각각의 구역(450, 452, 454)에 제공된다. 온도 센서(468, 470, 472)는 바람직하게는 온난 다발(412) 내부의 중간 위치, 바람직하게는 온난 다발(412) 높이의 중간 50 %(더 바람직하게는 중간 20 % 이내) 내에 위치한다. 대안적으로, 온도 센서(468, 470, 472)는 저온 단부(476)에 위치할 수 있다. 저온 단부 온도가 항상 반경방향 분포 불량을 반영하는 것은 아닐 수 있기 때문에 중간 위치가 바람직하다.
온도 센서(468, 470, 472) 사이에서 온도 차이가 감지되는 경우, 온도 차이를 감소시키도록 설계된 방식으로 제어 밸브(462, 464 및 466)를 사용하여 적절한 구역(450, 452, 454)으로의 유동을 조절할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(472)가 온도 센서(470)보다 상당히 낮게 판독되면, 온도 차이는 제어 밸브(466)를 점진적으로 개방하거나 제어 밸브(462, 464)를 점진적으로 폐쇄함으로써 감소될 수 있다. 온도 센서(468, 470, 472)의 모니터링 및 제어 밸브(462, 464 및 466)의 동작은 수동으로 또는 제어기(도시되지 않음)를 사용하여 실행될 수 있다. 시스템의 유동 용량을 최대화하기 위해 제어 밸브(462, 464 및 466)는 모두 가능한 많이 개방되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, 반경방향 분포 불량이 감지되지 않으면 모든 제어 밸브(462, 464 및 466)가 정상적으로 완전히 개방될 것이다. 반경방향 분포 불량이 감지되면 제어 밸브(462, 464 및 466) 중 적어도 하나가 정상적으로 완전히 개방된다.
출구 서브 스트림(456, 458 및 460)의 온도 측정이 종래 기술에서와 같이 밸브의 조작을 안내하는 데 사용될 수 있지만, 내부 다발 온도(즉, 쉘 공간에서의)를 사용하는 것이 바람직하다. 현재 동작에 따라, 온난 다발의 높이를 따라 중간 위치의 쉘 공간에서의 상당한 반경방향 온도 구배에도 불구하고 저온 단부에서 서브 스트림의 온도는 매우 유사할 수 있다. 예를 들어, CWHE가 튜브측 유량에 비교하여 높은 쉘측 냉매 유량으로 작동되는 경우, 교환기는 저온 단부에서 "핀칭될(pinched)" 수 있으며, 이는 쉘측 유체와 튜브측 유체 사이의 온도 차이가 매우 작고 출구 서브 스트림 사이의 온도 차이도 매우 작다는 것을 의미한다.
도 4의 구성은 도 3의 실시예와 비교하여 CWHE의 단순화된 제조를 가능하게 한다. 온난 단부(474)에 있는 튜브 시트의 수는 프로세스 튜브의 수를 기준으로 필요한 최소값으로 감소되고 온난 다발(412)의 일 단부에 프로세스 튜브의 단순화된 배열을 가능하게 하는 동시에 구역화된 유동 제어를 통해 반경방향 분포 불량을 감소시키는 능력을 유지한다. 도 4의 예시적인 실시예의 또 다른 이점은 제어 밸브(462, 464 및 466)가 온난 다발의 저온 단부(476)에 위치하며, 여기서 공급 스트림 및 MRV 스트림은 적어도 부분적으로 액화된다는 것이다. 이는 이러한 스트림이 기체 상인 온난 단부(474)에 밸브를 배치하는 것과 비교하여 필요한 밸브의 크기를 크게 감소시킨다.
도 5의 도시되어 있는 예시적인 실시예에서, 튜브 시트 및 제어 밸브의 구성이 반전되어 구역별 튜브 시트(526, 533, 528) 및 제어 밸브(562, 564, 566)가 온난 단부(574)에 위치하고 섹터별 튜브 시트(532, 534)가 저온 단부(576)에 위치한다. 이 구성은 도 4의 실시예의 많은 이점을 제공하지만, 그러나 위에서 언급한 바와 같이 더 많은 제어 밸브(562, 564, 566)가 필요하다.
도 3 내지 도 5에 도시된 구역의 수와 각 구역의 상대적인 크기는 단지 예시일 뿐임을 유의하여야 한다. 응용에 따라 더 많거나 더 적은 수의 구역을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 반경방향 폭이 동일하지 않은 구역을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 외부 구역(554)은 내부 구역(550)보다 더 얇을 수 있다(즉, 더 적은 수의 튜브 층을 포함함). 특정 응용에서 각 구역의 바람직한 수 및 반경방향 폭은 부분적으로 예상되는 반경방향 분포 불량의 함수이다. 예를 들어, 구역은 각 구역에 실질적으로 동일한 수의 튜브를 포함하도록 형성될 수 있다. 대안 실시예에서, 최내측 구역 및/또는 최외측 구역은 각각 회로의 총 튜브 수의 10 % 내지 20 %를 포함하도록 형성될 것이다. 또 다른 대안 실시예에서, 최내측 및/또는 최외측은 각각 회로의 총 튜브 수의 10 % 미만을 포함하도록 형성될 수 있다.
바람직한 구역 수는 분할되는 회로의 튜브 수에 따라 달라질 수 있다. 튜브의 수는 튜브 시트의 최소 수를 지정할 수 있으며, 예를 들어 3개의 튜브 시트가 필요한 경우 예상되는 분포 불량을 완화하기 위해 2개만 필요하더라도 교환기를 3개의 구역으로 나누는 것이 편리할 수 있다.
또한, 도 4 내지 도 5b는 모두 공급 가스 회로와 관련된 온난 다발(412, 512)의 부분을 도시한다는 것에 유의해야 한다. 각 실시예에서 및 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 적어도 하나의 혼합 냉매 회로도 제공된다. 많은 실시예에서, 증기 혼합 냉매 회로 및 액체 혼합 냉매 회로가 제공될 것이다.
반경방향 온도 구배는 쉘측 냉매의 반경방향 분포와 튜브측 열 부하의 반경방향 분포 사이에 불일치가 있음을 나타낼 수 있다. 본 발명은 튜브측 유동의 반경방향 분포를 허용하고 따라서 열 부하가 쉘측 냉매의 반경방향 분포와 더 잘 일치하도록 조절되어 반경방향 온도 구배를 감소시킨다.
회로 중 적어도 하나는 도 4 내지 도 4b 및 도 5 내지 도 5b의 실시예 중 하나의 저온 및 온난 단부 튜브 시트 구성을 갖는 것이 바람직하다. 일부 응용에서는 반경방향 온도 구배를 감소시키기 위해 튜브측 열 부하의 충분한 재분배를 제공하기 위해 단 하나의 회로의 반경방향 분포만 조절하면 될 수 있다. 예를 들어, 이러한 실시예에서, 공급 회로는 도 4 내지 도 4b 및 도 5 내지 도 5b의 실시예 중 하나의 튜브 시트 구성을 가질 수 있으며, 각각의 냉매 회로는 도 2 내지 도 2b의 튜브 시트 구성을 가질 수 있다. 다른 응용에서는 반경방향 온도 구배를 감소시키기 위해 튜브측 열 부하의 충분한 재분배를 제공하기 위해 두 회로의 반경방향 분포를 조절해야 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 이러한 실시예에서, 공급 회로 및 MRV 회로는 각각 도 4 내지 도 4b 및 5 내지 도 5b의 실시예 중 하나의 튜브 시트 구성을 가질 수 있으며, MRL 회로는 도 2 내지 도 2b의 튜브 시트 구성을 가질 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 바람직한 실시예 및 그 대안 실시예에 관하여 개시되었다. 물론, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 교시로부터 다양한 변화, 수정 및 변경이 본 기술 분야의 숙련자에 의해 고려될 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 용어에 의해서만 제한되는 것을 의도한다.

Claims (21)

  1. 코일 권선 열 교환기이며,
    쉘;
    제1 다발- 상기 제1 다발은 제1 다발 단부 및 상기 제1 다발 단부에 대해 원위에 위치된 제2 다발 단부를 포함함 -;
    상기 제1 다발 내에 중앙에 위치하는 맨드릴- 제1 다발 쉘 공간이 상기 제1 다발 단부로부터 상기 제2 다발 단부로 연장되고 상기 맨드릴로부터 상기 쉘로 연장됨 -;
    상기 제1 다발 쉘 공간에 위치한 복수의 튜브- 상기 복수의 튜브 각각은 상기 제1 다발 단부에 위치한 제1 튜브 단부 및 상기 제2 다발 단부에 위치한 제2 튜브 단부를 가지고, 상기 복수의 튜브는 상기 맨드릴 주위에 권선되어 복수의 권선 층을 형성하고, 상기 복수의 권선 층은 상기 제1 다발 쉘 공간에 동심으로 배열된 복수의 구역으로 분할되고, 상기 복수의 튜브는 복수의 튜브 세트를 포함하며, 상기 복수의 튜브 세트 각각은 상기 복수의 구역 중 상이한 구역에 위치됨 -;
    상기 제1 다발 단부에 위치된 제1 그룹의 튜브 시트- 각각의 상기 제1 그룹의 튜브 시트는 상기 제1 튜브 단부에서 상기 복수의 튜브 세트 중 하나와 유체 유동 연통함 -;
    복수의 밸브- 상기 복수의 밸브 각각은 상기 제1 그룹의 튜브 시트 각각과 유체 유동 연통하고 상기 제1 다발 단부에 위치함 -;
    상기 제2 다발 단부에 위치하는 제2 그룹의 튜브 시트- 상기 제2 그룹의 튜브 시트 중 적어도 하나는 상기 제2 튜브 단부에서 상기 복수의 튜브 세트 중 2개 이상과 유체 유동 연통함 -; 및
    상기 복수의 구역 각각에 위치하는 온도 센서를 포함하는, 코일 권선 열 교환기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 다발 단부는 상기 제1 다발의 저온 단부이고 상기 제2 다발 단부는 상기 제1 다발의 온난 단부인, 코일 권선 열 교환기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 그룹의 튜브 시트 각각은 상기 제2 튜브 단부에서 상기 복수의 튜브 세트 각각으로부터의 상기 복수의 튜브 중 적어도 하나와 유체 유동 연통하는, 코일 권선 열 교환기.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 다발 단부는 상기 맨드릴 주위에 원주방향으로 배열된 복수의 섹터를 포함하고, 상기 제2 그룹의 튜브 시트 각각은 상기 복수의 섹터 중 단일 섹터로부터 유래하는 제2 튜브 단부와 유체 유동 연통하는, 코일 권선 열 교환기.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 다발은 상기 제1 다발 단부로부터 상기 제2 다발 단부까지 연장되는 다발 높이를 가지며, 각각의 상기 온도 센서는 상기 다발 높이의 중간 50 % 내에 위치되는, 코일 권선 열 교환기.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 다발은 상기 제1 다발 단부로부터 상기 제2 다발 단부까지 연장되는 다발 높이를 가지며, 각각의 상기 온도 센서는 상기 다발 높이의 중간 20 % 내에 위치하는, 코일 권선 열 교환기.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 그룹의 튜브 시트 및 상기 제2 그룹의 튜브 시트와 유체 유동 연통하는 제1 입구 도관 및 제3 그룹의 튜브 시트 및 제4 그룹의 튜브 시트와 유체 유동 연통하는 제2 입구 도관을 더 포함하는, 코일 권선 열 교환기.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제3 그룹의 튜브 시트는 상기 제1 다발 단부에 위치하며, 상기 제3 그룹의 튜브 시트 각각은 상기 제1 튜브 단부에서 상기 복수의 튜브 세트 중 2개 이상과 유체 유동 연통하고, 상기 제2 그룹의 튜브 시트는 상기 제2 다발 단부에 위치되고, 상기 제2 그룹의 튜브 시트 각각은 상기 제2 튜브 단부에서 상기 복수의 튜브 세트 중 2개 이상과 유체 유동 연통하는, 코일 권선 열 교환기.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 구역은 최내측 구역 및 최외측 구역을 포함하고, 상기 최내측 구역 및 상기 최외측 구역 중 적어도 하나는 각각 상기 복수의 튜브의 10 내지 20 %를 격납하는, 코일 권선 열 교환기.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 구역은 최내측 구역 및 최외측 구역을 포함하고, 상기 최내측 구역 및 상기 최외측 구역 중 적어도 하나는 각각 상기 복수의 튜브의 10 % 미만을 격납하는, 코일 권선 열 교환기.
  12. 코일 권선 열 교환기를 제조하는 방법이며, 방법은
    (a) 맨드릴 주위에 복수의 튜브를 권선하여 복수의 튜브 층을 형성함으로써 온난 단부와 저온 단부를 갖는 온난 다발을 형성하는 단계- 상기 복수의 튜브 층은 복수의 구역으로 분할되고, 상기 복수의 구역은 상기 온난 다발 전반에 걸쳐 동심으로 배열됨 -;
    (b) 쉘을 제공하는 단계- 상기 쉘은 상기 쉘과 상기 맨드릴 사이에 쉘 공간을 형성함 -;
    (c) 제1 그룹의 튜브 시트 각각을 상기 복수의 튜브의 제1 서브세트에 연결하는 단계- 각각의 상기 제1 서브세트는 상기 복수의 구역에 위치한 튜브를 포함하고, 상기 제1 그룹의 튜브 시트는 상기 온난 다발의 상기 온난 단부 및 상기 저온 단부의 그룹으로부터 선택된 하나에 위치함 -;
    (d) 제2 그룹의 튜브 시트 각각을 상기 복수의 튜브의 제2 서브세트에 연결하는 단계- 상기 제2 서브세트의 각각은 상기 복수의 구역 중 하나의 구역에 위치한 튜브를 포함하고, 상기 제2 그룹의 튜브 시트는 상기 제1 그룹의 튜브 시트와는 상이한, 상기 온난 다발의 상기 온난 단부와 상기 저온 단부의 그룹으로부터 선택된 하나에 위치함 -; 및
    (e) 상기 제2 그룹의 튜브 시트 각각과 하류에서 유체 유동 연통하는 밸브를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    (f) 상기 쉘 공간 내에 저온 다발을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 저온 다발은 상기 복수의 튜브 중 적어도 일부와 유체 유동 연통하는, 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    (g) 상기 복수의 구역 각각에 온도 센서를 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    (h) 상기 온난 다발 높이의 중간 50 % 내에 있는 상기 복수의 구역 각각에 온도 센서를 배치하는 단계를 더 포함하고, 상기 온난 다발 높이는 상기 온난 다발의 상기 온난 단부로부터 상기 온난 다발의 상기 저온 단부까지 연장되는, 방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 온난 다발 높이의 중간 20 % 내에 있는 상기 복수의 구역 각각에 온도 센서를 배치하는 단계를 더 포함하고, 상기 온난 다발 높이는 상기 저온 단부로부터 상기 온난 단부까지 연장되는, 방법.
  17. 공급 가스를 액화하기 위한 시스템이며, 시스템은
    온난 다발, 쉘, 및 상기 쉘 내에 격납된 쉘 공간을 포함하는 코일 권선 열 교환기로서, 상기 온난 다발은
    온난 단부 및 저온 단부,
    상기 온난 다발의 중앙에 위치한 맨드릴,
    상기 온난 단부로부터 상기 저온 단부까지 연장되고 상기 맨드릴로부터 상기 쉘까지 연장되는 온난 다발 쉘 공간, 및
    상기 온난 다발 쉘 공간에 위치한 복수의 튜브- 상기 복수의 튜브 각각은 상기 온난 다발의 상기 온난 단부에 위치한 제1 튜브 단부 및 상기 온난 다발의 상기 저온 단부에 위치한 제2 튜브 단부를 갖고, 상기 복수의 튜브는 상기 맨드릴 주위에 권선되어 복수의 권선 층을 형성하고, 상기 복수의 권선 층은 상기 온난 다발 쉘 공간에 동심으로 배열된 복수의 구역으로 분할되고, 상기 복수의 튜브는 복수의 튜브 세트를 포함하며, 상기 복수의 튜브 세트 각각은 상기 복수의 구역 중 상이한 구역에 위치됨 -를 포함하는, 코일형 열 교환기;
    공급 스트림 도관, 상기 온난 단부에 위치한 복수의 온난 단부 튜브 시트, 상기 저온 단부에 위치한 복수의 저온 단부 공급 튜브 시트 및 제품 도관을 갖는 공급 회로- 상기 복수의 온난 단부 공급 튜브 시트 및 상기 복수의 저온 단부 공급 튜브 시트는 제1 그룹의 복수의 튜브와 유체 유동 연통하며, 상기 공급 스트림 도관, 상기 복수의 온난 단부 공급 튜브 시트, 상기 복수의 저온 단부 공급 튜브 시트, 및 상기 제품 도관은 모두 유체 유동 연통함 -;
    폐루프를 포함하는 냉매 회로로서, 적어도 하나의 냉매 회로는
    적어도 하나의 압축 스테이지 및 인터쿨러와 애프터쿨러의 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 압축 회로,
    냉매 스트림 도관,
    상기 냉매 스트림 도관과 하류에서 유체 유동 연통하는 복수의 온난 단부 냉매 튜브 시트,
    상기 복수의 온난 단부 냉매 튜브 시트와 하류에서 유체 유동 연통하는 상기 저온 단부에 위치된 복수의 저온 단부 냉매 튜브 시트, 및
    상기 복수의 저온 단부 냉매 튜브 시트와 하류에서 유체 유동 연통하는 냉각된 냉매 도관,
    상기 냉각된 냉매 도관과 하류에서 유체 유동 연통하는 팽창 밸브,
    상기 팽창 밸브와 하류에서 유체 유동 연통하고 상기 저온 단부에서 상기 쉘 공간과 상류에서 유체 유동 연통하는 팽창된 냉매 도관; 및
    상기 온난 단부에 위치된 기화된 냉매 도관- 상기 기화된 냉매 도관은 상기 쉘 공간과 하류에서 유체 유동 연통하고 상기 압축 회로와 상류에서 유체 유동 연통함 -을 포함하고,
    상기 복수의 온난 단부 냉매 튜브 시트 및 상기 복수의 저온 단부 냉매 튜브 시트는 제2 그룹의 복수의 튜브와 유체 유동 연통하며;
    상기 냉매 스트림 도관, 상기 복수의 온난 단부 냉매 튜브 시트, 상기 복수의 저온 단부 냉매 튜브 시트, 및 상기 냉각된 냉매 도관은 모두 유체 유동 연통하는, 냉매 회로를 포함하고;
    상기 온난 단부 공급 튜브 시트 및 상기 저온 단부 공급 튜브 시트의 그룹으로부터 선택된 첫 번째 것의 각각의 튜브 시트는 상기 복수의 튜브 세트 중 단 하나와 유체 유동 연통하며, 상기 온난 단부 공급 튜브 시트 및 상기 저온 단부 공급 튜브 시트의 그룹으로부터 선택된 두 번째 것의 각각의 튜브 시트는 상기 복수의 튜브 세트 중 2개 이상과 유체 유동 연통하는, 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 복수의 구역 각각에 위치하는 온도 센서를 더 포함하는, 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 온난 다발은 상기 저온 단부로부터 상기 온난 단부까지 연장되는 다발 높이를 가지며, 각각의 상기 온도 센서는 상기 다발 높이의 중간 50 % 내에 위치하는, 시스템.
  20. 청구항 18에 있어서, 상기 온난 다발은 상기 저온 단부로부터 상기 온난 단부까지 연장되는 다발 높이를 가지며, 각각의 상기 온도 센서는 상기 다발 높이의 중간 20 % 내에 위치하는, 시스템.
  21. 청구항 1의 코일 권선 열 교환기를 동작시키는 방법이며,
    (a) 상기 복수의 구역 각각에서 구역 온도를 측정하는 단계; 및
    (b) 상기 복수의 밸브 중 적어도 하나의 위치를 조절함으로써 상기 복수의 구역 중 2개의 구역의 구역 온도 사이의 차이를 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
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