JP2024504638A - 制御された皺屈曲部を備える間接熱交換器圧力容器 - Google Patents

Abstract

本開示の一態様においては、水、グリコール、アンモニア、及び／又はＣＯ２などの加圧された作動流体を受け入れるための入口ヘッダを含む間接熱交換器圧力容器が提供される。間接熱交換器圧力容器は、加圧された作動流体を収集するための出口ヘッダと、入口ヘッダと出口ヘッダとを接続する蛇行回路管と、を含む。蛇行回路管は、加圧された作動流体が入口ヘッダから出口ヘッダに流れることを可能にする。蛇行回路管は、配管部と、配管部を接続する戻り屈曲部と、を含む。戻り屈曲部は、交互のリッジと溝とを備える制御された皺状部分を有する。交互のリッジ及び溝は、戻り屈曲部を強化し、間接熱交換器圧力容器が高い内部動作圧力で作動流体の伝熱を促進することを可能にする。【選択図】図４

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本願は、２０２１年１月１８日に提出された米国仮特許出願第６３／１３８，６５５号及び２０２１年１０月２２日に提出された米国仮特許出願第６３／２７０，９５３号の利益を主張するものであり、両出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

[0002] 本開示は間接熱交換器に関し、より詳細には、複数の形成された屈曲部を備える蛇行回路管を有する間接熱交換器であって、加圧された作動流体を蛇行回路管を通して搬送すると共に、蛇行回路管の内側の作動流体と蛇行回路管の外部の流体との間の伝熱を可能にする、間接熱交換器に関する。作動流体及び外部流体はそれぞれ、気体、液体、又は気体と液体との混合物であり得る。

[0003] 直接熱交換器及び間接熱交換器を含む熱交換器が知られている。直接熱交換器は、作動流体と別の流体との間で、流体間の接触を介して熱を伝達する。間接熱交換器は、作動流体と別の流体との間で、流体を分離する媒体を通じて間接的に熱を伝達する。

[0004] 直接熱交換器、間接熱交換器、又はその両方を含む様々なタイプの熱交換装置が知られている。既知の熱交換装置は、開回路冷却塔などの開回路熱交換装置と、閉回路冷却塔などの閉回路熱交換装置と、を含む。開回路冷却塔は、水などの作動流体と周囲空気などの外部流体との間で、作動流体を充填材上に分配することによって熱を交換し得る。作動流体は、作動流体が充填材に沿って移動するにつれ、周囲空気によって直接冷却される。対照的に、閉回路冷却塔は、作動流体を外部流体から分離された状態に保つ。

[0005] 閉回路熱交換器装置は、流体用閉回路冷却塔、冷媒用蒸発凝縮器、乾式冷却器、空冷凝縮器、及び氷蓄熱システムを含む。これらの熱交換装置は、加圧された作動流体と、周囲空気、蒸発性液体、又はこれらの組み合わせなどの外部流体と、の間で熱を伝達するために、１つ以上の熱交換器を利用する。

[0006] 例えば、熱交換器装置は、加圧された作動流体を受け入れる入口ヘッダと、出口ヘッダと、入口ヘッダと出口ヘッダとを接続する間接熱交換コイルと、を含む間接熱交換器圧力容器を有する閉回路冷却塔を含み得る。間接熱交換コイルは、間接熱交換コイルの内側の加圧された作動流体と間接熱交換コイルの外部の蒸発性液体などの流体との間で熱を伝達するように構成された１つ以上の蛇行回路管を含み得る。入口ヘッダは、熱交換装置の上流側構成要素から内部作動流体を受け取り、出口ヘッダは、作動流体が熱交換装置の下流側構成要素に送られる前に、加圧された作動流体を収集する。

[0007] 入口ヘッダ、出口ヘッダ、及び１つ以上の蛇行回路管を含む間接熱交換器圧力容器は、特定の用途に適した高圧に耐えると共にＡＳＭＥ規格Ｂ３１．５などの国内及び国際技術標準を満たす必要がある。例えば、閉回路冷却塔の間接熱交換器圧力容器は、水、グリコール、及びブラインなどの流体に関して１５０ｐｓｉｇの内圧に耐えると評価され得る。別の一例として、蒸発凝縮器の間接熱交換器圧力容器は、アンモニア又はＲ－４０７Ｃなどの典型的な冷媒に関して最大で４１０ｐｓｉｇ又はそれ以上の内圧に耐えることができ得る。更に別の一例として、いくつかの蒸発凝縮器は、ＣＯ_２などの冷媒に関して１２００ｐｓｉｇ以上の内圧定格を有する間接熱交換器圧力容器を有する。

[0008] 間接熱交換器圧力容器の蛇行回路管は、典型的には、直線長さ部と、直線長さ部を接続する屈曲部と、を含む。蛇行回路管の直線長さ部は、典型的には、およそ１８０度の屈曲部と、又は、管長によって接合された２つの９０度屈曲部のような複数の屈曲部を有する複合屈曲部によって、接合される。蛇行回路管は、熱交換装置の組み立ての際に、典型的には戻り屈曲部の領域で蛇行回路管が互いに接触した状態で、及び蛇行回路管が垂直方向に互い違いに位置決めされた状態で、相互に積み重ねられ得る。

[0009] 蛇行回路管は、多くの場合、最初に軟鋼又はステンレス鋼などの金属の長く平坦な一片から細長い管を形成することによって作製される。金属の平坦な一片は概ね円形の断面にロール成形され、長手方向の縁部が連続長手方向溶接によって相互に溶接されて、直管を形成する。別のアプローチでは、継目無管形成加工を使用して直管を形成する。得られた直管は、次に、屈曲部によって接続された直線配管部を備える蛇行形状に管を形成するように、管に沿って離間した箇所で屈曲され得る。管曲げは複雑な加工であり、多くの場合、曲げダイ、クランプダイ、圧力ダイ、並びに任意選択的にはマンドレル及びワイパダイを有する液圧式、電動式、又は手動式の管曲げ機を利用する。管曲げ機は、８０度、９０度、１００度、又は１８０度など、１８０度以下の任意の所望の角度を備える屈曲部を形成するように設定され得る。上述したように、蛇行回路管の戻り屈曲部は、直管の長さ部によって接続された８０度屈曲部及び１００度屈曲部などの２つ以上の屈曲部をそれぞれ有する複合屈曲部を含み得る。

[0010] 管に屈曲部を形成するためには、管が管曲げ機に供給され、管の一部が曲げダイの凹部に収容される。管のための凹部を備える圧力ダイ及びクランプダイが管の反対側に対して移動され、それによって、圧力ダイが管を支持するように位置決めされ、クランプダイが管の一部をクランプダイと曲げダイとの間にクランプする。次に、管曲げ機は、曲げダイ及びクランプダイを所望の曲げ角度にわたって回転又は旋回させる。圧力ダイは、曲げダイ及びクランプダイが旋回するにつれて前方に移動して、管を支持し、管が曲げダイの輪郭に確実に従うようにする。管に屈曲部が形成されると、クランプダイ及び圧力ダイはそれらのクランプ位置から後退し、管は、管の次の屈曲部の箇所が管曲げ機内に位置決めされるまで前方に送られ、曲げダイ、クランプダイ、及び圧力ダイは全てそれらの初期位置に戻る。曲げ加工は、蛇行回路管に形成される各屈曲部について繰り返される。いくつかの管は１回だけ曲げられて単一屈曲管を形成し、これは一般にヘアピン管又はキャンディケイン管と称され、後で相互に突合せ溶接することができる。

[0011] 加圧された作動流体を受け入れる管の屈曲は、特定の用途のための性能、安全性、及びパッケージング基準を含む様々な考慮事項のバランスをとる加工である。また、曲げ加工の際の管壁の意図しない変形は、管内の作動流体の圧力、管の腐食、及び／又は管を通る作動流体のより高い圧力降下に起因して、管の破損をもたらし得る。いくつかの管曲げ加工では、曲げの際に管壁を支持するために管の内部に内部マンドレルが前進されると共に、屈曲部の内側の後端で管壁を硬化させて管の意図しない変形を防止するためにワイパダイが使用され得る。内部マンドレルは、プラグマンドレルであってもよく、又は１つ以上のボール若しくはリングを有していてもよく、その場合、内部マンドレルはボールマンドレルと称される。

[0012] 管曲げは、一般に、以下のパラメータを含む。

[0013] ＯＤ＝管の外径

[0014] ＷＴ＝管の壁厚

[0015] ＣＬＲ＝屈曲部の中心線半径

[0016] 寸法は、インチ又はミリメートルなどの一般的な測定スケールを使用して測定される。これらのパラメータは、以下の２つの特性の比を計算するために使用される。

[0017]
[0018]

[0019] 曲げ加工において注目される２つの他のパラメータが、通常は外輪（extrados）と称される屈曲部の外側半径（ＯＳＲ）、及び通常は内輪（intrados）と称される屈曲部の内側半径（ＩＳＲ）である。

[0020] Ｗ比及びＤ比は、更に集約されて、屈曲部の複雑度を示す単一の係数になる。この係数は次のように計算される。

[0021]

[0022] Ｗ，Ｄ，及び／又はＣ_Ｂの値は、空曲げと呼ばれる内部マンドレルなしでの屈曲部の形成が可能であるかどうか、又は内部マンドレルが必要とされるかどうかを決定するために使用され得る。後者の場合、加工はマンドレル曲げと呼ばれる。マンドレル曲げに関しては、これらの比は、必要とされる内部マンドレルがマルチボールマンドレルであるべきか、単一ボールマンドレルであるべきか、又はより単純なプラグマンドレルであるべきかを決定するのに役立つ。最終的には、これらの比は、内部マンドレルと組み合わせてワイパダイが必要とされるかどうかを決定するのに役立つ。一例として、様々な屈曲部複雑度に関する加工の推奨を以下の表に示す。

[0023] 必要とされる曲げ加工のタイプを決定するためには、業界標準の管曲げチャート上でＷ，Ｄ，及び／又はＣ_Ｂ比を調べるのが典型的である。例えば、外径が１’’、壁厚が０．０５’’で、中心線半径が２’’の管を曲げるための加工パラメータを決定するには、比Ｗ及びＤは次のようになる。

[0024]
[0025]

[0026] 業界標準の管曲げチャートは、２０というＷ比及び２というＤ比に鑑みて、１つのボールを備える規則的なピッチの内部マンドレルが、ワイパダイを追加して、使用されるべきであると推奨するであろう。

[0027] 代入すると、上記の例示的な屈曲部のＣ_Ｂは次のようになる。

[0028]

[0029] 上記の表を参照すると、このＣ_Ｂ値はまた、内部マンドレルが推奨されるが、ワイパダイが任意選択的であり得ることも示す。マンドレル及びワイパに関する推奨の小さな差は、屈曲部の構成におけるある程度の柔軟性を示しており、ツールの設計及び管材料の選択によって内部マンドレル及び／又はワイパダイの不在を補償できることもある。

[0030] 産業で使用される従来の曲げチャート及び上述した屈曲部複雑度値（Ｃ_Ｂ）範囲は、曲げ加工の際に管を着座させる曲げダイ及びクランプダイによって形成されるツーリング溝の輪郭が円形であり、丸い管の形状を補完するという仮定に基づいている。しかしながら、曲げ工具の設計は近年いくつかの進歩を遂げており、ツーリング溝内に複合半径を有する曲げツーリングを設計して、曲げ加工の際に管を圧縮及び支持して空曲げの範囲をおよそ５からおよそ１２のＣ_Ｂ値にまで拡大することが可能である。

[0031] これ以外に、特にＣ_Ｂが２０に近づきそれを超えると、管をうまく曲げるために内部マンドレル及びワイパダイを使用することが次第に必要になる。内部マンドレル曲げ加工には、マンドレルを使用すると、追加のツーリングが必要となりコストを増加させること、マンドレルが正しく使用されなければスクラップを増加させ得ること、サイクルタイムを増加させ得ること、並びに潤滑剤の使用が必要となり潤滑剤及びその後の環境緩和のための時間及びコストを増加させること、を含めいくつかの欠点がある。

[0032] Ｃ_Ｂが２０に近づきそれを超えるときの１つの問題は、関連するマンドレル曲げが管の連続長に制限を課すことである。蛇行回路管は非常に長くなり得、いくつかの用途では最大で４００フィートの長さになる。マンドレルのロッド及び設定の長さに対する物理的な制限は、いくつかの屈曲部を有する長く連続した蛇行回路管を曲げるためには内部マンドレルを使用できないことを意味する。これは製造業者に、キャンディケインと呼ばれることもある管の短いセグメントに１つ又は２つの屈曲部を形成し、その後それらの管セグメントを相互に突合せ溶接してより大きな回路を作り出すことを余儀なくさせる。これは追加の労力及びコストを伴うだけでなく、追加の突合せ溶接が、漏れの可能性を増大させるほか、多くの用途においては、蛇行回路管が受けるであろう高い動作圧力のために、許容されないおそれがある。

[0033] Ｃ_Ｂが２０に近づきそれを超えるときに生じ得る別の問題は、関連する内部マンドレル曲げが、屈曲部の中立軸を屈曲部の内側により接近するように移動させ、屈曲部の外側壁部の過度の薄化を引き起こし得るということである。屈曲部の外側壁部の薄化は蛇行回路管を弱めるおそれがあり、すると蛇行回路管は特定の用途のための作動流体の圧力に耐えることができない。外側屈曲部壁の過度の薄化は、屈曲部を形成するときの加工のばらつきももたらし、屈曲部領域の品質を低下させる。

[0034] 上記の問題は、製造業者にとって、管曲げのための内部マンドレルの使用を回避することを望ましくする。所与のＯＤを有する管に内部マンドレルを使用することを回避するための１つの手法は、ＷＴを増加させるか又はＣＬＲを適当な値に増加させて、屈曲部を空曲げの範囲内にもっていくことである。壁厚（ＷＴ）を増加させることは、動作上の観点からそのような比較的厚い壁を必要としない製品の製造業者にとっては、選択肢ではないかもしれない。特定の場合には、より厚い壁は、流体側圧力降下を増加させ得、製品をより熱効率の低いものにし得、アセンブリの重量を増加させ得、蛇行回路管の材料コストを増加させ得る。また、ＣＬＲを増加させることは、蛇行回路管が他の動作上の考慮事項のために所与の空間に適合する必要がある場合には、選択肢ではないかもしれない。ＣＬＲを増加させることは、場合によっては、全体的なコイルの熱効率及び液圧効率への悪影響を有するおそれもある。

[0035] 本開示の一態様においては、加圧された作動流体を受け入れるための入口ヘッダと、加圧された作動流体を収集するための出口ヘッダと、入口ヘッダと出口ヘッダとを接続して加圧された作動流体が入口ヘッダから出口ヘッダに流れることを可能にする蛇行回路管と、を含む間接熱交換器圧力容器が提供される。加圧された流体は、例えば、いくつかの例として、水、グリコール、グリコール混合物、アンモニア、又はＣＯ_２であり得る。加圧された流体は、水などの液体、又は冷媒液体及び冷媒蒸気のような液体／気体の組み合わせであってもよい。蛇行回路管は、配管部と、配管部を接続する戻り屈曲部と、を含む。戻り屈曲部は、交互のリッジと溝とを含む制御された皺状部分を含む。戻り屈曲部の制御された皺状部分は、間接熱交換器圧力容器の動作中に内圧に抵抗する剛性構造を提供する。また、制御された皺状部分は、戻り屈曲部の実際の屈曲部中心線半径よりも大きい構造的屈曲部中心線半径を提供する。より大きな構造的屈曲部中心線半径は、同じ外径及び壁厚を有する従来の蛇行回路管の戻り屈曲部と比較して、戻り屈曲部の屈曲部複雑度係数を低減する。低減された屈曲部複雑度係数により、制御された皺状部分を有する戻り屈曲部は、内部マンドレルの使用なしに曲げられることができ、これは、蛇行回路管の製造工程を簡略化する。

[0036] 本開示は、加圧された作動流体を受け入れるための入口ヘッダと、加圧された作動流体を収集するための出口ヘッダと、入口ヘッダから出口ヘッダへの加圧された作動流体の流れを可能にするように入口ヘッダと出口ヘッダとを接続する蛇行回路管と、を含む間接熱交換器圧力容器も提供する。蛇行回路管は、配管部と、配管部を接続する戻り屈曲部と、戻り屈曲部と配管部との間の接合部にある接点と、を含む。戻り屈曲部は、曲げ角度と、制御された皺状部分と、を含む。制御された皺状部分は、蛇行回路管に沿って接点から離間しており、戻り屈曲部の内側の周りに曲げ角度よりも小さい角度範囲を有する。このようにして、制御された皺状部分は、戻り屈曲部の内輪全体よりも小さい対応する制御された皺形成フィーチャを有する曲げダイを使用して形成され得、蛇行回路管が曲げダイから長さ方向に滑り出ることを可能にすると共に、蛇行回路管に戻り屈曲部が形成され得る速さを高める。一実施形態においては、制御された皺状部分は、接点の近隣ではより小さく且つ皺状部分が接点から遠ざかるように延在するにつれて増加する振幅を有するリッジを含み、戻り屈曲部を通る流体流に対する抵抗を低減すると共に、皺リッジの非テーパ状又は非緩和構成に対して戻り屈曲部における内部流体圧力降下を低減する。

[0037] 別の一態様においては、加圧された作動流体を受け入れるための入口ヘッダと、出口ヘッダと、入口ヘッダと出口ヘッダとを接続して入口ヘッダから出口ヘッダへの加圧された作動流体の流れを促進する蛇行回路管と、を含む間接熱交換器圧力容器が提供される。蛇行回路管は、一対の配管部と、配管部を接続する戻り屈曲部と、を含む。戻り屈曲部は、戻り屈曲部の内輪に正弦波パターンを有する内側部分を含み、正弦波パターンは山及び谷を含む。屈曲部の内側部分は、正弦波パターンと交差する円弧パターンを含み、円弧パターンは、山と交差する山の弧と、谷と交差する谷の弧と、を備える。交差する正弦波パターン及び円弧パターンは、内圧に対して戻り屈曲部を強化する、蛇行回路管の滑らかで連続的に湾曲する側壁を提供する。一実施形態においては、正弦波パターンは、一定の山サイズ及び谷サイズを有する正弦波パターンと比較して戻り屈曲部にわたる内部流体圧降下を低減するように、より浅い山及び谷を有する１つ以上の端部分と、より深い山及び谷を有する中間部分と、を有する。

[0038] 本開示は、配管部と配管部を接続する戻り屈曲部とを有する複数の蛇行回路管を備える間接熱交換器を含む閉回路冷却塔も提供する。戻り屈曲部は、制御された皺状部分を有する皺状屈曲部を含む。閉回路冷却塔は、蛇行回路管に対して空気流を発生するように動作可能な送風機と、蛇行回路管上に蒸発性液体を分配するように構成された蒸発性液体分配アセンブリと、を備える。閉回路冷却塔は更に、蛇行回路管から落下する蒸発性液体を受け入れる液溜めと、その液溜めから蒸発性液体を圧送して蒸発性液体分配アセンブリに戻すように動作可能なポンプと、を備える。制御された皺状屈曲部は、冷却塔の動作中に蛇行回路管内の作動流体からの内圧に耐えるように、蛇行回路管を強化する。制御された皺状屈曲部はまた、制御された皺状屈曲部の実際の中心線半径よりも大きく、同じ外径及び壁厚を有する従来の蛇行回路管の戻り屈曲部と比較して低減された屈曲部複雑度係数を提供する、皺状屈曲部の構造的中心線半径も提供する。低減された屈曲部複雑度係数は、制御された皺状屈曲部が内部マンドレルの使用なしに曲げられることを可能にし、これは、蛇行回路管の製造工程を簡略化する。

[0039] 蛇行回路管を有する間接熱交換装置の斜視図であり、配管部が蛇行回路管の屈曲部によって接続されている。 [0040] 蛇行回路管を含む熱交換装置の概略図である。 [0041] １８０度屈曲部によって接続された配管部を有する蛇行回路管の側面図である。 [0042] 図３の破線円内に示される屈曲部の拡大図であって、屈曲部の内側の制御された皺状部分を示す。 [0043] 図４の線５－５にわたる断面図であって、皺状部分の溝における屈曲部の断面を示す。 [0044] 図４の線６－６にわたる断面図であって、皺状部分のリッジにおける屈曲部の断面を示す。 [0045] 図４の線７－７にわたる断面図であって、回路管の配管部の１つの断面を示す。 [0046] 図４の屈曲部の斜視図であって、屈曲部の内側の皺状部分と、屈曲部の外側の滑らかな外壁部分と、を示す。 [0047] 図８の線９Ａ－９Ａにわたる断面図であって、皺状部分が屈曲部の１８０度の屈曲角度よりも小さい角度範囲を有するように屈曲部と配管部との接点から離間している皺状部分の正弦パターンを示す。 [0048] 正弦パターンのリッジ及び谷の振幅が変動する皺状部分を有する、図９Ａに類似の、屈曲部の別の一実施形態の断面図である。 [0049] 正弦パターンのリッジ及び谷の周期が変動し且つ振幅が変動する皺状部分を有する、図９Ａに類似の、屈曲部の別の一実施形態の断面図である。 [0050] 屈曲部の正弦パターンを決定する工程を示す。 [0050] 屈曲部の正弦パターンを決定する工程を示す。 [0050] 屈曲部の正弦パターンを決定する工程を示す。 [0050] 屈曲部の正弦パターンを決定する工程を示す。 [0050] 屈曲部の正弦パターンを決定する工程を示す。 [0051] 戻り屈曲部の皺状部分の正弦パターンの一部の図形表現であって、正弦パターンの山及び谷を示す。 [0052] 戻り屈曲部の円弧パターンと交差する戻り屈曲部の正弦パターンの一部の図形表現であって、円弧パターンは、正弦パターンの山と交差する山の弧と、正弦パターンの谷と交差する谷の弧と、を含む。 [0053] 曲率半径と、角度範囲と、中心と、を有する山の弧を示す図１５の山の弧の図形表現であり、中心は蛇行回路管の中心線の半径方向内側にある。 [0054] 複合曲率半径を有する山の弧の、図１６Ａと類似の図形表現である。 [0055] 楕円形の一部によって定義される形状を有する山の弧の、図１６Ａと類似の図形表現である。 [0056] 山の弧と同じ曲率半径と、山の弧よりも短い角度範囲と、中心と、を有する谷の弧を示す図１５の谷の弧の図形表現であり、中心は管の中心線から半径方向外側にある。 [0057] 複合曲率半径を有する谷の弧の、図１７Ａと類似の図形表現である。 [0058] 楕円形の一部によって定義される形状を有する谷の弧の、図１７Ｂと類似の図形表現である。 [0059] 図１５の正弦パターンの一部、山の弧及び谷の弧、並びに、山の弧と谷の弧とを接続する連続的な湾曲した皺状表面部分、を示す斜視図である。 [0060] 管曲げ機の斜視図であり、管曲げ機の曲げダイ、圧力ダイ、及びクランプダイを示す。 [0061] 図１９の曲げダイの側面図であり、管の皺状部分の対応するリッジ及び溝を形成するリッジ及び溝を示す。 [0062] 図１９の管曲げ機を使用して蛇行回路管の屈曲部を形成する工程を示す。 [0062] 図１９の管曲げ機を使用して蛇行回路管の屈曲部を形成する工程を示す。 [0062] 図１９の管曲げ機を使用して蛇行回路管の屈曲部を形成する工程を示す。 [0062] 図１９の管曲げ機を使用して蛇行回路管の屈曲部を形成する工程を示す。 [0062] 図１９の管曲げ機を使用して蛇行回路管の屈曲部を形成する工程を示す。 [0062] 図１９の管曲げ機を使用して蛇行回路管の屈曲部を形成する工程を示す。 [0063] 図１９の管曲げ機を使用して曲げられた管及び曲げダイの下側部分の平面図であり、屈曲部皺状部分のリッジと曲げダイのリッジとの間の噛み合い係合を示す。 [0064] ９０度の曲げ角度を有する屈曲部の立面図である。 [0064] ８０度の曲げ角度を有する屈曲部の立面図である。 [0064] １００度の曲げ角度を有する屈曲部の立面図である。 [0065] 断面が次第に平坦になる配管を有する蛇行回路コイルの断面図である。 [0066] 間に３つの接触点を有する一対の蛇行回路管の複合屈曲部の立面図であり、各複合屈曲部は８０度の屈曲部と１００度の屈曲部とを含む。 [0067] 非対称な皺パターンを有する屈曲部の立面図である。 [0068] 図３３の屈曲部を形成するために使用される曲げダイの下部の斜視図である。 [0069] 図３４の曲げダイ下部及び対応する曲げダイ上部の斜視図である。 [0070] 平坦化された断面を有する管の平面図であり、管は、直線部と、皺状部分を備える戻り屈曲部と、を含む。 [0071] 図３６の線３７Ａ－３７Ａにわたる断面図であって、皺状部分の谷における管の楕円形断面を示す。 [0072] 図３６の線３７Ｂ－３７Ｂにわたる断面図であって、皺状部分の山における管の楕円形断面を示す。 [0073] 図３６の線３７Ｃ－３７Ｃにわたる断面図であって、管の直線部の１つにおける管の楕円形断面を示す。

[0074] 図１に関しては、蒸発凝縮器、閉回路流体冷却器、又は氷蓄熱システムなどの熱交換装置において使用され得るコイルアセンブリ１０のような間接熱交換器圧力容器が提供される。コイルアセンブリ１０は、入口ヘッダ１２と、出口ヘッダ１４と、蛇行回路管１６と、を含む。蛇行回路管１６はそれぞれ、１８０度屈曲部２０又は直線長さ部２７によって分離された２つの９０度屈曲部２３，２５を含む複合屈曲部２１と接続された配管部１８を含む。蛇行回路管１６は、作動流体が入口ヘッダ１２から蛇行回路管１６を通って出口ヘッダ１４に流れることを可能にする。

[0075] 図２に関しては、外部構造２６、送風機ブレード３０及び１つ又は複数のモータ３２を含む１つ以上の送風機２８、充填材３４などの直接熱交換器、並びに間接熱交換器圧力容器３６を含む、冷却塔２４のような熱交換装置が提供される。冷却塔２４は、いくつかの例として、蒸発凝縮器、閉回路冷却塔、又は乾式冷却器熱交換器であり得る。間接熱交換器圧力容器３６は、入口ヘッダ３８と、回路配管部３９及び屈曲部４０を備える１つ以上の蛇行回路管３７と、出口ヘッダ４２と、を含む。入口ヘッダ３８及び出口ヘッダ４２は、用途に応じて逆にされてもよい。いくつかの実施形態においては、充填材３４は間接熱交換器圧力容器３６の上方にある、及び／又は、充填材３４は蛇行回路管３７の配管部の間に位置する。

[0076] 図２に関して、冷却塔２４は、水などの蒸発性流体を蛇行回路管３７及び充填材３４上に分配する噴霧ノズル又はオリフィス４６を有する噴霧アセンブリ４４を含む蒸発性液体分配システム４３を含む。蒸発性液体分配システム４３は、充填材３４及びコイル３６から蒸発性流体を収集するための液溜め５０と、収集された蒸発性流体をパイプ５４を通じて噴霧アセンブリ４４に圧送するポンプ５２と、を含む。冷却塔２４は更に、１つ以上の空気入口３５と、蒸発性液体を冷却塔２４から逃がさないようにする入口ルーバ５８と、空気出口５９と、空気が空気出口５９から外に出る前に空気から水ミストを収集するエリミネータ５６と、を含む。送風機２８は、蛇行回路管３７及び充填材３４に対して上向きの空気流を発生又は誘導するように動作可能である。他の実施形態においては、冷却塔２４は、冷却塔２４の間接熱交換器及び／又は直接熱交換器に対して上昇流方向、下降流方向、又は交差流方向に空気流を誘導するように構成された１つ以上の送風機を有し得る。

[0077] 図３に関しては、図１のコイルアセンブリ１０又は図２について上述した冷却塔２４などの熱交換装置と共に利用され得る蛇行回路管７０が提供される。蛇行回路管７０は、内部通路７２と、その周りに延在する管状側壁７４と、を含む。蛇行回路管は、入口ヘッダに接続され得る端部分７６と、出口ヘッダに接続され得る端部分７８と、を含む。用途に応じて、端部分７６は代替的に出口ヘッダに接続されてもよく、端部分７８は入口ヘッダに接続されてもよい。蛇行回路管７０は、配管部８０，８２などの配管部７９と、屈曲部８４と、を含む。一実施形態においては、配管部７９は平行であり得る。他の実施形態においては、内部流体の排出を可能にするために、配管部８０のうち１つ以上が短手方向に、例えば互いに対して傾斜して延在する。蛇行回路管７０は自己排出型であってもよく、それによって、内部通路７２内の任意の液体は重力の影響下で端部分７８に向かって下方に移動する。蛇行回路管７０の材料、蛇行回路管７０の外径、側壁７４の壁厚、配管部７９の数、配管部７９の長さ、屈曲部８４の数、屈曲部８４の角度範囲、屈曲部８４の中心線半径、及び屈曲部８４の内輪／外輪は、特定の熱交換装置のために選択されてもよい。この点に関する別の一例として、一対の配管部７９を接続する単一角度の屈曲部８４に代えて、蛇行回路管は、図１に示される複合屈曲部２１に類似の、直線セグメントによって接続された一対の９０度などの屈曲部を各々が含む、１つ以上の屈曲部８４を有していてもよい。配管部８０は、配管部８０の全体にわたって円形断面を有し得る。他の実施形態においては、蛇行回路管７０は、楕円形又は長円形（obround）の断面などの非円形断面を備える１つ以上の配管部８０を含む。

[0078] 蛇行回路管７０は、屈曲部８４を形成するように管に沿って離間した箇所で曲げられた単一の直管から形成され得る。蛇行回路管７０は、材料の細長い一片を次第にロール成形して管状形状にし、その細長片の長手方向縁部を相互に溶接して蛇行回路管７０の長さに沿って延びる単一の溶接部を形成することによって形成されてもよい。別のアプローチでは、蛇行回路管７０は、複数の別個に形成された構成要素から作製され得る。例えば、配管部７９は、屈曲部８４に溶接される別個の構成要素であってもよい。あるいは、蛇行回路管７０は、管の別々の長さ部を相互に溶接し、次いでその溶接されたより長い管を曲げることによって形成されてもよい。蛇行回路管７０は、炭素鋼又はステンレス鋼等の金属性材料で作製され得る。

[0079] 図４に関して、各屈曲部８４は、内輪９０と、外輪９２と、屈曲部８４の内側９６の制御された皺状部分９４と、屈曲部８４の外側１００の滑らかな外面９８と、を含む。制御された皺状部分９４は、リッジ１１４と溝１１６とからなる連続的に湾曲する制御された皺状表面１３４を含む。連続的に湾曲する制御された皺状表面１３４は、局所的な応力の領域を回避するために、縁部、角部、又は平坦部によって中断されない。連続的に湾曲する制御された皺状表面１３４は、屈曲部８４のリッジ１１４と溝１１６とによって成形されており、これらは順に、図１５に関して以下でより詳細に述べるように、少なくとも部分的には、交差する正弦波パターン１１０と円弧パターン１５０とによって定義される。図４に示す屈曲部８４は１８０度の曲げ角度を有する。本開示が屈曲部の特定の曲げ角度に言及するとき、その曲げ角度は、＋／－５度などの近似値であることが意図される。いくつかの実施形態においては、蛇行回路管７０の屈曲部８４の全部が、制御された皺状部分９４を有する。他の実施形態においては、全部よりも少ない屈曲部８４が、制御された皺状部分９４を有する。

[0080] 蛇行回路管７０は、配管部８０，８２を通り且つ屈曲部８４内に延在する管中心線１０２を有する。制御された皺状部分９４は、その管中心線１０２から半径方向内側にあり、その管中心線から側面部分１０４によって分離されている。滑らかな外面部分９８及び側面部分１０４は、滑らかな内側屈曲部を有する従来技術の管と同様に、屈曲部８４が従来の構成の他の蛇行回路管の屈曲部と積み重ねられることを可能にする。

[0081] 図４を参照すると、屈曲部８４の内輪９０において、制御された皺状部分９４は、図８及び９Ａに関して以下で述べるように、屈曲部８４の内輪９０において正弦波パターン１１０を有する。皺状部分９４は、交互になった一連のリッジ１１４及び溝１１６を含む。一実施形態においては、屈曲部８４は、正弦波パターン１１０と、配管部８０，８２と屈曲部８４との間の接点１２２，１２４と、の中間に、リリーフ部分（relief portions）２２２，２２４を有する。リリーフ部分２２２，２２４は、以下でより詳細に述べるように、曲げ角度２２０よりも小さい制御された皺状部分角度２４０の提供を容易にする。リリーフ部分２２２，２２４は、接点１２２，１２４から点２１６，２１８まで延在する。皺状部分９４は、点２１６，２１８と、正弦波パターン１１０が開始及び終了する点４００（図４を参照）と、の間に延在する、テーパ状導入部分１４０，１４２を更に含む。一実施形態においては、リリーフ部分２２２，２２４はそれぞれが第１の半径を有し、テーパ状導入部分１４０，１４２はそれぞれがより小さい第２の半径を有する。正弦波パターン１１０は、一方の点４００で開始し、他方の点４００に達するまで、端部リッジ１１８の山１３０を通って延在し、リッジ１１４及び溝１１６を通って波打ち、端部リッジ１２０の山１３２を通って延在する。

[0082] リッジ１１４は、テーパ状導入部分１４０，１４２を任意選択的に有する端部リッジ１１８，１２０を含む。テーパ状導入部分１４０，１４２は、リリーフ部分２２２，２２４と正弦波パターン１１０との間の滑らかな移行を提供する。テーパ状導入部分１４０，１４２は、屈曲部８４を通る作動流体の流れを滑らかにし、曲げの際に屈曲部８４の材料が流れるのを援助する。テーパ状導入部分１４０，１４２、リッジ１１４、及び溝１１６は、屈曲部８４を通って流れる作動流体によって引き起こされる内部流体圧降下を低減する。また、テーパ状先端部分１４０は、蛇行回路管７０のより良好な排出を容易にする。屈曲部８４は、作動流体が屈曲部８４を通って方向１４３，１４５のいずれにも流れることができる場合、テーパ状導入部分１４０，１４２の両方を有し得る。作動流体が屈曲部８４を通って一方向１４３，１４５のみに流れている場合には、屈曲部８４は１つのテーパ状導入部分１４０，１４２のみを有し得る。

[0083] 図９Ｂに関しては、屈曲部８４’の断面図が提供され、これは屈曲部８４に類似しており、屈曲部８４’の中線に正弦波パターン１１０’を有する。屈曲部８４’は、屈曲部８４’の周りで振幅が変化するリッジ１１４’及び溝１１６’を有する。具体的には、配管部８０’，８２’により近いリッジ１１４’及び溝１１６’は小さい振幅を有し、屈曲部８４’の中央付近のリッジ１１４’及び溝１１６’はより大きい振幅を有する。例えば、リッジ１１４Ａ’，１１４Ｂ’はリッジ１１４Ｃ’，１１４Ｄ’よりも大きな振幅を有する。リッジ１１４’及び溝１１６’の振幅のより緩やかな増加は、屈曲部８４’を通る流体流に対する抵抗を減少させ、それによって屈曲部８４’は、いくつかの用途における屈曲部８４と比較して、屈曲部８４’にわたる圧力降下が減少する。リッジ１１４’及び溝１１６’の振幅のより緩やかな増加は、いくつかの用途における屈曲部８４と比較して、曲げ動作の際の屈曲部８４’の材料における応力も低減し得る。他の実施形態においては、屈曲部８４’の正弦波パターンの振幅は、屈曲部８４’に接続された隣接する一方の配管部から屈曲部８４’に接続された隣接する他方の配管部まで増加し得る。

[0084] 図９Ｃに関しては、屈曲部８４’’の断面図が提供され、これは屈曲部８４に類似しており、屈曲部８４’’の内輪に正弦波パターン１１０’’を備える制御された皺状部分９４’’を有する。制御された皺状部分９４’’は、リッジ１１４’’及び溝１１６’’を含む。制御された皺状部分９４’’は、第１の振幅及び第１の周期１１７’’のリッジ１１４’’Ａ，Ｂ及び溝１１６’’Ａ，Ｂを有する第１の部分１１５’’を含む。制御された皺状部分９４’’は、第１の振幅よりも大きい第２の振幅のリッジ１１４’’Ｃ，Ｄ及び溝１１６’’Ｃ，Ｄを有する第２の部分１１９’’を含む。リッジ１１４’’Ｃ，Ｄ及び溝１１６’’Ｃ，Ｄは、第１の周期１１７’’よりも小さい第２の周期１２１’’を有する。制御された皺状部分９４’’は更に、第２の部分１１９’’の第２の振幅と実質的に同じである第３の振幅及び第２の周期１２１’’よりも小さい第３の周期１２５’’のリッジ１１４’’Ｅ，Ｆ及び溝１１６’’Ｅ，Ｆを有する第３の部分１２３’’を含む。屈曲部８４’’は方向１２７’’で流体を受け入れ、リッジ１１４’’Ａは、屈曲部８４’’を通る流体流を滑らかにするためのテーパ状導入部分１２９’’を含む。テーパ状導入部分１２９’’は、屈曲部８４’’にわたる圧力降下を低減し、屈曲部８４’’内の流体の排出を改善する。

[0085] 所与の戻り屈曲部に利用される正弦波パターン１１０の特性は、特定の用途のために選択され得る。例えば、リッジ／溝の数、振幅、周期、及び／又は１つ以上のテーパ状導入部分が特定の用途のために選択され得る。戻り屈曲部の特性は、戻り屈曲部全体にわたって変動する振幅及び周期など、戻り屈曲部全体にわたって変動し得る。制御された皺状部分９４の形状は、少なくとも部分的には、２つの異なる交差する断面プロファイルによって形成される。図４及び１５に関しては、制御された皺状部分９４は、屈曲部８４の内輪９０に正弦波部分１１０を含む。もう１つのパターンは、交互の山の弧１５２と谷の弧１５４とを含む円弧パターン１５０である。図１６Ａ及び図１７Ａを参照すると、山の弧１５２は山の弧の半径１５２’及び中心１８２を有し、谷の弧１５４は谷の弧の半径１５８及び中心１７２を有する。この実施形態においては、山の弧１５２と谷の弧１５４とは実質的に同じである。本明細書で使用されるとき、実質的に同じという用語は、互いの＋／－１０％以内など、製造ばらつきを考慮したときに事実上同じである寸法を指す。山の弧１５２は、谷の弧１５４が延在する角度１６２よりも大きい角度１６０にわたって延在する。

[0086] 図５及び図１５に戻ると、谷の弧１５４は、谷の弧の半径１５８及び中心１７２を有する谷の半円形内壁部分１７０を形成する。谷の半円形内壁部分１７０に対向して、屈曲部８４は外壁部分１７４を含み、これは半円形であり得る。いくつかの実施形態においては、外壁部分１７４は、曲げ加工の際に屈曲部８４の外輪９２（図４を参照）が張力をかけられることに起因して平坦化された部分を伴う湾曲状であり得る。屈曲部８４は、谷の半円形内壁部分１７０を外壁部分１７４に接続する接続壁部分１７６，１７８を含む。接続壁部分１７６，１７８は、内壁部分及び外壁部分１７０，１７４に非類似であり得る曲率を有する。接続壁部分１７６，１７８は、内壁部分１７０及び外壁部分１７４のジオメトリ間の滑らかな移行を提供して、内壁部分１７０及び外壁部分１７４のジオメトリ間の接合部における応力集中を最小化する。内壁部分１７０及び外壁部分１７４のジオメトリ間の接合部における応力集中を低減することによって、接続壁部分１７６，１７８は、屈曲部８４が高い内部動作圧力に耐えることができるように援助する。

[0087] 図６及び図１５に関しては、山の弧１５２は、中心１８２と共に山の弧の半径１５６を有する山の半円形内壁部分１８０を定義する。屈曲部８４は、山の半円形内壁部分１８０に対向する外壁部分１８４を有する。外壁部分１７４（図５を参照）と同様に、外壁部分は半円形であり得る。いくつかの実施形態においては、外壁部分１８４は、曲げ加工の際に屈曲部８４の外輪９２（図４を参照）が張力をかけられることに起因して平坦化された部分を伴う湾曲状であり得る。屈曲部８４は更に、山の半円形内壁部分１８０と外壁部分１８４とを接続する接続壁部分１８６，１８８を含む。外壁部分１７４と同様に、外壁部分１８４は、いくつかの実施形態においては、半円形又は概ね湾曲状の形状を有し得る。また、接続壁部分１８６，１８８は、内壁部分１８０及び外壁部分１８４のジオメトリ間の滑らかな移行を提供して、内壁部分１８０及び外壁部分１８４のジオメトリ間の接合部における応力集中を最小化する。接続壁部分１８６，１８８は、屈曲部８４が高い内部動作圧力に耐える能力に寄与する。山の弧１５２及び谷の弧１５４は、図１６Ａ及び図１７Ａに示すように、それぞれ単一の半径を有し得る。別の一実施形態においては、山の弧１５２及び／又は谷の弧１５４は、混合半径又は複合半径（compound or composite radius）を有する。例えば、図１６Ｂを参照すると、山の弧１５２’は異なる半径１５６Ａ’，１５６Ｂ’を有する。山の弧１５２’の各半径は、その半径が隣接する半径と接合する点で接する。同様に、図１７Ｂにおいて、谷の弧１５４’は異なる半径１５８Ａ’，１５８Ｂ’を有する。

[0088] 別の一実施形態においては、山の弧１５２及び／又は谷の弧１５４は、楕円形の一部である形状を有する。例えば、図１６Ｃの山の弧１５２’’は、長寸法４４１及び短寸法４４３を有する楕円形４３９の点４２６’’，４３０’’間の、１６０度などの角度１６０’’によって定義される弧である。同様に、図１７Ｃの谷の弧１５４’’は、長軸４５１及び短軸４５３を有する楕円形４４９の点４４５，４４７間の、１４２度などの角度１６２’’によって定義される形状を有する。

[0089] 図７に関しては、配管部８２が示されており、側壁７４は管中心線１０２に中心がある円形断面を有している。側壁７４はまた、楕円形又は長円形（oblong）の断面などの非円形断面を有していてもよい。蛇行回路管７０の側壁７４は、内部通路７２の周りに延在する壁厚１９０を有する。

[0090] 図８に関しては、配管部８０，８２の一部及び屈曲部８４が斜視図で示されている。上述のように、制御された皺状部分９４は、各リッジ１１４の両側の湾曲状リッジ表面部分２００と、隣接するリッジ１１４の湾曲状リッジ表面部分を接続する各溝１１６の両側の湾曲状溝表面部分２０２と、を含む、連続的に湾曲する制御された皺状表面１３４を有する。リッジ表面部分２００及び溝表面部分２０２は、制御された皺状部分９４の連続的な波打った外観を形成する。

[0091] 図９Ａに関して、蛇行回路管７０は、外径２１０及び壁厚１９０を有する。管中心線１０２は、配管部８０，８２及び屈曲部８４を通って延在する。蛇行回路管は、配管部８０，８２と屈曲部８４との間に接合部２１４，２１５を有する。接合部２１４，２１５において、管７０は、配管部８０，８２と屈曲部８４との間の接点１２２，１２４を含む。屈曲部８４は、接点１２２，１２４から遠ざかるように延在するリリーフ２２２，２２４と、端部リッジ１１８，１２０の山１３０，１３２に向かって半径方向内側に傾斜するテーパ状導入部分１４０，１４２と、を含む。屈曲部８４は、中心２３０と、中心２３０から管中心線１０２まで延在する中心線半径２３２と、を有する。図示する実施形態においては、屈曲部８４は１８０度の曲げ角度２２０を有し、制御された皺状部分９４は、中心２３０の周りに、曲げ角度２２０よりも小さい制御された皺状部分角度２４０にわたって延在する。例えば、制御された皺状部分角度２４０は、曲げ角度２２０よりも５°以下、１０°以下、又は１５°以下であってもよい。一実施形態においては、曲げ角度は１８０度であり、皺状部分角度２４０はおよそ１６６度である。

[0092] 再び図９Ａを参照すると、制御された皺状部分９４は、リッジ１１４の山２５０を屈曲部８４の内輪９０（図４を参照）に位置決めし、溝１１６の谷２５２を山２５０から半径方向外側に位置決めする。谷２５２を屈曲部８４の内輪９０の外側に位置決めすることによって、皺状部分９４は、構造的屈曲部中心線２５４を作り出す。構造的屈曲部中心線２５４は、管中心線１０２の中心線半径２３２よりも大きい構造的屈曲部中心線半径２５６を有する。構造的屈曲部中心線半径２５６は屈曲部中心線半径２３２よりも大きいので、所与の屈曲部内輪及び外輪に対する屈曲部８４の屈曲部複雑度比は、同じ内輪、外輪、外径、及び壁厚を有する従来の屈曲部の屈曲部複雑度比よりも小さい。屈曲部８４は、より大きな構造的屈曲部中心半径２５６により、より低い屈曲部複雑度比を有する。

[0093] 例えば、特定の用途のための管屈曲部は、以下の特性の比を備え得る。

[0094]
[0095]
[0096]

[0097] ただし、ＯＤは管外径を指し、ＷＴは壁厚を指し、ＣＬＲは屈曲部中心線半径を指す。管屈曲部のこれらの比の値を次のように仮定する。

[0098] Ｗ_１＝２０及びＤ_１＝２、よってＣ_Ｂ１＝１０

[0099] 上記の表１を参照すると、これらの値は、従来の管曲げ機が使用されるのであれば、内部マンドレル曲げが必要であり得ることを示す。

[0100] ここで、屈曲部の特定のパラメータが、同じ壁厚に対するより狭い屈曲部半径、低減されたコイル重量、低減された内部流体側圧力降下、低減された屈曲部壁応力、増大された管強度、増大された管剛性、及び／又は増大された伝熱効率などの改善された蛇行管特性を示すように変更される。これらの変更は特性の比に影響を与える。例えば、新しい特性の比は次のように選択され得る。

[0101] Ｗ_２＝３０及びＤ_１＝２、よってＣ_Ｂ２＝１５

[0102] すると、屈曲部複雑度の特性の比は、従来の管曲げ機がもはや補償することができない範囲内にあり、この曲げを行うためには、従来、内部マンドレルが使用される。

[0103] 内部マンドレル曲げは、上述したような様々な理由により望ましくないことが多く、長い連続した長さの管を利用して熱交換器コイルを製造する製造業者にとって内部マンドレル曲げを非実用的なものにしている。

[0104] 再び図９Ａを参照すると、内部マンドレルの必要をなくすための１つの手法は、屈曲部ＣＬＲを増加させることによって屈曲部複雑度を低下させることである。本例では、管の外径及び壁厚はそのままで屈曲部のＣＬＲを増加させることができるのであれば、屈曲部のＤを２から３に増加させて、以下の屈曲部複雑度（Ｃ_Ｂ）比を得ることができる。

[0105] Ｗ_２＝３０及びＤ_２＝３、よってＣ_Ｂ２＝１０

[0106] Ｃ_Ｂ２比は５～１０の範囲にあるので、屈曲部は内部マンドレルなしで形成され得る。しかしながら、所与の用途について屈曲部ＣＬＲを単純に増加させることは、新しい屈曲部が元の屈曲部よりも大きく、より多くの空間を占めることになるであろうから、許容できないかもしれない。例えば、管配管部間の中心と中心との距離はより大きくなり、これは、より少ない管配管部が特定のエンベロープ又はコイル高さに適合し得ることを意味する。また、蛇行回路管の各屈曲部がより嵩高になるであろうから、蛇行回路管は、所与のコイルエンベロープ又は高さに対してより少ない数の配管部を有し、これは蛇行回路管の熱交換容量を低減するであろう。屈曲部ＣＬＲを増加させるために蛇行回路コイルの配管部の数を減少させることは、多くの用途にとって許容可能な解決策ではない。

[0107] 再び図９Ａを参照すると、屈曲部８４の制御された皺状部分９４は、配管部８０，８２間の距離を増加させることなく、実際の屈曲部中心線半径２３２よりも大きい構造的屈曲部中心線半径２５６を提供する。より大きい構造的屈曲部中心線半径２５６は屈曲部８４のＣＬＲを増加させ、これは、所与のＯＤに対して屈曲部のＤを増加させると共に、Ｃ_Ｂが、マンドレル曲げが必要とされないような範囲内となることを可能にする。

[0108] より具体的には、制御された皺状部分９４は、屈曲部８４の利用可能な空間内に構造的屈曲部中心線２５４を提供し、それによって、材料が制御された手法で座屈することなくリッジ１１４及び溝１１６を形成するように、屈曲部８４の内側に沿って十分な長さを見込む。皺状部分９４は、内部流体圧降下及び伝熱効率などの他のコイル特性も維持又は改善する。外輪の壁の薄化の低減及び湾曲部８４の全体的な剛性といった湾曲部８４の他の特性も改善される。

[0109] 図４を参照すると、制御された皺状部分９４の交互のリッジ１１４及び溝１１６は、管７０の材料が管７０の屈曲の際に折り畳まれてより小さな有効弧長となるための空間を提供する。管７０の材料は、屈曲部８４の内輪に沿って正弦波パターン１１０に折り畳まれる。正弦波パターン１１０の具体的な変数、例えば山／谷の数、谷の深さ（正弦波の振幅）、弧の全長などは、後述のように特定の用途について計算される。この方法は、材料、ＯＤ、ＷＴ、及びＣＬＲの様々な組合せに関する変数を計算するため、並びに圧力降下及び熱効率などの様々な特性を最適化するために使用することができる。

[0110] 制御された皺状部分９４は、従来の管屈曲部に勝る利点を提供する。例えば、皺を有する他の屈曲部と比較して、正弦波パターン１１０は、管７０の材料内に発生する応力を最小化し、はるかに高い内部流体圧を可能にする。リッジ１１４及び溝１１６は、テーパ状導入部分１４０，１４２を含め、屈曲部８４内の流体の流れに対する妨害を制限するように、及び、屈曲部８４を通しての内部流体圧降下を最小化するように、サイズ決めされ得る。正弦波パターン１１０は、同じ屈曲部中心線半径を有する従来の屈曲部と比較して、内輪９０に沿った材料の長さを増加させて、屈曲部８４の総表面積を増加させると共に、屈曲部領域内の流体乱流を増加させることによって伝熱効率を改善する。また、リッジ１１４及び溝１１６は、滑らかで皺のない屈曲部と比較して、屈曲部８４を強固にする波形構造として動作する。さらに、制御された皺状部分９４は、屈曲部８４の中立軸を屈曲部８４の外輪９２に向かって外側に押し、それによって、滑らかで皺のない屈曲部と比較して、外輪に沿った屈曲部８４の材料の薄化を低減する。

[0111] 図１０から図１３Ｂに関しては、蛇行回路管７０の屈曲部８４のジオメトリを決定して従来の蛇行回路管３００の屈曲部３０６を置換し、その一方で同時に、従来の蛇行回路管３００のコイルエンベロープ内に適合し、所与の壁厚のより狭い屈曲部半径を利用するための工程が提供される。

[0112] 図１０に関して、従来の蛇行回路管３００は、配管部３０２，３０４と、屈曲部３０６と、外径３０８と、壁厚３１０と、を有する。屈曲部３０６は１８０°屈曲部であり、屈曲部３０６は弧長３１４の内輪３１２と外輪３１５とを有する。当初、図１１に関して、蛇行回路管７０は、外径３０８と同じ外径２１０と、壁厚３１０より小さい壁厚１９０と、を備える。例えば、外径３０８及び外径２１０はいずれも１．０５インチであってもよく、壁厚３１０は、０．０４８インチなど、およそ０．０４インチからおよそ０．０７インチの範囲であってもよく、壁厚１９０は、およそ０．０３インチからおよそ０．０４インチなど、およそ０．０２インチからおよそ０．０５インチの範囲であってもよい。外径２１０は外径３０８と同じになるように選択されるので、屈曲部８４は、屈曲部３０６が隣接する屈曲部３０６と積み重ねられたときと同様に、隣接する屈曲部８４と積み重なる。所与の厚さ１９０のより狭い屈曲部半径は、蛇行回路管７０の内側の作動流体と蛇行回路管７０の外側の流体との間の伝熱の効率を改善し得る。また、所与の壁厚１９０のより狭い屈曲部半径は、管の配管部の内径が増加するので、蛇行回路管７０内の内部流体圧降下を低減し得る。

[0113] 図１１を参照すると、屈曲部８４のジオメトリを決定する工程は、最初に、蛇行回路管７０を、配管部８０，８２を接続する当初屈曲部３１６を有するように設定することを含む。当初屈曲部３１６は、１８０°の曲げ角度と、図１０に示される屈曲部３０６の中心線半径３１３よりも大きい中心線半径３１７と、を有する。図１０及び１１を参照すると、当初屈曲部３１６は、中心線半径３１７が中心線半径３１３よりも大きいことに起因して、弧長３１４よりも大きい弧長３１８の内輪３２０を有する。

[0114] 図１２に関しては、屈曲部８４が図１０の従来の屈曲部３０６と同じコイルエンベロープ内に適合するために、すなわち、管の配管部間の中心と中心との距離が等しくなるように、屈曲部８４は屈曲部３０６の外輪３１５に一致する外輪９２を有し、管７０は外径３０８に一致する外径２１０を有する。一致する外輪９２，３１５を提供するために、屈曲部８４のジオメトリを決定する工程は、配管部７０，８２の接点１２２，１２４を互いに向かって方向３３０，３３２（図１１）に、１）屈曲部８４が、屈曲部３０６の中心線半径３１３に等しい実際の中心線半径２３２を有し、２）屈曲部８４の内輪９０の弧長が、屈曲部３０６の内輪３１２に等しくなる、まで移動させることを含む。

[0115] 接点１２２，１２４間の垂直距離の低減を補償するために、屈曲部８４の内側における蛇行回路管７０の材料は、正弦波パターン１１０を有するように成形される。正弦波パターン１１０は、正弦波パターン１１０の長さ、山／谷の数、周期、及び／又は振幅など、正弦波パターン１１０の形状を定義する変数を有する。

[0116] ここで図１３Ａを参照すると、屈曲部８４のジオメトリを決定する工程は、次に、図１２の内輪９０の弧長３３６に一致する内輪弧長３４０を有する線３３９を提供することを含む。内輪９０の弧長３３６は、図１２の移行点１２２，１２４の間に延在する。

[0117] 正弦波パターン１１０は、蛇行回路管７０の２つの部分によって屈曲部８４の接点１２２，１２４からオフセットされている。第１の部分は、正弦波パターン１１０の両側の７°などのオフセット角度に対応するリリーフ部分２２２，２２４であり、角度２２０，２４０の間で測定される（図４を参照）。第２の部分は、テーパ状導入部分１４０，１４２である。正弦波パターン１１０は、点４００で開始及び終了する（図４を参照）。接点１２２，１２４からの正弦波パターン１１０のオフセットを作り出すために、屈曲部８４のジオメトリを決定する工程は、図１３Ａに示すように、長さ３４０から長さ３４２，３４４を除去して内輪弧長３４０よりも短い正弦波パターン長３４６を与えることを含む。よって、長さ３４２，３４４はそれぞれ、以下の２つの長さ部分を含む。１）リリーフ部分２２２，２２４の一方に対応する長さ部分、及び、２）テーパ状導入部分１４０，１４２の一方に対応する長さ部分。長さ３４２，３４４は、例えば、内輪半径及び角度オフセットを使用して長さ部分を求めることによって決定される。

[0118] 線３３９の長さ３４０（図１３Ａを参照）と弧長３１８（図１１を参照）との間の差は、正弦波パターン１１０の総弧長３４６に取り込まれる。図１３Ａを参照すると、正弦波パターン１１０の総弧長３４６は、以下のように表すことができる。

[0119] 正弦波パターンの総弧長_３４６＝内輪弧長_３４０－長さ_{３４２，３４４}［方程式１．１］

[0120] 正弦波パターン１１０の総弧長３４６が分かると、総弧長３４６は、山部分２５０Ａ及び谷部分２５２Ａの数、例えば８～１２個の山及び谷など、６～１８個の山及び谷の範囲などで除算されて、各山部分２５０Ａ及び谷部分２５２Ａの弧長３５０が決定される。各山部分２５０Ａ及び谷部分２５２Ａは、次式によって与えられる半径３４９及び弧長３５０を有する。

[0121] 弧長_３５０＝半径_３４９×θ［方程式１．２］

[0122] ただし、θは、山部分２５０Ａ及び谷部分２５２Ａの角度範囲である。各山部分２５０Ａ及び谷部分２５２Ａの半径は、以下の演算を使用して決定され得る。

[0123] 図１３Ｂを参照すると、弧形線ＡＤと、ＡＢＣＤによって形成される三角形と、を有する幾何学形状３５１が提供される。三角形ＡＢＣは直角三角形であるので、以下の方程式が認められ得る。

[0124]

[0125] この方程式は以下のように再構成され得る。

[0126]

[0127] ａ＝ｒ×θの関係は、方程式１．４に代入されて以下のようになり得る。

[0128]

[0129] この時点で、「ａ」値が分かる。すなわち、正弦波パターン１１０の総弧長３４６を山部分２５０及び谷部分２５２の数で除算した値である（図１３Ａ）。「ｃ」値がわかる（図１３Ｂのｃ／２を参照）。すなわち、長さ３４６を選択された山部分２５０及び谷部分２５２の数で除算した値である。

[0130] 上記の方程式は、次に、ニュートン・ラプソン反復法などの数値法を使用して、シータについて解くことができる。シータが決定されると、山部分２５０Ａ及び谷部分２５２Ａの半径は、方程式１．２において半径３４９を求めることによって決定され得る。

[0131] 半径３４９及びシータは、正弦波パターン１１０の振幅が以下の方程式を使用して決定されることを可能にする。

[0132] 振幅_３５２＝半径_３４９－（半径_３４９×ｃｏｓθ）

[0133] 正弦波パターン１１０を特定の用途のために調整するべく、正弦波パターン１１０に対する随時調節が利用され得ることが理解されよう。

[0134] 図１２に関しては、テーパ状導入部分１４０，１４２は、蛇行回路管７０の材料の屈曲を滑らかにして、リリーフ２２２，２２４（図４を参照）と正弦波パターン１１０との間の移行部における応力集中部を低減する。

[0135] 図１４から図１８に関しては、制御された皺状部分９４の交差する正弦波パターン１１０及び円弧パターン１５０について、より詳細に述べる。交差する正弦波パターン１１０及び円弧パターン１５０は、内側屈曲部の３次元プロファイルを提供する。内側屈曲部の３次元プロファイルは、蛇行回路管７０内の内部流体圧力に抵抗する高い強度を有する波形構造を提供する。交差する正弦波パターン１１０及び円弧パターン１５０は、屈曲部８４が高い内圧下にあるときであっても、屈曲部８４に低い応力を受けさせる。

[0136] 図１４を参照して、正弦波パターン１１０の一方の半分について述べる。正弦波パターン１１０の他方の半分は、図９Ａの実施形態においては同一である。正弦波パターン１１０は、点４００で開始し、リリーフ２２２とテーパ状導入部分１４０とによって接点１２２から離間している。テーパ状導入部分１４０は、端部リッジ１１８の山２５０に近接する点４００に向かって徐々に上向きに傾斜する。正弦波パターン１１０は、（中心２３０から見たときに）凹部４１２と凸部４１４との間の移行部４１０において正弦波パターン１１０と交差する中心線４０６の周りを揺動する。図１４の実施形態においては、正弦波パターン１１０の中心線４０６は、屈曲部８４の内輪９０上に位置する（図１２を参照）。別の一実施形態においては、正弦波パターン１１０の谷２５２が屈曲部８４の内輪９０上にあり、したがって内輪９０は溝１１６に接する。更に別の一実施形態においては、正弦波パターン１１０の山２５０が屈曲部８４の内輪９０上にあり、したがって内輪９０はリッジ１１４に接する。

[0137] 図１４を参照すると、正弦波パターン１１０の中心線４０６は半径４１６を有する。一実施形態においては、屈曲部８４は、およそ１．５インチからおよそ２インチの範囲、例えば１．７インチからおよそ２インチの範囲、例えば１．８７５インチなどの中心線半径２３２（図１２を参照）を有する。中心線４０６は、およそ１インチからおよそ１．５インチの範囲、例えばおよそ１．３インチからおよそ１．４インチの範囲、例えば１．３５インチなどの半径を有し得る。

[0138] 図１５に関して、円弧パターン１５０は、各山２５０において正弦波パターン１１０と交差する山の弧１５２と、各谷２５２において正弦波パターン１１０と交差する谷の弧１５４と、を含む。山の弧１５２と谷の弧１５４とは、屈曲部８４の周りで、例えばおよそ４°からおよそ１４°の範囲であり得る角度４２０だけ分離されている。

[0139] 図１６Ａに関しては、山の弧１５２は、屈曲部８４の管中心線１０２から半径方向内側に山の弧１５２の中心１８２を有する。中心１８２は、蛇行回路管７０の正中面４２４に沿って位置決めされる。山の弧１５２は角度１６０にわたって延在し、これは例えば、１６０°など、１５０°からおよそ１７０°の範囲内であり得る。山の弧１５２は、山の弧１５２の端点４２６から端点４３０まで延在する弧長４２７を有する。

[0140] 図１７Ａに関しては、谷の弧１５４は、蛇行回路管７０の中心線１０２から半径方向外側にその中心１７２を有する。谷の弧１５４は、図１６Ａの角度１６０よりも小さい角度１６２にわたって延在する。一実施形態においては、角度１６２は、１４０°など、およそ１００°からおよそ１５０°の範囲内である。谷の弧１５４は、山の弧１５２の弧長４２７よりも短い、谷の弧１５４の端点４３４，４３６間の弧長４３２を有する。

[0141] 図１８に関して、制御された皺状部分９４の（図８に示されるような）連続的に湾曲する制御された皺状表面１３４は、少なくとも部分的には、山の弧１５２及び谷の弧１５４を、凸面部分４４２、凹面部分４４４、及び凸面部分４４２と凹面部分４４４との間を移行する移行部４４６を有する表面部分４４０と接続することによって形成され得る。表面部分４４０は、山の弧１５２を含む垂直面にわたって、リッジ１１４の反対側に鏡映され得る。

[0142] 一実施形態においては、連続的に湾曲した皺状表面１３４は、山の弧１５２を含む垂直面、並びに谷の弧１５４を含む垂直面に対して垂直である。図１５を参照すると、山の弧１５２を含む垂直面は、水平面４２４（図８を参照）に垂直であるものとして定義され、原点又は中心２３０と頂点２５０とを含む。谷の弧１５４を含む垂直面は、水平面４２４に垂直であるものとして定義され、中心２３０と谷２５２とを含む。山の弧１５２及び谷の弧１５４を含む垂直面は、角度４２０によって分離されている。図１８に関して、凹面部分４４２及び凸面部分４４４は、山及び谷の弧１５２，１５４を接続し、連続的に湾曲する制御された皺状表面１３４（図８）の波打った３次元プロファイルを提供する。各凹面部分及び凸面部分４４２，４４４は２つの４極スプラインで終端し、その一方は山の弧の端点４２６（図１６Ａ）で開始して谷の弧の端点４３４（図１７Ａ）で終了するのに対して、他方の４極スプラインは、山の弧の端点４３０（図１６Ａ）で開始して谷の弧の端点４３６（図１７Ａ）で終了する。

[0143] 図１９及び図２０に関しては、蛇行回路管７０のセグメントを曲げて上述した屈曲部８４にするための管曲げ機５００が提供される。管曲げ機５００は、曲げダイ５０２と、軸５０６を中心に枢動するクランプダイ５０４と、を含む。管曲げ機５００は、屈曲部８４の外側と蛇行回路管７０の後部とを支持するための圧力ダイ５０８を含む。曲げダイ５０２及びクランプダイ５０４は、表面５１６，５１８が周りに延在する凹部５１２，５１４を含み、これらは、管が方向５２０で曲げダイ５０２とクランプダイ５０４との間の間隙５２２上に前進されると、管をクランプする。クランプダイ５０４及び圧力ダイ５０８は、管の一部をクランプダイ５０４と曲げダイ５０２との間に固定するように方向５２４に作動し得る。圧力ダイ５０８は、管の一部を受け入れる凹部を含み、曲げ動作の際に曲げダイ５０２及びクランプダイ５０４が軸５０６を中心に方向５２８に旋回して管の外側を支持すると、管の移動に伴い方向５２６にシフトされ得る。

[0144] 図１９及び図２０に関して、曲げダイ５０２は、上側部分５３０と、下側部分５３２と、曲げダイ５０２及びクランプダイ５０４が方向５２８に旋回するときに管の一部を中に受け入れる凹部５３４と、を含む。曲げダイ５０２は、管の皺状部分９４の鏡像である皺状部分５３６を有しており、それによって曲げダイ５０２は皺状パターン９４を管に付与する。例えば、皺状部分５３６は、溝１１６（図８）を形成するリッジ５４０と、リッジ１１４（図８）を形成する溝５４２と、を含む。

[0145] 図２０を参照すると、リッジ５４０はそれぞれ、中間部分５４４と、対向する端部分５４６と、を有する。中間部分５４４は曲げダイ５０２の周りに第１の幅を有していてもよく、端部分５４６，５４８は、リッジ５４０が曲げダイ５０２の中線５５０から遠ざかるように延在するにつれて外向きに広がるように、曲げダイ５０２の周囲に中間部分５４４の幅よりも大きい幅を有する。溝５４２は、対応して、中間部分５５２と、対向する端部分５５４，５５６と、を有していてもよく、端部分は、リッジ５４０が中線５５０から遠ざかるように延在するにつれてリッジ５４０の幅が増加することに起因して、曲げダイ５０２の周囲で中間部分５５２よりも幅狭である。リッジ５４０及び溝５４２は、皺状部分５３６が管の連続的な皺状表面１３４を形成するように、波打った連続的な曲面５６０を有する。

[0146] 図２１から図２５に関しては、管曲げ機５００を使用して屈曲部８４形成する方法が提供される。図２１から図２５に示される管曲げ機５００は、図１９に示される管曲げ５００と類似の構成要素を有するが、構成要素の配向が異なる。議論を容易にするために、類似の参照番号を使用して図２０及び図２１から図２５の管曲げ機を説明する。

[0147] 図２１及び図２２に関して、管５６４が管曲げ機５００内に前進されて、圧力ダイ５０８が管５６４の外面を支持する。図２２において、曲げダイ５０２及びクランプダイ５０４は、管５６４の部分５０５を係合し、図２２の紙面の中の方向５６５に旋回し始める。

[0148] 図２３及び図２４に関して、曲げダイ５０２及びクランプダイ５０４は、方向５６５に旋回されて管５６４に屈曲部５７０を形成し始める。圧力ダイ５０８は、管５０６の外側を支持し続けると共に、曲げ動作の際に管５６４と共に移動するように方向５２６にシフトされる。

[0149] 図２５に関して、管曲げ機５００は、管５６４を１８０度曲げることによって屈曲部５７０を形成したところである。

[0150] 図２６は、曲げダイ５０２の上側部分５３０が下側部分５３２から方向５６９で上方にシフトされ、クランプダイ５０４が管５６４から遠ざかるように（紙面の中に）シフトされ、圧力ダイ５０８が管５６４から後退されるのを示す。管５６４は次に方向５７１にシフトされて、管５６４に沿った次の曲げ位置を管曲げ機５００内で位置決めする。

[0151] 図２７に関して、屈曲部５７０は、屈曲部５７０の内側に形成されたリッジ５７４及び溝５７６を含む皺状部分５７２を有して図示されている。図２７はまた、下側部分５３２が、屈曲部５７０の内側に正弦波パターン５８０を付与する曲げダイ５０２の中線５５０（図２０を参照）において、どのように正弦パターン５７８を有しているかも示す。より具体的には、下側部分５３２は、屈曲部５７０に溝５７６を形成するリッジ５４０の下部を有し、下側部分５３２は、屈曲部５７０のリッジ５７４を受け入れる溝５４２の下部を有する。このようにして、管５６４のリッジ５７４及び曲げダイ５０２のリッジ５４０は、緊密に噛み合った構成を形成する。また、波打った連続面を備えるリッジ５４０及び溝５４２は、管の内側を支持する。曲げダイ５０２の上側部分５３０（図２６）は、屈曲部５７０の上部との対応する噛み合い係合を形成する。

[0152] 図２０に関して、曲げダイ５０２の皺状部分５３６は、図２７を参照すると、テーパ状移行部５９０及び端部リッジ５９２を含み、これらは協働して屈曲部５７０の端部リッジ５９４を形成する。テーパ状移行部５９０は、図９Ａに関して上述したように、端部リッジ５９４の山への滑らかな導入部を提供する。

[0153] 様々なタイプの屈曲部が本開示に従って提供され得る。例えば、図２８は９０度の屈曲部６００を示し、図２９は８０度の屈曲部６２０を示し、図３０は１００度の屈曲部６４０を示す。

[0154] 図３１に関しては、蛇行回路管７００の長さに対して垂直に取られた蛇行回路管７００の断面図が提供される。蛇行回路管７００は、蛇行回路管７０と類似しており、配管部７０１を含む。配管部７０１は、円形断面を有する配管部７０２と、楕円形又は長円形などの非円形断面を有する配管部７０４と、を含む。配管部７０１は徐々に平坦になる断面を有しており、配管部７０６は配管部７０８の幅７０９よりも広い幅７０７を有する。

[0155] 図３２に関しては、組み立てられた蛇行回路管８０２，８０４を含むコイル８００が提供される。各蛇行回路管８０２，８０４は、配管部８０３，８０５と、８０度の第１の曲げ角度８１０を有する第１の屈曲部８０８、１００度の第２の曲げ角度８１４を有する第２の屈曲部８１２、並びに第１及び第２の屈曲部８０８，８１２を接続する接続部分８１６を含む複合屈曲部８０６と、を含む。第１及び第２の屈曲部８０８，８１２は、上述した屈曲部の制御された皺状部分と類似の、内側の制御された皺状部分を有する。蛇行回路管８０２，８０４は、３つの接触点８２０，８２２，８２４を有する。各蛇行回路管８０２，８０４は、配管部８０３，８０５間に高さ又は距離８３０を有する。コイル８００の蛇行回路管８０２は、互いに接触する。他の実施形態においては、コイルは、互いに接触しない蛇行回路管を含み得る。

[0156] 図３３を参照すると、直線部８９８及び屈曲部９００を含む管８９６の一部が示されている。上述した屈曲部と多くの点で類似した屈曲部９００が提供される。屈曲部９００は、リッジ９０４及び溝９０６を有する皺状部分９０２を含む。皺状部分９０２は屈曲部９００の内輪に沿った正弦パターン９０３を含み、これは点９０３Ａ，９０３Ｂで開始及び終了する。管８９６は、直線部８９８と屈曲部９００との間の移行部に接点９１１，９１３を有する。

[0157] 皺状部分９０２は、屈曲部９００を二等分する平面９０８について非対称である。軸９１５，９１２が平面９０８に対して垂直に延在し、それぞれ接点９１３，９１１と交差する。接点９１１，９１３は平面９０８に沿って距離９１０だけオフセットされており、それによって皺状部分９０２は、管８９６に沿って、平面９０８の一方の側で他方の側よりも遠くに延在する。皺状部分９０２のうち平面９０８の一方の側にある部分（図３３の上部）は、皺状部分９０２のうち平面９０８の他方の側にある部分よりも、少なくとも１つ多いリッジ９０４及び／又は少なくとも１つ多い溝９０６を含むオフセット部分９１０Ａを有する。

[0158] 皺状部分９１０は、端部溝９０６Ａ及び端部リッジ９０４Ａを有する。一実装形態においては、端部リッジ９０４Ａにはテーパ状導入部分がない。オフセット部分９１０Ａは、近くの直線部８９８と屈曲部９００との間の管８９６内の流れのための移行部を提供し得る。また、端部リッジ９０４Ｂは、上述した様々な端部リッジと同様、テーパ状導入部分９１４を有する。

[0159] 図３４及び図３５に関しては、相違点が強調されるように、上述した曲げダイ５０２に類似の曲げダイ１０００が提供される。曲げダイ１０００は、屈曲部９００を形成するために使用され、上部１００２と下部１００４とを含む。上部１００２及び下部１００４は、協働して屈曲部９００にリッジ９０４及び溝９０６を形成するリッジ１００６及び溝１００８を有する。上部１００２及び下部１００４はそれぞれ、一対のチャネル１０１０，１０１２を有する。上部１００２及び下部１００４のチャネル１０１０は、曲げダイ１０００の一方の側１０１４に開口部１０１３を形成し、上部１００２及び下部１００４のチャネル１０１２は、第２の側１０１６に別の開口部１０１５を形成する。

[0160] 開口１０１３，１０１５は、曲げダイ１０００が、曲げダイ１０００の開口部１０１３，１０１５のいずれかに供給される管を有することを可能にすると共に、曲げダイ１００が、管に屈曲部９００を形成するために対応する方向に回転されることを可能にする。例えば、図３５を参照すると、管の第１の部分は、方向１０３０で曲げダイ下部１００４のチャネル１０１２内へ前進され得る。上部１００２は、方向１０３２で下方にシフトされて曲げダイ下部１００４と係合し、管の周囲に開口１０１５を形成する。

[0161] 次に、曲げダイ１０００は軸線１０３６を中心として方向１０３４に回転され、その間、管の後方部分が圧力ダイによって支持される。曲げダイ１０００は、方向１０３４に回転されて、屈曲部９００に所望の角度範囲を付与する。屈曲部９００が形成されると、曲げダイ上部１００２は方向１０３３で上方にシフトされ、管は、管の別の部分を屈曲のために曲げダイ１０００内に位置決めするように曲げダイ１０００に対してシフトされる。この例を続けると、管の第２の部分を開口１０１３内に前進させるように管が再位置決めされ、曲げダイ１０００が閉じられ、曲げダイ１０００が方向１０３４とは反対の方向に回転される。管を前進させて曲げる工程は、所望の数の屈曲部が管に与えられるまで、繰り返される。

[0162] 図３６に関しては、戻り屈曲部１１０２及び直線部１１０３を有する管１１００が提供される。戻り屈曲部１１０２は、上述した皺状部分に類似の皺状部分１１０４を有する。皺状部分１１０４は、谷１１０６及び山１１０８を有する。管１１００は、谷１１０６、山１１０８、及び／又は直線部１１０３において、平坦化された断面を有する。管１１００の平坦化された断面は、冷却塔のコイルアセンブリなどにおいて、管１１００が隣接する管と密に詰め込まれることを可能にし得る。管１１００の平坦化された断面は、管１１００の熱性能も改善し得る。

[0163] 管１１００の平坦化された断面は、例えば、楕円形の断面であり得る。図３７Ａに関しては、戻り屈曲部１１０２は、谷１１０６において谷楕円形壁部分１１１０を含む。谷楕円形壁部分１１１０は長寸法１１１２と短寸法１１１４とを有する。

[0164] 図３７Ｂに関しては、戻り屈曲部１１０２は、山１１０８において山楕円形壁部分１１１６を有しており、山楕円形壁部分１１１６は長寸法１１２０と短寸法１１２２とを有する。山１１０８の長寸法１１２０は、谷１１０６の長寸法１１１２よりも大きい。一実施形態においては、山１１０８の短寸法１１２２は、谷１１０６の短寸法１１１４よりも小さい。

[0165] 図３７Ｃに関しては、戻り屈曲部１１０２は、直線部１１０３において直線部楕円形壁部分１１２６を有しており、直線部楕円形壁部分１１２６は、長寸法１１２８と短寸法１１３０とを有する。一実施形態においては、直線部１１０３の長寸法１１２８は長寸法１１１２，１１２０よりも小さく、短寸法１１３０は短寸法１１１４，１１２２よりも大きい。

[0166] 管１１００の各部の平坦化された断面は、いくつかの異なるアプローチで提供され得る。例えば、管を曲げて皺状部分１１０４を付与するために使用される管曲げ機が、曲げ手順の際に屈曲部１１０２を平坦化してもよい。別のアプローチでは、管は元々楕円形の断面を有しており、曲げ手順は、管を更に平坦化することなく、屈曲部１１０２に皺状部分１１０４を付与する。更に別のアプローチでは、管曲げ機を使用して管の１つ以上の屈曲部を形成し、その曲げ手順の後に、プレス機を使用して管を平坦化する。

[0167] 「ａ」、「ａｎ」などの単数形の用語の使用は、本明細書において別段の指示がない限り、又は文脈によって明確に否定されない限り、単数形及び複数形の両方を包含することが意図される。「備える（comprising）」、「有する（having）」、「含む（including）」、及び「含有する（containing）」という用語は、オープンエンドの用語として解釈されるべきである。本明細書で使用される「～のうち少なくとも１つ」という句は、選言的な意味で解釈されることが意図される。例えば、「Ａ及びＢのうち少なくとも１つ」という句は、Ａ、Ｂ、又はＡ及びＢの両方を網羅することが意図される。

[0168] 本発明の特定の実施形態を図示し説明してきたが、当業者には多数の変更及び修正が想起されること、並びに、本発明は添付の特許請求の範囲内に該当する全ての変更及び修正を包含することが意図されることが理解されよう。例えば、本明細書に開示される屈曲部は、いくつかの例として、蒸発凝縮器、空冷凝縮器、閉回路流体冷却器、閉回路冷却塔、開回路冷却塔、乾式冷却器、氷蓄熱システム、蓄熱コイル、及び／又は氷水冷却コイルなどの様々な熱交換装置において利用され得る。

Claims (64)

1. 加圧された作動流体を受け入れるための入口ヘッダと、
   前記加圧された作動流体を収集するための出口ヘッダと、
   前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとを接続して前記加圧された作動流体が前記入口ヘッダから前記出口ヘッダに流れることを可能にする蛇行回路管と、
   を備える間接熱交換器圧力容器であって、
   前記蛇行回路管は、配管部と、前記配管部を接続する戻り屈曲部と、を備え、
   前記戻り屈曲部は、制御された皺状部分を有し、
   前記制御された皺状部分は、交互のリッジと溝とを含む、間接熱交換器圧力容器。
2. 前記入口ヘッダ、前記出口ヘッダ、及び前記蛇行回路管は、少なくとも１５０ｐｓｉｇの内圧で動作するように構成されている、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
3. 前記入口ヘッダ、前記出口ヘッダ、及び前記蛇行回路管は、少なくとも４１０ｐｓｉｇの内圧で動作するように構成されている、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
4. 前記入口ヘッダ、前記出口ヘッダ、及び前記蛇行回路管は、少なくとも１２００ｐｓｉｇの内圧で動作するように構成されている、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
5. 前記蛇行回路管は、前記蛇行回路管の前記戻り屈曲部と前記配管部との間の接合部に一対の接点を含み、
   前記戻り屈曲部は、曲げ角度を有し、
   前記戻り屈曲部の前記制御された皺状部分は、前記蛇行回路管に沿って前記接点から離間しており、
   前記戻り屈曲部の前記制御された皺状部分は、前記戻り屈曲部の内側の周りに前記曲げ角度よりも小さい角度範囲を有する、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
6. 前記戻り屈曲部の前記制御された皺状部分は、前記戻り屈曲部の内輪に正弦パターンを含み、
   前記正弦パターンは、前記屈曲部の前記リッジに山を及び前記溝に谷を含む、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
7. 前記戻り屈曲部の前記制御された皺状部分は、前記戻り屈曲部の前記正弦パターンと交差する円弧パターンを含み、
   前記円弧パターンは、前記山と交差する山の弧と、前記谷と交差する谷の弧と、を備える、請求項６の間接熱交換器圧力容器。
8. 前記山の弧は、第１の曲率半径を有し、
   前記谷の弧は、第２の曲率半径を有し、
   前記第１の曲率半径と前記第２の曲率半径とは、実質的に同じである、請求項７の間接熱交換器圧力容器。
9. 前記リッジは、前記蛇行回路管の前記配管部に隣接する端部リッジを含み、
   前記端部リッジのうち少なくとも１つは、前記リッジ及び前記溝の周りの前記加圧された作動流体の流れを滑らかにするためのテーパ状導入部分を含む、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
10. 前記戻り屈曲部は、屈曲部半径を有すると共に、前記戻り屈曲部の内部の周りに延在する管状側壁を含み、
    前記管状側壁は、前記戻り屈曲部の各リッジにおける第１の半円形内壁部分と、第１の外壁部分と、前記第１の半円形内壁部分と前記外壁部分とを接続する前記戻り屈曲部内部の両側の一対の第１の接続壁部分と、を含み、
    前記第１の半円形内壁部分、前記外壁部分、及び前記第１の接続壁部分は、半径方向に位置合わせされており、
    前記管状側壁は、前記戻り屈曲部の各溝における第２の半円形内壁部分と、第２の外壁部分と、前記第２の半円形内壁部分と前記第２の外壁部分とを接続する前記戻り屈曲部内部の両側の一対の接続壁部分と、を含み、
    前記第２の半円形内壁部分、前記外壁部分、及び前記第２の接続壁部分は、半径方向に位置合わせされている、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
11. 前記第１の半円形内壁部分は、第１の曲率半径を有し、
    前記第２の半円形壁部分は、前記第１の曲率半径と実質的に同じ第２の曲率半径を有する、請求項１０の間接熱交換器圧力容器。
12. 前記第１の半円形内壁部分は、第１の角度範囲を有し、
    前記第２の半円形内壁部分は、第２の角度範囲を有し、
    前記第１の角度範囲及び前記第２の角度範囲は、それぞれ９０度より大きい、請求項１０の間接熱交換器圧力容器。
13. 前記第１の角度範囲は、前記第２の角度範囲よりも大きい、請求項１２の間接熱交換器圧力容器。
14. 前記蛇行回路管の前記配管部は、複数対の配管部を備え、
    前記戻り屈曲部は、前記配管部の対を接続する複数の戻り屈曲部を備える、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
15. 前記戻り屈曲部は、
    前記制御された皺状部分の第１の制御された皺状部分を含む第１の屈曲部と、
    前記制御された皺状部分の第２の制御された皺状部分を含む第２の屈曲部と、
    前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部とを接続する前記蛇行回路管の直線部分と、
    を備える、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
16. 前記第１の屈曲部は、９０度以上の第１の曲げ角度を有し、
    前記第２の屈曲部は、９０度以下の第２の曲げ角度を有する、請求項１５の間接熱交換器圧力容器。
17. 前記戻り屈曲部は、複数の戻り屈曲部を備えており、
    前記蛇行回路管の前記戻り屈曲部は、全て同一平面上にある中心線を有する、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
18. 前記戻り屈曲部は、１８０度の曲げ角度を有し、
    前記屈曲部の前記制御された皺状部分は、１８０度以下の弧長を有する、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
19. 前記蛇行回路管の前記配管部は、非円形断面形状を有する配管部を含む、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
20. 前記制御された皺部分は、少なくとも１つのテーパ状導入部分を含む、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
21. 前記蛇行回路管は、外径（ＯＤ）を有し、
    前記蛇行回路管は、壁厚（ＷＴ）を有し、
    前記戻り屈曲部は、中心線半径（ＣＬＲ）を有し、
    前記戻り屈曲部は、以下の方程式によって与えられる屈曲部複雑度係数（Ｃ_Ｂ）を有する（ただし、前記屈曲部複雑度係数は１０以上である）、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
    

    
22. 前記屈曲部複雑度係数は、２０以下である、請求項２１の間接熱交換器圧力容器。
23. 前記蛇行回路管は、複数の蛇行回路管を含み、
    前記蛇行回路管は、互いに接触する、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
24. 前記蛇行回路管は、複数の蛇行回路管を含み、
    前記蛇行回路管戻り屈曲部は、互いに接触しない、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
25. 前記蛇行回路管の前記戻り屈曲部は、非円形断面形状を有する、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
26. 前記蛇行回路管の前記戻り屈曲部は、楕円形断面形状を有する、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
27. 前記制御された皺状部分は、前記戻り屈曲部を二等分する平面について非対称である、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
28. 前記戻り屈曲部は、１８０度の曲げ角度を有し、
    前記制御された皺状部分は、前記戻り屈曲部を二等分する平面について非対称である、請求項１の間接熱交換器圧力容器。
29. 加圧された作動流体を受け入れるための入口ヘッダと、
    前記加圧された作動流体を収集するための出口ヘッダと、
    前記入口及び出口ヘッダを接続して前記入口ヘッダから前記出口ヘッダへの前記加圧された作動流体の流れを可能にするとともに、配管部と、前記配管部を接続する戻り屈曲部と、を含む蛇行回路管と、
    を備える間接熱交換器圧力容器であって、
    前記蛇行回路管は、前記戻り屈曲部と前記配管部との間の接合部に接点を有しており、
    前記戻り屈曲部は、曲げ角度と、制御された皺状部分と、を備え、
    前記制御された皺状部分は、前記蛇行回路管に沿って前記接点から離間しており、
    前記制御された皺状部分は、前記戻り屈曲部の内側の周りに前記曲げ角度よりも小さい角度範囲を有する、間接熱交換器圧力容器。
30. 前記戻り屈曲部の前記制御された皺状部分は、リッジ及び溝を含み、
    前記リッジは、前記接点から離間した端部リッジを含む、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
31. 前記戻り屈曲部の前記制御された皺状部分は、前記接点から離間した端部リッジを含み、
    前記端部リッジのうち少なくとも１つは、前記皺状部分の周りの作動流体流を滑らかにするためのテーパ状導入部分を含む、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
32. 前記端部リッジはいずれも、前記皺状部分の周りの作動流体流を滑らかにするためのテーパ状導入部分を含む、請求項３１の間接熱交換器圧力容器。
33. 前記戻り屈曲部の前記制御された皺状部分は、交互のリッジ及び溝を含み、
    前記リッジ及び溝は、前記戻り屈曲部の周りで変動する振幅を有する、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
34. 前記リッジ及び溝は、第１の複数のリッジ及び溝を含み、
    前記第１の複数のリッジ及び溝は、前記戻り屈曲部の周りで前記接点のうち一方から遠ざかるように延在するにつれて振幅が増加する、請求項３３の間接熱交換器圧力容器。
35. 前記リッジ及び溝は、前記第１の複数のリッジ及び溝と他方の接点との中間に第２の複数のリッジ及び溝を含み、
    前記第２の複数のリッジ及び溝は、前記第２の複数のリッジ及び溝が前記他方の接点に向かって前記第１の複数のリッジ及び溝から遠ざかるように延在するにつれて振幅が減少する、請求項３４の間接熱交換器圧力容器。
36. 前記戻り屈曲部の前記制御された皺状部分は、前記戻り屈曲部の内側の周りに前記戻り屈曲部角度よりも少なくとも５度小さい角度範囲を有する、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
37. 前記蛇行回路管は、外径（ＯＤ）及び壁厚（ＷＴ）を有し、
    前記戻り屈曲部は、中心線半径を有し、
    前記戻り屈曲部の前記制御された皺状部分は、前記中心線半径よりも大きい前記戻り屈曲部の構造的中心線半径（ＣＣＬＲ）を提供し、
    前記戻り屈曲部は、以下の関係によって決定される屈曲部複雑度係数（Ｃ_Ｂ）を有する（ただし、Ｃ_Ｂは、内部マンドレルなしでの戻り屈曲部の屈曲を可能にする）、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
    

    
38. Ｃ_Ｂは、およそ１０以下である、請求項３７の間接熱交換器圧力容器。
39. 前記蛇行回路管は、それぞれ外径（ＯＤ）及び壁厚（ＷＴ）を有し、
    ＯＤ≧２０×Ｗ
    である、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
40. 前記入口ヘッダ、前記出口ヘッダ、及び前記蛇行回路管は、少なくとも１５０ｐｓｉｇの内圧で動作するように構成されている、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
41. 前記入口ヘッダ、前記出口ヘッダ、及び前記蛇行回路管は、少なくとも４１０ｐｓｉｇの内圧で動作するように構成されている、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
42. 前記入口ヘッダ、前記出口ヘッダ、及び前記蛇行回路管は、少なくとも１２００ｐｓｉｇの内圧で動作するように構成されている、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
43. 前記戻り屈曲部は、前記配管部のうち１つに隣接した第１の戻り屈曲部と、別の１つの配管部に隣接した第２の戻り屈曲部と、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部とを接続する接続部分と、を備えており、
    前記曲げ角度は、前記第１の屈曲部の第１の曲げ角度及び前記第２の屈曲部の第２の曲げ角度を備えており、
    前記制御された皺状部分は、前記第１の屈曲部の第１の制御された皺状部分及び前記第２の屈曲部の第２の制御された皺状部分を備えており、
    前記第１の皺状部分は、前記第１の屈曲部の内側の周りに前記第１の曲げ角度よりも小さい第１の角度範囲を有し、
    前記第２の制御された皺状部分は、前記第２の屈曲部の内側の周りに前記第２の曲げ角度よりも小さい第２の角度範囲を有する、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
44. 前記曲げ角度は、１８０度であり、
    前記制御された皺状部分の前記角度範囲は、１７０度未満である、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
45. 前記戻り屈曲部は、１０以上の屈曲部複雑度係数を有する、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
46. 前記戻り屈曲部は、２０以下の屈曲部複雑度係数を有する、請求項２９の間接熱交換器圧力容器。
47. 加圧された作動流体を受け入れるための入口ヘッダと、
    前記加圧された作動流体を収集するための出口ヘッダと、
    前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとを接続して前記入口ヘッダから前記出口ヘッダへの前記加圧された作動流体の流れを可能にするとともに、配管部と、前記配管部を接続する戻り屈曲部と、を含む蛇行回路管と、
    を備える間接熱交換器圧力容器であって、
    前記戻り屈曲部は、前記戻り屈曲部の内輪に正弦波パターンを有する内側部分を備え、
    前記正弦波パターンは、山及び谷を含み、
    前記屈曲部の前記内側部分は、前記正弦波パターンと交差する円弧パターンを含み、
    前記円弧パターンは、前記山と交差する山の弧と、前記谷と交差する谷の弧と、を備える、間接熱交換器圧力容器。
48. 前記山の弧は、第１の曲率半径を有し、
    前記谷の弧は、第２の曲率半径を有し、
    前記山の弧の第１の曲率半径と前記谷の弧の第２の曲率半径とは、実質的に同じである、請求項４７の間接熱交換器圧力容器。
49. 前記山の弧は、前記谷の弧の角度範囲よりも大きい角度範囲を有する、請求項４７の間接熱交換器圧力容器。
50. 前記蛇行回路管は、中心線を有し、
    前記山の弧は、それぞれ前記中心線の半径方向内側に中心を有し、
    前記谷の弧は、それぞれ前記中心線の半径方向外側に中心を有する、請求項４７の間接熱交換器圧力容器。
51. 前記戻り屈曲部は、中線平面を有し、
    前記正弦パターンは、前記中線平面内にあり、
    前記山の弧は、前記中線平面に対して垂直であり、
    前記谷の弧は、前記中線平面に対して垂直である、請求項４７の間接熱交換器圧力容器。
52. 前記正弦パターンは、前記配管部に隣接した端部山部分を含み、
    前記端部山部分のうち少なくとも１つは、テーパ状導入セグメントを含む、請求項４７の間接熱交換器圧力容器。
53. 前記正弦パターンは、周期及び振幅を有し、
    前記周期及び前記振幅のうち少なくとも一方は、前記戻り屈曲部の周りで変動する、請求項４７の間接熱交換器圧力容器。
54. 前記正弦パターンは、前記配管部のうち１つに隣接した第１の最小振幅と、前記配管部のうち別の１つに隣接した第２の最小振幅と、前記屈曲部の前記内輪に沿った前記第１及び第２の最小振幅の中間の最大振幅と、を含む、請求項５３の間接熱交換器圧力容器。
55. 前記山及び谷の弧は、それぞれ少なくとも１００度の角度範囲を有する、請求項４７の間接熱交換器圧力容器。
56. 前記山の弧は、それぞれ第１の曲率半径及び第２の曲率半径を含み、
    前記谷の弧は、それぞれ第３の曲率半径及び第４の曲率半径を含み、
    前記第１の曲率半径と前記第３の曲率半径とは、実質的に同じであり、
    前記第２の曲率半径と前記第４の曲率半径とは、実質的に同じである、請求項４７の間接熱交換器圧力容器。
57. 前記山の弧は、第１の楕円形の一部によって定義される形状を有し、
    前記谷の弧は、第２の楕円形の一部によって定義される形状を有する、請求項４７の間接熱交換器圧力容器。
58. 前記第１の楕円形は、第１の長寸法及び第１の短寸法を有し、
    前記第２の楕円形は、第２の長寸法及び第２の短寸法を有し、
    前記第１の長寸法は、前記第２の長寸法と実質的に同じであり、
    前記第１の短寸法は、前記第２の短寸法と実質的に同じである、請求項５７の間接熱交換器圧力容器。
59. 配管部と、前記配管部を接続する戻り屈曲部と、を備える複数の蛇行回路管を備える間接熱交換器であって、前記戻り屈曲部は、制御された皺状部分を有する皺状屈曲部を含む、間接熱交換器と、
    前記蛇行回路管に対して空気流を発生するように動作可能な送風機と、
    前記蛇行回路管上に蒸発性液体を分配するように構成された蒸発性液体分配アセンブリと、
    前記蛇行回路管から蒸発性液体を受け入れるための液溜めと、
    前記液溜めから前記蒸発性液体分配アセンブリに蒸発性流体を圧送するように動作可能なポンプと、
    を備える、閉回路冷却塔。
60. 前記間接熱交換器は、加圧された作動流体を受け入れるための入口ヘッダと、前記加圧された作動流体を収集するための出口マニホルドと、を含み、
    前記蛇行回路管は、前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとを接続し、
    前記蛇行回路管は、前記入口ヘッダから前記出口ヘッダへの加圧された作動流体の流れを可能にし、
    前記入口ヘッダ、前記出口ヘッダ、及び前記蛇行回路管は、少なくとも１５０ｐｓｉｇの内圧で動作するように構成されている、請求項５９の閉回路冷却塔。
61. 各蛇行回路管の前記戻り屈曲部は、第１の皺状屈曲部を含み、
    前記蛇行回路管は、前記蛇行回路管の前記第１の皺状屈曲部と隣接する配管部との間の接合部に接点を含み、
    前記第１の皺状屈曲部は、曲げ角度を有し、
    前記第１の皺状戻り屈曲部の前記制御された皺状部分は、前記蛇行回路管に沿って前記接点から離間しており、
    前記第１の皺状戻り屈曲部の前記制御された皺状部分は、前記第１の皺状戻り屈曲部の内側の周りに前記曲げ角度よりも小さい角度範囲を有する、請求項５９の閉回路冷却塔。
62. 前記制御された皺状部分は、前記皺状屈曲部の内輪に正弦波パターンを含み、
    前記正弦波パターンは、山及び谷を含み、
    前記制御された皺状部分は更に、前記正弦波パターンと交差する円弧パターンを含み、
    前記円弧パターンは、前記山と交差する山の弧と、前記谷と交差する谷の弧と、を備える、請求項５９の閉回路冷却塔。
63. 前記蛇行回路管は、それぞれ中心線を有し、
    各蛇行回路管の前記山の弧は、前記蛇行回路管の前記中心線の半径方向内側に中心を有し、
    各蛇行回路管の前記谷の弧は、前記蛇行回路管の前記中心線の半径方向外側に中心を有する、請求項６２の閉回路冷却塔。
64. 直接熱交換器を更に備え、
    前記蒸発性液体分配アセンブリは、前記直接熱交換器上に蒸発性液体を分配するように構成されている、請求項５９の閉回路冷却塔。
    

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