KR20230132802A - 통제된 주름 굽힘부들을 구비한 간접식 열교환기 압력용기 - Google Patents

통제된 주름 굽힘부들을 구비한 간접식 열교환기 압력용기 Download PDF

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다니엘 이. 파커
아드바이트 다믈레
프랭크 티. 모리슨
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벌티모어 에어코일 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 일 형태에 따라 제공되는 간접식 열교환기 압력용기는 예컨데 물, 글리콜, 암모니아, 및/또는 이산화탄소인 고압 작동 유체를 수용하는 유입 헤더를 포함한다. 상기 간접식 열교환기 압력용기는 고압 작동 유체를 수집하는 유출 헤더와, 상기 유입 헤더와 유출 헤더를 연결하는 서펀틴 회로 튜브를 포함한다. 상기 서펀틴 회로 튜브는 고압 작동 유체가 유입 헤더로부터 유출 헤더로 유동함을 허용한다. 상기 서펀틴 회로 튜브는 활주부들 및 활주부들을 연결하는 복귀 굽힘부를 포함한다. 상기 복귀 굽힘부는 교번적인 융기부들 및 홈들을 구비한 통제 주름부를 포함한다. 상기 교번적인 융기부들 및 홈들은 복귀 굽힘부를 보강하고, 간접식 열교환기 압력용기는 높은 내부 작동 압력에서의 작동 유체의 열전달을 용이하게 한다.

Description

통제된 주름 굽힘부들을 구비한 간접식 열교환기 압력용기
[관련 출원의 상호 참조]
본원은 2021.01.18.자로 출원된 미국 특허 가출원 제63/138,655호 및 2021.10.22.자로 출원된 미국 특허 가출원 제63/270,953호에 기초한 우선권주장을 수반하는바, 이 문헌들은 그 전체가 참조로서 여기에 포함된다.
[기술 분야]
본 발명은 간접식 열교환기에 관한 것으로서, 구체적으로는 서펀틴 회로 튜브들을 구비한 간접식 열교환기에 관한 것인데, 이 간접식 열교환기는 서펀틴 회로 튜브를 통해서 고압 작동 유체를 운반하는 복수의 성형된 굽힘부들을 구비하고, 서펀틴 회로 튜브 내부의 상기 작동 유체와 서펀틴 회로 튜브 외부의 유체 간의 열전달을 허용한다. 상기 작동 유체 및 외부 유체는 각각, 기체, 액체, 또는 기체와 액체의 혼합물일 수 있다.
공지된 열교환기에는 직접식 열교환기와 간접식 열교환기가 포함된다. 직접식 열교환기에서는 유체들 간의 접촉에 의하여 작동 유체와 다른 유체 간으로 열이 전달된다. 간접식 열교환기에서는, 작동 유체와 다른 유체를 분리시키는 매체를 통해서 간접적으로 작동 유체와 다른 유체 간으로 열이 전달된다.
직접식 열교환기, 간접식 열교환기, 또는 이들 모두를 포함하는 다양한 유형의 열교환 장치들이 공지되어 있다. 공지된 열교환 장치들에는, 예컨데 개방 회로 냉각 타워(open circuit cooling tower)와 같은 개방 회로 열교환 장치와, 예컨데 폐쇄 회로 냉각 타워와 같은 폐쇄 회로 열교환 장치가 포함된다. 개방 회로 냉각 타워에서는, 예컨데 물인 작동 유체와 예컨데 주위 공기인 외부 유체 사이에서 열이 교환됨에 있어서, 작동 유체를 충전부(fill)로 배분시킴으로써 열이 교환될 수 있다. 작동 유체가 충전부를 따라서 이동함에 따라서, 작동 유체는 주위 공기에 의하여 직접적으로 냉각된다. 반면에 폐쇄 회로 냉각 타워에서는 작동 유체가 외부 유체로부터 분리된 채로 유지된다.
폐쇄 회로 열교환 장치에는, 유체를 위한 폐쇄 회로 냉각 타워, 냉장고용 증발 콘덴서, 드라이 쿨러(dry cooler), 공냉 콘덴서(air cooled condenser), 및 얼음 열저장 시스템(ice thermal storage system)이 포함된다. 이와 같은 열교환 장치들에서는, 주위 공기, 증발 유체, 또는 이들의 조합인 외부 유체와 고압 작동 유체 간의 열전달을 위하여 적어도 하나의 열교환기가 사용된다.
예를 들어, 열교환 장치는 간접식 열교환기 압력용기를 구비한 폐쇄 회로 냉각 타워를 포함할 수 있는바, 상기 간접식 열교환기 압력용기는 고압 작동 유체를 수용하는 유입 헤더, 유출 헤더, 및 상기 유입 헤더와 유출 헤더를 연결하는 간접식 열교환 코일(heat exchange coil)을 포함한다. 상기 간접식 열교환 코일은 적어도 하나의 서펀틴 회로 튜브를 포함할 수 있고, 상기 서펀틴 회로 튜브는 간접식 열교환 코일 내부의 고압 작동 유체와 간접식 열교환 코일의 외부에 있고 예컨데 증발 액체인 유체 간에 열이 전달되도록 구성된다. 유입 헤더는 열교환 장치의 상류측 부품으로부터 내부 작동 유체를 수용하고, 유출 헤더는 고압 작동 유체를 수집하며, 그 이후 작동 유체는 열교환 장치의 하류측 부품으로 향한다.
유입 헤더, 유출 헤더, 및 적어도 하나의 서펀틴 회로 튜브를 포함하는 간접식 열교환기 압력용기는 예컨데 ASME Standard B31.5 과 같은 국내 또는 국제 엔지니어링 표준을 충족시키기 위한 또는 특정 적용예에 적합한 고압을 견딜 필요가 있다. 예를 들어, 폐쇄 회로 냉각 타워의 간접식 열교환기 압력용기는 물, 클리콜(glycols), 및 염수와 같은 유체를 위하여 150 psig의 내부 압력을 견디도록 평가될 수 있다. 다른 예로서, 증발 콘덴서의 간접식 열교환기 압력용기는 예컨데 암모니아 또는 R-407C 과 같은 전형적인 냉매를 위하여 최고 410 psig 이상의 내부 압력을 견딜 수 있어야 할 수도 있다. 또 다른 예로서, 일부 증발 콘덴서는 예컨데 CO2 인 냉매를 위하여 1200 psig 이상의 내부 압력 등급을 가진 간접식 열교환기 압력용기를 구비할 수 있다.
간접식 열교환기 압력용기의 서펀틴 회로 튜브는 전형적으로 직선형 길이부들과 상기 직선형 길이부들을 연결하는 굽힘부들을 포함한다. 서펀틴 회로 튜브의 직선형 길이부들은 통상적으로 대략 180도의 굽힘부와 접합되거나, 또는 예컨데 튜브 길이부에 접합되는 두 개의 90도 굽힘부들인, 복수의 굽힘부들을 구비한 복합 굽힘부에 의하여 접합된다. 서펀틴 회로 튜브들은 열교환 장치의 조립 동안에 함께 적층될 수 있는바, 이 때 서펀틴 회로 튜브들은 전형적으로는 복귀 굽힘부들의 부위에서 서로 접촉하는 상태이고, 이 때 서펀틴 회로 튜브들은 수직으로 엇갈리는 위치들을 갖는다.
서펀틴 회로 튜브들은 종종, 먼저 예컨데 연강(mild steel) 또는 스테인리스 스틸인 금속의 길고 편평한 스트립으로부터 종장형 튜브를 성형함으로써 제작된다. 상기 편평한 금속 스트립은 전체적으로 원형인 횡단면을 갖도록 롤-성형(roll form)되고, 그것의 종방향 에지들이 연속적인 종방향 용접부에 의하여 서로 용접됨으로써 직선형 튜브가 형성된다. 다른 방안으로서, 상기 직선형 튜브를 성형하기 위하여 심리스 튜브 성형 공정(seamless tube forming process)이 이용된다. 그 다음, 결과적으로 얻어진 직선형 튜브가 그 튜브를 따라 이격된 소정 위치들에서 굽혀지고, 이에 따라 상기 튜브가 굽힘부들에 의하여 연결된 직선형 활주부들을 구비한 서펀틴 형상으로 형성된다. 튜브의 굽힘은 복잡한 공정이고, 여기에서는 종종 유압식, 전기식, 또는 수동작업에 의한 튜브 굽힘기가 사용되는데, 상기 튜브 굽힘기는 굽힘 다이(bend die), 클램프 다이(clamp die), 압력 다이(pressure die), 그리고 선택적으로는 만드렐(mandrel) 및 와이퍼 다이(wiper die)를 포함할 수 있다. 튜브 굽힘기는, 예컨데 80도, 90도, 100도, 또는 180도와 같이 임의의 요망되는 각도를 갖는 굽힘부를 형성하도록 설정될 수 있다. 전술된 바와 같이, 서펀틴 회로 튜브의 복귀 굽힘부에는, 직선형 튜브의 길이부에 의하여 연결되고 예컨데 80도 굽힘부 및 100도 굽힘부와 같은 둘 이상의 굽힘부를 각각 구비하는 복합 굽힘부들이 포함될 수 있다.
튜브에 굽힘부를 형성하기 위하여, 튜브는 튜브 굽힘부로 공급되고, 튜브의 일부분이 굽힘 다이의 요부 내에 안착된다. 상기 튜브를 위한 요부를 구비하고 있는 압력 다이 및 클램프 다이는, 상기 튜브의 반대측으로 움직여지고, 압력 다이가 튜브를 지지하도록 배치되며, 클램프 다이는 굽힘 다이와 클램프 다이 사이에서 튜브 일부분을 클램핑한다. 그 다음에는 튜브 굽힘기가 요망되는 굽힘 각도만큼 상기 굽힘 다이 및 클램프 다이를 회전 또는 피봇시킨다. 굽힘 다이 및 클램프 다이가 튜브를 지지하기 위하여 피봇함에 따라서 압력 다이는 전진하여 튜브가 굽힘 다이의 프로파일을 따라 성형됨을 보장한다. 상기 튜브에 굽힘부가 형성된 다음에는, 클램프 다이 및 압력 다이가 그들의 클램핑된 위치로부터 후퇴하고, 튜브의 다음 굽힘 위치가 튜브 굽힘기 내에 배치될 때까지 튜브가 전진되며, 상기 굽힘 다이, 클램프 다이, 및 압력 다이 모두는 그들의 초기 위치로 되돌아 움직인다. 상기 굽힘 공정은 서펀틴 회로 튜브에 각각의 굽힘부가 형성될 수 있도록 반복된다. 일부 튜브는 단일 굽힘의 튜브를 형성하기 위하여 단 한번만 굽혀지는데, 이와 같은 단일 굽힘의 튜브는 흔히 헤어핀(hairpin) 또는 캔디-케인(candy-cane) 튜브로 호칭되며, 이와 같은 튜브들은 후속하여 서로 맞대기 용접(butt weld)될 수 있다.
고압 작동 유체를 수용하는 튜브의 굽힘은 성능, 안전, 및 특정 적용예를 위한 패키징 기준을 포함하여 다양한 고려사항들 간의 균형을 잡는 공정이다. 또한, 굽힘 공정 동안 튜브 벽의 의도하지 않은 변형은 튜브 내부의 작동 유체의 압력, 튜브의 부식, 및/또는 튜브를 통하는 작동 유체의 높은 압력 강하로 인하여 튜브의 고장으로 이어질 수 있다. 일부 튜브 굽힘 공정에서는, 굽힘 동안에 튜브 벽을 지지하기 위하여 튜브 내부에 내부 만드렐이 전진되고, 튜브의 의도하지 않은 변형을 방지하기 위하여 굽힘부 내부의 추종 단부(trailing end)에서 튜브 벽을 강직하게 하기 위해 와이퍼 다이(wiper die)가 사용될 수 있다. 상기 내부 만드렐은 플러그 만드렐(plug mandrel)이거나, 또는 적어도 하나의 볼 또는 링을 구비한 것일 수 있는데, 후자의 경우 내부 만드렐은 볼 만드렐(ball mandrel)로 호칭된다.
튜브의 굽힘은 일반적으로 다음과 같은 파라미터들과 관련된다.
OD = 튜브의 외경(outside diameter)
WT = 튜브의 벽 두께
CLR = 굽힘부의 중심선 반경(centerline radius)
상기 치수들은 예컨데 인치 또는 밀리미터와 같은, 흔한 측정 단위를 사용하여 측정된다. 이 파라미터들은 다음과 같은 두 가지 특성 비율을 산출하기 위하여 사용된다.
벽 인자 = W = OD/WT
굽힘부의 D = CLR/OD
굽힘 공정에서 사용되는 두 개의 다른 파라미터들로서, 흔히 엑스트라도스(extrados)라고 호칭되는 굽힘부의 외측 반경(Outside Radius: OSR)과, 흔히 인트라도스(intrados)라고 호칭되는 굽힘부의 내측 반경(Inside Radius: ISR)이 있다.
상기 비율들 W 및 D 는 굽힘의 복잡도를 나타내는 단일 인자로 통합된다. 이 인자는 다음과 같이 계산된다.
굽힘 복잡도 =
상기 값들 W, D, 및/또는 CB 는 공백 굽힘(empty bending)이라고 호칭되는 내부 만드렐없는 굽힘부 성형이 이루어질 수 있는지 여부 또는 만드렐 굽힘으로 호칭되는 공정에 해당되는 내부 만드렐이 필요한 공정인지 여부를 결정하는데 이용될 수 있다. 만드렐 굽힘에 있어서는, 상기 비율들이, 내부 만드렐이 복수 볼 만드렐, 단일 볼 만드렐, 또는 단순한 플러그 만드렐이어야 하는지 여부를 결정함에 도움이 될 수 있다. 마지막으로, 상기 비율들은 와이퍼 다이가 내부 만드렐과 조합되어야 할 필요가 있는지 여부를 결정하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 다양한 굽힘 복잡도에 관한 추천 공정이 아래 표 1 (굽힘 복잡도 값들과 추천 굽힘 공정의 표)에 제시되어 있다.
C B 값 추천 굽힘 공정
5 미만 공백 굽힘
5 - 10 내부 만드렐이 추천됨; 와이퍼 다이는 필요하지 않음
10 - 20 플러그 또는 볼의 내부 만드렐이 필요함; 와이퍼 다이는 선택적
20 - 50 복수 볼의 내부 만드렐이 필요함; 와이퍼 다이가 필요함
50 초과 고압 내부 만드렐 및 와이퍼 다이가 필요함
필요시되는 굽힘 공정의 유형을 결정하기 위하여 산업 표준 튜브 굽힘 차트 상에서 W, D, 및/또는 CB 비율들을 찾아봄이 일반적이다. 예를 들어, 외경이 1 인치이고, 중심선 반경이 2 인치이고, 벽 두께가 0.05인치인 튜브를 굽히기 위한 공정 파라미터들을 결정함에 있어서, 비율들 W 및 D 는 다음과 같다.
산업 표준 튜브 굽힘 차트에 의하면, W 비율이 20 이고 D 비율이 2 임을 감안하여, 1 볼을 가진 정규 피치(regular pitch)의 내부 만드렐에 와이퍼 다이를 보충하여 사용되어야 한다고 추천될 수 있다.
대안적으로, 상기 예시적인 굽힘부의 CB 는 다음과 같다.
표 1 을 참조하면, 이와 같은 CB 값도 내부 만드렐의 사용을 추천하지만, 와이퍼 다이는 선택적일 수 있음을 나타낸다. 만들렐과 와이퍼의 추천에 있어서의 작은 차이는, 굽힘부 구성형태의 소정량의 유연성을 나타내는데, 여기에서 내부 만드렐 및/또는 와이퍼 다이의 부존재는 종종 도구 설계안 및 튜브 재료의 선택에 의해 보완될 수 있다.
전술된 굽힘 복잡도 값(CB)의 범위와 산업계에서 사용된 종래의 굽힘 차트는, 굽힘 공정 동안에 튜브가 안착되는 굽힘 다이 및 클램프 다이에 의해 형성되는 도구 홈의 프로파일이 둥근 튜브의 형상과 상보적인 원형일 것이라는 추정을 기초로 한 것이다. 그러나, 최근 수년 동안에 굽힌 도구 설계에서는 몇 가지 진전이 있었으며, 굽힘 공정 동안에 튜브를 압착 및 지지하기 위하여 도구 홈 내에 복합 반경(composite radius)을 가진 굽힘 도구를 설계함이 가능하게 되었고, 공백 굽힘의 범위가 CB 값으로 대략 5 로부터 대략 12 로 확장되었다.
이 값을 넘어서면, 특히 CB 값이 20에 접근하거나 이를 초과하는 때에는, 튜브 굽힘을 성공적으로 수행하기 위하여 내부 만들렐 및 와이퍼 다이를 사용함이 점진적으로 더 필요하게 된다. 내부 만드렐을 사용하는 굽힘 공정은 몇가지 단점들을 가지고 있는바, 이 단점들에는: 만드렐의 사용으로 인하여 비용을 증가시키는 추가적 도구가 필요하게 되고; 만드렐이 정확히 사용되지 않는 경우에는 스크랩(scrap)이 증가할 수 있고; 사이클 시간이 증가할 수 있고, 또한 윤활제 및 윤활 이후의 환경 완화(environmental mitigation)를 위한 비용 및 시간을 추가시키는 윤활제의 사용을 필요로 하게 된다는 점이 포함된다.
CB 가 20 에 접근 및 초과함에 있어서의 한 가지 이슈는, 관련된 만드렐 굽힘이 튜브의 연속적인 길이에 한계를 부여한다는 점이다. 서펀틴 회로 튜브들은 소정 적용예들에서 400 피트에 이르는 매우 긴 길이를 가질 수 있다. 셋업(setup) 및 만드렐 로드(mandrel rod)의 길이에 있어서의 물리적 한계는, 다수의 굽힘부를 가진, 길고 연속적인 서펀틴 회로 튜브들을 굽히는데에는 내부 만드렐이 사용될 수 없다는 것을 의미한다. 이것은, 제조사들로 하여금, 튜브의 짧은 세그먼트(종종 캔디-케인으로 호칭됨)에 하나 또는 두 개의 굽힘부를 형성하고, 그 다음에 튜브 세그먼트들을 서로 용접하여서 대형 회로를 생성하게끔 강제한다. 이것은 단지 추가적인 노동력 및 비용을 초래할 뿐만 아니라, 추가적인 맞대기 용접으로 인하여 누설 가능성이 증가하게 되고, 서펀틴 회로 튜브가 겪게 될 높은 작동 압력으로 인해 많은 적용예들에서 허용되지 않을 수 있다.
CB 가 20 에 접근 및 초과함에 있어서의 다른 한 가지 이슈는, 관련된 내부 만드렐 굽힘부가 굽힘부의 중립축(neutral axis)을 굽힘부의 내측에 가깝게 이동시키고, 이로 인하여 굽힘부의 외벽 부분이 과도하게 얇게 됨이 초래될 수 있다는 점이다. 굽힘부의 외벽 부분이 얇게 되면 서펀틴 회로 튜브가 약해질 수 있으며, 이로 인하여 서펀틴 회로 튜브가 특정 적용예를 위한 작동 유체의 압력을 견디지 못할 수 있다. 또한 굽힘부 외벽이 과도하게 얇아지면 굽힘부들을 형성하는 때에 공정상 변동이 유발될 수 있고, 이것은 굽힘부 부위에서의 품질 저하를 초래할 수 있다.
전술된 이슈들로 인하여, 제조사들이 튜브 굽힘을 위하여 내부 만드렐을 사용함을 회피함이 바람직하게 된다. 소정의 OD 를 가진 튜브를 위하여 내부 만드렐을 사용함을 회피하는 일 방안은 굽힘부가 공백 굽힘의 범위에 놓이도록 WT 또는 CLR 을 적절한 값으로 증가시키는 것이다. 그러나, 작동 면에서 그러한 상대적으로 두꺼운 벽을 필요로 하지 않는 제품을 제작하는 제조사에게 벽 두께(WT)를 증가시킴을 선택안이 아닐 수 있다. 어떤 경우에서는, 두꺼운 벽이 유체측 압력 강하를 증가시킬 수 있고, 제품의 열효율이 낮게 될 수 있으며, 조립체의 중량을 증가시키고, 서펀틴 회로 튜브의 재료 비용을 증가시킬 수 있다. 또한, 서펀틴 회로 튜브가 다른 작동상 고려사항을 위한 주어진 공간 내에 설치될 필요가 있는 경우에는 CLR 증가가 선택안이 아닐 수 있다. 또한, 소정의 경우에 CLR 증가는 전체적인 코일 열효율 및 수력학적 효율에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
본 발명은 개선된 서펀틴 회로 튜브들을 구비한 간접식 열교환기를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 따라 제공되는 간접식 열교환기 압력용기는 고압 작동 유체를 수용하는 유입 헤더, 고압 작동 유체를 수집하는 유출 헤더, 및 상기 유입 헤더와 유출 헤더를 연결하고 고압 작동 유체가 유입 헤더로부터 유출 헤더로 유동함을 허용하는 서펀틴 회로 튜브를 포함한다. 상기 고압 유체의 일부 예로서는, 예를 들어 물, 글리콜, 글리콜 혼합물, 암모니아, 또는 이산화탄소가 포함될 수 있다. 상기 고압 유체는 예컨데 물과 같은 액체 또는 예컨데 냉매 액체 및 냉매 증기와 같은 액체/기체 조합물일 수 있다. 상기 서펀틴 회로 튜브는 활주부들 및 상기 활주부들을 연결하는 복귀 굽힘부를 포함한다. 복귀 굽힘부는 교번적인 융기부들 및 홈들을 구비하는 통제 주름부를 포함한다. 상기 복귀 굽힘부의 통제 주름부는 간접식 열교환기 압력용기의 작동 동안의 내부 압력을 지탱하는 강성 구조를 제공한다. 또한, 통제 주름부는, 복귀 굽힘부의 실제 굽힘부 중심선 반경보다 큰, 구조상 굽힘부 중심선 반경을 제공한다. 상기 구조상 굽힘부 중심선 반경이 커질 수록, 동일한 외경 및 벽 두께를 갖는 기존의 서펀틴 회로 튜브의 복귀 굽힘부에 비하여 복귀 굽힘부에 관한 굽힘 복잡도 인자가 감소한다. 굽힘 복잡도 인자가 감소함으로 인하여, 통제 주름부들을 구비한 복귀 굽힘부가 내부 만드렐의 사용없이 굽혀질 수 있으며, 이로 인하여 서펀틴 회로 튜브의 제조 공정이 단순화된다.
또한 본 발명에 의하여 제공되는 간접식 열교환기 압력용기는 고압 작동 유체를 수용하는 유입 헤더, 고압 작동 유체를 수집하는 유출 헤더, 및 유입 헤더로부터 유출 헤더로의 고압 작동 유체의 유동을 허용하도록 유입 헤더와 유출 헤더를 연결하는 서펀틴 회로 튜브를 포함한다. 상기 서펀틴 회로 튜브는 활주부들, 상기 활주부들을 연결하는 복귀 굽힘부, 및 상기 활주부들과 복귀 굽힘부를 연결하는 연접부들에 있는 접점들을 포함한다. 상기 복귀 굽힘부는 굽힘 각도와 통제 주름부를 포함한다. 통제 주름부는 서펀틴 회로 튜브를 따라서 접점들로부터 이격되고, 상기 복귀 굽힘부의 내측 주위에 상기 굽힘 각도보다 작은 각도 크기를 갖는다. 이와 같은 방식으로, 상기 통제 주름부는 복귀 굽힘부의 인트라도스 전체보다 작은 것을 위한 대응되는 통제 주름부 형성 특징부들(controlled wrinkle-forming features)을 구비한 굽힘 다이를 사용하여 형성될 수 있고, 이로써 상기 서펀틴 회로 튜브가 굽힘 다이로부터 길이방향으로 미끄러져 배출됨을 허용하고, 또한 서펀틴 회로 튜브에 복귀 굽힘부들이 형성되는 속도를 증가시킨다. 일 실시예에서, 상기 통제 주름부에 포함된 융기부들의 진폭들은 접점들에 인접하여 상대적으로 작고, 주름부가 상기 접점들로부터 멀리 연장됨에 따라서 증가하는바, 이와 같은 구성은, 복귀 굽힘부를 통하는 유체 유동에 대한 저항을 감소시키며, 또한 주름 융기부들의 테이퍼지지 않은 또는 완화되지 않은 구성형태에 대해 상대적으로, 복귀 굽힘부에서의 내부 유체 압력 강하를 감소시킨다.
다른 일 형태에서 제공되는 간접식 열교환기 압력용기는 고압 작동 유체를 수용하는 유입 헤더, 유출 헤더, 및 유입 헤더로부터 유출 헤더로의 고압 작동 유체의 유동을 허용하도록 유입 헤더와 유출 헤더를 연결하는 서펀틴 회로 튜브를 포함한다. 서펀틴 회로 튜브는 한 쌍의 활주부들 및 상기 활주부들을 연결하는 복귀 굽힘부를 포함한다. 상기 복귀 굽힘부는 복귀 굽힘부의 인트라도스에 사인파 패턴을 구비하는 내측 부분을 포함하고, 상기 사인파 패턴는 고점부들 및 저점부들을 구비한다. 상기 굽힘부의 내측 부분은 상기 사인파 패턴과 교차하는 아크 패턴를 포함하고, 상기 아크 패턴은 고점부들과 교차하는 고점부 아크들 및 저점부들과 교차하는 저점부 아크들을 포함한다. 상기 사인파 패턴과 아크 패턴의 교차에 의하여, 서펀틴 회로 튜브의 매끄럽고 연속적인 곡선형 측벽이 제공되는바, 이것은 상기 복귀 굽힘부를 내부 압력에 대해 강화시킨다. 일 실시예에서, 상기 사인파 패턴은, 얕은 고점부들 및 저점부들을 구비한 하나 이상의 단부 부분들과, 상대적으로 깊은 고점부들 및 저점부들을 구비한 중간 부분을 포함하는바, 이와 같은 구조로 인하여 일정한 고점부 및 저점부 크기를 가진 사인파 패턴에 비하여 복귀 굽힘부에 걸쳐서 내부 유체 압력 강하가 감소된다.
또한 본 발명에 의하여 제공되는 폐쇄 회로 냉각 타워는 간접식 열교환기를 포함하고, 상기 간접식 열교환기는 활주부들 및 상기 활주부들을 연결하는 복귀 굽힘부들을 구비한 복수의 서펀틴 회로 튜브들을 포함한다. 상기 복귀 굽힘부들은 통제 주름부들을 구비한 주름 굽힘부들을 포함한다. 상기 폐쇄 회로 냉각 타워는, 상기 서펀틴 회로 튜브들에 대한 공기유동을 발생시키도록 작동가능한 팬과, 상기 서펀틴 회로 튜브들에 대해 증발 액체를 배분하도록 구성된 증발 액체 배분 조립체를 포함한다. 또한 상기 폐쇄 회로 냉각 타워는, 서펀틴 회로 튜브들로부터 낙하하는 증발 액체를 수용하는 섬프와, 상기 섬프로부터의 증발 유체가 상기 증발 액체 배분 조립체로 되돌아 가도록 펌핑하게끔 작동가능한 펌프를 더 포함한다. 통제 주름 굽힘부들은, 냉각 타워의 작동 동안에 서펀틴 회로 튜브들 내부의 작동 유체에 의한 내부 압력을 견디도록 서펀틴 회로 튜브들을 강화시킨다. 또한 통제 주름 굽힘부들은, 통제 주름 굽힘부들의 실제 중심선 반경보다 더 큰 주름 굽힘부들의 구조상 중신선 반경을 제공하며, 동일한 외경 및 벽 두께를 가진 기존의 서펀틴 회로 튜브의 복귀 굽힘부에 비하여 굽힘 복잡도 인자를 감소시킨다. 상기 감소된 굽힘 복잡도 인자로 인하여, 내부 만드렐을 사용하지 않고서 상기 통제 주름 굽힘부가 굽혀짐이 가능하게 되고, 이로 인하여 서펀틴 회로 튜브의 제조 공정이 단순화된다.
도 1 에는 서펀틴 회로 튜브들을 구비한 간접식 열교환 장치의 사시도가 도시되어 있는바, 서펀틴 회로 튜브의 활주부들은 서펀틴 회로 튜브의 굽힘부들에 의해 연결되어 있다.
도 2 에는 서펀틴 회로 튜브들을 포함하는 열교환 장치의 개략도가 도시되어 있다.
도 3 에는 180도 굽힘부들에 의해 연결된 활주부들을 구비한 서펀틴 회로 튜브의 측면도가 도시되어 있다.
도 4 에는 도 3 의 점선 원 안에 있응 굽힘부의 확대도가 도시되어 있는바, 여기에는 굽힘부 내측의 통제 주름부가 도시되어 있다.
도 5 에는 도 4 의 5-5 선을 따라 취한 횡단면도가 도시되어 있는바, 여기에는 주름부의 홈 위치에서의 굽힘부의 횡단면이 도시되어 있다.
도 6 에는 도 4 의 6-6 선을 따라 취한 횡단면도가 도시되어 있는바, 여기에는 주름부의 융기부 위치에서의 굽힘부의 횡단면이 도시되어 있다.
도 7 에는 도 4 의 7-7 선을 따라 취한 횡단면도가 도시되어 있는바, 여기에는 상기 회로 튜브의 활주부들 중 하나의 횡단면이 도시되어 있다.
도 8 에는 도 4 의 굽힘부의 사시도가 도시되어 있는바, 여기에는 굽힘부 내측의 주름부와 굽힘부 외측의 매끄러운 외벽 부분이 도시되어 있다.
도 9a 에는 도 8 의 선 9A-9A 을 따라 취한 횡단면도가 도시되어 있는바, 여기에는 굽힘부와 활주부들의 접점들로부터 이격된 주름부의 사인파 패턴이 도시되어 있고, 이와 같은 이격으로 인하여 상기 주름부는 굽힘부의 굽힌 각도인 180도 미만인 각도 크기를 갖는다.
도 9b 에는 다른 실시예의 굽힘부에 관한 도 9a 와 유사한 횡단면도가 도시되어 있는바, 이 굽힘부는 사인파 패턴의 저점부들 및 융기부들의 진폭(amplitude)이 변화하는 주름부를 구비한다.
도 9c 에는 다른 실시예의 굽힘부에 관한 도 9a 와 유사한 횡단면도가 도시되어 있는바, 이 굽힘부는 사인파 패턴의 저점부들 및 융기부들의 진폭과 주기가 변화하는 주름부를 구비한다.
도 10, 11, 12, 13A, 및 13B 에는 굽힘부의 사인파 패턴을 결정하는 과정이 도시되어 있다.
도 14 에는 복귀 굽힘부의 주름부의 사인파 패턴의 일부분이 그래픽 표현으로 도시되어 있는바, 여기에는 사인파 패턴의 저점부들 및 고점부들이 도시되어 있다.
도 15 에는 복귀 굽힘부의 아크 패턴과 교차하는 복귀 굽힘부의 사인파 패턴의 일부분의 그래픽 표현이 도시되어 있는바, 상기 아크 패턴은 사인파 패턴의 고점부와 교차하는 고점부 아크와, 사인파 패턴의 저점부와 교차하는 저점부 아크를 포함한다.
도 16a 에는 도 15 의 고점부 아크의 그래픽 표현이 도시되어 있는바, 여기에는 고점부 아크의 곡률반경, 각도 크기, 및 중심이 도시되어 있으며, 상기 중심은 서펀틴 회로 튜브의 중심선에 대해 반경방향 내측에 위치한다.
도 16b 에는 복합 곡률반경을 가진 고점부 아크에 관한, 도 16a 와 유사한 그래픽 표현이 도시되어 있다.
도 16c 에는 타원의 일부분에 의해 정의되는 형상을 가진 고점부 아크에 관한, 도 16a 와 유사한 그래픽 표현이 도시되어 있다.
도 17a 에는 도 15 의 저점부 아크의 그래픽 표현이 도시되어 있는바, 여기에 도시된 저점부 아크는 고점부 아크와 실질적으로 동일한 곡률반경, 고점부 아크보다 작은 각도 크기, 그리고 상기 튜브의 중심선에 대해 반경방향 외측에 있는 중심을 갖는다.
도 17b 에는 복합 곡률반경을 가진 저점부 아크에 관한, 도 17a 와 유사한 그래픽 표현이 도시되어 있다.
도 17c 에는 타원형의 일부분에 의해 정의된 형상을 가진 저점부 아크에 관한, 도 17b 와 유사한 그래픽 표현이 도시되어 있다.
도 18 의 사시도에는, 도 15 의 사인파 패턴, 고점부 아크, 및 저점부 아크, 그리고 고점부 아크와 저점부 아크를 연결하되 연속적이고 곡선형인 주름 표면 부분(wrinkled surface portion)이 도시되어 있다.
도 19 에는 튜브 굽힘기의 사시도가 도시되어 있는바, 여기에는 튜브 굽힘기의 굽힘 다이, 압력 다이, 및 클램프 다이가 도시되어 있다.
도 20 에는 도 19 의 굽힌 다이의 측면도가 도시되어 있는바, 여기에는 튜브의 주름부의 대응되는 융기부들 및 홈들을 형성하는 융기부들 및 홈들이 도시되어 있다.
도 21, 22, 23, 24, 25, 및 26 에는 도 19 의 튜브 굽힘기를 사용하여 서펀틴 회로 튜브의 굽힘부를 형성하는 과정이 도시되어 있다.
도 27 에는 굽힘 다이의 하측 부분과 도 19 의 튜브 굽힘기를 사용하여 굽혀진 튜브의 평면도가 도시되어 있는바, 여기에는 굽힘 다이의 융기부들과 굽힘부 주름부의 융기부들 간의 치합(meshed engagement)이 도시되어 있다.
도 28, 29, 및 30 에는 각각 90도, 80도, 및 100도의 굽힘 각도를 가진 굽힘부의 입면도(elevational view)가 도시되어 있다.
도 31 에는 점진적으로 편평해지는 횡단면을 가진 활주부들을 구비한 서펀틴 회로 코일(serpentine circuit coil)의 횡단면도가 도시되어 있다.
도 32 에는 3개의 접촉 지점을 가진 한 쌍의 서펀틴 회로 튜브들의 복합 굽힘부들의 입면도가 도시되어 있는바, 각각의 복합 굽힘부는 80도 굽힘부 및 100도 굽힘부를 포함한다.
도 33 에는 비대칭 주름 패턴을 가진 굽힘부의 입면도가 도시되어 있다.
도 34 에는 도 33 의 굽힘부를 형성하기 위하여 사용되는 굽힘 다이의 하측 부분의 사시도가 도시되어 있다.
도 35 에는 도 34 의 굽힘 다이의 하측 부분 및 이에 대응되는 굽힘 다이의 상측 부분의 사시도가 도시되어 있다.
도 36 에는 편평해진 횡단면을 가진 튜브의 평면도가 도시되어 있는바, 상기 튜브는 주름부를 가진 복귀 굽힘부 및 직선부들을 포함한다.
도 37a 에는 도 36 의 37A-37A 선을 따라 취한 횡단면도가 도시되어 있는바, 여기에는 주름부의 저점부에서의 상기 튜브의 타원형 횡단면이 도시되어 있다.
도 38b 에는 도 36 의 37B-37B 선을 따라 취한 횡단면도가 도시되어 있는바, 여기에는 주름부의 고점부에서의 상기 튜브의 타원형 횡단면이 도시되어 있다.
도 37c 에는 도 36 의 37C-37C 선을 따라 취한 횡단면도가 도시되어 있는바, 여기에는 상기 튜브의 직선부들 중 하나에서의 상기 튜브의 타원형 횡단면이 도시되어 있다.
도 1 에는 예컨데 코일 조립체(10)인 간접식 열교환기 압력용기가 제공되어 있는바, 상기 코일 조립체(coil assembly)(10)는 예컨데 증발 콘덴서, 폐쇄 회로 유체 쿨러, 또는 아이스 열 저장 시스템(ice thermal storage system)과 같은 열교환 장치에서 사용될 수 있다. 코일 조립체(10)는 유입 헤더(12), 유출 헤더(14), 및 서펀틴 회로 튜브(16)들을 포함한다. 서펀틴 회로 튜브(16)들 각각에 포함된 활주부(18)들은 180도 굽힘부(20)들과 연결되거나, 직선형 길이부(27)에 의하여 분리된 두 개의 90도 굽힘부들(23, 25)을 구비한 복합 굽힘부(compound bend)(21)들과 연결된다. 서펀틴 회로 튜브(16)들은, 작동 유체가 유입 헤더(12)로부터 서펀틴 회로 튜브(16)들을 통하여 유출 헤더(14)로 유동함을 허용한다.
도 2 를 참조하면, 예컨데 냉각 타워(24)인 열교환 장치가 제공되는바, 이것은 외부 구조물(26), 팬 블레이드(30)들 및 모터(들)(32)을 포함하는 적어도 하나의 팬(28), 예컨데 충전부(34)인 직접식 열교환기, 및 간접식 열교환기 압력용기(36)를 포함한다. 냉각 타워(24)는 일부 예에서처럼, 증발 콘덴서, 폐쇄 회로 냉각 타워, 또는 드라이 쿨러 열교환기일 수 있다. 간접식 열교환기 압력용기(36)는 유입 헤더(38), 회로의 활주부(39)들 및 굽힘부(40)들을 구비한 하나 이상의 서펀틴 회로 튜브(37)들, 및 유출 헤더(42)를 포함한다. 유입 헤더(38)와 유출 헤더(42)는 적용예에 따라서 역으로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 충전부(34)는 간접식 열교환기 압력용기(36) 위에 있고 그리고/또는 충전부(34)는 서펀틴 회로 튜브(37)들의 활주부들 사이에 위치한다.
도 2 를 참조하면, 냉각 타워(24)는 스프레이 조립체(44)를 구비한 증발 액체 배분 시스템(evaporative liquid distribution system)(43)을 포함하고, 상기 스프레이 조립체(44)는 예컨데 물인 증발 유체를 서펀틴 회로 튜브(37)들 및 충전부(34)로 배분하는 스프레이 노즐 또는 오리피스(46)들을 구비한다. 증발 액체 배분 시스템(43)은, 충전부(34)로부터 증발 유체를 수집하는 섬프(sump)(50)와, 상기 수집된 증발 유체를 파이프(54)를 통해서 스프레이 조립체(44)로 펌핑하는 펌프(52) 및 코일(36)을 포함한다. 냉각 타워(24)는, 하나 이상의 공기 유입부(35), 증발 액체가 냉각 타워(24)로부터 이탈함을 방지하는 유입 루버(inlet louver)(58)들, 공기 유출부(59), 및 공기가 공기 유출부(59)에서 이탈하기 전에 공기로부터 분무수(water mist)를 수집하는 제거기(56)를 더 포함한다. 팬(28)은, 서펀틴 회로 튜브(37)들 및 충전부(34)에 대해 상방향으로 향하는 공기 유동을 발생 또는 유도하도록 작동할 수 있다. 다른 실시예에서는, 냉각 타워(24)가, 냉각 타워(24)의 간접식 열교환기 및/또는 직접식 열교환기에 대해 상방향, 하방향, 또는 횡방향인 공기 유동을 유도하도록 구성된 하나 이상의 팬을 포함할 수 있다.
도 3 을 참조하면, 여기에는 예컨데 도 1 에 도시된 코일 조립체(10)와 같은 열교환 장치 또는 도 2 를 참조로 하여 전술된 냉각 타워(24)에서 활용될 수 있는 서펀틴 회로 튜브(70)가 제공되어 있다. 서펀틴 회로 튜브(70)는 내부 통로(72) 및 내부 통로 주위로 연장된 튜브형 측벽(74)을 포함한다. 서펀틴 회로 튜브는, 유입 헤더에 연결될 수 있는 단부 부분(76)과, 유출 헤더에 연결될 수 있는 단부 부분(78)을 포함한다. 적용예에 따라서, 단부 부분(76)이 유출 헤더에 교번적으로 연결될 수 있고, 단부 부분(78)이 유입 헤더에 연결될 수 있다. 서펀틴 회로 튜브(70)는 예컨데 활주부들(80, 82)인 활주부(79)들 및 굽힘부(84)들을 포함한다. 일 실시예에서, 활주부(79)들은 평행할 수 있다. 다른 실시예에서, 활주부(80)들 중 하나 이상은 횡방향으로, 예를 들어 내부 유체 배수를 허용하도록 서로에 대해 경사지게 연장된다. 서펀틴 회로 튜브(70)는 자체 배수 기능을 가진 것일 수 있는바, 이 경우에는 내부 통로(72) 내에 액체가 있다면 중력의 작용 하에서 단부 부분(78)을 향하여 아래로 이동하게 된다. 특정의 열교환 장치를 위하여, 서펀틴 회로 튜브(70)의 재료, 서펀틴 회로 튜브(70)의 외경, 측벽(74)의 벽 두께, 활주부(79)들의 개수, 활주부(79)들의 길이, 굽힘부(84)들의 개수, 굽힘부(84)들의 각도 크기, 굽힘부(84)들의 중심선 반경, 및 굽힘부(84)들의 인트라도스/엑스트라도스가 선택될 수 있다. 이 점에 있어서 다른 예로서 상기 서펀틴 회로 튜브는, 한 쌍의 활주부(79)들을 연결하는 단일의 각도 굽힘부(84) 대신에, 하나 이상의 굽힘부(84)를 포함할 수 있으며, 이 굽힘부(84)들 각각은 예컨데 90도를 이루는 한 쌍의 굽힘부들로서 도 1 에 도시된 바와 같이 복합 굽힘부(21)와 유사한 직선형 세그먼트에 의해 연결되는 한 쌍의 굽힘부들을 포함한다. 활주부(80)들은 활주부(80) 전체에 걸쳐서 원형인 횡단면을 가질 수 있다. 다른 실시예에서는, 서펀틴 회로 튜브(70)가 예컨데 타원형 또는 둥근 형태인 횡단면과 같은, 비원형 횡단면을 가진 하나 이상의 활주부(80)들을 포함한다.
서펀틴 회로 튜브(70)는 단일의 직선형 튜브로부터 성형될 수 있는바, 상기 직선형 튜브는 굽힘부(84)들을 형성하기 위하여 튜브를 따른 이격된 위치들에서 굽혀진다. 서펀틴 회로 튜브(70)는, 재료의 종장형 스트립을 튜브형 형상으로 점진적으로 롤 성형(roll forming)하고, 서펀틴 회로 튜브(70)의 길이를 따라 단일 용접의 활주부를 형성하기 위하여 상기 종장형 스트립의 종방향 에지들을 서로 용접함으로써 형성될 수 있다. 다른 방안으로써, 서펀틴 회로 튜브(70)는 복수의 개별적으로 성형된 부품들로부터 제작될 수 있다. 예를 들어, 활주부(79)들은 굽힘부(84)들에 용접된 개별의 부품들일 수 있다. 대안적으로, 서펀틴 회로 튜브(70)는, 개별의 튜브 길이부들을 서로 용접시킨 다음에 긴 용접된 튜브를 굽힘으로써 형성될 수 있다. 서펀틴 회로 튜브(70)는 예컨데 카본 스틸(carbon steel) 또는 스테인리스 스틸과 같은 금속 재료로 제작될 수 있다.
도 4 를 참조하면, 각각의 굽힘부(84)는 인트라도스(90), 엑스트라도스(92), 굽힘부(84)의 내측부(96)의 통제 주름부(94), 및 굽힘부(84)의 외측부(100)의 매끈 외측 표면(98)을 포함한다. 통제 주름부(94)는 융기부(114)들 및 홈(116)들로 이루어지고 연속적으로 곡선을 이루는 통제 주름 표면(controlled wrinkled surface)(134)을 포함한다. 상기 국부적 응력 부위를 방지하기 위하여, 상기 연속적으로 곡선을 이루는 통제 주름 표면(134)에는 에지, 코너, 또는 편평부에 의한 중단이 없다. 상기 연속적으로 곡선을 이루는 통제 주름 표면(134)은 굽힘부(84)의 융기부(114)들 및 홈(116)들에 의해 형성되는 형상을 가지며, 상기 융기부(114)들 및 홈(116)들은 적어도 부분적으로, 도 15 를 참조로 하여 아래에서 상세히 설명되는 아크 패턴(150) 및 교차하는 사인파 패턴(sinusoidal wave pattern)(110)에 의하여 정의된다. 도 4 의 굽힘부(84)는 180도의 굽힘 각도를 갖는다. 여기에서 굽힘부의 특정한 굽힘 각도에 관하여 기술하는 경우, 그 굽힘 각도는 예컨데 +/- 5도인 대략적 값을 의미하는 것으로 의도된 것이다. 일부 실시예에서, 서펀틴 회로 튜브(70)의 굽힘부(84)들 모두가 통제 주름부(94)를 구비한다. 다른 실시예에서는 굽힘부(84)들 모두보다는 적은 수의 굽힘부(84)가 통제 주름부(94)를 구비한다.
서펀틴 회로 튜브(70)는 활주부들(80, 82) 및 굽힘부(84)를 통하여 연장된 튜브 중심선(102)을 갖는다. 통제 주름부(94)는 튜브 중심선(102)으로부터 반경방향 내향에 위치하고, 그로부터는 측부 표면 부분(104)에 의해 분리된다. 매끈 외측 표면 부분(98) 및 측부 표면 부분(104)로 인하여, 매끈 내측 굽힘부를 구비하는 종래 기술의 튜브처럼, 굽힘부(84)가 통상적인 구조로 다른 서펀틴 회로 튜브의 굽힘부와 함께 적층됨이 가능하게 된다.
도 4 를 참조하면, 굽힘부(84)의 인트라도스(90)에서, 통제 주름부(94)는 도 8 및 도 9a 를 참조하여 아래에서 설명되는 바와 같이 굽힘부(84)의 인트라도스(90)에 사인파 패턴(110)을 갖는다. 통제 주름부(94)는 교번적으로 배치된 일련의 융기부(114)들 및 홈(116)들을 포함한다. 일 실시예에서, 굽힘부(84)는, 굽힘부(84)와 활주부(80, 82) 간의 접점(122, 124)과 사인파 패턴(110) 사이에 릴리프 부분(relief portion)(222, 224)을 구비한다. 상기 릴리프 부분(222, 224)은, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 굽힘 각도(220)보다 작은 통제 주름부 각도(240)를 제공함을 용이하게 한다. 릴리프 부분(222, 224)은 접점(122, 124)으로부터 지점(216, 218)까지 연장된다. 통제 주름부(94)는 지점(400)들(도 4 참조)과 지점(216, 218) 사이에서 연장되는 테이퍼 리드-인 부분(140, 142)을 더 포함하고, 사인파 패턴(110)은 여기에서 시작하고 종료한다. 일 실시예에서, 릴리프 부분(222, 224) 각각은 제1 반경을 가지며, 테이퍼 리드-인 부분(140, 142) 각각은 상대적으로 작은 제2 반경을 갖는다. 사인파 패턴(110)은, 일 지점(400)에서 시작하여 단부 융기부(118)의 고점부(130)를 통해 연장되고, 융기부(114)들 및 홈(116)들을 거치면서 요동하다가 단부 융기부(120)의 고점부(132)를 통해 연장된 다음, 다른 지점(400)에 도달한다.
융기부(114)들에는 단부 융기부(118, 120)가 포함되고, 단부 융기부(118, 120)는 선택에 따라서 테이퍼 리드-인 부분(140, 142)을 구비한다. 테이퍼 리드-인 부분(140, 142)은 사인파 패턴(110)과 릴리프 부분(222, 224) 사이에 매끄러운 천이(smooth transition)를 제공한다. 테이퍼 리드-인 부분(140, 142)은 굽힘부(84)를 통하는 작동 유체의 매끄러운 유동을 허용하고, 굽힘 동안에 굽힘부(84)의 재료가 유동함을 돕는다. 테이퍼 리드-인 부분들(140, 142), 융기부(114)들, 홈(116)들은 굽힘부(84)를 통하여 유동하는 작동 유체에 의해 유발되는 내부 유체 압력 강하를 감소시킨다. 또한, 테이퍼 리드-인 부분(140)은 서펀틴 회로 튜브(70)의 배수가 더 원활하게 이루어지도록 한다. 만일 작동 유체가 굽힘부(84)를 통하여 어느 방향(143, 145)으로든 유동할 수 있다면, 굽힘부(84)는 두 개의 테이퍼 리드-인 부분(140, 142) 모두를 구비할 수 있다. 만일 작동 유체가 굽힘부(84)를 통하여 일 방향(143, 145)으로만 유동한다면, 굽힘부(84)는 단 하나의 테이퍼 리드-인 부분(140, 142)만 구비할 수 있다.
도 9b 를 참조하면, 여기에는 굽힘부(84)와 유사한 굽힘부(84')의 횡단면이 도시되어 있는바, 이것은 굽힘부(84')의 중간선(midline)에 사인파 패턴(110')을 구비한다. 굽힘부(84')는, 굽힘부(84') 둘레를 따라서 진폭이 변화하는 융기부(114')들 및 홈(116')들을 구비한다. 구체적으로, 활주부(80', 82')에 가까운 융기부(114')들 및 홈(116')들은 작은 진폭을 가지며, 굽힘부(84')의 중간에 가까운 융기부(114')들 및 홈(116')들은 상대적으로 큰 진폭을 갖는다. 예를 들어, 융기부들(114A', 114B')은 융기부들(114C', 114D')보다 큰 진폭을 갖는다. 융기부(114')들 및 홈(116')들의 진폭이 보다 점진적으로 증가함으로 인하여 굽힘부(84')를 통하는 유체 유동에 대한 저항이 감소되고, 이로써 일부 적용예에서 굽힘부(84)에 비하여 굽힘부(84')가 굽힘부(84')에 걸쳐서 상대적으로 작은 압력 강하를 갖게 된다. 또한 융기부(114')들 및 홈(116')들의 진폭의 보다 점진적인 증가로 인하여, 굽힘 작업 동안에 굽힘부(84')의 재료에서의 응력이 일부 적용예에서 굽힘부(84)에 비하여 감소될 수 있다. 다른 실시예에서는, 굽힘부(84')의 사인파 패턴의 진폭이 굽힘부(84')에 연결된 하나의 활주부에 인접한 위치로부터 굽힘부(84')에 연결된 다른 활주부에 인접한 위치까지 증가할 수 있다.
도 9c 를 참조하면, 여기에는 굽힘부(84)와 유사한 굽힘부(84")의 횡단면도가 도시되어 있는바, 상기 굽힘부(84")는 굽힘부(84")의 인트라도스에서 사인파 패턴(110")을 가진 통제 주름부(94")를 구비한다. 통제 주름부(94")는 융기부(114")들 및 홈(116")들을 포함한다. 통제 주름부(94")는, 제1 진폭 및 제1 주기(117")를 가진 융기부(114"A, B) 및 홈(116"A, B)을 구비한 제1 부분(115")을 포함한다. 통제 주름부(94")는 제1 진폭보다 큰 제2 진폭을 가진 융기부(114"C, D) 및 홈(116"C, D)을 구비한 제2 부분(119")을 포함한다. 융기부(114"C, D) 및 홈(116"C, D)은 제1 주기(117")보다 작은 제2 주기(121")를 갖는다. 통제 주름부(94")는, 제2 부분(119")의 제2 진폭과 실질적으로 동일한 제3 진폭 및 제2 주기(121")보다 작은 제3 주기(125")를 가진 융기부(114"E, F) 및 홈(116"E, F)을 구비한 제3 부분(123")을 더 포함한다. 굽힘부(84")는 방향(127")에서 유체를 수용하고, 융기부(114"A)는 굽힘부(84")를 통한 유체 유동을 매끄럽게 하기 위하여 테이퍼 리드-인 부분(129")을 포함한다. 상기 테이퍼 리드-인 부분(129")은 굽힘부(84")에 걸쳐서 압력 강하를 감소시키고, 굽힘부(84")에서의 유체 배수를 향상시킨다.
특정의 적용예를 위하여, 소정의 복귀 굽힘부를 위하여 활용되는 사인파 패턴(110)의 특성이 선택될 수 있다. 특정 적용예를 위하여, 예를 들어 융기부들/홈들의 개수, 진폭, 주기, 및/또는 하나 이상의 테이퍼 리드-인 부분이 선택될 수 있다. 복귀 굽힘부의 특성은 복귀 굽힘부 전체에 걸쳐 변화할 수 있는바, 예컨데 복귀 굽힘부에 걸쳐서 진폭 및 주기가 변화할 수 있다. 통제 주름부(94)의 형상은 적어도 부분적으로, 두 개의 상이하고 교차하는 횡단면 프로파일에 의하여 형성된다. 도 4 및 도 15 를 참조하면, 통제 주름부(94)는 굽힘부(84)의 인트라도스(90)에 사인파 부분(110)을 포함한다. 다른 패턴은, 교번적인 고점부 아크(152)들 및 저점부 아크(154)들을 포함하는 아크 패턴(150)이다. 도 16a 및 도 17a 를 참조하면, 고점부 아크(152)는 고점부 아크 반경(152') 및 중심(182)을 가지고, 저점부 아크(154)는 저점부 아크 반경(158) 및 중심(172)을 갖는다. 이 실시예에서, 고점부 아크(152)와 저점부 아크(154)는 실질적으로 동일하다. 여기에서 사용되는 치수과 관련하여, 예컨데 +/- 10% 범위의 차이는 제조 공차를 감안할 때 사실상 동일한 치수를 의미하는 것일 수 있다. 고점부 아크(152)는 저점부 아크(154)가 연장되는 각도(162)보다 큰 각도(160)에 걸쳐 연장된다.
도 5 및 도 15 를 참조하면, 저점부 아크(154)는 저점부 반원형 내벽 부분(170)을 형성하고, 상기 저점부 반원형 내벽 부분(170)은 저점부 아크 반경(158) 및 중심(172)을 갖는다. 저점부 반원형 내벽 부분(170)의 반대측에서, 굽힘부(84)는 반원형일 수 있는 외벽 부분(174)을 포함한다. 일부 실시예에서, 외벽 부분(174)은, 굽힘 과정 동안에 굽힘부(84)의 엑스트라도스(92)(도 4 참조)가 인장력을 받음으로 인하여, 평탄화 부분(flattened portion)을 가지고 곡선을 이룰 수 있다. 굽힘부(84)는 저점부 반원형 내벽 부분(170)을 외벽 부분(174)에 연결하는 연결 벽 부분(176, 178)을 포함한다. 연결 벽 부분(176, 178)은 상기 내벽 부분(170) 및 외벽 부분(174)과 유사하지 않은 곡률을 갖는다. 연결 벽 부분(176, 178)은 상기 내벽 부분(170) 및 외벽 부분(174)의 기하형태들 간에 매끄러운 천이를 제공하여, 상기 내벽 부분(170) 및 외벽 부분(174)의 기하형태 사이의 연접부들에서의 응력 집중을 최소화시킨다. 상기 내벽 부분(170) 및 외벽 부분(174)의 기하형태들 간의 연접부에서의 응력 집중을 감소시킴으로써, 연결 벽 부분(176, 178)은 굽힘부(84)가 높은 내부 작동 압력을 견딜 수 있게 됨을 돕는다.
도 6 및 도 15 를 참조하면, 고점부 아크(152)는 고점부 반원형 내벽 부분(180)을 형성하고, 상기 고점부 반원형 내벽 부분(180)은 고점부 아크 반경(156) 및 중심(182)을 갖는다. 굽힘부(84)는 고점부 반원형 내벽 부분(180) 반대측에 외벽 부분(184)을 구비한다. 외벽 부분(174)(도 5 참조)과 유사하게, 외벽 부분은 반원형일 수 있다. 일부 실시예에서, 외벽 부분(184)은, 굽힘 공정 동안에 굽힘부(84)의 엑스트라도스(92)(도 4 참조)가 인장력을 받음으로 인하여, 평탄화 부분을 가지고 곡선을 이룰 수 있다. 굽힘부(84)는 고점부 반원형 내벽 부분(180)과 외벽 부분(184)을 연결하는 연결 벽 부분(186, 188)을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 외벽 부분(184)은 외벽 부분(174)과 유사하게, 반원형 형상 또는 전체적으로 곡선을 이루는 형상을 가질 수 있다. 또한, 연결 벽 부분(186, 188)은 내측 부분(180)과 외벽 부분(184)의 기하형태들 간에 매끄러운 천이를 제공하여, 내측 부분(180)과 외벽 부분(184)의 기하형태들 사이의 연접부들에서의 응력 집중을 최소화시킨다. 연결 벽 부분(186, 188)은 굽힘부(84)가 높은 내부 작동 압력을 견딜 수 있는 능력에 기여한다. 고점부 아크(152) 및 저점부 아크(154) 각각은 도 16a 및 도 17a 에 도시된 바와 같이 개별의 단일 반경을 가질 수 있다. 다른 실시예에서는, 고점부 아크(152) 및/또는 저점부 아크(154)가 복합 반경을 갖는다. 예를 들어 도 16b 를 참조하면, 고점부 아크(152')는 상이한 반경들(156A', 156B')을 갖는다. 고점부 아크(152')의 각 반경은 해당 반경이 인접한 반경과 접하는 지점에서 접한다. 도 17b 에서와 유사하게, 저점부 아크(154')도 상이한 반경들(158A', 158B')을 갖는다.
다른 일 실시예에서, 고점부 아크(152) 및/또는 저점부 아크(154)는 타원의 일부분인 형상을 갖는다. 예를 들어, 도 16c 의 고점부 아크(152")는 장축(441) 및 단축(443)을 가진 타원(439)의 지점들(426", 430") 사이에서 예컨데 160도인 각도(160")에 의해 정의되는 아크이다. 유사하게, 도 17c 의 저점부 아크(154")는 장축(451) 및 단축(453)을 가진 타원(449)의 지점들(445, 447) 사이에서 예컨데 142도인 각도(162")에 의해 정의되는 형상을 갖는다.
도 7 을 참조하면, 활주부(82)가 튜브 중심선(102)에 중심을 가진 원형 횡단면을 갖는 측벽(74)을 구비하는 것으로 도시되어 있다. 측벽(74)은 예컨데 타원형 또는 장원형인 비원형 횡단면을 가질 수도 있다. 서펀틴 회로 튜브(70)의 측벽(74)은 내부 통로(72) 주위에서 연장되는 벽 두께(190)를 갖는다.
도 8 을 참조하면, 활주부들(80, 82) 및 굽힘부(84)의 섹션들이 사시도로 도시되어 있다. 전술된 바와 같이 통제 주름부(94)는, 각 융기부(114)의 대향된 측부들에 있는 곡선형 융기부 표면 부분(200)들 및 인접한 융기부(114)들의 곡선 융기부 표면 부분들을 연결하는 각 홈(116)의 대향된 측부들에 있는 곡선형 홈 표면 부분(202)들을 포함하는, 연속적인 곡선형 통제 주름 표면(134)을 구비한다. 융기부 표면 부분(200)들 및 홈 표면 부분(202)들은 통제 주름부(94)의 연속적이고 요동하는 외형을 형성한다.
도 9a 를 참조하면, 서펀틴 회로 튜브(70)는 외경(210) 및 벽 두께(190)를 갖는다. 튜브 중심선(102)은 활주부들(80, 82) 및 굽힘부(84)를 통해 연장된다. 상기 서펀틴 회로 튜브는 활주부들(80, 82)과 굽힘부(84) 사이에 연접부들(214, 215)을 구비한다. 연접부들(214, 215)에서, 서펀틴 회로 튜브(70)는 활주부들(80, 82)과 굽힘부(84) 사이에 있는 접점들(122, 124)을 포함한다. 상기 굽힘부(84)는 접점들(122, 124)로부터 멀리 연장되는 릴리프 부분들(222, 224)을 포함하고, 테이퍼 리드-인 부분들(140, 142)은 단부 융기부들(118, 120)의 고점부들(130, 132)을 향하여 반경방향 내향으로 경사진다. 굽힘부(84)는 중심(230) 및 중심(230)으로부터 튜브 중심선(102)까지 연장되는 중심선 반경(232)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 굽힘부(84)는 180도의 굽힘 각도(220)를 가지며, 통제 주름부(94)는 중심(230) 주위에서 굽힘 각도(220)보다 작은 통제 주름부 각도(240)에 걸쳐 연장된다. 예를 들어, 통제 주름부 각도(240)는 5°이거나, 10°미만이거나, 15°미만이거나, 또는 굽힘 각도(220) 미만일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 굽힘 각도는 180도이고, 통제 주름부 각도(240)는 대략 166도이다.
도 9a 를 참조하면 통제 주름부(94)에 의하여, 융기부(114)들의 고점부(250)들은 굽힘부(84)의 인트라도스(90)(도 4 참조)에 위치하게 되고, 홈(116)들의 저점부(252)들은 고점부(250)들로부터 반경방향 외측에 위치하게 된다. 저점부(252)들이 굽힘부(84)의 인트라도스(90) 외측에 위치시킴으로써, 통제 주름부(94)에는 구조상 굽힘부 중심선(constructive bend center line)(254)이 생성된다. 구조상 굽힘부 중심선(254)은 튜브 중심선(102)의 중심선 반경(232)보다 큰 구조상 굽힘부 중심선 반경(256)을 갖는다. 구조상 굽힘부 중심선 반경(256)이 굽힘부 중심선 반경(232)보다 크기 때문에, 주어진 굽힘부의 인트라도스 및 엑스트라도스에 있어서 굽힘부(84)의 굽힘부 복잡율(bend complexity ratio)은 동일한 인트라도스, 엑스트라도스, 외경, 및 벽 두께를 갖는 종래의 굽힘부의 굽힘부 복잡율보다 작다. 굽힘부(84)는, 구조상 굽힘부 중심 반경(256)이 더 크기 때문에 낮은 굽힘부 복잡율을 갖는다.
예를 들어, 특정 적용예를 위한 튜브 굽힘부는 다음과 같은 특성 비율들을 갖는 것으로서 제공될 수 있다.
여기에서 OD 는 튜브 외경이고, WT 는 벽 두께이며, CLR 은 굽힘부 중심선 반경을 지칭한다. 튜브 굽힘부를 위한 상기 비율들의 값이 아래와 같이 상정하면 굽힘부 복잡도는 아래와 같다.
상기 표 1 을 참조하면, 이 값들은 종래의 튜브 굽힘기가 사용되는 경우에, 내부 만드렐 굽힘이 필요할 수 있음을 나타낸다.
이제, 예컨데 동일한 벽 두께에 대해서 상대적으로 타이트한 굽힘부 반경, 감소된 코일 중량, 감소된 내부 유체측 압력 강하, 감소된 굽힘부 벽 응력, 증가된 튜브 강도, 증가된 튜브 강직도, 및/또는 증가된 열전달 효율과 같은, 개선된 서펀틴 튜브 특성을 나타내도록, 굽힘부의 소정 파라미터들이 변경된다. 이 변경들은 특성 비율들에 영향을 준다. 예를 들어, 새로운 특성 비율들과 굽힘부 복잡도는 아래와 같다.
이제, 상기 굽힘부 복잡도 특성 비율은 종래의 튜브 굽힘기가 더 이상 보상할 수 없는 범위에 있고, 종래에는 이와 같은 굽힘부를 제작하기 위해서는 내부 만드렐이 사용되었다.
내부 만드렐 굽힘은 전술된 바와 같은 다양한 이유로 인하여 종종 바람직하지 못하며, 열교환기 코일을 제작하기 위하여 길고 연속적인 길이의 튜브를 활용하는 제조사들에게 내부 만드렐 굽힘은 실용적이지 못한 것이다.
다시 도 9a 를 참조하면, 내부 만드렐에 대한 필요성을 극복하는 일 방안은 굽힘 CLR 을 증가시킴으로써 굽힌 복잡도를 감소시키는 것이다. 우리의 예에서, 튜브 외경 및 벽 두께가 동일하게 유지되도록 하면서 굽힘부의 CLR 을 증가시킬 수 있다면, 굽힘부의 D 를 2로부터 3 으로 증가시킬 수 있고, 다음과 같은 굽힘 복잡도(CB) 비율을 얻게 된다.
CB2 는 5 내지 10 사이 범위에 있기 때문에, 굽힘부는 내부 만드렐없이 형성될 수 있다. 그러나, 소정의 적용예를 위하여 단순히 굽힘부 CLR 을 증가시킴은 적절하지 못할 수 있는데, 왜냐하면 새로운 굽힘부가 원래 굽힘부보다 더 크고 더 많은 공간을 점유할 것이기 때문이다. 예를 들어, 튜브 활주부들 사이의 중심-대-중심 거리가 더 크게 되는데, 이것은 소정의 인벨롭(envelop) 또는 코일 높이에 설치될 수 있는 튜브 활주부들의 개수가 감소됨을 의미한다. 또한, 서펀틴 회로 튜브의 각 굽힘부는 더 높을 것이기 때문에, 서펀틴 회로 튜브는 주어진 코일 인벨롭 또는 높이에 대해 적은 수의 활주부를 구비하게 될 것이며, 이것은 서펀틴 회로 튜브의 열교환 성능(heat exchange capacity)을 저하시킬 것이다. 많은 적용예에 있어서, 굽힘부 CLR 을 증가시키기 위하여 서펀틴 회로 튜브의 활주부들의 개수를 감소시킴은 적합한 해결안이 아니다.
다시 도 9a 를 참조하면, 굽힘부(84)의 통제 주름부(94)는 활주부들(80, 82) 사이의 거리를 증가시키지 않고서 실제 굽힘부 중심부 반경(232)보다 큰 구조상 굽힘부 중심선 반경(256)을 제공한다. 상대적으로 큰 구조상 굽힘부 중심선 반경(256)은 굽힘부(84)의 CLR 을 증가시키고, 이로 인하여 주어진 OD 에 대하여 굽힘부의 D 가 증가되고, CB 가 만드렐 굽힘이 필요하지 않은 범위에 있게 됨이 허용된다.
보다 구체적으로, 통제 주름부(94)는 굽힘부(84)의 가용 공간 내에 구조상 굽힘부 중심선(254)를 제공함으로써, 굽힘부(84)의 내측을 따라서 재료가 버클링(buckling)없이 통제된 방식으로 융기부(114)들 및 홈(116)들을 형성하기에 충분한 길이가 허용된다. 또한 통제 주름부(94)는 내부 유체 압력 강하 및 열전달 효율과 같은, 다른 코일 특성들을 유지 또는 향상시킨다. 예컨데 엑스트라도스에서의 벽의 얇아짐의 감소, 굽힘부(84)의 전체적 강직도(stiffness)와 같은 굽힘부(84)의 다른 특성들도 향상된다.
도 4 를 참조하면, 통제 주름부(94)의 교번적인 융기부(114)들 및 홈(116)들은 튜브(70)의 굽힘 동안에 튜브(70)의 재료가 튜브(70) 자체에 대해 접혀지도록 하기 위한 공간을 제공하며, 상기 접힘으로 인하여 튜브(70)의 가용한 아크 길이는 더 작아진다. 튜브(70)의 재료는 굽힘부(84)의 인트라도스를 따라서 사인파 패턴(110)으로 접혀진다. 사인파 패턴(110)의 특정 변수들, 예컨데 고점부들/저점부들의 개수, 저점부들의 깊이(사인파의 진폭), 아크의 폭(span), 등은 아래에서 설명되는 바와 같이 특정 적용예에 대해 계산된다. 이 방법은, 재료의 다양한 조합들을 위한 변수들(OD, WT, CLR)을 계산하고, 압력 강하 및 열효율과 같은 다양한 특성을 위한 최적화를 위해 사용될 수 있다.
통제 주름부(94)는 종래의 튜브 굽힘부에 비해 우위인 장점들을 제공한다. 예를 들어, 사인파 패턴(110)은 주름부들을 구비한 다른 굽힘부에 비하여 튜브(70)의 재료에서 발생하는 응력을 최소화시키는데, 이것은 더 높은 내부 유체 압력을 허용한다. 테이퍼 리드-인 부분들(140, 142)을 포함하여 상기 융기부(114)들 및 홈(116)들은, 굽힘부(84) 내의 유체 유동에 대한 장애를 제한하고 굽힘부(84)를 통한 내부 유체 압력 강하를 최소화시키는 크기를 가질 수 있다. 사인파 패턴(110)은, 동일한 굽힘부 중심부 반경을 가진 종래의 굽힘부에 비하여 인트라도스(90)를 따른 재료의 길이를 증가시키는데, 이와 같은 구성은 굽힘부(84)의 총 표면적을 증가시키고, 굽힘부 부위 내에서의 유체 난류를 증가시킴으로써 열전달 효율을 향상시킨다. 또한, 융기부(114)들 및 홈(116)들은 매끈하고 주름이 없는 굽힘부에 비하여, 굽힘부(84)를 강직하게 만든느 주름진 구조물로서 기능한다. 나아가, 통제 주름부(94)는 굽힘부(84)의 중립축을 굽힘부(84)의 엑스트라도스(92)를 향하여 외향으로 밀어냄으로써, 매끈하고 주름이 없는 굽힘부에 비하여 엑스트라도스를 따른 굽힘부(84)의 재료의 얇아짐을 감소시킨다.
도 10 내지 13b 를 참조하면, 여기에는 기존의 서펀틴 회로 튜브(300)의 굽힘부(306)를 대체하는 서펀틴 회로 튜브(70)의 굽힘부(84)의 기하형태를 결정함과 동시에, 기존의 서펀틴 회로 튜브(300)의 코일 인벨롭(coil envelope) 내에 장착하고, 주어진 벽 두께에 대해 더 타이트한 굽힘부 반경을 활용하는 과정이 제공되어 있다.
도 10 을 참조하면, 기존의 서펀틴 회로 튜브(300)는 활주부들(302, 304), 굽힘부(306), 외경(308), 벽 두께(310)를 갖는다. 상기 굽힘부(306)는 180도 굽힘부이고, 굽힘부(306)는 아크 길이(314)를 가진 인트라도스(312)와 엑스트라도스(315)를 갖는다. 도 11 을 참조하면, 먼저 서펀틴 회로 튜브(70)에 외경(308)과 동일한 외경(210) 및 벽 두께(310)보다 작은 벽 두께(190)가 제공된다. 예를 들어, 외경(308)과 외경(210)은 모두 1.05 인치일 수 있고, 벽 두께(310)는 대략 0.04 인치 내지 대략 0.07 인치의 범위, 예컨데 0.048 인치일 수 있으며, 벽 두께(190)는 대략 0.02 인치 내지 대략 0.05 인치의 범위, 예컨데 대략 0.03 인치 내지 대략 0.04 인치의 범위 내에 있을 수 있다. 외경(210)은, 굽힙부(306)가 인접한 굽힘부(306)들과 적층되는 때에 그러하듯이, 굽힘부(84)가 인접한 굽힘부(84)들과 적층되도록, 외경(308)과 동일하게 선택된다. 주어진 두께(190)에 대해 굽힘부 반경이 더 타이트하게 됨으로써, 서펀틴 회로 튜브(70) 외부의 유체와 서펀틴 회로 튜브(70) 내부의 작동 유체 간의 열전달 효율이 향상될 수 있다. 또한, 주어진 벽 두께(190)에 대한 굽힘부 반경이 더 타이트하게 됨으로 인하여, 서펀틴 회로 튜브(70) 내의 내부 유체 압력 강하가 감소될 수 있는데, 이것은 튜브 활주부의 내경이 증가하기 때문이다.
도 11 을 참조하면, 굽힘부(84)의 기하형태를 결정하는 과정은 초기에 서펀틴 회로 튜브(70)가 활주부들(80, 82)을 연결하는 초기 굽힘부(316)를 구비하도록 설정함을 포함한다. 상기 초기 굽힘부(316)는 180도의 굽힘 각도와, 도 10 에 도시된 굽힘부(306)의 중심선 반경(313)보다 큰 중심선 반경(317)을 갖는다. 도 10 및 도 11 을 참조하면, 초기 굽힘부(316)는 중심선 반경(317)이 중심선 반경(313)보다 큼으로 인하여, 아크 길이(314)보다 큰 아크 길이(318)을 가진 인트라도스(320)를 갖는다.
도 12 를 참조하면, 굽힘부(84)가 도 10 의 기존의 굽힘부(306)의 경우에서와 동일한 코일 인벨롭 내에 장착되도록 하기 위하여, 즉 튜브 활주부들 사이의 중심-대-중심 거리가 동등하게 되도록 하기 위하여, 굽힘부(84)는 굽힘부(306)의 엑스트라도스(315)와 매칭되는 엑스트라도스(92)를 가지고, 튜브(70)는 외경(308)과 매칭되는 외경(210)을 갖는다. 매칭되는 엑스트라도스들(92, 315)을 제공하기 위하여 굽힘부(84)의 기하형태를 결정하는 과정은, 1) 굽힘부(84)가 굽힘부(306)의 중심선 반경(313)과 같은 실제 중심선 반경(232)을 갖게 되고, 2) 굽힘부(84)의 인트라도스(90)의 아크 길이가 굽힘부(306)의 인트라도스(312)와 같을 때까지, 활주부들(70, 82)의 접점들(122, 124)을 서로를 향해 방향들(330, 332)로 움직임을 포함한다(도 11 참조)
접점들(122, 124) 사이의 수직 거리 감소를 보상하기 위하여, 굽힘부(84) 내측에 있는 서펀틴 회로 튜브(70)의 재료는 사인파 패턴(110)을 갖도록 형상화된다. 사인파 패턴(110)은, 예컨데 사인파 패턴(110)의 길이, 고점부들/저점부들의 개수, 주기, 및/또는 지폭과 같은, 사인파 패턴(110)의 형상을 정의하는 변수들을 갖는다.
이제 도 13a 를 참조하면, 다음으로 굽힘부(84)의 기하형태를 결정하는 과정은, 도 12 의 인트라도스(90)의 아크 길이(336)와 매칭되는 인트라도스 아크 길이(340)를 가진 선(339)을 제공함을 포함한다. 인트라도스(90)의 아크 길이(336)는 도 12 에 도시된 천이 지점들(122, 124) 사이에서 연장된다.
사인파 패턴(110)은, 서펀틴 회로 튜브(70)의 두 개의 부분들에 의하여, 굽힘부(84)의 접점들(122, 124)로부터 오프셋(offset)된다. 제1 부분은, 각도들(220, 240)(도 4 참조) 사이에서 측정되고 사인파 패턴(110)의 어느 한 측에 있는, 예컨데 7도인 오프셋 각도에 대응되는 릴리프 부분(222, 224)이다. 제2 부분은, 테이퍼 리드-인 부분(140, 142)이다. 사인파 패턴(110)은 지점(400)에서 시작되고 종료된다 (도 4 참조). 접점(122, 124)으로부터 사인파 패턴(110)의 오프셋을 생성하기 위하여, 굽힘부(84)의 기하형태를 결정하는 과정은, 도 13a 에 도시된 인트라도스 아크 길이(340)보다 작은 사인파 패턴 길이(346)을 제공하도록 길이(340)로부터 길이(342, 344)를 제거함을 포함한다. 따라서, 길이들(342, 344) 각각은 두 개의 길이 부분들: 즉, 1) 릴리프 부분들(222, 224) 중 하나에 대응되는 길이 부분;과 2) 테이퍼 리드-인 부분들(140, 142) 중 하나에 대응되는 길이 부분을 포함한다. 상기 길이들(342, 344)은, 예를 들어 상기 인트라도스 반경 및 상기 각도 오프셋을 사용하여 상기 길이 부분들을 구함으로써 결정된다.
선(339)의 길이(340)(도 13a 참조)와 아크 길이(318)(도 11 참조)의 차이는, 사인파 패턴(110)의 총 아크 길이(346)에 의해 보충된다. 도 13a 를 참조하면, 사인파 패턴(110)의 총 아크 길이(346)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
사인파 패턴의 총 아크 길이(346) = 인트라도스 아크 길이(340) - 길이들(342, 344) [등식 1.1]
일단 사인파 패턴(110)의 총 아크 길이(346)를 알게 되면, 총 아크 길이(346)는 예컨데 8 내지 12 이고 6 내지 18 범위 내에 있는, 고점부 부분(250A)들 및 저점부 부분(252A)들의 개수로 나누어져서, 각 고점부 부분(250A) 및 저점부 부분(252A)에 대한 아크 길이(350)가 결정된다. 각각의 고점부 부분(250A) 및 저점부 부분(252A)은 아래 등식에 의해 제시되는 반경(349) 및 아크 길이(350)를 갖는다.
아크 길이(350) = 반경(349) x θ [등식 1.2]
여기에서 θ 는 고점부 부분(250A)과 저점부 부분(252A)의 각도 크기이다. 각 고점부 부분(250A)과 저점부 부분(252A)의 반경은 다음과 같은 작업에 의해 결정될 수 있다.
도 13b 를 참조하면, 활형상 선(AD) 및 ABCD 에 의해 형성되는 삼각형들을 구비한 기하 형상(351)이 제공된다. 삼각형(ABC)은 우측 삼각형이기 때문에, 다음과 같은 등식이 이해될 것이다.
[등식 1.3]
상기 등식은 다음과 같이 재구성될 수 있다.
[등식 1.4]
a = r x θ 인 관계가 등식 1.4 에 대입되면, 다음과 같은 결과가 얻어진다.
[등식 1.5]
이 때, "a" 값은 알려져 있는바, 즉 사인파 패턴(110)의 총 아크 길이(346)를 고점부 부분(250) 및 저점부 부분(252)의 개수(도 13a 참조)로 나눈 값이다. 상기 "c" 값도 알려져 있는바(도 13b 의 c/2 참조), 즉 길이(346)를 선택된 고점부 부분(250)들 및 저점부 부분(252)들의 개수로 나눈 값이다.
그 다음, 상기 등식은 뉴튼-랩슨 이터레이션(Newton-Raphson iteration)과 같은 수치계산법을 사용하여 θ를 구하도록 풀이될 수 있다. 일단 θ 가 결정된 다음에는, 등식 1.2 에서의 반경(349)에 대한 해를 구함으로써, 고점부 부분(250A)들 및 저점부 부분(252A)들의 반경이 결정될 수 있다.
상기 반경(349) 및 θ는 다음과 같은 등식을 사용하여 사인파 패턴(110)의 진폭이 결정됨을 가능하게 한다.
진폭(352) = 반경(349) - (반경(349) x cosθ)
특정 적용예를 위하여 사인파 패턴(110)을 최적화시키기 위하여, 사인파 패턴(110)에 대한 애드혹 고정(ad-hoc adjustment)이 활용될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
도 12 를 참조하면, 여기에는 사인파 패턴(110)과 릴리프 부분들(222, 224)(도 4 참조) 사이의 천이부에서 응력 상승부(stress riser)들을 감소시키기 위하여 서펀틴 회로 튜브(70)의 재료의 굽힘을 매끄럽게하는 테이퍼 리드-인 부분들(140, 142)이 도시되어 있다.
도 14 내지 도 18 을 참조하여, 통제 주름부(94)의 아크 패턴(150)과 사인파 패턴(110)의 교차에 대해 상세히 설명한다. 사인파 패턴(110)과 아크 패턴(150)의 교차는 내측 굽힘부의 3차원 프로파일을 제공한다. 상기 내측 굽힘부의 3차원 프로파일은 서펀틴 회로 튜브(70) 내부의 내부 유체 압력에 저항하는 높은 강도를 가진 주름 구조(corrugated structure)를 제공한다. 사인파 패턴(110)과 아크 패턴(150)의 교차로 인하여, 굽힘부(84)가 높은 내부 압력 하에 있는 때조차도 굽힘부(84)가 낮은 응력을 받게 된다.
도 14 를 참조하여 사인파 패턴(110)의 일 절반부에 대해 설명하는바, 사인파 패턴(110)의 다른 절반부는 도 9a 의 실시예에 도시된 바와 같이 동일하다. 사인파 패턴(110)은 지점(400)에서 시작되고, 릴리프 부분(222) 및 테이퍼 리드-인 부분(140)에 의하여 접점(122)으로부터 이격된다. 테이퍼 리드-인 부분(140)은 단부 융기부(118)의 고점부(250)에 근접한 지점(400)을 향하여 상방향으로 점진적으로 경사를 이룬다. 사인파 패턴(110)은 중심선(406) 주위에서 요동치는데, 상기 중심선(406)은 (중심(230)으로부터 보았을 때) 볼록 부분(414)과 오목 부분(412) 사이의 천이부(410)에서 사인파 패턴(110)과 교차한다. 도 14 의 실시예에서, 사인파 패턴(110)의 중심선(406)은 굽힘부(84)의 인트라도스(90) 상에 위치한다 (도 12 참조). 다른 실시예에서는, 사인파 패턴(110)의 저점부(252)들이 굽힘부(84)의 인트라도스(90) 상에 있어서, 인트라도스(90)가 홈(116)들에 접한다. 또 다른 실시예에서는, 사인파 패턴(110)의 고점부(250)들이 굽힘부(84)의 인트라도스(90) 상에 있어서, 인트라도스(90)가 융기부(114)들에 접한다.
도 14 를 참조하면, 사인파 패턴(110)의 중심선(406)은 반경(416)을 갖는다. 일 실시예에서, 굽힘부(84)는 대략 1.5 인치 내지 대략 2 인치 범위, 예컨데 대략 1.7 인치 내지 대략 2 인치 범위, 예를 들어 1.875 인치의 중심선 반경(232)(도 12 참조)을 갖는다. 중심선(406)은 대략 1 인치 내지 대략 1.5 인치 범위, 예컨데 대략 1.3 인치 내지 대략 1.4 인치 범위, 예를 들어 1.35 인치인 반경을 가질 수 있다.
도 15 를 참조하면, 아크 패턴(150)은 각 고점부(250)에 사인파 패턴(110)과 교차하는 고점부 아크(152), 및 각 저점부(252)에서 사인파 패턴(110)과 교차하는 저점부 아크(154)를 포함한다. 고점부 아크(152) 및 저점부 아크(154)는 굽힘부(84) 주위로 예를 들어 대략 4도 내지 대략 14도 범위 내에 있을 수 있는 각도(420)에 의하여 분리된다.
도 16a 를 참조하면, 고점부 아크(152)는 굽힘부(84)의 튜브 중심선(102)으로부터 반경방향 내향으로 고점부 아크(152)의 중심(182)을 갖는다. 상기 중심(182)은 서펀틴 회로 튜브(70)의 중간선 평면(424)을 따라서 위치한다. 고점부 아크(152)는 예를 들어 150도 내지 대략 170도 범위에 있을 수 있고, 예컨데 160도일 수 있는 각도(160)에 걸쳐 연장된다. 고점부 아크(152)는 단부 지점(426)으로부터 고점부 아크(152)의 단부 지점(430)까지 연장되는 아크 길이(427)를 갖는다.
도 17a 를 참조하면, 저점부 아크(154)는 서펀틴 회로 튜브(70)의 튜브 중심선(102)으로부터 반경방향 외측에 중심(172)을 갖는다. 저점부 아크(154)는 도 16a 의 각도(160)보다 작은 각도(162)에 걸쳐 연장된다. 일 실시예에서, 각도(162)는 대략 100도 내지 대략 150도 범위에 있고, 예컨데 140도이다. 저점부 아크(154)는, 고점부 아크(152)의 아크 길이(427)보다 작은 저점부 아크(154)의 단부 지점들(434, 436) 사이의 아크 길이(432)를 갖는다.
도 18 을 참조하면, 통제 주름부(94)의 연속적으로 곡선을 이루는 통제 주름 표면(134)(도 8 참조)은 적어도 부분적으로 고점부 아크(152)와 저점부 아크(154)를 연결함으로써 형성되는바, 이 때 표면 부분(440)은 볼록한 표면 부분(442), 오목한 표면 부분(444), 및 볼록한 표면부분(442)과 오목한 표면 부분(444) 사이에서 천이하는 천이부(446)를 구비한다. 표면 부분(440)은, 고점부 아크(152)를 포함하는 수직 평면을 중심으로 융기부(114)의 반대측에서 거울대칭을 이루는 구성을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연속적으로 곡선을 이루는 통제 주름 표면(134)은 고점부 아크(152)를 포함하는 수직 평면 뿐만 아니라 저점부 아크(154)를 포함하는 수직 평면에 대해서도 직각을 이룬다. 도 15 를 참조하면, 고점부 아크(152)를 포함하는 수직 평면은 수평 평면(424)(도 8 참조)에 대해 직각인 것으로 정의되고, 원점 또는 중심(230) 및 고점부 지점(250)을 포함한다. 저점부 아크(154)를 포함하는 수직 평면은 수평 평면(424)에 대해 직각인 것으로 정의되고, 중심(230) 및 저점부(252)를 포함한다. 고점부 아크(152) 및 저점부 아크(154)를 포함하는 수직 평면들은 각도(420)에 의하여 분리되어 있다. 도 18 을 참조하면, 볼록한 표면 부분(442)들 및 오목한 표면 부분(444)들은 고점부 아크(152)들과 저점부 아크(154)들을 연결시키며, 연속적으로 곡선을 이루는 통제 주름 표면(134)(도 8 참조)의 요동치는 3차원 프로파일을 제공한다. 볼록한 표면 부분(442) 및 오목한 표면 부분(444) 각각은 2개의 4폴 스플라인(four pole spline)들에서 종료되는바, 상기 폴 스플라인들 중 하나는 고점부 아크 단부 지점(426)(도 16a 참조)에서 시작되고 저점부 아크 단부 지점(434)(도 17a 참조)에서 종료되는 한편, 다른 4폴 스플라인은 고점부 아크 단부 지점(430)(도 16a 참조)에서 시작되고 저점부 아크 단부 지점(436)(도 17a 참조)에서 종료된다.
도 19 및 도 20 을 참조하면, 서펀틴 회로 튜브(70)의 세그먼트를 전술된 굽힘부(84)로 굽히기 위한 튜브 굽힘기(500)가 제공되어 있다. 튜브 굽힘기(500)는 굽힘 다이(bend die)(502)와, 축(506) 주위로 피봇하는 클램프 다이(클램프 다이)(504)를 포함한다. 튜브 굽힘기(500)는 서펀틴 회로 튜브(70)의 추종 부분(trailing portion) 및 굽힘부(84)의 외측부를 지지하기 위한 압력 다이(pressure die)(508)를 포함한다. 굽힘 다이(502) 및 클램프 다이(504)는 그 주위로 표면(516, 518)을 구비한 요부(512, 514)를 포함하는바, 상기 요부들은 상기 튜브가 클램프 다이(504)와 굽힘 다이(502) 사이의 간극(522)에서 방향(520)으로 전진된 다음에 튜브를 클램핑한다. 클램프 다이(504)와 압력 다이(508)는, 클램프 다이(504)와 굽힘 다이(502) 사이에 튜브의 일부분을 고정시키기 위하여 방향(524)으로 작동될 수 있다. 압력 다이(508)는 상기 튜브의 일부분을 수용하는 요부를 포함하고, 굽힘 작동 동안에 굽힘 다이(502)와 클램프 다이(504)가 상기 튜브의 외측부를 지지하기 위하여 축(506) 주위에서 방향(528)으로 피봇되는 때에, 상기 튜브의 움직임을 따라서 방향(526)으로 쉬프트(shift)될 수 있다.
도 19 및 도 20 을 참조하면, 굽힘 다이(502)는 상측 부분(530), 하측 부분(532), 및 굽힘 다이(502)와 클램프 다이(504)가 방향(528)으로 피봇됨에 따라서 내부에 상기 튜브의 일부분을 수용하는 요부(534)를 포함한다. 굽힘 다이(502)는 상기 튜브의 통제 주름부(94)의 거울대칭 이미지를 이루는 주름부(536)를 구비하는바, 굽힘 다이(502)는 상기 튜브 상에 주름 패턴(94)을 부여한다. 예를 들어, 주름부(536)는 홈(116)들(도 8 참조)을 형성하는 융기부(540)들과, 융기부(114)들(도 8 참조)을 형성하는 홈(542)들을 포함한다.
도 20 을 참조하면, 융기부(540)들 각각은 중간 부분(544) 및 대향된 단부 부분(546)들을 구비한다. 중간 부분(544)은 굽힘 다이(502) 주위에서 제1 폭을 가질 수 있고, 단부들(546, 548)은 굽힘 다이(502) 둘레에서 중간 부분(544)의 폭보다 큰 폭을 갖는바, 이로써 융기부(540)들이 굽힘 다이(502)의 중간선(550)으로부터 멀리 연장됨에 따라서 외향으로 벌어지는 형태를 갖는다. 이에 대응하여 홈(542)들은 중간 부분(552) 및 대향된 단부 부분들(554, 556)을 가질 수 있는바, 상기 단부 부분들(554, 556)은, 융기부(540)들이 중간선(550)으로부터 멀리 연장됨에 따라서 융기부(540)들의 폭이 증가함으로 인하여 굽힘 다이(502) 둘레에서 중간 부분(552)보다 좁다. 융기부(540)들 홈(542)들은 요동치는 형태의 연속적으로 곡선을 이루는 표면(560)들을 구비하며, 이로써 주름부(536)는 상기 튜브의 연속적인 주름 표면(134)을 형성한다.
도 21 내지 도 25 를 참조하면, 여기에는 튜브 굽힘기(500)를 사용하여 굽힘부(84)를 형성하는 방법에 제시되어 있다. 도 21 내지 도 25 에 도시된 튜브 굽힘기(500)는 도 19 에 도시된 튜브 굽힘기(500)와 유사한 구성요소들을 구비하되, 구성요소들의 방위가 상이하다. 설명 편의상 도 20 및 도 21 내지 25 의 튜브 굽힘기를 설명하기 위하여 유사한 참조부호가 사용될 것이다.
도 21 및 도 22 를 참조하면, 압력 다이(508)가 튜브(564)의 외측 표면을 지지하도록 튜브(564)가 튜브 굽힘기(500) 안으로 전진된다. 도 22 에서, 굽힘 다이(502)와 클램프 다이(504)는 튜브(564)의 부분(505)과 맞물리고, 도 22 의 페이지 안쪽을 향하는 방향(565)으로 피봇하기 시작한다.
도 23 및 도 24 를 참조하면, 굽힘 다이(502) 및 클램프 다이(504)는 방향(565)으로 피봇되어서, 튜브(564)에서 굽힙부(570)를 형성하기 시작한다. 압력 다이(508)는 튜브(506)의 외측부를 계속하여 지지하고, 굽힘 작업 동안에 튜브(564)와 함께 움직이도록 방향(526)으로 쉬프트된다.
도 25 를 참조하면, 튜브 굽힘기(500)가 튜브(564)를 180도 굽힘으로써 굽힘부(570)가 형성된 모습이 도시되어 있다.
도 26 에는 하측 부분(532)로부터 방향(569)으로 상방향으로 쉬프트된 굽힘 다이(502)의 상측 부분(530), 튜브(564)로부터 멀리(페이지 안쪽으로) 쉬프트된 클램프 다이(504), 및 튜브(564)로부터 후퇴된 압력 다이(508)가 도시되어 있다. 그 다음에는 튜브(564)가 방향(571)로 쉬프트되어서, 튜브 굽힘기(500)에서의 튜브(564)를 따른 다음 굽힌 위치가 선정된다.
도 27 을 참조하면, 굽힘부(570)는 굽힘부(570)의 내측에 형성된 융기부(574)들 및 홈(576)들을 포함하는 주름부(572)를 구비하고 있는 것으로 도시되어 있다. 또한 도 27 에는 하측 부분(532)이 어떻게 굽힘 다이(502)의 중간선(550)(도 20 참조)에서, 굽힘부(570)의 내측부에 사인파 패턴(580)을 부여하는 사인파 패턴(578)을 구비하는지가 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 하측 부분(532)은 굽힘부(570)에 홈(576)들을 형성하는 융기부(540)들의 하측 부분들을 구비하고, 하측 부분(532)은 굽힘부(570)의 융기부(574)들을 수용하는 홈(542)들의 하측 부분들을 구비한다. 이와 같은 방식으로, 튜브(564)의 융기부(574)들과 굽힘 다이(502)의 융기부(540)들이 밀착되게 치합하는 구성형태를 형성한다. 또한, 요동치고 연속적인 표면을 구비한 융기부(540)들 및 홈(542)들은 상기 튜브의 내측부를 지지한다. 굽힘 다이(502)의 상측 부분(530)(도 26 참조)은 굽힘부(570)의 상측 부분과의 대응되는 치합을 형성한다.
도 20 을 참조하면, 굽힘 다이(502)의 주름부(536)는 (도 27 참조) 테이퍼 천이 부분(590)과, 굽힘부(570)의 단부 융기부(594)를 형성하기 위하여 협력하는 단부 융기부(592)를 포함한다. 테이퍼 천이 부분(590)은 도 9a 를 참조하여 전술된 바와 같이 단부 융기부(594)의 고점부로의 매끄러운 리드-인(lead-in)을 제공한다.
여기에서 본 발명에 따른 다양한 유형의 굽힘부들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 28 에는 90도 굽힘부(600)가 도시되어 있고, 도 29 에는 80도 굽힘부(620)가 도시되어 있고, 도 30 에는 100도 굽힘부(640)가 도시되어 있다.
도 31 을 참조하면, 여기에는 서펀틴 회로 튜브(700)의 길이에 대한 법선을 따라 취해진 서펀틴 회로 튜브(700)의 횡단면도가 도시되어 있다. 서펀틴 회로 튜브(700)는 서펀틴 회로 튜브(70)와 유사하게 활주부(701)들을 포함한다. 활주부(701)들에는 원형 횡단면을 가진 활주부(702)들과, 예컨데 타원형 또는 장원형(obround)인 비원형 횡단면을 가진 활주부(704)들이 포함된다. 활주부(701)들의 횡단면들은 활주부(708)의 폭(709)보다 큰 폭(707)을 가진 활주부(706)에 의하여 점진적으로 평탄화된다.
도 32 를 참조하면, 여기에는 조립된 서펀틴 회로 튜브들(802, 804)을 포함하는 코일(800)이 제공되어 있다. 각 서펀틴 회로 튜브(802, 804)는 활주부(803, 805)를 포함하고, 복합 굽힘부(806)는 80도인 제1 굽힘 각도(810)를 가진 제1 굽힘부(808), 100도인 제2 굽힘 각도(814)를 가진 제2 굽힘부(812), 및 제1 굽힘부(808)와 제2 굽힘부(812)를 연결하는 연결 부분(816)을 포함한다. 제1 굽힘부(808) 및 제2 굽힘부(812)는 전술된 굽힘부들의 통제 주름부들과 유사한 내측 통제 주름부를 구비한다. 서펀틴 회로 튜브들(802, 804)은 세 개의 접촉 지점들(820, 822, 824)을 갖는다. 각 서펀틴 회로 튜브(802, 804)는 활주부들(803, 805) 간의 높이 또는 거리(830)를 갖는다. 코일(800)의 서펀틴 회로 튜브(802)들을 서로 접촉한다. 다른 실시예에서는, 상기 코일이 서로 접촉하지 않는 서펀틴 회로 튜브들을 포함할 수 있다.
도 33 을 참조하면, 여기에는 직선부(898)들 및 굽힘부(900)를 포함하는 튜브(896)의 일부분이 도시되어 있다. 여기에서 제시된 굽힘부(900)는 전술된 굽힘부들과 많은 점들에 있어서 유사하다. 굽힘부(900)는 융기부(904)들 및 홈(906)들을 구비한 주름부(902)를 포함한다. 주름부(902)는, 굽힘부(900)의 인트라도스를 따라서, 지점들(903A, 903B)에서 시작하고 종료하는 사인파 패턴(903)을 포함한다. 튜브(896)는 직선부(898)들과 굽힘부(900) 사이의 천이부들에 접점들(911, 913)을 갖는다.
주름부(902)는 굽힘부(900)를 이등분하는 평면(908)에 대해 비대칭적이다. 축들(915, 912)은 평면(908)에 대해 직각으로 연장되고, 개별적으로 접점들(913, 911)과 교차한다. 접점들(911, 913)은 평면(908)을 따라서 거리(910)만큼 오프셋되며, 이로써 주름부(902)는 튜브(896)를 따라서 평면(908)의 일측에서 다른 측보다 더 멀리 연장된다. 평면(908)의 일측(도 33 에서 상측 부분)에 있는 주름부(902)의 일부분은 오프셋 부분(910A)을 구비하는바, 오프셋 부분(910A)은 평면(908)의 다른 측에 있는 주름부(02)의 일부분보다 적어도 하나의 융기부(904) 및/또는 적어도 하나의 홈(906)을 더 많이 포함한다.
주름부(910)는 단부 홈(906A) 및 단부 융기부(904A)를 구비한다. 일 구현예에서, 단부 융기부(904A)에는 테이퍼 리드-인 부분이 결여되어 있다. 오프셋 부분(910A)은 인접한 직선부(898)와 굽힘부(900) 사이에 튜브(896) 내 유동을 위한 천이부를 제공할 수 있다. 또한, 단부 융기부(904B)는 전술된 다양한 단부 융기부들과 유사한 테이퍼 리드-인 부분(914)을 구비한다.
도 34 및 도 35 를 참조하면, 여기에는 전술된 굽힘 다이(502)와 유사한 굽힘 다이(1000)가 제시되어 있는바, 아래에서는 이들의 차이점을 중심으로 설명한다. 굽힘 다이(1000)는 굽힘부(900)의 형성에 사용되는 것으로서, 이것은 상측 부분(1002) 및 하측 부분(1004)을 포함한다. 상측 부분(1002) 및 하측 부분(1004)은 굽힘부(900)에 융기부(904)들 및 홈(906)들을 형성하기 위하여 협력하는 융기부(1006)들 및 홈(1008)들을 구비한다. 상측 부분(1002)과 하측 부분(1004) 각각은 한 쌍의 채널들(1010, 1012)을 구비한다. 상측 부분(1002) 및 하측 부분(1004)의 채널(1010)들은 굽힘 다이(1000)의 일 측(1014)에서 개구(1013)를 형성하고, 상측 부분(1002) 및 하측 부분(1004)의 채널(1012)들은 제2 측(1016)에서 개구(1015)를 형성한다.
상기 개구들(1013, 1015)은, 굽힘 다이(1000)의 어느 한 개구(1013, 1015) 안으로 튜브가 공급됨을 허용하고, 상기 튜브에 굽힘부(900)를 형성하기 위하여 굽힘 다이(100)가 대응되는 방향으로 선회(turn)됨을 허용한다. 예를 들어 도 35 를 참조하면, 튜브의 제1 부분이 방향(1030)을 향해서 굽힘 다이 하측 부분(1004)의 채널(1012) 안으로 전진될 수 있다. 상측 부분(1002)은, 상기 튜브 주위에 개구(1015)를 형성하기 위하여, 굽힘 다이 하측 부분(1004)와 맞물리게끔 방향(1032)을 향해서 하방향으로 쉬프트된다.
그 다음, 상기 튜브의 추종 부분이 압력 다이에 의해 지지되는 한편, 굽힘 다이(1000)는 축(1036) 주위로 방향(1034)으로 선회된다. 굽힘 다이(1000)는 굽힘부(900)에 요망되는 각도 크기를 부여하기 위하여 방향(1034)으로 선회된다. 일단 굽힘부(900)가 형성된 다음에는, 굽힘 다이 상측 부분(1002)이 방향(1033)으로 상방향으로 쉬프트되고, 상기 튜브의 다른 부분의 굽힘을 위해 상기 튜브를 굽힘 다이(1000)에 위치선정시키기 위하여, 상기 튜브는 굽힘 다이(1000)에 대해 상대적으로 쉬프트된다. 이와 같은 예를 계속하면, 상기 튜브의 제2 부분을 개구(1013)로 전진시키기 위하여 상기 튜브가 재배치되고, 굽힘 다이(1000)가 닫혀지며, 굽힘 다이(1000)는 방향(1034)에 대해 반대인 방향으로 선회된다. 상기 튜브를 전진시키고 굽히는 과정은, 상기 튜브에 요망되는 개수의 굽힘부들이 부여될 때까지 반복된다.
도 36 을 참조하면, 여기에는 복귀 굽힘부(1102) 및 직선부(1103)들을 구비한 튜브(1100)가 제공되어 있다. 복귀 굽힘부(1102)는 전술된 주름부들과 유사한 주름부(1104)를 구비한다. 주름부(1104)는 저점부(1106)들 및 고점부(1108)들을 구비한다. 튜브(1100)는 저점부(1106)들, 고점부(1108)들, 및/또는 직선부(1103)들에 평탄화된 횡단면을 갖는다. 상기 튜브(1100)의 평탄화된 횡단면으로 인하여, 예컨데 냉각 타워의 코일 조립체에서, 튜브(1100)가 인접한 튜브들과 함께 밀착 패킹(tightly pack)됨이 가능하게 될 수 있다. 또한 상기 튜브(1100)의 평탄화된 횡단면은, 튜브(1100)의 열 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 튜브(1100)의 평탄화된 횡단면은 예를 들어 타원형 횡단면일 수 있다. 도 37a 를 참조하면, 복귀 굽힘부(1102)는 저점부(1106)에서 저점부 타원형 벽 부분(1110)을 포함한다. 저점부 타원형 벽 부분(1110)은 장축(1112) 및 단축(1114)을 갖는다.
도 37b 를 참조하면, 복귀 굽힘부(1102)는 고점부(1108)에서 고점부 타원형 벽 부분(1116)을 구비하고, 고점부 타원형 벽 부분(1116)은 장축(1120) 및 단축(1122)을 갖는다. 상기 고점부(1108)의 장축(1120)은 저점부(1106)의 장축(1112)보다 크다. 일 실시예에서, 상기 고점부(1108)의 단축(1122)은 저점부(1106)의 단축(1114)보다 작다.
도 37c 를 참조하면, 복귀 굽힘부(1102)는 직선부(1103)에 직선형 타원형 벽 부분(1126)을 구비하고, 직선형 타원형 벽 부분(1126)은 장축(1128) 및 단축(1130)을 구비한다. 일 실시예에서, 직선부(1103)의 장축(1128)은 장축들(1112, 1120)보다 작고, 단축(1130)은 단축들(1114, 1122)보다 크다.
튜브(1100)의 부분들의 평탄화 횡단면은 다수의 다양한 방식으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 튜브를 굽히고 주름부(1104)를 부여하는데 사용되는 튜브 굽힘기가 굽힘 과정 동안에 굽힘부(1102)를 평탄하게 만들 수 있다. 다른 방안으로서, 상기 튜브가 처음에 타원형 횡단면을 구비하고, 굽힘 과정에서 튜브에 대한 추가적 평탄화 작업 없이 굽힘부(1102)에 주름부(1104)가 부여될 수 있다. 또 다른 방안으로서, 튜브의 하나 이상의 굽힘부들을 형성하기 위하여 튜브 굽힘기가 사용되고, 굽힘 과정 이후에 튜브를 평탄화시키기 위하여 프레스가 사용될 수 있다.
여기에서 달리 명시적으로 기재되거나 문맥상 명백한 경우를 제외하고, 단수형으로 기재된 단어들은 단수형과 복수형을 모두 포괄하도록 의도된 것이다. "포함", "구비", 및 이들의 파생 표현들은 배타적인 의미가 아닌 것으로 추정되어야 할 것이다. 여기에 기재된 "적어도 하나"라는 표현은 이접성(disjunctive) 의미로 해석됨을 의도한 것이다. 예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나"라는 문구는 A, B, 또는 A 및 B 모두를 포괄하는 의미로 의도된 것이다.
여기에서는 본 발명의 특정 실시예들이 예시 및 설명되었으나, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다양한 변형 및 변경이 가능하다는 점이 이해될 것이며, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 그러한 변형들 및 변경들 모두를 포괄하도록 의도된 것이다. 예를 들어, 여기에 개시된 굽힘부들은 예컨데 일부 예로서 제시된 증발 콘덴서, 공냉식 콘덴서, 폐쇄 회로 유체 쿨러, 폐쇄 회로 냉각 타워, 개방 회로 냉각 타워, 건식 쿨러, 아이스 열 저장 시스템(ice thermal storage system), 열 저장 코일, 및/또는 하이드로-쿨링 코일(hydro-cooling coil)과 같은 다양한 열교환 장치들에서 활용될 수 있다.

Claims (64)

  1. 간접식 열교환기 압력용기(indirect heat exchanger pressure vessel)로서, 상기 간접식 열교환기 압력용기는:
    고압 작동 유체를 수용하는 유입 헤더(inlet header);
    고압 작동 유체를 수집하는 유출 헤더(outlet header); 및
    상기 유입 헤더와 상기 유출 헤더를 연결하고, 상기 고압 작동 유체가 상기 유입 헤더로부터 유출 헤더로 유동함을 허용하는, 서펀틴 회로 튜브(serpentine circuit tube);를 포함하고,
    상기 서펀틴 회로 튜브는 활주부(run)들 및 상기 활주부들을 연결하는 복귀 굽힘부(return bend)를 포함하며,
    상기 복귀 굽힘부는 통제 주름부(controlled wrinkled portion)를 구비하고,
    상기 통제 주름부는 융기부(ridge)들 및 홈들을 교번적으로 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유입 헤더, 유출 헤더, 및 서펀틴 회로 튜브는 적어도 150 psig 의 내부 압력에서 작동하도록 구성되는, 간접식 열교환기 압력용기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유입 헤더, 유출 헤더, 및 서펀틴 회로 튜브는 적어도 410 psig 의 내부 압력에서 작동하도록 구성되는, 간접식 열교환기 압력용기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유입 헤더, 유출 헤더, 및 서펀틴 회로 튜브는 적어도 1200 psig 의 내부 압력에서 작동하도록 구성되는, 간접식 열교환기 압력용기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브는 서펀틴 회로 튜브의 활주부들과 복귀 굽힘부 사이의 연접부(juncture)에 한 쌍의 접점(tangent point)들을 포함하고,
    상기 복귀 굽힘부는 굽힘 각도(bend angle)를 가지며,
    상기 복귀 굽힘부의 통제 주름부는 상기 서펀틴 회로 튜브를 따라서 접점들로부터 이격되고,
    상기 복귀 굽힘부의 통제 주름부는 복귀 굽힘부 내측에 상기 굽힘 각도보다 작은 각도 크기(angular extent)를 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부의 통제 주름부는 복귀 굽힘부의 인트라도스(intrados)에 사인파 패턴(sinusoidal pattern)을 포함하고, 상기 사인파 패턴은 상기 굽힘부의 홈들에 있는 저점부(valley)들 및 융기부들에 있는 고점부(peak)들을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부의 통제 주름부는 상기 굽힘부의 사인파 패턴과 교차하는 아크 패턴(arc pattern)을 포함하고,
    상기 아크 패턴은:
    상기 고점부들과 교차하는 고점부 아크(peak arc)들; 및
    상기 저점부들과 교차하는 저점부 아크(valley arc)들;을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고점부 아크는 제1 곡률반경을 가지고, 상기 저점부 아크는 제2 곡률반경을 가지며, 상기 제1 곡률반경과 제2 곡률반경은 실질적으로 동일한, 간접식 열교환기 압력용기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 융기부들은 상기 서펀틴 회로 튜브의 활주부들에 인접한 단부 융기부들을 포함하고,
    상기 단부 융기부들 중 적어도 하나는 상기 융기부들 및 홈들 주위에서의 고압 작동 유체의 유동을 매끄럽게하는 테이퍼 리드-인 부분(tapered lead-in portion)을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부는 굽힘부 반경을 가지고, 상기 복귀 굽힘부의 내부 주위로 연장되는 튜브형 측벽을 포함하며,
    상기 튜브형 측벽은:
    상기 복귀 굽힘부의 각 융기부에 있는 제1 반원형 내벽 부분(first semicircular inner wall portion), 제1 외벽 부분, 및 상기 제1 반원형 내벽 부분과 상기 제1 외벽 부분을 연결하는 복귀 굽힘부 내부의 대향된 측부들에 있는 한 쌍의 제1 연결 벽 부분(first connecting wall portion)들로서, 반경방향으로 정렬되어 있는, 제1 반원형 내벽 부분, 외벽 부분, 및 제1 연결 벽 부분들; 및
    상기 복귀 굽힘부의 각 홈에 있는 제2 반원형 내벽 부분, 제2 외벽 부분, 및 상기 제2 반원형 내벽 부분과 상기 제2 외벽 부분을 연결하는 복귀 굽힘부 내부의 대향된 측부들에 있는 한 쌍의 제2 연결 벽 부분들로서, 반경방향으로 정렬되어 있는 제2 반원형 내벽 부분, 제2 외벽 부분, 및 제2 연결 벽 부분들;을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 반원형 내벽 부분은 제1 곡률반경을 가지고, 상기 제2 반원형 벽 부분은 제1 곡률반경과 실질적으로 동일한 제2 곡률반경을 가지는, 간접식 열교환기 압력용기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 반원형 내벽 부분은 제1 각도 크기를 가지고, 상기 제2 반원형 내벽 부분은 제2 각도 크기를 가지며, 상기 제1 각도 크기와 제2 각도 크기는 각각 90도보다 큰, 간접식 열교환기 압력용기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 각도 크기는 제2 각도 크기보다 큰, 간접식 열교환기 압력용기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브의 활주부들은 복수 쌍의 활주부들을 포함하고,
    상기 복귀 굽힘부는 상기 활주부들의 쌍들을 연결하는 복수의 복귀 굽힘부들을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부는:
    상기 통제 주름부의 제1 통제 주름부를 포함하는 제1 굽힘부;
    상기 통제 주름부의 제2 통제 주름부를 포함하는 제2 굽힘부; 및
    상기 제1 굽힘부와 제2 굽힘부를 연결하는, 서펀틴 회로 튜브의 직선형 부분(straight portion);을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 굽힘부는 90도와 같거나 90도보다 큰 제1 굽힘 각도를 가지고, 상기 제2 굽힘부는 90도와 같거나 90도보다 작은 제2 굽힘 각도를 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부는 복수의 복귀 굽힘부들을 포함하고,
    상기 서펀틴 회로 튜브의 복귀 굽힘부들은 모두 공통의 평면에 속하는 중심선(centerline)들을 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부는 180도인 굽힘 각도를 가지고, 상기 굽힘부의 통제 주름부는 180도와 같거나 180도보다 작은 아크 길이(arc length)를 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브의 활주부들은 비원형 횡단면 형상을 가진 활주부들을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 통제 주름부는 적어도 하나의 테이퍼 리드-인 부분을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브는 외경(outer diameter)(OD)을 가지고, 상기 서펀틴 회로 튜브는 벽 두께(WT)를 가지며, 상기 복귀 굽힘부는 중심선 반경(CLR)을 가지고,
    상기 복귀 굽힘부는 등식 에 의하여 제시되는 굽힘 복잡도 인자(bend complexity factor)(CB)를 가지며,
    상기 굽힘 복잡도 인자는 10과 같거나 10보다 큰, 간접식 열교환기 압력용기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 굽힘 복잡도 인자는 20과 같거나 20보다 작은, 간접식 열교환기 압력용기.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브는 복수의 서펀틴 회로 튜브들을 포함하고,
    상기 서펀틴 회로 튜브들은 서로 접촉하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브는 복수의 서펀틴 회로 튜브들을 포함하고,
    상기 서펀틴 회로 튜브의 복귀 굽힘부들은 서로 접촉하지 않는, 간접식 열교환기 압력용기.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브의 복귀 굽힘부는 비원형 횡단면 형상을 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브의 복귀 굽힘부는 타원형 횡단면 형상을 가진, 간접식 열교환기 압력용기.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 통제 주름부는 상기 복귀 굽힘부를 이등분하는 평면을 기준으로 비대칭인, 간접식 열교환기 압력용기.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부는 180도인 굽힌 각도를 가지고,
    상기 통제 주름부는 상기 복귀 굽힘부를 이등분하는 평면을 기준으로 비대칭인, 간접식 열교환기 압력용기.
  29. 간접식 열교환기 압력용기로서, 상기 간접식 열교환기 압력용기는:
    고압 작동 유체를 수용하는 유입 헤더;
    고압 작동 유체를 수집하는 유출 헤더; 및
    상기 고압 작동 유체가 상기 유입 헤더로부터 상기 유출 헤더로 유동함을 허용하도록 유입 헤더와 유출 헤더를 연결하는 서펀틴 회로 튜브로서, 활주부들 및 상기 활주부들을 연결하는 복귀 굽힘부를 포함하며, 상기 활주부들과 상기 복귀 굽힘부 사이의 연접부들에는 접점들이 구비되는, 서펀틴 회로 튜브;를 포함하고,
    상기 복귀 굽힘부는, 굽힘 각도, 및 상기 서펀틴 회로 튜브를 따라서 상기 접점들로부터 이격된 통제 주름부를 포함하며,
    상기 통제 주름부는 상기 복귀 굽힘부의 내측 주위에서 상기 굽힘 각도보다 작은 각도 크기를 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부의 통제 주름부는 융기부들 및 홈들을 포함하고,
    상기 융기부들은 상기 접점들로부터 이격된 단부 융기부들을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부의 통제 주름부는 상기 접점들로부터 이격된 단부 융기부들을 포함하고,
    상기 단부 융기부들 중 적어도 하나는 상기 주름부 주위에서의 작동 유체 유동을 매끄럽게하는 테이퍼 리드-인 부분을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 단부 융기부들 둘 다는 상기 주름부 주위에서의 작동 유체 유동을 매끄럽게하는 테이퍼 리드-인 부분을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  33. 제29항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부의 통제 주름부는 교번적인 융기부들 및 홈들을 포함하고, 상기 융기부들 및 홈들은 상기 복귀 굽힘부 주위에서 변화하는 진폭을 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 융기부들 및 홈들은 복수의 제1 융기부들 및 홈들을 포함하고, 상기 복수의 제1 융기부들 및 홈들은, 복수의 제1 융기부들 및 홈들이 상기 복귀 굽힘부 주위에서 상기 접점들 중 하나로부터 멀리 연장됨에 따라서 증가하는 진폭을 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 융기부들 및 홈들은 상기 복수의 제1 융기부들 및 홈들과 상기 접점들 중 다른 접점 사이에 복수의 제2 융기부들 및 홈들을 포함하고,
    상기 복수의 제2 융기부들 및 홈들은, 복수의 제2 융기부들 및 홈들이 복수의 제1 융기부들 및 홈들로부터 멀리 그리고 상기 다른 접점을 향하여 연장됨에 따라서 감소하는 진폭을 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  36. 제29항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부의 통제 주름부는 상기 복귀 굽힘부의 내측 주위에 복귀 굽힘부 각도보다 적어도 5도 작은 각도 크기를 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  37. 제29항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브는 외경(OD) 및 벽 두께(WT)를 가지고,
    상기 복귀 굽힘부는 중심선 반경을 가지며, 상기 복귀 굽힘부의 통제 주름부는 상기 중심선 반경보다 큰 복귀 굽힘부의 구조상 중심선 반경(constructive center line radius: CCLR)을 제공하고,
    상기 복귀 굽힘부는 에 의하여 결정되는 굽힘 복잡도 인자(CB)를 가지며, CB 는 상기 복귀 굽힘부의 굽힘이 내부 만드렐없이 수행됨을 허용하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  38. 제37항에 있어서,
    CB 는 대략 10 또는 10 미만인, 간접식 열교환기 압력용기.
  39. 제29항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브들 각각은 외경(OD) 및 벽 두께(WT)를 가지고,
    인, 간접식 열교환기 압력용기.
  40. 제29항에 있어서,
    상기 유입 헤더, 유출 헤더, 및 서펀틴 회로 튜브는 적어도 150 psig 인 내부 압력에서 작동하도록 구성되는, 간접식 열교환기 압력용기.
  41. 제29항에 있어서,
    상기 유입 헤더, 유출 헤더, 및 서펀틴 회로 튜브는 적어도 410 psig 의 내부 압력에서 작동하도록 구성되는, 간접식 열교환기 압력용기.
  42. 제29항에 있어서,
    상기 유입 헤더, 유출 헤더, 및 서펀틴 회로 튜브는 적어도 1200 psig 의 내부 압력에서 작동하도록 구성되는, 간접식 열교환기 압력용기.
  43. 제29항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부는 상기 활주부들 중 하나에 인접한 제1 복귀 굽힘부, 다른 활주부에 인접한 제2 복귀 굽힘부, 및 상기 제1 굽힘부와 제2 굽힘부를 연결하는 연결 부분을 포함하고,
    상기 굽힘 각도는 제1 굽힘부의 제1 굽힘 각도와 제2 굽힘부의 제2 굽힘 각도를 포함하며,
    상기 통제 주름부는 제1 굽힘부의 제1 통제 주름부와 제2 굽힘부의 제2 통제 주름부를 포함하고,
    상기 제1 주름부는 상기 제1 굽힘부의 내측 주위에 상기 제1 굽힘 각도보다 작은 제1 각도 크기를 가지며,
    상기 제2 통제 주름부는 상기 제2 굽힘부의 내측 주위에 상기 제2 굽힘 각도보다 작은 제2 각도 크기를 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  44. 제29항에 있어서,
    상기 굽힘 각도는 180도이고, 상기 통제 주름부의 각도 크기는 170도 미만인, 간접식 열교환기 압력용기.
  45. 제29항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부는 10과 같거나 10보다 큰 굽힘 복잡도 인자를 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  46. 제29항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부는 20과 같거나 20보다 작은 굽힘 복잡도 인자를 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  47. 간접식 열교환기 압력용기로서, 상기 간접식 열교환기 압력용기는:
    고압 작동 유체를 수용하는 유입 헤더;
    고압 작동 유체를 수집하는 유출 헤더; 및
    상기 유입 헤더로부터 유출 헤더로의 고압 작동 유체의 유동을 허용하도록 상기 유입 헤더와 유출 헤더를 연결하는 서펀틴 회로 튜브로서, 활주부들 및 상기 활주부들을 연결하는 복귀 굽힘부를 포함하는, 서펀틴 회로 튜브;를 포함하고,
    상기 복귀 굽힘부는, 복귀 굽힘부의 인트라도스에 고점부들 및 저점부들을 포함하는 사인파 패턴을 구비한 내측 부분을 포함하며,
    상기 굽힘부의 내측 부분은 상기 사인파 패턴과 교차하는 아크 패턴을 포함하고, 상기 아크 패턴은 상기 고점부들과 교차하는 고점부 아크들 및 상기 저점부들과 교차하는 저점부 아크들을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 고점부 아크들은 제1 곡률반경을 가지고, 상기 저점부 아크들은 제2 곡률반경을 가지며,
    상기 고점부 아크의 제1 곡률반경과 상기 저점부 아크의 제2 곡률반경은 실질적으로 동일한, 간접식 열교환기 압력용기.
  49. 제47항에 있어서,
    상기 고점부 아크들은, 상기 저점부 아크들의 각도 크기보다 큰 각도 크기를 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  50. 제47항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브는 중심선을 가지고,
    상기 고점부 아크들 각각은 상기 중심선의 반경방향 내측에 중심을 가지며,
    상기 저점부 아크들 각각은 상기 중심선의 반경방향 외측에 중심을 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  51. 제47항에 있어서,
    상기 복귀 굽힘부는 중간선 평면을 가지고, 상기 사인파 패턴은 중간선 평면에 있으며,
    상기 고점부 아크들은 상기 중간선 평면에 대해 법선을 이루고,
    상기 저점부 아크들은 상기 중간선 평면에 대해 법선을 이루는, 간접식 열교환기 압력용기.
  52. 제47항에 있어서,
    상기 사인파 패턴은 상기 활주부들에 인접한 단부 고점부 부분들을 포함하고,
    상기 단부 고점부 부분들 중 적어도 하나는 테이퍼 리드-인 부분을 포함하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  53. 제47항에 있어서,
    상기 사인파 패턴은 주기 및 진폭을 가지고,
    상기 주기 및 진폭 중 적어도 하나는 상기 복귀 굽힘부 주위에서 변화하는, 간접식 열교환기 압력용기.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 사인파 패턴은 상기 활주부들 중 하나에 인접한 제1 최소 진폭, 상기 활주부들 중 다른 하나에 인접한 제2 최소 진폭, 및 상기 굽힘부의 인트라도스를 따라서 상기 제1 최소 진폭과 제2 최소 진폭 사이에 있는 최대 진폭을 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  55. 제47항에 있어서,
    상기 고점부 아크들 및 저점부 아크들 각각은 적어도 100도인 각도 크기를 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  56. 제47항에 있어서,
    상기 고점부 아크들 각각은 제1 곡률반경 및 제2 곡률반경을 가지고,
    상기 저점부 아크들 각각은 제3 곡률반경 및 제4 곡률반경을 가지며,
    상기 제1 곡률반경과 제3 곡률반경은 실질적으로 동일하고, 상기 제2 곡률반경과 제4 곡률반경은 실질적으로 동일한, 간접식 열교환기 압력용기.
  57. 제47항에 있어서,
    상기 고점부 아크들은 제1 타원형의 일부분에 의해 정의되는 형상을 가지고,
    상기 저점부 아크들은 제2 타원형의 일부분에 의해 정의되는 형상을 갖는, 간접식 열교환기 압력용기.
  58. 제57항에 있어서,
    상기 제1 타원형은 제1 장축 및 제1 단축을 가지고,
    상기 제2 타원형은 제2 장축 및 제2 단축을 가지며,
    상기 제1 장축은 제2 장축과 실질적으로 동일하고, 상기 제1 단축은 제2 단축과 실질적으로 동일한, 간접식 열교환기 압력용기.
  59. 폐쇄 회로 냉각 타워로서, 상기 폐쇄 회로 냉각 타워는:
    복수의 서펀틴 회로 튜브들을 포함하는 간접식 열교환기로서, 상기 서펀틴 회로 튜브들은 활주부들 및 상기 활주부들을 연결하는 복귀 굽힘부들을 구비하고, 상기 복귀 굽힘부들은 통제 주름부들을 구비한 주름 굽힘부(wrinkled bend)들을 포함하는, 간접식 열교환기;
    상기 서펀틴 회로 튜브들에 대한 공기유동을 발생시키도록 작동가능한 팬;
    상기 서펀틴 회로 튜브들에 증발 액체(evaporative liquid)를 배분하도록 구성된 증발 액체 배분 조립체;
    상기 서펀틴 회로 튜브들로부터 증발 액체를 수용하는 섬프(sump);
    상기 섬프로부터 상기 증발 액체 배분 조립체로 증발 유체를 펌핑하도록 작동가능한 펌프;를 포함하는, 폐쇄 회로 냉각 타워.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 간접식 열교환기는 고압 작동 유체를 수용하는 유입 헤더 및 고압 작동 유체를 수집하는 유출 매니폴드를 포함하고,
    상기 서펀틴 회로 튜브들은 유입 헤더와 유출 헤더를 연결하며, 상기 서펀틴 회로 튜브들은 상기 유입 헤더로부터 유출 헤더로의 고압 작동 유체의 유동을 허용하고,
    상기 유입 헤더, 유출 헤더, 및 서펀틴 회로 튜브들은 적어도 150 psig 의 내부 압력에서 작동하도록 구성되는, 폐쇄 회로 냉각 타워.
  61. 제59항에 있어서,
    각 서펀틴 회로 튜브의 복귀 굽힘부들은 제1 주름 굽힘부를 포함하고, 상기 서펀틴 회로 튜브는 상기 제1 주름 굽힘부와 상기 서펀틴 회로 튜브의 인접한 활주부들 사이의 연접부들에 접점들을 포함하며,
    상기 제1 주름 굽힘부는 굽힘 각도를 가지고,
    상기 제1 주름 복귀 굽힘부의 통제 주름부는 상기 서펀틴 회로 튜브를 따라서 접점들로부터 이격되며,
    상기 제1 주름 복귀 굽힘부의 통제 주름부는, 제1 주름 복귀 굽힘부의 내측 주위에 상기 굽힘 각도보다 작은 각도 크기를 갖는, 폐쇄 회로 냉각 타워.
  62. 제59항에 있어서,
    상기 통제 주름부들은 상기 주름 굽힘부들의 인트라도스에 사인파 패턴을 포함하고, 상기 사인파 패턴은 고점부들 및 저점부들을 가지며,
    상기 통제 주름부들은 상기 사인파 패턴과 교차하는 아크 패턴을 더 포함하고, 상기 아크 패턴은 상기 고점부들과 교차하는 고점부 아크들 및 상기 저점부들과 교차하는 저점부 아크들을 포함하는, 폐쇄 회로 냉각 타워.
  63. 제62항에 있어서,
    상기 서펀틴 회로 튜브들 각각은 중심선을 가지고,
    각 서펀틴 회로 튜브의 고점부 아크들은 서펀틴 회로 튜브의 중심선의 반경방향 내측에 중심을 가지며,
    각 서펀틴 회로 튜브의 저점부 아크들은 서펀틴 회로 튜브의 중심선의 반경방향 외측에 중심을 갖는, 폐쇄 회로 냉각 타워.
  64. 제59항에 있어서,
    상기 폐쇄 회로 냉각 타워는 직접식 열교환기를 더 포함하고, 상기 증발 액체 배분 조립체는 상기 직접식 열교환기에 증발 액체를 배분하도록 구성되는, 폐쇄 회로 냉각 타워.
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