JPS62796A - 伝熱管 - Google Patents
伝熱管Info
- Publication number
- JPS62796A JPS62796A JP13939785A JP13939785A JPS62796A JP S62796 A JPS62796 A JP S62796A JP 13939785 A JP13939785 A JP 13939785A JP 13939785 A JP13939785 A JP 13939785A JP S62796 A JPS62796 A JP S62796A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat transfer
- main body
- heat exchanger
- fluid
- exchanger tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
- F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の技術分野]
本発明は、例えば海洋温度差発電プラントの満液式熱交
換器における伝熱性能の向上を実現し、熱交換器の小型
化をより進めるのに好適な伝熱管に関する。
換器における伝熱性能の向上を実現し、熱交換器の小型
化をより進めるのに好適な伝熱管に関する。
[発明の技術的背景とその問題点]
海洋における表層海水と瀾層海水との温度差を利用し、
ここから得られる熱エネルギで電力を発生するいわゆる
海洋温度差発電がエネルギ資源に乏しい我が国などにお
いて熱心に研究され、技術的な面ではほぼ見通しが立つ
ところまできている。
ここから得られる熱エネルギで電力を発生するいわゆる
海洋温度差発電がエネルギ資源に乏しい我が国などにお
いて熱心に研究され、技術的な面ではほぼ見通しが立つ
ところまできている。
しかし、経済的な面での課題の克服は今もって充分とは
言えず早期にこの方面の問題に対して研究開発のウエー
トをおく事が求められている。現状、幾つかの課題があ
るが、熱変換器が極端に大型化し、経済性が損われると
いう問題にはより多くの感心が向けられねばならない。
言えず早期にこの方面の問題に対して研究開発のウエー
トをおく事が求められている。現状、幾つかの課題があ
るが、熱変換器が極端に大型化し、経済性が損われると
いう問題にはより多くの感心が向けられねばならない。
すなわち、一般に、海洋温度差発電プラントでは、高低
熱源の温度差が小さく、送電端効率は数%と少ない。こ
のため単位発電用ノ〕当たりの熱交換器熱負荷が非常に
大きなものとなり、熱交換器が極端に大型化するという
問題がある。一方ここでで用いられる低沸点媒体はフロ
ン、アンモニアなどであるが、総じてこれらは伝熱性能
の面で従来の作動流体である水よりも劣っており、熱交
換器が大型化するのを助長する傾向にある。従って、大
型化を喰い止めてより望ましい方向に導くには、まず熱
貫流率を規定する作動流体側での伝熱性能の向上を図ら
ねばならない。
熱源の温度差が小さく、送電端効率は数%と少ない。こ
のため単位発電用ノ〕当たりの熱交換器熱負荷が非常に
大きなものとなり、熱交換器が極端に大型化するという
問題がある。一方ここでで用いられる低沸点媒体はフロ
ン、アンモニアなどであるが、総じてこれらは伝熱性能
の面で従来の作動流体である水よりも劣っており、熱交
換器が大型化するのを助長する傾向にある。従って、大
型化を喰い止めてより望ましい方向に導くには、まず熱
貫流率を規定する作動流体側での伝熱性能の向上を図ら
ねばならない。
従来、かかる作動流体側での伝熱性能の向上を意図して
熱交換器、つまり満液式蒸発器の伝熱管にその外側から
転造加工、金屑溶射あるいは粉末冶金などの方法を用い
て凹凸を形成し、沸騰熱伝達を促進するという考えが公
にされている。しかし、この様な方法では広い面積に均
一な寸法の凹凸をつくるのが難しく、高い品質のものを
多数得るとなると、経済的な負担がますます大きくなる
。
熱交換器、つまり満液式蒸発器の伝熱管にその外側から
転造加工、金屑溶射あるいは粉末冶金などの方法を用い
て凹凸を形成し、沸騰熱伝達を促進するという考えが公
にされている。しかし、この様な方法では広い面積に均
一な寸法の凹凸をつくるのが難しく、高い品質のものを
多数得るとなると、経済的な負担がますます大きくなる
。
また、フロンを作動流体とする蒸発器に関し、同様に沸
騰熱伝達を促進しようとの考えから、その伝熱管に外側
から熱伝導率に優れた銅粉末を火炎溶射して銅溶射層を
形成する方法が提案されている。(例えば特開昭57−
82469号公報参照)しかしながら、アンモニアを作
動流体とする蒸発器では、アンモニアが銅、あるいは銅
合金に対して激しい腐蝕性を示すので、銅溶射層により
沸騰熱伝達を促進するという考えは採用されるまでに至
らない。
騰熱伝達を促進しようとの考えから、その伝熱管に外側
から熱伝導率に優れた銅粉末を火炎溶射して銅溶射層を
形成する方法が提案されている。(例えば特開昭57−
82469号公報参照)しかしながら、アンモニアを作
動流体とする蒸発器では、アンモニアが銅、あるいは銅
合金に対して激しい腐蝕性を示すので、銅溶射層により
沸騰熱伝達を促進するという考えは採用されるまでに至
らない。
一方、このような方法によらないで優れた沸騰熱伝達の
促進方法が開発され、作動流体側の伝熱性能の向上が図
かれたとしても伝熱管内を通る加熱流体、つまり海水側
の伝熱性能が低くては、蒸発器の熱貫流率が海水側の伝
熱性能により規定されるため、海水側の伝熱性能に対す
る配慮が怠れないものとなる。
促進方法が開発され、作動流体側の伝熱性能の向上が図
かれたとしても伝熱管内を通る加熱流体、つまり海水側
の伝熱性能が低くては、蒸発器の熱貫流率が海水側の伝
熱性能により規定されるため、海水側の伝熱性能に対す
る配慮が怠れないものとなる。
従来、この点への配慮として伝熱管内にねじり板、らせ
ん羽根等を置き、その主流に対して回転を与えたり、あ
るいは伝熱管内に一定の間隔で円環状部材を設け、主流
を撹乱させたり、また伝熱面に突起物を設け、これによ
り境界層を撹乱させるなどの方法が公にされている。し
かし、これらの部材等はいずれも乱流を意図的につくり
出すものであるため、仮に使い方を誤るようなことがあ
れば、熱伝達係数の僅かな向上と引き換えに大きな圧力
損失が生じ、海水循環ポンプの動力費が増加するなど、
別な面での経済的な負担を増す原因となる。
ん羽根等を置き、その主流に対して回転を与えたり、あ
るいは伝熱管内に一定の間隔で円環状部材を設け、主流
を撹乱させたり、また伝熱面に突起物を設け、これによ
り境界層を撹乱させるなどの方法が公にされている。し
かし、これらの部材等はいずれも乱流を意図的につくり
出すものであるため、仮に使い方を誤るようなことがあ
れば、熱伝達係数の僅かな向上と引き換えに大きな圧力
損失が生じ、海水循環ポンプの動力費が増加するなど、
別な面での経済的な負担を増す原因となる。
[発明の目的]
本発明の目的は作動流体側での沸騰熱伝達の促進に併せ
、海水側での圧力損失の増加を伴わない乱流の作り方を
実現して伝熱性能の向上を図り、もって熱交換器の小型
化をより進めることのできる伝熱管を提供しようするも
のである。
、海水側での圧力損失の増加を伴わない乱流の作り方を
実現して伝熱性能の向上を図り、もって熱交換器の小型
化をより進めることのできる伝熱管を提供しようするも
のである。
[発明の概要]
本発明における特徴の一つは、伝熱管の本体外表面にほ
ぼ均一な大きさの凹凸を有する被覆部を形成することで
ある。この被覆部は粒度12〜60メツシュの金属粒を
吹き付けて一体に構成する。
ぼ均一な大きさの凹凸を有する被覆部を形成することで
ある。この被覆部は粒度12〜60メツシュの金属粒を
吹き付けて一体に構成する。
ざらに、第二の特徴は伝熱管の本体内壁に互いに一定間
隔を保って配置される複数の環状突起を設けることであ
る。この環状突起は管内流体の流れ方向よりみて前方に
起立している起立面と、この起立面の上端から流体の流
れ方向に沿ってなだらかに下降している傾斜面とから構
成され、さらに環状突起は内壁面から0.3〜0.5
mmの高さに起立し、一方互いの間隔は高さの30〜6
0倍の大きさになるようにしている。
隔を保って配置される複数の環状突起を設けることであ
る。この環状突起は管内流体の流れ方向よりみて前方に
起立している起立面と、この起立面の上端から流体の流
れ方向に沿ってなだらかに下降している傾斜面とから構
成され、さらに環状突起は内壁面から0.3〜0.5
mmの高さに起立し、一方互いの間隔は高さの30〜6
0倍の大きさになるようにしている。
[発明の実施例]
以下、本発明の一実施例を第1図および第2図を参照し
て説明する。
て説明する。
第1図において本発明の伝熱管は本体外表面を粒度の揃
った金属粒で覆った均一な大きさの凹凸を有する被覆部
11を形成し、さらにこの伝熱管の本体内壁に本体長手
方向に互いに一定の間隔を保って配置される複数の環状
突起12を設けるものである。
った金属粒で覆った均一な大きさの凹凸を有する被覆部
11を形成し、さらにこの伝熱管の本体内壁に本体長手
方向に互いに一定の間隔を保って配置される複数の環状
突起12を設けるものである。
初めに、被覆部11について詳述すると、被覆部11の
構成材料としては粒度の揃った金属粒、例えば高純度の
アルミナ(AJ2203 )粒を用いる。
構成材料としては粒度の揃った金属粒、例えば高純度の
アルミナ(AJ2203 )粒を用いる。
もちろん、この材料以外にも同等の熱伝導率と硬度を備
えているものであれば、代りに用いてもよく、選ばれた
金属粒子を伝熱管の本体外表面に吹き付けて一体化する
。この際、金居を選ぶことと同じように大切なことは金
属の粒度を一定の範囲に揃えるということである。本発
明においては粒度は12メツシュよりも細かく、一方6
0メツシュよりも粗い物を選んで使用する。
えているものであれば、代りに用いてもよく、選ばれた
金属粒子を伝熱管の本体外表面に吹き付けて一体化する
。この際、金居を選ぶことと同じように大切なことは金
属の粒度を一定の範囲に揃えるということである。本発
明においては粒度は12メツシュよりも細かく、一方6
0メツシュよりも粗い物を選んで使用する。
次に、環状突起12については第2図に示されるように
、伝熱管内を流れる流体の流れ方向よりみて前方に直角
に起立している起立面12aと、この起立面12の上端
から流体の流れ方向に沿ってなだらかに下降している傾
斜面12bとから構成されている。また、環状突起12
の高さeは、0.3〜0.5mmに設定し、一方互いの
間隔つまりピッチPは、高さeの30〜60倍の大きさ
に設定されている。
、伝熱管内を流れる流体の流れ方向よりみて前方に直角
に起立している起立面12aと、この起立面12の上端
から流体の流れ方向に沿ってなだらかに下降している傾
斜面12bとから構成されている。また、環状突起12
の高さeは、0.3〜0.5mmに設定し、一方互いの
間隔つまりピッチPは、高さeの30〜60倍の大きさ
に設定されている。
以上の構成による伝熱管の伝熱性能について実験結果を
示す第3図および第4図を参照して説明する。
示す第3図および第4図を参照して説明する。
第3図(a)はアルミナを吹き付けて形成したブラスト
処理管での作動流体としてアンモニアを用いたときの沸
騰熱伝達係数とアルミナグリッドの粒度との関係を示す
特性図である。なお、ここで縦軸の沸騰熱伝達係数の比
とは、粒度12メツシュでの沸騰熱伝達係数を基準とし
てその比率を定めたものである。この図から明らかなよ
うに粒度が12メツシュを越えたところから次第に伝熱
性能が高い値を示すようになり、さらに進んだところで
ピークを迎え、その後下降に転じて60メツシュを過ぎ
ると粒度との関係から極端に伝熱性能が低下する様子が
示されている。この理由を被覆部11を拡大して模式的
に示す第3図(b)を参照して説明すると、粒度が12
メツシュに満たない場合は被覆部11の空所(キャビテ
ィ)の開口半径Rが大きすぎ、気泡発生核として有効に
作用しないが、12メツシュを過ぎると開口半径Rが適
当な大きさとなり、気泡発生核としての働きが充分な水
準で得られ、この後、粒度が一層細かくなると気泡発生
がさらに活発になるが、限度を越えた場合にはキャビテ
ィの開口半径Rが小さく、かつ深さが浅くなるために次
第に気泡発生核として作用しなくなり、60メツシュを
過ぎるとその働きが殆んどなくなるものと考えられてい
る。
処理管での作動流体としてアンモニアを用いたときの沸
騰熱伝達係数とアルミナグリッドの粒度との関係を示す
特性図である。なお、ここで縦軸の沸騰熱伝達係数の比
とは、粒度12メツシュでの沸騰熱伝達係数を基準とし
てその比率を定めたものである。この図から明らかなよ
うに粒度が12メツシュを越えたところから次第に伝熱
性能が高い値を示すようになり、さらに進んだところで
ピークを迎え、その後下降に転じて60メツシュを過ぎ
ると粒度との関係から極端に伝熱性能が低下する様子が
示されている。この理由を被覆部11を拡大して模式的
に示す第3図(b)を参照して説明すると、粒度が12
メツシュに満たない場合は被覆部11の空所(キャビテ
ィ)の開口半径Rが大きすぎ、気泡発生核として有効に
作用しないが、12メツシュを過ぎると開口半径Rが適
当な大きさとなり、気泡発生核としての働きが充分な水
準で得られ、この後、粒度が一層細かくなると気泡発生
がさらに活発になるが、限度を越えた場合にはキャビテ
ィの開口半径Rが小さく、かつ深さが浅くなるために次
第に気泡発生核として作用しなくなり、60メツシュを
過ぎるとその働きが殆んどなくなるものと考えられてい
る。
一方、環状突起12を設けた伝熱管の特性1nを得るた
めに圧力損失および熱伝達係数を測定し、ここで得られ
た圧力損失を一定とした平滑管に対する特性値を第4図
に示している。なお、この場合の圧力損失は管内流速を
0.5〜4.0m / Sに変化させることにより、ま
た熱伝達係数は流速を一定(約2.0m/s)とし、熱
負荷を変化させることによりそれぞれ得た値を示す。図
の横軸には環状突起12のピッチPとその高ざeとの比
P/eを取り、一方縦軸には循環水ポンプの動力(圧
力損失)、熱負荷一定の拘束条件のもとての本発明の伝
熱管の熱伝達係数α′ と平滑管の熱伝達係数αSとの
比 α′/αSをとっている。第4図から明らかなよう
に第2図の矢印方向に流体を流した場合(順方向)、環
状突起12の高さeが大きくなるにつれて熱伝達係数の
比 α′/αSが増加し、環状突起12の高さeが0.
5mmのとき最大値1.47となる。そして、環状突起
12の高さeがさらに大きくなると、熱伝達係数の比
α′/αSはかえって減少する。一方、流体を第2図の
矢印と反対方向に流した場合(逆方向)には、点線で示
すように熱伝達係数の比 α′/αSはかなり小さい。
めに圧力損失および熱伝達係数を測定し、ここで得られ
た圧力損失を一定とした平滑管に対する特性値を第4図
に示している。なお、この場合の圧力損失は管内流速を
0.5〜4.0m / Sに変化させることにより、ま
た熱伝達係数は流速を一定(約2.0m/s)とし、熱
負荷を変化させることによりそれぞれ得た値を示す。図
の横軸には環状突起12のピッチPとその高ざeとの比
P/eを取り、一方縦軸には循環水ポンプの動力(圧
力損失)、熱負荷一定の拘束条件のもとての本発明の伝
熱管の熱伝達係数α′ と平滑管の熱伝達係数αSとの
比 α′/αSをとっている。第4図から明らかなよう
に第2図の矢印方向に流体を流した場合(順方向)、環
状突起12の高さeが大きくなるにつれて熱伝達係数の
比 α′/αSが増加し、環状突起12の高さeが0.
5mmのとき最大値1.47となる。そして、環状突起
12の高さeがさらに大きくなると、熱伝達係数の比
α′/αSはかえって減少する。一方、流体を第2図の
矢印と反対方向に流した場合(逆方向)には、点線で示
すように熱伝達係数の比 α′/αSはかなり小さい。
従って、流体の流れ方向よりみて前方に起立面12aを
置くことが望まれ、又環状突起12の高さeは実用的見
地から0.2〜0.7龍が好ましく、0.3〜o、su
mが一層好ましいものとなる。
置くことが望まれ、又環状突起12の高さeは実用的見
地から0.2〜0.7龍が好ましく、0.3〜o、su
mが一層好ましいものとなる。
さらに、一般的な傾向として伝熱管内に高い突起物があ
ると、その根元付近に異物が付着しやすく、またこれを
取り除くのも容易でない。仮にこのような異物の為に伝
熱管の汚れ係数が増加し、熱貫流率が低下するようなこ
とになれば、管内流体側で熱伝達を促進した意味はなく
なってしまう。
ると、その根元付近に異物が付着しやすく、またこれを
取り除くのも容易でない。仮にこのような異物の為に伝
熱管の汚れ係数が増加し、熱貫流率が低下するようなこ
とになれば、管内流体側で熱伝達を促進した意味はなく
なってしまう。
このため伝熱管内面のスポンジボール等による洗浄効果
が上がるように環状突起12の高さeについては0.7
1m以下に設定する。
が上がるように環状突起12の高さeについては0.7
1m以下に設定する。
また、この環状突起12の高ざeとそのピッチPとの比
P/eについては、この値が大きくなるにつれて熱伝
達係数の比 α′/αSが次第に増加し、その比 P/
eが45のとき最大値をとる。
P/eについては、この値が大きくなるにつれて熱伝
達係数の比 α′/αSが次第に増加し、その比 P/
eが45のとき最大値をとる。
そして、比 P/eがさらに大ぎくなると熱伝達係数の
比は次第に減少する。従って、比 P/eとしては20
〜80倍が好ましく、30〜60倍が一層好ましい。
比は次第に減少する。従って、比 P/eとしては20
〜80倍が好ましく、30〜60倍が一層好ましい。
[発明の効果]
以上説明したように本発明は、伝熱管本体外表面に均一
な大きさの凹凸を有する被覆部を、また本体内壁に管内
流体の流体の流れ方向よりみて前方に起立している起立
面と、この起立面の上端から流体の流れ方向に沿ってな
だらかに下降している傾斜而とからなる環状突起を一定
の間隔を置いて設熱性能の向上が図れ、熱交換器の小型
化を一層進められるという優れた効果を奏する。
な大きさの凹凸を有する被覆部を、また本体内壁に管内
流体の流体の流れ方向よりみて前方に起立している起立
面と、この起立面の上端から流体の流れ方向に沿ってな
だらかに下降している傾斜而とからなる環状突起を一定
の間隔を置いて設熱性能の向上が図れ、熱交換器の小型
化を一層進められるという優れた効果を奏する。
第1図は本発明による伝熱管の一実施例を示す構成図、
第2図は環状突起の展開斜視図、第3図(a)は本発明
による伝熱管の沸騰熱伝達係数をもとに示される特性図
、第3図(b)は拡大して示される被覆部の概念図、第
4図は本発明による伝熱管の熱伝達係数をもとに示され
る特性図である。 11・・・・・・・・・被覆部 12・・・・・・・・・環状突起 12a・・・・・・起立面 12b・・・・・・傾斜而
第2図は環状突起の展開斜視図、第3図(a)は本発明
による伝熱管の沸騰熱伝達係数をもとに示される特性図
、第3図(b)は拡大して示される被覆部の概念図、第
4図は本発明による伝熱管の熱伝達係数をもとに示され
る特性図である。 11・・・・・・・・・被覆部 12・・・・・・・・・環状突起 12a・・・・・・起立面 12b・・・・・・傾斜而
Claims (3)
- (1)伝熱管における本体外表面にほぼ均一な大きさの
凹凸を有する被覆部を形成し、さらに本体内壁に本体長
手方向に互いに一定の間隔を保って配置される複数の環
状突起を設けてなり、前記環状突起は管内流体の流れ方
向よりみて前方に起立している起立面と、この起立面の
上端から流体の流れ方向に沿ってなだらかに下降してい
る傾斜面とから構成されていることを特徴とする伝熱管
。 - (2)被覆部が粒度12〜60メッシュの金属粒で構成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の伝熱管。 - (3)環状突起が内壁面から0.3〜0.5mmの高さ
に起立し、一方互いの間隔が前記環状突起の高さの30
〜60倍の大きさであることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の伝熱管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13939785A JPS62796A (ja) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | 伝熱管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13939785A JPS62796A (ja) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | 伝熱管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62796A true JPS62796A (ja) | 1987-01-06 |
Family
ID=15244329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13939785A Pending JPS62796A (ja) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | 伝熱管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62796A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06316146A (ja) * | 1990-03-02 | 1994-11-15 | Xerox Corp | 透明体 |
| JP2003042676A (ja) * | 2001-07-24 | 2003-02-13 | Japan Steel Works Ltd:The | 液媒用内面溝付伝熱管とその伝熱管を用いた熱交換器 |
-
1985
- 1985-06-25 JP JP13939785A patent/JPS62796A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06316146A (ja) * | 1990-03-02 | 1994-11-15 | Xerox Corp | 透明体 |
| JP2003042676A (ja) * | 2001-07-24 | 2003-02-13 | Japan Steel Works Ltd:The | 液媒用内面溝付伝熱管とその伝熱管を用いた熱交換器 |
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