CN115127366A - 热交换器和热交换器的制造方法 - Google Patents

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黑泽佑太
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Abstract

热交换器和热交换器的制造方法。所述热交换器包括：分隔壁，所述分隔壁隔开不同温度的两种流体；以及多个板状翅片，所述多个板状翅片形成在所述分隔壁的至少一个表面上并且各自具有一对热传递表面。所述分隔壁和所述多个板状翅片由相同的金属材料制成以构成一体模制产品。所述多个板状翅片各自具有弯曲部分并且被布置成在与所述一对热传递表面相交的方向上彼此间隔开。所述一对热传递表面中的各个热传递表面形成有在各个板状翅片的厚度方向上深度为100μm至400μm的多个槽。

Description

热交换器和热交换器的制造方法
技术领域
本发明涉及具有将不同温度的两种流体隔开的分隔壁和形成在分隔壁上的翅片的热交换器和热交换器的制造方法。
背景技术
通常，使用各种热传递方法的热交换器被广泛地用作用于在不同温度的两种流体之间进行热交换的装置。在表面型(分隔壁型)热交换器中，两种流体在由分隔壁隔开的两个空间中流动，并且由于经由分隔壁的热传递而在两种流体之间进行热交换。在一些热交换中，为了增加热传递面积(从而提高热交换效率)，分隔壁形成有翅片，或者分隔壁的热传递表面设置有孔。
例如，已知一种热交换器，其具有供冷却剂循环通过的热传递管和与热传递管接触的翅片，其中各个翅片具有在其表面上设置有细槽的翅片主体(参见JP2017-150756A)。
此外，例如，已知一种由铝或铝合金制成的热交换器，该热交换器包括金属翅片，各个翅片具有形成在其表面上的阳极氧化铝涂层(参见JP2011-252192A)。
作为提高热交换器的热交换效率的认真研究的结果，本申请的发明人已经发现，降低各个翅片与分隔壁之间的界面处的热阻(即，热传递损失)并且增大翅片的热传递面积(即，使表面结构更精细)同时使翅片表面附近的流体流平滑(以增大流速并且由此减小温度边界层的厚度)是特别有效的。
关于这些点，JP2017-150756A和JP2011-252192A中描述的传统技术没有提供关于降低各个翅片与分隔壁之间的界面处的热传递损失或减小形成在翅片表面附近的温度边界层的厚度的特定教导或建议。在JP2017-150756A中描述的传统技术中，设置在热交换器的各个翅片主体上的槽用于在翅片表面上形成防水膜。此外，在JP2011-252192A中描述的传统技术中，在热交换器的金属翅片上形成的阳极氧化铝涂层用于抑制不均匀的结霜。
发明内容
鉴于上述背景技术，本发明的主要目的是提供热交换器以及这种热交换器的制造方法，在该热交换器中，降低了各个翅片与分隔壁之间的界面处的热阻，并且增大了翅片的热传递面积，同时使翅片表面附近的流体流平滑。
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种热交换器1，所述热交换器包括：分隔壁3，所述分隔壁隔开不同温度的两种流体14、15；以及多个板状翅片5，所述多个板状翅片形成在所述分隔壁的至少一个表面3A上并且各自具有一对热传递表面21、21，其中，所述分隔壁和所述多个板状翅片由相同的金属材料制成以构成一体模制产品，所述多个板状翅片各自具有弯曲部分17并且被布置成在与所述一对热传递表面相交的方向上彼此间隔开，并且所述一对热传递表面中的各个热传递表面形成有在各个板状翅片的厚度方向上深度为100μm至400μm的多个槽25。
根据该方面，由于分隔壁和多个翅片一体地模制，所以降低了各个翅片与分隔壁之间的界面处的热阻。而且，在各自具有弯曲部分的多个翅片上形成适当深度的槽可以增大翅片的热传递面积，同时使翅片表面附近的流体流平滑。结果，可以提高热交换器的热交换效率。
在上述方面中，优选地，所述热交换器还包括板状构件35，各个板状构件由发射率比所述金属材料高的另一种金属材料制成，并且附接到所述多个板状翅片中的相邻板状翅片之间的所述分隔壁。
根据该方面，即使当与分隔壁一体模制的翅片中使用的金属材料存在限制时，具有较高发射率的板状构件也可以增强热辐射(辐射热传递)，以改善热交换器中的流体温度的均匀性，并因此提高热交换器的热交换效率。
在上述方面中，优选地，所述分隔壁的未设置有所述板状翅片的另一表面3B形成有多个孔，各个孔的直径为10nm至30nm。
根据该方面，形成在分隔壁的一个表面上的翅片促进两种流体中的一种流体(例如，气体)与分隔壁之间的热传递，而形成在分隔壁的另一表面上的孔促进两种流体中的另一种流体(例如，液体)与分隔壁之间的热传递。
在上述方面中，优选地，所述分隔壁构成有底筒状体，所述多个板状翅片各自连接到所述有底筒状体的形成所述有底筒状体的外表面的底表面和侧圆周表面，在各个板状翅片的连接到所述有底筒状体的所述底表面的第一部分17中，所述多个槽各自朝向所述底表面延伸，并且在各个板状翅片的连接到所述有底筒状体的所述侧圆周表面的第二部分19中，所述多个槽各自沿着所述侧圆周表面延伸。
根据该方面，在有底筒状体的底表面附近的流体被多个槽引导以朝向底表面流动，由此可以促进在有底筒状体的底部处的热传递。此外，在有底筒状体的侧圆周表面附近的流体被多个槽引导以沿着侧圆周表面流动，由此可以促进在有底筒状体的侧圆周部分处的热传递。
在上述方面中，优选地，所述热交换器还包括外壳9，所述外壳设置成覆盖所述多个板状翅片的外侧，并且所述多个板状翅片的与所述分隔壁相对的外边缘部分各自连接到所述外壳。
根据该方面，覆盖多个翅片的外侧的外壳可以有效地将流体引导至设置在有底筒状体上的翅片。
在上述方面中，优选地，所述热交换器还包括多个销状翅片7，所述多个销状翅片设置成在所述有底筒状体的所述底表面的未形成所述多个板状翅片的区域上向外突出。
根据该方面，销状翅片可以有效地促进在有底筒状体的底部处的热传递。
在上述方面中，优选地，所述多个板状翅片中的每个板状翅片的所述弯曲部分螺旋地弯曲。
根据该方面，可以使多个翅片的表面附近的流体流平滑(增加流体的流速)。
在上述方面中，优选地，各个板状翅片具有在远离所述分隔壁的方向上渐缩的横截面。
根据该方式，能够抑制相邻翅片之间的流体滞留。
为了实现上述目的，本发明的另一个方面提供了一种热交换器1的制造方法，所述热交换器的制造方法包括以下步骤：通过基于增材制造使用相同的金属材料来一体地模制分隔壁3和多个板状翅片5，所述分隔壁隔开不同温度的两种流体14、15，所述多个板状翅片形成在所述分隔壁的至少一个表面3A上并且各自具有一对热传递表面21、21，其中，所述多个板状翅片各自具有弯曲部分17并且被布置成在与所述一对热传递表面相交的方向上彼此间隔开；以及所述一对热传递表面中的各个热传递表面形成有在各个板状翅片的厚度方向上深度为100μm至400μm的多个槽25。
根据该方面，由于基于增材制造来一体地模制分隔壁和多个翅片，因此降低了各个翅片与分隔壁之间的界面处的热阻。而且，在各自具有弯曲部分的多个翅片上形成适当深度的槽可以增大翅片的热传递面积，同时使翅片表面附近的流体流平滑。结果，可以提高热交换器的热交换效率。
根据前述构造，可以提供热交换器以及这种热交换器的制造方法，在该热交换器中，降低了各个翅片与分隔壁之间的界面处的热阻，并且增大了翅片的热传递面积，同时使翅片表面附近的流体流平滑。
附图说明
图1是示出根据本发明实施方式的热交换器1的示意性结构的截面图；
图2是示出形成在分隔壁3上的一个细部的立体图；
图3是热交换器1的局部俯视图；
图4是除外壳9之外的热交换器1的立体图；
图5是翅片5的截面图；
图6是示出翅片5和热传递表面21的详细结构的说明图；
图7是热交换器1的局部仰视图；以及
图8是销状翅片7的立体图。
具体实施方式
下面，将参照附图描述根据本发明实施方式的热交换器及其制造方法。
如图1所示，热交换器1主要由分隔壁3、多个板状翅片5、多个销状翅片7和外壳9构成。在热交换器1中，由分隔壁3隔开的不同温度的两种流体(第一流体和第二流体)彼此间接接触，从而在它们之间进行热交换。
分隔壁3将热交换器1的主体形成为有底筒状体。分隔壁3具有大致圆柱形的侧圆周部分11和底部13，该底部13设置成封闭侧圆周部分11的开口之一(在此为下开口)。在分隔壁3内，包含有第一流体14，该第一流体14包括具有相对较低温度并将被加热的液体(例如，常温的水)。此外，第二流体15在分隔壁3的外部流动，该第二流体15包括温度比第一流体高的气体(在此为来自图中未示出的燃烧器的高温燃烧气体)。
分隔壁3是与翅片5和销状翅片7一体的一体模制产品。分隔壁3、翅片5和销状翅片7由相同的金属材料(这里为铝)制成。
分隔壁3的外表面(一个表面)3A形成有多个翅片5。同样如图2所示，各个翅片5在其纵向方向上从分隔壁3的侧圆周部分11延伸到底部13。各个翅片5包括内边缘连接到侧圆周部分11的外表面的侧部(第一部分)17和内边缘连接到底部13的外表面的基部(第二部分)19。
在本实施方式中，多个翅片5包括两种翅片。具体地，如图1所示，多个翅片5包括具有相对长的基部19的翅片和具有相对短的基部19的翅片。在下文中，当区分这两种类型的翅片时，它们将被称为长翅片5L和短翅片5S。此外，表示长翅片5L和短翅片5S的部分的附图标记可以根据需要添加“L”和“S”。
各个翅片5具有一对热传递表面21、21(主热传递表面)，所述热传递表面设置成与侧圆周部分11的周向方向相交或垂直。另外，如图3所示，多个翅片5被布置成在侧圆周部分11的整个周向上沿周向方向(即与一对热传递表面21、21相交的方向)彼此间隔开。长翅片5L和短翅片5S在周向方向上交替地设置。
如图4所示，各个翅片5的侧部17构成从基部19的上边缘沿着分隔壁3的侧圆周部分11斜向上(即，在纵向方向上)延伸的螺旋弯曲部分。这样，通过弯曲各个翅片5的至少一部分，可以使多个翅片5的表面附近的流体流更平滑(可以增加流体的流速)。
各个翅片5的侧部17的宽度(外边缘17A和内边缘17B之间的距离)在纵向方向上基本上在整个侧部17上大致相同(见图1)。然而，在侧视图中，侧部17的上边缘17C形成为相对于分隔壁3的外表面3A成锐角。注意，仅要求侧部17的至少一部分形成弯曲部分(即，形成有用作热传递表面的弯曲表面的部分)。此外，弯曲部分的形状不限于螺旋形，并且弯曲部分仅需要至少具有弯曲表面。
如图5所示，各个翅片5的侧部17形成为在垂直于纵向方向的截面(沿图2中的线V－V截取的截面)中从内边缘17B朝向外边缘17A渐缩。由此，相邻翅片5之间的空间(即相邻热传递表面21之间的空间)从内侧(分隔壁3侧)朝向外侧逐渐增大。由此，能够抑制相邻翅片5之间的流体滞留。
侧部17中的一对热传递表面21、21的部分形成有从内边缘17B到外边缘17A以规定间隔布置的多个槽25。从提高热交换效率的观点出发，多个槽25的深度D(与热传递表面21、21大致垂直的各个翅片5的厚度方向的深度)优选地设定为100μm至400μm。类似地，多个槽25的宽度W优选地设定为深度D的约两倍(200μm至800μm)。并且，相邻槽25之间的间隔L优选地设定为100μm至300μm。注意，仅要求槽25形成在一对热传递表面21、21中的至少一个上。
各个翅片5的基部19在纵向方向上具有基本上直的形状(如在底视图中看到的)。基部19从侧部17的下边缘17D(见图6)沿着分隔壁3的底部13延伸。在侧视图中，基部19设置有突出部31，该突出部31向下突出以具有大致直角的尖端。虽然图中未示出，但是基部19被构造成类似于侧部17从内边缘朝向外边缘渐缩。
基部19中的一对热传递表面21、21的部分形成有类似于侧部17中的槽25的多个槽125，但是槽125的延伸方向不同于侧部17中的槽25的延伸方向。具体地，如图6所示，侧部17中的槽25各自沿着分隔壁3的侧圆周部分11中的外表面3A的一部分(即，沿着侧圆周表面)在纵向方向(此处为大致竖直方向)上延伸。另一方面，基部19中的槽125各自朝向分隔壁3的底部13中的外表面3A的一部分(即，朝向底表面)(在图6中沿向左和向上倾斜的方向)延伸。槽125的深度、宽度和间隔可类似于侧部17中的槽25的深度、宽度和间隔来设定。
通过上述构造，在有底筒状体的底表面附近的第二流体被多个槽125引导以朝向底表面流动，由此促进在有底筒状体的底部13处的热传递。此外，在有底筒状体的侧圆周表面附近的第二流体被多个槽25引导以沿着侧圆周表面流动，由此促进在有底筒状体的侧圆周部分11处的热传递。
注意，在本实施方式中，分隔壁3构成有底筒状体，因此各个翅片5具有基部19，但是在分隔壁3构成另一结构(例如，筒状体)的情况下，可以省略基部19。
如图7所示，分隔壁3的底部13设置有多个板状构件35，各个板状构件35设置在周向相邻的长翅片5L之间。各个板状构件35具有大致矩形形状(见图1)。在底视图中，各个板状构件35在各个短翅片5S的短基部19S的端部(内边缘)的延长线上延伸(即，在径向方向上延伸)。因此，多个板状构件35以与短翅片5S的数量相同的数量设置。
各个板状构件35的内边缘在径向方向上与各个长翅片5L的基部19L的内边缘处于大致相同的位置。因此，在分隔壁3的底部13中，多个长翅片5L的基部19L的内边缘和多个板状构件35的内边缘共同限定了设置有多个销状翅片7的大致圆形区域。注意，在底视图中(或在水平截面中)，各个长翅片5L的基部19L形成为在径向向内方向上渐缩。
各个板状构件35由发射率比形成翅片5的金属材料(这里为铝)高的金属材料(这里为不锈钢)制成。如图1所示，多个板状构件35分别装配到形成在分隔壁3的底部13中的外表面3A上的多个安装槽37中。注意，形成板状构件35的材料不限于不锈钢，并且可以使用发射率比至少形成翅片5的金属材料高的任何金属材料。
如图8所示，各个销状翅片7具有渐缩的圆柱形(或圆锥形)形状。各个销状翅片7的圆周表面形成有在纵向方向(突出方向)上延伸的多个脊41。多个脊41沿周向以规定间隔设置。
由于多个脊41，各个销状翅片7的表面积增加。此外，由于多个脊41形成在具有渐缩形状的各个销状翅片7上，因此可以获得减小形成在销状翅片7的表面附近的温度边界层的厚度的效果。结果，降低了分隔壁3内的第一流体14的热阻，并且促进了第一流体的对流热传递。
分隔壁3的内表面(另一表面)3B形成有未密封的阳极氧化铝涂层。阳极氧化铝涂层形成有多个孔，各个孔的直径为10nm至30nm。由此，在热交换器1中，形成在分隔壁3的外表面3A上的翅片5促进第二流体与分隔壁3之间的热传递，而形成在分隔壁3的内表面3B上的孔促进第一流体与分隔壁3之间的热传递。然而，可以省略阳极氧化铝涂层。此外，阳极氧化铝涂层可仅形成分隔壁3的内表面3B的一部分(例如，仅形成底部13的内表面13B)。
如图1所示，外壳9大致为筒状形状，并设置成覆盖多个翅片5的外侧。因此，外壳9的内表面9A和分隔壁3的外表面3A限定了用于第二流体15的流动路径，并且多个翅片5定位在该流动路径内。
外壳9具有上部51和下部53，上部51连接到位于分隔壁3对面的多个翅片5的外边缘，下部53连接到上部51的下边缘并向下延伸。上部51的下边缘51A连接到各个翅片5的基部19的突出部31的角部。下部53位于销状翅片7的外侧(在此为下方)，并具有基本圆形形状的开口55。开口55构成第二流体15的入口。由于这样的外壳9，可以有效地将第二流体引导至设置在有底筒状体上的翅片5。
在具有上述结构的热交换器1的制造中，分隔壁3、多个翅片5和多个销状翅片7使用已知的3D打印技术(增材制造)一体模制。在增材制造中使用的具体加工方法没有特别限制，只要能够实现上述结构即可。例如，热交换器1通过同时喷射金属粉末并将激光(或电子束)照射到目标部件上以形成前述形状的熔融金属粉末层而模制。
外壳9可以与分隔壁3一体模制。可替代地，外壳9可以由与形成分隔壁3的金属材料不同的金属材料形成，并且此后通过焊接等附接以覆盖多个翅片5的外侧。
分隔壁3的内表面3B上的非密封阳极氧化铝涂层通过已知的阳极氧化工艺(铝阳极氧化工艺)形成。阳极氧化铝涂层的多个孔的结构(孔径等)可以通过使用例如场发射扫描电子显微镜(FE－SEM)来检查。
当使用热交换器1时，用户将水作为第一流体倒入分隔壁3的内部，然后启动例如设置在热交换器1下方的燃烧器(例如，气体燃烧器)。因此，用作第二流体的燃烧器的燃烧气体通过外壳9的开口55引入。燃烧气体在位于分隔壁3和外壳9之间的多个翅片5之间流动，并从外壳9的开口上部排出。此时，燃烧气体的热量传递到分隔壁3、翅片5和销状翅片7，并进一步经由分隔壁3的内表面3B传递到第一流体(水)。由于燃烧气体和水之间的这种热交换，可以增加分隔壁3内的水的温度(最终使水沸腾)。
这样，在热交换器1中，由于分隔壁3和多个翅片5一体地模制，所以降低了各个翅片5与分隔壁3之间的界面处的热阻。此外，在各自具有弯曲部分(这里是侧部17)的多个翅片5上形成适当深度的槽可以增大翅片5的热传递面积，同时使翅片5的表面附近的第二流体流平滑。结果，可以提高热交换器1的热交换效率。
在上文中已经描述了具体实施方式，但是本发明不限于上述实施方式并且可以以各种方式修改或改变。
热交换器1的分隔壁3不限于有底筒状体，可以采用已知热交换器中使用的各种形状。例如，分隔壁3可构成隔开第一流体和第二流体的筒状体。在这种情况下，第一流体在分隔壁3内沿规定方向流动。此外，热交换器1的翅片5仅需要形成在分隔壁3的外表面3A和内表面3B中的至少一者上。
而且，第一流体和第二流体不一定必须是液体和气体的组合，可以采用流体的任何组合(例如，液体的组合或气体的组合)。热交换器1仅需要使用至少两种流体，并且可以使用三种或更多种流体以在其间进行热交换。
此外，在热交换器1中，即使当与分隔壁3一体模制的翅片5中使用的金属材料存在限制(例如，可用于增材制造的金属材料受到限制)时，具有较高发射率的板状构件35也可增强热辐射(辐射热传递)，以改善热交换器1中的流体温度的均匀性，并因此提高热交换器1的热交换效率。
热交换器1可用于例如冰箱、工业热交换器、板状热交换器、管状通道型热交换器。而且，因为热交换器1可以用作具有分隔壁和翅片的装置或机器的一部分，因此可以用作热交换器。这样的热交换器1可用于例如空气冷却的发动机头部、散热器、油冷却器、水锅炉、空调设备、废气再循环(EGR)冷却器、斯特林发动机等的流体通道结构中。

Claims (9)

1.一种热交换器，所述热交换器包括：
分隔壁，所述分隔壁隔开不同温度的两种流体；以及
多个板状翅片，所述多个板状翅片形成在所述分隔壁的至少一个表面上并且各自具有一对热传递表面，
其中，所述分隔壁和所述多个板状翅片由相同的金属材料制成以构成一体模制产品，
所述多个板状翅片各自具有弯曲部分并且被布置成在与所述一对热传递表面相交的方向上彼此间隔开，并且
所述一对热传递表面中的各个热传递表面形成有在各个板状翅片的厚度方向上深度为100μm至400μm的多个槽。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述热交换器还包括板状构件，各个板状构件由发射率比所述金属材料高的另一种金属材料制成，并且附接到所述多个板状翅片中的相邻板状翅片之间的所述分隔壁。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述分隔壁的未设置有所述板状翅片的另一表面形成有多个孔，各个孔的直径为10nm至30nm。
4.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述分隔壁构成有底筒状体，
所述多个板状翅片各自连接到所述有底筒状体的形成所述有底筒状体的外表面的底表面和侧圆周表面，
在各个板状翅片的连接到所述有底筒状体的所述底表面的第一部分中，所述多个槽各自朝向所述底表面延伸，并且
在各个板状翅片的连接到所述有底筒状体的所述侧圆周表面的第二部分中，所述多个槽各自沿着所述侧圆周表面延伸。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其中，所述热交换器还包括外壳，所述外壳设置成覆盖所述多个板状翅片的外侧，并且所述多个板状翅片的与所述分隔壁相对的外边缘部分各自连接到所述外壳。
6.根据权利要求4所述的热交换器，其中，所述热交换器还包括多个销状翅片，所述多个销状翅片设置成在所述有底筒状体的所述底表面的未形成所述多个板状翅片的区域上向外突出。
7.根据权利要求4所述的热交换器，其中，所述多个板状翅片中的每个板状翅片的所述弯曲部分螺旋地弯曲。
8.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，各个板状翅片具有在远离所述分隔壁的方向上渐缩的横截面。
9.一种热交换器的制造方法，所述热交换器的制造方法包括以下步骤：
通过基于增材制造使用相同的金属材料来一体地模制分隔壁和多个板状翅片，所述分隔壁隔开不同温度的两种流体，所述多个板状翅片形成在所述分隔壁的至少一个表面上并且各自具有一对热传递表面，其中，所述多个板状翅片各自具有弯曲部分并且被布置成在与所述一对热传递表面相交的方向上彼此间隔开；以及
所述一对热传递表面中的各个热传递表面形成有在各个板状翅片的厚度方向上深度为100μm至400μm的多个槽。
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Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB375472A (en) * 1931-04-20 1932-06-30 Gas Light & Coke Co Improvements in or relating to cooking and like pans
DE955355C (de) * 1954-10-30 1957-01-03 Strebelwerk G M B H Gusseiserner Konvektor mit Rippen und Lamellen fuer Sammelheizungsanlagen
FR2491202B1 (fr) * 1980-10-01 1986-02-28 Air Liquide Rechauffeur atmospherique
FR2493125A1 (fr) * 1980-11-05 1982-05-07 Faurie Bernard Recipient de cuisson
JPS57175887A (en) * 1981-04-24 1982-10-28 Toshiba Corp Heat exchanger
SE8303189L (sv) * 1983-06-07 1984-12-08 Alutherm Ab Vermevexlare av strengpressad profil
JPH0741268U (ja) * 1993-12-06 1995-07-21 株式会社神戸製鋼所 オープンラック型液化低温ガス気化装置用伝熱管
US5564589A (en) * 1995-02-07 1996-10-15 Fu; Hseuh-Chien Pot or pan
JP2006132839A (ja) 2004-11-05 2006-05-25 Mitsubishi Electric Corp 熱交換器およびその製造方法
CN100547339C (zh) * 2008-03-12 2009-10-07 江苏萃隆精密铜管股份有限公司 一种强化传热管及其制作方法
WO2010093679A2 (en) * 2009-02-11 2010-08-19 Massachusetts Institute Of Technology Nanoparticle thin-film coatings for enhancement of boiling heat transfer
JP2011054778A (ja) 2009-09-02 2011-03-17 Furukawa-Sky Aluminum Corp 櫛型放熱ユニットを用いた熱交換器
JP5534951B2 (ja) 2010-06-01 2014-07-02 三菱電機株式会社 熱交換器の処理方法及び熱交換器
JP2012097920A (ja) 2010-10-29 2012-05-24 Mitsubishi Electric Corp 熱交換器
GB201212283D0 (en) * 2012-07-10 2012-08-22 Isis Innovation Heating vessel
JP2017150756A (ja) 2016-02-25 2017-08-31 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 熱交換器およびフィンの製造方法

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