JP2785851B2 - 熱交換器用伝熱管 - Google Patents
熱交換器用伝熱管Info
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- JP2785851B2 JP2785851B2 JP3045856A JP4585691A JP2785851B2 JP 2785851 B2 JP2785851 B2 JP 2785851B2 JP 3045856 A JP3045856 A JP 3045856A JP 4585691 A JP4585691 A JP 4585691A JP 2785851 B2 JP2785851 B2 JP 2785851B2
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- JP
- Japan
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- fins
- heat exchanger
- fin
- tube
- refrigerant
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-
- 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
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- Geometry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱交換器用伝熱管、特に
凝縮時の熱交換効率の低下を改善した、内面にフィンを
有する熱交換器用伝熱管に関する。
凝縮時の熱交換効率の低下を改善した、内面にフィンを
有する熱交換器用伝熱管に関する。
【０００２】
【従来の技術】冷暖房装置等における熱交換器は、伝熱
管に熱媒体となる液体（以下、冷媒と言う）を通し、冷
媒の蒸発または凝縮を行わせるものである。ヒートポン
プ式冷暖房装置では、熱交換器の伝熱管に熱媒体となる
液体（以下、冷媒と言う）を流す方向により、冷媒の蒸
発と凝縮をそれぞれ行わせ、１台の装置で冷房と暖房の
目的を達することができるものである。
管に熱媒体となる液体（以下、冷媒と言う）を通し、冷
媒の蒸発または凝縮を行わせるものである。ヒートポン
プ式冷暖房装置では、熱交換器の伝熱管に熱媒体となる
液体（以下、冷媒と言う）を流す方向により、冷媒の蒸
発と凝縮をそれぞれ行わせ、１台の装置で冷房と暖房の
目的を達することができるものである。
【０００３】従来、冷暖房装置等の熱交換器には伝熱管
として、図４に示すように、伝熱管４１の内面に、螺旋
状に一様な高さのフィン４２を設けて、それらの間に一
様な深さの溝４３を形成したものが広く用いられてい
る。このような内面溝付伝熱管は、平滑管に比し熱交換
効率が高い。その理由は、管内面の表面積すなわち熱媒
体用液体との接触面積が平滑面より大きいことと、管内
面の環状の凹凸のために、冷媒液が管内面付近でよく攪
拌され、乱流を生じて、管と液体との間の熱交換が促進
されることによる。さらに、管内で液状の冷媒を蒸発さ
せて管外の媒体を冷却する場合には、管内に流れる冷媒
液がフィンに沿ってかき上げられることにより、管内面
が広範囲にわたり冷媒液で濡らされ、管と液体との接触
面を増大させる効果をもつ。
として、図４に示すように、伝熱管４１の内面に、螺旋
状に一様な高さのフィン４２を設けて、それらの間に一
様な深さの溝４３を形成したものが広く用いられてい
る。このような内面溝付伝熱管は、平滑管に比し熱交換
効率が高い。その理由は、管内面の表面積すなわち熱媒
体用液体との接触面積が平滑面より大きいことと、管内
面の環状の凹凸のために、冷媒液が管内面付近でよく攪
拌され、乱流を生じて、管と液体との間の熱交換が促進
されることによる。さらに、管内で液状の冷媒を蒸発さ
せて管外の媒体を冷却する場合には、管内に流れる冷媒
液がフィンに沿ってかき上げられることにより、管内面
が広範囲にわたり冷媒液で濡らされ、管と液体との接触
面を増大させる効果をもつ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
内面のフィンの高さが一定である従来の伝熱管による
と、管内で冷媒を凝縮させる場合に、冷媒を蒸発させる
場合のような顕著な熱交換効率の向上が得られない。そ
の理由は、管内で凝縮して管の下側を流れる冷媒液がフ
ィンに沿ってかき上げられ、管内面の広い範囲が冷媒液
で濡らされるため、冷媒蒸気と伝熱管内面との直接の接
触が妨げられることによる。従って、本発明の目的は、
冷媒の蒸発および凝縮いずれの過程に用いてもすぐれた
熱交換効率を有する、熱交換器用伝熱管を提供すること
である。
内面のフィンの高さが一定である従来の伝熱管による
と、管内で冷媒を凝縮させる場合に、冷媒を蒸発させる
場合のような顕著な熱交換効率の向上が得られない。そ
の理由は、管内で凝縮して管の下側を流れる冷媒液がフ
ィンに沿ってかき上げられ、管内面の広い範囲が冷媒液
で濡らされるため、冷媒蒸気と伝熱管内面との直接の接
触が妨げられることによる。従って、本発明の目的は、
冷媒の蒸発および凝縮いずれの過程に用いてもすぐれた
熱交換効率を有する、熱交換器用伝熱管を提供すること
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、冷媒の蒸発
および凝縮いずれの過程に用いてもすぐれた熱交換効率
を有する、熱交換器用伝熱管を提供するため、伝熱管内
面に設けるフィンを、管軸方向に形成された２つ以上の
フィンの群から成るようにし、群を構成するフィンの高
さが冷媒の流れの方向に順次大きくなるようにした。
および凝縮いずれの過程に用いてもすぐれた熱交換効率
を有する、熱交換器用伝熱管を提供するため、伝熱管内
面に設けるフィンを、管軸方向に形成された２つ以上の
フィンの群から成るようにし、群を構成するフィンの高
さが冷媒の流れの方向に順次大きくなるようにした。
【０００６】群を構成するフィンの数は、２個以上何個
でもよいが、フィンの最大と最小の高さの差は有限であ
り、余り多くすると高さの差を小さくせねばならないの
で、効果が小さくなる。群を構成するフィンの数は１０
個以下が好ましい。
でもよいが、フィンの最大と最小の高さの差は有限であ
り、余り多くすると高さの差を小さくせねばならないの
で、効果が小さくなる。群を構成するフィンの数は１０
個以下が好ましい。
【０００７】複数のフィン群は管軸上で離れて存在して
もよいが、フィン群の少なくとも一部は、群が２つ以上
連続していることが好ましい。フィン群の間が離れてい
る場合、それらの間には、例えば高さの等しいフィンを
配列してもよい。フィンの全てが上記のフィン群で構成
されていることが、特に好ましい。複数のフィン群が異
なる構成をもつこともできるが、製造する上では、同じ
構成をもつことが好ましい。
もよいが、フィン群の少なくとも一部は、群が２つ以上
連続していることが好ましい。フィン群の間が離れてい
る場合、それらの間には、例えば高さの等しいフィンを
配列してもよい。フィンの全てが上記のフィン群で構成
されていることが、特に好ましい。複数のフィン群が異
なる構成をもつこともできるが、製造する上では、同じ
構成をもつことが好ましい。
【０００８】フィンは螺旋状でもよく、その場合フィン
が管軸となす角度は４５°から１３５°の範囲内とする
ことが好ましい。螺旋状のフィンが管軸となす角度と
は、フィンが管の内周上の管軸に平行な直線（母線）と
なす角度を意味する。この角度が９０°の場合には、内
周に沿った環状となる。
が管軸となす角度は４５°から１３５°の範囲内とする
ことが好ましい。螺旋状のフィンが管軸となす角度と
は、フィンが管の内周上の管軸に平行な直線（母線）と
なす角度を意味する。この角度が９０°の場合には、内
周に沿った環状となる。
【０００９】
【作用】本発明においては、伝熱管内面のフィンが、管
軸方向に形成された２つ以上のフィンの群から成るよう
にし、群を構成するフィンの高さが冷媒の流れの方向に
順次大きくなるようにしたことにより、フィンによる管
内面の表面積の増大と、冷媒液の攪拌促進の二つの効果
は勿論、管内で冷媒の蒸気を凝縮させて管外の媒体を加
熱する場合には、各フィン群を構成するフィンのうち下
流側のフィンが、より上流のフィンより高いため、その
頂部、特に上流側の側面が、冷媒蒸気の流れによく接触
するだけでなく、この部分では凝縮した冷媒の液膜が、
冷媒蒸気の流れの動圧により薄くなるため、熱伝達が容
易に行われる効果が生ずる。また、複数のフィン群が連
続している場合には、上流のフィン群を構成するフィン
のうち最も下流のフィンと、その直ぐ下流のフィン、す
なわち下流のフィン群の中の最も上流のフィンとの間
で、フィンの高さが急に低くなるので、この部分で冷媒
蒸気が乱流を生じ、よく攪拌されるため、熱伝達が促進
される。その結果、管内で冷媒を凝縮させる場合に、高
い熱交換効率を得ることができる。
軸方向に形成された２つ以上のフィンの群から成るよう
にし、群を構成するフィンの高さが冷媒の流れの方向に
順次大きくなるようにしたことにより、フィンによる管
内面の表面積の増大と、冷媒液の攪拌促進の二つの効果
は勿論、管内で冷媒の蒸気を凝縮させて管外の媒体を加
熱する場合には、各フィン群を構成するフィンのうち下
流側のフィンが、より上流のフィンより高いため、その
頂部、特に上流側の側面が、冷媒蒸気の流れによく接触
するだけでなく、この部分では凝縮した冷媒の液膜が、
冷媒蒸気の流れの動圧により薄くなるため、熱伝達が容
易に行われる効果が生ずる。また、複数のフィン群が連
続している場合には、上流のフィン群を構成するフィン
のうち最も下流のフィンと、その直ぐ下流のフィン、す
なわち下流のフィン群の中の最も上流のフィンとの間
で、フィンの高さが急に低くなるので、この部分で冷媒
蒸気が乱流を生じ、よく攪拌されるため、熱伝達が促進
される。その結果、管内で冷媒を凝縮させる場合に、高
い熱交換効率を得ることができる。
【００１０】管内で冷媒を蒸発させて管外の媒体を冷却
する場合にも、管内を流れる冷媒液がフィンの間の溝に
沿って管内面の円周方向にかき上げられるため、管と冷
媒液との接触面が増大し、高い熱交換効率が得られる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
する場合にも、管内を流れる冷媒液がフィンの間の溝に
沿って管内面の円周方向にかき上げられるため、管と冷
媒液との接触面が増大し、高い熱交換効率が得られる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００１１】
【実施例１】本発明による伝熱管の一例を図１および図
２に示す。伝熱管１の内面には、内周に沿った環状の隆
起部として、フィン１１，１２，１３が設けられてお
り、図２に示すようにそれらの断面は台形である。これ
らのフィンは、矢印で示す冷媒蒸気４の流れの上流から
下流へ向かって順に、等間隔に設けられており、高さが
順に大きくなっている。さらに下流側には同様のフィン
２１，２２，２３が設けられている。フィン２１，２
２，２３の高さの関係はフィン１１，１２，１３と同じ
である。一方、フィン１１の上流にはフィン０３が設け
られている。フィン０３とフィン１１、フィン０３とフ
ィン１１の間隔は、フィン１１と１２等の間隔と同じで
ある。図示を省略するが、フィン０３の上流およびフィ
ン２３より下流には、同様な３個ずつのフィンの組合せ
が、反復して設けられている。
２に示す。伝熱管１の内面には、内周に沿った環状の隆
起部として、フィン１１，１２，１３が設けられてお
り、図２に示すようにそれらの断面は台形である。これ
らのフィンは、矢印で示す冷媒蒸気４の流れの上流から
下流へ向かって順に、等間隔に設けられており、高さが
順に大きくなっている。さらに下流側には同様のフィン
２１，２２，２３が設けられている。フィン２１，２
２，２３の高さの関係はフィン１１，１２，１３と同じ
である。一方、フィン１１の上流にはフィン０３が設け
られている。フィン０３とフィン１１、フィン０３とフ
ィン１１の間隔は、フィン１１と１２等の間隔と同じで
ある。図示を省略するが、フィン０３の上流およびフィ
ン２３より下流には、同様な３個ずつのフィンの組合せ
が、反復して設けられている。
【００１２】具体的には、伝熱管１の内径は8.９mm、各
フィンの頂部の幅は0.０３mm、各フィンの間隔は0.５m
m、フィン１１，２１等の高さは0.１５mm、フィン１
２，２２等の高さは0.２mm、フィン０３，１３，２３等
の高さは0.２５mmである。
フィンの頂部の幅は0.０３mm、各フィンの間隔は0.５m
m、フィン１１，２１等の高さは0.１５mm、フィン１
２，２２等の高さは0.２mm、フィン０３，１３，２３等
の高さは0.２５mmである。
【００１３】この伝熱管の動作は以下に述べる通りであ
る。伝熱管１内で冷媒蒸気４を凝縮させて管外の媒体を
加熱する場合、フィン０３を越えた冷媒蒸気４は、フィ
ン０３の下流側に乱流４ａを生じながら、フィン１１の
側面１１ａに当たり、その一部が冷却されて凝縮する。
溝３１でも冷媒の一部が冷却されて凝縮する。フィン１
１を越えた冷媒蒸気４の流れの主な部分はフィン１２の
側面の頂部に近い部分１２ａに当たり、一部が冷却され
て凝縮する。同様にしてフィン１２を越えた冷媒蒸気４
は、主にフィン１３の側面の頂部に近い部分１３ａで冷
却され、凝縮する。フィン１３を越えた冷媒蒸気４につ
いても、上記と同様にフィン２１，２２，２３で冷却さ
れ、凝縮する。冷媒の一部は、溝３２および３３で冷却
され、凝縮する。
る。伝熱管１内で冷媒蒸気４を凝縮させて管外の媒体を
加熱する場合、フィン０３を越えた冷媒蒸気４は、フィ
ン０３の下流側に乱流４ａを生じながら、フィン１１の
側面１１ａに当たり、その一部が冷却されて凝縮する。
溝３１でも冷媒の一部が冷却されて凝縮する。フィン１
１を越えた冷媒蒸気４の流れの主な部分はフィン１２の
側面の頂部に近い部分１２ａに当たり、一部が冷却され
て凝縮する。同様にしてフィン１２を越えた冷媒蒸気４
は、主にフィン１３の側面の頂部に近い部分１３ａで冷
却され、凝縮する。フィン１３を越えた冷媒蒸気４につ
いても、上記と同様にフィン２１，２２，２３で冷却さ
れ、凝縮する。冷媒の一部は、溝３２および３３で冷却
され、凝縮する。
【００１４】このように、図１に示す本発明の伝熱管１
内で冷媒蒸気４を凝縮させると、各フィン群を構成する
フィンのうち下流側のフィンが上流側のフィンより高く
されているため、その頂部、特に上流側の側面１２ａ，
１３ａが、冷媒蒸気４の流れによく接触するだけでな
く、この部分では凝縮した冷媒の液膜が、冷媒蒸気の流
れの動圧により薄くなり、熱伝達が容易に行われる。ま
た、フィン群１１，１２，１３の下流にフィン群２１，
２２，２３が連続していて、上流のフィン群の最も下流
のフィン１３と、その直ぐ下流のフィン２１、すなわち
下流側のフィン群の最も上流のフィンとの間で、フィン
の高さが急に低くなるので、この部分で冷媒蒸気４は乱
流４ａを生じ、よく攪拌されるため、冷媒蒸気４から伝
熱管１への熱伝達が促進される。その結果、管内で冷媒
を凝縮させる場合にも、高い熱交換効率を得ることがで
きた。
内で冷媒蒸気４を凝縮させると、各フィン群を構成する
フィンのうち下流側のフィンが上流側のフィンより高く
されているため、その頂部、特に上流側の側面１２ａ，
１３ａが、冷媒蒸気４の流れによく接触するだけでな
く、この部分では凝縮した冷媒の液膜が、冷媒蒸気の流
れの動圧により薄くなり、熱伝達が容易に行われる。ま
た、フィン群１１，１２，１３の下流にフィン群２１，
２２，２３が連続していて、上流のフィン群の最も下流
のフィン１３と、その直ぐ下流のフィン２１、すなわち
下流側のフィン群の最も上流のフィンとの間で、フィン
の高さが急に低くなるので、この部分で冷媒蒸気４は乱
流４ａを生じ、よく攪拌されるため、冷媒蒸気４から伝
熱管１への熱伝達が促進される。その結果、管内で冷媒
を凝縮させる場合にも、高い熱交換効率を得ることがで
きた。
【００１５】
【実施例２】本発明による伝熱管の他の例を図３に示
す。伝熱管３０１の内面には螺旋状のフィン３１１，３
１２，３１３が等間隔に設けられており、それらの断面
はそれぞれ実施例１のフィン１１，１２，１３と同じ台
形である。これらのフィンは、矢印で示す冷媒蒸気４の
流れの上流から下流へ向かって、高さが順に大きくなっ
ている。フィンの管軸となす角度は５５°である。本例
の伝熱管において、フィン３１１，３１２，３１３は管
周に沿って管軸上の位置が変わるだけで、その作用は実
施例１のフィン１１，１２，１３等と同じである。ただ
し、一つのフィンが一周すると、実施例１の場合の、下
流に位置する次の群のフィンとして作用する。例えば、
フィン１１と同じ作用をするフィン３１１は、一周する
と、フィン２１と同じ作用をする。
す。伝熱管３０１の内面には螺旋状のフィン３１１，３
１２，３１３が等間隔に設けられており、それらの断面
はそれぞれ実施例１のフィン１１，１２，１３と同じ台
形である。これらのフィンは、矢印で示す冷媒蒸気４の
流れの上流から下流へ向かって、高さが順に大きくなっ
ている。フィンの管軸となす角度は５５°である。本例
の伝熱管において、フィン３１１，３１２，３１３は管
周に沿って管軸上の位置が変わるだけで、その作用は実
施例１のフィン１１，１２，１３等と同じである。ただ
し、一つのフィンが一周すると、実施例１の場合の、下
流に位置する次の群のフィンとして作用する。例えば、
フィン１１と同じ作用をするフィン３１１は、一周する
と、フィン２１と同じ作用をする。
【００１６】比較のため、図４に示すように、実施例２
と同じ内径、肉厚の伝熱管４１の内面全体に、実施例２
のフィン３１２と同じ断面のフィン４２を設けた。これ
を従来例と呼ぶ。
と同じ内径、肉厚の伝熱管４１の内面全体に、実施例２
のフィン３１２と同じ断面のフィン４２を設けた。これ
を従来例と呼ぶ。
【００１７】実施例２の、フィンの高さの異なるフィン
群を有する伝熱管３０１は、内面全体に高さの同じ螺旋
状フィン４２を有する従来例の伝熱管４１に比し、冷媒
蒸発、凝縮の場合とも約２０％高い熱交換効率を示し
た。
群を有する伝熱管３０１は、内面全体に高さの同じ螺旋
状フィン４２を有する従来例の伝熱管４１に比し、冷媒
蒸発、凝縮の場合とも約２０％高い熱交換効率を示し
た。
【００１８】
【発明の効果】本発明の熱交換器用伝熱管によると、管
内で冷媒液を蒸発させる場合だけでなく、冷媒蒸気を凝
縮させる場合にもすぐれた伝熱性能を有するので、高い
熱交換効率が得られる。その結果、同じ熱交換能力を得
るために必要な熱交換器の大きさを、従来より小さくす
ることができる。
内で冷媒液を蒸発させる場合だけでなく、冷媒蒸気を凝
縮させる場合にもすぐれた伝熱性能を有するので、高い
熱交換効率が得られる。その結果、同じ熱交換能力を得
るために必要な熱交換器の大きさを、従来より小さくす
ることができる。
【図１】図１は、本発明による熱交換器用伝熱管の一実
施例の、管軸に沿った断面図である。
施例の、管軸に沿った断面図である。
【図２】図２は、本発明による熱交換器用伝熱管の一実
施例の、管軸に沿った部分断面図である。
施例の、管軸に沿った部分断面図である。
【図３】図３は、本発明による熱交換器用伝熱管の他の
実施例の、管軸に沿った断面図である。
実施例の、管軸に沿った断面図である。
【図４】図４は従来の内面溝付伝熱管の管軸に沿った断
面図である。
面図である。
１ 伝熱管 ０３，１１，１２，１３ フィン ２１，２２，２３ フィン １１ａ，１２ａ，１３ａ フィン上流側側面 ２１ａ，２２ａ，２３ａ フィン上流側側面 ４ 冷媒蒸気 ３１，３２，３３ 溝 ４１ 伝熱管 ４２ フィン ４３ 溝 ３０１ 伝熱管 ３１１，３１２，３１３ フィン
Claims (5)
- 【請求項１】 内面にフィンを有し、熱媒体となる液体
またはその蒸気を通して、前記熱媒体の蒸発または凝縮
を行わせる熱交換器用伝熱管において、前記フィンは、
管軸方向に形成された２つ以上のフィンの群から成り、
前記群は、冷媒の流れの方向に高さが順次大きくなるフ
ィンで構成されることを特徴とする、熱交換器用伝熱
管。 - 【請求項２】 前記フィンが、複数の前記群から成る、
請求項１記載の熱交換器用伝熱管。 - 【請求項３】 前記群が、同一の構成を有する、請求項
２記載の熱交換器用伝熱管。 - 【請求項４】 前記群の一部または全部が連続してい
る、請求項２記載の熱交換器用伝熱管。 - 【請求項５】 前記群が２乃至１０個のフィンで構成さ
れる、請求項２記載の熱交換器用伝熱管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045856A JP2785851B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 熱交換器用伝熱管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3045856A JP2785851B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 熱交換器用伝熱管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04263792A JPH04263792A (ja) | 1992-09-18 |
| JP2785851B2 true JP2785851B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=12730851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3045856A Expired - Lifetime JP2785851B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 熱交換器用伝熱管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2785851B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10041919C1 (de) * | 2000-08-25 | 2001-10-31 | Wieland Werke Ag | Innenberipptes Wärmeaustauschrohr mit versetzt angeordneten Rippen unterschiedlicher Höhe |
| JP4822238B2 (ja) * | 2001-07-24 | 2011-11-24 | 株式会社日本製鋼所 | 液媒用内面溝付伝熱管とその伝熱管を用いた熱交換器 |
| JP2010249373A (ja) * | 2009-04-14 | 2010-11-04 | Panasonic Corp | 熱交換器およびそれを用いたヒートポンプ給湯機 |
| JP5476080B2 (ja) * | 2009-09-29 | 2014-04-23 | 株式会社Ｕａｃｊ | アルミニウム製内面溝付伝熱管 |
| JP4993019B2 (ja) * | 2010-12-22 | 2012-08-08 | 株式会社デンソー | 外燃機関 |
| CN109813172A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-05-28 | 青岛登辉机械配件有限公司 | 内螺纹铜管及其加工工艺 |
-
1991
- 1991-02-18 JP JP3045856A patent/JP2785851B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04263792A (ja) | 1992-09-18 |
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