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JPH02147163A - アルミニウム製熱交換器の製造方法 - Google Patents

アルミニウム製熱交換器の製造方法

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Publication number
JPH02147163A
JPH02147163A JP29961288A JP29961288A JPH02147163A JP H02147163 A JPH02147163 A JP H02147163A JP 29961288 A JP29961288 A JP 29961288A JP 29961288 A JP29961288 A JP 29961288A JP H02147163 A JPH02147163 A JP H02147163A
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JP
Japan
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alloy
brazing
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clad
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Application number
JP29961288A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazunori Ishikawa
石川 和徳
Mitsuya Miyamoto
三也 宮本
Chiaki Ara
荒 千明
Shigeru Akiba
秋葉 繁
Junichi Kiyota
清田 純一
Taku Nakagawa
卓 中川
Matsunobu Uramoto
浦本 松信
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Aluminum Co Ltd
Marelli Corp
Original Assignee
Furukawa Aluminum Co Ltd
Calsonic Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
Application filed by Furukawa Aluminum Co Ltd, Calsonic Corp filed Critical Furukawa Aluminum Co Ltd
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Publication of JPH02147163A publication Critical patent/JPH02147163A/ja
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高強度で防食性に優れたヘッダープレート材を
使用した軽量のアルミニウム製熱交換器例えばラジェー
ターやヒーターコアの製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕 従来自動車等の水冷エンジンの冷却水放熱に用いるAI
製ラジェーターは、例えば第1図に示すように多数の通
液管(1)とフィン(2)とを積層したコア部(3)の
通液管(1)両端部にはそれぞれヘッダープレート(4
)を設けて上タンク(5)と下タンク(6)を結合して
いるものである。
このときヘッダープレート(4)と各タンク(5) (
6)との結合部は、例えばタンク(5) (6)が合成
樹脂製の場合は第2図に示すようにタンク(5)の下面
とヘッダープレート(4)の周縁部上面との間にバッキ
ング(7)を挟持し、ヘッダプレート(4)の周縁部の
さらに外周部をタンク(5)上端部外周に形成したフラ
ンン部(8)にかしめて、タンク(5)をヘッダープレ
ート(4)に水密に結合している。
またコア部(3)を構成する多数の通液管(1)の両端
部はそれぞれヘッダープレート(4)に形成した穿設孔
(9)に隙間なく嵌入し、各穿設孔(9)周縁部に形成
した立壁の内周面と通液管(1)の外周面とをろう付け
して結合すると共に嵌入部の水密を保持している。
このようにヘッダープレート(4)は、上下タンク(5
) (6)の−面を塞ぐとともにタンク(5) (6)
とコア部(3)とを連結するものであって、その材料は
通常第3図に示すようにアルミニウム合金製の芯材(1
0)の片面にこのヘッダープレート(4)と通液管(1
)の端部とをろう付けするためのろう材(11)の層を
クラッドしたブレージングシートが使用されており、そ
の板厚は1.4〜1.6(財)程度である。なお上記通
液管(1)およびフィン(2)の板厚はそれぞれ0.3
〜0.4mmおよび0.1mm前後である。
そしてこのブレージングシートの芯材(10)はJI3
3003合金(AA’ −Cu (1,0S〜0.20
71%−Mn1.Q 〜1.5 w1%合金合金のAl
合金を使用するが、このような通常組成のAl合金製の
芯材(10)がラジェーターのタンクの内面に露出して
直接冷却水と接触していると芯材(101に腐食により
ピンホールを生ずる孔食が起こりやすい。
実験によれば、Its 3003材からなるヘッダープ
レートを使用したラジェーターに、塩素イオン(CA−
)をIooppm、炭酸イオン(HCO2)を200p
pm、硫酸イオン(SO42−)を300ppm、銅イ
オン(Cu2+)をippm含む88℃の試験水を毎分
60J2の割合で循環させる試験を6カ月続けると、ヘ
ッダープレート(4)を貫通する孔食が発生して水漏れ
が生じた。
これを防止するため従来は第4図に示すようにヘッダー
プレート(4)のろう材(11)をクラッドした面と反
対面に、Al−Zn−Mg合金(Al−MgOJ 〜1
.l w1%−Zn0.8〜1.3wt%−合金)によ
る被覆層(12)を形成し、この被覆層を犠牲腐食させ
ることにより、芯材(10)の腐食を防止することが行
われている。
このようなラジェーターを非腐食性フラックスを使用し
て製造するには、多数の通液管とフィンとを積層し、通
液管の両端部をヘッダープレートの穿設孔に嵌入してこ
れらへ1部材を治具組みした後、脱脂して5%濃度のフ
ラックスを塗布し、その後陣ガス雰囲気中で600〜6
20℃にろう付加熱してこれらを接合している。このと
き雰囲気の露点は一35℃以下、酸素濃度は1000p
9ffi以下であることが望ましい。さらにろう付は終
了後冷却工程を経て、上記の如くそれぞれのヘッダープ
レートに樹脂製のタンクを取り付ける。
またヒーターコアもラジェーター同様の材料が使用され
る。そしてこの場合は樹脂タンクのかわりにヘッダー材
と同様のブレージングシートが使用され、一体ろう付で
製造されることもある。
〔発明が解決しようとする課題〕
近年、AI製ラジェーターの軽量化の試みが盛んに行わ
れ、ヘッダープレート材も薄肉化が検討されているが、
上記現行材料を薄肉化しただけでは構造強度、疲労寿命
、耐食性等に問題があった。
即ち、単に薄肉化したのでは、ヘッダープレート外周部
が変形してバッキング部の水密構造がダメージを受けた
り、または内圧の変化によリヘッダープレートの周縁部
が疲労破壊する等のため、薄肉化は極めて困難であった
。またヘッダープレートの外部、即ち大気側面の耐食性
についても、板厚を減少すると現在の月33003芯材
とろう材の層状構造では寿命に問題があった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、強度と耐食性に優
れたヘッダープレート材からなる軽量のアルミニウム製
の熱交換器、例えばラジェーターやヒーターコアの製造
方法を提供するものである。
即ち本発明の一つは通液管とフィンを積層し、通液管両
端部をそれぞれヘッダープレートの穿設孔に嵌入し、塩
化物系のフラックスを使用し、大気中、乾燥空気中、あ
るいはフッ化物系非腐食性フラックスを使用して不活性
ガス雰囲気中でろう付接合し、それぞれのヘッダープレ
ートに通液管と連通ずるタンクを形成するアルミニウム
製熱交換器の製造において、ヘッダープレート材に、S
 i 0.4〜1.2 v1%,Fe0.I5〜1.0
w1%、  Cu0.4〜1.Ovt%、Mn0.5 
〜13 v1%およびM g 0.05〜0.8 w+
%を含み、残部AIからなる合金を芯材とし、その片面
に9wt%以上の81を含むAl−Si系合金ろう材を
3〜7%の摩さてクラッドし、他面に0.5〜3wt%
のZnを含んだA++ −Zll系あるいは、0.5〜
3wt%のZnおよび[1,3〜1. I w1%のM
gを含むAl−Zn−Mg系合金内張材を3〜10%の
厚さでクラッドしたブレージングシートを使用し、Al
−Zn系あるいはAl1−Zn−Mg系合金内張材をク
ラッドした面をタンクの内面にしてろう付加熱後、50
0℃から200℃までを50℃/+nin以上の速度で
冷却することを特徴とするものである。
また本発明の他の一つは通液管とフィンを積層し、通液
管両端部をそれぞれヘッダープレートの穿設孔に嵌入し
、塩化物系フラックスを使用し大気中、乾燥空気中、あ
るいはフッ化物系非腐食性フラックスを使用して不活性
ガス雰囲気中でろう付接合し、それぞれのヘッダープレ
ートに通液管と連通ずるタンクを形成するアルミニウム
製熱交換器の製造において、ヘッダープレート材に、S
 i0.4〜1.2 wt%,Fe0.15〜1.0w
1%、  Cu0.4〜1.0wt%、 Mn 0.5
〜1.3wt%およびM g (1,(15〜Q、11
w1%を含み、さらにCr 0.Of〜0.3 vt%
+’ Z r [1,0f〜0.3 v1%。
Ti01O1〜Q、3wt%を一種または二種以上含み
、残部AIからなる合金を芯材とし、その片面に9wt
%以上のSiを含むAji−8i系合金ろう材を3〜7
%の厚さでクラッドし、他面に0.5〜3vt%のZn
を含むAI −Zn系あるいは0.5〜3wt%のZn
および0.3〜1.1 w1%のMgを含むAji−Z
n−Mg系合金内張材を3〜lθ%の厚さでクラッドし
たブレージングシートを使用し、kl −Zn系あるい
はAl−Zn−Mg系合金内張材をクラッドした面をタ
ンクの内面にしてろう付加熱後、500℃から200℃
までを50℃/min以上の速度で冷却することを特徴
とするものである。
〔作 用〕
次にこのようなヘッダープレート材に使用するブレージ
ングシートを構成する芯材の成分を上記のように限定し
た理由を述べる。
Siの添加は、ろう付後の冷却のより微細なMg25j
粒子を析出させ、これにより材料強度を向上させること
ができるからである。そしてSiの含有量を0.4〜1
. 0wt%(以下m1%を単に%と記す)に限定した
のは0.4%未満では上記効果がなく、1.2%を超え
ると芯材の融点が低下し、ろう付時に高温で粒界部が溶
融するバーニング現象を起こして強度低下を引き起こす
からである。
Feの添加は強度を向上させる効果があり、その含有量
を0.15〜1.0%に限定したのは0.15%未満で
はその効果がなく、1.0%を超えると耐食性を著しく
低下させるからである。
Cuの添加は強度を向上させるとともに電極電位を資化
させ、耐食性を向上させる効果を有し、その含有量を0
.4〜1.0%に限定したのは[1,4%未満ではこれ
ら効果が不十分であり、1.0%を超えると自己耐食性
が低下するからである。
Mnの添加は強度を向上させるとともに、耐食性を向上
させる効果をもち、その含有量を0.5〜1,3%に限
定したのは0.5%未満ではこれら効果がなく、1.3
%を超えると塑性加工性が低下するからである。
Mgの添加はSiと共にMg2Siを形成して強度を向
上させる効果があり、その含有量を0.05〜0.8%
に限定したのは0.05%未満ではこれら効果がなく、
0.8%を超えると芯材の融点が低下し、ろう付時にバ
ーニング現象を起こして強度低下を招き、さらにフッ化
物系のフラックスと反応してろう付性を低下させるから
である。
Cr、Zr、Tiの1種または2種以上の添加は強度を
一層向上させることができるからであり、それぞれの含
有量を0.01〜0.3%に限定したのは0.01%未
満ではこれら効果がなく、0.3%を超えると巨大゛な
化合物を形成して加工性を低下させるからである。
そして上記芯材の片面にクラッドするAl−Si系合金
ろう材のSi含有量を9%以上と限定したのは、ろう付
温度の低下が図れるので高温でのヘッダープレート材の
変形を防止できるからである。Si量の上限は特に限定
しないが、ろう材の芯材への拡散およびSiの板状初品
発生による耐食性の低下等を考慮して12%程度までと
することが望ましい。
さらにろう材のクラツド率は、ヘツダープレト・の板厚
が従来の板厚より薄い0.8〜!、3mmの場合は3〜
7%の範囲が良く、3%未満では板厚が薄くなった場合
ろう付性が低下し、7%を超えると芯材や内張材の厚さ
比率が低下して強度および耐食性を向上させることがで
きなくなるからである。
また芯材の他の片面にクラッドする内張材の合金成分を
限定した理由は以下の通りである。
Znの添加は電位を卑とするので芯材を防食することが
できるからであり、その含有量を0.5〜3%に限定し
たのは0.5%未満では効果がなく、3%を超えるとこ
の効果が飽和するだけでなく、自己腐食が増大して犠牲
層としての効果を持続することができなくなるからであ
る。
Mgの添加はZnの添加と同様に芯材を防食する効果を
もち、その含有量を0.3〜1.1%に限定したのは0
.3%未満ではこれら効果がなく、1.1%を超えると
ヘッダープレート材と通液管とのろう付けが困難になる
からである。
さらに板厚0.8〜1.3mmのヘッダープレートの場
合は、内張材のクラツド率は3〜10%の範囲が良く、
3%未満では内部の耐食性が低下し、10%を超えると
芯材やろう材の厚さ比率が低下して強度および耐食性を
向上させることができなくなるからである。
このように従来にない軽量の熱交換器、例えばラジェー
ターやヒーターコアの製造においては、ヘッダープレー
ト材の薄肉化のためには芯材だけでなくろう材および内
張材についても、成分や厚さは極めて厳しい調整が必要
となる。
次に上記ブレージングシートを使用したヘッダープレー
ト材を通液管およびフィンと組付けてろう付は加熱し、
その後の冷却を上記のように規定したのは、ヘッダープ
レートの強度を十分高めることが可能だからである。そ
してろう付は後の冷却速度を規定する温度範囲を500
〜200℃に限定したのは、このブレージングシートの
芯材中にMg2Siを微細に析出させ強度向上に有効に
作用させるには、この温度範囲での巨大Mg2Siの析
出を抑制する必要があるためである。さらにこの温度範
囲の冷却速度を50℃/min以上としたのはMg2S
iの微細析出を可能にするからであり、この冷却速度未
満では巨大Mg2Siが析出して強度を向上させること
ができないからである。
〔実施例〕
次に本発明の実施例について説明する。
実施例(1) 第1表に示す合金成分を含有するAl合金を常法により
鋳造し、均質化処理後所定の板厚に面前した。また第2
表に示す重量のSiを含有するAli−Si合金および
同じく第2表に示す重量のZnとMgを含有するA/ 
−ZnおよびAli−Zn−Mg合金を鋳造し、それぞ
れ面前後熱間圧延により所定板厚にした。次に第1表に
示す組成のAl合金板を芯材とし、該芯材の片面にろう
材として上記Al−Si合金板を合わせ、他の片面に内
張材として上記AA’ −Zn、Aji−Zn−Mg合
金板を重ね合わせて3層として熱間圧延と冷間圧延を施
し、板厚を1.Ommまで減厚して360℃で2Hrの
最終焼鈍を行った。
そして第2表に示すクラツド率で芯材のそれぞれの片面
にろう材と内張材をクラッドしたブレージングシートを
作り、ヘッダープレート材として以下のテストに供した
■強度試験 ・・・これらブレージングシートをNガス中でフラック
スを塗布しない状態にて、600℃×10m1nのろう
付加熱後、500℃まで冷却してろう材を凝固させ、そ
の後200℃までの冷却速度を第3表に示すように3θ
〜40G’C/winの範囲で変化させて冷却し、しか
る後室温で放置して4日後に引張り強さを測定した。
これらの測定結果は第3表に併記した。
■ろう付性試験 ・・司Is 4045合金(AI−S i 9. O−
Il、 0%金合金ろう材を月33003合金芯材の片
面に5%の厚さでクラッドした板厚0.25mmのブレ
ージングシートを電縫管加工して厚さ2mmで幅16m
mの偏平形状の通液管を作り、上記ヘッダープレート材
に穿設した10個の貫通孔に嵌入してヘッダープレート
材と通液管からなる連結部ミニコアを作製した。次にこ
のミニコアを脱脂後、5%濃度のフッ化物系フラックス
を塗布して200℃で乾燥後、陣ガス中で第3表に示す
ように600℃×3m1nまたは61O″′Cx3m1
n(7)ろう付加熱を同一のミニコアについて10個行
い、合計100箇所の通液管と貫通孔との接合部の液洩
れの状況を調査した。
その結果、洩れのない接合部の数の割合を接合率として
求めてこれらを第3表に併記した。
なおろう付加熱後500℃以下の冷却は上記強度試験の
際の冷却条件と同一になるようにした。
■外面耐食性試験 ・・・第2表に示すブレージングシートを用い、強度試
験の際の加熱冷却条件と同一の加熱冷却を行った後、ろ
う材をクラッドした面を露出し、内張材をクラッドした
面および側面をシールして塩水噴霧を3カ月行い、露出
面の孔食深さを測定してヘッダープレート外面の耐食性
を評価した。
測定結果は第3表に併記した。
■内面耐食性試験 ・・・第2表に示すブレージングシートを用い、強度試
験の際の加熱冷却条件と同一の加熱冷却を行った後、内
張材をクラッドした面を露出してろう材をクラッドした
面および側面をシールし、CI−195ppm、  F
 e 3 ”30ppm 、 SSO42−60pp 
、 Cu 2 +1 ppmを含む88℃の高温水中に
8Ht浸漬後、室温に1611+放置するサイクルを繰
り返す浸漬テストを6カ月間行い、露出面の孔食深さを
測定してヘッダープレート内面の耐食性を評価した。
測定結果は第3表に併記した。
*ただしVは従来材でIt33003合金を示す。
第3表に示すように本発明法Nα1〜Nαl、6のヘッ
ダープレート材はいずれも引張強さは18kg1/NA
以上であって、比較法Nα38の従来の芯材(JIS 
3003合金)を用いたヘッダープレート材の約1.5
倍の強度を有することが判る。
また本発明法Nα1〜Nα16ではいずれも接合率は9
5%以上と高く、優れたろう付性を示している。さらに
外面および内面の耐食性も良好であって、特に外面の耐
食性はろう材と芯材との間の電位差により犠牲作用が働
いているので、比較法N11311に比べて大幅に耐孔
食性が向上した。
従ってヘッダープレート材は、従来例えばフィン材のよ
うな犠牲陽極材料で防食されていたわけではないが、本
発明法によれば耐食寿命は十分延びると考えられる。
これに対して比較法No、17〜No、 40では本発
明法に比べていずれかのテスト結果で劣っていることが
判る。
実施例(2) 第2表に示す本発明による1、0mm板厚のヘッダープ
レート材Nα1およびNα16と、さらに月33003
合金芯材の片面にJIS 4343合金(Si6□8〜
8.2%−AI)ろう材を8%のクラツド率でクラッド
し、他面にZn1%−M g 0.5%−Al合金内張
材を9%のクラツド率でクラッドした板厚1.6mmの
従来材からなるヘッダープレート材を、第1図および第
2図に示すように通液管を取り付ける穿設孔を設けたヘ
ッダープレートに成形した。そして該ヘッダープレート
に、厚さ0.llmmで幅16mmのAl−Mn−Zn
系合金薄板をピッチ1.5n+m、  フィン高さ9,
0mmにコルゲート加工したフィン、および月3300
3合金芯材の片面に8%のクラツド率でIt34343
合金ろう材をクラッドし、他面に同じ(8%のクラツド
率でJIS 7072合金内張材をクラッドしたブレー
ジングシートを電縫加工して厚さ2.OmmX幅14.
5mmX長さ451mmの偏平状通液管を組付け、フッ
化物系フラッグスを使用する通常の陣ガス中ろう付けに
よりラジェーターコアを製造した。
なおろう付加熱後の冷却は500〜200℃までを1θ
Q’C/minの冷却速度で行い、冷却後は第1図のよ
うにヘッダープレートの周縁部にバッキングを介して樹
脂タンクを取り付けた。
次に、これら3種のラジェーターの重量、構造強度、疲
労寿命を比較した。その結果、う“ジエーターコアとし
ては、従来より25%重量低減し、樹脂性タンクも含め
たラジェーターアッシーでは、約10%の重量低減が図
れた。なお構造強度、疲労寿命は、チューブと同じであ
り、いずれも現行品に対し、遜色ない事が確認された。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば、ヘッダープレトの強度や耐
食性が数倍されてその重量を軽減することができるので
、ラジェーターやヒーターコア等の熱交換器の構造強度
や寿命を低下させることなく重量の軽量化が図れ、さら
に材料コストの低減を可能にする等工業上顕著な効果を
奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はラジェーターを示す正面図、第2図は第1図の
AA’線断面図、第3図はろう材のみをクラッドしたヘ
ッダープレート材を示す断面図、第4図はろう材および
内張層を形成したヘッダープレート材を示す断面図であ
る。 1・・・・・・・・通液管 2・・・・・・・・フィン 3・・・・・・・・コア部 4・・・・・・・・ヘッダープレート 5.6・・・・タンク 7・・・・・・・・バッキング 8・・・・・・・・フランジ部 9・・・・・・・・穿設孔 10・・・・・・・・芯材 11・・・・・・・・ろう材 12・・・・・・・・内張材 第1図 第2図 暢 第3図 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 通液管とフィンを積層し、通液管両端部をそれ
    ぞれヘッダープレートの穿設孔に嵌入し塩化物系フラッ
    クスを使用し大気中、乾燥空気中あるいは、フッ化物系
    非腐食性フラックスを使用して不活性ガス雰囲気中でろ
    う付接合し、それぞれのヘッダープレートに通液管と連
    通するタンクを形成するアルミニウム製熱交換器の製造
    において、ヘッダープレート材に、Si0.4〜1.2
    wt%.Fe0.15〜1.0wt%.Cu0.4〜1
    .0wt%,Mn0.5〜1.3wt%およびMg0.
    05〜0.8wt%を含み、残部Alからなる合金を芯
    材とし、その片面に9wt%以上のSiを含むAl−S
    i系合金ろう材を3〜7%の厚さでクラッドし、他面に
    0.5〜3wt%のZnを含むAl−Zn系あるいは0
    .5〜3wt%のZnおよび0.3〜1.1wt%のM
    gを含むAl−Zn−Mg系合金内張材を3〜10%の
    厚さでクラッドしたブレージングシートを使用し、Al
    −Zn系あるいはAl−Zn−Mg系合金内張材をクラ
    ッドした面をタンクの内面にろう付加熱後、500℃か
    ら200℃までを50℃/min以上の速度で冷却する
    ことを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法。
  2. (2) 通液管とフィンを積層し、通液管両端部をそれ
    ぞれヘッダープレートの穿設孔に嵌入し、塩化物系フラ
    ックスを使用し、大気中、乾燥空気中あるいはフッ化物
    系非腐食性フラックスを使用して不活性ガス雰囲気中で
    ろう付接合し、それぞれのヘッダープレートに通液管と
    連通するタンクを形成するアルミニウム製熱交換器の製
    造において、ヘッダープレート材に、Si0.4〜1.
    2wt%,Fe0.15〜1.0wt%,Cu0.4〜
    1.0wt,Mn0.5〜1.3wt%およびMg0.
    05〜0.8wt%を含み、さらにCr0.01〜0.
    3wt%.Zr0.01〜0.3wt%,Ti0.01
    〜0.3wt%を一種または二種以上含み、残部Alか
    らなる合金を芯材とし、その片面に9wt%以上のSi
    を含むAl−Si系合金ろう材を3〜7%の厚さでクラ
    ッドし、他面に0.5〜3wt%のZnを含むAlZn
    系あるいは0.5〜3wt%のZnおよび0.3〜1.
    1wt%のMgを含むAl−Zn−Mg系合金内張材を
    3〜10%の厚さでクラッドしたブレージングシートを
    使用し、Al−Zn系あるいはAl−Zn−Mg系合金
    内張材をクラッドした面をタンクの内面にしてろう付加
    熱後、500℃から200℃までを50℃/min以上
    の速度で冷却することを特徴とするアルミニウム製熱交
    換器の製造方法。
JP29961288A 1988-11-29 1988-11-29 アルミニウム製熱交換器の製造方法 Pending JPH02147163A (ja)

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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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