JPH0788677A - アルミニウム合金ブレージングシートおよびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金ブレージングシートおよびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法

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JPH0788677A
JPH0788677A JP24045293A JP24045293A JPH0788677A JP H0788677 A JPH0788677 A JP H0788677A JP 24045293 A JP24045293 A JP 24045293A JP 24045293 A JP24045293 A JP 24045293A JP H0788677 A JPH0788677 A JP H0788677A
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brazing
less
aluminum alloy
alloy
heat exchanger
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JP24045293A
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Inventor
Yoji Hirano
洋二 平野
Takenobu Dokou
武宜 土公
Koji Okada
光司 岡田
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 0.05wt%を越え 0.6wt%以下のSi、0.05wt
%を越え 2.0wt%以下のMnを含有し、残部アルミニウ
ムと不可避的不純物とからなるアルミニウム合金芯材の
片面または両面に、 7.0wt%を越え12.0wt%以下のS
i、 0.1wt%を越え8.0 wt%以下のCuを含有し、さら
に 0.5wt%を越え 6.0wt%以下のZn、0.002 wt%を越
え 0.3wt%以下のIn、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下
のSnのうち1種または2種以上を含有し、残部アルミ
ニウムと不可避的不純物とかなるアルミニウム合金をろ
う材としてクラッドしたことを特徴とする熱交換器用ア
ルミニウム合金ブレージングシート。 【効果】 本発明ブレージングシートは高強度でかつろ
う付時に溶融せず、熱交換器を製造した場合熱効率の向
上も認められ、熱交換器の小型軽量化が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の熱交換器の
構成部材として使用される熱交換器用アルミニウム合金
のうちのアルミニウム合金ブレージングシートおよびそ
れらを用いたアルミニウム合金製熱交換器の製造方法に
関するものであり、ろう付後の強度が高いアルミニウム
合金ブレージングシートおよびそのブレージングシート
を用いたアルミニウム合金製熱交換器の製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】熱交換
器の例として図1に積層タイプのエバポレーターを示
す。これはコルゲート状に加工したフィン(1)と冷媒
通路(3)、(3′)を形成するブレージングシートか
らなる通路構成シート(2)、(2′)を交互に積層
し、ろう付け接合したもので、フィン(1)には通常板
厚0.08mm前後のものが用いられ、通路構成シート
(2)、(2′)には板厚 0.4mm程度のブレージングシ
ートが用いられている。
【0003】このようなエバポレーターでは、冷媒通路
を外部腐食から防食するため、犠牲陽極としての効果が
あるフィン材が通常用いられ、通路構成シートにはAl
−1%Mn合金にCu、Zr等を必要に応じて添加した
合金を芯材とし、その表面にJIS4004(Al−
9.7wt%Si− 1.5wt%Mg)合金やJIS 4343
(Al− 7.5wt%Si)合金等のろう材をクラッドした
ものが用いられている。
【0004】そしてこれらの熱交換器は、いずれも 600
℃付近の温度に加熱してろう付けするブレージングによ
り組み立てられるが、ブレージング工法としては、真空
ブレージング法、フラックスブレージング法、非腐食性
のフラックスを用いたノコロックブレージング法等が行
われる。
【0005】ところで、近年、熱交換器は軽量・小型化
の方向にあり、そのために材料の薄肉化が望まれてい
る。しかし、従来の方法で薄肉化を行った場合、多くの
問題点が生じる。まず、冷媒通路構成部材(チューブ材
等)にしても、フィンにしても材料の肉厚が減少する分
強度を向上させる必要があり、高強度合金がいくつか提
案されているが十分な強度が得られていない。これは、
強度を向上させるためには合金元素の添加が必要である
が、合金元素を添加すると融点が低下し、 600℃付近の
温度に加熱するブレージング工程時に溶融してしまうた
めである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような状況
に鑑み鋭意検討の結果、ろう付後の強度に優れた熱交換
器用アルミニウム合金ブレージングシート、およびその
ようなブレージングシートを用いてルミニウム合金製熱
交換器の小型、軽量化が可能な製造方法について開発し
たものである。
【0007】即ち、本発明のブレージングシートの1つ
は、0.05wt%を越え 0.6wt%以下のSi、0.05wt%を越
え 2.0wt%以下のMnを含有し、残部アルミニウムと不
可避的不純物とからなるアルミニウム合金芯材の片面ま
たは両面に、 7.0wt%を越え12.0wt%以下のSi、 0.1
wt%を越え8.0 wt%以下のCuを含有し、さらに 0.5wt
%を越え 6.0wt%以下のZn、 0.002wt%を越え 0.3wt
%以下のIn、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下のSnの
うち1種または2種以上を含有し、残部アルミニウムと
不可避的不純物とからなるアルミニウム合金をろう材と
してクラッドしたことを特徴とするものである。
【0008】または本発明の他のブレージングシート
は、0.05wt%を越え 0.6wt%以下のSi、0.05wt%を越
え 2.0wt%以下のMnを含有し、さらに0.05wt%を越え
2.5wt%以下のCu、0.03wt%を越え 0.5wt%以下のM
g、0.03wt%を越え 0.3wt%以下のCr、0.03wt%を越
え 0.3wt%以下のZr、0.03wt%を越え 0.3wt%以下の
Ti、0.03wt%を越え 1.5wt%以下のNiのうち1種ま
たは2種以上を含有し、残部アルミニウムと不可避的不
純物とからなるアルミニウム合金芯材の片面または両面
に、 7.0wt%を越え12.0wt%以下のSi、 0.1wt%を越
え 8.0wt%以下のCuを含有し、さらに 0.5wt%を越え
6.0wt%以下のZn、 0.002wt%を越え0.3 wt%以下の
In、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下のSnのうち1種
または2種以上を含有し、残部アルミニウムと不可避的
不純物とからなるアルミニウム合金をろう材としてクラ
ッドしたことを特徴とするものである。
【0009】さらに本発明の熱交換器の製造方法は、上
記いずれかのブレージングシートを用いてブレージング
工法により熱交換器を製造するにあたり、ブレージング
加熱温度を 570℃を越え 585℃以下とすることを特徴と
するものである。
【0010】まず、本発明のブレージングシートの合金
組成について説明する。本発明の熱交換器用アルミニウ
ム合金ブレージングシートの芯材に用いられるアルミニ
ウム合金は高強度合金であり、この高強度合金は従来使
用されている合金よりもCu添加量が高いことが特徴で
ある。即ち、芯材を0.05wt%を越え 0.6wt%以下のS
i、0.05wt%を越え 2.0wt%以下のMnを含有し、残部
アルミニウムと不可避的不純物とからなるアルミニウム
合金、またはこれにさらに0.05wt%を越え 2.5wt%以下
のCu、0.03wt%を越え 0.5wt%以下のMg、0.03wt%
を越え 0.3wt%以下のCr、0.03wt%を越え 0.3wt%以
下のZr、0.03wt%を越え0.3 wt%以下のTi、0.03wt
%を越え 1.5wt%以下のNiのうち1種または2種以上
を添加したアルミニウム合金である。特に約 1.2wt%を
越えるCuは合金の融点を低下させるためにブレージン
グ用には従来用いられていない合金である。芯材合金の
各添加元素の役割を以下に述べる。
【0011】Siは、強度向上に寄与する。Siが0.05
wt%以下の場合強度向上効果が十分でなく、 0.6wt%を
越えると芯材の電位が貴になりフィン材との電位差が大
きくなり過ぎた場合にはフィン材の腐食が激しくなり熱
効率が低下する。従って、Siは0.05wt%を越え 0.6wt
%以下とするが、特に 0.3wt%付近で安定した特性を示
す。
【0012】Mnは、金属間化合物を合金中に分布さ
せ、耐食性を低下させることなく強度を向上させるため
の必須元素である。その量が0.05wt%以下ではこの効果
が十分でなく、 2.0wt%を越えて添加した場合成形性が
低下し、組付け等の加工時にブレージングシートが割れ
てしまう。
【0013】Cuは固溶状態にて合金中に存在し、強度
を向上させる。Cuが0.05wt%以下の場合強度向上効果
が十分でない。Cuの添加量のうち 1.0wt%を越えるC
uは本発明特有の添加量である。 1.0wt%を越えるCu
は融点が低下するため、従来用いられていなかった。こ
こで、Cu量が 2.5wt%を越えると融点が低下し、本発
明のろう合金を用いてもブレージング時に溶融してしま
う。従って、Cuは0.5 wt%を越え 2.5wt%以下とする
が、特に 0.8〜1.5 wt%で安定した特性を示す。
【0014】Mgは合金中に固溶状態およびMg2 Si
の微細な析出相として存在し、強度を向上させる。0.03
wt%以下では効果がなく、 0.5wt%を越えて添加すると
非腐食性のフラックスを用いたろう付をする場合にフラ
ックスとMgが反応しろう付けができなくなる。
【0015】Cr、Zr、Tiはいずれも微細な金属間
化合物を形成し合金の強度を向上させる働きを有する。
しかし、いずれも0.03wt%以下では効果がなく、 0.3wt
%を越えて添加した場合成形性が低下し、組付け等の加
工時にブレージングシートが割れてしまう。
【0016】Niも微細な金属間化合物を形成し合金の
強度を向上させる働きを有する。しかし、0.03wt%以下
では効果がなく、 1.5wt%を越えて添加した場合成形性
が低下し、組付け等の加工時にブレージングシートが割
れてしまう。
【0017】以上が本発明の芯材合金の成分であるが、
不可避不純物の代表的な元素としてFeがある。しかし
Feは 1.2wt%以下であれば含有されていてもかまわな
い。また、鋳塊組織の微細化のために添加されるB等、
上記以外の元素はそれぞれ0.05wt%以下であれば含有さ
れていてもかまわない。
【0018】次に本発明に係るろう材合金について説明
する。従来は本発明のようなCuを多く添加した高強度
の芯材合金を用いた場合、熱交換器の耐食性が低下する
という問題と芯材合金の融点が低いためろう付時に溶融
するという問題があり、そのような芯材にクラッドして
用いるろう材は実用化されていなかった。本発明ではこ
れを解決したもので、上記組成の芯材合金と組み合わせ
たときに効果を発揮するろう材合金を開発したものであ
る。
【0019】即ち、熱交換器の外部耐食性についてさま
ざまな検討を行い、従来用いられているろう材合金と本
発明に係る芯材合金を組み合わせた場合、芯材合金中に
添加されているCuがろう付時にろう材中に拡散し、ろ
う材と芯材との境界付近に低Cu領域が生じそこが優先
的に腐食されるため、膨れをともなう激しい腐食を生じ
ることを見出した。本発明ではろう材合金にCuを添加
することで、芯材からろう材へのCuの拡散を防止しろ
う材と芯材との境界付近に低Cu領域を生じないように
して耐食性を向上させた。そして、従来 600℃付近の温
度でろう付していたのを 585℃以下の温度でろう付でき
るようにすれば、芯材合金の溶融がなくなると考え、従
来のろう材合金よりもろう付温度が低い合金を開発し
た。
【0020】ここで、本発明に係るろう材の合金組成は
7.0wt%を越え12.0wt%Si、 0.1wt%を越え8.0 wt%
以下のCuを含有し、さらに 0.5wt%を越え 6.0wt%以
下のZn、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下のIn、 0.0
02wt%を越え 0.3wt%以下のSnのうち1種または2種
以上を含有して残部アルミニウムと不可避的不純物とか
らなるアルミニウム合金であり、以下にその限定理由を
説明する。
【0021】Siの添加は合金の融点を下げるが、その
量が 7.0wt%以下では十分に融点が低下せず、 585℃以
下の温度でろう付できない。さらに、その量が12.0wt%
を越えると逆に融点が上がるため、 585℃以下の温度で
ろう付できない。
【0022】Cuの添加は合金の融点を下げ、ろう流れ
性を向上する。さらに、前記の理由で冷媒通路構成部材
にCuを添加した合金を用いる場合に熱交換器の耐食性
を高める働きを有する。しかし、Cuの量が 0.1wt%以
下では以上の効果が十分でなく、その量が 8.0wt%を越
えるとろう材の電位が貴になりすぎて、芯材が優先的に
腐食するようになり、耐食性が低下する上に合金の圧延
加工性が低下し、熱交換器用のブレージングシートとし
て製造できなくなる。従って、Cuは 0.1wt%を越え
8.0wt%以下とするが、特に 0.5〜3.5 wt%で安定した
特性を示す。
【0023】Znの添加は合金の融点を下げる。さら
に、本発明のようにCuを添加したろう合金では外部腐
食によるふくれの発生は抑えられるものの、ろう材の電
位が芯材の電位より貴になり、外部腐食がピット状に進
行しその速度が速いという問題がある。Znの添加はろ
う材の電位を下げ、ろう材の電位を芯材の電位に近づ
け、耐食性を向上させる。しかし、その量が 6.0wt%を
越えるとろう材の自己耐食性が低下する上に合金の圧延
加工性が低下し、熱交換器用のブレージングシートに用
いるろう材としては適さなくなる。
【0024】InおよびSnもろう材の電位を卑にし冷
媒通路構成部材の耐食性を向上させる。その量が 0.002
wt%以下では効果が十分でなく、その量が 0.3wt%を越
えると合金の圧延加工性が低下する。
【0025】本発明に係るろう材の添加元素は以上の通
りであるが、不可避的不純物として、Feは 1.0wt%以
下であれば含有可能である。しかし、Feはろうが凝固
する時に金属間化合物を形成し、これが腐食の起点とな
る。そのため、Fe量は 0.5wt%以下が望ましい。Fe
以外の不可避的不純物として、他の元素もそれぞれ0.05
wt%以下であれば含有してもよい。
【0026】ブレージングシートとした場合のろう材組
成は上記の通りであるが、その被覆率は使われる部材の
板厚によって異なり、2〜20%程度である。
【0027】ここで、本発明では、ろう付温度を 570℃
を越え 585℃以下の範囲でブレージングを行う。ろう付
温度が 570℃以下では、本発明のろうは溶融しない組成
があり、ろう付することができないためである。また、
585℃を越えると、芯材が溶融するためとCuを多量に
含有した合金を冷媒通路構成部材に使用できなくなるた
めである。さらに、このようにろう付温度を低下するこ
とで、フィンの耐高温座屈性および熱伝導性を向上させ
る効果も有する。
【0028】まずフィンの座屈の大部分は、高温でのフ
ィンに高温クリープ現象が生じることで発生するもので
あり、 590℃付近を境にそれより高い温度で急激に生じ
る(フィンが弱くなる)ことを見出した。そのため、 5
85℃以下であればこれを原因とする座屈は生じないので
ある。さらに、フィンにろうが拡散することを原因とす
る座屈があるが、ろうの拡散は 595℃付近を境にそれよ
り高い温度で急激に生じることを見出した。そのため、
585℃以下であればろう拡散は少なくなり、全体として
フィンの座屈は生じにくくなるのである。
【0029】またブレージングを行うフィン材の熱伝導
性は、アルミニウム合金中に析出していた金属間化合物
がろう付加熱時に再固溶するために低下する。そして加
熱温度が高いほど合金元素の固溶限が大きくなりかつ拡
散速度が大きくなるので、再固溶は進行しやすくなる。
そのため、ブレージング温度を下げることはフィンの熱
伝導性を高めるのに効果があることを見出し、 585℃以
下であれば再固溶の進行速度が小さく、熱伝導性の低下
は少ないことを見出した。
【0030】従って、本発明のブレージングシートを用
いて熱交換器を製造する場合、 585℃以下でろう付を行
えば、フィンの特性が向上し、即ち、熱交換器としての
特性が向上するのである。即ち、本発明のブレージング
シートの芯材のうち低CuのものやCuを含有しないも
のはブレージングシートの強度は向上しないが、本発明
のろうを用いているので、フィンの特性が向上するもの
である。なお、このようにろう付温度を低下させること
で、ろう付炉の寿命が延びるという効果も有する。
【0031】ここで、本発明のろう付条件は上記のよう
に、温度は限定されるが、それ以外の条件は従来とほと
んど同様でよい。すなわち、フラックスブレージング
法、非腐食性のフラックスを用いたノコロックブレージ
ング法等であればよく特に限定するものではない。ろう
付け前の組み立て、洗浄、場合によってフラックス塗布
等は従来通り行えばよい。この場合フラックスは、例え
ばセシウム系のフラックスを用いても、本発明の温度域
でろう付可能である。
【0032】なお、本発明では、加熱の後の工程は特に
限定しない。従来より行われているように、時効処理や
フラックス除去や塗装等の工程を行えばよい。
【0033】さて、このように通常のろう付温度より低
い温度でろう付を行う方法に、低温ろう付と言われてい
る 500℃前後の温度でろう付を行う方法が知られてい
る。この方法はZnを20%以上を含有したAl−Zn系
合金やZn合金を通常ろうとして用いるために、ろう付
後にろう材が腐食されやすいという問題点があり、現実
的には熱交換器として使用されていない。さらに、Al
−Zn系合金でZnの添加量が8%を越えると圧延性が
非常に悪くなるので合わせ圧延によるブレージングシー
トの製造は不可能であり、工業的に安定して低温ろう付
用のブレージングシートを供給する製造方法は確立され
ていない。そのため、置きろう等としてろうを用いねば
ならず、製造できる部材の種類は限られている。しか
し、発明者らは上記のように低温ろう付よりはるかに高
温である 585℃以下のろう付温度でも熱交換器の特性向
上が可能なことを見出して、本発明のブレージングシー
トを開発したものである。
【0034】さらに、従来より低融点のアルミニウム合
金ろうとして知られている合金がある(例えば特開平3-
57588 号公報)。これらは、主に鋳物をろう付するため
に開発されたものであり、多量のCuが含有されていた
り、上記のように多量のZnを添加しているため、圧延
加工を行うと割れてしまう問題があり、ブレージングシ
ートの製造ができなかったのである。ブレージングシー
トとして使用できなければ、工業的に熱交換器を製造す
るのに実用性が乏しい。本発明ではこのような問題点を
解決したブレージングシートを開発したのである。
【0035】
【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。
【0036】(実施例1)表1〜表3に示す組成のアル
ミニウム合金ろう材を同じく表1〜表3に示すアルミニ
ウム合金芯材の両面に10%のクラッド率でクラッドした
板厚 0.4mmのブレージングシート板材を通常の方法によ
り製造した。これらブレージングシートを、表4のろう
付加熱条件でN2 ガス中で加熱を行い、得られた板材に
引張試験並びに耐食性試験を行った。
【0037】耐食性試験はろう材の表面中央部のみを露
出させ、他の面をすべてシールし、CASS試験(JI
SH8681)を 360時間行い、孔食の発生状況を調べ
た。結果を表4に記した。
【0038】
【表1】
【0039】
【表2】
【0040】
【表3】
【0041】
【表4】
【0042】表4より比較例Aはろう材にZn、In、
Snを含有していないもので耐食性が低下している。比
較例B、Cは本発明のろう合金の範囲をはずれており、
585℃以下ではろうが溶融しないために、 600℃で加熱
を行ったが、芯材が溶融してしまった。比較例Dはろう
合金のCu、Znが本発明の範囲より多く添加されてい
るもので、圧延時に割れてしまいブレージングシートを
製造することができなかった。比較例E、Fは芯材合金
が本発明の組成をはずれたもので、 575℃でろう付加熱
を行ったが、溶融してしまった。従来例Gは本発明と比
較して強度に劣っている。また、従来例Hは従来例Gよ
りもCuを多く芯材に含有した例であるが耐食性に劣っ
ている。対して、本発明ブレージングシートは、高強度
材の使用が可能であり、耐食性にも優れている。
【0043】(実施例2)表5の合金番号1、2に示す
組成の板厚0.08mmのベアフィン材と、合金番号3〜6で
示す組成のろう材を同じ番号で示される組成の芯材の両
面に10%のクラッド率でクラッドした板厚0.35mmのブレ
ージングシートからなるプレート材とを表6に示すよう
に組み合わせて図1に示す熱交換器を組み立てた。組み
立てられた熱交換器は、フッ化カリウム系フラックスに
セシウム系フラックスを3%混合したフラックスの10%
濃度液を塗布し、N2 ガス中で表6のろう付加熱条件で
加熱を行い、ろう付けした。
【0044】得られた熱交換器について、外観観察によ
りフィンおよびプレートの潰れ具合、フィレットの形成
について調査し、その結果を表6に示す。また、正常に
ろう付されていた熱交換器は熱効率を調査した。熱効率
は、JIS D 1618(自動車用冷房機試験方法)
に準じて行い、それぞれ従来法の熱交換器の熱効率に対
する向上の割合を表6に併記した。
【0045】
【表5】
【0046】
【表6】
【0047】本発明法では、フィンの潰れが生じること
なく熱交換器が製造されており、製造された熱交換器は
熱効率に優れている。
【0048】
【発明の効果】以上のように本発明のブレージングシー
トは高強度かつろう付時に溶融がなく、熱交換器を製造
した場合熱効率の向上も認められ、熱交換器の小型、軽
量化が可能であり、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】
【図1】積層タイプのエバポレーターを示す一部断面の
斜視図である。
【符号の説明】
1 フィン 2 ブレージングシート 3 冷媒通路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 0.05wt%を越え 0.6wt%以下のSi、0.
    05wt%を越え 2.0wt%以下のMnを含有し、残部アルミ
    ニウムと不可避的不純物とからなるアルミニウム合金芯
    材の片面または両面に、 7.0wt%を越え12.0wt%以下の
    Si、 0.1wt%を越え 8.0wt%以下のCuを含有し、さ
    らに 0.5wt%を越え 6.0wt%以下のZn、0.002 wt%を
    越え 0.3wt%以下のIn、 0.002wt%を越え 0.3wt%以
    下のSnのうち1種または2種以上を含有し、残部アル
    ミニウムと不可避的不純物とからなるアルミニウム合金
    をろう材としてクラッドしたことを特徴とする熱交換器
    用アルミニウム合金ブレージングシート。
  2. 【請求項2】 0.05wt%を越え 0.6wt%以下のSi、0.
    05wt%を越え 2.0wt%以下のMnを含有し、さらに0.05
    wt%を越え 2.5wt%以下のCu、0.03wt%を越え 0.5wt
    %以下のMg、0.03wt%を越え 0.3wt%以下のCr、0.
    03wt%を越え0.3 wt%以下のZr、0.03wt%を越え 0.3
    wt%以下のTi、0.03wt%を越え 1.5wt%以下のNiの
    うち1種または2種以上を含有し、残部アルミニウムと
    不可避的不純物とからなるアルミニウム合金芯材の片面
    または両面に、 7.0wt%を越え12.0wt%以下のSi、
    0.1wt%を越え 8.0wt%以下のCuを含有し、さらに 0.
    5wt%を越え 6.0wt%以下のZn、 0.002wt%を越え 0.
    3wt%以下のIn、 0.002wt%を越え 0.3wt%以下のS
    nのうち1種または2種以上を含有し、残部アルミニウ
    ムと不可避的不純物とからなるアルミニウム合金をろう
    材としてクラッドしたことを特徴とする熱交換器用アル
    ミニウム合金ブレージングシート。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のブレージングシ
    ートを用いてブレージング工法により熱交換器を製造す
    るにあたり、ブレージング加熱温度を 570℃を越え 585
    ℃以下とすることを特徴とするアルミニウム合金製熱交
    換器の製造方法。
JP24045293A 1993-09-01 1993-09-01 アルミニウム合金ブレージングシートおよびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法 Pending JPH0788677A (ja)

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