キュプロブレイズ

CuproBrazeは、現代のディーゼルエンジンのような高温高圧環境向けの銅合金熱交換器技術です。^{[1] [2]}国際銅協会（ICA）によって開発されたこの技術は、世界中の熱交換器メーカーに無料でライセンス供与されています。^{[引用が必要]}

CuproBrazeの用途には、チャージエアクーラー、ラジエーター、オイルクーラー、空調システム、熱伝達コアなどがあります。^{[3] [2] CuproBrazeは、}機械が過酷な条件下で故障することなく長期間稼働する必要がある重工業のチャージエアクーラーとラジエーターに適しています。この技術は、オフロード車、トラック、バス、産業用エンジン、発電機、機関車、軍事機器を対象としています。また、特別なニーズのある軽トラック、SUV、乗用車にも使用されています。^{[4] [3] [5] [6]}

従来の熱交換器モデルと比較して、CuproBraze は、はんだ付けされた銅/真鍮板フィン、はんだ付けされた銅真鍮サーペンタインフィン、およびろう付けされたアルミニウムサーペンタインフィンで作られていた熱交換器部品用の新しい材料を作成し、より要求の厳しい用途に適合させます。 ^{[2]アルミニウム熱交換器は、}自動車、小型トラック、およびその他の軽量用途に適しており、経済的です。ただし、動作温度が高く、湿度が高く、振動があり、塩分を含んだ 腐食性の 空気、および大気汚染が特徴の環境には適していません。これらの環境では、CuproBraze テクノロジーが提供する追加の引張強度、耐久性、および耐腐食性が役立ちます。^[2]

CuproBraze 技術は、銅と真鍮のラジエーター部品をはんだ付けではなくろう付けで接合します。熱交換器は、焼きなまし耐性のある銅と真鍮の合金で作られています。チューブは真鍮のストリップから製造され、粉末ベースのペーストの形のろう付けフィラー材料でコーティングされるか、またはアモルファスろう付け箔がチューブとフィンの間に敷かれます。チューブミルでインラインでチューブをコーティングする別の方法があります。これは、ツインワイヤアークスプレープロセスを使用して行われます。このプロセスでは、ワイヤがろう付け合金であり、チューブが製造されているときに 200-400 fpm で堆積されます。これにより、後でチューブをコーティングするプロセスステップが 1 つ節約されます。コーティングされたチューブは、銅のフィン、ヘッダー、真鍮製のサイドサポートとともに、炉でろう付けされるコアアセンブリに一緒に取り付けられます。^[7]

この技術により、ろう付けされた蛇行フィンを銅真鍮熱交換器の設計に使用できるようになりました。利点としては、接合部の強度が増すことなどが挙げられます。^{[2] [引用が必要]}

CuproBraze は、以下の表に示すように、いくつかの点で他の材料よりも優れています^{[引用が必要]}。

高温に耐える能力は、高熱用途では不可欠です。アルミニウム合金は融点が低いため、高温では問題となります。アルミニウムの降伏強度は 200 °C を超えると低下します。疲労亀裂の問題は高温で悪化します。^{[5] [8] [9]} CuproBraze 熱交換器は、290 °C 以上の温度でも正常に動作します。焼きなまし耐性のある銅と真鍮のストリップにより、ラジエーターコアは、ろう付けの高温にさらされても軟化することなく強度を維持できます。^[3]

冷却効率は、熱交換器によって特定の空間から熱がどれだけ放出されるかの尺度です。 ^[10]熱交換器コアの全体的な熱効率は、フィンとチューブの熱伝導率、フィンとチューブの強度と重量、フィンとチューブの間隔、サイズ、厚さ、形状、コアを通過する空気の速度など、多くの要因に依存します。^{[5] [10]}

熱交換器の主な性能基準は冷却効率です。銅と真鍮で作られた熱交換器コアは、他のどの材料よりも単位体積あたりの熱を多く放出できます。これが、銅真鍮熱交換器が他の材料よりも一般的に冷却効率が高い理由です。ろう付けされた銅真鍮熱交換器は、はんだ付けされた銅真鍮や他の材料（ろう付けされたアルミニウムサーペンタインを含む）よりも頑丈です。^[2]

空気圧降下は熱交換器の設計要因です。コアの前面から背面（風洞試験で風上から風下側）への空気圧降下が小さい熱交換器コアは、より効率的です。空気圧降下は、通常、CuproBraze とアルミニウム熱交換器では 24% 少なくなります。この利点により、熱遮断が 6% 増加し、CuproBraze の全体的な効率が向上します。^{[11] [12]}

銅の熱伝導率はアルミニウムよりも高いため、銅は熱を放散する能力が高くなります。より薄い材料ゲージとより高いフィン密度を組み合わせることで、CuproBrazeの放熱能力は、空気圧降下を適切なレベルに保ちながら高めることができます。^[4]

CuproBrazeは熱伝達効率が高いため、効率的な加熱効果があります。これは、同じ熱遮断レベルを小さなコアサイズで達成できるためです。そのため、CuproBrazeを使用すると、他の材料と比較して正面面積と体積を大幅に削減できます。^{[3] [5]}

CuproBraze 熱交換器の強度と耐久性を高めるために、3 つの新しい合金が開発されました。1)ろう付け後も強度を維持するアニール耐性フィン材料、2) ろう付け後も微細結晶構造を維持し、ろう付けされた熱交換器コアに延性と疲労強度を提供するアニール耐性チューブ合金、および 3) ろう付け合金です。^[13] 650 °C でろう付けすると、はんだ付け接合部よりも強度が高く、溶接接合部と同等の強度の接合部が形成されます。^[14]溶接とは異なり、ろう付けでは母材が溶けません。そのため、異なる合金を接合するにはろう付けの方が適しています。^[3]

CuproBraze は、はんだ付けされた銅真鍮やアルミニウムよりも高温での強度が高い。銅はアルミニウムよりも熱膨張率が低いため、CuproBraze の製造中および熱交換器として使用する際の熱応力は少ない。CuproBraze 熱交換器は、他の材料よりもチューブとヘッダーの接合部が強い。これらのろう付け接合部は熱交換器にとって非常に重要であり、漏れがないようにする必要がある。CuproBraze は、薄肉の高強度材料がチューブをより強力に支えるため、内部圧力に対する耐性も高い。この材料は、アルミニウム熱交換器よりも不良な冷却剤の影響を受けにくい。^{[15] [13]}

試験結果では、CuproBraze接合部は、同様のはんだ付けされた銅真鍮接合部やろう付けされたアルミニウム接合部と比較して、疲労寿命がはるかに長いことが実証されています。^[16]接合部が強くなったことで、より薄いフィンや新しいラジエーターやクーラーの設計が可能になります。^{[17] [5]}

銅フィンは、汚れたラジエーターを高圧水で洗浄しても簡単には曲がりません。防錆コーティングにより、銅フィンの強度と湿度、砂の浸食、石の衝突に対する耐性がさらに向上します。

詳細については、CuproBraze：耐久性と信頼性（テクノロジーシリーズ）：^[13]およびCuproBrazeの耐久性（設計基準シリーズ）^{[16]を参照してください。}

欧州、日本、米国の新しい法律では、トラック、バス、発電所、その他の重機に使用されるディーゼルエンジンからの_NOXと粒子状物質の排出量を大幅に削減することが求められています。 ^{[18]これらの目標は、よりクリーンな性能を持つターボチャージャー}付きディーゼルエンジンとチャージエアクーラーを使用することで部分的に達成できます。ターボチャージャーにより出力が向上し、チャージエアクーラーによりエンジンに入る空気の温度が下がり密度が上がるため、より効率的に電力を生成できます。^[19]

チャージエアクーラーは、ターボチャージャーとエンジン吸気マニホールドの間に位置し、空気対空気の熱交換器です。^[3]チャージエアクーラーは、ターボチャージャー付きディーゼルエンジンの吸気温度を200℃から45℃に下げ、吸気密度を高めてエンジン効率を高めます。将来的には、排出ガス基準を満たすために、さらに高い吸気温度（246℃以上）とブースト圧力が必要になる可能性があります。^{[18] [12]}

アルミニウム合金をベースとする現在のチャージエアクーラーシステムは、定置型および移動型エンジンの米国 Tier 4i 基準を満たすために必要な温度と圧力で耐久性の問題を抱えています。^{[20] [2] [4] [21]}公開されたレポートでは、アルミニウムチャージエアクーラーの平均寿命は現在約 3,500 時間であると推定されています。^[22]アルミニウムは、高温と熱応力レベルに対応するための技術的な上限に近づいています。 ^[18]これは、金属の引張強度が 150 °C で急速に低下し、150 °C と 200 °C の間の熱サイクルを繰り返すと大幅に弱くなるためです。熱サイクルによりアルミニウムチューブに弱点ができ、それがチャージエアクーラーの故障の原因になります。潜在的なオプションとして、アルミニウムチャージエアクーラーにステンレス鋼のプレクーラーを取り付けることが挙げられますが、スペースが限られていることと、このソリューションの複雑さが、このオプションの妨げとなっています。^[12]

CuproBrazeチャージエアクーラーは、クリープ、疲労、その他の冶金学的問題が発生することなく、290℃の高温でも動作することができます。^{[12] [23]}

熱交換器の外部耐食性は、沿岸地域、湿気の多い地域、汚染された地域、採掘作業において特に重要です。銅合金とアルミニウム合金の腐食メカニズムは異なります。CuproBrazeチューブには85％の銅が含まれており、脱亜鉛および応力腐食割れに対する耐性が非常に高くなっています。銅合金は、既知の速度で表面全体が均一に腐食する傾向があります。銅の腐食の予測可能性は、適切な保守管理にとって重要です。^{[2] [24]}一方、アルミニウムは、孔食によって局所的に腐食し、最終的には穴が開く可能性が高くなります。^[24]

塩水噴霧や海洋条件でのSWAATなどの加速腐食試験では、CuproBrazeはアルミニウムよりも優れた性能を示しました。^[2]

CuproBrazeの耐食性は、一般的には軟ろう付け熱交換器よりも優れています。これは、CuproBraze熱交換器の材料が同等の貴金属であるため、ガルバニック差が最小限に抑えられるためです。軟ろう付け熱交換器では、はんだはフィンとチューブの材料よりも貴金属度が低く、腐食環境ではガルバニック攻撃を受ける可能性があります。^[24]

CuproBraze は、ほとんど手間をかけずに修理できます。この技術の利点は、スペアパーツが限られている遠隔地では重要です。CuproBraze は、鉛フリー軟質はんだ (たとえば、97%スズ、3%銅) または一般的な銀含有ろう付け合金を使用して修理できます。

生物付着は、暖かく、暗く、湿気の多い環境で稼働するHVACシステムでしばしば問題となります。CuproBraze 合金の抗菌特性により悪臭が除去され、室内の空気の質が向上します。CuproBraze は、アルミニウムベースの熱交換システムにおける真菌や細菌による悪臭の解決策として、モバイルエアコンユニットで研究されています。^{[25] [26]}

KamazやUral Automotive PlantなどのロシアのOEMは、オフロードおよびオンロード用途の大型トラックにCuproBrazeラジエーターとチャージエアクーラーを使用しています。他のメーカーには、UAZとGAZ（ロシア）、MAZ（ベラルーシ）などがあります。FinnRadiatorとしても知られるFinnish Radiator Manufacturing Company ^[27]は、オフロード建設機械のOEMメーカー向けに、ラジエーターとチャージエアクーラーの95％をCuproBrazeで製造しています。Nakamura Jico Co., Ltd.（日本）は、建設機械、機関車、オンハイウェイトラック用のCuproBraze熱交換器を製造しています。Young Touchstoneは、北米のMotivePowerのディーゼル通勤列車の機関車にCuproBrazeラジエーターを供給しています。Siemens AG Transportation Systemsは、南ベトナムおよびその他のアジア市場向けのAsia Runner機関車にこの技術を使用する予定です。ボンバルディア・トランスポーテーション社の熱交換器は、電気機関車の変圧器油を冷却します。この巨大なオイルクーラーは、南アフリカ鉄道の石炭列車で効果的に使用されています。発電用ディーゼルエンジンの最大のユーザーであるコーラー・パワー・システムズ・アメリカスは、その「発電機セット」のディーゼルエンジンターボチャージャーの空対空冷却にCuproBrazeを採用しました。^[20]

• 熱交換器の銅

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