在定時升溫實驗時，發覺到節溫器全開啟行程時，銅製水箱與鋁製水箱 之上水管之冷卻水溫度相差不多。但在節溫器行程全開啟一分鐘後，兩水 箱之實驗數據開始有明顯的差異。以數據上看來，可明顯看出，銅製水箱 之上水管溫度明顯比鋁製水箱低 2℃~3℃【圖 4-11】。先前假設鋁之表面溫 度會比銅高，但經過實際實驗之後，發覺不論上水箱表面溫度或是下水箱 表面溫度，皆是銅製水箱之表面溫度比鋁製水箱的表面溫度還要高【表 4-3】
【表 4-4】。熱力學第一定律：能量守恆定律對非孤立系統的擴展。此時能 量可以用功 W 或熱量 Q 的形式傳入或傳出系統。當物體之表面溫度與室溫 相差越大時，熱傳導與對流會更快。
在下水箱昇溫實驗之數據更可以看出銅製水箱的優良散熱能力，銅製水 箱下水管之溫度平均比鋁製水箱之溫度低 2℃左右，也代表著在無風扇強制 對流之下，銅製水箱光是靠著水箱本身的熱傳導能力，就可以讓冷卻水溫 度下降 10℃左右。而鋁製水箱只能讓冷卻水降溫 5℃左右。這時更能明顯 比較出銅製水箱的散熱能力。
在定時降溫實驗時，當引擎上水管冷卻水溫度達 110℃時，手動開啟電 動風扇。以 30 秒為記錄間隔，發現銅製水箱上水管冷卻水之溫度比鋁製水 箱上水管冷卻溫度低 3℃~4℃左名。在看下水管溫度紀錄的比較後，更是可
以發現，在風扇作用達 180 秒後，鋁製水箱之下水管冷卻水溫度在 67℃左 右，就無太大之變化。而銅製水箱下水管冷卻水溫度則是在 180 秒到 300 秒之後，降到 51℃左右。同樣是 300 秒之風扇作動時間，銅製水箱可冷卻 到 51℃，即關閉散熱風扇。鋁製水箱若讓散熱風扇作用 300 秒以上，則無 法再使下水管冷卻水降溫，下水管冷卻水溫度約在 67℃上下移動。在本實 驗後，得到結論為銅製水箱不論製程有何影響，銅製水箱之散熱能力依然 大於鋁製水箱。
在定時降溫實驗中，最有利於表示散熱的數據為鋁製水箱在風扇作用 180 秒後，下水管的水溫反而有些為提高。這個數據更是明顯表示出鋁的散 熱力不足。同樣 180 秒後銅製水箱的上水管溫度固定，但下水管溫度仍然 可以下降，這表示出銅的散熱能力優良。本試驗採用 300 秒為風扇作動時 間，是因為 300 秒後，銅製水箱之下水管溫度就無太大變化。也代表銅製 水箱可使引擎冷卻水降溫的最大限度為 51℃左右。再作用下去，也無法讓 冷卻水溫更低。這就是本實驗為何定義散熱風扇作動時間為 300 秒之原因 所在。
在長時間運轉時更能看出散熱的差異性能，銅製水箱風扇運轉時間平均 比鋁製水箱少 7 秒。風扇再次啟動間隔時間，銅製水箱平均比鋁製水箱多 20 秒。當車輛在市區行駛時，使用銅製水箱可有效降低風扇運轉時間及延 長風扇起動間隔，可延長風扇、發電機之壽命也可節省汽車燃料消耗量。
【圖 4-1】酒精式溫度計
【圖 4-2】電子式溫度計-上水管（黑）
【圖 4-3】電子式溫度計-下水管（白）
【圖 4-4】數位電子溫溼度計
【圖 4-5】紅外線溫度計
【圖 4-6】萬用電錶
【圖 4-7】銅製水箱
【圖 4-8】銅製水箱安裝圖
【圖 4-9】鋁製水箱
【圖 4-10】鋁製水箱安裝圖
銅、鋁水箱上水管及上部水箱表面溫度比較圖
水箱上水管冷卻水溫度比較圖
【表 4-1】銅製水箱定時加熱實驗數據
【表 4-3】銅製水箱定時散熱數據
【表 4-5】引擎長時運轉數據
第五章
一家汽車製造場採用低成本之鋁製水箱來降低成本，以吸引消費者時，其 它的汽車製造廠也只有跟進。鋁製水箱，具有生產工藝簡單、易於加工、
材料成本低廉，價格便宜等優點。但缺點是，整體散熱效果欠佳。鋁是汽 車工業使用較多的金屬材料，也是汽車輕量化的首選材料。雖然鋁的熱傳 導率較銅低，僅為銅的 60%，且鋁還有良好的鑄造加工性能。鋁散熱器具 有品質輕、原料成本低等優點，但鋁散熱器之散熱不良是指相對於銅製水 箱，鋁製水箱要取代銅製水箱目前只在小型車輛之中，因為大型車量著重 於散熱能力，大型車輛有時滿載人員或貨品時，常常使引擎在全負荷之下 工作，因此若是散熱能力不足，將使車輛受損。
從銅製水箱、鋁製水箱結構上來說，其產品功能沒有什麼不同，也不 影響產品之間的互換。銅、鋁散熱器都是曾遍採用管帶式結構，散熱鰭片 採用波翼式結構，唯有銲接方式不同。鋁散熱器焊接為硬焊，焊接溫度為 577～612℃，而銅散熱器採用的是軟焊，焊接溫度低於 450℃。鋁散熱器焊 接接頭的剪切強度為 50～58MPa，抗拉強度為 86～96MPa，而銅散熱器錫 焊抗扭強度為 34～37MPa;所以鋁散熱器的結構強度要高於銅散熱器很多。
因此鋁製水箱在結構強度上比銅製水箱耐用。
但鋁製水箱的主要失效形式是腐蝕導致的產品破洞滲漏，腐蝕主要來源 於大氣腐蝕和水腐蝕。水腐蝕即是鋁製水箱加入非自來水或添加不適當之 水液體而導致水箱的水箱芯子表面呈輻射狀多點漏水。另一式另車主時常
損壞水箱而不易令人發現的鋁製水箱漏水原因為電瓶或車輛本身漏電，漏 電會導至水箱原物料電解，使鋁製水箱內座板呈黑色，進而腐蝕漏水。此 一現在僅存在鋁製水箱。散熱管的穴蝕是常見的現象之一，特別是汽車冷 卻系統採用加壓式冷卻系統，當車輛重負荷行駛時，更是容易讓已有腐蝕 的水箱破裂滲漏。
銅散熱器的材料是銅，銅化學活性差，在大氣中難於氧化。由於大氣中 還有少量的 CO2、H2S、H2O 等氣體，它們都會加速銅的腐蝕。但銅在大 氣中腐蝕後形成銅綠，該薄膜組織緻密，與銅基緊密結合，從而起到保護 作用，防止基體的進一步腐蝕。但我們看到本試驗時的銅製水箱為黑色，
而不是銅製的金色。這個原因為銅製水箱用的是錫焊，所以焊接處會呈現 銀色。水箱製造廠為了令水箱產品有好的賣相，因此統一將銅製水箱噴漆 為黑色，此面漆對於水箱之散熱並無影嚮。銅、鋁水箱之散熱比較如【表 5-1】所示，可顯示銅製水箱在散熱方面優於鋁製水箱。
5.2 水箱未來發展水箱未來發展水箱未來發展水箱未來發展
隨著對汽車輕量化和節能要求的日益提高,作為汽車重要部件的水箱也 日益向高效化和輕量化發展,於 70 年代末期將鋁製水箱推向市場,特別是從 90 年代開始,在解決了焊接、耐腐 蝕等一系列的問題之後, 鋁水箱表現出強 勁的發展勢頭, 佔有很大的市場，並有不斷擴大的趨勢。在鋁水箱的激烈競 爭之下, 傳統的銅制水箱也在不斷改進，一是最大限度地減輕重量, 例如管
片式銅制水箱的散熱片由原來的 0. 2 mm 厚銳減至 0. 025 mm，大大地降低 了銅制水箱的重量; 進一步提高了耐蝕性和使用壽命。總之，70 年代之前 銅質汽車水箱獨佔市場，在 70 年代石油危機的影響下，人們的節能省碳意 識大大抬頭。因而更加重視鋁制水箱的開發與應用，呈現出銅質和鋁制水 箱並行發展的局面, 而鋁制水箱在製造廠大力推行下，汽車廠更加重視鋁製 水箱的開發與應用，而鋁製水箱在小轎車和輕型貨車市場上的優勢更為明 顯。面對鋁工業的挑戰, 為了保住銅制水箱的市場佔有率。國際銅業協會等 機構正在研製開發更具市場競爭能力的新型銅制水箱, 並期望能在數年內 奪回部份被鋁所取代的部份。從目前情況看鋁制水箱完全取代銅制水箱是 不現實的。更何況，重型車輛一直沿用銅制水箱。因而，我認為，在可以 預見的將來，目前的銅製水箱和鋁製水箱會並行發展，而且，二者激烈競 爭的結果, 在水箱用材和製造工藝上將會不斷出現新改善和進步，且發展局 面將會持續下去。將來為了降低車輛成本，大型車輛也有可能使用鋁製水 箱。硬銲銅，黃銅，這是與傳統技術製成的，具有相同的迎風面積，但空 氣壓力降低 30％，且整體重量稍重。硬焊銅以先進的技術製作，可以利用 原來鋁製水箱的生產線製造，而不需多花成本再重新建造新的生產線。因 新製程的銅製水箱結合了較小的迎風面積和更薄的管壁，因此新式銅製水 箱的大小和重量都具有明顯的優勢[10]，銅製水箱也有機會重回小型車的水 箱市場。
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參考文獻
3．Webb,R.L.,Jung,S.H.,"Air-side performance of enhanced brazed aluminum heat exchangers",ASHEAE Transactions, 98(2) : pp391-401,1992
4．曲芳.新型散熱器技術及汽車用銅和黃銅製散熱器[J]，銅加工， 1988，
8．CNS8951 D3128，1982，汽車用水箱散熱性能試驗法，經濟部中央標準 局，台北
9．Webb RL Advanced Technology Copper/Brass Radiator Design Competitive with Brazed Aluminum Radiators. ICA Berlin Seminar, 1993
10．李湘.新型銅-黃銅製水箱成為鋁水箱的強勁競爭對手[ J] .有色加工動態, 1998, 126( 8) : 6 7.
簡歷 簡歷 簡歷 簡歷 姓名：張銘晃
籍貫：苗栗縣
出生日期：1979 年 2 月 18 日
學歷：國立臺中高級工業職業學校-汽車科（1994-1997）
國立臺灣師範大學-工業教育學系-汽車組（1997-2001）
國立交通大學在職專班-精密與自動化工程組（2008-2012）
通訊處：苗栗縣苑裡鎮苑港里 2 鄰 19 之 2 號 聯絡電話：0933410061