JP2011094826A - 人体検出装置及びそれを用いた空気調和機 - Google Patents

人体検出装置及びそれを用いた空気調和機 Download PDF

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Abstract

【課題】安価な構成で、且つ人体とそれ以外の熱源とを区別ができるようにした人体検出装置及びそれを用いた空気調和機を提供する。
【解決手段】焦電型の赤外線素子11及び集光レンズ12を備えた赤外線検出手段10と、赤外線検出手段10を回転走査するための駆動手段20と、駆動手段20を制御する駆動制御部30と、人体検出判定を行う比較判定制御部50とを有する人体検出装置。駆動制御部30は、駆動手段20を制御して赤外線検出手段10を回転走査させ、Vr≧Vmとなる赤外線検出手段の出力Vrを得たときの駆動角度θで、駆動手段20による赤外線検出手段10の回転走査を停止させる。比較判定制御部50は、その回転走査の停止位置において、Vr≧Vsとなる出力Vrを得たときに人体が駆動角度θの位置にいると判定する。
【選択図】図5

Description

本発明は、人体の放射する赤外線を検出し、人体の位置を判別する人体検出装置及びそれを用いた空気調和機に関するものである。
従来より、人体検出装置において、人体から放射される赤外線を検出して、判別する方法がある。例えば、赤外線の入射変化量に応じて信号を出力する焦電型の赤外線素子と、フレネルレンズなどで複数の検知エリアから赤外線を集光する集光レンズとからなる赤外線検出手段を用いたものが安価で一般的に使用されている。
上記の赤外線検出手段を本体に固定設置し、移動している人体を検出すると運転状態を制御する空気調和機がある。このような空気調和機では、赤外線検出手段の視野範囲内に人体があるのは判定できるが、どこにいるのかまでは判定できなかった。
また、上記の赤外線検出手段を本体に複数個固定設置し、移動している人体がどこにいるか判定し、運転を制御する空気調和機もある(例えば、特許文献1)。
一方、上記の赤外線検出手段と赤外線検出手段を回転走査するための駆動手段を用いて、赤外線検出手段を回転走査して、走査範囲内のどこに人体がいるのかを検出するものがある(例えば、特許文献2参照)。
特開2008−298312号公報(図12) 特開平1−222135号公報(図2)
上記の特許文献1のように、複数個の赤外線検出手段を設置すれば、空気調和機本体から見てどこの方向に人体がいるか簡単な構成で判定できるが、同一の赤外線検出手段が複数個必要となるため、コストがかかるという問題点がある。
また、上記の特許文献2のように、赤外線検出手段を回転駆動させる駆動手段を設けて赤外線検出手段を走査すると、走査範囲内のどこに人体がいるのかを検出できるようになるが、静止した人体もそれ以外の熱源も同様に検出されてしまうという問題点があった。例えば居住室内では、テレビやエアコン等の熱源も人体と同様に検出されてしまい、人体のみの検知ができない。また、具体的な制御方法も開示されていない。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、安価な構成で、且つ人体とそれ以外の熱源とを区別ができるようにした人体検出装置及びそれを用いた空気調和機を提供することを目的とする。
本発明に係る人体検出装置は、
赤外線の入射変化量に応じて信号を出力する焦電型の赤外線素子、及び複数の検知エリアから赤外線を集光する集光レンズを備え、回転走査可能に支持された赤外線検出手段と、
前記赤外線検出手段を回転走査するための駆動手段と、
予め設定された駆動出力閾値Vm及び停止出力閾値Vsと、前記赤外線検出手段からの出力Vrとに基づいて人体検出判定を行う判定手段と、
前記駆動手段を制御する制御部と
を有する人体検出装置において、
前記制御部は、前記駆動手段を制御して前記赤外線検出手段を回転走査させ、Vr≧Vmとなる赤外線検出手段の出力Vrを得たときの駆動角度θで、前記駆動手段による前記赤外線検出手段の回転走査を停止させ、
前記判定手段は、前記赤外線検出手段の回転走査の停止位置において、Vr≧Vsとなる赤外線検出手段の出力Vrを得たときに、人体が駆動角度θの位置にいると判定する。
本発明に係る人体検出装置によれば、赤外線検出手段を回転走査させ、Vr≧Vmとなる赤外線検出手段の出力Vrを得たときの駆動角度θで、赤外線検出手段の回転走査を停止させる。赤外線検出手段の回転走査させて得られる出力Vrが、Vr≧Vmとなったとしても、熱源が存在が確認できるものの、この段階では、その熱源が人体なのかそれ以外のものなのかは判別できない。そこで、駆動角度θで停止した状態で、その熱源が何からかの動きをすると、赤外線検出手段の出力Vrは大きくなり、Vr≧Vsとなった場合には、その熱源が人体であると判別される。また、赤外線検出手段及びテレビやエアコン等ような熱源の双方が停止している場合には、赤外線検出手段の出力Vrは小さく、Vr<Vsとなり、人体以外のものであることが判別できる。
したがって、本発明に係る人体検出装置によれば、安価な構成で、且つ人体とそれ以外の熱源とを区別ができる。
本発明の実施の形態1及び2に係る人体検出装置の全体構成を示すブロック図である。 図1の赤外線検出手段の構成図である。 図1の赤外線検出手段の出力信号の説明図である。 図1の人体検出装置の検知エリアを示した図である。 本発明の実施の形態1に係る人体検出装置の制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係る人体検出装置の制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態4に係る空気調和機の構成図である。 本発明の実施の形態4に係る空気調和機の制御を示すフローチャートである。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る人体検出装置の構成を図1〜図4を用いて説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る人体検出装置の全体構成を示すブロック図である。人体検出装置100は、赤外線検出手段10と、赤外線検出手段10を回転駆動するための駆動手段20と、駆動手段20を制御する駆動制御部30と、赤外線検出手段10からの微弱信号を増幅するための増幅部40と、増幅部40で増幅された赤外線検出手段10からの信号と、所定の閾値とを比較し人体判定する比較判定制御部50とを備えている。なお、赤外線検出手段10は回転走査可能に筐体に支持されており、駆動制御部30は本発明の制御部に相当し、比較判定制御部50は本発明の判定手段に相当する。
図2は、図1の赤外線検出手段10の構成を示した図であり、図3はその出力信号の例を示したタイミングチャートである。
赤外線検出手段10は、赤外線の入射変化量に応じて信号を出力する焦電型の赤外線素子を用いた焦電型センサー11と、1つのフレネルレンズ121で例えば横方向30度、縦方向30度の視野角度13を持ち、視野内から赤外線を集光する集光レンズ12とを備えている。もちろん、視野角度13は、上記の例に限ったものではなく、また複数のフレネルレンズで構成して、複数の検知エリアから赤外線を集光する集光レンズから構成しても良い。焦電型センサー11は、視野内からの赤外線入射量が変化すると信号を出力する。つまり、赤外線検出手段10が固定設置されていると、赤外線検出手段10の視野角度13内に熱源が通過すると信号が出力され、視野内に移動熱源がなければ信号が出力されない。そのときの、出力信号は、図3のような出力となり、出力のピーク値Pは、視野内の背景温度と熱源温度との温度差、熱源までの距離及び熱源の通過速度により変化する。熱源の通過速度により変化するのは、焦電型センサー11からの信号出力は微弱なため、増幅部40を用いて信号増幅しているが、信号のばらつきを増幅させないため増幅器に周波数特性を持たせているためである。
赤外線検出手段10を回転駆動するための駆動手段20は、速度及び角度を制御可能なステッピングモータを使用している。ステッピングモータを制御する駆動制御部30及び比較判定制御部50はマイコン(図示せず)にて構成している。比較判定制御部50には、駆動出力閾値Vm及び停止出力閾値Vsが予め設定されている。
図4は、人体検出装置100の検知エリアを示した説明図である。
赤外線検出手段の停止位置を、図4のように地点(1)〜(5)の5分割で設定している(なお、図4においては数値を○で囲んで表記されている)。地点(1)から(5)までの角度は120度で、地点(1)から(2)、(2)から(3)、(3)から(4)及び(4)から(5)の角度はそれぞれ30度である。赤外線検出手段10の視野角度が30度なので、人体検出エリア角度範囲はこの例では150度となっている。赤外線検出手段10は、地点(1)から(5)の範囲で駆動手段20により駆動される。なお、上記の角度は、それに限定されるものでなく、任意に設定しても良い。また、上記のような停止位置をあらかじめ設定しなくても良い。
次に、図5に基づき人体検知の制御について説明する。
図5は、人体検出装置100の制御を示したフローチャートである。
まず、駆動制御部30は駆動手段(ステッピングモータ)20を制御して赤外線検出手段10の視野中心を地点(1)方向に駆動し、赤外線検出手段10の位置決めを行う(S001)。位置決め終了後、地点(1)にて、例えば5秒間の停止測定を開始する(S002)。停止測定時間は、5秒間でなくてもよく任意の時間で良い。地点(1)の地点での停止測定中、もし移動熱源があれば、図3のようなピーク値を持つ信号出力が得られ、移動熱源がなければ信号が出力されない。比較判定制御部50は、停止測定中においては、赤外線検出手段10からの信号出力Vrと停止出力閾値Vsとを比較する(S003)。比較判定制御部50は、停止測定中に、赤外線検出手段10からの信号出力Vrが、停止出力閾値Vs以上であった場合には、地点(1)に『人体有り』を記憶する(S004)。
比較判定制御部50による地点(1)の停止測定終了後、駆動制御部30は駆動手段(ステッピングモータ)20を制御して赤外線検出手段10の視野中心を地点(2)へ向けて駆動し、赤外線検出手段10を走査する(S005)。比較判定制御部50は、地点(1)から(2)への移動中の駆動測定においては、赤外線検出手段10の信号出力Vrと駆動出力閾値Vmとを比較する(S006)。地点(1)から(2)への移動中に信号出力Vrが、駆動出力閾値Vm以上であった場合(Vr≧Vm)には、その走査領域に何らかの熱源が存在しているものと判定される。しかし、この段階では、その熱源が人体なのか或いはテレビやエアコン等の熱源なのか区別ができない。そこで、駆動測定中に信号出力Vrが駆動出力閾値Vm以上であった場合には、赤外線検出手段10を地点(2)に停止させて、停止測定を行う(S002)。停止測定は、地点(2)に停止した直後例えば3秒後から、信号出力Vrと停止出力閾値Vsとの比較を例えば5秒間行う。停止直後は、赤外線検出手段10の駆動中の出力が残ってしまう出力信号の遅れ(ディレー)があるため、比較判定制御部50はディレー排除時間を設ける。このディレー排除時間は任意の時間で良い。比較判定制御部50は、停止測定中においては、赤外線検出手段10からの信号出力Vと停止出力閾値Vsとを比較し(S003)、赤外線検出手段10からの信号出力Vrが、停止出力閾値Vs以上であった場合(Vr≧Vs)には、地点(2)に『人体有り』を記憶する(S004)。即ち、この停止測定中に、赤外線検出手段10からの信号出力Vrが停止出力閾値Vs以上であるというのは、停止測定中に検知された熱源が何らかの動きをしていることを意味しているから、その熱源は、テレビやエアコン等の静止した熱源ではなく、人体(移動熱源)であることが分かり、上記のように『人体有り』と判定し記憶する。
赤外線検出手段10の地点(1)から(2)への移動中に信号出力Vrが駆動出力閾値Vm未満であった場合には、地点(2)には停止せず、地点(3)へ向けて駆動測定を継続する(S007、S005)。
上述のように、赤外線検出手段10が地点(1)〜(5)まで走査することにより、全測定エリアの人体検知が終了する(S007)。
以上のように、本実施の形態1によれば、赤外線検出手段10を回転駆動させる駆動手段20を設けて、赤外線検出手段10を走査しているので、走査範囲内のどこに人体がいるのかを検出でき、且つ、赤外線検出手段10は1つなので安価で構成できる。また、簡単な制御で、人体位置判定ができ、人体とそれ以外の熱源も同様に検出されてしまうという問題点が克服できる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る人体検出装置の構成は上記の実施の形態1と同一であり、図1〜図4が同様に適用される。本実施の形態2に係る人体検出装置の制御を図6に基づいて説明する。
図6は、本発明の実施の形態2に係る人体検出装置の制御を示すフローチャートである。
まず、駆動制御部30は駆動手段(ステッピングモータ)20を制御して赤外線検出手段10の視野中心を地点(1)方向に駆動し、赤外線検出手段10の位置決めを行う(S010)。そして、駆動制御部30は駆動手段(ステッピングモータ)20を制御し赤外線検出手段10の視野中心を地点(1)から地点(2)へ向けて駆動し、赤外線検出手段10を走査する(S011)。比較判定制御部50は、地点(1)から地点(2)への駆動測定においては、信号出力Vrと駆動出力閾値Vmを比較する(S012)。地点(1)から地点(2)への移動中に信号出力Vrが、駆動出力閾値Vm以上であった場合(Vr≧Vm)には、地点(2)(駆動角度θ)に『熱源あり』を記憶し(S013)、地点(2)から地点(3)へ向けて走査を継続する(S011)。同様にして、Vr≧Vmの場合には『熱源あり』を記憶しながら、地点(5)まで駆動測定を行う(S014)。
地点(1)から(5)までの駆動測定終了後、駆動制御部30は駆動手段20を制御して、『熱源あり』を記憶した地点(駆動角度θ)へ赤外線検出手段10を駆動し(S015)、赤外線検出手段10を停止させ、停止測定を行う(S016)。比較判定制御部50は、停止測定においては、地点(2)に停止した直後例えば3秒後から、信号出力Vrと停止出力閾値Vsの比較を5秒間おこなう。停止直後は、赤外線検出手段10の駆動中の出力が残ってしまう出力信号の遅れ(ディレー)があるため、比較判定制御部50にディレー排除時間を設ける。このディレー排除時間は任意の時間で良い。比較判定制御部50は、停止測定においては、赤外線検出手段10からの信号出力Vと停止出力閾値Vsとを比較し(S017)、赤外線検出手段からの信号出力Vrが、停止出力閾値Vs以上であった場合(Vr≧Vs)、その地点(駆動角度θ)に『人体有り』を記憶する(S018)。
上述のように、赤外線検出手段10が全ての『熱源あり』の地点(駆動角度θ)にて停止測定をすることにより、全測定エリアの人体検知が終了する(S019)。
以上のように、本実施の形態2によれば、赤外線検出手段10を回転駆動させる駆動手段20を設けて、赤外線検出手段10を走査しているので、走査範囲内のどこに人体がいるのかを検出でき、且つ、赤外線検出手段は1つなので安価で構成できる。また、簡単な制御で、人体位置判定ができ、人体とそれ以外の熱源も同様に検出されてしまうという問題点が克服できる。
実施の形態3.
本実施の形態3に係る人体検出装置は、その構成及び制御は上記の実施の形態1又は実施の形態2と同一であるものとする。
上述したが、赤外線検出手段10の出力は、
条件1:視野内の背景温度と熱源温度との温度差
条件2:熱源までの距離
条件3:熱源の通過速度
により複雑に出力信号が変化する。したがって、空気調和機等の室内環境で使用する機器に実施の形態1及び実施の形態2の人体検出装置100の制御方法を使用すると、上記の条件により検出バラツキが大きくなるおそれがある。それをなくすための制御を説明する。
まず、条件1について、赤外線検出手段10は、視野内の背景温度と人体との温度差が小さくなると出力信号が小さくなる。
また、条件2について、熱源までの距離が近いほうが出力が大きく、遠くなるほど出力は小さくなる。
また、条件3について、熱源通過速度は、増幅器の周波数特性に依存し、ある通過速度で出力がピークを示すような設定になる。
上記のため、室温が上昇すると出力が出にくく、また、赤外線検出手段から人体までの距離により、例えば、2m先の熱源と4m先の熱源では、最適な駆動速度が違うこととなる。2m先の最適速度に設定すると、4m先の熱源では出力がでない。
例えば、赤外線検出手段10の出力が小さくなる条件で熱源検出ができるようにするために駆動出力閾値Vmをなるべく低く設定すれば、赤外線検出手段10からの距離が近い、人体以外の温度の低い熱源にも反応しやすくなったり、背景温度のちょっとした熱勾配にまで反応してしまう、という弊害を生じる。
そこで、本実施の形態3は、上述の実施の形態1又は実施の形態2において、上述のような検出バラツキを抑えるために、以下のような(a)〜(d)の処理をしている。
(a)比較判定制御部50に設定される駆動出力閾値Vm及び停止出力閾値Vsを室温(周囲温度)に基づいて変更する。室温を検知する温度センサ(図示せず)を設け、比較判定制御部50は、温度センサによる室温が高い場合には、赤外線検出手段10の出力信号が小さくなるので、駆動出力閾値Vm及び停止出力閾値Vsを小さく設定する。温度センサによる室温が低い場合には、赤外線検出手段10の出力信号が大きくなるので、駆動出力閾値Vm及び停止出力閾値Vsを大きく設定する。このように駆動出力閾値Vm及び停止出力閾値Vsを室温により変化させるようにすることで、室内環境の外乱によるバラツキを抑えることができる。
(b)また、駆動手段20によって赤外線検出手段10を回転走査する駆動速度を、或る一定期間ごとに変化させる。例えば地点(1)から地点(5)までを複数回走査し、最初に走査するときの駆動速度をV1とし、2度目に走査するとき駆動速度をV2(V2>V1)とし、…n度目に走査するとき駆動速度をVn(Vn>Vn−1)とし、それぞれの駆動速度で上述の実施の形態1又は実施の形態2の制御をする。このように駆動速度を変化させて計測することにより、赤外線検出手段10から人体までの距離が広範にわたる場合においても適切な出力が得られ、高精度な判定が可能になっている。
(c)また、比較判定制御部50に設定された駆動出力閾値Vmを駆動速度に基づいて変化させる。例えば、比較判定制御部50は、駆動速度が高い場合には赤外線検出手段10の出力信号が大きくなるので、駆動出力閾値Vmを大きく設定する。駆動速度が低い場合には赤外線検出手段10の出力信号が小さくなるので、駆動出力閾値Vmを小さく設定する。このように駆動出力閾値Vmを駆動速度より変化させるようにすることで、駆動速度に応じた適切な判定処理が可能になっている。
(d)また、駆動手段20によって赤外線検出手段10を回転走査する駆動速度を、室温(周囲温度)に基づいて変更する。例えば、室温を検知する温度センサ(図示せず)を設け、比較判定制御部50は、温度センサによる室温が高い場合には、赤外線検出手段10の出力信号が小さくなるので、駆動速度を高く設定する。温度センサによる室温が低い場合には、赤外線検出手段10の出力信号が大きくなるので、駆動速度を低く設定する。このように駆動速度を室温により変化させるようにすることで、室内環境の外乱によるバラツキを抑えることができる。
実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4に係る空気調和機の構成図である。但し、図7においては後述の説明に必要な構成のみが図示されている。
本実施の形態4に係る空気調和機は、ここでは空気清浄機の例について説明する。
本実施の形態4に係る空気調和機は、上述の実施の形態に係る人体検出装置100が組み込まれており、上記の実施の形態1の人体検出装置100が組み込まれており、人体検出装置は例えば図5のフローチャートと同様な処理を行って人体の有無及びその位置(人体エリアθ)を検知する。本実施の形態4に係る空気調和機は、それに加えて、制御装置200、ファン201、その駆動回路202、吹出しフラップ203、及びその駆動機構204を備えている。吹出しフラップ203は駆動機構204により吹出し位置(θ)が調整されるように構成されている。
図8は、本発明に係る空気調和機の運転制御の処理を示したフローチャートである。
本実施の形態4に係る空気調和機の制御装置200は、運転を開始すると駆動機構204により吹出しフラップ203の駆動を開始するとともに(S031)、駆動回路202によりファン201の駆動を開始する(S032)。制御装置200は、吹出しフラップ203の駆動を開始すると、次に、吹出しフラップ203の位置決め動作を開始する(S033)。そして、吹出しフラップ203を中央(初期位置)に停止させる(S034)。この状態で、人体検出装置100が最終的に「人体検知エリア有り」という判定をした場合(S008)には、制御装置200は、駆動機構204を制御して吹出しフラップ203を人体検知エリア(θ)に向けて吹出し駆動し、停止させる(S035)。吹出しフラップ203がこのように位置決めされた状態で、ファン201が外部から吸引してフィルタ(図示せず)によって清浄化された空気は、吹出しフラップ203により設定された人体検知エリア(θ)に向けて吹き出し、効率の良い運転が可能になっている。
なお、上記の例においては図5のフローチャートに基づいて人体検出を行う例について説明したが、図6のフローチャートに基づいて人体検出を行うようにしても良い。また、空気調和機の例として空気清浄機の例について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、加湿器、冷凍空調機等についても同様に適用される。
10 赤外線検出手段、11 焦電型センサー、12 集光レンズ、13 視野角度、20 駆動手段、30 駆動制御部、40 増幅部、50 比較判定制御部、100 人体検出装置、121 フレネルレンズ、200 制御装置、201 ファン、202 駆動回路、203 吹出しフラップ、204 駆動機構。

Claims (9)

  1. 赤外線の入射変化量に応じて信号を出力する焦電型の赤外線素子、及び複数の検知エリアから赤外線を集光する集光レンズを備え、回転走査可能に支持された赤外線検出手段と、
    前記赤外線検出手段を回転走査するための駆動手段と、
    予め設定された駆動出力閾値Vm及び停止出力閾値Vsと、前記赤外線検出手段からの出力Vrとに基づいて人体検出判定を行う判定手段と、
    前記駆動手段を制御する制御部と
    を有する人体検出装置において、
    前記制御部は、前記駆動手段を制御して前記赤外線検出手段を回転走査させ、Vr≧Vmとなる赤外線検出手段の出力Vrを得たときの駆動角度θで、前記駆動手段による前記赤外線検出手段の回転走査を停止させ、
    前記判定手段は、前記赤外線検出手段の回転走査の停止位置において、Vr≧Vsとなる赤外線検出手段の出力Vrを得たときに、人体が駆動角度θの位置にいると判定する
    ことを特徴とする人体検出装置。
  2. 赤外線の入射変化量に応じて信号を出力する焦電型の赤外線素子、及び複数の検知エリアから赤外線を集光する集光レンズを備えた赤外線検出手段と、
    前記赤外線検出手段を回転走査するための駆動手段と、
    予め設定された駆動出力閾値Vm及び停止出力閾値Vsと、前記赤外線検出手段からの出力Vrとに基づいて人体検出判定を行う判定手段と、
    前記駆動手段を制御する制御部と
    を有する人体検出装置において、
    前記制御部は、前記駆動手段を制御して前記赤外線検出手段を回転走査させ、Vr≧Vmとなる赤外線検出手段の出力Vrを得たときの駆動角度θを記憶し、且つ、前記駆動角度θを記憶した後に、前記駆動手段を制御して前記赤外線検出手段を前記記憶された駆動角度θに移動させて停止し、
    前記判定手段は、前記赤外線検出手段の回転走査の停止位置において、Vr≧Vsとなる赤外線検出手段の出力Vrを得たときに、人体が駆動角度θの位置にいると判定する
    ことを特徴とする人体検出装置。
  3. 前記制御部は、前記赤外線検出手段を前記記憶された駆動角度θに移動させた後に、所定時間停止させることを特徴とする請求項2に記載の人体検出装置。
  4. 前記判定手段は、前記赤外線検出手段の停止直後に、前記出力Vrと前記停止出力閾値Vsとの比較を行わないディレー排除時間を有することを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の人体検出装置。
  5. 前記駆動手段は、前記赤外線検出手段を回転走査する駆動速度を、周囲温度に基づいて変化させることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の人体検出装置。
  6. 前記駆動手段は、前記赤外線検出手段を回転走査する駆動速度を、所定周期ごとに変更することを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の人体検出装置。
  7. 前記判定手段は、前記駆動出力閾値Vmを、前記駆動速度に基づいて変化させることを特徴とする請求項6に記載の人体検出装置。
  8. 前記判定手段は、前記駆動出力閾値Vm及び停止出力閾値Vsを、周囲温度に基づいて変化させることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の人体検出装置。
  9. 請求項1〜請求項8の何れか一項に記載の人体検出装置
    を備えたことを特徴とする空気調和機。
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