JP2011202875A - 空気調和機 - Google Patents

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【課題】室外熱交換器の除霜運転を、除霜のための高温ガスのバイパス流量を低減して暖房能力の低下を抑制しつつ、熱交換器全体を効率良く除霜できる空気調和機を得る。
【解決手段】空気調和機は、圧縮機1、四方弁2、室内熱交換器、室外膨張弁4、室外熱交換器3を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成している。室外熱交換器は複数のパスを備えており、室内熱交換器からの液冷媒を室外膨張弁を通過後複数の分岐管に分岐させて室外熱交換器の複数のパスにそれぞれ流す。圧縮機から吐出される高温高圧冷媒の一部を分岐して室外熱交換器の暖房運転時入口側に流すためのバイパス回路17が設けられ、このバイパス回路にはバイパス電磁弁6を備えると共に、室外熱交換器に接続される側はキャピラリチューブ19を有する複数の分配管10で構成され、この複数の分配管を室外熱交換器の各パスにそれぞれ接続する。
【選択図】図1

Description

本発明は、暖房運転可能な空気調和機に係り、特に除霜運転機能を備えた空気調和機に関する。
空気調和機の暖房運転では、外気温度の低下に伴い、室外熱交換器の温度も低下するため、外気中の水分が霜となり室外熱交換器に付着する。この状態で暖房運転を続けた場合、熱交換器に着霜した霜が徐々に成長して室外熱交換器の熱交換性能を阻害し、暖房能力が低下する。
暖房能力低下を防止するため、室外熱交換器の着霜を検出し、霜を融かすための運転(以下、除霜運転と呼ぶ)を実施することが一般的である。この除霜運転は、四方弁を切換えることで冷凍サイクルを暖房サイクルから冷房サイクルに切換え、室内機及び室外機の送風機を停止し、圧縮機から吐出される高温高圧のガス冷媒を室外熱交換器に流すことで室外熱交換器に付着した霜を融かすものである。
しかし、除霜運転中は、暖房能力を発揮できないことに加え、室内熱交換器が蒸発器となりその温度が低下するため、除霜運転後の暖房運転において温風が吹き出すまでに時間を要し、室内空間の快適性を低下させ、ユーザーにとって空気調和機に対する不満の一つとなっている。
そこで、例えば特開平11−182994号公報(特許文献1)に示された空気調和機に示すものがある。この空気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、電動膨張弁及び室外熱交換器を冷媒回路で連結してなるヒートポンプ式冷凍サイクルを備え、暖房運転を実施しながら、圧縮機吐出部からの高温冷媒の一部を室外熱交換器へバイパスさせ、前記室外熱交換器に付着した霜を融かすようにしている。
特開平11−182994号公報
上記特許文献1に記載の空気調和機のものでは、室外熱交換器のパスが1つであるため、高温冷媒が流入する側に対しては除霜効果が高いが、下流側ほど除霜しにくく、熱交換器全体を効率良く均一に除霜することは困難であった。
また、室外熱交換器を複数に分岐された配管(パス)によって熱交換する室外熱交換器を備えた空気調和機も知られており、このような空気調和機においても、圧縮機吐出側の高温冷媒の一部をバイパスさせて前記室外熱交換器の各パスに流すようにして除霜することも考えられている。しかし、複数のパスを有しているため、パス毎に着霜状態が異なり、また圧縮機吐出側からバイパスさせて室内熱交換器に流入される高温ガス(高温冷媒)の流入量も各パス毎にばらつきが生じてしまうため、特定のパスの霜が融けない等の問題が生じる。また、全てのパスの霜を融かすためには、多量の高温ガスを除霜のためにバイパスさせる必要があり、このため暖房能力も低下し快適性を低下させる課題がある。
本発明の目的は、室外熱交換器の除霜運転を、除霜のための高温ガスのバイパス流量を低減して暖房能力の低下を抑制しつつ、熱交換器全体を効率良く除霜できる空気調和機を得ることにある。
上記目的を達成するため、本発明は、圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁を備え、少なくとも暖房運転が可能な空気調和機において、前記室外熱交換器は複数のパスで構成されており、前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器の暖房運転時入口側とを接続するバイパス回路を設け、前記バイパス回路はバイパス電磁弁を備えると共に、前記室外熱交換器と接続される側にはキャピラリチューブを有する複数の分配管を備え、この複数の分配管は前記室外熱交換器の複数のパスにそれぞれ接続されていることを特徴とする。
本発明の他の特徴は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、室外膨張弁、室外熱交換器を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成している空気調和機において、前記室外熱交換器は複数のパスを備えており、前記室内熱交換器からの液冷媒を前記室外膨張弁を通過後複数の分岐管に分岐させて前記室外熱交換器の前記複数のパスにそれぞれ流す構成とし、前記圧縮機から吐出される高温冷媒の一部を分岐させて前記室外熱交換器の暖房運転時入口側に流すためのバイパス回路を設け、このバイパス回路にはバイパス電磁弁を備えると共に、前記室外熱交換器に接続される側はキャピラリチューブを有する複数の分配管で構成し、この複数の分配管を前記室外熱交換器の各パスにそれぞれ接続する構成としたことにある。
本発明の更に他の特徴は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室外膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器及び室内膨張弁を有する室内機とをガス接続配管及び液接続配管で接続して構成された空気調和機において、前記室外熱交換器は複数のパスを備えており、暖房運転時、前記室内機からの液冷媒を室外膨張弁通過後、複数の分岐管に分岐させて前記室外熱交換器の前記複数のパスにそれぞれ流す構成とし、前記圧縮機から吐出される高温冷媒を一部分岐させて前記室外熱交換器の暖房運転時入口側に流すためのバイパス回路を設け、このバイパス回路にはバイパス電磁弁を備えると共に、前記室外熱交換器に接続される側はキャピラリチューブを有する複数の分配管で構成して、前記室外熱交換器の各パスにそれぞれ接続する構成としたことにある。
本発明によれば、室内熱交換器の除霜運転を、除霜のための高温ガスのバイパス流量を低減して暖房能力の低下を抑制しつつ、熱交換器全体を効率良く除霜できる空気調和機を得ることができる。
本発明の空気調和機の実施例1を示す冷凍サイクル構成図で、主に室外機側を示す図。 本発明の実施例1における除霜運転制御を説明するフローチャート。
以下、本発明の空気調和機の実施例を、図面を用いて説明する。
図1は本発明の空気調和機の実施例1を示す冷凍サイクル構成図で、空気調和機50の主に室外機51側を示している。図において、1は圧縮機、2は四方弁、3は室外熱交換器、4は室外膨張弁、11はガス阻止弁、12は液阻止弁、53は室内機(図示せず)側と接続されるガス接続配管、54は同じく液接続配管である。
暖房運転時には、圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒は、実線矢印で示すように、四方弁2、ガス阻止弁11、ガス接続配管53を通り、室内機に至り、凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は、通常全開状態の室内膨張弁(図示せず)を通過後、液接続配管54及び液阻止弁12を通って室外膨張弁4に至り、この室外膨張弁4により減圧されて低温低圧のガス液混合冷媒となる。この減圧された冷媒は、室外熱交換器3により蒸発され、ガス冷媒となり再び四方弁2を経由して圧縮機1に戻される。
前記室外熱交換器3は、本実施例では5つのパスで構成され、室外膨張弁4通過後の冷媒は、分配器20で5本の分岐管21に分配されて室外熱交換器3の5つのパスにそれぞれ流入する。冷媒は室外熱交換器3で蒸発され、ヘッダ22で各パスからの冷媒が集合して四方弁2側に流れる。
17は圧縮機の吐出側と四方弁2との間の冷媒配管から分岐され、室外熱交換器3と室外膨張弁4との間の冷媒配管に接続されるバイパス回路で、このバイパス回路17にはバイパス電磁弁6が設けられている。暖房運転時に、室外熱交換器3の除霜が必要になった場合や、着霜し易い状態となった場合、前記パイパス電磁弁6が開かれ、圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒(高温冷媒)の一部はバイパス回路17に流入し、バイパス電磁弁6を通過後、キャピラリチューブ19を有する5本の分配管10に分岐されて前記5本の分岐管21にそれぞれ接続され、室外熱交換器3のそれぞれのパスに流入する構成となっている。キャピラリチューブ19は高温高圧のガス冷媒を減圧すると共に、室外熱交換器3の各パスへ流入するガス流量を適正な流量に調整するためのものである。
前記室外熱交換器3は、狭い間隔で並置された多数枚のプレート状フィンと、これらのフィンを貫通する蛇行状の冷媒パイプとで構成されているプレートフィン型熱交換器を用いており、前記冷媒パイプ内を流れる冷媒と室外ファン23により通風される外気(室外空気)とが熱交換される。
前記室外膨張弁4は、冷凍サイクルの主回路を流れる冷媒の減圧を行うもので、電子式膨張弁で構成され、前記液阻止弁12と前記分配器20との間に設置されている。
前記圧縮機1は、その運転周波数がインバータで可変して制御される容量可変式圧縮機で構成されている。前記四方弁2は、この圧縮機1から吐出された冷媒の流れ方向及び圧縮機1へ吸い込まれる冷媒の流れ方向を切換える弁で、この四方弁2は、制御装置16により、暖房運転時に実線に示す流路を形成し、冷房運転時に点線で示す流路を形成するように制御される。
前記制御装置16は、室外操作スイッチ等と共に室外機の制御基板上に搭載され、空気調和機50を構成する各機器の制御を行うものである。
なお、24は室外の温度を検出するためのサーミスタ(温度検出手段)で、前記室外熱交換器3の上流側に設置されている。25は暖房時に室外熱交換器3の冷媒入口側となる部分の温度を検出するサーミスタ(温度検出手段)で、前記冷媒パイプやプレート状のフィンなどに設置されている。
次に、空気調和機50の冷凍サイクルの基本動作について説明する。
暖房運転には、前述したように、圧縮機1からの高温高圧ガス冷媒は、実線矢印に示すように、四方弁2、ガス阻止弁11、ガス接続配管53を経由して室内機に入り、凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は、開状態の室内膨張弁8、液接続配管54及び液阻止弁12を経由し、室外膨張弁4で減圧されて低温低圧のガス液混合冷媒となり、この減圧された冷媒は、室外熱交換器3で蒸発してガス冷媒となり圧縮機1に戻る。
この暖房運転中に、バイパス回路17のバイパス電磁弁6を開とすることにより、圧縮機1から吐出されたガス冷媒の一部は、前記四方弁2への流れと分岐し、前記バイパス電磁弁6を通過後、キャピラリチューブ19を有する前記複数の分配管10に分配されて流入する。各分配管10を通過した冷媒は、その後、室外膨張弁4を通過して減圧され分配器で複数の分岐管21に分配されて室外熱交換器3に流入する主流側の冷媒と合流され、室外熱交換器3に流入される。これにより、吐出ガス冷媒の一部をバイパスさせない場合(バイパス電磁弁6を閉とした場合)と比較し、室外熱交換器3の温度を上昇させることができ、着霜するのを防止できるか、着霜している場合にはそれを除霜できる。
本実施例のように、バイパス回路17からの冷媒を、キャピラリチューブを有する複数の分配管10に分配することにより、室外熱交換器3のそれぞれのパスに均一に冷媒を分配することが可能となり、室外熱交換器3全体を均一に除霜したり、均一な温度分布にして着想するのを防止することができる。
空気調和機の冷房運転時には、圧縮機1から吐出されたガス冷媒は、点線矢印に示すように、四方弁2を経由して室外熱交換器3に流れ、該室外熱交換器3により凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は、全開状態の室外膨張弁4、液阻止弁12及び液接続配管54を通って室内機に流れ、室内機の室内膨張弁で減圧されて低圧のガス液混合冷媒となる。この減圧された冷媒は、室内機の室内熱交換器で蒸発され、ガス冷媒となって圧縮機1に戻される。
なお、冷房運転中は、バイパス電磁弁6は常に閉じられ、バイパス回路17は使用されない。
本実施例は、圧縮機1の吐出側から室外熱交換器3と室外膨張弁4との間に連結するバイパス回路17を備え、このバイパス回路を、キャピラリチューブ19を有する複数の分配管10に分配して室外熱交換器3に流すように構成しているので、室外熱交換器3の温度が低下し、室外熱交換器3に着霜のおそれがある場合には、バイパス回路17を開として圧縮機1からの高温高圧の冷媒を、前記複数の分配管10を介して室外熱交換器3の各パスに適正量に分配して供給できる。即ち、本実施例では、前記各分配管10にキャピラリチューブ19を備えているので、このキャピラリチューブのサイズ(キャピラリチューブの配管径や長さ)を調整することで、室外熱交換器の各パスに最適なバイパス流量を流すことが可能になる。即ち、複数のパスを有する熱交換器では、冷媒が流れやすいパスや流れにくいパスが生じてしまい、各パスに均一に冷媒を流すことは困難である。パス毎に冷媒配管のサイズを変えることで各パスにできるだけ均一に冷媒を流すようにすることも考えられるが、配管サイズの調整では大まかな調整ができるだけであり、各パスに均一に冷媒を流すことはやはり困難である。このため着霜し易いパスや、着霜し難いパスができてしまうことは回避困難であった。
本実施例では、パイパス回路17の各分配管10にキャピラリチューブ19を備える構成とし、このキャピラリチューブのサイズを調整することで、室外熱交換器の着霜し易いパス、着霜し難いパスに対し、その着霜し易さに応じてキャピラリチューブのサイズを調整し、着霜し易いパスにはより多くの流量を流し、着霜し難いパスにはバイパス流量が少なくなるように、各パスに最適なバイパス流量を流すことを可能にしたものである。キャピラリチューブのサイズは非常に木目細かく多数のサイズが市販されていること、また減圧しながら流量を調整することで、各パスへのバイパス流量を木目細かく調整することが容易に可能になる。従って、より少ない或いは必要最小限のバイパス流量で室外熱交換器全体を均一に除霜でき、或いは着霜を回避できる均一な温度にする(室外熱交換器3の温度の低下を防止して着霜を回避する)ことができる。
なお、室外熱交換器3は設計製造されると、複数のパスを有する熱交換器では、冷媒が流れやすいパスや流れにくいパスが決まるので、予め実験により、各パス毎の流量(或いは流路抵抗)を求めておく。同じ設計で製造された室外熱交換器であれば、各パス毎の流量は同じ傾向となるから、バイパス回路17の各分配管10に設置するキャピラリチューブ19のサイズを決定することができる。
また、室外熱交換器における着霜のし易さは、パス毎の流量の他に、パスの位置によっても異なる。即ち、室外熱交換器3における空気流れに対し上流側(空気吸込側)にはより湿度の高い外気が流入し、下流側になるほど除湿されて湿度が低下するので、上流側に配置されたパスには着霜し易く、下流側に配置されたパスには着霜し難いという傾向がある。従って、上流側のパスにはより多くのバイパス流量を流し、下流側には少なめのバイパス流量となるように前記キャピラリチューブ19のサイズを選択すると良い。
次に、図1に示す実施例の制御装置16における除霜運転制御を図2に示すフローチャートで説明する。
まず、前記サーミスタ25で室外熱交換器温度を検出し、前記サーミスタ24で外気温度を検出する(ステップS1)。次に、ステップS2では、前記ステップS1で検出した温度に基づいて室外熱交換器3に着霜のおそれがあるか否かを判断する。例えば、前記サーミスタ24で検出された外気温度が5℃以上で、且つ前記サーミスタ25で検出された室外熱交換器3の温度が0℃以下の場合であれば着霜のおそれがあると判断する。
着霜のおそれがあると判断された場合にはステップS3に移り、バイパス電磁弁6が開となっていなければ、バイパス電磁弁6を開き(ステップS4)、圧縮機吐出側の高温高圧冷媒の一部をバイパス回路17に導入して室外熱交換器3に流入させる。これにより、室外熱交換器3の温度を上昇させ、着霜していればそれを除霜し、着霜のおそれがある場合には着霜を回避することができる。ステップS4の処理後は、前記ステップS1に戻る。
ステップS1では再び室外熱交換器の温度と外気温度をサーミスタ24,25で検出し、ステップS2で依然として着霜のおそれありと判断された場合にはステップS3に移り、バイパス電磁弁6は開弁状態であるので、ステップS1に戻る。
前記ステップS2で着霜のおそれがないと判断された場合、ステップS5に移り、バイパス電磁弁6が閉じていればステップS1に戻り、バイパス電磁弁6が開いている場合にはステップS6に移る。ステップS6では室外熱交換器3が着霜しておらず、また着霜のおそれもない温度になっているかどうかを判断する。この例では、室外熱交換器3の温度が2℃以上になっていれば着霜のおそれがないと判断してバイパス電磁弁6を閉じ(ステップS7)、バイパス回路17から高温高圧冷媒を室外熱交換器3に導入することを停止し、空気調和機50は通常運転に戻る。
以下同様の動作を繰り返すように制御装置16は制御される。
なお、本実施例における好ましい具体例を述べると以下の通りである。
(1)前記複数の分配管に各々設けられたキャピラリチューブの少なくとも1つ以上は他のキャピラリチューブとサイズが異なる構成とすることで、室外熱交換器の各パスに除霜のため最小限の適切な量の高温ガスを供給できる。
(2)室外熱交換器の複数のパスのそれぞれの流路抵抗に応じて、前記各パスに接続される前記分配管のキャピラリチューブのサイズが決められ、流路抵抗の小さいパスほど、これに接続される分配管のキャピラリチューブのサイズを大きくして流入するバイパス流量が多くなるように構成する。即ち、流路抵抗の小さいパスには多くの冷媒が流れるため、着霜し易くなるから、より多くの高温ガスをバイパス回路から流入させることで、全体として均一な除霜が可能になる。
(3)前記室外熱交換器の空気流れに対し上流側に配置されているパスには下流側に配置されているパスよりも、前記バイパス流路から流入するバイパス流量が相対的に多くなるように、前記分配管のキャピラリチューブのサイズを決める。
(4)前記室外熱交換器に着霜している、或いは着霜のおそれがあると判断された場合に、前記バイパス回路のバイパス電磁弁が開かれ、圧縮機吐出側からの高温冷媒の一部が分岐されて前記バイパス回路を介して前記室外熱交換器に流入される構成とする。
(5)室外の温度を検出するための温度検出手段と、前記室外熱交換器の温度を検出するための温度検出手段とを備え、これらの温度検出手段で検出された温度に基づいて前記室外熱交換器に着霜のおそれがあるか否かを判断する制御装置を備えていること。
(6)前記室外熱交換器の温度を検出するための温度検出手段は、前記室外熱交換器の暖房時冷媒入口側となる部分の温度を検出するものであること。
(7)前記制御装置は、前記室外熱交換器に着霜のおそれがあると判定した場合、前記バイパス回路のバイパス電磁弁を開にする制御をし、前記圧縮機の吐出側からの冷媒を、前記パイパス回路を介して前記室外熱交換器に供給すること。
以上説明した本実施例によれば、バイパス回路にキャピラリチューブを有する複数の分配管を有しているので、室外熱交換器の各パスへのバイパス量を適正に調整でき、室外熱交換器に付着した霜を均一に融かして除霜性能を向上させることができる。また、本実施例によれば、除霜運転を入れながら継続的な暖房運転が可能となり、室内空間の快適性を確保できる空気調和機が得られる。更に、前記各パスへの高温ガスのバイパス量をキャピラリチューブで最適に調整できるので、高温ガスのバイパス量を必要最小限にでき、バイパス電磁弁が開の除霜運転状態のときでも暖房能力低下を抑制することができる。
1…圧縮機
2…四方弁
3…室外熱交換器
4…室外膨張弁
6…バイパス電磁弁
10…分配管
11…ガス阻止弁
12…液阻止弁
16…制御装置
17…バイパス回路
19…キャピラリチューブ
20…分配器
21…分岐管
22…ヘッダ
23…室外ファン
24,25…サーミスタ(温度検出手段)
50…空気調和機
51…室外機
53…ガス接続配管
54…液接続配管。

Claims (10)

  1. 圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁を備え、少なくとも暖房運転が可能な空気調和機において、
    前記室外熱交換器は複数のパスで構成されており、
    前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器の暖房運転時入口側とを接続するバイパス回路を設け、
    前記バイパス回路はバイパス電磁弁を備えると共に、前記室外熱交換器と接続される側にはキャピラリチューブを有する複数の分配管を備え、この複数の分配管は前記室外熱交換器の複数のパスにそれぞれ接続されている
    ことを特徴とする空気調和機。
  2. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、室外膨張弁、室外熱交換器を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成している空気調和機において、
    前記室外熱交換器は複数のパスを備えており、前記室内熱交換器からの液冷媒を前記室外膨張弁を通過後複数の分岐管に分岐させて前記室外熱交換器の前記複数のパスにそれぞれ流す構成とし、
    前記圧縮機から吐出される高温冷媒の一部を分岐させて前記室外熱交換器の暖房運転時入口側に流すためのバイパス回路を設け、
    このバイパス回路にはバイパス電磁弁を備えると共に、前記室外熱交換器に接続される側はキャピラリチューブを有する複数の分配管で構成し、この複数の分配管を前記室外熱交換器の各パスにそれぞれ接続する構成とした
    ことを特徴とする空気調和機。
  3. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室外膨張弁を有する室外機と、室内熱交換器及び室内膨張弁を有する室内機とをガス接続配管及び液接続配管で接続して構成された空気調和機において、
    前記室外熱交換器は複数のパスを備えており、暖房運転時、前記室内機からの液冷媒を室外膨張弁通過後、複数の分岐管に分岐させて前記室外熱交換器の前記複数のパスにそれぞれ流す構成とし、
    前記圧縮機から吐出される高温冷媒を一部分岐させて前記室外熱交換器の暖房運転時入口側に流すためのバイパス回路を設け、
    このバイパス回路にはバイパス電磁弁を備えると共に、前記室外熱交換器に接続される側はキャピラリチューブを有する複数の分配管で構成して、前記室外熱交換器の各パスにそれぞれ接続する構成とした
    ことを特徴とする空気調和機。
  4. 請求項1〜3の何れかにおいて、前記複数の分配管に各々設けられたキャピラリチューブの少なくとも1つ以上は他のキャピラリチューブとサイズが異なることを特徴とする空気調和機。
  5. 請求項4において、室外熱交換器の複数のパスのそれぞれの流路抵抗に応じて、前記各パスに接続される前記分配管のキャピラリチューブのサイズが決められ、流路抵抗の小さいパスほど、これに接続される分配管のキャピラリチューブのサイズを大きくして流入するバイパス流量が多くなるように構成したことを特徴とする空気調和機。
  6. 請求項4または5において、前記室外熱交換器の空気流れに対し上流側に配置されているパスには下流側に配置されているパスよりも、前記バイパス流路から流入するバイパス流量が相対的に多くなるように、前記分配管のキャピラリチューブのサイズが決められていることを特徴とする空気調和機。
  7. 請求項1〜6の何れかにおいて、前記室外熱交換器に着霜している、或いは着霜のおそれがあると判断された場合に、前記バイパス回路のバイパス電磁弁が開かれ、圧縮機吐出側からの高温冷媒の一部が分岐されて前記バイパス回路を介して前記室外熱交換器に流入される構成としていることを特徴とする空気調和機。
  8. 請求項1〜7の何れかにおいて、室外の温度を検出するための温度検出手段と、前記室外熱交換器の温度を検出するための温度検出手段とを備え、これらの温度検出手段で検出された温度に基づいて前記室外熱交換器に着霜のおそれがあるか否かを判断する制御装置を備えていることを特徴とする空気調和機。
  9. 請求項8において、前記室外熱交換器の温度を検出するための温度検出手段は、前記室外熱交換器の暖房時冷媒入口側となる部分の温度を検出するものであることを特徴とする空気調和機。
  10. 請求項8または9において、前記制御装置は、前記室外熱交換器に着霜のおそれがあると判定した場合、前記バイパス回路のバイパス電磁弁を開にする制御をし、前記圧縮機の吐出側からの冷媒を、前記パイパス回路を介して前記室外熱交換器に供給することを特徴とする空気調和機。
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