JP2508824B2 - 空気調和装置 - Google Patents

空気調和装置

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JP2508824B2 JP63280193A JP28019388A JP2508824B2 JP 2508824 B2 JP2508824 B2 JP 2508824B2 JP 63280193 A JP63280193 A JP 63280193A JP 28019388 A JP28019388 A JP 28019388A JP 2508824 B2 JP2508824 B2 JP 2508824B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は空気調和装置の改良に関し、特にセパレート
型での室外機と室内機との間の渡り配管長の短縮対策に
関する。
(従来の技術) 一般に、セパレート型の空気調和装置においては、室
外機の内部に圧縮機と室外熱交換器を備えると共に、室
内器の内部に室内熱交換器を備え、また室外機及び室内
機の一方に膨張機構を備えて、これら圧縮機、室外熱交
換器、膨張機構、室内熱交換器を閉回路に形成して冷凍
サイクルを形成している。而して、室外機では、圧縮機
の設備容量が決定されると、この容量に対応する能力の
室外熱交換器が設定される。その場合、圧縮機の設備容
量が大容量の場合には、例えば特開昭63−34451号公報
に開示されるように、小容量の圧縮機を複数台を備え、
その合計容量で所期容量を確保している。
ところで、例えば高層ビル等の各室内を冷房又は暖房
空調する場合の如く、室外機と室内機とを複数台づつ配
置し、一台の室外機と一台の室内機とを二本の冷媒配管
(液管とガス管)で連通接続して冷凍サイクルを形成
し、この冷凍サイクルを複数系統設けることが一般に行
われる。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記従来のものでは、冷凍サイクルを
複数系統有するため、室外機と室内機との間の渡り配管
が二本に止まらず、2本×(系統数)だけ要して、合計
渡り配管長が長くなる。特に、高層ビル等で室外機を屋
上に配置する場合等では、合計渡り配管長が極めて長
く、高コスト化を招くと共に渡り配管の付設作業が煩わ
しい欠点があった。
また、各冷凍サイクルが独立している関係上、例えば
一室が最大負荷時にあり他室が部分負荷時にある場合に
も、最大負荷以上を望む冷凍サイクルの空調負荷を部分
負荷状態の冷凍サイクルの空調能力で補償し得ない。こ
のため、各室外機に備える圧縮機の設備容量(又は合計
設備容量)及び室内熱交換器の能力は、対応する室内が
取る最大負荷に見合った大きな値のものを設定する必要
があり、室外機の設備容量が大きくなる欠点があった。
その結果、形成した複数の冷凍サイクル全体から見れ
ば、室外機の利用効率が低い問題点があった。
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、室外機と室内機間の渡り配管を共用すると共
に、一の圧縮機の運転容量(又は合計運転容量)に余裕
のある場合には、その余裕容量で(例えば停止時には運
転開始させて)他の室内機の空調負荷をも補償し得るよ
うに冷凍サイクルを形成することにより、渡り配管本数
を減らして合計渡り配管長を短縮すると共に、圧縮機の
設備容量(又は合計設備容量)及び室外熱交換器の能力
を低く抑えて、室外機の設備容量を低減することにあ
る。
(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するため、本発明では、室外機及び
室内機を各々複数台設ける場合にも、複数の冷凍サイク
ルを独立させず、室外機同志および室内機同志を互いに
共通ガス管及び共通液管に対して並列に接続した状態の
単一の冷凍サイクルを形成すると共に、上記の共通ガス
管及び共通配管を渡り配管として使用することとする。
つまり、本発明の具体的な構成は、図面に示すよう
に、圧縮機(1)及び室外熱交換器(2)を有する室外
機(X),(Y)を複数台備えると共に、室内熱交換器
(10)を有する室内機(A),(B)を複数台備え、上
記各圧縮機(1)と室外熱交換器(2)と室内熱交換器
(10)とを閉回路に接続した冷凍サイクル(30)を形成
している空気調和装置を対象としている。
そして、上記各室外機(X),(Y)における圧縮機
(1)の吐出側に接続する高圧側ガス管(6a)が共通高
圧側ガス管(16)に接続されると共に、圧縮機(1)の
吸入側に接続する低圧側ガス管(6b)が共通低圧側ガス
管(15)に接続されいる。
更に、上記室外熱交換器(2)の一端に接続する冷媒
配管(6d)が共通高圧側ガス管(16)と共通低圧側ガス
管(15)とに選択的に接続されると共に、室外熱交換器
(2)の他端に接続する液管(6f)が共通液管(17)に
接続されている。
その上、上記共通高圧側ガス管(16)、共通低圧側ガ
ス管(15)及び共通液管(17)は各々上記各室内機
(A),(B)側に延び、上記各室内機(A),(B)
の室内熱交換器(10)の一端が共通高圧側ガス管(16)
と共通低圧側ガス管(15)とに選択的に接続されると共
に、室内熱交換器(10)の他端が共通液管(17)に接続
されている。
加えて、上記共通液管(17)に1つのレシーバ(7)
が設けられている。
その場合、各室内機の内部で冷凍サイクルを冷房サイ
クルと暖房サイクルとに切換えれば、室内機単位で室内
の冷房運転と暖房運転とを適宜切換えることができる。
このことから、請求項(2)に係る発明では、更に、各
室内機(A),(B)の内部に、室内熱交換器(10)を
共通高圧側ガス管(16)と共通低圧側ガス管(15)とに
選択的に連通させる切換弁(25)を設ける構成としてい
る。
(作用) 以上の構成により、本出願に係る発明では、共通高圧
側ガス管(16)、共通低圧側ガス管(15)及び共通液管
(17)の三本の冷媒配管が複数台の室外機(X),
(Y)…と複数台の室内機(A),(B)…との間の渡
り配管となるので、室外機及び室内機の設置台数と無関
係に渡り配管の本数を三本に制限できて、渡り配管長さ
を効果的に短縮することができるのである。
しかも、上記各室外機(X),(Y)…が単一の冷凍
サイクル(30)中で、上記三本の渡り配管(共通高圧側
ガス管(16)、共通低圧側ガス管(15)及び共通液管
(17))に対して並列に接続されているので、例えば室
内機(A),(B)が低空調負荷で運転中の場合には一
台の室外機(X)の圧縮機(1)のみが運転し、この状
態で上記室内機(A),(B)の空調負荷が増大して、
室外機(X)の圧縮機(1)の設備容量を越える空調能
力が要求されると、他の室外機(Y)の停止中の圧縮機
(1)が運転を開始して、その空調能力でもって上記室
内機(A),(B)での空調負荷が補償されることにな
る。
従って、各室外機(X),(Y)の圧縮機(1)…の
設備容量は、各室内の最大負荷に見合った大容量のもの
(及びこの大容量に応じた大能力の室外熱交換器
(2))を選定する必要がない。つまり、各室内の最大
負荷時に時間のズレがあることから、全室外機(X),
(Y)…に備える圧縮機(1)…の合計容量及び室外熱
交換器(2)の合計能力を、室内全体が実際に取る最大
負荷に見合った設備容量及び能力のものに選定すれば足
り、室外機(X),(Y)の設備容量の低減化を図るこ
とができる。
その上、上記共通液管(17)に設けられた1つのレシ
ーバ(7)で余剰の冷媒を貯溜するので、部品点数が軽
減される。
さらに、請求項(2)に係る発明では、室内機
(A),(B)…の各室内熱交換器(10)の一端は共通
液管(17)に連通接続されると共に、その室内機
(A),(B)…の内部に備える切換弁(25)により室
内熱交換器(10)の他端が共通低圧側ガス管(15)に連
通接続された場合には、該室内熱交換器(10)が蒸発器
として機能して、該室内熱交換器(10)で蒸発したガス
冷媒が共通低圧側ガス管(15)に流出し、室内の冷房運
転が行われる。一方、室内熱交換器(10)の他端が共通
高圧側ガス管(16)に連通接続された場合には、該室内
熱交換器(10)が凝縮器として機能して、共通高圧側ガ
ス管(16)から室内熱交換器(10)に流入したガス冷媒
が該室内熱交換器(10)で液化して、室内の暖房運転が
行われることになる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明の空気調和装置によれ
ば、複数台の室外機同志及び室内機同志を各々共通高圧
側ガス管、共通低圧側ガス管及び共通液管に対して並列
に接続した状態で単一の冷凍サイクルを形成すると共
に、上記の共通高圧側ガス管、共通低圧側ガス管及び共
通液管の三本の冷媒配管を複数台の室外機と室内機間の
共通渡り配管としてので、この合計渡り配管長さを効果
的に短縮できて、低コスト化及び渡り配管の付設作業の
能率化を図ることができる。
しかも、圧縮機の余裕容量を全ての室内機の空調能力
に補償し得て、圧縮機の設備容量及び室外熱交換器の能
力を、全室内としての最大負荷に見合った設備容量及び
能力のものに選定でき、従来の如く各冷凍サイクル毎に
その最大負荷に応じた大設備容量及び大能力のものを選
定する必要がなく、室外機の設備容量の低減化を図るこ
とができる。
その上、上記共通液感に1つのレシーバを設けるのみ
で、余剰の冷媒を貯溜することができるので、部品点数
の軽減を図ることができる。
特に、各室内機に対し、冷凍サイクルを冷房サイクル
と暖房サイクルとに切換える切換弁を設ければ、室内機
単位で冷房運転及び暖房運転の切換えを行うことができ
る。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。
図面は本発明に係る空気調和装置の冷媒配管系統を示
す。同図において、(X),(Y)…は例えば高層ビル
等の屋上に配置される複数台(図では二台のみを図示)
の室外ユニット(室外機)、(A),(B)…は各々室
内に配置される複数台(図では二台のみを図示)の室内
ユニット(室内機)である。上記各室外ユニット
(X),(Y)は、内部に圧縮機(1)と、室外熱交換
器(2)と、室外側電子膨張弁(3)と、アキュムレー
タ(4)とを備えると共に、三方切換弁(5)とを備え
る。該三方切換弁(5)は、室外熱交換器(2)の機能
を蒸発機能と凝縮機能とに切換えるものであり、蒸発機
能を発揮する要求時には図中実線の通常位置に切換わ
り、凝縮機能を発揮する要求時には図中破線の如く切換
わる。上記各機器(1)〜(5)は冷媒配管(6a)〜
(6h)で冷媒の流通可能に接続されている。上記圧縮機
(1)の設備容量と室外熱交換器(2)の能力とは対応
し、圧縮機(1)の設備容量が大値なほど室外熱交換器
(2)の能力は大きいものが選定される。
また、上記一方の室外ユニット(X)は主機であり、
他方の室外ユニット(Y)は従機であって、主室外ユニ
ット(X)の内部には、主従共通のレシーバ(7)が備
えらている。
一方、複数台の室内ユニット(A),(B)…の内部
には、各々、室内熱交換器(10)と、室内側電子膨張弁
(11)とが備えられ、該各機器(10),(11)は冷媒配
管(12)…で冷媒の流通可能に接続されている。
而して、上記各室外ユニット(X),(Y)…間に
は、図中横方向に配置した,各室外ユニット(X),
(Y)…で共用する共通低圧側ガス管(15)、共通高圧
側ガス管(16)、共通液管(17)、及び均油管(18)よ
りなる4本の冷媒配管が設けられている。上記共通高圧
側ガス管(16)には、各室外ユニット(X),(Y)の
圧縮機(1)…吐出側に接続した高圧側ガス管(6a)…
と、三方切換弁(5)に接続した冷媒配管(6g)…とが
接続されている。また、共通低圧側ガス管(15)には、
圧縮機(1)吸入側に接続される冷媒配管(6b)がアキ
ュムレータ(4)と三方切換弁(5)との間の冷媒配管
(6c)に接続した冷媒配管(6h)を介して接続されてい
る。
さらに、共通液管(17)には、室外側電子膨張弁
(3)を介して室外熱交換器(2)に接続する液管(6
f)が接続されていると共に、主室外ユニット(X)内
では共通液管(17)の途中に共通レシーバ(7)が介設
される。加えて、均油管(18)は冷媒配管(19)…を介
して各圧縮機(1)…の底部に連通している。
而して、主室外ユニット(X)からは、上記共通低圧
側ガス管(15)、共通高圧側ガス管(16)及び共通液管
(17)が上記各室内ユニット(A),(B)に向けて延
びて室内ユニット(A),(B)との渡り配管を構成す
る。
上記共通液管(17)には、各室内ユニット(A),
(B)の室内側電子膨張弁(11)に接続した冷媒配管
(12)が連通接続されている。また、共通低圧側ガス管
(15)と共通高圧側ガス管(16)とには、各室内ユニッ
ト(A),(B)内に連通する冷媒配管(20),(21)
の一端が連通接続され、該各冷媒配管(20),(21)の
他端は、各室内ユニット(A),(B)内に設けた三方
切換弁(25)に接続されている。該三方切換弁(切換
弁)(25)は、暖房運転の要求時には図中実線の如く切
換わって室内熱交換器(10)を共通高圧側ガス管(16)
に選択連通接続する一方、冷房運転の要求時には図中破
線の如く切換わって室内熱交換器(10)を共通低圧側ガ
ス管(15)に選択連通接続するように構成されている。
以上の冷媒配管の接続により、圧縮機(1)、室外熱
交換器(2)、室内外の電子膨張弁(3),(11)、及
び室内熱交換器(10)を閉回路に接続した単一の冷凍サ
イクル(30)を形成している。また、この冷凍サイクル
(30)において、各室内ユニット(A),B)…は、共通
低圧側ガス管(15)、共通高圧側ガス管(16)、及び共
通液管(17)に対して互いに並列に接続されている。
したがって、上記実施例においては、室内ユニット
(A),(B)が作動する室内の暖房運転時において、
空調負荷が小さい場合には、主室外ユニット(X)の圧
縮機(1)のみが運転されると共に、その内部の三方切
換弁(5)は通常位置(実線位置)に切換られる。ま
た、室内ユニット(A),(B)では三方切換弁(25)
が実線位置に切換えられる。このことにより、冷媒は順
次、図中実線矢印で示す如く圧縮機(1)→共通高圧側
ガス管(16)→室内側三方切換弁(25)→室内熱交換器
(凝縮器)(10)→室内側電子膨張弁(11)→レシーバ
(7)→室外側側電子膨張弁(3)→室外熱交換器(蒸
発器)(2)→アキュムレータ(4)→圧縮機(1)と
循環して、室内の暖房空調が行われる。
今、上記の状況で、室外ユニット(X)の圧縮機
(1)に対し設備容量以上の運転が要求された場合に
は、従室外ユニット(Y)の三方切換弁(5)が図中実
線位置(通常位置)に切換えられると共に、その従室外
ユニット(Y)内の圧縮機(1)の運転が開始される。
このため、該圧縮機(1)から吐出された冷媒は、図中
実線矢印で示す如く共通高圧ガス管(16)に流出して、
上記主室外ユニット(X)の圧縮機(1)からの吐出冷
媒と合流して、作動中の室内ユニット(A),(B)の
室内熱交換器(10)に流通し暖房能力を補償すると共
に、該室内熱交換器(10)…流通後は、共通液管(17)
から分流して自己の従室外ユニット(Y)内の室外側電
子膨張弁(3)、室外熱交換器(2)を経て圧縮機
(1)に戻る。以上、暖房運転時の場合を例に挙げて説
明したが、冷房運転時の場合も冷媒の循環方向が逆方向
になるのみで、その作動は同様であるので、その説明を
省略する。
よって、各室外ユニット(X),(Y)…内蔵の各圧
縮機(1)…でもって全室内ユニット(A),(B)…
の空調能力を補償できるので、各室外ユニット(X),
(Y)…の圧縮機(1)…の設備容量は、各室内ユニッ
ト(A),(B)…が取る最大負荷に対応する設備容量
のものを選定する必要は無く、全圧縮機(1)…の合計
設備容量を、室内全体としての最大負荷に対応する容量
値に選定すれば良い。従って、各圧縮機(1)の設備容
量及び室外熱交換器(2)の能力を可及的に低減でき、
室外ユニット(X),(Y)の設備容量の低減化を図る
ことができる。
つまり、例えば、1台の室外ユニット(X)に複数台
の室内ユニット(A1),(A1)…を接続した1つの独立
した第1の冷媒系統と、1台の室外ユニット(Y)に複
数台の室内ユニット(B1),(B1)…を接続した1つの
独立した第2の冷媒系統とを1つのビルに設置した場
合、第1の冷媒系統は、室内ユニット(A1),(A1)…
が空調する室内の最大負荷に対応して室外ユニット
(X)における圧縮機(1)設備容量及び室外熱交換器
(2)の能力を設定する必要があり、また、第2の冷媒
系統は、室内ユニット(B1),(B1)…が空調する室内
の最大負荷に対応して室外ユニット(Y)における圧縮
機(1)の設備容量及び室外熱交換器(2)の能力を設
定する必要がある。
その際、第1の冷媒系統の室内ユニット(A1),(A
1)…が空調する室内の最大負荷時(ピーク時)と、第
2の冷媒系統の室内ユニット(B1),(B1)…が空調す
る室内の最大負荷時(ピーク時)とが必ずしも一致しな
い場合があり、第1の冷媒系統と第2の冷媒系統とを加
算した最大容量はビル全体の最大負荷よりも大きくな
る。
ところが、本実施例では、第1の冷媒系統と第2の冷
媒系統とを1つの冷凍サイクル(30)で構成しているの
で、従来の各ピーク時を補い合うことができるのことか
ら、各圧縮機(1)の設備容量及び室外熱交換器(2)
の能力を可及的に低減でき、室外ユニット(X),
(Y)の設備容量の低減化を図ることができる。
しかも、全圧縮機(1)…の合計容量を運転中の全室
内ユニットの空調負荷に対応させればよいので、全圧縮
機(1)…のうち一台のみに対して例えばインバータを
備えて容量制御すると共に、他の圧縮機(1)…は容量
制御せず又はアンロード機構を備えれば足り、その分、
設備コストの低減が可能となる。
更に、複数台の室外ユニット(X),(Y)…と複数
台の室内ユニット(A),(B)…とを接続する渡り配
管は、その各設置台数に拘らず、共通高圧側ガス管(1
6)、共通低圧側ガス管(15)及び共通液管(17)の計
三本に限られるので、その渡り配管の合計冷媒配管長さ
を効果的に短縮できると共に、渡り配管の付設作業を有
効に簡易化できる。
また、上記の如き主室外ユニット(X)において暖房
時に室外熱交換器(2)を蒸発器と機能させて室内ユニ
ット(A)の暖房運転を行う場合においいて、従室外ユ
ニット(Y)の三方切換弁(5)を破線位置に切換えて
内部の室外熱交換器(2)を凝縮器として機能させたと
きには、他の室内ユニット(B)の三方切換弁(25)が
破線位置(冷房運転の要求時)に切換えられると、上記
従室外ユニット(Y)の圧縮機(1)から吐出された冷
媒は、図中破線矢印で示す如く循環して、室内ユニット
(B)の室内熱交換器(10)には共通液管(17)からの
液冷媒が流通して、該室内熱交換器(10)が蒸発器とし
て機能するので、室内ユニット(A)の暖房運転下でも
室内ユニット(B)の暖房運転を行うことができる。
よって室内ユニット(A),(B)毎に適宜冷房運転
と暖房運転とを切換選択することができる。その場合、
冷房用の冷媒と暖房用の冷媒とは、冷凍サイクル(30)
中で共通低圧側ガス管(15)、共通高圧側ガス管(1
6)、及び共通液管(17)で合流するが、共にガス状態
同志、液状態同志であるので、運転に支障は無い。
尚、冷凍サイクル(30)で各圧縮機(1)…が並列に
接続されている関係上、各圧縮機(1)内に溜まる圧縮
機潤滑用の油の油量が各圧縮機(1)…間で不均一にな
るのを防止すべく、均油運転を行う。
この均油運転は、例えば室外機を三台備えた場合に
は、そのうち一台の圧縮機(1)をインバータで0〜70
Hzに容量制御可能とすると共に、他の二台の圧縮機
(1),(1)をアンロード機構で50%と100%とに二
段階に容量制御可能とするのを前提として、下記表に示
す3通りの運転モードと通常運転との間で、通常運転→
運転モード1→運転モード2→運転モード3→通常運転
を設定時間毎に繰返すものである。
また、本実施例では、室内ユニット(A),(B)…
単位で室内の冷房運転と暖房運転とを切換えできるか
ら、この場合に、複数室内での冷暖房の同時運転(一部
室内で冷房運転、他室で暖房運転)を行っている時に
は、各室内の空調負荷の変化に応じて冷凍サイクル(3
0)での冷媒の高圧と低圧とが変化し、冷暖房の同時運
転が困難になる状況も生じるので、下表の如く対処す
る。
つまり、下表のモード1の如く運転中の室外熱交換器
(2)全体の機能が凝縮機能の場合に、運転中の室内熱
交換器(10)全体の機能が蒸発機能の時には、冷媒の高
圧及び低圧はほぼ一定であり、複数室内の全体から見て
良好な冷房運転が行われる。今、この状況でモード2に
移り、室内熱交換器(10)の全体機能が凝縮機能に変化
すると、高圧が低下傾向となる、低圧は急低下する。こ
のため、運転モードをモード3に強制的に切換え、三方
切換弁(5)の切換により室外熱交換器(2)の全体機
能を逆に蒸発機能に切換えて、複数室内の全体から見て
良好な暖房運転を行うこととする。同様に、空調負荷の
変化に伴いモード3からモード4に移行して室内熱交換
器(10)の全体機能が蒸発機能に変化すると、高圧は急
上昇し、低圧は上昇傾向となるから、今度はモード1に
切換えて、室外熱交換器(2)の全体機能を凝縮機能に
切換えて、複数室内全体から見て良好な冷房運転を行う
こととする。以上の場合に、モード2→モード3への移
行制御、及びモード4→モード1への移行制御は、高圧
は低圧又はその双方を各基準値(設定値)と比較し、そ
の大小関係を検出して行う。また、冷媒の高圧,低圧は
外気温度の変化に応じて変化するから、外気温度に応じ
て上記の運転モードを切換えるための高圧及び低圧の各
基準値(設定値)を補正してもよい。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示す冷媒配管系統図である。 (X),(Y)……室外ユニット(室外機)、(A),
(B)……室内ユニット(室内機)、(1)……圧縮
機、(2)……室外熱交換器、(6a)……高圧側ガス
管、(6b)……低圧側ガス管、(6f)……液管、(10)
……室内熱交換器、(15)……共通低圧側ガス管、(1
6)……共通高圧側ガス管、(17)……共通液管、(2
5)……三方切換弁(切換弁)、(30)……冷凍サイク
ル。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮機(1)及び室外熱交換器(2)を有
    する室外機(X),(Y)を複数台備えると共に、室内
    熱交換器(10)を有する室内機(A),(B)を複数台
    備え、 上記各圧縮機(1)と室外熱交換器(2)と室内熱交換
    器(10)とを閉回路に接続した冷凍サイクル(30)を形
    成している空気調和装置であって、 上記各室外機(X),(Y)における圧縮機(1)の吐
    出側に接続する高圧側ガス管(6a)が共通高圧側ガス管
    (16)に接続されると共に、圧縮機(1)の吸入側に接
    続する低圧側ガス管(6b)が共通低圧側ガス管(15)に
    接続され、 上記室外熱交換器(2)の一端に接続する冷媒配管(6
    d)が共通高圧側ガス管(16)と共通低圧側ガス管(1
    5)とに選択的に接続されると共に、室外熱交換器
    (2)の他端に接続する液管(6f)が共通液管(17)に
    接続される一方、 上記共通高圧側ガス管(16)、共通低圧側ガス管(15)
    及び共通液管(17)は各々上記各室内機(A),(B)
    側に延び、 上記各室内機(A),(B)の室内熱交換機(10)の一
    端が共通高圧側ガス管(16)と共通低圧側ガス管(15)
    とに選択的に接続されると共に、室内熱交換器(10)の
    他端が共通液管(17)に接続され、 上記共通液管(17)に1つのレシーバ(7)が設けられ
    ている ことを特徴とする空気調和装置。
  2. 【請求項2】請求項(1)記載の空気調和装置におい
    て、 各室内機(A),(B)…の内部には、室内熱交換器
    (10)を共通高圧側ガス管(16)と共通低圧側ガス管
    (15)とに選択的に連通させる切換弁(25)が備えられ
    ている ことを特徴とする空気調和装置。
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