JP2636514B2 - 空気調和装置 - Google Patents

空気調和装置

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JP2636514B2
JP2636514B2 JP3002616A JP261691A JP2636514B2 JP 2636514 B2 JP2636514 B2 JP 2636514B2 JP 3002616 A JP3002616 A JP 3002616A JP 261691 A JP261691 A JP 261691A JP 2636514 B2 JP2636514 B2 JP 2636514B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空調空気の吹出風量を
調節して空調能力を制御するするVAVシステム(バリ
アブル・エア・ボリューム・システム)を備えた空気調
和装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種のVAVシステムを採
用した空気調和装置は知られ、このVAVシステムの1
例として変風量単一ダクト式のものがある。このもの
は、室内の各ゾーンに配設された複数のVAVユニット
(バリアブル・エア・ボリューム・ユニット=変風量ユ
ニット)を室内ユニットの吹出口にダクトを介して接続
し、室内ユニットから供給された空調空気を各VAVユ
ニットに分配するとともに、この各VAVユニットで吹
出風量を調節して空調空気を室内の複数箇所のゾーンに
吹き出すようにしている。
【0003】そして、この場合、例えば特公昭60―4
7497号公報等に示されるように、室内ユニットで生
成する空調空気の温度は給気量に拘らず一定温度(VA
Vユニットから100%の風量が吹き出されるときに空
調能力が100%になる温度)に調節し、各VAVユニ
ットでは、空調すべきゾーンの実際の室温と設定温度と
の差に比例した風量に制御する比例制御を行い、ゾーン
の熱負荷の増減に応じて送風量(給気量)を調整するこ
とで、各ゾーンの室温を設定温度に維持するようになさ
れており、このため、VAVユニット毎に能力制御が可
能である。場合によっては、最小負荷となるゾーンの室
温が設定温度以下にならないように給気温度をシフトす
ることもある。
【0004】また、送風機動力の低減や送風音の低減等
を図るために、静圧一定制御や可変静圧制御等のファン
制御を行ったり、全閉型VAVユニットにより部分的に
空調を停止することもある。上記静圧一定制御は、室内
ユニットの吹出口に静圧検出用のチャンバを設け、そこ
に静圧センサを配置して静圧を検出し、インバータ等の
出力可変手段を用いて送風機モータの出力を変化させ、
検出した静圧が目標値に収束するようフィードバック制
御するものである。一方、静圧可変制御は、例えば特開
昭61―130747号公報等に示されるように、各V
AVユニットの全開信号と風量達成度とを検出し、全開
でかつ風量が達成されていないVAVユニットがあれば
ファン回転数を上昇させ、逆に、全てのVAVユニット
が全開になっていないのに風量が達成されている場合に
は、ファン回転数を低下させることにより、ダクト内静
圧を必要最小限とするものである。
【0005】しかし、上記のように空調空気温度を一定
温度に制御し、各VAVユニットからの吹出風量のみで
空調能力を制御する場合、全く問題がないわけではな
い。つまり、空調負荷が大きいときにはよいが、負荷が
低くなると、それに応じて吹出風量が下がざるを得ず、
特に、低い能力を要求しているVAVユニットで顕著と
なる。それに伴い、内気循環量(還気量)が減少してフ
ィルタでの除塵効率が低下したり、外気導入量が減少し
て換気性能が低下する等の問題が生じる。
【0006】そこで、室内各ゾーンの空気の汚れ度合
を、例えば特開昭61―159046号公報等に示され
るように炭酸ガス濃度としてCO2 濃度センサ等で検出
し、この炭酸ガス濃度が所定以上に増大すると、ゾーン
に位置するVAVユニットの給気モードを送風量が増大
する強制給気モードに強制的に切り換えることにより、
除塵効率や換気性能の向上を図るようにすることが考え
られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、その場合に
は、一定温度の空調空気が強制的に供給されることとな
るので、空調能力の増減要求がないにも拘らず、過度の
空調能力が発揮されて、冷え過ぎ(冷房時)や暖まり過
ぎ(暖房時)等の問題が生じる。
【0008】この発明は斯かる諸点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、空調能力の制御形態を変えることに
より、強制給気モードにあるVAVユニットに対して、
その空調能力を適正に保持しつつ送風量を大に確保し、
冷え過ぎや暖まり過ぎ等の不快感を解消しようとするこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項1の発明では、各VAVユニットでの空調能
力が空調空気の吹出風量のみならずその温度も関与して
いることに着目し、この空調空気温度を、強制給気モー
ドにあるVAVユニットに合わせて補正するようにし
た。
【0010】すなわち、この発明では、図1に示すよう
に、室内ユニット(1)と、この室内ユニット(1)に
ダクト(18)を介して分岐接続された複数のVAVユ
ニット(31),(31),…とを備えた空気調和装置
が前提である。上記室内ユニット(1)は、目標温度に
調整された空調空気を生成する給気生成手段(4)と、
この給気生成手段(4)により生成された空調空気を送
風する送風機(5)とを内蔵している。一方、VAVユ
ニット(31),(31),…はそれぞれ室内の複数の
ゾーン(Z),(Z),…に配設されていて、その各々
は、各ゾーン(Z)の目標風量を設定し、該目標風量に
なるように吹出風量を調節して送風機(5)からの空調
空気を吹き出させるとともに、ゾーン(Z)が給気量不
足状態にあるときには、吹出風量が増大する強制給気モ
ードに切り換わるものである。
【0011】そして、この空気調和装置に対し、上記複
数のVAVユニット(31),(31),…の中から、
強制給気モードにあるVAVユニット(31)を検出す
る給気モード検出手段(42)と、この給気モード検出
手段(42)の出力を受け、強制給気モードにあるVA
Vユニット(31)で必要な空調能力が達成されるよ
う、上記給気生成手段(4)による空調空気の目標温度
を補正する給気温度補正手段(43)とを設ける。
【0012】請求項2の発明では、上記各VAVユニッ
ト(31)は、ゾーン(Z)での空気の汚れとして空気
中の炭酸ガス濃度を検出するCO2 濃度センサ(35)
を有し、炭酸ガス濃度が設定値(L)以上であるとき
に、強制給気モードに切り換わる構成とする。
【0013】
【作用】請求項1の発明では、強制給気モードに切り換
えられたVAVユニット(31)が給気モード検出手段
(42)により検出され、給気温度補正手段(43)に
おいて、この吹出風量が増大したVAVユニット(3
1)で必要な空調能力が達成されるように給気生成手段
(4)での空調空気の目標温度がシフトされる。このた
め、強制給気モードによりVAVユニット(31)の吹
出風量が増大しても、その空調能力は本来の目標値に保
持されたままとなり、吹き出される空調空気の温度が一
定である場合の冷え過ぎや暖まり過ぎ等を防止すること
ができる。また、強制給気モードによる風量の増大によ
り、必要能力の小さいVAVユニット(31)でも、そ
の風量は比較的大に保たれて風量低下が少なくなり、フ
ィルタでの除塵効率や換気性能が大きく低下しない。よ
って、空気調和装置の快適性を向上することができる。
【0014】請求項2の発明では、上記VAVユニット
(31)は、ゾーン(Z)での空気中の炭酸ガス濃度が
設定値(L)以上であるときに、強制給気モードに切り
換わるものであるので、炭酸ガス濃度の増大により強制
給気する場合の快適性の向上を図ることができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を図2以下の各図に基
づいて説明する。
【0016】図2は本発明の実施例に係る空気調和装置
の全体構成を示す。この空気調和装置は、基本的に、1
つの室内ユニット(1)と、3つのVAVユニット(3
1),(31),…とで構成されている。上記室内ユニ
ット(1)のハウジング(2)には外気及び内気取入ダ
クト(8),(9)の各下流端が接続され、外気取入ダ
クト(8)の上流端は室外に開口する外気取入口(1
0)に接続され、途中には外気取入ダンパ(11)が配
設されている。一方、内気取入ダクト(9)の上流端は
室内の所定位置に開口する内気取入口(12)に接続さ
れ、途中には還気用送風機(13)及び内気取入ダンパ
(14)が上流側から順に配設されている。上記還気用
送風機(13)下流側でかつ内気取入ダンパ(14)上
流側のダクト(9)には排気ダクト(15)の上流端が
切換ダンパ(16)を介して分岐接続され、この排気ダ
クト(15)の下流端は室外に開口する排気口(17)
に接続されている。そして、外気取入ダンパ(11)を
閉じ、かつ内気取入ダンパ(14)を開き、さらに内気
取入ダクト(9)が排気ダクト(15)と連通遮断され
るように切換ダンパ(16)を切り換えたときに、還気
用送風機(13)により、内気取入口(12)から取り
入れた内気(還気)を内気取入ダクト(9)を介してハ
ウジング(2)内に吸い込むことにより、内気を冷却又
は加熱して室内を冷暖房する。一方、外気取入ダンパ
(11)を開き、かつ内気取入ダンパ(14)を閉じ、
さらに切換ダンパ(16)を切り換えて、還気用送風機
(13)下流側の内気取入ダクト(9)を排気ダクト
(15)と連通させたときに、還気用送風機(13)に
より、内気取入口(12)から取り入れた内気を排気口
(17)から室外に排出し、かつ、外気取入口(10)
から取り入れた外気を外気取入ダクト(8)を介してハ
ウジング(2)内に吸い込むことにより、室内を冷暖房
しながら換気するようになっている。
【0017】上記ハウジング(2)内にはフィルタ
(3)、室内側熱交換器(4)、及び図示しないモータ
により駆動される送風機(5)が配設されている。上記
室内側熱交換器(4)は、図外の室外ユニットと冷媒配
管(6)を介して接続されており、ハウジング(2)内
に吸い込んだ空気をフィルタ(3)で濾過した後、熱交
換器(4)で熱交換して空調空気(給気)を生成し、こ
の空調空気を送風機(5)によりハウジング(2)内か
ら吹き出させるようになっている。
【0018】上記室内ユニット(1)の送風機(5)吹
出口には吹出ダクト(18)の上流端が接続され、この
ダクト(18)の下流端は3つの分岐ダクト(18
a),(18a),…に分岐されて、室内の異なるゾー
ン(Z),(Z),…に配置した吹出口(19),(1
9,)…に接続され、上記各分岐ダクト(18a)の途
中にそれぞれ上記VAVユニット(31)が配設されて
いる。この各VAVユニット(31)は、各ゾーン
(Z)での室温及び設定温度に基づいて目標風量を設定
し、実際の風量が該目標風量になるように吹出風量を調
節して、送風機(5)からの空調空気を吹き出させると
ともに、ゾーン(Z),(Z),…での空気中の炭酸ガ
ス濃度が所定以上で汚れ度合が大きく、ゾーン(Z),
(Z),…が給気量不足状態にあるときに、強制的に吹
出風量を増大させるものである。すなわち、VAVユニ
ット(31)には、図3に示すように、各ゾーン(Z)
での実際の室温を検出する室温検出サーモ(32)と、
室温の設定温度(Ts)を設定する室温設定部(33)
と、ゾーン(Z)での空気中の炭酸ガス濃度を検出して
給気量の不足状態(換気必要状態)を判定する給気量不
足検出手段としてのCO2 センサ(34)と、吹出口
(19)から吹き出される風量を調節する風量調節ダン
パ(36)と、上記室温検出サーモ(32)で検出され
た室温及び室温設定部(33)による設定温度(Ts )
に基づいて目標風量を演算し、この目標風量に実際の風
量がなるように風量調節ダンパ(36)を制御するとと
もに、上記CO2 センサ(34)が給気量の不足状態を
検出したときに、室温及び設定温度(Ts )に関係なく
風量調節ダンパ(36)を所定開度に増大させて、吹出
風量が増大する強制給気モードに切り換える目標風量演
算部(37)とが設けられている。
【0019】上記CO2 センサ(34)は、図4に示す
如く、検出した炭酸ガス濃度が設定値(L)以上である
ときに、ゾーン(Z)が給気量の不足状態にあると判定
して信号を出力するもので、このCO2 センサ(34)
からの信号により目標風量演算部(37)が給気モード
を強制給気モードに切り換える。尚、炭酸ガス濃度が上
記設定値(L)よりも所定濃度(δL)だけ低い濃度に
下がったときに、CO2 センサ(34)からの信号出力
の停止により強制給気モードから通常のモードに復帰す
るようになっており、この基準値のディファレンシャル
により、強制給気モードと通常のモードとの切換時のハ
ンチングを防ぐようになっている。
【0020】また、通常のモードで上記目標風量演算部
(37)により目標風量の演算を行う場合、例えば冷房
時では、図5に示すように、室温と設定温度(Ts )と
を比較し、例えば室温が設定温度(Ts )よりも0.4
°C以上低いときには、目標風量を定格風量(100
%)の30%に固定し、室温と設定温度(Ts )の差が
−0.4°C〜+1°Cまでは、その温度差に応じて目
標風量を30%から100%まで比例して増加させ、温
度差が+1°C以上では目標風量を100%に固定する
ようにしている。
【0021】再び、図2に示す如く、上記室内ユニット
(1)の熱交換器(4)に接続された配管(6)には、
熱交換器(4)に対する冷媒流量を調整する流量調整弁
(7)が配設されており、この流量調整弁(7)の開度
制御により、室内ユニット(1)の送風機(5)から吹
き出される空調空気の温度を制御するようにしている。
【0022】上記流量調整弁(7)の開度制御はコント
ロールユニット(41)によって行われる。このコント
ロールユニット(41)には、図3に示すように、送風
機(5)から吹き出される空調空気(給気)の温度を検
出する給気温度サーモ(50)、及び各VAVユニット
(31)の目標風量演算部(37)がそれぞれ接続され
ており、コントロールユニット(41)において、給気
温度サーモ(50)及び各VAVユニット(31)の目
標風量演算部(37)の信号を基に空調空気温度の目標
値つまり目標給気温度(T1t)を演算して、この目標温
度(T1t)に空調空気温度がなるように流量調整弁
(7)の開度をフィードバック制御する。
【0023】ここで、空気調和装置の冷房時に、コント
ロールユニット(41)で行われる制御手順について図
6により詳細に説明する。まず、スタート後のステップ
S1 で強制給気モードを示すフラグ(KKM)をそれま
でのフラグ(KKM)、又は各VAVユニット(31)
が強制給気モードにあるときに「1」となるフラグ(K
KMi )(但し、i=1〜3)にセットする。次いで、
ステップS2 で、上記フラグ(KKM)がKKM=1か
どうかを判定し、この判定がKKM=0のNOのときに
は、いずれのVAVユニット(31),(31),…も
強制給気モードにないので、ステップS3 に進み、空調
空気の目標温度(T1t)を、各VAVユニット(31)
が定格風量にある場合に空調能力(冷房能力)が定格能
力となるような温度である初期値(T1MAX)(=例えば
13°C)に設定した後、ステップS1 に戻る。
【0024】これに対し、ステップS2 でKKM=1の
YESと判定されると、ステップS4 に進み、タイマが
タイムアップしたか否かを判定する。このタイマは、一
定周期を計時するもので、後述の如く1分間をカウント
する。ここでタイムアップしていると判定されると、ス
テップS5 においてi=1とし、かつ後述のステップS
8 で設定される、室温と設定温度(Ts )との温度差
(δT1 )〜(δT3 )の中の最小値(δT)をδT=
0とした後、ステップS6 〜S9 で、強制給気モードに
あるVAVユニット(31)を検出する。すなわち、ス
テップS6 では、i=n (但し、n=3)か否かを判定
し、この判定がi≠nのNOのときには、フラグ(KK
Mi )がKKMi =1かどうかを判定する。この判定が
KKMi =1のYESのときには、ステップS8 で3つ
のVAVユニット(31),(31),…における室温
と設定温度(Ts )との温度差(δT1 )〜(δT3
)、及び前回の値(δT)の中から最小値を選定して
それを新たな最小値(δT)とした後、また判定がKK
Mi≠1のNOのときには、そのままそれぞれステップ
S9 に進む。このステップS9 で、i=i+1に更新し
た後、ステップS6 に戻り、i=2,3についてそれぞ
れ同様の手順を繰り返す。こうして、3つのVAVユニ
ット(31),(31),…から強制給気モードにある
VAVユニット(31)を検出し、そのVAVユニット
(31)における室温と設定温度(Ts )との温度差
(δT1 )〜(δT3 )の中から最小値を選定する。
【0025】上記強制給気モードの検出が全てのVAV
ユニット(31),(31),…に対し行われると、i
=nとなるので、ステップS6 での判定がYESとな
る。このときにはステップS10に進み、上記選定された
最小温度差(δT)が一定値(=1.5)以上かどうか
を判定し、この判定がδT≧1.5のYESのときに
は、上記検出されたVAVユニット(31)に大きな冷
房能力が要求されているので、ステップS11で空調空気
の目標温度(T1t)を上記初期値(T1MAX)に設定した
後、ステップS16に進む。
【0026】上記ステップS10での判定がδT<1.5
のNOであるとき、つまり強制給気モードが要求されて
いるVAVユニット(31)での冷房負荷が最大負荷か
ら下がったときには、ステップS12に進み、最小温度差
(δT)が第1設定値(=1.0°C)以上かどうかを
判定し、この判定がδT≧1.0のYESのときには、
ステップS13で空調空気の目標温度(T1t)を、それま
での目標温度(T1t)から0.5°Cだけ低い(T1t−
0.5)°Cとして冷房能力の増大する温度にシフトし
た後、ステップS16に進む。
【0027】また、上記ステップS12での判定がδT<
1.0のNOであるときには、ステップS14に進み、最
小温度差(δT)が第2設定値(=0.5°C)以下か
否かを判定し、この判定がδT≦0.5のYESのとき
には、ステップS15で空調空気の目標温度(T1t)を、
それまでの目標温度(T1t)から0.5°Cだけ高い
(T1t+0.5)°Cとして冷房能力の減少する温度に
リセットした後、ステップS16に進む。
【0028】上記ステップS16ではタイマを1分間にセ
ットする。この後、ステップS17で上記タイマのカウン
トを行い、最初のステップS1 に戻る。
【0029】この実施例では、上記フローにおけるステ
ップS6 〜S9により、3つのVAVユニット(3
1),(31),…のうち、強制給気モードにあるVA
Vユニット(31)を検出する給気モード検出手段(4
2)が構成される。
【0030】また、ステップS10〜S15により、上記給
気モード検出手段(42)の出力を受け、給気モード検
出手段(42)により検出された、強制給気モードにあ
るVAVユニット(31)で必要な冷房能力が達成され
るよう、上記熱交換器(4)による空調空気の目標温度
(T1t)を初期値(T1MAX)から補正値(T1MAX+0.
5)まで補正する給気温度補正手段(43)が構成され
る。
【0031】したがって、上記実施例においては、空気
調和装置の冷房時、コントロールユニット(41)で、
熱交換器(4)により生成される空調空気の目標温度
(T1t)が演算され、給気温度サーモ(50)で検出さ
れた空調空気の温度が該目標温度(T1t)になるように
流量調整弁(7)の開度がフィードバック制御される。
その状態で、VAVユニット(31),(31),…の
中に、ゾーン(Z),(Z),…での炭酸ガス濃度の設
定値(L)以上の増大により、強制給気モードに切り換
えられたVAVユニット(31)があるかどうかが検出
される。そして、強制給気モードのVAVユニット(3
1)がある場合には、そのVAVユニット(31)が選
定され、空調空気の目標温度(T1t)は、このVAVユ
ニット(31)の吹出風量が強制給気モードにより増大
した状態で、必要な空調能力が達成される温度(T1MAX
+0.5)に初期値(T1MAX)からシフトされる。さら
に、タイマで設定される1分毎に、上記空調空気温度の
目標値(T1t)が見直され、冷房負荷の増大変化に応じ
て目標値が初期値(T1MAX)にリセットされる。
【0032】このようにして、強制給気モードになった
VAVユニット(31)の吹出風量が増大したとき、該
VAVユニット(31)で必要な空調能力が達成される
ように空調空気の目標温度(T1t)がシフトされるた
め、該VAVユニット(31)の吹出風量が増大してい
るにも拘らず、その冷房能力は本来の目標値に保持さ
れ、吹き出される空調空気温度が一定である場合の冷え
過ぎや暖まり過ぎを防止することができる。
【0033】しかも、強制給気モードによる風量の増大
に伴い、必要能力の小さいVAVユニット(31)で
も、その風量は比較的大に保たれて風量低下が少なくな
り、フィルタ(3)での除塵効率や換気性能がさほど低
下しない。これら作用の相乗効果によって、空気調和装
置の快適性を向上することができる。
【0034】尚、上記実施例は冷房時の場合であるが、
暖房時にも同様にして制御することができる。
【0035】また、給気温度の制御については、直膨型
熱交換器の場合も同様であり、能力の制御は、流量調整
弁及び圧縮機の容量等で行う。また、上記実施例は、V
AVユニット(31)の数が3つの場合であるが、この
数を2つに減少し、又は4つ以上に増加させてもよいの
はいうまでもない。さらに、給気量の不足状態を炭酸ガ
ス濃度以外の要素により検出することもできる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1,2の発
明によると、所定温度の空調空気を送風する室内ユニッ
トと、各々、上記室内ユニットにダクトを介して接続さ
れ、室内の各ゾーンに吹出風量を調節して室内ユニット
からの空調空気を吹き出させる複数のVAVユニットと
を備えた空気調和装置に対し、VAVユニットのうち、
ゾーンでの空気中の炭酸ガス濃度等の汚れ度合の増大に
伴い風量を増大させて強制給気モードにあるユニットを
検出し、このVAVユニットで必要な空調能力が達成さ
れるよう、空調空気の温度を補正するようにしたことに
より、強制給気モードよりVAVユニットの吹出風量が
増大しているにも拘らず、そのVAVユニットの空調能
力を適正に保持することができ、各ゾーンでの冷え過ぎ
や暖まり過ぎをなくして、空気調和装置の快適性の向上
を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の全体構成を示す図である。
【図2】実施例に係る空気調和装置の全体構成図であ
る。
【図3】制御系の構成を示すブロック図である。
【図4】CO2 濃度センサにより給気不足状態を検出す
る原理を示す図である。
【図5】各VAVユニットで目標風量の演算を行うため
の特性図である。
【図6】コントロールユニットでの制御手順を示すフロ
ーチャート図である。
【符号の説明】
(1)…室内ユニット (4)…熱交換器(給気生成手段) (5)…送風機 (18)…吹出ダクト (31)…VAVユニット (34)…風量調節ダンパ (41)…コントロールユニット (42)…給気モード検出手段 (43)…給気温度補正手段 (50)…給気温度サーモ (L)…炭酸ガス濃度設定値 (Z)…ゾーン

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 目標温度に調整された空調空気を生成す
    る給気生成手段(4)と、この給気生成手段(4)によ
    り生成された空調空気を送風する送風機(5)とを内蔵
    した室内ユニット(1)と、各々、室内の複数のゾーン
    (Z),(Z),…にそれぞれ配設され、かつ上記室内
    ユニット(1)にダクト(18)を介して分岐接続さ
    れ、各ゾーン(Z)の目標風量を設定し、該目標風量に
    なるように吹出風量を調節して送風機(5)からの空調
    空気を吹き出させるとともに、ゾーン(Z),(Z),
    …が給気量不足状態にあるときには、吹出風量が増大す
    る強制給気モードに切り換わる複数のVAVユニット
    (31),(31),…とを備えた空気調和装置におい
    て、上記複数のVAVユニット(31),(31),…
    のうち、強制給気モードにあるVAVユニット(31)
    を検出する給気モード検出手段(42)と、上記給気モ
    ード検出手段(42)の出力を受け、強制給気モードに
    あるVAVユニット(31)で必要な空調能力が達成さ
    れるよう、上記給気生成手段(4)による空調空気の目
    標温度を補正する給気温度補正手段(43)とを設けた
    ことを特徴とする空気調和装置。
  2. 【請求項2】 各VAVユニット(31)は、ゾーン
    (Z)での空気中の汚れ度合として炭酸ガス濃度を検出
    するCO2 濃度センサ(35)を有し、炭酸ガス濃度が
    設定値(L)以上であるときに、強制給気モードに切り
    換わるものである請求項1記載の空気調和装置。
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