JP4758094B2 - 給排気管 - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼器具の給排気管、あるいは、室内に外気をとり入れたり、室内の空気を外気中に排出したりする換気用給排気管であって、定尺のものを現場で継ぎ足しながら管路を施工するために用いられる給排気管に関し、更に詳しくは、特に大口径管において有効な抜け止め防止機能を有する給排気管に関するものである。
室内に設置された燃焼器具であって、特に燃焼排気については、排気管(煙突)が現場施工で取り付けられるのが一般的である。また、このような排気管ばかりでなく、燃焼器具内に燃焼用空気をとり込む給気管が排気管とは独立して取り付けられたりする場合もある。あるいは内管側から排気を行い、外管側から燃焼用の空気をとり込むように構成した2重管式の給排気管が取り付けられたりする場合もある。
また、室内の換気のために、室内の空気を外気中に排出したり、外気を室内にとり入れるために、給排気管を現場施工で建物に取り付ける場合もある。
このような給排気管の場合、通常は、工場で生産された直管、エルボ管、フレキシブル管等を現場で継ぎ足して管路を施工するため、管路には多くの接続部が発生するが、この接続部の構造は、一方の管の端に他の管を差し込む方式であることから、次のことが求められている。
1.管の接続部において曲げ強度が大きいこと。
管を接続しながら延長した場合、管路に外力が加わると、管路の応力は接続部に集中 し、この接続部において挫屈が発生したり、大きく折れ曲がったり、外れたり、シール 性能が低下したりする。
そこで、この応力を高めるために、差し込み代を、例えばSUS316Lの板厚
0.3mmの管であって、φ120mmの管にあっては、75mm前後に設定し、なお かつ、挿入口側の管端を内径側に絞り込んでテーパ部を形成することにより、挫屈強度 の向上を図るようにしており、この時の応力は、静荷重で0.2〜0.3kNを示し、 日本国におけるJISの安全基準を満足している。
しかし、米国の排気筒(管)に関する基準「UL1748 Venting Systems for GasBurning Appliances、Categories 2、3、and4」に基づく衝撃試験を行った場 合、これを満足することはできない。
2.シール性能が高いこと。
特に、室内に設置された燃焼器具から排出された燃焼排気を外気中に排出する排気管 にあっては、接続部のシール性能の増大が課題である。このシール性能は、常態におい ては勿論であるが、接続部に外力が加わり、接続部に屈曲が発生した場合、管自体が変 形することもあって、シール性能は大きく低下する。そして、排気漏れが発生するよう になる。
これを、いち早く止めるのがシール材であり、現在は、断面円形のOリングが用いられている。
また、このOリングを使用した場合、十分に管とOリングの密着を保証する必要があるため、Oリングの直径(太さ)に対して差し込み部のクリアランスを小さく設定している。このため、管の差し込みに大きな力が必要となることから、Oリングにはグリース等の潤滑油を塗布して差し込み易くしている。しかし、この潤滑油は、手を汚すばかりでなく、滑り易くなるため、手に付いた油を頻繁に拭きとることが必要となって、作業能率の低下を招く要因となっている。
勿論、管の差し込みをしやすくするために、前記クリアランスをあまりギリギリに設定しない方法も考えられるが、このようにすると、特に曲げの力が作用したときにシール性能が低下する。
3.特に大口径の管において抜け止め性能が高いこと。
給排気管の接続部においては、差し込み易く、簡単には抜けないことが条件である。 このため、給排気管であって、特に燃焼排気を行うものにあっては、ただ差し込むだけ でなく、差し込んだ管が抜けないように、管同士をロックする所謂抜け止め機構を備え ているのが一般的である。
しかし、この抜け止め機構は、一度ロックすると、あとで外せない構造のものもあるが、これでは不便であることから、ロック機構に併せて、ワンタッチで外すこともできる構成を持った抜け止め機構の提案がある。
特許第3163008号公報 この発明は、一端に接続用の承け口を形成し、他端に形成した挿入口側に外ビードを形成して成る定尺の給排気管において、前記承け口の外周の一部に切り窓を設け、更に、この切り窓の外側であって、切り窓にかかる部分に回転自在にストッパーリングを外挿すると共に、このストッパーリングの一部を円周方向を向くようにコ字状に打ち抜き、この打ち抜きにより形成されたコ字状片の先端側を内方に向けて爪を形成し、この爪を形成したストッパーリングを該爪の先端側に向けて回転させることにより、爪の先端を前記承け口の切り窓から前記外ビード内に進入させて抜け止めを行い、ストッパーリングを前記とは反対方向に回転させて爪の先端側を前記切り窓の縁で摺り上げることにより、爪の先端を外ビードから逃して抜け止めの解除を行う構造である。
しかし、この公知例は、ストッパーリングを管に装着する必要があるため、コストがかかると共に、ストッパーリングの爪を外ビード内に出入りさせる構造であることから、爪と外ビードとの係合力が小さく、引き抜き強度は小さい。
特開2000−161570号公報 この発明は、対引き抜き強度が大きく、ワンタッチで着脱を行うことができる給排気管の抜け止め装置であって、受け口側に切り窓を形成すると共に、ロック部と係合部を形成したロック部材をスライド自在に設ける。そして、受け口内に挿入口を挿入して切り窓のところでロック部を円周溝に係合させた上で、挿入口側を少し引き、ロック部材の係合部の先端をロック用袋壁に係合させることにより、管に引きの力が作用したときに、ロック部に楔効果が作用するようにして、引き抜きに対する強度が高まるようにする。又、挿入口側を少し押し込み、ロック部材のストッパーを押え、管を引くだけで管の接続を外すことができるように構成した内容である。
しかし、この発明のロック部材は、楔効果でロック力を高める構造となっているが、ロック部材の大部分は管外に露出しているため、外力で変形したりすることがあり、このようにしてロック部材が変形すると、指先での作動が難しくなったり、ロックが外れ易くなったりする。
特開平10−26342号公報 この発明は、簡単な構造とすることにより、コストが安く、容易に抜け止めを行ったり、この解除を行うことができる給排気管の接続装置であって、承け口側の外ビードに解除孔を設け、挿入口側に内ビードとストッパー爪を設けて、承け口内に挿入口側を挿入した際に、ストッパー爪の先端を外ビードに係合させて抜け止めを行い、引き抜く場合には、解除孔から解除治具の解除ピンを押し込んでストッパー爪を外す構成である。
しかし、この抜け止め機構の場合、ロックを解除するのに、いちいち別の解除治具を用いる必要があり、不便である。
因みに、給排気管において、抜け出し防止機構を持つものにおける日本国の基準は、JIS S2080 8.3 引張強度(抜け出し防止機構をもつもの)に示されており、接続を外す方向に0.3kNの引張り力を加えた時、排気筒に変形、破損、又は接続部に外れがないこと、となっている。
一方、米国の基準は、UL1738 20.2 Longitudinal force testに定められており、この内容は次のとおりである。
以下に記載される条件下で100ポンド(445N)程度又はそれ以上の引き抜き力が加わった場合に、壊れたり、外れたり、損傷したりしないこと。
(1)引き抜き力は給排気管の接続部に加えられ、接続される給排気管の口径ごとに試
験される。
(2)力は接続を外す方向に加えられる。
(3)もし接着剤等で接続されている場合は、試験前に24時間接着剤を乾燥させるこ
と。
(4)力は5分間加えられる。
以上に開示した特許文献1〜3について、すべてに共通した欠点として、管径がφ120mm程度までは利用できるが、これ以上の大口径管になると、爪の係合幅が円周に対して相対的に小さくなるため、引き抜きに対する強度が小さくなり、管が外れ易くなる。
本発明は斯る点に鑑みて提案されるものであって、特に、管径がφ120mm以上の大口径給排気管において、上記した日本国及び米国における引き抜きに対する強度とロック解除の簡便性を満足する抜け止め機構を有する給排気管であって、管を引き抜くときにスライドピースが抵抗とならない給排気管を提案するのが目的である。
上記目的を達成するため、本発明においては、一端に他の管接続用受け口を形成し、他端に他の管の受け口内に差し込むための管接続用差込口を形成することにより継ぎ足して使用する給排気管において、前記受け口の外周面の一部には四角形の開口部を形成し、この開口部の外側には、内部にストッパー収容空間を形成したカバーを取り付け、このカバー内には、先端側に前記開口部から管の中心方向に落ち込むことができる断面U又はV字状の係止部を形成すると共に、この係止部の反対側には、前記カバーから露出した部分に指掛け部を形成したスライドピースを組み込み、前記受け口内にスライドピースの差込口側を所定の位置まで差し込んだ時、前記スライドピースの係止部が前記開口部から差込口の外周面に形成したロックビード内に落ち込んで抜け止めを行い、この状態で前記指掛け部に指を掛けてスライドピースを押し込んだ時、前記係止部がロックビード及び開口部の縁に沿ってせり上がり、係止部がロックビード内からカバーのストッパー収容空間内に逃れることにより、継ぎ足した給排気管のロックが外れて受け口内から差込口側を引き抜くことができるように構成して成ることを特徴とするものである。
本発明は、図1に示すような燃焼器具100から排出された排気を屋外のトップ101まで導くための給排気管路102、あるいは、図2に示すような室内103の換気用給排気管路104の各接続部aに適用されるものであり、上記給排気管102、104の施工に用いられる直管105及びフレキシブル管106は金属管である。そして、すべての管には、一端に他の管の受入口を形成し、この反対側には他管の受入口内に差し込み自在の差込口が形成されている。
図3及び図4は、給排気管の接続部の構成を示すもので、符号の1は、給排気管路の直管部を担当する給排気直管であって、この給排気直管1の一端には、胴体部2の直径W1よりも、ややその直径W2を大きくした受け口3が形成されている。
4は、前記直管1において、前記受け口3の反対側に形成された差込口であって、この差込口4の直径W3は、胴体部2の直径W1と同径であって、受け口3内に挿入することができる直径となっている。
4aは、差込口4の外周面に形成されたロックビード(円周溝)であって、スライドピース(後述)の係合部(後述)がこのロックビード4aに係合して抜け止めが図られる。
5は、胴体部2と差込口4の境界部の外周面に形成された外ビード(円周膨出部)であって、この外ビード5は、差込口4を他管の受け口3内に差し込んだときの差し込み量を規制するストッパーとして機能する。
図3において、Aは、差込口4の先端に形成されたヘミング加工部であって、このヘミング加工部Aは、図4で明らかなように、差込口4の先端を内側に絞って形成したテーパ部6の先端を内側に折り返して折り返し部6aを形成することにより二重構造となっている。
図3において、Bは、受け口3に形成されたシール機構であって、このシール機構Bは、図4で明らかなように、半円形状のOリングビード7と、このOリングビード7の内側に組み込まれた断面キノコ型の変形Oリング8から成る。
図3において、Cは、抜け止め機構であって、この抜け止め機構Cは、図4で明らかなように、受け口3の外周の一部に形成した長方形の開口部9と、この開口部9の外側を覆うようにして取り付けられたカバー10と、このカバー10の内部空間11内に位置し、前記開口部9から他管の差込口4が前記受け口3内に差し込まれたときに、ロックビード4aに係合するU字状の係合部13と、前記カバー10から露出していて、指掛け部14を逆U字状に形成し、カバー10内において矢印a方向にスライド自在に組み込まれたスライドピース12とから成る。この抜け止め機構Cの構成と作用については、[実施例1]で詳しく説明する。
以上に説明した直管1の各構成は、現場で継ぎ足しながら管路を延長施工する時に用いられる。また、エルボ管、フレキ管にも原則としてそのまま適用される。
前記したヘミング加工部Aは、テーパ部6の先端を内側に折り返して折り返し部6aが形成されて二重構造となっている。この折り返し部6aの折り返し幅は、出来るだけ大きくとることが強度上望ましい。
また、折り返し部6aは、折り返したままでも良いが、図4で示すように、折り返し部6aの先端を管の内面にスポット溶接15を行うと、強度を5〜10%増大することができる。なお、溶接は、スポットではなく、全周で行っても良いが、これを行うと手数がかかり、コスト高を招くので、もし溶接を行うとすれば、スポットで十分である。
スポット溶接15を行う箇所は、等間隔で3点又は4点で十分であるが、それ以上の点で行うようにしても良い。
折り返し部6aは、原則的にはヘミング加工部Aにおいて、内側となるが、条件が許す場合には外側であっても良い。
図5は、前記した米国の排気筒に関する基準に基づいて衝撃試験を行った際の曲げ強度を示したもので、ヘミング加工部Aに折り返し部6aを形成した場合、差込口4の先端の強度は約2倍に増大されているため、ヘミング加工部Aに挫屈が発生せず、屈曲角Q1は30°であった。
一方、図6は、本発明の実施品と同じ条件で、折り返し部6aの無い従来品について行った衝撃試験の結果を図示したものであり、差込口4の先端のテーパ部6に挫屈が発生し、屈曲角Q2は47°と非常に大きくなり、受け口3を含めて管の変形が著しく、簡単に外れてしまい、特に前記した米国の基準を満足しなかった。
前記したシール機構を図7〜図11に基づいて説明する。
図7〜図9に変形Oリング8を示す。この変形Oリング8は、ゴム製で、その硬度は、一般に用いられている給排気管用のOリングと同じである。但し、その断面形状は、円形ではなく、傘部8aと、この傘部8aの中央から管の中心方向に向いた頸部8bから成り、丁度キノコ状を呈している。
この変形Oリング8は、前記図4及び図10、図11に示すように、Oリング用ビード7内に組み込まれていて、頸部8bの先端(内径)は、差込口4の外径よりも管の中心方向に少し出ている。
このため、受け口3内に差込口4が図10に示すように差し込まれて行くときに、変形Oリング8の頸部8bの先端がヘミング加工部Aで差し込み方向に押され、図11に示すように約45°傾く(ねじれ)。この結果、変形Oリング8は、図4及び図11に示すように、Oリング用ビード7の内面に傘部8aの外周面が円周で密着し、差込口4の外周には、傘部8aの周縁8cの一部と頸部8bが2点で密着する。
この2点での密着により、シール性が増大されると共に、仮に接続部において管に曲げや変形が発生しても、この2点での密着は変形によく追従して、シール性能を担保する。
また、変形Oリング8は、差込口4を差し込むときに、頸部8bが差し込み方向におされて傾き、差し込み力に対して逃げとなるため、差し込み易くなると共に、差込口4の先端が変形Oリング8の頸部8bに引っ掛かることがない。このため、従来のように、差込口4の先端にRを持たせてOリングに対する傷つけ防止加工を行う必要もない。
なお、変形Oリング8は、そのままでも良いが、好ましくは、図9に示すように、表面全体に固体潤滑剤被膜層16を形成して、管を接続する際のすべり摩擦を軽減するのが望ましい。特に、口径の大きな管の場合に有効である。固体潤滑剤としては、「モリドライ」又は「モリC−S」(住鉱潤滑剤株式会社)等を用いることができるが、勿論これに限定されない。
本実施例1は、請求項1に記載の発明に対応するもので、図3のCの位置において、受け口3内に差込口4を所定の位置まで差し込んだ時に、規定された力では抜けないように、そして、必要な場合には簡単に抜くことができるように工夫した抜け止め機構である。この抜け止め機構を図4及び図12〜図14に基づいて詳細に説明する。
図12は、抜け止め機構の分解図である。この図12において、9は、前述した受け口3の外周面の一部に形成された四角形の開口部であって、この開口部9は、管の円周方向に幅広く形成されていると共に、後縁には挫屈強度増大のための折り返し部9aが上側に形成されている。10は、この開口部9を覆うカバーであって、このカバー10は、中央部分が屋根状に高く形成されていて、内部に空間11が形成されていると共に、カバー10の前方は一段低く形成されており、スライドピース12がスライドできる入口10aが形成され、固定部10bを用いて受け口3の外表面に溶接される。
12は、スライドピースであって、このスライドピース12は、平面部12aの先端側にはU字状の係合部13が形成されていると共に、後端には、逆U字状の指掛け部14が形成されている。
この図12に示した抜け止め機構は、図4に示すように、カバー10内にスライドピース12の先端側であって、係合部13側を挿入し、指掛け部14側はカバー10の入口10aから前方に露出するようにして受け口3の外側に取り付けられる。
上記構成の抜け止め機構について、その作用を次に説明する。
図4は、ロック状態を示すもので、カバー10内において、スライドピース12の係合部13は、開口部9から差込口4側のロックビード4a内に落ち込み、ロック状態となっている。したがって、このままでは、差込口4は受け口3から抜けない。
そして、このロック状態を解除する場合には、図4に示すように、スライドピース12の指掛け部14に指を掛け、スライドピース12を矢印a方向に押し込むと、図13に示すように、スライドピース12の係合部13は、ロックビード4a及び開口部9の縁に沿ってせり上がり、カバー10内の空間11内に逃げ、ロックビード4aから完全に外れる。
この状態で差込口4側を図14の矢印c方向に引き抜くと、差込口4は受け口3から簡単に外れる。
なお、以上はロック状態からロック解除状態までの説明であるが、ロックを行う場合には、図14の状態で差込口4を受け口3内に挿入し、図13に示す所定の状態となった時に、スライドピース12の指掛け部14を図4の状態となるまで引き出すと、係合部13は弾性で開口部9からロックビード4a内に落ち込み、ロック状態となる。但し、先にスライドピース12の係合部13が開口部9内に落ち込んでいても、ヘミング加工部Aのテーパ作用で係合部13を押し上げるため、差し込みの障害とはならない。
本実施例2は、スライドピース12の向きを、実施例1の向きと逆方向に組み込んだ例であって、図15はロック状態であり、スライドピース12を図15において矢印b方向に引くと、図16に示すようにロックが解除状態となる。このロック解除状態で差込口4側を矢印c方向に引くと、簡単に受け口3内から差込口4側を引き抜くことができる。
図18は、スライドピース12において、管の受け口3の外周面の曲率に合わせて幅方向に凹状の円弧17を形成した例であって、請求項4に対応するものである。このように、スライドピース12に円弧17をつけておくと、係合部13はロックビード4aの曲率に沿って幅広く係合するため、係合強度(ロック強度)が増大すると共に、管が変形しても外れにくくなる。
また、円弧17を管の曲率に合わせてあるため、スライドピース12をスライドさせるときに、その動きが安定し、操作しやすくなる。なお、円弧17を管の曲率に合わせるとは云っても、同一である必要はなく、多少の誤差は勿論許容される。
本実施例3は、上記実施例1の抜け止め機構について、更にその性能を高め、扱い易さを追求した機構であって、スライドピース12の形状に工夫を凝らしたものである。
すなわち、実施例1の抜け止め機構との大きな違いは、スライドピース12の平面部12bの中間に反り12aが形成されている点と、平面部12bと係止部の角度及び係止部の先端のレベル及び係止部のU又はV字状の開き角度について最適な位置及び角度を追求した例である。
以下、具体的にスライドピース12の構造を説明する。スライドピース12は、図19(A)、(B)に示すように、スライドピース12の係止部13の開き角Qを鋭角(35°〜45°)に形成する。更に、係止部13の最先端13aのレベルhを、平面部12bを水平に置いた場合、板厚分プラス0.2mm〜0.5mm程度低く形成する。この寸法は、差込口4側を引き抜いた時に、差込口4側のロックビード4aに食い込む寸法である。この寸法は非常に重要で、0.5mm以上になると脱着時外れにくくなる。一方、比較例である図20(A)(B)に示すように、先端13aのレベルhが低くなりすぎると、容易に外れやすくなってしまう。
次に、スライドピース12において、平面部12bと係止部13を形成する背後面の角度Qを、図21(A)、(B)に示すように90°±3°に設定する。この理由は、図22(A)(B)に示す比較例のように、Q′が90°よりきつい鋭角になった場合、差込口4を受け口3に差し込んだとき、係止部13の下端面と差込口4の先端部が引っ掛かり、装着性が悪くなる。また、90°より鈍角になってしまうと、スライドピース12の係止部13側を押し上げる効果が働き、ロック機能を損なう恐れが発生する。
次に、図23(A)(B)に示すように、スライドピース12の平面部12bにおいて、平面部12bとB面12cを構成する中心の角度Qを163°反らせる。但し、プラスマイナス7°位でも機能を担保できる。この反り角度Qがついていないと、差込口4側を引き抜く場合、ロックビート4a方向に係止部13が出っ張ってしまい、挿入時の抵抗が大きくなる。また、比較例である図24(A)(B)に示すように、角度Q′が深い(156°以上)場合は、スライドピース12の動きが悪くなり、スライドピース12の係止部13が上手くロックビード4a内に装着できずロックが効かなくなる。
なお、スライドピース12において、係止部13の寸法は、平面部12bを水平に置いた場合、カバー10のクリアランス0.2mmと、折り返し部9aを含む板厚0.6mmと、排気管の受け口3と差込口4の口径差0.4mmと、ロックビード4aの深さ2.5mmを合計した3.7mmが理想的で、この寸法のプラスマイナス0.3mmまでは引抜き強度を基準以内に保つことができる。寸法が3.4mm以下になった場合は、スライドピース12の係止部13がロックビード4aに浅く入り、ロック機構が働かなくなる。また、4mm以上の寸法になると係止部13が受け口3の内径より飛び出しが大きくなり、差込口4の挿入時に引っ掛かりが大きくなる。このことはロック機構を解除しても外れないことを意味する。
次に、開口部9に形成した折り返し部9aについて説明する。
開口部9aを角穴のみの構造とした場合、スライドピース12の作用時に、開口部9の縁の強度が弱く、ここに挫屈が発生しやすくなる。これに対して、本発明では、開口部9において、スライドピース12が動く方向に2mm程度の折り返し部9aを外側に形成している。この折り返し部9aの目的は2つあり、一つ目は、開口部9aの強度を上げることである。この補強は、本発明では重要で、この部分の強度を上げることで、万が一外力が加わった場合でも、開口部9は変形することはなく、抜け止め機構を安定する役割をもつ。二つ目の機能は、折り返し部9aに支点を持つスライドピース12の上下方向のシーソー構造である。この折り返し部9aにスライドピース12の平面部12bが移動した場合、図19(B)に示すように、差込口4側のロックビード4aにスライドピース12の係止部13がしっかり食い込み、引抜けない構造となる。また、B面12cに折り返し部9aが移動した場合は、カバー10側にスライドピース12の係止部13が浮き上がって収納され、抜け止め機構の解除がしやすくなる。
燃焼器具と給排気管路の説明図 室内の換気用給排気管路の説明図 給排気管の外観の説明図 A−A´線断面図であって、ロック状態の説明図 管の接続部に曲げの力が作用して接続部が屈曲した状態の説明図 従来の管において、接続部に曲げの力が作用して接続部に挫屈が発生した比較例の説明図 変形Oリングの正面図 B−B´線断面図 変形Oリングの拡大断面図 外ビード内に変形Oリングを組み込んだ状態の説明図 変形Oリングが2点で密着したシール状態時の説明図 抜け止め機構の分解説明図 スライドピースを押し込んでロックを解除した状態の説明図 差込口を受け口から引き抜いている状態の説明図 スライドピースを引き出してロック解除を行う実施例2の説明図 ロックを解除した状態の説明図 差込口を引き抜いている状態の説明図 スライドピースの下面を管の曲率に合わせて円弧状に形成した例の説明図 (A)(B)は係止部を改良したスライドピースの説明図 (A)(B)は比較例の説明図 (A)(B)は係止部の角度を設定したスライドピースの説明図 (A)(B)は比較例の説明図 (A)(B)は反りを形成したスライドピースの説明図 (A)(B)は比較例の説明
1 給排気管
3 受け口
4 差込口
6 テーパ部
6a 折り返し
8 変形Oリング
10 カバー
12 スライドピース

Claims (1)

  1. 一端に他の管接続用受け口を形成し、他端に他の管の受け口内に差し込むための管接続用差込口を形成することにより継ぎ足して使用する給排気管において、前記受け口の外周面の一部には四角形の開口部を形成し、この開口部の外側には、内部にストッパー収容空間を形成したカバーを取り付け、このカバー内には、先端側に前記開口部から管の中心方向に落ち込むことができる断面U又はV字状の係止部を形成すると共に、この係止部の反対側には、前記カバーから露出した部分に指掛け部を形成したスライドピースを組み込み、前記受け口内にこのスライドピースの差込口側を所定の位置まで差し込んだ時、前記スライドピースの係止部が前記開口部から差込口の外周面に形成したロックビード内に落ち込んで抜け止めを行い、この状態で前記指掛け部に指を掛けてスライドピースを押し込んだ際、前記係止部がロックビード及び開口部の縁に沿ってせり上がり、係止部がロックビード内からカバー側のストッパー収容空間内に逃れることにより、継ぎ足した給排気管のロックが外れて受け口内から差込口側を引き抜くことができるように構成して成る給排気管。
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