JPWO2020250364A1 - 軸流ファン、送風装置、及び、冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[軸流ファン100]
図1は、実施の形態1に係る軸流ファン100の概略構成を示す正面図である。なお、図中の矢印で示す回転方向DRは、軸流ファン100の回転方向DRを示す。また、紙面に対して奥側は、軸流ファン100に対して気流の上流側となり、紙面に対して手前側は、軸流ファン100に対して気流の下流側となる。軸流ファン100に対して上流側は、軸流ファン100に対して空気の吸込側であり、軸流ファン100に対して下流側は、軸流ファン100に対して空気の吹出側である。また、回転軸RSは、軸流ファン100の回転軸であり、軸流ファン100は、回転軸RSを中心として回転方向DRに回転する。図1に示すY軸は、軸流ファン100の回転軸RSに対する径方向を表している。軸流ファン100のY1側に対するY2側は、軸流ファン100の内周側であり、軸流ファン100のY2側に対するY1側は、軸流ファン100の外周側である。
ハブ10は、回転駆動され回転軸RSを形成する。ハブ10は、回転軸RSを中心に回転する。軸流ファン100の回転方向DRは、図1中の矢印で示す反時計回りの方向である。ただし、軸流ファン100の回転方向DRは、反時計回りに限定されるものではなく、翼20の取り付け角度、あるいは、翼20の向き等を変更した構成にすることによって、時計回りに回転してもよい。ハブ10は、モータ(図示は省略)等の駆動源の回転軸と接続される。ハブ10は、例えば、円筒状に構成されてもよく、あるいは、板状に構成されてもよい。ハブ10は、上述したように駆動源の回転軸と接続されるものであればよく、その形状は限定されるものではない。
複数の翼20は、ハブ10から径方向外側に放射状に延びて構成されている。複数の翼20は、相互に周方向に離隔して設けられている。実施の形態1においては、翼20が3枚である態様を例示しているが、翼20の枚数はこれに限定されない。
図1に示す回転方向DRに軸流ファン100が回転すると、各翼20は、正圧面25によって周囲の空気を押し出す。これにより、図1の紙面と直交する方向に流れる、より詳しくは、図1に示す回転方向DRに軸流ファン100が回転すると、図1の紙面奥側から紙面手前側に向かう気流が発生する。また、軸流ファン100が回転すると、各翼20の周囲では、正圧面25側と負圧面26側とで圧力差が生じる。詳しくは、負圧面26側の圧力が正圧面25側の圧力よりも小さくなる。
図5は、比較例に係る軸流ファン100Lの翼20Lの概略構成を示す正面図である。図6は、図5の翼20LのB−B線断面図である。図6に示すB−B線断面は、回転軸RSを中心とした径方向におけるある特定の位置において、前縁部21と後縁部22とを通る弧に沿った翼20の断面である。なお、図5に示すB−B線断面は、回転軸RSを中心とした径方向におけるある特定の位置の翼断面WSである。翼断面WSは、図5に示すように、翼20Lを回転軸RSの軸方向と平行に見た平面視における前縁部21と後縁部22とを通る弧状の断面部分である。図6に示す翼断面WSは、翼断面WSを翼20Lの径方向に見た断面図である。
[軸流ファン100A]
図7は、実施の形態2に係る軸流ファン100Aの翼20Aの概略構成を示す正面図である。図8は、図7の翼20AのC−C線断面図である。図9は、図7の翼20AのD−D線断面図である。図7〜図9を用いて翼20Aの詳細な構成について説明する。なお、図1〜図6の軸流ファン100と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図7に示すC−C線断面は、回転軸RSを中心とした径方向におけるある特定の位置の翼断面BS1である。また、図7に示すD−D線断面は、回転軸RSを中心とした径方向におけるある特定の位置の翼断面BS2である。翼断面BS1及び翼断面BS2は、図7に示すように、翼20Aを回転軸RSの軸方向と平行に見た平面視における前縁部21と後縁部22とを通る弧状の断面部分である。また、翼断面BS2は、翼断面BS1よりも外周側に位置しており、翼断面BS1は、翼断面BS2よりも内周側に位置している。図8及び図9に示す翼断面BS1及び翼断面BS2は、翼断面BS1及び翼断面BS2を径方向から見た翼20Aの断面図である。
翼20Aの第2翼断面である翼断面BS2は、回転方向DRにおいて、前縁部21と後縁部22との間の翼20全体において正圧面25が凹むように形成された外周側凹部46を有している。外周側凹部46が、内周側に位置する正圧面25側に形成された凸部30による圧力低下領域PAよりも高圧を確保できるため、軸流ファン100Aは、その圧力差によって外周側から内周側へ向かう気体の径方向成分の流れを大きくすることができる。そのため、軸流ファン100Aは、外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを抑制することができ、翼端渦の成長を抑制することができる。また、軸流ファン100Aは、外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを抑制することで高静圧化することができる。そして、軸流ファン100Aは、高静圧化できることでファン効率を向上させ、ファン入力を低減できる。また、軸流ファン100Aは、必要風量を確保するための回転数を低減できるため、騒音を低減できる。
[軸流ファン100B]
図10は、実施の形態3に係る軸流ファン100Bの翼20Bの断面図である。なお、翼20Bの断面図は、図1のA−A線における翼断面BS、または、図7のC−C線における翼断面BS1における断面図である。図10を用いて翼20Bの詳細な構成について説明する。なお、図1〜図9の軸流ファン100及び軸流ファン100Aと同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
軸流ファン100Bを搭載するユニットが、高い圧力損失が生じるように構成されているほど、軸流ファン100Bの回転する翼20と、翼20に向かう気体との相対速度の場において、回転軸RSを基準とした前縁部21に流入する気体の角度は高角度となる。なお、高角度とは、回転軸RSに対して垂直な角度である。軸流ファン100Bの翼20Bは、前縁側凹部45を有することで、前縁部21の入口角α1が、回転方向DRに近づく。そのため、軸流ファン100Bは、回転軸RSを基準とした翼20Bの前縁部21の角度(入口角α1)が高角度となり、気体の流れを翼20に沿わせることができる。
[軸流ファン100C]
図11は、実施の形態4に係る軸流ファン100Cの翼20Cの概略構成を示す正面図である。図12は、図11の翼20CのE−E線断面図である。図13は、図11の翼20CのF−F線断面図である。図11〜図13を用いて翼20Cの詳細な構成について説明する。なお、図1〜図10の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図12に示すE−E線断面は、回転軸RSを中心とした径方向におけるある特定の位置の翼断面BS4である。また、図13に示すF−F線断面は、回転軸RSを中心とした径方向におけるある特定の位置の翼断面BS5である。翼断面BS4及び翼断面BS5は、図11に示すように、翼20Cを回転軸RSの軸方向と平行に見た平面視における前縁部21と後縁部22とを通る弧状の断面部分である。また、翼断面BS5は、翼断面BS4よりも外周側に位置しており、翼断面BS4は、翼断面BS5よりも内周側に位置している。図12及び図13に示す翼断面BS4及び翼断面BS5は、翼断面BS4及び翼断面BS5を径方向から見た翼20Cの断面図である。
一般に翼の後縁部の出口角θが小さいと、その断面において、翼が立った状態となるため、軸流ファンは、回転時の風量を大きくすることができる。そして、軸流ファンは、翼の径方向において風量に大きな差があると、風量が大きい領域に向かって径方向の空気の流れが発生する。軸流ファン100Cの翼20Cは、第1出口角θ1が第2出口角θ2よりも小さくなるように構成されている。軸流ファン100Cの翼20Cは、第1出口角θ1が第2出口角θ2よりも小さくなるように構成されていることで、正圧面25側において凸部30を設けた径方向領域内の風量を充分に確保できる。そのため、軸流ファン100Cは、翼20の第1出口角θ1と第2出口角θ2とが等しくとなるように構成されている場合と比較して、外周側から内周側へ向かう径方向成分の気体の流れを更に多く発生させることができる。
[軸流ファン100D]
図14は、実施の形態5に係る軸流ファン100Dの翼20Dの概略構成を示す正面図である。図15は、図14の翼20Dの凸部30を通る回転方向に沿った断面図である。図14〜図15を用いて翼20Dの詳細な構成について説明する。なお、図1〜図13の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図14に示す領域47は、径方向において凸部30が形成されている領域の一例を示すものである。また、図14において一点鎖線でしめす曲線48は、突出量が最も大きい凸部頂点31の径方向における形成位置の一例を示すものである。図14に示す領域47及び曲線48の位置は一例であり、当該位置に限定されるものではない。
一般に、軸流ファンは径方向外周側ほど回転時の風量あるいは圧力等の出力が大きく、効率が良い。軸流ファン100Dは、凸部30を有することで上述したように、内周側へ向かう径方向成分の気体の流れを発生させ、外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを抑制することができ、翼端渦の成長を抑制することができる。さらに、軸流ファン100Dは、凸部30の突出量が最も大きくなる凸部頂点31の形成位置を径方向の外周寄りにすることで、内周側へ引き込む流れをファン径方向位置の外周寄りにすることができる。そのため、軸流ファン100Dは、凸部頂点31を径方向において距離0.5R以下の位置に形成するよりも、回転時の風量あるいは圧力等の出力を増大させることができ、高効率化することができるため、ファン入力を低減できる。
[軸流ファン100E]
図16は、実施の形態6に係る軸流ファン100Eの翼20Eの概略構成を示す正面図である。図16を用いて翼20Eの詳細な構成について説明する。なお、図1〜図15の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図16に示す領域47は、径方向において凸部30が形成されている領域の一例を示すものである。図16に示す領域47の範囲及び位置は一例であり、当該範囲及び位置に限定されるものではない。
軸流ファン100Eは、凸部30が距離Ri<距離Ro<距離R、かつ、距離Rb<距離Ri<距離0.5Rとなるように形成されており、径方向に延びるように形成されている。軸流ファン100Eは、凸部30を軸流ファン100Eの径方向の内周側まで形成されていることで、径方向に延びるように形成されていない凸部30を有する軸流ファンと比較して内周側へ向かう径方向成分の気体の流れを更に増大させることができる。その結果、軸流ファン100Eは、外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを抑制することができる。
[軸流ファン100F]
図18は、実施の形態7に係る軸流ファン100Fの翼20Fの概略構成を示す正面図である。図18を用いて翼20Fの詳細な構成について説明する。なお、図1〜図17の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図18に示す領域47は、径方向において凸部30が形成されている領域の一例を示すものである。図18に示す領域47の範囲及び位置は一例であり、当該範囲及び位置に限定されるものではない。
軸流ファン100Fは、凸部30を内周側は前縁部21寄り、外周側は後縁部22寄りに形成することで、凸部30の後方の圧力低下領域PAが、外周側に向かうにつれ後縁部22側へ移動する。翼面における気体の流れは、その周囲に対し相対的に圧力が低下した領域を通過する傾向があるため、軸流ファン100Fは、内周側で翼20に流入した気体流れは外周側へ向かうようになる。そのため、軸流ファン100Fは、気体の流れを軸流ファン100の径方向位置の外周寄りにすることができる。そのため、軸流ファン100Fは、凸部30を径方向と平行な方向に延びるように形成した場合と比較して、回転時の風量あるいは圧力等の出力を増大させることができ、高効率化することができるため、ファン入力を低減できる。
[軸流ファン100G]
図19は、実施の形態8に係る軸流ファン100Gの翼20Gの概略構成を示す正面図である。図19を用いて翼20Gの詳細な構成について説明する。なお、図1〜図18の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図19に示す領域47は、径方向において凸部30が形成されている領域の一例を示すものである。図19に示す領域47の範囲及び位置は一例であり、当該範囲及び位置に限定されるものではない。
一般に、室外機は、高い圧力損失が生じるように構成されているほど、軸流ファンによる出力の寄与が軸流ファンの外周側で高くなる。そして、軸流ファンによる出力の寄与が軸流ファンの外周側で高くなると、軸流ファンの径方向の外周側へ向かう気体の流れが増大する。このように高い圧力損失が生じるように構成されている室外機においては、充分に内周側へ向かう径方向成分の気体の流れを確保する必要がある。軸流ファン100Gは、凸部30が、軸流ファン100Gの径方向において、外周側から内周側へ向かうにつれて前縁部21側から後縁部22側に位置するように形成されている。軸流ファン100Gは、凸部30を内周側は後縁寄り、外周側は前縁寄りに形成することで、凸部30後方の圧力低下領域PAが、内周側に向かうにつれ後縁部22側へ移動する。そのため、軸流ファン100Fは、内周側へ向かう径方向成分の気体の流れをより増大させることができ、高圧損な室外機においても外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを抑制することができる。
[軸流ファン100H]
図20は、実施の形態9に係る軸流ファン100Hを子午面に回転投影した形状の一例を示す図である。すなわち、図20は、軸流ファン100Hを回転させた際に、側面から見た翼20Hの存在領域を示した図である。図20に示す白抜き矢印Fは、気体の流れる方向を示している。軸流ファン100Hが作動すると、気体は、軸流ファン100Hの上流側UAから下流側DAに向かって流れている。図21は、図20に示す翼20Hの翼断面の構成を説明する図である。図20及び図21を用いて軸流ファン100Hの詳細な構成について説明する。なお、図1〜図19の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
回転軸RSと翼20とを含む子午面に回転投影させた場合の翼20の形状において、第1翼弦中心27aは、第2翼弦中心27bよりも、回転軸RSの軸方向において、翼20の回転による気流の下流側に位置するように形成されている。軸流ファン100Hは、径方向の最外周の翼弦中心を最内周の翼弦中心に対して軸方向の下流側に位置させることで、翼20から気流に働く力を内向きにして、図20の矢印F2に示すように駆動時に径方向の内側に向かう気体の流れを発生させる。また、軸流ファン100Hは、凸部30を有している。軸流ファン100Hは、凸部30を有しており、外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを抑制することができる。軸流ファン100Hは、凸部30を有し、径方向の最外周の翼弦中心を最内周の翼弦中心に対して軸方向の下流側に位置させることで当該構成の相乗効果によって、外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを更に抑制することができる。
[軸流ファン100I]
図22は、実施の形態10に係る軸流ファン100Iの翼20Iの概略構成を示す正面図である。図22は、翼20Iを回転軸RSの軸方向と平行に見た平面視における翼20Iを示している。図21〜図22を用いて翼20Iの詳細な構成について説明する。なお、図1〜図21の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
軸流ファン100Iは、翼20Iを回転軸RSの軸方向と平行に見た平面視の翼20の形状において、第1翼弦中心27aが、第2翼弦中心27bよりも、回転方向DRにおいて、前方に位置するように形成されている。軸流ファン100Iは、径方向の最外周の翼弦中心を最内周の翼弦中心に対して回転方向側に位置させることで、翼20から気流に働く力を内向きにして、図22の矢印F3に示すように駆動時に径方向の内側に向かう気体の流れを発生させる。また、軸流ファン100Iは、凸部30を有している。軸流ファン100Iは、凸部30を有しており、外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを抑制することができる。軸流ファン100Hは、凸部30を有し、径方向の最外周の翼弦中心を最内周の翼弦中心に対して回転方向側に位置させることで当該構成の相乗効果によって、外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを更に抑制することができる。
[冷凍サイクル装置70]
本実施の形態11は、上記実施の形態1〜10の軸流ファン100等を、送風装置としての冷凍サイクル装置70の室外機50に適用した場合について説明する。
実施の形態11においても、対応する上記実施の形態1〜10と同様な利点が得られる。例えば、上述したように軸流ファン100〜軸流ファン100Iは、外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを抑制することができる。また、軸流ファン100等は、外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを抑制することで高静圧化することができる。そして、軸流ファン100等は、高静圧化できることでファン効率を向上させ、ファン入力を低減できる。また、軸流ファン100等は、必要風量を確保するための回転数を低減できるため、騒音を低減できる。この軸流ファン100〜軸流ファン100Iのいずれか1つ以上を送風装置に搭載すれば、送風装置は、ファン入力を低減でき、騒音を低減することができる。また、圧縮機64と熱交換器などで構成される冷凍サイクル装置70である空気調和機又は給湯用室外機に搭載すれば、低騒音かつ高効率で熱交換器の通過風量を稼ぐことができ、機器の低騒音化と省エネルギー化を実現することができる。
図28は、実施の形態12に係る冷凍サイクル装置70の上面側から室外機50の構成を説明するための図である。実施の形態12に係る冷凍サイクル装置70は、実施の形態11に係る冷凍サイクル装置の構成を更に特定するものである。なお、図1〜図22の軸流ファン100等及び図23〜図27の冷凍サイクル装置70と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。上記実施の形態1〜10に係る軸流ファン100等を、送風装置としての実施の形態11に係る冷凍サイクル装置70の室外機50に適用した場合について説明する。なお、以下の説明における軸流ファン100について説明は、実施の形態1〜実施の形態10に係る軸流ファン100〜軸流ファン100Iの何れか1つ以上が適用される。
軸流ファン100は、外周縁部23で正圧面25側から負圧面26側に気体が流れる気体の漏れが生じると、気体は軸流ファン100を囲うベルマウス63と衝突し、大きな騒音源となる。そのため、送風装置である室外機50は、軸流ファン100の凸部30が、回転軸RSの軸方向において、ベルマウス63の上流側端部63aと同じ位置に配置され、または、凸部30の全体がベルマウス63内に配置されている。送風装置である室外機50は、当該構成を備えることで、軸流ファン100等の外周縁部23において正圧面25側から負圧面26側に流れる気体の漏れを抑制することができる。その結果、室外機50は、気流がベルマウスに衝突することを抑制でき、騒音を低減することができる。
Claims (17)
- 回転駆動され回転軸を形成するハブと、
前記ハブに接続され、前縁部と、後縁部とを有する翼と、
を備え、
前記翼は、
前記前縁部と前記後縁部との間の前記翼の回転方向に沿った翼断面であって、径方向の最外周となる外周縁部よりも内周側の領域の第1翼断面において、
正圧面の一部が凸となるように形成された凸部と、
前記凸部と前記後縁部との間で前記正圧面の一部が凹むように形成された第1凹部と、
を有し、
前記凸部は、
前記凸部の頂点となる凸部頂点が、前記第1翼断面において、前記前縁部と前記後縁部との間の中間位置よりも前記後縁部側に位置するように形成されている軸流ファン。 - 前記凸部が複数形成されている請求項1に記載の軸流ファン。
- 前記翼は、
前記径方向において前記凸部よりも外周側に位置し、前記前縁部と前記後縁部との間の前記翼の前記回転方向に沿った翼断面であって、前記外周縁部よりも内周側の領域の第2翼断面において、
前記回転方向において前記前縁部と前記後縁部との間の前記正圧面が凹むように形成された外周側凹部を有している請求項1又は2に記載の軸流ファン。 - 外周側凹部は、
翼板が前記回転方向とは反対方向及び前記翼の回転による気流の上流側に、凸となるように湾曲しており弧を描くように反っている請求項3に記載の軸流ファン。 - 前記翼は、
前記第1翼断面において、前記凸部と前記前縁部との間で前記正圧面の一部が凹むように形成された第2凹部を有している請求項1〜3のいずれか1項に記載の軸流ファン。 - 前記第1翼断面において、前記回転方向における前記凸部の後方に位置する前記後縁部の向きを示す出口角を第1出口角と定義し、前記第2翼断面において、前記後縁部の向きを示す出口角を第2出口角と定義した場合に、
前記翼は、
前記第1出口角が前記第2出口角よりも小さくなるように形成されている請求項3に記載の軸流ファン。 - 前記回転軸と前記外周縁部の最外周位置との間の距離を距離Rと定義した場合に、
前記凸部頂点は、
前記径方向において、距離0.5R以上の位置に形成されている請求項1〜6のいずれか1項に記載の軸流ファン。 - 前記径方向において、前記回転軸と前記凸部の内周側の形成位置との距離を距離Riと定義し、前記回転軸と前記凸部の外周側の形成位置との距離を距離Roと定義し、前記回転軸を中心とした前記ハブの半径を距離Rbと定義した場合に、
前記凸部は、
距離Ri<距離Ro<距離R、かつ、距離Rb<距離Ri<距離0.5Rとなるように形成されており、前記径方向に延びるように形成されている請求項7に記載の軸流ファン。 - 前記径方向において、前記回転軸と前記凸部の内周側の形成位置との距離を距離Riと定義し、前記回転軸と前記凸部の外周側の形成位置との距離を距離Roと定義し、前記回転軸を中心とした前記ハブの半径を距離Rbと定義し、前記回転軸と前記外周縁部の最外周位置との間の距離を距離Rと定義した場合に、
前記凸部は、
距離Ri<距離Ro<距離R、かつ、距離Rb<距離Ri<距離0.5Rとなるように形成されており、前記径方向に延びるように形成されている請求項1〜6のいずれか1項に記載の軸流ファン。 - 前記凸部は、
前記径方向において、外周側から内周側へ向かうにつれて前記後縁部側から前記前縁部側に位置するように形成されている請求項8又は9に記載の軸流ファン。 - 前記凸部は、
前記径方向において、外周側から内周側へ向かうにつれて前記前縁部側から前記後縁部側に位置するように形成されている請求項8又は9に記載の軸流ファン。 - 前記前縁部と前記後縁部とを結ぶ仮想の直線を翼弦線と定義し、
前記翼弦線の中心を翼弦中心と定義した場合に、
前記回転軸と前記翼とを含む子午面に回転投影させた場合の前記翼の形状において、
前記翼の最外周の同一半径上に位置する第1翼弦線の第1翼弦中心は、
前記翼の最内周の同一半径上に位置する第2翼弦線の第2翼弦中心よりも、前記回転軸の軸方向において、前記翼の回転による気流の下流側に位置するように形成されている請求項1〜11のいずれか1項に記載の軸流ファン。 - 前記前縁部と前記後縁部とを結ぶ仮想の直線を翼弦線と定義し、
前記翼弦線の中心を翼弦中心と定義した場合に、
前記翼を前記回転軸の軸方向と平行に見た平面視において、
前記翼の最外周の同一半径上に位置する第1翼弦線の第1翼弦中心は、
前記翼の最内周の同一半径上に位置する第2翼弦線の第2翼弦中心よりも、前記回転方向において前方に位置するように形成されている請求項1〜11のいずれか1項に記載の軸流ファン。 - 前記翼を前記回転軸の軸方向と平行に見た平面視において、
前記第1翼弦線の第1翼弦中心は、前記第2翼弦線の第2翼弦中心よりも、前記回転方向において前方に位置するように形成されている請求項12に記載の軸流ファン。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載の軸流ファンと、
前記軸流ファンに駆動力を付与する駆動源と、
前記軸流ファン及び前記駆動源を収容するケーシングと、を備えた送風装置。 - 前記軸流ファンの外周側を囲い、前記軸流ファンにより形成される気体の流れを整えるベルマウスを更に備え、
前記凸部は、
前記回転軸の軸方向において、前記ベルマウスの上流側端部と同じ位置に配置され、または、前記凸部の全体が前記ベルマウス内に配置されている請求項15に記載の送風装置。 - 請求項15又は16に記載の送風装置と、
凝縮器及び蒸発器を有する冷媒回路と、
を備え、
前記送風装置は、
前記凝縮器及び前記蒸発器の少なくとも一方に空気を送風する冷凍サイクル装置。
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