KR20080096782A - 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치 - Google Patents

냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치 Download PDF

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다카유키 세토구치
마코토 고지마
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

복수의 패스를 가지는 냉동 장치용 열교환기의 각 패스에 대해, 복수의 패스를 구비한 냉매 분류기를 통해 냉매를 공급하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치로서, 냉매 분류기의 각 패스에 전자 개폐 밸브를 설치하여 단위 시간당 각 전자 개폐 밸브가 개폐하는 횟수의 차에 의해, 각 패스를 흐르는 냉매의 유량을 상대적으로 조정한다.

Description

냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치{FREEZER HEAT EXCHANGER COOLANT FLOW DIVIDER CONTROL DEVICE}
본 발명은, 공기 조화기 등의 냉동 장치에 관하여, 특히 냉동 장치용 열교환기의 복수의 패스에 대해, 적절히 냉매를 분류시키는 냉매 분류기 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화기 등의 냉동 장치에 있어서, 실내 열교환기 등의 복수의 패스를 가지는 열교환기에는, 열교환기에 유입하는 냉매를 동일 열교환기의 각 패스에 분배하기 위해, 복수의 분류 패스를 가지는 냉매 분류기가 설치되어 있다. 냉매 분류기에서는, 정격 운전시에 맞추어 각 분류 패스를 흐르는 냉매의 분배비가 결정되어 있다.
따라서, 정격 운전시에는, 열교환기의 출구 부근에서, 각 패스의 출구 부근을 흐르는 냉매의 온도는 대략 같게 된다. 그러나, 냉매의 유량이 적은 저부하(부분 부하) 시에는, 열교환기의 송풍 통로의 위치를 따라 다른 풍속의 영향을 받는다. 즉, 풍속이 높은 위치의 패스에서는 열교환 용량에 여유가 있기 때문에, 출구 부근을 흐르는 냉매의 온도는 높아진다. 한편, 풍속이 낮은 위치의 패스에서는 열교환 용량에 여유가 없어지기 때문에, 출구 부근을 흐르는 냉매의 온도는, 풍속이 높은 위치의 패스의 출구 부근에서의 냉매 온도보다 낮아진다.
이러한 문제를 해결하는 방법의 하나로서, 열교환기의 각 패스에 냉매 유량 조정 밸브를 설치하여 각 패스의 출구 부근에 설치한 온도 검출기의 검출 온도에 따라 각 패스를 흐르는 냉매의 유량을 조절함으로써, 각 패스의 출구 부근의 온도(건조도)를 맞추어 있었다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조).
[특허 문헌 1：일본 특허 공개 평5-118682호 공보]
그러나, 이러한 종래의 냉매 분류 장치의 경우, 복수의 패스의 각각에 고가이고 대형의 전동 팽창 밸브로 이루어지는 냉매 유량 조절 밸브가 설치되기 때문에, 필연적으로 장치의 사이즈 증대 및 비용 증대 연결된다. 공기 조화기 등의 냉동 장치에 이용되는 열교환기를 도 9에 나타낸다. 이 열교환기(1)에 의하면, 냉방 운전시의 쾌적성을 높이기 위해, 냉방 운전 사이클에서, 압축기의 능력 또는 팬의 풍량을 조임으로써 실내 공기의 습도를 내리는 제습 운전을 행할 수 있다. 또, 제습 운전의 방식으로서 실내 공기를 냉각하여 제습한 후, 그대로의 상태로 실내에 송출되는 통상의 「드라이 운전」과, 실내 공기를 냉각해 제습한 후, 또한 흡입 온도 부근에까지 재가열하고 실내에 송풍하는 「재열 드라이 운전」의 2종의 드라이 운전이 있다. 이들 2가지의 운전 방식을 실시 가능한 증발기용 열교환기(11)는, 전면측, 즉, 공기류의 상류측에 제습용 열교환기(12)를 구비하여 후방측, 즉, 공기류의 하류측에 재열 드라이용 열교환기(13)를 구비한다. 그들 증발기용 열교환기(11), 제습용 열교환기(12) 및 재열 드라이용 열교환기(13)에는, 냉매 분류기(3)의 제1~ 제4 패스(P1~P4)가 도 9에 나타내는 바와 같이 접속되어 있다. 각 열교환기에는, 냉매 분류기(3)의 각 패스(P1~P4)를 통해 냉매 공급 배관(4)으로부터 냉매가 공급된다.
이 열교환기(1)의 경우, 증발기용 열교환기(11) 및 제습용 열교환기(12)는, 그들의 상부(11a, 12a), 중앙부(11b, 12b), 하부(11c, 12c)의 각 부분에 있어서, 공기류의 유속이 각각 다르다. 이에 의해, 각 부분에서는 열교환 용량의 차이가 생겨 각 패스(P1~P4)를 흐르는 냉매에 대해 출구 부근의 온도가 다르다는 문제가 생긴다.
이 경우, 각 패스(P1~P4)의 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)에 부가하여, 재열 드라이용 열교환기(13)를 위한 재열 드라이 밸브(V5, V6 )가 더 필요하게 되어, 모두 6개의 냉매 유량 조정 밸브(전동 팽창 밸브)가 필요하게 된다. 이에 의해, 장치에 대해 사이즈 증대 및 비용 증대가 생긴다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 「재열 드라이 운전」기능을 가지지 않는 열교환기(1)의 경우도, 적어도 4개의 냉매 유량 조정 밸브(전동 팽창 밸브)(V1~V4)가 필요하게 된다.
본 발명의 목적은, 소형이고, 또한 저코스트인 온 및 오프형의 전자 개폐 밸브를 채용하고, 그들이 단위 시간당 개폐하는 횟수의 차에 의해, 각 패스를 흐르는 냉매의 유량을 상대적으로 조정할 수 있는 공기 조화기용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 형태에 의하면, 복수의 패스를 가지는 냉동 장치용 열교환기의 각 패스에 대해, 복수의 패스를 구비한 냉매 분류기를 통해 냉매를 공급하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치가 제공된다. 이 장치에 의하면, 냉매 분류기의 각 패스에 전자 개폐 밸브가 설치되어 있고, 단위 시간당 각 전자 개폐 밸브가 개폐하는 횟수의 차에 의해, 각 패스를 흐르는 냉매의 유량을 상대적으로 조정한다.
이 구성에 의하면, 밸브 개도를 변경하여 냉매의 유량을 고정밀하게 조정하는 전동 팽창 밸브로 이루어지는 냉매 유량 조정 밸브가 불필요하게 된다. 따라서, 종래의 구성에 비해, 밸브부의 사이즈 증대 및 비용 증대가 억제된다. 또, 전동 팽창 밸브를 재열 드라이 밸브의 기능과 겸용시킬 수도 있고, 재열 드라이 운전이 가능할 경우, 재열 드라이 밸브에 대해서도 이와 동일하게 구성할 수 있다.
상기의 냉매 분류기 제어장치에 있어서, 각 전자 개폐 밸브를 소정의 듀티비에 따라 개폐함으로써, 각 패스를 흐르는 냉매의 유량을 상대적으로 조정한다. 이 구성에 의하면, 밸브 개도를 변경하여 냉매의 유량을 고정밀하게 조정하는 전동 팽창 밸브로 이루어지는 냉매 유량 조정 밸브가 불필요하게 된다. 따라서, 종래의 구성에 비해, 밸브부의 사이즈 증대 및 비용 증대가 억제된다. 또, 전자 개폐 밸브는 재열 드라이 밸브의 기능과 겸용시킬 수도 있고, 재열 드라이 밸브에 대해서도 이와 동일하게 구성할 수 있다.
상기의 냉매 분류기 제어장치에 있어서, 각 전자 개폐 밸브를 소정의 주기로 자려(自勵) 진동시킴으로써, 각 패스를 흐르는 냉매의 유량을 상대적으로 조정한다. 이 구성에 의하면, 밸브 개도를 변경해 냉매의 유량을 고정밀하게 조정하는 전동 팽창 밸브로 이루어지는 냉매 유량 조정 밸브가 불필요하게 된다. 따라서, 종래의 구성에 비해, 밸브부의 사이즈 증대 및 비용 증대가 억제된다. 또, 전자 개폐 밸브는 재열 드라이 밸브의 기능과 겸용시킬 수도 있고, 재열 드라이 밸브에 대해서도 이와 동일하게 구성할 수 있다.
상기의 냉매 분류기 제어장치에 있어서, 전자 개폐 밸브는 직동식 전자 밸브이다. 이 구성에 의하면, 밸브 개도를 변경해 냉매의 유량을 고정밀하게 조정하는 전동 팽창 밸브로 이루어지는 냉매 유량 조정 밸브가 불필요하게 된다. 따라서, 종래의 구성에 비해, 밸브부의 사이즈 증대 및 비용 증대가 억제된다. 또, 전자 개폐 밸브는 재열 드라이 밸브의 기능과 겸용시킬 수도 있고, 재열 드라이 밸브에 대해서도 이와 동일하게 구성할 수 있다.
상기의 냉매 분류기 제어장치에 있어서, 전자 개폐 밸브는 로터리식 전자 밸브이다. 이 구성에 의하면, 종래와 같은 밸브 개도의 가변에 의해 유량을 고정밀하게 조정하는 전동 팽창 밸브로 이루어지는 냉매 유량 조정 밸브가 불필요하게 된다. 따라서, 밸브부의 사이즈 증대 및 비용 증대가 억제된다. 또, 전자 개폐 밸브는 재열 드라이 밸브의 기능과 겸용시킬 수도 있고, 재열 드라이 밸브를 이와 동일하게 구성할 수 있다.
상기의 냉매 분류기 제어장치에 있어서, 전자 개폐 밸브는 슬라이드식 전자 밸브이다. 이 구성에 의하면, 밸브 개도를 변경해 냉매의 유량을 고정밀하게 조정하는 전동 팽창 밸브로 이루어지는 냉매 유량 조정 밸브가 불필요하게 된다. 따라서, 종래의 구성에 비해, 밸브부의 사이즈 증대 및 비용 증대가 억제된다. 또, 전자 개폐 밸브는 재열 드라이 밸브의 기능과 겸용시킬 수도 있고, 재열 드라이 밸브에 대해서도 이와 동일하게 구성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고가이고, 또한 고정밀한 전동 팽창 밸브로 이루어지는 전자 유량 조정 밸브를 대신하여, 저가격이고, 또한 간편한 구조의 직동형전자 밸브를 냉매 유량 조정 밸브로서 사용할 수 있다. 따라서, 냉매 분류 장치의 소형화, 저코스트화에 기여할 수 있다. 이 때문에, 재열 드라이 운전용 열교환기를 구비하는 공기 조화기 등일 경우, 냉동 장치용 열교환기의 복수 패스에 대해, 적절히 냉매를 분류시키기 위한 냉매 분류 장치로서 최적이다.
도 1a, b는 제1 실시 형태의 냉매 분류기 제어장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 냉매 분류기 제어장치의 제어 신호를 나타내는 타임 차트이다.
도 3a, b는 제2 실시 형태의 냉매 분류기 제어장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 4는 냉매 분류기 제어장치의 제어 신호를 나타내는 타임 차트이다.
도 5는 제3 실시 형태의 냉매 분류기 제어장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 6a, b는 냉매 분류기 제어장치의 주요부의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7은 냉매 분류기 제어장치의 제어 신호를 나타내는 타임 차트이다.
도 8은 제4 실시 형태의 냉매 분류기 제어장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 9는 재열 드라이 운전 기능을 구비하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 10은　재열 드라이 운전 기능을 구비하지 않는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
(제1 실시 형태)
본 실시 형태의 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)는, 도 9, 도 10에 나타내는 종래의 공기 조화기용 열교환기(1)에서 냉매 분류기(3)의 각 패스(P1~P4)를 흐르는 냉매의 유량을 제어하기 위해 사용된다.
도 1a, b에 나타내는 바와 같이, 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)는, 플런저 헤드(밸브 본체(6a)) 및 플런저 로드(6b)로 이루어지는 전자 플런저(6)와 플런저 로드(6b)를 위쪽으로 이동시키는 솔레노이드 코일(7)과, 플런저 로드(6b)를 아래쪽으로 탄성 지지하는 폐밸브 스프링(10)을 구비한다. 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)는, 온·오프 작동형의 직동식의 전자 밸브로 이루어진다. 플런저 헤드(6a)는, 각 패스(P1~P4)의 슬리브 형상의 파이롯 입구부(8) 내에 설치된 벨브 시트벽(9)과 대향하 여 배치되어 있다.
이 실시 형태의 경우, 도 2(a~d)에 나타내는 다른 듀티 비의 제어 신호에 의해, 직동식 전자 밸브가, 온 상태(도 1(a)의 통전 상태)와 오프 상태(도 1(b)의 비통전 상태)로 전환된다. 이와 같이 하여 직동식 전자 밸브를 개폐함으로써, 각 패스를 흐르는 냉매의 단위 시간당의 유량이, 각 패스(P1~P4)의 부하 상태(편류 상태)에 따라 적절히 조정된다.
이 구성에 의하면, 고가이고, 또한 고정밀한 전동 팽창 밸브로 이루어지는 전자 유량 조정 밸브를 대신하여, 저가격이고, 또한 간편한 구조의 직동형 전자 밸브를 냉매 유량 조정 밸브로서 사용할 수 있다. 따라서, 냉매 분류 장치의 소형화, 저코스트화에 기여할 수 있다. 이 때문에, 재열 드라이 운전용 열교환기를 구비하는 공기 조화기 등일 경우, 냉동 장치용 열교환기의 복수의 패스에 대해 적절히 냉매를 분류시키기 위한 냉매 분류 장치로서 최적이다.
(제2 실시 형태)
본 실시 형태의 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)도, 도 9, 도 10에 나타내는 종래의 공기 조화기용 열교환기(1)에서 냉매 분류기(3)의 각 패스(P1~P4)를 흐르는 냉매의 유량을 제어하기 위해 사용된다.
도 3(a, b)에 나타내는 바와 같이, 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)는, 플런저 헤드(밸브 본체(6a)) 및 플런저 로드(6b)로 이루어지는 전자 플런저(6)와, 플런저 로드(6b)를 위쪽으로 이동시키는 솔레노이드 코일(7)과, 플런저 로드(6b)를 아래쪽 으로 탄성 지지하는 폐밸브 스프링(10)을 구비한다. 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)는, 온·오프 작동형의 직동식의 전자 밸브로 이루어진다. 플런저 헤드(6a)는, 각 패스(P1~P4)의 슬리브 형상의 파이롯 입구부(8) 내에 설치된 벨브 시트벽(9)과 대향하여 배치되어 있다.
이 실시 형태의 경우, 도 4a~d에 나타내는 밸브 본체부를 완전히 폐쇄시키지 않는 다른 듀티비의 자려진동 제어 신호에 의해, 직동식 전자 밸브가, 온 상태(도 3(a)에 나타내는 통전 상태)와 오프 상태(도 3(b)에 나타내는 비통전 상태)로 전환된다. 이와 같이 하여 직동식 전자 밸브를 승강 진동 상태로 개폐함으로써, 각 패스를 흐르는 냉매의 단위 시간당의 유량이, 각 패스(P1~P4)의 부하 상태(편류 상태)에 따라 적절히 조정된다.
이 구성에 의하면, 제1 실시 형태와 같이, 고가이고, 또한 고정밀한 전동 팽창 밸브로 이루어지는 종래의 전자 유량 조정 밸브를 대신하여, 저가격이고, 또한 간편한 구조의 직동형 전자 밸브를 냉매 유량 조정 밸브로서 사용할 수 있다. 따라서, 냉매 분류 장치의 소형화, 저코스트화에 기여할 수 있다. 이 때문에, 재열 드라이 운전용 열교환기를 구비하는 공기 조화기 등일 경우, 냉동 장치용 열교환기의 복수의 패스에 대해 적절히 냉매를 분류시키기 위한 냉매 분류 장치로서 최적이다.
(제3 실시 형태)
본 실시 형태의 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)도, 도 9, 도 10에 나타내는 종 래의 공기 조화기용 열교환기(1)에서 냉매 분류기(3)의 각 패스(P1~P4)를 흐르는 냉매의 유량을 제어하기 위해 사용된다. 본 실시 형태에 있어서, 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)는, 도 5~도 6에 나타내는 바와 같이, 로터리식의 전자 밸브로 이루어지고, 도 7a~d에 나타내는 로터리 밸브 회전 제어 신호에 의해 제어된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 이 로터리식의 전자 밸브는, 각 패스(P1~P4)와 대응하는 분류기(4) 본체를 구비한다. 분류기 본체의 내측에는, 각 패스(P1~P4)에 대응한 복수의 통로 구멍을 가지는 고정 부재(19)와, 제1 및 제2 통로 구멍(18a, 18b)을 가지는 회전 부재(18)가, 서로 접촉한 상태로 설치되어 있다. 또, 회전 부재(18)의 외측에는, 회전 부재(18)를 전자력에 의해 회전시키기 위해, 솔레노이드 코일(16)이 설치되어 있다.
회전 부재(18)의 회전을 위해, 솔레노이드 코일(16)에는, 도 7a~d에 나타내는 주기 및 온 전압 레벨이 다른 회전 제어 신호가 인가된다. 이 제어에 의해, 고정 부재(19)의 통로 구멍과, 회전 부재(18)의 제1 및 제2 통로 구멍(18a, 18b)의 위치 관계(중복 면적)는, 예를 들면, 도 6(a, b)에 나타내는 바와 같이 변경된다. 이에 의해, 각 패스(P1~P4)를 흐르는 냉매의 유량을 조절할 수 있고 편류의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 각 패스(P1~P4)를 흐르는 냉매의 유량은, 도 6(a) 상태에서 많고, 도 6(b) 상태에서 적다.
이 구성에서도, 제1 및 제2 실시 형태와 같이, 고가이고, 또한 고정밀한 전 동 팽창 밸브로 이루어지는 전자 유량 조정 밸브를 대신하여, 저가격이고, 또한 간편한 구조의 하나의 로터리식 전자 밸브를 냉매 유량 조정 밸브로서 사용할 수 있다. 따라서, 냉매 분류 장치의 소형화, 저코스트화에 많이 기여할 수 있다. 이 때문에, 재열 드라이 운전용 열교환기를 구비하는 공기 조화기 등일 경우, 냉동 장치용 열교환기의 복수의 패스에 대해 적절히 냉매를 분류시키기 위한 냉매 분류 장치로서 최적이다.
(제4 실시 형태)
본 실시 형태의 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)도, 도 9, 도 10에 나타내는 종래의 공기 조화기용 열교환기(1)에서 냉매 분류기(3)의 각 패스(P1~P4)를 흐르는 냉매의 유량을 제어하기 위해 사용된다. 본 실시 형태에서, 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 슬라이드형의 가동 밸브(22)로 이루어지는 이 가동 밸브(22)를 펄스 제어 가능한 스텝 모터(20)를 이용해 슬라이드시킴으로써, 각 패스(P1~P4)를 흐르는 냉매의 유량을 임의로 조절할 수 있고, 편류의 발생을 방지할 수 있다.
가동 밸브(22)는, 그 상단 부근에, 락 기어(23a)를 가지는 축부(23)를 구비한다. 축부(23)의 락 기어(23a)에는, 스텝 모터(20)의 피니언 기어(20a)가 걸어 맞춤되어 있다. 가동 밸브(22)는, 피니언 기어(20a)의 회전 방향과 회전수에 따라 설정되는 스트로크량으로 승강한다.
냉매 분류기(3)의 분류기 본체에서, 냉매가 공급되는 입구 부근에는, 직경이 큰 통로가 설치되어 있다. 또, 분류기 본체에서, 냉매가 송출되는 출구 부근에는, 복수의 패스(P1~P4)가 형성되어 있다. 그리고, 직경이 큰 통로와 각 패스(P1~P4) 사이에는, 가동 밸브(22)가 승강 가능하게 끼워 넣게 되어 있다. 가동 밸브(22)의 중앙 부근에는, 직경이 큰 제1 통로 구멍(22a)과, 직경이 작은 제2 통로 구멍(22b)이 설치되어 있다. 제1 통로 구멍(22a) 및 제2 통로 구멍(22b)은, 서로 소정의 위치 관계를 가진다. 가동 밸브(22)의 스트로크량에 따라, 제1 및 제2 통로 구멍(22a, 22b)과 각 패스(P1~P4)의 통로 구멍의 대응 관계(중복 면적)가 변경된다.
이 구성에서도, 제1~제3 실시 형태와 같이, 고가이고, 또한 고정밀한 전동 팽창 밸브로 이루어지는 전자 유량 조정 밸브를 대신하여, 저가격이고, 또한 간편한 구조의 하나의 슬라이드형 전자 밸브를 냉매 유량 조정 밸브로서 사용할 수 있다. 따라서, 냉매 분류 장치의 소형화, 저코스트화에 많이 기여할 수 있다. 이 때문에, 재열 드라이 운전용 열교환기를 구비하는 공기 조화기 등일 경우, 냉동 장치용 열교환기의 복수의 패스에 대해 적절히 냉매를 분류시키기 위한 냉매 분류 장치로서 최적이다.

Claims (6)

  1. 복수의 패스를 가지는 냉동 장치용 열교환기의 각 패스에 대해, 복수의 패스를 구비한 냉매 분류기를 통해 냉매를 공급하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치로서,
    상기 냉매 분류기의 각 패스에 전자 개폐 밸브를 설치하여, 단위 시간당 상기 각 전자 개폐 밸브가 개폐하는 횟수의 차에 의해, 각 패스를 흐르는 냉매의 유량을 상대적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 전자 개폐 밸브를 소정의 듀티비에 따라 개폐함으로써, 상기 각 패스를 흐르는 냉매의 유량을 상대적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 전자 개폐 밸브를 소정의 주기로 자려진동(自勵振動)시킴으로써, 상기 각 패스를 흐르는 냉매의 유량을 상대적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치.
  4. 청구항 1, 2 또는 3에 있어서,
    상기 전자 개폐 밸브는 직동식 전자 밸브인 것을 특징으로 하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 전자 개폐 밸브는 로터리식 전자 밸브인 것을 특징으로 하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치.
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 전자 개폐 밸브는 슬라이드식 전자 밸브인 것을 특징으로 하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류기 제어장치.
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