KR20080097427A - 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치 - Google Patents

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KR20080097427A
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다카유키 세토구치
마코토 고지마
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

냉매 유량 조정 밸브의 수를 가능한 한 적게 하고, 장치의 사이즈 업 및 코스트 업을 제어한 냉동 장치용 열교환기를 냉매 분류 장치가 제공된다. 재열 드라이용 열교환기를 구비한 복수의 패스를 갖는 냉동 장치용 열교환기의 각 패스에 대해, 복수의 패스를 구비한 냉매 분류기를 통해 냉매가 공급된다. 냉매 분류기의 각 패스에 냉매 유량 조정 밸브를 설치하고, 각 패스의 소정의 냉매 유량 조정 밸브에 의해 재열 드라이 밸브의 기능을 겸용하도록 했다.

Description

냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치{FREEZER HEAT EXCHANGER COOLANT FLOW DIVIDER}
본 발명은, 냉동 장치에 관한 것이며, 특히 재열 드라이 운전용의 열교환기를 구비한 공기 조화기에 있어서의 냉동 장치용 열교환기의 복수의 패스(path)에, 적절히 냉매를 분류시키는 냉매 분류 장치에 관한 것이다.
도 5는, 냉동 장치의 일례로서, 크로스 플로 팬(29)을 채용한 일반적인 벽걸이형의 공기 조화기의 실내기(21)를 나타내고 있다. 도 5에 있어서, 공기 조화기(21)는 본체 케이싱(20)을 구비하고, 그 상면과 정면 상부에는, 각각 제1, 제2의 2개의 공기 흡입 그릴(23, 24)이 형성되어 있다. 본체 케이싱(20)의 정면 하방의 코너부에는 공기 분출구(25)가 설치되어 있다.
또, 본체 케이싱(20) 내에는 각 공기 흡입 그릴(23, 24)로부터 공기 분출구(25)로 향해 연장되는 송풍 통로(27)가 설치되어 있다. 이 송풍 통로(27)의 상류 영역에는 제1, 제2의 공기 흡입 그릴(23, 24)에 대향한 단면 람다(Lambda)자형의 실내 열교환기(26)가 설치되어 있다. 송풍 통로(27)의 하류 영역에는 크로스 플로 팬(29), 설(舌)부(22) 및 스크롤부(30)가 순서대로 병설되어 있다. 그리고, 설부(22)와 스크롤부(30)에 의해서, 소용돌이 형상의 팬 하우징이 형성되고, 그들 개구부(30a, 22a) 내에는, 크로스 플로 팬(29)의 날개차(팬 로터)(29a)가 화살표 방향(도 5의 시계 방향)으로 회전하도록 설치되어 있다.
설부(22)는, 제2의 공기 흡입 그릴(24)의 근방에 위치하고, 크로스 플로 팬(29)의 날개차(팬 로터)(29a)의 외경을 따라서 배치되고, 소정의 높이를 갖고 있다. 그리고, 설부(22)의 하부는 실내 열교환기(26)의 하방의 드레인 팬과 겸용된 공기류 가이드부(22b)에 연속되어 있다. 이 공기류 가이드부(22b)의 하류측 부분은, 크로스 플로 팬(29)의 날개차(29a)로부터 불어나온 공기류가 효율적으로 공기 분출구(25)로부터 불어나오도록, 스크롤부(30)의 하류측 부분(30b)과 함께 공기 분출구(25)를 향해서, 도시한 바와 같은 디퓨저(diffuser) 구조의 공기 분출 통로(28)를 형성하고 있다.
스크롤부(30)와 설부(22)의 공기류 가이드부(22b)의 사이의 공기 분출 통로(28) 내에는 풍향 변경판(31)이 설치되어 있다.
설부(22)는, 도시한 바와 같이 형성되어 있다. 실내 열교환기(26)를 거쳐 크로스 플로 팬(29)의 날개차(29a)로부터 공기 분출구(25)에 도달하는 공기의 흐름은, 쇄선의 화살표로 나타내는 바와 같이, 전체적으로 회전 방향을 따라서 만곡하면서 날개차(29a)의 회전축과 직교하도록 날개차(29)를 관통하여 불어나오고, 그 후, 공기 분출 통로(28)를 따라서 구부러져 공기 분출구(25)로부터 불어나온다.
이러한 구성의 공기 조화기용의 실내 열교환기(26)의 경우, 도 5에 있어서, A부, B부, C부, D부로 구분하여, 저부하시의 풍속 분포를 분석했다. 그러자, 제2의 공기 흡입 그릴(24)에 바로 정면으로부터 대향하는 D부에 있어서의 풍속이 가장 높다. 제1의 공기 흡입 그릴(23)에 대향하고는 있지만, 대향 상태가 경사지는 C부에서는, D부보다 풍속이 조금 저하한다. 또, 본체 케이싱(20)의 상부에 의해서 덮이고, 스트레이트로는 공기가 유입하지 않는 B부에서는, C부에 있어서 보다 풍속이 저하한다. 또한, 설부(22)에 의해서 공기가 차단되는 A부에서는, B부에 있어서 보다 더 풍속이 저하한다.
그리고, 상기와 같은 공기 조화기의 복수의 패스를 갖는 실내 열교환기(26)에서는, 실내 열교환기(26)의 본체에 유입하는 냉매를, 실내 열교환기(26)의 본체의 각 패스에 분배하기 위해서, 일반적으로 도 6과 같은 복수의 분류 패스(P1, P2)를 갖는 분류기(3)가 설치되어 있다. 그 분류기(3)에서는, 정격 운전시에 맞춰서 각 분류 패스(P1, P2)의 냉매의 분배비를 정하고 있다. 분류기(3)의 입구에는 냉매 공급 배관(4)이 설치되어 있다.
따라서, 정격 운전시에는 실내 열교환기(26)의 각 패스의 출구의 냉매 온도는 거의 같아진다(도 6 중에 화살표의 굵기로 표현). 그러나, 냉매량이 적어지는 저부하, 즉 부분 부하시가 되면, 상기와 같이 실내 열교환기(26)의 송풍 통로 위치에 따라 다른 풍속 분포의 영향에 의해, 이하의 문제가 생긴다. 즉, 도 7의 그래프에 나타내는 바와 같이, 풍속이 높은 부분(WF)의 패스(P1, 8A)에서는 열교환 용량에 여유가 있기 때문에, 패스의 출구에 있어서의 냉매 온도가 높아진다. 한편, 반대로 풍속이 느린 부분(WS)의 패스(P2, 8B)의 냉매는, 열교환 용량에 여유가 없어지기 때문에, 출구에 있어서의 냉매 온도는, 풍속이 빠른 패스의 출구에 있어서의 냉 매 온도보다 낮아진다는 문제가 생긴다(도 7의 △T 참조). 도 7의 그래프에 있어서, 풍속이 높은 부분(WF)의 패스(P1, 8A)는 흰색으로 나타내어지고, 풍속이 느린 부분(WS)의 패스(P2, 8B)는 물방울 무늬로 나타내어지고 있다.
그래서, 이러한 문제를 해결하는 방법의 하나로서, 종래는, 상술과 같은 복수의 패스의 각각에 냉매 유량 조정 밸브를 설치하고, 각 패스의 출구에 설치한 온도 검출기의 검출 온도에 따라 각 패스의 냉매 유량을 조절함으로써, 각 패스의 출구에 있어서의 냉매 온도를 맞추도록 하고 있었다(예를 들면 특허 문헌 1을 참조).
[특허 문헌 1:일본국 특허공개 평5-118682호 공보]
(발명이 해결하려고 하는 과제)
그러나, 이러한 종래의 냉매 분류 장치의 경우, 복수의 패스의 각각에 고가이면서 대형인 전동 팽창 밸브로 이루어지는 냉매 유량 조절 밸브가 설치되기 때문에, 필연적으로 장치의 사이즈 증대 및 비용 증가로 연결된다.
특히 냉동 장치용의 열교환기(1)로서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 냉방 운전시에 있어서의 쾌적성을 높이기 위해서, 냉방 운전 사이클에 있어서 압축기의 능력 또는 팬 풍량을 짜냄으로써 실내 공기의 습도를 저하시키는 제습 운전을 행할 수 있는 것이 알려져 있다. 제습 운전에 있어서의 운전 방식으로서는, 실내 공기를 냉각하여 제습하고, 그대로 실내로 불어내는 통상의 「드라이 운전」과, 실내 공기를 냉각하여 제습한 후, 또한 흡입 온도 가까이까지 재가열하여 실내로 불어 내는 「재열 드라이 운전」이 있다. 2개의 운전 방식을 실시 가능한 열교환기(1)에 있어서, 그 증발기용 열교환기(11)는, 전(前)면, 즉, 공기류의 상류측에 제습용 열교환기(12)를 구비하고, 후방, 즉, 공기류의 하류측에 재열 드라이용 열교환기(13)를 구비하고 있다.
그들 증발기용 열교환기(11), 제습용 열교환기(12), 및, 재열 드라이용 열교환기(13)에 대해서, 냉매 분류기(3)의 제1~제4의 패스(P1~P4)가 도시된 바와 같이 접속되고, 각 열교환기에 대해서 냉매 공급 배관(4)으로부터의 냉매가 공급된다.
도 8의 열교환기(1)의 경우, 증발기용 열교환기(11) 및 제습용 열교환기(12)는, 그들 상부(11a, 12a), 중앙부(11b, 12b), 하부(11c, 12c)의 각 부분에서, 각각 공기류의 유속이 다르다. 그로 인해, 각 부분간에서 열교환 용량의 상위가 생기고, 각 패스(P1~P4)의 냉매의 출구측 온도가 다른 문제가 생긴다.
이 경우, 각 패스(P1~P4)의 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)에 더하여, 또한 재열 드라이용 열교환기(13)를 위한 재열 드라이 밸브(V5, V6)가 필요해지고, 전부 6개의 냉매 유량 조정 밸브가 필요해진다.
본 발명은, 각 패스 또는 소정의 패스의 냉매 유량 조정 밸브를 재열 드라이 밸브로 겸용시키는 것 등에 의해서, 장치의 사이즈 업 및 코스트 업을 억제하도록 한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기의 목적을 달성하기 위해서, 이 발명의 제1의 형태에 의하면, 재열 드라이용 열교환기를 구비한 복수의 패스를 갖는 냉동 장치용 열교환기의 각 패스에 대해, 복수의 패스를 구비한 냉매 분류기를 통해 냉매를 공급하도록 한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치로서, 냉매 분류기의 각 패스에 냉매 유량 조정 밸브를 설치하고, 복수의 냉매 유량 조정 밸브 중의 소정의 냉매 유량 조정 밸브에 의해서 재열 드라이 밸브의 기능을 겸용시키도록 했다.
이 경우, 각 패스의 냉매의 유량을 조정하는 복수의 냉매 유량 조정 밸브 중, 소정의 패스의 냉매 유량 조정 밸브가 재열 드라이 밸브의 기능을 겸용하므로, 종래와 같은 전용의 재열 드라이 밸브가 불필요하게 되어, 그 만큼 냉매 유량 조정 밸브의 수를 줄일 수 있다.
이 발명의 제2의 형태에 의하면, 재열 드라이용 열교환기를 구비한 복수의 패스를 갖는 냉동 장치용 열교환기의 각 패스에 대해, 복수의 패스를 구비한 냉매 분류기를 통해 냉매를 공급하도록한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치로서, 냉매 분류기의 복수의 패스 중, 편류를 일으키고 있는 패스에만, 재열 드라이 밸브와는 별도로 냉매 유량 조정 밸브를 설치했다.
이 경우, 복수의 패스의 냉매의 유량을 조정하는 냉매 유량 조정 밸브가, 재열 드라이 밸브를 제외하고 편류부에 대응한 것만으로 되어, 그 만큼 냉매 유량 조정 밸브의 수를 줄일 수 있다.
상기 냉매 유량 조정 밸브는, 밸브 개방도 가변형의 전자 유량 제어 밸브로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 밸브 개방도 가변의 구조를 구비한 종래의 냉매 유량 조정 밸브를 최소한의 냉매 유량 조정 밸브로서 사용할 수 있어, 그 만큼 종래보다 냉매 분류 장치의 소형화, 저비용화를 도모할 수 있다.
냉매 유량 조정 밸브는 직동형의 전자 개폐 밸브로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 고가이며, 고정밀도인 밸브 개방도 가변의 구조를 구비한 종래의 냉매 유량 조정 밸브 대신에, 저가격이며, 간이한 구조인 직동형 전자 밸브를 냉매 유량 조정 밸브로서 사용할 수 있어, 냉매 분류 장치의 한층 더한 소형화, 저비용화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 최선의 실시의 형태 1에 관한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 최선의 실시의 형태 2에 관한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 최선의 실시의 형태 3에 관한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치에 사용되는 냉매 유량 조정 밸브의 ON 상태를 나타내는 도면이며, (b)는 상기 냉매 유량 조정 밸브의 OFF 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 최선의 실시의 형태 3에 관한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치에 사용되는 냉매 유량 조정 밸브의 제어 신호를 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 공기 조화기의 실내기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 종래의 공기 조화기의 실내기의 복수의 패스를 구비한 열교환기와 그 열교환기에 대응한 분류기의 구성 및 작용을 나타내는 도면이다.
도 7은 종래의 공기 조화기의 도 6의 분류기에 의한 실내 열교환기의 정격시 및 저부하시의 출구 온도를 대비하여 나타내는 도면이다.
도 8은 통상의 「드라이 운전」 및 「재열 드라이 운전」을 가능하게 한 공기 조화기용 열교환기 및 그 냉매 분류 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
(최선의 실시의 형태 1)
도 1은, 본 발명의 최선의 실시의 형태 1에 관한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치의 구성을 나타내고 있다.
본 실시 형태 1의 냉동 장치는, 예를 들면 냉방 운전시에 있어서의 쾌적성을 높이기 위해서, 냉방 운전 사이클에 있어서 압축기의 능력 또는 팬 풍량을 짜냄으로써 실내 공기의 습도를 저하시키는 제습 운전을 행할 수 있다. 제습 운전에 있어서의 운전 방식으로서는, 실내 공기를 냉각하여 제습하고, 그대로 실내로 불어내는 통상의 「드라이 운전」과, 실내 공기를 냉각하여 제습한 후, 또한 흡입 온도 근처까지 재가열하여 실내로 불어내는 「재열 드라이 운전」의 2개 형식이 있고, 본 실시 형태의 공기 조화기는 2개의 드라이 운전 방식을 실시 가능하다.
도 1에 나타내는 열교환기(1)는, 전(前)측(공기류의 상류측)에 제습용 열교환기(12)를 구비하고, 후측(공기류의 하류측)에 증발기용 열교환기(11)를 구비하고 있다. 증발기용 열교환기(11)의 상부에는 재열 드라이용 열교환기(13)가 설치되어 있다. 그리고, 이들 증발기용 열교환기(11), 제습용 열교환기(12), 재열 드라이용 열교환기(13)에 대해서, 냉매 분류기(3)의 제1~제4의 패스(P1~P4)가 각각 접속되고, 공기 조화기의 냉동 회로의 냉매 공급 배관(4)으로부터, 공기 조화기의 운전 상태에 따른 소정의 냉매량이 각 열교환기(11, 12 , 13)에 공급되도록 되어 있다.
이러한 구성의 열교환기(1)의 경우, 증발기용 열교환기(11) 및 제습용 열교환기(12)는, 그들 상부(11a, 12a), 중앙부(11b, 12b), 하부(11c, 12c)의 각 부분에서, 각각 공기류의 유속이 다르고, 그에 따른 열교환 용량의 상위에 의해서 각 패스(P1~P4)의 출구에 있어서의 냉매 온도가 다르다는 문제가 생긴다.
그래서, 이미 설명한 바와 같이, 종래의 구성에서는, 각 패스(P1~P4)에 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)를 설치하고 있었지만, 그와 같이 하면, 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)에 더하여 재열 드라이용 열교환기(13)를 위한 재열 드라이 밸브(V5, V6)의 합계 6개가 필요하게 되고, 토탈 냉매 유량 조정 밸브의 수가 증가한다.
이 때문에, 실시의 형태 1의 구성에서는, 상기 제1~제4의 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4) 중 적어도 2개의 냉매 유량 조정 밸브(V3, V4)를 재열 드라이 밸브로서 겸용시킴으로써, 종래와 같은 전용의 재열 드라이 밸브(V5, V6)를 불필요하게 하고 있다.
이러한 구성으로 하면, 토탈 냉매 유량 조정 밸브의 수가, 편류 방지용의 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4)의 4개로 끝나고, 효과적으로 냉매 유량 조정 밸브의 수를 줄일 수 있다. 그 결과, 냉매 분류 장치 전체의 효과적인 사이즈 다운 및 코스트 다운이 가능해진다
(최선의 실시의 형태 2)
도 2는, 본 발명의 최선의 실시의 형태 2에 관한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치를 나타내고 있다.
이 실시의 형태 2에 있어서도, 상기의 실시의 형태 1의 경우와 같이, 통상의 「드라이 운전」과, 「재열 드라이 운전」의 2개의 드라이 운전이 가능한 공기 조화기가 채용되어 있고, 증발기용 열교환기(11), 제습용 열교환기(12), 재열 드라이용 열교환기(13)의 구성도 상기 실시의 형태 1과 동일하다.
이 경우, 도 2에 화살표로 나타내는 바와 같이, 증발기용 열교환기(11) 및 제습용 열교환기(12)의 하부(11c, 12c)에서는, 공기류가 극단적으로 적어지고, 하부(11c, 12c)를 흐르는 냉매는, 열교환 용량에 여유가 없어지기 때문에, 냉매의 출구 온도는 낮아진다는 문제가 생긴다. 이에 대해서, 증발기용 열교환기(11) 및 제습용 열교환기(12)의 상부(11a, 12a) 및 중앙부(11b, 12b)에 대해서는, 상대적으로 충분한 공기류가 확보되고, 그러한 문제는 발생하지 않는다.
그래서, 실시의 형태 2에서는, 상기 실시의 형태 1의 경우와 같이, 각 패스(P1~P4)에 대해서 냉매 유량 조정 밸브를 설치하는 것이 아니라, 냉매 유량 조정 밸브는 특히 편류를 일으키는 하부(11c, 12c)에 대응하는 제4의 패스(P4)에만 설치하고(도 2 중의 V4 참조), 그 외의 냉매 유량 조정 밸브는 재열 드라이 밸브(도 2 중의 V5, V6 참조)로서만 기능시키도록 했다.
이러한 구성으로 하면, 토탈 냉매 유량 조정 밸브의 수가, 편류 방지용의 1개의 냉매 유량 조정 밸브(V4)와, 2개의 재열 드라이 밸브(V5, V6)의 합계 3개로 끝나게 되고, 또한 냉매 유량 조정 밸브의 수를 줄일 수 있다. 그 결과, 보다 효과적인 냉매 분류 장치 전체의 사이즈 다운 및 코스트 다운이 가능해진다.
(최선의 실시의 형태 3)
도 3 및 도 4는, 최선의 실시의 형태 3에 관한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치에 사용되는 냉매 유량 조정 밸브의 구성 및 그 제어 신호를 나타내고 있다.
상기 실시의 형태 1, 2에 있어서는, 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4) 및 재열 드라이 밸브(V5, V6)로서, 각각 전기적으로 개방도 조절이 가능한 전자 유량 조정 밸브(전동 팽창 밸브)를 사용했다. 그에 대해서, 실시의 형태 3에서는, 이들 냉매 유량 조정 밸브(V1~V4) 및 재열 드라이 밸브(V5, V6)가, 도 3(a), (b)에 나타내는 밸브에 의해서 구성되어 있다. 도 3(a)(b)에 나타내는 밸브는, 플런저 헤드(밸브 본체)(6a) 및 플런저 로드(6b)로 이루어지는 전자 플런저(6), 전자 플런저(6)의 플런저 로드(6b)를 상승시키는 솔레노이드 코일(7), 전자 플런저(6)의 플런저 로드(6b)를 하방으로 탄성 지지하는 폐쇄 밸브 스프링(10)을 구비하고 있다.
이 실시 형태의 밸브는, 전자 플런저(6)의 플런저 헤드(6a)를 각 패스(P1~P4)의 슬리브 형상의 파일럿 입구부(8) 내의 밸브 시트벽(9)에 대응시킨 구성 을 갖는다. 따라서, 이 밸브의 기본적인 구성은, 각 패스를 개폐하는 단순한 ON, OFF 작동식의 직동형 전자 개폐 밸브와 동일하다. 그러나, 이 실시 형태의 밸브는, 그 직동형 전자 밸브의 ON 상태(통전 상태:도 3(a) 참조)와 OFF 상태(비통전 상태:도 3(b) 참조)를, 도 4의 (a)~(d)에 나타내는 개폐 제어 신호와 같은 다른 듀티비로 개폐 제어함으로써, 그 단위시간 당의 냉매 유량을 각 패스(P1~P4)의 부하 상태(편류 상태)에 따라서 적절히 조정하는 것이 가능하다.
이러한 구성에 의하면, 고가이면서, 고정밀도인 밸브 개방도 가변 구조를 구비한 종래의 전자 유량 조정 밸브(전동 팽창 밸브) 대신에, 저가격이면서, 간이한 구조의 직동형 전자 밸브를 냉매 유량 조정 밸브로서 사용할 수 있고, 냉매 분류 장치의 한층 더한 소형화를 도모할 수 있다.

Claims (4)

  1. 재열 드라이용 열교환기를 구비한 복수의 패스(path)를 갖는 냉동 장치용 열교환기의 각 패스에 대해, 복수의 패스를 구비한 냉매 분류기를 통해 냉매를 공급하도록 한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치로서,
    냉매 분류기의 각 패스에 냉매 유량 조정 밸브를 설치하고, 복수의 냉매 유량 조정 밸브 중의 소정의 냉매 유량 조정 밸브에 의해서 재열 드라이 밸브의 기능을 겸용하도록 한 것을 특징으로 하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치.
  2. 재열 드라이용 열교환기를 구비한 복수의 패스를 갖는 냉동 장치용 열교환기의 각 패스에 대해, 복수의 패스를 구비한 냉매 분류기를 통해 냉매를 공급하도록한 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치로서,
    냉매 분류기의 복수의 패스 중, 편류가 발생되어 있는 패스에만, 재열 드라이 밸브와는 별도로 냉매 유량 조정 밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    냉매 유량 조정 밸브는, 밸브 개방도 가변형의 전자 유량 제어 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    냉매 유량 조정 밸브는 직동형의 전자 개폐 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동 장치용 열교환기의 냉매 분류 장치.
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