JP2011038693A - ヒートポンプ式空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】屋内空調ゾーンから回収した排熱の熱エネルギーを外気処理用に使用することによって外気処理用機器のランニングコストの低減と省エネルギー化に寄与するヒートポンプ式空気調和装置を提供する。
【解決手段】室外熱交換器２０と接続される室内熱交換器３０を搭載し、かつ、屋内空調ゾーン１０内の空気を取り込んで室内熱交換器３０により温度調整された空気を屋内空調ゾーン１０に再び供給するヒートポンプ式の熱回収循環空調機１２とを備えるヒートポンプ式空気調和装置において、外気を温度調整可能な外気用熱交換器３７で温度調整された外気を屋内空調ゾーン１０内に供給する外気用空調機１３を設け、外気用熱交換器３７は室外熱交換器２０及び室内熱交換器３０と接続されて同一の冷媒流体が流通する冷媒回路を構成してなり、外気用空調機１３が室内熱交換器３０で回収された屋内空調ゾーン１０内の排熱を使用して外気の温度調整を行うようにした。
【選択図】図１
【解決手段】室外熱交換器２０と接続される室内熱交換器３０を搭載し、かつ、屋内空調ゾーン１０内の空気を取り込んで室内熱交換器３０により温度調整された空気を屋内空調ゾーン１０に再び供給するヒートポンプ式の熱回収循環空調機１２とを備えるヒートポンプ式空気調和装置において、外気を温度調整可能な外気用熱交換器３７で温度調整された外気を屋内空調ゾーン１０内に供給する外気用空調機１３を設け、外気用熱交換器３７は室外熱交換器２０及び室内熱交換器３０と接続されて同一の冷媒流体が流通する冷媒回路を構成してなり、外気用空調機１３が室内熱交換器３０で回収された屋内空調ゾーン１０内の排熱を使用して外気の温度調整を行うようにした。
【選択図】図１
Description
本発明はヒートポンプ式空気調和装置に関するものであり、特に、冬期でも一部のゾーンを冷房する屋内空調ゾーンの排熱を回収し、該屋内空調ゾーンに供給される外気の後処理に再利用するようにしたヒートポンプ式空気調和装置に関するものである。
従来、ヒートポンプ式空気調和装置は、屋内空調ゾーン内における冷房と暖房を行い、屋内空調ゾーンに給気する外気の温度処理等は別の機器で行っている。また、該ヒートポンプ式空気調和装置は、屋内空調ゾーンから回収した還気による排熱は、室外機を通して大気に放出され、再利用されることが少なかった（例えば、特許文献１参照）。
上述したように、従来のヒートポンプ式空気調和装置は、屋内空調ゾーン内に外気を供給する場合、該屋内空調ゾーン内に給気する外気の温度処理等は別の機器で行っている。したがって、外気処理用の機器を必要とし、大きな設備費が負担となっている問題点があった。また電力消費も大きく、このため省エネルギー化が要望されていた。
そこで、屋内空調ゾーンから回収した排熱の熱エネルギーを外気処理用に使用することによって外気処理用機器のランニングコストの低減と省エネルギー化に寄与することができるヒートポンプ式空気調和装置を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、圧縮機及び室外熱交換器を搭載した室外機と、該室外熱交換器と接続される室内熱交換器を搭載し、かつ、屋内空調ゾーン内の空気を取り込んで該室内熱交換器により温度調整をし、調整した空気を該屋内空調ゾーンに再び供給するヒートポンプ式の熱回収循環空調機とを備えるヒートポンプ式空気調和装置において、外気を温度調整可能な外気用熱交換器を有し、該外気用熱交換器で温度調整された外気を前記屋内空調ゾーン内に供給する外気用空調機を設けているとともに、前記外気用熱交換器は前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器と接続されて同一の冷媒流体が流通する冷媒回路を構成してなり、該外気用空調機が前記室内熱交換器で回収された前記屋内空調ゾーン内の排熱を使用して前記外気の温度調整を行うようにしたヒートポンプ式空気調和装置を提供する。
この構成によれば、屋内空調ゾーン内の排熱は熱回収循環空調機の室内熱交換器で回収される。また、回収された排熱の熱量は、外気用空調機の外気用熱交換器で外気温度を調整するためのエネルギーとして有効に使用され、該外気用熱交換器で温度調整された外気を屋内空調ゾーンに給気することができる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、上記外気用空調機は、圧縮機及び室外熱交換器を搭載した補助室外機と、該補助室外機の前記室外熱交換器に接続される補助室内熱交換器と、を備えた補助外気用空調機を設けてなることを特徴とする請求項１
記載のヒートポンプ式空気調和装置を提供する。
記載のヒートポンプ式空気調和装置を提供する。
この構成によれば、熱回収循環空調機の室内熱交換器で回収された排熱の熱量が少なく、外気用空調機による外気処理が十分に行えないようなとき、補助室内熱交換器を駆動させて処理量の不足を補い、適宜の温度となるように調整することができる。すなわち、二段処理の形式で外気温を調整することができる。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、上記外気用空調機は、上記外気用熱交換器で熱交換された空気の湿度を調整する加湿器を設けてなるヒートポンプ式空気調和装置を提供する。
この構成によれば、処理された外気の湿度が不足するようなとき、加湿器を駆動させて湿度を補い、適宜の湿度となるように調整することができる。
請求項１記載の発明は、排熱の熱エネルギーを使用して外気温度を調整することにより、外気処理用機器におけるランニングコストの低減が図れ、経済性の向上が期待できる。また、少ないエネルギーで外気温度を適宜な温度に調整し、屋内空調ゾーンに供給することができるので、省エネルギー化に寄与する効果が期待できる。
請求項２記載の発明は、外気処理用機器の外気処理用熱交換器で回収された排熱の熱量では外気処理を十分に行うことができないようなときに、補助室内熱交換器を駆動させて処理量の不足を補い、適宜な温度となるように簡単に調整することができるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、空気調和の精度が向上する効果が期待できる。
請求項３記載の発明は、処理された外気の湿度が不足するようなときに、湿度を簡単に補い、適宜な湿度を有する外気に調整することができるので、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、空気調和の精度がさらに向上する効果が期待できる。
本発明は、屋内空調ゾーンから回収した排熱の熱エネルギーを外気処理用に使用することによって外気処理用機器のランニングコストの低減と省エネルギー化に寄与することができるヒートポンプ式空気調和装置を提供するという目的を達成するために、圧縮機及び室外熱交換器を搭載した室外機と、該室外熱交換器と接続される室内熱交換器を搭載し、かつ、屋内空調ゾーン内の空気を取り込んで該室内熱交換器により温度調整をし、調整した空気を該屋内空調ゾーンに再び供給するヒートポンプ式の熱回収循環空調機とを備えるヒートポンプ式空気調和装置において、外気を温度調整可能な外気用熱交換器を有し、該外気用熱交換器で温度調整された外気を前記屋内空調ゾーン内に供給する外気用空調機を設けているとともに、前記外気用熱交換器は前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器と接続されて同一の冷媒流体が流通する冷媒回路を構成してなり、該外気用空調機が前記室内熱交換器で回収された前記屋内空調ゾーン内の排熱を使用して前記外気の温度調整を行うようにしたことにより実現した。
以下、本発明のヒートポンプ式空気調和装置について、好適な実施例を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るヒートポンプ式空気調和装置を用いた空調システムの概念図を示す。同図において、空調システムは、例えばクリーンルーム等の屋内空調ゾーン１０内の空気調和を行うもので、室外機１１と、該屋内空調ゾーン１０内における空気を回収し、温度処理を行って再び屋内空調ゾーン１０に戻すヒートポンプ式の熱回収循環空調機１２と、外気を取り入れ、該外気の温度処理を行って屋内空調ゾーン１０へ給気するヒートポンプ式の外気用空調機１３とを備える。
なお、室外機１１と熱回収循環空調機１２は分流コントローラ１４と高圧ガス管１５（図中、点線で示す）と低圧ガス管１６（図中、一点鎖線で示す）及び液管１７（図中、二点鎖線で示す）を介して接続され、室外機１１と外気用空調機１３は分流コントローラ１８と前記高圧ガス管１５と前記低圧ガス管１６及び液管１７を介して接続されている。また、これら室外機１１と熱回収循環空調機１２と外気用空調機１３による接続は、同一の冷媒流体が流通する冷媒回路を構成している。
前記室外機１１は、冷媒を圧縮する圧縮機１９と、該圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器（以下、「室外熱交換器」という）２０,２０と、冷媒を液体と気体に分離するアキュムレータ２１と、液冷媒を膨張させる膨張弁２２,２２と、冷房運転時に液管１７を流れる冷媒に過冷却を与える過冷却器２３と、四方弁２４,２４を備えている。また、室外熱交換器２０,２０には、冷媒と空気との熱交換を促進させるための室外ファン２５が対向配置されている。
前記過冷却器２３は、液管１７を流れる液冷媒の一部を取り出し、膨張弁２３ａで膨張気化して冷却された冷媒により、該液管１７を流れる液冷媒に過冷却を与えるようになっている。この過冷却に用いられて気化したガス冷媒は、アキュムレータ２１に返送される。
前記熱回収循環空調機１２は、還気用ダクト２６と給気用ダクト２７を介して前記屋内空調ゾーン１０内に連通しているケーシング２８を有し、該ケーシング２８内にフィルター２９と室内熱交換器３０と給気ファン３１を設け、また該ケーシング２８の一部に該熱回収循環空調機１２全体の駆動を制御する回路を有した冷媒動力制御盤Ｃ１を設けている。該室内熱交換器３０は、分流コントローラ１４を介して前記高圧ガス管１５に接続されているとともに、膨張弁３２を介して液管１７と接続されている。
そして、前記熱回収循環空調機１２では、給気ファン３１が駆動されると、還気ダクト２６側から前記屋内空調ゾーン１０内の空気をケーシング２８内に吸い込み、この吸い込んだ空気をフィルター２９、室内熱交換器３０、給気ファン３１及び給気ダクト２７を順に通して再び屋内空調ゾーン１０内に給気される空気の流れを作り、該空気が室内熱交換器３０を流れるときに該室内熱交換器３０で熱交換されて空気温度が調整されるようになっている。
前記外気用空調機１３は、前記屋内空調ゾーン１０内と給気用ダクト３３を介して連通しているケーシング３４を有している。該ケーシング３４には、給気用ダクト３３を設けている側面と反対側の側面に外気取り入れ口３５を設けている。また、該該ケーシング３４内には、該外気取り入れ口３５側から順にフィルター３６、外気用熱交換器３７、補助外気用空調機３８の補助熱交換器３８ａ、加湿器３９及び給気ファン４０を設け、さらに該ケーシング３４の一部に該外気用空調機１３全体の駆動を制御する回路を有する冷媒動力制御盤Ｃ２を設けている。
前記外気用熱交換器３７は、分流コントローラ１８を介して前記高圧ガス管１５に接続されているとともに、膨張弁４２を介して液管１７と接続されている。
前記補助外気用空調機３８は、外気用熱交換器３７による熱量だけでは熱量が少なく、そして外気を適宜の温度まで調整することができない場合に使用するための補助の空調機であり、ケーシング３４の外側に設けられた室外機４３を有する。該室外機４３は、冷媒を圧縮する圧縮機４４と、該圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器（以下、「室外熱交換器」という）４５と、冷媒を気体と液体に分離させるアキュムレータ４６と、液冷媒を膨張させる膨張弁４７,４８と、四方弁５０を備えている。また、室外熱交換器４５には、熱交換を促進させるための室外ファン５１が対向配置されている。
前記加湿器３９は、冬期に暖房を行うとき、外気が乾燥していて規定の湿度が得られないときに、取り入れた外気を加湿するものであり、例えば噴霧器である。
そして、前記外気用空調機１３では、給気ファン４０が駆動されると、外気取り入れ口３５から外気をケーシング３４内に吸い込み、この吸い込んだ空気をフィルター３６、外気用熱交換器３７、補助熱交換器３８ａ、加湿器３９、給気ファン４０及び給気用ダクト３３を順に通して屋内空調ゾーン１０内に給気される空気の流れを作り、該空気が外気用熱交換器３７と補助熱交換器３８ａ及び加湿器３９内を流れるときに、該室内熱交換器３０と補助外気用空調機３８が駆動しているときには外気用熱交換器３７及び補助熱交換器３８ａでそれぞれ熱交換して空気温度が調整され、さらに加湿器３９が駆動しているときには加湿されて屋内空調ゾーン１０内に給気されるようになっている。
なお、前記屋内空調ゾーン１０と前記熱回収循環空調機１２と前記外気用空調機１３内には、それぞれ適当な位置に温度センサ（図示せず）及び湿度センサ（図示せず）が設けられており、該温度センサからの温度情報及び湿度センサからの湿度情報に基づいて、前記冷媒動力制御盤Ｃ１及び前記冷媒動力制御盤Ｃ２が該熱回収循環空調機１２の運転と該外気用空調機１３の運転と前記補助外気用空調機の運転並びに加湿器３９の運転を制御するようになっている。
次に、本発明の空気調和システムの動作について説明する。
（１）通常外気温時；
熱回収循環空調機１２は冷房運転、外気用空調機１３は暖房運転が行われる。そして、外気用空調機１３では、外気取り入れ口３５から外気を取り入れ、該外気を外気用熱交換器３７で適宜な温度に温め、給気用ダクト３３を通して屋内空調ゾーン１０内に給気する。一方、熱回収循環空調機１２は、屋内空調ゾーン１０内の空気を還気用ダクト２６を通して回収し、かつ、室内熱交換器３０で適宜な温度に冷却して再び屋内空調ゾーン１０内に給気ダクト２７を通して給気する。この際、室内熱交換器３０で熱交換された排熱による熱エネルギーは、外気用空調機１３が暖房運転をする熱量として有効に使用される。
また、低外気温時、外気用熱交換器３７のみでは、外気処理を行うのが困難なとき、補助外気用空調機３８を暖房運転させて外気温が適宜な温度まで温まるようにして熱量の不足を補う。即ち、この場合も二段処理の形式で外気の温度を調整する。さらに、外気湿度が規定値になっていない場合には、加湿器３９を駆動して外気に適宜な湿度を付加して補い、これによって適宜な温度と湿度を有した外気を供給する。
熱回収循環空調機１２は冷房運転、外気用空調機１３は暖房運転が行われる。そして、外気用空調機１３では、外気取り入れ口３５から外気を取り入れ、該外気を外気用熱交換器３７で適宜な温度に温め、給気用ダクト３３を通して屋内空調ゾーン１０内に給気する。一方、熱回収循環空調機１２は、屋内空調ゾーン１０内の空気を還気用ダクト２６を通して回収し、かつ、室内熱交換器３０で適宜な温度に冷却して再び屋内空調ゾーン１０内に給気ダクト２７を通して給気する。この際、室内熱交換器３０で熱交換された排熱による熱エネルギーは、外気用空調機１３が暖房運転をする熱量として有効に使用される。
また、低外気温時、外気用熱交換器３７のみでは、外気処理を行うのが困難なとき、補助外気用空調機３８を暖房運転させて外気温が適宜な温度まで温まるようにして熱量の不足を補う。即ち、この場合も二段処理の形式で外気の温度を調整する。さらに、外気湿度が規定値になっていない場合には、加湿器３９を駆動して外気に適宜な湿度を付加して補い、これによって適宜な温度と湿度を有した外気を供給する。
（２）高外気温時；
熱回収循環空調機１２と外気用空調機１３は共に冷房運転が行われる。そして、外気用空調機１３では、外気取り入れ口３５から外気を取り入れ、該外気を外気用熱交換器３７で適宜な温度に冷却し、給気用ダクト３３を通して屋内空調ゾーン１０内に給気する。一方、熱回収循環空調機１２は、屋内空調ゾーン１０内の空気を還気用ダクト２６を通して回収し、かつ、室内熱交換器３０で適宜な温度に冷却して再び屋内空調ゾーン１０内に給
気ダクト２７を通して給気する。この際、室内熱交換器３０で熱交換して回収された排熱の熱エネルギーは、室外機１１の室外熱交換器２０で大気に放出される。また、高外気温時、外気用熱交換器３７のみでは、外気処理を行うことが困難なとき、補助外気用空調機３８を冷房運転させて外気温が適宜な温度まで冷却されるようにして熱量の不足を補う。すなわち、二段処理の形式で外気の温度を調整する。
熱回収循環空調機１２と外気用空調機１３は共に冷房運転が行われる。そして、外気用空調機１３では、外気取り入れ口３５から外気を取り入れ、該外気を外気用熱交換器３７で適宜な温度に冷却し、給気用ダクト３３を通して屋内空調ゾーン１０内に給気する。一方、熱回収循環空調機１２は、屋内空調ゾーン１０内の空気を還気用ダクト２６を通して回収し、かつ、室内熱交換器３０で適宜な温度に冷却して再び屋内空調ゾーン１０内に給
気ダクト２７を通して給気する。この際、室内熱交換器３０で熱交換して回収された排熱の熱エネルギーは、室外機１１の室外熱交換器２０で大気に放出される。また、高外気温時、外気用熱交換器３７のみでは、外気処理を行うことが困難なとき、補助外気用空調機３８を冷房運転させて外気温が適宜な温度まで冷却されるようにして熱量の不足を補う。すなわち、二段処理の形式で外気の温度を調整する。
（３）低外気温時；
外気温が極めて低い場合、熱回収循環空調機１２と外気用空調機１３は共に暖房運転が行われる。そして、外気用空調機１３では、外気取り入れ口３５から外気を取り入れ、該外気を外気用熱交換器３７で適宜な温度に温め、給気用ダクト３３を通して屋内空調ゾーン１０内に給気する。一方、熱回収循環空調機１２は、屋内空調ゾーン１０内の空気を還気用ダクト２６を通して回収し、かつ、室内熱交換器３０で適宜な温度に温めて再び屋内空調ゾーン１０内に給気ダクト２７を通して給気する。
また、低外気温時、外気用熱交換器３７のみでは、外気処理を行うのが困難なとき、補助外気用空調機３８を暖房運転させて外気温が適宜な温度まで温まるようにして熱量の不足を補う。即ち、この場合も二段処理の形式で外気の温度を調整する。さらに、外気湿度が規定値になっていない場合には、加湿器３９を駆動して外気に適宜な湿度を付加して補い、これによって適宜な温度と湿度を有した外気を供給する。
外気温が極めて低い場合、熱回収循環空調機１２と外気用空調機１３は共に暖房運転が行われる。そして、外気用空調機１３では、外気取り入れ口３５から外気を取り入れ、該外気を外気用熱交換器３７で適宜な温度に温め、給気用ダクト３３を通して屋内空調ゾーン１０内に給気する。一方、熱回収循環空調機１２は、屋内空調ゾーン１０内の空気を還気用ダクト２６を通して回収し、かつ、室内熱交換器３０で適宜な温度に温めて再び屋内空調ゾーン１０内に給気ダクト２７を通して給気する。
また、低外気温時、外気用熱交換器３７のみでは、外気処理を行うのが困難なとき、補助外気用空調機３８を暖房運転させて外気温が適宜な温度まで温まるようにして熱量の不足を補う。即ち、この場合も二段処理の形式で外気の温度を調整する。さらに、外気湿度が規定値になっていない場合には、加湿器３９を駆動して外気に適宜な湿度を付加して補い、これによって適宜な温度と湿度を有した外気を供給する。
したがって、本実施例による空調システムでは、屋内空調ゾーン１０内の排熱は熱回収循環空調機１２の室内熱交換器３０で回収され、該室内熱交換器３０で回収された熱量は外気用熱交換器３７において外気温度を調整するためのエネルギーとして有効に使用されるので、外気用空調機１３のランニングコストの低減が図れ、経済性の向上が期待できる。また、少ないエネルギーで外気温度を適宜な温度に調整して屋内空調ゾーンに供給することができるので、省エネルギー化に寄与することになる。これは、特に冬期運転における排熱回収手段として用いることにより効果が大である。
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
本実施例では、クリーンルーム等の屋内空調ゾーン内の空気を調整する場合について説明したが、これ以外の部屋の空気を調整する場合にも同様にして応用できる。
１０ 屋内空調ゾーン
１１ 室外機
１２ 熱回収循環空調機
１３ 外気用空調機
１４ 分流コントローラ
１５ 高圧ガス配管
１６ 低圧ガス管
１７ 液管
１８ 分流コントローラ
１９ 圧縮機
２０ 室外熱交換器（凝縮器）
２１ アキュムレータ
２２ 膨張弁
２３ 過冷却器
２３ａ 膨張弁
２４ 四方弁
２５ 室外ファン
２６ 還気用ダクト
２７ 給気用ダクト
２８ ケーシング
２９ フィルター
３０ 室内熱交換器
３１ 給気ファン
３２ 膨張弁
３３ 給気用ダクト
３４ ケーシング
３５ 外気取り入れ口
３６ フィルター
３７ 外気用熱交換器
３８ 補助外気用空調機
３８ａ 補助熱交換器
３９ 加湿器
４０ 給気ファン
４２ 膨張弁
４３ 室外機
４４ 圧縮機
４５ 室外熱交換器（凝縮器）
４６ アキュムレータ
４７ 膨張弁
４８ 膨張弁
５０ 四方弁
５１ 室外ファン
Ｃ１ 冷媒動力制御盤
Ｃ２ 冷媒動力制御盤
１１ 室外機
１２ 熱回収循環空調機
１３ 外気用空調機
１４ 分流コントローラ
１５ 高圧ガス配管
１６ 低圧ガス管
１７ 液管
１８ 分流コントローラ
１９ 圧縮機
２０ 室外熱交換器（凝縮器）
２１ アキュムレータ
２２ 膨張弁
２３ 過冷却器
２３ａ 膨張弁
２４ 四方弁
２５ 室外ファン
２６ 還気用ダクト
２７ 給気用ダクト
２８ ケーシング
２９ フィルター
３０ 室内熱交換器
３１ 給気ファン
３２ 膨張弁
３３ 給気用ダクト
３４ ケーシング
３５ 外気取り入れ口
３６ フィルター
３７ 外気用熱交換器
３８ 補助外気用空調機
３８ａ 補助熱交換器
３９ 加湿器
４０ 給気ファン
４２ 膨張弁
４３ 室外機
４４ 圧縮機
４５ 室外熱交換器（凝縮器）
４６ アキュムレータ
４７ 膨張弁
４８ 膨張弁
５０ 四方弁
５１ 室外ファン
Ｃ１ 冷媒動力制御盤
Ｃ２ 冷媒動力制御盤
Claims (3)
- 圧縮機及び室外熱交換器を搭載した室外機と、該室外熱交換器と接続される室内熱交換器を搭載し、かつ、屋内空調ゾーン内の空気を取り込んで該室内熱交換器により温度調整をし、調整した空気を該屋内空調ゾーンに再び供給するヒートポンプ式の熱回収循環空調機とを備えるヒートポンプ式空気調和装置において、
外気を温度調整可能な外気用熱交換器を有し、該外気用熱交換器で温度調整された外気を前記屋内空調ゾーン内に供給する外気用空調機を設けているとともに、前記外気用熱交換器は前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器と接続されて同一の冷媒流体が流通する冷媒回路を構成してなり、該外気用空調機が前記室内熱交換器で回収された前記屋内空調ゾーン内の排熱を使用して前記外気の温度調整を行うようにしたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和装置。 - 上記外気用空調機は、圧縮機及び室外熱交換器を搭載した補助室外機と、該補助室外機の前記室外熱交換器に接続される補助室内熱交換器と、を備えた補助外気用空調機を設けてなることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式空気調和装置。
- 上記外気用空調機は、上記外気用熱交換器で熱交換された空気の湿度を調整する加湿器を設けてなることを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ式空気調和装置。
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|---|---|---|---|
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| JP2018109468A (ja) * | 2016-12-29 | 2018-07-12 | 木村工機株式会社 | 空気調和システム |
Citations (7)
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2009
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