| 【発明の名称】 |
空気調和システム |
| 【発明者】 |
【氏名】金沢 貴志
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１の部屋に備えられた第１の熱交換器と、第２の部屋に備えられた第２の熱交換器と、冷媒が前記第１および第２の熱交換器間を循環する循環経路と、この循環経路に接続されており、前記冷媒を圧縮する圧縮手段と、前記循環経路に接続されており、前記冷媒を膨張させる膨張手段と、前記圧縮手段および膨張手段間に接続された第３の熱交換器と、前記圧縮手段から流出した冷媒が前記第１および第２の熱交換器の一方の熱交換器に流入するとともに、前記第３の熱交換器を介さないで前記膨張手段から流出した冷媒が他方の熱交換器に流入する第１の循環経路と、前記第３の熱交換器を介して前記膨張手段から流出した冷媒が前記第１および第２の熱交換器の双方に流入する第２の循環経路とに前記循環経路を切替え可能な循環経路切替手段と、が備えられたことを特徴とする空気調和システム。
【請求項２】 前記循環経路切替手段は、前記第１および第２の熱交換器の一方の熱交換器のみを使用する場合は、前記第３の熱交換器を介して前記膨張手段から流出した冷媒が、前記使用する熱交換器のみに流入する第３の循環経路に前記循環経路を切替えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
【請求項３】 気温を検出する気温検出手段が備えられており、前記循環経路切替手段は、前記気温検出手段により検出された気温に対応して前記循環経路を切替えるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和システム。
【請求項４】 冬期に冷房が必要な第１の部屋に備えられた第１の熱交換器と、冬期に暖房が必要な第２の部屋に備えられた第２の熱交換器と、冷媒を圧縮する圧縮手段と、前記冷媒を膨張させる膨張手段と、前記冷媒が、前記圧縮手段、前記第２の熱交換器、前記膨張手段、前記第１の熱交換器、前記圧縮手段の順に循環する循環経路と、が備えられたことを特徴とする空気調和システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、１つの室外機により複数の部屋の空気調和を行う空気調和システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、コンピュータは、環境温度が高くなると動作に悪影響を及ぼすことが知られている。しかし、電算室などは、コンピュータ自身から発生する熱や、モニタ、プリンタなどの周辺機器から発生する熱により、冬期でも室温が高くなる場合がある。そこで、従来では、冬期でも電算室の冷房を行っている。図９は、冬期に冷房が必要な電算室と、冬期に暖房が必要な事務室とが隣接している場合の従来の空気調和システムを示す説明図である。なお、図中の矢印は、冬期運転の場合に冷媒の流れる方向を示す。電算室６３には、熱交換器６１およびファン６２を有する室内機６０が設けられており、室外には、熱交換器７１、ファン７２、膨張弁７３およびコンプレッサ７４を有する室外機７０が設けられている。また、事務室６４には、電算室６３と同じ室内機６０および室外機７０が設けられている。
【０００３】そして、冬期において電算室６３では冷房を行い、事務室６４では暖房を行う。電算室６３の室外機７０に備えられたコンプレッサ７４により高温高圧に圧縮された冷媒は、熱交換器７１において外気と熱交換を行って凝縮される。つまり、この場合の熱交換器７１は、凝縮器として機能する。続いて、熱交換器７１を出た冷媒は、膨張弁７３により低温低圧に変換され、室内機６０に備えられた熱交換器６１に流れ込み、室内機６０に取り込まれた空気と熱交換を行い、蒸発する。つまり、この場合の熱交換器６１は、蒸発器として機能し、電算室６３が冷房される。また、事務室６４の室外機７０に備えられたコンプレッサ７４により高温高圧に圧縮された冷媒は、室内機６０に備えられた熱交換器６１に流れ込み、室内機６０に取り込まれた空気と熱交換を行って凝縮される。つまり、この場合の熱交換器７１は、凝縮器として機能し、事務室６４が暖房される。続いて、熱交換器６１を出た冷媒は、室外機７０に備えられた膨張弁７３により低温低圧に変換され、熱交換器７１において外気と熱交換を行って蒸発する。つまり、この場合の熱交換器７１は、蒸発器として機能する。なお、両部屋共に冷房または暖房を行う場合は、室外機７０を共有にすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように、従来の空気調和システムでは、冷房を必要とする部屋と暖房を必要とする部屋とが存在する場合は、各部屋ごとに室外機を設置しなければならないため、室外機を共有にできる場合と比較して設備費が高くなるとともに、電気代などの維持費も高くなるという問題がある。また、１つの室外機により複数の部屋を冷房または暖房できるようにした空気調和システムは既知であるが、一方の部屋を冷房、他方の部屋を暖房可能としたものが要望されていた。
【０００５】そこでこの発明は、上記諸問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、１つの室外機により、一方の部屋を冷房すると同時に他方の部屋を暖房することができ、かつ、双方の部屋を冷房することもできる空気調和システムを実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用および発明の効果】この発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし請求項４に記載の発明では、第１の部屋に備えられた第１の熱交換器と、第２の部屋に備えられた第２の熱交換器と、冷媒が前記第１および第２の熱交換器間を循環する循環経路と、この循環経路に接続されており、前記冷媒を圧縮する圧縮手段と、前記循環経路に接続されており、前記冷媒を膨張させる膨張手段と、前記圧縮手段および膨張手段間に接続された第３の熱交換器と、前記圧縮手段から流出した冷媒が前記第１および第２の熱交換器の一方の熱交換器に流入するとともに、前記第３の熱交換器を介さないで前記膨張手段から流出した冷媒が他方の熱交換器に流入する第１の循環経路と、前記第３の熱交換器を介して前記膨張手段から流出した冷媒が前記第１および第２の熱交換器の双方に流入する第２の循環経路とに前記循環経路を切替え可能な循環経路切替手段と、が備えられたという技術的手段を用いる。
【０００７】循環経路切替手段は、圧縮手段から流出した冷媒が第１の部屋に備えられた第１の熱交換器および第２の部屋に備えられた第２の熱交換器の一方の熱交換器に流入するとともに、圧縮手段および膨張手段間に接続された第３の熱交換器を介さないで膨張手段から流出した冷媒が他方の熱交換器に流入する第１の循環経路と、第３の熱交換器を介して膨張手段から流出した冷媒が第１および第２の熱交換器の双方に流入する第２の循環経路とに循環経路を切替えることができる。つまり、第１および第２の部屋の一方の部屋を冷房し、他方の部屋を暖房する場合は、循環経路切替手段によって循環経路を第１の循環経路に切替えることにより、第３の熱交換器を介して膨張手段から流出した冷媒を冷房する部屋に備えられた熱交換器に送り、第３の熱交換器を介さないで膨張手段から流出した冷媒を暖房する部屋の熱交換器に送ることができる。したがって、圧縮手段、膨張手段および第３の熱交換器を１つずつ備えた１つの室外機を用いるだけで、一方の部屋を冷房し、他方の部屋を暖房することができる。しかも、双方の部屋を冷房する場合は、循環経路切替手段によって循環経路を第２の循環経路に切替えることにより、第３の熱交換器を介して膨張手段から流出した冷媒を双方の部屋に備えられた熱交換器にそれぞれ送ることができる。したがって、上記同じ１つの室外機により、双方の部屋を冷房することもできる。
【０００８】また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の空気調和システムにおいて、前記循環経路切替手段は、前記第１および第２の熱交換器の一方の熱交換器のみを使用する場合は、前記第３の熱交換器を介して前記膨張手段から流出した冷媒が、前記使用する熱交換器のみに流入する第３の循環経路に前記循環経路を切替えるように構成されているという技術的手段を用いる。
【０００９】つまり、第１および第２の熱交換器の一方の熱交換器を使用しない場合は、その使用しない熱交換器には、第３の熱交換器を介して膨張手段から流出した冷媒を流さないようにすることにより、使用する熱交換器の熱交換を効率的に行うことができる。したがって、第１および第２の部屋の一方の部屋のみを使用する場合には、その使用する部屋の冷房効率を双方の部屋を冷房する場合よりも高めることができる。
【００１０】さらに、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の空気調和システムにおいて、気温を検出する気温検出手段が備えられており、前記循環経路切替手段は、前記気温検出手段により検出された気温に対応して前記循環経路を切替えるように構成されているという技術的手段を用いる。
【００１１】つまり、気温に応じて循環経路を自動的に切替えることができるため、人が気温を判断して手動で循環経路を切替える手間を省くことができる。
【００１２】また、請求項４に記載の発明では、冬期に冷房が必要な第１の部屋に備えられた第１の熱交換器と、冬期に暖房が必要な第２の部屋に備えられた第２の熱交換器と、冷媒を圧縮する圧縮手段と、前記冷媒を膨張させる膨張手段と、前記冷媒が、前記圧縮手段、前記第２の熱交換器、前記膨張手段、前記第１の熱交換器、前記圧縮手段の順に循環する循環経路と、が備えられたという技術的手段を用いる。
【００１３】つまり、圧縮手段により圧縮された冷媒は、冬期に暖房が必要な第２の部屋に備えられた第２の熱交換器に流入するため、第２の部屋を暖房することができる。そして、第２の熱交換器を出た冷媒は、膨張手段により膨張され、冬期に冷房が必要な第１の部屋に備えられた第１の熱交換器に流入するため、第１の部屋を冷房することができる。したがって、圧縮手段、膨張手段および第３の熱交換器を１つずつ備えた１つの室外機を用いるだけで、冬期において冷房が必要な部屋を冷房すると同時に他方の部屋を暖房することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る空気調和システムの一実施形態について図を参照して説明する。図１、図３および図５は、この実施形態に係る空気調和システムの主要構成および冷凍サイクルを示す説明図であり、図１は冬期運転における冷凍サイクルを、図３は夏期運転における冷凍サイクルを、図５は中間期における冷凍サイクルをそれぞれ示す。また、図２、図４および図６は、この空気調和システムを構成する四方弁および三方弁の動作状態を示す説明図であり、図２は冬期運転における動作状態を、図４は夏期運転における動作状態を、図６は中間期における動作状態をそれぞれ示す。
【００１５】最初に、この実施形態に係る空気調和システムの主要構成について図１を参照して説明する。一年を通じて冷房が必要な場所、つまり冬期でも冷房が必要な冬期冷房場所１４には、熱交換器１１、三方弁１２およびファン１３を有する室内機１０が設けられている。冬期冷房場所とは、たとえば電算室など、コンピュータや周辺機器から発生する熱により室温が上昇するため、冬期でも冷房を行う必要のある場所のことである。また、冬期冷房場所１４には、夏期は冷房し、冬期は暖房する通常空調場所２４が隣接しており、通常空調場所２４には、熱交換器２１、三方弁２２およびファン２３を有する室内機２０と、この空気調和システムを制御するコントローラ５０とが設けられている。そして、室外には、熱交換器３１、コンプレッサ３２、四方弁３３および膨張弁３９を有する室外機３０が設置されている。四方弁３３には、三方弁３４が接続されており、膨張弁３９の流入側には、逆止弁３８を介して三方弁３５が接続されており、膨張弁３９の流出側には、三方弁３６が接続されている。また、熱交換器３１と膨張弁３９との間には、逆止弁３７が接続されている。
【００１６】そして、コンプレッサ３２は、四方弁３３を介して室内機２０の三方弁２２および室外機３０の三方弁３４と接続されており、三方弁２２は、熱交換器２１および室内機１０の三方弁１２と接続されている。また、熱交換器２１は、室外機３０の三方弁３５と接続されており、室外機３０の三方弁３６は、室内機１０の熱交換器１１と接続されている。熱交換器１１は、三方弁１２と接続されている。なお、この実施形態では、四方弁３３、三方弁３４、３５、３６、２２、１２は、ソレノイドやステッピングモータなどの図示しないアクチュエータにより駆動する。また、コンプレッサ３２は、駆動電流の周波数を制御する手法などにより、いわゆるインバータ駆動され、膨張弁３９は、ステッピングモータなどの図示しないアクチュエータにより、弁の開閉度が制御される。
【００１７】次に、コントローラ５０の電気的構成について、それをブロックで示す図７を参照して説明する。コントローラ５０には、図１に示す空気調和システムを制御するＣＰＵ５１が備えられており、このＣＰＵ５１には、ＲＡＭ５２と、ＲＯＭ５３とが接続されている。ＲＯＭ５３には、ＣＰＵ５１が実行する制御プログラムなどが記憶されており、ＲＡＭ５２は、ＣＰＵ５１が制御プログラム実行時にＲＯＭ５３から読出された制御プログラムを一時的に記憶する。また、ＣＰＵ５１には、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）５４を介して温度センサ５５と、室内機１０と、室内機２０と、室外機３０と、各種操作ボタン５６とが接続されている。温度センサ５５は、通常空調場所２４の室温を検出する。各種操作ボタン５６は、この制御をＯＮ・ＯＦＦするボタン、制御を冬期、夏期および中間期のいずれかの制御に切替えるためのしきい値を変更するボタン、自動および手動を切替えるボタンなどから構成される。
【００１８】次に、ＣＰＵ５１が実行する制御の流れについて、それを示す図８のフローチャートを参照して説明するとともに、冷凍サイクルおよび弁動作について図１ないし図６を参照して説明する。ＣＰＵ５１は、制御をＯＮするボタンが押されたことを検出すると（ステップ（以下、Ｓと略す）１０：Ｙｅｓ）、温度センサ５５から送出された検出信号に基づいて、通常空調場所２４の室温Ｔ１を検出する（Ｓ１２）。続いて、ＣＰＵ５１は、検出された室温Ｔ１が、Ｔ１≦１５℃、１５℃＜Ｔ１＜２５℃、および２５℃≦Ｔ１のうちの何れであるかを判定する。そして、ＣＰＵ５１は、Ｔ１≦１５℃である場合は冬期運転制御を設定し（Ｓ２０）、１５℃＜Ｔ１＜２５℃である場合は中間期運転制御を設定し（Ｓ２６）、２５℃≦Ｔ１である場合は夏期運転制御を設定する（Ｓ３２）。以下、冬期運転、夏期運転および中間期運転の順に説明する。
【００１９】［冬期運転］冬期運転では、通常空調場所２４の暖房を行うと同時に冬期冷房場所１４の冷房を行う。ＣＰＵ５１は、室外機３０に設けられた四方弁３３に動作指令を出力し、図２に示すように、四方弁３３を構成する４つのポートのうち、ポート３３ａおよびポート３３ｂ間を連通させ、ポート３３ｄおよびポート３３ｃ間を連通させる（Ｓ２２）。続いて、ＣＰＵ５１は５つの三方弁３４、３５、３６、２２、１２に動作指令を出力する。これにより、図２に示すように、室外機３０に設けられた三方弁３４を構成する３つのポートのうち、ポート３４ｃおよびポート３４ｂ間が連通し、三方弁３５のポート３５ｂおよびポート３５ａ間が連通し、三方弁３６のポート３６ａおよびポート３６ｃ間が連通する。また、室内機２０に設けられた三方弁２２のポート２２ａおよびポート２２ｂ間が連通し、室内機１０に設けられた三方弁１２のポート１２ｂおよびポート１２ｃ間が連通する。（Ｓ２４）
【００２０】そして、ＣＰＵ５１は、室外機３０に設けられたコンプレッサ３２を駆動し（Ｓ３８）、膨張弁３９を駆動する（Ｓ４０）。すると、図１に示すように、コンプレッサ３２により圧縮された高温高圧の冷媒は、四方弁３３を介して室内機２０に設けられた三方弁２２から熱交換器２１に流入する。これにより、通常空調場所２４内の空気が熱交換器２１と熱交換され、ファン２３により温風となって室内に送出され、通常空調場所２４が暖房される。つまり、この場合、熱交換器２１は凝縮器として機能する。そして、熱交換器２１により凝縮された冷媒は、室外機３０に設けられた三方弁３５から逆止弁３８を介して膨張弁３９に流入し、低温低圧になった冷媒は、三方弁３６を介して室内機１０に設けられた熱交換器１１に流入する。これにより、冬期冷房場所１４内の空気が熱交換器２１と熱交換され、ファン１３により冷風となって室内に送出され、冬期冷房場所１４が冷房される。つまり、この場合、熱交換器１１は蒸発器として機能する。
【００２１】続いて、熱交換器１１により蒸発された冷媒は、室内機１０に設けられた三方弁１２を介して室外機３０に設けられた三方弁３４から四方弁３３を通ってコンプレッサ３２に還元される。以降、上記同様の冷凍サイクルを繰り返し、通常空調場所２４は暖房され、冬期冷房場所１４は冷房される。以上のように、この実施形態に係る空気調和システムを使用すれば、コンプレッサ３２および膨張弁３９を１つずつ備えた１つの室外機３０を用いるだけで、冬期冷房場所を冷房すると同時に通常空調場所を暖房することができる。
【００２２】［夏期運転］夏期運転では、通常空調場所２４および冬期冷房場所１４の双方を同時に冷房する。ＣＰＵ５１からの動作指令により、図４に示すように、四方弁３３のポート３３ａおよびポート３３ｄ間が連通し、ポート３３ｂおよびポート３３ｃ間が連通する（Ｓ３４）。また、三方弁３４のポート３４ｂおよびポート３４ａ間が連通し、三方弁３５のポート３５ｃおよびポート３５ｂ間が連通し、三方弁３６のポート３６ａおよびポート３６ｂ、ポート３６ｃ間が連通する。また、三方弁２２のポート２２ｂ、２２ｃおよびポート２２ａ間が連通し、三方弁１２のポート１２ｂおよびポート１２ａ間が連通する（Ｓ３６）。
【００２３】そして、ＣＰＵ５１は、コンプレッサ３２および膨張弁３９を駆動する（Ｓ３８、Ｓ４０）。すると、図３に示すように、コンプレッサ３２により圧縮された高温高圧の冷媒は、四方弁３３から三方弁３４を介して室外機３０に設けられた熱交換器３１に流入し、温度が低下する。続いて、冷媒は、逆止弁３７を介して膨張弁３９に流入し、低温低圧になった冷媒は、三方弁３６を介して室内機１０に設けられた熱交換器１１に流入するとともに、三方弁３６から三方弁３５を介して室内機２０に設けられた熱交換器２１に流入する。これにより、冬期冷房場所１４内および通常空調場所２４が同時に冷房される。つまり、この場合、熱交換器１１および熱交換器２１は、共に蒸発器として機能する。そして、熱交換器１１により蒸発された冷媒は、三方弁１２から流出し、熱交換器２１により蒸発された冷媒と共に、室内機２０に設けられた三方弁２２から流出し、四方弁３３を介してコンプレッサ３２に還元される。以降、上記同様の冷凍サイクルを繰り返し、通常空調場所２４および冬期冷房場所１４は、同時に冷房される。以上のように、この実施形態に係る空気調和システムを使用すれば、熱交換器３１、コンプレッサ３２および膨張弁３９を１つずつ備えた１つの室外機３０を用いるだけで、通常空調場所２４および冬期冷房場所を同時に冷房することができる。
【００２４】［中間期運転］春や夏などの中間期運転では、通常空調場所２４の冷暖房を行わず、冬期冷房場所１４のみを冷房する。ＣＰＵ５１からの動作指令により、図６に示すように、四方弁３３のポート３３ａおよびポート３３ｄ間が連通し、ポート３３ｂおよびポート３３ｃ間が連通する（Ｓ２８）。また、三方弁３４のポート３４ｂおよびポート３４ａ間が連通し、三方弁３５は３つのポート総てが非連通状態となり、三方弁３６のポート３６ａおよびポート３６ｃ間が連通する。また、三方弁２２のポート２２ｃおよびポート２２ａ間が連通し、三方弁１２のポート１２ｂおよびポート１２ａ間が連通する（Ｓ３０）。
【００２５】そして、ＣＰＵ５１は、コンプレッサ３２および膨張弁３９を駆動する（Ｓ３８、Ｓ４０）。すると、図５に示すように、コンプレッサ３２により圧縮された高温高圧の冷媒は、四方弁３３から三方弁３４を介して室外機３０に設けられた熱交換器３１に流入し、温度が低下する。続いて、冷媒は、逆止弁３７を介して膨張弁３９に流入し、低温低圧になった冷媒は、三方弁３６を介して室内機１０に設けられた熱交換器１１に流入する。これにより、冬期冷房場所１４内が冷房される。つまり、この場合、熱交換器１１は、蒸発器として機能する。また、三方弁３５が非連通状態となっているため、膨張弁３９から流出した冷媒は、室内機２０に設けられた熱交換器２１には流入しない。そして、熱交換器１１により蒸発された冷媒は、三方弁１２から流出し、室内機２０に設けられた三方弁２２から四方弁３３を介してコンプレッサ３２に還元される。以降、上記同様の冷凍サイクルを繰り返し、冬期冷房場所１４のみが冷房される。以上のように、この実施形態に係る空気調和システムを使用すれば、熱交換器３１、コンプレッサ３２および膨張弁３９を１つずつ備えた１つの室外機３０を用いて冬期冷房場所のみを冷房することができるため、通常空調場所２４および冬期冷房場所１４の双方を冷房する場合よりも冷房効率を高めることができる。
【００２６】以上のように、上述の実施形態に係る空気調和システムを使用すれば、１つの室外機により、一方の部屋を冷房すると同時に他方の部屋を暖房することができ、かつ、双方の部屋を冷房することもできる空気調和システムを実現することができる。したがって、従来のように、各部屋ごとに室外機を設置する空気調和システムよりも、室外機が１つ少ない分、空気調和システムを構築するための設備費と、電気代などの維持費とを低減することができる。
【００２７】なお、上述の実施形態では、熱交換器３１、コンプレッサ３２および膨張弁３９を室外機３０に設けた構成を説明したが、それらの何れか１つまたは２つ、あるいは総てを室内機１０または室内機２０に設けることもできるし、室内機とは独立して設けることもできる。また、上述の実施形態では、コントローラ５０が自動的に冷媒の循環経路を切替える構成を説明したが、手動で切替えるように構成することもできる。さらに、ＣＰＵ５１が、判定する室温Ｔ１のしきい値は、操作ボタン５６に設けられたしきい値変更用ボタンなどの操作により変更することができる。またさらに、この発明は、荷箱を２室に仕切り、一方の室内を冷房し、他方の室内を暖房する車両用冷温庫や温熱庫などにも適用することができる。
【００２８】ところで、冬期冷房場所１４および通常空調場所２４の一方が、この発明の第１の部屋に対応し、他方が第２の部屋に対応する。また、熱交換器１１および熱交換器２１の一方が、この発明の第１の熱交換器に対応し、他方が第２の熱交換器に対応し、熱交換器３１が第３の熱交換器に対応する。さらに、コンプレッサ３２が圧縮手段に対応し、膨張弁３９が膨張手段に対応する。また、図１に示す冷媒の循環経路が第１の循環経路に対応し、図３に示す循環経路が第２の循環経路に対応し、図５に示す循環経路が第３の循環経路に対応する。さらに、四方弁３３および三方弁３４、３５、３６、２２、１２が、循環経路切替手段に対応し、ＣＰＵ５１が実行する図８のＳ１０〜Ｓ４０が、循環経路切替手段として機能する。また、温度センサ５５が、温度検出手段に対応する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１１０３２１
【氏名又は名称】トヨタ車体株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月７日（１９９９．６．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９５７９５
【弁理士】
【氏名又は名称】田下 明人 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６４８９（Ｐ２０００−３４６４８９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５９１４６ |
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