KR100718909B1 - 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛 - Google Patents

액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛 Download PDF

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이현건
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주식회사 영텍
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Abstract

본 발명은 유체가 진행하는 관에 설치된 밸브의 개도를 제어하는 액추에이터에 에어를 공급하고 배기시킬 때에 그 공급 및 배기되는 에어를 유기적으로 정확히 컨트롤 할 수 있도록 한 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛에 관한 것으로, 그 구성은, 유체진행 관을 개폐시키는 기능을 하는 액추에이터에 에어를 공급하고 배기시키는 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛에 있어서, 상기 액추에이터의 작동을 위해 에어공급구로부터 에어를 공급받아 체크밸브가 설치된 에어공급라인을 통해 액추에이터로 에어를 공급 및 차단시키는 제1에어제어수단; 상기 액추에이터로 에어를 공급하는 에어공급라인 상에 연결 설치되는 에어배기라인상에 설치되어 액추에이터의 에어를 배기 및 차단시키는 제2에어제어수단; 상기 에어공급구의 입측에 설치되어 그 에어공급구로 공급되는 에어를 적정의 에어 압으로 상기 제1 및 제2에어제어수단에 공급하는 레귤레이터; 로 이루어진다.
액추에이터, 파일럿밸브, 피에조, 에어공급라인, 에어배기라인

Description

액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛{Pilot valve unit for actuator control}
도1은 유체진행 관의 개도를 제어하는 액추에이터의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도,
도2a 및 도2b는 종래 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛의 작용을 설명하기 위한 구성도,
도3은 본 발명에 따른 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛 회로 구성도,
도4는 본 발명에 따른 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛 단면도로서 액추에이터 작동 전의 상태를 나타낸 구성도,
도5는 본 발명에 따른 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛 단면도로서 유체진행 관의 밸브가 닫힌 상태의 구성도.
도6은 본 발명에 따른 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛 단면도로서 유체관의 밸브가 열린 상태의 구성도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10 : 액추에이터 11 : 케이스
12 : 다이아프램 13 : 스템
14 : 개폐구 15 : 탄성스프링
20 : 레귤레이터 30 : 제1에어제어수단
31 : 에어공급라인 32 : 체크밸브
34 : 에어공급구 35 : 제1밸브
36 : 제1피에조 37 : 제1탄성부재
40 : 제2에어제어수단 41 : 에어배기라인
42 : 제2밸브 43 : 제2피에조
44 : 제2탄성부재
본 발명은 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유체가 진행하는 관에 설치된 밸브를 필요에 따라 열고 닫는 역할을 하는 액추에이터를 작동시키기 위하여 그 액추에이터에 에어를 공급하고 배기시킬 때에 그 공급 및 배기되는 에어를 제어할 수 있도록 한 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛에 관한 것이다.
상기 액추에이터(10)는 도1에 개략적으로 나타낸 바와 같이 케이스(11)의 내부 중앙부에 다이아프램(12)이 설치되고, 그 다이아프램(12)의 하부 중앙에는 스 템(13)이 연결 설치되며, 그 스템(13)의 하단에는 유체가 진행하는 유체진행 관(P)에 설치된 밸브(B)를 온/오프 하는 개폐구(14)가 설치된다. 그리고 상기 다이아프램(12)의 하부 양측 즉 스템(13)을 외곽에는 탄성스프링(15)이 설치된다.
상기와 같은 구조를 갖는 액추에이터(10)를 작동시키기 위해서는 다이아프램(12)의 상부에 에어가 공급되면 그 공급되는 에어 압에 의해 다이아프램(12)이 하방으로 이동하면서 탄성스프링(15)을 압축시킴과 동시에 스템(13)은 하방으로 이동시키게 되고, 그에 따라 상기 스템(13)의 하단에 설치된 개폐구(14)가 상기 유체진행 관(P)에 설치된 밸브(B)의 개도를 닫게(이하 크로스(close)라 함)되는 것이다.
그리고 상기 밸브(B)의 개도를 크로스 한 개폐구(14)가 밸브(B)의 개도를 열(이하 오픈(open)이라 함)고자 할 때에는 상기 액추에이터(10)에 공급된 에어를 배기시키면 되는데, 그 배기시키는 원리는, 상기 액추에이터(10)에 에어공급을 중단하면 상기 액추에이터 내부의 에어 압이 발생되지 않기 때문에 상기 압축된 탄성스프링(15)의 복원되면서 다이아프램(12)을 상뷰로 이동시킨다.
따라서 상기 상부로 이동되는 다이아프램(12)과 함께 스템(13)이 상승하면서 그와 동시에 개폐구(14)가 상승하여 상기 크로스 한 밸브(B)의 개도를 오픈하게 되는 것이다.
상기와 같은 상태로 액추에이터(10)를 작동시키기 위하여 액추에이터(10)에 에어를 공급하고 배기시키는 종래의 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛을 도2a 및 도2b를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 도2a에 나타낸 바와 같이 에어공급라인(L1)을 통하여 에어를 공급하게 되면 그 공급되는 에어는 에어공급라인(L1)을 따라 진행하면서 제1에어압실(117)과 제2에어압실(118)에 동시에 공급되어 상기 제1 및 제2에어압실(117,118)에 소정의 에어 압을 발생시킨다.
이와 같은 상태에서 에어배기라인(L2)의 끝단에 설치된 노즐(120)을 상기 에어배기라인(L2)의 끝단으로부터 이격시키면 제4에어압실(104)의 에어는 배기되고 그와 동시에 제3에어압실(103)에 충입된 에어 압에 의해 제1다이아프램(101)을 제1밸브(112)측으로 밀어 스폴(110)을 제1밸브(112)측으로 이동시킨다.
이때 상기 스폴(110)의 중앙에 형성된 에어통로(111)의 일측단이 제1밸브(112)의 선단을 밀게 되고 그 밀리는 제1밸브(112)는 후방으로 이동되면서 제1밸브의 개도(t)가 열려 상기 에어공급라인(L1)으로부터 공급되는 제1에어압실(117)의 에어가 제1밸브의 개도(t)를 통하여 에어실(119) 및 에어라인(L3)을 따라 액추에이터(10)의 상부로 공급되게 되는 것이다.
상기와 같이 액추에이터(10)의 상부로 에어가 공급되면 그 공급되는 에어 압에 의하여 다이아프램(12)이 하방으로 이동됨과 동시에 스템(13)과 개폐구(14)가 연동되면서 유체진행 관(P)에 설치된 밸브(B)의 개도를 크로스하게 되는 것이다. 이와 같이 밸브(B)의 개도를 크로스하게 되면 유체진행 관(P)으로의 유체진행은 이루어지지 않는다.
한편 상기 제1밸브(112)의 개도(t)를 열기위한 스폴(110)의 이동 원리는, 노즐(120)을 에어배기라인(L2)의 선단으로부터 이격시키게 되면 제1에어압실(117)과 제4에어압실(104)의 에어가 에어배기라인(L2)으로 배기 되면서 상기 제4에어압실(104)의 에어 압이 제3에어압실(103)의 에어 압 보다 약하게 되어 제1다이아프램(101)이 제4에어압실(104) 쪽으로 이동하면서 스폴(110)이 제1밸브(112) 쪽으로 이동되게 되는 것이다. 이때 스프링(113)은 압축된다.
단 상기 제2밸브(114)는 에어공급라인(L1)을 통하여 제2에어압실(118)로 공급되는 에어 압 및 스프링(115)에 의해 제2밸브(114)의 개도(t')를 긴밀히 크로스하게 된다.
역으로 상기 닫쳐진 유체진행 관(P)을 열어 유체를 진행시키고자 할 때에는, 도2b에 나타낸 바와 같이 에어공급라인(L1)을 통하여 에어를 공급하게 되면 그 공급되는 에어는 에어공급라인(L1)을 따라 진행하면서 제1에어압실(117)과 제2에어압실(118)에 동시에 공급되고 그 공급되는 에어 중 제1에어압실(117)의 에어는 에어라인(L4)를 통하여 제4에어압실(104)에 공급된다. 이때 상기 에어배기라인(L2)의 끝단에 설치된 노즐(120)은 에어배기라인(L2)의 끝단을 긴밀히 막은 상태이다.
상기와 같이 제1에어압실(117)의 에어가 제4에어압실(104)에 공급되면 상기 제4에어압실(104)의 에어 압은 제3에어압실(103)보다 강해지고 그에 따라 제2다이아프램(102) 및 스폴(110)을 제2밸브(114) 쪽으로 이동시킨다. 따라서 제1밸브의 선단을 밀고 있던 에어통로(111)의 일측단이 상기 제1밸브(112)의 선단으로부터 이격되면서 스프링(133) 및 에어 압에 의해 상기 제1밸브(112)가 제1밸브의 개도(t)를 막게 된다.
상기와 같은 상태에서 액추에이터(10)내부의 에어는 에어라인(L3)을 통하여 에어실(119) 및 에어통로(111) 그리고 배기구(116)로 배기되는데, 그 배기의 원리는, 상기 다이아프램(12)의 하부에 설치된 탄성스프링(15)의 복원력에 의해 다이아프램(12)을 상부로 밀어 올리고 그에 따라 액추에이터(10)내부의 에어가 배기 되는 것이다.
한편 상기 다이아프램(12)을 상부로 밀어 올리면 스템(13)과 개폐구(14)도 같이 올라가게 되고 그에 따라 유체진행 관(P)에 설치된 밸브(B)도 열리게 되는 것이다.
상술한 바와 같은 종래의 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛은 그 구조가 복잡하여 고정 발생시 수리작업이 어려우며, 특히 정전 등으로 인하여 전기 공급이 중단되면 액추에이터(10)의 에어가 모두 빠져나가 스템(13)의 하단에 설치된 개폐구(14)가 유체진행 관(P)에 설치된 밸브(B)를 열어 줌으로 유체를 계속 진행시켜 유체의 진행을 중단해야 하는 경우에 안전사고의 위험이 따랐다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 액추에이터로의 에어공급 및 배기를 정확하고 정밀하게 제어함으로서 액추에이터의 작동을 정확하게 유도하여 유체진행 관으로 진행하는 유체의 진행을 물론, 차단과 개도의 조정을 오차 없이 정확하게 할 수 있도록 한 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 기술적 구성은, 유체진행 관을 개폐시키는 기능을 하는 액추에이터(10)에 에어를 공급하고 배기시키는 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛에 있어서,
상기 액추에이터(10)의 작동을 위해 에어공급구(34)로부터 에어를 공급받아 체크밸브(32)가 설치된 에어공급라인(31)을 통해 액추에이터로 에어를 공급 및 차단시키는 제1에어제어수단(30); 상기 액추에이터로 에어를 공급하는 에어공급라인 상에 연결 설치되는 에어배기라인(41)상에 설치되어 액추에이터의 에어를 배기 및 차단시키는 제2에어제어수단(40); 상기 에어공급구의 입측에 설치되어 그 에어공급구로 공급되는 에어를 적정의 에어 압으로 상기 제1 및 제2에어제어수단에 공급하는 레귤레이터(20);로 이루어진다.
그리고 상기 제1에어제어수단(30)은 에어공급구로 공급되어 에어공급라인을 통하여 액추에이터(10)로 공급되는 에어를 온-오프 하는 제1밸브(35)와, 그 제1밸브의 상부에 설치되어 상기 제1밸브를 작동시키는 제1피에조(36)와, 상기 제1밸브를 상부로 밀어 올리는 탄성력을 부여하는 제1탄성부재(37)로 이루어지고, 상기 제2에어제어수단(40)은 액추에이터(10)의 에어가 배기되는 에어배기라인(41)을 온-오프 하는 제2밸브(42)와, 그 제2밸브의 상부에 설치되어 제2밸브를 작동시키는 제2피에조(43)와, 상기 제2밸브를 상부로 밀어 올리는 탄성력을 부여하는 제2탄성부재(44)로 이루어진다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유 닛을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 유체가 진행하는 유체진행 관(P)의 선택된 내부에는 유체를 가이드 하는 밸브(B)가 설치되며, 그 밸브(B)에는 유체의 진행을 차단하거나 진행을 유도하는 액추에이터(10)가 설치된다.
상기 유체진행 관(P)의 밸브(B)에 설치되는 액추에이터(10)는 도1에 나타낸 바와 같이 상부 일측에서 에어를 공급하고 그 공급된 에어를 배기시킴에 따라 상기 밸브(B)를 차단하거나 열어주는 작용을 하는 것으로 그 구성은 케이스(11)의 내부 중앙부에 다이아프램(12)이 설치되고, 그 다이아프램(12)의 하부 중앙에는 스템(13)이 연결 설치되며, 그 스템(13)의 하단에는 유체진행 관(P)에 설치된 밸브(B)를 차단 및 열어주는(이하 "온/오프"라 통칭함) 개폐구(14)가 설치된다. 그리고 상기 다이아프램(12)의 하부 즉 스템(13)을 중심으로 측면에는 각각의 탄성스프링(15)이 설치된다.
상기의 구성 및 작용을 하는 액추에이터(10)를 작동시키는 본 발명에 따른 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛은, 도3 및 도4에 나타낸 바와 같이 독립된 하나의 몸체에 액추에이터(10)로 에어를 공급하는 에어공급라인(31)과 액추에이터(10)의 에어를 외부로 배기하는 에어배기라인(41)이 형성되고, 상기 에어공급라인(31)에는 액추에이터(10)로 에어를 공급 및 차단하는 제1에어제어수단(30)이 설치되고 에어배기라인(41)에는 액추에이터(10)에서 배기되는 에어를 외부로 배기 및 차단하는 제2에어제어수단(40)이 설치된다.
상기 제1에어제어수단(30)의 입구에는 에어공급구(34)가 형성되고, 그 에어 공급구(34)의 일측에는 레귤레이터(20)가 설치되며, 상기 제1에어제어수단(30)의 출측에는 에어공급라인(31)이 형성되고, 그 에어공급라인(31)에는 에어의 역류를 차단하는 체크밸브(32)가 설치되며, 상기 에어공급라인(31)의 출측 단부에는 액추에이터(10)와 연결 설치되고, 상기 에어배기라인(41)은 에어공급라인(31)상에 연결 설치된다.
한편 상기 에어공급라인(31)에 설치된 제1에어제어수단(30)은 에어공급구(34)에서 공급되는 에어를 선택적으로 온/오프 하는 제1밸브(35)와 그 제1밸브(35)를 작동시키는 제1피에조(36)로 이루어지는데, 상기 제1밸브(35)의 하단에는 상기 제1밸브(35)를 상부로 밀어 올리는 탄성력을 부여하는 제1탄성부재(37)가 설치되고 상기 제1피에조(36)는 제1밸브(35)의 상단과 연결 설치되어 제1밸브(35)를 하부로 작동시키는 역할을 한다.
단기 상기 제1피에조(36)의 작동은 전기 공급 및 레귤레이터(20)로부터의 적정 압(1.4kgf/cm2)의 에어가 공급되어야 작동되는 것이고, 상기 제1피에조(36)의 작동은 제1밸브(35)를 하부로 밀어내는 것이다.
그리고 상기 에어배기라인(41)에 설치된 제2에어제어수단(40)은 액추에이터(10)에서 배기되는 에어를 선택적으로 온-오프하는 제2밸브(42)와 그 제2밸브(42)를 작동시키는 제2피에조(43)로 이루어지는데, 상기 제2밸브(42)에는 그 제2밸브(42)를 상부로 밀어 올리는 탄성력을 부여하는 제2탄성부재(44)가 설치되고, 상기 제2피에조(43)는 제2밸브(42)의 상단과 연결 설치되어 제2밸브(42)를 하부로 작동시키는 역할을 한다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛을 이용하여 액추에이터(10)로 에어를 공급하고, 그 공급되는 에어에 의해 다이아프램(12) 및 스템(13)과 개폐구(14)의 작용에 따라 유체가 진행하는 관(P)을 오프 하는 과정을 도5를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 에어공급구(34)로 에어를 공급함은 물론, 레귤레이터(20)에서 적정 압의 에어를 공급하고, 컨트롤러(도면미도시)로부터 제1피에조(Piezo)(36)에 전원을 공급하면 그 제1피에조(36)가 작동하면서 제1밸브(35)를 하방으로 밀어내어 에어공급구(34)와 에어공급라인(31)을 상호 연통시키게 되는데, 이때 상기 제1밸브(35)의 하단에 설치된 제1탄성부재(37)는 압축된다.
이와 같이하여 에어공급라인(31)이 온 되면 상기 에어공급구(34)로 공급되는 에어는 에어공급라인(31)을 통하여 액추에이터(10)의 내부 즉 다이아프램(12)의 상부에 공급되고 이에 따라 다이아프램(12)은 하방으로 이동하면서 탄성스프링(15)을 압축시킴과 동시에 스템(13)이 하방으로 이동되어 개폐구(14)가 유체진행 관(P)의 밸브(B)를 닫는다. 이와 같은 상태는 유체가 진행하는 관(P)을 오프 시켜 유체의 진행을 차단하는 상태이다.
단 상기 제1밸브(35)가 온 될 때에는 제2에어제어수단(40)의 제2밸브(42)는 제2피에조(43)의 작동으로 하방으로 밀려내려 가면서 에어배기라인(41)을 오프 시키게 된다. 상기 제2밸브(42)가 하방으로 내려가 에어배기라인(41)을 오프 할 때에는 제2탄성부재(44)는 압축된다. 한편 제2피에조(43)의 작동은 상기 제1피에조(36) 와 마찬가지로 커트롤러(50)에서 전원이 공급되기 때문이다.
상기 제1밸브(35)가 에어공급라인(31)을 온 할 때 제2밸브(42)가 에어배기라인(41)을 오프 하는 이유는, 에어배기라인(41)이 온 되면 에어공급라인(31)으로 공급되는 에어가 액추에이터(10)로 모두 공급되지 못하고 에어배기라인(41)으로 일부 배기되어 액추에이터(10)의 작동을 정상적으로 시키기 못하기 때문이다.
상기와 같이 유체가 진행하는 관(P)을 오프 시켜 유체의 진행을 차단한 상태에서 그 차단된 유체진행 관(P)을 온 시키고자 할 때에는 도6에 나타낸 바와 같이 에어공급라인(31)은 오프하고 에어배기라인(41)은 오픈하는데 이의 작용은 다음과 같다.
에어공급구(34)로 에어공급이 중단하면 상기 제1밸브(35)의 하단에 위치하여 압축되어 있던 제1탄성부재(37)가 복원력을 발휘하여 제1밸브(35)를 상부로 밀어올리기 때문에 에어공급라인(31)이 오프 되고, 그와 동시에 제2밸브(42)의 상부에 설치된 제2탄성부재(44)도 탄성력을 발휘하여 제2밸브(42)를 상부로 밀어올리기 때문에 에어배기라인(41)은 온 된다. 이때, 상기 제1피에조(36)에는 전원이 공급되지 않으며 그와 동시에 레귤레이터(20)로부터 공급되는 적정 압의 에어도 공급되지 않는다.
이와 같은 상태가 되면 액추에이터(10)로의 에어공급이 이루어지지 않기 때문에 다이아프램(12)의 하부 양측에 설치되어 압축되어 있던 탄성스프링(15)이 복원력을 발휘하여 다이아프램(12)을 상부로 밀어 올리게 되고 그와 동시에 스템(13)이 상부로 올라가면서 유체진행 관(P)의 밸브(B)를 막고 있던 개폐구(14)가 유체진 행 관(P)의 밸브(B)를 열어주게 된다. 따라서 유체는 진행된다.
이때 상기 다이아프램(12)의 상부와 케이스(11)의 내부 사이에 소정의 압으로 충입되어 있던 에어는 에어공급라인(31)의 출측 단부를 통하여 에어배기라인(41)으로 배기된다. 단 상기 체크밸브(32)는 액추에이터(10)에서 배기되는 에어가 에어공급라인(31)으로 역류하는 것을 차단해 줌으로 에어배기라인(41)으로만 에어가 배기되는 것이다. 그리고 상기 제1 및 제2피에조(36,43)는 그 기능의 특성상 에어 압이 적정 압(1.4kgf/cm2) 이상 되면 작동을 중단하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 유체진행 관(P)의 밸브(B)를 열고 닫기 위하여 액추에이터(10)를 작동시키는 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛이 정전 등으로 인하여 전원공급이 차단되며 상기 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛이 정전전의 상태를 그대로를 유지하게 됨으로 액추에이터(10)도 정전전의 상태를 그대로 유지하게 되어 안전성이 확보되는 장점이 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛은 액추에이터로의 에어공급 및 배기를 정확하고 정밀하게 제어함으로서, 액추에이터의 작동을 정확하게 유도할 수 있어 유체진행 관으로 진행하는 유체의 진행과 차단과 개도의 조정을 오차 없이 정확하게 할 수 있는 효과가 있음은 물론, 정전 등으로 인하여 전원공급이 차단되며 상기 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛이 정전전의 상태를 그대로를 유지하게 됨으로 액추에이터도 정전전의 상태를 그대로 유지하게 되어 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 유체진행 관을 개폐시키는 기능을 하는 액추에이터에 에어를 공급하고 배기시키는 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛에 있어서,
    상기 액추에이터의 작동을 위해 에어공급구로부터 에어를 공급받아 체크밸브가 설치된 에어공급라인을 통해 액추에이터로 에어를 공급 및 차단시키는 제1에어제어수단;
    상기 액추에이터로 에어를 공급하는 에어공급라인 상에 연결 설치된 에어배기라인 상에 설치되어 액추에이터의 에어를 배기 및 차단시키는 제2에어제어수단;
    상기 에어공급구의 입측에 설치되어 그 에어공급구로 공급되는 에어를 적정의 에어 압으로 상기 제1 및 제2에어제어수단에 공급하는 레귤레이터;로 이루어진 구성을 특징으로 하는 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1에어제어수단은 에어공급라인을 온-오프 하는 제1밸브와, 그 제1밸브의 상부에 설치되어 상기 제1밸브를 작동시키는 제1피에조와, 상기 제1밸브를 상부로 밀어 올리는 탄성력을 부여하는 제1탄성부재로 이루어짐을 특징으로 하는 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2에어제어수단은 액추에이터의 에어가 배기되는 에어배기라인을 온-오프 하는 제2밸브와, 그 제2밸브의 상부에 설치되어 제2밸브를 작동시키는 제2피에조와, 상기 제2밸브를 상부로 밀어 올리는 탄성력을 부여하는 제2탄성부재로 이루어짐을 특징으로 하는 액추에이터 제어용 파일럿밸브 유닛.
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