KR100733072B1 - 열교환기용 쿨러헤드 및 제조방법 - Google Patents

열교환기용 쿨러헤드 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제조시 작업 효율성을 현저히 높일 수 있으면서도 작업 시간의 단축을 기할 수 있고, 전열튜브와의 접합 부위의 강도가 높아 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 열교환기의 외부 케이스에 보다 용이하게 설치할 수 있으며, 열교환기의 성능 향상을 기대할 수 있도록 된 열교환기용 쿨러헤드 및 쿨러헤드 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 길다란 판형상으로 이루어지며 표면에는 복수개의 슬롯(22)이 관통된 한 쌍의 상하 헤드플레이트(20)와, 상기 헤드플레이트(20)에 각각 결합된 한 쌍의 상하부탱크(30)와, 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22)에 양단부가 끼움 결합된 복수개의 전열튜브(40)를 포함하여 구성된 열교환기에 있어서, 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22) 둘레부에서 상기 탱크(30)의 내벽면 방향으로 연장된 버르(26)와, 표면에 상기 슬롯(22)에 대응되는 복수개의 삽입공(52)이 형성되고 상기 삽입공(52) 둘레부에는 상기 버르(26)에 접촉되는 연장부(54)가 형성되어 상기 헤드플레이트(20)의 외부면에 부착된 융착필름(50)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드(10)가 제공된다.

Description

열교환기용 쿨러헤드 및 제조방법{Radiator cooler head and manufacturing method thereof}
도 1은 종래 열교환기의 정면도
도 2는 도 1의 쿨러헤드와 전열튜브의 결합 상태를 보여주는 측단면도
도 3은 본 발명의 쿨러헤드의 사시도
도 4는 도 3의 쿨러헤드와 전열튜브의 결합 상태를 보여주는 측단면도
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 측단면도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주는 측단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20. 헤드플레이트 30. 탱크
40. 전열튜브 50. 융착필름
52. 삽입공 54. 연장부
본 발명은 열교환기용 쿨러헤드 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 제조시 작업 효율성을 현저히 높일 수 있으면서도 작업 시간의 단축을 기할 수 있고, 전열튜브와의 접합 부위의 강도가 높아 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 열교환기의 외부 케이스에 보다 용이하게 설치할 수 있으며, 열교환기의 성능 향상을 기대할 수 있도록 된 열교환기용 쿨러헤드 및 쿨러헤드 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 중장비용 또는 산업용 콤프레샤의 오일쿨러, 중장비용 오일쿨러, 산업용 엔진, 차량의 공기조화기, 오일펌프 등의 냉각장치에는 열교환기가 설치된다. 도 1은 이러한 열교환기의 구성을 개략적으로 보여주는 정면도, 도 2는 도 1의 쿨러헤드와 전열튜브의 결합 상태를 보여주는 측단면도이다. 도 1에 의하면, 열교환기는 상하쿨러헤드(100) 사이에 복수개의 전열튜브(130)가 결합되고, 전열튜브(130) 사이에는 복수개의 방열핀(135)이 결합되어 구성된다. 또한, 상하쿨러헤드(100)에는 각각 압력유체의 입구가 출구가 형성된다. 또한, 도 2에 의하면, 상하쿨러헤드(100)는 표면에 복수개의 슬롯(112)이 관통되며 슬롯(112)의 둘레에는 내측으로 버르(114)가 연장된 헤드플레이트(110)와, 상기 헤드플레이트(110)에 브레이징된 접합부(111a)에 의해 헤드플레이트(110)에 결합된 탱크(120)로 구성된 것으로, 상하플레이트(110)의 슬롯(112)에 전열튜브(130)의 양단부를 끼워서 슬롯(112) 둘레부의 버르(114)에 브레이징 또는 용접으로 접합한다.
이러한 구성의 열교환기에 의하면, 상측쿨러헤드(100)의 입구를 통해 상측쿨 러헤드(100)의 내부로 압력유체가 유입되어 각 전열튜브(130)를 통과하면서 압력유체의 열교환이 이루어지고, 열교환된 유체는 하측쿨러헤드(100)의 출구를 통해 배출된다.
그런데, 상기 쿨러헤드(100)의 경우, 전열튜브(130)를 헤드플레이트(120)의 슬롯(112)에 삽입하여 상기 버르(114)에 일일이 브레이징 또는 용접하여 접합해야 하기 때문에, 작업 방법이 난해하면서도 작업 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 상기 전열튜브(130)와 헤드플레이트(120)의 접합 부위로 누수가 발생될 가능성이 높은 문제점이 있다.
또한, 상기 쿨러헤드(100)는 탱크(120)가 반원형으로 이루어지기 때문에, 열교환기의 외부 케이스 내벽면에 고정하기가 불편한 문제점이 있으며, 상기 쿨러헤드(100)가 열교환기 케이스에 밀착되어 설치되지 못하기 때문에, 설치 후에도 쿨러헤드(100)가 유동되는 등 견고하게 설치되지 못하는 문제점이 있다. 또한, 탱크(120)가 반원형으로서 외부로 튀어나오기 때문에, 그만큼 열교환기에서 점유하는 공간을 많이 차지한다. 따라서, 쿨러헤드(100)의 점유 공간만큼 열교환기의 방열핀(135)의 설치 개수가 제한될 수밖에 없기 때문에, 열교환기의 열교환 효율이 그만큼 저하되는 결과를 초래한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 열교환기의 전열튜브를 일일이 용접 또는 브레이징하지 않고 일괄적으로 접 합할 수 있기 때문에, 작업 효율성을 현저히 높일 수 있으면서도 작업 시간의 단축을 기할 수 있으며, 전열튜브와의 접합 부위로 누수가 발생될 가능성을 줄여서 제품의 신뢰성을 높일 수 있으며, 열교환기의 외부 케이스에 보다 용이하게 설치할 수 있으며, 동일 규격의 열교환기에 대하여 방열핀을 더 많이 설치할 수 있으므로, 열교환기의 성능 향상을 기대할 수 있도록 된 새로운 구성의 열교환기용 쿨러헤드 및 쿨러헤드 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 제1특징에 따르면, 길다란 판형상으로 이루어지며 표면에는 복수개의 슬롯(22)이 관통된 한 쌍의 상하 헤드플레이트(20)와, 상기 헤드플레이트(20)에 각각 결합된 한 쌍의 상하부탱크(30)와, 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22)에 양단부가 끼움 결합된 복수개의 전열튜브(40)를 포함하여 구성된 열교환기에 있어서, 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22) 둘레부에서 상기 탱크(30)의 내벽면 방향으로 연장된 버르(26)와, 상기 헤드플레이트(20)의 외표면과 버르(26)의 표면에 구비된 융착부재(50)를 포함하여 구성되며, 상기 전열튜브(40)의 단부를 상기 헤드플레이트(20)의 버르(26)에 삽입하여 상기 융착부재(50)에 의해 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22)에 융착 연결하도록 된 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드(10)가 제공된다.
본 발명의 제2특징에 따르면, 상기 융착부재(50)는 표면에 상기 헤드플레이 트(20)의 슬롯(22)에 대응되는 복수개의 삽입공(52)이 형성되고 상기 삽입공(52) 둘레부에는 상기 버르(26)에 접촉되는 연장부(54)가 형성되어 상기 헤드플레이트(20)의 외부면에 부착된 융착필름(50)으로 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드(10)가 제공된다.
본 발명의 제3특징에 따르면, 상기 융착부재(50)는 상기 헤드플레이트(20)의 표면에 도포되어 융착층을 형성하는 액상분말 형태의 융착페이스트로 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드(10)가 제공된다.
본 발명의 제4특징에 따르면, 상기 융착필름(50)은 클래드필름인 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드(10)가 제공된다.
본 발명의 제5특징에 따르면, 상기 탱크(30)는 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22)과 마주하는 부분의 외부면에 평탄부(32)가 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드(10)가 제공된다.
본 발명의 제6특징에 따르면, 상기 탱크(30)와 헤드플레이트(20)는 일체로 성형되고, 상기 탱크(30)의 내부면에는 곡면부(34)가 형성되고, 상기 헤드플레이트(20)의 내부 저면에는 곡면부(24)가 형성되며, 상기 탱크(30)의 곡면부(34) 중에서 상기 헤드플레이트(20)의 곡면부(24)와 마주하는 부분에는 상기 헤드플레이트(20)의 곡면부(24) 방향으로 돌출된 단면 호형상의 내향곡면부(36)가 형성되며, 상기 내향곡면부(36)는 상기 탱크(30)의 길이 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드(10)가 제공된다.
본 발명의 제7특징에 따르면, 길다란 판형상으로 이루어지고 표면에는 복수개의 슬롯(22)이 관통된 한 쌍의 상하헤드플레이트(20)와, 상기 헤드플레이트(30)에 결합된 한 쌍의 상하부탱크(30)와, 상기 헤드플레이트(20)에 양단부가 연결되어 고정된 복수개의 전열튜브(40)를 포함하는 열교환기를 제조하는 방법에 있어서, 상기 플레이트(20)의 슬롯(22) 둘레부에 상기 탱크(30) 방향으로 연장된 버르(26)가 형성되도록 하는 버르형성과정과, 표면에 상기 플레이트(20)의 슬롯(22)에 대응되는 삽입공(52)이 형성되고 상기 삽입공(52)에는 상기 슬롯(22) 둘레부의 버르(26)와 접촉되는 연장부(54)가 형성된 융착필름(54)을 상기 플레이트(20)의 외부면에 부착하는 융착필름 부착과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제8특징에 따르면, 상기 융착필름(54)으로 클래드필름을 이용하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제9특징에 따르면, 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22)과 마주하는 탱크(30)의 외부면에 평탄부(32)를 형성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제10특징에 따르면, 상기 탱크(30)와 헤드플레이트(20)의 서로 마주하는 내부면에 각각 곡면부(34,24)를 형성하되, 상기 탱크(30)의 곡면부(34) 중에서 상기 헤드플레이트(20)의 곡면부(24)와 마주하는 부분에 상기 헤드플레이트(20)의 곡면부(24) 방향으로 돌출된 단면 호형상의 내향곡면부(36)를 형성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 쿨러헤드의 사시도, 도 4는 도 3의 쿨러헤드와 전열튜브의 결합 상태를 보여주는 측단면도, 도 5는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 측단면도, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주는 사시도, 도 7은 도 6의 쿨러헤드와 전열튜브의 결합 상태를 보여주는 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 복수개의 전열튜브(40)의 상하단에 결합되는 쿨러헤드(10)이다.
상기 쿨러헤드(10)는 헤드플레이트(20)에 탱크(30)가 결합되어 구성된다. 본 실시예에서는 헤드플레이트(20)와 탱크(30)가 내부면에 곡면부(24,34)를 갖도록 일체로 성형된다. 또한, 헤드플레이트(20)의 표면에는 또한, 헤드플레이트(20)의 표면에는 복수개의 슬롯(22)이 서로 나란하게 형성되어, 슬롯(22)에 전열튜브(40)가 삽입된다. 또한, 슬롯(22)의 둘레부에는 내측으로 버르(26)가 연장된다. 버르(26)는 펀칭장치에 의해 헤드플레이트(20)의 표면에 슬롯(22)을 형성할 때, 슬롯(22) 부분이 따지면서 형성되는 것이다.
상기 헤드플레이트(20)의 표면에는 융착필름(50)이 부착된다. 상기 융착필름(50)은 표면에 헤드플레이트(20)의 슬롯(22)에 대응되는 복수개의 삽입공(52)이 형성된다. 그리고, 융착필름(50)의 삽입공(52) 둘레부에는 헤드플레 이트(20)의 슬롯(22) 둘레부의 버르(26)와 접촉되는 연장부(54)가 형성된다. 이때, 융착필름(50)은 클래드필름인 것이 바람직하다. 이러한 클래드필름은 박판 형태의 베이스메탈에 박판 형태의 피복메탈을 단조하거나 베이스메탈에 피복메탈을 밀착시켜 고온으로 압연하여 제작된 것이다.
이에 따라, 헤드플레이트(20)의 슬롯(22)에 전열튜브(40)의 단부를 삽입한 다음, 쿨러헤드(10)와 전열튜브(40)를 가열로에 투입하면, 열에 의해 융착필름(50)이 용융되면서 융착필름(50)의 연장부(54)가 전열튜브(40)와 헤드플레이트(20)의 버르(26)에 동시에 융착된다. 물론 융착필름(50)의 다른 부분도 헤드플레이트(20)의 표면에 융착된다.
따라서, 전열튜브(40)를 일일이 브레이징하여 쿨러헤드(10)에 접합하였던 종래에 비하여, 매우 간편하면서도 신속하게 전열튜브(40)를 쿨러헤드(10)에 접합시킬 수 있다. 이때, 융착필름(50)은 클래드필름인 것이 바람직하지만, 이 밖에도 전열튜브(40)와 플레이트(20)를 융착할 수 있는 것이면 모두 적용 가능하다. 즉, 상기 융착부재(50)는 헤드플레이트(20)의 표면에 도포되어 융착층을 형성하는 액상분말 형태의 융착페이스트로 구성되어, 쿨러헤드(10)와 전열튜브(40)를 가열로에 투입하여 가열하면, 융착페이스트가 용융되면서 전열튜브(40)를 헤드플레이트(20)의 버르(26)에 융착시킬 수 있다.
한편, 탱크(30)는 헤드플레이트(20)의 곡면부(24)와 마주하는 부분의 외부면에 평탄부(32)가 형성되어 구성된다. 이러한 평탄부(32)의 형성은 헤드플레이트(20)와 탱크(30)를 압출 금형에 의해 일체로 압출 성형할 때, 압출 금 형을 그 내부에 평탄부(32)와 대응되는 캐비티가 형성된 압출 금형으로 채용함으로써 가능해진다. 따라서, 탱크(30)의 평탄부(32)를 열교환기의 외부 케이스 내벽면에 맞닿도록 설치할 수 있기 때문에, 쿨러헤드(10)의 설치 작업이 용이하다. 그리고, 탱크(30)의 평탄부(32)가 열교환기의 케이스 벽면에 밀착되어 설치되어, 유동되지 않기 때문에, 보다 견고하게 설치할 수 있다.
또한, 상기 탱크(30)의 곡면부(34)에는 헤드플레이트(20)의 곡면부(24) 방향으로 내향곡면부(36)가 돌출되고, 내향곡면부(36)는 탱크(30)의 길이 방향으로 연장된다. 이러한 내향곡면부(36)의 형성은 헤드플레이트(20)와 탱크(30)를 압출 금형에 의해 일체로 압출 성형할 때, 압출 금형을 그 내부에 내향곡면부(36)와 대응되는 캐비티가 형성된 압출 금형으로 채용함으로써 가능해진다. 따라서, 내향곡면부(36)는 탱크(30)의 내벽면에 작용하는 고압을 고르게 분산시켜 어느 일부분에만 집중적으로 고압이 작용하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 내향곡면부(36)는 고압에 견디는 보강부의 역할을 하기 때문에, 쿨러헤드(10)가 고압에 의해 쉽게 변형되는 것을 보다 확실하게 방지한다. 또한, 내향곡면부(36)는 탱크(30)의 두께를 줄일 수 있기 때문에, 그만큼 점유공간을 줄일 수 있다. 따라서, 탱크(30)의 점유 공간이 줄어든 만큼 열교환기의 전열튜브(40) 사이에 방열핀(도시 안됨)을 그만큼 더 많이 설치할 수 있기 때문에, 동일 규격의 열교환기의 열교환 효과를 향상시키는데 기여할 수 있다.
한편, 본 발명은 중장비용 또는 산업용 콤프레샤의 오일쿨러, 중장비용 오일쿨러, 산업용 엔진, 차량의 공기조화기, 오일펌프와 같이 냉각장치가 필요한 모든 산업분야에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명은 유체로 오일이나 공기를 사용하는 열교환기 이외에도 물을 사용하는 라디에이터에도 적용될 수 있는 등 모든 분야의 열교환기에 광범위하게 적용할 수 있는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 헤드플레이트의 슬롯 둘레부에서 형성된 버르에 융착필름의 연장부를 접촉되도록 융착필름을 헤드플레이트의 표면에 부착한 다음, 상기 융착필름의 연장부에 전열탱크를 삽입하여 가열로에서 가열하면, 전열튜브를 한 장의 융착필름에 의해 일괄적으로 융착시켜 결합할 수 있다. 따라서, 각 전열튜브를 일일이 헤드플레이트의 슬롯에 브레이징 또는 용접하여 접하였던 종래에 비하여 전열튜브 연결 작업이 매우 용이하면서도 신속한 장점이 있으며, 나아가 생산성 향상을 기할 수 있는 장점이 있다. 그리고, 종래에 비하여 전열튜브와의 접합 강도가 높아서 누수 발생 가능성을 줄일 수 있으므로, 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 쿨러헤드의 탱크 외부면은 평탄부로 이루어져서, 탱크의 평탄부를 열교환기의 외부 케이스 내벽면에 맞닿도록 설치할 수 있기 때문에, 쿨러헤드의 설치 작업이 용이하다. 그리고, 탱크의 평탄부가 열교환기의 케이스 벽면에 밀착되어 설치되어, 유동되지 않기 때문에, 보다 견고하게 설치할 수 있는 장점이 있다.
또한, 쿨러헤드의 탱크 내벽면에 헤드플레이트의 곡면부 방향으로 돌출된 내향곡면부가 더 형성되어, 탱크의 내벽면에 작용하는 고압을 고르게 분산시켜 탱크의 어느 일부분에만 집중적으로 고압이 작용하지 않도록 하면서도 고압에 견디는 보강부의 역할도 할 수 있다. 따라서, 쿨러헤드가 응력 집중에 의해 변형되거나 크랙이 발생되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있는 장점이 있다.
나아가, 내향곡면부만큼 탱크의 두께를 줄여서 쿨레헤드 전체의 두께를 줄일 수 있으므로, 쿨러헤드의 점유 공간을 절약할 수 있다. 따라서, 탱크의 줄어든 점유 공간만큼 열교환기의 방열핀을 더 많이 설치할 수 있기 때문에, 열교환기의 성능 향상을 기대할 수 있다.

Claims (10)

  1. 길다란 판형상으로 이루어지며 표면에는 복수개의 슬롯(22)이 관통된 한 쌍의 상하 헤드플레이트(20)와, 상기 헤드플레이트(20)에 각각 결합된 한 쌍의 상하부탱크(30)와, 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22)에 양단부가 끼움 결합된 복수개의 전열튜브(40)를 포함하여 구성된 열교환기에 있어서, 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22) 둘레부에서 상기 탱크(30)의 내벽면 방향으로 연장된 버르(26)와, 상기 헤드플레이트(20)의 외표면과 버르(26)의 표면에 구비된 융착부재(50)를 포함하여 구성되며, 상기 전열튜브(40)의 단부를 상기 헤드플레이트(20)의 버르(26)에 삽입하여 상기 융착부재(50)에 의해 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22)에 융착 연결하도록 구성되며, 상기 융착부재(50)는 상기 헤드플레이트(20)의 표면에 도포되어 융착층을 형성하는 액상분말 형태의 융착페이스트로 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드(10).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 탱크(30)는 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22)과 마주하는 부분의 외부면에 평탄부(32)가 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드(10).
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 탱크(30)와 헤드플레이트(20)는 일체로 성형되고, 상기 탱크(30)의 내부면에는 곡면부(34)가 형성되고, 상기 헤드플레이트(20)의 내부 저면에는 곡면부(24)가 형성되며, 상기 탱크(30)의 곡면부(34) 중에서 상기 헤드플레이트(20)의 곡면부(24)와 마주하는 부분에는 상기 헤드플레이트(20)의 곡면부(24) 방향으로 돌출된 단면 호형상의 내향곡면부(36)가 형성되며, 상기 내향곡면부(36)는 상기 탱크(30)의 길이 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드(10).
  7. 길다란 판형상으로 이루어지고 표면에는 복수개의 슬롯(22)이 관통된 한 쌍의 상하헤드플레이트(20)와, 상기 헤드플레이트(30)에 결합된 한 쌍의 상하부탱크(30)와, 상기 헤드플레이트(20)에 양단부가 연결되어 고정된 복수개의 전열튜브(40)를 포함하는 열교환기를 제조하는 방법에 있어서, 상기 플레이트(20)의 슬롯(22) 둘레부에 상기 탱크(30) 방향으로 연장된 버르(26)가 형성되도록 하는 버르형성과정과, 표면에 상기 플레이트(20)의 슬롯(22)에 대응되는 삽입공(52)이 형성되고 상기 삽입공(52)에는 상기 슬롯(22) 둘레부의 버르(26)와 접촉되는 연장부(54)가 형성된 융착필름(54)을 상기 플레이트(20)의 외부면에 부착하는 융착필름 부착과정을 포함하며, 상기 헤드플레이트(20)의 슬롯(22)과 마주하는 탱크(30)의 외부면에 평탄부(32)를 형성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 융착필름(54)으로 클래드필름을 이용하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 탱크(30)와 헤드플레이트(20)의 서로 마주하는 내부면에 각각 곡면부(34,24)를 형성하되, 상기 탱크(30)의 곡면부(34) 중에서 상기 헤드플레이트(20)의 곡면부(24)와 마주하는 부분에 상기 헤드플레이트(20)의 곡면부(24) 방향으로 돌출된 단면 호형상의 내향곡면부(36)를 형성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 쿨러헤드 제조방법.
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