KR100917253B1 - Light emmitting diode with cooling fluid for radiating heat - Google Patents
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- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
Abstract
Description
본 발명은 냉각유체를 이용하여 방열이 용이하게 이루어지도록 하는 LED 발광조명등에 관한 것이다.The present invention relates to an LED light emitting lamp that makes it easy to heat dissipation using a cooling fluid.
국내특허출원 10-2007-10134호(발명의 명칭: 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체)에는 냉각유체를 이용한 히트파이프로 LED조명 조립체가 개시되어 있다.Korean Patent Application No. 10-2007-10134 (name of the invention: LED lighting assembly having a cooling device using a heat pipe) discloses an LED lighting assembly with a heat pipe using a cooling fluid.
도 1은 국내특허출원 10-2007-10134호의 LED 발광 조명등의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a LED light emitting lamp of Korean Patent Application No. 10-2007-10134.
국내특허출원 10-2007-10134호에 개시된 LED 발광 조명등은 밀봉된 상태의 내부에 냉각 유체를 구비하고, 흡열면(12), 밀봉면(14) 및 측면(16)을 가지는 원기둥 형태이며, 흡열면(12)과 밀봉면(14)을 관통하는 내측 관 부재에 의해 관통공이 형성된 히트파이프(10), 적어도 하나의 LED(21)를 구비하며, LED의 작동시 발생하는 열을 히트 파이프(10)에 전달하도록 히트파이프의 흡열면(12)에 결합되되, LED(21)에 연결된 전선(26)이 관통공을 통하여 히트파이프(10)를 통과되도록 결합된 LED결합체(20), 히트파이프(10)의 측면에 결합되어 히트파이프에 전달된 열을 외부로 발산하는 방열부(30) 및 히트파이프(10)의 관통공을 통과한 전선(26)에 결합되고, 외부의 전기공급원과 결합될 수 있는 전기연결부로 이루어진다.The LED light emitting lamp disclosed in Korean Patent Application No. 10-2007-10134 has a cooling fluid in a sealed state, and has a cylindrical shape having an
이와 같이 구성된 LED 발광 조명등은 LED(21)로부터 방열된 열은 히트 파이프(10)의 흡열면(12)을 통하여 히트 파이프(10)에 전달되게 되어 히트 파이프(10)의 내부의 냉각 유체를 가열하게 되며, 내부의 냉각 유체가 가열되게 되면 기화되면서 히트 파이프(10)를 냉각시키고, 냉각된 히트 파이프(10)에 접촉된 기상의 냉각 유체는 액상으로 변환되게 되고, LED 발열에 의하여 다시 기화되는 냉각 순환과정에 의하여 방열이 이루어진다.In the LED emitting lamp configured as described above, heat radiated from the
이러한 냉각 순환과정은 냉각 유체가 기화되는 부분과 기화된 냉각 유체가 냉각에 의하여 다시 액화되도록 하는 부분이 명확히 구분될 때 냉각효율이 높아지게 된다. 그러나, 도 1에 도시된 종래의 특허출원기술은 히트 파이프의 전체 길이에 걸쳐서 방열부(30)가 형성되어 있고, 흡열판에 흡열된 열은 히트 파이프(10) 전체 길이에 걸쳐서 균일하게 전달되기 때문에 한번 기화된 냉각 유체는 액화되기가 어려워 히트 파이프(10)의 냉각은 결국 기화열에 의한 냉각보다는 방열부(30)의 공냉방식에 의하여 냉각되기 때문에 효율이 극도로 악화된다. This cooling circulation process increases the cooling efficiency when the portion where the cooling fluid is vaporized and the portion where the vaporized cooling fluid is liquefied again by cooling are clearly distinguished. However, in the conventional patent application shown in FIG. 1, the
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 냉각 유체의 기상과 액상의 변화가 용이하게 이루어지도록 함으로써 냉각효율을 극대화시키는 LED 발광 조명등을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve such a problem, the problem of the present invention is to provide an LED light lamp for maximizing the cooling efficiency by making it easy to change the gas phase and liquid phase of the cooling fluid.
상기 해결과제를 해결하는 본 발명의 해결수단은 흡열판과, 상기 흡열판과 이격되게 설치되는 밀봉판, 상기 흡열판과 상기 밀봉판의 외주면에 결합되는 측벽으로 이루어지며 내부에 휘발성을 갖는 제1 냉각유체가 저장되는 히트 파이프; 상기 흡열판의 외측에 설치되는 적어도 하나 이상의 LED들; 상기 제1 냉각유체가 기상 상태를 유지하는 상기 히트 파이프의 측벽 외주면에 방사상으로 형성되는 방열 블레이드; 상기 LED들에 전기 공급하는 공급수단을 포함하는 것이다.Solution to Problem The present invention for solving the above problems consists of a heat absorbing plate, a sealing plate spaced apart from the heat absorbing plate, the heat absorbing plate and the side wall coupled to the outer circumferential surface of the sealing plate, the first having a volatility therein A heat pipe in which a cooling fluid is stored; At least one or more LEDs disposed outside the heat absorbing plate; A heat dissipation blade radially formed on an outer circumferential surface of the side wall of the heat pipe in which the first cooling fluid maintains a gaseous state; It includes a supply means for supplying electricity to the LEDs.
또한, 본 발명의 다른 해결과제는 흡열판과, 상기 흡열판과 이격되게 설치되는 밀봉판, 상기 흡열판과 상기 밀봉판의 외주면을 결합하는 측벽으로 이루어지며 내부에 휘발성을 갖는 제1 냉각유체가 저장되는 히트 파이프; 상기 흡열판의 외측에 설치되는 적어도 하나 이상의 LED들; 상기 제1 냉각유체가 기상 상태를 유지하는 상기 히트 파이프의 측벽 부위를 냉각시키는 제2 냉각유체의 경로를 형성하는 냉각 파이프; 상기 제2냉각유체를 강제 순환시키는 순환 펌프와 상기 제2냉각유체를 냉각시키는 냉각기를 포함하는 것이다.In addition, another problem of the present invention consists of a heat absorbing plate, a sealing plate spaced apart from the heat absorbing plate, and a side wall coupling the outer peripheral surface of the heat absorbing plate and the sealing plate, the first cooling fluid having a volatility therein is Heat pipes stored; At least one or more LEDs disposed outside the heat absorbing plate; A cooling pipe forming a path of a second cooling fluid for cooling the side wall portion of the heat pipe in which the first cooling fluid maintains a gaseous state; It includes a circulation pump for forcibly circulating the second cooling fluid and a cooler for cooling the second cooling fluid.
또한, 본 발명의 또 다른 해결과제는 일면에 LED가 복수개 설치된 기판을 구 비하는 베이스 판과 상기 베이스 판의 열을 방열하는 히트 파이프가 설치되는 LED 발광 조명등에 있어서: 상기 히트 파이프는 흡열판과, 상기 흡열판과 이격되게 설치되는 밀봉판, 상기 흡열판과 상기 밀봉판의 외주면에 결합되는 측벽으로 이루어져 내부에 휘발성을 갖는 제1 냉각유체가 저장되고, 상기 제1 냉각유체가 기상상태를 유지하는 공간의 측벽부위에는 상기 제1냉각유체를 냉각시키는 제2 냉각유체의 유통경로인 냉각 파이프가 설치되는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a base plate comprising a substrate having a plurality of LEDs installed on one surface and an LED light lamp having a heat pipe radiating heat of the base plate: the heat pipe is a heat absorbing plate and And a sealing plate installed to be spaced apart from the heat absorbing plate, and a side wall coupled to the heat absorbing plate and an outer circumferential surface of the sealing plate to store a first cooling fluid having a volatility therein, and the first cooling fluid maintains a gaseous state. Cooling pipe which is a distribution path of the second cooling fluid for cooling the first cooling fluid is installed at the side wall of the space.
본 발명에서 상기 측벽은 하부 원통 파이프와 상기 하부 원통 파이프의 상부에 설치되며 상기 하부 원통 파이프 보다 직경이 큰 상부 원통 파이프로 In the present invention, the side wall is installed on the upper portion of the lower cylindrical pipe and the lower cylindrical pipe and the upper cylindrical pipe having a larger diameter than the lower cylindrical pipe.
형성되는 것이 바람직하다.It is preferably formed.
또한, 본 발명에서 상기 하부 원통 파이프의 상단부와 상기 상부 원통 파이프의 하단부 사이는 사면으로 이루어진 사면 파이프로 연결되는 것이 바람직하다.Further, in the present invention, it is preferable that the upper end of the lower cylindrical pipe and the lower end of the upper cylindrical pipe are connected by a slope pipe made of a slope.
또한, 본 발명에서 상기 제1 냉각 유체가 기상 상태 유지되는 공간의 측벽 외주면에는 방사상으로 방열 블레이드가 설치되는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, it is preferable that a heat radiating blade is radially installed on the outer circumferential surface of the side wall of the space in which the first cooling fluid is maintained in a gaseous state.
또한, 본 발명에서 상기 히트 파이프는 복수개 설치되고, 각각의 히트 파이프에 설치된 냉각 파이프들은 연결관들에 의하여 상호 연결되고, 제2냉각유체가 복수의 히트 파이프들을 순차적으로 순환하게 되고, 상기 연결관들 중 적어도 하나에는 순환펌프와 냉각기가 설치되는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, a plurality of heat pipes are installed, and cooling pipes installed in each heat pipe are interconnected by connecting pipes, and a second cooling fluid sequentially circulates the plurality of heat pipes. At least one of them is preferably provided with a circulation pump and a cooler.
또한, 본 발명에서 상기 하부 원통 파이프는 열적 절연물인 것이 바람직하다.In the present invention, the lower cylindrical pipe is preferably a thermal insulator.
본 발명의 또 다른 해결수단은 LED의 열을 흡수하는 흡열판과, 밀봉부와, 하 부가 흡열판에 의하여 밀폐되고, 상부가 밀봉부에 의하여 밀폐되는 관통공이 형성된 히트 파이프; 상기 히트 파이프의 관통공의 하부에 저장되는 상기 흡열판의 열에 의하여 기화되는 제1냉각유체; 상기 히트 파이프의 측벽의 내주면과 외주면 사이의 형성된 측벽 수용부나 밀봉부의 외주면과 내주면 사이에 형성된 밀봉 수용부 중 하나 또는 모두에 저장되는 제2 냉각유체를 포함하는 것이다.Still another solution of the present invention includes a heat pipe for absorbing heat of the LED, a heat seal plate and a lower part of which is sealed by the heat absorbing plate, and a through hole in which the upper part is sealed by the sealing part; A first cooling fluid vaporized by heat of the heat absorbing plate stored in a lower portion of the through hole of the heat pipe; And a second cooling fluid stored in one or both of the side wall accommodating portion formed between the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the side wall of the heat pipe or the sealing accommodating portion formed between the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the sealing portion.
또한, 본 발명에서 상기 측벽 수용부와 상기 밀봉 수용부 모두가 형성되고, 상기 측벽 수용부와 상기 밀봉 수용부가 대접되어 맞 연결되는 것이 바람직하다.Further, in the present invention, it is preferable that both the side wall accommodating portion and the sealing accommodating portion are formed, and the side wall accommodating portion and the sealing accommodating portion are welded to each other.
또한, 본 발명에서 상기 제2 냉각유체는 순환펌프에 의하여 강제순환되는 것이 바람직하다. In the present invention, the second cooling fluid is preferably forcedly circulated by the circulation pump.
상기 해결과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 제1냉각 유체가 액상으로 존재하는 부분과 기상으로 존재하는 부분이 명확하게 구분되고, 기상으로 존재하는 부분을 공랭식, 제2냉각유체 또는 이들을 혼합한 방식에 의하여 냉각시킴으로써 기상의 제1냉각 유체를 액상으로 효율적으로 변환시켜 냉각효율을 높일 수 있다. According to the present invention having the above-mentioned problems and solutions, the part where the first cooling fluid is present in the liquid phase and the part present in the gas phase is clearly distinguished, and the part present in the gas phase is air-cooled, a second cooling fluid or a mixture thereof. By cooling by one method, it is possible to efficiently convert the gaseous first cooling fluid into the liquid phase, thereby increasing the cooling efficiency.
이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예를 설명하는 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A' 선 단면도이다.FIG. 2 is a perspective view illustrating an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 2.
도 2, 도 3에 도시된 실시예의 LED 발광 조명등(100)은 LED(111)로부터 방출 되는 열을 흡수하는 흡열판(109), 내부를 밀봉시키는 밀봉판(115)과 흡열판(109)과 밀봉판(115)을 연결하는 측벽(107)으로 이루어지는 히트 파이프(101)와, 히트 파이프(101)의 흡열판(109)과 접촉되어 설치되며 외측에 LED(111)가 설치되는 기판(113)과, 히트 파이프(101)의 외주면에 방사상으로 설치되는 방열 블레이드(127)와, 히트 파이프(101)의 내부에 유입 저장되는 제1 냉각 유체(129)와, 기화된 제1 냉각 유체(129)를 액화시키기 위하여 히트 파이프(101)를 강제냉각 시키기 위한 제2 냉각 유체의 순환로를 제공하는 냉각 파이프(117)와, 냉각 파이프(117)에 흐르는 제2 냉각유체를 강제 순환시키는 순환펌프(119)와, 제2 냉각유체를 공기 냉각방식에 의하여 냉각시키는 냉각기(121)를 구비한다.2 and 3, the
히트 파이프(101)의 측벽은 제조공정상 단순화를 위하여 직경이 동일한 원통형 파이프로 이루어질 수 있으나, 기화와 액화의 순환을 용이하게 하도록 하부 원통 파이프(103)와, 하부 원통 파이프(103)의 직경보다 큰 직경을 갖는 상부 원통 파이프(107)와, 하부 원통 파이프(103)와 상부 원통 파이프(107)를 연결하는 사면 파이프(105)로 형성하는 것이 바람직하다.The side wall of the
또한, 하부 원통 파이프(103)는 흡열판(109)으로부터 열이 제1 냉각 유체(129)에 전달되어 제1냉각 유체에만 전달되도록 하여 가열될 수 있도록 열적 절연물인 비금속으로 제작되는 것이 바람직하다. In addition, the lower
또한, 냉각 파이프(117)는 기상의 제2냉각유체를 냉각시켜 액상으로 변환시키기 위하여 제1냉각유체가 순수하게 기상으로 존재하는 공간인 상부 원통 파이프(107)의 측벽 내부에 설치된 것으로 도시하고 있으나, 이에 국한되지 않고 상부 원통 파이프(107)의 외주면의 외측으로 설치되거나, 내주면의 내측으로 설치될 수 있다. 또한, 냉각 파이프(117)에 흐르는 제2 냉각유체는 순환펌프(119)와 냉각기(121)와 미도시된 연결 파이프에 의하여 연결되어 가열된 제2 냉각유체는 순환펌프(119)에 의하여 강제순환되며, 냉각기(121)에 의하여 냉각된다.In addition, the
냉각기(121)는 다양한 형태로 구성될 수 있으나, 제2 냉각유체가 여러 유통경로 흐르는 과정에서 공기에 의하여 냉각되는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.The
또한, 밀봉판(115)에는 내부에 휘발성을 갖는 제1냉각 유체(129)를 주입한 후에 히트 파이프(101)의 내부를 대기압 보다 낮게 진공시키기 위한 주입 밀봉부(123)가 형성되어 있어 제1냉각유체의 주입과 진공이 종료되면 용접 처리되어 히트 파이프(101)를 저압상태를 유지하도록 한다. 또한, 밀봉부(123)는 밸브로 구성될 수 있음은 당업자에게 주지의 사실이다.In addition, the
냉각기(121) 및 순환펌프(119)의 설치장소는 특별히 제한되지 않으나, 밀봉판(115)의 상면에 설치되는 것이 바람직하고, 밀봉판(115)의 상면에는 전기를 LED에 공급하는 전원 연결부(125)가 설치되어 있으며, 전원 연결부(125)와 기판(113)은 미도시된 전선에 의하여 전기적으로 연결되어 있어 LED(111)에 전원을 공급한다.Although the installation place of the
또한, 제1냉각 유체(129)가 액상 상태를 유지하는 부분에는 방열 블In addition, the heat dissipation block is disposed on the portion where the
이드(127)가 형성되지 않도록 하고, 기상 상태를 유지하는 부분에만 형성하는 것이 바람직하다. 방열 블레이드(127)가 제1냉각 유체(129)의 액상상태를 유지It is preferable not to form the
하는 부분에까지 연결되게 되면 방열 블레이드(127)의 열전달에 의하여 기화가 촉진되기 때문에 흡열판(109)으로부터 유입되는 열을 냉각시키는 효과가 감소되게 된다.If it is connected to the portion to be vaporized by the heat transfer of the
또한, 도 3에서 흡열판(109)과 기판(113)은 별도로 설치되는 것을 도시하고 있으나, 이들이 하나의 몸체로 형성될 수 있음은 당업자에게 주지의 사실이다.In addition, in FIG. 3, the
또한, 제1 냉각 유체는 저온에서도 휘발성을 갖는 알콜이 사용될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.In addition, the first cooling fluid may be an alcohol having a volatility even at low temperatures, but is not limited thereto.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 평면도이다.4 is a plan view of another embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 LED 발광 조명등의 베이스판(200)의 하부에는 LED들과 LED를 점등하기 위한 기판이 설치되며, 베이스판(200)의 상부에는 LED들로부터 발생된 열을 방열시키기 위한 히트 파이프(a) 내지 (l)가 설치된다. 히트 파이프(a) 내지 (l)은 도 2, 3의 LED 발광 조명등(100)의 히트 파이프(101)과 동일한 구조를 갖고 있으나, 기판이 생략된 상태로 흡열판이 베이스판(200)에 접착되어 있으며, 제2 냉각 유체를 순환시키며 냉각시키는 장치가 개별적으로 구성되어 있지 않고, 통합적으로 형성되어 있다. 각각의 히트 파이프(a) 내지 (l)들은 연결관(201)에 의하여 상호 연결되어 있고, 히트 파이프(g)와 히트 파이프(k)를 연결하는 연결관에 순환펌프(203)와 냉각기(205)가 설치된다.The
순환펌프(203)에서 가압된 제2냉각유체는 냉각기(205)에서 냉각되어 각각의 히트 파이프를 순차적으로 흐르면서 히트 파이프를 냉각시키고 난 후 순환펌프(203)에 다시 유입된다.The second cooling fluid pressurized by the
이와 같이 많은 수의 LED들이 설치된 조명장치를 냉각시키기 위하여는 베이스판(200)에 도 2, 3에 도시된 동일 구조이거나 여기에 적용된 원리를 그대로 사용한 히트 파이프를 설치하고, 이를 하나의 순환펌프와 냉각기를 사용하여 냉각시킴으로써 에너지를 더욱 더 절감할 수 있다.In order to cool the lighting apparatus installed with a large number of LEDs, a heat pipe using the same structure as shown in FIGS. 2 and 3 or applied thereto is installed on the
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 실시예의 LED 발광 조명등(300)은 흡열판(109), 밀봉부(303)와 하부가 흡열판(109)에 의하여 밀폐되고, 상부가 밀봉부(303)에 의하여 밀폐되는 관통공이 형성되며 관통공의 하부에는 제1냉각유체(129)가 저장되는 는 측벽(315)으로 이루어진 히트 파이프(301)와 히트 파이프(301)의 흡열판(109)의 하부에 설치되는 기판(113)과 기판(113)의 하부에 설치되는 LED(111)들로 이루어진다.5, the LED emitting lamp 300 of the embodiment illustrated in FIG. 5 is a
또한, 측벽(315)의 내주면과 외주면 사이에 형성되는 측벽 수용부(307)와 밀봉부(303)의 내주면과 외주면 사이에는 형성되는 밀봉 수용부(305)가 형성된다.Further, a side
이때, 수용부(307)는 밀봉부(303)에만 형성될 수 있으며, 측벽(315)의 일부에만 형성될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 밀봉부(303)와 측벽(315)의 수용부가 대접되어 맞 연결되어 모두에 형성될 수 있다. 측벽 수용부(307)과 밀봉 수용부(305)에는 제2냉각유체(309)가 수용 저장된다. 제2냉각유체(309)는 기화된 제1냉각유체(129)를 냉각시켜 액화시키기 위한 것으로 제1냉각유체(129)가 기화된 부분을 흐르도록 히트 파이프(301)의 상부를 냉각시키는 것이 바람직하기 때문에 히트 파이프의 상부에 형성되는 것이 바람직하다. In this case, the
또한, 제2냉각유체는 측벽 수용부(307)의 상, 하부는 연결관(311)에 의하여 연결되며, 연결관(311)에 흐르는 제2냉각유체(309)는 순환펌프(313)에 의하여 강제 순환되게 된다. 연결관(311)은 도 5에 도시된 바와 다르게 제2냉각유체가 고온인 부분과 저온인 부분을 연결하여 순환될 수 있도록 함은 당업계의 주지의 사실이다. In addition, the second cooling fluid is connected to the upper and lower portions of the side
또한, 제2냉각유체는 연결관(311)에 연결 설치된 미도시된 냉각기를 통과하면서 냉각되는 것이 바람직하다.In addition, the second cooling fluid is preferably cooled while passing through a cooler (not shown) connected to the
또한, 측벽 수용부(307)의 상부는 개구되어 있으며, 개구부는 밀봉부(303)의 돌출부(317)에 밀봉되기 적합한 구조를 갖도록 구성된다.In addition, an upper portion of the
또한, 밀봉부(303)에는 측벽의 관통공에 제1냉각유체를 주입한 후 진공시킨 후 밀봉 시키기 위한 밸브가 설치된다. 또한, 미설명부호 125는 기판(113)에 전원을 공급하기 위하여 외부 전기소켓에 연결되는 통상의 전원 연결부(125)이고, 127은 측벽(315)의 외주면에 설치되는 방열 블레이드이다.In addition, the sealing
이와 같이, 구성된 LED 발광 조명등(300)의 제1냉각유체(129)는 LED(111)가 발광됨에 따라 흡열판(109)이 가열되게 되면 기화되고, 기화된 유체가 히트 파이프(301)로 상승되게 되고, 기화된 유체는 제2냉각유체에 의하여 냉각된 측벽(315) 및 밀봉부(303)에 의하여 냉각되게 되어 다시 액화되게 되어 관통공의 하부로 떨어지게 되는 순환과정을 겪으면서, 기화열에 의하여 흡열판(109)을 냉각시킨다. As such, the
또한, 기판(113)과 흡열판(109)은 일체로 형성될 수 있음은 전술한 바와 같으며, 이러한 구조에서는 LED의 열을 흡열판이 직접 흡열하게 된다. In addition, as described above, the
또한, 수용부(307)는 측벽(315)과 밀봉부(303)의 내부를 통과하는 제2냉각유 체의 순환경로를 제공하는 관체로 형성될 수 있음은 주지의 사실이다.In addition, it is well known that the receiving
도 1은 국내특허출원 10-2007-10134호의 LED 발광 조명등의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a LED light emitting lamp of Korean Patent Application No. 10-2007-10134.
도 2는 본 발명의 일실시예를 설명하는 사시도이다.2 is a perspective view illustrating an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 A-A' 선 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 평면도이다.4 is a plan view illustrating another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하는 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating yet another embodiment of the present invention.
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