KR101045698B1 - 토네이도 흡입구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 토네이도 흡입구에 관한 것으로서, 평평한 고리형상으로 된 중간연결부; 상기 중간연결부의 한쪽으로 연결되어 바깥쪽을 향해 지름이 커지는 나팔관과 같은 형상으로 형성된 유입관; 상기 중간연결부의 다른 쪽으로 연결되어 바깥쪽을 향해 지름이 커지기는 하나 상기 유입관보다는 길이가 짧은 나팔관과 같은 형상으로 형성된 배출관; 및 상기 유입관과 중간연결부 및 배출관으로 이어지는 안쪽 둘레면을 따라 같은 간격을 두고 비틀린 형태로 부착된 다수개의 나선형날개;로 이루어진 토네이도 흡입구이며, 상기 토네이도 흡입구에 의해 약한 바람도 회오리 형태로 회전하면서 불어 이와 같은 형태로 부는 바람을 받는 날개를 더욱 빠르게 회전시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

토네이도 흡입구{TORNADO INLET HOUSING}
본 발명은 토네이도 흡입구에 관한 것으로서, 상세히는 중간연결부의 양쪽으로 나팔관과 같은 형상으로 된 길이가 긴 유입관과 길이가 짧은 배출관을 각각 연결하고 안쪽 둘레면에는 다수개의 비틀린 나선형날개를 설치하여, 상기 유입관으로부터 유입되는 바람이 상기 나선형날개에 의해 회오리형태로 회전하면서 배출하도록 한 토네이도 흡입구에 관한 것이다.
보통의 풍력발전기는 불어오는 바람, 즉 풍력을 받아 회전하는 날개에 의해 상기 날개와 결합된 축을 회전시켜 발전을 일으키는 방식으로 사용하고 있는 것이 대부분이다.
이러한 풍력발전기에서 상기 풍력은 거의 자연적으로 부는 바람으로써 한 방향에서 다른 방향으로 일직선의 형태로 부는 바람을 이용하고 있기 때문에, 웬만큼 강한 바람이 아니고서는 충분한 발전을 위한 날개를 회전시키기에 무리가 있다.
더욱 우리나라와 같은 경우 일년 중 충분한 발전을 위한 강한 바람이 부는 날과 지역이 매우 제한적이기 때문에 보통의 풍력발전기로는 충분한 발전을 일으키는데 제약이 있어, 상기 풍력발전기의 설치 및 사용이 외국과 같이 보편화되지 못하고 한정적인 장소에서만 이루어지고 있는 실정에 있다.
또한, 전자석과 영구자석에 의해 자기부상하는 임펠러를 돌려 발전하는 자기부상 풍력발전기 분야에서도 자기부상의 상태에 있는 상기 임펠러는 회전저항이 거의 없기 때문에 웬만한 풍속의 바람이 어느 정도만 불어준다면 회전력이 배가될 수 있으나, 상기한 바와 같이 자연적인 바람으로는 자기부상하는 임펠러도 충분한 발전을 일으킬 정도의 회전력을 얻을 수 없다는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 고리형상의 중간연결부의 양쪽으로 길이가 길고 짧은 나팔관과 같은 형상을 각각 연결하여 유입관과 배출관을 형성하고, 상기 유입관과 중간연결부 및 배출관으로 이어지는 안쪽 둘레면에 다수개의 비틀린 나선형날개를 설치하여 토네이도 흡입구를 구성하며, 상기 토네이도 흡입구의 유입관을 통해 유입되는 바람이 일직선의 형태가 아닌 회오리 형태로 회전하면서 배출관을 통해 배출되어 회전하는 날개에 공급하도록 함으로써, 약한 바람에도 상기 날개의 회전력을 배가시킨 토네이도 흡입구를 제공함에 있다.
다른 목적은 상기 토네이도 흡입구의 배출관 쪽에 배치된 임펠러를 더 포함하되, 상기 임펠러는 둘레에 설치되어 서로 마주보는 전자석과 영구자석에 의해 자기부상하도록 함으로써, 자기부상하는 임펠러가 상기 토네이도 흡입구로부터 유입되는 바람을 받아 회전저항이 거의 없이 더욱 빠르게 회전할 수 있도록 한 토네이도 흡입구를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 토네이도 흡입구는, 평평한 고리형상으로 된 중간연결부; 상기 중간연결부의 한쪽으로 연결되어 바깥쪽을 향해 지름이 커지는 나팔관과 같은 형상으로 형성된 유입관; 상기 중간연결부의 다른 쪽으로 연결되어 바깥쪽을 향해 지름이 커지기는 하나 상기 유입관보다는 길이가 짧은 나팔관과 같은 형상으로 형성된 배출관; 및 상기 유입관과 중간연결부 및 배출관으로 이어지는 안쪽 둘레면을 따라 같은 간격을 두고 비틀린 형태로 부착된 다수개의 나선형날개;로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.
또, 상기 토네이도 흡입구의 배출관 쪽에 배치되어 유입관으로부터 유입되는 바람을 배출관을 통해 받아 회전하는 임펠러를 더 포함하도록 구성된다.
또, 상기 임펠러는 둘레에 설치되어 서로 마주보는 전자석과 영구자석에 의해 자기부상하는 것이 바람직하다.
본 발명의 토네이도 흡입구에 의하면, 회전하는 날개에 공급되는 바람이 회오리 형태로 회전하면서 공급할 수 있으므로 일직선으로 부는 바람을 받아 회전하는 날개보다 회전력이 배가되어 더욱 빠르게 날개를 회전시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 영구자석과 전자석으로 자기부상하여 회전하는 임펠러에 상기 토네이도 흡입구를 통해 바람을 공급하면, 회전저항이 거의 없는 회전력으로 더욱 빠르게 상기 임펠러를 회전시킬 수 있어 충분한 발전을 일으킬 수 있는 회전력을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 토네이도 흡입구의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 토네이도 흡입구의 종단면도
도 3은 본 발명에 따른 토네이도 흡입구가 설치된 자기부상 풍력발전기를 한쪽에서 바라본 사시도
도 4는 본 발명에 따른 토네이도 흡입구가 설치된 자기부상 풍력발전기를 다른 쪽에서 바라본 사시도
도 5는 본 발명에 따른 토네이도 흡입구가 설치된 자기부상 풍력발전기의 분리 사시도
도 6은 본 발명에 따른 토네이도 흡입구가 설치된 자기부상 풍력발전기의 종단면도 및 주요부 확대 종단면도
이하, 본 발명에 따른 토네이도 흡입구의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 토네이도 흡입구의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 토네이도 흡입구의 종단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 토네이도 흡입구(6)는 중간연결부(6b), 유입관(6c), 배출관(6d) 및, 나선형날개(6a)로 이루어진다.
즉, 평평한 고리형상으로 된 중간연결부(6b)의 한쪽으로 바깥쪽을 향해 지름이 커지는 나팔관과 같은 형상의 유입관(6c)이 연결되어 형성되고, 상기 중간연결부(6b)의 다른 쪽으로 바깥쪽을 향해 지름이 커지기는 하나, 상기 유입관(6c)보다 길이가 매우 짧은 나팔관과 같은 형상의 배출관(6d)이 연결되어 형성되며, 상기 유입관(6c)과 중간연결부(6b) 및 배출관(6d)으로 이어지는 안쪽 둘레면에는 둘레면을 따라 같은 간격을 두고 약간 비틀어진 다수개의 나선형날개(6a)가 부착됨으로써 상기 토네이도 흡입구(6)를 구성하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 토네이도 흡입구가 설치된 자기부상 풍력발전기를 한쪽에서 바라본 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 토네이도 흡입구가 설치된 자기부상 풍력발전기를 다른 쪽에서 바라본 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 토네이도 흡입구가 설치된 자기부상 풍력발전기의 분리 사시도를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 토네이도 흡입구가 설치된 자기부상 풍력발전기는, 받침대(1), 지지고리(2), 제1 고리형 부재(3a)와 제2 고리형 부재(3b), 임펠러(4), 제1 영구자석(5a)과 제2 영구자석(5b), 토네이도 흡입구(6) 및, 발전기(7)로 이루어진다.
상기 받침대(1)는 상면이 평평한 면으로 되어 상기 지지고리(2)와 임펠러(4) 및 센서(미도시) 등을 설치할 수 있도록 되어 있으며, 상기 받침대(1)의 하단 중심부에 받침대(1)를 회전시킬 수 있는 회전수단(20)이 설치되나 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명한다.
상기 지지고리(2)는 고리의 둘레 일부인 상부쪽이 개방된 평평한 고리형상으로 이루어져 상기 받침대(1) 상의 중심에 세워져 고정되며, 안쪽 둘레면을 따라 같은 간격을 두고 3개의 테두리 전자석(8)이 각각 부착되어 인가되는 전류의 흐름에 따라 N극 또는 S극으로 변한다.
여기서 상기 테두리 전자석(8)은 바깥 둘레면을 따라 중심부에 돌출부(P)가 형성된 형태로 구성되어 있다.
상기 제1 고리형 부재(3a)는 평평한 고리형상(30)의 상부와 상기 고리형상(30)의 상부의 하단에 연결되면서 받침대(1) 상의 왼쪽에 세워지는 지지다리(31)의 하부로 형성되며, 상부의 고리형상(30) 안쪽 둘레면에는 평평한 고리형상의 제1 전자석(9a)이 부착되어 인가되는 전류의 흐름에 따라 N극 또는 S극으로 변한다.
상기 제2 고리형 부재(3b)는 평평한 고리형상(30)의 상부와 상기 고리형상(30)의 상부의 하단에 연결되면서 받침대(1) 상의 오른쪽에 세워지는 지지다리(31)의 하부로 형성되며, 상부의 고리형상(30) 안쪽 둘레면에는 평평한 고리형상의 제2 전자석(9b)이 부착되어 인가되는 전류의 흐름에 따라 N극 또는 S극으로 변한다.
여기서 상기 제1 고리형 부재(3a)와 제2 고리형 부재(3b)의 고리형상(30)의 상부의 안쪽 둘레면에 부착된 상기 제1 전자석(9a)과 제2 전자석(9b)은 안쪽 둘레면이 폭방향을 따라 홈부(H)와 돌출부(P)가 반복되는 요철면으로 각각 형성되어 있다.
상기 임펠러(4)는 바깥 둘레면을 따라 같은 간격을 두고 다수개의 임펠러날개(4a)가 부착되고 축방향의 중심부에는 회전축(4b)이 장착되어 앞쪽 및 뒤쪽으로 돌출되며, 상기 각 임펠러날개(4a)의 중간에 형성된 홈에는 자석장착 고리(10)가 끼워져 각 임펠러날개(4a)의 바깥쪽에 걸쳐 둘러싸고 있다. 상기 자석장착 고리(10)의 바깥면 중심에는 둘레방향을 따라 테두리 영구자석(11)이 부착된다.
여기서 상기 테두리 영구자석(11)은 바깥 둘레면을 따라 중심부에 홈부(H)가 형성된 형태로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 임펠러(4)는 중간부위가 상기 지지고리(2)에 삽입되어 상기 테두리 영구자석(11)과 테두리 전자석(8)이 서로 마주보도록 하고 있다.
상기 제1 영구자석(5a)은 상기 임펠러(4)의 일측 중심에서 앞쪽으로 돌출된 회전축(4b)에 장착되어 상기 제1 고리형 부재(3a)의 고리형상(30) 상부에 삽입됨으로써 상기 고리형상(30) 안쪽 둘레면에 부착된 제1 전자석(9a)과 서로 마주보도록 하고 있다.
상기 제2 영구자석(5b)은 상기 임펠러(4)의 타측 중심에서 뒤쪽으로 돌출된 회전축(4b)에 장착되어 상기 제2 고리형 부재(3b)의 고리형상(30) 상부에 삽입됨으로써 상기 고리형상(30) 안쪽 둘레면에 부착된 제2 전자석(9b)과 서로 마주보도록 하고 있다.
여기서 상기 제1 영구자석(5a)과 제2 영구자석(5b)은 바깥쪽 둘레면이 폭방향을 따라 홈부(H)와 돌출부(P)가 반복되는 요철면으로 형성되어 있다.
상기 토네이도 흡입구(6)는 상기한 바와 같이 서로 연결되어 형성된 유입관(6c)과 중간연결부(6b) 및 배출관(6d)의 안쪽 둘레면에 다수개의 나선형날개(6a)가 부착된 형태로 구성된다.
이와 같은 토네이도 흡입구(6)는 고리형상으로 된 중간연결부(6b)의 다른 쪽에서 짧은 길이로 형성된 배출관(6d)의 중심부에 상기 임펠러(4)의 일측면 중심에서 앞쪽으로 돌출된 회전축(4b)이 삽입되어 배치됨으로써 임펠러(4)와 일직선상에 위치하게 된다.
또한, 상기 토네이도 흡입구(6)는 평평한 고리형상(12a)의 상부와 상기 고리형상(12a)의 상부의 하단에 연결되면서 받침대(1) 상의 왼쪽에 끝에 세워지는 지지다리(12b)로 형성된 흡입구 지지대(12)에 의해 지지하는데, 상기 흡입구 지지대(12)의 고리형상(12a) 상부가 토네이도 흡입구(6)의 중간연결부(6b)에 끼워져 상기 토네이도 흡입구(6)를 지지하고 있다.
상기 발전기(7)는 중심부에 상기 임펠러(4)의 타측 중심부에서 뒤쪽으로 돌출된 회전축(4b)이 그대로 연결되어, 회전하게 되는 상기 회전축(4b)이 발전기(7)의 회전자축으로 사용하게 되며, 상기 발전기(7)는 받침대(1)의 오른쪽 끝에서 다리가 있는 발전기지지대(13) 상에 고정되어 지지한다.
한편, 상기 받침대(1)의 하부에는 받침대(1)를 회전시키는 회전수단(20)으로써 센서와 기어 및 모터가 설치된다.
즉, 상기 받침대(1)의 하단 중심부에는 회전중심축(14)이 장착되고 상기 회전중심축(14)에 주기어(15)가 장착되며, 상기 주기어(15)에는 회전모터(16)의 모터축(16a)에 장착된 모터축 기어(17)가 기어결합된다. 또한 상기 받침대(1)에는 바람의 방향을 감지하는 센서(미도시)가 설치된다.
도 6은 본 발명에 따른 토네이도 흡입구가 설치된 자기부상 풍력발전기의 종단면도 및 주요부 확대 종단면도를 도시한 것이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 받침대(1) 상에 토네이도 흡입구(6)가 설치되고, 서로 결합된 제1 고리형 부재(3a)와 제1 영구자석(5a), 지지고리(2)로 지지된 임펠러(4), 서로 결합된 제2 고리형 부재(3b)와 제2 영구자석(5b), 발전기(7)가 차례로 결합되어 연결되며, 서로 결합된 제1 고리형 부재(3a)와 제1 영구자석(5a)은 회전축(4b)을 통해 상기 임펠러(4)의 일측으로 서로 밀착되도록 결합되며, 서로 결합된 제2 고리형 부재(3b)와 제2 영구자석(5b)은 회전축(4b)을 통해 상기 임펠러(4)의 타측으로 서로 밀착되도록 결합된다.
또한, 지지고리(2)에 부착된 테두리 전자석(8)과 임펠러(4)의 자석장착 고리(10)에 부착된 테두리 영구자석(11)은 서로 마주보는 면에 돌출부(P)와 홈부(H)가 각각 형성되어 있어, 상기 테두리 영구자석(11)의 홈부(H)에 테두리 전자석(8)의 돌출부(P)가 삽입되어 약간의 간격을 두고 서로 마주보도록 한다.
또, 제1 전자석(9a)과 제1 영구자석(5a), 제2 전자석(9b)과 제2 영구자석(5b)은 서로 마주보는 면이 각각 요철면으로 되어 있어, 상기 요철면의 홈부(H)에 반대편의 돌출부(P)가 교대로 연속적으로 삽입되어 약간의 간격을 두고 서로 마주보도록 한다.
상기 받침대(1)의 하부에 회전중심축과 기어 및 모터 등으로 이루어진 회전수단(20)이 설치됨을 상기한 바와 같다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 토네이도 흡입구가 설치된 자기부상 풍력발전기의 작동을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 테두리 영구자석(11)과 제1 영구자석(5a) 및 제2 영구자석(5b)이 N극 또는 S극으로 되어 있고, 이와 마주보고 있는 상기 테두리 전자석(8)과 제1 전자석(9a) 및 제2 전자석(9b)이 전류의 인가에 의해 같은 극인 N극 또는 S극으로 되면, 서로 같은 극성의 자석에 의한 반발력으로 상기 임펠러(4)는 자기부상을 하게 된다.
이때, 서로 마주보는 테두리 영구자석(11)과 3개의 테두리 전자석(8) 중, 아래쪽에서 마주보는 테두리 영구자석(11)과 테두리 전자석(8)은 같은 극성이 되는 것에 의해 임펠러(4)의 자기부상을 보조하기도 하지만, 상기 임펠러(4)가 중력에 의해 처지는 것을 중간에서 받쳐주는 역할을 하고, 상기 임펠러(4) 둘레의 양옆에서 서로 마주보는 테두리 영구자석(11)과 2개의 테두리 전자석(8)은 같은 극성이 되는 것에 의해 임펠러(4)의 자기부상을 보조하기도 하지만, 상기 임펠러(4)의 균형을 잡아주도록 하는 역할을 하게 된다.
따라서, 상기 임펠러(4)는 양쪽에서 서로 마주보는 제1 영구자석(5a)과 제1 전자석(9a) 및 제2 영구자석(5b)과 제2 전자석(9b)에 의해 자기부상을 하면서 중간의 처짐이 없고 중심에서 벗어남이 없이 자기부상을 하게 된다.
이후, 상기 임펠러(4)가 자기부상을 한 상태에서 상기 토네이도 흡입구(6)의 유입관(6c)를 통해 유입되어 중간연결부(6b)를 거쳐 배출관(6d)으로 배출되면서 임펠러날개(4a) 쪽으로 부는 바람에 의해 자기부상의 상태에 있는 임펠러(4)는 중심부의 회전축(4b)과 함께 회전한다.
이때, 상기 토네이도 흡입구(6)의 유입관(6c)를 통해 유입되어 중간연결부(6b)를 거쳐 배출관(6d)을 통해 배출되는 바람은 상기 토네이도 흡입구(6)에 장착된 나선형날개(6a)에 의해 약한 바람도 소용돌이 형태로 회전하면서 유입되어 배출관(6d)을 통해 임펠러(4)의 임펠러날개(4a) 쪽으로 공급함으로써, 상기 토네이도 흡입구(6)를 통해 바람을 받는 임펠러(4)는 일직선 형태로 불어오는 바람에 의해 회전하는 보통의 임펠러보다 더 빠르게 회전하게 된다.
이와 같이 약한 바람에도 빠르게 회전하는 임펠러(4)와 함께 회전하는 회전축(4b)을 발전기(7)의 회전자축으로 사용하는 발전기(7)에서 전기를 생산하게 됨으로써, 바람이 약하게 부는 지역에서도 충분히 경제성이 있는 발전을 할 수 있게 된다.
또한, 자기부상하고 있는 임펠러(4)의 회전 상태에서, 상기 테두리 전자석(8)과 테두리 영구자석(11), 제1 전자석(9a)과 제1 영구자석(5a), 제2 전자석(9b)과 제2 영구자석(5b)은 서로 마주보는 면이 홈부(H)에 돌출부(P)가 삽입되어 마주보고 있어, 상기 홈부(H) 내에서만 돌출부(P)가 좌우로 이동하도록 제한을 받게 되므로 상기 임펠러(4)의 수평이동을 제한하여 유동이 거의 없는 상태에서 임펠러(4)가 회전을 하게 된다.
한편, 상기 토네이도 흡입구(6) 내로 유입되는 바람의 방향은 항상 변할 수 있으므로 상기 받침대(1)에 설치된 회전수단(20)으로 받침대(1)를 회전시키게 된다.
즉, 센서가 바람의 방향을 감지하여 회전모터(16)를 회전시키면 연속적인 동작으로 모터축(16a)에 장착된 모터축 기어(17)가 회전하고, 상기 모터축기어(17)와 기어결합된 주기어(15)가 회전하며, 상기 주기어(15)에 장착된 회전중심축(14)이 회전하여 받침대(1)를 바람이 불어오는 방향으로 회전시킨다.
이렇게 되면 상기 토네이도 흡입구(6)는 항상 바람이 불어오는 방향에 위치하여 불어오는 바람을 계속해서 유입할 수 있게 된다.
상기 자기부상을 위한 자석의 세기는 바람직하게는 100G∼수만G의 범위에서 이루어지며, 상기 토네이도 흡입구(6)를 통해 2∼3m/s 정도의 약한 바람이 유입되어도 토네이도 흡입구(6)의 독특한 구조에 의해 임펠러(4)를 충분히 회전시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 토네이도 흡입구에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1 : 받침대 2 : 지지고리
3a : 제1 고리형 부재 3b : 제2 고리형 부재
4 : 임펠러 4a : 임펠러날개
4b : 회전축 5a : 제1 영구자석
5b : 제2 영구자석 6 : 토네이도 흡입구
6a : 나선형날개 6b : 중간연결부
6c : 유입관 6d : 배출관
7 : 발전기 8 : 테두리 전자석
9a : 제1 전자석 9b : 제2 전자석
10 : 자석장착 고리 11 : 테두리 영구자석
12 : 흡입구 지지대 13 : 발전기 지지대
14 : 회전중심축 15 : 주기어
16 : 회전모터 16a : 모터축
17 모터축 기어 20 : 회전수단
30,12a : 고리형상 31,12b : 지지다리
H : 홈부 P : 돌출부

Claims (3)

  1. 평평한 고리형상으로 된 중간연결부;
    상기 중간연결부의 한쪽으로 연결되어 바깥쪽을 향해 지름이 커지는 나팔관과 같은 형상으로 형성된 유입관;
    상기 중간연결부의 다른 쪽으로 연결되어 바깥쪽을 향해 지름이 커지기는 하나 상기 유입관보다는 길이가 짧은 나팔관과 같은 형상으로 형성된 배출관;
    상기 유입관과 중간연결부 및 배출관으로 이어지는 안쪽 둘레면을 따라 같은 간격을 두고 비틀린 형태로 부착된 다수개의 나선형날개; 및
    상기 배출관 쪽에 배치되어 유입관으로부터 유입되는 바람을 배출관을 통해 받아 회전하는 임펠러;
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 토네이도 흡입구.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 임펠러는 임펠러의 둘레에 설치된 자석장착고리의 바깥 둘레면에 부착된 테두리 영구자석과, 임펠러의 둘레에서 받침대에 의해 지지된 지지고리의 안쪽 둘레면에 부착되어 상기 테두리 영구자석과 마주보도록 한 테두리 전자석에 의해 자기부상하는 것을 특징으로 하는 토네이도 흡입구.
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