KR101113795B1 - 초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치 - Google Patents

초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치에 관한 것으로, 그 목적은 냉각기로 반환되는 반환냉수의 열 회수하여 도입외기의 가열 및 냉각에 사용하도록 함으로써 공조부하를 감소시켜 에너지의 절감폭을 향상시키고, 또 도입외기로 분사되는 초순수의 효과적인 관리를 통해 에어와셔에 의한 도입외기의 오염을 방지할 수 있는 초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 도입외기 중의 이물질을 여과하기 위한 필터를 구비하고, 도입외기의 가열 또는 냉각을 위한 히터 또는 가열코일 또는 냉각코일 중 적어도 하나 이상을 구비하여 클린룸으로 유입되는 도입외기를 여과시킴과 더불어 온도와 습도를 조절하는 외기공조장치에 있어서, 상기 클린룸을 순환하는 공기의 냉각에 사용된 후, 냉각기로 반환되는 반환냉수를 공급받아 도입외기를 가열 또는 냉각하는 다수개의 순환코일유닛; 상기 순환코일유닛과 함께 배치되어 도입외기로 초순수를 분무하는 수분무식 가습장치를 구성하는 에어와셔; 및 상기 에어와셔를 통해 분사된 초순수를 회수하여 재생하는 초순수 여과시스템을 구비하는 초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치에 관한 것을 기술적 요지로 한다.
외기공조장치, 반환냉수, 초순수, 저장조, 초순수재생모듈

Description

초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치{heat recovery type air conditioning system}
본 발명은 반도체 제조설비의 클린룸으로 공급되는 공기의 여과 그리고 온도와 습도를 제어하는 외기공조장치에 관한 것으로, 특히 클린룸을 순환하는 공기의 냉각을 위해 사용된 후 냉각기로 반환되는 반환냉수의 열을 회수하여 외기의 가열 및 냉각에 사용함으로써 공조부하를 감소시킴과 더불어 외기 중으로 초순수를 분무하여 고청정의 공기를 클린룸으로 제공할 수 있도록 한 초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체나 액정표시장치와 같은 물품의 제조는 고 청정도가 유지되는 클린룸(Clean room) 내에서 이루어지게 된다. 한편 클린룸으로 유입되는 공기를 통해 먼지나 오염물질이 유입되는 것을 방지하고, 유입되는 공기의 온도 및 습도를 최적의 조건(12℃ 90%)으로 조정하기 위하여 외기공조장치가 사용되고 있다.
도 1은 종래 외기공조장치의 구성도를 도시하고 있다.
종래의 외기공조장치는 도입되는 공기 중의 먼지나 각종 가스 상의 오염 물(SOx,NOx,NH3)을 제거하기 위한 필터(10)가 구비되고, 상기 필터의 후단에 도입외기를 예열하기 위한 프리히터(Pre-heater,20)와 공기 중의 각종 미세입자를 여과하기 위하여 물을 분사하는 에어와셔(Air washer,30)가 구비되며, 클린룸으로 투입되기 전 도입외기의 최적조건인 12℃, 90%로 조정하기 위한 쿨링 코일(40)과 리히팅 코일(50) 및 증기가습기(Steam humidifier,60)가 구비된 것으로 구성되어 있다.
한편 반도체나 액정표시장치의 제조공정에서 소요되는 에너지의 대부분(약 90%)은 전력이고, 이중 40%를 공조설비가 소비하게 되며, 공조설비에서 소비되는 대부분의 전력은 상기와 같이 구성되어 클린룸으로 도입되는 외기를 처리하는 외기공조장치를 작동하는데 사용되고 있다. 따라서 외기부하를 감소시켜 외기공조장치에서 사용되는 전력을 감소시키는 것만으로도 매우 큰 에너지 절감효과를 기대할 수 있게 된다.
이에 클린룸으로부터 배출되는 배기의 열을 회수하여 도입외기의 예열이나 예냉에 사용함으로써 외기부하를 감소시켜 에너지를 절감하는 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
그러나 상기와 같이 배기의 열을 회수하여 도입외기를 예열 또는 예냉하는 것만으로는 외기부하를 감소시키는데 한계가 있으므로, 에너지 절감에 대한 요구를 충분히 만족하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 도입외기 중의 이물질을 여과하기 위하여 에어와셔로부터 분사된 물 에 대한 관리가 제대로 이루어지고 있지 못하여 외기공조장치 내에 잔류하는 물에 의하여 도입외기가 오염되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 클린룸의 냉각을 위해 사용된 후 냉각기로 반환되는 반환냉수의 열 또는 클린룸으로부터 외부로 방출되는 배기의 열을 회수하여 도입외기의 가열 및 냉각에 사용하도록 함으로써 공조부하를 감소시켜 에너지의 절감폭을 향상시키고, 또 도입외기로 분사되는 초순수의 효과적인 관리를 통해 에어와셔에 의한 도입외기의 오염을 방지할 수 있는 초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치는 도입외기 중의 이물질을 여과하기 위한 필터를 구비하고, 도입외기의 가열 또는 냉각을 위한 히터 또는 가열코일 또는 냉각코일 중 적어도 하나 이상을 구비하여 클린룸으로 유입되는 도입외기를 여과시킴과 더불어 온도와 습도를 조절하는 외기공조장치에 있어서, 상기 클린룸을 순환하는 공기의 냉각에 사용된 후, 냉각기로 반환되는 반환냉수를 공급받아 도입외기를 가열 또는 냉각하는 다수개의 순환코일유닛; 상기 순환코일유닛과 함께 배치되어 도입외기로 초순수를 분무하는 수분무식 가습장치를 구성하는 에어와셔; 및 상기 에어와셔를 통해 분사된 초순수 를 회수하여 재생하는 초순수 여과시스템을 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 초순수 여과시스템은 상기 에어와셔를 통해 분사된 초순수를 회수하며, 에어와셔로 공급될 초순수를 저장하는 저장조; 상기 저장조에 설치되어 저장된 초순수에 자외선을 조사하는 자외선 조사기; 상기 저장조에 설치되어 초순수의 오염도를 검출하는 검출수단; 상기 저장조에 저장된 초순수를 토출하는 펌프; 및 상기 검출수단에 의해 초순수가 오염된 것으로 검출되면, 펌프로부터 토출되는 초순수를 공급받아 재생하도록 이온교환수지가 내장된 초순수재생모듈로 구성될 수 있다.
한편, 상기 코일유닛군은 4개의 순환코일유닛으로 구성되며, 이 중 3개의 순환코일유닛은 에어와셔와 함께 설치되고, 나머지 하나의 순환코일유닛은 초순수 여과시스템의 전단에 위치하도록 설치되되, 가장 후단에 위치한 순환코일유닛에 반환냉수가 공급되어 전단에 위치한 순환코일유닛들을 순차적으로 순환한 뒤 냉각기로 반환되도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치는 도입외기 중의 이물질을 여과하기 위한 필터가 구비되고, 도입외기의 가열 또는 냉각을 위한 히터 또는 가열코일 또는 냉각코일 중 적어도 하나 이상을 구비하여 클린룸으로 유입되는 도입외기를 여과시킴과 더불어 온도와 습도를 조절하는 외기공조장치에 있어서, 상기 클린룸으로부터 배출되는 배기의 열을 회수한 물과 열교환을 통해 승온된 물을 공급받아 도입외기를 가열 또는 냉각하는 다수개의 순환코일유닛; 상기 순환코일유닛과 함께 배치되어 도입외기로 초순수를 분무하는 수분무식 가습장치를 구성하는 에어와셔; 및 상기 에어와셔를 통해 분사된 초순수를 회수하여 재생하는 초순수 여과시스템을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 반환냉수나 배기를 통해 버려지는 열을 회수하여 도입외기의 가열이나 냉각에 사용함으로써 외기공조장치의 공조부하를 줄여 사용되는 에너지를 절감할 수 있게 되었다. 더욱이 도입외기의 여과를 위해 분무되는 초순수의 오염도를 지속적으로 관리하여 줌으로써 세균의 발생을 방지하여 보다 청정한 공기를 클린룸으로 제공할 수 있게 되었다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 외기공조장치의 구성도를 도시하고 있다.
통상적으로 클린룸(200)으로부터 배출되는 공기의 85%는 드라이코일(210)을 거쳐 냉각된 후 클린룸(200)의 내부로 다시 투입되고, 나머지 15%만이 외부로 배출된다. 본 발명의 외기공조장치는 재순환되는 85% 공기의 냉각에 사용되어 약 18℃로 승온된 후 냉각기(220)로 반환되는 반환냉수를 순환코일유닛들로 공급하여 도입 외기를 가열하거나 또는 냉각하도록 함으로써 공조부하를 감소시킴과 더불어 도입외기의 여과에 사용되는 초순수의 오염도를 관리하여 클린룸(200)으로 공급되는 공기의 청정도를 높일 수 있도록 한 것으로, 필터(110)와, 프리히터(120)와, 순환코일유닛(131,132,133,134)과, 에어와셔(140)와, 초순수 여과시스템(150)과, 쿨링코일유닛(160)과, 리히팅코일유닛(170)이 도입외기가 유입되는 방향으로부터 순차적으로 배치된 것으로 구성되며, 처리된 도입외기를 클린룸(200)으로 공급하기 위한 송풍기(180)가 가장 말단에 구비된 것으로 구성되어 있다.
상기 필터(110)는 외기의 도입측에 배치되어 도입외기에 포함된 각종 이물질을 여과하는 기능을 제공하는 것이다. 이러한 필터(110)로는 ULPA 필터(110)가 일반적으로 사용되고 있으며, 경우에 따라서 케미컬필터가 함께 사용될 수도 있다.
상기 프리히터(120)는 겨울철과 같이 대기의 온도가 낮을 경우 도입외기를 예열하는 기능을 제공하는 것이다. 이러한 프리히터(120)는 여름철과 같이 대기의 온도가 높은 경우에는 사용이 요구되지 않으므로, 관리자에 의해 선택적으로 작동하게 된다.
상기 순환코일유닛(131,132,133,134)은 클린룸(200)으로부터 냉각기(220)로 반환되는 반환냉수를 공급받아 도입외기를 가열하거나 또는 냉각하는 것으로, 도입외기의 충분한 가열 및 냉각이 이루어질 수 있도록 다수개의 순환코일유닛(131,132,133,134)이 도입외기가 유동하는 방향을 따라 순차적으로 배치된 것으로 구성되어 있다. 한편 본 실시예의 경우 4개의 순환코일유닛(131,132,133,134)이 사용되었으며, 이때 3개의 순환코일유닛(132,133,134)은 후술될 에어와셔(140)와 함께 설치되어 수분무식 가습장치를 구성하고, 나머지 1개의 순환코일유닛(131)은 수분무식 가습장치의 전단에 위치하도록 설치되어 있다. 이와 같이 설치된 4개의 순환코일유닛(131,132,133,134)으로 반환냉수를 공급하여 순환되게 함에 있어 가장 후단에 위치한 순환코일유닛(134)으로 반환냉수가 공급되어 전단에 위치한 순환코일유닛(131,132,133)들을 순차적으로 순환한 뒤 냉각기(220)로 반환되도록 구성된다. 이러한 구성에 의하면, 가장 후단에 위치한 순환코일유닛(134)에는 18℃의 반환냉수가 공급되는 반면, 그 전단에 위치하는 다른 순환코일유닛(131,132,133)에는 도입외기와의 열교환에 의하여 온도가 상승하거나 또는 하강된 반환냉수가 공급되어짐으로써, 겨울철에는 도입외기를 점차적으로 가열하게 되고, 이와 반대로 여름철에는 도입외기를 점차적으로 냉각하게 된다.
상기 에어와셔(140)는 도입외기로 초순수를 분무하여 도입외기 중에 포함된 이물질을 여과하는 것으로, 상기 순환코일유닛(132,133,134)과 함께 설치되어 수분무식 가습장치를 구성하게 된다. 이러한 에어와셔(140)는 여러 노즐들이 순환코일유닛(132,133,134)을 사이에 두고 마주하는 방향으로 초순수를 분무하도록 배치된다.
상기 초순수 여과시스템(150)은 도입외기의 여과를 위하여 분무된 초순수를 회수하여 여과하는 것으로, 저장조(151)와, 자외선 조사기(152)와, 검출수단(153)과, 펌프(154)와, 초순수재생모듈(155)로 구성되어 있다.
상기 저장조(151)는 초순수가 저장되는 공간을 제공하는 것으로, 에어와셔(140)로부터 분무된 초순수를 다시 회수하여 저장하게 되며, 저장된 초순수는 펌 프(154)에 의하여 에어와셔(140)로 다시 공급된다.
상기 자외선 조사기(152)는 저장조(151)에 설치되어 초순수로 자외선을 조사함으로써 세균의 번식을 방지하는 것이다.
상기 검출수단(153)은 저장조(151)에 저장된 초순수의 오염도를 검출하는 것으로, 주지 관용된 pH 측정기 또는 주지 관용된 비저항 측정기로 구성될 수 있다.
상기 펌프(154)는 저장조(151)에 저장된 초순수를 토출하여 에어와셔(140)로 공급하거나 초순수재생모듈(155)로 공급하는 것이다.
상기 초순수재생모듈(155)은 초순수가 오염된 것으로 검출되면, 펌프(154)로부터 토출되는 초순수를 공급받아 재생하는 것으로, 이러한 초순수재생모듈(155)의 내부에는 이온교환수지가 구비되어 초순수가 이온교환수지를 거치도록 함으로써 초순수를 재생하게 되며, 재생된 초순수는 저장조(151)로 공급된다.
한편 펌프(154)로부터 토출되는 초순수는 밸브(156)의 조작에 의하여 에어와셔(140) 또는 초순수재생모듈(155)로 공급되며, 이때 밸브(156)는 관리자에 의하여 조작이 이루어지거나 또는 검출수단(153)에 의해 초순수가 오염된 것으로 검출되면 자동으로 유로를 전환하도록 주지의 자동밸브를 이용하여 구성될 수 있다.
상기 쿨링코일유닛(160)과 리히팅코일유닛(170)은 초순수 여과시스템(150)의 후단에 설치되어 도입외기를 최종적으로 가열하거나 냉각하는 기능을 제공하게 된다.
도면 중 미설명부호 157은 엘리미네이터이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 외기공조장치는 송풍기(180)의 작동에 의해 외기를 도입하게 되며, 이처럼 도입되는 외기는 필터(110)를 거쳐 1차 여과과정을 거친 뒤, 프리히터(120)와 순환코일유닛(131,132,133,134)들 그리고 쿨링코일유닛(160)과 리히팅코일유닛(170)들을 거치는 과정에서 온도 및 습도가 12℃, 90%로 조절된 후, 송풍기(180)에 의하여 클린룸(200)으로 공급된다.
한편 도입외기의 처리과정에서 순환코일유닛(131,132,133,134)들에는 18℃의 온도로 승온된 반환냉수가 공급되어 도입외기를 가열 또는 냉각하게 되므로, 공조부하를 감소시킬 수 있게 된다.
한편 에어와셔(140)로부터 분무되어 도입외기 중의 이물질을 흡착한 초순수는 저장조(151)로 회수되고, 이때 저장조(151) 내의 초순수는 자외선 조사기(152)로부터 발생되는 자외선에 의해 살균처리된다.
상기와 같은 초순수의 분무와 회수가 반복되면서 초순수가 오염되어 검출수단(153)으로부터 오염정보가 검출되면, 밸브(156)가 유로를 전환하여 펌프(154)로부터 토출되는 초순수를 초순수재생모듈(155)로 공급하게 되며, 초순수재생모듈(155)로 공급되는 초순수는 이온교환수지를 거치는 과정에서 재생된 후, 저장조(151)로 다시 유입되어 저장된다.
이와 같은 초순수의 재생과정은 초순수의 오염도가 설정된 값 이하로 내려갈 때까지 이루어지게 되며, 초순수의 재생이 완료되면 밸브(156)가 유로를 다시 전환하여 에어와셔(140)로 초순수를 공급하게 된다.
이처럼 도입외기의 여과를 위한 초순수의 오염도를 관리하여 줌으로써 도입 외기의 청정도를 높일 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외기공조장치의 구성도를 도시하고 있다.
본 실시예에 따른 외기공조장치는 클린룸(200)으로부터 대기로 방출되는 열을 회수하여 가열된 물을 순환코일유닛(131,132,133,134)들로 공급되게 한 것으로, 필터(110)와, 프리히터(120)와, 순환코일유닛(131,132,133,134)과, 에어와셔(140)와, 초순수 여과시스템(150)과, 쿨링코일유닛(160)과, 리히팅코일유닛(170)으로 구성되어 있다.
한편 본 실시예에 따른 외기공조장치를 구성하는 필터(110)와, 프리히터(120)와, 순환코일유닛(131,132,133,134)과, 에어와셔(140)와, 초순수 여과시스템(150)과, 쿨링코일유닛(160)과, 리히팅코일유닛(170)은 앞서 도 2를 참조하여 설명된 외기공조장치와 동일하므로, 동일한 도면부호를 사용하도록 하며 구체적인 설명은 생략한다.
다만 상기 순환코일유닛(131,132,133,134)들은 세정집진기(230)에서 배기의 여과를 위해 사용되어 배기의 열을 회수한 물과 열교환을 통해 승온된 물이 순환되도록 구성되어 있다.
보다 구체적으로, 클린룸(200)으로부터 대기로 방출되는 배기의 여과를 위하여 세정집진기(230)가 사용되고 있으며, 세정집진기(230)에서 사용된 물의 경우 배기의 열을 회수함으로써 승온된다. 이처럼 세정집진기(230)에 사용되어 가열된 물 과 별도의 열교환기(240)를 통해 열교환과정을 거침으로써 승온된 물을 순환코일유닛(131,132,133,134)들로 공급하여 도입외기를 가열 또는 냉각하게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1 은 종래 외기공조장치의 구성도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 외기공조장치의 구성도,
도 3 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외기공조장치의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(110) : 필터 (120) : 프리히터
(131),(132),(133),(134) : 순환코일유닛
(150) : 초순수 여과시스템
(140) : 에어와셔 (151) : 저장조
(152) : 자외선 조사기 (153) : 검출수단
(154) : 펌프 (155) : 초순수재생모듈
(160) : 쿨링코일유닛 (170) : 리히팅코일유닛
(200) : 클린룸 (220) : 냉각기

Claims (4)

  1. 도입외기 중의 이물질을 여과하기 위한 필터(110)를 구비하고, 도입외기의 가열 또는 냉각을 위한 히터 또는 가열코일 또는 냉각코일 중 적어도 하나 이상을 구비하여 클린룸(200)으로 유입되는 도입외기를 여과시킴과 더불어 온도와 습도를 조절하는 외기공조장치에 있어서,
    상기 클린룸(200)을 순환하는 공기의 냉각에 사용된 후, 냉각기(220)로 반환되는 반환냉수를 공급받아 도입외기를 가열 또는 냉각하는 다수개의 순환코일유닛(131,132,133,134);
    상기 순환코일유닛과 함께 배치되어 도입외기로 초순수를 분무하는 수분무식 가습장치를 구성하는 에어와셔(140); 및
    상기 에어와셔(140)를 통해 분사된 초순수를 회수하며 에어와셔(140)로 공급될 초순수를 저장하는 저장조(151)와, 상기 저장조(151)에 설치되어 저장된 초순수에 자외선을 조사하는 자외선 조사기(152)와, 상기 저장조(151)에 설치되어 초순수의 오염도를 검출하는 검출수단(153)과, 상기 저장조(151)에 저장된 초순수를 토출하는 펌프(154)와, 상기 검출수단(153)에 의해 초순수가 오염된 것으로 검출되면 펌프(154)로부터 토출되는 초순수를 공급받아 재생하도록 이온교환수지가 내장된 초순수재생모듈(155)로 이루어진 초순수 여과시스템(150)을 구비하는 것을 특징으로 하는 초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환코일유닛(131,132,133,134)은 4개가 제공되며, 이 중 3개의 순환코일유닛(132,133,134)은 에어와셔(140)와 함께 설치되어 수분무식 가습장치를 구성하고, 나머지 하나의 순환코일유닛(131)은 수문무식 가습장치의 전단에 위치하도록 설치되되, 가장 후단에 위치한 순환코일유닛(134)에 반환냉수가 공급되어 전단에 위치한 순환코일유닛(131,132,133)들을 순차적으로 순환한 뒤 냉각기(220)로 반환되도록 구성된 것을 특징으로 하는 초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치.
  4. 도입외기 중의 이물질을 여과하기 위한 필터(110)가 구비되고, 도입외기의 가열 또는 냉각을 위한 히터 또는 가열코일 또는 냉각코일 중 적어도 하나 이상을 구비하여 클린룸(200)으로 유입되는 도입외기를 여과시킴과 더불어 온도와 습도를 조절하는 외기공조장치에 있어서,
    상기 클린룸(200)으로부터 배출되는 배기의 열을 회수한 물과 열교환을 통해 승온된 물을 공급받아 도입외기를 가열 또는 냉각하는 다수개의 순환코일유닛(131,132,133,134);
    상기 순환코일유닛과 함께 배치되어 도입외기로 초순수를 분무하는 수분무식 가습장치를 구성하는 에어와셔(140); 및
    상기 에어와셔(140)를 통해 분사된 초순수를 회수하며 에어와셔(140)로 공급될 초순수를 저장하는 저장조(151)와, 상기 저장조(151)에 설치되어 저장된 초순수에 자외선을 조사하는 자외선 조사기(152)와, 상기 저장조(151)에 설치되어 초순수의 오염도를 검출하는 검출수단(153)과, 상기 저장조(151)에 저장된 초순수를 토출하는 펌프(154)와, 상기 검출수단(153)에 의해 초순수가 오염된 것으로 검출되면 펌프(154)로부터 토출되는 초순수를 공급받아 재생하도록 이온교환수지가 내장된 초순수재생모듈(155)로 이루어진 초순수 여과시스템(150)을 구비하는 것을 특징으로 하는 초순수 여과시스템을 갖는 수분무식 가습장치를 이용한 열회수식 외기공조장치.
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