KR101408052B1 - 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열을 제공하는 바 타입의 카트리지 히터; 상기 카트리지 히터의 외주면에 길이방향을 따라 나선 형태로 마련되는 스크류 날개; 상기 스크류 날개가 상기 카트리지 히터와 함께 내측에 삽입되고, 상기 스크류 날개에 의한 나선형 공기 통로를 형성하도록 가이드하는 중공의 케이스; 상기 케이스가 내측에 설치되고, 상기 케이스의 길이방향을 따라 송풍경로를 제공하는 송풍관; 및 상기 송풍관에 송풍력을 제공하도록 설치되는 브로워를 포함하도록 한 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 스크류 날개에 의한 와류 형성의 히팅 구조를 제공함으로써 송풍되는 공기와의 접촉면적을 확대시킴과 아울러, 통과하는 공기의 유로를 확장시켜서 열효율이 뛰어나도록 하고, 완전 살균 기화된 수분과 함께 온풍을 공급함으로써 청정한 온풍의 공급과 함께 습도 유지를 위한 수분을 공급하여 쾌적한 환경을 제공하고, 습도가 함유된 공기로 인해 열용량을 확대시킴으로써 효율적인 에너지 사용을 가능하도록 한다.

Description

카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템{Warm air supply system for using cartridge heater system}
본 발명은 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 송풍되는 공기와의 접촉면적을 확대시키도록 함과 아울러, 통과하는 공기의 유로를 확장시킴으로써 열효율이 뛰어나도록 하고, 나아가서 청정한 온풍의 공급과 함께 습도 유지를 위한 수분을 공급함으로써 쾌적한 환경을 제공하는 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 실내나 작업장 또는 온실 등에 온풍을 제공하기 위하여, 다양한 방식의 온풍 공급 시스템이 사용되고 있다.
이와 같은 온풍 공급 시스템은 공기의 가열을 위하여, 열원으로서 카트리지 히터를 사용할 수 있는데, 카트리지 히터 역시 열의 효율적인 발산을 위하여 다양한 구조를 가진다.
종래의 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템으로는 한국등록실용신안 제20-0334038호의 "온실용 난방시스템"이 제시된 바 있는데, 이는 열원이 연소되면서 발생되는 열을 제공하는 연소실; 상기 연소실 상부에 다수의 방열관이 입설되어 연소실에서 발생된 열을 방열시키는 방열부; 상기 방열부의 일측에 구비되어 외기를 흡입하여 방열관측으로 송풍시키는 송풍팬; 상기 송풍팬과 방열관 사이에 구비되어 송풍팬에 의해서 방열관측으로 송풍되는 외기의 풍력을 조절함과 아울러 고르게 퍼져 송풍되도록 한 다수의 통공을 갖는 공기조절판; 및 상기 방열부에 구비되어 송풍팬에 의한 온풍을 온실내로 이송시켜 공급하도록 그 외주면에 각각의 배기공이 천공된 내관과 외관으로 이루어진 이중관으로 형성된 이송관을 포함하여 구성된다.
또한 종래 기술은 상기 이송관이 설치되는 온실내에는 일정간격으로 이격된 다수의 보조난방기가 구비되되, 상기 보조난방기는 진공의 방열관; 상기 방열관의 일단에 밀봉캡을 매개로 내입 설치되어 전원이 공급됨에 따라 가열되는 카트리지히터; 상기 카트리지히터 주위의 방열관내에 구비되어 카트리지히터에 의해 기화되면서 열을 전달하는 작동유체; 및 상기 방열관의 외주면에 열전달을 촉진시키도록 설치된 다수의 방열핀을 포함하여 구성된다.
그러나 종래 기술은 카트리지히터에 의해 난방이 이루어지도록 하나, 카트리지히터를 통과하는 공기의 접촉면적이 매우 작을 뿐만 아니라 통과유로가 짧아 열효율을 높이는데 한계를 가지고, 온풍의 공급 외에 쾌적한 실내 환경을 제공하는데 미흡하다는 문제점을 가지고 있었다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 송풍되는 공기와의 접촉면적을 확대시키도록 함과 아울러, 통과하는 공기의 유로를 확장시킴으로써 열효율이 뛰어나도록 하고, 청정한 온풍의 공급과 함께 습도 유지를 위한 수분을 공급함으로써 쾌적한 환경을 제공함과 동시에, 효율적인 에너지 사용을 가능하도록 하는데 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시례에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 열을 제공하는 바 타입의 카트리지 히터; 상기 카트리지 히터의 외주면에 길이방향을 따라 나선 형태로 마련되는 스크류 날개; 상기 스크류 날개가 상기 카트리지 히터와 함께 내측에 삽입되고, 상기 스크류 날개에 의한 나선형 공기 통로를 형성하도록 가이드하는 중공의 케이스; 상기 케이스가 내측에 설치되고, 상기 케이스의 길이방향을 따라 송풍경로를 제공하는 송풍관; 및 상기 송풍관에 송풍력을 제공하도록 설치되는 브로워를 포함하는 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템이 제공될 수 있다.
상기 카트리지 히터, 상기 스크류 날개 및 상기 케이스의 조립체는 상기 송풍관 내에 다수개가 나란하도록 설치되고, 상기 송풍관은 상기 카트리지 히터 각각을 고정시키는 고정부가 다수로 마련되고, 상기 고정부 사이에 통기홀이 다수로 형성되는 고정플랜지가 끝단에 결합될 수 있다.
상기 카트리지 히터는 마그네샤 바; 상기 마그네샤 바의 외주면에 권선되는 니켈 열선; 상기 니켈 열선과 상기 마그네샤 바가 내측에 삽입되는 히터 파이프; 상기 히터 파이프 내에 채워짐으로써 상기 니켈 열선과 상기 마그네샤 바와 함께 상기 히터 파이프 내에 압축되는 세라믹 분말; 및 상기 히터 파이프의 출입구 측에 고정되고, 상기 송풍관에 고정되기 위한 너트가 체결되는 보빈을 포함할 수 있다.
상기 송풍관의 내측에 수분 함유 공기를 투입하는 수분공기 공급부를 더 포함하고, 상기 수분공기 공급부는 물과 공기가 투입되기 위한 투입구가 형성되고, 내측에 물이 저장되는 수조; 상기 수조 내에 설치되고, 초음파로 물을 미세 입자로 변환시키는 초음파 진동자; 및 상기 초음파 진동자에 의해 변환된 미세 입자를 공기와 함께 상기 송풍관의 내측으로 공급하도록 연결되는 다습공기 공급관을 포함할 수 있다.
상기 송풍관의 흡기 온도를 측정하는 흡기 온도 센서와 상기 송풍관의 배기 온도를 측정하는 배기 온도 센서로부터 온도 감지 신호를 각각 수신받아 흡기 온도에 반비례하도록 배기 온도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템에 의하면, 본 발명은 스크류 날개에 의한 와류 형성의 히팅 구조를 제공함으로써 송풍되는 공기와의 접촉면적을 확대시킴과 아울러, 통과하는 공기의 유로를 확장시켜서 열효율이 뛰어나도록 하고, 완전 살균 기화된 수분과 함께 온풍을 공급함으로써 청정한 온풍의 공급과 함께 습도 유지를 위한 수분을 공급하여 쾌적한 환경을 제공하고, 습도가 함유된 공기로 인해 열용량을 확대시킴으로써 효율적인 에너지 사용을 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템을 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템의 카트리지 히터를 분해하여 도시한 측면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템의 카트리지 히터를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템의 카트리지 히터와 스크류 날개의 어셈블리를 도시한 측면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템의 카트리지 히터와 스크류 날개의 어셈블리 고정을 설명하기 위한 측면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시례에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템의 고정플랜지를 도시한 평면도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템의 케이스 조립 모습을 도시한 측면도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시례에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템의 송풍관을 도시한 저면도이고,
도 9는 본 발명의 일 실시례에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템의 토출 그릴을 도시한 배면도이고,
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템의 온도 제어를 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템(100)은 카트리지 히터(Cartridge heater; 110), 스크류 날개(120), 케이스(130), 송풍관(140) 그리고 브로워(blower; 150)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 카트리지 히터(110)는 열을 제공하는 바(bar) 타입으로 이루어지고, 일례로 마그네샤 재질로 이루어진 마그네샤 바(111)와, 마그네샤 바(111)의 외주면에 권선되어 양단이 전원공급부의 전원케이블에 접속되도록 인출되는 니켈 열선(112)과, 니켈 열선(112)과 마그네샤 바(111)가 내측에 삽입되는 히터 파이프(113)와, 히터 파이프(113) 내에 채워짐으로써 니켈 열선(112)과 마그네샤 바(111)와 함께 히터 파이프(113) 내에 압축되는 세라믹 분말(114)과, 히터 파이프(113)의 출입구 측에 고정되고, 송풍관(140)에 고정되기 위한 너트(116)가 체결되는 보빈(bobbin; 115)을 포함할 수 있다. 히터 파이프(113)는 스테인레스 스틸 재질로 이루어질 수 있고, 일측이 캡(113a)에 의해 차단될 수 있으며, 다른 일측에 보빈(115)이 용접이나 나사체결 등의 방식에 의해 고정될 수 있다.
도 4를 참조하면, 스크류 날개(120)는 카트리지 히터(110)의 외주면에 길이방향을 따라 나선 형태로 마련되고, 일례로 스테인레스 스틸 재질로 이루어질 수 있으며, 보빈(115)으로부터 끝단까지 연장되도록 히터 파이프(113) 외주면에 용접 등의 방식으로 고정될 수 있다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 케이스(130)는 스크류 날개(120)가 카트리지 히터(110)와 함께 내측에 삽입되고, 스크류 날개(120)에 의한 나선형 공기 통로를 형성하도록 가이드하며, 일례로 스테인레스 스틸 재질로 이루어져서 양단이 개방되는 중공 구조를 가질 수 있다. 케이스(130)는 내경이 스크류 날개(120)의 외경에 상응하는 크기를 가짐으로써 내측을 통과하는 공기 전체가 스크류 날개(120)에 의해 와류를 형성하도록 가이드할 수 있다.
송풍관(140)은 케이스(130)가 내측에 설치되고, 케이스(130)의 길이방향을 따라 송풍경로를 제공하도록 케이스(130)가 내측에 나란하도록 설치될 수 있다.
한편 카트리지 히터(110), 스크류 날개(120) 및 케이스(130)의 조립체는 송풍관(140) 내에 다수개, 예컨대 삼각형태로 3개가 나란하도록 설치될 수 있다.
도 5 내지 도 7를 참조하면, 송풍관(140)은 내측에 카트리지 히터(110), 스크류 날개(120) 및 케이스(130)의 조립체가 다수로 나란하게 설치되도록 고정플랜지(141)가 끝단에 결합될 수 있다. 고정플랜지(141)는 카트리지 히터(110) 각각을 고정시키는 고정부(141a)가 다수로 마련될 수 있고, 고정부(141a) 사이에 통기홀(141b)이 다수로 형성될 수 있으며, 송풍관(140)의 끝단에 플랜지 결합 내지 볼팅에 의해 결합되도록 볼트가 체결되기 위한 체결홀(142)이 가장자리에 다수로 형성될 수 있다. 여기서 고정부(141a)는 링형태로 이루어져서 통기홀(141b)을 확보하면서 서로 연결되는 구조로 이루어질 수 있고, 카트리지 히터(110)의 보빈(115)이 관통하도록 끼워져서 그 끝단에 너트(116; 도 3에 도시)가 체결됨으로써 카트리지 히터(110)가 고정되도록 하고, 그 외측에 위치하는 케이스(130)가 스크류 날개(120)를 감싸도록 결합됨으로써 스크류 날개(120)와 함께 고정될 수 있다.
도 8을 참조하면, 고정플랜지(141)는 다수, 예컨대 3개의 고정부(141a)에 의해 카트리지 히터(110), 스크류 날개(120) 및 케이스(130)의 조립체가 다발을 이루도록 내측에 설치되도록 하되, 통기홀(141b)이 개방된 상태를 유지하도록 함으로써 송풍 경로를 확보하도록 한다. 이때 고정플랜지(141)를 통해서 송풍관(140; 도 1에 도시) 내측으로 유입되는 공기는 일부가 케이스(130) 내측으로 유입되어 카트리지 히터(110)에 의해 가열되면서 스크류 날개(120)에 의해 와류를 형성하게 되고, 다른 일부가 케이스(130) 외측과 송풍관(140) 내측 사이를 따라 이동하면서 카트리지 히터(110)와의 열과 와류를 형성하면서 가열된 공기의 열과 열교환하여 가열되어 배출된다.
도 1을 참조하면, 송풍관(140)은 송풍경로를 감싸도록 단열재(144)가 설치될 수 있고, 공기가 유입되는 측에 이물질을 필터링하기 위한 필터(145)가 설치될 수 있으며, 공기가 토출되는 측에 각도 조절이 가능한 토출가이드가 다수로 나란하게 서로 직교하도록 설치되는 토출그릴(146)이 설치될 수 있다.
도 9를 참조하면, 토출그릴(146)은 수직으로 세워져서 나란하게 다수로 배열되어 각각의 양단이 힌지 결합됨으로써 각도 조절이 가능한 수직의 토출가이드(146a)와, 수직의 토출가이드(146a)에 직교하도록 수평으로 위치하여 나란하게 다수로 배열되어 각각의 양단이 힌지 결합됨으로써 각도 조절이 가능한 수평의 토출가이드(146b)가 구비될 수 있다. 따라서 송풍관(140)을 통해서 토출되는 공기는 토출그릴(146)에 의해 원하는 방향으로 토출 방향이 전환될 수 있다.
도 1을 참조하면, 브로워(150)는 송풍관(140)에 송풍력을 제공하도록 설치되는데, 일례로 송풍관(140)의 토출구 측에 설치될 수 있다.
송풍관(140)의 내측에는 수분공기 공급부(160)에 의해 수분 함유 공기가 투입될 수 있다. 수분공기 공급부(160)는 물과 공기가 투입되기 위한 투입구(161a,161b)가 각각 형성되고, 내측에 물이 저장되는 수조(161)와, 수조(161) 내에 설치되고, 초음파로 물을 미세 입자로 변환시켜서 무화시키는 초음파 진동자(162)와, 초음파 진동자(162)에 의해 변환된 미세 입자를 공기와 함께 송풍관(140)의 주입구(143)를 통해서 송풍관(140) 내측으로 공급하도록 연결되는 다습공기 공급관(163)을 포함할 수 있다. 수조(161)의 내측에는 부력을 가진 부력체에 의해 물이 투입되는 투입구(161a)로부터 공급되는 물이 일정 범위의 수위를 유지하도록 하는 부력 레벨 센서(164)가 설치될 수 있다.
또한 송풍관(140)의 흡기 온도를 측정하는 흡기 온도 센서(171)와 송풍관(140)의 배기 온도를 측정하는 배기 온도 센서(172)로부터 온도 감지 신호를 각각 수신받아 흡기 온도에 반비례하도록 배기 온도를 제어하는 제어부(180)를 더 포함할 수 있다. 여기서 흡기 온도 센서(171)는 송풍관(140)에서 공기가 흡입되는 측에 설치될 수 있다. 또한 배기 온도 센서(172)는 송풍관(140)에서 온풍이 토출되는 측에 설치됨으로써 측정하는 배기 온도가 송풍관(140)으로부터 토출되는 온풍의 온도일 수 있다. 또한 제어부(180)는 도 10에 도시된 바와 같이, 일례로 흡기 온도가 10도씨 이하라면 배기 온도가 시스템에서 설정된 최고 온도를 유지하도록 할 수 있고, 흡기 온도가 증가할수록 배기 온도는 감소하는 반비례형 온도 제어 방식을 수행함으로써 실내 온도와 배기 온도를 조절하여, 합리적으로 에너지를 소모하도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템의 작용을 설명하기로 한다.
카트리지 히터(110)와 브로워(150)의 작동에 의해 온풍을 원하는 장소로 공급하게 되는데, 송풍 장소의 온도가 설정된 온도 범위에 머물도록 온도센서의 감지신호를 수신받은 제어부에 의해 카트리지 히터(110)와 브로워(150)가 제어될 수 이다. 또한 브로워(150)는 과부하센서에 의해 정해진 부하 이상으로 동작시 정지되도록 제어부에 의해 제어될 수 있으며, 수분공기 공급부(160)는 송풍되는 공기에 수분을 공급시, 정해진 습도 범위 내에서 동작하도록 습도센서로부터 감지신호를 수신받는 제어부에 의해 제어될 수 있다.
온풍의 제공을 위하여, 스크류 날개(120)에 의한 와류 형성의 히팅 구조를 제공함으로써 송풍되는 공기와 카트리지 히터(110)와의 접촉면적을 확대시킴과 아울러, 통과하는 공기의 유로를 확장시켜서 열효율이 뛰어나도록 한다. 따라서 카트리지 히터(110)의 길이를 확장시키는 효과를 발휘하여 공기와 카트리지 히터(110)의 열교환이 충분히 발생하도록 하고, 공기를 균일하게 가열시키도록 한다.
또한 카트리지 히터(110)에 의해 200 내지 300도씨로 가열되는 공기에 초음파 진동자(162)에 의해 무화된 습기를 공급함으로써, 공기와 카트리지 히터(110)와의 열교환과 함께 무화된 습기가 완전 기화된 형태로 송풍관(140)을 통해서 토출되며, 고온으로 인해 완전 살균 기화된 수분과 함께 잠열이 풍부한 온풍을 공급함으로써 청정한 온풍의 공급과 함께, 습도 유지를 위한 수분을 공급하여 쾌적한 환경을 제공한다.
또한 습도가 함유된 공기로 인해 건조한 공기에 비하여 열용량을 확대시킴으로써 효율적인 에너지 사용을 가능하도록 한다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시례에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 카트리지 히터 111 : 마그네샤 바
112 : 니켈 열선 113 : 히터 파이프
113a : 캡 114 : 세라믹 분말
115 : 보빈 116 : 너트
120 : 스크류 날개 130 : 케이스
140 : 송풍관 141 : 고정플랜지
141a : 고정부 141b : 통기홀
142 : 체결홀 143 : 주입구
144 : 단열재 145 : 필터
146 : 토출그릴 146a,146b : 토출가이드
150 : 브로워 160 : 수분공기 공급부
161 : 수조 161a,162b : 투입구
161c : 토출구 162 : 초음파 진동자
163 : 다습공기 공급관 164 : 부력 레벨 센서
171 : 흡기 온도 센서 172 : 배기 온도 센서
180 : 제어부

Claims (5)

  1. 열을 제공하는 바 타입의 카트리지 히터;
    상기 카트리지 히터의 외주면에 길이방향을 따라 나선 형태로 마련되는 스크류 날개;
    상기 스크류 날개가 상기 카트리지 히터와 함께 내측에 삽입되고, 상기 스크류 날개에 의한 나선형 공기 통로를 형성하도록 가이드하는 중공의 케이스;
    상기 케이스가 내측에 설치되고, 상기 케이스의 길이방향을 따라 송풍경로를 제공하는 송풍관;
    상기 송풍관에 송풍력을 제공하도록 설치되는 브로워;
    상기 송풍관의 내측에 수분 함유 공기를 투입하는 수분공기 공급부;
    상기 송풍관의 흡기 온도를 측정하는 흡기 온도 센서와 상기 송풍관의 배기 온도를 측정하는 배기 온도 센서로부터 온도 감지 신호를 각각 수신받아 흡기 온도에 반비례하도록 배기 온도를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 카트리지 히터, 상기 스크류 날개 및 상기 케이스의 조립체는,
    상기 송풍관 내에 다수개가 나란하도록 설치되고,
    상기 송풍관은,
    상기 카트리지 히터 각각을 고정시키는 고정부가 다수로 마련되고, 상기 고정부 사이에 통기홀이 다수로 형성되는 고정플랜지가 끝단에 결합되고,
    상기 카트리지 히터는,
    마그네샤 바; 상기 마그네샤 바의 외주면에 권선되는 니켈 열선; 상기 니켈 열선과 상기 마그네샤 바가 내측에 삽입되는 히터 파이프; 상기 히터 파이프 내에 채워짐으로써 상기 니켈 열선과 상기 마그네샤 바와 함께 상기 히터 파이프 내에 압축되는 세라믹 분말; 및 상기 히터 파이프의 출입구 측에 고정되고, 상기 송풍관에 고정되기 위한 너트가 체결되는 보빈을 구비하고,
    상기 수분공기 공급부는,
    물과 공기가 투입되기 위한 투입구가 형성되고, 내측에 물이 저장되는 수조;
    상기 수조 내에 설치되고, 초음파로 물을 미세 입자로 변환시키는 초음파 진동자; 및 상기 초음파 진동자에 의해 변환된 미세 입자를 공기와 함께 상기 송풍관의 내측으로 공급하도록 연결되는 다습공기 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는, 카트리지 히터를 이용한 온풍 공급 시스템.
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