KR101714321B1 - 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기 - Google Patents

섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 섬유사를 사선방향으로 비틀어 줌으로써 섬유사의 피로도를 줄여 섬유사의 파손이나 변형이 거의 없이 장시간 일정수준의 여과효율을 유지하도록 하는 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기에 관한 것이다.

Description

섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기{A pore controllable twisting fiber filer}
본 발명은 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기에 관한 것이다.
일반적으로 여과기는 오염원수를 필터로 여과하여 깨끗한 처리수를 배수하는 장치로서, 대형 하천의 여과나 공장폐수의 여과 등을 위하여 점차 대형화되어가고 있는 추세이다.
이에 사용되는 여과기로는 대표적으로 공극제어 섬유여과기를 예로들 수 있으며, 상기 공극제어 섬유여과기는 미세한 필라멘트를 가진 섬유사를 다발로 묶고 이를 유수의 경로상에 배치하여 여과재료로 사용하는데, 이를 섬유여재라 한다. 상기 섬유여재는 물리적인 제어에 의하여 필라멘트가 형성하는 공극이 쉽게 조절되어 여과성능이 우수할 뿐만 아니라, 세척이 쉬워 그 수명이 오래가는 장점이 있다. 특히, 입자크기별 제거효율, SS, BOD의 제거 효율 등이 여타 여과방식에 비하여 뛰어난 효과가 있음이 증명되고 있다.
섬유여과기와 관련한 종래 기술로 특허등록 제10-0241198호의 “가변 필터층을 갖는 여과장치”가 있다. 상기 종래 기술은 섬유사를 피스톤을 이용하여 수직방향으로 이완압착시키는 공극제어형 섬유여과장치인데, 장시간 사용 시 과도한 인장력으로 인한 섬유여재의 피로도 증가로 섬유여재가 끊어지는 문제가 있다. 또한 섬유사를 수직방향으로 당겨서 공극을 제어하는 방식은 여층이 균일하게 형성되지 못하고 섬유사 다발 사이가 벌어지는 현상으로 인해 여과효율이 낮아지는 문제가 있다.
가변 필터층을 갖는 여과장치 (특허등록 제10-0241198호)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 섬유사를 사선방향으로 비틀어 줌으로써 섬유사의 피로도를 줄여 섬유사의 파손이나 변형이 거의 없이 장시간 일정수준의 여과효율을 유지하도록 하는 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
속이 빈 원통 형상의 구조물로, 내부로 유입된 오염원수가 여과되어 외부로 배출되는 여과조;
상기 여과조의 상단부에 설치되며, 오염원수 유입과 역세수 유출의 두 가지 기능을 수행하는 제1 이중기능 배관;
상기 여과조의 하단부에 설치되며, 처리수 유출과 역세수 유입의 두 가지 기능을 수행하는 제2 이중기능 배관;
상기 여과조의 하단부에 설치되며, 상기 여과조 내부로 역세공기를 유입시키는 역세공기 유입구;
상기 여과조의 내부에 위치하며, 고정대에 의해 상기 여과조에 고정 설치되며, 속이 빈 원통 형상의 구조물로, 표면에는 다수의 관통공이 형성되는 스트레이너;
상기 스트레이너의 상단에 설치되며, 시계 또는 반시계 방향으로 회전 구동하는 회전축; 및
미세한 필라멘트를 가진 섬유사 다발로 이루어져, 상기 스트레이너의 외곽을 감싸되, 여과 시 상기 회전축의 구동에 의해 비틀려 상기 섬유사 다발 사이 공극이 줄어들게 되는 섬유여재;
를 포함하는, 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기
를 제공한다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 유리한 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 장시간 여과 시에도 섬유사에 발생하는 인장력이 작아 섬유여재의 지속적인 사용이 가능하며 이에 따라 섬유여재 교체비용이 현저히 낮아진다. 둘째, 섬유사를 균일하게 비틀어 공극을 제어하므로 여층 및 섬유사 다발 사이 공극이 일정하게 유지되며 이에 따라 높은 여과효율을 얻을 수 있다. 셋째, 에어 실린더 연결부를 래크와 피니언 기어로 구성함으로써 장치의 구성을 간단히 하여 유지보수가 간편하며, 공간 대비 여과면적을 늘릴 수 있어 매우 경제적이다.
도 1, 도 2는 본 발명의 전체 외관 구성.
도 3은 도 2의 A-A 단면.
도 4는 본 발명의 래크와 피니언 기어의 구성.
도 5는 본 발명의 섬유여재와 스트레이너의 결합방식.
도 6은 본 발명의 상부 섬유고정플레이트와 회전상판의 결합방식.
도 7은 본 발명의 섬유여재가 비틀린 상태와 비틀림이 풀린 상태.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
여과조(1)는 속이 빈 원통 형상의 구조물로, 내부에는 섬유여재(14)가 설치되어 있어 내부로 유입된 오염원수가 여과되어 외부로 배출된다(도 7). 여과조(1)는 가급적 압력탱크로 이루어지는 것이 좋다. 왜냐하면, 오염원수의 수질이 악화되거나 기기이상으로 인해 역세척이 제대로 이루어지지 않을 경우 여과조(1) 내부의 압력이 급격히 증가하게 되는데 이처럼 증가한 압력 하에서도 여과조(1)는 정상적으로 작동할 수 있어야 하며, 또한 여과조(1)가 높은 압력을 견딜 수 있으면 여과선속을 높여 같은 여과면적으로 보다 많은 양의 오염원수를 처리할 수 있는 이점이 있기 때문이다.
제1 이중기능 배관(3)은 여과조(1)의 상단부에 설치되는 것으로, 오염원수 유입과 역세수 유출의 두 가지 기능을 수행하는 하나의 배관이다(도 3). 이는 후술할 래크(7) 및 피니언 기어(8)와 에어 실린더(6)가 모두 여과조(1)의 상단부에 설치되는 관계로(도 1), 오염원수 유입을 위한 배관과 역세수 유출을 위한 배관을 각각 따로 두는 경우 설치공간에 제약이 있음을 고려한 것이다.
제1 이중기능 배관(3)에 의하면, 여과 시 외부의 오염원수는 제1 이중기능 배관(3)을 통해 여과조(1) 내부로 유입되며, 역세척 시 내부의 역세수는 제1 이중기능 배관(3)을 통해 여과조(1) 외부로 유출된다. 이는 제1 이중기능 배관(3)과 연결되는 밸브(미도시)를 두어 상기 밸브가 여과 및 역세척의 경우마다 교차하여 관로를 달리 형성하는 것으로써 달성할 수 있다.
제2 이중기능 배관(4)은 여과조(1)의 하단부에 설치되는 것으로, 처리수 유출과 역세수 유입의 두 가지 기능을 수행하는 하나의 배관이다(도 3). 이는 후술할 역세공기 유입구(5)가 여과조(1)의 하단부에 설치되는 관계로, 처리수 유출을 위한 배관과 역세수 유입을 위한 배관을 각각 따로 두는 경우 설치공간에 제약이 있음을 고려한 것이다. 처리수란 오염원수가 여과되어 깨끗해진 물을 말한다.
제2 이중기능 배관(4)에 의하면, 여과 시 여과조(1) 내부로 유입된 오염원수는 섬유여재(14)에 의해 여과되어 처리수로 바뀐 후 제2 이중기능 배관(4)을 통해 여과조(1) 외부로 유출되며, 역세척 시 외부의 역세수는 제2 이중기능 배관(4)을 통해 여과조(1) 내부로 유입된다. 이는 제2 이중기능 배관(4)과 연결되는 밸브(미도시)를 두어 상기 밸브가 여과 및 역세척의 경우마다 교차하여 관로를 달리 형성하는 것으로써 달성할 수 있다.
역세공기 유입구(5)는 여과조(1) 내부로 역세공기가 유입되기 위한 배관으로, 여과조(1)의 하단부에 설치된다(도 3). 여과조(1) 내부로 유입된 역세공기는 제2 이중기능 배관(4)을 통해 유입된 역세수 속에 버블 형태로 분사되어 역세수의 흐름에 따라 상부로 이동하며, 이 과정에서 섬유여재(14)의 표면에 충돌한다. 이에 따라 역세공기는 섬유여재(14)에 일정 압력의 진동(흔들림)을 주게 되며 그 결과 섬유여재(14)의 표면에 붙어있던 여과된 찌꺼기 입자들이 떨어져 나와 역세수와 함께 제1 이중기능 배관(3)을 통해 여과조(1) 외부로 유출된다. 즉, 역세수와 역세공기의 작용으로 섬유여재(14)가 역세척되는 것이다.
스트레이너(13)는 여과조(1)의 내부에 위치하는데, 몸체 하단의 고정대(12)에 의해 여과조(1)에 고정 설치된다(도 3). 스트레이너(13)는 속이 빈 원통 형상의 구조물로, 표면에는 다수의 관통공(13d)이 형성된다. 한편, 스트레이너(13)의 상단면에는 회전상판(13a)이, 하단면에는 고정하판(13b)이 설치된다. 회전상판(13a)은 후술할 회전축(9)과 연결되어 상기 회전축(9)의 회전에 따라 함께 회전하지만, 고정하판(13b)은 고정대(12)와 연결되어 회전하지 않는다. 고정대(12)는 내부가 비어 있는 관 형상인데, 고정대(12)의 양 끝단에 위치한 제2 이중기능 배관(4)과 스트레이너(13)는 상기 고정대(12)를 매개로 서로 연결된다.
섬유여재(14)는 미세한 필라멘트를 가진 섬유사 다발(14a)로 이루어져, 스트레이너(13)의 외곽을 감싼다(도 7). 섬유여재(14)와 스트레이너(13)의 결합방식은 다음과 같다(도 5). 스트레이너(13)의 상하 끝단면, 즉 회전상판(13a)과 고정하판(13b)에는 다수의 연결돌기(13c)가 돌출되어 있고, 섬유사 다발(14a)의 상하 끝단에는 연결고리(14b)가 형성되어 있다. 이 때, 섬유사 다발(14a)을 스트레이너(13)의 외곽을 둘러싸도록 배치한 후 회전상판(13a)과 고정하판(13b) 각각에서 연결고리(14b)를 연결돌기(13c)에 걸고 회전상판(13a)에는 상부 섬유고정플레이트(10)를, 고정하판(13b)에는 하부 섬유고정플레이트(11)를 덮으면(도 6), 섬유사 다발(14a)은 스트레이너(13)의 상하 방향으로 길게 늘어진 상태로 스트레이너(13)의 외곽을 감싸게 된다. 상부 섬유고정플레이트(10)와 하부 섬유고정플레이트(11)는 볼트 체결 방식으로 회전상판(13a)과 고정하판(13b)에 각각 고정한다.
상술한 바와 같이, 스트레이너(13)의 회전상판(13a)에는 회전축(9)이 설치된다(도 3, 도 6). 회전축(9)의 하단은 회전상판(13a)에 연결되며 상단은 여과조(1)의 상단면을 관통하여 외부로 연장된다(도 4). 회전축(9)의 상단에는 피니언 기어(8)가 설치되며 상기 피니언 기어(8)와 맞물리도록 래크(7)가 설치된다. 그리고 래크(7)와 연결되도록 에어 실린더(6)가 설치된다. 따라서 에어 실린더(6)가 공기압으로 구동하면, 래크(7)가 전후 방향으로 이동하며, 피니언 기어(8)가 시계 또는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 그러면 회전축(9)이 회전하며, 이에 따라 회전상판(13a)이 시계 또는 반시계 방향으로 회전하게 된다.
그런데, 상기와 같이 회전상판(13a)이 회전하는 경우에도 고정하판(13b)은 회전하지 않는다. 따라서 섬유여재(14)는 하단이 고정하판(13b)에 고정된 상태에서 상단만이 회전상판(13a)을 따라 움직이게 된다. 그 결과 섬유여재(14)가 스트레이너(13)를 중심으로 비틀리게 됨으로써 섬유사 다발(14a) 사이 공극이 줄어들게 되며, 이로 인해 섬유여재(14)를 통과하는 오염원수에 존재하는 미세한 오염물질이 여과된다(도 7). 즉, 제1 이중기능 배관(3)을 통해 여과조(1) 내부로 유입된 오염원수는 비틀린 상태의 섬유여재(14)를 통과하면서 여과(처리수)가 된 후 스트레이너(13)를 경유하여 제2 이중기능 배관(4)을 통해 여과조(1) 외부로 배출되는 것이다.
한편, 섬유여재(14)가 비틀린 상태에서 회전상판(13a)이 다시 반대 방향으로 회전하면 섬유여재(14)의 비틀림이 풀리면서 섬유사 다발(14a) 사이 공극도 다시 늘어나게 된다. 역세척은, 이처럼 섬유사 다발(14a) 사이 공극이 늘어난 상태에서 이루어진다(도 7). 즉, 제2 이중기능 배관(4)을 통해 여과조(1) 내부로 유입된 역세수는 스트레이너(13)의 관통공(13d)을 통해 섬유여재(14)로 분사되어 역세공기와 함께 섬유여재(14)를 역세척한 후 제1 이중기능 배관(3)을 통해 여과조(1) 외부로 유출되는 것이다. 이 때, 섬유여재(14)는 섬유사 다발(14a) 사이 공극이 늘어난 상태이므로 섬유여재(14)의 표면에 붙어있던 여과된 찌꺼기 입자들이 쉽게 떨어져 나와 역세척이 매우 수월하게 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 여과 및 역세척이 이루어지는 과정에 대해 순서대로 설명한다.
<여과>
● 외부의 오염원수가 제1 이중기능 배관(3)을 통해 여과조(1) 내부로 유입된다.
● 에어 실린더(6)의 구동에 따라 회전축(9)이 회전하면서 섬유여재(14)가 스트레이너(13)를 중심으로 비틀린다.
● 오염원수가 섬유여재(14)를 통과하면서 여과(처리수)가 된 후 스트레이너(13)를 경유하여 제2 이중기능 배관(4)을 통해 여과조(1) 외부로 배출된다.
<역세척>
● 외부의 역세수가 제2 이중기능 배관(4)을 통해 여과조(1) 내부로 유입된다.
● 에어 실린더(6)의 구동에 따라 회전축(9)이 여과 시와 반대 방향으로 회전하면서 섬유여재(14)의 비틀린 상태가 풀린다.
● 역세수가 스트레이너(13)의 관통공(13d)을 통해 섬유여재(14)로 분사되어 역세공기와 함께 섬유여재(14)를 역세척한 후 제1 이중기능 배관(3)을 통해 여과조(1) 외부로 배출된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다음과 같은 유리한 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 장시간 여과 시에도 섬유사에 발생하는 인장력이 작아 섬유여재(14)의 지속적인 사용이 가능하며 이에 따라 섬유여재(14) 교체비용이 현저히 낮아진다. 둘째, 섬유사를 균일하게 비틀어 공극을 제어하므로 여층 및 섬유사 다발(14a) 사이 공극이 일정하게 유지되며 이에 따라 높은 여과효율을 얻을 수 있다. 셋째, 에어 실린더(6) 연결부를 래크(7)와 피니언 기어(8)로 구성함으로써 장치의 구성을 간단히 하여 유지보수가 간편하며, 공간 대비 여과면적을 늘릴 수 있어 매우 경제적이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 여과조
3 : 제1 이중기능 배관
4 : 제2 이중기능 배관
5 : 역세공기 유입구
6 : 에어 실린더
7 : 래크
8 : 피니언 기어
9 : 회전축
10 : 상부 섬유고정플레이트
11 : 하부 섬유고정플레이트
12 : 고정대
13 : 스트레이너
13a : 회전상판
13b : 고정하판
13c : 연결돌기
13d : 관통공
14 : 섬유여재
14a : 섬유사 다발
14b : 연결고리

Claims (11)

  1. 속이 빈 원통 형상의 구조물로, 내부로 유입된 오염원수가 여과되어 외부로 배출되는 여과조(1);
    상기 여과조(1)의 상단부에 설치되며, 오염원수 유입과 역세수 유출의 두 가지 기능을 수행하는 제1 이중기능 배관(3);
    상기 여과조(1)의 하단부에 설치되며, 처리수 유출과 역세수 유입의 두 가지 기능을 수행하는 제2 이중기능 배관(4);
    상기 여과조(1)의 하단부에 설치되며, 상기 여과조(1) 내부로 역세공기를 유입시키는 역세공기 유입구(5);
    상기 여과조(1)의 내부에 위치하며, 고정대(12)에 의해 상기 여과조(1)에 고정 설치되며, 속이 빈 원통 형상의 구조물로, 표면에는 다수의 관통공(13d)이 형성되는 스트레이너(13);
    상기 스트레이너(13)의 상단에 설치되며, 시계 또는 반시계 방향으로 회전 구동하는 회전축(9); 및
    미세한 필라멘트를 가진 섬유사 다발(14a)로 이루어져, 상기 스트레이너(13)의 외곽을 감싸되, 여과 시 상기 회전축(9)의 구동에 의해 비틀려 상기 섬유사 다발(14a) 사이 공극이 줄어들게 되는 섬유여재(14);
    를 포함하며,
    상기 스트레이너(13)의 상단면에는 회전상판(13a)이, 하단면에는 고정하판(13b)이 설치되되, 상기 회전상판(13a)은 상기 회전축(9)과 연결되어 상기 회전축(9)의 회전에 따라 함께 회전하는 구조이지만, 상기 고정하판(13b)은 상기 고정대(12)와 연결되어 회전하지 않고 고정된 구조이며,
    상기 회전상판(13a)과 상기 고정하판(13b)에는 다수의 연결돌기(13c)가 돌출되어 있고, 상기 섬유사 다발(14a)의 상하 끝단에는 연결고리(14b)가 형성되어 있는바, 상기 연결고리(14b)가 상기 연결돌기(13c)에 걸린 상태에서 상기 회전상판(13a)에는 상부 섬유고정플레이트(10)가, 상기 고정하판(13b)에는 하부 섬유고정플레이트(11)가 덮임으로써 상기 섬유여재(14)가 상기 스트레이너(13)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 여과조(1)는 압력탱크로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    여과 시 외부의 오염원수는 상기 제1 이중기능 배관(3)을 통해 상기 여과조(1) 내부로 유입되며, 역세척 시 내부의 역세수는 상기 제1 이중기능 배관(3)을 통해 상기 여과조(1) 외부로 유출되는 것을 특징으로 하는, 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    여과 시 상기 여과조(1) 내부로 유입된 오염원수는 상기 섬유여재(14)에 의해 여과되어 처리수로 바뀐 후 상기 제2 이중기능 배관(4)을 통해 상기 여과조(1) 외부로 유출되며, 역세척 시 외부의 역세수는 상기 제2 이중기능 배관(4)을 통해 상기 여과조(1) 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는, 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 여과조(1) 내부로 유입된 역세공기는 역세수 속에 버블 형태로 분사되어 역세수의 흐름에 따라 상부로 이동하며, 상기 섬유여재(14)의 표면에 충돌하여 상기 섬유여재(14)에 일정 압력의 진동을 주며, 그 결과로써 상기 섬유여재(14)의 표면에 붙어있던 여과된 찌꺼기 입자들이 떨어져 나와 역세수와 함께 상기 여과조(1) 외부로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는, 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정대(12)는 내부가 비어 있는 관 형상으로, 상기 고정대(12)의 양 끝단에 위치한 상기 제2 이중기능 배관(4)과 상기 스트레이너(13)는 상기 고정대(12)를 매개로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전축(9)의 하단은 상기 회전상판(13a)에 연결되며 상단은 상기 여과조(1)의 상단면을 관통하여 외부로 연장되되, 상기 회전축(9)의 상단에는 피니언 기어(8)가 설치되며, 상기 피니언 기어(8)와 맞물리도록 래크(7)가 설치되며, 상기 래크(7)와 연결되도록 에어 실린더(6)가 설치되는 것을 특징으로 하는, 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기.
  10. 청구항 1에 있어서,
    여과는, 상기 섬유여재(14)가 비틀려 상기 섬유사 다발(14a) 사이 공극이 줄어든 상태에서 이루어지는바, 상기 제1 이중기능 배관(3)을 통해 상기 여과조(1) 내부로 유입된 오염원수는 비틀린 상태의 상기 섬유여재(14)를 통과하면서 여과(처리수)가 된 후 상기 스트레이너(13)를 경유하여 상기 제2 이중기능 배관(4)을 통해 상기 여과조(1) 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는, 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유여재(14)가 비틀린 상태에서 상기 회전축(9)이 다시 반대 방향으로 회전하면 상기 섬유여재(14)의 비틀림이 풀리면서 상기 섬유사 다발(14a) 사이 공극도 다시 늘어나게 되며, 역세척은, 상기 섬유여재(14)의 비틀림이 풀려 상기 섬유사 다발(14a) 사이 공극이 늘어난 상태에서 이루어지는바, 상기 제2 이중기능 배관(4)을 통해 상기 여과조(1) 내부로 유입된 역세수는 상기 스트레이너(13)의 상기 관통공(13d)을 통해 상기 섬유여재(14)로 분사되어 역세공기와 함께 상기 섬유여재(14)를 역세척한 후 상기 제1 이중기능 배관(3)을 통해 상기 여과조(1) 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는, 섬유사 비틀림을 활용한 공극제어형 섬유여과기.
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