KR101866932B1 - 수소수 제조 장치 및 그 수소수 생성 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 배관 내압 상승에 의한 누수 방지를 도모한 수소수 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 수소수 제조 장치는, 급수구(16)으로부터 배수구(5) 사이의 배관에 설치된 수소수 생성 필터(12)에 물을 통과시켜서 수소수를 생성하는 수소수 제조 장치에 있어서, 상기 급수구(16)로부터 수소수 생성 필터(12)의 사이의 입측 배관에, 급수 펌프(20)가 설치되고, 상기 수소수 생성 필터(12)로부터 상기 배수구(5)의 사이의 출측 배관에, 배관내의 압력을 조정하는 압력 조정 수단(21)이 설치되어, 상기 배수구(5)에 전자 개폐 밸브(22, 23)가 설치된 것이다.

Description

수소수 제조 장치 및 그 수소수 생성 필터{A hydrogen water producing apparatus and an exchange filter thereof}
본 발명은, 필터식의 수소수 제조 장치, 및 상기 장치에 이용되는 수소수 생성 필터에 관한다.
종래, 한국 공개특허공보 10-2007-0007979호(특허 문헌 1)에 나타내는 것과 같은, 기존의 정수기에 수소 환원 필터를 추가해서 알칼리 환원수를 제공하는 것이 있었다.
그러나, 상기 종래 기술의 것은, 구조가 복잡하다는 등의 문제점을 가지고 있었으므로, 그 문제점을 해소한 것으로서, 한국 공개특허공보 10-2016-0002072호(특허 문헌 2)에 나타낸 것이 있었다.
덧붙여, 상기 특허 문헌 1에 기재된 필터를 개량한 것으로서 일본국 공개특허공보 특개 2013-34984호 공보(특허 문헌 3)에 기재된 기술도 공지이다.
  [특허문헌 1] 대한한국 공개특허공보 10-2007-0007979호   [특허문헌 2] 대한한국 공개특허공보 10-2016-0002072호   [특허문헌 3] 일본국 공개특허공보 특개 2013-34984호
상기 종래 기술에 나타낸 필터식의 마그네슘을 이용하는 수소수 제조 장치에 있어서는, 장기간 사용하지 않는 경우, 필터내의 마그네슘이 물과 계속해서 접촉하고 있기 때문에, 수소 가스가 발생하여, 배관 내압이 상승하고 누수가 발생할 우려가 있었다.
이에, 본 발명은, 배관 내압 상승에 의한 누수 방지를 도모한 수소수 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 다음의 수단을 강구했다. 즉, 본 발명의 수소수 제조 장치는, 급수구로부터 배수구간의 배관에 설치된 수소수 생성 필터에 물을 통과시키는 것에 의해 수소수를 생성하는 수소수 제조 장치에 있어서, 상기 급수구로부터 수소수 생성 필터의 사이의 입측 배관에, 급수 펌프가 설치되고, 상기 수소수 생성 필터로부터 상기 배수구 사이의 출측 배관에, 배관내의 압력을 조정하는 압력 조정 수단이 설치되고, 상기 배수구에 전자 개폐 밸브가 설치된 것이다.
상기 압력 조정 수단은, 입구와 출구를 가지는 밀폐의 탱크를 가지고, 해당 탱크의 상기 입구 및 출구가 상기 출측 배관에 접속되고, 상기 탱크를 우회하는 바이패스 배관이 상기 출측 배관에 설치되고, 상기 탱크내에는, 상기 수소수의 탱크내 유입을 제어하는 플로트 밸브가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 탱크의 출구로부터 상기 바이패스 배관까지의 상기 출측 배관으로부터 분기해서 상기 펌프의 흡입구측에 접속되는 반환 배관이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 수소수 생성 필터의 하류측에, 양이온 교환 수지 필터가 배치되고, 상기 수소수 생성 필터의 상류측에, 이물 제거 필터가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 배수구로부터의 배출량이 연속해서 소정량을 넘었을 경우, 소정 시간 배출을 정지하도록 상기 급수 펌프를 제어하는 제어 장치를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 교환 필터는, 상기 수소수 제조 장치에 이용되는 수소수 생성 필터로서, 해당 필터는 상기 입측 배관 및 출측 배관에 착탈가능하며, 상기 수소수 생성 필터는, 소성(燒成) 성형된 마그네슘 함유 조성물로 이루어진 원통형체를 통형 케이스에 내장한 것이다.
본 발명에 의하면, 배관내의 내압을 조정하는 압력 조정 수단을 설치하였으므로, 내압이 상승했을 때, 압력 상승을 억제할 수 있으므로, 누수를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태를 나타내는 수소수 제조 장치의 전체 사시도이다.
도 2는 도 1의 수소수 제조 장치의 배면도이다.
도 3은 도 1의 실시 형태에 있어서의 필터의 배치도(상면도)이다.
도 4는 도 1의 실시 형태에 있어서의 배관도이다.
도 5는 수소수 생성 필터의 단면도이다.
도 6은 양이온 교환 수지 필터의 단면도이다.
도 7은 급수 펌프의 제어 플로우도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1, 도 2에 있어서, 수소수 제조 장치는, 수소수를 생성하기 위한 기기류를 수납하기 위한 케이스 본체(1)를 가진다. 케이스 본체(1)의 상부는, 개폐 또는 착탈가능한 상부 커버(2)로 덮여 있다.
케이스 본체(1)의 전면에는, 조작부(3)와 표시부(4)가 설치되어 있다. 조작부(3)는, 컵 한 잔분의 출수(出水)를 조작하는 '한잔 버튼'과, 연속적으로 출수시키는 '연속 버튼'을 가진다. 상기 표시부(4)는, 상기 조작부(3)의 버튼에 대응한 '한잔 표시', '연속 표시' 외에, '스탠바이 표시'의 점등, 점멸 라이트로 구성되어 있다.
케이스 본체(1)의 전면측 상부에는, 수소수를 배출하기 위한 배수구(5)가 설치되어 있다. 또, 하부에는, 컵 등의 용기를 놓기 위한 용기 거치대(6)가 설치되어 있다. 이 용기 거치대(6)는, 흘러넘친 물을 모으는 트레이로서 기능하기 때문에, 케이스 본체(1)에 착탈가능하게 되어 있다.
케이스 본체(1)의 배면측에는, 저수 탱크(7)가 상부로부터 삽입가능하게 설치되어 있다. 저수 탱크(7)의 상부는, 커버(8)로 덮혀 있다. 케이스 본체(1)의 배면측에는, 전원 스위치(9)와, 전원 코드 삽입구(10)와, 수도물 직결구(11)가 설치되어 있다.
이 실시 형태에서는, 본 장치는, 수도물 직결구(11)를 수도물 배관에 직결해서 정해진 위치에 두는 장치로서 사용할 수 있다. 또, 수도물 배관에 접속하지 않고, 수도물 직결구(11)를 캡 등으로 밀폐해서, 저수 탱크(7)에 물을 비축하는 것에 의하여, 휴대식 이동 장치로서 사용할 수 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 케이스 본체(1) 내에는, 수소수 생성 필터(12), 양이온 교환 수지 필터(13), 유기물 제거 필터(14), 및 미생물 제거 필터(15)가 교환가능하게 수납되어 있다. 유기물 제거 필터(14), 미생물 제거 필터(15)가, 본 발명의 이물 제거 필터를 구성한다. 그러나, 이물 제거 필터로서, 이것들로 한정되는 것은 아니고, 어느 쪽이든 하나, 또는, 이들 이외의 필터를 가지는 것이라도 좋다.
도 4는, 상기 수소수 제조 장치의 배관도이다.
상기 배관은, 급수구(16)로부터 상기 배수구(5)에 이르는 것이다. 덧붙여, 상기 급수구(16)로부터 상기 수소수 생성 필터(12)에 이르는 배관을 '입측(入側) 배관'이라고 하고, 수소수 생성 필터(12)로부터 상기 배수구(5)에 이르는 배관을 '출측(出側) 배관'이라고 한다.
상기 급수구(16)는, 저수 탱크(7)에 접속되는 저수 탱크 직결구(17)와, 수도물에 접속되는 상기 수도물 직결구(11)를 가진다. 수도물 직결구(11)는, 수도물에 직결되지 않을 때는, 캡(18)에 의해 밀폐되어 있다. 저수 탱크 직결구(17)와 수도물 직결구(11) 사이의 배관에 개폐 밸브(19)가 설치되어 있다. 이 개폐 밸브(19)는, 수동식으로 개폐 조작되는 것이다. 저수 탱크(7)를 사용하지 않을 때는, 이 개폐 밸브(19)는 닫혀져 있다.
개폐 밸브(19)와 저수 탱크 직결구(17)의 사이에, 저수 탱크 직결구(17)측에 역류하지 않도록 하기 위한 체크 밸브(19a)가 설치되어 있다.
급수구(16)의 하류측의 입측 배관에 급수 펌프(20)가 설치되어 있다. 이 급수 펌프(20)의 하류측에서, 상기 수소수 생성 필터(12)의 상류측의 입측 배관에 상기 이물 제거 필터가 설치되어 있다. 이 이물 제거 필터는, 상기 유기물 제거 필터(14)와 미생물 제거 필터(15)가 직렬 배치된 것이다.
상기 이물 제거 필터의 하류측에, 수소수 생성 필터(12)와 양이온 교환 수지 필터(13)이 병렬 배치되어 있다. 또한, 상기 수소 생성 필터(12)의 하류측에 압력 조정 수단(21)이 설치되어 있다.
배수구(5)의 근방에는, 전자(電磁) 개폐 밸브가 설치되어 있다. 이 전자 개폐 밸브는, 2개의 솔레노이드 밸브(22, 23)가 직렬 배치되어서 이루어진 것이다.
솔레노이드를 2개 마련하는 것은, 1개의 경우, 배관 내압이 상승해서 배수구로부터 누수가 생길 우려가 있기 때문에, 안전 장치로서 2개를 마련한다.
상기 유기물 제거 필터(14)는, 잔류 가스 성분, VOC 성분, 먼지 모래 등의 부유물, 유기물, 잔류 염소, 농약 성분 등을 흡착해서 제거하는 것이다. 또, 소취 작용도 가지는 것이다. 유기물 제거 필터(14)는, 예를 들면 활성탄 등이 충전된 것을 들 수 있다.
상기 미생물 제거 필터(15)는, 미네랄을 제외한 중금속, 대장균 등 각종 세균, 미생물을 제거하는 것이다. 미생물 제거 필터(15)는, 미생물을 제거할 수 있는 정밀 여과막을 가지는 것을 들 수 있고, 예를 들면 폴리비닐리덴플루오리드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리이소부틸렌, 폴리염화비닐, 테플론(등록상표), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴산메틸, 나일론, 베이크라이트, 요오드 수지, 폴리실록산 또는 이들의 혼합물로부터 제조되는 고분자막을 구비한 것을 들 수 있다.
유기물 제거 필터(14)와 미생물 제거 필터(15)의 배치 순서는, 특히 한정되지 않지만, 상류측으로부터 하류측에, 이 순서로 배치하는 것이 바람직하다.
도 5에 나타내는 것은, 수소수 생성 필터(12)의 단면도이다. 수소수 생성 필터(12)는, 소성 성형된 마그네슘 함유 조성물로부터 이루어진 원통형체(24)를 통형 케이스(25)에 내장한 것이다. 통형 케이스(25)의 상부에는, 둘레부(주연부(周緣部))에 물의 입구(26)가 형성되고, 중심부에 출구(27)가 형성되어 있다.
상기 원통형체(24)는, 마그네슘 단체, 또는 마그네슘과 무기 소재 혹은 유기 소재와의 혼합물을, 가압 소성해서 원통형으로 성형하는 것이다. 이와 같이 소성 성형하는 것에 의해, 분진 분말의 수중에의 배출이 방지된다. 상기 원통형체(24)로서, 마그네슘 단체, 또는 마그네슘과 무기 소재 혹은 유기 소재와의 혼합물을 부직포에 넣은 것을 이용할 수도 있다.
입구(26)로부터 유입한 물은, 원통형체(24)의 외주부에서 중심부로 흘러, 출구(27)에서부터 배출된다. 이 물의 흐름에 있어서, 마그네슘과 접촉해서 수소가 발생하고, 수소수가 생성된다. 원통형체(24)로 하는 것에 의해, 물과 반응하는 표면적을 증대시켜, 고활성 수소수를 생성할 수 있다. 이 수소수는, pH10 이상의 강알칼리성을 띤다.
덧붙여, 입구(26)와 출구(27)를 반대로 하더라도 같은 작용 효과를 나타낸다.
도 6에 나타낸 것은, 양이온 교환 수지 필터(13)의 단면도이다. 양이온 교환 수지 필터(13)는, 통형 케이스(28)에 양이온 교환 수지(29)를 내장한 것이다. 통형 케이스(28)의 상부에는, 둘레부에 물의 입구(30)가 형성되고, 중심부에 출구(31)가 형성되어 있다. 양이온 교환 수지(29)는 내통에 수납되고, 그 내통의 하부로부터 물이 내부에 침투하도록 구성되어 있다. 물이 양이온 교환 수지를 하부에서 상부에 걸쳐서 통과하는 과정에서, 산성수가 생성된다.
도 4를 참조하면, 수소수 생성 필터(12)와 양이온 교환 수지 필터(13)의 입측 배관에 밸브(32)가 설치되어, 양이온 교환 수지 필터(13)로의 입수량을 제어하고 있다. 이 밸브(32)의 개방 정도(開度)의 조정은 수동식으로 되어 있다. 이 밸브(32)의 조정에 의해, 배수구(5)로부터 배출되는 수소수의 알칼리 정도를 조정할 수 있다. 이 실시 형태에서는, pH9.5 정도의 약알칼리성으로 조정되어 있다.
상기 실시 형태에서는, 수소수 생성 필터(12)로 양이온 교환 수지 필터(13)를 병렬 배치했지만, 직렬 배치도 가능하다.
도 4에 있어서, 상기 압력 조정 수단(21)에 대해 설명한다.
압력 조정 수단(21)은, 유저가 장기간 제품을 사용하지 않는 경우, 수소수 생성 필터(12) 내에서 발생하는 수소 가스의 압력에 의해, 누수가 생길 우려가 있으므로, 누수 방지를 위해서 설치된 것이다.
상기 압력 조정 수단(21)은, 상기 수소수 생성 필터(12)의 하류측의 출측 배관에 설치된 압력 조정 탱크(33)를 가진다. 이 탱크(33)는 밀폐식으로, 상부에 입구가, 하부에 출구가 설치되어 있다. 이 입구와 출구에, 출측 배관이 접속되어 있다.
상기 탱크(33)의 출구에 접속된 출측 배관으로부터 분기해서 상기 펌프(20)의 흡입구측에 접속되는 반환(리턴) 배관(34)이 설치되어 있다.
상기 탱크(33)를 우회해서, 출측 배관에 접속하는 바이패스 배관(35)이 형성되어 있다. 상기 반환 배관(34)은, 상기 바이패스 배관(35)의 하류단 접속점 보다도 상류측의 상기 출측 배관에 접속되어 있다. 이 반환 배관(34)의 출측 배관 접속단과 탱크(33) 사이의 출측 배관에, 탱크(33)측으로의 역류를 방지하는 체크 밸브(33a)가 설치되어 있다.
상기 탱크(33) 내에는, 플로트 밸브(33b)가 설치되어 있다. 이 플로트 밸브(33b)는, 수소수의 탱크(33) 내로의 유입을 제어하는 것이며, 탱크내의 수면이 소정 위치보다 낮을 때, 밸브를 열어 물을 유입시켜, 소정 위치보다 높아지면, 밸브을 닫아 탱크내로의 유입을 방지하는 것이다. 또, 이 플로트 밸브(33b)는, 플로트의 위치가 소정 위치보다 높아지면 밸브을 닫는 것이지만, 이 닫음 상태에 있어서, 관내 내압이 높아지면, 밸브를 밀어 열어, 소량의 수소수나 수소(가스)를 탱크(33)내로 유입가능하게 하는 것이다.
상기 플로트 밸브(33b)의 동작에 대해 설명한다.
우선, 본 장치의 사용 개시시, 탱크(33)내는 비어있기 때문에, 플로트 밸브(33b)의 플로트는 내려가 있고, 밸브(33b)는 열려 있다.
조작부(3)의 버튼 조작에 의해 급수 펌프(20)가 시동하고, 그 1초 후에 솔레노이드 밸브(22, 23)가 열린다. 이 때, 탱크(33)내의 플로트 밸브(33b)의 밸브는 열려 있고, 수소수가 탱크내에 유입한다. 그리고, 탱크(33)내의 수위가 상승하고, 플로트가 상승해서, 소정 위치 이상이 되면 밸브(33b)가 닫힌다.
이 때, 급수 펌프(20)에 의해 보내지는 물은, 탱크(33)에 유입하는 것과 함께, 바이패스 배관(35)을 통해서 배수구(5)에 의해 배수된다. 상기 플로트 밸브(33b)가 닫힌 후는, 바이패스 배관(35)을 통해서, 배수된다.
배수구(5)로부터 소정량의 수소수가 배출되면, 솔레노이드(22, 23)가 닫히고, 동시에 급수 펌프(20)가 정지한다.
이상은 최초의 사용이지만, 그 이후의 통상 사용에 있어서는, 플로트 밸브(33b)는 닫혀 있으므로, 수소수는 바이패스 배관(35)을 통해서, 배수구(5)로부터 배출되게 된다. 이 때, 상기 반환 배관(34)을 통해서 출측 배관의 물을 급수 펌프(20)에 순환시키도록 구성되어 있다. 이 순환량은, 전수량의 1~3%로 되어 있다. 이 순환 수량 조정이 밸브(36)에 의해 이루어진다. 이 밸브(36)는 수동 조작되는 것이다.
상기 순환에 의해, 탱크(33)내의 수위가 낮아지면 플로트 밸브(33b)가 열리고, 탱크(33)내에 수소수가 공급되고, 수위가 상승하면 밸브(33b)가 닫힌다. 이러한 동작이 반복되어서 안정된 배수가 이루어진다.
장기간 미사용시에, 수소수 생성 필터(12) 내에 있어서 수소 가스가 발생하고, 배관내의 내압을 상승시킨다. 이 때, 상기 플로트 밸브(33b)는 닫혀 있지만, 수소 가스에 의해서 서서히 높아진 압력이 순간적으로 플로트 밸브(33b)의 밸브를 열어, 미량의 수소 가스 또는 수소수가 탱크(33)내에 유입하고, 배관내의 압력 밸런스가 유지된다.
상기 압력 조정 수단(21)에 의해, 장기간 미사용시의 배관내의 압력 상승이 억제되고, 누수 방지를 도모할 수 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 수소수 제조 장치에는, 상기 급수 펌프(20)나 솔레노이드 밸브(22, 23) 등을 제어하는 제어 장치(37)가 설치되어 있다. 이 제어 장치(37)는, 상기 배수구(5)로부터의 배출량이 연속해서 소정량을 넘었을 경우, 소정 시간 배수를 정지하도록 상기 급수 펌프(20)를 제어한다.
도 7에, 상기 제어 장치(37)에 의한 급수 펌프(20)의 제어 플로우를 나타낸다.
수소수 제조 장치의 전면에 설치된 조작부(3)의 조작 버튼을 조작한다(S1). 이 버튼 조작에 의해, 급수 펌프(20)가 작동하고, 솔레노이드 밸브(22, 23)가 열린다(S2). 배수구(5)로부터 평균 15 ml/초의 수소수가 출수한다(S3). 솔레노이드 동작 후, 다음의 동작까지 간격이 300초를 넘었는지를 판단한다(S4). 넘지 않은 경우, 솔레노이드 동작 시간을 합산한다(S5). 솔레노이드(22, 23)의 동작시간의 합계가 110초를 넘었는지를 판단한다(S6). 넘지 않은 경우는, S4로 돌아온다. 넘는 경우, 조작 버튼의 기능을 강제 정지한다(S7). 강제 정지가 5분 경과했는지를 판단한다(S8). 경과하지 않은 경우는, S7로 돌아온다. 경과했을 경우, 솔레노이드 동작시간의 합계를 초기치화한다(S9). 그리고, S4로 진행한다.
상기 제어는, 연속해서 장시간 출수하면, 수소 농도가 저하하는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 실시 형태에 의하면, 수소 용존량, 약 1,600 ppb의 수소수를 생성할 수 있고, 컵에 따른 후, 5시간은 수소 용존량 1, 000 ppb를 유지할 수 있다.
유기물 제거 필터(14)나 미생물 제거 필터(15)는, 약 6개월로부터 12개월에 교환하는 것이 바람직하다. 수소수 생성 필터(12)나 양이온 교환 수지 필터(13)도, 약 6개월로부터 12개월, 또는, 약 1, 080리터 사용할 때마다 교환하는 것이 바람직하다.
이번에 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명이 아니고, 청구의 범위에 의해서 나타내고, 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위내에서의 모든 변경이 포함된다. 예를 들면, 압력 조정 수단은, 압력 조정 탱크에 한정되지 않고, 압력 방출 밸브 등이어도 괜찮다.
5 배수구
12 수소수 생성 필터
13 양이온 교환 수지 필터
14 유기물 제거 필터
15 미생물 제거 필터
16 급수구
20 급수 펌프
21 압력 조정 수단
24 원통형체
25 통형 케이스
33 압력 조정 탱크
33b 플로트 밸브
34 반환 배관
35 바이패스 배관
37 제어 장치

Claims (6)

  1. 급수구로부터 배수구의 사이의 배관에 설치된 수소수 생성 필터에 물을 통과시켜 수소수를 생성하는 수소수 제조 장치에 있어서,
    상기 급수구로부터 수소수 생성 필터의 사이의 입측 배관에, 급수 펌프가 설치되고,
    상기 수소수 생성 필터로부터 상기 배수구의 사이의 출측 배관에, 배관내의 압력이 상승했을 때 압력 상승을 억제하는 압력 조정 수단이 설치되고,
    상기 배수구에 전자 개폐 밸브가 설치된 수소수 제조 장치로서,
    상기 압력 조정 수단은 입구와 출구를 가지는 밀폐의 탱크를 가지고, 상기 탱크의 상기 입구 및 출구가 상기 출측 배관에 접속되고,
    상기 탱크를 우회하는 바이패스 배관이 상기 출측 배관에 설치되어 있는 수소수 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탱크내에는 상기 수소수의 탱크내 유입을 제어하는 플로트 밸브가 설치되고,
    상기 플로트 밸브는 관내 내압이 높아지면 밸브를 눌러열어 상기 수소수를 상기 탱크 내에 유입가능하도록 구성되어 있는 수소수 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탱크의 출구로부터 상기 바이패스 배관까지의 상기 출측 배관으로부터 분기해서 상기 펌프의 흡입구측에 접속되는 반환 배관이 설치되어 있는 수소수 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수소수 생성 필터의 하류측에 양이온 교환 수지 필터가 배치되고,
    상기 수소수 생성 필터의 상류측에 이물 제거 필터가 배치되어 있는 수소수 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배수구로부터의 배출량이 연속해서 소정량을 넘었을 경우 소정 시간 배출을 정지하도록 상기 급수 펌프를 제어하는 제어 장치를 가지는 수소수 제조 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소수 생성 필터는 상기 입측 배관 및 출측 배관에 착탈가능하며, 소성 성형된 마그네슘 함유 조성물로 이루어지는 원통형체를 통형 케이스에 내장하는 것인 수소수 제조 장치.
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