KR101996804B1 - 방충 장치용 연료 캐니스터 및 어댑터 - Google Patents

방충 장치용 연료 캐니스터 및 어댑터 Download PDF

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스테펀 샤피로
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떠마셀 리펠런츠, 아이엔시.
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Abstract

방충제와 같은 휘발성 재료의 열적 분배를 위한 가스 연료가 공급되는 휴대용 장치가 설명된다. 상기 장치는 압력 조절기를 사용하여 가스 흐름, 발열 및 분배 온도를 소정의 최적 값으로 설정한다. 소정의 설정에서의 자동 작동은 장치의 사용자를 위한 간단한 on/off 작동을 제공한다.

Description

방충 장치용 연료 캐니스터 및 어댑터
<관련출원>
본 출원은 2016년 2월 23일에 출원된 미국 가출원 제 62/298,639 호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 야영자 및 백패커에 의한 연료 용기의 광범위한 사용 및 방충 장치에 동력을 공급하기 위해 그들이 휴대하는 캐니스터를 이용하는 기능에 관한 것이다.
본 발명의 양수인은 곤충을 퇴치하기 위한 장치를 가열하기 및/또는 휴대용 가열 장치에 전력을 공급하는 제어된 연료 가스 유동에 관한 선행 특허에 대한 양수인이다: US 4,733,651; US 4,759,343; US 4,699,123; 및 US 5,700,430. 이들 선행 기술 장치는 장치를 가열하는 버너에 연료를 공급하는 연료 공급 카트리지를 포함한다. 상기 카트리지는 프로판 또는 부탄을 함유할 수 있으며, 종종 가스를 액화시키기에 충분한 압력하에서 2개의 혼합물을 저장할 수 있다. 이러한 종래 기술의 장치는 연료 조성 및 온도에 따라 변하는 증기압의 변화를 보상하기 위해 압력 조절기를 사용하여 가스 유동을 제어한다.
작동 중에, 상기 가스 연료를 저장하는 카트리지가 상기 장치에 삽입될 때 상기 카트리지 밸브는 열리지 않으며 연료는 압력 조절기로 흐르지 않는다. 상기 장치의 전원이 켜지면 상기 조절기가 플런저(plunger)를 카트리지 밸브 안으로 밀어 넣어 그것을 열고 가스가 흐르게 한다. 소정의 압력에 도달하면, 상기 가스는 조절기 내의 다이어프램(diaphragm)에 작용하여 카트리지 밸브를 폐쇄함으로써 가스 유동을 감소 또는 정지시킨다. 따라서 압력을 감지하는 조절기의 상기 부분이 상기 장치에 있는 동안 가스 흐름을 제어하는 장치는 카트리지에 내장된 밸브에 있다.
또한 요리 및 난방을 위한 선행 기술에는 수많은 캠핑용 스토브가 있으며, 이는 캐니스터(canister)에 의해 공급되는 가스에 의존하지만 압력 조절기를 포함하지 않는다. 이 장치의 가스 흐름은 니들 밸브를 통해 사용자가 제어한다. 일부 스토브 모델에는 조절기가 있지만 가스 흐름을 사용자가 제어할 수 있는 니들 밸브가 여전히 존재한다.
야외 활동을 즐기는 많은 야영자, RV 사용자, 사냥꾼 및 백패커는 장시간 곤충의 공격을 받을 수 있다. 위에 나열된 특허에 설명된 방충 장치의 작동 시간은 카트리지에 있는 연료의 양에 따라 제한된다. 여전히 휴대용 연료 공급원에 의해 구동되는 방충 장치의 장기간 사용이 필요하다. 작동의 안전성 및 용이성을 이유로, 연료 유속을 스스로 조절하는 장치가 필요하다.
일반적으로 이용 가능한 큰 용량의 연료 캐니스터는 프로판 또는 부탄을 함유할 수 있으며, 상기 가스를 액화시키기에 충분한 압력하에서 종종 두 가지의 혼합물을 함유할 수 있다. 연료 조성 및 온도에 따라 변하는 증기압의 변화를 보완하기 위해, 본 발명은 이러한 캐니스터로부터의 가스 유동을 미세하게 제어하는 것을 돕기 위해 압력 조절기를 사용한다.
본 발명의 중요한 양태는 방충 장치의 가열 구성 요소로 연료 흐름을 정확하게 제어하는 능력이다. 상기 연료 흐름을 주의 깊고 효과적으로 제어하는 것은 이러한 장치의 성능뿐만 아니라 안전 측면에서도 중요하다. 왜냐하면, 사용자는 일반적으로 적절한 연소의 비율 및 방충제 방출 비율을 판단할 수 없기 때문이다. 본 발명은 사용자에게 온/오프 동작의 간편함 및 편리함을 제공하면서 요구되는 정밀한 제어를 제공한다.
표준 연료 캐니스터에는 자체 내부 밸브가 있지만 이 밸브는 정밀한 흐름 제어가 아닌 켜기/끄기 작동을 위해 설계되었다. 밸브 구성품의 정확한 치수를 규정하는 기준이 없기 때문에 캐니스터의 하나의 브랜드에서 다른 것으로 일관된 밸브 제어는 장착된 장치에 문제가 된다. 특히, 방충 장치로의 가스 유동을 제어하려고 할 때, 그러한 밸브의 제어 정도 및 품질은 적절하지 않다. 이러한 장치는 함침된 매트 아래에 배치된 가열 플레이트를 포함하며, 상기 가열 플레이트는 함침된 매트가 방충 화학 물질을 분산시켜 합리적으로 크기의 곤충 없는 영역을 제공하게 한다. 적절한 기능은 함침된 매트를 적절한 온도 범위 내로 가열하는 것에 의존하며, 이는 차례로 연료 유속에 크게 의존한다.
표준 상업 캐니스터와 함께 사용되도록 개조된 본 발명은 방충 어댑터 장치(IRAD, insect repellent adapter device)로 기술되어야 한다. IRAD는 가스 흐름을 조절하고, 따라서 온도를 유지 및 조절하고 상기 플레이트를 가열하고 상기 매트를 가열하여 매트에 함침된 휘발성 물질을 분배하기 위한 소형의 내부 압력 조절기를 포함한다. IRAD는 캐니스터가 설치되어 있을 때 주로 꺼져 있는 조절 밸브를 포함하고, 상기 IRAD내의 핀이 상기 캐니스터의 상기 밸브를 가압하여 열어준다. 처음에는 IRAD의 조절 밸브가 가스 흐름을 차단한다. 상기 내부 압력 조절기에는 밸브를 열거나 닫기 위해 조절 밸브에 작용하는 플런저를 포함한다. 상기 조절 밸브 위에 위치한 조절 스프링이 다이어프램에 작용하여 조절 밸브를 개방한다.　궁극적으로 상기 장치는 상기 가열 플레이트의 온도와 상기 매트 내의 휘발성 물질의 분산을 제어하기 위해 캐니스터에서 버너로 전달되는 가스의 양을 미세하게 제어한다.
본 발명은 하기의 실시 예에서 보다 상세하게 도시된다.
도 1은 IRAD가 장착된 종래의 연료 캐니스터의 사시 CAD 도면이다.
도 2는 상기 버너로의 연료 흐름을 제어하기 위해 상기 캐니스터 내의 밸브에 연결되어 작동하는 IRAD의 부분을 도시하는 분해 사시 단면 CAD 도면이다.
도 3은 상기 버너로의 가스 흐름의 양을 제어하는 추가 구성 요소를 도시하는 캐니스터와 IRAD 간의 상호 연결의 또 다른 분해된 CAD 도면이다.
도 4는 상기 IRAD의 중간 압력 조절 밸브를 통해 상기 캐니스터로부터 버너로의 가스 흐름을 도시하는 사시도이다.
도 5는 상기 압력 조절기의 구성 요소를 도시하는 사시 CAD 도면이다.
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본 발명은 열-휘발성 물질을 분배하기 위한 가스-연료 휴대용 장치를 제공한다. 상기 장치는 연료 탱크 또는 캐니스터를 수용하기 위한 탱크 연결 수단을 포함한다. 상기 연결 수단은 부착하고자 하는 연료 탱크 또는 캐니스터 상의 나사산에 상보적인 나사산 커넥터(threaded connector)를 포함할 수 있다.
대안적인 연결 수단은, 예를 들어, 푸시-투-커넥션(push-to-connect) 및 트위스트-온 커플링(twist-on coupling)을 포함하는 신속한 연결 피팅(quick connect fitting) 및 당업계에 공지된 다른 유체 연결 디자인 일 수 있다. 탱크 연결 수단과 탱크의 결합은 기체 밀폐형 연결(gas-tight connection)을 형성하고 바람직하게는 상기 연료 탱크 내의 밸브를 개방하고, 가스 연료를 상기 장치 내의 압력 조절 밸브로 도입시킨다.
상기 장치는 상기 압력 조절 밸브에 작동 가능하게 연결된 밸브 스위치를 포함한다. 이 밸브 스위치는 사용자가 밸브 스위치를 온 위치와 오프 위치 사이에서 움직여 압력 조절 밸브를 열고 닫을 수 있다. 이 단일 스위치를 사용하여 사용자는 상기 장치를 켜거나 끌 수 있다.
압력 조절기는 상기 압력 조절 밸브와 유체 연통(fluid communication)되어 있다. 상기 압력 조절기는 조절기의 가스 압력 하류(downstream)에 반응하여 조절기를 밸브 폐쇄 위치로 편향시킨다. 이는 하류 측에서 소정의 가스 압력을 유지하도록 상기 압력 조절 밸브를 작동시킨다. 상기 조절기를 열린 위치로 편향하는 스프링을 조정하여 조정할 수 있지만 상기 압력은 생산업체에서 설정(factory-set)된다.
연료 연소 수단은 압력 조절기의 하류에 있고 압력 조절기와 유체 연통한다. 상기 연료 연소 수단은 불꽃을 지지하는 하나 이상의 연료 버너 노즐 또는 연료의 점화 온도보다 낮은 온도에서 연료의 산화를 촉매 하는 불꽃 없는 촉매 버너(flameless catalytic burner)일 수 있다.
전형적으로 스테인리스 스틸과 같은 내구성 있는 열 전도성 재료로 형성된 솔 플레이트(sole plate)는 연소 수단과 열적으로 연통한다. "열적으로 연통하는(in thermal communication with)"이란 솔 플레이트가 연소에 의해 발생된 열이 솔 플레이트에 전달되는 연소 수단의 위에 고정되거나, 부착되거나, 충분히 근접하여 배치되어 있음을 의미한다. 상기 플레이트의 상부 표면은 열-휘발성 물질이 배치될 수 있는 가열 표면을 구성한다. 전형적으로, 상기 휘발 물질은 취급을 용이하게 하기 위해 섬유질 또는 다공성 매트에 함침되고, 함침된 매트는 사용자에 의해 가열된 표면상에 배치된다.
작동 중에, 상기 압력 조절 밸브는 소정의 비율의 연료 연소를 유지하도록 소정의 속도에서 상기 연소 수단을 통해 상기 가스 연료의 흐름을 계측한다. 이것은 차례로 가열된 표면으로부터 열-휘발 물질을 소정의 최적의 비율로 분배하기에 충분한 소정의 온도로 솔 플레이트를 가열한다.
이제, 본 발명의 하나의 특정 실시 예를 도시하는 CAD 그림인 도면을 주목된다. 참조 번호를 사용하는 것 외에도 각 부분을 식별하는 레이블이 이해의 편의를 위해 유지되었다.
도 1은 본 발명의 IRAD(14)에 부착된 표준 상부 커넥터(12)를 갖는 종래의 연료 캐니스터(10)를 도시한다. 상기 IRAD는 내부 조절 밸브에 작동 가능하게 연결된 외부 온/오프 연료 버튼(16)을 포함한다. 상기 IRAD(14)는 압전 점화기(piezoelectric ignitor)를 트리거하는 점화기 버튼(18)을 포함한다. 상기 IRAD는 방충 매트(15)가 놓이는 보호 그릴(19) 내에 포함된 연소 챔버(17)로 덮여있다.
도 2는 상기 IRAD의 내부 부분을 보여주는 분리된 CAD 도면이다. 상기 IRAD는 상기 IRAD의 바닥에서 보강 나사(22)와 맞물리는 캐니스터 밸브 나사(20)와 함께 캐니스터 커넥터(12)에 부착된다. 전형적인 실시 예에서, 상기 캐니스터 밸브는 표준 형태로, 이는 본 발명의 IRAD(14)상의 보완 암나사(22)와 결합하는 7/16" UNEF 수나사를 포함하는 B188모델로 린달(Lindal) Group이 판매하는 것이다.
상기 IRAD는 IRAD의 바닥에 위치하여 그로부터 돌출하는 핀(24)을 포함하며, 이는 상기 IRAD를 고정적으로 유지하고 나사(20, 22)가 결합될 때 상기 캐니스터 밸브를 개방하여 연료가 상기 캐니스터 밸브를 통해 상기 IRAD로 흐르게 한다.
상기 IRAD 및 핀(24)은 상기 핀이 상기 캐니스터로부터 상기 IRAD를 통하여 가스를 버너(26)로 유도하는 상기 가스 튜브(25)로의 연료 흐름을 조절하는 다양한 구성 요소의 중심에 위치하는 수직축을 정의하도록 관련되어 있다. 연소 챔버(17)는 연소 영역(27)을 정의한다. 가스는 연소 영역(27) 내에서 연소되어 가열 플레이트(21)의 가열을 유도한다. 휘발성 방충제를 포함하는 매트는 가열판 위에 놓여 있다.
온/오프 버튼(16)이 "오프"위치에 있을 때, 조절 밸브(28)는 폐쇄 위치에서 밸브 스프링에 의해 유지되어 상기 가스 흐름을 차단한다(도 5 참조). 온/오프 버튼(16)이 "온"위치에 있을 때, 조절 스프링(29)은 조절 밸브(28)를 개방하는 반대 힘을 가하는 플런저 정지부 및 플런저에 대해 아래로 가압한다(도 6 참조).
온/오프 버튼(16)을 온 위치로 이동시키는 것은 조절 스프링(29)에 의해 플런저(36) 위쪽으로 하향되는 플런저 정지부(34)를 해제하는 레버(33)를 낮춘다. 상기 조절 스프링(29)은 플런저 정지부에 압력을 가하고, 플런저 정지부는 플런저를 아래로 누른다. 그 다음 상기 밸브 스프링의 힘에 저항하여 조절 밸브(28)를 개방한다. 따라서, 조절 스프링을 플런저에 작용시켜 조절 밸브를 개방한다.
상기 플런저 정지부(34) 및 플런저(36)는 플렉서블한 다이어프램(30)의 중심 구멍을 통해 접촉한다. 상기 조절 다이어프램의 하부면은 개방된 상기 조절 밸브에서 흐르는 가스와 마주하고 접촉한다. 상기 가스가 상기 조절 밸브에서 나오면, 상기 조절 다이어프램의 하부면에 의해 부분적으로 정의된 조절된 압력 챔버로 들어간다. 상기 다이어프램 및 플런저 사이의 접촉 영역은 가스-기밀 밀봉을 제공하여, 가스가 그들 사이에 스며들지는 않지만 다이어프램의 하부 표면에 대해 압력을 가하도록 한다. 상기 조절된 압력 챔버의 압력이 상승하면 조절 스프링이 가하는 힘과 반대 방향으로 다이어프램을 누르고 밸브 스프링이 조절 밸브를 폐쇄할 수있게 한다.
작동 중에, 다이어프램 및 플런저를 아래쪽으로 밀고 상기 조절 밸브를 개방 위치로 편향시키는 조절 스프링 및 반대 방향에서 다이어프램의 다른 쪽을 밀어 조절 밸브를 폐쇄 위치로 편향시키는 경향이 있는 상기 가스 사이에서 균형이 유지된다. 이들 힘들이 균형을 이루면, 상기 조절된 압력 챔버 내의 가스 압력은 일정한 레벨로 유지되고, 따라서 상기 가스 튜브를 통해 버너로의 가스 흐름은 사용자-조작 흐름 제어 장치(user-operated flow control device)의 비용, 복잡성 및 불편함을 초래하지 않고 제어된다. 상기 사용자는 온/오프 버튼을 "온" 위치로 돌리기만 하면 되며, 적절한 가스 압력과 유량이 자동으로 유지된다.
상기 압력을 제어하면 버너로의 가스 유속이 제어되어 패드와 매트로 전달되는 열량을 제어할 수 있다. 상기 열의 이러한 조절은 매트의 온도를 조절하고, 매트 상에 휘발성 물질의 분산은 제어된 방식으로 영향을 받는다.
온/오프 버튼(16)이 오프 위치로 복귀될 때, 플런저 정지부(34)는 흐름 제어 밸브로부터 상기 조절기 플런저를 들어올리는 레버(33)에 의해 들어 올려진다. 반대 방향으로 향한 흐름 제어 밸브 스프링은 상기 조절 밸브(28)를 폐쇄하여 가스 유동을 차단하고 버너를 소멸시킨다.
상기 가스의 점화는 바람직하게 압전 점화기를 통해 이루어지고, 연소는 화염 억제 챔버(flame-arresting chamber)에서 수행된다. 점화 회로의 한쪽은 버너 튜브이고, 다른 한쪽은 상기 튜브 근처에 위치한 와이어이므로, 압전 스위치가 활성화될 때 스파크가 둘 사이에서 점프한다. 가스가 상기 가스 튜브를 통해 상기 버너로 흐르면 상기 가스가 점화되고 상기 버너와 매트의 가열이 시작된다.
다른 실시 예에서, 상기 연료는 세라믹-지지된 백금 촉매를 통한 촉매(불꽃없는) 연소에 의해 연소될 수 있다. 상기 가스-연료 촉매 가열기의 구성 및 사용은 당 업계에 잘 알려져있다.
일단 연소가 이루어지면, 불꽃은 보이지 않지만, 바람직한 실시 예에서 상기 사용자는 빛을 내는 점화선 또는 가열된 표시기 장치의 빛을 관측을 위해 IRAD의 몸체에 제공된 구멍을 통해 관찰함으로써 정상 동작을 확인할 수 있다. 대안으로, 열전 발전기(펠러 칩)에 의해 구동되는 LED 광은 적절한 동작을 나타낼 수 있다.
도 3은 전술한 구성 요소의 절개된 사시도로서, "온"구성으로 도시된 상기 레버(33), 상기 레버에 의해 해제되고 다이어프램(30)과 플런저(36)를 가압하는 플런저 정지부(34), 및 플런저로부터 압력을 받는 조절 밸브(28) 사이의 관계를 도시한다. 도 3은 또한 상기 가스 튜브(25)로부터 상기 버너(26)로 가스를 유도하는 선택적인 플렉서블 튜브(40)를 도시한다. 적절한 대안은 도 4에 도시된 바와 같이 장치의 몸체(41) 내에 형성되거나 그 몸체(41)에 의해 형성되는 가스 통로이다.
도 4는 스위치, 조절기 및 밸브 구성 요소가 모두 "온" 구성이며, 상기 연료 가스가 캐니스터로부터 연소 챔버로 통과할 때 상기 연료 가스가 취하는 경로를 도시한다. 상기 가스는 조절 밸브(28)를 빠져나와 플런저(36) 둘레를 지나서 가스 튜브(25)로 향하고 거기에서 버너(26)로 흐른다.
도 5는 "오프" 구성에서 상기 조절기 구성 요소를 보여준다. 이 구성에서, 상기 레버(33)는 플런저 정지부(34)을 위로 유지하여 플런저를 흐름 제어 밸브로부터 들어 올린다. 따라서 반대되는 밸브 스프링(50)은 밸브 핀(51)을 들어 올리고, 핀 플랜지(52)를 와셔(53)에 대해 밀봉함으로써 흐름 제어 밸브를 폐쇄한다.
본 기술 분야의 당업자가 다양한 실시 예에서 및 고려된 특정 용도에 적합할 수 있는 다양한 변형 예로 본 발명을 제조하고 이용할 수 있도록 하기 위해, 바람직한 실시 예가 본 발명의 원리와 그 실제 응용의 명확한 설명을 제공하기 위해 도면들에서 기술되고 표현되었다는 것을 이해해야 한다.

Claims (10)

  1. a. 연료 탱크를 수용하기 위한 탱크 연결 수단, 여기서 상기 탱크 연결 수단과 탱크의 맞물림(engagement)은 상기 연료 탱크 내의 밸브를 개방하고 가스 연료를 압력 조절 밸브로 유입시키고, 상기 압력 조절 밸브는 이동할 수 있는 플런저에 의해 작동 가능함;
    b. 상기 압력 조절 밸브를 폐쇄 위치로 편향시키는 밸브 스프링, 및 상기 압력 조절 밸브를 개방 위치 방향으로 편향시키는 반대 힘을 가하기 위하여 상기 이동할 수 있는 플런저를 편향시키는 조절 스프링;
    c. 레버에 작동 가능하게 연결되고, 사용자에 의해 작동 가능하며 온 위치와 오프 위치를 포함하는 밸브 스위치;
    d. 플런저 정지부에 작동 가능하게 연결되고 상기 플런저 정지부의 이동을 야기하는 상기 레버, 상기 온 위치 및 오프 위치 사이에서 상기 밸브가 교대로 이동할 때 상기 플런저 정지부의 이동은 상기 압력 조절 밸브를 교대로 개방 및 폐쇄함;
    e. 상기 압력 조절 밸브와 유체 연통하고 상기 압력 조절 밸브가 개방될 때 압력 조절기의 소정의 가스 압력 하류를 유지하기 위하여 상기 압력 조절 밸브를 작동 시키는 압력 조절기;
    f. 상기 압력 조절기의 하류에 있고 압력 조절기와 유체 연통하는 연료 연소 수단;및
    g. 상기 연료 연소 수단과 열적으로 연통하고 열-휘발성 물질을 가열하기 위한 가열 표면을 포함하는 솔 플레이트;를 포함하고,
    상기 밸브 스위치가 “오프” 위치로 이동하였을 때, 상기 레버는 상기 조절 스프링의 상기 편향에 대해 상기 플런저 정지부를 이동시키고, 이렇게 함으로써(thereby) 상기 밸브 스프링이 이동할 수 있는 플런저를 이동시키고 상기 압력 조절 밸브를 폐쇄하고, 및 상기 밸브 스위치가 “온” 위치로 이동하였을 때, 상기 레버는 상기 플런저 정지부를 반대 방향으로 이동시키고, 이렇게 함으로써 상기 조절 스프링이 상기 밸브 스프링의 편향에 대항하여(opposition to) 상기 이동할 수 있는 플런저를 편향시키고,
    소정의 온도로 상기 솔 플레이트를 가열시키는 연료 연소의 소정의 속도를 유지하기 위해서 상기 압력 조절 밸브는, 개방되었을 때, 소정의 속도에서 상기 연소 수단을 통해 상기 가스 연료의 흐름을 계측하고, 상기 온도는 상기 가열 표면으로부터 상기 열-휘발성 물질을 분배하기에 충분한 것인, 열-휘발성 물질을 분배하기 위한 가스-연료 휴대용 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탱크 연결 수단은 7/16인치 UNEF 암나사를 포함하고, 상기 장치를 린달(Lindal) 모델 B188밸브를 포함하는 연료 탱크에 작동 가능하게 연결하도록 구성되는 것인, 가스-연료 휴대용 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연료 연소 수단은 불꽃을 지지하는 연료 노즐인 것인, 가스-연료 휴대용 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    압전 연료 점화기(piezoelectric fuel igniter)를 더 포함하는 것인, 가스-연료 휴대용 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    압전 연료 점화기(piezoelectric fuel igniter)를 더 포함하는 것인, 가스-연료 휴대용 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 연료 연소 수단은 촉매버너인 것인, 가스-연료 휴대용 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연료 연소 수단은 불꽃을 지지하는 연료 노즐인 것인, 가스-연료 휴대용 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    압전 연료 점화기(piezoelectric fuel igniter)를 더 포함하는 것인, 가스-연료 휴대용 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    압전 연료 점화기(piezoelectric fuel igniter)를 더 포함하는 것인, 가스-연료 휴대용 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연료 연소 수단은 촉매버너인 것인, 가스-연료 휴대용 장치.

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