KR102639167B1 - 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치 - Google Patents

과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치 Download PDF

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Abstract

태양전기 모듈 제조 시 솔더링을 진행하기 위한 태빙 장치에서 과솔더가 발생되는 것을 방지할 수 있는 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치는, 컨베이어를 타고 셀 단위로 이송되는 태양전지 모듈 셀; 상기 태양전지 모듈 셀의 상측에 설치되고 이송되는 상기 태양전지 모듈 셀에 코팅된 플럭스가 솔더링되도록 열을 제공하는 열원이 내부에 내장된 솔더링 헤드; 및 상기 솔더링 헤드를 상기 컨베이어의 이동 방향을 따라 왕복 이송시키는 구동부; 및 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치{Tabbing apparatus for solar cell module manufacturing and control method for the same}
본 발명은 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양전기 모듈 제조 시 솔더링을 진행하기 위한 태빙 장치에서 과솔더가 발생되는 것을 방지할 수 있는 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치에 관한 것이다.
전 세계적으로 새로운 에너지원 발굴에 박차를 가하고 있으며, 그러한 에너지원 중 신재생 에너지가 다른 발전 방식과 다르게 친환경적이라는 장점과 더불어 주목받고 있는 실정이다. 이처럼 무한정, 무공해의 태양에너지를 전기에너지로 변환시키기 위해서는 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 역할을 하는 태양전지 셀이 필요하다.
이러한 태양전지 셀은 반도체 재료를 확산법에 의해 p-n접합시켜 제조되며, 빛을 받을 때 적은 양의 전류가 흐르게 되는 광전 효과를 이용한 것으로, 대부분 보통의 태양전지 셀은 대면적의 p-n 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 p-n 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하면 단위 태양전지로서 작용을 하게 된다.
그러나, 개별 태양전지들은 그 크기가 156mm x 156mm 의 얇은 판체 형상으로 제조 되고 있으며, 이들 각각의 태양전지는 4 W수준의 출력 값을 가지고 있다. 발전용으로 원하는 출력을 얻으려고 할 경우는 각각의 태양전지를 직렬로 일정 수량 이상의 연결을 통하여 출력을 원하는 값으로 집적해야 하는데, 이때 무엇보다도 태양광을 집광하기 위한 기술이 필수적이다.
태양전지는 단결정 또는 다결정 실리콘 기판을 이용하여 제조되며 물리적 충격이나 외기에 약하기 때문에 보호할 수 있는 층 구조가 필요하다.
이러한 일련의 과정들을 태양전지 모듈 제작 과정이라고 하는데, 태양전지 모듈의 제조과정은 셀 테스트, 태빙-스트링, 레이업, 라미네이션, 모듈테스트의 크게 다섯 공정으로 나눌 수 있다.
먼저, 셀 테스트 공정에서는 다양한 전기적 성질을 갖는 셀을 테스트 한 후에 비슷한 전기적 성질을 갖는 셀끼리 분류하며, 두번째 태빙-스트링 공정에서는 태양전지를 직렬로 연결하기 위해 태양전지 전면과 후면에 엇갈리도록 도체인 리본을 접합한다. 세번째 레이업 공정에서는 스트링 단계에서 제작된 일렬의 태양전지를 다시 가로방향으로 배열하여 원하는 모양을 만든 후, 저철분 강화유리, EVA, 백시트 등을 적층한다. 네번째 라미네이션 공정에서는 적층된 태양전지 모듈 자재들을 고온에서 진공 압착하여 태양전지 모듈이 충격에 견딜 수 있게 하는 동시에 방수성을 지닐 수 있게 한다. 마지막으로 모듈 테스트 공정에서는 완성된 태양전지 모듈이 정상적으로 출력을 구현할 수 있는지 검증을 한다.
이때, 태빙이란, 태양전지와 리본을 접합시키는 것을 말하며, 스트링이란 태양전지를 일렬로 배열하는 것을 말하는 것으로, 태빙공정을 더 자세히는 다음과 같이 설명할 수 있다.
태빙공정은, 여러 장 셀의 (+)극성과 (-)극성을 직렬로 연결하는 것으로서, 어느 하나의 셀의 (-)극과 그 다음 셀의 (+)극을 리본으로 순차적이면서 연속적으로 연결해야 하는데, 리본이 중간에 끊기거나 제대로 접합되지 않으면 태양전지 모듈 제품 전체의 불량으로 이어지게 되므로 태빙 공정이 모듈의 품질을 결정하는 중요한 단계이다. 상기 태빙 공정을 실시하기 위해서 원하는 출력을 구현할 수 있는 수량의 태양전지 셀을 열과 줄을 맞춰 사각판 형태로 태빙 장비의 상면에 배열하게 된다. 이때 상기 개별 전지마다 셀 상부와 셀 하부에서 리본이 부착될 부분에 납 용접용 플럭스를 바르고 플럭스를 바른 전극에는 리본 전선을 올려놓게 된다. 이 상태에서 접촉 부위를 여러 가지 방식으로 솔더링을 하여 리본을 각 단위 태양전지 셀에 고정시키게 된다. 이 과정에서 솔더링은 사람에 의해 직접 이루어지거나, 기계에 의해 자동으로 이루어 질 수 있다. 기계에 의하여 자동으로 솔더링 되는 경우도, 그 방식에 따라 Hot Air, Laser, Induction, IR lamp, 저항가열 방식으로 나뉠 수 있다.
Laser나 Induction, 저항 가열 방식은 열을 국부적으로 전달하여, 그 범위를 최소화 및 집적화하는 대신에 이를 구현할 수 있는 공정 장비가 고가인 단점이 있고, Hot Air 및 IR lamp방식은 열풍이나 태양의 복사열을 이용하여 에너지를 전달하는 방식으로 열의 전달 범위가 넓은 장점이 있으나, 태양전지에 필요 이상의 열을 전달하는 단점이 있다.
그러나, 종래기술에 의한 태빙 장치의 경우 어떠한 이유로 태빙 장치가 멈추게 되면 뜨거운 램프가 솔더링이 완료된 셀 상부에 위치하게 되고 이 때문에 셀의 가장 취약한 지점인 후면에서 과솔더가 발생되는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위하여 셀의 Ag 패드의 높이를 조절하거나 냉각 장비를 적용하는 것인데, 이 경우에는 셀의 원가 상승, 솔더링 온도 파괴, 램프 수명 감소, 에어 소모량 증가의 문제점이 있었다.
본 발명에 따르면 태빙 장치 정지 시 열원을 작업 대상 셀의 위치에서 대기 셀 위치로 옮긴 다음 태빙 재가동 시 원위치로 복귀시켜 과솔더를 방지할 수 있는 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치는, 컨베이어를 타고 셀 단위로 이송되는 태양전지 모듈 셀; 상기 태양전지 모듈 셀의 상측에 설치되고 이송되는 상기 태양전지 모듈 셀에 코팅된 플럭스가 솔더링되도록 열을 제공하는 열원이 내부에 내장된 솔더링 헤드; 상기 솔더링 헤드를 상기 컨베이어의 이동 방향을 따라 왕복 이송시키는 구동부; 및 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 솔더링 헤드는 적외선 램프일 수 있다.
이때, 상기 제어부는 태빙 장치 정지 시, 태양전지 모듈 셀 중에 열원 하부에 위치하여 솔더링이 이루어지는 제1 셀의 제1 위치에서 인접하는 대기 셀 중에 하나의 셀 위치인 제2 위치로 열원이 이동하도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 대기 셀 중에 상기 제1 셀에 가장 가까운 제2 셀로 열원이 위치하도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 태빙 장치 재가동 시, 상기 열원이 제2 위치에서 제1 위치로 복귀하도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.
이때, 상기 솔더링 헤드는 프레임의 직진 가이드에 지지되어 안내 및 이송될 수 있다.
이때, 상기 제1 위치에는 제1 셀에 공기를 분사하여 냉각시킬 수 있도록 에어 노즐이 설치될 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 열원이 제1 위치에서 제2 위치로 이동되면 제1 셀을 냉각시키도록 상기 에어 노즐을 작동시킬 수 있다.
상기의 구성에 따라, 본 발명에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치는, 열원이 구비된 솔더링 헤드가 태빙 장치 정지 시 대기 셀 쪽으로 이동한 다음 재가동시 원 위치로 복귀함으로써 셀의 과솔더를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치의 정지 시의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치의 복귀 시의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치의 작동을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치의 정지 시의 작동을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치의 복귀 시의 작동을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어와 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않고, 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 발명자가 용어와 개념을 정의할 수 있는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
그러므로 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 해당하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로 해당 구성은 본 발명의 출원시점에서 이를 대체할 다양한 균등물과 변형예가 있을 수 있다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 다른 구성 요소와 바로 접하여 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 배치되는 것뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 배치되는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결"되어 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 서로 직접 연결되는 것뿐만 아니라 간접적으로 서로 연결되는 경우도 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치는, 도 1 내지 도 6을 참고하면, 태양전지 모듈 셀(31), 솔더링 헤드(20), 구동부(40), 그리고 제어부를 포함할 수 있다.
상기 태양전지 모듈 셀(31)은, 도 1 내지 도 6을 참고하면, 컨베이어(30)를 타고 셀 단위로 이송될 수 있다.
이때, 상기 제어부는 미리 프로그램된 바에 따라 상기 컨베이어(30)의 속도를 조절하게 된다. 상기 제어부의 제어에 따라 상기 컨베이어(30)가 작동되고 그 결과 태양전지 셀에 제공되는 열원의 시간이 결정되고 그에 따라 솔더링이 적정하게 이루어질 수 있다.
이때, 상기 태양전지 모듈은 셀 단위로 컨베이어(30)에 실려 이송될 수 있고, 태양전지 모듈을 형성하기 위하여 태양전지 모듈 셀(31)에는 전기적으로 연결할 수 있도록 납땜용 플럭스가 도포되어 있다. 이러한 플럭스는 열원에 의해 솔더링이 이루어지게 된다.
상기 솔더링 헤드(20)는, 도 1 내지 도 6을 참고하면, 상기 태양전지 모듈 셀(31)의 상측에 설치되고 이송되는 상기 태양전지 모듈 셀(31)에 코팅된 플럭스가 솔더링되도록 열을 제공하는 열원이 내부에 내장될 수 있다.
이때, 상기 솔더링 헤드(31)는 원래는 전체 장치의 프레임(10)에 고정되어 움직이지 않는 것이 대부분이다. 따라서 컨베이어(30)가 작동 중에 멈추게 되는 경우가 발생되면 열원의 하부에 위치한 태양전지 모듈 셀(31)에 과솔더가 발생하게 된다. 이때 본 발명에서는 상기 제어부가 솔더링 헤드(20)의 위치를 이동시키게 된다.
이때, 상기 솔더링 헤드(20)에는 열원인 적외선 램프(IR lamp)(21)가 설치되어 있고, 그 외 솔더링을 위한 많은 부품들이 설치되어 있으며 온도 조절을 위하여 내부에서 직접적으로 에어를 제공할 수 있도록 에어 노즐이 내부에 설치될 수도 있고, 통풍 장치가 설치될 수도 있다.
이때, 상기 솔더링 헤드(20)는 프레임(10)의 직진 가이드(11)에 지지되어 안내 및 이송될 수 있다. 여기서는 프레임(10)에 직진 가이드(11)가 고정 설치되어 있고, 그 직진 가이드(11)에 가이드 봉(41)이 삽입되어 있으며, 가이드 봉(10)은 솔더링 헤드(20)에 연결되어 있다. 따라서 솔더링 헤드(20)는 직진 가이드(11)의 안내에 따라 직진 방향으로 구동될 수 있다.
상기 구동부(40)는, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 상기 솔더링 헤드(20)를 상기 컨베이어(30)의 이동 방향을 따라 왕복 이송시킬 수 있다.
이때, 상기 구동부(40)는 여기서는 실린더 방식을 사용할 수 있다. 그 외에 모터와 스크류, 너트 타입의 직진 구동방식을 채용할 수도 있다.
상기 제어부는, 도 1 내지 도 6을 참고하면, 상기 구동부(40)를 제어할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 태빙 장치 정지 시, 태양전지 모듈 셀(31) 중에 열원 하부에 위치하여 솔더링이 이루어지는 제1 셀의 제1 위치(B)에서 인접하는 대기 셀 중에 하나의 셀 위치인 제2 위치(A)로 열원이 이동하도록 상기 구동부(40)를 제어할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 대기 셀 중에 상기 제1 셀에 가장 가까운 제2 셀로 열원이 위치하도록 상기 구동부(40)를 제어할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 태빙 장치 재가동 시, 상기 열원이 제2 위치(A)에서 제1 위치(B)로 복귀하도록 상기 구동부(40)를 제어할 수 있다.
이때, 상기 제어부가 상기 솔더링 헤드(20) 위치를 제어하게 되는 바, 결국에는 외부 환경이나 기타 이유로 컨베이어(30)가 멈추어 정지된 경우에는 제1 위치(B)에서 상기 솔더링 헤드(20)를 대기 셀인 제2 위치(A)로 셀 단위로 한 칸 이동시키고, 재가동이 시작되면 원래 위치인 제1 위치(B)로 한 칸 복귀시키도록 제어하게 된다.
이때, 태빙 장치 정지 시에서 재가동 시까지 상기 제어부는 적외선 램프(21)가 오프되도록 제어할 수 있다.
그에 따라, 제1 위치(B)에 멈춘 태양전지 모듈 셀의 과솔더가 방지될 수 있는 동시에 제2 위치(A)의 대기 태양전지 모듈 셀을 예열할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 태빙 장치는, 상기 제1 위치(B)에는 제1 셀에 공기를 분사하여 냉각시킬 수 있도록 에어 노즐(50)이 설치될 수 있다.
이때, 상기 에어 노즐(50)은 솔더링 헤드(20)의 외부 측면에 설치되어 있고, 노즐(50)은 복수개의 관절(51)들에 의해 펌프로 연결되어 작업자가 관절(51)을 구부리거나 펴 분사 위치를 용이하게 조정할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 열원이 제1 위치(B)에서 제2 위치(A)로 이동되면 제1 셀을 냉각시키도록 상기 에어 노즐(50)을 작동시킬 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치가 평상 시 작업 상태가 도시되어 있다. 복수개의 태양전지 모듈 셀(31)은 컨베이어(30)에 일정 간격으로 안착된 상태로 컨베이어(30)의 작동에 의해 컨베이어(30) 방향을 따라 이동하게 된다. 이때 제1 위치(B)에 솔더링 헤드(20)가 위치되어 있고, 이송되는 각 태양전지 모듈 셀(31)은 제1 위치(B)에서 적외선 램프(21)의 열원에 의해 솔더링이 이루어진 다음, 후속 작업을 위하여 계속 이동될 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치의 정지 시의 작동 상태가 도시되어 있다. 어떠한 이유로 태빙 장치가 정지하게 되면, 제어부는 이를 인지하고, 구동부(40)를 작동시킨다. 구동부(40)의 작동에 의해 솔더링 헤드(20)는 제1 위치(B)에서 컨베이어(30) 방향을 따라 후진하여 제2 위치(A)로 이동하게 된다. 동시에 램프(21)가 오프 되도록 제어부가 램프(21)를 제어한다. 따라서 솔더링 헤드(20)는 대기 셀 중 가장 가까운 셀 상부에 위치하게 되고, 제2 위치(A)에 위치한 대기 셀을 예열하게 된다. 이와 동시에 에어 노즐(50)로부터 공기가 분사되어 제1 위치(B)의 셀을 냉각시킬 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치의 재가동 시의 작동 상태가 도시되어 있다. 장치가 정지된 문제가 해소되고 재가동이 시작되면 제어부는 이를 감지하고 솔더링 헤드(20)를 원위치인 제1 위치(B)로 복귀하도록 구동부(40)를 제어한다. 구동부(40)의 작동에 의해 솔더링 헤드(20)는 제2 위치(A)에서 제1 위치(B)로 복귀하고, 제어부는 램프(21)가 온되도록 제어한다. 솔더링 헤드(20)가 복귀하고 램프(21)가 켜지면 작업은 평상시와 같이 이루어지고, 제어부는 펌프 가동을 중단하여 노즐(50)로부터 에어가 분사되지 않도록 제어한다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 각각 도 1 내지 도 3의 작동 상태를 개략적인 모식도로 표시한 도면들이다. 도 4는 솔더링 헤드(20)가 제1 위치(B)인 원위치에 위치한 상태로 평상 시의 작업 상태가 도시되어 있고, 도 5는 태빙 장치 정지 상태에서 솔더링 헤드(20)가 제1 위치(B)에서 제2 위치(A)로 이동하여 과솔더를 방지하게 되는 상태가 도시되어 있다. 마지막으로 도 6을 참고하면 정지 상태가 해소되고 재가동이 이루어지면 솔더링 헤드(20)가 제2 위치(A)에서 제1 위치(B)로 복귀하여 작업이 다시 평상 시와 동일하게 이루어지는 상태로서, 솔더링이 이루어진 태양전지 셀은 제3 위치(C)로 이동되어 있다.
본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 : 프레임
11 : 직진 가이드 12 : 가이드 봉
20 : 솔더링 헤드 21 : 적외선 램프
30 : 컨베이어 31 : 태양전지 모듈 셀
40 : 구동부 50 : 노즐
51 : 관절

Claims (8)

  1. 태양전지 모듈 셀을 셀 단위로 이송시키는 컨베이어;
    상기 컨베이어의 상측에 설치되어 이송되는 상기 태양전지 모듈 셀에 코팅된 플럭스가 솔더링되도록 열을 제공하는 열원이 내부에 내장된 솔더링 헤드;
    상기 솔더링 헤드를 상기 컨베이어의 이동 방향을 따라 왕복 이송시키는 구동부; 및
    상기 구동부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 솔더링 헤드의 열원이 온 상태를 계속 유지하면서, 상기 컨베이어 정지 시, 태양전지 모듈 셀 중에 열원 하부에 위치하여 솔더링이 이루어지는 제1 셀의 제1 위치에서 인접하는 상기 컨베이어 이송 방향에 대하여 반대 방향에 위치하는 대기 셀 중에 가장 가까운 위치인 제2 위치의 제2 셀로 열원이 이동하도록 상기 구동부를 제어하고,
    상기 제어부는 상기 솔더링 헤드의 열원이 온 상태를 계속 유지하면서, 상기 컨베이어 재가동 시, 상기 열원이 제2 위치에서 제1 위치로 복귀하도록 상기 구동부를 제어하는, 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 솔더링 헤드는 적외선 램프인, 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 솔더링 헤드는 프레임의 직진 가이드에 지지되어 안내 및 이송되는, 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 위치에는 제1 셀에 공기를 분사하여 냉각시킬 수 있도록 에어 노즐이 설치된, 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 열원이 제1 위치에서 제2 위치로 이동되면 제1 셀을 냉각시키도록 상기 에어 노즐을 작동시키는, 과솔더가 방지되는 태양전지 모듈 제조용 태빙 장치.
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