KR20000035842A - 세미-모듈형 핀랙 시일 - Google Patents

세미-모듈형 핀랙 시일 Download PDF

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KR20000035842A
KR20000035842A KR1019997001531A KR19997001531A KR20000035842A KR 20000035842 A KR20000035842 A KR 20000035842A KR 1019997001531 A KR1019997001531 A KR 1019997001531A KR 19997001531 A KR19997001531 A KR 19997001531A KR 20000035842 A KR20000035842 A KR 20000035842A
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마크 유진 브로피
렉스 리차드 스나이더
토마스 조지 가이어
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에이비비 에어 프리히터 인코포레이티드
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    • F28D19/047—Sealing means

Abstract

회전식 재생 공기 예열기는 상부 및 하부 핀랙 레일(52',56') 사이에 배치되는 U-시일(74)과, 인접하는 핀랙 조립체의 상부및 하부 핀랙 지지체(48',50') 사이에 배치되는 홈통형 충진 시일(100)을 구비하는 핀랙 시일(10,10')을 포함한다. 충진 시일(100)의 날개 부분(104,106)의 내부보드 에지(108)는 로터 셸(36)에 용접되고, U-시일(74)의 각 레그 부분(78,80)의 외부보드 에지(84)는 인접하는 핀랙 조립체중 한 조립체에서 핀(96,98)과 결합하며, U-시일(74)과 충진 시일(100)의 상부 및 하부 에지(88,90)는 핀랙 조립체를 로터 셸(36)에 시일링하기 위해 각각 상부 및 하부 핀랙 레일(52',56')을 상부 및 하부 핀랙 지지체(48',50')와 결합한다.

Description

세미-모듈형 핀랙 시일{Semi-modular pinrack seal}
회전식 열교환기는 연도(煙道)가스 스트림(flue gas stream)과 같은 고온 (hot) 가스 스트림으로부터 연소 공기와 같은 다른 저온(cold) 가스 스트림으로 열을 전달하는데 사용된다. 로터(rotor;회전체)는 우선 고온 가스 스트림용 통로에 배치되는 흡열재를 포함하며, 상기 통로에서 열은 흡열재에 의해 흡수된다. 로터가 회전하면, 가열된 흡열재가 저온 가스 스트림용 통로로 진입하고 이곳에서 열은 흡열재로부터 저온 가스 스트림으로 전달된다.
회전식 재생 공기 예열기와 같은 통상적인 회전식 열교환기에서 원통형 로터는 중앙 로터 포스트상에 배치되며, 로터 포스트에서 로터의 외주 셸(outer peripheral shell)로 연장되는 다수의 반경방향 격벽(다이아프램(diaphragms)으로 알려져 있음)에 의해 다수의 섹터형 구획부(compartments)로 분할된다. 이들 섹터형 구획부에는 통상 적층 판형 부재로 이루어진 흡열재를 포함하는 모듈형 열교환 바스켓이 장착된다.
로터의 외부 보드에는 핀랙 조립체(pinrack assembly)가 장착된다. 핀랙 조립체에 장착된 핀과 구동 기구가 결합하여 로터를 회전시킨다. 일반적으로, 이러한 조립체는 로터 셸에 장착되는 상부 및 하부 핀랙 지지체와, 상부 핀랙 지지체의 아랫면과 하부 핀랙 지지체의 윗면에 장착되는 상부 및 하부 핀랙 레일및, 상기 상부 및 하부 핀랙 지지체 사이에 수직으로 장착되는 핀을 포함한다. 종래의 공기 예열기에서, 상부 및 하부 핀랙 지지체와 상부 및 하부 핀랙 레일은 다수의 별개 부재(discrete elements)를 포함하며, 각각의 로터 섹터를 스팬(span;걸쳐서 연결)시키기 위해서는 여러개의 부재가 필요하다. 작업의 효율을 개선시키기 위해서는, 핀랙 시일 조립체로 지칭되는 시일을 제공하여 핀랙 조립체와 로터 셸 사이의 가스 유동을 최소화하는 것이 일반적이다.
다수의 지지 부재가 있으므로 인해, 각각의 핀에서 상부 및 하부 핀랙 레일 사이의 갭을 메꾸기 위해서는 U-시일이 장착되어야 한다. 핀랙 지지체와 핀랙 레일 사이의 갭을 충진시키기 위해 이 사이에는 제 1 충진 시일(filler seal)이 장착된다. U-시일과 로터 셸 사이의 갭을 시일링하기 위해 두개의 섹터를 분리시키는 다이아프램의 어느 한 측부상의 U-시일과 로터 셸 사이에는 제 2 충진 시일이 장착된다. 따라서, 이러한 시일은 최소한 일곱개의 피스와 여덟개의 용접을 필요로 한다. 종래의 핀랙 시일의 콤포넌트는 상기 갭이 적절히 폐쇄되도록 각각 위치되어야 한다. 따라서, 이러한 시일은 적소에 조립된다. 이러한 형태의 시일은 다수의 피스와, 다수의 용접및, 적소의 조립체로 인해 제조및 설치에 시간이 많이 소요된다.
본 발명은 일반적으로 회전식 열교환기에 관한 것으로, 특히 핀랙 조립체와 로터 사이의 갭을 시일링(sealing)하기 위한 바이패스 시일(bypass seals)에 관한 것이다.
도 1 은 회전식 재생 공기 예열기의 전체 사시도.
도 2 는 로터 포스트의 일부분과, 다이아프램과, 핀랙 조립체 및 핀랙 시일 조립체를 도시하는 도 1 의 예열기의 로터의 일부분의 단면도.
도 3 은 종래의 핀랙 조립체와 핀랙 시일 조립체를 도시하는, 도 2 의 핀랙 조립체 영역의 확대 단면도.
도 4 는 도 3 의 4-4 선상에서 취한 종래 핀랙 조립체와 핀랙 시일 조립체의 단면도.
도 5 는 본 발명의 핀랙 시일 조립체와 세미-모듈형 핀랙 조립체를 도시하는 도 3 의 일부분과 유사한 도면.
도 6 은 도 5 의 6-6 선상에서 취한, 본 발명의 세미-모듈형 핀랙 조립체와 핀랙 시일 조립체의 단면도.
도 7 은 도 5 의 핀랙 시일 조립체의 정면도.
도 8 은 도 5 의 핀랙 시일 조립체의, 부분적으로 가상도시한, 측면도.
본 발명은 핀랙과 로터 사이의 갭을 통한 가스 스트림의 바이패스를 방지하기 위해 다이아프램으로부터 로터의 다이아프램으로 이어지는 상부 및 하부 핀랙 지지체를 갖는 상부 및 하부 핀랙 지지체를 구비한 회전식 재생 공기 예열기용의 바이패스 시일을 제공하기 위한 신규한 수단에 관한 것이다. 보다 상세히 말하면, 단일의 U-시일이 상부 핀랙과 하부 핀랙 사이 갭을 시일링하고, 단일의 충진 시일이 로터 셸과 U-시일에 장착되어 인접하는 섹터 사이로 연장되므로써 U-시일과 로터 셸 사이의 갭과 인접하는 섹터 구획부 사이의 갭을 시일링한다.
도 1 은 하우징(12)을 도시하는 통상의 공기 히터의 부분 절취 사시도로서, 상기 하우징에서 로터(14)는 화살표 18 로 도시된 회전을 하도록 구동 샤프트 또는 포스트(16)상에 장착된다. 상기 로터는 다수의 섹터(20)로 구성되며, 이들 섹터 각각은 다수의 바스켓 모듈(22)을 포함하고 다이아프램(24)에 의해 형성된다. 바스켓 모듈(22)은 열교환 표면을 포함한다. 하우징(12)은 유동 불투과성 섹터판(26)에 의해 연도 가스 사이드와 공기 사이드로 분할된다. 또한 유닛의 바닥에도 대응하는 섹터판이 위치한다. 고온의 연도 가스는 가스 유입 덕트(28)를 통해 공기 히터에 진입하고, 로터를 통해 유동하며(이곳에서 열은 로터로 전달된다), 이후 가스 유출 덕트(30)를 통해 빠져나간다. 대향류 공기는 공기 유입 덕트(32)를 통해 진입하고, 로터를 통해 유동하며 이곳에서 열을 픽업하여 공기 유출 덕트(34)를 통해 빠져나간다.
로터(14)의 일부분을 단면 도시하는 도 2 를 참조하면, 다이아프램(24)은 로터 포스트(16)와 로터 셸(36) 사이에서 반경방향으로 연장된다. 종래의 회전식 공기 예열기에서는, 고온 단부(42)와 저온 단부(44)사이에서 로터의 외부 보드(40)에 핀랙 조립체(38)가 장착된다. (비도시의) 구동 기구가 핀랙 조립체(38)에 장착된 핀(46)과 결합하여 로터를 회전시킨다. 본 발명의 양수인에게 양도되고 그 내용이 본원에 참조로 포함되어 있는 공동 계류중인 미국 특허원 08/604,914 (1996년 2월 22일자 출원)에는 세미-모듈형의 로터 구조가 개시되어 있다. 이러한 세미-모듈형의 로터 공기 예열기에서는, 도 2 에서와 같이 핀랙 조립체(38')가 로터의 하부 외부보드 코너에 장착된다.
도 3 과 도 5 를 참조해보면, 핀랙 조립체는 일반적으로 상부 및 하부 핀랙 지지체(48,48',50,50')를 포함하며, 이들 지지체는 로터 셸(36)에 장착된다. 종래의 공기 예열기 로터에서, 상부 및 하부 핀랙 지지체(48,50)는 다수의 별개의 지지 부재를 포함하며, 각각의 로터 섹터를 연결하는데는 여러개의 지지 부재가 필요하다. 세미-모듈형 공기 예열기는 근접 시일(proximity seal)로서 상부및 하부 핀랙 지지체(48',50')를 사용한다. 따라서, 상부 및 하부 핀랙 지지체(48',50') 각각은 로터 섹터의 한 다이아프램(24)로부터 다른 다이아프램(24')(도 1)로 이어지는 단일의 부재를 포함한다. 통상적으로 세미-모듈형 공기 예열기에서는, 이러한 상부 및 하부 핀랙 지지체(48',50') 각각이 다수의 지지 세그먼트를 포함하는바, 이들 지지 세그먼트는 적소에 배치되어 함께 용접되므로써 단일의 부재를 형성한다.
상부 핀랙 지지체(48,48')의 아랫면(54,54')에는 상부 핀랙 레일(52,52')이 장착되고, 하부 핀랙 지지체(50,50')의 윗면(58,58')에는 하부 핀랙 레일(56,56')이 장착된다. 핀랙 조립체에는 다수의 핀(46,46')이 수직으로 장착되며, 각 핀(46,46')의 상단부는 상부 핀랙 레일(52,52')의 개구에 장착되고 하단부는 하부 핀랙 레일(56,56')의 개구에 장착된다. 통상적으로, 세미-모듈형 공기 예열기에서는, 이러한 상부 및 하부 핀랙 레일(52',56') 각각이 다수의 핀랙 레일 세그먼트를 포함하며, 이들 레일 세그먼트는 갭(57)에 의해 분리된다. 갭(57)은 도 6 에서 처럼 다이아프램(24) 부근에서 발생할수 있다. 하지만, 이러한 갭(57)은 일반적으로 하나의 섹터 구획부 부근에서 발생한다.
작업 효율을 개선하기 위해서는, 핀랙 시일 조립체(10)으로 지칭되는 시일을 제공하여 핀랙 조립체(38,38')와 로터 셸(36) 사이의 공간에서의 가스 유동을 최소화하는 것이 일반적이다. 다수의 지지 부재가 존재하므로 인해, 도 3 및 도 4 에 도시된 종래의 핀랙 시일 조립체(10)는 각각의 핀(46)에서 상부 및 하부 핀랙 레일(52,56) 사이의 갭을 폐쇄하도록 장착되는 다수의 U-시일(60)을 이용한다. 다이아프램에서 핀랙 레일(52,56)과 핀랙 노치(63) 사이에는 제 1 충진 시일(62)이 장착되어 그 사이의 갭을 시일링한다. 두개의 섹터(66,68)를 분리하는 다이아프램(24)의 어느 한 측부상의 U-시일(60,60')과, 로터 셸(36) 사이에는 충진 시일(64,64')이 장착되어 상기 U-시일(60,60')과 로터 셸(36) 사이의 갭을 시일링한다. 따라서, 이러한 시일 조립체(10)는 최소한 일곱개의 피스와 여덟개의 용접을 필요로 한다. 이러한 형태의 시일 조립체(10)는 제조 및 설치하기에 시간이 많이 소요된다.
도 5 내지 도 8 은 본 발명의 핀랙 시일 조립체(10')를 도시한다. 상부 및 하부 핀랙 지지체(48',50')가 각 로터 섹터(48',50')의 외부 보드 코드를 가로질러 연속적이므로, 상부 및 하부 핀랙 레일(52',56') 사이의 갭을 시일링하는데는 단 하나의 U-시일(74)이 필요할 뿐이다. 각 U-시일(74)은 베이스(76)와, 이 베이스 (76)의 제 1 표면(76)으로부터 외부 보드 에지(84)로 대각선 연장되는 두개의 레그(78,80)를 포함한다. 도 5 에 도시되어 있듯이, U-시일(74)의 높이(86)는 U-시일(74)이 상부 및 하부 핀랙 레일(52',56') 사이에 삽입될수 있도록 정해진다. 통상적으로, U-시일(74)의 상부 및 하부 에지(88,90)는 상부 핀랙 레일(52')의 아랫면및 하부 핀랙 레일(56')의 윗면(94)와 미끄럼 결합된다.
상기 U-시일(74)은 제 1 및 제 2 레그(78,80)의 외부 보드 에지(84)가 다이아프램(24)에 가장 인접한 두 핀(96,98)의 내부 보드 측부와 접촉하도록 상부 및 하부 핀랙 레일(52',56') 사이에 삽입되어, 이들 핀랙 레일(52',56') 사이의 갭을시일링한다. 도 6 에 도시되어 있듯이, 핀들중 하나의 핀(96)은 하나의 섹터 구획부(72)에 인접하여 배치될수 있고, 다른 핀(98)은 다른 섹터 구획부(73)에 인접하여 배치될수 있다. 그러나, 두개의 핀은 동일한 섹터 구획부에 인접할수 있다.
U-시일(74)과 로터 셸(36) 사이의 갭과 인접하는 섹터 구획부(70,72) 사이의갭을 시일링하기 위해서 단일의 홈통형(trough-shaped) 충진 시일(100)이 사용된다. 각각의 충진 시일(100)은 베이스(102)와, 이 베이스(102)의 제 1 표면(112)으로부터 내부보드 에지(108)로 대각선 연장되는 두개의 날개부(wings)(104,106)를 포함한다. 상기 충진 시일(100)의 높이(110)는 상부 및 하부 핀랙 지지체(48',50') 사이에 충진 시일(100)이 삽입될수 있도록 정해진다. 상부 및 하부 핀랙 레일(52',56')이 상부 및 하부 핀랙 지지체(48',50')의 중간에 장착되므로, 충진 시일(100)의 높이(110)는 U-시일(74)의 높이(86)보다 높다. 통상적으로, 충진 시일(100)의 상부 및 하부 에지(114,116)는 상부 핀랙 지지체(48')의 아랫면(54')및 하부 핀랙 지지체(50')의 윗면(58')과 결합한다.
충진 시일(100)은 U-시일(74)에 장착되며, 충진 시일(100)의 베이스(102)의 외부보드 표면(118)은 U-시일(74)의 베이스(76)의 내부보드 표면(120)과 결합한다. 두개의 필렛 용접(fillet welds)(122)이 사용되어 충진 시일(100)의 베이스(102)를 U-시일(74)의 베이스(76)에 장착하고 충진 시일(100)과 U-시일(74) 사이에 있을수 있는 일체의 갭을 모두 시일링한다. 제 1 날개부(104)의 내부보드 에지(108)는 하나의 로터 섹터(72)와 연관된 로터 셸(36) 부분(126)의 외부보드 표면(124)와 접촉하고, 제 2 날개부(106)의 내부보드 에지(108)는 인접하는 로터 섹터(70)와 연관된 로터 셸(36) 부분(128)의 외부보드 표면(124)과 접촉하며, 그로 인해 충진 시일(100)은 상부 및 하부 핀랙 지지체(48',50') 사이의 갭을 시일링하고 또한 인접하는 섹터 구획부(70,72) 사이의 갭의 잔여부를 걸쳐 연결한다(span). 시일 용접(122,130)을 사용하여 충진 시일(100)의 베이스(102)를 U-시일(74)의 베이스(76)에 장착하며 충진 시일(100)의 날개부(104,106)를 로터 셸(36)에 장착한다.
본 발명에서는 핀랙 조립체와 로터 셸 사이의 갭과 인접하는 섹터 구획부 사이의 갭에 포지티브한 시일이 형성된다. 적어도 두개의 U-시일과 중첩 판이 제거된다. 따라서, 핀랙 시일을 조립하는데 소요되는 용접의 횟수가 감소된다. 본 발명의 핀랙 시일은 제조 및 설치하는데 비용이 덜 든다.

Claims (14)

  1. 로터 셸과, 다수의 섹터 구획부를 형성하는 다수의 다이아프램과, 핀랙 조립체를 포함하는 회전식 열교환기용 핀랙 시일 조립체로서,
    상기 각각의 다이아프램은 제 1 섹터 구획부를 인접하는 제 2 섹터 구획부로부터 분리하고, 상기 핀랙 조립체는 상부 및 하부 핀랙 지지체와, 이들 지지체 중간에 장착되는 상부 및 하부 핀랙 레일과, 이들 핀랙 레일 중간에 장착되는 다수의 핀을 구비하며, 상기 상부 및 하부 핀랙 지지체는 제 1 다이아프램으로부터 제 2 다이아프램으로 이어지는 다수의 지지 세그먼트를 구비하고, 상기 제 1 핀과 제 2 핀은 다이아프램에 가장 인접하여 제 1 섹터 구획부를 제 2 섹터 구획부로부터 분리하며,
    상기 핀랙 시일 조립체는,
    대향 배치된 제 1 및 제 2 표면을 갖는 베이스 부분과 이 베이스 부분의 제 1 표면으로부터 직각으로 연장되는 제 1 및 제 2 레그 부분을 갖는 제 1 시일과,
    대향 배치된 제 1 및 제 2 표면을 갖는 베이스 부분과 이 베이스 부분의 제 1 표면으로부터 경사져 연장되는 제 1 및 제 2 날개 부분을 갖는 제 2 시일을 포함하며, 상기 제 2 시일의 베이스 부분의 제 2 표면은 제 1 시일의 베이스 부분의 제 2 표면에 장착되고,
    상기 제 1 시일은 제 1 레그 부분이 제 1 핀에 인접하고 제 2 레그 부분이 제 2 핀에 인접하도록 핀랙 조립체의 상부 및 하부 핀랙 레일의 중간에 위치될수 있으며, 상기 제 2 시일은 핀랙 조립체의 상부 및 하부 핀랙 지지체의 중간에 위치될수 있고 제 2 시일의 제 1 날개 부분은 제 1 섹터 구획부에 근접하여 로터 셸에 장착될수 있으며 제 2 시일의 제 2 날개 부분은 제 2 섹터 구획부에 근접하여 로터 셸에 장착될수 있는 핀랙 시일 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 시일의 각 날개 부분은 용접에 의해 로터 셸에 장착될수 있는 핀랙 시일 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 시일은 높이를 형성하는 제 1 및 제 2 에지를 추가로 포함하고 상기 제 2 시일은 높이를 형성하는 제 1 및 제 2 에지를 추가로 포함하며, 상기 제 2 시일의 높이는 제 1 시일의 높이보다 높은 핀랙 시일 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 시일의 제 1 에지는 핀랙 조립체의 상부 핀랙 레일과 결합될수 있으며 상기 제 1 시일의 제 2 에지는 핀랙 조립체의 하부 핀랙 레일과 결합될수 있는 핀랙 시일 조립체.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 시일의 제 1 에지는 핀랙 조립체의 상부 핀랙 지지체와 결합될수 있으며 상기 제 2 시일의 제 2 에지는 핀랙 조립체의 하부 핀랙 지지체와 결합될수 있는 핀랙 시일 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 시일의 제 1 및 제 2 레그 각각은 외부보드 에지를 포함하며, 제 1 레그의 외부보드 에지는 제 1 핀과 결합될수 있고, 제 2 레그의 외부보드 에지는 제 2 핀과 결합될수 있는 핀랙 시일 조립체.
  7. 회전식 열교환기로서,
    로터 셸과,
    상기 로터 셸의 내부에 배치되어 다수의 다이아프램쌍과 다수의 섹터 구획부를 형성하며 그중 하나의 다이아프램은 제 1 섹터 구획부를 인접한 제 2 섹터 구획부로부터 분리하는 다수의 다이아프램과,
    상기 로터 셸에 장착되는 상부 및 하부 핀랙 지지체와, 이들 지지체의 중간에 장착되는 상부 및 하부 핀랙 레일과, 이들 핀랙 레일의 중간에 배치되는 다수의 핀을 포함하며 상기 로터 셸의 외부에 배치되는 핀랙 조립체와,
    그 각각이 베이스 부분과 제 1 및 제 2 레그 부분을 갖는 U형 제 1 시일과 상기 제 1 시일의 베이스 부분에 장착되는 베이스 부분과 제 1 및 제 2 날개 부분을 갖는 홈통형 제 2 시일을 포함하는 다수의 핀랙 시일 조립체를 포함하며,
    상기 상부 및 하부 핀랙 지지체 각각은 다이아프램쌍의 한 다이아프램으로부터 다른 다이아프램으로 이어지는 다수의 지지 세그먼트를 포함하고, 제 1 핀과 제 2 핀은 다이아프램에 가장 근접하여 제 1 섹터 구획부를 제 2 섹터 구획부로부터 분리하는 두개의 핀이며,
    상기 제 1 시일은 핀랙 조립체의 상부 및 하부 핀랙 레일의 중간에 배치되고 상기 제 1 레그 부분은 제 1 핀에 인접하며 상기 제 2 레그 부분은 제 2 핀에 인접하고,
    상기 제 2 시일은 핀랙 조립체의 상부 및 하부 핀랙 지지체의 중간에 배치되며 상기 제 2 시일의 제 1 날개 부분은 제 1 섹터 구획부 부근에서 로터 셸에 장착될수 있고 제 2 시일의 제 2 날개 부분은 제 2 섹터 구획부 부근에서 로터 셸에 장착될수 있는 회전식 열교환기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 시일은 대향 배치된 제 1 및 제 2 표면을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 레그 부분은 제 1 표면으로부터 외부보드 에지로 직각 연장되는 회전식 열교환기.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 시일은 대행 배치된 제 1 및 제 2 표면을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 날개부는 제 1 표면으로부터 내부보드 에지로 경사져 연장되는 회전식 열교환기.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 시일은 높이를 한정하는 제 1 및 제 2 에지를 추가로 포함하고 상기 제 2 시일은 높이를 한정하는 제 1 및 제 2 에지를 추가로 포함하며, 상기 제 2 시일의 높이는 제 1 시일의 높이보다 높은 회전식 열교환기.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 시일의 제 1 에지는 핀랙 조립체의 상부 핀랙 레일과 결합하고 상기 제 1 시일의 제 2 에지는 핀랙 조립체의 하부 핀랙 레일과 결합하는 회전식 열교환기.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 시일의 제 1 에지는 핀랙 조립체의 상부 핀랙 지지체와 결합하고 상기 제 2 시일의 제 2 에지는 핀랙 조립체의 하부 핀랙 지지체와 결합하는 회전식 열교환기.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 레그 부분의 외부보드 에지는 제 1 핀과 결합하고 상기 제 2 레그 부분의 외부보드 에지는 제 2 핀과 결합하는 회전식 열교환기.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 날개 부분의 내부보드 에지는 로터 셸에 용접되는 회전식 열교환기.
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