KR20080012547A - 밀폐형 압축기 - Google Patents

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KR20080012547A KR1020060073500A KR20060073500A KR20080012547A KR 20080012547 A KR20080012547 A KR 20080012547A KR 1020060073500 A KR1020060073500 A KR 1020060073500A KR 20060073500 A KR20060073500 A KR 20060073500A KR 20080012547 A KR20080012547 A KR 20080012547A
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김병구
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Abstract

본 발명은 회전자에 설치되는 웨이트 밸런스의 무게를 감소시킴으로써 압축기의 제조비용을 절감할 수 있는 동시에 압축기의 효율을 향상시킬 수 있는 밀폐형 압축기를 개시한다.
본 발명에 따른 밀폐형 압축기는 고정자와, 상기 고정자와 전기적으로 상호 작용하여 회전하는 회전자와, 상기 회전자에 압입되어 상기 회전자와 함께 회전하는 회전축과, 상기 회전축이 회전함에 따라 편심회전하도록 상기 회전축의 일단에 형성된 편심부와, 상기 편심부에 의해 상기 회전축이 편심회전하는 것을 방지하도록 상기 회전자에 설치되는 복수개의 웨이트 밸런스와, 상기 복수개의 웨이트 밸런스를 상기 회전자로부터 이격시키는 이격부재를 포함한다.

Description

밀폐형 압축기{Hermetic Compressor}
도 1은 종래 밀폐형 압축기에서 웨이트 밸런스가 결합된 회전자의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 밀폐형 압축기의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 밀폐형 압축기의 회전자에 웨이트 밸런스가 결합된 모습을 나타낸 사시도.
도 4은 도 3의 웨이트 밸런스를 회전자에 고정하기 위한 리벳의 사시도.
도 5는 도 3의 웨이트 밸런스를 회전자에 고정하기 위한 다른 실시예에 따른 리벳의 사시도.
도 6은 다른 실시예에 따라 도 2에 도시된 밀폐형 압축기의 회전자에 웨이트 밸런스가 결합된 모습을 나타낸 사시도.
도 7는 도 6의 웨이트 밸런스를 회전자에 고정하기 위한 리벳의 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
22: 피스톤 25: 커넥팅로드
32: 회전자 33: 회전축
33a: 편심부 40: 상부 웨이트 밸런스
45: 하부 웨이트 밸런스 50: 리벳
55, 60: 이격부재
본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전자에 결합되는 웨이트 밸런스의 결합구조를 바꿈으로써 제조비용을 절감할 수 있으며, 압축기의 효율을 증대시킬 수 있는 밀폐형 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 밀폐형 압축기는 밀폐공간을 형성하는 밀폐용기와, 밀폐용기 내부에 마련되어 밀폐용기 내부로 흡입된 냉매를 압축하는 압축장치와, 압축장치를 구동하기 위한 구동장치를 구비한다.
압축장치는 냉매가 압축되는 압축실을 형성하는 실린더와, 압축실 내부에서 직선왕복운동하며 냉매를 압축하는 피스톤과, 압축실을 밀폐시키도록 실린더 일측에 결합되는 실린더헤드를 구비하여 압축실로 흡입된 냉매를 압축한 후 배출할 수 있도록 마련된다.
구동장치는 상기와 같은 압축장치에 구동력을 제공하는 것으로, 밀폐용기 내부에 고정되는 고정자와, 고정자의 내측에서 이격 설치되어 고정자와 전자기적으로 상호 작용하는 회전자를 구비하여 그 전체가 하나의 모터로서 작용하게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이 회전자(1)의 중앙부에는 회전축(2)이 압입되어 관통하고, 회전축(2)의 일단에는 편심회전하는 편심부(2a)가 형성되며, 편심부(2a)와 피스톤(4) 사이에는 편심부(2a)의 편심회전운동을 피스톤(4)의 직선왕복운동으로 전환시키기 위한 커넥팅로드(3)가 설치된다.
이와 같은 밀폐형 압축기에서 회전자(1)가 회전을 하게 되면, 회전축(2)을 중심으로 편심부(2a)와 커넥팅로드(3)에는 원심력이, 커넥팅로드(3)와 피스톤(4)에는 관성력이 각각 발생하게 된다. 회전자(1)가 회전할 때 이와 같이 편심부(2a), 커넥팅로드(3), 피스톤(4)에 각각 발생하는 힘에 의해 회전축(2)이 편심회전하게 되므로 회전축(2)의 편심회전을 보상하기 위해 회전자(1)의 하부에 회전축(2)을 중심으로 편심부(2a)와 반대방향으로 하부 웨이트 밸런스(6)를 설치하게 된다.
그러나, 하부 웨이트 밸런스(6)에 의해 발생되는 원심력은 편심부(2a)와 커넥팅로드(3)에 의해 발생되는 원심력 및 커넥팅로드(3)와 피스톤(4)에 의해 발생되는 관성력이 작용하는 기준축(O)에서 작용하지 않으므로 하부 웨이트 밸런스(6)가 설치되면 모멘트(Moment)가 발생하게 된다.
이와 같이 하부 웨이트 밸런스(6)를 설치함에 따라 발생되는 모멘트를 보상하기 위해 회전자(1)의 상부에는 회전축(2)을 중심으로 하부 웨이트 밸런스(6)의 반대방향으로 상부 웨이트 밸런스(5)가 설치되는데, 상부 웨이트 밸런스(5)가 하부 웨이트 밸런스(6)보다 기준축(O)으로부터 더 멀리 떨어져 있으므로 상부 웨이트 밸런스(5)의 무게가 하부 웨이트 밸런스(6)의 무게보다 작게 마련된다.
이와 같은 웨이트 밸런스(5,6)를 회전자(1)에 결합할 때에는 일단에 걸림턱(7a)이 형성된 리벳(7)이 회전자(1) 및 웨이트 밸런스(5,6)를 관통하도록 한 후 걸림턱(7a)이 마련된 반대측 단부를 코킹(calking)함으로써 웨이트 밸런스(5,6)를 회전자(1)에 결합한다.
회전축(2)이 편심회전하지 않도록 하기 위해서는 회전축(2)에 작용하는 힘이 평형을 이루어야 한다. 편심부(2a) 및 커넥팅로드(3)에 의한 원심력을 A, 커넥팅로드(3) 및 피스톤(4)에 의한 관성력을 B, 회전축(2)에 작용하는 힘 중 상부 웨이트 밸런스(5)에 의한 원심력을 C, 하부 웨이트 밸런스(6)에 의한 원심력을 D라고 하면 아래와 같은 식이 성립해야 한다.
A+B+C=D (식1)
또한, 각 힘(A,B,C,D)은 동일 축상에서 작용하지 않으므로, 각 힘들에 의한 모멘트(Moment)가 발생하게 되는데, 회전축(2)이 편심회전하지 않도록 하기 위해서는 각 힘들(A,B,C,D)에 의한 모멘트의 합도 0이 되어야 한다.
힘A 및 힘B는 기준축(O)상에서 작용하므로, 기준축(O)에 대해 힘A 및 힘B에 의한 모멘트 값은 O이 된다.
그러나, 힘C와 힘D는 기준축(O)으로부터 이격되어 작용하므로 모멘트가 발생하게 된다. 기준축(O)으로부터 힘C까지의 거리를 L1, 기준축(O)으로부터 힘D까지의 거리를 L1라고 하면 다음과 같은 식이 성립해야 한다.
C×L1=D×L2 (식2)
그런데, 종래의 밀폐형 압축기에 있어서는 상부 웨이트 밸런스(5) 및 하부 웨이트 밸런스(6)가 리벳(7)을 통해 회전자(1)와 밀착되도록 설치되었으므로, L1 및 L2를 조절할 수 없었다. 따라서, 상부 웨이트 밸런스(5)와 하부 웨이트 밸런스(6)의 무게를 임의로 설정할 수 없었으며 상기 식1과 식2를 동시에 만족시키도록 상부 웨이트 밸런스(5)와 하부 웨이트 밸런스(6)의 무게가 결정되었다.
그러나, 상기 식1 및 식2를 동시에 만족시키도록 설정된 상부 웨이트 밸런 스(5) 및 하부 웨이트 밸런스(6)의 무게가 무거워 웨이트 밸런스를 제작하는데 많은 비용이 들었다.
또한, 무게가 무거운 웨이트 밸런스가 회전자에 부착됨에 따라 압축기의 운전시 소요되는 전력이 증대되어 압축기의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 회전축의 편심회전을 방지하기 위해 회전자에 설치되는 웨이트 밸런스의 무게를 줄일 수 있도록 함으로써, 압축기의 제조비용을 절감할 수 있으며, 압축기의 효율을 증대시킬 수 있는 밀폐형 압축기를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 밀폐형 압축기는 고정자와, 상기 고정자와 전기적으로 상호 작용하여 회전하는 회전자와, 상기 회전자에 압입되어 상기 회전자와 함께 회전하는 회전축과, 상기 회전축이 회전함에 따라 편심회전하도록 상기 회전축의 일단에 형성된 편심부와, 상기 편심부에 의해 상기 회전축이 편심회전하는 것을 방지하도록 상기 회전자에 설치되는 복수개의 웨이트 밸런스와, 상기 복수개의 웨이트 밸런스를 상기 회전자로부터 이격시키는 이격부재를 포함한다.
또한, 상기 밀폐형 압축기는 상기 복수개의 웨이트 밸런스를 상기 회전자에 고정하기 위한 리벳을 더 포함하고, 상기 이격부재는 상기 리벳에 일체로 형성된다.
또한, 상기 이격부재는 상기 회전부재와 상기 각 웨이트 밸런스가 이격되도 록 소정의 높이를 가진다.
또한, 상기 이격부재는 상기 회전부재와 상기 각 웨이트 밸런스가 이격되도록 서로 소정의 거리로 이격된 복수개의 걸림턱을 포함한다.
또한, 상기 리벳은 상기 이격부재의 일측에서 연장되어 상기 회전자를 관통하는 제1관통부와, 상기 이격부재의 타측에서 연장되어 상기 각 웨이트 밸런스를 관통하는 제2관통부를 포함한다.
또한, 상기 리벳의 양측 단부가 코킹되어 상기 웨이트 밸런스가 상기 회전자에 고정된다.
또한, 상기 이격부재는 상기 각 웨이트 밸런스의 상부면 또는 하부면 중 일 측면으로부터 소정의 높이로 돌출되어 형성된다.
또한, 상기 편심부로부터의 먼 거리에 설치되는 웨이트 밸런스의 무게는 상기 편심부로부터 가까운 거리에 설치되는 웨이트 밸런스의 무게보다 작다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀폐형 압축기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐형 압축기는 도 2에 도시된 바와 같이 밀폐용기(10)와, 밀폐용기(10)의 내부에 마련되어 냉매를 압축하는 압축장치(20)와, 압축장치(20)에 구동력을 제공하는 구동장치(30)를 구비한다.
밀폐용기(10)의 일측과 타측에는 각각 냉동사이클의 증발기를 거친 저압의 냉매를 밀폐용기(10) 내부로 안내하는 흡입관(11)과, 압축장치(20)에 의해 밀폐용기(10) 내부에서 압축된 고압의 냉매를 냉동사이클의 응축기 측으로 안내하는 토출 관(12)이 설치된다.
압축장치(20)는 프레임(15)과 일체로 형성되며 냉매가 압축되는 압축실(21a)을 형성하는 실린더(21)와, 압축실(21a) 내부에서 직선왕복운동 가능하도록 설치되는 피스톤(22)과, 압축실(21a)이 밀폐되도록 실린더(21)의 일측에 결합되며 토출관(12)과 연통되는 냉매토출실(23b)과 흡입관(11)과 연통되는 냉매흡입실(23a)이 상호 구획되도록 마련된 실린더헤드(23)와, 실린더(21)와 실린더헤드(23) 사이에 설치되어 압축실(21a)로 흡입되는 냉매와 압축실(21a)로부터 토출되는 냉매의 흐름을 단속하는 밸브장치(24)를 구비한다.
구동장치(30)는 피스톤(22)이 압축실(21a) 내부에서 직선왕복운동할 수 있도록 구동력을 제공하는 것으로, 프레임(40) 하부 외곽 측에 고정된 고정자(31)와, 고정자(31) 내측에 마련되어 고정자(31)와 전자기적인 상호작용으로 회전하는 회전자(32)와, 회전자(32)의 중앙에 압입되어 회전자(32)와 함께 회전하는 회전축(33)을 구비한다.
회전축(33)은 베어링(13)에 지지되어 회전 가능하도록 설치되며, 베어링(13)은 프레임(15)에 의해 지지된다. 회전축(33)의 하부는 프레임(15) 중앙에 형성된 중공부(16)를 관통하여 프레임(15) 하부로 연장되고, 프레임(40) 하부로 연장된 회전축(33)의 하단은 회전축(33)의 회전 시에 편심회전하는 편심부(33a)를 형성한다.
편심부(33a)와 피스톤(22) 사이에는 편심부(33a)의 편심회전운동을 피스톤(22)의 직선왕복운동으로 전환시키기 위한 커넥팅로드(25)가 설치된다.
이러한 밀폐형 압축기에서 고정자(31)와 회전자(32) 간의 전자기적인 상호작 용으로 회전자(32)와 함께 회전축(33)이 회전하게 되고, 커넥팅로드(25)를 통해 회전축(33)의 편심부(33a)와 연결된 피스톤(22)이 압축실(21a) 내부에서 직선왕복운동을 하게 된다.
이와 같이 회전자(32)가 회전을 하게 되면, 도3에 도시된 바와 같이 회전축(33)을 중심으로 편심부(33a)와 커넥팅로드(25)에는 원심력(A)이, 커넥팅로드(25)와 피스톤(22)에는 각각 관성력(B)이 발생하게 된다.
회전자(32)가 회전할 때 이와 같이 힘 A 및 B에 의해 회전축(33)이 편심회전하는 것을 보상하기 위해 회전자(32)의 하부에는 하부 웨이트 밸런스(45)가 설치된다.
그러나, 하부 웨이트 밸런스(45)에 의해 발생되는 원심력(F)은 힘 A 및 B와 동일 축상에서 작용되지 않으므로 기준축(O)에 대해 모멘트(Moment)를 발생시킨다.
이와 같이 하부 웨이트 밸런스(45)를 설치함에 따라 발생되는 모멘트를 보상하기 위해 회전자(32)의 상부에는 회전축(33)을 중심으로 하부 웨이트 밸런스(45)의 반대방향으로 상부 웨이트 밸런스(40)가 설치된다. 상부 웨이트 밸런스(40)는 하부 웨이트 밸런스(45)보다 기준축(O)에서 더 많이 떨어져 있으므로 하부 웨이트 밸런스(45)보다 적은 무게를 가져도 하부 웨이트 밸런스(45)에 의해 발생하는 모멘트를 보상할 수 있다.
상부 웨이트 밸런스(40)와 하부 웨이트 밸런스(45)가 회전자(32)에 설치될 때에는 회전자(32)의 상부면과 하부면으로부터 각각 이격되도록 설치된다.
상부 웨이트 밸런스(40)와 하부 웨이트 밸런스(45)가 회전자(32)의 상부면과 하부면으로부터 각각 이격되게 설치되도록 웨이트 밸런스(40,45)를 회전자(32)에 고정하는 리벳(50)이 도 4에 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 웨이트 밸런스(40,45)를 회전자(32)에 고정하기 위한 리벳(50)은 일단이 회전자(32)에 밀착되고 타측은 웨이트 밸런스(40,45)에 밀착되는 이격부재(55)를 구비한다. 이와 같은 이격부재(55)는 리벳(50)의 양측 단부에서 동일한 거리에 위치되는 것이 아니라 일측 단부에 가까운 위치에 형성된다.
리벳(50)은 이격부재(55)로부터 길게 연장되어 회전자(32)를 관통하는 제1관통부(51)와 이격부재(55)로부터 짧게 연장되어 웨이트 밸런스(40,45)를 관통하는 제2관통부(52)를 포함한다. 또한, 리벳(50)의 양측 단부에는 코킹작업을 할 수 있도록 홀(50a)이 형성되어 있다.
상부 웨이트 밸런스(40)를 회전자(32)에 고정시킬 때에는 회전자(32)에 형성된 관통홀(32a)을 통해 제1관통부(51)를 회전자(32)의 상부에서 관통시킨 후 회전자(32)의 하부에서 제1관통부(51)의 단부를 지그를 이용하여 코킹하며, 상부 웨이트 밸런스(40)에 형성된 관통홀(40a)을 통해 제2관통부(52)를 상부 웨이트 밸런스(40)의 하부에서 관통시킨 후 상부 웨이트 밸런스(40)의 상부에서 제2관통부(52)의 단부를 지그를 이용하여 코킹한다.
하부 웨이트 밸런스(45)를 회전자(32)에 고정시킬 때에도 상부 웨이트 밸런스(40)를 회전자(32)에 고정시킬 때와 동일한 방법으로 고정한다.
이와 같이 상부 웨이트 밸런스(40)와 하부 웨이트 밸런스(45)를 상기 실시예에 따른 리벳(50)을 사용하여 회전자(32)에 고정하면 도 3에 도시된 바와 같이 상 부 웨이트 밸런스(40) 및 하부 웨이트 밸런스(45)는 이격부재(55)의 높이(H)만큼 회전자(32)로부터 이격되어 설치된다.
이와 같이 하부 웨이트 밸런스(45)가 회전자(32)의 하부면으로부터 이격되어 설치되므로 종래에 비해 기준축(O)에서 하부 웨이트 밸런스(45)까지의 거리(L4)는 짧아지게 된다. 따라서, 하부 웨이트 밸런스(45)를 설치함에 의해 발생하는 모멘트가 줄어들게 된다. 이때, 하부 웨이트 밸런스(45)의 무게도 같이 줄일 수 있다.
한편, 상부 웨이트 밸런스(40)가 회전자(32)의 상부면으로부터 이격되어 설치되므로 종래에 비해 기준축(O)에서 상부 웨이트 밸런스(40)까지의 거리(L3)는 늘어나게 된다.
하부 웨이트 밸런스(45)를 설치함으로써 발생하는 모멘트가 줄었으므로 상부 웨이트 밸런스(40)를 설치함에 의해 발생되는 모멘트도 그에 대응되도록 감소되어야한다. 그런데, 기준축(O)에서 상부 웨이트 밸런스(40)까지의 거리(L3) 또한 늘어났으므로 상부 웨이트 밸런스(40)의 무게는 감소되어야 한다.
이와 같이, 상부 웨이트 밸런스(40)와 하부 웨이트 밸런스(45)가 회전자로부터 이격되어 설치됨으로써 웨이트 밸런스(40,45)의 무게를 줄일 수 있다.
도 5는 웨이트 밸런스(40,45)가 회전자(32)로부터 이격되도록 설치하기 위한 리벳(50)의 다른 실시예를 보인 것이다.
다른 실시예에 따른 리벳(50)의 이격부재(55)는 웨이트 밸런스(40,45)가 회전자(32)로부터 이격되는 거리(H)로 가지도록 형성된 두 개의 걸림턱(55a,55b)을 포함하여 이루어진다.
도 6은 웨이트 밸런스가 회전자에 결합되는 또 다른 실시예를 보인 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상부 웨이트 밸런스(40)와 하부 웨이트 밸런스(45)를 회전자(32)로부터 소정거리 이격시키는 이격부재(50)는 웨이트 밸런스(40,45)와 일체로 형성된다.
이격부재(50)는 소정의 높이를 가지고 웨이트 밸런스(40,45)의 상부면 또는 하부면 중 일 측면으로 돌출되어 형성되는데, 리벳이 체결되었을 때 리벳의 체결력을 견딜 수 있을 정도의 두께를 가져 그 무게가 최소화되도록 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 이격부재(60)가 형성된 웨이트 밸런스(40,45)를 회전자(32)에 설치할 때에는 도 7에 도시된 바와 같이 일단에만 걸림턱(50b)이 형성된 리벳(50)을 사용하여 설치할 수 있다.
도 7에 도시된 리벳(50)을 사용하여 웨이트 밸런스(40,45)를 설치할 때에는 회전자(32)에 형성된 관통홀(32a)과 웨이트 밸런스(40,45)에 형성된 관통홀(40a,45a)을 동시에 통과하도록 한 후 걸림턱(50b)이 형성되어 있지 않는 단부를 지그를 이용하여 코킹하면 된다. 이와 같이 리벳(50)의 일단만을 코킹하면 되므로 코킹작업이 줄어들게 된다.
도 6에서는 이격부재가 웨이트 밸런스와 일체로 형성된 실시예를 들어 설명하였으나 이격부재는 반드시 웨이트 밸런스와 일체로 형성될 필요는 없으며, 웨이트 밸런스와 별도로 제작되어 웨이트 밸런스와 회전자 사이에 삽입되도록 설치될 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와, 본 발명에 따른 밀폐형 압축기에 의하면 웨이트 밸런스가 회전자로부터 소정거리 이격되어 설치됨으로써, 웨이트 밸런스의 무게를 줄일 수 있다.
이와 같이, 웨이트 밸런스의 무게를 줄일 수 있음으로써, 웨이트 밸런스의 제조비용을 절감할 수 있으며, 압축기의 운전시 소요되는 전력을 줄일 수 있어 압축기의 효율을 증대시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 고정자와,
    상기 고정자와 전기적으로 상호 작용하여 회전하는 회전자와,
    상기 회전자에 압입되어 상기 회전자와 함께 회전하는 회전축과,
    상기 회전축이 회전함에 따라 편심회전하도록 상기 회전축의 일단에 형성된 편심부와,
    상기 편심부에 의해 상기 회전축이 편심회전하는 것을 방지하도록 상기 회전자에 설치되는 복수개의 웨이트 밸런스와,
    상기 복수개의 웨이트 밸런스를 상기 회전자로부터 이격시키는 이격부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밀폐형 압축기는 상기 복수개의 웨이트 밸런스를 상기 회전자에 고정하기 위한 리벳을 더 포함하고, 상기 이격부재는 상기 리벳에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 이격부재는 상기 회전부재와 상기 각 웨이트 밸런스가 이격되도록 소정의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 이격부재는 상기 회전부재와 상기 각 웨이트 밸런스가 이격되도록 서로 소정의 거리로 이격된 복수개의 걸림턱을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 리벳은 상기 이격부재의 일측에서 연장되어 상기 회전자를 관통하는 제1관통부와, 상기 이격부재의 타측에서 연장되어 상기 각 웨이트 밸런스를 관통하는 제2관통부를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 리벳의 양측 단부가 코킹되어 상기 웨이트 밸런스가 상기 회전자에 고정되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 이격부재는 상기 각 웨이트 밸런스의 상부면 또는 하부면 중 일 측면으로부터 소정의 높이로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 편심부로부터의 먼 거리에 설치되는 웨이트 밸런스의 무게는 상기 편심부로부터 가까운 거리에 설치되는 웨이트 밸런스의 무게보다 작은 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
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