KR20130030596A - 스팀 발생장치 - Google Patents

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KR20130030596A KR1020110094184A KR20110094184A KR20130030596A KR 20130030596 A KR20130030596 A KR 20130030596A KR 1020110094184 A KR1020110094184 A KR 1020110094184A KR 20110094184 A KR20110094184 A KR 20110094184A KR 20130030596 A KR20130030596 A KR 20130030596A
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Abstract

본 발명은 스팀 발생 장치에 관한 것으로서, 물이 저수되는 온수 탱크에 저수된 물을 가열하는 제1가열부와, 온수 탱크에 저수된 물을 배출하는 제1배출관과 접속된 압력탱크와, 온수 탱크에 저수된 물을 가압 펌핑하여 제1배출관을 통해 압력탱크로 송출하는 가압 펌프와, 생성된 스팀을 토출관을 통해 토출하는 스팀 생성 탱크와, 압력탱크의 제2배출관으로부터 스팀 생성 탱크까기 연장된 중계관과, 중계관으로부터 스팀 생성 탱크 내부공간 까지 연장되어 압력탱크로부터 토출된 가압온수를 분사하는 노즐을 구비하는 분사부와, 스팀 생성 탱크의 내부를 가열하는 제2가열부와, 온수 탱크의 물이 설정된 제1목표온도를 유지하도록 제1가열부를 제어하고, 스팀 생성 탱크 내부의 온도가 설정된 제2목표온도를 유지하도록 제2가열부를 제어하며, 압력탱크 내에 압력이 설정된 목표 압력이 유지되도록 가압펌프의 구동을 제어하여 스팀 생성 탱크에서 스팀이 생성되도록 하는 제어유니트를 구비하고, 스팀생성 탱크는 하우징과, 하우징의 내벽을 에워싸게 내화벽돌로 형성된 복사층과, 복사층 위에 열전도소재로 복사층을 에워싸게 형성된 열전도층을 구비한다. 이러한 스팀 발생장치에 의하면 100℃ 미만의 온수를 압축 분사에 의해 고온 고압의 분무 스팀을 단시간에 생성할 수 있고, 스팀 생성탱크의 내부에 내화벽돌로 형성된 복사층과, 열전도층에 의해 내부 온도 편차를 줄일 수 있으며 분무된 온수의 스팀 전환 효율이 향상되어 스팀의 온도와 압력을 상승시키는데 요구되는 에너지 및 시간을 줄일 수 있는 장점을 제공한다.

Description

스팀 발생장치{steam generation apparatus}
본 발명은 스팀 발생장치에 관한 것으로서, 상세하게는 스팀 생성 효율을 높일 수 있도록 된 스팀 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 스팀은 물을 가열하여 생성되며, 그 용도별로 여러 분야에서 사용되고 있다.
이러한 스팀을 발생하는 장치는 스팀 세차기, 산업용 가정용 의료기기등을 살균 및 세척하기 위한 스팀 세척기, 스팀 다리미, 스팀 보일러 등 다양하게 이용되고 있다.
스팀을 발생하는 장치는 물이 저수된 저수 탱크와, 저수 탱크의 물을 가열하기 위한 보일러 또는 전기 히터와 같은 가열장치와, 가열장치에 의해 가열된 물로부터 발생되는 스팀을 저수 탱크로부터 외부로 송출 및 분출하는 분사장치로 되어 있다.
이러한 스팀 발생장치에서 저수 탱크 내에서 발생된 스팀을 외부로 충분히 멀리까지 응축되지 않은 상태로 이송하기 위해서는 저수 탱크 내에서 발생되는 스팀의 압력이 충분히 높아야 한다. 그런데, 저수 탱크 내의 압력을 충분히 높게 유지하도록 저수용기 내의 물을 100℃ 이상으로 가열하고, 스팀의 압력을 동시에 상승시키기 위해서는 많은 에너지 소모가 많이 발생하고, 예열 과정이 상대적으로 긴 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 온수를 압축 분사 방식에 의해 고온 고압의 분무 스팀을 생성할 수 있도록 하여 스팀의 압력과 온도를 상승시키는데 요구되는 시간과 에너지를 줄일 수 있는 스팀 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스팀 발생장치는 물을 가열하여 스팀을 생성하는 스팀 발생 장치에 있어서, 물이 저수되는 온수탱크와; 상기 온수 탱크에 저수된 물을 가열하는 제1가열부와; 상기 온수 탱크에 저수된 물을 배출하는 제1배출관과 접속된 압력탱크와; 상기 온수 탱크에 저수된 물을 가압 펌핑하여 상기 제1배출관을 통해 상기 압력탱크로 송출하는 가압 펌프와; 폐쇄된 내부공간을 갖으며 생성된 스팀을 토출관을 통해 토출하는 스팀 생성 탱크와; 상기 압력탱크의 제2배출관으로부터 상기 스팀 생성 탱크까기 연장된 중계관과, 상기 중계관으로부터 상기 스팀 생성 탱크 내부공간 까지 연장되어 상기 압력탱크로부터 토출된 가압온수를 분사하는 노즐을 구비하는 분사부와; 상기 스팀 생성 탱크의 내부를 가열하는 제2가열부와; 상기 온수 탱크의 물이 설정된 제1목표온도를 유지하도록 상기 제1가열부를 제어하고, 상기 스팀 생성 탱크 내부의 온도가 설정된 제2목표온도를 유지하도록 상기 제2가열부를 제어하며, 상기 압력탱크 내에 압력이 설정된 목표 압력이 유지되도록 상기 가압펌프의 구동을 제어하여 상기 스팀 생성 탱크에서 스팀이 생성되도록 하는 제어유니트;를 구비하고, 상기 스팀생성 탱크는 폐쇄된 내부공간을 갖는 하우징과; 상기 하우징의 내벽을 에워싸게 내화벽돌로 형성된 복사층과; 상기 복사층 위에 열전도소재로 상기 복사층을 에워싸게 형성된 열전도층;을 구비한다.
바람직하게는 상기 열전도층은 동소재와 스테인레스강 소재 중 어느 하나로 형성된다.
또한, 상기 제1목표온도는 95 내지 99℃이고, 상기 제2목표온도는 150 내지 180℃이며, 상기 압력탱크 내의 목표압력은 10 내지 12kg/cm2 이며, 상기 압력탱크로부터 상기 제2배출관으로 이어지는 가압온수 이송경로 상에 설치되어 상기 압력탱크 내의 압력이 설정된 목표압력 이상이 되면 상기 제2배출관을 통해 가압온수를 배출할 수 있게 설치된 제1압력밸브와; 상기 스팀생성탱크로부터 상기 토출관으로 이어지는 스팀 이송경로 상에 설치되어 상기 스팀 생성탱크 내의 압력이 설정된 압력 이상이 되면 상기 토출관을 통해 스팀을 배출할 수 있게 설치된 제2압력밸브;를 더 구비한다.
또한, 상기 온수탱크 내의 물의 온도를 검출하는 제1온도센서와; 상기 스팀 생성탱크 내부의 온도를 검출하는 제2온도센서와; 상기 압력탱크의 압력을 검출하는 압력검출센서와; 상기 온수탱크 내의 수위를 검출하는 수위검출센서;를 더 구비하고, 상기 제어유니트는 상기 제1온도센서 및 제2온도센서로부터 수신된 온도정보로부터 상기 제1 및 제2가열부의 구동을 제어하고, 상기 압력검출센서로부터 수신된 압력정보로부터 상기 가압펌프의 구동을 제어하고, 상기 수위검출센서로부터 수신된 정보로부터 상기 온수탱크의 유입관에 설치된 밸브의 개폐를 제어한다.
또한, 상기 스팀 생성탱크의 상기 토출관에 연통되게 결합되어 열교환체와 열교환을 하는 열교환부와; 상기 열교환부를 거쳐 응축된 응축수를 상기 온수탱크로 회수될 수 있게 접속된 순환관;을 더 구비한다.
본 발명에 따른 스팀 발생장치에 의하면 100℃ 미만의 온수를 압축 분사에 의해 고온 고압의 분무 스팀을 단시간에 생성할 수 있고, 스팀 생성탱크의 내부에 내화벽돌로 형성된 복사층과, 열전도소재로 된 열전도층에 의해 내부 온도 편차를 줄일 수 있으며 분무된 온수의 스팀 전환 효율이 향상되어 스팀의 온도와 압력을 상승시키는데 요구되는 에너지 및 시간을 줄일 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 스팀 발생장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 스팀 발생장치의 제어계통 블록도이고,
도 3은 도 1의 스팀 발생장치가 열교환부를 통해 열교환되는 구조의 일 예를 타내 보인 도면이고,
도 4는 도 1에 적용되는 스탬 생성탱크를 상세하게 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스팀 발생장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 스팀 발생장치를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 스팀 발생장치의 제어계통 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 스팀 발생장치(100)는 온수탱크(110), 제1히터(H1)(120), 압력탱크(130), 가압펌프(P)(140), 스팀 생성 탱크(150), 제2히터(H2)(160), 분사부(170), 제어유니트(180)를 구비한다.
온수탱크(110)는 물을 저수할 수 있는 내부공간을 갖게 형성되어 있다.
온수탱크(110)는 유입관(112)을 통해 물을 내부공간 내로 유입할 수 있도록 되어 있고, 가열된 온수를 제1배출관(114)을 통해 배출할 수 있도록 되어 있다.
참조부호 102는 제어유니트(180)에 제어되어 유입관(112)의 개폐하는 전자밸브이다.
제1가열부로서 적용된 제1히터(120)는 전기히터로서 제어 유니트(180)에 제어되어 온수탱크 내에 저수된 물을 가열한다.
제1가열부로서 전기히터 방식 이외에도 연료의 탄화에 의한 연소열에 의해 가열하는 방식 등 다양한 가열방식이 적용될 수 있음은 물론이다.
수위검출센서(116)는 온수탱크(110)내에 설치되어 온수탱크(110) 내에 저수된 물의 수위를 검출하여 제어 유니트(180)에 출력한다.
제1온도센서(118)는 온수탱크(110) 내의 물의 온도를 검출하여 제어유니트(180)에 출력한다.
압력탱크(130)는 온수 탱크(110)의 제1 배출관(114) 사이에 접속되어 후술되는 가압펌프(140)에 의해 펌핑된 가압온수를 저장한다.
압력검출센서(132)는 압력탱크(130)의 압력을 검출하여 제어유니트(180)에 출력한다.
제1압력밸브(136)는 압력탱크(130)로부터 제2배출관(134)으로 이어지는 가압온수 이송경로 상에 설치되어 압력탱크(130) 내의 압력이 설정된 목표 압력 이상이 되면 제2배출관(134)을 통해 가압온수를 배출할 수 있게 설치되어 있다.
여기서, 또한, 압력탱크(130) 내의 목표압력은 10 내지 12kg/cm2 가 적용되고, 제1압력밸브(136)는 압력탱크(130)에 유입된 가압온수의 압력이 10 내지 12kg/cm2 가 되면 유로를 개방하는 것이 적용되는 것이 바람직하다.
가압펌프(140)는 제어 유니트(180)에 제어되어 온수 탱크(110)에 저수된 물을 가압 펌핑하여 제1배출관(114)을 통해 압력탱크(130)로 송출한다.
스팀 생성 탱크(150)는 폐쇄된 내부공간을 갖으며 생성된 스팀을 토출관(154)을 통해 토출할 수 있도록 되어 있다.
스팀 생성 탱크(150)의 상세구조는 후술한다.
제2압력밸브(156)는 스팀생성탱크(150)로부터 토출관(154)으로 이어지는 스팀 이송경로 상에 설치되어 스팀 생성탱크(150) 내의 압력이 설정된 압력 이상이 되면 토출관(154)을 통해 스팀을 배출할 수 있게 설치되어 있다.
제2압력밸브(156)는 스팀 생성탱크(150) 내의 압력이 압력탱크(130) 보다 낮게 유지될 수 있도록 스팀의 압력이 5 내지 6kg/cm2 가 되면 유로를 개방하는 것이 적용되는 것이 바람직하다.
제2온도센서(155)는 스팀 생성탱크(150) 내부의 온도를 검출하여 제어유니트(180)에 출력한다.
제2가열부로서 적용된 제2히터(160)는 전기히터로서 제어 유니트(180)에 제어되어 스팀 생성 탱크(150) 내부를 가열한다.
제2가열부로서 전기히터 방식 이외에도 연료의 탄화에 의한 연소열에 의해 가열하는 방식 등 다양한 가열방식이 적용될 수 있음은 물론이다.
분사부(170)는 압력탱크(130)의 제2배출관(134)으로부터 스팀 생성 탱크(150) 까지 연장된 중계관(174)과, 중계관(174)의 종단에 스팀 생성 탱크(150) 내부공간 까지 연장되어 압력탱크(130)로부터 토출된 가압온수를 분사하는 노즐(176)로 되어 있다.
여기서 노즐(176)은 중계관(174)으로부터 분기된 분기관을 통해 다수개가 설치되는 것이 바람직하다.
제어유니트(180)는 온수 탱크(110)의 물이 설정된 제1목표온도를 유지하도록 제1히터(120)를 제어하고, 스팀 생성탱크(150) 내부의 온도가 설정된 제2목표온도를 유지하도록 제2히터(160)를 제어하며, 압력탱크(130) 내에 압력이 설정된 목표 압력이 유지되도록 가압펌프(140)의 구동을 제어하여 스팀 생성 탱크(150)에서 고온 고압의 스팀이 생성되도록 한다.
여기서, 제1목표온도는 95 내지 99℃가 적용되고, 제2목표온도는 150 내지 180℃가 적용되는 것이 바람직하다.
이러한 제어유니트(180)는 제1온도센서(118)로부터 수신된 정보로부터 온수탱크(110)내의 온수의 온도가 95 내지 99℃가 되게 제1히터(120)의 구동을 제어하고, 제2온도센서(155)로부터 수신된 정보로부터 스팀 생성탱크(150)내의 온도가 150 내지 180℃가 되게 제2히터(160)의 구동을 제어하면서, 온수탱크(110)내의 온수의 온도가 95 내지 99℃로 유지된 상태에서 가압펌프(140)를 구동하여 온수를 압축탱크(130)로 송출한다. 또한, 제어유니트(180)는 압력검출센서(132)로부터 수신된 압력정보로부터 압력탱크(130)내의 압력이 앞서 설명된 목표 압력이 유지되도록 가압펌프의 구동을 제어한다.
이러한 과정을 통해 압축탱크(130)내로 유입된 압축수인 가압온수가 앞서 설면된 목표압력에 도달하면 제1압력밸브(136)가 개방되어 분사부(170)의 노즐(176)을 통해 스팀 생성탱크(150)내에서 분무된다. 이때 압축탱크(130)로부터 유출될 때의 온수의 압력보다 내부 압력이 낮은 스팀 생성 탱크(150)에서의 감압 및 150 내지 180℃로 유지되는 고온에 의해 곧 바로 스팀으로 변환된다.
이러한 과정을 통해 스팀생성 탱크(150) 내에서 생성된 스팀의 압력이 증가하면 제2압력밸브(156)가 개방되어 토출관(154)을 통해 스팀이 토출된다.
한편, 도시되지는 않았지만, 제1압력밸브(156)를 통해 배출되는 스팀의 토출 및 차단을 사용자 또는 제어유니트(180)의 입력부(181)의 조작 여부에 의해 강제적으로 제어할 수 있도록 설치된 밸브가 더 구비될 수 있음은 물론이다.
또한, 제어유니트(180)는 이러한 스팀 생성과정에서 수위검출센서(116)로부터 수신된 정보로부터 온수의 사용에 의한 수위가 설정된 하한 수위에 도달하면 온수탱크(110)의 유입관(112)에 설치된 밸브(102)를 개방되게 제어하여 상한 목표 수위까지 유입되게 제어한다.
제어유니트(180)는 제어조건을 설정하기 위한 입력부(181)와, 표시정보를 표시하는 표시부(183) 및 제어를 수행하는 제어부(182)로 구축될 수 있다.
여기서 입력부(181)는 온수탱크(110)의 제1목표온도, 스팀 생성 탱크(150)의 목표 온도 등을 제어부(182)에 제어되어 설정할 수 있도록 구축되는 것이 바람직하고, 표시부(183)는 제어부(182)에 제어되어 검출된 온수탱크(110)의 온도정보를 포함한 각종 표시정보를 표시하도록 구축되는 것이 바람직하다.
이러한 스팀 발생장치(100)는 토출관(154)을 통해 스팀을 소모하는 사용단까지 배관을 통해 연장시켜 소사용하거나, 난방 또는 온수 생성용으로 사용하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 스팀 생성탱크(150)의 토출관(154)에 연통되게 결합되어 열교환체(250)와 열교환을 하는 열교환부(210)와, 열교환부(210)를 거쳐 응축된 응축수를 온수탱크(110)로 회수될 수 있게 접속된 순환관(220)을 설치한 구조로 사용될 수 있음은 물론이다.
여기서 열교환체(250)는 열교환용기(251)내에 저수된 물과 같은 열매체가 열교환부(210)를 통해 이송되는 고온 고압의 스팀과 열교환을 통해 가열될 수 있도록 된 것으로서 다양한 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.
한편, 이러한 스팀발생장치에서 스팀을 생성하는 스팀생성 탱크(150)의 바람직한 구조를 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 스팀 생성 탱크(150)는 하우징(151), 복사층(152) 및 열전도층(153)으로 되어 있다.
하우징(151)은 폐쇄된 내부공간을 갖게 형성되어 있고 철판소재로 형성될 수 있다.
복사층(152)은 하우징(151)의 내벽을 에워싸게 내화벽돌(152a)로 형성되어 있다.
도시된 예에서 복사층(152)은 하우징(151) 내벽 전체를 내화벽돌(152a)로 2층으로 에워싸게 형성되어 있고, 도시된 예와 다르게 단층 또는 3층이상으로 형성될 수 있음은 물론이다.
여기서, 내화벽돌(152a)은 1500℃ 이상의 고열에도 견딜 수 있는 벽돌로서, 주원료로서 규석, 점토질, 고알루미나 중 어느 하나로 소성하여 형성된 것이 적용될 수 있다.
이러한 내화벽돌(152a)는 제2히터(160)의 가열에 의해 발생된 열의 단열기능과 함께 전도된 열에 대응하여 원적외선을 방출함으로써 하우징(151) 내부 공간의 위치에 따른 열편차를 줄여 열평형도를 높이는 장점을 제공한다.
열전도층(153)는 복사층(152) 위에 열전도소재로 복사층(152)을 전체적으로 에워싸게 형성되어 있다.
열전도층(153)은 동(Cu) 소재와 스테인레스강 소재 중 어느 하나로 형성된 것을 적용하는 것이 바람직하다.
이러한 스팀생성 탱크(150)의 구조에 의하면, 압축탱크(130)내로 유입된 압축수인 가압온수가 분사부(170)의 노즐(176)을 통해 스팀 생성탱크(150)내에서 분무될 때 곧 바로 스팀화되지 못하고 낙하도는 온수는 열전도율이 높은 소재로된 열전도층(153)에 접촉시 곧 바로 증기화되며, 제2히터(160)가 제2목표온도 유지를 위해 온/오프 되는 과정에서 공급 에너지의 변화시에도 열용량이 큰 내화벽돌(152a)로부터 방사되는 복사열 및 이 복사열을 전도받는 열전도층(153)에 의해 하우징(151) 내부 온도의 시간경과에 따른 온도 변화 및 위치에 따른 온도 편차가 매우 적어 스팀 생성 효율이 안정적으로 유지된다.
110: 온수탱크 120: 제1히터
130: 압력탱크 140: 가압펌프
150: 스팀 생성 탱크 160: 제2히터
151: 하우징 152: 복사층
152a: 내화벽돌 153: 열전도층
170: 분사부 180: 제어유니트

Claims (6)

  1. 물을 가열하여 스팀을 생성하는 스팀 발생 장치에 있어서,
    물이 저수되는 온수탱크와;
    상기 온수 탱크에 저수된 물을 가열하는 제1가열부와;
    상기 온수 탱크에 저수된 물을 배출하는 제1배출관과 접속된 압력탱크와;
    상기 온수 탱크에 저수된 물을 가압 펌핑하여 상기 제1배출관을 통해 상기 압력탱크로 송출하는 가압 펌프와;
    폐쇄된 내부공간을 갖으며 생성된 스팀을 토출관을 통해 토출하는 스팀 생성 탱크와;
    상기 압력탱크의 제2배출관으로부터 상기 스팀 생성 탱크까기 연장된 중계관과, 상기 중계관으로부터 상기 스팀 생성 탱크 내부공간 까지 연장되어 상기 압력탱크로부터 토출된 가압온수를 분사하는 노즐을 구비하는 분사부와;
    상기 스팀 생성 탱크의 내부를 가열하는 제2가열부와;
    상기 온수 탱크의 물이 설정된 제1목표온도를 유지하도록 상기 제1가열부를 제어하고, 상기 스팀 생성 탱크 내부의 온도가 설정된 제2목표온도를 유지하도록 상기 제2가열부를 제어하며, 상기 압력탱크 내에 압력이 설정된 목표 압력이 유지되도록 상기 가압펌프의 구동을 제어하여 상기 스팀 생성 탱크에서 스팀이 생성되도록 하는 제어유니트;를 구비하고,
    상기 스팀생성 탱크는
    폐쇄된 내부공간을 갖는 하우징과;
    상기 하우징의 내벽을 에워싸게 내화벽돌로 형성된 복사층과;
    상기 복사층 위에 열전도소재로 상기 복사층을 에워싸게 형성된 열전도층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 스팀 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열전도층은 동소재와 스테인레스강 소재 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 스팀 발생장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1목표온도는 95 내지 99℃이고, 상기 제2목표온도는 150 내지 180℃이며, 상기 압력탱크 내의 목표압력은 10 내지 12kg/cm2 인 것을 특징으로 하는 스팀 발생장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압력탱크로부터 상기 제2배출관으로 이어지는 가압온수 이송경로 상에 설치되어 상기 압력탱크 내의 압력이 설정된 목표압력 이상이 되면 상기 제2배출관을 통해 가압온수를 배출할 수 있게 설치된 제1압력밸브와;
    상기 스팀생성탱크로부터 상기 토출관으로 이어지는 스팀 이송경로 상에 설치되어 상기 스팀 생성탱크 내의 압력이 설정된 압력 이상이 되면 상기 토출관을 통해 스팀을 배출할 수 있게 설치된 제2압력밸브;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스팀 발생장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 온수탱크 내의 물의 온도를 검출하는 제1온도센서와;
    상기 스팀 생성탱크 내부의 온도를 검출하는 제2온도센서와;
    상기 압력탱크의 압력을 검출하는 압력검출센서와;
    상기 온수탱크 내의 수위를 검출하는 수위검출센서;를 더 구비하고,
    상기 제어유니트는 상기 제1온도센서 및 제2온도센서로부터 수신된 온도정보로부터 상기 제1 및 제2가열부의 구동을 제어하고, 상기 압력검출센서로부터 수신된 압력정보로부터 상기 가압펌프의 구동을 제어하고, 상기 수위검출센서로부터 수신된 정보로부터 상기 온수탱크의 유입관에 설치된 밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 스팀 발생장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스팀 생성탱크의 상기 토출관에 연통되게 결합되어 열교환체와 열교환을 하는 열교환부와;
    상기 열교환부를 거쳐 응축된 응축수를 상기 온수탱크로 회수될 수 있게 접속된 순환관;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스팀 발생장치.
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