KR20170021293A - 가열가능한 유체 라인 - Google Patents

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Abstract

내부 공간을 가진 파이프(2) 및 상기 내부 공간 안에 있는 가열 장치(3)를 포함하는 가열가능한 유체 라인(1)이 제공된다. 본 발명은 주입 장치를 보호하는 것인바, 상기 주입 장치는 낮은 온도에서 상기 유체 라인(1)에 연결된다. 상기 목적을 달성하기 위하여, 체적 저감 요소(5)가 파이프와 가열 장치(3) 사이에 배치된다.

Description

가열가능한 유체 라인{HEATABLE FLUID LINE}
본 발명은 내부 공간 및 내부 공간 안에 배치된 가열 장치를 구비한 파이프를 포함하는 가열가능한 유체 라인에 관한 것이다.
위와 같은 유체 라인은 DE 10 2011 102 244 A1 에 개시되어 있다.
아래에서는 저장 컨테이너로부터 소비자 위치로 카르마이드 용액(carbamide solution)(요소(UREA))를 이송하는데에 사용되는 유체 라인을 기준으로 하여 본 발명에 대해 설명한다. 요소는 질소산화물 배기를 감소시키기 위하여 디젤 엔진에서 사용된다.
그러한 유체 라인이 상대적으로 낮은 온도의 환경에서 사용되는 경우, 카르마이드 용액이 얼어서 더 이상 유동할 수 없게 될 위험이 있다. 이와 같은 상황은 -11° 미만의 온도에서 발생한다. 그럼에도 불구하고 엔진 시동 이후 소정의 시간 내에는 오염물 배기의 감소를 위하여 유체 라인을 가열시킴으로써 카르마이드 용액이 유동가능하게끔 하여서 소비자 위치로 공급될 수 있게 하는 방안이 알려져 있다.
다른 문제는 카르마이드 용액이 주입 영역(injection region)에서도 얼 수 있다는 것이다. 이 위치에서는 요소가 배출됨에 있어 통과하는 노즐 장치가 있다. 만일 이 노즐 장치가 여전히 카르마이드 용액으로 채워져 있고 그 카르마이드 용액이 언다면, 이것은 장치의 손상으로 귀결될 수 있다.
상기 문제를 해결하기 위해서, 노즐에 카르마이드 용액이 남아 있지 않도록 하기 위해 엔진이 꺼진 이후에 유체 라인으로부터 카르마이드 용액을 되돌려 이동시켜 보려는 시도가 있어왔다. 그러나, 이 경우에는 가열 장치와 파이프 사이에 상대적으로 큰 체적이 존재한다는 문제가 있다. 이 체적은 파이프의 내부 공간 안에 배치된 가열 장치도 파이프 안으로 삽입되는 커넥터를 통해서 당겨져야 한다는 사실로 인한 것이다. 따라서, 가열 장치는 특정의 단면을 초과하지 않을 수 있다. 그러나, 상대적으로 큰 체적에 의해서 결정되는 카르마이드 용액의 상대적으로 많은 양의 흡입(suction)은 많은 경우들에 있어서 상대적으로 어려운 것이다.
그러나 그러한 실시예의 경우에서도 엔진이 꺼진 때에 카르마이드 용액의 흡입은 필요한 수준의 신뢰도로 달성될 수 없다는 사실을 알게 되었다. 요소가 충분하게 되돌려 당겨지지 않으면 요소가 주입 장치(injection arrangement)에 남게 되고, 이것은 낮은 온도에서의 손상으로 귀결될 수 있다.
본 발명은 주입 장치를 보호함을 목적으로 한다.
상기 목적은 도입부에서 언급된 유형의 가열가능한 유체 라인에 의하여 달성되는바, 본 발명에서는 파이프와 가열 장치 사이에 체적 저감 요소가 배치된다. 체적 저감 요소가 내부 공간, 즉 파이프의 내측부와 가열 장치 사이의 중간 공간 안에 배치된 때에는 파이프와 가열 장치 사이의 고리형 간극에서 체적 저감이 얻어질 수 있으며, 이로써 되돌려 당겨져야 할 카르마이드 용액이 더 적게 된다. 이것을 일반적으로 간편하게 구현될 수 있다. 체적 저감 요소로 인하여, 엔진이 꺼진 이후에도 노즐 장치가 보호된다. 이 경우, 체적 저감 요소는 가열 장치를 따라서 연장되는 요부를 갖는 것이 바람직하다.
체적 저감 요소의 설치로 인하여 파이프와 가열 로드 사이의 고리형 간극에서의 체적은 감소되지만, 상대적으로 큰 젖은 표면이 생성되어 이에 대응하는 높은 레벨의 유동 저항이 발생하고, 이로 인하여 때때로 카르마이드 용액을 되돌려 당길 때에 펌프에 한계가 오거나 과부하가 걸릴 수 있다. 상기 요부는 상대적으로 적은 젖은 표면을 가지며, 그 결과로 펌프가 주입 장치로부터 요소를 당길 수 있는 상대적으로 적은 유동 저항만이 있게 된다. 체적 저감 요소에 요부가 이용되는 경우, 파이프와 체적 저감 요소 사이의 고리형 간극을 그 이전의 경우보다 더 작게 만드는 것이 가능하게 되며, 이로써 파이프와 가열 장치 사이의 체적이 현저히 증가 또는 증가될 필요가 없다. 다시 말하면, 펌프의 흡입 거동, 특히 흡입 체적을 변경하지 않은 채로 두면서도 적절한 흡입을 제공하는 것이 가능하며 이로 인하여 주입 장치의 보호가 제공된다.
바람직하게는 상기 요부가 가열 장치만큼 연장된다. 가열 장치는 유체 라인에 있는 유체에 직접 작용할 수 있으며, 이 때 가열 열량이 체적 저감 요소를 먼저 통과해야 할 필요가 없다. 이것은 단순히 열 에너지를 우수하게 이용하는 것일 뿐만 아니라, 유체 라인 내에 존재할 수 있는 얼어 있는 유체를 신속히 해동함을 가능하게 한다.
바람직하게는 상기 요부가 가열 장치의 둘레 방향에서 적어도 체적 저감 요소의 반경방향 두께에 대응되는 치수를 갖는다. 그러므로 상기 요부에는 원칙적으로 (곡률을 감안하지 않는 경우) 정사각형 또는 사각형의 단면이 적어도 제공되고, 따라서 유체의 유동 및 유체의 당김이 가능한 충분한 유동 단면이 존재하게 된다.
바람직하게는, 상기 가열 장치가 가열 로드로서 제작되고 체적 저감 요소는 가열 로드 상에 클립-결합된다. 이로 인하여 상대적으로 간편한 생산이 가능하게 된다. 가열 로드는 소정의 강성을 가지기 때문에 파이프 안으로 삽입될 수 있으며, 가열 로드가 파이프를 통하여 요망되는 길이만큼 연장되도록 보장함이 가능하다. 체적 저감 요소가 가열 로드 상에 클립 결합된 때에는, 체적 저감 요소가 마찰력에 의하여서만 가열 로드에 유지될 수 있지만, 이 마찰력의 크기는 가열 로드가 파이프 안으로 삽입되는 때에 가열 로드 상의 체적 저감 요소가 길이방향으로 변위되지 않을 정도로 정해질 수 있다. 가열 로드에 체적 저감 요소가 클립-결합된 상태에서 가열 로드의 굽힘 저항력은 압출된 체적 저감 요소를 가진 가열 로드의 굽힘 저항력보다 더 작게 될 수 있다. 따라서 유체 라인의 유연성이 전반적으로 우수하도록 구성된다.
바람직하게는 체적 저감 요소가 적어도 부분적으로, 길이방향으로 분리된 중공 부재에 의하여 형성된다. 예를 들어 이것은, 길이방향에서 절단된 플라스틱 소재 파이프를 중공 부재로서 사용함으로써 가능하다. 이 경우에 절단 라인은 반드시 직선의 라인을 형성할 필요는 없지만 그렇게 하는 것이 바람직하다. 상기 절단 또는 분리 라인은 원칙적으로 유체 라인의 구조와 관련하여 어떤 것도 변경하지 않으면서 나선형 또는 파도형으로 연장될 수도 있다. 중공 부재에 의하여 형성되는 체적 저감 요소는 매우 간편한 방식으로 생산될 수 있다.
이 경우, 중공 부재가 가열 로드의 외측 단면보다 더 작은 내측 단면을 갖는 것이 바람직하다. 이것은, 중공 부재가 아직 가열 로드에 결합되지 않은 상태에서의 중공 부재에 해당된다. 중공 부재의 내측 단면의 크기로 인하여 두 가지 효과가 발생한다. 첫 번째로는 중공 부재가 가열 로드에 클립-결합된 때에 중공 부재가 가열 로드에 소정의 긴장력을 갖도록 배치됨이 보장된다. 두 번째로는 체적 저감 요소가 가열 로드에 클립-결합된 때에 체적 저감 요소가 약간 벌어지기 때문에, 상기 크기로 인하여 요망되는 요부가 형성된다.
바람직하게는 상기 체적 저감 요소가 가열 장치 상에 적어도 두 개의 부분들을 구비하도록 구성된다. 이것은 예를 들어, 가열 장치가 상당히 긴 길이를 갖는 때에 유리한 장점을 갖는다. 이 경우에는 체적 저감 요소가 부분별로 결합될 수 있으며, 이것은 제작을 용이하게 한다.
이 경우, 상기 적어도 두 개의 부분들 사이에 비어 있는 중간 공간이 남도록 하는 것이 바람직하다. 상기 부분들이 가열 장치 상에서 끝과 끝이 서로 맞닿는 방식으로 나란히 조립될 필요는 전혀 없다. 개별 부분들 사이에 중간 공간을 남겨두는 것은 용이하게 가능하다. 이 경우에는 상대적으로 더 큰 체적이 발생하지만, 그 체적은 요소(urea)가 주입 장치로부터 당겨지는 때나 요소가 주입 장치로 이송되는 때에도 작동을 저해하지 않기 때문에 큰 체적이 유해한 것은 아니다.
이 경우에는 상기 중간 공간이 유체 라인의 곡선 부분에 배치되도록 하는 것이 특히 바람직하다. 많은 경우들에 있어서, 상기 유체 라인은 선형의 형태로 연장되지 않고 하나 이상의 곡선 부분을 갖는다. 상기 유체 라인의 최종 형상은 요망되는 적용예에 따라 결정된다. 본 실시예에서는 가열 장치 및 가열 장치에 배치된 체적 저감 요소를 구비한 선형 또는 연장된 형태의 파이프가, 먼저 선형 형태로 상기 파이프 안으로 삽입된 가열 장치에 의하여 제공될 수 있다. 만일 나중에 하나 이상의 부분에 곡선부들이 제공된다면, 그 곡선 부분들 제공되는 위치들에는 체적 저감 요소가 제공되지 않으며, 따라서 해당 부분에서는 체적 저감 요소가 굽혀질 필요도 없으므로 상기 곡선부의 형성도 간편하게 된다. 또한, 본 실시예에 의하면 곡선부의 외측에서 파이프가 가열 장치에 약간 더 가깝게 이동함이 가능하게 되고, 이와 같은 접근 이동은 체적 저감 요소에 의해 방해받지 않는다. 어떤 상황에서는 체적 변화가 있을 수 있지만 유동 저항이 감소할 수 있으므로 유체 라인 전체의 유동 저항은 최적화될 수 있다.
바람직하게는 유체 라인이 가열 장치 및 체적 저감 요소와 열-고정된다. 상기 열-고정의 결과, 유체 라인이 미리 정해진 형상으로 유지된다. 열-고정 작업 동안에는 파이프와 체적 저감 요소 사이의 연결이 필요하지 않으며, 많은 경우들에 있어서는 바람직하지 못하기도 하다. 그러나, 체적 저감 요소와 가열 장치 사이의 마찰의 결과로서, 체적 저감 요소가 제 위치에 유지된다. 다만, 약간의 변위는 유해하지 않다.
바람직하게는, 상기 파이프의 적어도 일 단부에서, 연결 부재를 구비한 커넥터가 파이프 안으로 삽입되고, 연결 부재는 체적 저감 요소의 두께의 최대값에 대응되는 두께를 갖는 벽을 구비한다. 가열 장치는 연결 부재를 통하여 안내되어야 하기 때문에, 파이프와 가열 장치 사이에서 연결 부재 외측에는 상대적으로 큰 여유 공간이 남아 있게 되며, 그 공간은 전술된 바와 같이 체적 저감 요소에 의하여 저감될 수 있다. 연결 부재의 벽의 두께가 체적 저감 요소의 두께에 맞도록, 즉 "반경방향 치수"로 되는 때에는, 연결 부재 내부와 연결 부재 외측에서 파이프 안에 실질적으로 균일한 유동 저항이 생성됨이 보장될 수 있다.
이 경우에는 길이방향에서 연결 부재와 체적 저감 요소의 사이에 있는 간격이 적어도 체적 저감 요소의 두께에 대응되는 것이 바람직하다. 결과적으로, 유체 라인 내에 위치한 유체가 체적 저감 요소와 파이프 사이의 고리형 간극으로부터 연결 부재와 가열 장치 사이의 고리형 간극 안으로 이동할 수 있는 충분한 공간이 얻어진다.
아래에서는 하기의 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1d 에는 가열가능한 유체 라인의 개별 구성요소들 및 이들의 조립체의 사시도들이 도시되어 있고,
도 2a 내지 도 2d 에는 도 1a 내지 도 1d 의 도면들의 단면도가 도시되어 있고,
도 3 에는 유체 라인의 매우 개략적인 종단면도가 도시되어 있다.
도 1d 에는 파이프(2)를 구비한 가열가능한 유체 라인(1)이 도시되어 있는바, 상기 파이프(2) 내부에는 가열 로드(3) 형태의 가열 장치가 배치되어 있다. 도 1a 및 도 2a 각각에서 가열 로드(3)는 개별의 요소로서 도시되어 있다.
도 3 에서 알 수 있는 바와 같이, 파이프(2)는 안에 가열 로드(3)가 배치되는 내부 공간(4)을 갖는다.
도 1b 및 도 2b 에 개별의 구성요소로서 도시되어 있는 체적 저감 요소(5)는 내측 단면(6)을 갖는 파이프 부재로서 구성된다. 체적 저감 요소(5)에 구비된 커버(7)는 종방향으로 격벽 조인트(partition joint; 8)를 구비한다. 상기 격벽 조인트(8)는 예를 들어 절단부에 의해 형성될 수 있다.
상기 체적 저감 요소(5)의 내측 단면(6)은 가열 로드(3)의 외측 단면보다 약간 작을 수 있다.
도 1c 및 도 2c 에 도시된 바와 같이, 체적 저감 요소(5)는 가열 로드(3)에 클립 결합(clip-fit)된다. 이를 위하여 체적 저감 요소(5)는 체적 저감 요소의 격벽 조인트(8)에서 이격되게 굽혀질 수 있으며, 가열 로드(3)는 내측 단면(6)에서 생성되는 간극을 통해 삽입될 수 있다. 상기 체적 저감 요소(5)는 예를 들어 소정 정도의 고유 긴장력(inherent tension)을 갖는 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 가열 로드(3)가 체적 저감 요소(5)의 내측 단면(6) 안으로 삽입된 때에는 체적 저감 요소(5)가 소정의 긴장력 하에서 가열 로드(3)의 주변부와 닿을 수 있다. 그러나체적 저감 요소(5)의 내측 단면(6)이 가열 로드(3)의 외측 단면보다 약간 더 작기 때문에 요부(9), 즉 가열 로드(3)를 덮음에 있어서 체적 저감 요소(5)에 의하여 형성되는 간극이 생성된다. 이 요부(9)는 가열 로드(3)만큼 연장된다.
가열 로드(3) 및 체적 저감 요소(5)에 의해서 형성되는 유닛이 파이프(2) 안에 삽입되면(도 1d 및 도 2d), 요부(9)의 결과로서 가열 로드(3)와 파이프(2) 사이에서 유체가 유동할 수 있는 영역이 생성된다. 결과적으로, 파이프(2) 내부에 단면 표면적(cross-sectional surface-area)의 관점에서 상대적으로 적은 젖는 표면, 그리고 그에 따라서 상대적으로 낮은 유동 저항을 갖는 자유 단면(free cross-section)이 생성된다.
체적 저감 요소(5)와 파이프(2) 사이에는 이전과 마찬가지로 고리형 간극(10)이 남아 있는데, 이 간극도 작동 중에 유체로 채워지며 유체는 이 간극을 통해서도 유동할 수 있다. 그러나 이 고리형 간극(10)은 상대적으로 넓은 젖은 표면을 가지며, 따라서 이 경우에는 그에 대응되게 큰 유동 저항이 발생한다.
도 3 에는 가열가능한 유체 라인(1)의 매우 개략적인 단면이 도시되어 있다. 여기에 도시된 크기 관계는 축적에 맞는 것이 아니라 아래의 설명을 단순화시키기 위하여 과장된 형태로 도시되어 있다. 특히 고리형 간극(10)의 크기는 많이 과장되어 있다. 여기에는 요부(9)가 도시되어 있지 않은데, 이것은 요부가 다른 단면 평명에 위치하고 있기 때문이다.
먼저 체적 저감 요소(5)가 두 개의 부분들(5, 5')을 구비한다는 점에 유의해야 하는데, 상기 두 개의 부분들은 중간 공간(11)을 사이에 두고 서로 떨어져 있다. 상기 중간 공간(11)은 가열가능한 유체 라인(1)의 곡선 부분(12) 안에 위치한다. 도시된 바와 같이 체적 저감 요소의 부분들(5, 5')은 곡선 부분(12)으로부터 상대적으로 큰 간격을 두고 있다. 실제에서는 이 간격이 현저히 더 작을 것이다.
파이프의 일 단부에서, 상세히 도시되지 않은 커넥터의 연결 부재(13)가 파이프(2) 안으로 삽입된다. 이 연결 부재(13)는 두께(d)를 갖는 벽을 구비한다. 가열 로드(3)도 상기 연결 부재를 통하여 안내되어야 하기 때문에, 유체 유동을 가능하게 하기 위하여 가열 로드(3)는 연결 부재(13)의 내측 단면보다 현저히 작은 외측 단면을 가져야 한다.
체적 저감 요소(5)는 적어도 연결 부재(13)의 두께(d)만큼 큰 두께(D)를 갖는다. 다시 말하면 연결 부재(13)의 두께(d)는 최대인 경우에 체적 저감 요소(5, 5')의 두께(D)만큼 크다. 결과적으로, 연결 부재(13)를 통하는 유체의 유동이 파이프(2)와 내부의 체적 저감 요소(5, 5')를 통하는 유동보다 현저한 정도로 저해되지 않음이 보장된다.
체적 저감 요소(5)와 연결 부재(13) 사이의 간격은 적어도 체적 저감 요소(5)의 두께(D)에 해당된다. 그러나, 그 간격은 더 클 수도 있다.
가열가능한 유체 라인(1)의 제작을 위해서, 먼저 파이프(2)가 연장된 방위 또는 선형의 방위로 놓여진다. 가열 로드(3)도 선형의 형태를 가지며, 따라서 가열 로드에는 처음에는 곡선부 등이 존재하지 않는다. 다음으로, 도 1b 및 도 2b 에 도시된 체적 저감 요소(5)가 가열 로드(3)에 클립-결합된다. 이것은 체적 저감 요소(5)의 전체 길이에 걸쳐서 반드시 동시에 수행되어야 하는 것은 아니다. 그 대신에, 가열 로드(3)가 분리 솔기(8)를 따라서 체적 저감 요소(5)의 내측 단면(6) 안으로 압입될 수 있다. 이것은 상대적으로 간편한 제작 형태이다. 가열 로드(3)는 도 1c 및 도 2c 에 도시된 바와 같이 가열 로드에 클립-결합된 체적 저감 요소(5)를 구비하도록 제작될 수 있다. 이 경우, 둘레 방향으로 적어도 체적 저감 요소(5)의 반경방향 두께(D)에 대응되는 요부(9)가 자동적으로 생성된다.
그 다음에는 체적 저감 요소(5) 또는 복수의 체적 저감 요소(5, 5')가 제공되어 있는 가열 로드(3)가 파이프(2) 안으로 삽입될 수 있는데, 이것은 체적 저감 요소(5, 5')를 구비한 가열 로드(3)와 파이프 모두가 선형의 형태를 가지기 때문에 용이하게 수행될 수 있다. 그 다음에는 체적 저감 요소(5, 5') 및 가열 로드(3)를 구비한 파이프(2)가 요망되는 형태로 굽혀져서, 하나 이상의 곡선 부분(12)이 생성될 수 있다. 그 이후, 형상이 정해진 파이프에 대해서는 열-고정(열에 의한 고정)이 수행된다. 요부(9)로 인하여, 파이프(2) 안에는 유체를 위한 상대적으로 낮은 유동 저항이 생성된다. 요부(9)는 가열 로드(3)만큼 연장되기 때문에, 열 플럭스(heat flux)가 체적 저감 요소(5)를 통과할 필요없이, 가열 로드(3)가 파이프 내부에 위치한 유체를 직접 가열할 수 있다. 그럼에도 불구하고 이것은 자연스럽게 존재할 수 있으며 고리형 간극(10) 내의 유체를 가열한다.

Claims (13)

  1. 내부 공간(4)을 가진 파이프(2) 및 상기 내부 공간(4) 안에 배치된 가열 장치(3)를 포함하는 가열가능한 유체 라인(1)으로서,
    상기 파이프(2)와 가열 장치(3) 사이에 체적 저감 요소(volume reduction element; 5)가 배치된 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 체적 저감 요소(5)는 가열 장치(3)를 따라서 연장된 요부(recess; 9)를 가진 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 요부(9)는 가열 장치(3)만큼 연장된 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 요부(9)는 가열 장치(3)의 둘레 방향(peripheral direction)으로 적어도 체적 저감 요소(5)의 반경방향 두께(D)에 대응되는 치수를 가진 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 장치는 가열 로드(heating rod; 3)로 제작되고, 상기 체적 저감 요소(5)는 가열 로드(3)에 클립-결합(clip-fit)되는 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 체적 저감 요소(5)는, 길이방향으로 분리되어 있는 중공 부재(hollow member)에 의하여 적어도 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중공 부재는, 가열 로드(3)의 외측 단면보다 더 작은 내측 단면(inner cross-section; 6)을 갖는 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 체적 저감 요소(5)는 가열 장치(3) 상의 적어도 두 개의 부분들에 배치된 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 부분들 사이에는 비어 있는 중간 공간(11)이 있는 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중간 공간(11)은 유체 라인(1)의 곡선 부분(curved portion; 12)에 위치하는 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 라인(1)은 가열 장치(3) 및 체적 저감 요소(5)와 함께 열-고정(thermo-fix)되는 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파이프(2)의 적어도 일 단부에서 연결 부재(13)를 구비한 커넥터가 파이프(2) 안으로 삽입되고, 상기 연결 부재(13)는 최대인 경우에 체적 저감 요소(5)의 두께(D)에 대응되는 두께(d)를 가진 벽을 구비한 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
  13. 제12항에 있어서,
    길이방향에서 연결 부재(13)와 체적 저감 요소(5) 사이의 간격(a)은 적어도 체적 저감 요소(5)의 두께(D)에 대응되는 것을 특징으로 하는, 가열가능한 유체 라인.
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