KR20170080679A - 유체 처리용 장치 및 그 용도 - Google Patents
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Abstract
커버(2; 12), 인렛(3; 13), 내벽(5; 15)을 갖는 반응기 챔버(4; 14) 및 아웃렛(6; 16)을 구비하고, 반응기 챔버(4; 14) 내로 유도된 UV LED 방사원(7), 및 그에 대한 파워 서플라이를 구비한 유동-관통성(flow through) 하우징(1; 11)을 포함하여, 기술적인 복잡성이 적고 설치 공간이 적으며 전력 소비가 적고 높은 정화 성능을 발휘하는 유체 처리용 장치가 제공되며, 이는 유동 관련 설계로 제공되는 내부 공간을 포함한 반응기 챔버(4; 14)에 의해 달성되고, 방사원(7)은 내벽(5; 15)에서 유체 내에 배치되고, 회전 유체 와류(vortex)(8; 18)가 유동 관련 설계에 의해 유체 유동-관통성에 부여되고, 방사원(7)은 유체 와류에 외부로부터 내부로 및/또는 측면으로 방사상으로 방사할 수 있도록 유도되며, 유체 와류(8; 18) 내의 유체의 적어도 부분적인 스트림은 반응기 챔버(4; 14)를 떠나기 전에 방사원(7)을 여러 번 통과할 수 있다.
Description
본 발명은 청구범위의 제1항 및 제15항의 전제부에 따른 액체 또는 가스와 같은 유체 처리용 장치 및 그 용도에 관한 것이다.
WO 2014 171 886 A1은 파이프 주위에 배치된 UV LED들을 포함하는 방사원(radiation sources)에 기초한 유체 정화 시스템을 개시하고 있는데, 유동이 난류가 되더라도 파이프를 통해 유동하는 유체가 각각의 방사원을 한 번만 통과하여 유동할 수 있다는 단점을 수반하며, 충분히 큰 정화 효과를 얻기 위해, 많은 수의 방사원이 잇따라 배치되고, 파이프의 원주 주위의 많은 면에 분산되어야 한다.
본 발명의 목적은 상대적으로 적은 기술적 복잡성으로 동일하거나 개선된 정화 성능을 달성하고, 동시에 상대적으로 적은 설치 공간을 차지하고 필요 전력이 감소하는 유체 처리용 장치 및 그 용도를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 제1항 및 제15항의 특징부의 기술적 특징과 함께 이들 전제부의 특징에 의해 달성된다. 액체 또는 가스와 같은 유체 처리용 장치는 이 경우에 커버, 인렛(inlet), 내벽을 갖는 반응기 챔버 및 아웃렛(outlet)을 구비하는 유동-관통성 하우징(flow-through housing)으로 구성되고, 또한 반응기 챔버 내로 유도되고 대응하는 파워 서플라이를 갖는 UV LED 방사원으로 구성된다. 반응기 챔버는 내부 공간을 가지고 그 내부 공간을 통해 유동하는 유체에 회전이 부여될 수 있는 유동 관련 설계로 제공되어, 상기 장치의 내벽 또는 커버에서 유체 내에 배치되는 방사원은 유체 와류(vortex)에 외부로부터 내부로 및/또는 측면으로 방사상으로 방사할 수 있도록 유도되며, 유체 와류 내의 유체의 적어도 부분적인 스트림은 반응기 챔버를 떠나기 전에 고효율 UV LED로 형성된 방사원에 근접하게 여러 번 통과할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 유동 관련 설계는 유체 유도(directing) 표면의 형태로 인렛 및/또는 아웃렛에 배치된 내부 구조물(internals)로 구성되며, 제1 구성 변형예의 구조의 경우. 예를 들어 아래에서 진입한 후의 물은 처음에 하부 내벽을 따라 수평으로 90°로 안내되고, 그 다음 수직 측벽에서 위로 향하게 되고, 커버의 아래쪽을 따라, 그 다음 반대편의 측벽으로, 거기에서 하향으로 그리고 다시 수평으로, 새롭게 부가된 유체와 혼합되는 유체의 편향된(deflected) 인렛 방향에 평행하게 안내되어, 유체 와류의 접선 주 유동 방향과 180° 반대 방향의 아웃렛 스루에 배치된 유체 유도 표면의 에지 주위로 유동할 수 있고 아웃렛을 통해 인렛에 직각으로 반응기 챔버를 떠날 수 있기 전에, 수평축에 대한 유체의 회전이 시행된다.
인렛에 제공되는 유동-관통성 하우징의 대략 실린더형 반응기 챔버 및 임의의 원하는 외부 형태, 예를 들어 실런더형(cylindrical) 또는 큐브형(cubic)의 외부 형태를 갖는 제2 구성 변형예의 경우, 인렛에는 유체 유도 표면이 제공되어, 바닥 부근에 접선 방향으로 유체 유동을 형성하므로, 여기에서도 다시 회전이 시행되는 한편, 아웃렛에서 파이프 형태로 형성된 유체 유도 표면이 반응기 챔버의 중앙에 배치되어 방사원의 방향으로 연장되고 그 이전에 종결되며, 그 파이프를 통해 유체가 다중의 와류 후에 유동할 수 있다.
장치의 반응기 챔버는 유리하게 유동 와류의 원주 표면에 대해 측면으로 또는 유동-관통성 하우징 위에 평행하게 또는 접선 방향으로 배치된 커버에 의해 커버되며, 방사원은 용이하게 제거 가능한 커버 내에 고정되어 이들은 용이하게 접근가능하며 유지 보수 목적으로 용이하게 교환할 수 있고 및/또는 클리닝할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 실링 하우징 및 커버가 유리하게 짝결합(mating) 외부 및 내부 스레드와, 또한 시일 및 실링 표면으로 형성되어, 이들이 압력 기밀 방식으로 서로 나사 연결(screwed)될 수 있다.
본 발명의 요지의 특히 바람직한 설계에 따르면, 일부 또는 다중의 방사원은 예를 들어 대략 SD 카드의 크기일 수 있는 개별 플러그-인(plug-in) 카드 상에 배치되며, 방사원에 전력을 공급하기 위한 접점들(contacts)이 구비된 플러그-인 카드를 위한 슬롯이 커버 내에 그리고 가능하면 추가로 유동-관통성 하우징 내에 제공되어, 상이한 성능 데이터 또는 파장을 가지는 방사원의 교환 또는 적응이 용이하게 수행될 수 있다.
유리하게, 반응기 챔버의 표면의 적어도 유동 관련 설계 특징부 또는 다른 부분은 알루미늄, PTFE 또는 이산화 티타늄으로 제조되거나, 그렇지 않으면 그것으로 코팅되어, 광촉매 셀프 클리닝이 추가로 반응기 챔버에서 발생할 수 있으므로, 빈번한 클리닝의 필요성을 없애고, 그렇지 않으면 요구되는 클리닝 간격을 더 넓게 설정할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시 예에서, 유체 품질 파라미터를 측정하기 위한 적어도 하나의 측정 센서가 반응기 챔버에 배치되어, 예를 들어 달성된 소독(disinfection) 값이 판독되고 방사원이 연결해제되거나 연결될 수 있으며, 따라서 공급되는 수질에 반응할 수 있고, 또한 깨끗한 유체 유동-관통성에 대한 불필요하게 높은 방사 선량(radiation doses)으로 인해 비효율적으로 낭비되는 일없이, 사용되는 에너지를 더욱 비용 효율적으로 사용할 수 있다.
또한, 이러한 측정 센서는 컴퓨터 제어 가정용 전기 및 배관 시스템과 유리하게 상호연결될 수 있어, 예를 들어 UV 방사원은 특히 레지오넬라 세균의 성장을 억제하기 위해 활성 유체 관류(through-flow)의 유무와 관계없이 일정하거나 상이한 또는 변화하는 방사(radiation) 성능으로 작동될 수 있다.
특히 유리하게, 유동-관통성 하우징은 큐브 또는 실린더의 외부 형태를 취함으로써, 용이한 방식으로 성능을 증가시키기 위해 다중의 동일한 큐브 또는 실린더 및/또는, 유체 처리를 향상시키기 위해 활성탄, 입자 필터 또는 이온 교환기와 같은 다른 처리 요소를 갖는 큐브 또는 실린더가 서로 결합되어 더 큰 길이 또는 높이의 서로 직렬의 큐보이드(cuboids) 또는 실린더를 형성할 수 있다.
본 장치의 특히 바람직한 설계에 따르면, 장치는 "사용 지점"(POU: point of use)에서의, 즉 수도꼭지에서의, 또는 특히 바람직하게는 심지어 아웃렛 피팅의 일부로서의 음용수 제거 지점과 같은 최종 사용자 지점(end-user point)의 전방 또는 최종 사용자 지점에서 테이블 표면(tabletop)의 아래 또는 위에 직접 배치되므로, 최종 사용자는 제거되고 신선하게 멸균된 물이 마시기에 아주 안전하다는 것을 확신할 수 있다.
또한, 장치는 유체 유동-관통성에 대한 추가 처리 단계를 수행할 수 있도록 과산화수소 또는 오존을 도입하기 위한 연결부를 가질 수 있는 것이 유리하다.
본 발명의 유리한 설계의 경우에, 태양전지가 유동-관통성 하우징 또는 커버의 상향 및/또는 외향(outwardly) 유도된 자유 표면 상에 배치되어, 장치가 외부의 파워 서플라이 없이도 작동하며, 방사원에 에너지를 공급하기 위한 적어도 하나의 전기 에너지 저장소(store)가 유동-관통성 하우징 및/또는 커버 내에 배치될 수 있어 상기 장치가 야간에도 작동가능하게 유지될 수 있다는 추가적인 이점이 있다. 유동-관통성 하우징 및/또는 커버 내에 배치된 표시 장치는 유리하게도 사용자에게 예를 들어 외부에서 전력이 공급되거나 또는 배터리로 작동되는 시점에 있는지 또는 배터리가 어떤 충전 상태에 있는지와 같은 장치의 작동 상태에 관한 정보를 제공한다.
결론적으로, 기술된 장치는 와류 운동이 반응기 챔버 내의 유체에 부여되고 유체가 아웃렛에 도달하기 전에 방사원에 근접하게 여러 번 통과하게 되는 유체의 처리에 유리한 방법을 수행하는데 사용될 수 있으므로, 예를 들어 박테리아, 바이러스 및 기생충을 대량으로 제거하는 것과 같은 원하는 품질의 소독이 달성될 수 있도록 하기 위해 소수의 강력한 방사원만으로 충분하다.
본 발명의 예시적인 실시 예가 도면에 기초하여 더 상세히 설명된다.
내부에서 생성된 유체 와류를 갖는 유동-관통성 하우징의 이러한 유리한 설계는 인렛에서 아웃렛으로의 유체에 대해 원칙적으로 요구되는 관류 시간과 비교하여 반응기 챔버에서 상당히 증가된 체류(dwell) 시간을 달성함으로써, 결과적으로 상당히 증가된 UV 선량이 유체의 개별 구성 부분에 적용될 수 있다.
따라서, 본 구성은 그 기능의 결정적인 요소로서 반응기의 내벽에서의 UV 방사의 반사를 사용하지 않으며, 물론 그 효과는 여전히 존재하고, 또한 구조적으로 최적화된 방식으로 사용되지만, 오히려 특히 가능한 한 자주 그리고 가능한 한 근접하게 반응기 챔버에서 가장 효과적인 조사 영역(irradiation zone)으로 유체를 이동시키고, 가능한 한 방사원에 근접하게 통과하도록 하는 것을 목표로 하며, 이는 반응기 챔버로부터 인렛과 아웃렛 사이에서 생성된 회전 유체 와류에 의해 용이하게 효과적으로 수행된다.
본 발명의 요지의 추가로 유리한 설계는 후속하는 종속항 및 이와의 결합으로 달성된다.
도 1은 장치의 제1 변형예의 기본 다이어그램을 단면으로 도시하고,
도 2는 장치의 제2 변형예의 기본 다이어그램을 단면으로 도시하고,
도 3은 태양전지 및 충전지(rechargeable battery)를 갖는 장치의 기본 다이어그램을 부분 단면으로 도시하며,
도 4는 아웃렛 피팅(outlet fitting) 내에 통합된 장치의 기본 다이어그램을 도시한다.
도 2는 장치의 제2 변형예의 기본 다이어그램을 단면으로 도시하고,
도 3은 태양전지 및 충전지(rechargeable battery)를 갖는 장치의 기본 다이어그램을 부분 단면으로 도시하며,
도 4는 아웃렛 피팅(outlet fitting) 내에 통합된 장치의 기본 다이어그램을 도시한다.
유체 처리를 위해 도시된 장치는 유동-관통성 하우징(1; 11)으로 구성된다. 유동-관통성 하우징(1; 11)은 여기서 큐브형 또는 실린더형이지만, 또한 큐보이드형(cuboidal)일 수 있거나 임의의 원하는 외부 공간 형태로 구성될 수 있고, 커버(2; 12)를 구비하며, 또한 하부로부터의 인렛(3; 13), 제1 변형예에서, 상기 인렛으로부터 떨어져 90°로 경사진 아웃렛(6) 또는, 제2 변형예에서, 하향 유도된 아웃렛(16) 및 내벽(5; 15)을 구비한다. 내벽에는 유체 UV LED 방사원(7)이 배치되어 있는데, 커버(2; 12) 내에서 반응기 챔버(4) 내측으로 유도되고, 개별적으로 교환되고 단지 예시로서 24×32×2mm의 일반적으로 사용되는 SD 카드의 크기로 이루어지는 플러그-인(plug-in) 카드(11) 상에 위치된다.
인렛(3; 13)의 후방 및 아웃렛(6)의 전방에서, 장치는 유체 유도 표면(9, 10; 19; 20)을 구비하며, 이는 제1 변형예의 반응기 챔버(4)에서 수평으로 놓여 있는 유체 와류(8)를 생성하고 제2 변형예의 반응기 챔버(14)에서 수직 유체 와류(18)를 생성하며, 유체 자체는 액체 또는 기체 및 바람직하게 액체로서 제공되는 음용수가 될 수 있지만; 다른 액체 식품, 화장품 또는 오일 함유 매체뿐만 아니라 특히 소독되는 배기 공기, 공급 공기 또는 주변 공기와 같은 기체 유체가 처리될 수 있다.
도 1에 도시된 제1 변형예의 유체 와류(8)의 경우에, 그 회전축을 가로지르는 유체 제거와 관련하여, 유체 와류(8)의 회전축 방향으로 동축으로 유체 제거를 수행하는 것도 유사하게 생각할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같은 제거는, 내벽(5)에 접선 방향으로 또는 평행하게 유동하는 유체 와류(8)의 일부로부터, 아웃렛(6)의 전방에 배치된 유체 유도 표면(10) 위로 발생하며, 그로부터 180°로 방향 전환되어, 이후에 다시 아웃렛(6)으로 90°로 다시 한번 유도된다.
제2 변형예의 실런더형 반응기 챔버(14)의 경우에, 유체는 하부 영역에서 유체 유도 표면(19) 위에 접선 방향으로 공급되고, 수직 유체 와류(18)가 생성되고, 이것은 유체 와류의 중심에 축방향으로 배치된 튜브형 유체 유도 플레이트(20)에 대해 와류를 이루고 유체가 먼저 상부 영역에서 유출부(outflow)(16)로 통과하지만, 그 이전에 유체 내에 직접 배치되어 반응기 챔버(14) 내로 단부면에서 방사하는 커버(12) 내의 UV 방사원 아래로 여러 번 통과하게 된다. 여기서, 또한, 대안적으로 또는 추가적으로 방사상으로 또는 다른 반대 단부면으로부터 방사하는 UV 방사원을 사용할 수 있다.
유체 유도 표면(9; 10; 19; 20) 형태의 유동 관련 설계 특징은 이 경우에 큐브 또는 실린더형으로서 구성된 유동-관통성 하우징(1) 내의 단순한 삽입물로서 설계될 수 있으며, 이는 알루미늄, PTFE 또는 이산화 티타늄으로 이루어지거나 또는 그것으로 코팅된다.
제1 변형예의 유동-관통성 하우징(1)의 유체에 대한 인렛(3) 및 아웃렛(4)의 90° 배열은 예를 들어 처리될 유체의 양을 증가시키기 위해 다중 큐브가 서로 결합될 수 있게 하며, 및/또는 상이한 처리 단계를 조합하기 위해, 예를 들어 활성탄 또는 입자 필터를 갖는 큐브가 도 4에 도시된 바와 같이 직렬로 다른 하나의 후방에 연결될 수 있다. 본 장치의 유동-관통성 하우징(1)은 파워 서플라이가 구비된 메인 큐브를 형성하며, 여기에 추가 큐브가 연결될 수 있어, 이들 자신의 전력 연결이 요구되지 않는다.
유사하게, 다중의 활성 유동-관통성 하우징(1; 11)은 하나가 다른 하나의 후방에 배치되거나 다른 하나의 옆에 배치될 수 있고, 제2 변형예의 경우는 실런더형 반응기 챔버(14)를 가지지만, 마찬가지로 큐보이드형 외측 치수 및 그 내부에 대응하여 안내된 인렛(13) 및 아웃렛(16)을 가질 수 있으므로, 또한 제2 변형의 유동-관통성 하우징(11)은 서로 또는 보조 처리 단계의 다른 유동-관통성 하우징과 조립될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 유동-관통성 하우징(1; 11)의 커버(2; 12)는 태양전지(25)로 상방으로 상향 유도된 자유 표면 상에 제공되고, 유사하게 방사원(7)에 에너지를 공급하기 위한 전기 에너지 저장소가 커버(2; 12) 내에 배치된다.
도 4는 3개의 유동-관통성 하우징(1)의 조합을 도시하는데, 이들은 유동-관통성 하우징(1; 11) 내에 배치된 장치의 작동 상태를 표시하는 표시 장치(27)를 갖는 테이블 표면 위에 배치될 수 있다.
1; 11 유동-관통성 하우징
2; 12 커버
3; 13 인렛
4; 14 반응기 챔버
5; 15 내벽
6; 16 아웃렛
7 방사원
8; 18 유체 와류
2; 12 커버
3; 13 인렛
4; 14 반응기 챔버
5; 15 내벽
6; 16 아웃렛
7 방사원
8; 18 유체 와류
Claims (15)
- 커버(2; 12), 인렛(3; 13), 내벽(5; 15)을 갖는 반응기 챔버(4; 14) 및 아웃렛(6; 16)을 구비하는 유동-관통성 하우징(1; 11)을 포함하고, 반응기 챔버(4; 14) 내로 유도된 UV LED 방사원(7) 및 그에 대한 파워 서플라이를 구비한 액체 또는 가스와 같은 유체 처리용 장치로서,
반응기 챔버(4; 14)는 그 주위의 내벽(5, 15)을 갖는 자유 내부 공간으로 구성되고 유동 관련 설계로 제공되며, 방사원(7)은 내벽(5; 15)의 상부 또는 내부에 있는 유체 내에 배치되며, 회전 유체 와류(8; 18)가 유동 관련 설계에 의해 유체 유동-관통성에 부여되고, 방사원(7)은 유체 와류에 외부로부터 내부로 및/또는 측면으로 방사상으로 방사할 수 있도록 유도되며, 유체 와류(8; 18) 내의 유체의 적어도 부분적인 스트림은 반응기 챔버(4; 14)를 떠나기 전에 방사원(7)을 여러 번 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항에 있어서,
유동 관련 설계는 유체 유도 표면(9, 10; 19; 20)의 형태로 인렛(3; 13) 및/또는 아웃렛(6; 16) 내에 배치된 내부 구조물로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
커버(2; 12)는 유동-관통성 하우징(1; 11) 상에 또는 유동-관통성 하우징(1; 11)에 대해 유체 와류(8; 18)의 원주 표면에 평행하게 또는 접선으로 배치된 반응기 챔버(4; 14)를 커버하며,
방사원(7)은 내부 표면(5; 15)의 부분 표면을 형성하는 커버(2; 12) 상에 또는 내에 고정되는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 방사원(7)이 개별 플러그-인 카드(17) 상에 배치되고, 플러그-인 카드(17)를 위한 슬롯이 유동-관통성 하우징(1; 11) 내에 및/또는 커버(2; 12) 내에 제공되며, 슬롯에는 방사원(7)에 전력을 공급하기 위한 접점들이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
실링 하우징(1; 11) 및 커버(2; 12)는 짝결합 외부 및 내부 스레드와, 시일 및 실링 표면을 가지며, 압력 및 액체 기밀 방식으로 서로 나사 연결되는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
반응기 챔버(4; 14) 표면의 적어도 유동 관련 설계 특징부 또는 다른 부분은 알루미늄, PTFE 또는 이산화 티타늄으로 이루어지거나 또는 그것으로 코팅되며, 작동 중에 광촉매 셀프 클리닝이 진행되는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
액체 품질 파라미터를 측정하기 위한 측정 센서(23)가 반응기 챔버(4; 14) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제7항에 있어서,
측정 센서(23)는 컴퓨터 제어 가정용 전기 및 배관 시스템에 연결되며, UV 방사원은 활성 유체 관류의 유무와 관계없이 일정하거나 상이한 또는 변화하는 방사 세기로 후자에 의해 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
유동-관통성 하우징(1, 11)은 큐브 또는 실린더의 외부 형태를 취하거나, 성능을 증가시키기 위해 다중의 동일한 큐브 또는 실린더 및/또는, 유체 처리를 향상시키기 위해 활성탄, 입자 필터 또는 이온 교환기와 같은 다른 처리 요소를 갖는 큐브 또는 실린더가 서로 결합되어 더 큰 길이/높이의 큐보이드 또는 실린더를 형성하는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
장치는 "사용 지점"(POU: point of use)에서의 또는 아웃렛 피팅의 일부로서의 음용수 제거 지점과 같은 최종 사용자 지점의 전방 또는 최종 사용자 지점에서 테이블 표면의 아래 또는 위에 직접 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
과산화수소 또는 오존과 같은 유체 처리 물질을 도입하기 위한 연결부(21; 22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
태양전지(25)는 유동-관통성 하우징(1; 11) 또는 커버(2; 2)의 상향 및/또는 외향 유도된 자유 표면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
방사원(7)에 에너지를 공급하기 위한 적어도 하나의 전기 에너지 저장소가 유동-관통성 하우징(1; 11) 및/또는 커버(2; 12) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
장치의 작동 상태를 표시하기 위한 표시 장치가 유동-관통성 하우징(1; 11) 및/또는 커버(2; 12) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따르는 유체 처리용 장치의 용도로서,
와류 운동이 반응기 챔버(4; 14) 내의 유체에 부여되며, 적어도 부분적인 양의 유체가 아웃렛(6; 16)에 도달하기 전에 방사원(7)에 근접하게 여러 번 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는 유체 처리용 장치의 용도.
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