KR20190007353A - 태양광을 이용한 온수·온풍기 - Google Patents

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Abstract

태양광을 이용한 온수·온풍기에 관한 것으로, 내부공간이 형성된 케이스; 태양광을 집광하도록 상기 케이스의 상면에 설치되는 집광부재; 상기 집광부재에서 집광된 태양광에 의해 물이 가열되도록 내부에 물이 저장된 저장탱크;를 마련하여 태양광의 집광으로 온수와 온풍을 공급할 수 있고, 다수의 집광판에 의해 탱크본체의 물을 신속하게 가열시킬 수 있으며, 다수의 집광판을 동심원 형상으로 형성하여 집광 효율을 높일 수 있고, 집광된 태양광에 의해 내부공간에 채워진 공기를 가열시켜 온풍으로 사용할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

태양광을 이용한 온수·온풍기{Hot Water and Hot Air using Sunlight}
본 발명은 온수·온풍기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 집열판으로 태양광을 집열하여 온수 및 온풍을 공급하는 태양광을 이용한 온수·온풍기에 관한 것이다.
일반적으로 대체에너지 개발은 미래 에너지원 확보 및 환경보호 차원의 환경 친화적 에너지자원 개발과 활용이라는 측면과 GR, TR, WTO 등 국제환경 관련 조약에 능동적으로 대처하기 위해 그 중요성이 매우 증가하고 있다.
따라서 대체에너지 자원 중 무한정, 무공해한 태양에너지의 이용기술 개발 및 실용화는 매우 시급하다.
현재 지구상의 인류는 해결하지 않으면 안 될 두 가지 문제에 직면해 있다. 첫째는 인류가 사용하는 석유, 석탄 등 화석에너지의 고갈문제이며, 둘째는 화석에너지의 사용증가에 따른 지구온난화를 막기 위한 기후변화협약의 이행문제다.
인류가 영원히 사용할 수 있다고 생각했던 화석에너지는 지금과 같은 양으로 계속해 사용한다면 석유는 40년, 석탄은 2백10년, 천연가스 65년, 우라늄은 50년 후면 고갈된다고 한다.
이같이 어려운 문제 해결에 소위 '미래에너지' 또는 '그린에너지'라 불리는 청정 대체에너지가 각광을 받고 있으며, 이에 따라 각국은 대체에너지의 개발과 보급에 막대한 투자를 하고 있다.
대체에너지는 태양광, 태양열, 풍력조절, 지열, 연료전지, 수소에너지, 폐기물에너지 등을 들 수 있다.
태양은 표면 온도가 6,000 이고, 중심부의 온도는 약 1,500만 에 이르므로 막대한 양의 열과 빛을 내놓는데, 지구는 태양으로부터 약 1억 5,000만km 떨어져 있기 때문에, 지구에 이르는 태양 복사 에너지의 양(태양 상수)은 약 2cal에 지나지 않는다.
태양광은 석탄, 석유, 천연가스, 원자력 등의 에너지에 비하여 설비만 갖춰지면 추가적인 비용 없이도 반영구적으로 자급자족이 가능하고, 특히 환경친화적인 장점이 있다.
따라서 태양열 또는 태양광을 이용한 친환경적인 주택에 대한 관심이 높아지고 있다.
또한 지열이나 대기열을 이용하여 냉난방을 하기 위하여 개발된 지열히트펌프, 대기열히트펌프가 건물의 냉난방에 활용되고 있다.
이러한 지열 또는 대기열히트펌프에 대하여 간략하게 살펴보면, 낮은 온도에서 높은 온도로 열을 끌어올리도록 구성되어 있어 일반적으로 열은 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 성질과는 반대이다.
상기 지열 또는 대기열 히트펌프는 최초에 냉장고, 냉동고, 에어컨과 같이 압축된 냉매를 증발시켜 주위의 열을 빼앗는 용도로 개발되었다.
그러나 지금은 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원(熱源)을 고온으로 전달하는 냉방장치, 고온의 열원을 저온으로 전달하는 난방장치, 냉난방 겸용장치를 포괄하는 의미로 쓰인다.
상기와 같은 대체에너지로서 태양 에너지를 이용하기 위한 여러가지 장치, 즉 태양(광)전지, 태양열 난방장치 등이 개발되고 있다.
이러한 개발 과정에서 태양에너지를 효율적으로 이용하기 위한 태양전지 모듈 구동 시스템의 개발이 절실하다.
태양전지 모듈은 인적이 없는 곳에 대형으로 설치되는 경우도 있지만, 전체적인 태양에너지의 효율적인 이용을 위하여는 태양전지 모듈이 사람의 통행량이 빈번한 도시 내부에 가로등 기둥의 상부 등에 소규모로 매우 많은 곳에 설치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 소규모의 태양전지 모듈을 매우 많은 곳에 설치할 경우 다음과 같은 문제점이 있다.
하나의 태양전지 모듈에서 발생할 수 있는 전력량은 비교적 적은 편이며, 또한 태양의 위치는 시간의 경과에 따라 그 위치가 변화되며, 태양전지 모듈에서 발생할 수 있는 전력량은 태양전지 모듈이 태양을 곧바로 향하고 있을 때 최대가 된다.
따라서 태양전지 모듈이 태양을 곧바로 향하기 위하여는 태양전지 모듈의 배치 방향이 시간의 경과에 따라 변화할 수 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 종래의 태양광의 활용도는 주로 발전에 한정되어 사용되고 있는 실정이며, 태양광을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 장치의 개발이 필요한 실정이다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 '태양열 온풍기'가 개시되어 있다.
하기 특허문헌 1에 따른 태양열 온풍기는 플랙시블한 합성수지 재질로 형성하되, 투명 또는 반투명으로 형성되고, 중심을 기준으로 제1 부재 및 제2 부재로 이등분되며, 상기 제1 부재 및 제2 부재가 결합되었을 시 공기가 유입되도록 하나 이상으로 형성되는 공기유입경로, 상기 제2 부재의 표면 또는 이면이 흑색으로 코팅, 흑색 금속판 또는 흑색 종이를 부착되거나, 상기 제2 부재의 테두리에 삽입홈이 형성되어 상기 삽입홈에 흑색의 금속박판 또는 흑색의 종이가 삽입됨으로써 햇빛을 흡수하는 흡열부를 구비한다.
상기 제1 및 제2 부재의 양측으로 제1 부재에는 제1 날개부, 제2 부재에는 제2 날개부가 각각 연결되되, 상기 제1 날개부에는 하나 이상이 형성되는 결합돌기와 상기 결합돌기와 대응되는 위치에 상기 결합돌기를 수용하도록 상기 제2 날개부에 수용돌기가 형성되는 날개부를 구비한다.
건축물 창문 유리의 실내측에 상기 제2 부재의 오목부가 태양과 대향되어 태양빛의 흡수를 용이하도록 하기 위해 상기 제1 날개부의 외측면에 흡착판, 자석, 고리 또는 양면테이프 중 어느 하나로 구성하여 창문의 실내측 표면에 탈부착 가능하게 구비되는 탈부착수단을 포함한다.
하기 특허문헌 2에는 '태양광을 이용한 공기조화기'가 개시되어 있다.
하기 특허문헌 2에 따른 태양광을 이용한 공기조화기는 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양 전지와, 열교환을 수행하는 실내기 및 실외기를 구비하고, 상기 태양광 전력이 상기 냉방 운전시의 보조 전력 보다 큰 경우, 상용 교류 전원으로부터의 상용 전력과 상기 태양 전지에서 발전된 태양광 전력을, 상기 실내기의 냉방 운전시의 필요 전력으로 사용하며, 상기 실내기는 상기 실내기의 냉방 운전 시, 상기 태양 전지로부터의 상기 직류 전원의 레벨을 변환하는 dc/dc 컨버터, 상기 상용 교류 전원의 입력을 스위칭하는 교류 전원 스위칭부를 구비한다.
상기 입력되는 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터 및 상기 레벨 변환된 직류 전원 및 상기 컨버터에서 변환된 직류 전원을 평활하는 평활 커패시터, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 평활 커패시터의 직류 전원을 상기 스위칭 소자의 동작에 의해, 소정 주파수의 교류 전원으로 출력하여, 팬 모터를 구동하는 인버터 및 상기 인버터를 제어하는 실내기 제어부를 구비한다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2015-0014842호 대한민국 특허 공개번호 제10-2011-0106150호
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양광의 집광으로 탱크에 수용된 물을 가열시켜 온수를 공급함은 물론 태양광의 집광으로 공기를 가열시켜 온풍을 공급하는 태양광을 이용한 온수·온풍기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 태양광의 집광으로 온수와 온풍을 동시에 공급할 수 있는 태양광을 이용한 온수·온풍기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기는 내부공간이 형성된 케이스; 태양광을 집광하도록 상기 케이스의 상면에 설치되는 집광부재; 상기 집광부재에서 집광된 태양광에 의해 물이 가열되도록 내부에 물이 저장된 저장탱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 케이스는 일측에 물이 공급되는 파이프가 설치되도록 형성되는 제1 구멍; 타측에 물이 배출되는 파이프가 설치되도록 형성되는 제2 구멍; 상기 케이스의 내부공간에 공기가 유입되도록 형성되는 유입구; 상기 내부공간에서 가열된 고온의 공기가 배출되도록 형성되는 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 집광부재는 상기 케이스의 상면 양측에 설치되는 한 쌍의 거치구; 상기 한 쌍의 거치구 사이에 소정 높이로 이격되게 설치되는 한 쌍의 투광판; 상기 한 쌍의 투광판 사이에 일정 간격으로 배치되는 집광판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 집광판은 태양광의 집광이 양호하게 이루어지도록 형성되는 동심원;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 저장탱크는 물이 공급되도록 설치되는 공급파이프; 상기 공급파이프의 일측에 설치되는 다수의 탱크본체; 상기 탱크본체에서 가열된 온수가 배출되도록 설치되는 배출파이프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기에 의하면, 태양광의 집광으로 온수와 온풍을 공급할 수 있고, 다수의 집광판에 의해 탱크본체의 물을 신속하게 가열시킬 수 있으며, 다수의 집광판을 동심원 형상으로 형성하여 집광 효율을 높일 수 있고, 집광된 태양광에 의해 내부공간에 채워진 공기를 가열시켜 온풍으로 사용할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기를 도시한 분해 입체도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기를 도시한 분해 입체도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기를 도시한 분해 입체도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기를 도시한 평면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기를 도시한 단면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기를 도시한 분해 입체도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기를 도시한 분해 입체도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기를 도시한 분해 입체도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기는 내부공간(11)이 형성된 케이스(10), 태양광을 집광하도록 상기 케이스(10)의 상면에 설치되는 집광부재(20), 상기 집광부재(20)에서 집광된 태양광에 의해 물이 가열되도록 내부에 물이 저장된 저장탱크(30)를 포함한다.
이와 같은 본 발명의 태양광을 이용한 온수·온풍기는 태양광의 집광으로 저장탱크(30)에 수용된 물을 고온으로 가열시킴과 함께 케이스(10) 내부의 내부공간(11)에 채워진 공기를 가열시켜 온수와 온풍을 함께 공급되게 한다.
즉, 저장탱크(30)에서 가열된 온수는 축열식 온수탱크(미도시)에 저장하여 사용할 수 있도록 하고, 저장탱크(30)에서 가열된 온풍은 축열식 공기탱크(미도시)에 저장하여 사용할 수 있도록 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기는 내부공간(11)이 형성된 케이스(10), 상기 케이스(10)의 상면에 설치되는 집광부재(20) 및 상기 집광부재(20)에 의해 물이 가열되는 저장탱크(30)로 이루어진다.
상기 케이스(10)는 일측에 물이 공급되는 파이프가 설치되도록 형성되는 제1 구멍(12), 타측에 물이 배출되는 파이프가 설치되도록 형성되는 제2 구멍(13), 상기 케이스(10)의 내부공간(11)에 공기가 유입되도록 형성되는 유입구(14), 상기 내부공간(11)에서 가열된 고온의 공기가 배출되도록 형성되는 배출구(15)를 포함한다.
상기 케이스(10)는 대략 장방형으로 이루어지는데, 저장탱크(30)가 설치되도록 내부에 내부공간(11)이 형성된다. 즉, 내부공간(11)에는 저장탱크(30)가 설치됨은 물론 공기가 채워지도록 형성된다.
상기 케이스(10)에는 저장탱크(30)에 물이 공급될 수 있도록 공급파이프(31)가 설치되는 제1 구멍(12)이 형성되고, 상기 저장탱크(30)에서 가열된 온수가 배출될 수 있도록 배출파이프(33)가 설치되는 제2 구멍(13)이 형성된다.
아울러 케이스(10)에는 내부공간(11)에 공기가 유입되도록 유입구(14)가 형성되고, 내부공간(11)에서 가열된 고온의 공기가 배출되도록 배출구(15)가 형성된다.
상기 유입구(14)에는 외부의 공기가 내부로 공급되도록 팬(미도시) 등이 설치될 수 있음은 물론이다.
상기 케이스(10)의 상면에는 태양광을 집광하는 집광부재(20)가 설치된다. 상기 집광부재(20)는 태양광을 내부공간(11)으로 집광하여 줌으로써 내부공간(11)에 있는 공기를 가열시킴은 물론 저장탱크(30)에 집광된 광원을 조사(助射)하여 저장탱크(30)에 채워진 물을 고온으로 가열시킨다.
상기 집광부재(20)는 상기 케이스(10)의 상면 양측에 설치되는 한 쌍의 거치구(21), 상기 한 쌍의 거치구(21) 사이에 소정 높이로 이격되게 설치되는 한 쌍의 투광판(24), 상기 한 쌍의 투광판(24) 사이에 일정 간격으로 배치되는 집광판(27)을 포함한다.
상기 거치구(21)는 투광판(24) 및 집광판(27)을 안정되게 설치하기 위한 것으로, 거치구(21)는 케이스(10)의 양측 상면에 안착되도록 형성되는 안착부(22)와 투광판(24)이 설치되도록 내측으로 연장 형성되는 거치부(23)로 이루어진다.
즉, 안착부(22)는 대략 '∩'자 형상으로 형성되고, 거치부(23)는 투광판(24)이 안정되게 놓이도록 내측으로 연장 형성된다.
상기 거치부(23)의 상면에는 투광판(24)이 설치되며, 상기 투광판(24)은 거치부(23)의 상면에 설치되는 제1 투광판(25)과 상기 제1 투광판(25)의 상면으로 소정 높이만큼 이격된 제2 투광판(26)으로 이루어진다.
상기 투광판(24)은 태양광이 투과되도록 투명한 재질로 이루어지는데, 투명한 유리 재질 또는 투명한 합성수지 재질로 이루어진다.
상기 제1 투광판(25)과 제2 투광판(26) 사이에는 태양광을 모아주는 집광판(27)이 설치된다. 아울러 집광판(27)에는 태양광의 집광이 효율적으로 이루어지도록 동심원 형상으로 형성된다.
한편 집광판(27)은 집광이 이루어지도록 동심원띠 형상으로 형성될 뿐만 아니라 투명한 유리 또는 합성수지 재질로 이루어진다.
상기 저장탱크(30)는 물이 공급되도록 설치되는 공급파이프(31), 상기 공급파이프(31)의 일측에 설치되는 다수의 탱크본체(32), 상기 탱크본체(32)에서 가열된 온수가 배출되도록 설치되는 배출파이프(33)를 포함한다.
상기 저장탱크(30)는 집광부재(20)에 의해 물을 가열시켜 온수를 공급하는 것으로, 탱크본체(32)의 일측에 물을 공급하는 공급파이프(31)가 연결 설치되고, 탱크본체(32)의 타측에 온수를 배출하는 배출파이프(33)가 연결 설치된다.
다음 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기의 결합관계를 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기를 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기는 내부공간(11)이 형성된 케이스(10)에 외부 공기가 내부로 공급되게 유입구(14)를 형성하고, 케이스(10) 내부에서 가열된 온풍이 배출되게 배출구(15)를 형성한다.
또 케이스(10)의 상면에는 태양광을 집광하는 집광부재(20)를 설치하며, 케이스(10)의 내부에는 저장탱크(30)를 설치한다.
또한 케이스(10)에는 공급파이프(31)가 설치되도록 제1 구멍(12)을 형성하고, 배출파이프(33)가 설치되도록 제2 구멍(13)을 형성한다.
상기 집광부재(20)는 케이스(10)의 상면에 거치구(21)를 설치하며, 상기 거치구(21)는 안착부(22)를 케이스(10)의 상면에 끼워 결합하고, 내측으로 위치한 거치부(23)의 상면에는 제1 투광판(25)을 설치한다.
아울러 제1 투광판(25)의 상면에는 태양광을 집광하는 집광판(27)을 설치하게 되는데, 상기 집광판(27)은 사각형 또는 원형으로 이루어져 일정 간격으로 배치된다.
즉, 집광판(27)은 제1 투광판(25)의 상면에 일정 간격으로 다수 설치되며, 집광판(27)은 필요에 따라 그 크기를 다르게 하여 설치할 수 있음은 물론이다.
또 집광판(27)의 상면에는 제2 투광판(26)을 설치하여 집광판(27)을 안정되게 고정시킨다. 상기 집광판(27)은 제1 투광판(25)과 제2 투광판(26)에 의해 안정되게 설치된 상태를 유지되게 한다.
상기 케이스(10)의 내부에는 집광판(27)에서 집광된 태양광에 의해 물을 가열시키는 저장탱크(30)가 설치된다. 상기 저장탱크(30)는 제1 구멍(12)에 공급파이프(31)를 설치하고, 제2 구멍(13)에 배출파이프(33)를 설치한다.
상기 공급파이프(31)와 배출파이프(33) 사이에는 물이 저장되는 탱크본체(32)를 설치한다.
다음 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광을 이용한 온수·온풍기의 작동방법을 설명한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광을 이용한 온수·온풍기는 공급파이프(31)를 통해 탱크본체(32)에 물이 공급되며, 태양광은 집광부재(20)의 집광판(27)에 의해 집광된다.
이렇게 집광판(27)에 의해 집광된 태양광은 탱크본체(32)에 가해지게 되고, 집광된 태양광은 탱크본체(32)를 가열시키게 된다. 즉, 태양광은 집광됨에 따라 고온의 열로 탱크본체(32)를 가열시키게 된다.
상기 탱크본체(32)에 채워진 물은 집광된 태양광에 의해 가열되어 온수로 전환되고, 가열된 온수는 배출파이프(33)를 통해 축열식 온수탱크로 공급된다.
이와 같이 탱크본체(32)는 공급파이프(31)를 통해 공급된 물을 가열시키게 되고, 가열된 온수는 배출파이프(33)를 통해 축열식 온수탱크로 배출되며, 사용자는 축열식 온수탱크에 저장된 온수를 사용하게 된다.
한편 케이스(10)의 내부공간(11)에는 유입구(14)를 통해 외부의 공기가 내부공간(11)으로 유입되고, 상기 내부공간(11)에는 집광판(27)에 의해 내부공기가 가열된다. 즉, 내부공기는 집광판(27)에서 조사되는 집광열에 의해 가열되어 배출구(15)를 통해 축열식 공기탱크로 공급된다.
이렇게 가열된 공기는 온풍기(미도시)를 통해 실내에 공급되어 실내를 적정 온도로 가온시키게 된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10: 케이스 11: 내부공간
12: 제1 구멍 13: 제2 구멍
14: 유입구 15: 배출구
20: 집광부재 21: 거치구
22: 안착부 23: 거치부
24: 투광판 25: 제1 투광판
26: 제2 투광판 27: 집광판
30: 저장탱크 31: 공급파이프
32: 탱크본체 33: 배출파이프

Claims (5)

  1. 내부공간이 형성된 케이스;
    태양광을 집광하도록 상기 케이스의 상면에 설치되는 집광부재;
    상기 집광부재에서 집광된 태양광에 의해 물이 가열되도록 내부에 물이 저장된 저장탱크;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 온수·온풍기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 일측에 물이 공급되는 파이프가 설치되도록 형성되는 제1 구멍;
    타측에 물이 배출되는 파이프가 설치되도록 형성되는 제2 구멍;
    상기 케이스의 내부공간에 공기가 유입되도록 형성되는 유입구;
    상기 내부공간에서 가열된 고온의 공기가 배출되도록 형성되는 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 온수·온풍기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집광부재는 상기 케이스의 상면 양측에 설치되는 한 쌍의 거치구;
    상기 한 쌍의 거치구 사이에 소정 높이로 이격되게 설치되는 한 쌍의 투광판;
    상기 한 쌍의 투광판 사이에 일정 간격으로 배치되는 집광판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 온수·온풍기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 집광판은 태양광의 집광이 양호하게 이루어지도록 형성되는 동심원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 온수·온풍기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저장탱크는 물이 공급되도록 설치되는 공급파이프;
    상기 공급파이프의 일측에 설치되는 다수의 탱크본체;
    상기 탱크본체에서 가열된 온수가 배출되도록 설치되는 배출파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 온수·온풍기.
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