KR20190045946A - 상용차용 스크루 압축기 시스템 - Google Patents

상용차용 스크루 압축기 시스템 Download PDF

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길레스 헤브라드
장-밥티스트 마레스코
요르그 멜라
토마스 바인홀드
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크노르-브렘제 시스테메 퓌어 누츠파조이게 게엠베하
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Abstract

본 발명은 상용차용 스크루 압축기 시스템(100)에 관한 것으로, 적어도 하나의 스크루 압축기(10), 적어도 하나의 스크루 압축기 구동 장치 및 적어도 하나의 제어- 및/또는 조절 유닛(110)을 포함하고, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛(110)은 스크루 압축기 구동 장치에 연결되고, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛(110)은, 스크루 압축기(10)의 작동 시 스크루 압축기 구동 장치의 정지 시간과 스위치 온 시간의 비를 모니터링하도록 그리고 이러한 비를 미리 정해진 범위로 제어 및/또는 조절하도록 구성 및 설계된다.

Description

상용차용 스크루 압축기 시스템
본 발명은 적어도 하나의 스크루 압축기 및 스크루 압축기의 구동 제어 및/또는- 조절을 위한 적어도 하나의 제어- 및/또는 조절 유닛을 포함하는 상용차용 스크루 압축기 시스템에 관한 것이다.
선행 기술에 상용차용 스크루 압축기들이 공개되어 있다. 이러한 스크루 압축기들은, 예를 들어 상용차의 브레이크 시스템을 위해 필요한 압축 공기를 제공하기 위해 사용된다.
이와 관련해서 특히 오일로 채워진 압축기, 특히 스크루 압축기도 공개되어 있고, 이러한 압축기에는 오일 온도를 조절하는 과제가 부여된다. 이는 일반적으로, 외부 오일 냉각기가 존재하고, 상기 오일 냉각기는 온도 조절 밸브에 의해 오일로 채워진 압축기 및 오일 순환계에 연결됨으로써 달성된다. 오일 냉각기는 서로 분리된 2개의 순환계를 포함하는 열 교환기이고, 이 경우 제 1 순환계는 고온 액체, 즉 압축기 오일을 위해 제공되고, 제 2 순환계는 냉각액을 위해 제공된다. 냉각액으로서 예를 들어 공기, 부동제 또는 다른 오일을 포함하는 혼합수가 사용될 수 있다.
이러한 오일 냉각기는 튜브 또는 호스를 통해 압축기 오일 순환계에 연결되어야 하고, 오일 순환계는 누출이 방지되어야 한다.
이러한 외부 체적은 또한 오일로 채워져야 하므로, 전체 오일량도 증가한다. 이로 인해 시스템 관성이 커진다. 또한, 오일 냉각기는, 주위에 있는 홀더에 의해 또는 별도의 홀더에 의해 기계적으로 배치되어 고정되어야 하고, 이는 추가 고정 수단은 물론 조립 공간을 필요로 한다.
US 4,780,061 호에 통합된 오일 냉각부를 갖는 스크루 압축기가 이미 공개되어 있다.
또한, DE 37 17 493 A1호는 콤팩트한 하우징 내에 배치되며 스크루 압축기의 전기 모터에 오일 냉각기를 갖는 스크루 압축기-장치를 기술한다.
일반적인 스크루 압축기는 예를 들어 DE 10 2004 060 417 B4호에 공개되어 있다.
본 발명의 과제는, 특히 스크루 압축기의 구동 제어 및/또는 -조절이 간단해지고 신뢰적으로 구현될 수 있도록, 전술한 방식의 상용차용 스크루 압축기 시스템을 바람직하게 개선하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 상용차용 스크루 압축기 시스템에 의해 해결된다. 따라서 상용차용 스크루 압축기 시스템이 적어도 하나의 스크루 압축기, 적어도 하나의 스크루 압축기 구동 장치 및 적어도 하나의 제어- 및/또는 조절 유닛을 포함하고, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛은 스크루 압축기 구동 장치에 연결되고, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛은, 스크루 압축기의 작동 시 스크루 압축기 구동 장치의 정지 시간과 스위치 온 시간의 비를 모니터링하도록 그리고 이 비를 미리 정해진 범위로 제어 및/또는 조절하도록 구성 및 설계되는 것이 제공된다.
본 발명은, 정지 시간과 스위치 온 시간의 비에 의해 전반적으로 스크루 압축기의 온도도 함께 결정된다는 기본 사상에 기초한다. 스크루 압축기의 설계에 따라, 정지 시간과 스위치 온 시간의 비를 미리 정해진 범위로 조절함으로써 스크루 압축기를 매우 좁은 작동 온도 범위에서 작동할 수 있으면 충분하다. 서로 맞물리는 스크루 및 스크루 압축기를 통해 안내되는 오일과 압축된 공기는 열 발생을 야기하므로, 스크루 압축기 구동 장치의 정지 시간과 스위치 온 시간의 비를 적절하게 선택함으로써 동시에 스크루 압축기의 열도 제어 및/또는 조절될 수 있고, 즉 설정될 수 있다.
예를 들어, 제어- 및/또는 조절 유닛은 스크루 압축기 시스템, 즉 스크루 압축기 또는 스크루 압축기 구동 장치의 구성 요소인 것이 제공될 수 있다. 이로써 콤팩트한 구조가 형성되고, 외부 부품들에 액세스할 필요가 없다.
기본적으로, 제어- 및/또는 조절 유닛은 상용차의 공조 시스템의 구성 요소인 것이 고려될 수도 있다. 이 경우 간단하게 함께 이용될 수 있는 해당하는 제어부는 이미 존재한다.
또한, 제어- 및/또는 조절 유닛은 상용차의 엔진- 또는 차량 제어부의 구성 요소인 것이 고려될 수 있다. 이 경우에도, 상용차의 이미 존재하는 부품들에 액세스할 수 있다.
기본적으로, 제어- 및/또는 조절 유닛은 별도의 제어- 및/또는 조절 유닛으로서 형성되는 것이 고려될 수도 있다. 이는, 예를 들어 간단한 조립과 간단한 교체 또는 간단한 업그레이드를 가능하게 한다.
또한, 상기 범위는, 스위치 온 시간이 대략 20 내지 50%, 특히 > 30%인, 정지 시간 대 스위치 온 시간의 비가 주어지도록 선택되는 것이 제공될 수 있다. 작동 온도를 실질적으로 일정하게 보장할 수 있기 위해, 스위치 온 시간이 대략 20 내지 40%, 특히 > 30%인, 정지 시간 대 스위치 온 시간의 이러한 비가 비교적 바람직한 것으로 입증되었다. 또한, > 30%의 스위치 온 시간을 갖는 정지 시간 대 스위치 온 시간의 비를 보장함으로써, 작동 온도는 스크루 압축기 내부에 수분 축적과 결로도 확실하게 방지하기에 충분한 높이로 유지된다.
또한, 제어- 및/또는 조절 유닛은, 스크루 압축기 구동 장치의 정지 시간과 스위치 온 시간의 비가 미리 정해진 범위 내로 유지되도록 하는 식으로 스크루 압축기 구동 장치의 회전 속도에 영향을 미치도록, 구성 및 설계되는 것이 제공될 수 있다. 실질적으로 이 경우, 스크루 압축기의 전체 작동 시간에 걸쳐 일정한 양의 압축 공기가 제공되어야 하고 압축 공기 생성이 일정한 경우에 전체 작동 시간에 걸쳐 스크루 압축기 구동 장치의 회전 속도의 한정 또는 제한 또는 증가에 의해 스크루 압축기 구동 장치의 정지 시간과 스위치 온 시간의 비도 영향을 받고 따라서 미리 정해진 범위에서 유지될 수 있는 것이 가정된다.
특히, 제어- 및/또는 조절 유닛은, 스크루 압축기 구동 장치의 회전 속도가 항상 최소 회전 속도보다 높게 유지되도록 구성 및 설계되는 것이 제공될 수 있다. 회전 속도를 최소 회전 속도보다 높게 유지하는 이러한 가능한 방법은, 소정의 최소 회전 속도부터 비로소 출력 손실의 제한이 발생하고, 스크루 압축기 구동 장치는, 일정한 양의 압축 공기를 생성하기 위해 보다 적은 에너지를 필요로 한다는 기본 사상에 기초한다. 다시 말해서, 이로 인해 스크루 압축기의 효율이 전체적으로 개선될 수 있다. 즉, 예를 들어, 분당 대략 1500 내지 2500회전의 최소 회전 속도 미만에서 출력 손실이 크게 증가할 수 있으므로, 이러한 최소 회전 속도의 미달은 가능한 한 방지되어야 한다는 것이 공개되어 있다.
본 발명의 다른 세부 사항과 장점들은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 스크루 압축기의 개략적인 단면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 스크루 압축기 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련해서 스크루 압축기(10)를 개략적인 단면도에 도시한다.
스크루 압축기(10)는 여기에 상세히 도시되지 않은 전기 모터에 스크루 압축기(10)를 기계적으로 고정하기 위한 고정 플랜지(12)를 갖는다.
입력 샤프트(14)가 도시되고, 상기 입력 샤프트를 통해 전기 모터로부터 2개의 스크루(16, 18) 중 하나에, 예컨대 스크루(16)에 토크가 전달된다.
스크루(18)는 스크루(16)와 맞물리고, 이것에 의해 구동된다.
스크루 압축기(10)는 하우징(20)을 갖고, 상기 하우징 내에 스크루 압축기(10)의 주요 부품들이 배치된다.
하우징(20)은 오일(22)로 채워진다.
공기 유입측에, 스크루 압축기(10)의 하우징(20)에 유입 포트(24)가 제공된다. 유입 포트(24)는, 거기에 공기 필터(26)가 배치되도록 형성된다. 또한, 공기 유입 포트(24)에 방사방향으로 공기 유입부(28)가 제공된다.
유입 포트(24)와 유입 포트(24)가 하우징(20)에 부착되는 위치 사이의 영역에, 여기에서 축방향 밀봉부로서 구현된 스프링 하중을 받는 밸브 인서트(30)가 제공된다.
이러한 밸브 인서트(30)는 체크 밸브로써 이용된다.
밸브 인서트(30)의 하류에 공기 공급 채널(32)이 제공되고, 상기 공기 공급 채널은 2개의 스크루(16, 18)에 공기를 공급한다.
2개의 스크루(18, 18)의 출력측에 상승관(36)을 갖는 공기 배출관(34)이 제공된다.
상승관(36)의 단부 영역에 온도 센서(38)가 제공되고, 상기 온도 센서에 의해 오일 온도가 모니터링될 수 있다.
또한, 공기 오일 분리 부재(42)를 위한 홀더(40)가 공기 배출 영역 내에 제공된다.
공기 오일 분리 부재를 위한 홀더(40)는 조립된 상태에서(도 1에도 도시된 바와 같이) 바닥을 향한 영역에 공기 오일 분리 부재(42)를 갖는다.
또한, 공기 오일 분리 부재(42)의 내부에 적절한 필터 스크린 또는 공개된 필터- 및 오일 분리 장치(44)가 제공되고, 상기 장치는 상세히 설명되지 않는다.
조립되어 작동 준비된 상태(즉 도 1에 도시된 바와 같이)와 관련해서, 공기 오일 분리 부재를 위한 홀더(40)는 중앙 상부 영역에 배기구(46)를 갖고, 상기 배기구는 체크 밸브(48)와 최소 압력 밸브(50)로 안내된다. 체크 밸브(48)와 최소 압력 밸브(50)는 공통의 결합된 밸브 내에 형성될 수도 있다.
체크 밸브(48)에 이어서 공기 배출부(51)가 제공된다.
공기 배출부(51)는 일반적으로 적절하게 공개된 압축 공기 소비 장치에 연결된다.
공기 오일 분리 부재(42)에 있는 분리된 오일(22)을 다시 하우징(20) 내로 돌려보내기 위해, 상승관(52)이 제공되고, 상기 상승관은 하우징(20) 내로 합류 시 공기 오일 분리 부재(42)를 위한 홀더(40)의 끝에서 필터- 및 체크 밸브(54)를 갖는다.
필터- 및 체크 밸브(54)의 하류에 하우징 보어 내에 노즐(56)이 제공된다. 오일 회수관(58)은 스크루(16) 또는 스크루(18)의 대략 중앙 영역으로 회수되므로, 상기 스크루에 다시 오일(22)이 공급될 수 있다.
조립된 상태에서 하우징(20)의 바닥 영역 내에 오일 배출 스크루(59)가 제공된다. 오일 배출 스크루(59)에 의해 해당하는 오일 배출 개구가 개방될 수 있고, 상기 개구를 통해 오일(22)이 배출될 수 있다.
하우징(20)의 하부 영역에 또한 숄더(60)가 제공되고, 상기 숄더에 오일 필터(62)가 고정된다. 하우징(20) 내부에 배치된 오일 필터 유입 채널(64)을 통해 오일(22)이 먼저 온도 조절 밸브(66)로 안내된다.
온도 조절 밸브(66) 대신 제어- 및/또는 조절 장치가 제공될 수 있고, 상기 장치를 이용해서 하우징(20) 내부에 있는 오일(22)의 오일 온도가 모니터링되어 설정값으로 조절될 수 있다.
온도 조절 밸브(66)의 하류에 오일 필터(62)의 오일 유입부가 제공되고, 상기 오일 유입부는 중앙 회수관(68)을 통해 오일(22)을 다시 스크루(18) 또는 스크루(16)로 및 샤프트(14)의 오일 윤활식 베어링(70)에도 안내한다. 베어링(70)의 영역에는 또한 노즐(72)이 제공되고, 상기 노즐은 회수관(68)과 관련해서 하우징(20) 내에 제공된다.
냉각기(74)는 숄더(60)에 접속된다.
하우징(20)의 상부 영역에 (조립된 상태와 관련해서) 안전밸브(76)가 배치되고, 상기 밸브에 의해 하우징(20) 내부의 과도한 압력이 감소할 수 있다.
최소 압력 밸브(50) 앞에 바이패스 관(78)이 배치되고, 상기 바이패스 관은 릴리프 밸브(80)로 안내된다. 공기 공급부(32)와의 연결에 의해 제어되는 이러한 릴리프 밸브(80)를 통해 공기 유입부(28)의 영역 내로 공기가 돌려보내질 수 있다. 상기 영역에 상세히 도시되지 않은 환기 밸브 및 노즐(공급관의 직경 감소부)도 제공될 수 있다.
또한, 하우징(20)의 외벽에 대략 관(34)의 높이에 오일 게이지 센서(82)가 제공될 수 있다. 이러한 오일 게이지 센서(82)는 예를 들어 광학 센서일 수 있고, 작동 시 오일 레벨이 오일 게이지 센서(82)의 위에 있는지 여부 또는 오일 게이지 센서(82)가 노출되어 있는지 여부 및 그에 따라 오일 레벨이 상응하게 감소하였는지 여부가 센서 신호에 의해 파악될 수 있도록 구성 및 설계될 수 있다.
이러한 모니터링과 관련해서 알람 유닛이 제공될 수도 있고, 상기 알람 유닛은 시스템의 사용자에게 해당하는 오류 메시지 또는 경고 메시지를 출력 또는 전달한다.
도 1에 도시된 스크루 압축기(10)의 기능은 다음과 같다:
공기 유입부(28)를 통해 공기가 공급되고 체크 밸브(30)를 지나 스크루(16, 18)에 도달하고, 거기에서 공기가 압축된다. 5배 내지 16배의 압축률로 배출관(34)을 지나 상승관(36)을 통해 스크루(16, 18)를 향해 상승하는 압축된 공기-오일 혼합물은 온도 센서(38)로 바로 블로잉된다.
여전히 부분적으로 오일 입자를 지닌 공기는 그리고 나서 홀더(40)를 통해 공기 오일 분리 부재(42) 내로 안내되고, 해당하는 최소 압력이 달성될 경우, 공기 배출관(51)에 도달한다.
하우징(20) 내부에 있는 오일(22)은 오일 필터(62)에 의해 및 필요 시 열 교환기(74)에 의해 작동 온도에서 유지된다.
냉각이 필요 없는 경우, 열 교환기(74)는 사용되지 않고 접속되지 않는다.
해당 접속은 온도 조절 밸브(66)에 의해 이루어진다. 오일 필터(62)에서 정화 후에 관(68)을 통해 오일이 스크루(18) 또는 스크루(16)는 물론 베어링(72)에도 공급된다. 스크루(16) 또는 스크루(18)에 회수관(52, 58)을 통해 오일(22)이 공급되고, 이 경우 공기 오일 분리 부재(42)에서 오일(22)의 정화가 이루어진다.
또한 스크루(18)와 맞물리는 스크루(16)로 샤프트(14)를 통해 토크를 전달하는 자세히 도시되지 않은 전기 모터에 의해 스크루 압축기(10)의 스크루(16, 18)가 구동된다.
자세히 도시되지 않은 릴리프 밸브(80)에 의해, 작동 상태에서 예를 들어 스크루(16, 18)의 출력 측에 우세한 고압이 공급관(32)의 영역에서 차단될 수 있는 것이 아니라, 특히 압축기의 시동 시 공급관(32)의 영역에 항상 낮은 유입 압력, 특히 대기압이 존재하는 것이 보장된다. 그렇지 않으면, 압축기의 시동으로 스크루(16, 18)의 출력 측에 처음에는 매우 높은 압력이 발생하고, 이러한 압력은 구동 모터에 과부하를 준다.
도 2는 도 1에 도시된 스크루 압축기(10) 및 제어- 및 조절 유닛(110)을 포함하는 본 발명에 따른 스크루 압축기 시스템(100)을 개략도에 도시한다.
제어- 및 조절 유닛(110)은 여기에서 스크루 압축기 시스템(100)의 구성 요소로서 형성된다.
그러나 기본적으로, 제어- 및 조절 유닛(110)은 상용차의 공조 시스템의 구성 요소, 상용차의 엔진- 또는 차량 제어부의 구성 요소로서 또는 별도의 제어- 및 조절 유닛(110)으로서 형성되는 것이 제공될 수 있다.
제어- 및/또는 조절 유닛(110)은, 스크루 압축기(10)의 작동 시 스크루(16, 18)의 구동을 위한 스크루 압축기 구동 장치의 정지 시간과 스위치 온 시간의 비를 모니터링하도록 그리고 상기 비를 미리 정해진 범위로 제어 또는 조절하도록 구성 및 설계된다.
상기 범위는, 스위치 온 시간이 > 30%인, 정지 시간 대 스위치 온 시간의 비가 주어지도록 선택된다. 특히 여기에서는, 스위치 온 시간이 30 내지 50%인 범위가 선택되므로, 정지 시간은 50 내지 70%이고, 스위치 온 시간은 대략 30 내지 50%이다.
스위치 온 시간이 대략 30%이면 정지 시간은 결과적으로 대략 70%이다.
정지 시간 대 스위치 온 시간의 비를 상응하게 일정하게 유지할 수 있기 위해, 제어- 및 조절 유닛(110)은 또한, 스크루 압축기 구동 장치의 회전 속도에 함께 영향을 미치도록 구성 및 설계된다.
이 경우, 전체 작동 시간에 걸쳐 스크루 압축기 구동 장치의 회전 속도를 감소시키거나 증가시킴으로써 스크루 압축기(10)에 의해 소정의 양의 압축 공기가 제공되고, 동시에 정지 시간과 스위치 온 시간의 비는 유지되는 것에 주목해야 한다.
경제적으로 및 에너지 효율적으로 작동하기 위해, 추가로 제어- 및 조절 유닛(110)에 의해 회전 속도는 항상 최소 회전 속도보다 높게 유지된다.
이는, 최소 회전 속도 미만에서는 스크루 압축기 구동 장치의 특정 에너지 소비가 (즉, 예를 들어 1㎥ 공기를 압축하기 위해 필요한 에너지량) 매우 심하게 증가한다는 사실에 기초한다. 다시 말해서, 너무 높은 출력 손실 또는 너무 높은 손실이 발생하는 것이 방지된다.
따라서 정지 시간 대 스위치 온 시간의 비를 일정하게 유지함으로써, 전체 작동 지속 시간에 걸쳐 스크루 압축기(10)는 작동 온도에서 비교적 일정하게 유지될 수 있는 것이 달성된다.
전체 작동 지속 시간에 걸쳐 압축기를 작동 온도에서 유지함으로써, 스크루 압축기(10)의 하우징(20) 내부에서 결로 발생이 확실하게 방지된다.
일정한 작동 온도와 작동 온도에서 스크루 압축기(10)의 유지에 의해 하우징(20) 내부에서 결로가 확실하게 방지된다.
10 스크루 압축기
12 고정 플랜지
14 입력 샤프트
16 스크루
18 스크루
20 하우징
22 오일
24 유입 포트
26 공기 필터
28 공기 유입부
30 밸브 인서트
32 공기 공급 채널
34 공기 배출관
36 상승관
38 온도 센서
40 공기 오일 분리 부재를 위한 홀더
42 공기 오일 분리 부재
44 필터 스크린 또는 공개된 필터- 또는 오일 분리 장치
46 배기구
48 체크 밸브
50 최소 압력 밸브
51 공기 배출부
52 상승관
54 필터- 및 체크 밸브
56 노즐
58 오일 회수관
59 오일 배출 스크루
60 숄더
60a 외부 링
60b 내부 링
62 오일 필터
64 오일 필터 유입 채널
66 온도 조절 밸브
68 회수관
70 베어링
72 노즐
76 안전밸브
78 바이패스 관
80 릴리프 밸브
82 오일 게이지 센서
100 스크루 압축기 시스템
110 제어- 및/또는 조절 유닛

Claims (8)

  1. 상용차용 스크루 압축기 시스템(100)으로서, 적어도 하나의 스크루 압축기(10), 적어도 하나의 스크루 압축기 구동 장치 및 적어도 하나의 제어- 및/또는 조절 유닛(110)을 포함하고, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛(110)은 스크루 압축기 구동 장치에 연결되고, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛(110)은, 상기 스크루 압축기(10)의 작동 시 스크루 압축기 구동 장치의 정지 시간과 스위치 온 시간의 비를 모니터링하도록 그리고 상기 비를 미리 정해진 범위로 제어 및/또는 조절하도록 구성 및 설계되는 것인 스크루 압축기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛(110)은 상기 스크루 압축기 시스템(10)의 구성 요소인 것을 특징으로 하는 스크루 압축기 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛(110)은 상용차의 공조 시스템의 구성 요소인 것을 특징으로 하는 스크루 압축기 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛(110)은 상용차의 엔진- 또는 차량 제어부의 구성 요소인 것을 특징으로 하는 스크루 압축기 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛(110)은 별도의 제어- 및/또는 조절 유닛(110)인 것을 특징으로 하는 스크루 압축기 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 범위는, 스위치 온 시간이 대략 20-40%, 특히 30%를 넘는, 정지 시간 대 스위치 온 시간의 비가 주어지도록 선택되는 것을 특징으로 하는 스크루 압축기 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛(110)은, 상기 스크루 압축기 구동 장치의 정지 시간과 스위치 온 시간의 비가 미리 정해진 범위 내로 유지되도록 하는 식으로 스크루 압축기 구동 장치의 회전 속도에 영향을 미치도록, 구성 및 설계되는 것을 특징으로 하는 스크루 압축기 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어- 및/또는 조절 유닛(110)은, 스크루 압축기 구동 장치의 회전 속도가 항상 최소 회전 속도보다 높게 유지되도록 구성 및 설계되는 것을 특징으로 하는 스크루 압축기 시스템 시스템.
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