KR20200071138A - 표면 청소 장치 - Google Patents

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KR20200071138A
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KR
South Korea
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brush
surface cleaning
cleaning device
central portion
cleaning apparatus
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Application number
KR1020207015600A
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Inventor
니클레 오베 시츠마
빗 바스티안 요한네스 데
Original Assignee
코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Publication date
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Abstract

표면 청소 장치는 적어도 부분적으로 표면 청소 장치의 중심부(CP) 둘레에서 만곡된 브러시(B)를 포함하고, 브러시(B)의 변형성은 표면 청소 장치의 외측 원주의 변형성을 결정한다. 브러시(B)는 적어도 부분적으로 표면 청소 장치의 중심부(CP) 둘레에서 만곡된 회전 축(A)을 갖는다. 회전 축(A)은 표면에 평행하다. 브러시(B)는 표면 청소 장치의 중심부(CP)의 전체 둘레에 있는 도넛형 브러시(B)일 수 있다. 표면 청소 장치는 브러시(B)를 구동하기 위한 전기 모터(M)를 가질 수 있다. 중심부(CP)는 브러시(B)에 의해 표면으로부터 스위핑된 오물을 수집하기 위한 용기(DC)를 포함할 수 있다. 중심부(CP)는 브러시(B)를 구부리기 위한 에지(E)를 가질 수 있고, 브러시(B)가 이완되는 에지(E)의 단부에서 오물이 브러시(B)로부터 방출된다. 중심부(CP)는 브러시(B)를 그의 위치에서 유지하기 위한 상부 림(R)을 가질 수 있다. 브러시(B)의 회전 축(A)으로부터의 브러시 섬유들의 길이가 바람직하게는 표면 청소 장치의 변형불가능한 코어의 반경의 약 0.4배 이상, 더 바람직하게는 약 0.6배 이상이다. 표면 청소 장치는 6 l/s, 바람직하게는 3 l/s, 더 바람직하게는 1.5 l/s를 초과하지 않는 공기 유동을 발생시키기 위한 팬을 추가로 포함할 수 있다.

Description

표면 청소 장치
본 발명은 바닥과 같은 표면을 청소하기 위한 표면 청소 장치(surface cleaning device)에 관한 것이다.
국제 출원 공개 WO 2007/144067호는 스위핑(sweeping) 과정 동안에 스위핑될 바닥에 평행한 축을 중심으로 회전하는 적어도 하나의 브러시 롤러를 갖고, 스위핑 과정 동안에 스위핑될 바닥에 대해 90도 각도에 있는 그들 자신의 축들을 중심으로 각각 회전하는 적어도 3개의 회전 슬라이더를 구비하는 바닥 스위핑 장치, 특히 카펫 스위퍼(carpet sweeper)를 개시한다. 바닥 스위핑 장치는 모든 방향으로 스위핑될 표면을 가로질러 용이하게 안내될 수 있다. 바닥 스위핑 장치는 다각형 형상, 예컨대 삼각형 또는 정사각형을 가질 수 있다. 일 실시예는 각각의 코너에 있는 3개의 회전 슬라이더 및 코너들 사이에 있는 3개의 브러시 롤러를 구비하는 삼각형 형상을 갖는다. 구동 모터가 주로 브러시 롤러들을 추진시키고, 추진된 브러시 롤러들은 전동기(transmission), 특히 기어를 거쳐 회전 슬라이더들을 추진시킨다.
이러한 공지된 장치는 하우징 내부에 위치되고 비교적 짧은 섬유들 및 직선 에지(edge)들을 갖는 스위핑 브러시를 구비한다.
본 발명의 목적은 특히 더 가요성이고 덜 복잡한 표면 청소 장치를 제공하는 것이다. 본 발명은 독립항에 의해 한정된다. 유리한 실시예가 종속항에 한정된다.
본 발명의 일 태양은 표면 청소 장치로서, 적어도 부분적으로 표면 청소 장치의 중심부 둘레에서 만곡된(또는 구부러진) 브러시를 포함하고, 브러시의 변형성(deformability)이 표면 청소 장치의 외측 원주의 변형성을 결정하는, 표면 청소 장치를 제공한다. 만곡된 브러시는 적어도 부분적으로 표면 청소 장치의 중심부 둘레에서 만곡된 회전 축을 만곡된 브러시의 단면의 중심에서 갖는다. 회전 축은 표면에 평행하다.
브러시는 유리하게는 표면 청소 장치의 중심부의 전체 둘레에서 만곡되며, 이는 기기의 실질적으로 중단되지 않는 원주가 얻어지게 한다(중단은, 예컨대 브러시가 중심부에 고정되는 곳에서, 예컨대 브러시가 구동되는 곳에서, 그리고 브러시가 다수의 브러시 요소에 의해 구성되는 경우 브러시 요소들 사이의 임의의 전이부들에서 존재할 수 있다). 표면 청소 장치가 원형 형상을 갖는 경우, 브러시는 도넛형(donut-shaped)일 것이다.
표면 청소 장치는 브러시를 구동하기 위한 전기 모터를 가질 수 있다. 중심부는 브러시에 의해 표면으로부터 스위핑되는 오물을 수집하기 위한 용기를 포함할 수 있다. 중심부는 브러시 필라멘트(filament)들/터프트(tuft)들을 구부리기 위한 에지를 가질 수 있으며, 브러시 필라멘트들/터프트들이 이완되는 에지의 단부에서 오물이 브러시로부터 방출된다. 중심부는 브러시를 그의 위치에서 유지하기 위한 상부 림(rim)을 가질 수 있다. 브러시의 회전 축으로부터의 브러시 섬유들의 길이가 바람직하게는 표면 청소 장치의 변형불가능한 코어의 반경의 약 0.4배 이상, 더 바람직하게는 약 0.6배 이상이고, 이는 긴 터프트들을 갖는 만곡된 브러시 코어가 얻어지게 하여 표면 청소 장치의 가요성 원형 외측 림을 생성하도록 하며, 이는 표면 청소 장치가 물체들을 따라 그리고 물체들 사이에서 용이하게 이동되게 한다. 표면 청소 장치는 6 l/s, 바람직하게는 3 l/s, 더 바람직하게는 1.5 l/s를 초과하지 않는 공기 유동을 발생시키기 위한 팬(fan)을 추가로 포함할 수 있다.
단일 도넛형 브러시를 특징으로 하는 본 발명의 실시예는 다른 브러시가 또한 회전하는 것을 보장하기 위해 전동기 또는 기어를 필요로 하지 않는다는 이점을 제공한다.
본 발명의 이들 및 다른 태양이 후술되는 실시예로부터 명백하고 이러한 실시예를 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 표면 청소 장치의 제1 실시예의 단면을 도시하는 도면.
도 2는 제1 실시예가 의자 다리 또는 탁자 다리 둘레에서 어떻게 이동될 수 있는지를 예시하는 도면.
도 3a 내지 도 3d는 모터가 제1 실시예의 회전식 도넛형 브러시를 어떻게 구동시킬 수 있는지의 다양한 가능성을 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 수동 이동식 표면 청소 장치 및 로봇 표면 청소 장치의 실시예들을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예가 원형 브러시의 외측 원주보다 더 작은 거리로 이격된 의자 다리들과 탁자 다리들 사이에서 어떻게 이동할 수 있는지를 예시하는 도면.
도 6은 도넛형 브러시가 방의 코너들을 어떻게 청소할 수 있는지를 예시하는 도면.
도 7은 대안적인 도넛형 브러시의 일부를 예시하는 도면.
실시예들은 로봇 표면 청소기 또는 수동 가요성 청소 장치에서 사용하기 위한, 모든 방향으로 청소하는 전기 스위퍼를 제공한다. 미세섬유 '핑거(finger)'들을 주연부에서 갖는 회전식 도넛형 브러시를 구비하는 원형 표면 유닛을 생성함으로써, 걸레질(mopping)에 견줄만한 능숙한 표면 청소 경험이 달성된다. 도넛형 브러시는 연속적으로 회전하여 오물을 내향으로 이동시킨다. 이는 능숙한 전방향 상호작용, 물체(예컨대, 의자 다리) 둘레에서의 신속하고 철저한 청소 성능, 및 표면 유닛이 사용되는 모든 방향에서의 깨끗한 결과를 생성한다. 그 다음에, 표면 유닛의 전체 주연부는 이제 연성이며, 가구를 손상시키지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 표면 청소 장치의 제1 실시예의 단면을 도시한다. 표면 청소 장치의 이러한 단면은 표면 청소 장치의 중심부(CP) 둘레에서 만곡되는 단일 브러시(B)의 2개의 단면을 도시하는데, 이 단일 브러시(B)는 중심부(CP) 둘레에서 단일 축(A)을 갖는다. 중심 부분(CP) 둘레에서 원형 브러시(B)를 갖는 이러한 제1 실시예의 기본 설계가 또한 도 2와 도 3 및 도 5와 도 6의 평면도로부터 잘 이해될 수 있다.
실시예들은 장치의 중심부(CP) 내의 오물 용기(DC) 둘레에서 만곡되는, 가요성 축(A), 예를 들어 인장 스프링에 부착되는 셔닐(chenille) 미세섬유 브러시(B)를 제공한다. 셔닐 미세섬유는, 예컨대 그들의 셔닐 마이크로파이버 하이 더스터 커버(Chenille Microfiber High Duster Cover)를 위해 회사 마이크로파이버 홀세일(Microfiber Wholesale)(미국 캘리포니아주 리버사이드 소재)에 의해 사용되는 재료, 또는 그들의 셔닐 마이크로파이버 오버헤드 파이프 더스터(Chenille Microfiber Overhead Pipe Duster)(MF115353)를 위해 회사 아테스코 인더스트리얼 하이진 엘티디(ATESCO Industrial Hygiene ltd)에 의해 사용되는 재료와 유사할 수 있다. 도 1의 단면에 도시된 바와 같이, 브러시(B)의 셔닐 핑거들은 표면 위에서 끌리게 되고, 오물을 포획하며, 이를 오물 용기(DC) 내로 방출한다. 중심부(CP) 내의 오물 용기(DC)는 강성일 수 있다. 오물을 오물 용기(DC) 내로 안내하기 위한 저부 램프(ramp)는 장치의 가요성 작동을 유지하기 위해 (예를 들어, 강모(bristle)들을 추가함으로써) 약간 가요성으로 제조될 수 있다. 중심부(CP)는 도넛형 브러시(B)를 구부리기 위한 에지(E)를 가지며, 오물은 도넛형 브러시(B)가 이완되는 에지(E)의 단부에서 도넛형 브러시(B)로부터 방출된다. 중심부(CP)는 도넛형 브러시(B)를 그의 위치에서 유지하기 위한 상부 림(R)을 갖는다. 브러시(B)는 기기 자체 내에서 펼쳐질 필요가 없다. 예를 들어, 기기는 60 mm 높이일 수 있는 반면, 브러시(B)는 80 mm의 직경을 갖는다. 브러시(B)는 여전히 중심부(CP) 내부에 맞을 수 있는데, 그 이유는 브러시(B)가 중심부(CP)에 진입할 때 변형될 수 있고 중심부(CP)를 떠날 때 확장될 수 있기 때문이다.
브러시(B)의 코어는 바람직하게는 가요성 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 브러시(B)의 코어는 나선형 인장 스프링으로 제조되는데, 그 이유는 나선형 인장 스프링이 많은 굽힘 가요성을 갖는 반면에 여전히 비틀림 방향으로 강성이다. 일 실시예에서, 사용되는 스프링은 하기의 치수들을 갖는다: 스프링 직경 6 mm, 와이어 직경 0.8 mm. 굽힘 방향으로 충분히 가요성이고 필요한 토크를 견딜 수 있는 한, 상이한 스프링들이 사용될 수 있다. 15 Nm/rad 이하의 굽힘 강성이 적절할 것이지만, 1.5 Nm/rad 이하의 굽힘 강성이 더 양호할 것이며, 0.15 Nm/rad 이하의 훨씬 더 작은 굽힘 강성이 바람직할 것이다. 코어 토크 저항과 관련하여, 브러시는 브러시에 의해 가해지는 토크를 견딜 수 있어야 한다. 가요성 코어는 토크 하에서 말리는 경향을 갖는다. 본 발명자들은 약 1.5 Nm의 최대 토크(Tmax)에서 코어가 안정하게 유지되어야 함(즉, 너무 높은 토크의 결과로서 말리지 않음)을 결정하였다.
청소 핑거 요소들은 천 배킹(fabric backing)에 스티칭될(stitched) 수 있으며, 천 배킹은 이어서 축(A)으로서 사용되는 스프링 둘레에 감길 수 있다. 코어는 구동 축에서 본체에 직접 연결된다. 구동 축이 (원을 폐쇄하는) 양측에서 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 브러시(B)는 그의 하우징에 의해, 즉 중심부(CP)의 상부 림(R)에 의해 제 위치에서 유지된다. 또한 들어올림 동안에 브러시를 제 위치에 유지하기 위한 다른 선택 사양은 (브러시 코어의 국소 회전 벡터에 수직인) 베어링 플레이트(bearing plate)들에 의한 것이며, 베어링 플레이트에는 코어 상의 베어링 요소와 상호작용하는 베어링 구멍이 만들어진다. 시스템은 브러시 요소들이 매우 가요성이고 약간의 체적을 가질 때 가장 잘 인지되는 성능을 갖는 것으로 보인다. 적합한 재료는 핑거-유사 요소들로 스티칭되는 미세섬유이다. 또한, 털총채-유사(feather duster-like) 재료를 사용하는 것이 가능하다. 많은 미세섬유 재료가 폴리에스테르로 제조된다.
회전하는 셔닐 섬유들은, 도 2에 도시된 바와 같이, 유닛을 일측으로부터 단순히 이리저리 이동시킴으로써 의자 다리/탁자 다리(L) 둘레에서 용이하게 청소할 수 있다.
브러시 축(A)은 통상의 전기 스위퍼에서 보여지는 바와 같이 전기 모터(M)에 의해 구동된다. 동력이 체인 또는 벨트 드라이브 또는 기어들에 의해 축(A)으로 전달될 수 있다(도 3a 내지 도 3c 참조). 대안적으로, 전기 모터(M)는 가요성 축(A)과 일렬로 배치될 수 있고 브러시(B)의 모발에 의해 덮일 수 있다(도 3d 참조).
본 발명은 청소 로봇 및 가요성 청소 기기 둘 모두에 적용될 수 있다. 가요성 청소 기기의 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이, (잘 알려진 카단 조인트(cardan joint)와 같은) XY 평면 내에서 회전 자유도를 갖는 유니버설 조인트, 및 표면 모듈의 상부 상의 스틱(stick)(S)이 있을 것이다. 예컨대 베어링이 제공된 회전식 힌지를 구비함으로써, 유닛은 도 2에 도시된 바와 같이 의자 다리(L)를 용이하게 둘러쌀 수 있다. 청소 로봇에서, 동력전달장치(drivetrain) 및 바퀴(W)들은 도 4b에 도시된 바와 같이 오물 용기(DC)의 저부에서 유닛의 중심부(CP)에 배치될 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예가 도넛형 브러시(B)의 외측 원주보다 더 작은 거리로 이격된 의자 다리들과 탁자 다리(L)들 사이에서 어떻게 이동할 수 있는지를 예시한다. 축(A)의 가요성(예컨대, 나선형 스프링이 가요성임)에 따라, 장치는 중심부(CP) 둘레의 축(A)의 직경보다 작은 거리로 이격된 다리(L)들 사이를 여전히 청소할 수 있지만, 명백하게 장치는 중심부(CP)의 직경보다 작은 거리로 이격된 다리(L)들 사이에서 이동할 수 없다.
도 6은 도넛형 브러시(B)가 벽(W)들을 갖는 방의 코너들을 어떻게 청소할 수 있는지를 예시한다. 이를 위해, 도넛형 브러시(B)는 브러시가 코너 내로 밀릴 때 코너에 도달하기에 충분히 긴 모발을 가질 필요가 있다. 특히,
R브러시 ≥ 0.414 * R노즐(여기서,
R브러시는 브러시 모발의 길이이고,
R노즐은 장치의 경질의 변형불가능한 중심의 반경이다.
R노즐은 브러시 축(A)이 가요성인 경우 중심부(CP)의 반경이고, 브러시 축(A)이 변형되기 어려운 경우 브러시 축(A)의 반경이다.
표면에 대해 정말로 청소하기 위해, 브러시 섬유들이 표면 레벨에서 코너 내에 도달할 수 있도록 섬유들이 훨씬 더 길어야 한다:
R브러시 ≥ 0.586 * R노즐.
도 7은 그 자신의 브러시 요소들을 각각 갖는 섀클(shackle)들로서 상호작용하는 다수의(예컨대, 20개 이상, 바람직하게는 30개 이상의) 강성 중심 요소들로 브러시 코어가 제조되는 대안적인 도넛형 브러시의 일부를 예시한다. 섀클들이 더 많이 있을수록, 브러시는 더 가요성일 것이다.
일 실시예는 단지 9 V * 2.1 A = 19 W의 입력 전력으로 표면을 청소할 수 있다. 원형 브러시는 직선형 브러시보다 더 많은 전력을 사용하지만, 19 W는 통상 약 140 W를 소비하는 스틱 진공 청소기에 비해 여전히 아주 작은 양이다. 이러한 유리한 실시예에서, 흡입력이 필요하지 않다. 일 실시예에서, 회전 속도는 매우 낮을 수 있다: 200 rpm(분당 회전수)이 충분한 것으로 보인다. 걷기 및 청소 동안, 표면 위에서 끌리는 미세섬유의 속도는 표면 위에서 이동되는 표면 청소 장치의 속도보다 약간 더 커야 한다.
본 발명에 따른 표면 청소 장치의 청소 작업은 유리하게는 단지 회전식 만곡형 브러시(B)를 가짐으로써 수행될 수 있다. 이는, 단지 최소량의 에너지를 필요로 하여, 소형 배터리가 충분하도록 하거나, 배터리를 재충전할 필요 없이 비교적 큰 영역을 청소하는 것이 용이하게 가능해지도록 하는 해결책이 얻어지게 한다. 그러나, 표면을 단지 비질하는(brushing) 것이 미세 먼지를 수반할 때 과정 중에 작은 먼지 자욱함(cloud)을 생성할 수 있는 문제점을 해결하기 위해, 소형 팬(fan) 및 선택적인 필터가 추가될 수 있다. 이는 먼지 자욱함이 발생하는 것을 방지하기 위해 작은 내향 공기 유동을 생성할 것이다. 이는 기기의 인지된 성능을 상당히 증가시킬 것이다. 일부 값: 통상의 배터리 전원식 스틱 진공 청소기는 약 15 l/s의 공기 유동을 생성한다. 로봇 진공 청소기는 양호한 출발점인 약 6 l/s의 공기 유동을 생성한다. 3 l/s를 초과하지 않는 공기 유동이 더 바람직한데, 그 이유는 공기 유동이 낮을수록 소리가 더 적게 발생되고 필터가 더 작아질 수 있기 때문이다. 가장 바람직한 공기 유동은 1.5 l/s를 초과하지 않는데, 그 이유는 그 유동에 따라 심지어 HEPA-유사 필터도 작게 구성될 수 있으면서 장치가 소량의 에너지만을 소비하는 비교적 작은 팬을 가지고 작동될 것이기 때문이다. 또한 팬이 존재할 때, 먼지는 바람직하게는, 예컨대 로봇 진공 청소기에서 행해지는 것처럼, 중심부(CP)에 수집된다.
위에 언급된 실시예가 본 발명을 제한하기보다는 예시하고, 당업자가 첨부된 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 많은 대안적인 실시예를 설계할 수 있을 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 도넛형 브러시(B)는 완전한 도넛이 아니라 단지 부분적으로 중심부(CP) 둘레에 있는 만곡형 브러시일 수 있다. 브러시(B)는 중심부(CP) 둘레에서 (부분) 원의 형상을 가질 필요가 있는 것이 아니라 중심부(CP) 둘레에서 (부분) 타원의 형상을 가질 수 있으며, 이때 이 중심부(CP)는 마찬가지로 적어도 부분적으로 타원의 형태인 원주를 가지고, 따라서 "(부분적으로) 둘레에서"라는 표현은 (부분) 원 형상을 암시하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 다른 대안적인 실시예는, 예컨대 2-헤드 또는 3-헤드 회전식 면도기에서의 면도기 헤드들처럼 배열된 다수의 도넛형 브러시를 구비할 수 있다. 회전 축(A)은 청소될 표면에 100% 평행할 필요는 없으며, 이는 그 표면에 대해 약간의 각도에 있을 수 있다. 청구범위에서, 괄호 안에 기재된 임의의 도면 부호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 단어 "포함하는"은 청구항에 열거된 요소 또는 단계 이외의 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 요소에 선행하는 단수형 표현("a" 또는 "an")은 복수의 그러한 요소의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 수 개의 별개의 요소를 포함하는 하드웨어에 의해 구현될 수 있다. 수 개의 수단을 열거하는 장치 청구항에서, 이들 수단 중 몇몇이 하드웨어의 하나의 동일한 항목에 의해 구현될 수 있다. 소정의 수단이 서로 인용하지 않는 상호 상이한 종속항에 열거된다는 단순한 사실이 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

Claims (7)

  1. 표면을 청소하기 위한 표면 청소 장치(surface cleaning device)로서,
    상기 표면에 실질적으로 평행한 회전 축(A)을 브러시(B)의 단면의 중심에서 갖는 상기 브러시(B)를 포함하는 상기 표면 청소 장치에 있어서,
    상기 브러시(B)는 적어도 부분적으로 상기 표면 청소 장치의 중심부(CP) 둘레에서 만곡되고, 상기 회전 축(A)은 적어도 부분적으로 상기 표면 청소 장치의 상기 중심부(CP) 둘레에서 만곡되며, 상기 브러시의 변형성(deformability)(B)은 상기 표면 청소 장치의 외측 원주의 변형성을 결정하는 것을 특징으로 하는, 표면 청소 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 브러시(B)는 상기 표면 청소 장치의 상기 중심부(CP)의 전체 둘레에서 만곡되는, 표면 청소 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중심부(CP)는 상기 브러시(B)에 의해 상기 표면으로부터 스위핑된(swept) 오물을 수집하기 위한 용기(DC)를 포함하는, 표면 청소 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심부(CP)는 상기 브러시(B)의 필라멘트(filament)들 또는 터프트(tuft)들을 구부리기 위한 에지(edge)(E)를 가지며, 상기 브러시(B)의 상기 필라멘트들 또는 터프트들이 이완되는 상기 에지(E)의 단부에서 오물이 상기 브러시(B)로부터 방출되는, 표면 청소 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심부(CP)는 상기 브러시(B)를 그의 위치에서 유지하기 위한 상부 림(rim)(R)을 갖는, 표면 청소 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브러시(B)의 상기 회전 축(A)으로부터의 브러시 섬유들의 길이가 상기 표면 청소 장치의 변형불가능한 코어의 반경의 약 0.4배 이상, 바람직하게는 약 0.6배 이상인, 표면 청소 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 6 l/s를 초과하지 않는, 바람직하게는 3 l/s 이하, 더 바람직하게는 1.5 l/s 이하인 공기 유동을 발생시키기 위한 팬(fan)을 추가로 포함하는 표면 청소 장치.
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