KR20210119117A - 환형 방전 영역을 이용해 먼지입자를 포집하는 집진장치 및 이를 포함하는 집진시스템 - Google Patents

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Abstract

입자 중성화에 따른 재비산을 방지하여 집진효율을 높이고 집진부의 세정효과를 높일 수 있는 집진장치 및 이를 포함하는 집진시스템이 제공됩니다. 이 집진장치는, 관형 집진부; 집진부 내부에 방전부재를 구비한 나선형 대전부; 방전부재를 통해 코로나 방전을 일으키는 전원부; 및 집진부의 내벽에 세정액막을 형성하는 세정액 제공부를 포함하며, 대전부와 종축 사이에는 환형 방전 영역이 형성되어 집진효율을 높이며, 대전된 먼지입자는 세정액막에 의해 포집되는 자동세척 기능을 구비하고 있습니다.

Description

환형 방전 영역을 이용해 먼지입자를 포집하는 집진장치 및 이를 포함하는 집진시스템{Dust precipitator collecting dust particles by using an annular discharge region and dust precipitation system having the same}
본 발명은 집진장치 및 이를 포함하는 집진시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환형 방전 영역을 이용해 먼지입자를 포집하는 집진장치 및 이를 포함하는 집진시스템에 관한 것이다.
전기 집진장치는 전기적인 방법으로 공기 속에 부유하는 고체 입자를 제거하거나 포집하는 장치로서, 코로나 방전에 의해 생긴 전하가 입자에 부착되면서 대전입자가 되어 정전기력에 의해 반대극성의 전극에 끌려 이동하는 원리를 이용한다. 종래 대부분 전기 집진장치는, 복수의 면상(또는 선상) 대전부를 나란히 배열하고, 그 후단에 복수의 면상 집진부를 나란히 배열한 구조를 채택하고 있다. 즉, 오염된 공기가 복수의 면상 대전부 사이를 통과하는 동안 코로나 방전에 의해 먼지입자가 대전되고 이들은 집진부로 유입되면서 정전기력에 의해 포집된다.
이러한 종래 집진장치의 경우, 공기 흐름 방향을 기준으로 <대전 영역>과 <집진 영역>이 명확히 구분되어 있기 때문에, <대전 영역>을 통과한 대전입자 중 일부가 다시 중성화되는 경우 <집진 영역>으로 유입되더라도 재비산되며 포집되지 못하고 그대로 배출되는 경우가 많다.
한편, 대전부에 쌓인 분진을 제거하기 위해 물로 씻어 내리는 습식 집진장치가 많이 사용되고 있다. 하지만 종래 전기 집진장치의 경우, 집진 효율을 높이기 위해 복수의 집진판을 촘촘하게 배열한 경우가 많은데, 좁은 집진판 간격으로 인해 집진판에 전압을 인가한 상태에서 집진판에 물을 흘리면 수막 박리현상이 발생하고, 박리된 수막으로 인해 집진효율을 떨어진다. 이를 방지하고자 종래 습식 집진장치의 경우 집진판에 전압을 인가하지 않는 상태에서만 세정을 실시하는 경우가 많은데, 집진효율은 높일 수 있으나 간헐적으로 세정을 하게 되어 세정효과가 떨어지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 입자 중성화에 따른 재비산을 방지하여 집진효율을 높이고 집진부의 세정효과를 높일 수 있는 집진장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이러한 집진장치를 포함하는 집진시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 집진장치는, 오염된 공기 중 먼지입자를 대전시켜 포집하는 집진장치로서, 일측에서 타측으로 상기 공기가 이동하는 관형 집진부; 상기 집진부 내부에 상기 집진부와 소정 간격으로 이격되어 배치되며 상기 집진부의 종축을 향해 돌출된 방전부재를 구비한 나선형 대전부; 상기 집진부와 상기 대전부 사이에 전위차를 형성하여 상기 방전부재를 통해 코로나 방전을 일으키는 전원부; 및 상기 집진부의 상부에 배치되어, 상기 집진부의 내벽에 세정액막을 형성하는 세정액 제공부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 대전부와 상기 종축 사이에는 상기 방전부재에 의한 환형 방전 영역이 형성될 수 있다. 상기 코로나 방전에 의해 대전된 먼지입자는 상기 집진부를 향해 이동하면서 상기 세정액막에 의해 포집될 수 있다.
상기 대전부의 둘레를 따라 자기장이 형성될 수 있고, 상기 종축을 기준으로 상하로 인접한 대전부 사이에는 자기장이 서로 상쇄되어 전기풍이 생성될 수 있고, 상기 대전된 먼지입자는 상기 전기풍에 의해 상기 집진부로 가속될 수 있다.
상기 대전부는 나선형 막대로 이루어질 수 있다.
상기 대전부는 내부에 중공이 형성된 나선형 튜브로 이루어질 수 있고, 상기 대전부의 측부에는 상기 집진부를 향해 오픈된 분사노즐이 형성될 수 있고, 상기 대전부로 주입된 분사액은 상기 분사노즐을 통해 상기 집진부의 내벽으로 분사될 수 있다.
상기 방전부재는 방전 블레이드 또는 소정의 간격으로 배열된 복수의 방전 니들로 이루어질 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 집진시스템은, 먼지입자를 수집하는 덕트; 상기 덕트로부터 공급된 먼지입자를 포집하는 상기 집진장치; 상기 집진장치로부터 여과된 공기를 외부로 배출하는 송풍기; 상기 집진장치에서 포집된 오염물질을 수집하는 오수 집수기; 및 상기 오수 집수기에서 물과 기름을 분리하는 유수 분리기를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 구체적인 내용 및 도면들에 포함되어 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 집진장치 및 집진시스템은 다음과 같은 우수한 효과가 있다.
첫째, 관형 집진부 및 그 내에 배치된 나선형 대전부는 환형 방전 영역 및 전기풍을 형성함으로써 집진효율을 높일 수 있다. <환형 방전 영역>은 나선형 대전부와 관형 집진부의 종축 사이에 형성되고, 상하로 인접한 대전부 사이에 집진부를 향한 <전기풍>이 형성된다. 따라서 오염된 공기가 집진부의 일측에서 타측으로 이동하는 동안 환형 방전 영역을 연속적으로 지나가게 되고, 그 동안 대전된 먼지입자는 전기풍에 의해 집진부로 가속되어 포집될 수 있다. 특히 집진장치에 유입된 공기가 배출될 때까지 전구간에 걸쳐 연속적으로 대전 및 집진이 일어나기 때문에 대전입자가 다시 중성화되어 재비산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
둘째, 집진장치가 작동하는 동안(즉, 집진부와 대전부 사이에 전위차가 형성된 상태) 집진부 내벽에 형성된 세정액막을 통해 상시 포집된 분진을 제거할 수 있으므로 자동세정을 구현할 수 있다.
셋째, 나선형 튜브로 이루어진 대전부와 그 측부에 형성된 분사노즐을 통해 분사액을 고압분사하여 집진부 내벽을 가압세정할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집진장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 집진장치를 AA'선으로 자른 단면도이다.
도 4는 도 3의 P 부분을 확대한 도면이다.
도 5는 도 2의 집진장치에서 환형 방전 영역을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2의 집진장치를 BB'선으로 자른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집진장치를 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 집진장치의 횡단면도이다.
도 9는 도 8의 Q 부분을 확대한 도면이다.
도 10은 도 9의 대전부를 나타낸 단면도이다.
도 11은 방전부재의 변형예이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집진시스템을 나타낸 구성도이다. 본 발명의 집진시스템은 제1 덕트(98), 집진장치(100), 제2 덕트(101), 오수 집수기(102), 유수 분리기(103) 및 송풍기(104)를 포함한다.
본 발명의 집진시스템은 주로 구이기 테이블을 구비한 음식점 등과 같이 실내 공기에서 연기 또는 먼지를 제거하거나 포집한 후 외부로 배출하는 구조에 적용될 수 있다. 구체적으로 실내 공기(연기 또는 먼지)는 제1 덕트(98)를 통해 수집된다. 집진장치(100)는 제1 덕트(98)로부터 공급된 공기에 포함된 연기 또는 먼지를 포집한다. 집진장치(100)를 통해 여과된 공기는 제2 덕트(101)를 통해 외부로 배출한다. 여기서 여과된 공기를 외부로 배출하기 위해 별도의 송풍기를 구비할 수도 있고, 또는 내외부 온도 및 기압차에 기인한 굴뚝효과를 이용해 자연적으로 공기가 외부로 방출되는 구조를 채용할 수도 있다. 오수 집수기(102)는 집진장치(100)에서 포집된 오염물질을 수집하고, 유수 분리기(103)는 오수 집수기(102)에 수집된 오염물질을 물과 기름으로 분리하고 기름은 기름집수통에 보관하고 물은 생활하수로 배출한다.
이하 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 집진장치에 대해 자세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집진장치를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 집진장치를 AA'선으로 자른 단면도이다. 도 4는 도 3의 P 부분을 확대한 도면이다. 도 5는 도 2의 집진장치에서 환형 방전 영역을 개념적으로 나타낸 도면이다. 도 6은 도 2의 집진장치를 BB'선으로 자른 단면도이다.
먼저 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 집진장치(100)는 오염된 공기 중 먼지입자를 대전시켜 포집하는 장치로서, 집진부(10), 대전부(30), 전원부(미도시) 및 세정액 제공부(20)를 포함한다.
집진부(10)는 일측에서 타측으로 공기가 이동하는 관 형상을 가진다. 예를 들어 집진부(10)의 상측에서 유입된 공기는 먼지입자의 포집과정을 거쳐 집진부(10)의 하측으로 배출될 수 있다. 집진부(10)는 정전기력에 의해 대전입자를 끌어들이도록 도전체로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 원형 단면을 가지는 관형 집진부를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다양한 단면을 가지는 관형 집진부가 적용될 수 있다. 예를 들어, 관형 집진부의 단면은 다각형, 타원형 등이 될 수도 있다.
대전부(30)는 집진부(10) 내부에서 집진부(10)와 소정 간격으로 이격되어 배치되며 전체적으로 나선형 구조를 가진다. 본 실시예에서는 막대 형상으로 이루어진 대전부(30)를 예로 들어 설명하고 있으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 대전부(30)는 집진부(10)의 종축 또는 중심축을 향해 돌출된 방전부재(32)를 구비한다. 방전부재(32)는 기체 속에 코로나 방전을 일으키기 위해 끝단이 뾰족한 형상으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 소정의 간격으로 배열된 복수의 방전 니들을 방전부재(32)의 예로 설명하고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 코로나 방전을 일으킬 수 있는 임의의 형상으로 이루어질 수 있다. 대전부(30) 또는 방전부재(32)는 부식되지 않는 전도성 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 스텐인리스, 텅스텐, 알루미늄, 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 대전부(30)는 집진부(10)와 소정 간격으로 이격되어 배치되어 있으므로, 집진부(10)의 단면 형상이 다양하게 변경됨에 따라 대전부(30)도 이에 대응하여 실질적으로 동일한 형상의 단면(예를 들어, 원형, 다각형, 타원형 등)을 가질 수 있다. 예컨대, 도 3을 참조하면, 집진부(10)가 원형 단면을 가짐에 따라 대전부(30)도 원형 단면을 가지게 된다.
전원부(미도시)는 집진부(10)와 대전부(30) 사이에 전위차를 형성하여, 방전부재(32)를 통해 코로나 방전을 일으킨다. 본 실시예에서는 집진부(10)가 접지되고 대전부(30)에 전압(V)이 인가된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 코로나 방전을 일으킬 수 있는 전위차가 집진부(10)와 대전부(30) 사이에 유지된다면 각 전극은 임의의 극성을 가질 수 있다.
세정액 제공부(20)는 집진부(10)의 상부에 배치되어 집진부(10) 내벽에 세정액을 공급하여 세정액막(22)을 형성한다. 예를 들어, 세정액 제공부(20)는 집진부(10)의 내주연을 따라 배치된 환형 튜브로 이루어질 수 있으며, 환형 튜브의 외측부에는 복수의 개구부가 형성되고 이를 통해 집진부(10) 내벽에 세정액이 공급될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 집진장치에 의한 환형 방전 영역에 대해 설명한다.
전원부가 집진부(10)와 대전부(30) 사이에 전위차를 형성하면 대전부(30)에서 뾰족하게 돌출된 방전부재(32) 주변에 코로나 방전 영역(50)이 형성된다. 집진장치(100)로 유입된 공기 중 먼지입자(40)는 코로나 방전 영역(50)을 통과하면서 대전된 후 정전기력에 의해 집진부(10)로 이동하게 된다. 이 때 세정액 제공부(20)에 의해 집진부(10) 내벽에는 세정액막(22)이 상시 형성되어 있는데, 세정액막(22)은 집진부(10)와 함께 동일한 전극으로 작용한다. 따라서 대전된 먼지입자(40)는 집진부(10)를 향해 이동하면서 세정액막(22)에 포집되고, 세정액막(22)은 중력에 의해 집진부(10) 상부에서 하부로 이동하면서 포집된 먼지입자(40)와 함께 오수 집수기(102)로 이동한다.
한편 코로나 방전 영역(50)을 형성하는 방전부재(32)는 나선형 대전부(30)로부터 집진부(10)의 종축 또는 중심축을 향해 돌출되어 있기 때문에 도 5에 도시된 바와 같이 대전부(30)와 집진부(10) 종축 사이에는 방전부재(32)에 의한 환형 방전 영역(51)이 형성된다. 집진장치(100)로 유입된 공기는 집진장치(100)를 빠져나갈 때까지 연속적으로 환형 방전 영역(51)을 거치게 되므로 대전된 먼지입자(40)가 집진부(10)로 이동하는 과정에 중성화가 발생하더라도 다시 환형 방전 영역(51)에 의해 대전될 수 있기 때문에 집진효율을 높일 수 있다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 집진장치에 의한 전기풍에 대해 설명한다.
일반적으로 전기가 흐르는 도체 주변에는 자기장이 형성되는데, 마찬가지로 대전부(30)의 둘레를 따라 일정한 방향으로 자기장(52)이 형성된다. 대전부(30)는 나선형 구조이므로, 집진부(10)의 종축을 기준으로 상하로 인접한 대전부(30) 사이에는 자기장(52)이 서로 상쇄되어 전기풍이 생성된다. 전기풍은 코로나 방전이 일어날 때 근방의 공기가 배척되고 다른 공기가 밀려 들어오는 현상이 거듭됨으로써 일어나는 바람을 말하는데, 전자기파의 간섭현상에 증폭될 수 있다. 이러한 전기풍은 대전된 먼지입자(40)를 집진부(10)로 가속시켜서 집진 효율을 높이는 역할을 한다.
이하 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 집진장치에 대해 자세히 설명한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집진장치를 나타낸 사시도이다. 도 8은 도 7의 집진장치의 횡단면도이다. 도 9는 도 8의 Q 부분을 확대한 도면이다. 도 10은 도 9의 대전부를 나타낸 단면도이다. 설명의 편의상, 상기 이전 실시예의 도면(도 2 내지 도 6)에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고 그 설명은 생략하면, 이하 차이점을 위주로 설명한다.
본 실시예의 집진장치(200)의 대전부(130)는 내부에 중공이 형성된 나선형 튜브로 이루어져 있다. 대전부(130)의 측부에(즉, 방전부재(32)와 반대편에), 집진부(10)를 향해 오픈된 분사노즐(134)이 형성된다. 따라서 분사액이 대전부(130)로 주입되면 분사노즐(134)을 통해 집진부(10)의 내벽으로 분사될 수 있다. 이러한 분사액의 노즐 분사를 위해 자동제어밸브, 자동제어기 등이 추가로 구비될 수 있다.
본 발명의 집진장치(200)는 자동세정 및 가압세정의 2단계 세정을 거쳐 장치 자체의 오염을 최소화할 수 있다. <자동세정단계>에서는, 집진장치(200)가 집진 동작을 수행하는 동안(즉 집진부(10)와 대전부(130) 사이에 전위차가 형성되는 동안) 세정액 제공부(20)가 집진부(10) 내벽에 세정액막(22)을 형성함으로써 집진된 오염물질에 대해 상시 세정을 수행한다. <가압세정단계>는 세정액막 형성에 문제가 발생하거나 집진장치(200)에 전원이 투입되지 않아 집진 동작을 수행하지 않을 때 장비 오염을 줄이기 위한 방안으로, 나선형 튜브로 이루어진 대전부(130)에 분사액을 주입하고, 분사노즐(134)을 통해 가압분사하여 세정액막(22)으로 제거되지 않은 입자상 기름이나 먼지를 세척한다.
도시하지는 않았으나, 가압세정 시 세정효과를 높이기 위해 대전부(130)의 최상위 중심부에 원추형 분사노즐을 추가로 구비하여 집진부(10) 내부 전체를 세척하는데 이용할 수도 있다.
이상의 실시예들에서는 방전부재(32)로서 소정의 간격으로 배열된 복수의 방전 니들(needle)을 예로 들어 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 코로나 방전을 일으킬 수 있는 임의의 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 11은 방전부재의 변형예인데, 방전부재(132)는 끝단이 뾰족한 방전 블레이드(blade)로 이루어질 수도 있다.
또한 방전부재 및 나선형 대전부의 조합은 다양한 형상으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 블레이드 타입의 나선형 대전부와 그 일측에 형성된 복수의 니들(방전부재)로 구성될 수 있다. 블레이드 타입의 나선형 대전부와 그 양측에 형성된 복수의 니들(방전부재)로 구성될 수 있다.
막대(또는 튜브) 타입의 나선형 대전부와 그 외면에 여러 방향으로 형성된 복수의 니들(방전부재)로 구성될 수 있으며, 만일 복수의 니들(방전부재)의 돌출된 길이가 서로 동일한 경우 대전부 둘레에 동심 방전영역이 형성될 수 있고 돌출된 길이가 서로 다른 경우 편심 방전영역이 형성될 수 있다.
막대(또는 튜브) 타입의 나선형 대전부와 그 외면에 길이방향을 따라 또는 길이방향에 경사지게 형성된 복수의 블레이드(방전부재)로 구성될 수 있으며, 만일 복수의 블레이드(방전부재)의 돌출된 길이가 서로 동일한 경우 대전부 둘레에 동심 방전영역이 형성될 수 있고 돌출된 길이가 서로 다른 경우 편심 방전영역이 형성될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 집진부
20: 세정액 제공부
22: 세정액막
30, 130: 대전부
32, 132: 방전부재
40: 먼지입자
50: 코로나 방전 영역
51: 환형 방전 영역
52: 자기장
98, 101: 덕트
100, 200: 집진장치
102: 오수 집수기
103: 유수 분리기
134: 분사노즐

Claims (6)

  1. 오염된 공기 중 먼지입자를 대전시켜 포집하는 집진장치로서,
    일측에서 타측으로 상기 공기가 이동하는 관형 집진부;
    상기 집진부 내부에 상기 집진부와 소정 간격으로 이격되어 배치되며 상기 집진부의 종축을 향해 돌출된 방전부재를 구비한 나선형 대전부;
    상기 집진부와 상기 대전부 사이에 전위차를 형성하여 상기 방전부재를 통해 코로나 방전을 일으키는 전원부; 및
    상기 집진부의 상부에 배치되어, 상기 집진부의 내벽에 세정액막을 형성하는 세정액 제공부를 포함하되,
    상기 대전부와 상기 종축 사이에는 상기 방전부재에 의한 환형 방전 영역이 형성되고,
    상기 코로나 방전에 의해 대전된 먼지입자는 상기 집진부를 향해 이동하면서 상기 세정액막에 의해 포집되는 것을 특징으로 하는 집진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대전부의 둘레를 따라 자기장이 형성되고, 상기 종축을 기준으로 상하로 인접한 대전부 사이에는 자기장이 서로 상쇄되어 전기풍이 생성되고, 상기 대전된 먼지입자는 상기 전기풍에 의해 상기 집진부로 가속되는 것을 특징으로 하는 집진장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 대전부는 나선형 막대로 이루어진 것을 특징으로 하는 집진장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대전부는 내부에 중공이 형성된 나선형 튜브로 이루어지고, 상기 대전부의 측부에는 상기 집진부를 향해 오픈된 분사노즐이 형성되고, 상기 대전부로 주입된 분사액은 상기 분사노즐을 통해 상기 집진부의 내벽으로 분사되는 것을 특징으로 하는 집진장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방전부재는 방전 블레이드 또는 소정의 간격으로 배열된 복수의 방전 니들로 이루어진 것을 특징으로 하는 집진장치.
  6. 먼지입자를 수집하는 덕트;
    상기 덕트로부터 공급된 먼지입자를 포집하는 제1항의 집진장치;
    상기 집진장치로부터 여과된 공기를 외부로 배출하는 송풍기;
    상기 집진장치에서 포집된 오염물질을 수집하는 오수 집수기; 및
    상기 오수 집수기에서 물과 기름을 분리하는 유수 분리기를 포함하는 집진시스템.
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