KR20230047552A - 고체 연료 건조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 연료 건조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 함수율이 높은 고체 연료를 용이하게 건조할 수 있는 고체 연료 건조 장치에 관한 것이다. 본 발명은 고체 연료 투입구와 고체 연료 배출구가 형성된 하우징과; 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 고체 연료 투입구로부터 투입된 고체 연료가 통과하는 건조통 투입구와, 건조된 고체 연료가 배출되는 건조통 배출구가 형성된 원통형의 건조통으로서, 그 내면과 외면 사이에 열매체(heating medium)가 유동하는 열매체 유동 공간이 형성된 건조통과; 상기 건조통에 대해서 회전 가능하도록 상기 건조통의 내부에 설치되는 교반 장치와; 상기 하우징의 내부에, 상기 건조통 아래에 배치된 연소실로서, 그 연소실을 구성하는 벽면의 내부에 상기 열매체 유동 공간과 연통된 열매체 가열 공간이 형성된 연소실과; 상기 하우징의 일 측에 설치되며, 상기 건조통에서 건조된 고체 연료를 공기와 섞어 연소시키며, 고체 연료가 연소하면서 발생한 화염을 연소실 내부로 방사하여 상기 열매체 가열 공간의 열매체를 가열하는 버너를 포함하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.

Description

고체 연료 건조 장치{Solid fuel drying apparatus}
본 발명은 고체 연료 건조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 함수율이 높은 고체 연료를 용이하게 건조할 수 있는 고체 연료 건조 장치에 관한 것이다.
펠릿이나, 목재 칩과 같은 고체 연료를 사용하는 보일러, 난로, 열풍기 등의 발열장치가 사용되고 있다.
이러한 고체 연료는 고체 연료 건조 및 공급 장치를 통해서 발열장치에 설치된 버너에 공급된 후 연소된다.
그런데 고체 연료, 특히 목재 칩과 같은 목재를 주원료로 하는 고체 연료는 수분을 잘 흡수하는 때문에 고체 연료가 저장된 고체 연료 건조 및 공급 장치의 사일로에서 뭉칠 수 있다. 뭉친 고체 연료는 고체 연료 건조 및 공급 장치의 고체 연료 공급통로를 막아서 고체 연료의 원활한 공급을 방해할 수 있다는 문제가 있다. 또한, 함수율이 높은 고체 연료는 버너에서 발화 및 연소가 어렵다는 문제도 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해서, 등록특허 제10-1047758호에는 내부에 펠릿 연료가 저장되는 연료 측에 설치되어 연료 하우징의 내부로 온풍을 방출하는 온풍기를 구비한 연료 저장부를 구비한 건조식 펠릿 보일러가 개시되어 있다.
등록특허 제10-1047758호의 고체 연료 건조 및 공급 장치는 아래로 진행할수록 좁아지는 깔때기 형태의 연료 하우징 구비하고 있으며, 중력에 의해서 연료 하우징의 하부에 형성된 연료 배출구를 통해서 연료가 배출되어야 연료 공급부를 통해서 고체 연료를 이송할 수 있는 구조이다.
그런데 상술한 구조의 연료 하우징에 장기간 고체 연료를 보관할 경우, 수분에 의해 뭉치고 중력에 의해서 눌리면서 단단해진 고체 연료가 좁은 연료 배출구로 쉽게 빠져나가지 않아서 연료 공급이 어려워진다는 문제가 있었다.
또한, 등록특허 제10-2139028호와 제10-2178487호에는 건조통 내부의 축산분뇨를 연소기를 통해서 가열하여 건조하고, 건조된 축산분뇨의 일부는 연소기의 연료로 사용하는 축산분뇨처리장치가 개시되어 있다.
등록특허 제10-1047758호 등록특허 제10-2139028호 등록특허 제10-2178487호
본 발명은 고체 연료, 특히 수분함량이 높은 고체 연료를 건조할 수 있는 고체 연료 건조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 고체 연료 투입구와 고체 연료 배출구가 형성된 하우징과; 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 고체 연료 투입구로부터 투입된 고체 연료가 통과하는 건조통 투입구와, 건조된 고체 연료가 배출되는 건조통 배출구가 형성된 원통형의 건조통으로서, 그 내면과 외면 사이에 열매체(heating medium)가 유동하는 열매체 유동 공간이 형성된 건조통과; 상기 건조통에 대해서 회전 가능하도록 상기 건조통의 내부에 설치되는 교반 장치와; 상기 하우징의 내부에, 상기 건조통 아래에 배치된 연소실로서, 그 연소실을 구성하는 벽면의 내부에 상기 열매체 유동 공간과 연통된 열매체 가열 공간이 형성된 연소실과; 상기 하우징의 일 측에 설치되며, 상기 건조통에서 건조된 고체 연료를 공기와 섞어 연소시키며, 고체 연료가 연소하면서 발생한 화염을 연소실 내부로 방사하여 상기 열매체 가열 공간의 열매체를 가열하는 버너를 포함하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 상기 교반 장치는, 회전축과, 상기 회전축과 간격을 두고 나란하게 일정한 각을 이루며 배치되는 복수의 혼합판들과, 상기 회전축으로부터 반경방향 외측으로 연장되어, 각각의 상기 혼합판의 양단부를 상기 회전축에 각각 결합시키는 한 쌍의 연결 바들을 포함하는 복수의 제1 혼합 부재들을 포함하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 상기 교반 장치는, 상기 회전축의 반경 방향 외측으로 곡률을 가지고 연장된 복수의 날개들을 포함하며, 상기 제1 혼합 부재의 상기 연결 바들 사이에 배치되는 제2 혼합 부재를 더 포함하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 인접하는 상기 제1 혼합 부재들은 각도방향으로 오프셋되어 있는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 바깥쪽에 배치되는 상기 제1 혼합 부재들의 상기 혼합판은 상기 회전축의 단부 측으로 진행할수록 상기 혼합판의 표면으로부터 멀어지도록 경사진 경사면을 구비하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 상기 하우징의 하부에는 상기 하우징의 일 측벽과 함께 상기 연소실에서 배출된 연소가스가 흐르는 제1 통로를 형성하며, 상기 연소가스와 함께 상기 연소실로부터 배출된 비산재를 상기 하우징의 하부 일측으로 안내하도록 경사진 경사 벽이 설치되며, 상기 일 측벽의 내부에는 상기 연소가스의 열이 전달되는 공기 유동 공간이 형성되고, 상기 공기 유동 공간에 외기를 공급하도록, 상기 하우징에 설치되는 제1 송풍기와, 상기 일 측벽과 마주보는 반대 측벽과 상기 경사 벽 사이의 제2 통로에 외기를 공급하도록 상기 하우징에 설치되는 제2 송풍기와, 상기 공기 유동 공간을 통과하면서 가열된 외기와 상기 제2 통로를 통과하면서 가열된 외기를 함께 상기 건조통의 내부로 전달하도록 구성된 건조 외기 통로를 더 포함하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 상기 고체 연료 투입구에 설치되며, 일측 상부에 복수의 관통구멍들이 형성된 호퍼를 더 포함하며, 상기 건조 외기 통로는 상기 호퍼의 복수의 관통구멍들과 연통되도록, 상기 호퍼를 따라서 길게 형성되는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 고체 연료 건조 장치는 수분함량이 높은 고체 연료를 효과적으로 건조할 수 있다는 장점이 있다.
도 1과 2는 본 발명에 따른 고체 연료 건조 장치의 일실시예의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 고체 연료 건조 장치의 좌측면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 고체 연료 건조 장치의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 고체 연료 건조 장치의 B-B 단면도이다.
도 6은 건조 공기의 흐름을 설명하기 위해 일부 구성을 제거한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 교반 장치의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1과 2는 본 발명에 따른 고체 연료 건조 장치의 일실시예의 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 고체 연료 건조 장치의 좌측면도이며, 도 4는 도 1에 도시된 고체 연료 건조 장치의 A-A 단면도이며, 도 5는 도 1에 고체 연료 건조 장치의 B-B 단면도이며, 도 6은 건조 공기의 흐름을 설명하기 위해 일부 구성을 제거한 도면이다.
도 1 내지 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 고체 연료 건조 장치의 일실시예는 하우징(10), 건조통(30), 교반 장치(40), 연소실(50) 및 버너(60)를 포함한다.
하우징(10)은 대체로 직육면체 형태이다. 하우징(10)은 제1 내지 제4 측벽(11, 12, 13, 14)을 구비한다. 하우징(10)의 상부에는 고체 연료 투입구(15)가 형성된다. 고체 연료 투입구(15)에는 호퍼(17)가 설치된다. 호퍼(17)는 고체 연료, 예를 들어, 축분 연료를 건조통(30)으로 안내한다. 호퍼(17)는 건조통(30)에 가까워질수록 거리가 가까워지도록 경사지게 마주보고 배치되는 제1 경사판(171)과 제2 경사판(172)을 포함한다. 제2 경사판(172)은 하우징(10)의 제1 측벽(11)에 가깝게 배치되며, 제1 경사판(171)은 하우징(10)의 제1 측벽(11)으로부터 멀리 배치된다. 호퍼(17)는 제1 에어 실린더(175)를 통해서 작동하는 제1 도어(177)에 의해서 밀폐될 수 있다.
하우징(10)의 제1 측벽(11)의 중간부에는 고체 연료 배출구(16)가 형성된다. 고체 연료 배출구(16)는 제2 에어 실린더(165)를 통해서 작동하는 제2 도어(167)에 의해서 밀폐될 수 있다.
하우징(10)의 제3 측벽(13) 측에는 집진기(72), 제1 송풍기(74) 및 제2 송풍기(76)가 설치되고, 제4 측벽(14)에 인접한 제1 측벽(11)의 하부에는 버너(50)가 설치된다.
건조통(30)은 대체로 원통형이다. 건조통(30)은 하우징(10)의 내부 상부에 배치된다. 건토통(30)의 상부에는 호퍼(17)에 의해서 안내된 고체 연료가 통과하는 건조통 투입구(31)가 설치된다. 그리고 건조통(30)의 일측 중간부에는 건조통(30)에서 건조된 고체 연료가 배출되는 건조통 배출구(33)가 형성된다.
건조통(30)의 내면과 외면 사이에는 물 등의 열매체(heating medium)가 유동하는 열매체 유동 공간(35)이 형성된다.
교반 장치(40)는 건조통(30)에 대해서 회전 가능하도록 건조통(30)의 내부에 설치된다.
도 7은 도 1에 도시된 교반 장치의 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 교반 장치(40)는 회전축(42)과 회전축(42)에 결합된 3개의 제1 혼합 부재(44)들과 3개의 제2 혼합 부재(46)들을 포함한다.
제1 혼합 부재(44) 각각은 6개의 혼합판(442)들과 6쌍의 연결 바(441)들을 포함한다. 혼합판(442)들은 회전축(42)과 간격을 두고 나란하게 배치된다. 혼합판들(442)은 60도 간격으로 각을 이루며 배치된다. 연결 바(441)들은 회전축(42)으로부터 반경방향 외측으로 연장된다. 한 쌍의 연결 바(441)들은 각각의 혼합판의(442) 양단부를 회전축(42)에 각각 결합시킨다. 연결 바(441)의 일단부는 혼합판(442)과 결합하며, 타단부는 회전축(42)에 설치된 원형 플랜지(444)에 결합한다.
여기서 인접하는 제1 혼합 부재(44)들은 각도방향으로 오프셋되어 있다. 즉, 중심부에 배치된 제1 혼합 부재(44)와 외곽에 배치된 두 개의 제1 혼합 부재(44)는 각도방향으로 30도 오프셋되어 있다.
그리고 외곽에 배치된 제1 혼합 부재(44)의 혼합판(442)들은 회전축(42)의 단부 측으로 진행할수록 혼합판(442)의 표면으로부터 멀어지도록 경사진 경사면(443)을 구비한다. 건조통(30)의 양단부의 고체 연료를 건조통(30) 중심으로 유도하기 위함이다.
제2 혼합 부재(46)는 회전축(42)의 반경 방향 외측으로 곡률을 가지고 연장된 6개의 날개(461)들을 포함한다. 제2 혼합 부재(46)는 제1 혼합 부재(44)의 연결 바(441)들 사이에 배치된다. 제2 혼합 부재(46)의 날개(461)들은 회전축(42)에 설치된 원형 플랜지(462)에 결합한다.
다시, 도 4와 5를 참조하면, 연소실(50)은 하우징(10)의 내부에, 건조통(30) 아래에 배치된다. 연소실(40)에서는 고체 연료가 연소된다. 연소실(40)을 구성하는 벽면의 내부에는 열매체 유동 공간(35)과 파이프(54)로 연통된 열매체 가열 공간(52)이 형성된다.
하우징(10)의 하부에는 연소가스와 함께 연소실(50)로부터 배출된 비산 재를 하우징(10)의 제2 측벽(12) 측 하부로 모이도록 안내하는 경사 벽(18)이 설치된다. 경사 벽(18)을 따라서 이동한 비산 재는 하우징(10) 아래에 설치된 이송 스크루(19)에 의해서 이송된다. 경사 벽(18)은 또한, 하우징(10)의 제2 측벽(12)과 함께 연소실(50)에서 배출된 연소가스가 흐르는 제1 통로(56)를 형성한다. 연소가스는 제1 통로(56)를 통과한 후 제3 측벽(13) 측에 설치된 집진기(62)에서 정화된다. 그 과정에서 제2 측벽(12)과 경사 벽(18)에 열을 전달한다.
하우징(10)의 제2 측벽(12) 내부와 제4 측벽(14)의 내부에는 공기 유동 공간(22)이 형성된다. 하우징(10)의 연소실(40) 반대쪽 제3 측벽(13)에는 공기 유동 공간(22)에 외기를 공급하기 위한 제2 송풍기(76)가 설치된다. 제2 송풍기(76)에 의해서 공기 유동 공간(22)으로 유입된 외기는 연소가스와의 열교환에 의해서 가열된 후에 공기 유동 공간(22)의 연소실(40) 측을 통해서 하우징(10)의 제4 측벽(14)의 내면과 건조통(20)의 상부의 외면 사이의 공간(23)으로 배출된다. 그리고 이 공간(23)에 설치된 가이드 판(24)에 의해서 안내된다. 그리고 호퍼(17)의 제2 경사판(172) 뒤쪽으로 호퍼(17)를 따라서 길게 형성된 건조 외기 통로(25)로 유입된다. 건조 외기 통로(25)는 호퍼(17)의 제2 경사판(172)의 상부에 형성된 복수의 관통구멍(173)과 연통된다. 따라서 건조 외기 통로(25)로 유입된 건조 공기는 건조통(30) 내부로 공급된다. 제2 경사판(172)에는 관통구멍(173)에서 배출된 건조 공기를 건조통(30) 방향으로 안내하는 가림판(26)이 결합된다.
하우징(10)의 제2 측벽(12)과 마주보는 제1 측벽(11)과 경사 벽(18) 사이에는 제2 통로(27)가 형성된다. 그리고 하우징(10)의 제3 측벽(13)에는 제1 송풍기(74)가 설치된다. 제1 송풍기(74)는 제2 통로(27)에 외기를 공급한다. 제2 통로(27)에 공급된 외기는 제1 통로(46)를 흐르는 연소가스에 의해서 가열된 경사 벽(18)에 의해서 가열된다. 가열된 외기는 공기 유동 공간(22)에서 가열된 외기와 마찬가지로 하우징(10)의 제4 측벽(14)의 내면과 건조통(30)의 외면 사이의 공간(23)으로 흐른다. 그리고 이 공간(23)에서 공기 유동 공간(22)에서 가열된 외기와 합쳐진 후 가이드 판(24)에 의해서 안내되어, 건조 외기 통로(25)와 호퍼(17)의 제2 경사판(172)의 상부에 형성된 복수의 관통구멍(173)을 통해 건조통(30) 내부로 공급된다.
이렇게 공급된 건조 공기는 건조통(30)에 공급된 함수율이 높은 고체 연료를 건조하는데 사용된다. 그리고 고체 연료로부터의 수분에 의해서 습도가 높아진 공기는 연소가스와 함께 집진기(72)에서 처리된다.
버너(60)는 하우징(10)의 제1 측면(11) 하부의 제4 측면(14) 근처에 설치된다. 버너(60)는 건조통(30)에서 건조된 고체 연료를 공기와 섞어 연소시키는 장치이다. 버너(60)는 건조통(30)에 투입되는 함수율이 높은 고체 연료를 건조시키는 열원으로서 작용한다. 고체 연료가 연소하면서 발생한 화염은 연소실(50) 내부로 방사된다. 이 화염에 의해 연소실(50)의 열매체 가열 공간(52)의 열매체가 가열된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 버너(60)는 고체 연료를 지지하는 화격자(61)와, 화격자(61) 위에 고체 연료를 공급하는 연료 공급관(62)과, 개방된 일단이 고체 연료를 향하도록 배치되는 착화용 화염 안내관(63)을 포함한다. 버너(60)의 화격자(61), 착화용 화염 안내관(63)의 끝단, 연료 공급관(62)의 끝단 등의 구성은 연소실(40)의 내부에 배치된다.
화격자(61)에는 공기가 통과할 수 있으며, 고체 연료가 연소되면서 생긴 재가 빠질 수 있는 복수의 통기공이 형성된다. 화격자(61)는 버너(60)에 분리 가능하도록 설치된다.
화격자(61)에 쌓인 재는 통기공을 통해서 아래의 재 통로로 떨어진다. 재 통로의 재들은 재 이송스크루(65)에 의해서 이송된다.
화격자(61)의 상부에는 화염가이드(68)가 설치된다. 화염가이드(68)는 대체로 사각 통 형태로서, 화격자(61)의 화염이 상면으로 방사되도록 한다. 화염가이드(68)는 버너(60)에 분리 가능하도록 설치된다.
연료 공급관(62)은 화격자(61)에 고체 연료를 공급하는 역할을 한다. 연료 공급관(62)의 출구는 화격자(61) 위에 배치된다. 착화용 화염 안내관(63)은 착화용 연료의 연소에 필요한 공기를 공급하고, 발생한 화염을 고체 연료 쪽으로 안내하는 역할을 한다.
또한, 고체 연료 건조 장치(1)는 건조통(20)에서 배출된 고체 연료를 수집하여 이송하는 호퍼(78)와 이송 스크루(79)를 더 포함한다. 건조된 고체 연료의 일부는 버너(60)로 공급된다. 또한, 호퍼(78)의 상부에는 진동 스크린(미도시)이 설치된다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 고체 연료 건조 장치
10: 하우징
17: 호퍼
173: 관통구멍
18: 경사 벽
22: 공기 유동 공간
24: 가이드 판
25: 건조 외기 통로
27: 제2 통로
30: 건조통
35: 열매체 유동 공간
40: 교반 장치
42: 회전축
44: 제1 혼합 부재
46: 제2 혼합 부재
50: 연소실
52: 열매체 가열 공간
56: 제1 통로
60: 버너
72: 집진기
74: 제1 송풍기
76: 제2 송풍기

Claims (7)

  1. 고체 연료 투입구와 고체 연료 배출구가 형성된 하우징과,
    상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 고체 연료 투입구로부터 투입된 고체 연료가 통과하는 건조통 투입구와, 건조된 고체 연료가 배출되는 건조통 배출구가 형성된 원통형의 건조통으로서, 그 내면과 외면 사이에 열매체(heating medium)가 유동하는 열매체 유동 공간이 형성된 건조통과,
    상기 건조통에 대해서 회전 가능하도록 상기 건조통의 내부에 설치되는 교반 장치와,
    상기 하우징의 내부에, 상기 건조통 아래에 배치된 연소실로서, 그 연소실을 구성하는 벽면의 내부에 상기 열매체 유동 공간과 연통된 열매체 가열 공간이 형성된 연소실과,
    상기 하우징의 일 측에 설치되며, 상기 건조통에서 건조된 고체 연료를 공기와 섞어 연소시키며, 고체 연료가 연소하면서 발생한 화염을 연소실 내부로 방사하여 상기 열매체 가열 공간의 열매체를 가열하는 버너를 포함하는 고체 연료 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교반 장치는,
    회전축과,
    상기 회전축과 간격을 두고 나란하게 일정한 각을 이루며 배치되는 복수의 혼합판들과, 상기 회전축으로부터 반경방향 외측으로 연장되어, 각각의 상기 혼합판의 양단부를 상기 회전축에 각각 결합시키는 한 쌍의 연결 바들을 포함하는 복수의 제1 혼합 부재들을 포함하는 고체 연료 건조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 교반 장치는,
    상기 회전축의 반경 방향 외측으로 곡률을 가지고 연장된 복수의 날개들을 포함하며, 상기 제1 혼합 부재의 상기 연결 바들 사이에 배치되는 제2 혼합 부재를 더 포함하는 고체 연료 건조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    인접하는 상기 제1 혼합 부재들은 각도방향으로 오프셋되어 있는 고체 연료 건조 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    바깥쪽에 배치되는 상기 제1 혼합 부재들의 상기 혼합판은 상기 회전축의 단부 측으로 진행할수록 상기 혼합판의 표면으로부터 멀어지도록 경사진 경사면을 구비하는 고체 연료 건조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 하부에는 상기 하우징의 일 측벽과 함께 상기 연소실에서 배출된 연소가스가 흐르는 제1 통로를 형성하며, 상기 연소가스와 함께 상기 연소실로부터 배출된 비산재를 상기 하우징의 하부 일측으로 안내하도록 경사진 경사 벽이 설치되며,
    상기 일 측벽의 내부에는 상기 연소가스의 열이 전달되는 공기 유동 공간이 형성되고,
    상기 공기 유동 공간에 외기를 공급하도록, 상기 하우징에 설치되는 제1 송풍기와,
    상기 일 측벽과 마주보는 반대 측벽과 상기 경사 벽 사이의 제2 통로에 외기를 공급하도록 상기 하우징에 설치되는 제2 송풍기와,
    상기 공기 유동 공간을 통과하면서 가열된 외기와 상기 제2 통로를 통과하면서 가열된 외기를 함께 상기 건조통의 내부로 전달하도록 구성된 건조 외기 통로를 더 포함하는 고체 연료 건조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고체 연료 투입구에 설치되며, 일측 상부에 복수의 관통구멍들이 형성된 호퍼를 더 포함하며,
    상기 건조 외기 통로는 상기 호퍼의 복수의 관통구멍들과 연통되도록, 상기 호퍼를 따라서 길게 형성되는 고체 연료 건조 장치.
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