KR930007399B1 - 급탕기의 온도제어장치 - Google Patents

급탕기의 온도제어장치 Download PDF

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린나이 가부시기가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

급탕기의 온도제어장치
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 가스급탕기의 제어장치에서의 입수온도의 연산과정을 설명하기 위한 흐름도.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 가스 연소식 급탕기를 개략적으로 도시한 구성도.
제3도는 본 발명의 실시예를 예시하는 가스 연소식 급탕기의 제어장치의 입수온도 추정동작에 관한 기능 구성을 도시한 기능 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
19 : 유량센서(수류검지수단) 25 : 출탕온도 서미스터(온도센서)
30 : 제어장치(급탕기의 온도제어장치)
35 : 입수온도 연산부(입수온도 추정수단)
36 : 메모리(추정온도 기억수단)
본 발명은 수온을 검지하기 위한 온도센서로서, 열교환기로 부터 유출되는 온수의 온도를 검지하기 위한 유출온도센서만을 구비하고 열교환기로 유입되는 물의 온도를 검지하기 위한 입수온도 센서는 구비하지 않는 급탕기의 온도제어장치에 관한 것으로, 특히 피드포워드(feedforward)제어를 수행하기 위해 유출온도센서의 검지온도에 의거하여 열교환기의 열교환기의 입수온도를 효과적으로 추정하는 급탕기의 온도제어장치에 관한 것이다. 일본국 특개소 63-153361호 공보에는 급탕기의 구조를 간단히 하여 제조공정을 단순하게 함과 동시에, 제조 비용을 절감하기 위해 열교환기로 유입되는 입수온도를 검지하는 온도센서의 설치를 생략하고, 또한 안정된 출탕 특성을 얻기 위해 피드포워드의 온도제어 기능을 가지는 온도제어장치가 개시되어 있다.
이 온도제어장치는, 급수로에 설치된 유량센서가 급탕을 검지할때, 출탕온도센서에 의해 검지된 열교환기로 부터 유출되는 온수의 온도를 기억수단에 기억시키고, 이때 기억된 온도를 입수온도로 하여 피드포워드 제어를 수행하게 된다.
그러나, 일반적으로 급탕을 일단 정지시킨 후 다시 급탕을 수행하는 재급탕의 경우, 열교환기내에 정체된 물이 여열에 의해 가열되기 때문에 열교환기로 부터 유출되어 출탕온도센서에 의해 검지되는 온수의 온도는 열교환기로 유입되는 입수온도와는 크게 다르게 된다.
따라서, 상기의 발명에 의하면, 재급탕을 개시할때 여열에 의해 가열된 온수의 유출온도가 피드포워드 제어를 위한 입수온도로서 그대로 기억되어 버리기 때문에, 실제의 입수온도와는 크게 상이한 온도에 의거하여 피드포워드 제어가 수행되고, 이에 따라 적절한 가열량을 얻을 수 없게 된다는 문제점이 생기게 된다.
본 발명의 목적은 입수온도센서를 생략하여 급탕기의 구조를 간략화시킴으로써 비용을 절감하는 동시에, 재급탕시에도 안정되게 온도를 제어하는 피드포워드 제어기능을 가지는 급탕기의 온도제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1발명은 열교환기의 유출부에 설치된 온도센서와, 상기 열교환기를 통과하는 물을 검지하는 수류 검지수단과, 상기 수류검지수단이 급탕의 개시를 검지할때 상기 온도센서의 검지온도에 의거하여 상기 열교환기로의 입수 온도를 추정하는 입수온도 추정수단과, 상기 입수온도 추정수단에 의해 추정된 추정온도를 기억하는 추정온도기억수단을 구비하며, 상기 추정온도 기억수단에 기억된 기억온도에 의거하여 상기 열교환기의 가열수단의 가열량을 제어하는 급탕기의 온도제어장치에 있어서, 상기 입수온도 추정수단은 상기 수류검지수단이 급탕의 개시를 검지했을때 상기 온도센서에 의해 검지되는 온도가 변하지 않을 경우에만 상기 입수온도를 추정하여 상기 추정온도 기억수단의 상기 기억온도를 대체하는 것을 그 기술적 수단으로 한다.
본 발명의 제2발명은 열교환기의 유출부에 설치된 온도센서와, 상기 열교환기를 통과하는 물을 검지하는 수류검지수단과, 상기 수류검지수단이 급탕의 개시를 검지할때 상기 온도센서의 검지온도에 의거하여 상기 열교환기로의 입수 온도를 추정하는 입수온도추정수단과, 상기 입수온도 추정수단에 의해 추정된 추정온도를 기억하는 추정온도 기억수단을 구비하며, 상기 추정온도 기억수단에 기억된 기억온도에 의거하여 상기 열교환기를 가열하는 가열수단의 가열량을 제어하는 급탕기의 온도제어장치에 있어서, 상기 입수온도 추정수단은 상기 검지온도가 상기 기억온도보다 낮은 경우에는 상기 검지온도를 상기 입수온도로 추정하고 상기 검지온도가 상기 기억온도보다 높은 경우에는 상기 검지온도와 상기 기억온도 사이의 온도차의 일부를 상기 기억온도에 가산한 온도를 상기 입수온도로 추정하는 것을 그 기술적 수단으로 한다.
본 발명의 제1발명에서는 급탕이 개시되고, 급탕의 개시가 수류검지수단에 의해 검지되면, 온도센서에 의해 검지되는 온도의 변동여부가 판별되고, 검지온도가 변하지 않는 경우에만 입수온도가 추정되어 이 추정온도가 기억된다. 따라서, 재급탕의 경우에서와 같이 여열에 의해 열교환기내의 물이 가열되어 출탕온도가 변동함으로써 검지되는 입수온도가 실제의 입수온도와 상이하게 될때에는, 새로이 입수온도가 추정되지 않아서 기억온도가 대체되지 않는다.
통상, 급탕기는 매일 사용될 수 있거나 큰 기간의 공백없이 되풀이 하여 사용될 수 있는 것이기 때문에, 사용시마다의 입수온도는 그 이전의 사용시의 입수온도와 큰 차이가 없다. 따라서, 기억온도가 대체되지 않아서 그동안 기억된 온도에 의거 온도제어가 수행되더라도 크게 잘못된 입수온도 정보에 의거하여 가열량이 제어되는 일이 없고, 실제의 입수온도에 거의 가까운 온도에 의거하여 가열량이 제어될 수 있다.
제2발명에서는 급탕 개시시의 검지온도가 기억된 온도보다 낮을 때에는 그 검지온도가 실제의 입수온도일 가능성이 높은 경우이기 때문에 그 검지온도를 그대로 입수온도로 추정하여 기억하고, 검지온도가 기억된 온도보다 높을 때에는 재급탕의 경우를 생각할 수 있기 때문에, 그 검지온도를 그대로 입수온도로 추정하지 않고, 기억된 온도와 검지온도 사이의 온도차의 일부를 가산한 입수온도로 추정하여 기억하게 된다. 이에 따라 재급탕에 의해 높은 온도를 검지한 경우에도 잘못된 온도정보에 의거하여 부적절한 가열량으로 제어되는 일이 없게 된다.
또한, 계절의 변화에 따라 실제의 입수온도가 높아질 경우에도, 이미 기억되어 있는 온도보다 높은 온도가 입수온도로 추정되어 기억온도가 보다 높은 온도로 대체되기 때문에, 계절의 변화에 따라 기억온도를 서서히 높아지는 온도로 할 수 있다. 따라서, 연중 내내 적절한 입수온도가 추정되고, 또한 적절한 입수온도가 기억되기 때문에 적절한 가열량으로 제어할 수 있게 된다.
[실시예]
이후로 본 발명의 급탕기의 온도제어장치를 첨부 도면에 도시한 실시예에 의거하여 설명한다.
제2도에 도시한 가스 연소식 급탕기(1)의 연소기 케이스(10)내에는 복수의 버너로 배치된 버너 군(群)(11)이 설치되어 있다. 연소기 케이스(10)의 아래쪽에는 버너군(11)로 연소용 공기를 공급하기 위한 송풍기(12)가 설치되어 있다. 연소기 케이스(10)내의 버너군(11)의 위쪽에는 수관식(水管式)의 열교환기(13)이 설치되고, 그 내부를 통과하는 물은 버너군(11)의 연소열에 의해 가열된다. 연소기 케이스(10)내의 버너군(11)의 인근에는 버너군(11)을 점화하는 스파커(14)와, 버너군(11)의 착화를 검지하는 화염로드(15)가 구비되어 있다. 또한, 연소기 케이스(10)의 위쪽에는 연소배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기구(2)가 설치되어 있다.
버너군(11)의 아래쪽에는 연료가스를 공급하기 위한 노출관(16)이 설치되고, 노출관(16)에는 버너군(11)의 버너에 각각 대응되어 연료가스를 분출하는 복수의 연료분출구(16a)가 설치되어 있다.
노출관(16)으로 연료가스를 인도하는 연료관(20)에는 통전시에 연료가스를 통과시키는 2개의 전자밸브(21,22), 통전 전류에 응하여 공급압력에 제어함으로써 연료가스의 공급량을 조절하는 비례밸브(23)이 상류쪽으로 부터 차례로 각각 설치되어 있다.
공급원(도시생략)으로 부터 열교환기(13)으로 물을 유도하는 물공급관(17)에는 급탕수량을 조절하기 위한 전동 수량 제어장치(18), 열교환기(13)을 통과하는 수량을 검출하는 유량센서(19)가 상류측으로 부터 차례로 설치되며, 열교환기(13)으로 부터 유출되는 온수를 급탕구(도시생략)로 유도하는 급탕관(17a)에는 열교환기(13)으로 부터 유출되는 온수의 출탕온도(T out)을 검지하는 출탕온도 서미스터(25)가 설치되어 있다.
제어장치(30)은 마이크로컴퓨터를 중심으로 하는 제어회로를 구비하며, 소정의 절차로 연소의 개시 및 정지를 수행함과 동시에, 제3도에 도시된 기능구성에 따라 출탕수의 온도를 제어한다.
제어장치(30)에 있어서, 목표온도(T set)에 의거하여 온도를 제어하기 위한 온도제어부(31)은 피드포워드 제어부(FF 제어부)(32)와 피드백 제어부(FB 제어부)(33)의 각각의 기능부를 구비하고 있으며, 출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(T)에 의거한 피드백 제어뿐 아니라 피드포워드 제어도 수행하게 된다.
본 발명의 장치에서도 온도센서로서의 서미스터가 물공급관(17)에 설치되어 있지 않기 때문에, 피드포워드 제어를 위한 입수온도(Tin)을 직접 검지할 수가 없다. 열교환기(13)에 의해 물이 가열되어 있지 않은 경우라면, 열교환기(13)으로의 입수온도(Tin)은 급탕관(17a)에 설치된 출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(T)와 같으므로, 이 검지온도(T)를 그대로 입수온도(Tin)으로서 추정할 수 있다. 그러나, 실제에는 재급탕 등에 의하여 검지온도(T)가 실제의 입수온도(Tin)과 상이한 경우가 생기게 된다.
따라서, 본 발명의 장치에서는 피드포워드 제어를 위한 입수온도(Tin)이 그대로 검지온도(T)로 되지 않고, 출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(T) 또는 그 변동상태에 의거하여 다음과 같이 추정되고 연산된다.
이를 위해, 제어장치(30)은 출탕온도 변동 검출부(34), 입수온도 연산부(35), 메모리(36)등의 기능부를 구비한다.
출탕온도 변동 검출부(34)는 유량센서(19)에 의해 급탕의 개시가 검출될 때 출탕온도 서미스터(25)에 검지되는 검지온도(T)가 변하고 있는지의 여부를 검출하기 위한 기능부이다.
전술한 바와같이, 출탕온도(T out)이 변동하는 경우는 재급탕의 경우인 것으로 생각할 수 있다. 따라서, 출탕온도(T out)의 변동에 수반하는 검지온도(T)의 온도 변화량이 있는지의 여부를 검출하고, 온도 변화량이 있는 경우에는 입수온도 연산부(35)가 출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(T)에 의해 입수온도(Tin)을 추정하는 것을 수행하지 않도록 한다.
입수온도 연산부(35)는 출탕온도 변동 검출부(34)에 검지온도(T)의 온도변화량이 검출되지 않은 경우에만, 출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(T)에 의거하여 입수온도(Tin)을 추정함과 동시에, 추정한 입수온도(Tin)을 이미 메모리(36)에 기억되어 있는 기억온도(T mem)대신에 기억시킴으로써, 기억내용을 대체한다.
입수온도 연산부(35)는 출탕온도 서미스터(35)의 검지온도(T)와, 이미 메모리(36)에 기억되어 있는 기억온도(T mem)을 비교하여, 그 비교결과에 따라 다음과 같이 메모리(36)에 기억하기 위한 새로운 입수온도(Tin)을 연산한다.
검지온도(T)≤기억온도(T mem)인 경우, 즉 검지온도(T)가 기억온도(T mem)보다 낮은 경우에는, 검지온도(T)를 새로운 입수온도(Tin)으로 간주하고, 그 검지온도(T)를 메모리(36)에 기억한다.
반대로, 검지온도(T)>기억온도(T mem)인 경우, 즉, 검지온도(T)가 기억온도(T mem)보다 높은 경우에는, 기억온도(T mem)에 검지온도(T)의 온도 정보의 일부를 집어넣어서 새로운 입수온도(Tin)을 추정하고, 이것을 기억온도(T mem)으로 기억한다.
이때, 새로운 기억온도(T mem)은,
Tin=(a×T mem+b×T)/(a+b)…………………………………………(1)
의 관계식에 따라 기존의 기억온도(T mem)의 온도정보의 일부와 검지온도(T)의 온도정보의 일부에 의해 연산되는 새로운 입수온도(Tin)이 된다.
즉, 시간(t[n])에 있어서, 검지온도가 (T[n]), 추정된 입수온도가 (Tin[n]), 기억온도가 (T mem)인 경우,
Tin[n]=T mem(n-1)+C.{T[n]-Tin[n]}/d
의 관계식이 성립된다. 즉, 시간(t[n])에서의 검지온도(T)와 기억온도(T mem)과의 온도차의 일부가 시간(t[n-1])에서의 기억온도(T mem)에 가산되어 새로운 입수온도(Tin)이 얻어지게 된다.
새로이 얻어진 입수온도(Tin)은 메모리(36)에 기억된다.
온도조절제어부(31)은 출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(T)가 목표온도(T set)보다 낮은 소정온도(Ta)(예컨데, Ta=T set-2)로 상승할때까지는 FF 제어부(32)에 의한 피드포워드 제어를 통하여, 목표온도(T set), 수량(W) 및 입수온도(Tin)으로 기억되는 기억온도(T mem)에 의거하여 가열량(Q)를 결정하고, 출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(T)가 소정온도(Ta)로 상승한 다음에는, FB 제어부(33)에 의한 피드백 제어를 통하여, 목표온도(T set), 검지온도(T) 및 수량(W)에 의거하여 가열량(Q)를 결정한다.
구동부(37)은 온도조절제어부(31)의 가열량(Q)에 의거하여 송풍기(12) 및 조속 비례밸브(23)을 구동제어한다. 구동부(37)은 온조조절제어부(31)에 의한 가열량(Q)에 의거하여 전압을 송풍기(12)에 가함으로써 송풍기(12)를 구동하고, 검출된 송풍기(12)의 회전수에 의거하여 조속 비례밸브(23)으로 인도되는 전류치를 통전 제어한다.
또한, 제어장치(30)에서는 급수량이 가열 용량을 초과하지 않도록, 출탕온도 서미스터(25)의 검지온도에 의거하여 전동식 수량제어장치(18)의 개방 정도를 조절함으로써 통과유량을 제한한다.
또한, 사용자의 목표온도(T set)를 임의로 설정할 수 있게 해주는 콘트롤러(40)은 급탕기의 선택사양에 따라 설치되는데, 콘트롤러(40)이 설치된 경우에는 사용자의 조작에 따라 목표온도(T set)가 설정되고, 콘트롤러(40)이 설치되지 않은 경우에는 일정온도(예컨데 60℃)가 목표온도(T set)로 된다.
다음에는, 상기와 같이 구성된 본 실시예의 가스연소식 급탕기(1)에서의 온도제어에 대하여, 입수온도(Tin)의 추정을 중심으로 제1도를 참조하여 설명한다.
사용자가 급탕관(17a)의 하류에 설치한 급탕전(도시생략)을 열면, 물이 물공급관(17)내를 통과하여 열교환기(13)내로 유입된다. 이때, 유량센서(19)에 의해 유입수량에 대응하는 펄스가 발생되고, 이 펄스에 의해 가스 연소식 급탕기(1)의 작동 수량이상의 수량(W)이 검지되어 급탕의 개시가 검지되면(스텝(1)에서의 YES), 소정의 절차를 따라 점화제어가 수행되어 연소가 개시된다. 또한, 출탕온도 서미스터(15)의 검지온도(T)의 변동 여부가 검출된다(스텝 2).
출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(t)에 변동이 없는 경우에는(스텝 2에서의 YES), 검지온도(T)가 메모리(36)에 기억되는 있는 기억온도(T mem)과 비교된다(스텝 3).
검지온도(T)가 기억온도(T mem)이하일 경우에는(스텝 3에서의 YES), 검지온도(T)를 입수온도(Tin)으로 추정하여(스텝 4), 이 검지온도(T)를 메모리(36)에 기억시켜 기억온도(T mem)을 대체한다(스텝 5).
반대로, 검지온도(T)가 기억온도(T mem)보다 높을 경우에는(스텝 3에서의 NO), Tin=(a×T mem+b×T)/(a+b)…(1)에 의해 기억온도(T mem)에 검지온도(T)의 온도 정보의 일부를 입력하여 새로운 입수온도(Tin)으로 추정하고(스텝 6), 이것을 새로운 입수온도(Tin)으로 하여 메모리(36)의 기억온도(T mem)을 대체한다(스텝 5).
화염 로드(15)에 의해 버너군(11)의 착화가 검지되면, 스텝(4,5)에 따라 각각 추정되어 대체된 메모리(36)의 기억온도(T mem)을 입수온도(Tin)으로 하는 피드포워드 제어가 수행된다.
출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(T)에 변동이 있는 경우에는(스텝 2에서의 No), 입수온도(Tin)의 추정이 수행되지 않아서, 입수온도(Tin)의 추정 동작이 종료된다.
따라서, 화염로드(15)에 의해 버너군(11)의 착화가 검지되면, 온도제어부(31)은 이미 메모리(36)에 기억되는 있는 기억온도(T mem)에 의거하여 기억온도(T mem)을 입수온도(Tin)으로 하는 피드포워드 제어를 수행한다.
온도조절제어부(31)에 의한 온도제어에 있어서, 출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(T)가 소정온도(Ta)에 도달할때 까지는 콘트롤러(40)에 의한 목표온도(T set), 메모리(36)의 기억온도(T mem) 및 유량 센서(19)에 의한 수량(W)에 의거하여 가열량(Q)가 결정되는 피드포워드 제어가 수행되고, 가열한 결과 검지온도(T)가 소정온도(Ta)에 도달한 후에는, 목표온도(T set) 및 검지온도(T)에 의거하여 가열량(Q)가 결정되는 피드백 제어가 수행된다.
급탕전을 닫고 급탕을 정지하면, 연소가 정지된다.
정지시키고 다시 단시간후에 급탕을 하면, 연소가 다시 개시된다.
이러한 재급탕 직후에는 열교환기(13)내의 물이 버너군(11) 및 연소기 케이스(10)등의 연소에 의한 여열에 의해 가열되기 때문에 출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(T)가 열교환기(13)으로 유입되는 실제 물의 온도에 비해 상승되는 동시에 변동하게 되어 전술한 검지온도(T)가 변동하는 경우(스텝 2시의 No)애 해당되므로, 이전에 입수온도(Tin)으로 추정되어 기억된 메모리(36)의 기억온도(T mem)에 의거한 가열량의 결정이 수행되어, 출탕온도 서미스터(25)로 부터의 잘못된 정보에 의거하여 가열량이 결정되지 않으므로 실제의 물의 온도에 따라 적절한 가열량을 결정할 수 있게 된다.
또한 급탕기에 공급되는 물의 온도는 계절의 변화에 따라 서서히 변하나, 본 발명에서는 급탕기가 일상적으로 반복 사용되는 실정을 감안하여, 여름으로 부터 겨울로 이행되는 수온의 저하과정중에는 검지온도(T)를 그대로 입수온도(Tin)으로 하고, 반대로 겨울로 부터 여름으로 이행되는 경우에는 재급탕인 경우와 혼동을 피하기 위해, 검지온도(T)의 온도 정보의 일부만을 가산하고 있기 때문에, 입수온도를 확실하게 또한 계절의 변화에 따라 서서히 높아지는 온도로 대체할 수 있게 된다. 따라서, 피드포워드 제어를 수행함에 있어, 항상 적정한 입수온도 정보가 제공된다. 따라서, 우수한 온도제어를 수행할 수 있다.
본 실시예에서는 피드포워드 제어와 피드백 제어를 함께 수행하는 제어장치를 예시하였으나, 피드포워드 제어만을 행하는 제어장치에서도 동일한 제어를 수행할 수 있다.
본 실시예에서는 수량을 검출하는 유량센서를 설치하였으나, 유량 센서를 설치하지 않고 수류 스위치에 의해 급탕의 개시를 검지하고, 수량은 가열량등으로 부터 산출하는 방식도 무관하다.
본 실시예에서는 가스를 연료로 하는 버너를 사용하였으나, 석유 등의 다른 연료를 사용하는 것이라도 상관없다. 또한, 열원은 버너만으로 한정되지 않으며, 전기가열 등의 다른 가열수단에 의한 급탕기라도 무관하다.

Claims (2)

  1. 열교환기(13)의 유출부에 설치된 온도센서(25)와, 상기 열교환기(13)을 통과하는 물을 검지하는 수류 검지수단(19)와, 상기 수류 검지수단(19)가 급탕의 개시를 검지했을 때의 상기 온도센서(25)의 검지온도에 의거하여 상기 열교환기(13)으로의 입수온도를 추정하는 입수온도 추정수단(35)와, 상기 입수온도 추정수단(35)에 의해 추정된 추정온도를 기억하는 추정온도 기억수단(36)을 구비하며, 상기 추정온도 기억수단(36)에 기억되는 기억온도에 의거하여 상기 열교환기(13)을 가열하는 가열수단의 가열량을 제어하는 급탕기의 온도제어장치에 있어서, 상기 입수온도 추정수단(35)는 상기 수류검지수단(19)가 급탕의 개시를 검지했을때, 상기 온도센서(25)에 의해 검지되는 온도가 변하지 않을 경우에만 상기 입수온도를 추정하여 상기 추정온도기억 수단(36)의 상기 기억온도를 대체하는 것을 특징으로 하는 급탕기의 온도제어장치.
  2. 열교환기(13)의 유출부에 설치된 온도센서(25)와, 상기 열교환기(13)을 통과하는 물을 검지하는 수류검지수단(19)와, 상기 수류검지수단(19)가 급탕의 개시를 검지했을때의 상기 온도센서(25)의 검지온도에 의거하여 상기 열교환기(13)으로의 입수온도를 추정하는 입수 온도 추정수단(35)와, 상기 입수온도 추정수단(35)에 의해 추정된 추정온도를 기억하는 추정온도 기억수단(36)을 구비하며, 상기 추정온도 기억수단(36)에 기억되는 기억온도에 의거하여 상기 열교환기(13)을 가열하는 가열수단의 가열량을 제어하는 급탕기의 온도제어장치에 있어서, 상기 입수온도 추정수단(35)는 상기 검지온도가 상기 기억온도보다 낮은 경우에는 상기 검지온도를 상기 입수온도로 추정하고, 상기 검지온도가 상기 기억온도보다 높은 경우에는 상기 검지온도와 상기 기억온도 사이의 온도차의 일부를 상기 기억온도에 가산한 온도를 상기 입수온도로 추정하는 것을 특징으로 하는 급탕기의 온도제어장치.
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