KR100716639B1 - 정전 분무 장치 및 이것을 이용한 공기 청정기 - Google Patents

정전 분무 장치 및 이것을 이용한 공기 청정기 Download PDF

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도모히로 야마구치
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마츠시다 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

하우징 내의 액체 저장 수단에 저장된 액체가 반송체에 공급된다. 고전압이 반송체의 방전단, 및 방전단에 대향되는 전극에 인가된다. 액체 저장 수단의 적어도 일부는 액체의 용이한 공급을 위해 하우징에 착탈 가능하게 설치된다.
액체 저장 수단, 액체 수집단, 방전단, 반송체, 제1 전극, 제2 전극, 전압원, 하우징.

Description

정전 분무 장치 및 이것을 이용한 공기 청정기{ELECTROSTATIC ATOMIZER AND AIR PURIFIER USING THE SAME}
본 발명은 액체를 이온화된 미립자의 형태로 방출하기 위한 정전 분무 장치 및 이것을 이용한 공기 청정기에 관한 것이다.
일본국 특허 공개 공보 제2002-203657호는 종래기술의 정전 분무 장치를 개시하고 있다. 정전 분무 장치는 물을 방전실(放電室)로 떨어뜨리거나 살포하는 노즐, 및 노즐에 대향하는 전극을 포함한다. 노즐과 전극 사이에 고전압이 인가되어, 플러스로 대전(帶電)된 물 입자를 노즐의 팁으로부터 방출시킨다. 물은 방전실의 외부에 장착된 용기로부터 공급된다. 장기간의 이용시에 정전 분무를 유지하기 위해, 물은 용기에 정기적으로 공급되어야 하므로, 유지보수 작업이 번거로웠다.
본 발명은 상기 문제점을 극복하기 위해 이루어진 것으로서, 장기간의 이용시에 안정된 정전 분무를 유지할 수 있는 정전 분무 장치 및 이것을 이용한 공기 청정기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 분무 장치는 분무될 액체를 운반하는 반송체, 및 일정량의 액체를 저장하기 위한 액체 저장 수단을 포함한다. 반송체는 액체 수집단(收集端), 및 상기 액체 수집단의 반대쪽에 있는 방전단(放電端)을 구비하며, 상기 액체 수집단은 상기 액체 내에 잠겨 액체를 상기 방전단에 반송한다. 상기 장치는 상기 액체를 전기 대전(帶電)(charge)시키는 제1 전극, 상기 방전단에 대향하는 제2 전극, 및 전압원을 포함한다. 전압원은, 상기 방전단에서 상기 액체를 대전시켜, 상기 액체를 이온화된 미립자의 형태로 방출하기 위해, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 고전압을 인가한다. 상기 액체 저장 수단은 상기 반송체, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 전압원과 함께 하우징 내에 수납된다. 본 발명의 특징은 상기 액체 저장 수단의 적어도 일부가 상기 하우징에 착탈 가능하게 설치되는 것이다. 따라서, 하우징에 착탈 가능하게 설치된 액체 저장 수단의 일부가 어려움 없이 액체를 공급하는 데에 이용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 액체 저장 수단은 상기 하우징 내에 장착된 용기 및 상기 용기에 상기 액체를 공급하는 공급 탱크로 구성된다. 상기 공급 탱크는 상기 용기에 착탈 가능하게 설치되며, 액체의 용이한 공급을 위해 이용된다.
바람직하게는, 상기 용기, 상기 반송체, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 공급 탱크는 상기 하우징에 형성된 오목부 내에 수납된다. 하우징은 오목부를 덮는 뚜껑을 구비하며, 상기 뚜껑이 개방될 때 상기 전압원으로부터의 고전압의 인가를 정지시키는 스위치가 설치된다. 따라서, 뚜껑을 개방하여 액체를 공급하는 동안에, 고전압은 용기 내의 액체에 인가되지 않는다. 따라서, 액체 또는 전극을 실수로 접촉하였을 때, 인체는 고전압으로부터 보호될 수 있어, 액체의 안전한 공급을 보장한다.
바람직한 실시예에서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 전압원과 함께 상기 하우징 내에 수납된 제1 접점 및 제2 접점에 각각 착탈 가능하게 접속된다. 상기 반송체, 상기 제1 전극, 및 상기 제2 전극은 상기 하우징에 착탈 가능하게 설치된 케이싱 내에 용기와 함께 수납된다. 따라서, 용기와 반송체가 세척될 필요가 있을 때, 케이싱은 필요한 처리를 위해 하우징으로부터 분리된다.
이 경우에, 바람직하게는, 상기 하우징은 상기 케이싱을 수납하는 오목부, 및 상기 오목부를 덮는 뚜껑을 포함하며, 상기 뚜껑이 개방될 때 상기 전압원으로부터의 고전압의 인가를 정지시키는 스위치가 설치된다. 바람직하게는, 상기 오목부는 상기 하우징의 내부로부터 밀봉되어, 액체의 누수를 방지하여, 하우징 내의 전압원을 액체로부터 보호한다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 반송체와 함께 배럴에 장착된다. 상기 제1 전극 및 제2 전극에는 상기 전압원의 상기 제1 접점 및 제2 접점 각각과의 압접을 위한 제1 단자 및 제2 단자가 각각 설치된다. 바람직하게는, 상기 제1 단자 및 제2 단자는 상기 배럴 상에서 서로에 대하여 반대쪽에 배치되어, 상기 제1 접점 및 제2 접점 각각으로부터 서로 상쇄되는 접촉력들을 받는다. 서로 상쇄되는 힘에 의해, 제1 단자 및 제2 단자는 제1 접점 및 제2 접점과 각각 견고하게 전기 접속되어, 하우징 내의 전압원과 케이싱 내의 제1 및 제2 전극 사이의 신뢰성 있는 전기 접속을 보장하면서, 케이싱은 하우징으로부터 착탈 가능하게 한다.
상기와 같이 구성된 정전 분무 장치는, 바람직하게는, 공기 청정기와 같은 장비에 내장된다. 공기 청정기는 오염물질 포착 필터, 및 상기 필터를 통해 공기를 순환시키는 팬이 장착된 하우징을 구비한다. 상기 분무 장치는 상기 하우징 내에서 상기 팬과 상기 필터의 하류에 배치된다. 따라서, 이온화된 액체 입자 및 이온화 침으로부터 발생된 음이온은 필터를 통해 오염물질이 제거된 청정 공기에 실려 실내 공간으로 살포되어, 상기 입자가 제공하는 냄새 제거 효과 및/또는 다 른 환경 개선 효과를 실내의 넓은 공간에 제공한다.
이러한 목적과 이점 및 다른 목적과 이점은 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정전 분무 장치의 수직 단면도이다.
도 2는 상기 장치의 동작을 설명하는 개략도이다.
도 3은 상기 장치에 이용되는 전극판의 평면도이다.
도 4는 상기 장치를 내장하는 공기 청정기의 단면도이다.
도 5는 상기 장치의 부분 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 분무 장치의 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 정전 분무 장치(M)는, 예로서 미립자 물을 이온화하여 나노미터 크기의 이온화된 물 미립자를 생성하도록 구성된다. 도 1에 나타내듯이, 정전 분무 장치(M)는 복수개의 모세관 반송체(20)를 지지하는 베이스(10), 베이스(10)의 상부를 둘러싸는 배럴(30), 배럴(30)의 상부 개구에 장착된 전극판 (40), 및 베이스(10)의 아래쪽에 부착된 용기(50)를 포함한다. 베이스(10)와 용기(50)는 용기(50)에 착탈 가능한 공급 탱크(80)와 함께 케이싱(90) 내에 수납된다. 케이싱(90)은, 도 4에 나타내듯이, 공기 청정기(100)의 하우징(101) 내에 형성된 오목부(120) 내에 수납된다. 본 발명에서, 용기50)와 공급 탱크(80)는 협동하여 모세관 반송체(20)에 공급될 액체를 저장하는 액체 저장 수단을 형성한다. 오목부(120)는 하우징(101)의 내부로부터 밀봉되어, 물이 오목부(120)에서 누수되는 경우에, 고전압원(70)을 물로부터 보호한다.
각각의 모세관 반송체(20)는 다공성 세라믹으로 제조되고, 직경이 약 5MM이며, 길이가 약 70MM이고, 베이스(10)를 통해 연장되는 다공성 막대의 형태로 형성된다. 반송체(20)에는, 베이스(10) 위로 돌출하는 반송체(20)의 부분의 뾰족한 단부에 있는 방전단(21), 및 베이스(10)의 아래로 돌출하는 반송체(20)의 부분에 있는 액체 수집단(22)이 형성된다. 액체 수집단(22)은 용기(50) 내의 물에 잠겨, 모세관 작용에 의해 물을 흡수하여 방전단(21)에 공급한다. 베이스(10)는 도전성 플라스틱 재료로 제조되고, 제1 전극으로서 작용하여 각각의 모세관 반송체(20)에 마이너스 전위를 부여한다. 이 목적을 위해, 베이스(10)의 둘레부에는 고전압원(70)의 마이너스 쪽과의 접속을 위한 제1 단자(12)가 형성된다.
고전압원(70)은 예를 들면 500v/MM의 전계 강도를 가진 고전압을 베이스(10)와 전극판(40) 사이에 인가하여, 모세관 반송체(20)의 말단부에 있는 방전단(21)과 방전단에 대향하는 제2 전극을 형성하는 전극판(40) 사이에 정전 분무를 발생시켜, 이온화된 물 미립자는 방전단(21)으로부터 전극판(40)을 향해 방출된다. 즉, 고전 압은, 방전단으로부터 방출되는 물의 레일리(Rayleigh) 분열을 유도하여, 마이너스로 대전된 물 입자를 발생시켜, 이온화된 물 미립자의 미스트(mist)를 방출한다. 본 실시예에서, 전극판(40)은 접지 전위에 접속되어, 베이스(10)에 부여된 마이너스 전위에 대해 소정 전압차를 준다. 고전압원(70)은 연속적 또는 펄스 형태의 고전압을 전극판(40)과 베이스(10) 사이에 인가한다.
전극판(40)은, 도전성 수지로 성형되고, 별 모양의 개구 둘레부(41)를 가진 중심 개구를 가진 원형 외주부를 갖도록 형성된다. 개구 둘레부는 각각의 반송체(20)의 방전단(21)에 인접 대향하여 배치되어, 개구 둘레부(41)와 방전단(21) 사이에 방전을 일으킨다. 전극판(40)의 둘레부에, 고전압원(70)의 플러스 쪽에 접속되는 제2 단자(48)가 형성된다. 제1 단자(12)와 제2 단자(48)는, 고전압원(70)의 플러스 쪽과 마이너스 쪽에 각각 접속된 제1 접점(71) 및 제2 접점(72)과 각각 압접된다.
배럴(30)의 외벽에, 공기를 도입하여 공기 흐름이 전극판(40)의 중심 개구로부터 외부로 향하게 하는 복수개의 창(32)이 형성된다. 방전단(21)과 전극판(40) 사이에서 생성된 마이너스로 이온화된 미립자는 공기 흐름에 실려 미스트의 형태로 넓은 공간으로 방출된다. 도 4에 나타내듯이, 정전 분무 장치(M)가 공기 청정기(100) 내에 내장되기 때문에, 공기 청정기(100)에서 생성된 강제 공기류는 이온화된 물 미립자를 넓은 범위에 걸쳐 분산시키는 데에 가장 잘 이용된다. 공기 청정기(100)의 하우징(101)은 공기 유입구(102)와 공기 유출구(104)를 구비한다. 팬(110), 및 먼지 및 다른 오염물을 포착하는 필터(112)는 하우징(101)에 수납되어, 외부 공기를 필터(112)를 통해 흡입하고 청정 공기를 공기 유출구(104)를 통해 흐르게 한다. 정전 분무 장치(M)는 필터(112)와 팬(110)의 하류에서 공기 유출구(104)에 인접하여 배치된다.
베이스(10)는 그 중앙에서 이온화 침(60)을 지지하는데, 이온화 침(60)은, 모세관 반송체(20)의 방전단(21)과 동일한 높이로 베이스의 위로 돌출하는 뾰족한 팁을 구비하고, 모세관 반송체(20)와 동일한 전위로 대전된다. 모세관 반송체(20)는 이온화 침(60)에 대해 동심인 원에 균일하게 이격되어 배치된다. 모세관 반송체(20)와 이온화 침(60)에 대하여 공통인 대향 전극을 형성하는 전극판(40)의 개구 둘레부(41)는 복수개의 만곡된 에지(42)의 조합에 의해 형성된다. 만곡된 에지 각각은 대응하는 각각의 모세관 반송체(20)의 방전단(21)을 중심으로 하는 반원형 에지이며, 방전단(21)과 일정한 거리를 유지한다. 인접한 만곡된 에지(42)들은 그 사이에 제2 에지(44)를 형성하며, 제2 에지(44)는 이온화 침(60)에 대향되어 이온화 침(60)과의 사이에 코로나 방전을 발생시켜, 오존의 발생을 억제하면서, 공기 중의 산소, 산화물 또는 질화물 등의 분자를 마이너스로 대전시켜 마이너스 이온을 생성한다. 제2 에지와 이온화 침(60) 사이의 거리(R2)는 제1 만곡된 에지(42)와 방전단(21) 사이의 거리(R1)보다 크게 유지되어, 방전단(21)에서의 액체의 분무 작용, 및 이온화 침(60)에서의 마이너스로 대전된 이온의 생성은 각각 최적 상태에서 수행될 수 있다.
용기(50)는 수평 방향으로 긴 형상으로 되어, 공급 탱크(80)의 스파웃(spout)을 착탈 가능하게 수납하도록 배럴(30)로부터 옆으로 연장된 연장부의 상면 에 형성된 연결 포트(52)를 형성한다. 스파웃(80)은 밸브(84)를 포함하는데, 밸브(84)는 스파웃(82)이 연결 포트(52)에 삽입됨에 따라 개방되어, 물을 탱크(80)로부터 용기(50)로 공급한다.
모세관 반송체(20)를 지지하는 베이스(10), 및 베이스(10)의 상부를 둘러싸는 배럴(30)은 용기(50)와 일체로 결합되고, 공급 탱크(80)와 함께 케이싱(90) 내에 유지된다. 케이싱(90)을 착탈 가능하게 수납하도록 형성된 하우징(101)의 오목부(120)에 뚜껑(130)이 설치된다. 뚜껑(130)이 개방되면, 공급 탱크(80)가 용기(50)에 착탈되고, 케이싱(90)이 오목부(120)에 착탈된다. 뚜껑(130)은 천공된 판으로 제조되어 공기 유출구(104)를 형성한다. 오목부(120)의 둘레부에 인접 스위치(140)가 설치되는데, 인접 스위치(140)는, 뚜껑(130)의 개방에 대응하여, 고전압원(70)을 정지시키거나, 고전압원(70)으로부터 제1 및/또는 제2 단자(71, 72)에의 전기 접속을 차단시킨다. 따라서, 고전압은 모세관 반송체(20), 및 모세관 반송체(20)와 접촉하는 물에 인가될 수 없어, 공급 탱크(80) 또는 케이싱(90)의 안전한 착탈 또는 장치 내부의 안전한 검사를 보장한다.
제1 접점 및 제2 접점은 각각 금속제의 스프링 판으로 형성되어, 스프링 압력에 의해 각각 제1 단자(12) 및 제2 단자(48)와 전기 접속된다. 도 5에 나타내듯이, 제1 접점(71)과 제2 접점(72)의 접촉 영역은 각각 사각형이고, 제1 단자(12) 및 제2 단자(48)의 폭(W2)보다 큰 폭(W1)을 가진다. 따라서, 도전성 플라스틱 재료로 제조된 제1 단자(12)와 제2 단자(48)는 분무 장치(M)의 착탈시에 스프링 판의 에지에 의해 긁혀 떨어지지 않아, 신뢰성 있는 전기 접속을 유지한다.
각각의 모세관 반송체(20)는, 입자 크기가 2 내지 500μm인 다공성 세라믹 재료로 제조되며, 기공율이 10 내지 70%인 다공성을 가져, 세라믹 내의 미세한 통로를 이용하여 모세관 작용에 의해 물을 방전단(21)으로 공급한다. 세라믹은, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 실리카, 및 마그네시아 중 하나 또는 임의의 조합으로부터 선택되고, 이용시에 등전위점에서 물의 pH보다 낮은 pH를 갖도록 선택된다. 이러한 선택의 기준은, 이용되는 물에 함유될 수 있는 Mg 및 Ca 등의 미네랄 성분에 관련된다. 물에 함유된 미네랄 성분은 모세관 반송체(20)의 방전단(21)에 접근하는 것이 방지되고, 따라서 공기 중의 CO2와 반응하여, 정전 분무 작용을 방해할 수 있는 MgO 또는 CaCo3로서 석출되는 것이 방지된다. 즉, 모세관 반송체(20) 내의 전기 삼투류(electroosmotic flow)를 이용하여, 물 내에 분산되어 있는 Mg 이온 또는 Ca 이온이 방전단(21)에 접근하는 것이 방지될 수 있다.
정전 분무에 의해 발생되는 이온화된 물 미립자의 미스트가, 팁 직경이 0.5mm 이하인 모세관 반송체(20)를 이용하여, 500V/mm 이상의 전계 강도에서 0.02ml/m의 속도로 생성될 때, 미스트는 3 내지 100nm의 나노미터 크기의 초미세 입자를 포함하고, 초미세 입자는 공기 중의 산소와 반응하여 히드록실 라디칼, 초과산화물, 일산화 질소 라디칼, 및 산소 라디칼 등의 라디칼을 발생시킨다. 이온화된 물 미립자의 미스트는, 실내 공간으로 방출될 때에, 실내의 공기에 포함된 물질 또는 실내 벽면에 부착된 물질의 냄새를 제거할 수 있다. 다음의 식은, 라디칼과 취기(臭氣) 사이의 반응식이다.
암모니아: 2NH3+6OH→N2+6H2O
아세트알데히드: CH3CHO+6OH+O2→2CO2+5H2O
초산: CH3COOH+4OH+O2→2CO2+4H2O
메탄 가스: CH4+4OH+O2→CO2+4H2O
일산화 탄소: CO+2OH→CO2+H2O
일산화 질소: 2NO+4OH→N2+2O2+2H2O
포름알데히드: HCHO+4OH→CO2+3H2O
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는데, 제1 단자(12) 및 제2 단자(48)가 직경 방향으로 서로 반대되는 단부에 배치되어 스프링 힘들을 대략적으로 상쇄시키며, 스프링 힘 중 하나는 제1 접점(71)으로부터 제1 단자(12)로 작용하고, 다른 하나는 제2 접점(72)으로부터 제2 단자(48)로 향해 작용하는 것을 제외하며, 상기 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 각각의 접속부에서 충분한 접촉 압력이 얻어질 수 있어, 베이스(10) 및 전극판(40)에 대해 고전압원(70)이 신뢰성 있게 전기 접속되게 한다. 유사한 부품에는 유사한 도면 부호가 부여된다.
상술한 실시예는, 이온화된 물 미립자의 미스트를 발생시키기 위해 물이 이용되는 예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 특정 실시예에 한정되지 않고, 물 이외의 여러 가지 액체를 이용하는 것에 적용될 수 있다. 적용 가능한 액체에는, 비타민 C, 아미노산, 방향 오일, 또는 방향제 등의 탈취제와 같은 값비싼 성분을 함유하는 물이 포함되며, 또한 메이크업 로션과 같은 콜로이드 용액이 포함된다.
본 발명의 정전 분무 장치 및 이것을 이용한 공기 청정기에 의하면, 장기간의 이용시에 안정된 정전 분무를 유지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 일정량의 액체를 저장하기 위한 액체 저장 수단,
    액체 수집단(收集端), 및 상기 액체 수집단의 반대쪽에 있는 방전단(放電端)을 구비하는 반송체,
    상기 액체를 대전(帶電)(charge)시키는 제1 전극,
    상기 방전단에 대향하는 제2 전극, 및
    상기 방전단에서 상기 액체를 대전시키고, 상기 액체를 이온화된 미립자의 형태로 방출하기 위해, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압을 인가하는 전압원
    을 포함하며,
    상기 액체 수집단은 상기 액체 저장 수단에 저장된 액체에 잠겨 액체를 수집하여 상기 반송체를 통해 상기 방전단에 반송하고,
    상기 액체 저장 수단은 상기 반송체, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 전압원과 함께 하우징 내에 수납되어 있고,
    상기 액체 저장 수단은 상기 하우징에 착탈 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 분무 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체 저장 수단은 상기 하우징 내에 수납된 용기 및 상기 용기에 상기 액체를 공급하기 위한 공급 탱크를 포함하며, 상기 공급 탱크는 상기 용기에 착탈 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 분무 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하우징에는, 상기 용기, 상기 반송체, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 공급 탱크를 내부에 수납하기 위한 오목부가 형성되어 있고,
    상기 오목부는 뚜껑으로 덮여 있으며,
    상기 장치는 상기 뚜껑이 개방될 때 상기 전압원을 정지시키는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 분무 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에의 전기 접속을 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 각각 착탈 가능한 제1 접점 및 제2 접점과 함께 상기 전압원은 상기 하우징 내에 수납되어 있고,
    상기 용기는 상기 반송체, 상기 제1 전극, 및 상기 제2 전극과 함께 케이싱 내에 수납되어 있으며,
    상기 케이싱은 상기 하우징에 착탈 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 분무 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 케이싱을 수납하는 오목부, 및 상기 오목부를 덮는 뚜껑을 구비하며,
    상기 장치는 상기 뚜껑이 개방될 때 상기 전압원을 정지시키는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 분무 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 전압원이 수납되는 상기 하우징의 내부로부터 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 분무 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 반송체는 상기 제1 전극 및 제2 전극과 함께 배럴에 장착되고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 전압원의 상기 제1 접점 및 제2 접점 각각과의 압접을 위한 제1 단자 및 제2 단자를 구비하며, 상기 제1 단자 및 제2 단자는 상기 배럴 상에서 서로에 반대쪽에 배치되어, 상기 제1 접점 및 제2 접점 각각으로부터 서로 상쇄되는 접촉력들을 받는 것을 특징으로 하는 정전 분무 장치.
  8. 제1항에 기재된 정전 분무 장치를 포함하는 공기 청정기에 있어서,
    상기 하우징에, 오염물질을 포착하기 위한 필터, 및 상기 필터를 통해 공기를 순환시키는 팬이 설치되어 있고,
    상기 장치는 상기 하우징 내에서 상기 팬과 상기 필터의 하류에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 청정기.
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