KR101024681B1 - 단열 히트 재킷 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단열 히트 재킷을 개시한다. 단열 히트 재킷은 작동 유체가 관 내로 유동하는 유동 라인 외측을 감싸도록 형성되어서, 유동 라인으로 열을 공급하는 것으로서, 재킷 본체부를 포함한다. 재킷 본체부는 열을 발생시키는 발열부를 포함하고, 유동 라인 방향으로는 발열부로부터 전달되는 열의 양이 많고, 외측 방향으로는 발열부로부터 전달되는 열의 양이 적은 구조를 가는 것으로, 제1, 2 재킷 본체부를 갖는다. 상기 제1, 2 재킷 본체부는 각각 하프 파이프(half pipe) 형상을 가지며, 상기 유동 라인을 일측 및 타측에서 각각 감싸는 형상으로 서로 결합된다.
단열 히트 재킷, 발열체
Description
본 발명은 단열 히트 재킷에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정, 화학 공정, 플라스틱 생산 공정 등에서 액체 또는 가스가 특정 온도로 수송될 필요가 있는 경우 사용되는 단열 히트 재킷에 관한 것이다.
반도체 장치 제조, 화학 공정, 플라스틱 생산, 상업적인 음식물 가공, 장비 제조, 및 다른 제조산업 등에서 특히 액체 또는 가스가 제한된 가열 또는 냉각으로 특정온도에서 수송될 필요가 있거나, 증발성 재료의 고화를 막고 이러한 재료가 파이프, 튜브, 밸브 몸체, 및 다른 콘딧(이하, 편의상 "파이프 등"이라 칭한다.)의 내부 표면상에 증발성 재료의 고화의 결과로서 침착되는 것을 방지할 필요가 있다. 이 경우, 상기 파이프, 튜브, 밸브 몸체 및 2차원 또는 3차원 곡률을 가지는 다른 콘딧을 가열하거나 단열시키기 위해서 히터가 종종 이용된다.
그 예로, 반도체 제조 공정 중 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 공정에서 배기 라인을 통하여 배출되는 가스들은 제한된 온도로 유지되어야 하며, 이에 따라서 단열 히트 재킷이 필요하다. 보다 상세히 설명하면, 반도체 장치를 제조하기 위한 반도체 기판의 가공 공정들은 다양한 공정 가스들을 사 용한다. 대표적으로 여러 가지 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 및 건식 식각 공정에서 포스핀(PH3), 실란(SiH4), 디클로로 실란(SiH2Cl2), 암모니아(NH3) 및 산화질소(N2O) 등의 가스를 사용한다. 상기와 같은 반도체 가공 공정의 경우, 상기 공정이 완료되면 배기 라인을 통해 공정 챔버로부터 암모니아 클로라이드 가스(NH4Cl) 등과 같은 반응 부산물이 배출된다. 상기 반응 부산물을 수송하는 배기 라인을 상온으로 그대로 유지하는 경우에 상기 암모니아 클로라이드 가스는 고화 침전되어 상기 배기 라인의 벽면에 들러붙게 된다. 그 결과, 파이프의 내벽은 고화 침전된 파우더로 침적되게 되고 파이프 또는 튜브의 내벽이 막히게 되어 폭발 사고의 위험이 있게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제413699호에서는, 단열 히트 재킷이 히트 매트와 재킷 히터를 포함하여서 상기 배기 라인의 외측면을 감싸도록 하였다.
그러나, 이러한 단열 히트 재킷에 포함된 히트 매트는 가요성이지만 실질적으로 비신축성을 가지며 빈 원통형의 형상을 가진다. 이와 달리, 배기 라인은 파이프, 에어 밸브, 체크 밸브 등은 각각 서로 다른 아닌 다양한 형상을 가진다.
이에 따라서 단열 히트 재킷이 각종 배기라인의 다양한 형상에 맞추어 밀착되지 않게 되며, 이에 따라서, 밸브 등의 특정 영역에서 열전달율이 저하된다. 이렇게 열전달율이 균일하지 않으면, 특정 영역에서 가스가 고화되는 현상이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 파이프 등으로 열전도율이 우수한 단열 히트 재킷을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 조립이 간단하고 용이한 단열 히트 재킷을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단열 히트 재킷은 작동 유체가 관 내로 유동하는 유동 라인 외측을 감싸도록 형성되어서, 상기 유동 라인으로 열을 공급하는 것으로서, 재킷 본체부를 포함한다.
상기 재킷 본체부는 열을 발생시키는 발열부를 포함하고, 상기 유동 라인 방향으로는 상기 발열부로부터 전달되는 열의 양이 많고, 외측 방향으로는 상기 발열부로부터 전달되는 열의 양이 적은 구조를 가는 것으로, 제1, 2 재킷 본체부를 갖는다. 상기 제1, 2 재킷 본체부는 각각 하프 파이프(half pipe) 형상을 가지고 있으며, 상기 유동 라인을 일측 및 타측에서 각각 감싸는 형상으로 서로 결합된다.
이 경우, 상기 제1, 2 재킷 본체부를 서로 결합시키는 결합부재를 더 포함하고, 상기 결합부재는, 상기 제1, 2 재킷 본체부의 하나에 형성된 밸크로 및 상기 제1, 2 재킷 본체부를 감싸서 상기 밸크로에 결합되는 결합 띠를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1, 2 재킷 본체부를 서로 결합시키는 결합부재를 더 포함하고, 상기 결합부재는, 상기 제1, 2 재킷 본체부의 하나에 형성된 단추 및 상기 제1, 2 재킷 본체부를 감싸서 상기 단추에 결합되는 결합 띠를 구비할 수 있다.
한편, 상기 재킷 본체부는, 상기 유동 라인과 밀착되는 것으로, 상기 발열부를 포함하는 발열 시트와, 상기 발열 시트의 외면에 형성된 것으로, 상기 발열 시트부보다 열 전도율이 낮은 소재로 이루어진 단열 재킷을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 단열 히트 재킷이 유동 라인에 밀착되도록 배치됨으로써 균일하게 열이 유동 라인으로 전달됨으로써, 작동 유체가 유동 라인의 일부에서 고화되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 단열 히트 재킷(100)을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1을 분해 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ라인을 따라 취한 단면도이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단열 히트 재킷(100)은 작동 유체가 관 내로 유동하는 유동 라인(10) 외측을 감싸도록 형성되어서, 상기 유동 라인(10)으로 열을 공급하는 것으로서, 재킷 본체부(110)와, 밀착부(140)를 구비한다.
재킷 본체부(110)는 열을 발생시키는 발열체(131)를 포함하고, 상기 유동 라인(10) 방향으로는 상기 발열체(131)로부터 전달되는 열의 양이 많고, 외측 방향으로는 상기 발열체(131)로부터 전달되는 열의 양이 적은 구조를 갖는다.
즉, 상기 재킷 본체부(110)는 유동 라인(10)으로는 발열체(131)로부터의 열을 충분히 전달하여서, 상기 유동 라인(10) 내를 유동하는 가스 또는 액체가 설정된 온도 범위를 가지도록 한다.
예를 들어서, 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 및 건식 식각 공정에서 포스핀(PH3), 실란(SiH4), 디클로로 실란(SiH2Cl2), 암모니아(NH3) 및 산화질소(N2O) 등의 가스를 사용하는데, 상기와 같은 반도체 가공 공정의 경우, 상기 공정이 완료되면 배기 라인을 통해 공정 챔버로부터 암모니아 클로라이드 가스(NH4Cl) 등과 같은 반응 부산물이 배출된다. 그런데 이런 반응 부산물은, 상기 반응 부산물을 배기 라인이 예를 들어 70℃ 이하로 유지되는 경우에, 고화 침전되어 상기 배기 라인의 벽면에 들러붙게 되고, 그 결과 배기 라인의 내벽은 고화 침전된 파우더로 침적되게 되고, 상기 배기 내벽이 막히게 되어 폭발 사고의 위험이 있게 된다.
또한, 저압 화학 증착(LPCVD) 및 알루미늄 에칭과 같은 반도체 제조 공정은, 반응 공정 챔버에서 야기되고 반응공정 챔버로부터 배출되는 방출가스중에, 염화암모늄 가스(NH4Cl) 또는 염화알루미늄 가스(AlCl3)와 같은 반응부산물을 발생시킨다. 염화암모늄 가스는 고화, 침착될 수 있으며, 이에 따라 배기 또는 처리 구역, 진공 펌프, 및 다른 장비로 가스를 운반하는 비가열된 파이프의 내부 표면과 같은 차가운 표면상에 고체 빌드업을 야기시킨다. 반응 공정 챔버로부터 하류의 파이프, 펌프, 및 다른 장비 내의 이러한 고체 빌드업은 파이프를 부분적으로 또는 심지어 완 전히 막을 수 있고, 펌프 및 다른 장비를 손상시키고, 진공 컨덕턴스를 감소시키고, 제조 공정에 이용되는 파이프, 펌프, 및 다른 장비를 기능상 손상되거나 작동되지 않게 한다. 고체 빌드업은 또한 파이프 표면을 얇은 조각으로 벗겨낼 수 있어 제조 공정에서 오염원이 될 수 있다.
그러한 오염이 발생된다면, 제조 시스템은 결정체가 시스템으로부터 소제되는 동안 중단되어야만 하고, 막힌 파이프 및 펌프는 소제 또는 교환되어야 한다. 게다가, 기판 웨이퍼 또는 반도체 칩은 오염되어서 쓸모없이 되고 수리 또는 사용할 수 없게 된다.
이에 따라서 재킷 본체부(110)는 유동 라인(10) 내로 특정 온도 이상, 예를 들어 70℃ 이상으로 유지시키도록 상기 유동 라인(10)에 열을 전도시킨다.
또한, 상기 재킷 본체부(110)의 외측면은 가능한 한 온도를 낮을 필요가 있다. 상기 히트 재킷을 사용자가 만지더라도 화상 등을 당하지 않고, 인접하는 다른 부재에 영향을 받지 않도록 하기 위함이다. 이를 위하여 본 발명에서는 외측 방향으로는 상기 발열체(131)로부터 전달되는 열의 양이 적은 구조를 갖는다.
상기 재킷 본체부(110)의 일예로서는, 발열 시트(111)와, 단열 재킷(121)을 포함할 수 있다. 상기 발열 시트(111)는 상기 밀착부(140)와 밀착되는 것으로, 상기 발열체(131)를 포함한다. 이 경우, 상기 발열 시트(111)는 실리콘 섬유 소재일 수 있다. 발열체(131)는 상기 발열 시트(111) 내부에 함입된 열선 형상일 수도 있고, 상기 발열 시트(111)와 매트릭스 형상으로 얽혀서 배치된 부재일 수도 있다.
단열 재킷(121)은 상기 발열 시트(111)의 외면에 형성된 것으로, 상기 발열 시트(111)보다 열 전도율이 낮은 소재로 이루어진다. 상기 단열 재킷(121)은 탄성력을 가질 수도 있고, 갖지 않을 수도 있다.
상기 재킷 본체부(110)은 하프 파이프(half pipe) 형상을 가지고 있으며, 각각의 재킷 본체부(110)가 상기 유동 라인을 일측 및 타측에서 감싸는 형상을 하고 있다. 이를 통하여 재킷 본체부(11)가 파이프 등을 둘러싸기가 쉽다. 이에 따라서 파이프 등의 형상에 관계없이 조립 가능하다.
밀착부(140)는 상기 재킷 본체부(110)보다 우수한 열전달율을 가지는 것으로서, 상기 재킷 본체부(110)와 상기 유동 라인(10) 사이에 밀착되도록 개재된다.
특히 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 유동 라인(10)이 체크 밸브(12)와 에어 밸브(14)를 비롯하여서, 다양한 직경의 관들을 구비할 수 있으며, 이 경우, 상기 각각의 관들과, 체크 밸브(12)와, 에어 밸브(14)의 형상은 서로 다르다. 즉, 각각의 유동 라인(10)은 각각 다른 형상을 가진 부품들이 서로 결합되어서 이루어진다. 따라서, 단순히 중공 실린더 형상의 단열 히트 재킷(100)을 상기 유동 라인(10)에 감싼다면, 단열 히트 재킷(100) 및 유동 라인(10)의 적어도 일부가 서로 밀착되지 않게 된다. 이에 따라서 상기 열전달이 잘 이루어지지 않게 됨과 동시에, 열전달 균일성이 저하된다. 이에 따라서 일정 구간에서 작동 유체가 고화되는 문제점이 발생하게 된다. 특히 밸브류들은 열고 닫힘에 따라서 작동 유체가 통과하거나 비통과하는데, 열전달이 균일하게 이루어지지 않는 경우 작동 유체의 고화가 발생하게 된다.
본 발명에 포함된 밀착부(140)는 그 내측면이 상기 유동 라인(10)과 밀착되 도록 형성되고, 그 외측면에 상기 재킷 본체부(110)와 밀착되도록 형성됨으로써, 상기 재킷 본체부(110)로부터의 열이 밀착부(140)로 균일하게 전달된다. 또한, 상기 밀착부(140)는 재킷 본체부(110)보다 열전도율이 높은 금속 소재 또는 비금속 소재로 이루어진다. 밀착부(140)가 금속 소재로 이루어진다면, 그 형상에 맞추어 제작이 간편하고, 열전도율이 높으므로, 상기 설정 온도로 유동 라인(10) 내를 유지시키기 위한 부하가 감소한다. 이 경우, 상기 밀착부(140)는 알루미늄 재질로 제조될 수 있다.
이 경우, 상기 밀착부(140)는 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(141) 및 제1, 2 라인 밀착부재(146)를 구비할 수 있다.
제1, 2 재킷 본체 밀착부재(141)는 각각 하프 관(half pipe) 형상으로 외측면이 상기 재킷 본체부(110)와 밀착된다. 상기 하프 파이프 형상이란 단순히 중공 실린더 형상을 반으로 쪼갠 형상이 아니라 가운데가 비어서 작동 유체가 그 내측 공간으로 유동할 수 있는 형상에서 반으로 쪼갠 형상을 의미하며, 따라서 그 단면은 사각형, 육각형, 팔각형, 타원형 등 다양할 수 있다.
제1, 2 라인 밀착부재(146)는 상기 유동 라인(10)에 밀착되도록 형성된 내측면 및 상기 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(141)에 밀착되도록 형성된 외측면을 가지며, 상기 유동 라인(10)을 양측에서 감싼다.
상기 제1, 2 라인 밀착부재(146)는 상기 유동 라인을 중심으로 서로 대향하도록 배치되어서, 상기 제1 라인 밀착부재의 내측면은 상기 유동 라인(10)의 일부를 일측에서 밀착시키도록 배치되고, 제2 라인 밀착부재의 내측면은 상기 유동 라 인(10)의 일부를 타측에서 밀착시키도록 배치된다. 예를 들어서 상기 유동 라인(10)이 팔각 볼트 형상이라면, 상기 제1, 2 라인 밀착부재(146)의 내측면 단면이 팔각 다각형을 반으로 자른 일부분 및 타부분 형상을 할 수 있다.
또한, 상기 제1, 2 라인 밀착부재(146)의 외측면은 이들과 각각 밀착되는 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(141)의 내측면과 동일한 형상을 가진다.
이는 밀착부(140)의 제조를 간편하게 하면서, 상기 유동 라인(10)과의 밀착성을 향상시키기 위함이다. 즉, 유동 라인(10)의 형상이 복잡한 경우, 밀착부(140)를 하나의 부재로 제조하기가 쉽지 않다. 이에 따라서, 상기 밀착부(140)를 적어도 두개의 밀착부재로 나뉘어 제조함으로써 제조 바용도 감소되고, 밀착성도 향상시키는 효과를 가져온다.
한편, 상기 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(141)는 서로 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(141)에는 각각 단차진 관통 홀(143)이 형성되고, 볼트(144)가 상기 관통 홀(143) 사이를 관통한 상태에서 너트(145)를 가지고 조임으로써 결합될 수 있다.
상기 제1, 2 라인 밀착부재(146)은 서로 결합될 수도 있고, 이와 달리 서로 결합되지 않은 채 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(141)에 의하여 밀착된 상태로 있을 수 있다.
제1, 2 재킷 본체부(110)는 특히 도 1에 도시된 바와 같이, 별도의 결합부재(150)에 의하여 결합될 수 있다. 상기 결합부재(150)는, 상기 제1, 2 재킷 본체부(110)의 하나에 형성된 밸크로/단추를 포함하고, 상기 제1, 2 재킷 본체부(110) 를 감싸서 상기 밸크로 또는 단추에 결합되는 결합 띠를 구비할 수도 있고, 이와 달리 브라켓일 수도 있으며, 이와 다른 여러 결합부재일 수 있다.
한편, 도시되지는 않으나 상기 발열체가 설정된 온도로 열을 발생시키기 위하여, 전압 인가부와, 온도 설정부를 더 구비할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단열 히트 재킷(200)을 도시한 분해 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 단열 히트 재킷(200)은 밀착부(240)와, 발열체(231)와, 단열 재킷(221)을 포함한다. 밀착부(240)는 금속 소재로 상기 유동 라인(20)에 밀착되도록 형성된다. 발열체(231)는 상기 밀착부(240)에 함입 또는 접하도록 형성된다. 단열 재킷(221)은 상기 밀착부(240)의 외면을 덮도록 형성된 것으로, 상기 밀착부(240)보다 열전도율이 낮은 소재로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 발열체(231)가 밀착부(240)에 접하도록 형성된다. 종래의 히트 매트보다 열전도성이 우수한 밀착부(240)에 의하여 열이 전달되는 동시에, 상기 밀착부(240)가 유동 라인(10)에 밀착됨으로써 보다 열 전달율이 높아진다.
이 경우, 상기 밀착부(240)는 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(241) 및 제1, 2 라인 밀착부재(246)를 구비할 수 있다.
제1, 2 재킷 본체 밀착부재(241)는 각각 하프 관(half pipe) 형상으로 외측면이 상기 단열 재킷(221)과 밀착되며, 서로 결합될 수 있다. 상기 하프 관 형상이란 단순히 중공 실린더 형상을 반으로 쪼갠 형상이 아니라 가운데가 비어서 작동 유체가 그 내측 공간으로 유동할 수 있는 형상에서 반으로 쪼갠 형상을 의미한다.
제1, 2 라인 밀착부재(246)는 상기 유동 라인(10)에 밀착되도록 형성된 내측 면 및 상기 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(241)에 밀착되도록 형성된 외측면을 가지며, 상기 유동 라인(10)을 양측에서 감싼다. 상기 제1, 2 라인 밀착부재(246)은 서로 결합될 수도 있고, 이와 달리 서로 결합되지 않은 채 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(241)에 의하여 밀착된 상태로 있을 수 있다.
상기 제1 라인 밀착부재의 내측면은 상기 유동 라인(10)의 일부를 일측에서 밀착시키도록 배치되고, 제2 라인 밀착부재의 내측면은 상기 유동 라인(10)의 일부를 타측에서 밀착시키도록 배치된다. 예를 들어서 상기 유동 라인(10)이 팔각 볼트 형상이라면, 상기 제1, 2 라인 밀착부재(246)의 내측면 단면이 팔각 다각형을 반으로 자른 일부분 및 타부분 형상을 할 수 있다.
또한, 상기 제1, 2 라인 밀측부재(246)의 외측면은 이들과 각각 밀착되는 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(241)의 내측면과 동일한 형상을 가진다.
이는 밀착부(240)의 제조를 간편하게 하면서, 상기 유동 라인(10)과의 밀착성을 향상시키기 위함이다. 즉, 유동 라인(10)의 형상이 복잡한 경우, 밀착부(240)를 하나의 부재로 제조하기가 쉽지 않다. 이에 따라서, 상기 밀착부(240)를 적어도 두 개의 밀착부재로 나뉘어 제조함으로써 제조 바용도 감소되고, 밀착성도 향상시키는 효과를 가져온다.
한편, 상기 밀착부(240)에는 외측면으로부터 삽입 형성된 삽입 홈(242)이 형성되고, 상기 발열체(231)는 상기 삽입 홈(242)에 삽입 형성될 수 있다. 예를 들어서, 상기 밀착부(140)가 알루미늄 등의 금속으로 이루어질 경우, 상기 발열체(231)가 삽입될 수 있도록 패턴 형성된 삽입 홈을 형성시킨다. 그 후에 상기 삽 입 홈(242)에 발열체(231)를 삽입시킨다. 이에 따르면, 발열체(231)가 단열 재킷(221)에 직접적으로 접촉하지 않으므로, 단열 효과가 우수하게 되고, 단열 재킷(221)의 열화도 방지할 수 있다.
상기 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(241)은 서로 결합될 수 있다. 결합 메카니즘은 다양한 방법으로 이루어질 수 있으며, 그 하나의 예로 상기 제1, 2 재킷 본체 밀착부재(241)에는 관통 홀(243)이 형성되고, 볼트(244)가 상기 관통홀(243)들을 관통한 다음, 너트(245)가 볼트와 결합되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 단열 히트 재킷을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 단열 히트 재킷을 도시한 분해사시도이다.
Claims (4)
- 작동 유체가 관 내로 유동하는 유동 라인 외측을 감싸도록 형성되어서, 상기 유동 라인으로 열을 공급하는 단열 히트 재킷으로서,열을 발생시키는 발열부를 포함하는 것으로, 각각 하프 파이프(half pipe) 형상을 가지고, 상기 유동 라인 일측 및 타측에서 각각 감싸는 형상을 결합되는 제1, 2 재킷 본체부를 포함하고,상기 제1, 2재킷 본체부는 각각:상기 유동 라인과 밀착되는 것으로, 상기 발열부를 포함하는 발열 시트와;상기 발열 시트의 외면에 형성된 것으로, 상기 발열 시트보다 열 전도율이 낮은 소재로 이루어진 단열 재킷;을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 히트 재킷.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1, 2 재킷 본체부를 서로 결합시키는 결합부재를 더 포함하고,상기 결합부재는, 상기 제1, 2 재킷 본체부의 하나에 형성된 밸크로 및 상기 제1, 2 재킷 본체부를 감싸서 상기 밸크로에 결합되는 결합 띠를 구비하는 것을 특징으로 하는 단열 히트 재킷.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1, 2 재킷 본체부를 서로 결합시키는 결합부재를 더 포함하고,상기 결합부재는, 상기 제1, 2 재킷 본체부의 하나에 형성된 단추 및 상기 제1, 2 재킷 본체부를 감싸서 상기 단추에 결합되는 결합 띠를 구비하는 것을 특징으로 하는 단열 히트 재킷.
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