KR101035416B1 - 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프 - Google Patents

맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프에 관한 것으로서 보다 상세하게는 흡입측과 토출측에 댐퍼(damper)를 설치하여 유체의 진동 변화에 대하여 용적(容積)을 변화시켜 유체의 맥동(脈動)을 저감하도록 한 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프에 관한 것인바, 본 발명은 흡입구와 토출구를 형성한 케이싱과, 케이싱 내부에 설치되며 구동축에 의해 회전하는 한쌍의 로우터로 이루어진 회전 용적형 펌프에 있어서, 상기 케이싱의 흡입구와 연결 형성된 흡입댐퍼홀과; 상기 흡입댐퍼홀과 연결되며 유체가 충입 및 배출이 반복 되는 흡입용적가변공간부와; 상기 토출구와 연결 형성된 토출댐퍼홀과; 상기 토출댐퍼홀과 연결되며 유체가 충입 및 배출이 반복되는 토출용적가변공간부와; 상기 케이싱에 구비된 흡입용적가변공간부와 토출용적가변공간부를 밀폐시키는 흡입측밀폐마개부재 및 토출측밀폐마개부재와; 탄성재로 이루어지며 중앙부가 오목 또는 볼록 형상으로 이루어진 리버스부를 형성하고 테두리는 판형으로 이루어져 상기 케이싱에 구비된 흡입용적가변공간부와 토출용적가변공간부에 설치되는 댐퍼수단을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.

Description

맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프{Equipped with the ability to reduce pulsation yongjeokhyeong pump rotation}
본 발명은 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프에 관한 것으로서 보다 상세하게는 흡입측과 토출측에 댐퍼(damper)를 설치하여 유체의 진동 변화에 대하여 용적(容積)을 변화시켜 유체의 맥동(脈動)을 저감하도록 한 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 펌프는 모터와 같은 구동수단의 동력을 전달받아 기동하여 유체를 이송하는 기기로, 밀폐되지 않은 상태에서 에너지의 전환이 일어나는 비용적형(非容積形) 펌프와, 밀폐된 상태에서 에너지의 전환이 일어나는 용적형(容積形) 펌프로 구별된다. 비용적형 펌프는 토출량이 증가함에 따라 토출압은 감소하는 것으로, 그 기구 및 구조에 따라 원심펌프, 사류펌프, 축류펌프 등이 있다.
그리고 용적형 펌프는 토출량이 부하압력에 관계없이 대략 일정한 것으로, 피스톤펌프, 플런저펌프, 기어펌프, 나사펌프, 베인펌프 등이 있다. 상기 용적형 펌프는 흡입밸브와 송출밸브를 장치한 일정한 체적을 가진 실린더 내를 피스톤, 플렌저 또는 버킷 등의 왕복 직선운동에 대하여 실린더 내를 진공으로 만들어 액체를 흡입하고 이에 용적의 이동 변화를 통하여 소요의 압력을 가함으로서 액체에 정압력에너지를 공급하여 송수하는 펌프이다.
상기 회전식 용적형 펌프는 케이싱 안에서 특수한 형태의 로터를 회전시키는 것으로 기어펌프·베인펌프·나사펌프가 주종을 이룬다. 기어펌프는 기어가 용기 안에서 서로 맞물려 회전하면서 톱니와 케이싱벽 사이의 액체를 흡입관에서 배출관으로 보낸다. 유량은 적지만 압력은 25∼30MPa까지 얻을 수 있으며, 상기 베인펌프는 로터의 회전에 따라 가동날개가 반지름 방향으로 출입하여 기어펌프와 같은 방식으로 압력은 최고 40MPa 정도까지 얻어지고 나사펌프는 2∼3개의 나사봉을 맞물려 회전시켜서 펌프를 작동하게 하는 것이다. 주로 기름용으로 압력은 20MPa 이내이다.
상기와 같은 종래의 회전식 용적형 펌프에 있어서 기어펌프와 똑같은 원리로 액체를 압출하는 것에 로브펌프(lobular pump)가 있다. 이것은 기어펌프의 치차를 적게 한 것으로 볼 수 있으며, 구조는 한 조의 로터가 맞물림으로써 상대방을 회전시킬 수 없으므로 외부에 있는 별도의 기어에 의해 상대방을 구동한다.
첨부도면 도 1은 종래 용적형 펌프의 구조를 보여주는 용적형 펌프의 구조를 보여주는 사시도 및 도 2는 평단면도로서 종래의 용적형 펌프는 흡입구(100a) 및 토출구(100b)가 수평으로 형성되는 동시에 하부에 다리가 일체로 형성된 케이싱(100)과, 케이싱 내부에 설치되는 한쌍의 로우터(1A,1B)와, 케이싱(100)에 록핀(Look Pin)으로 고정되어 분해 및 조립이 가능한 사이드 커버(110)와, 이 사이드 커버의 내부에 위치되어 각각의 구동축에 설치된 후 서로 맞물리는 각각의 타이밍기어와, 각 로우터의 중심을 관통하는 각각의 구동축(120,130) 및 사이드 커버의 우측에 설치되는 기어커버(140)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래 용적형 펌프의 작동은 첨부도면 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이 타이밍기어의 회전에 의하여 로우터의 위상이 일정한 상태에서 회전하는데,한쌍의 로우터(1A,1B)는 케이싱(100)의 내부에서 서로 반대방향으로 회전하며, 케이싱의내벽과 로우터 상호간에 근소한 간격을 유지하면서 회전한다.
상기 로우터(1A,1B)가 화살표 방향으로 서로 상반되게 회전할 때 로우터(1A,1B) 엽(lobe) 사이의 유체는 도면에서와 같이 케이싱(100)의 내벽을 따라 이동한다. 따라서 도 3b 및 도 3c에서와 같이 유체는 토출구(100b)측으로 이동하게 되고, 결과적으로는 도 3d에 도시한 바와 같이 유체는 토출구(100b)측으로 토출된다.
이때 용적의 변화에 따라 압력맥동은 첨부도면 도 에 도시된 바와 같이 압력을 10kg/㎠, 15kg/㎠로 하였을 때 극심한 압력맥동 변동(붉은색 그래프 참조) 나타남을 알 수 있다.
상기와 같은 극심한 압력맥동 변동은 아래와 같은 문제점을 안고 있다.
첫째, 각종 펌프의 밀봉장치(씰, seal) 단락과, 로우터(로브)등의 섭동부(오링, O-ring 및 고무몰드) 단락,
둘째, 극심한 맥동에 의하여 펌프 주변의 부대장치 배관 및 측정기 등에 극심한 악영향을 미침
셋째, 특수한 경우 맥동저감장치를 펌프 외부에 설치하나, 그 크기가 비대하고 매우 복잡한 구조로 되어 있어 경쟁력이 떨어져 보급되지 않은 현실임. 적용된 맥동저감장치도 토출측만 설치됨으로써 흡입측에 발생하는 흡입맥동은 간과하고 있으며, 그 효과에 비해 경제적 부담으로 인하여 일반적으로 설치하지 않는 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 이의 목적은 흡입구를 통하여 흡입되는 유체의 압력과 토출구를 통하여 토출 유체의 압력이 균일/안정되도록 하여 각종 펌프의 밀봉장치(씰, seal) 단락과, 로우터(로브)등의 섭동부(오링, O-ring 및 고무몰드) 단락을 방지 및 유체의 토출 압력을 일정하게 유지관리 할 수 있도록 함으로서 극심한 유체의 맥동에 의하여 펌프 주변의 부대장치 배관 및 측정기 등에 극심한 악영향을 미치게 되는 것을 방지하여 펌프의 내구성과 신뢰도를 높일 수 있는 회전 용적형 펌프를 제공하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적은 흡입구와 토출구를 형성한 케이싱과, 케이싱 내부에 설치되며 구동축에 의해 회전하는 한쌍의 로우터로 이루어진 회전 용적형 펌프에 있어서, 상기 케이싱의 흡입구와 연결 형성된 흡입댐퍼홀과; 상기 흡입댐퍼홀과 연결되며 유체가 충입 및 배출이 반복 되는 흡입용적가변공간부와; 상기 토출구와 연결 형성된 토출댐퍼홀과; 상기 토출댐퍼홀과 연결되며 유체가 충입 및 배출이 반복되는 토출용적가변공간부와; 상기 케이싱에 구비된 흡입용적가변공간부와 토출용적가변공간부를 밀폐시키는 흡입측밀폐마개부재 및 토출측밀폐마개부재와; 탄성재로 이루어지며 중앙부가 오목 또는 볼록 형상으로 이루어진 리버스부를 형성하고 테두리는 판형으로 이루어져 상기 케이싱에 구비된 흡입용적가변공간부와 토출용적가변공간부에 설치되는 댐퍼수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프에 의하여 달성된다.
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상기 흡입측밀폐마개부재 및 토출측밀폐마개부재에는 케이싱에 볼트에 의해 고정되는 고정공을 형성한 몸체와 일체로 돌출 형성되어 흡입용적가변공간부와 토출용적가변공간부에 삽입되는 가이드부를 형성한 것을 특징으로 하는 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프에 의하여 달성된다
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상기 흡입용적가변공간부와 토출용적가변공간부에 설치된 댐퍼부재가 흡입/토출되는 유체의 압력에 의하여 전체가 이동된 후 리버스부의 형태가 뒤집어져 오목에서 볼록, 볼록에서 오목 형태로 전환되는 것을 특징으로 하는 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프에 의하여 달성된다.
이와 같은 본 발명은 흡입측과 토출측에 댐퍼(damper)를 설치하여 유체의 진동 변화에 대하여 용적(容積)을 변화시켜 유체의 맥동(脈動)을 저감하도록 함으로서 흡입구를 통하여 흡입되는 유체의 압력과 토출구를 통하여 토출 유체의 압력이 균일/안정되도록 하여 각종 펌프의 밀봉장치(씰, seal) 단락과, 로우터(로브)등의 섭동부(오링, O-ring 및 고무몰드) 단락을 방지 및 유체의 토출 압력을 일정하게 유지관리 할 수 있도록 함으로서 극심한 유체의 맥동에 의하여 펌프 주변의 부대장치 배관 및 측정기 등에 극심한 악영향을 미치게 되는 것을 방지하여 펌프의 내구성과 신뢰도를 높이는 등의 효과가 있다.
도 1은 종래 용적형 펌프의 구조를 보여주는 용적형 펌프의 구조를 보여주는 사시도.
도 2는 종래 용적형 펌프의 구조를 보여주는 용적형 펌프의 구조를 보여주는 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 일반적인 용적형 펌프의 작동상태를 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명의 기술이 적용된 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프의 구조를 보여주는 단면도.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 단면도.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 흡입구 측의 작동을 보여주는 단면도.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 토출구 측의 작동을 보여주는 단면도.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명과 종래 용적형 펌프의 작동에 대한 맥동을 나타낸 그래프.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부도면 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프의 구조를 보여주는 단면도로서 이에 따르면 본 발명은 흡입구(100a)와 토출구(100b)를 형성한 케이싱(100)의 내부에 설치되며 구동축(120)(130)에 의해 회전하는 한쌍의 로우터(1A)(1B)가 설치된다.
한편 상기 케이싱(100)의 흡입구(100a)와 연결 형성된 흡입댐퍼홀(10)이 구비되며, 상기 흡입댐퍼홀(10)과 연결되며 유체가 충입 및 배출이 반복되는 흡입용적가변공간부(20)를 형성한다.
즉, 흡입댐퍼홀(10)을 중심으로 일측은 흡입구 내 유로 타측은 흡입용적가변공간부(20)를 형성하게 되는 것이며, 상기 토출구(100b)에는 토출댐퍼홀(50)이 연결되게 형성되며 상기한 토출댐퍼홀(50)과 연결되며 유체가 충입 및 배출이 반복되는 토출용적가변공간부(60)를 형성하다. 예컨데 토출댐퍼홀(50)을 중심으로 일측은 토출구(100b) 쪽 유로 타측은 토출용적가변공간부(60)를 형성하게 되는 구조이다.
한편 상기 케이싱(100)에 구비된 흡입용적가변공간부(20)와 토출용적가변공간부(50)를 밀폐시키는 흡입측밀폐마개부재(90A) 토출측밀폐마개부재(90B)가 설치되며, 상기 케이싱(100)에 구비된 흡입용적가변공간부(20)와 토출용적가변공간부(50)에 설치되는 댐퍼부재(80A)(80B)가 설치되어 이루어진 구조이다.
상기 흡입측밀폐마개부재(90A) 토출측밀폐마개부재(90B)는 케이싱(100)에 볼트에 의해 고정되는 고정공을 형성한 몸체(90A-1)(90B-1)와 일체로 돌출 형성되어 흡입용적가변공간부(20)와 토출용적가변공간부(60)에 삽입되는 가이드부(90A-2)(90B-2)를 형성한 구조이다.
상기 흡입용적가변공간부(20)와 토출용적가변공간부(60)에 설치된 댐퍼부재(80A)(80B)의 구조는 탄성재로 이루어지며 중앙부가 오목 또는 볼록 형상으로 이루어진 리버스부(80A-2)(80B-2)를 형성하고 테두리(80A-1)(80B-1)는 판형으로 이루어진 구조로서 흡입/토출되는 유체의 압력에 의하여 테두리(80A-1)(80B-1)에 압력이 전달되어 전체가 이동된 후 리버스부(80A-2)(80B-2)의 형태가 계속 작용되는 압력에 의하여 뒤집어져 오목에서 볼록, 볼록에서 오목 형태로 전환되는 구조로 설치되어 있다.
한편 첨부도면 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상기 케이싱(100)에 구비된 흡입용적가변공간부(20)와 토출용적가변공간부(60)에는 스프링부재(70)를 설치하여 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 흡입용적가변공간부와 토출용적가변공간부에 설치된 댐퍼부재가 흡입/토출되는 유체의 압력에 의하여 전체가 이동된 후 댐퍼부재가 용이하게 원위치(복원)로 돌아갈 수 있도록 하기 위함이다.
상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명인 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프의 작동을 살펴보면 첨부도면 도 7a에 도시된 바와 같이 흡입구(100a) 측으로 유체가 공급되면 유체의 압력에 의해 상기 케이싱(100)의 흡입구(100a)와 연결 형성된 흡입댐퍼홀(10)을 통해 흡입용적가변공간부(20)로 유체가 유입된다.
상기 유체의 공급에 의해 흡입용적가변공간부(20)로 유체가 유입되면 흡입용적가변공간부(20)에 설치된 댐퍼부재(80A)를 밀게 되어 댐퍼부재(80A)가 흡입댐퍼홀(10)에 가깝게 위치하고 있다가 흡입측밀폐마개부재(90A) 쪽으로 밀려나게 된다.
따라서 댐퍼부재(80A)가 밀려나는 거리만큼 체적변화가 발생하게 되며 로우터(1A)(1B)의 회전으로 유체가 케이싱(100) 내부로 흡입되면 순간적으로 흡입용적가변공간부(20)에 채워진 유체가 흡입되면서 댐퍼부재(80A)도 흡착하게 되므로 댐퍼부재(80A)는 첨부도면 도 7b에 도시된 바와 같이 흡입댐퍼홀(10)에 가깝게 이동하게 된다.
이때 이동된 댐퍼부재(80A)가 스프링부재(70)을 가압하면서 이동되지만 흡입력이 강하게 작용될 때에는 댐퍼부재(80A)의 리버스부(80A-2)가 형태 변화를 일으키게 된다. 즉 오목부의 리버스부(80A-2)가 뒤집어져 오목에서 볼록으로 전환되기 때문이다.
상기 흡입용적가변공간부(20)에 설치된 댐퍼부재(80A)의 테두리(80A-1)가 전체적으로 판형으로 이루어지면 순간적인 압력변화에 대응하지 못하고 파손되기 때문에 댐퍼부재(80A)의 파손 방지를 위해 댐퍼부재(80A)의 중앙부에는 압력 변화에 바로 대응하여 형태변화를 일으키게 되므로 압력을 흡입할 수 있도록 한 리버스부(80A-2)에 의해 파손이 방지된다.
한편 상기 흡입용적가변공간부(20)에 흡입되므로 공급되는 유체의 압력을 일정하게 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 공급되는 유체의 압력변화를 최소화 할 수 있는 것이다.
상기와 같이 안정화된 유체는 로우터(1A)(1B)의 회전에 의해 첨부도면 도 8a에 도시된 바와 같이 토출구(100b)에 의해 배출되는데, 이때 로우터(1A)(1B)에 의해 압축되어 있던 유체가 토출구(100b) 쪽으로 이동하면서 압력변화가 급격하게 일어난다. 상기 토출구(100b)로 배출되는 유체는 상기 케이싱(100)의 배출구(100b)와 연결 형성된 토출댐퍼홀(50)을 통해 토출용적가변공간부(60)로 유체가 유입된다.
상기 유체의 공급에 의해 토출용적가변공간부(60)로 유체가 유입되면 토출용적가변공간부(60)에 설치된 댐퍼부재(80B)를 밀게 되어 댐퍼부재(80B)가 토출댐퍼홀(50)에 가깝게 위치하고 있다가 토출측밀폐마개부재(90B) 쪽으로 밀려나게 된다.
이때 이동된 댐퍼부재(80B)가 스프링부재(70)을 가압하면서 이동하게 되지만 유체의 압력이 강하게 작용 될 때에는 댐퍼부재(80B)의 리버스부(80B-2)가 형태 변화를 일으키게 된다. 즉 첨부도면 도 8b에 도시된 바와 같이 계속하여 압력이 발생하여 댐퍼부재(80B)를 가압하게 되면 볼록 형태의 리버스부(80B-2)가 뒤집어져 볼록에서 오목 형태로 전환되기 때문이다.
상기 토출용적가변공간부(60)에 설치된 댐퍼부재(80B)가 판형으로 이루어지면 순간적인 압력변화에 대응하지 못하고 파손되기 때문에 댐퍼부재(80B)의 파손 방지를 위해 댐퍼부재(80B)의 중앙부에는 압력 변화에 바로 대응하여 형태변화를 일으키게 되므로 압력에 대한 충격을 흡입할 수 있도록 한 리버스부(80B-2)에 의해 파손이 방지된다.
한편 상기 토출용적가변공간부(60)에 유입되므로 공급되는 유체의 압력을 일정하게 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 공급되는 유체의 압력변화를 최소화 할 수 있는 것이다.
첨부도면 도 9에 도시된 바와 같이 종래의 회전 용적형 펌프와 본 발명의 기술이 적용된 회전 용적형 펌프에 대하여 유체가 각각 10kg/㎠과 15kg/㎠의 압력을 갖을 때 맥동을 측정하여 보았더니 종래의 회전 용적형 펌프는 맥동(붉은색 그래프 참조)의 폭이 큰 것을 확인할 수 있듯 유체의 진동의 폭이 크게 되면 각종 펌프의 밀봉장치(씰, seal) 단락과, 로우터(로브)등의 섭동부(오링, O-ring 및 고무몰드) 단락과 극심한 맥동에 의하여 펌프 주변의 부대장치 배관 및 측정기 등에 극심한 악영향을 미치게 되는 문제점 등이 있다.
이에 대비되는 본 발명의 기술이 적용된 회전 용적형 펌프는 맥동(파란색 그래프 참조)의 폭이 작아 안정적인 흐름을 보이고 있는 것을 확인할 수 있듯 본 발명은 흡입구를 통하여 흡입되는 유체의 압력과 토출구를 통하여 토출 유체의 압력이 균일/안정되도록 하여 각종 펌프의 밀봉장치(씰, seal) 단락과, 로우터(로브)등의 섭동부(오링, O-ring 및 고무몰드) 단락을 방지 및 유체의 토출 압력을 일정하게 유지관리 할 수 있도록 함으로서 극심한 유체의 맥동에 의하여 펌프 주면의 부대장치 배관 및 측정기 등에 극심한 악영향을 미치게 되는 것을 방지하여 펌프의 내구성과 신뢰도를 높이는 등의 이점 등이 있다.
10 : 흡입댐퍼홀 20 : 흡입용적가변공간부
50 : 토출댐퍼홀 60 : 토출용적가변공간부
70 : 스프링부재 80A, 80B : 댐퍼부재
80A-1, 80B-1 : 테두리 80A-2, 80B-2 : 리버스부
90A : 흡입측밀폐마개부재 90B : 토출측밀폐마개부재
90A-1, 90B-1 : 몸체 90A-2, 90B-2 : 가이드부

Claims (7)

  1. 흡입구와 토출구를 형성한 케이싱과, 케이싱 내부에 설치되며 구동축에 의해 회전하는 한쌍의 로우터로 이루어진 회전 용적형 펌프에 있어서,
    상기 케이싱의 흡입구와 연결 형성된 흡입댐퍼홀과;
    상기 흡입댐퍼홀과 연결되며 유체가 충입 및 배출이 반복 되는 흡입용적가변공간부와;
    상기 토출구와 연결 형성된 토출댐퍼홀과;
    상기 토출댐퍼홀과 연결되며 유체가 충입 및 배출이 반복되는 토출용적가변공간부와;
    상기 케이싱에 구비된 흡입용적가변공간부와 토출용적가변공간부를 밀폐시키는 흡입측밀폐마개부재 및 토출측밀폐마개부재와;
    탄성재로 이루어지며 중앙부가 오목 또는 볼록 형상으로 이루어진 리버스부를 형성하고 테두리는 판형으로 이루어져 상기 케이싱에 구비된 흡입용적가변공간부와 토출용적가변공간부에 설치되는 댐퍼수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 흡입측밀폐마개부재 및 토출측밀폐마개부재에는 케이싱에 볼트에 의해 고정되는 고정공을 형성한 몸체와 일체로 돌출 형성되어 흡입용적가변공간부와 토출용적가변공간부에 삽입되는 가이드부를 형성한 것을 특징으로 하는 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 흡입용적가변공간부와 토출용적가변공간부에 설치된 댐퍼수단이 흡입/토출되는 유체의 압력에 의하여 전체가 이동된 후 리버스부의 형태가 뒤집어져 오목에서 볼록, 볼록에서 오목 형태로 전환되는 것을 특징으로 하는 맥동을 저감시키는 기능이 구비된 회전 용적형 펌프.
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