KR101772822B1 - 이중격벽 암실구조를 갖는 광전식 연기감지기 - Google Patents

이중격벽 암실구조를 갖는 광전식 연기감지기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 판형태이고, 상부에 거치대를 갖고, 상기 연기감지기 내부로 광을 조사하는 발광소자가 장착되도록 상기 거치대 일측에 수납되는 발광소자 수납부와, 상기 발광소자에 의해 조사된 광에 의해 연기입자에 의해 생기는 산란광을 수광하는 수광소자가 장착되도록 상기 거치대 타측에 수납되는 수광소자 수납부를 갖는 베이스; 상기 베이스의 하부면에서 하부측으로 돌출된 관 형태로서, 상기 연기감지기의 외벽을 형성하며, 외면 하부측에 연기가 유입되는 연기유입부가 형성된 외부격벽; 상기 외부격벽의 하단에 결합되는 판형태의 하단면; 및 상기 하단면의 상부면에서 상부측으로 돌출된 관 형태이며, 외면이 상기 외부격벽의 내면과 특정간격 이격되어 배치되고 길이가 상기 외부격벽의 길이보다 작게 구성되어 상부 공간에 기체 유동영역을 형성하는 내부격벽;을 포함하여, 상기 연기는 상기 연기유입부를 통해 유입되어 상기 외부격벽과 내부격벽의 사이공간을 거쳐, 상기 기체유동영역을 거쳐 내부로 유입되는 것에 관한 것이다.

Description

이중격벽 암실구조를 갖는 광전식 연기감지기{Photo type detector with Double bulkhead structure}
본 발명은 이중격벽 암실구조를 갖는 광전식 연기감지기에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 이중격벽 구조의 암실을 포함하여 유입유량과, 유속을 증가시킬 수 있는 광정식 연기감지기에 관한 것이다.
연기식 화재감지기는 유입되는 연기의 농도변화를 감지하는 수단에 따라 광전식 연기감지기와 이온화식 연기감지기로 구분된다. 광전식 연기감지기는 발광원인 발광소자와, 발광소자에서 조사된 빛을 수광하는 수광센서에 의해 변화되는 연기농도를 감지하며, 이온화식 감지기는 아메리슘동위원소의 물질을 이용하여 연기농도의 변화를 감지한다.
한편, 광전식 연기감지기는 화재발생시 연기농도의 변화를 소정의 전기적 신호로 변환하여 경보를 발생시키게 된다.
도 1, 도 2는 종래 광전식 연기감지기(1)의 구성을 나타낸 분해 사시도를 도시한 것이다. 종래 광전식 연기감지기(1)는 도 1에서 도시된 바와 같이 부착위치에 고정된 베이스(10)의 단자에 전기적으로 접속되도록 구성된다. 그리고 이러한 베이스(10) 일측에 발광소자(11)가 장착되는 발광소자 수납부(12)가 구비되며, 베이스(10)의 타측으로는 수광소자(13)가 장착되는 수광소자 수납부(14)가 구비된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스(10)에 장착되는 본체(2)의 상부 둘레에 형성되는 연기유입공(5)을 통해 연기가 유입되게 된다.
한편, 본체(2)의 연기 유입공(5)으로 유입되는 연기의 농도변화로 화재의 발생이 감지되므로 농도의 변화에 영향을 줄 수 있는 미세먼지 및 작은 곤충의 유입을 효과적으로 차단하여야 하고 연기 유입공으로부터 유입되는 빛을 충분히 감쇄시켜야 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 종래의 화재감지기(1)는 본체(2)의 내부에 설치되는 암실의 외주면에 동심원상으로 다수의 안내깃(통상 쐐기형 구조로 정의됨, 3)을 형성시키고, 이 안내깃(3)의 외측면에 차단벽(4)이 둘러쳐진 구조로 이루어져 있다. 또한. 차단벽(4)에는 연기의 유입에 지장이 없고 미세먼지 및 작은 곤충의 유입을 방지하기 위한 작은 홀이 타공되어 있다. 상기 차단벽(4)이 설치된 암실의 상단면은 덮개로 폐쇄된다.
이러한 암실을 폐쇄하는 목적은 외부로부터 유입되는 빛을 효과적으로 차단하기 위한 것이며, 혹여 작은 빛이 유입되어도 직진성을 갖는 빛이 많은 장애물에 부딪혀 빛의 세기를 충분히 감쇄시켜야 화재감지기의 오동작을 방지할 수 있는 것이다.
이러나 이러한 종래 쐐기형 구조를 갖는 암실은, 암실 내의 기류 유동특성을 분석해본 결과, 기류 유입 각도에 따라 비대칭적 유동특성을 보이고, 저유속 영역이 발생되는 문제점이 존재한다.
보다 구체적으로 종래 쐐기형 구조를 갖는 연기감지기(1)는 유입 방향 각도에 따라 기류의 유입/유출 방향에 따라 유동특성을 크게 변화시키며, 쐐기형 구조의 차벽효과가 암실 내부의 기류 속도를 크게 저하시켜 저유속 영역 증가로 인해 입자의 점착 확률이 높아지게 되는 문제점이 존재하게 된다.
따라서 이러한 종래 쐐기형 구조를 갖는 연기감지기(1)의 구조를 개선하여, 기류 유입각도에 따른 균일한 유동특성확보와, 감지기 주위의 고농도 입자 분포 영역 확대 미 입자 침착 확률을 저감할 수 있는 개선된 구조의 연기감지기의 개발이 요구되었다.
한국 등록특허 제0862117호 한국 등록특허 제1475086호 한국 공개특허 제2010-0037539호 한국 등록특허 제1269239호 한국 등록특허 제1463767호 한국 등록특허 제1497539호 한국 등록특허 제1565531호
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기류유입각도에 따른 균일한 유동 특성 확보와 감지기 주위의 고농도 입자분포 영역확대 및 입자 침착확률을 저감할 수 있는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 이중 격벽 구조를 가짐으로써, 연기 유입 영역에서 상대적으로 빠른 기류 흐름을 확보하여, 감지기 주위의 고농도 입자 분포 영역 확대 및 입자 침착 확률을 감소시킬 수 있고, 이중 격벽 사이의 거리를 확장하고, 외부 격벽의 내부유동가이드부재를 상부측으로 소정각도 경사시켜 연기가 이중격벽 사이 공간을 통과할 때 압력 강하를 최소화시키고, 연기유입부의 스크린 공간을 축소시켜 암실 내부 방향으로 기류/입자 흐름을 가속화시키고, 이중 격벽 모서리 부분을 라운드 처리하여 압력 강하율을 낮춤으로써 보다 높은 기류 속도를 유지시킬 수 있는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 이중 격벽 구조가 적용되어, 기류 입사 방향에 따른 내부 기류 유동특성의 변화가 거의 없어 일정한 감지성능을 가질 수 있고, 연기유입부 스크린 영역의 높이를 축소시키고, 유입수 상하단 각각에 외측으로 돌출된 가이드부를 형성시키고, 기류 유동 영역 상의 이중 격벽 모서리부에 라인드 처리를 하게 됨으로써, 기류 유입방향이 내부 유동 특성에 미치는 영향을 최소화하고 감지기 주위에서 임계속도 이상의 기류 속도를 확보함으로써 고농도 입자 분포 영역 확대 및 입자 침착 확률을 저감시킬 수 있는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은, 연기감지기에 있어서, 판형태이고, 상부에 거치대를 갖고, 상기 연기감지기 내부로 광을 조사하는 발광소자가 장착되도록 상기 거치대 일측에 수납되는 발광소자 수납부와, 상기 발광소자에 의해 조사된 광에 의해 연기입자에 의해 생기는 산란광을 수광하는 수광소자가 장착되도록 상기 거치대 타측에 수납되는 수광소자 수납부를 갖는 베이스; 상기 베이스의 하부면에서 하부측으로 돌출된 관 형태로서, 상기 연기감지기의 외벽을 형성하며, 외면 하부측에 연기가 유입되는 연기유입부가 형성된 외부격벽; 상기 외부격벽의 하단에 결합되는 판형태의 하단면; 및 상기 하단면의 상부면에서 상부측으로 돌출된 관 형태이며, 외면이 상기 외부격벽의 내면과 특정간격 이격되어 배치되고 길이가 상기 외부격벽의 길이보다 작게 구성되어 상부 공간에 기체 유동영역을 형성하는 내부격벽;을 포함하여, 상기 연기는 상기 연기유입부를 통해 유입되어 상기 외부격벽과 내부격벽의 사이공간을 거쳐, 상기 기체유동영역을 거쳐 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 내부격벽은, 길이방향이 높이방향이고 원주방향으로 서로 소정간격 이격되어 외측으로 돌출형성된 다수의 돌기부를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 외부격벽의 상단면에 내측으로 연결된 내부유동가이드부를 더 포함하고, 상기 외부격벽의 내측방향으로 돌출되는 상기 내부유동가이드부의 길이방향은 상기 외부격벽의 길이방향과 수직되는 면에서 상부측으로 1 ~ 20°각도를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 연기유입부의 상단부에서 외측으로 돌출형성된 제 1가이드부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 연기유입부의 하단부에서 외측으로 돌출형성된 제2가이드부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1가이드부의 하부면과, 상기 제2가이드부의 상부면은 상기 연기유입부로의 연기유입을 가이드하기 위해 만곡면으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 외부격벽과 상기 내부유동가이드부가 연결되는 모서리부와 상기 내부격벽의 상단면은 특정곡률로 라운드 처리되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 외부격벽과 상기 내부격벽 사이의 특정공간은, 상기 연기감지기의 반경의 0.3 ~ 0.6인 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 연기유입부의 길이는 상기 외부격벽의 길이의 0.3 ~ 0.5인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 연기유입부에는 빛과 미세먼지 및 벌레의 유입을 방지하기 위한 스크린이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 기류유입각도에 따른 균일한 유동 특성 확보와 감지기 주위의 고농도 입자분포 영역확대 및 입자 침착확률을 저감할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 일실시예에 따르면 이중 격벽 구조를 가짐으로써, 연기 유입 영역에서 상대적으로 빠른 기류 흐름을 확보하여, 감지기 주위의 고농도 입자 분포 영역 확대 및 입자 침착 확률을 감소시킬 수 있고, 이중 격벽 사이의 거리를 확장하고, 외부 격벽의 내부유동가이드부재를 상부측으로 소정각도 경사시켜 연기가 이중격벽 사이 공간을 통과할 때 압력 강하를 최소화시키고, 연기유입부의 스크린 공간을 축소시켜 암실 내부 방향으로 기류/입자 흐름을 가속화시키고, 이중 격벽 모서리 부분을 라운드 처리하여 압력 강하율을 낮춤으로써 보다 높은 기류 속도를 유지시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 이중 격벽 구조가 적용되어, 기류 입사 방향에 따른 내부 기류 유동특성의 변화가 거의 없어 일정한 감지성능을 가질 수 있고, 연기유입부 스크린 영역의 높이를 축소시키고, 유입수 상하단 각각에 외측으로 돌출된 가이드부를 형성시키고, 기류 유동 영역 상의 이중 격벽 모서리부에 라인드 처리를 하게 됨으로써, 기류 유입방향이 내부 유동 특성에 미치는 영향을 최소화하고 감지기 주위에서 임계속도 이상의 기류 속도를 확보함으로써 고농도 입자 분포 영역 확대 및 입자 침착 확률을 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 통상의 광전식 연기감지기의 분해 사시도,
도 2는 종래 쐐기형 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 상부측에서 바라본 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하부측에서 바라본 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 사시도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 정면도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 상부측에서 바라본 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 파단 사시도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 하부측에서 바라본 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 파단 사시도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 단면도,
도 9는 종래 쐐기형 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 기류 입사각도에 따른 정량지표 비교 그래프,
도 10a 및 도 10b는 종래 쐐기형 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 case 1과 case3의 저유속 영역과 고농도 입자 분포 영역,
도 11a 및 도 11b는 종래 쐐기형 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 case 1과 case3의 평균 입자 추적 시간분포,
도 12는 이중격벽 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 기류 입사각도에 따른 정량지표 비교 그래프,
도 13a 및 도 13b는 이중격벽 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 case 1과 case3의 저유속 영역과 고농도 입자 분포 영역,
도 14a 및 도 14b는 이중격벽 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 case 1과 case3의 평균 입자 추적 시간분포,
도 15는 종래 쐐기형 구조를 갖는 광전식 연기감지기와, 이중격벽 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 정량지표의 표준편차 표,
도 16은 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 암실 내/외부 영역 내 입자 분포,
도 17a 및 도 17b는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 YZ 단면(X=0)에서의 속도 vector 및 contour,
도 18은 이중격벽구조의 암실 내 vertical line에서의 속도 분포 곡선,
도 19는 특정각도를 갖는 내부유동가이드부와 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 YZ 단면(X=0)에서의 속도 vector 및 contour,
도 20은 가이드부, 이중격벽구조를 갖고 모서리가 라운드 처리된 광전식 연기감지기의 기류입사각도에 따른 정량 지표 비교 그래프,
도 21a 및 도 21b는 가이드부, 이중격벽구조를 갖고 모서리가 라운드 처리된 광전식 연기감지기의 case 1과 case3의 저유속 영역과 고농도 입자 분포 영역,
도 22a 및 도 22b는 가이드부, 이중격벽구조를 갖고 모서리가 라운드 처리된 광전식 연기감지기의 case 1과 case3의 평균 입자 추적 시간 분포,
도 23a 및 도 23b는 가이드부, 모서리 라운드 처리 유무에 따른 YZ 단면(X=0)에서의 속도 vector 및 contour,
도 24a 및 도 24b는 가이드부, 모서리 라운드 처리 유무에 따른 YZ 단면(X=0)에서의 주요 기류 흐름 개선 지점,
도 25는 가이드부, 모서리 라운드 처리 유무에 따른 암실 내 vertical에서의 속도분포곡선 그래프를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
<이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 구성>
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기(100)의 구성에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 상부측에서 바라본 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기(100)의 사시도를 도시하 것이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하부측에서 바라본 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기(100)의 사시도를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기(100)의 정면도를 도시한 것이다.
그리고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 상부측에서 바라본 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기(100)의 파단 사시도를 도시하 것이다. 또한, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 하부측에서 바라본 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기(100)의 파단 사시도를 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기(100)의 단면도를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기(100)는, 전체적으로 베이스(10), 하단면(26), 외부격벽(20), 내부격벽(30) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
베이스(10)는 전체적으로 판형태를 가지며 상부에 거치대(5)가 형성되어 진다. 이러한 거치대(5) 일측에 발광소자 수납부(12)가 수납되며, 거치대(5) 타측에 수광소자 수납부(14)가 수납되어 진다. 즉, 거치대(5) 일측에는 내부로 광을 조사하는 발광소자(11)가 장착되는 발광소자 수납부(12)가 수납된다. 또한, 거치대(5) 타측에는 발광소자(11)에 의해 조사된 광에 의해 연기입자에 의해 생기는 산란광을 수광하는 수광소자(13)가 장착되는 수광소사 수납부(14)가 수납된다.
또한, 외부격벽(20)과 내부격벽(30)에 의해 이중격벽구조를 갖는 암실을 형성하게 되며, 외부격벽(20)은 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 원통형상으로 베이스(10)의 하부측으로 돌출되어 연기감지기(100)의 외벽을 형성하게 됨을 알 수 있다. 또한, 연기유입부(23)는 이러한 외부격벽(20)의 외면 하부측에 형성되게 된다.
또한, 외부격벽(20)의 하단에는 내부를 암실로서 폐쇄시키기 위한 하단면(26)이 결합되게 된다.
그리고 내부격벽(30)은 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 전체적으로 원통형상이며, 하단면(26)의 상부면에서 상부측으로 돌출되고, 내부격벽(30) 외면이 외부격벽(20)의 내면과 특정간격 이격되어 배치됨으로써, 외부격벽(20)과 내부격벽(30) 사이에 특정 사이공간(33)을 형성할 수 있도록 구성됨을 알 수 있다. 또한, 내부격벽(30)의 길이는 외부격벽(20)의 길이보다 작게 형성되어 내부격벽(30)의 상단면의 상부에 공간이 존재하게 되며 이러한 공간이 기체 유동영역(32)을 형성하게 된다.
따라서 도 8에 도시된 바와 같이, 연기는 연기유입부(23)를 통해 유입되어 외부격벽(20)과 내부격벽(30) 사이의 사이공간(33)의 하부측에서 상부측으로 유동된 후, 기체유동영역(32)을 거쳐 내부로 유입되게 된다.
또한, 내부격벽(30)은 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 다수의 돌기부(31)가 원주방향으로 배치되어 구성될 수 있다. 이러한 돌기부(31)는 길이방향이 높이방향이고 원주방향으로 서로 소정간격 이격되어 외측으로 돌출형성된다.
그리고, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 외부격벽(20)의 상단면에 내측으로 연결된 내부유동가이드부(24)를 포함하고 있음을 알 수 있다. 또한, 이러한 내부유동가이드부(24)의 길이방향은 도 8에 도시된 바와 같이, 외부격벽(20)의 길이방향과 수직되는 면에서 상부측으로 1 ~ 20°정도의 각도를 형성하고 있음을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 연기감지기(100)는 특정각도를 갖는 내부유동가이드부(24)를 구비하게 됨으로써, 기체가 이중격벽구조를 통과할 때 압력강하를 최소화할 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 연기유입부(23)의 상단부에서 외측으로 돌출형성된 제 1가이드부(21)와, 연기유입부(23)의 하단부에서 외측으로 돌출형성된 제2가이드부(22)를 포함함을 알 수 있다. 그리고, 이러한 제1가이드부(21)의 하부면과, 제2가이드부(22)의 상부면은 연기유입부(23)로의 연기유입을 가이드하기 위해 만곡면으로 형성되게 된다.
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 외부격벽(20)과 내부유동가이드부(24)가 연결되는 모서리부는 특정곡률로 라운드 처리되어 있음을 알 수 있고, 또한, 내부격벽(30)의 상단면 즉 다수의 돌기부(31) 상단면 각각 역시 특정곡률로 라운드 처리되게 된다.
따라서 이러한 구성에 의해, 압력 강하율을 감소시키면서 높은 기류속도를 유지시킬 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 외부격벽(20)과 내부격벽(30) 사이의 특정공간은, 외부격벽(20)의 반경의 0.3 ~ 0.6 정도의 크기로 구성됨이 바람직하다.
또한, 외부격벽(20)에 형성되는 연기유입부(23)는 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 외부격벽(20)의 하단부에 구비되며, 이러한 연기유입부(23)의 높이는 외부격벽(20)의 높이의 0.3 ~ 0.5 정도로 구성됨이 바람직한다. 따라서 제1, 제2가이드부(21,22)와 축소형 연기유입부(23) 구조를 가지게 됨으로써 암실 내부 방향으로 기류/입자 흐름을 가속화시킬 수 있게 된다. 그리고, 연기유입부(23)에는 빛과 미세먼지 및 벌레의 유입을 방지하기 위한 스크린(25)이 형성된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 광전식 연기감지기(100)는 앞서 언급한 구조를 갖게 됨으로써, 기류유입각도에 따른 균일한 유동 특성 확보와 감지기(100) 주위의 고농도 입자분포 영역확대 및 입자 침착확률을 저감시킬 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 연기감지기(100)는, 이중 격벽 구조를 가짐으로써, 연기 유입 영역에서 상대적으로 빠른 기류 흐름을 확보하여, 감지기(100) 주위의 고농도 입자 분포 영역 확대 및 입자 침착 확률을 감소시킬 수 있고, 이중 격벽 사이의 거리를 확장하고, 외부 격벽의 내부유동가이드부(24)를 상부측으로 소정각도 경사시켜 연기가 이중격벽 사이공간(33)을 통과할 때 압력 강하를 최소화시키고, 연기유입부(23)의 스크린(25) 공간을 축소시켜 암실 내부 방향으로 기류/입자 흐름을 가속화시키고, 이중 격벽 모서리 부분을 라운드 처리하여 압력 강하율을 낮추게 됨으로써 보다 높은 기류 속도를 유지시킬 수 있게 된다.
또한, 이중 격벽 구조가 적용되어, 기류 입사 방향에 따른 내부 기류 유동특성의 변화가 거의 없어 일정한 감지성능을 가질 수 있고, 연기유입부 스크린(25) 영역의 높이를 축소시키고, 연기유입부(23) 상하단 각각에 외측으로 돌출된 가이드부(21,22)를 형성시키고, 기류 유동 영역 상의 이중 격벽 모서리부에 라인드 처리를 하게 됨으로써, 기류 유입방향이 내부 유동 특성에 미치는 영향을 최소화하고 감지기(100) 주위에서 임계속도 이상의 기류 속도를 확보함으로써 고농도 입자 분포 영역 확대 및 입자 침착 확률을 저감시킬 수 있게 된다.
<해석 결과데이터>
이하에서는 앞서 언급한 연기감지기의 기류 유동 특성 해석 결과데이터에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 종래 쐐기형 구조를 갖는 연기감지기와, 이중격벽 구조를 갖는 연기감지기 간의 기류 유동특성을 비교하고, 이중격벽 구조에서 가이드부(21,22)와 모서리 라운드 처리 유무에 따른 기류 유동특성을 비교한 해석결과를 언급하도록 한다.
[이중격벽구조]
도 9는 종래 쐐기형 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 기류 입사각도에 따른 정량지표 비교 그래프를 도시한 것이다. 또한, 도 10a 및 도 10b는 종래 쐐기형 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 case 1과 case 3의 저유속 영역과 고농도 입자 분포 영역을 도시한 것이다. 도 11a 및 도 11b는 종래 쐐기형 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 case 1과 case3의 평균 입자 추적 시간분포를 도시한 것이다.
종래 쐐기형 구조를 갖는 광전식 연기감지기는, 비대칭적인 구조이며, 암실 내부에 쐐기형 구조물이 설치되어 있다. 도 9는 기류 유입 방향에 따른 정량 지표를 보여 주며, 유입 방향에 따라 저유속 영역의 편차가 매우 크게 나타난다. 저유속 영역 지표를 기준으로 했을 때, 최대 값 대비 최저 값 사이의 편차율은 약 54% 이다. 또한, 저유속 영역, 고농도 입자 분포 영역 및 평균 입자 추적 시간의 평균 값은 각각 7.59 cm3, 2.03 cm3, 4.49초이다.
감지기 암실 구조와 유동 특성 간의 상관관계 분석을 위해 저유속 영역의 최대값과 최소값을 갖는 Case 1과 Case 3에 대해 도 10a 및 도 10b 그리고, 도 11a 및 도 11b에서와 같이 정량지표 시각화를 통한 분석을 수행하였다. Case 1의 경우 감지기 좌측 상단을 통해 기류가 유입되어 90도 꺾인 후 감지기 좌/우를 통해 유출 된다. 이는 암실 내부 체적 대비 감지기의 체적이 크며 동시에 쐐기형 구조물 사이에 배치되어 기류 방향에 따른 내부 유동 특성이 크게 바뀌기 때문이다. 특히, 감지기 하단의 쐐기형 구조물은 유출 기류에 대해 차벽 효과를 발생 시켜 저유속 영역의 발달을 촉진 시킨다.
반면 Case 3의 경우 유동이 사선 방향으로 지나가며 약간의 유량만이 좌측 하단을 통해 빠져나간다. Case 1에 비해 상대적으로 원활하게 유동이 지나가지만, 여전히 좌측의 쐐기형 구조물과 감지기가 유동을 흐름을 막아 저유속 영역이 크게 발달한다. 따라서 감지기 고른 감지 성능 측면에서 돌출형 감지기 구조와 쐐기형 구조물이 나쁜 영향을 끼치는 것으로 판단된다.
도 11a 및 도 11b는 감지기 내/외부의 평균 입자 추적 시간 분포를 보여 주며, 약 10초 대의 체류 시간을 가진 입자들이 상대적으로 Case 1의 암실 내부에 많이 분포하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 Case 1의 경우 암실 내부의 입자의 체류 시간이 Case 3에 비해 상대적으로 크게 분포한다. 결과적으로 Case 1의 경우 저유속 영역이 넓게 분포하고, 동시에 암실 내부의 입자 체류 시간이 크게 나타나 먼지 입자의 점착 확률이 매우 높을 것으로 판단된다.
도 12는 이중격벽 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 기류 입사각도에 따른 정량지표 비교 그래프를 도시한 것이고, 도 13a 및 도 13b는 이중격벽 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 case 1과 case 3의 저유속 영역과 고농도 입자 분포 영역을 도시한 것이며, 도 14a 및 도 14b는 이중격벽 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 case 1과 case3의 평균 입자 추적 시간분포를 도시한 것이다.
이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감기기는 대칭적인 감지기 내/외부 구조이며, 동시에 이중 격벽 암실 구조를 가지고 있다. 도 12는 유입방향에 따른 정량 지표를 부여 주며, 저유속 영역의 편차가 쐐기형 구조에 비해 상대적으로 작게 나타난다. 저유속 영역 지표를 기준으로 했을 때, 최대값 대비 최저값 사이의 편차율은 약 16%이다. 또한, 저유속 영역, 고농도 입자 분포 영역 및 평균 입자 추적 시간의 평균 값은 각각 3.35 cm3, 0.36 cm3, 3.23초이다.
저유속 영역에 대해 각각 최대값과 최소값을 갖는 Case 1과 Case 3에 대해 도 13a 및 도 13b에서와 같이 정량지표 시각화를 통한 분석을 수행하였다. Case 3의 경우 가이드가 외부 유입 기류를 가로막아 가이드 뒤쪽으로 격벽과 감지기 커버 사이에 저유속 영역이 크게 발달한다. 이로 인해, 기류 유입 방향에 따라 격벽과 감지기 커버 사이의 저유속 영역을 포함한 고농도 입자 분포 영역이 영향을 받는 것으로 판단된다. 이에 반해, 격벽을 지난 암실 내부에서의 저유속 영역 분포 경향은 크게 차이가 발생하지 않는다. 이는 이중 격벽 구조가 암실 내부에 대한 외부로부터 유입되는 기류의 영향이 저감되기 때문이다. 외부 기류가 2번에 걸쳐 방향이 급격히 바뀌며 주 유동이 상대적으로 고르게 분산되기 때문으로 판단된다. 이중격벽구조를 갖는 연기감지기의 경우 함몰형 감지기 구조를 가지고 있어 암실 내부 유동이 감지기에 의해 크게 영향을 받지 않는다.
도 14a 및 도 14b는 감지기 내/외부 평균 입자 추적 시간 분포를 보여주며, 입자 추적 경로에 따라 암실 내로 유입된 대부분의 입자들이 감지기 주위를 스쳐 지나가게 된다. 이는, 이중 격벽 구조의 통로가 감지기가 위치하는 암실의 천정면 쪽으로 유동을 형성시키기 때문이다.
도 15는 종래 쐐기형 구조를 갖는 광전식 연기감지기와, 이중격벽 구조를 갖는 광전식 연기감지기의 정량지표의 표준편차 표를 도시한 것이다. 또한, 도 16은 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 암실 내/외부 영역 내 입자 분포를 도시한 것이고, 도 17a 및 도 17b는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 YZ 단면(X=0)에서의 속도 vector 및 contour를 도시한 것이다. 또한, 도 18은 이중격벽구조의 암실 내 vertical line에서의 속도 분포 곡선를 도시한 것이다. 그리고, 도 19는 특정각도를 갖는 내부유동가이드부(24)와 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기의 YZ 단면(X=0)에서의 속도 vector 및 contour를 도시한 것이다.
이중격벽구조와 쐐기형 구조를 갖는 연기 감지기 간의 기류 입사 방향에 따른 내부 유동 특성의 영향 정도를 상대적으로 비교하기 위해 정량 지표들의 표준 편차 값을 비교하였으며, 표준 편차가 작을수록 영향이 작다. 도 15는 양자 간에 따른 정량 지표의 표준 편차를 나타내며, 모든 지표에서 이중격자구조 갖는 것의 표준 편차값이 나머지 모델들에 비해 낮게 나타났다.
이는 앞의 정량 지표 시각화를 통한 분석 결과와 일치하며, 결론적으로 이중격벽 구조를 갖는 것이 기류 입사각에 상관없이 상대적으로 고른 감지 성능을 가질 것으로 판단된다. 따라서 이중격자구조를 갖는 연기감지기의 기류 유동 특성과 감지기 구조와의 상관관계에 대해 분석하였으며, 추가적으로 감지기 성능에 대한 영향을 고찰하였다.
도 16은 암실 내/외부 영역의 전체적인 입자 분포 및 흐름을 분석 위해 YZ 평단면에 대해 해석 영역의 한 쪽 영역만을 시각화하였다. 감지기 구조는 함몰형으로서 천정 면(-Y 방향)에 위치한다. 대부분의 입자의 동선이 감지기 주위 영역(적색 점선 영역-①)을 주로 나타나며, 결과적으로 기류 입사 방향과 상관없이 동일한 기류 흐름을 형성하여 감지 측면에서 이중격자 구조는 보다 효율적인 구조를 가진 것으로 판단된다.
도 17a는 YZ 단면(X=0)에서의 속도 vector 및 contour를 보여준다. 도 17a에 도시된 바와 같이, 이중 격벽 구조를 지난 후 암실 상단 부로 유입되는 기류의 속도가 더 높게 나타난다. 또한, 고농도 입자 분포 영역 부근에서 상대적으로 속도가 높게 분포한다. 도 17b에서는 암실의 유동 유입 경로 주위의 이중 격벽 구조 내 속도 분포를 확대하여 나타내었다. 도 17b에 도시된 바와 같이, 가이드를 지나 스크린(25)까지의 축소(Contraction)형 구조를 가지고 있으며, 동시에 스크린(25)의 격자 크기가 더 크기 때문에 상대적으로 많은 기류 및 입자의 유입이 가능할 것으로 판단된다.
도 18은 암실 내 vertical line(높이 방향, 도 17a,b에서 노란색 점선)에서의 속도 분포 곡선을 보여준다. 속도 분포 곡선에서 정규화 높이(Normalized height)가 0과 1일 때 각각 암실의 최상단 지점과 최하단 지점에서의 속도를 나타낸다.
결론적으로, 쐐기형 구조물의 경우 비대칭 유동 특성과 저유속 영역 발생의 주요 원인이 되며, 함몰형 감지기 구조를 가진 이중 격벽 암실 구조는 기류 입사 방향의 영향을 거의 받지 않는다. 또한, 감지기 주위의 고농도 입자 분포 영역 확대 및 입자 침착 확률을 감소시키기 위해서는 해당 영역에서 상대적으로 빠른 기류 흐름이 필수적이다. 따라서 이중 격벽 구조를 통과할 때의 압력 강하를 최소화 해야 하며, 이를 위해 이중 격벽 사이의 거리를 확장하고, 도 19에 도시된 바와 같이 격벽 출구 부분 내부유동가이드부를 설치하고, 상부측으로 특정각도를 갖도록 설계하여야 한다. 또한, 축소형 구조의 가이드-스크린 공간은 암실 내부 방향으로 기류/입자 흐름을 가속시키고, 이와 함께 이중 격벽 모서리 부분의 라운드 처리를 통해 압력 강하율을 낮춤으로써 보다 높은 기류 속도를 유지시킬 필요가 있다.
[가이드부 및 라운드 처리]
이하에서는 이중격벽구조에서 가이드부(21,22)와, 모서리 라운드 처리 유무에 따른 기류유동분석 결과에 대해 언급하도록 한다. 이하에서 가이드부(21,22)와 모서리 라운드 처리가 되지 않은 연기감지기를 비교예 1, 가이드부(21,22)와 모서리 라운드 처리된 연기감지기를 비교예 2라고 명명하도록 한다.
도 20은 가이드부(21,22), 이중격벽구조를 갖고 모서리가 라운드 처리된 광전식 연기감지기의 기류입사각도에 따른 정량 지표 비교 그래프를 도시한 것이다. 그리고, 도 21a 및 도 21b는 가이드부, 이중격벽구조를 갖고 모서리가 라운드 처리된 광전식 연기감지기의 case 1과 case 3의 저유속 영역과 고농도 입자 분포 영역을 도시한 것이다. 또한, 도 22a 및 도 22b는 가이드부(21,22), 이중격벽구조를 갖고 모서리가 라운드 처리된 광전식 연기감지기의 case 1과 case3의 평균 입자 추적 시간 분포를 도시한 것이다. 또한, 도 23a 및 도 23b는 가이드부, 모서리 라운드 처리 유무에 따른 YZ 단면(X=0)에서의 속도 vector 및 contour를 도시한 것이고, 도 24a 및 도 24b는 가이드부, 모서리 라운드 처리 유무에 따른 YZ 단면(X=0)에서의 주요 기류 흐름 개선 지점을 도시한 것이다. 마지막으로 도 25는 가이드부(21,22), 모서리 라운드 처리 유무에 따른 암실 내 vertical에서의 속도분포곡선 그래프를 도시한 것이다.
비교예 1과 비교예 2는 감지기 구조를 제외하였을 때 Y축 대칭 암실구조를 가지고 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 기류 유입 방향에 따른 정량 지표를 부여 주며, 저유속 영역 지표를 기준으로 했을 때 최대값 대비 최저값 사이의 편차율은 약 5%이다. 또한, 저유속 영역, 고농도 입자 분포 영역 및 평균 입자 추적 시간의 평균 값은 각각 4.12 cm3, 0.271 cm3, 3.59 초이다. 도 21a,b 및 도 22a, b는 비교예 2의 감지기 암실 내/외부에서의 정량 지표 분포를 보여준다.
암실 내/외부 영역의 전체적인 유동 특성 분석을 위해 도 23a 및 도 23b에서는 YZ 평단면에 대해 해석 영역의 한쪽 영역(-X)을 시각하였다. 비교예 2의 경우, 가이드-스크린 공간에서는 스크린 앞쪽 영역에 수평 제1, 제2가이드부(21,22)를 설치하여 비교예 1의 축소형 구조와 유사한 구조를 가지면서 동시에 외부 기류 흐름의 방해가 감소하여 비교예 1에 비해 스크린 바로 앞 단까지 높은 기류 속도를 나타낸다. 이와 함께, 비교예 2의 경우 이중 격벽 사이의 공간을 더욱 확장시켜 이중 격벽 사이공간(33)까지 기류 속도가 높게 유지된다.
도 24a 및 도 24b는 감지기 암실 구조 개선을 통한 주요 기류 흐름 개선 지점을 보여 준다. 축소형 가이드-스크린 공간 구조와 함께 이중 격벽 모서리 부분을 라운드(rounding) 처리함으로써 비교예 2는 암실 내부까지 비교예 1에 비해 상대적으로 높은 기류 속도가 형성된다. 이로 인해 도 25에서와 같이 암실 내부 중앙 부근(감지기 부근)에서의 최대 기류 속도가 비교예 1 보다도 약 3% 가량 높다.
결론적으로 본 발명의 실시예에 해당하는 비교예 2는 기류 유입 방향이 내부 유동 특성에 미치는 영향이 미미하며, 감지기 주위에서 임계 속도 이상의 기류 속도를 확보함으로써 고농도 입자 분포 영역 확대 및 입자 침착 확률이 저감된 것으로 판단된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다
1:쐐기형 구조를 갖는 광전식 연기감지기
2:본체
3:안내깃
4:차단벽
5:거치대
10:베이스
11:발광소자
12:발광소자 수납부
13:수광소자
14:수광소자 수납부
20:외부격벽
21:제1가이드부
22:제2가이드부
23:연기유입부
24:내부유동가이드부
25:스크린
26:하단면
30:내부격벽
31:돌기부
32:기체유동영역
33:사이공간
100:이중격벽 구조를 갖는 광전식 연기감지기

Claims (10)

  1. 연기감지기에 있어서,
    판형태이고, 상부에 거치대를 갖고, 상기 연기감지기 내부로 광을 조사하는 발광소자가 장착되도록 상기 거치대 일측에 수납되는 발광소자 수납부와, 상기 발광소자에 의해 조사된 광에 의해 연기입자에 의해 생기는 산란광을 수광하는 수광소자가 장착되도록 상기 거치대 타측에 수납되는 수광소자 수납부를 갖는 베이스;
    상기 베이스의 하부면에서 하부측으로 돌출된 관 형태로서, 상기 연기감지기의 외벽을 형성하며, 외면 하부측에 연기가 유입되는 연기유입부가 형성된 외부격벽;
    상기 외부격벽의 하단에 결합되는 판형태의 하단면; 및
    상기 하단면의 상부면에서 상부측으로 돌출된 관 형태이며, 외면이 상기 외부격벽의 내면과 특정간격 이격되어 배치되고 길이가 상기 외부격벽의 길이보다 작게 구성되어 상부 공간에 기체 유동영역을 형성하는 내부격벽;을 포함하여,
    상기 연기는 상기 연기유입부를 통해 유입되어 상기 외부격벽과 내부격벽의 사이공간을 거쳐, 상기 기체유동영역을 거쳐 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내부격벽은,
    길이방향이 높이방향이고 원주방향으로 서로 소정간격 이격되어 외측으로 돌출형성된 다수의 돌기부를 갖는 것을 특징으로 하는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 외부격벽의 상단면에 내측으로 연결된 내부유동가이드부를 더 포함하고,
    상기 외부격벽의 내측방향으로 돌출되는 상기 내부유동가이드부의 길이방향은 상기 외부격벽의 길이방향과 수직되는 면에서 상부측으로 1 ~ 20°각도를 갖는 것을 특징으로 하는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 연기유입부의 상단부에서 외측으로 돌출형성된 제 1가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 연기유입부의 하단부에서 외측으로 돌출형성된 제2가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1가이드부의 하부면과, 상기 제2가이드부의 상부면은 상기 연기유입부로의 연기유입을 가이드하기 위해 만곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 외부격벽과 상기 내부유동가이드부가 연결되는 모서리부와 상기 내부격벽의 상단면은 특정곡률로 라운드 처리되는 것을 특징으로 하는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 외부격벽과 상기 내부격벽 사이의 특정공간은, 상기 연기감지기의 반경의 0.3 ~ 0.6 인 것을 특징으로 하는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 연기유입부의 길이는 상기 외부격벽의 길이의 0.3 ~ 0.5인 것을 특징으로 하는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 연기유입부에는 빛과 미세먼지 및 벌레의 유입을 방지하기 위한 스크린이 형성된 것을 특징으로 하는 이중격벽구조를 갖는 광전식 연기감지기.
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