KR20110017990A - 풍력이나 유속에 따라 유동하는 회전판에 의한 균일 발전장치 - Google Patents

풍력이나 유속에 따라 유동하는 회전판에 의한 균일 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수력이나 파력 또는 풍력을 이용하여 전력을 생산할 수 있게 한 발전장치에 대한 것으로, 특히 자석체를 갖는 자석판과 발전코일을 갖는 코일판이 서로 다른 방향으로 형성된 날개부에 의해 중심부의 구동축으로부터 각기 다른 방향으로 회전도록 하되, 상기 자석판 또는 코일판 중 선택된 하나의 회전체 일측에는 별도의 고정판을 형성하고, 선택된 하나의 회전체는 구동축으로부터 유동하며 함께 회전될 수 있게 하고, 선택된 하나의 회전체와 고정판의 사이에는 구동축에 삽입되는 스프링을 결합함으로써,
저속 회전시에는 높은 전류에 의한 저속 발전이 이루어지고 고속 회전시에는 낮은 전류에 의한 고속 발전이 이루어짐에 따라 회전체의 회전속도와는 관계없이 일정한 발전량을 얻을 수 있으므로 별도의 정전압 안정기 등이 필요 없을 뿐만 아니라, 풍력이나 파력 또는 수력 등이 미약한 경우에도 안정적인 발전이 이루어질 수 있어 매우 경제적이면서도 합리적인 것이다.
발전장치, 자석판, 코일판, 안내관, 유동구, 스프링, 고정판

Description

풍력이나 유속에 따라 유동하는 회전판에 의한 균일 발전장치 {Uniform power generator using rotary plate movable subject to speed of wind or wave}
본 발명은 수력이나 파력 또는 풍력을 이용하여 전력을 생산할 수 있게 한 발전장치에 대한 것으로, 특히 서로 반대방향으로 회전하는 자석판과 코일판으로 된 발전장치에 있어 이들 자석판 또는 코일판이 별도의 고정판으로부터 스프링 탄지되게 함으로써, 풍속이나 유속 또는 파력의 세기에 따라 자석판 또는 코일판이 유동하며 회전될 수 있게 하여, 고른 상태의 발전에너지가 지속적으로 생산될 수 있게 한 풍력이나 유속에 따라 유동하는 회전판에 의한 균일 발전장치이다.
발전장치라 함은, 역학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로 일컬어 지는 것으로서, 수력이나 파력 또는 증기나 디젤 기관 따위의 원동 수단으로부터 회전 동력을 얻어 원통형의 자성체가 회전되게 하면, 자성체의 주변에 위치하고 있는 철심코어 상에 권선된 코일에 전하가 유도되어 전류가 발생되게 하는 장치인 것이다.
우리 주위에서 쉽게 볼 수 있는 발전장치로는 자전거 라이트용 발전기가 있고, 자동차의 발전기도 마찬가지 원리이다. 단지 자전거용 발전기와 다른 점은 자전거용은 코일 내부에 영구자석이 내장되어 있지만 자동차용 발전기에는 영구자석이 아닌 전자석(로터코일)이 감겨져 있는 것이 다르다. 그러나, 상기한 바와 같은 일반적인 발전장치는 비교적 무거운 중량을 갖는 자성체를 회전시켜야 하므로 그에 따른 기동력이나 회전동력이 과다하게 필요한 문제점이 있는 것이다.
또한, 종래와 같은 방식의 유도 활성화를 위한 철심 코어는 중앙의 회전 자성체와 서로 잡아당기는 인력(引力)이 발생하므로, 상기의 인력을 넘어서기 위한 과도한 회전 운동력이 요구되므로 그에 따른 에너지의 소모량이 극심할 뿐만 아니라 상기의 인력은 자성체의 회전 저항으로 작용하므로 자성체를 회전시키기 위한 회전동력을 불필요하게 소모하는 결과를 초래하는 것이다.
특히, 종래의 원통형 자성체와 철심코어는 공간의 한계로 인하여 4극성 유도 만을 채택할 수밖에 없어서 필요한 전기를 생산하기 위해서는 고속 회전이 요구되므로 경제적인 효율성이 지극히 낮은 문제점이 있는 것이다. 또한, 상기의 자성체를 별도의 구동모터의 회전력을 이용하여 강제 회전시키고, 그에 따른 발전장치로부터 생산되는 전기를 변압기 등을 통해 전환하여 사용하고자 하는 경우, 상기의 구동모터 및 발전장치로부터 손실되는 전기 에너지가 막대한 것으로서, 상기와 같은 방식의 발전 시스템은 통상적으로 약 35%의 에너지 효율을 갖고 있는 것으로 알려져 있어 극히 비효율적이면서도 비경제적인 것이다.
이에 따라 본 발명 출원인은 2008년 특허출원 제067965호와 같이, 상하로 이격 설치된 비자성체로 된 고정판에는 각기 사방으로 분할 배치된 자석체를 형성하고, 상기 고정판의 사이에는 수평 권선이 이루어진 코일부가 방사상으로 배치된 회전원반을 형성하되, 상기 회전원반의 하부에 위치하는 고정판의 자석체는 코일부에 전하를 유도시켜 전류를 발생시키고, 상측의 고정판에 위치하는 자석체는 코일부에 회전방향으로의 인력과 척력을 교번 제공함으로써, 자석체와 코일부의 수평 교차 회전을 통해 전력을 생산하므로 상호 간의 인력이 발생하지 않는 무부하 회전이 이루어져 저력 회전으로도 우수한 전력 생산성을 보이는 것이며, 회전원반의 원심력과 자석체에 의한 인력과 척력이 더해져 회전원반의 부하 손실을 최소화하므로 매우 뛰어난 경제성은 물론 효율성을 갖는 발전장치를 제안한 바 있다.
그러나, 상기와 같은 발전장치는 자석체가 분할 배치된 자석판이 고정된 상태에서 코일판 만이 회전되는 형태이므로 바람의 세기나 수력이 약할 경우 충분한 발전 효율을 얻을 수 없는 문제점을 갖게 된다. 또한, 상기와 같은 발전장치에 전기 에너지의 소모를 위한 부하장치가 연결되는 경우 상기 발전장치에 작용하는 회전 부하는 역시 발전 효율을 약화시키게 되므로, 전기한 바와 같은 발전장치에 대한 구조적인 개선을 통해 더욱 뛰어난 발전 효율은 물론 우수한 회전력을 갖는 발전장치를 절실하게 요구하고 있는 것이다.
이에 따라 본 발명의 출원인은 2009년 특허출원 제005867호와 같이, 자석체 가 분할 배치된 자석판과 발전코일이 분할 배치된 코일판이 서로 엇갈려 회전할 수 있도록 구성하고, 상기의 자석판과 코일판은 연속하여 순차적으로 배치할 수 있게 하면서도, 상기 코일판에는 자석체의 내측단과 외측단에 각기 대응 위치하는 유도코일과 전동코일을 분할 배치함으로써, 바람의 세기가 약하거나 이용하고자 하는 유속이 느릴 경우라도 서로 엇갈려 회전하는 자석판과 코일판에 의해 더욱 증대된 발전량을 얻을 수 있는 것이고, 바람이나 파력 또는 수력과 같은 에너지 공급원이 지속적이거나 간헐적으로 작용하더라도 자석체에 척력을 부여하는 전동코일에 의해 자석판과 코일판 간의 회전력이 크게 증대하여 더욱 고도의 발전에너지를 생산할 수 있어 매우 경제적인 특징의 발전 효율과 회전력 향상이 이루어진 발전장치를 안출한 바 있다.
그러나, 상기와 같은 발전장치는 풍력이나 유속이 변하는 경우에는 상기 자석판과 코일판의 회전 속도가 이와 비례하여 변하게 되므로 일정한 수준의 발전량을 지속적으로 얻을 수 없는 단점을 갖고 있는 것이다.
즉, 바람의 세기가 강해지거나 물의 흐름이 강한 경우에는 빠른 회전속도로 인해 많은 량의 발전에너지를 생산할 수 있으나, 바람의 세기가 약해지거나 물의 흐름이 완화되는 경우에는 이와 비례하여 자석판과 코일판의 회전속도가 떨어지게 되므로 발전에너지의 생산량 역시 감소하게 되는 것이다.
이에 따라 상기와 같은 발전장치를 이용하여 구동수단 또는 다양한 작동수단이나 기계 장치 등을 사용하고자 하는 경우에는 별도의 축전수단을 구비하여 이로 부터 정류된 상태의 전원만을 사용하여야 되는 폐단을 갖게 된다.
이와 같은 발전장치는 상기와 같은 본 발명의 출원인에 안출된 선 출원에만 국한되는 것이 아니라 기존의 모든 발전장치가 갖고 있는 고질적인 문제점인 것이다.
본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 자석체를 갖는 자석판과 발전코일을 갖는 코일판이 서로 다른 방향으로 형성된 날개부에 의해 중심부의 구동축으로부터 각기 다른 방향으로 회전도록 하되, 상기 자석판 또는 코일판 중 선택된 하나의 회전체 일측에는 별도의 고정판을 형성하고, 선택된 하나의 회전체는 구동축으로부터 유동하며 함께 회전될 수 있게 하고, 선택된 하나의 회전체와 고정판의 사이에는 구동축에 삽입되는 스프링을 결합함으로써,
풍력이나 파력 또는 수력의 세기에 따라 자석판이나 코일판 중 선택된 하나의 회전체가 다른 회전체로부터 이격 또는 근접하면서 가변의 자기장에 영향을 받으며 결국 균일한 발전에너지를 생산할 수 있도록 한 풍력이나 유속에 따라 유동하는 회전판에 의한 균일 발전장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 구동축으로부터 회전 가능한 자석판과 코일판을 순차 형성하되, 상기 자석판에는 자석체를 방사상으로 분할 형성하고, 상기 코일판에는 직렬 연결된 발전코일을 방사상으로 분할 배치하며, 상기 자석판과 코일판에 형성된 날개부는 구동축으로부터 자석판과 코일판이 서로 다른 방향으로 회전되도록 구성한 공지의 발전장치에 있어서,
상기 자석판과 코일판 중 선택된 어느 하나의 회전체는 상기 구동축으로부터 유동하며 함께 회전되게 구성하고, 자석판과 코일판 중 선택된 어느 하나의 회전체 일측에는 별도의 고정판을 장착하여, 상기의 선택된 회전체와 고정판의 사이에 위치한 구동축에 삽입된 스프링을 통해 상기의 선택된 회전체가 또 다른 회전체를 향하여 탄력 지지되도록 구성하여 이루어지는 것이다.
본 발명은, 저속 회전시에는 높은 전류에 의한 저속 발전이 이루어지고 고속 회전시에는 낮은 전류에 의한 고속 발전이 이루어짐에 따라 회전체의 회전속도와는 관계없이 일정한 발전량을 얻을 수 있으므로 별도의 정전압 안정기 등이 필요 없을 뿐만 아니라, 풍력이나 파력 또는 수력 등이 미약한 경우에도 안정적인 발전이 이루어질 수 있어 매우 경제적이면서도 합리적인 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 발전장치의 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 발전장치의 요부 확대 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 발전장치의 전체 단면도이다.
도시와 같이 본 발명에 따른 발전장치는 서로 이격된 자석판(10)과 코일판(20)이 서로 다른 방향으로 회전하면서 자석판(10)의 표면에 방사상으로 분할 배치된 자석체(11)의 극성으로부터 코일판(20)에 분할 배치된 발전코일(21)로 전하가 유도되면서 직렬 연결 형태의 발전코일(21)로부터 전력을 얻을 수 있게 한 것이다.
이때 상기의 자석판(10) 또는 코일판(20)이 회전함에 따라 발전코일(21)에 작용하는 전하의 부호가 반복적으로 가변되면서 발전이 이루어지는 것이다.
바람직하게는, 상기의 자석판(10)과 코일판(20)이 서로 반대방향으로 엇갈려 회전되도록 구성한 것인데, 상기의 자석판(10)을 구동축(30)에 고정 형성하고, 상기의 코일판(20)은 베어링 등을 이용하여 구동축(30)과 별개로 회전될 수 있도록 구성한 것인데, 이들 자석판(10)과 코일판(20)의 외면에는 서로 반대방향의 경사각을 갖는 날개부(12)(22)가 각각 돌출 형성되어 있으므로 수력이나 풍력 또는 파력으로 인해 상기의 날개부(12)(22)에 대한 저항력이 발생하면서 이와 같은 저항력으로부터 상기의 자석판(10)과 코일판(20)이 서로 반대방향으로 회전할 수 있는 것이다.
여기서, 상기의 실시예에서는 자석판(10)이 구동축(30)에 고정된 것으로 기재하였으나, 상기의 자석판(10)이 구동축(30)으로부터 자유 회전이 이루어지도록 하는 반면 코일판(20)이 구동축(30)과 함께 회전하도록 구성하여도 무방한 것으로 서, 상기 자석판(10)의 자석체(11)와 코일판(20)의 발전코일(21)이 서로 대향되게 한 상태에서 이들 자석판(10)과 코일판(20) 중 선택된 어느 하나의 회전체가 구동축(30)과 함께 회전할 수 있도록 하면 되는 것이다.
이와 같은 구성으로 된 본 발명의 발전장치는, 수력이나 풍력 또는 파력이 작용하는 방향으로 본 발명의 발전장치를 설치함에 따라 이들 수력이나 풍력 또는 파력에 의해 상기의 자석판(10)과 코일판(20)이 서로 반대방향으로 회전을 하면서 발전에너지를 생산하게 되는 것이다.
이때 바람직한 실시예로서, 상기의 자석판(10)과 코일판(20)을 순차적으로 구동축(30)에 결합 형성한 상태에서 상기 코일판(20)의 일측부에 별도의 고정판(40)을 이격 설치하되, 상기 코일판(20)과 고정판(40)과의 사이에는 구동축(30)에 결합된 상태의 스프링(50)을 형성하게 된다. 이에 따라 상기의 스프링(50)이 갖는 탄성 반력으로 인해 상기의 코일판(20)은 자석판(10)을 향하여 지속적으로 가압력을 받고 있는 상태가 된다.
또한, 상기의 자석판(10)과 코일판(20)의 사이에는 구동축(30) 상에 삽입된 링 형태로 된 스페이서(80)를 결합한 것으로서, 상기의 스페이서(80)는 스프링(50) 탄지되어 있는 상태의 코일판(20)이 자석판(10)을 향하는 경우 이들 자석판(10)과 코일판(20)이 일정한 간격을 유지할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 상기의 스프링(50)의 일측 또는 필요에 따라 양측에는 별도의 지지와셔(81)를 구동축(30)에 삽입 형성함에 따라 회전체와 고정판(40) 사이에 위치하는 스프링(50)이 회전체와 함 께 회전하거나 그렇지 않은 경우 회전체 또는 고정판(40)과 스프링(50) 간의 마찰력을 지지와셔(81)가 감소시켜주거나 해당 접촉부에 대한 내구성을 향상시키므로 마모에 의한 파손이나 스프링(50)의 꼬임이 방지될 수 있도록 한 것이다.
특히, 상기의 코일판(20)은 상기 구동축(30)과 함께 회전함과 동시에 그 구동축(30)으로부터 축방향으로의 유동이 가능한 결합구조를 갖고 있는 것인데, 상기의 구동축(30)에는 양측으로 키(61)가 돌출된 안내관(60)을 고정 형성하고, 상기의 코일판(20) 중앙에는 키홈(71)을 갖고 있는 유동구(70)를 결합 형성함에 따라, 상기의 유동구(70)를 안내관(60)에 결합하게 되면 이들 키(61)와 키홈(71)의 결합관계로 인해 상기의 코일판(20)은 구동축(30)으로부터 축방향으로의 유동이 가능한 상태에서 상기의 구동축(30)과 함게 회전할 수 있는 구조를 갖게 된다.
여기서, 상기의 바람직한 실시예로서 자석판(10)과 고정판(40) 사이에 위치하는 코일판(20)이 구동축(30)으로부터 유동가능한 상태의 회전이 이루어지도록 하였으나, 코일판(20)과 고정판(40) 사이에 자석판(10)을 배치한 상태에서 상기 자석판(10)이 구동축(30)과 함께 회전하면서도 축방향으로의 유동이 가능하도록 결합 구성하여도 무방할 것이다. 이에 따라 상기의 자석체(11)와 발전코일(21)이 서로 대향되도록 한 상태에서 이들 자석판(10)과 코일판(20) 중 어느 하나의 회전체를 선택하여 선택된 하나의 회전판이 구동축(30)으로부터 유동 및 함께 회전되는 형태를 취함과 동시에 고정판(40)과의 사이에 위치한 스프링(50)으로부터 탄력 지지되는 구조를 갖고 있으면 본 발명의 구조를 만족시킬 수 있게 된다.
이에 따라, 도 4의 도시와 같이 자석판(10)과 코일판(20) 및 고정판(40)이 순차적으로 배치된 결합구조에서의 발전장치에 수력이나 풍력 또는 파력이 영향을 미칠 경우에는, 상기의 수력이나 풍력 또는 파력에 의해 자석판(10)과 코일판(20)이 서로 반대방향으로 회전을 시작하게 될 것이고, 이들 자석판(10)과 코일판(20)의 회전에 따라 상기 코일판(20)에 배치된 발전코일(21)은 교번의 전하 유도를 통해 발전에너지를 생산하게 되는 것이다.
또한, 상기와 같은 수력이나 풍력 또는 파력의 세기가 강해지는 경우에는 이들의 힘에 의해 상기의 자석판(10) 및 코일판(20)은 고속으로의 회전이 이루어지게 되는데, 이들 회전체의 회전속도가 증가하게 되면 상호 간에 작용하는 전하의 부호와 자석의 극성 사이에서의 인척력이 증대하게 되는 것이고, 자석체(11)와 발전코일(21)이 서로 일치하는 순간에서의 척력이 최대가 될 것이므로 이들 회전속도가 증가하면서 비례적으로 증가하는 척력에 의해 상기의 코일판(20)은 고정판(40)을 향하여 후퇴하게 되는 것이다. 여기서의 코일판(20)이 고정판(40)으로 후퇴하는 작용은 상기와 같은 척력에 의해서 이루어지지만 수력이나 풍력 및 파력에 의한 직접적 부하로 인한 가압력에 의한 것도 있을 수 있다.
따라서, 상기와 같이 코일판(20)이 후퇴하여 자석판(10)으로부터 멀어지게 되면 이들 사이에서의 인척력이 상대적으로 감소하게 될 것이므로 결국 전류 생산량도 함께 감소하게 되는 것이다. 이에 자석판(10)과 코일판(20)이 근접한 상태는 저속 회전상태에서 높은 전류를 저속 생산하게 되는 것이고, 자석판(10)과 코일판(20)이 이격된 상태의 고속 회전시에는 낮은 전류를 고속 생산하게 될 것이므로 회전속도와 관계없이 균일한 발전량을 얻을 수 있는 것이다.
그러므로, 수력이나 풍력 및 파력의 세기가 약한 경우에는 근접 저속 회전으로 해당의 발전량을 얻게 되는 것이고, 수력이나 풍력 및 파력의 세기가 큰 경우에는 이격 고속 회전으로 상기의 근접 저속 회전에 의한 발전량과 동일한 수준의 발전량을 생산하게 되므로, 수력이나 파력 및 풍력의 세기가 가변되더라도 균일한 발전에너지를 지속적으로 생산하게 되는 것이다.
이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 발전장치의 분리 사시도
도 2는 본 발명에 따른 발전장치의 요부 확대 사시도
도 3은 본 발명에 따른 발전장치의 전체 단면도
도 4는 본 발명에 따른 발전장치의 저속 발전상태를 보인 확대 단면도
도 5는 본 발명에 따른 발전장치의 고속 발전상태를 보인 확대 단면도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 자석판 11 : 자석체
12 : 날개부
20 : 코일판 21 : 발전코일
22 : 날개부
30 : 구동축
40 : 고정판
50 : 스프링
60 : 안내관 61 : 키
70 : 유동구 71 : 키홈
80 : 스페이서 81 : 지지와셔

Claims (6)

  1. 구동축(30)으로부터 회전 가능한 자석판(10)과 코일판(20)을 순차 형성하되, 상기 자석판(10)에는 자석체(11)를 방사상으로 분할 형성하고, 상기 코일판(20)에는 직렬 연결된 발전코일(21)을 방사상으로 분할 배치하며, 상기 자석판(10)과 코일판(20)에 형성된 날개부(12)(22)는 구동축(30)으로부터 자석판(10)과 코일판(20)이 서로 다른 방향으로 회전되도록 구성한 공지의 발전장치에 있어서,
    상기 자석판(10)과 코일판(20) 중 선택된 어느 하나의 회전체는 상기 구동축(30)으로부터 축방향으로 유동하며 함께 회전되게 구성하고, 자석판(10)과 코일판(20) 중 선택된 어느 하나의 회전체 일측에는 별도의 고정판(40)을 장착하여, 상기의 선택된 회전체와 고정판(40)의 사이에 위치한 구동축(30)에 삽입된 스프링(50)을 통해 상기의 선택된 회전체가 또 다른 회전체를 향하여 탄력 지지되도록 구성하여 됨을 특징으로 하는 특징으로 하는 풍력이나 유속에 따라 유동하는 회전판에 의한 균일 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    자석판(10)과 코일판(20) 및 고정판(40)이 구동축(30) 상에 순차적으로 배치되고, 코일판(20)과 고정판(40) 사이에 스프링(50)이 배치되도록 구성하여, 상기 코일판(20)이 구동축(30)으로부터 유동하며 구동축(30)과 함께 회전되도록 구성함 을 특징으로 하는 풍력이나 유속에 따라 유동하는 회전판에 의한 균일 발전장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    코일판(20)과 자석판(10) 및 고정판(40)이 구동축(30) 상에 순차적으로 배치되고, 자석판(10)과 고정판(40) 사이에 스프링(50)이 배치되도록 구성하여, 상기 자석판(10)이 구동축(30)으로부터 유동하며 구동축(30)과 함께 회전되도록 구성함을 특징으로 하는 풍력이나 유속에 따라 유동하는 회전판에 의한 균일 발전장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    구동축(30)에는 키(61)가 돌출된 안내관(60)을 삽입 고정하고, 고정판(40)의 일측에 위치하는 자석판(10)과 코일판(20) 중 선택된 어느 하나의 회전체에는 키홈(71)을 갖는 유동구(70)를 고정 형성하여, 상기 안내관(60)을 따라 유동구(70)를 갖는 회전체가 슬라이딩되도록 구성함을 특징으로 하는 풍력이나 유속에 따라 유동하는 회전판에 의한 균일 발전장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    자석판(10)과 코일판(20)의 사이에는 구동축(30)에 삽입된 스페이서(80)를 형성하여 됨을 특징으로 하는 풍력이나 유속에 따라 유동하는 회전판에 의한 균일 발전장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    스프링(50)의 측부에는 구동축(30)에 삽입된 지지와셔(81)를 형성하여 됨을 특징으로 하는 풍력이나 유속에 따라 유동하는 회전판에 의한 균일 발전장치.
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