KR20160093649A - 철도 차량을 위한 압축기 시스템 및 비상 안전 작동으로 압축기 시스템을 작동하기 위한 방법 - Google Patents

철도 차량을 위한 압축기 시스템 및 비상 안전 작동으로 압축기 시스템을 작동하기 위한 방법 Download PDF

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크노르-브렘제 시스테메 퓌어 쉬에넨파쩨우게 게엠베하
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Abstract

본 발명은 철도 차량을 위한 압축기 시스템에 관한 것으로, 전기 기계(1)에 의해 구동 샤프트(2)를 통해 구동되며 적어도 하나의 압축 공기 탱크(4)를 위한 압축 공기를 형성하기 위한 압축기(3)를 포함하고, 이 경우 적어도 최대 속도(m)와 최소 속도(i) 사이의 정격 속도(n)로 전기 기계(1)의 작동을 위해 전기 기계(1)는 적어도 간접적으로 조절 장치(5)에 의해 제어 가능하며, 또한 압축기(3)의 아래쪽으로 배치된 압축 공기 안내 라인(6)에 조절 장치(5)를 위해 압력을 결정하기 위한 적어도 하나의 압력 센서(7)가 배치된다. 본 발명에 따라 전기 기계(1)의 속도에 연속해서 영향을 미치기 위한 최종 제어 소자(8)는 전기 공급부(15)와 전기 기계(1) 사이에 배치되고, 이 경우 압축기(3)의 아래쪽으로 배치된 압축 공기 안내 라인(6)에 적어도 하나의 압축 공기 탱크(4) 내부의 압력을 모니터링하기 위한 그리고 전기 기계(1)의 적어도 속도에 영향을 미치기 위한 압력 스위치(16)가 배치된다. 또한 본 발명은 본 발명에 따른 압축기 시스템을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 경우 압축기(3)는 최대 속도(m)와 최소 속도(i) 사이에서 각각의 중간값을 취하는 가변 속도로 작동되고, 압력 스위치(16)는 적어도 하나의 압축 공기 탱크(4) 내부의 압력을 모니터링하고, 간접적으로 적어도 전기 기계(1)의 속도에 영향을 미친다.

Description

철도 차량을 위한 압축기 시스템 및 비상 안전 작동으로 압축기 시스템을 작동하기 위한 방법{COMPRESSOR SYSTEM FOR A RAIL VEHICLE AND METHOD FOR OPERATING THE COMPRESSOR SYSTEM WITH SAFE EMERGENCY OPERATION}
본 발명은 전기 기계에 의해 구동 샤프트를 통해 구동되며 적어도 하나의 압축 공기 탱크를 위한 압축 공기를 형성하기 위한 압축기를 포함하고, 적어도 최대 속도와 최소 속도 사이의 정격 속도로 전기 기계의 작동을 위해 상기 전기 기계는 적어도 간접적으로 조절 장치에 의해 제어 가능하며, 또한 압축기의 아래쪽으로 배치된 압축 공기 안내 라인에 조절 장치를 위해 압력을 결정하기 위한 적어도 하나의 압력 센서가 배치되는, 철도 차량을 위한 압축기 시스템에 관한 것이다. 또한 본 발명은 본 발명에 따른 압축기 시스템을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
철도 차량의 압축기에 대해 부분적으로 모순되는 다양한 요구들, 예를 들어 높은 공급 출력, 충분한 스위치 온 지속시간, 낮은 소음 방출, 낮은 에너지 소비, 작은 조립 공간 및 낮은 구입 - 및 수명 주기(Live Cycle)-비용들이 제시된다. 또한 철도 차량의 작동 상태에 따라 압축기에 대해 매우 상이한 요구 프로파일들이 주어진다. 압축기의 설계 시 상기 요구들 사이에서 철도 차량의 모든 작동 상태에서 허용 가능한 최상의 타협을 찾는 것은 일반적인 문제이다. 일반적으로 철도 차량에 전기 구동식 압축기들이 사용된다. 압축기들은 하부 스위치 온 압력과 상부 스위치 오프 압력 사이에서 스위치 온-/스위치 오프 모드로 일정한 속도, 소위 정격 속도로 작동된다. 압축기는, 미리 정해진 충전 시간에 도달하여 작동 시 최소 스위치 온 지속시간에 미달되지 않도록 설계된다.
일반적으로 공개된 선행기술에, 압축기의 작동이 철도 차량의 상이한 작동 상태들 사이에서 구별되지 않는 것이 제시된다. 냉각 시스템의 팬은 이 경우 압축기와 동일한 작동 상태에 놓이는데, 그 이유는 팬은 일반적으로 압축기에 의해 직접 함께 구동되기 때문이다.
또한, 조절 작동 및 조절 구조와 다른 압축기 시스템의 더 복잡한 구조와 작동은 추가의, 특히 전자 소자들을 포함하는 것이 공개되어 있고, 상기 소자들은 추가 고장 확률 또는 적어도 하나의 추가 에러 가능성을 가질 수 있다. 다시 말해서, 압축기 시스템에 추가 전자장치 소자의 도입에 의해 개별 전자장치 소자의 추가 고장 확률도 압축기에 함께 도입될 수도 있다. 이로써 압축기 시스템의 에러 확률과 고장 위험이 증가한다. 압축기 시스템은 브레이크 장치에 압축 공기를 공급하기 때문에, 압축기 시스템의 고장은 일반적으로 철도 차량의 정지를 야기한다.
본 발명의 과제는 압축기 시스템의 에러 확률과 고장 위험의 증가 없이 압축기 시스템의 에너지 효율적인 그리고 소음 방출을 줄이는 작동이 가능하도록, 압축기 시스템과 압축기 시스템을 작동하기 위한 방법을 최적화하는 것이다.
상기 과제는 장치 기술적으로 청구범위 제1항의 전제부에 따른 압축기 시스템에서 상기 청구범위 제1항의 특징과 관련해서 해결된다. 방법 기술적으로 상기 과제는 청구범위 제6항에 따라 상기 청구범위 제6항의 특징과 관련해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 후속하는 종속 청구항에 제시된다.
본 발명에 따라 전기 기계의 속도에 연속해서 영향을 미치기 위한 최종 제어 소자는 전기 공급부와 전기 기계 사이에 배치되고, 이 경우 최종 제어 소자는 조절 장치에 의해 제어 가능하고, 압축기의 아래쪽으로 배치된 압축 공기 안내 라인에 적어도 하나의 압축 공기 탱크 내부의 압력을 모니터링하기 위한 그리고 전기 기계의 적어도 속도에 영향을 미치기 위한 압력 스위치가 배치된다.
다시 말해서 최종 제어 소자는 전기 기계의 위쪽으로 전력 흐름 내에 위치하고, 따라서 전기 기계 전방에 배치된다. 최종 제어 소자는 상이한 속도로 전기 기계의 작동을 가능하게 한다. 이를 위해 특히 주파수 변환기 또는 인버터가 적합하다. 주파수에 따라 전기 기계의 속도 및 압축기의 작동이 조정된다. 그러나 속도의 조절을 위한 추가 전자 소자들, 특히 추가 센서, 케이블 및 최종 제어 소자로 인해 압축기 시스템의 에러 확률과 고장 위험의 증가가 나타난다.
적어도 하나의 압축 공기 탱크 내부의 압력을 모니터링하기 위한 압력 스위치에 의해 이러한 압축기 시스템의 안전성이 높아지고, 확실한 비상 작동 가능성이 제공된다. 압력 강하 시 압력 스위치는 요컨대 전기 기계의 적어도 속도에 간접적으로 영향을 미칠 수 있다. 적어도 하나의 압축 공기 탱크 내부가 특정한 하부 압력에 미달 되었다는 압력 스위치의 신호에 의해 압축기는, 적어도 하나의 압축 공기 탱크 내부의 압력을 특정한 상부 압력까지 높이기 위해 압축기의 속도가 증가하도록 제어될 수 있다. 이로써, 압력이 최소 압력 또는 상부 스위치 오프 압력에 도달하면, 압력 스위치는 압축기의 적어도 속도에 영향을 미친다. 최소 압력에 도달 시 속도는 증가하고, 이 경우 상부 스위치 오프 압력에 도달은 적어도 속도를 감소시키거나 압축기를 스위치 오프한다. 다시 말해서 적어도 하나의 압축 공기 탱크 내부의 최소 압력의 도달을 야기하는 압축기 시스템 내의 에러 시, 압축기의 조절 작동이 재개되고, 따라서 압축기는 정격 속도로 작동된다.
바람직한 실시예에 따라 전기 기계의 속도에 간접적으로 영향을 미치기 위한 압력 스위치는 조절 장치에 작용 연결된다. 다시 말해서 압력 스위치는 생성된 신호를 조절 장치에 전달하고, 이 경우 상기 조절 장치는 바람직하게 통합된 제어 알고리즘에 의해 전기 기계의 속도를 수신된 신호에 맞게 조정한다.
다른 바람직한 실시예에 따라 조절 장치와 최종 제어 소자를 전기 기계로부터 분리하기 위한 전력 스위치는 최종 제어 소자 후방에 배치된다. 이 경우 전력 스위치는 특히 전기 공급부와 전기 기계 사이에 배치되고, 이로써 최종 제어 소자와 전기 기계 사이 및 전기 공급부와 전기 기계 사이에 브리지를 형성한다.
또한 바람직하게 압력 스위치는 사이에 배치된 제어 로직 유닛을 통해 전력 스위치에 연결된다. 따라서 전력 스위치는 조절 장치와 무관하고, 압력 스위치로부터 신호를 수신하는 제어 로직 유닛에 의해 작동될 수 있다.
바람직하게는 조절 장치는 압축기의 아래쪽으로 배치되며 냉각 팬을 가진 냉각 유닛을 적어도 간접적으로 제어하고, 이 경우 냉각 팬의 속도는 연속해서 조절 장치에 의해 조절 가능하다. 이를 위해 냉각 유닛에 바람직하게 최종 제어 소자가 통합된다. 대안으로서, 최종 제어 소자는 적어도 냉각 유닛 전방에 배치되는 것이 고려될 수도 있다. 또한, 최종 제어 소자는 2개의 제어 출력부를 갖고, 따라서 전기 기계와 냉각 팬은 공동의 최종 제어 소자에 의해 제어되는 것이 고려될 수 있다.
방법 기술적으로 압축기는 최대 속도와 최소 속도 사이에서 각각의 중간값을 취하는 가변 속도로 작동되고, 이 경우 압력 스위치는 적어도 하나의 압축 공기 탱크 내부의 압력을 모니터링하고, 간접적으로 적어도 전기 기계의 속도에 영향을 미친다. 냉각 유닛은 직접 및 간접적으로도 압축기에 연결되지 않음으로써, 냉각 유닛의 별도의 제어 및 냉각 팬의 속도의 별도의 조절이 이루어진다. 바람직하게는 압축기와 냉각 팬은 스위치 오프될 수도 있다.
다른 실시예에 따라 조절 장치는 적어도 하나의 압축 공기 탱크 내부가 최소 압력에 도달 시 스위치 오프 압력에 도달할 때까지 적어도 정격 속도로 압축기를 작동하기 위한 최종 제어 소자의 제어를 위한 신호를 압력 스위치로부터 수신한다. 이로 인해 특히 결함이 있는 센서 및/또는 케이블이 저지될 수 있다. 조절 장치는 최종 제어 소자를 요컨대 압력 스위치에 따라 제어한다.
다른 실시예에 따라 제어 로직 유닛은 적어도 하나의 압축 공기 탱크 내부가 최소 압력에 도달 시 전력 스위치를 제어하기 위한 그리고 조절 장치와 최종 제어 소자를 전기 기계로부터 분리하기 위한 신호를 압력 스위치로부터 수신하고, 이 경우 압축기는 스위치 오프 압력에 도달할 때까지 전력 스위치에 의해 정격 속도로 작동된다. 전력 스위치의 조절에 따라 전기 기계를 위한 정격 속도보다 높은 속도가 형성될 수도 있다. 이를 위해 전력 스위치는 전기 기계를 직접 전기 공급부에 연결한다. 이로써 조절 장치는 전기 기계 및 압축기의 속도에 영향을 미칠 수 없다. 이로 인해 특히 모든 관련 센서 및 최종 제어 소자를 포함한 전체 조절 장치의 고장 또는 에러가 저지될 수 있다.
특히 바람직하게 적어도 하나의 압축 공기 탱크 내부의 압력이 최소 압력으로 적어도 2회 강하 후에 전기 기계는 최소 압력으로 압력 강하 시의 적어도 정격 속도와 스위치 오프 압력에 도달 시의 압축기의 스위치 오프 사이에서 간헐적으로 작동된다. 다시 말해서, 적어도 하나의 압축 공기 탱크 내부의 비교적 일정한 압력을 유지하기 위해, 전기 기계의 속도와 압축기의 속도는 변경되지 않는다. 그러나 적어도 하나의 압축 공기 탱크의 신속한 충전을 가능하게 하기 위해, 압축기를 정격 속도 대신 최대 속도로 작동하는 것이 고려될 수도 있다.
본 발명을 개선하는 다른 조치들은 계속해서 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예들과 함께 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 압축기 시스템을 도시한 블록 회로도.
도 2는 제 2 실시예에 따른 본 발명에 따른 압축기 시스템을 도시한 블록 회로도.
도 3은 상부 다이어그램에 시간에 따라 압축기의 속도가 기재되고 하부 다이어그램에 시간에 따라 압축기의 압력이 기재된 2개의 서로 관련된 다이어그램을 도시한 도면.
도 1에 따라 철도 차량을 위한 압축기 시스템은 전기 기계(1)를 포함하고, 상기 전기 기계는 압축 공기를 형성하기 위한 압축기(3)를 구동 샤프트(2)를 통해 구동한다. 압축기(3)에 의해 형성된 압축 공기는 압축 공기 안내 라인(6)을 통해 냉각 팬(14)을 가진 냉각 유닛(9)에 안내된다. 냉각 유닛(9)의 아래쪽으로 압축 공기 안내 라인(6)에 압력 센서(7)와 온도 센서(13b)가 배치된다. 또한 압축 공기 안내 라인(6)은 공기 처리 장치(12) 후방에 배치된 예비 분리기(11) 내로 통한다. 건조되어 입자로 세척된 압축 공기는 압축 공기 탱크(4) 내에 공급된다. 또한 압축 공기 안내 라인(6)에 압축 공기 탱크(4) 내부의 압력을 모니터링하기 위한 그리고 전기 기계(1) 및 냉각 팬(14)의 속도에 간접적으로 영향을 미치기 위한 압력 스위치(16)가 배치된다.
압축기(3)에 배치된 온도 센서(13a) 및 온도 센서(13b)와 압력 센서(7)는 모두 조절 장치(5)에 측정된 온도와 측정된 압력을 전송한다. 또한 조절 장치(5)는 신호 입력부(10)를 통해 다른 - 여기에 도시되지 않은 - 센서 또는 열차 관리 시스템으로부터 신호를 수신한다. 또한 조절 장치(5)는 냉각 유닛(9)의 속도를 제어하고 최종 제어 소자(8)에 신호를 전달하는데 적합하다. 주파수 변환기로 형성된 최종 제어 소자(8)는 전기 기계(1)의 속도 및 압축기(3)의 속도를 조절한다. 또한 최종 제어 소자(8)는 2개의 출력부를 갖고, 따라서 냉각 팬(14)의 속도도 조절 장치(5)에 의해 조절한다. 이 경우 전기 기계(1)의 속도에 연속해서 영향을 미치기 위한 최종 제어 소자(8)는 전기 공급부(15)와 전기 기계(1) 사이에 배치된다. 이 경우 조절 장치(5)는 압축 공기 탱크(4) 내부가 최소 압력에 도달 시 스위치 오프 압력(d)에 도달할 때까지 정격 속도(n)로 압축기(3)를 작동하기 위한 최종 제어 소자(8)의 제어를 위한 신호를 압력 스위치(16)로부터 수신한다.
도 2에 따라 조절 장치(5)와 최종 제어 소자(8)를 전기 기계(1)로부터 분리하기 위한 전력 스위치(17)는 최종 제어 소자(8) 후방에 배치된다. 압력 스위치(16)는 사이에 배치된 제어 로직 유닛(18)을 통해 전력 스위치(17)에 연결된다. 또한 제어 로직 유닛(18)은 압축 공기 탱크(4) 내부가 최소 압력(e)에 도달 시 전력 스위치(17)를 제어하기 위한 그리고 조절 장치(5)와 최종 제어 소자(8)를 전기 기계(1)로부터 분리하기 위한 신호를 압력 스위치(16)로부터 수신한다. 이때 압축기(3)는 스위치 오프 압력(d)에 도달할 때까지 전력 스위치(17)에 의해 정격 속도(n)으로 작동된다.
도 3은 압력 스위치(16)에 의해 측정된 압축 공기 탱크(4) 내부의 압력 강하 시 전술한 과정을 그래프로 도시한다. 범위(a)에서 압축기(3)는 최소 속도(i)와 정격 속도(n) 사이의 속도로 작동되고, 이 경우 압축 공기 탱크(4) 내부의 압력은 특정한 범위에서 유지된다. 이로써 압축기(3)는 범위(a)에서 조절 작동된다. 속도는 가변적이고 상황에 의존적이다.
범위(b)에서 압축 공기 탱크(4) 내부의 압력이 강하하고, 압축기(3)의 속도는 자연적으로 감소한다. 다시 말해서 범위(b)에서 조절 작동 시 에러가 발생하고, 상기 에러는 측정 압력 강하를 야기한다.
압축 공기 탱크(4) 내부의 압력이 최소 압력(e)에 도달 시, 압력 스위치(16)가 반응하고, 범위(c)에서 간접적으로 전력 스위치(17)에 의해 또는 최종 제어 소자(8)에 의해 전기 기계(1)의 속도 및 압축기(3)의 속도를 정격 속도(n)로 높인다. 따라서 범위(c)에서 조절 작동으로부터 비조절 작동으로 전환하도록 압력 스위치(16)의 반응이 이루어진다. 비조절 작동은 2개의 상태, 한편으로는 정격 속도(n)로 압축기(3)의 작동 그리고 다른 한편으로는 압축기(3)의 스위치 오프를 포함한다. 압축기(3)의 작동과 유사하게 여기에 도시되지 않은 냉각 팬(14)도 작동된다.
압축 공기 탱크(4) 내부가 스위치 오프 압력(d)에 도달 시 압축기(3)는 스위치 오프되어 비로소 다시 최소 속도(i)와 정격 속도(n) 사이의 속도로 작동되므로, 압축 공기 탱크(4) 내부의 압력은 특정한 범위에서 유지된다.
본 발명은 전술한 실시예들에 제한되지 않는다. 오히려 이와 다른 하기 청구항들의 보호 범위에 함께 포함되는 변형들이 고려될 수도 있다. 즉 예를 들어 압축기(3)가 다수의 압축 공기 탱크(4)에 압축 공기를 공급하는 것도 가능하다. 또한 압축 공기 탱크(4) 내부가 최소 압력(e)에 도달 시, 전기 기계(1)의 속도 및 압축기(3)의 속도를 정격 속도(n)로만 높이는 대신 최대 속도(m)로 높이는 것도 가능하다.
1 : 전기 기계 2 : 구동 샤프트
3 : 압축기 4 : 압축 공기 탱크
5 : 조절 장치 6 : 압축 공기 안내 라인
7 : 압력 센서 8 : 최종 제어 소자
9 : 냉각 유닛 10 : 신호 입력부
11 : 예비 분리기 12 : 공기 처리 장치
13a, 13b 온도 센서 14 : 냉각 팬
15 : 전기 공급부 16 : 압력 스위치
17 : 전력 스위치 18 : 제어 로직 유닛
a, b, c : 범위 d : 스위치 오프 압력
e : 최소 압력 i : 최소 속도
m : 최대 속도 n : 정격 속도

Claims (9)

  1. 철도 차량을 위한 압축기 시스템으로서, 전기 기계(1)에 의해 구동 샤프트(2)를 통해 구동되며 적어도 하나의 압축 공기 탱크(4)를 위한 압축 공기를 형성하기 위한 압축기(3)를 포함하고, 적어도 최대 속도(m)와 최소 속도(i) 사이의 정격 속도(n)로 상기 전기 기계(1)의 작동을 위해 상기 전기 기계(1)는 적어도 간접적으로 조절 장치(5)에 의해 제어 가능하며, 또한 상기 압축기(3)의 아래쪽으로 배치된 압축 공기 안내 라인(6)에 상기 조절 장치(5)를 위해 압력을 결정하기 위한 적어도 하나의 압력 센서(7)가 배치되는 압축기 시스템에 있어서,
    상기 전기 기계(1)의 속도에 연속해서 영향을 미치기 위한 최종 제어 소자(8)는 전기 공급부(15)와 상기 전기 기계(1) 사이에 배치되고, 상기 최종 제어 소자(8)는 상기 조절 장치(5)에 의해 제어 가능하고, 상기 압축기(3)의 아래쪽으로 배치된 상기 압축 공기 안내 라인(6)에 상기 적어도 하나의 압축 공기 탱크(4) 내부의 압력을 모니터링하기 위한 그리고 상기 전기 기계(1)의 적어도 속도에 영향을 미치기 위한 압력 스위치(16)가 배치되는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기 기계(1)의 속도에 간접적으로 영향을 미치기 위한 상기 압력 스위치(16)는 상기 조절 장치(5)에 작용 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조절 장치(5)와 상기 최종 제어 소자(8)를 상기 전기 기계(1)로부터 분리하기 위한 전력 스위치(17)는 상기 최종 제어 소자(8) 후방에 배치되는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 압력 스위치(16)는 사이에 배치된 제어 로직 유닛(18)을 통해 상기 전력 스위치(17)에 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 조절 장치(5)는 상기 압축기(3)의 아래쪽으로 배치되며 냉각 팬(14)을 가진 냉각 유닛(9)을 적어도 간접적으로 제어하고, 상기 냉각 팬(14)의 속도는 연속해서 상기 조절 장치(5)에 의해 조절 가능한 것을 특징으로 하는 압축기 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 압축기 시스템을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    압축기(3)는 최대 속도(m)와 최소 속도(i) 사이에서 각각의 중간값을 취하는 가변 속도로 작동되고, 상기 압력 스위치(16)는 상기 적어도 하나의 압축 공기 탱크(4) 내부의 압력을 모니터링하고, 간접적으로 적어도 전기 기계(1)의 속도에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 제어 로직 유닛(8)은 상기 적어도 하나의 압축 공기 탱크(4) 내부가 최소 압력(e)에 도달 시 전력 스위치(17)를 제어하기 위한 그리고 상기 조절 장치(5)와 최종 제어 소자(8)를 상기 전기 기계(1)로부터 분리하기 위한 신호를 상기 압력 스위치(16)로부터 수신하고, 상기 압축기(3)는 스위치 오프 압력(d)에 도달할 때까지 상기 전력 스위치(17)에 의해 정격 속도(n)로 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 조절 장치(5)는 상기 적어도 하나의 압축 공기 탱크(4) 내부가 최소 압력(e)에 도달 시 스위치 오프 압력(d)에 도달할 때까지 적어도 정격 속도(n)로 상기 압축기(3)를 작동하기 위한 상기 최종 제어 소자(8)의 제어를 위한 신호를 상기 압력 스위치(16)로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축 공기 탱크(4)의 압력이 최소 압력(e)으로 적어도 2회 강하 후에 상기 전기 기계(1)는 최소 압력(e)으로 압력 강하 시의 적어도 정격 속도(n)와 스위치 오프 압력(d)에 도달 시의 상기 압축기(3)의 스위치 오프 사이에서 간헐적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
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