KR20170121620A - 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템 - Google Patents

무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 난방을 위해 장착되는 무시동 히터의 배기열을 통해 온수를 생성하는 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템은 무시동 히터의 배기부와 연결되어 상기 무시동 히터로부터 배출되는 배기가스의 배기열을 통해 축열재를 가열하는 가열기와, 상기 가열기에서 가열된 축열재를 저장하는 축열탱크를 포함한다.

Description

무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템 {Hot water system using anti-start heater}
본 발명은 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 난방을 위해 장착되는 무시동 히터의 배기열을 통해 온수를 생성하는 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 캠핑카라 함은 장기간의 드라이브 여행을 할 수 있도록 각종 생활설비를 갖춘 자동차를 말하는 것으로, 주로 육로로 이웃나라를 여행할 수 있는 유럽 등지에서 활성화되었으나, 최근 국내에서도 주 5일 근무와 맞물려 각종 생활설비를 갖춘 레저형 차량 즉 캠핑카의 이용이 증가하고 있다.
캠핑카는 버스나 차내를 가옥과 같이 개조하여 차량을 겸할 수 있는 타입과, 트레일러와 같이 자동차에 의해 견인되는 웨건 타입으로 구분되며, 그 내부에는 여행 중 숙박 및 취사가 가능하도록 침실을 비롯하여 화장실, 주방 등이 갖추어져 있다.
따라서 이러한 캠핑카에는 그 부대시설로서 샤워 등에 필요한 온수를 생성하기 위한 온수기와, 실내온도를 적정수준으로 조절하기 위한 냉난방시설, 취사를 위한 조리기구 등이 구비되어 있는데, 이러한 부대시설을 사용하기 위해서는 그 에너지원으로 전기와 LPG를 필요로 한다.
동절기에 캠핑카 내에서 취침을 하는 경우 난방을 위해 차량의 엔진을 켜두게 되면 연료소모가 매우 많아 비용 부담이 크며, 엔진 가동에 따른 배기가스에 의한 공기 오염 문제가 있기 때문에 최근 캠핑카 또는 장기간 운전을 해야 하는 상용차에서 무시동 히터의 사용이 증가하고 있다.
무시동히터란 시동을 켜지 않은 채 실내외 공기를 직접 가열해 차량 내부로 그 열을 전달하는 난방장치를 가리키며, 기존의 엔진열을 이용한 난방방식에 비해 연료의 소모량이 10% 정도에 불과하기 때문에 비용부담과 환경 오염 문제를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
그런데 상술한 것처럼 캠핑카의 경우에는 차량 내에서 샤워를 할 수도 있고, 온수매트를 사용하는 경우 온수매트의 충전수를 가열할 필요도 있는데, 기존에는 온수 생성을 위한 별도의 온수기를 장착해야 하였으므로 온수기의 가동에 따른 별도의 연료소모와, 보일러의 추가 장착에 따른 장착공간 확보 등의 문제가 있었다.
대한민국등록특허 제10-1308603호 : 캠핑카용 저탕식 복합보일러 장치 대한민국공개특허 제10-2014-0121519호 : 연탄보일러가 구비된 캠핑카
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 난방을 위해 설치되는 무시동 히터의 배기열을 통해 캠핑카 내에서 사용되는 온수 생성을 위해 가열 및 축열이 가능하도록 형성된 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템은 무시동 히터의 배기부와 연결되어 상기 무시동 히터로부터 배출되는 배기가스의 배기열을 통해 축열재를 가열하는 가열기와, 상기 가열기에서 가열된 축열재를 저장하는 축열탱크를 포함한다.
상기 가열기는 상기 축열재가 충진될 수 있는 내부공간을 갖는 가열본체와, 상기 가열본체의 내부를 가로질러 연장되고 상기 무시동 히터로부터 배출되는 배기가스가 유입된 후 상기 가열본체의 내부를 통과하면서 상기 가열본체 내부에 충진되는 축열재와 열교환되는 열교환부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 열교환부는 배기가스의 열이 상기 축열재에 용이하게 전달될 수 있도록 구리 또는 알루미늄으로 형성되고, 열교환 구간이 증가될 수 있도록 상기 가열본체의 내부에서 지그재그 형상으로 연장되는 것이 바람직하다.
상기 열교환부는 내부에 배기가스가 유입되는 가스유입부로부터 배기가스가 배출되는 가스배출부로 연장될수록 점점 하방으로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 가열기에서 가열된 축열재가 저장되는 축열탱크를 더 구비하며, 상기 축열탱크는 상기 가열기와 상기 축열재의 순환이 이루어질 수 있도록 제1 순환라인을 통해 연결되는 것이 바람직하다.
상기 가열기에서 가열된 축열재를 이용하는 난방기가 더 구비될 수 있으며, 상기 난방기는 상기 축열재가 순환할 수 있도록 제2 순환라인을 통해 연결되는 것이 바람직하다.
상기 가열기에는 상기 가열기에서 가열되는 축열재의 온도를 측정하는 온도센서가 구비되며, 상기 온도센서의 측정온도에 따라 가열된 축열재를 상기 가열기로부터 배출시키는 제어부를 더 구비할 수 있다.
상기 제1 순환라인 또는 제2 순환라인은 각각 상기 가열기로부터 상기 축열재를 배출하는 토출라인과, 축열재를 상기 가열기로 회수하는 회수라인을 포함하며, 상기 축열재를 배출시키기 위한 펌프는 상기 회수라인 상에 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템은 차량의 엔진 구동이 멈춘 상태에서 난방 및 온수 가열이 가능하므로 소모되는 연료량이 작으며, 그에 따른 배기가스의 배출량도 저감되어 환경 오염의 피해를 최소화할 수 있다.
그리고 무시동 히터의 배기소음의 감소로 소음으로 인한 스트레스를 감소할 수 있으며, 아울러 무시동 히터의 배기열을 이용해 온수를 가열하거나 축열하므로 에너지 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템이 적용된 캠핑카를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도,
도 3은 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템의 작동관계를 도시한 도면,
도 4는 가열기의 열교환부를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 본 발명의 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템(10)이 캠핑카(1)에 적용된 것을 하나의 실시예로 설명하지만 본 발명의 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템(10)은 캠핑카(1) 외에도 상용 트럭이나 영업용 차량 등에도 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 무시동 히터(2)를 이용한 온수시스템은 캠핑카(1)에 와 같이 차량 내부에서 취침이나 휴식을 취하는 동안 차량의 엔진 가동을 멈춘 후에도 난방이 필요한 차량에 설치되어, 차량 난방 및 온수 공급을 실시할 수 있다.
무시동 히터(2)는 차량의 일측에 장착되며, 차량의 연료탱크(4)과 연결되어 가동을 위한 연료를 공급받는다. 무시동 히터(2)는 공급받은 연료를 발화시키고 외부 공기를 가열한 후 배출하여 차량 내부로 공급함으로써 차량 내부 공기의 온도를 높여 난방을 실시하게 된다.
아울러 상기 무시동 히터(2)의 가동에 의해 배기가스가 발생하게 되는데, 이 배기가스는 배기라인(3)을 통해 차량 외부로 배출되는데, 이 배기라인(3) 상에 상기 열교환기가 설치된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템(10)은 무시동 히터(2)의 배기가스를 통해 물을 가열하는 가열기(100)와, 가열기(100)에서 가열된 물을 저장하는 축열탱크(200)와, 가열된 물이 순환하는 온수매트(300) 및 가열기(100)와 축열탱크(200), 온수매트(300) 사이의 물 순환을 제어하기 위한 제어부(500)를 포함한다.
상기 가열기(100)는 상술한 것처럼 무시동 히터(2)로부터 배출되는 배기가스를 통해 축열재를 가열하기 위한 것으로, 본 실시예의 경우에는 축열재로 물이 적용되었으나, 물 외에도 다양한 축열재가 적용될 수 있다.
가열기(100)는 물이 충진될 수 있는 충진공간을 제공하는 가열본체(110)와, 가열본체(110)의 내부를 가로질러 연장되는 열교환부(140)를 포함한다.
가열본체(110)는 소정의 공간을 가진 금속 또는 합성수지재로 형성될 수 있으며, 단열을 위해 내부에 별도의 코팅을 할 수 있다. 아울러 가열본체(110)는 상기 배기가스가 유입되는 가스유입부(121)와, 배기가스가 배출되는 가스배출부(122)가 형성되어 있고, 일측에 상기 축열탱크(200)로 물이 토출되거나 회수하기 위한 제1 포트(131)와 제2 포트(132)가 형성되어 있다. 또한 타측에는 상기 온수매트(300)로 물을 토출하거나 회수하기 위한 제3 포트(133) 및 제4 포트(134)가 형성되어 있다.
상기 열교환부(140)는 가열본체(110)의 내부를 가로질러 연장되며 일측과 타측이 각각 상기 가스유입부(121) 및 가스배출부(122)와 연결되어 있어서, 배기가스가 통과하는 유로를 형성한다.
열교환부(140)는 배기가스의 열이 상기 가열본체(110)에 충진된 물과 열교환되면서 물을 가열시키는 것이므로, 열교환이 용이하게 이루어질 수 있게 구리 또는 알루미늄재로 형성되거나 구리 또는 알루미늄을 포함하는 합금재로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 열교환이 이루어지는 열교환 구간의 연장을 위해 열교환부(140)는 가열본체(110)의 내부에서 지그재그 방향으로 절곡되어 연장되어 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 열교환부(140)에는 열교환 효율을 높이기 위해 방열핀이 부착될 수도 있다.
특히 열교환부(140)는 도 4에 도시되어 있는 것처럼 가스유입부(121)로부터 가스배출부(122)를 향해 연장될수록 점점 하방으로 경사지도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 무시동 히터(2)에서 배출되는 배기가스 중에는 수증기가 포함될 수 있으며, 배기가스 중의 수증기는 열교환부(140) 내부에 응결되어 물로 변환되기도 한다.
이렇게 열교환부(140) 내부에 응결된 물이 잔류하면 열교환부(140)에서 배기가스의 배기 흐름이 나빠져 가열기(100)에서의 가열성능이 저하되고, 무시동 히터(2)의 구동에도 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 실시예와 같이 열교환부(140)를 가스유입부(121)로부터 가스배출부(122)를 향해 연장될수록 하방으로 경사지게 함으로써 열교환부(140) 내부에서 응결되는 물이 가열부의 외부로 용이하게 배출되도록 한다.
상기 축열탱크(200)는 가열기(100)에서 가열된 물이 저장되는 저장탱크이며, 축열탱크(200)에 저장된 온수는 샤워나 설겆이 등 캠핑카(1) 내에서 필요한 온수 공급에 이용될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 축열탱크(200)는 외부 물탱크와 연결되어 있어서 온수의 사용으로 축열탱크(200) 내에 저장된 물의 저장량이 감소하면 물탱크에서 원수를 공급받아 축열탱크(200)의 저장수를 보충할 수 있다.
상기 축열탱크(200)는 제1 순환라인(410)을 통해 가열기(100)와 연결되어 있으며, 제1 순환라인(410)은 가열기(100)로부터 토출되는 온수를 상기 축열탱크(200)로 연결하는 제1 토출라인(411)과, 상기 축열탱크(200)로부터 상기 가열기(100)로 물을 회수하는 제1 회수라인(412)을 포함하는데, 제1 토출라인(411)과 제1 회수라인(412)은 각각 가열기(100)의 제1 포트(131)와 제2 포트(132)에 연결된다.
가열기(100)에서 온수가 가열되면 축열탱크(200)에서 저장되어 있다가 온수 사용시에 토출되어 사용되며 온수의 사용으로 축열탱크(200)에 저장된 물의 저장량이 감소하여 상술한 것처럼 물탱크로부터 물을 공급받거나, 시간이 지남에 따라 가열된 물이 식어 축열탱크(200) 내에서 저장된 물의 온도가 낮아지면 상기 제1 회수라인(412)을 통해 가열기(100)로 유입되어 다시 가열된 후 축열탱크(200)로 공급된다.
도시되지는 않았으나 상기 제1 순환라인(410)에는 물의 이동을 단속하기 위한 밸브들이 설치되며, 상기 밸브들은 후술하는 제어부(500)에 의해 작동이 제어된다.
상기 온수매트(300)는 캠핑카(1) 내의 침상에 마련되며, 취침이나 휴식 중 온수를 공급해 매트를 가열한다. 온수매트(300)는 제2 순환라인(420)을 통해 가열기(100)와 연결되며, 제2 순환라인(420)은 가열기(100)로부터 토출되는 온수가 상기 온수매트(300)로 이동하는 제2 토출라인(421)과, 온수매트(300)를 돌아나온 물이 가열기(100)로 회수되는 제2 회수라인(422)을 포함한다. 상기 제2 토출라인(421)과 제2 회수라인(422)은 각각 가열기(100)의 제3 포트(133) 및 제4 포트(134)에 연결되어 있다.
본 실시예에서는 상기 가열기(100)에 난방을 위한 난방기구로 온수매트(300)가 적용되었으나, 온수매트(300) 외에도 온수를 이용하는 다양한 난방기구들이 적용될 수 있다.
아울러 상기 가열기(100)로부터 축열탱크(200)와 온수매트(300)로 물이 토출되거나 회수되도록 물을 순환시키는 제1 순환펌프(430)와 제2 순환펌프(440)가 설치되는데, 제1 순환펌프(430)는 제1 회수라인(412) 상에 설치되고, 제2 순환펌프(440)는 제2 회수라인(422) 상에 설치된다.
이렇게 제1 순환펌프(430)와 제2 순환펌프(440)를 각각 제1 회수라인(412)과 제2 회수라인(422)에 설치하는 이유는 제1 순환펌프(430)와 제2 순환펌프(440)의 내구성 증진을 위해서이다.
일반적인 워터펌프의 경우 펌핑되는 유체의 온도가 높으면 내구성이 현저히 저하되어 사용수명이 매우 짧아지는 문제가 있다. 따라서 가열부에서 가열된 고온의 물을 펌핑하도록 제1 토출라인(411)이나 제2 토출라인(421)에 워터펌프를 설치하는 경우 잦은 고장의 원인이 될 수 있다.
본 실시예와 같이 제1 순환펌프(430)와 제2 순환펌프(440)를 각각 제1 회수라인(412)과 제2 회수라인(422)에 설치함으로써 상대적으로 저온의 물을 펌핑시켜 펌프의 내구성을 증진시킨다. 가열기(100)에서는 제1 회수라인(412) 또는 제2 회수라인(422)으로부터 유입되는 물에 의해 가열기(100) 내부에서 가열된 물이 축열탱크(200)나 온수매트(300) 측으로 토출된다.
상기 제어부(500)는 상기 제1 순환펌프(430)와 제2 순환펌프(440)의 구동을 제어한다. 아울러 상술한 것처럼 상기 제1 순환라인(410)과 제2 순환라인(420)에 설치되어 있는 밸브들의 작동을 제어하여 물의 흐름을 컨트롤한다.
상기 가열기(100)에는 온도센서(510)가 장착되어 있어서 가열기(100) 내에서 가열되는 물의 온도가 측정되고, 측정된 온도 정보는 제어부(500)로 전달된다. 제어부(500)에서는 설정된 온도가 되면 가열기(100)로부터 물을 자동으로 축열탱크(200)나 온수매트(300)로 공급하게 함으로써 가열기(100) 내에서 물의 온도가 지나치게 높아지는 것을 방지한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템(10)은 무시동 히터(2)에서 버려지는 배기가스의 배기열을 통해 차량에서 수요되는 온수를 생성함으로써 에너지 효율을 극대화할 수 있고, 온수 공급에 따른 비용 발생을 최소화할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
1: 캠핑카
2: 무시동 히터 3: 배기라인
4: 연료탱크
10: 무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템
100: 가열기 110: 가열본체
121: 가스유입부 122: 가스배출부
131: 제1 포트 132: 제2 포트
133: 제3 포트 134: 제4 포트
140: 열교환부 200: 축열탱크
300: 온수매트 410: 제1 순환라인
411: 제1 토출라인 412: 제1 회수라인
420: 제2 순환라인 421: 제2 토출라인
422: 제2 회수라인 430: 제1 순환펌프
440: 제2 순환펌프 500: 제어부
510: 온도센서

Claims (8)

  1. 무시동 히터의 배기부와 연결되어 상기 무시동 히터로부터 배출되는 배기가스의 배기열을 통해 축열재를 가열하는 가열기와;
    상기 가열기에서 가열된 축열재를 저장하는 축열탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는
    무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가열기는 상기 축열재가 충진될 수 있는 내부공간을 갖는 가열본체와,
    상기 가열본체의 내부를 가로질러 연장되고 상기 무시동 히터로부터 배출되는 배기가스가 유입된 후 상기 가열본체의 내부를 통과하면서 상기 가열본체 내부에 충진되는 축열재와 열교환되는 열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열교환부는 배기가스의 열이 상기 축열재에 용이하게 전달될 수 있도록 구리 또는 알루미늄으로 형성되고, 열교환 구간이 증가될 수 있도록 상기 가열본체의 내부에서 지그재그 형상으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는
    무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 열교환부는 내부에 배기가스가 유입되는 가스유입부로부터 배기가스가 배출되는 가스배출부로 연장될수록 점점 하방으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는
    무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가열기에서 가열된 축열재가 저장되는 축열탱크를 더 구비하며,
    상기 축열탱크는 상기 가열기와 상기 축열재의 순환이 이루어질 수 있도록 제1 순환라인을 통해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는
    무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 가열기에서 가열된 축열재를 이용하는 난방기가 더 구비되며,
    상기 난방기는 상기 축열재가 순환할 수 있도록 제2 순환라인을 통해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는
    무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템.
  7. 제 5항 또는 제 6항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열기에는 상기 가열기에서 가열되는 축열재의 온도를 측정하는 온도센서가 구비되며,
    상기 온도센서의 측정온도에 따라 가열된 축열재를 상기 가열기로부터 배출시키는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 순환라인 또는 제2 순환라인은 각각 상기 가열기로부터 상기 축열재를 배출하는 토출라인과, 축열재를 상기 가열기로 회수하는 회수라인을 포함하며,
    상기 축열재를 배출시키기 위한 순환펌프는 상기 회수라인 상에 설치되는 것을 특징으로 하는
    무시동 히터를 이용한 차량용 온수 시스템.
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