KR20210126517A - 가압 가스 탱크를 충전하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

가압 가스 탱크를 충전하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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로랑 알리디에
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레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

가압 가스 탱크를 충전하기 위한 장치 및 방법으로서, 복수의 가압 유체 공급원(2, 3, 4, 5)을 구비한 상류 단부 및 충전하고자 하는 분리된 탱크(6, 7)에 연결되도록 각각 의도된 적어도 2개의 분배 말단부(10, 11)를 포함하는 하류 단부를 포함하는 유체 전달 회로를 포함하고, 각각의 공급원(2, 3, 4, 5)은 제1의 각각의 배출구 밸브(12, 13, 14, 15)에 연결된 제1 유체 배출구를 포함하고, 각각의 제1 배출구 밸브(12, 13, 14, 15)는 병렬 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 통해서 적어도 2개의 분배 말단부(10, 11)의 각각에 연결되고, 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)의 각각은 적어도 하나의 각각의 격리 밸브(42, 43, 44, 52, 53, 54)를 포함하고, 분배 말단부(10, 11)의 각각이 단일 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 통과하는 제1의 직접 유체 경로를 통해서 그리고 복수의 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 연속적으로 통과하는 적어도 하나의 제2의 간접 대안적인 유체 경로를 통해서 공급원(2, 3, 4, 5)의 각각의 제1 배출구 밸브(12, 13, 14, 15)에 유체적으로 연결된다.

Description

가압 가스 탱크를 충전하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR FILLING PRESSURIZED GAS TANKS}
본 발명은 가압 가스 탱크를 충전하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
더 구체적으로, 본 발명은 가압 가스 탱크, 특히 차량용 수소 탱크를 충전하기 위한 장치에 관한 것으로서, 그러한 장치는 복수의 가압 유체 공급원을 구비한 상류 단부 및 충전하고자 하는 분리된 탱크에 연결되도록 각각 의도된 적어도 2개의 분배 말단부를 포함하는 하류 단부를 포함하는 유체 전달 회로를 포함하고, 각각의 공급원은 제1의 각각의 배출구 밸브에 연결된 제1 유체 배출구를 포함하고, 각각의 제1 배출구 밸브는 병렬 전달 도관들을 통해서 적어도 2개의 분배 말단부의 각각에 연결되고, 전달 도관의 각각은 적어도 하나의 각각의 격리 밸브를 포함한다.
수소 충전소는 온보드 연료 전지 차량의 탱크가 신속하게 충전될 수 있게 한다. 이러한 충전소는 전형적으로 수소 공급원, 병렬로 배열된 중간 버퍼 탱크들을 충전하기 위한 압축기(및/또는 액화된 가스를 저장하기 위한 그리고 펌핑하기 위한 그리고 증기화하기 위한 시스템)을 포함한다. 충전 동작은 전형적으로 (선택적으로 압축기의 충전에 의해서 보충되는 및/또는 완성되는 및/또는 개시되는) 충전소의 버퍼 탱크들과 차량의 하나 이상의 탱크들 사이의 연속적인 밸런싱 작용(balancing action)에 의해서 실행된다. 그에 따라, 충전은 또한 차량 내의 가스의 직접적인 압축에 의해서 실행될 수 있다. 고용량 충전소의 경우에, 하나 이상의 부가적인 충전 말단부 즉, 충전하고자 하는 탱크의 유입구에 연결되도록 의도된 노즐("분배기")을 구비하는 복수의 충전 단부를 부가할 가치가 있다.
충전소의 임의의 구성 요소의 결함의 경우에, 하나 이상의 말단부가 사용되지 못할 수 있다. 사실상, 말단부의 각각의 부가에서, 하나의 말단부로부터 다음 말단부로의 독립적인 가스 분배를 보장하기 위해서, 공급원 버퍼 탱크 만큼 많은 밸브를 부가할 필요가 있다. 모든 밸브는 정상 동작에서 정확한 기능을 갖는다. 밸브 내의 결함의 경우에, 충전소 전부 또는 일부가 정지된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 전술한 단점의 전부 또는 일부를 극복하는 것이다.
이를 위해서, 전술한 전제부에서 제공된 일반적인 정의를 또한 따르는, 본 발명에 따른 장치는 기본적으로, 분배 말단부의 각각이 단일 전달 도관을 통과하는 제1의 직접 유체 경로를 통해서 그리고 복수의 전달 도관을 연속적으로 통과하는 적어도 하나의 제2의 대안적인 간접 유체 경로를 통해서 공급원의 각각의 제1 배출구 밸브에 유체적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 특정 장비를 부가하지 않고도 복수의 말단부를 갖는 충전소의 신뢰성이 증가될 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 실시예가 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 복수의 가압 유체 공급원은 복수의 가압 유체 컨테이너를 포함하고;
- 상기 가압 유체 컨테이너 중 몇 개가, 제2의 각각의 배출구 밸브에 연결된 제2 유체 배출구를 포함하고;
- 유체 컨테이너의 제2 배출구 밸브의 각각이 전달 도관을 통해서 분배 말단부에 연결되며;
- 복수의 가압 유체 공급원이 적어도 하나의 압축기를 포함하고;
- 압축기의 배출구가 유체 컨테이너의 제2 유체 배출구에 그리고 또한 전달 도관에 병렬로 연결되며;
- 각각의 분배 말단부가, 전달 도관의 하류에 위치된 격리 밸브를 포함하고;
- 장치는, 데이터 저장부 및 프로세싱 구성 요소를 포함하는 전자 제어기를 포함하고, 회로의 밸브의 적어도 일부는 제어되는 유형의 그리고 전자 제어기에 연결된 밸브이며 전자 제어기는 상기 밸브의 개방 또는 폐쇄를 제어하도록 구성되고;
- 전자 제어기는, 상기 밸브 중 적어도 하나의 동작 상태에 따라, 단일 전달 도관을 통과하는 제1의 직접 유체 경로를 따라서 또는 복수의 전달 도관을 연속적으로 통과하는 제2 간접 경로를 따라서, 공급원과 분배 말단부 사이의 유체의 전달을 보장하도록 구성된다.
본 발명은 또한 전술한 또는 이하의 특징 중 어느 하나에 따른 충전 장치를 이용하여 탱크를 충전하기 위한 방법에 관한 것으로서, 그러한 방법은 회로 내의 결함 밸브를 검출하는 단계 및 상기 결함 밸브를 회피하는 대안적인 회로의 경로를 통해서 유체를 전달하는 단계를 포함한다.
다른 가능한 특징에 따라:
- 제1 분배 말단부에 연결된 제1 전달 도관의 격리 밸브 내의 결함을 검출한 경우에, 방법은, 다른 분배 말단부에 연결된 전달 도관을 통과하는 간접적인 대안적 경로를 통해서, 이어서 제1 분배 말단부에 연결된 제2 전달 도관을 통해서 통과하는, 유체를 공급원으로부터 상기 제1 분배 말단부에 전달하는 단계를 포함하고;
- 가압 가스 컨테이너는 제2의 각각의 배출구 밸브에 연결된 제2 유체 배출구를 포함하고, 상기 유체 컨테이너의 제2 배출구 밸브는 병렬 전달 도관들을 통해서 분배 말단부에 연결되고, 방법은 가압 유체를 가압 유체 컨테이너 중 하나로부터 분배 말단부에 전달하는 단계를 포함하고, 관련 컨테이너의 제1 밸브 내의 결함의 검출의 경우에, 방법은 가압 유체를 상기 제2 유체 배출구를 통해서 상기 유체 컨테이너로부터 분배 말단부로 전달하는 단계를 포함하고;
- 복수의 가압 유체 공급원은 유체 컨테이너의 제2 유체 배출구에 그리고 전달 도관에 병렬로 연결된 적어도 하나의 압축기를 포함하고, 방법은 유체 컨테이너가 압축기에 의해서 충전되는 단계를 포함하고, 상기 컨테이너의 제1 배출구 밸브 내의 결함의 검출의 경우에, 방법은 제2 유체 배출구를 통해서 상기 컨테이너를 충전하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 청구항의 범위 내의 전술한 또는 후술되는 특징의 임의 조합을 포함하는 임의의 대안적인 장치 또는 방법에 관한 것일 수 있다.
추가적인 특징 및 장점은 도면을 참조하여 제공된 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 충전 장치의 구조 및 동작의 예를 도시한 개략적이고 부분적인 도면이다.
도 2는 충전 장치를 제1 동작 구성에서 도시한다.
도 3은 충전 장치를 제2 동작 구성에서 도시한다.
도 4는 충전 장치를 제3 동작 구성에서 도시한다.
도 5는 충전 장치를 제4 동작 구성에서 도시한다.
도 6은 충전 장치를 제5 동작 구성에서 도시한다.
도 1에 도시된 가압 가스 탱크를 충전하기 위한 장치(1)는, 예를 들어, 차량용 수소 탱크를 충전하기 위한 충전소(6, 7)이다.
장치(1)는 유체 전달 회로를 포함하고, 유체 전달 회로는 복수의 가압 유체 공급원(2, 3, 4, 5)을 구비하는 상류 단부 및 충전하고자 하는 분리된 탱크(6, 7)에 연결되도록 각각 의도된 적어도 2개의 분배 말단부(10, 11)를 포함하는 하류 단부를 포함한다.
이러한 비제한적인 예에서, 장치(1)는 3개의 가압 가스 버퍼 컨테이너(2, 3, 4) 및 하나의 압축기(5)(또는 펌프)를 포함한다. 압축기(5)에는, 공급물 공급원(17)(네트워크, 전기분해장치, 액화기, 컨테이너 등)에 의해서 유체(가스 또는 각각 액체)가 공급될 수 있다.
각각의 공급원(2, 3, 4, 5)은 제1의 각각의 배출구 밸브(12, 13, 14, 15)에 연결된 제1 유체 배출구를 포함한다.
각각의 제1 배출구 밸브(12, 13, 14, 15)는 각각의 병렬 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 통해서 적어도 2개의 분배 말단부(10, 11)의 각각에 연결된다. 따라서, 예를 들어, 제1 공급원(2)의 제1 밸브(12)는 2개의 분리되고 병렬인 전달 도관(22, 32)을 통해서 각각 2개의 말단부(10, 11)에 연결된다. 다른 공급원(13, 14, 15)의 경우에도 마찬가지이다.
전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)의 각각은 바람직하게 적어도 하나의 각각의 격리 밸브(42, 43, 44, 52, 53, 54)를 포함한다.
바람직하게, 각각의 분배 말단부(10, 11)는 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)의 하류에 (즉, 전달 도관(22, 23, 24 또는 32, 33, 34)이 연결되는 말단부 부분(10, 11) 상에) 위치된 격리 밸브(8, 9)를 포함한다.
각각의 분배 말단부(10, 11)는, 한편으로, 단일 전달 도관(22 또는 23 또는 24 또는 32 또는 33 또는 34)을 통과하는 제1의 직접 유체 경로를 통해서 그리고 다른 한편으로 복수의 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 연속적으로 통과하는 적어도 하나의 제2의 대안적인 간접 유체 경로를 통해서, 공급원(2, 3, 4, 5)의 각각의 제1 배출구 밸브(12, 13, 14, 15)에 유체적으로 연결된다. 예를 들어, 제1의 직접 유체 경로는 관련 말단부에 직접적으로 연결된 단일 전달 도관을 통과한다.
따라서, 도 2는, 버퍼 컨테이너(3)가 제1 밸브(13) 및 관련 전달 도관(23)을 통해서 제1 말단부에 직접 공급하는, 정상 구성이라고 지칭되는, 제1 동작 구성의 예를 도시한다.
그 부분들을 위한 제2의 대안적인 간접 유체 경로는, 다른 말단부에 직접적으로 연결된 적어도 하나의 전달 도관을 포함하는, 복수의 전달 도관을 연속적으로 통과한다.
이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 이러한 아키텍처는 밸브들이 다른 결함 밸브의 기능을 만족시키기 위해서 이용될 수 있게 한다.
이는, 밸브에 결함이 있는 경우, 영향을 받는 밸브의 결함을 보상하기 위해서 회로의 다른 경로의 밸브를 이용하는 것에 의해서, 장치(1)가 저감 충전 모드로 배치 또는 배열될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어, 말단부가 충전을 위해서 더 이상 이용될 수 없는 경우에, 충전소는 가스를 공급하기 위해서 여전히 계속하여 이용될 수 있다.
도 3은 제1 동작 구성을 도시하며, 여기에서 도 2의 제1 구성에서 이용된 격리 밸브(43)가 고장이다(검은색으로 도시됨). 이러한 경우에, 공급하고자 하는 말단부(10)의 다른 전달 도관(22)을 후속하여 통과하기 위해서(상응 격리 밸브(52, 53, 및 43)의 개방), 제2 유체 경로는 제1 전달 도관(33)을, 이어서 다른 말단부의 제2 전달 도관(32)을 통과한다.
도시된 바와 같이, 가압 유체 컨테이너(2, 3, 4)의 각각은 바람직하게, 제2의 각각의 배출구 밸브(112, 113, 114)에 연결된 제2 유체 유입구/배출구를 포함한다. 유체 컨테이너(2, 3, 4)의 각각의 제2 배출구 밸브(112, 113, 114)는 적어도 동일한 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 통해서 분배 말단부(10, 11)에 연결될 수 있다.
유사하게, 압축기 배출구(5)는 유체 컨테이너(2, 3, 4)의 제1 및 제2 유체 배출구에 그리고 또한 각각의 말단부(10, 11)의 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34) 중 적어도 하나에 연결될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 버퍼 컨테이너(3)의 제1 배출구 밸브(13)가 고장난 경우(검은색으로 도시됨)에, 상기 컨테이너(3)로부터 말단부(10)로의 유체 전달은, 제2 상응 배출구 밸브(113)를 개방하는 것에 의해서 그리고 전달 도관(24)(도 4)을 통한 직접 경로를 통해서 및/또는 다른 말단부(11)의 제2 전달 도관(33, 34) 중 하나를 통한 간접 경로를 통해서, 이어서 고려되는 말단부(도 5)의 전달 도관(23)을 통해서 달성될 수 있다.
물론, 간접 경로는 다른 말단부(11)의 2개의 전달 도관(33, 34), 이어서 고려되는 말단부(도 5)의 전달 도관(23) 중 하나를 통과할 수 있다.
버퍼 컨테이너(3)의 제2 배출구 밸브(113)가 고장난 경우(검은색으로 도시됨)에, 상기 컨테이너(3)는, 직접적으로 제1 관련 유체 배출구(제1의 상응하는 배출구 밸브(13) 개방)에 의해서, 또는, 그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 다른 말단부(11)의 2개의 전달 도관(34, 33)을 통한 간접 경로를 통해서, 압축기(5)에 의해서 충전될 수 있다. 대안적인 실시예로서, 간접 경로는 제1 말단부(10)(또는 2개 초과의 말단부의 경우에 다른 말단부)의 2개의 전달 도관(34, 33)을 이용할 수 있다.
전술한 예는, 어떠한 밸브가 결함을 가지는지에 따라, 초기에 의도된 기능을 완성하기 위한 적어도 하나의 대안적인 경로가 존재한다는 것을 보여준다. 이러한 대안적인 동작 모드는, 밸브 또는 말단부가 일시적으로 고장인 경우에도, 충전소가 계속 동작될 수 있게 한다.
따라서, 이러한 구조로 인해서, 적어도 하나의 밸브에서의 결함의 경우에도, 장비(충전소)는, 특히 컨테이너(2, 3, 4)로부터의 캐스케이드 충전 동작(cascade filling operation)을 위해서, 그 정상 용량으로 이용될 수 있다.
전술한 내용 전체를 통해서, 제1 및 제2 배출구는 각각의 가압 유체 컨테이너를 위해서 지정되었다. 물론, "배출구"라는 용어는 유체가 컨테이너로부터 추출될 수 있게만 하는 것으로 이해되지 않아야 하고, 그러한 배출구가 또한 충전을 가능하게 한다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 바람직하게, 정상 구성에서, 제1 배출구(12, 13, 14)는 컨테이너로부터의 추출을 위해서 바람직할 수 있는 한편, 제2 배출구는 컨테이너의 충전을 위해서 바람직할 수 있다.

Claims (11)

  1. 가압 가스 탱크, 특히 차량용 수소 탱크를 충전하기 위한 장치로서, 복수의 가압 유체 공급원(2, 3, 4, 5)을 구비한 상류 단부 및 충전하고자 하는 분리된 탱크(6, 7)에 연결되도록 각각 의도된 적어도 2개의 분배 말단부(10, 11)를 포함하는 하류 단부를 포함하는 유체 전달 회로를 포함하고, 각각의 공급원(2, 3, 4, 5)은 제1의 각각의 배출구 밸브(12, 13, 14, 15)에 연결된 제1 유체 배출구를 포함하고, 각각의 제1 배출구 밸브(12, 13, 14, 15)는 병렬 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 통해서 상기 적어도 2개의 분배 말단부(10, 11)의 각각에 연결되고, 상기 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)의 각각은 적어도 하나의 각각의 격리 밸브(42, 43, 44, 52, 53, 54)를 포함하고, 상기 분배 말단부(10, 11)의 각각이 단일 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 통과하는 제1의 직접 유체 경로를 통해서 그리고 복수의 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 연속적으로 통과하는 적어도 하나의 제2의 간접 대안적인 유체 경로를 통해서 공급원(2, 3, 4, 5)의 각각의 제1 배출구 밸브(12, 13, 14, 15)에 유체적으로 연결되는, 장치에 있어서, 데이터 저장부 및 프로세싱 구성 요소를 포함하는 전자 제어기(16)를 포함하고, 상기 회로의 밸브의 적어도 일부는 제어되는 유형의 그리고 상기 전자 제어기(16)에 연결된 밸브이며, 상기 전자 제어기(16)는 상기 밸브의 개방 또는 폐쇄를 제어하도록 구성되고, 상기 전자 제어기(16)는, 상기 밸브 중 적어도 하나의 동작 상태에 따라, 단일 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 통과하는 제1의 직접 유체 경로를 따라서 또는 복수의 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 연속적으로 통과하는 제2 간접 경로를 따라서, 상기 공급원(2, 3, 4, 5) 중 하나와 분배 말단부(10, 11) 사이의 유체의 전달을 보장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가압 유체 공급원이 복수의 가압 유체 컨테이너(2, 3, 4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가압 유체 컨테이너(2, 3, 4) 중 몇 개가, 제2의 각각의 배출구 밸브(112, 113, 114)에 연결된 제2 유체 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유체 컨테이너(2, 3, 4)의 상기 제2 배출구 밸브(112, 113, 114)의 각각이 상기 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 통해서 상기 분배 말단부(10, 11)에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 가압 유체 공급원(2, 3, 4, 5)이 적어도 하나의 압축기(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제3항 또는 제4항과 조합된 제5항에 있어서,
    상기 압축기(5)의 배출구가 상기 유체 컨테이너(2, 3, 4)의 상기 제2 유체 배출구에 그리고 또한 상기 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 분배 말단부(10, 11)가, 상기 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)의 하류에 위치된 격리 밸브(8, 9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 충전 장치를 이용하여 탱크를 충전하기 위한 방법에 있어서, 상기 회로 내의 결함 밸브를 검출하는 단계 및 상기 결함 밸브를 회피하는 대안적인 회로의 경로를 통해서 유체를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    제1 분배 말단부(10)에 연결된 제1 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)의 격리 밸브(42, 43, 44, 52, 53, 54) 내의 결함을 검출한 경우에, 상기 방법은, 다른 분배 말단부(11)에 연결된 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 통과하는 간접적인 대안적 경로를 통해서, 이어서 제1 분배 말단부(10)에 연결된 제2 전달 도관을 통해서 통과하는, 유체를 공급원으로부터 상기 제1 분배 말단부(10)에 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 가압 가스 컨테이너(2, 3, 4)는 제2의 각각의 배출구 밸브(12, 13, 14, 15)에 연결된 제2 유체 배출구를 포함하고, 상기 유체 컨테이너(2, 3, 4)의 상기 제2 배출구 밸브(12, 13, 14, 15)는 병렬 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)을 통해서 상기 분배 말단부(10, 11)에 연결되고, 상기 방법은 가압 유체를 상기 가압 유체 컨테이너(2, 3, 4) 중 하나로부터 분배 말단부(11)에 전달하는 단계를 포함하고, 관련 컨테이너의 제1 밸브(12, 13, 14, 15) 내의 결함의 검출의 경우에, 상기 방법은 가압 유체를 상기 제2 유체 배출구를 통해서 상기 유체 컨테이너(2, 3, 4)로부터 상기 분배 말단부(11)로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 가압 유체 공급원이 상기 유체 컨테이너(2, 3, 4)의 제2 유체 배출구에 그리고 상기 전달 도관(22, 23, 24, 32, 33, 34)에 병렬로 연결된 적어도 하나의 압축기(5)를 포함하고, 상기 방법은 상기 유체 컨테이너(2, 3, 4) 중 하나가 상기 압축기(5)에 의해서 충전되는 단계를 포함하고, 상기 컨테이너의 제1 배출구 밸브(12, 13, 14, 15) 내의 결함의 검출의 경우에, 상기 방법은 상기 제2 유체 배출구를 통해서 상기 컨테이너를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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