KR890002867B1 - Vacuum insulated conduit - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 다른 도관에 연결되는 본 발명의 진공단열도관에 대한 부분 절달 단면도.1 is a partial cutaway cross-sectional view of a vacuum insulated conduit of the present invention connected to another conduit.
제2도는 본 발명의 진공단열도관의 1실시에의 단면도.2 is a cross-sectional view of one embodiment of a vacuum insulated conduit of the present invention.
제3도는 본 발명의 다른 실시예의 진공단열도관의 다면도.3 is a side view of a vacuum insulated conduit of another embodiment of the present invention.
제4도는 본 발명의 진공단열도관과 종래도관에 대한 열성능 특성을 비교도시한 그래프.4 is a graph comparing the thermal performance characteristics of the vacuum insulated conduit and the conventional conduit of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 제1파이프 12, 16, 17, 29 : 단열부10:
14 : 제2파이프 18 : 슬리이브14: second pipe 18: sleeve
19, 20 : 압축밴드 22 : 금속원판19, 20: compression band 22: metal disc
25 : 절연칼라 27 : 벨로우즈25: insulation color 27: bellows
30 : 플랜지 31 : 파이버글래스디스크30: flange 31: fiberglass disk
34 : 흡착제 35 : 밸브34: adsorbent 35: valve
36, 37 : 릴리이프밸브36, 37: relief valve
본 발명은 단열도관에 관한 것이며, 보다 상세하게는 적어도 일부가 진공에 의해서 단열되는 도관에 관한것이다. 단열도관은 주위의 온도와 현저하게 다른 온도의 유체를 운송하는 동안에 그 온도 특성을 가능한 그대로 유지하기 위해 광범위하게 사용된다. 이러한 용도의 구체적인 예로서 액화가스운송과 용융물 운송을 들수 있다. 흔히 사용되는 종료의 단열도관은 적어도 일부가 진공에 의해 단열이 되는 도관이다. 일반적으로, 이러한 도관은 동심의 내측파이프왐 외측파이프로 구성되며, 유체는 내측파이프로 흐르고, 2파이프사이의 공간은 진공으로되어 외부상태와 단열된다. 공업적으로 사용되는 상기 이중벽도관의 일예로서 2도관 사이에는 다층박판으로된 복사차폐를 부여하는 경우가 흔하다.The present invention relates to thermally insulated conduits, and more particularly to conduits in which at least a portion is insulated by vacuum. Insulated conduits are used extensively to maintain their temperature characteristics as far as possible while transporting fluids at temperatures significantly different from the ambient temperature. Specific examples of such uses include liquefied gas transport and melt transport. A commonly used terminal insulated conduit is a conduit at least partially insulated by vacuum. In general, such conduits are composed of concentric inner pipes and outer pipes, fluid flows into the inner pipes, and the space between the two pipes is vacuumed to insulate the external state. As an example of the double-walled conduit used industrially, radiation shielding made of multilayer thin plates is often provided between two conduits.
도관이 축방향 신축성을 갖고 도관의 건설 및 취급을 용이하게 하기위해 커플링이 유체운송도관의 약30피트 간격마다 접속되어 있다.Couplings are connected at intervals of approximately 30 feet of the fluid transport conduit to facilitate the construction and handling of the conduit with axial stretch.
이러한 커플링이 진공단열도관에 대한 열누출의 근원이되어, 접속부의 진공손실이 심화된다. 따라서, 베이오닛 조인트의 구성과 같이 복잡한 건설방법과 값비싼 재료로 제조할 필요가 있게 된다.This coupling is the source of heat leakage to the vacuum insulated conduit, which intensifies the vacuum loss of the connection portion. Therefore, there is a need to manufacture a complicated construction method and an expensive material such as the configuration of the bayonet joint.
따라서, 본 발명의 목적은 첫째, 개량된 진공단열도관을 제공하기 위한 것이며, 둘째, 진공도가 떨어졌을때 종래의 진공단열도관에 비해 열누출이 감소되는 진공단열도관을 제공하기 위한 것이고, 세째, 양호한 열저항 특성을 갖는 접합부를 형성하기 위해 유사한 단부영역에 용이하게 접합될 수 있는 단부영역을 갖는 진공단열도관을 제공하기 위한 것이며, 네째, 가격이 비교적 저럽한 재료를 이용하여 제작할 수 있는 진공단열도관을 제공하기 위한 것이며, 다섯째, 종래의 것보다 비교적 적은 노력으로서 제작할 수 있는 진공단열도관을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is firstly to provide an improved vacuum insulated conduit, and secondly, to provide a vacuum insulated conduit in which heat leakage is reduced compared to a conventional vacuum insulated conduit when the degree of vacuum drops. To provide a vacuum insulated conduit having an end region that can be easily joined to a similar end region to form a joint having heat resistance characteristics. Fourth, a vacuum insulated conduit that can be manufactured using a relatively inexpensive material. To provide, and, fifth, to provide a vacuum insulation conduit that can be manufactured with relatively little effort than conventional ones.
상술한 목적과 그외에 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.When explaining the specific content of the present invention for achieving the above object and other objects as follows.
접합부에서의 열누출을 줄이기 위한 본 발명의 진공단열도관을 (1)일단부를 갖추고 있는 제1파이프와 ; (2)제1파이프보다 직경이 크고, 제1파이프주위에, 축선방향을 따라 위치되며, 제1파이프의 단부의 바로앞의 지점에서 끝남으로서 상기 지점으로부터 상기 제1파이프까지의 축방향거리를 정의하는 제2파이프와 ; (3)그의 축방향 단부가 제1파이프에 부착되어 있고, 그 직경이 제1파이프보다는 크고 제2파이프보다는 작으며, 상기 제1파이프의 주위에 그의 축선방향을 따라 상기 축선방향거리의 적어도 일부를 따라 위치된 벨로우즈와 ; (4)상기 벨로우즈의 방사상 최외측 확장부로부터 제2파이프까지 연속적인 반경방향 칫수를 갖고, 상기 양 파이프에 대체로 수직하며 상기 벨로우즈를 그의 다른 축선방향 단부에서 상기 제2파이프와 연결하는 판 ; 으로 이루어진다. 여기에서, "진공"이란 용어는 대기압보다 낮은 압력을 갖는 공간을 정의하기 위해 사용된 것이다. 또한, "벨로우즈"란 용어는 얇은 주름벽으로된 금속실린더로서, 상기 실린더가 그의 축방향을 따라 신축할 수 있도록 한 것을 의미한다.The vacuum insulated conduit of the present invention for reducing heat leakage at the joint is (1) a first pipe having one end; (2) The diameter of the first pipe is larger than that of the first pipe and is located along the axial direction around the first pipe, and terminates at the point just in front of the end of the first pipe, thereby reducing the axial distance from the point to the first pipe. Defining a second pipe; (3) its axial end is attached to the first pipe, the diameter of which is larger than the first pipe and smaller than the second pipe, at least a portion of the axial distance along its axial direction around the first pipe; Bellows located along the; (4) a plate having a continuous radial dimension from the radially outermost extension of the bellows to the second pipe, generally perpendicular to both pipes and connecting the bellows with the second pipe at its other axial end; Is done. The term "vacuum" is used herein to define a space having a pressure lower than atmospheric pressure. In addition, the term "bellows" means a metal cylinder with a thin corrugated wall, which allows the cylinder to expand and contract along its axial direction.
본 발명은 수송유체와 주위조건사이의 진공스페이스에 의해 적어도 부분적으로 단열될 수 있는 단열도관을 제공한다. 주위 조건이란 외측동심파이프의 외적 상태를 의미하며, 그것이 반드시 대기 상태일 필요는 없다.The present invention provides an insulated conduit that can be at least partially insulated by a vacuum space between the transport fluid and the ambient conditions. Ambient conditions refer to the external state of the outer concentric pipe, which does not necessarily have to be in the standby state.
본 발명의 단열도관을 진공도가 저하시 종래의 것에 비해 상당히 개선된 열저항을 나타낸다. 이러한 개선된 열저항은 도관접합체나 연결체를 형성하기 위해 단부가 다른 단부에 접합될때 단부 영역주위의 열전달을 감소시키는 신규한 도간 단주영역형태를 구성하는 수단에 의해 성취된다. 상기 신규한 단부영역형태를 구성하는 수단에 의해 성취된다. 상기 신규한 단부영역 형태는 쉽게 제작할 수 있으며, 단부영역 서로를 용이하게 접합하여 신속하고 편리하게 접속부를 형성시킬 수 있다. 또한 단부영역 형태는 접합체의 배기영역을 충전하기 위해, 대기압 단열목적에 대해서만 통상사용되고 있는 저렴한 단열재를 사용할 수 있도록 한다. 특히 단부영역은 보다 저하된 진공도에 있어서 개선된 단열을 달성할 수 있도록 하여 더욱더 비용절감을 기할 수 있게 한다.The thermal insulation conduits of the present invention exhibit significantly improved thermal resistance over conventional ones when the degree of vacuum is reduced. This improved thermal resistance is achieved by means of constructing a novel interdigital circumferential region shape that reduces heat transfer around the end region when the end is joined to the other end to form a conduit or connector. Achieved by means of constructing the novel end region configuration. The novel end region shape can be easily manufactured, and the end regions can be easily joined to each other to form a connection quickly and conveniently. The end region shape also allows the use of inexpensive insulators normally used only for atmospheric insulation purposes to fill the exhaust area of the assembly. In particular, the end region makes it possible to achieve improved thermal insulation at a lower degree of vacuum, thereby further reducing costs.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
제2도를 참조하면, 그를통해 유체가 이송되는 내측, 즉, 제1파이프(10)와, 외측, 즉, 제2파이프(14)가 도시되어 있으며, 상기 제2파이프(14)는 제1파이프의 주위에 축방향으로 뻗어있고 상기 제1파이프(10)의 근방에서 종단되어 (51)에서 (52)까지의 축방향거리를 정의한다. 벨로우즈(27)가 지점 51과 단부52사이의 축방향거리를 따라 그 주위에 위치되고, 단부(52)에 인접한 그의 축방향 단부에서 예컨대 버트용접에 의해 지점 23에서 제1파이프(10)에 접합된다. 원형판(22)이 파이프에 대해 대체로 수직으로 위치되며 벨로우즈(27)의 최외측 반경방향확장부(24)로 부터 제2파이프(14)까지 상기 원판(22)은 (23)에게 제2파이프(14)에 연결되고, (24)에서 벨로우즈(27)에 연결된다.Referring to FIG. 2, there is shown an inner, ie
제1파이프와 제2파이프사이의 공간은 배기되어 있다. 상기 공간은 종래 대기압에서만 사용되고 일반적으로 진공식 단열용으로는 적절하지 않은 것으로 간주되는 연속기포형 또는 섬유질의 단열재(12)로 채우는 것이 바람직하다. 진공공간은 대기압에서 1μm Hg또는 그 이하의 범위에서 적절한 압력으로 될 수 있다. 그러나 다음에 상세히 설명되어 있듯이, 본 발명에 따른 도관의 장점은 상기 공간의 압력이 1μm Hg에서 1기압, 바람직하게는 10에서 100,000μm Hg까지의 압력에 있을때 보다 바람직하게 얻어진다. 또한, 진공 공간은, 진공을 얻기 위한 주요수단이나 보조수단으로 작용하며, 누설 또는 재료유출가스에 공간에 도입되는 가스를 흡수함으로서 진공을 유지하는 수단으로 작용하는 활성탄, 분자체(molecular sieve)와 같은 흡착제(34)를 수용한다.The space between the first pipe and the second pipe is exhausted. The space is preferably filled with a continuous foamed or fibrous insulation 12 which is used only at atmospheric pressure and is generally not considered suitable for vacuum insulation. The vacuum space may be at an appropriate pressure in the range of 1 μm Hg or less at atmospheric pressure. However, as will be explained in detail in the following, the advantages of the conduit according to the invention are more preferably obtained when the pressure in the space is at a pressure from 1 μm Hg to 1 atmosphere, preferably from 10 to 100,000 μm Hg. In addition, the vacuum space acts as a main means or an auxiliary means for obtaining a vacuum, and activated carbon, a molecular sieve, which serves as a means for maintaining a vacuum by absorbing a gas introduced into the space into a leak or material outflow gas. The same adsorbent 34 is received.
원판(22)과 벨로우즈(27)는 협동하여, 도관으로부터 도관접합부의 절반부로 작용하는 단부에 근접하는 영역을 통한 열누출을 크게 감소시킨다. 원판(22)과 벨로우즈(27)는 종래의 진공단열도관 에서와 같이 진공도의 저하가 열전달저항에 심각한 영향을 미치지 않도록 접합부 근방의 배기용적을 효과적으로 감소시키도록 작용한다. 또한, 원판(22)과 벨로우즈(27)는 벨로우즈(278)가 지점 28에서 제1파이프(10)에 부착되는 점으로부터 원판(22)이 지점23에서 제1파이프(14)에 부착되는 점까지 원판(22)과 벨로우즈(27)의 표면경로를 따라서만 열전달이 일어나게 함으로서 접합부에서의 열누출을 감소시킨다. 예를들면, 액화가스가 제1파이프(10)를 통해 이송될때, 제1파이프(10)는 저온상태에 있고, 제2파이프(14)는 실온상태에 있게된다. 저온액체로의 열전달은 지점23으로 부터 원판(22)과 벨로우즈(27)의 굴곡표면을 따라 점28까지 제1파이프(10)를 통해 액체에로만 발생된다. 이 열전달은 본 발명에 의해 상당히 억제되는 동시에, 파이프길이를 따른 대류 열전달은 진공 및 단열재에 의해 억제된다. 또한 벨로우즈(27)는 내외측 파이파간의 온도차가 심할때 도관에 요구되는 축방향 신축성을 제공해 주는 역할도 한다.The
본 발명에 따른 도관의 단열성을 향상시키기 위해 접합부에는 단열재를 채우는 것이 바람직하다. 제2도에서, 파이버글래스를 사용하여 성형한 단열재(29)가 벨로우즈(27)와 제1파이프(10)사이의 빈공간을 점유하여 복사열전달을 저지한다. 파이버글래스 등과 같은 매트포위체(26)가 벨로우즈(27)를 둘러싸고 있어서, 벨로우즈에 대한 또는 벨로우즈의 길이를 따른 대류열전달을 제지한다. 접합부는 단열부(16, 17)로 둘러싸여 있으며, 단열부(16, 17)는 강성의 독립기포형 우레탄 폼이 바람직하다. 성형된 독립기포형 가요성폼으로된 단열칼라(25)가 원판(22)에 접착되어 축방향가요성을 제공하도록 원판(22)과 단열부(17)사이의 배치된다. 또는, 포위체(26)가 단열부(16, 17)에 의해 점유되는 전체 공간을 포위하도록 층상으로 감겨질 수 있다. 이러한 구조는 액체산소가 재료의 적응성에 관한 문제를 방지하도록 수송되는 유체일 때 바람직하다. 알루미늄으로 만든것이 바람직한 슬리이브(18)가 접합부를 포위 하여 가요성의 비투수성시일(21)에 의해 파이프(14)에 고정되며, 상기 시일(21)은 고무탄성체로서 압축맨드(19, 20)에 의해 제자리에 지지된다. 제2도는 본 발명의 바람직한 일예로서, 제1파이프(10)의 단부가 플랜지(30)을 갖추고 있어 일단부과 다른 단부와의 접합을 용이하게 하여 접합부를 형성시킨다. 또는, 파이프의 단부는 다른 단부와 용접될 수도 있다.In order to improve the thermal insulation of the conduit according to the invention, it is preferable to fill the joint with a heat insulator. In FIG. 2, the
파이버글래스가 파이프간의 단열을 위한 좋은 단열재이다. 다른 종류의 단열재로는 페놀폼 및 퍼얼라이트가 있다.Fiberglass is a good insulator for insulation between pipes. Other types of insulation include phenol foams and pearlite.
제2파이프(14)는 적절한 강도를 갖고 값이 저렴한 알루미늄을 이용하는 것이 좋다. 그의 적절한 재료로서 탄소강 또는 다른 금속합금 또는 롤리에틸렌과 같은 비금속재료가 있다.The second pipe 14 is preferably made of aluminum having a moderate strength and low cost. Suitable materials thereof include carbon steel or other metal alloys or nonmetallic materials such as polyethylene.
제1파이프(10)는 그를 통해 이송될 유체에 적합한 것이며 어떠한 도관재로도 가능하지만 스텐레스강을 사용하는 것이 좋다. 벨로우즈(27)는 금속을 사용하며, 스텐레스강이 가장 바람직하다. 원판(22)은 알루미늄이 바랍직하며, 유사한 제료부품에서 용접으로 결합하고, 상이한 재료부품에는 적절한 접착제로 결합시킨다.The
벨로우즈(27)의 축방향길이는 당업자의 능력범위내에서 그 설계상의 문제이다. 벨로우즈의 축방향길이가 길수록 도관의 축방향 신축성도 커지고, 축방향의 열전달저항도 커지게 된다. 그러나, 벨로우즈를 둘레의 방사상 대류 또는 복사 열전달은 벨로우즈의 축방향길이에 따라 증가한다. 벨로우즈의 반경은 임의의 적절한 반경으로 될 수 있으나, 제1파이프의 반경보다 충분히 크게하여 벨로우즈와 제1파이프사이에 단열부(29)를 허용하게 하는 것이 바람직하다. 제1파이프와 벨로우즈간의 거리는 내축과 외측파이프간의 거리의 25퍼세트 이하인 것이 좋아며, 5 내지 20퍼센트인 것이 가장 양호하다. 일반적으로 벨로우즈의 사양에 의해 정해진다.The axial length of the
벨로우즈의 주름갯수는 요구되는 축방향 신축성정도에 좌우된다. 축방향 신축성이 크게 요구되면, 그만큼 단위 길이당 주름도 많이 필요할 것이다.The number of bellows wrinkles depends on the required degree of axial stretch. If greater axial stretch is required, then more wrinkles per unit length will be required.
도관 접합부를 통한 열전달을 최소화시키기 위한 벨로우즈의 길이는 1 내지 12인치, 가장 바람직한 것은 1.5 내지 6인치 것으로 나타났다.The bellows length to minimize heat transfer through the conduit junction was found to be 1-12 inches, most preferably 1.5-6 inches.
제3도는 본 발명에 따른 진공단열도관의 다른 일예를 도시한 것이다. 제2도의 것과 같은 부품은 같은 부호를 사용하여 표기한다. 본 실시에에서 금속원판(22)은 제2파이프(14)에 용접되고 벨로오즈(27)에 접착되어 있다. 시일(21)은 후면에 접착제가 부착된 열수축성 플라스틱시일로 되어있어 압축밴드를 필요로 하지 않는다. 고밀도 파이버글래스드스크(31)가 제2파이프(14)내로 제1파이프(10)를 정렬시키기 위해 제공되어 있다. 밸브(35)는 접합부를 배기시키거나 또는 그 분분을 CO2, Ar과 같은 저 전도성 가스로 대기압까지 충전시키기 위해 사용될 수 있다.3 shows another example of a vacuum insulated conduit according to the present invention. Parts like those in FIG. 2 are denoted using the same reference numerals. In this embodiment, the
제1도는 도관접합부를 형성하기 위해 본 발명의 진공단열도관을 다른 도관과 각각의 영역에서 접합시킨 상태를 나타낸다. 제1도에서 제2도의 것과 동일한 부품은 같은부호를 사용하여 표기하였다. 릴리이프밸브(36, 37)는 제1파이프(10)또는 접합부에 사고가 발생했을경우, 과잉압력을 해소하기 위한 것이다.1 shows a state in which the vacuum insulated conduit of the present invention is joined to other conduits in each region to form a conduit junction. Parts identical to those in FIGS. 1 to 2 are denoted by the same reference numerals. The relief valves 36 and 37 are for releasing excess pressure when an accident occurs in the
제4도는 본 발명의 진공단열도관의 단열성능을 도시한 그래프로서, 곡선A는 본 발명의 도관에 대한 것이며, 곡선B는 다층의 복사 차폐를 이용한 종래의 진공단열도관에 대한 것이다. 데이타는 제2도에서와 유사한 것으로서 직경 2인치, 길이30피트의 제1파이프와 한개의 접합부를 갖춘 진공단열도관에 대해 평가된 성능에 기초한 것이다.4 is a graph showing the thermal insulation performance of the vacuum insulation conduit of the present invention, curve A is for the conduit of the present invention, curve B is for the conventional vacuum insulation conduit using a multi-layer radiation shielding. The data is similar to that in FIG. 2 and is based on the performance evaluated for a vacuum insulated conduit with a first pipe of 2 inches in diameter and 30 feet in length and one junction.
도시된 바와 같이, 10μm Hg이하의 고징공에서는 두개의 도관 모두가 양호하게 작용한다. 그러나 진공도가 감소할수록, 종래의 도관은 그 성능이 크게 떨어지고, 반면에 본 발명의 도관은 전체진공손실을 포함하여 허용할 수 있는 수준에서 그 성능이 계속 유지된다.As shown, both conduits work well in gouging holes below 10 μm Hg. However, as the degree of vacuum decreases, conventional conduits degrade significantly in performance, while the conduits of the present invention continue to maintain their performance at an acceptable level, including the overall vacuum loss.
따라서 본 발명의 진공단열도관을 사용함으로서 지금까지 요구되었던 것보다 낮은 진공상태에서 보다 우수하게 단열시킬 수 있어, 상당산 비용절감을 기할 수 있다. 어느정도의 절연성능에 대해 직공도가 절실한 것은 아니기 때문에, 빈공간에 바륨 또는 산 화파라듐과 같이 값비싼 게터 페키지(getter package)보다는 흡착제를 사용함으로서 보다 적은 비용으로서 진공을 유지시킬 수 있다. 또한 고가의 복사차폐재 대신에 대개상태의 단열에 사용되는 저렴한 단열재가 사용된다. 대기단열재를 사용함으로서 내측파이프의 중심을 효과적으로 맞출 수 있고, 높은 열누출 원인이되며 제작 단가 높은 스페이서를 제거시킨다. 더우기, 비용이 크게 소요되는 진공펌프시간이 상당히 줄어든다. 또한, 본 발명의 진공단열도관에 의해 허용될 수 있는 낮은 진공도에 따라 제작과 그유지에 소용되는 비용과 시간이 줄어들거나 또한 완전히 제거될 수 있다.Therefore, by using the vacuum insulated conduit of the present invention it is possible to better insulate in a lower vacuum than that required until now, it is possible to considerably reduce the cost. Since the degree of weaving is not desperate for some insulation performance, it is possible to maintain vacuum at a lower cost by using an adsorbent rather than an expensive getter package such as barium or palladium oxide in an empty space. In addition, inexpensive insulation, which is usually used for thermal insulation, is used instead of expensive radiation shielding material. By using the atmospheric insulation material, the center of the inner pipe can be effectively aligned, causing high heat leakage, and removing the spacer having high manufacturing cost. Moreover, the costly vacuum pump time is significantly reduced. Furthermore, depending on the low degree of vacuum that can be tolerated by the vacuum insulated conduit of the present invention, the cost and time required for fabrication and maintenance can be reduced or eliminated completely.
지금까지 기술한 내용은 본 발명의 이해를 돕기위해 본 발명에 관한 바람직한 몇가지 예를 설명한 것이지 본 발명의 상술한 몇가지 예에만 국한되다는 의미는 아니다.따라서 본 발명의 요지와 그범위내에서 여러가지 다른 변형 및 개조가 가능하다.The foregoing description has been set forth to illustrate some preferred embodiments of the invention in order to facilitate understanding of the invention, and is not meant to be limited to the foregoing several examples of the invention. Therefore, various modifications within the spirit and scope of the invention may be made. Modifications and modifications are possible.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
G160 | Decision to publish patent application | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 19950731 Year of fee payment: 7 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |