KR20120065494A - 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교류전원을 인가받아 직류전원으로 변환시키거나, 직류전원을 제공하는 직류전원장치와, 직류전원장치로부터 공급되는 직류전원의 크기를 조절하는 출력조절장치와, 직류전원장치로부터 직류전원이 공급되도록 연결된 탄소나노튜브 실이 박음질에 의해 원단에 분포하도록 고정되고, 탄소나노튜브 실의 열을 원단에 의해 분산하도록 하는 매트를 포함하도록 한 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 기존 방식인 탄소를 잉크 형태로 각종 섬유나 면에 코팅해서 천 형태로 직조하여 220V와 같은 높은 전압을 사용해야만 하는 비효율적인 방식에서 벗어나도록 하고, 열전도율이 뛰어난 탄소나노튜브 실을 사용함으로써 각종 솜과 같은 보온패드에 일정한 간격으로 누비기만 하는 것으로도 제작이 가능할 뿐만 아니라, 충분한 온도의 열을 발생시키고, 쉽게 접어서 발열소재의 손상없이 보관할 수 있으며, 세탁이 편리하여 위생적인 사용을 가능하도록 하고, 24V 이하의 아답터와 같은 직류전원 공급방식을 채용할 수 있도록 함으로써 전기료를 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유해한 전자기파가 거의 발생하지 않도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존 방식인 탄소를 잉크 형태로 각종 섬유나 면에 코팅해서 천 형태로 직조하여 220V와 같은 높은 전압을 사용해야만 하는 비효율적인 방식에서 벗어나도록 하고, 열전도율이 뛰어난 탄소나노튜브 실을 사용함으로써 각종 솜과 같은 보온패드에 일정한 간격으로 누비기만 하는 것으로도 제작이 가능할 뿐만 아니라, 충분한 온도의 열을 발생시키고, 쉽게 접어서 발열소재의 손상없이 보관할 수 있으며, 세탁이 편리하여 위생적인 사용을 가능하도록 하고, 24V 이하의 아답터와 같은 직류전원 공급방식을 채용할 수 있도록 함으로써 전기료를 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유해한 전자기파가 거의 발생하지 않도록 할 수 있다.
Description
본 발명은 발열매트에 관한 것으로, 탄소나노튜브 실을 사용하여 전자파를 없애고, 가벼울 뿐만 아니라 자유롭게 접을 수 있으며, 세탁이 가능한 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트에 관한 것이다.
일반적으로, 발열매트는 구리전선을 매트 원단에 설치하고, 이러한 구리전선에 교류전원을 인가하여 열을 발생시키도록 하는 매트를 말한다.
이와 같은 종래의 발열매트는 굵은 구리전선을 원단에 설치하고, 굵은 구리전선이 인체에 불편하지 않도록 두꺼운 솜과 여러 층의 원단을 적층하여 제조되는데, 이러한 발열매트는 구리전선의 발열을 위하여 교류전원을 공급하고 있다.
이때, 구리전선은 물이나 구리박막, 탄소섬유 등과 같은 면상 발열체로 교체하여 제조되기도 하는데, 이러한 면상 발열체를 이용한 매트도 마찬가지로, 발열장치를 보호하거나 인체에 불편함을 주지않도록 두꺼운 원단을 사용하고, 전원공급방식도 교류방식에 의하여 공급하고 있어 앞서 설명한 구리전선 방식의 매트와 큰 차이가 없다.
그러므로, 종래의 발열매트를 포함한 전기매트는 발열장치를 보호하거나 인체에 불편함을 주지않도록 매트가 두꺼워져 관리가 어렵고, 전원공급방식도 교류방식으로 인하여 화재위험과 전자파에 항상 노출되어 있으며, 세탁이 불가능하여 위생적이지 못하다는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 발열매트를 포함한 전기매트에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발열을 위한 구리전선 대신 탄소 실을 사용함으로써, 발열매트를 일반 천과 같이 얇게 만들어 자유롭게 접거나 세탁할 수 있도록 하고, 직류방식의 전원을 사용하여 발열이 이루어지도록 함으로써 전자파를 발생하지 않도록 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 교류전원을 인가받아 직류전원으로 변환시키거나, 직류전원을 제공하는 직류전원장치; 상기 직류전원장치로부터 공급되는 직류전원의 크기를 조절하는 출력조절장치; 및 상기 직류전원장치로부터 직류전원이 공급되도록 연결된 탄소나노튜브 실이 박음질에 의해 원단에 분포하도록 고정되고, 상기 탄소나노튜브 실의 열을 상기 원단에 의해 분산하도록 하는 매트를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트가 제공된다.
상기 탄소나노튜브 실은, 탄소나노튜브 단일체로 이루어지거나, Pt, Au, Ag, Cu, Cr, Ni, Al, Co, Fe, Si, SiO2 , ITO, IGO, AGO, 황화합물, 도전성 고분자 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 만들어지는 탄소 실로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 탄소나노튜브 실은, 두께가 0.01 ~ 1mm인 것을 특징으로 한다.
상기 탄소나노튜브 실은, 30 ~ 300가닥의 실들이 꼬여져서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 탄소나노튜브 실은, 길이가 0.5 ~ 50m인 것을 특징으로 한다.
상기 직류전원장치는, 일차 전지 또는 이차 전지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 탄소나노튜브 실은, 탄소를 포함하고 있는 기체상태의 탄소화합물을 500 ~ 1,500℃의 온도에서 촉매금속과 반응시켜 탄소나노튜브를 추출해 내는 방법으로 만들어져서 0.5 ~ 30nm이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트에 의하면, 기존 방식인 탄소를 잉크 형태로 각종 섬유나 면에 코팅해서 천 형태로 직조하여 220V와 같은 높은 전압을 사용해야만 하는 비효율적인 방식에서 벗어나도록 하고, 열전도율이 뛰어난 탄소나노튜브 실을 사용함으로써 각종 솜과 같은 보온패드에 일정한 간격으로 누비기만 하는 것으로도 제작이 가능할 뿐만 아니라, 충분한 온도의 열을 발생시키고, 쉽게 접어서 발열소재의 손상없이 보관할 수 있으며, 세탁이 편리하여 위생적인 사용을 가능하도록 하고, 24V 이하의 아답터와 같은 직류전원 공급방식을 채용할 수 있도록 함으로써 전기료를 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유해한 전자기파가 거의 발생하지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트를 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트의 탄소나노튜브 실을 확대하여 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트의 효과를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트의 탄소나노튜브 실을 확대하여 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트의 효과를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 발명의 실시예는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트는 직류전원장치(11)와, 직류전원장치(11)의 직류전원 크기를 조절하는 출력조절장치(12)와, 직류전원장치(11)로부터 직류전원이 공급되는 매트(15)를 포함할 수 있다.
직류전원장치(11)는 외부로부터 교류전원을 인가받아 직류전원으로 변환시키거나, 직류전원을 제공하는 일차 전지 또는 이차전지로 이루어질 수 있다. 따라서, 직류전원장치(11)는 외부의 교류전원을 직류전원으로 변환시켜서 매트(15)의 탄소나노튜브 실(14)로 공급하거나, 건전지 등의 일차 전지나 축전지 등의 이차전지로 이루어짐으로써 탄소나노튜브 실(14)에 직류전원을 직접 공급할 수 있다.
출력조절장치(12)는 매트(15)의 발열 온도를 조절하도록 상기 직류전원장치(11)로부터 공급되는 직류전원의 크기, 예컨대 전압이나 전류를 조절하도록 한다. 이를 위해 출력조절장치(12)는 직류전원장치(11)로부터 매트(15)로 공급되는 직류전원의 세기를 조절하기 위한 온도조절스위치가 외측에 노출되도록 마련될 수 있다.
한편, 직류전원장치(11)와 출력조절장치(12)는 본 실시예에서처럼 분리되는 구성을 가짐으로써 출력조절장치(12)가 직류전원장치(11)로부터 매트(15)까지 직류전원이 공급되는 전원케이블 상에 설치되거나, 단일로 이루어짐으로써 전원케이블을 통해 매트(15)에 전기적으로 연결될 수 있다.
매트(15)는 직류전원장치(11)로부터 직류전원이 공급되도록 연결된 탄소나노튜브 실(14)이 박음질에 의해 원단(13)에 분포하도록 고정되고, 탄소나노튜브 실(14)의 열을 원단(13)에 의해 분산되도록 한다. 여기서, 원단(13)은 다양한 섬유로 단일층 또는 다수의 층으로 이루어지거나, 내측에 보온재 등이 마련될 수 있다.
한편, 매트(15)는 일측에 탄소나노튜브 실(14)을 전원케이블과 연결하기 위한 어댑터(미도시)가 마련될 수 있는데, 여기서, 어댑터(미도시)는 전원케이블과 분리 가능하게 접속될 수 있다.
매트(15)는 일례로 원단(13) 상에 탄소나노튜브 실(14)이 충분한 발열효과를 얻을 수 있도록 일정한 간격으로 누빈 후, 탄소나노튜브 실(14)이 직접 또는 구리전선을 매개로 하여 출력조절장치(12)에 연결될 수 있고, 출력조절장치(12)로부터 탄소나노튜브 실(14) 또는 구리전선을 매개로 하여 직류전원장치(11)에 연결될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트의 탄소나노튜브 실(14)은 탄소나노튜브(Carbon-Nanotube: CNF)로 만들어질 수 있다.
탄소나노튜브 실(14)은 흑연과 같은 고상의 탄소를 기화시킨 후, 냉각되는 과정에서 탄소나노튜브가 생성될 수 있는 조건을 만들어 주는 방법으로, 고상의 탄소를 기화시키기 위해 아크방전과 레이저 등이 이용되는 방법 등이 있으나, 여기에서 이용하는 방식은 C2H2, CH4, C2H4, C2H6, CO와 같은 탄소를 포함하고 있는 기체상태의 탄소화합물을 500 ~ 1,500℃에서 Ni, Co, Fe, Si, SiO2 등과 같은 촉매금속과 반응시켜서 탄소나노튜브를 추출해 내는 방법으로 만들어진 0.5 ~ 30nm이하의 두께를 가지는 탄소나노튜브를 사용하며, 이를 탄소나노튜브를 실 형태로 제조하여 발열소재로 사용한다.
또한, 탄소나노튜브 실(14)은 길이가 0.5m ~ 50m일 수 있으며, 이 경우 0.5m 미만인 경우 발열량이 미비하며, 50m를 초과하는 경우 발열량이 과다하여 사용을 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브로 만들어진 탄소나노튜브 실(14)은 탄소나노튜브 단일체이거나, Pt, Au, Ag, Cu, Cr, Ni, Al, Co, Fe, Si, SiO2 , ITO, IGO, AGO, 황화합물, 도전성 고분자 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 만들어지는 탄소 실로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브 실(14)의 굵기와 양에 따라 열전도도가 다르도록 할 수 있다. 따라서, 탄소나노튜브 실(14)의 굵기와 사용 양에 따라 열전도도가 다르므로 데이터를 기반으로 적정한 두께로 탄소나노튜브 실(14)을 만들고 적당한 양의 탄소나노튜브 실(14)을 사용하는 것이 중요하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트에서 탄소나노튜브 실(14)의 두께를 변화시킬 수 있다. 탄소나노튜브 실(14)의 두께를 0.01 ~ 1mm로 달리함으로써, 전기전도도와 열발생 효율을 높여 기존의 발열소재보다 얇고 가벼우면서도 편안한 느낌의 발열효과를 얻을 수 있다. 즉 일반적으로 사용하는 발열매트의 경우, 탄소나노튜브 실(14)의 두께가 0.01mm 미만인 경우 사용자에 대한 발열 효과를 기대하기 어렵고, 탄소나노튜브 실(14)의 두께가 1mm를 초과한 경우 전원소모량에 비하여 비경제적일 수 있다.
또한, 탄소나노튜브 실(14)은 한 가닥을 매트에 누비는 실로 사용할 수도 있지만, 필요에 따라 수십 ~ 수백 가닥, 예컨대 30 ~ 300가닥의 실들이 꼬여져서 하나로 이루어지도록 하여 누비는 실로 사용할 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트의 작용을 설명하기로 한다.
아래의 표 1에 나타낸 데이터는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트를 24V 2.5A 아답타를 사용하여 직류전류를 공급할 때, 사용 시간별로 매트에 나타나는 온도효과를 나타내는 실험결과로 10m 이내의 탄소나노튜브 실을 사용하고, 전자파가 거의 발생하지 않는 낮은 전압의 직류전류를 사용하는 것으로도 충분한 발열효과가 나타냄을 알 수 있다.
| 구 분 | 20분 경과 | 60분 경과 |
| 평상 시 | 24 ℃ | 24 ℃ |
| 10~20W(1단계) | 25 ℃ | 25 ℃ |
| 20~30W(2단계) | 27 ℃ | 30 ℃ |
| 30~40W(3단계) | 28 ℃ | 40 ℃ |
| 40~50W(4단계) | 37 ℃ | 50 ℃ |
| 50~60W(5단계) | 42 ℃ | 60 ℃ |
또한, 종래의 발열매트는 모두 구리전선, 물이나 구리박막, 탄소섬유 등과 같은 면상발열체 등의 소재로 이루어져 있어, 이러한 소재들을 사용할 경우 발열효율이 상대적으로 낮기 때문에, 이와 같이 구성된 종래의 발열매트는 소재를 보호하거나 인체에 불편하지 않도록 두꺼운 솜과 여러 층의 원단을 적층하여 매트를 만듦으로써 사용, 보관, 세탁 등이 어렵고 전원공급방식이 교류방식이어서 인체에 유해한 다량의 전자파가 발생하거나 화재위험에 노출되어 있는 등의 여러 가지 문제점들을 가지고 있다. 그러나 본 발명에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트는 전기 전도도가 구리보다 좋고 열전도율이 다이아몬드보다 우수한 성질을 가진 탄소나노튜브라는 특수소재로 실을 만들어 사용함으로써 충분한 발열효과를 얻고 적은 양의 전기공급방식인 직류전원공급방식도 가능하여 발열장치에 획기적인 전환을 가져오게 한다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트에 대한 원적외선협회의 인체열화상 실험결과를 보면, 인체온도 변화에 고르게 영향을 주는 것을 알 수 있다. 즉, 사용 전 신체 상부온도는 실내온도 25℃에서 33 ~ 36℃ 정도이지만, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트를 10분 사용 후 신체 상부온도는 38 ~ 40℃로 원적외선이 신체 골고루 전달되어 신체 온도가 올라간 것을 볼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트에 의하면, 기존 방식인 탄소를 잉크 형태로 각종 섬유나 면에 코팅해서 천 형태로 직조하여 220V와 같은 높은 전압을 사용해야만 하는 비효율적인 방식에서 벗어나도록 하고, 열전도율이 훨씬 뛰어난 탄소나노튜브 실(14)을 사용함으로써 단순히 일반 실처럼 각종 솜과 같은 보온패드에 일정한 간격으로 누비기만 하는 것으로도 40℃에서 80℃의 충분한 열을 발생시킨다. 이러한 탄소나노튜브 실(14)의 사용량은 10미터 이하의 양만 사용해도 위와 같은 충분한 발열 효과를 얻게 된다. 다시 말해 보온성을 유지해 주는 솜과 같은 소재의 얇은 매트에 소량의 탄소나노튜브 실(14)을 누비기만 하면 되는 간소한 방식으로 발열매트를 만들 수 있으며, 그 외 발열시트, 발열의류, 발열장판, 발열벽지, 발열침낭, 발열텐트, 발열신발, 발열장갑, 발열보온가방, 발열보온박스, 발열보온병 등 다양한 곳에 적용할 수 있고 사용, 보관, 세탁 등이 편리하고 24V 이하의 아답터와 같은 직류전원 공급방식을 선택함으로써 전기료가 현저히 적게 사용되며, 전자기파가 거의 발생하지 않는 장점이 있다. 일예로 기존 탄소 코팅섬유의 경우, 하루 8시간 사용 월 5,000원의 전기료가 사용될 경우, 탄소나노튜브 실 발열매트는 동시간 사용으로 월 1,000 정도의 전기료 밖에 소비되지 않는다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11: 직류전원장치 12: 출력조절장치
13: 원단 14: 탄소나노튜브 실
15: 매트
13: 원단 14: 탄소나노튜브 실
15: 매트
Claims (7)
- 교류전원을 인가받아 직류전원으로 변환시키거나, 직류전원을 제공하는 직류전원장치;
상기 직류전원장치로부터 공급되는 직류전원의 크기를 조절하는 출력조절장치; 및
상기 직류전원장치로부터 직류전원이 공급되도록 연결된 탄소나노튜브 실이 박음질에 의해 원단에 분포하도록 고정되고, 상기 탄소나노튜브 실의 열을 상기 원단에 의해 분산하도록 하는 매트
를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트.
- 제 1 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 실은,
탄소나노튜브 단일체로 이루어지거나, Pt, Au, Ag, Cu, Cr, Ni, Al, Co, Fe, Si, SiO2 , ITO, IGO, AGO, 황화합물, 도전성 고분자 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 만들어지는 탄소 실로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트.
- 제 2 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 실은,
두께가 0.01 ~ 1mm인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트.
- 제 3 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 실은,
30 ~ 300가닥의 실들이 꼬여져서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트.
- 제 4 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 실은,
길이가 0.5 ~ 50m인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트.
- 제 1 항에 있어서, 상기 직류전원장치는,
일차 전지 또는 이차 전지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트.
- 제 1 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 실은,
탄소를 포함하고 있는 기체상태의 탄소화합물을 500 ~ 1,500℃의 온도에서 촉매금속과 반응시켜 탄소나노튜브를 추출해 내는 방법으로 만들어져서 0.5 ~ 30nm이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100126650A KR20120065494A (ko) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100126650A KR20120065494A (ko) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120065494A true KR20120065494A (ko) | 2012-06-21 |
Family
ID=46685168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100126650A KR20120065494A (ko) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | 탄소나노튜브 실을 이용한 직류전원 방식의 발열매트 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120065494A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015009182A1 (en) | 2013-07-16 | 2015-01-22 | Wrocławskie Centrum Badań Eit+ Sp. Z O.O. | Method for preparing polymer composites comprising modified carbon nanotubes, polymer composite comprising modified carbon nanotubes and use of same |
| KR20160129798A (ko) | 2013-12-19 | 2016-11-09 | 주식회사 그린탑 | 탄소섬유 발열제품의 탄소섬유 발열체와 전원선 결속구조 |
| KR20240007870A (ko) | 2022-07-10 | 2024-01-17 | 유수영 | 화재안전 탄소 온열매트 |
-
2010
- 2010-12-13 KR KR1020100126650A patent/KR20120065494A/ko not_active Application Discontinuation
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