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2020년 5월 15일 금요일

Basic Concept of Capacity of Batteries/배터리의 용량에 대한 기본적인 이해

최근 개발된 리튬-이온 배터리로 인하여 우리 주면에 이를 이용하는 장치가 예전에 비해 많아졌다.

리튬-이온 방식의 배터리는 닉켈-카드늄 배터리에 비해 2~3배의 에너지 밀도가 크서 이를 이용한 대표적인 제품인 휴대폰을 필두로 전동 드릴, 가정용 진공 청소기, 전동식 자전거, 스쿠터 나아가서는 전기 자동차까지 등 종전에는 상상할 수 없던 다양한 제품이 개발되고 있다.

많은 사람들이 배터리에 관한 지식이 일천하여 전동지게차의 제조와 관련한 일을 하면서 알게된 나의 배터리에 관한 지식을 여기서 나누어 드릴려고 한다.

어떤 배터리 또는 배터리 팩의 가장 중요한 사양(Specification)은 전압(Voltage)과 용량(Capacity)이다. 이 중에서 Ah 단위로 표시된 용량에 대해 상세히 설명하고자 한다.


1. 모든 배터리의 용량(Ah 값)에서 기준이 되는 시간은 20시간(h) 입니다.
2. 배터리 또는 배터리 팩의 용량은 전압과 함께 전류(A)와 시간(h)를 곱한 값으로 표시합니다.
3. 표시된 배터리의 Ah 용량에 기준 시간인 20h를 나누어서 얻어지는 전류(A) 값이 표준 방전 전류가 됩니다.
4. 따라서 이 표준 전류로 방전 시켰을 때 20시간을 사용할 수 있다는 개념이 바로 배터리의 용량 개념입니다.
5. 표준 전류 이상의 전류로 방전을 시켰을 때는 전류값과 시간을 곱한 값이 표시된 용량값(Ah) 보다는 엄청 적어질 수 있습니다. 이는 배터리 내부 저항에 의한 주울열 손실(P=I^2*R)이 발생하기 때문입니다. 방전 전류의 자승에 비례하므로 용량의 감소가 매우 크게 됩니다.
6. 이런 배터리 용량의 감소에도 불구하고 단시간에 큰 전류를 흘려 사용하는 목적으로 만든 배터리 제품을 "고방전율의 배터리(High Discharge Rate Battery)"라고 말 합니다. 전기 자전거나 전동 공구 등에 사용한는 배터리가 바로 그런 종류의 배터리 입니다.
7. 앞서 말한 바와 같이 이런 배터리는 대 전류로 방전하기 때문에 실제 방전 전류와 시간을 곱한 Ah 값이 표시 용량과는 많은 차이가 있어서 단순 계산으로는 구하기가 매우 어려워 집니다.

2020년 4월 23일 목요일

Internal Circuit of Synchronous AC Generator.교류 동기발전기의 내부 회로

대형 빌딩이나 아파트 같은 곳의 비상 전원 장치로 많이 사용하는 내연 기관을 동력으로 한 삼상 교류 동기 발전기의 내부 회로는 아래 그림과 같다.
이 회로를 설명하면 다음과 같다.

발전기는 기계적 회전력을 입력으로 하고 전기적 출력을 내는 장치이다.
이 발전기의 회전 이라는 개념은 상대적인 것으로서 아마튜어와 필드 중 아무 것이나 회전 시키면 된다.
그런 원리에 따라 대부분의 대 전력용 교류 발전기의 아마튜어는 발생되는 전류가 매우 크므로 출력 전류를 쉽게 인출하기 위하여 고정자 구조로 하고 대신 계자를 회전 시키는 경우가 많다.

그림의 좌측이 Static Armature 이다 점선 속에 있는 회로가 회전하는 구조물에 속하는 데 주 계자와 이 주 계자에 여자 전류를 공급하는 여자용 삼상 발전기의 Armature 및 삼상 다이오드 정류 회로가 전기적으로 연결되어 있다.
이 여자용 발전기의 여자 전류를 공급하는 계자는 고정자로서 여자 전류를 조정하는 전기 장치를 통하여 발전 되는 교류 전압을 조정할 수 있도록 되어 있다.
이런 구조로 만들어 지기 때문에 삼상 교류 동기 발전기는 전류를 인출 또는 공급하는 슬립링이나 부러쉬가 없다.

발전기의 주파수(N = 120 f / P)는 원동기의 회전수에 따르게 된다. 원동기의 회전을 정밀하게 제어할 수 있는 방식을 채택한 발전기는 병렬 운전도 가능하다.

특기 사항: 위 회로도에 그려진 발전기의 삼상 출력은 Y 결선으로 그려져 있으나 이는 한 예에 불과하다. 보통의 발전기는 이 회로와 같이 Y 결선으로 만들어 지나 델타 결선도 사용되며 또한 여러가지 출력 전압에 대응하기 위하여 이중 Y 결선을 이용하기도 한다.

2020년 4월 1일 수요일

"친구"와 "Friend"

제목만 보아서는 같은말 인데 뭐가 달라?
하실지 모른다.
그러나 이런 제목의 글을 쓰게된 계기는 이렇다.

약 3년 전 재혼한 내 마누라, 킴벌리는 미국사람이고 미국에서 초등, 중등학교의 화학, 물리 생물 교과의 정식 교사 자격증을 가졌었고 결혼 당시는 영어 유치원의 원어민 교사였다. 결혼 후 유치원의 취업 계약 만료 후 재계약을 하지 않아 교육비자 E2에서 외국인 배우자 비자인 F6로 변경이 되어 취업이나 기타 모든 면에서 내국인과 다름이 없게 되었다.
영어 유치원에서도 알아주는 교사였던 킴벌리를 주변 사람들이 가만두지 않아 영어 교습을 해달라는 요청에, 주로 초등생의 교습을 시작하였는데 처음에는 학생의 집에 방문하거나 스터디 까페를 이용하기도 했는 데 강동구 성내동의 오륜교회 부근에 적당한 작은 사무실을 임대하여 약 8개월 전에 1인 학원을 꾸미게 되었다.

학생 중, 초등학교 2학년인 3명이 매주 금요일 약 2시간, Science Class라는 이름하에 천체에 관한 이야기부터 거미, 공룡 등의 주제를 정해 과학을 영어로 배우는 데 최근 새로운 4학년 짜리가 교습을 받고 싶다고 카톡으로 연락이 와서 영어가 능숙하지 않은 학생의 엄마를 위해 내가 같이 첫 미팅에 참석하게 되었다.

영어 이름이 Alex라고 하는 학생이 하는 영어 몇마디를 들어보고, 영어 책을 읽게 하는 등의 과정을 거쳐 킴벌리의 수준 측정 결과는 앞서 말한 Science Class의 2학년 짜리와 비슷한 수준임으로 이 반에 합하면 되겠다는 결론이었다.

문제는 기존의 2학년 짜리 3명의 엄마들은 반대를 하는 데 킴벌리는 같이 온 Alex의 동생과 2학년 짜리 3명 중, 소개를 받은 유진이와 친구 사이이므로 말하자면 Alex도 같은 Friend 사이인 데 뭐가 문제가 되느냐는 데 있다.

내가 킴벌리에게 어린 학생들 사이에 2살의 차이는 엄청 큰 것이며 특히 나이가 적은 쪽에서는 부담감을 가질 수 있다는 이야기를 해 주었지만 킴벌리는 반대하는 엄마들의 배신감 때문에 눈물까지 보였다.

나는 이것은 자선사업이 아니고 Business 이다. 싫다고 느끼는 사람이 있으면 떠나면 되고 모두가 마음에 들지 않아 떠나면 Class를 폐쇄할 수도 있는 것이다. "모든 것은 너가 권위를 가지고 결정해라."라고 말해 주었다.

결론은 한국어 "친구"는 영어의 "Friend"로 단순 번역이 되는 말이 아니라는 것이다.
영어권에서는 80세가 넘은 노인과 열 몇살 먹은 소년이 서로 "We are friends." 라고 하며 지내는 경우도 있으나 이들의 사이를 한국말의 "친구"로 해석을 할 수 없다는 것이다.

"친구"와 "Friend"는 같은 의미의 말이 아니다.

2020년 3월 19일 목요일

재활용품으로 무인 택배함 만들기(Making a Up-cycled Big Post Box for Parcels delivery)

코로나 바이러스의 긍정적인 한 측면이랄까?
요즘 집안에만 틀여박혀 있다보니 그동안 "바쁘다"는 핑계로 미루어 왔던 잡다한 일거리를 많이 처리하고 있다.

이 Project도 그런 종류의 것인 데 단독형 다세대 주택에 살다보니 오래전 부터 무인 택배 박스가 있으면 편리할 것 같다는 생각이 있었는 데 지난 이틀간에 걸쳐 이를 실행하였다.

인터넷에서 택배 박스를 검색하면 아파트 또는 빌라에 설치하는 택배 박스 또는 나무, 합판 등으로 택배 박스를 만들었다는 블로거 같은 것을 볼 수 있는 데 나는 전혀 새로운 개념의 택배 박스를 손수 만들었기에 이를 자랑 삼아 기록으로 남기고자 한다.

먼저 착상한 것은 "가장 싸게 만들자"는 것이라 일단 가까운 고물상에 가 보기로 하였다. 두번이나 적당한 박스를 찾지 못해 헛탕을 치고 세번째 방문했을 때 구석에 놓인 이 경동 나비엔의 가스 보일러를 발견하였다. "앗! 이것이면 되겠다" 하고,
고물상 사장에게 "이 박스가 마음에 드는 데 내가 알맹이는 전부 분해하여 드리고 박스만 살려는 데 좋습니까?" 하고 물어서 허락을 받은 후, 집으로 다시 돌아와 필요한 공구를 챙겨 다시 방문하여 약 20분 만에 완전 분해에 성공하였다.
고물상에서는 모든 것을 무게를 기준으로 하는 것을 알고 있던지라 저울에 올려 손수 무게를 재어 보니 약 7.5kg이 측정되었기 이를 말하니 7kg 값으로 4,000원을 요구하여 "감사합니다" 하고 돈을 드리고 자전거에 싣고 왔다.

이 보일러 케이스를 택배 박스로 개조하는 데는 다음과 같은 과정을 거쳤다.

1. 경첩: 원래는 상, 하 2개씩 달린 매미고리로 뚜껑을 고정한 것 인데 나는 자물쇄를 설치할 것이므로 박스의 오른쪽에 경첩 두개를 설치하였다.

2. 상, 하 뚫린 구멍의 처리: 위쪽으로는 연통 구멍과 아래쪽에 있는 수도 및 난방 배관 구멍이 있는 데 마침 택배를 부치러 나갔을 때 길옆에 버려진 합판을 발견하여 이 합판을 줏어와서 아랫쪽과 위쪽의 칫수에 딱 맞게 잘라서 집어 넣고 측면에서 Self-drilling Screw를 박아서 고정하였다.

3. 자물쇄 설치: 종전에는 30년도 더된 옛날 다가구 주택에 살았는 데 작년 여름 재건축으로 인해 쫒겨나다시피 이사할 때 내가 설치했던 Digital Lock을 뜯어와 가지고 있던 것을 재활용 하였다. 이 택배 박스에서 가장 단가가 비싼 부품이 되겠으나 그냥 가지고 있는 것 보다는 활용하는 데 의미가 있다 하겠다.
Digital Lock은 주로 주 출입구가 되는 방화문에 달도록 만든 제품이라 앏은 철판 한장으로 된 이 박스에는 바로 달 수가 없어 먼저 번, 거실 테이블을 책상으로 개조할 때 사용한 이형(한쪽변의 길이가 조금 긴 제품) 조립식 앵글의 길이가 조금 길어 약 100mm 정도 잘라낸 것이 4쪽 있었는 데  이를 두개씩 겹쳐서 ㄷ자 모양으로 만들고 이를 앵글 조립용 볼트, 너트 4조로 문짝에 붙여(Digital Lock의 Key Pad 뒤쪽에 반쯤 보인다) 높이 약 42mm의 돌출된 Boss를 만들어 여기에 Digital Lock을 설치하였다.

4. 자물쇄 받이: 자물쇄 받이 또한 앵글 조립용 볼트, 너트를 2개만 사용하여 측면에 설치하였다. 배달된 택배 물품을 훔쳐가려고 하는 사람은 없겠지만 앵글 조립용 볼트는 민짜라서 드라이버나 다른 공구로 밖에서 돌릴 수가 없으므로 이런 용도에 적합하다고 생각된다.

5. 측면 보강: 자물쇠를 설치한 후 점검해 보니 측면이 달랑 철판 한장이라 약하고 좌, 우로 많이 움직인다. 이를 보강하기 위하여 30x30mm 짜리 나무 막대기를 상, 하 내부 길이에 딱 맞게 잘라서 끼워넣고 밖에서 Self-drilling Screw를 5개 박았다.

6. 이름표와 사용법: "공용 무인 택배함" 이라고 위에 큼직하에 쓰고 아래에는 "배달하시는 분"을 위한 사용법도 적어 두었다. A4 용지에 레이저 프린터 하여 코팅을 한 후에 양면 테이프로 붙였다.

사용한 Digital Lock은 예전 주택에서 문을 잠그지 않을 때 배터리의 단자 사이에 Toggle Switch를 설치해 전원을 끌 수 있도록 개조해 둔 것이라 평소에는 전원이 끄진 상태에서 택배물이 있을 때 스위치를 켜고 문을 닫으면 잠기는 "에너지 절약" 형 택배 박스가 된 셈이다.

대문 앞의 음식물 쓰레기통 위, 우편함 사이의 빈 공간을 활용하여 대문 기등에 콘크리트 함마드릴로 구멍을 뚫고 플라스틱 인서트를 박아 나사못으로 완벽하게 설치하였다. 보일러는 원래 벽걸이 형이라 기존에 있던 설치용 고리를 그대로 활용하였다.

나 혼자 쓰기에는 너무나 편리한 물건이라 아랫층에 사시는 분들에게도 비밀번호를 알려드려서 이 주택에 사시는 모둔 분들이 이용할 수 있게 하였다.
이 박스의 크기는 외부 칫수로 폭=440mm, 높이=700mm, 깊이270mm 이다.

박스를 구하는 방법부터 개조 요령을 설명하였으므로 약간의 손재주만 있으면 손수 값싼 "무인 택배 박스"를 만들 수 있다고 생각된다.
보다 자세한 정보가 필요하신 분은 wonstoneyoo@gmail.com으로 이메일로 요청하시면 관련 사진을 더 보내 드릴 수 있다.

참고로 보일러를 완전 분해하는 데 필요한 공구를 아래에 적는다.
1. Slip Joint Pliers(속칭 뿌라야) - 보일러 내부의 호스는 전부 스프링 Tension 방식으로 되어 있어 호스 연결을 풀때 필요하다.
2. #2 Philips Head Screw Driver(2번 +자 드라이버) 길이가 200mm 이상인 것이 좋다. 부품이 뒷판에 붙어 있어 매우 긴 것이 편리하다. 또한 길이가 100mm 내외인 것도 측면에 설치한 부품을 풀 때 필요하다. 배터리 드릴에 긴 Screw Head를 붙이면 보다 편리하다.

2020년 2월 17일 월요일

Changing Arbor size 19mm to 5/8" of Circular Saw원형톱 톱날 설치 칫수 변경(19mm -> 5/8")

보통 사람들은 직구로 구매한 7-1/4인치 원형톱의 5/8인치 축에 맞는 구멍 칫수가 19mm 인 국산 톱날을 끼우지 못해 고심하는 데 나는 반대로 톱날 구멍 칫수 19mm 인 BOSCH 185mm 원형톱을 5/8인치로 변경하느라 상당한 고심을 하였다.

이런 역발상의 사연은 이렇다.

미국 플로리다에서 살다가 귀국한 동생이 DIABLO라는 브랜드의 엄청 좋은 이태리제 톱날을 주었는 데 미국에서 사온 것이라 이 톱날의 구멍이 5/8인치였던 것이다.


이 DIABLO라는 톱날을 얻은지 2년 이상 시간이 흘렀는 데 이 문제를 해결하지 못해 마냥 그림의 떡같이 톱날만 바라보고 있다가 하루는 "어떻게 해 보자"는 생각이 들어 19mm가 5/8인치 보다는 약간 크니까 깍아내면 되겠지. . .  하는 생각을 하게 되었고 줄톱을 이용한 완전 수작업으로는 시간이 걸릴 뿐만 아니라 동심 상태도 문제가 될 것이므로 드릴 같은 곳에 연결하여 회전을 시키면서 줄톱으로 깍으면 되겠다는 생각이 들었다.

톱날의 구멍 칫수를 결정하는 축에 끼워져 있던 아바(Arbor)를 빼어 측정하니 뒤쪽 외경이 19mm 이고 내경은 17mm로 가지고 있는 1/2인치 드릴척으로는 직접 연결을 할 수 없었다.
가지고 있는 큼직한 부품들을 꺼내어 점검하니 3/8인치 전산 볼트 연결용 카플링이 있어 이를 구멍에 끼웟드니 "이런!" 딱 맞다. 카프링 자체에 약간의 테이퍼까지 있어 망치로 몇번 두드리니 잘 들어 맞는다.
"바로 이것이다!" 속으로 괘재를 부르며 이 카플링에 끼워서 충전식 드릴의 3/8" 척에 물릴 전산 볼트를 한 토막 그라인더로 잘라서 작업을 시작하였다.

이 아바를 충전 드릴로 돌리면서 줄톱을 19mm 외경의 돌출한 부분에 대고 회전을 시킬 때, 누르는 힘이 약간 부족하면 회전력으로 줄톱이 미끌어지면서 떨어져 약간 불편할 뿐 큰 문제없이 약 10여분 만에 가공에 성공하였다. 물론 깍는 중간, 중간 새로운 5/8인치 톱날을 대어 맞추어 보면서 작업을 진행하였다.

나 같이 이런 역발상으로 고심하시는 분에게 이 아이디어를 공유하고자 이 글을 쓰는 것이다.

첫번찌 사진의 위쪽에 보이는 것이 문제의 BOSCH 7-1/4" 원형톱이고 중간에 계양 톱날과 DIABLO 톱날이 보인다. 맨 좌측에 "I" 같이 보이는 것이 삼각형의 줄톱이다. 아래쪽에 작업에 사용한 3/8" 척이 달린 충전식 드릴이다.

두번째 및 세번째 사진은 개조 작업을 위해 준비한 전산볼트 카프링과 전산 볼트를 분해한 상태를 보여준다.

세번째 사진의 맨 아래쪽에 보이는 아바의 톱날이 걸리는 턱이 19mm를 5/8"로 줄톱으로 갈아서 칫수를 줄인 부분이다.

2020년 2월 11일 화요일

Electric Power Calculation 전력값을 구하는 공식

전력은 전압 벡터와 전류 벡터의 벡터합을 의미한다.
그래서 다음과 같은 공식으로 계산한다.

단상 전력 공식: P=V*I*Cosφ
삼상 전력을 구하는 공식을 알려드립니다.
$P3=\sqrt{3}\times V\times I\times \cos \varphi $P3=3×V×I×cosφ
결과값의 단위는 W(Watt) 입니다.
V는 전압을, I는 전류값을 입력합니다. "CosPI"는 해당 전력 회로의 역율(전압 벡터와 전류 벡터의 위상 차이각의 코사인 값)을 입력하여야 합니다. 순 저항 회로의 경우는 "1"이 됩니다.
전력은 단순 스칼라 량이 아닌 벡터값 이기 때문에 이런 계산이 필요합니다.
kW값을 원하실 경우 이 결과값을 1,000으로 나누면 됩니다.
참고 사항: "kW" 단위의 "k" 는 10의 3승을 의미하는 "Kilo"의 약자로 정해진 기호 이므로 항상 소문자로 사용하여야 합니다. 또한 "W"는 대문자로 사용하도록 정해져 있습니다.

삼상 전력을 구하는 공식을 알려드립니다.
$P3=\sqrt{3}\times V\times I\times \cos \varphi $P3=3×V×I×cosφ
결과값의 단위는 W(Watt) 입니다.
V는 전압을, I는 전류값을 입력합니다. "CosPI"는 해당 전력 회로의 역율(전압 벡터와 전류 벡터의 위상 차이각의 코사인 값)을 입력하여야 합니다. 순 저항 회로의 경우는 "1"이 됩니다.
전력은 단순 스칼라 량이 아닌 벡터값 이기 때문에 이런 계산이 필요합니다.
kW값을 원하실 경우 이 결과값을 1,000으로 나누면 됩니다.
참고 사항: "kW" 단위의 "k" 는 10의 3승을 의미하는 "Kilo"의 약자로 정해진 기호 이므로 항상 소문자로 사용하여야 합니다. 또한 "W"는 대문자로 사용하도록 정해져 있습니다.
삼상 전력을 구하는 공식을 알려드립니다.
$P3=\sqrt{3}\times V\times I\times \cos \varphi $P3=3×V×I×cosφ
결과값의 단위는 W(Watt) 입니다.
V는 전압을, I는 전류값을 입력합니다. "CosPI"는 해당 전력 회로의 역율(전압 벡터와 전류 벡터의 위상 차이각의 코사인 값)을 입력하여야 합니다. 순 저항 회로의 경우는 "1"이 됩니다.
전력은 단순 스칼라 량이 아닌 벡터값 이기 때문에 이런 계산이 필요합니다.
kW값을 원하실 경우 이 결과값을 1,000으로 나누면 됩니다.
참고 사항: "kW" 단위의 "k" 는 10의 3승을 의미하는 "Kilo"의 약자로 정해진 기호 이므로 항상 소문자로 사용하여야 합니다. 또한 "W"는 대문자로 사용하도록 정해져 있습니다.
삼상 전력을 구하는 공식을 알려드립니다.
$P3=\sqrt{3}\times V\times I\times \cos \varphi $P3=3×V×I×cosφ
결과값의 단위는 W(Watt) 입니다.
V는 전압을, I는 전류값을 입력합니다. "CosPI"는 해당 전력 회로의 역율(전압 벡터와 전류 벡터의 위상 차이각의 코사인 값)을 입력하여야 합니다. 순 저항 회로의 경우는 "1"이 됩니다.
전력은 단순 스칼라 량이 아닌 벡터값 이기 때문에 이런 계산이 필요합니다.
kW값을 원하실 경우 이 결과값을 1,000으로 나누면 됩니다.
참고 사항: "kW" 단위의 "k" 는 10의 3승을 의미하는 "Kilo"의 약자로 정해진 기호 이므로 항상 소문자로 사용하여야 합니다. 또한 "W"는 대문자로 사용하도록 정해져 있습니다.
삼상 전력 공식: P=√3*V*I*Cosφ
삼상 전력을 구하는 공식을 알려드립니다.
$P3=\sqrt{3}\times V\times I\times \cos \varphi $P3=3×V×I×cosφ
결과값의 단위는 W(Watt) 입니다.
V는 전압을, I는 전류값을 입력합니다. "CosPI"는 해당 전력 회로의 역율(전압 벡터와 전류 벡터의 위상 차이각의 코사인 값)을 입력하여야 합니다. 순 저항 회로의 경우는 "1"이 됩니다.
전력은 단순 스칼라 량이 아닌 벡터값 이기 때문에 이런 계산이 필요합니다.
kW값을 원하실 경우 이 결과값을 1,000으로 나누면 됩니다.
참고 사항: "kW" 단위의 "k" 는 10의 3승을 의미하는 "Kilo"의 약자로 정해진 기호 이므로 항상 소문자로 사용하여야 합니다. 또한 "W"는 대문자로 사용하도록 정해져 있습니다.

결과값의 단위는 W(Watt)가 된다.

V는 전압값을, I는 전류값을 입력한다. "Cosφ"는 해당 전력 회로의 역율(전압 벡터와 전류 벡터의 위상 차이각의 코사인 값)을 입력하여야 한다. 순 저항 회로의 경우는 "1"이 된다.
전력은 단순 스칼라 량이 아닌 벡터값 이기 때문에 이런 계산이 필요하며.
kW값을 원하실 경우 이 결과값을 1,000으로 나누면 된다.

참고 사항: "kW" 단위의 "k" 10 3승을 의미하는 "Kilo"의 약자로 정해진 기호 이므로 항상 소문자로 사용하여야 한다. 또한 "W"는 대문자로 사용하도록 정해져 있다.


2019년 8월 5일 월요일

A link to The Nikola Tesla Story(한글 문서), an article in an Internet Cafe 니꼴라 테슬라 이야기

비운의 천재 Nikola Tesla에 관한 엄청난 기사가 실린 카페의 링크;
https://cafe.naver.com/dieselmania/27368591

나는 전기 기술자의 한 사람으로서 Nikola Tesla를 존경한다.
그에 관한 자세한 이야기가 실려있는 카페를 발견하고 그 기사의 링크를 위에 적어 두었다.