CN108224084B - 用于测量罐内调节器的高压的系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于测量罐内调节器的压力的系统，其包括：直管流动路径，其与高压容器的内部直接连通；高压传感器，其部分可移动到直管流动路径中、紧固到直管流动路径和与直管流动路径分离；以及截止阀，其被设置在高压容器和高压传感器之间的直管流动路径上，其中当高压传感器与直管流动路径分离时，直管流动路径被截止阀封闭。

Description

用于测量罐内调节器的高压的系统
技术领域
本公开涉及一种能够测量装备有燃料电池系统的车辆的燃料或氢气供给系统中包括的高压罐的压力的系统。特别地，本公开涉及一种用于测量罐内(in-tank)调节器的压力的系统，其中系统包括：高压传感器，其可以从与罐内调节器和高压罐连接的直管流动路径(direct-pipe flow path)拆卸/附接到与罐内调节器和高压罐连接的直管流动路径；以及截止阀，从而利用附接/拆卸高压传感器来同步是否通过截止阀来打开/关闭直管流动路径。
背景技术
通常，燃料电池系统包括：燃料电池堆，其产生电能；燃料供给系统，其将燃料(例如，氢气)供给到燃料电池堆；空气供给系统，其供给作为燃料电池堆中的电化学反应所需的氧化剂的空气(例如，氧气)；热和水管理系统，其控制燃料电池堆的操作温度等。
压力约700巴的高压压缩氢气被存储在设置在燃料供给系统中的氢气罐，即氢气供给系统中，并且存储在氢气罐中的压缩氢气根据安装在氢气罐的进口上的高压控制器的开/关被排出到高压管线，并且此后，通过起动阀和氢气供给阀来减压以供给到燃料电池堆。
在现有技术中，具有压力约700巴的高压氢气罐的氢气在高压调节器中被首先减压至20巴或更低。氢气通过氢气供给阀或喷射器进一步被减压至4巴或更低并被供给到燃料电池堆。当通过使用燃料电池系统中的氢气供给阀执行二次减压时，通过起动阀确保氢气的气密性并且通过氢气供给阀精确地控制氢气流动。此外，氢气供给系统包括集成高压电磁阀和减压调节器的罐内调节器，并且由于罐内调节器在高压氢气罐中供给具有减压的压力的氢气，因此稳定性非常高。
由于在本背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，因此其可以包含不形成本领域普通技术人员在本国已经知晓的现有技术的信息。
发明内容
本公开致力于解决与现有技术相关的上述问题。
通过罐内调节器的压力测量系统需要必不可少地包括从高压容器直接延伸的流动路径，以便测量高压容器的压力，并且因此，难以处理异常情况。特别地，当从高压容器直接延伸的流动路径发生泄漏或者附接到流动路径的高压传感器发生泄漏或者高压传感器发生故障时，存在为了移除高压传感器而需要排出高压罐中的氢气的不便和缺点。
在一个方面，本公开提供一种用于罐内调节器的高压的系统，该系统包括：直管流动路径，其与高压容器的内部直接连通；高压传感器，其部分可移动到直管流动路径中，紧固到直管流动路径和与直管流动路径分离；以及截止阀，其被设置在高压容器和高压传感器之间的直管流动路径上，其中当高压传感器与直管流动路径分离时，直管流动路径被截止阀封闭。
在优选的实施例中，截止阀可以进一步包括在高压传感器的一个端部上形成的锥形部分。
在另一优选的实施例中，锥形部分的宽度可以朝向高压传感器减小。
此外，在另一优选的实施例中，高压传感器可以进一步包括：紧固部分，其将高压传感器和调节器紧固至彼此；以及传感器，其被配置成测量直管流动路径的压力，并且紧固部分可以通过螺旋紧固(screw fastening)来紧固调节器和高压传感器。
在又一优选的实施例中，直管流动路径可以具有在其一个点处形成的突出部，并且突出部可以被形成在截止阀和高压传感器之间。
在另一优选的实施例中，当高压传感器被移动到直管流动路径中时，传感器可将锥形部分推向直管流动路径的内部。
在其它优选的实施例中，当高压传感器与调节器分离时，锥形部分可以通过直管流动路径中的高压将突出部推向直管流动路径的外部。
在另一优选的实施例中，传感器可移动到由突出部形成的孔部(pupil)中，以将锥形部分推向直管流动路径的内部。
在另一优选的实施例中，当外力不被施加到截止阀时，截止阀可以保持常闭(NC)状态。
本公开通过解决问题的装置提供以下效果。
根据本公开，当截止阀关闭直管流动路径时，同时高压传感器被附接/拆卸，高压容器中的气体不需要被排出到外部以便拆卸/附接高压传感器。即，更换高压传感器的修理过程被简化以缩短所需的时间。
在现有技术中，当气体从高压容器被排出时，可能连续发生外部泄漏或部件中的问题，但是在本公开中，由于高压传感器被附接/拆卸并且截止阀关闭高压管线，因此可以显著地缩短处理异常和有问题的情况所需的时间。
对于汽油车辆，在为了更换部件而将所有汽油抽出到外部的情况下，其抽出的汽油是可重复使用的；与之相比，对于使用气体作为燃料的情况，当燃料被排出到外部时，气体不得不被排出到大气中；而在使用气体作为燃料的本发明中，由于燃料不需要被排出，所以可以防止不必要地消耗燃料。
在高压传感器被再次紧固之后，在现有技术中，泄漏需要通过将高压容器的压力再次升高到约700巴水平的高压来验证，然而在本公开中，由于保持高压容器的压力未被排出的状态，因此可以在短时间内容易地验证是否发生泄漏。
由于氢气被定位在高压容器中的罐内调节器减压以传送到燃料电池系统的氢气供给系统，所以氢气供给系统的耐久性或气密性可以增加，并且由于除了充气管之外未形成高压管线，因此氢气供给系统的安全性和稳定性可以提高。
下面讨论本公开的其它方面和优选实施例。
应当理解的是，如本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种小船和大船的船舶，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如，源自除石油以外的来源的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，汽油动力和电动车辆。
下面讨论本发明的以上和其它特征。
附图说明
现在将参照附图中所示的本公开的某些示例性实施例来详细描述本公开的以上和其它特征，附图在下文中仅以说明的方式给出并且因此不限制本公开，并且其中：
图1是示出现有技术中其上安装有罐内调节器的燃料电池系统的氢气供给系统的配置的简图；
图2是示出根据本公开的实施例的其上安装有罐内调节器的燃料电池系统的氢气供给系统的配置的简图；
图3是示出根据本公开的另一实施例的用于测量罐内调节器的压力的系统的截面的简图；
图4是示出现有技术中其上安装有罐内调节器的燃料电池系统中分离和重新安装高压传感器的流程的流程图；以及
图5是示出根据本公开的在测量罐内调压器的压力的系统中分离和重新安装高压传感器的流程的流程图。
附图中列举的附图标记包括对以下进一步讨论的以下元件的引用。
100：罐内调节器
110：直管流动路径
120：直管流动路径的突出部
200：高压传感器
210：高压传感器的紧固部分
220：高压传感器的传感器
300：截止阀
310：截止阀的锥形部分
应当理解的是，附图不一定按比例绘制，呈现说明本发明的基本原理的各个优选的特征的稍微简化的表示。包括例如具体尺寸、方位、位置和形状的如本文公开的本公开的具体设计特征将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。
在附图中，附图标记在整个附图的一些附图中指代本公开的相同或等同的部件。
具体实施方式
在下文中，将详细地参照本公开的各个实施例，本公开的示例在附图中示出并在以下描述。虽然将结合示例性实施例描述本发明，但是将理解的是，本说明书并不旨在将本发明限于那些示例性实施例。相反，本发明不仅旨在涵盖示例性实施例，而且旨在涵盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各个替代方案、变型、等同方案和其它实施例。
在本说明书中公开的包括“部件”、“单元”、“模块”等的术语是指处理至少一个功能或操作的单元，并且这可以通过硬件或软件或硬件和软件的组合来实施。
安装在车辆上的燃料电池系统可以通常被配置成包括：燃料电池堆，其产生电能；燃料供给装置，其将燃料(氢气)供给到燃料电池堆；空气供给装置，其供给作为燃料电池堆的电化学反应所需的氧化剂的空气中的氧气；以及冷却系统，其将燃料电池堆的反应热移除到系统的外部并且控制燃料电池堆的操作温度。
图1是示出在燃料电池系统中将燃料从高压容器传送到堆的氢气供给系统的通用配置的简图，并且根据图1，示出存储燃料的高压容器、减压调节器、电磁阀等。
在燃料电池系统中，将氢气存储在高压容器中的方法可以采用高压压缩(350巴压缩和700巴压缩)方案。当使用可以被单独设置在高压容器外部的外部调节器时，应当在每个电磁阀中形成高压管线。当其上安装有燃料电池系统的车辆被驱动时，即，当氢气被供给时，350巴或700巴的压力可以被连续地施加到高压管线。在连续地施加高压的部件或点处，配件、阀和管道的耐久性对于影响整个氢气供给系统的稳定性是有问题的。通过考虑该问题，当应用罐内调节器而不是外部调节器时，高压管线可以被省略。此外，当高压管线被省略时，在操作系统时可以提供安全性，简化整个燃料电池系统，并且节约成本。
然而，当氢气供给系统被配置成包括罐内调节器时，需要必不可少地包括与高压容器直接连接的单独的直管流动路径以便测量高压容器的压力，并且用于测量压力的高压传感器可以被设置在直管流动路径上。在现有技术中，当高压传感器与直管流动路径分离时，发生施加高压的直管流动路径被暴露于外部的问题，并且因此，在排出高压容器中的所有气体之后，高压传感器需要被分离。本公开旨在解决问题并且包括可设置在罐内调节器中的直管流动路径上的截止阀。此外，当高压传感器与调节器分离，详细地，与调节器中的直管流动路径分离时，截止阀关闭直管流动路径以防止直管流动路径中的高压暴露于外部。另外，根据本公开的另一实施例，直管流动路径、截止阀和高压传感器可以形成在被端塞密封的阀的相对侧处，而不是在包括喷嘴单元的阀侧处，氢气通过该喷嘴单元在高压容器中充入/排出。即使在该情况下，在形成在端塞侧处的直管流动路径上形成与高压容器中的压力相同的压力，并且类似于直管流动路径形成在罐内调节器中的情况，可以通过拆卸/附接高压传感器来确定截止阀是打开还是关闭。
在下文中，将参照附图详细地描述根据本公开的用于测量罐内调节器的压力的系统的配置和操作原理。此外，下面描述的本公开涉及使用罐内调节器的高压容器，并且因此，虽然罐内调节器和调节器一起使用，但是两者可以指相同的部件。
图2是示出根据本公开的实施例的燃料电池系统的氢气供给系统的配置的简图。图2示出截止阀300可以被设置在高压传感器200和高压容器之间。此外，由于作为在现有技术中的通用燃料电池系统的氢气供给系统中可以被通常采用和使用的部件的诸如图2所示的高压容器、电磁阀、过滤器和手动阀的部件可以在传统技术范围内被选择，因此下面将省略其描述。
图3是示出根据本公开的实施例的用于测量罐内调节器100的压力的系统的结构的简图。在根据本公开的用于测量罐内调节器100的压力的系统中，可以提供罐内调节器100。罐内调节器100直接连接到高压容器的内部或与高压容器的内部连通，并且因此，罐内调节器100可以共享高压容器中的高压。
罐内调节器100可以具有在罐内调节器100中的直管流动路径110。罐内调节器100可以通过直管流动路径110直接连接到高压容器的内部或与高压容器的内部连通。换言之，本公开的直管流动路径110可以被视为从高压容器的内部延伸的流动路径。因此，直管流动路径110的压力可以连续地保持成与高压容器的内部的压力相同。因此，直管流动路径110中测量的压力可以被确定为高压容器的内部的压力。
直管流动路径110不受限于其截面形状并且可以优选具有圆柱形。此外，在气体或流体可流经相应的直管流动路径110时，直管流动路径110的宽度是允许的，并且直管流动路径110的宽度可以根据特定点或特定位置而不同地形成。
直管流动路径110的突出部120可以形成在直管流动路径110的一个点处。突出部120可以形成在截止阀300和高压传感器200在直管流动路径110中相遇的点处。突出部120的形状不受限制，然而，其中突出部120接触截止阀300的一个端部以关闭直管流动路径110的形状是允许的，并且优选地，突出部120可以被形成为从具有预定尺寸的直管流动路径110的内部横截面突出。
在本公开的优选实施例中，直管流动路径110的直径可以在罐内调节器100的端部处增加。高压传感器200可以被插入、连接或紧固到直径增加的直管流动路径110中。在本公开中，其中高压传感器200被插入、连接或紧固到直管流动路径110中的方法不受限制，然而，可以使用可以保持高压传感器200和直管流动路径110之间的气密性的方法。优选地，螺旋凹槽可以在高压传感器200被插入直管流动路径110中的点处挖出，并且对应于高压传感器200的螺旋凹槽的单独的螺旋谷部(valley)可以形成在插入高压传感器200的直管流动路径110的点处。因此，高压传感器200和直管流动路径110即调节器100可以通过螺旋紧固方案彼此紧固。此外，用于进一步保持高压传感器200和直管流动路径110之间的气密性的密封构件可以被设置在其中高压传感器200和直管流动路径110彼此接触的点处。优选地，可以使用O形环。即，参照图3，穿过突出部120的直管流动路径110可以被设置在直管流动路径110的直径逐步增加的结构中。
同时，作为在本公开中使用的截止阀300，可以使用常闭(NC)阀。截止阀300可以包括用于与调节器100，详细地，与调节器中的直管流动路径110紧固的部件。截止阀300与罐内调节器100，详细地，与调节器中的直管流动路径110的紧固方法不受限制，并且优选地，截止阀300和直管流动路径110可以通过螺旋紧固方案来紧固。此外，在其中截止阀300和直管流动路径110被螺旋紧固的点处可以包括密封构件，其可以密封截止阀300和直管流动路径110并且防止振动。优选地，O形环可以被设置在截止阀300和直管流动路径110之间。
截止阀300可以包括设置在直管流动路径110的突出部120中的锥形部分310。锥形部分310的最小宽度可以小于由突出部120形成的孔部的最小宽度，并且锥形部分的最大宽度可以大于由突出部120形成的孔部的最大宽度并且小于直管流动路径110的宽度。因此，锥形部分310可以主要在直管流动路径110上自由地移动。然而，当锥形部分310被插入突出部120中时，锥形部分310可以通过将突出部120穿透到其中突出部120的宽度和锥形部分310的宽度彼此相同的锥形部分310的一个点来插入。即，在本公开中，锥形部分310的一个尖头部分可以被配置成插入由突出部120形成的孔部中。
当截止阀300的锥形部分310被最大程度地插入直管流动路径110的突出部120中时，即，当通过使锥形部分310的倾斜表面和突出部120接触而在锥形部分310和突出部120之间填充间隙时，从高压容器延伸的直管流动路径110可以被封闭。
同时，可以在本公开中使用的高压传感器200可以包括传感器220和紧固部分210。高压传感器200的传感器220可以形成在高压传感器200的一个端部上，并且传感器220的宽度可以形成为小于由直管流动路径110的突出部120形成的孔部。因此，当高压传感器200被安装在调节器100上或插入调节器100中，详细地，被安装在调节器中的直管流动路径110上或插入调节器中的直管流动路径110中时，传感器220可以被插入到由直管流动路径110的突出部120形成的孔部中。此外，根据本公开的实施例，高压传感器200可以被设置成具有不同长度的直径的多个圆柱形缸体。更优选地，高压传感器可以被设置成包括：圆柱形传感器220，其具有最小宽度；通过传感器220的圆柱形插入部分，其具有比传感器220更大的宽度；圆柱形紧固部分210，其具有比插入部分更大的宽度并且具有通过插入部分被挖出的用于螺旋紧固的螺旋凹槽；以及圆柱形操作单元，其暴露于外部并且具有最大宽度。此外，可以设置密封构件，其用于密封高压传感器200和调节器100，详细地，调节器的直管流动路径110并且防止振动。优选地，O形环可以被插入在高压传感器200的插入部分和调节器中的直管流动路径110之间。
在下文中，将参照图3至图5描述用于测量罐内调节器100的压力的系统的驱动顺序和驱动原理。图4是示出现有技术中具有直管流动路径110的泄漏、高压传感器200的错误和/或密封部件在其上安装有罐内调节器100的高压容器中被损坏的情况的处理逻辑。根据图4，在其上安装有现有技术中的罐内调节器100和高压传感器200的直管流动路径110中，当高压传感器200从罐内调节器100移除或分离时，直管流动路径110中的高压可能仅暴露于外部。在该情况下，可能引起包括氢气爆炸等的危险情况，并且因此，在移除或分离高压传感器200之前，需要特别优先地执行高压容器和直管流动路径110中的高压完全排出到外部。
然而，再次参照图3，在图3中，高压传感器200可以与罐内调节器100，详细地，调节器中的直管流动路径110紧固。在该情况下，高压传感器200的传感器220可以通过由直管流动路径110的突出部120形成的孔部接触截止阀300的锥形部分310。此外，高压传感器200的传感器220可以将直管流动路径110中的截止阀300的锥形部分310的顶端压向高压容器。当锥形部分310被按压时，截止阀300可以被切换到打开状态。
因此，高压传感器200的传感器220直接到达直管流动路径110并且与直管流动路径110直接连接，并且高压传感器200的传感器220可以仅暴露于直管流动路径110的内部压力和高压容器的内部压力。因此，当高压传感器200紧固到罐内调节器100，详细地，调节器的直管流动路径110时，高压传感器200的传感器220可以精确地检测高压容器的内部压力。
即，当高压传感器200通过螺旋紧固完全紧密地附接、联接或紧固到直管流动路径110时，高压传感器200的传感器220可以插入由直管流动路径110的突出部120形成的孔部中并且高压传感器200的传感器220将截止阀300的锥形部分310推向直管流动路径110上的高压容器，并且因此，高压传感器200的传感器220可以被暴露于与高压容器的内部压力相同的压力。
图5是根据实施例的高压传感器200与本公开中的罐内调节器100分离的简图并且示出用于说明分离和移除高压传感器200，并且此后将高压传感器200重新安装和重新紧固用于测量罐内调节器的压力的系统中的一系列过程的流程。根据图5，当发生直管流动路径110的泄漏，发生高压传感器200的错误和/或密封构件被损坏时，高压传感器200可以与罐内调节器100，详细地，调节器中的直管流动路径110分离，以便更换和修理其中发生异常情况的构件。
当高压传感器200与调节器的直管流动路径110分离时，截止阀300可以自然地恢复到常闭(NC)状态并且可以关闭直管流动路径110。此外，直管流动路径110的截止阀300与突出部120之间的气密性可以甚至通过力被进一步保持，形成在直管流动路径110中的高压容器的高压利用该力将截止阀300推向直管流动路径110的突出部120并且关闭截止阀300。在高压传感器200与罐内调节器100分离之后，设置在高压传感器200和罐内调节器之间的密封构件可以被更换。
当高压传感器200被再次安装并紧固到调节器中的直管流动路径110上时，氢气需要被重新注入，使得预定压力或更高压力形成在现有技术中的高压容器中，但是由于高压容器中的氢气在本公开中通过执行本公开的所有过程而保持高压状态，因此可以节约再次充入氢气所需的额外时间和额外氢气量。
根据以上详细描述的本公开，由于截止阀300在拆卸/附接高压传感器200的同时通过高压关闭直管流动路径110，存在高压容器中的气体不需要被排出到外部以便附接/拆卸高压传感器200的效果。即，更换高压传感器200的修理过程被简化以缩短所需的时间。
在现有技术中，当气体从高压容器被排出时，连续发生外部泄漏或部件中的问题，但是在本公开中，由于高压传感器200被附接/拆卸并且截止阀300关闭高压管线，因此可以显著地缩短处理异常和有问题的情况所需的时间。
对于汽油车辆，在为了更换部件而将所有汽油抽出到外部的情况下，其抽出的汽油是可重复使用的；与之相比，对于使用气体作为燃料的情况，当燃料被排出到外部时，气体不得不被排出到大气中；而在使用气体作为燃料的本发明中，由于燃料不需要被排出，所以可以防止不必要地消耗燃料。
在高压传感器200被再次紧固之后，在现有技术中，泄漏需要通过将高压容器的压力再次升高到约700巴水平的高压来验证，然而在本公开中，由于高压容器的压力未被排出的状态被保持，因此可以在短时间内容易地验证是否发生泄漏。
由于氢气被定位在高压容器中的罐内调节器100减压以传送到燃料电池系统的氢气供给系统，氢气供给系统的耐久性或气密性可以增加，并且由于除了充气管之外未形成高压管线，因此可以增加氢气供给系统的安全性和稳定性。
在本公开的核心精神中，考虑到需要通过采用罐内调节器将高压传感器安装在与高压容器直接连通的直管流动路径上，截止阀被安装在高压容器和高压传感器之间的直管流动路径的一个点处，并且高压传感器是被附接还是拆卸以及截止阀是打开还是关闭彼此同步，并且详细地，当高压传感器被紧固时，截止阀被压下以打开，并且当高压传感器被分离时，截止阀被保持在关闭状态以防止直管流动路径中的高压暴露于外部。
已经说明和描述本公开的实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离权利要求中描述的本公开的精神的情况下，本公开可以通过构成元件的附加、改变、删除或添加以各种方式进行变型和改变，并且变型和改变被包括在本公开的权利要求中。
在描述本公开的实施例时，如果已知功能或构成使本公开的要点不清楚，则将省略对已知功能或构成的详细描述。另外，作为考虑到本公开的实施例中的功能而具体限定的术语的使用的术语可以根据用户或操作者的意图或通常的实践而变化。因此，术语需要基于本说明书的内容来限定。因此，本发明的详细描述不旨在限制本公开作为所公开的实施例，并且其应当被解释为权利要求还包括其他实施例。
已经参考本发明的优选实施例详细描述本发明。然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以在这些实施例中进行改变，本发明的范围由权利要求及其等同方案来限定。

Claims (5)

1.一种用于测量罐内调节器的压力的系统，所述系统包括：
直管流动路径，所述直管流动路径与高压容器的内部直接连通；
高压传感器，所述高压传感器的部分能够移动到所述直管流动路径中、紧固到所述直管流动路径和与所述直管流动路径分离；以及
截止阀，被设置在所述高压容器和所述高压传感器之间的直管流动路径上，
其中当所述高压传感器与所述直管流动路径分离时，所述直管流动路径被所述截止阀封闭，
其中当外力不被施加到所述截止阀时，所述截止阀保持常闭状态，即NC状态，
其中所述截止阀包括面向所述高压传感器的一个端部的锥形部分，
其中所述直管流动路径包括形成在所述直管流动路径的一个点处的突出部，并且所述突出部形成在所述截止阀和所述高压传感器之间，
其中所述高压传感器包括被配置成测量所述直管流动路径的压力的传感器，并且
其中当所述高压传感器完全紧密地联接到所述直管流动路径时，所述传感器插入由所述直管流动路径的所述突出部形成的孔部中并且所述传感器直接接触所述截止阀的所述锥形部分并将所述截止阀的所述锥形部分推向所述直管流动路径上的所述高压容器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压容器包括罐内调节器，并且
所述直管流动路径形成在所述罐内调节器中。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述锥形部分的宽度朝向所述高压传感器减小。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述高压传感器进一步包括：
紧固部分，将所述高压传感器和所述罐内调节器紧固到彼此，
其中所述紧固部分通过螺旋紧固来紧固所述罐内调节器和所述高压传感器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中当所述高压传感器与所述罐内调节器分离时，所述锥形部分通过所述直管流动路径中的高压将所述突出部推向所述直管流动路径的外部。
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