CN202500687U - 兼有节油功能的道路pm2.5清除装置 - Google Patents

Abstract

一种兼有节油功能的道路PM2.5清除装置，其由机动车进气道、电力除尘器、高压电源和机动车发动机传统进气系统组成，所述电力除尘器与所述机动车进气道连接，所述电力除尘器的出气口与机动车发动机传统进气系统连接；其特征在于所述电力除尘器包括集尘极和电晕极，所述高压电源的两个电极分别与所述集尘极与所述电晕极相连；带有包括PM2.5颗粒的含尘空气从机动车进气道进入所述电力除尘器，并通过所述集尘极与所述电晕极之间形成的高压电场，清除包括PM2.5颗粒的灰尘后，已经滤清的空气再经所述的电力除尘器的出气口进入机动车发动机传统进气系统。

Description

兼有节油功能的道路PM2.5清除装置

技术领域

本实用新型涉及机动车和环保领域，尤其涉及一种可以清除车辆密集的道路空气中PM2.5的兼有节油功能的道路PM2.5清除装置。 

背景技术

PM2.5是指空气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可吸入颗粒物。它富含大量的有毒、有害物质且可在空气中长时间的停留、因此对人体健康和空气质量、能见度等都具有重大的危害。而机动车尾气是PM2.5的最大污染源。 

目前有采用柴油机微粒过滤器（DPF，DieselParticulateFilter）捕捉汽车尾气颗粒物的现有技术，DPF的过滤材料可以是陶瓷蜂窝载体、陶瓷纤维编织物、金属蜂窝载体或金属纤维编织物等。所述的DPF可使柴油发动机尾气中的颗粒物含量降低80%到90%左右。但这种过滤清除PM2.5的方法存在以下严重的缺点： 

1、随着过滤下来的颗粒的增加，发动机排气阻力（排气背压）也随之增加，导致发动机动力性和经济性恶化，换言之，这种过滤的方法，使发动机的能耗增加。

2、工作－段时间后，必须消耗燃料或电力使其“加热再生”，导致发动机的能耗进一步增加。 

3、造价高昂，每台需要数万元。 

若用此法清除PM2.5所需的费用，特别是由此产生的附加能源（或燃料）消耗实在是太高，令社会难以承受，并违背“节能降耗”的宗旨。 

本实用新型的实用新型目的即针对现有技术的缺陷，设计－种新颕的符合节能降耗宗旨的道路PM2.5清除装置，这种装置具备以下功能： 

1、可以清除空气中、特别是车辆密集的道路空气中的PM2.5；

2、既可清除空气中的PM2.5又可降低发动机的燃油消耗；

3、可以连续工作而无需“再生”。

实用新型内容

在阐述本实用新型的实用新型内容之前，首先阐述以下两种器件： 

一、机动车空气滤清器：

空气滤清器是机动车发动机进气系统的必备器件，其功能是滤除空气中的灰尘颗粒，以防止发动机的气缸和活塞环快速地磨损。纸质空气滤清器由于具有高效廉价的优点，因而其是发动机进气系统中应用最广泛的空气滤清器。此种纸质空气滤清器有以下的特征：

1、由纸上开有许多微孔的工业滤纸制造，所述微孔的最小平均孔径为32μm（参见中华人民共和国汽车行业标准，内燃机工业滤纸QC/T794-2007）；

2、由于滤纸上微孔的最小平均孔径为32μm，因此所述的纸质空气滤清器只能滤除直径大于32μm的颗粒而无法滤除PM2.5；

3、直径为32μm左右的颗粒将塞住微孔，使所述的纸质空气滤清器的阻力增加，导致产生以下负面效果：

a、为克服进气阻力，使发动机动力特征变劣--等效为耗油量上升；

b、空气（氧气）供应不足，使燃料燃烧不充分导致尾气冒黑烟--也可等效为耗油量上升；

c、必须定期更換空气滤清器，全国2.23亿辆机动车将消耗数量惊人的滤纸及滤纸的支撑框架材料。

二、电力除尘器： 

电力除尘器具有以下的优点：

1、在高压电场的作用下，可使空气中的灰尘“荷电”而成带电颗粒，实现灰尘与气体分离所需的力（库仑力）是直接作用在灰尘颗粒上的，因此，其除尘的能耗在各类除尘器中为最小；

2、除尘效率高达99.99℅，直径小于1μm的颗粒也能捕集，因此，可以高效地清除PM2.5；

3、压力损失仅100～200Pa，与纸质空气滤清器相比较，其对机动车的进气阻力可以忽略不计。

下面阐述本实用新型的实用新型内容： 

一种兼有节油功能的道路PM2.5清除装置，其由机动车进气道、电力除尘器、高压电源和机动车发动机传统进气系统组成，所述电力除尘器与所述机动车进气道连接，所述电力除尘器的出气口与机动车发动机传统进气系统连接；其特征在于所述电力除尘器包括集尘极和电晕极，所述高压电源的两个电极分别与所述集尘极与所述电晕极相连，所述集尘极下方设有纳尘桶，所述纳尘桶中装有纳尘液，所述纳尘桶通过法兰连接在所述集尘极下端设置的多孔板上。

所述集尘极为管形，所述集尘极上端还设有纳气多孔板，所述电晕极通过所述纳气多孔板上的接线瓷接头和所述多孔板上的支撑瓷接头支撑安装在所述集尘极的轴线位置。 

所述纳尘桶上设有进液阀，所述纳尘桶底部具有泻液阀。 

所述高压电源位于由机动车进气道、电力除尘器和机动车发动机传统进气系统组成的气体管路之外，所述高压电源的正极与所述集尘极相连，所述高压电源的负极与所述电晕极相连。 

一种兼有节油功能的道路PM2.5清除装置，其包括电控箱、电力除尘器、纳尘桶；所述电控箱位于所述电力除尘器上方，所述电控箱与所述电力除尘器之间嵌有隔板，所述纳尘桶位于所述电力除尘器下方，所述纳尘桶与所述电力除尘器之间嵌有多孔板；其中所述电力除尘器由第一电力除尘区、第二电力除尘区、第三电力除尘区组成；所述的第一电力除尘区、第二电力除尘区、第三电力除尘区均由圆管形集尘极、电晕极、接线瓷接头、支撑瓷接头组成，所述电晕极通过所述隔板上设置的所述接线瓷接头以及所述多孔板上设置的所述支撑瓷接头设在所述圆管形集尘极的轴线位置上，所述高压电源的负极通过所述接线瓷接头与所述电晕极相连接，所述高压电源的正极与所述圆管形集尘极相连接。 

所述第一电力除尘区与第二电力除尘区之间设有允许气流通过的连通管，所述第三电力除尘区上端设有排气口。 

所述的纳尘桶内设有纳尘液、液上通道、液通气阻板，所述液上通道用于贯通所述第二电力除尘区和所述第三电力除尘区；所述纳尘桶中在所述第一电力除尘区与所述第二电力除尘区分界区下方设有所述液通气阻板，所述液通气阻板在下端开有允许所述纳尘液流通的孔。 

所述电控箱与所述电力除尘器通过法兰连接，所述电力除尘器与所述纳尘桶通过法兰连接。 

本实用新型的工作过程为；带有包括PM2.5颗粒的含尘空气经进气道A输入至电力除尘器，经电力除尘器清除包括PM2.5颗粒的灰尘后，已经“滤清”的空气再经所述的电力除尘器的出气口B送至传统进气系统。 

在上述工作过程中，受高压电场驱动，进入电力除尘器中包括PM2.5颗粒的灰尘被集聚在电力除尘器的集尘极上（本实用新型称此集聚的灰尘为“尘垢”），受汽车运动的振动和重力的影响，尘垢从集尘极脱落并经多孔板进入纳尘桶中。定期开启纳尘桶上的泄液阀，已集聚的尘垢（包括了PM2.5在内的灰尘颗粒团）就随纳尘液排出。 

应用本实用新型，可以取得以下有益效果： 

1、一举二得，既滤清了机动车的进气，又清除了道路空气中的PM2.5。在本实用新型中，机动车的角色作了重大的改变：对PM2.5而言，机动车由单纯的污染源转变为既是污染源又是清除设备的双重角色。

道路、街道是机动车密集的地点，也是PM2.5污染最严重的地点，按本实用新型清除道路空气中的PM2.5，一辆车所起的作用或许微不足道，但全国有2.23亿辆机动车、仅北京市就拥有472万辆汽车，以北京市为例，472万辆汽车－起清除道路空气中的PM2.5，效果就惊人了！ 

经计算，一辆功率为192kw的四冲程增压的柴油公交车，按本实用新型的方法，一年内至少可清除4kg的PM2.5。若按每辆车每年平均清除0.5kgPM2.5计算，北京市则可清除236万公斤的PM2.5。PM2.5是轻飘的微粒，清除了236万公斤的PM2.5，北京市PM2.5指数将因此而大幅下降！北京市如此，其他地区应用本实用新型后，同样也可大幅下降PM2.5指数。

毋庸置疑，按本实用新型的方法，在清除PM2.5的同时，进气中的其他的气浮灰尘例如PM10也被清除（灰尘颗粒越大越容易清除）。 

2、节约了燃油。因为处于机动车进气前端的电力除尘器已清除了99.99℅灰尘，传统进气系统中的空气滤清器已无“负荷”，其已无需承担“空气滤清”的任务，只须起“保险丝”作用---预防电力除尘器失效，其将始终“如新”始终畅通而阻力小，因此，机动车进气的阻力小，等效节约了燃油。 

3、节约了材料。电力除尘器的长寿命决定了传统的空气滤清器可以始终“如新”、无须定期更換，因此，可以节约大批用于制造“传统的空气滤清器”的材料。 

4、低价位。众所周知，所述的电力除尘器是长寿命低价位的器件，即使用于坦克等重型机动车，其成本也只有数百元。与动辄数万元的前述之DPF相比较，本实用新型堪称“低价位”。 

5、改变了汽车在公众中的形象。如前所述，应用本实用新型后，汽车新增了清除PM2.5的功能而成为PM2.5清除装置，其“尾气”虽污染环境，但其“进气”却不断地维护环境，“进气”不断，“维护环境”不止！公众对汽车将会有新的评价。 

综上所述，本实用新型是“节能降耗、綠色环保”的项目。 

附图说明

图1为本实用新型的原理图； 

图2a-2b为本实用新型实施例1的示意图；

其中：图2-b为图2-a的D-D剖视图；

图3a-3c为本实用新型实施例2的示意图；

其中：

图3-b为图3-a的E-E剖视图、图3-c为图3-b的F-F剖视图；

1表示第一电力除尘区、2表示第二电力除尘区、3表示第三电力除尘区。

图中，功能相同的零、部件的附图标记相同。 

具体实施方式

下面，结合附图，对本实用新型作进一步的说明。 

图1为本实用新型的原理图。该兼有节油功能的道路PM2.5清除装置由机动车的进气道A、电力除尘器10、多孔板16、纳尘桶20、传统进气系统100组成。其中，电力除尘器10与机动车的进气道A连接、电力除尘器10的出气口B与传统进气系统100连接。 

该电力除尘器10可以采用脉冲电力除尘器也可以采用直流电力除尘器，本实用新型优先采用脉冲电力除尘器。 

该电力除尘器10的下方设有纳尘桶20和多孔板16； 

所述纳尘桶20为一个方形或圆形的桶，桶壁上装有进液阀21和泄液阀22，桶中灌有纳尘液体，简称纳尘液23。

所述多孔板16上开有圆孔，所述的圆孔可以用其他几何形状的孔例如楕圆状、栅条状的孔取代。 

本实用新型的工作过程为：带有包括PM2.5颗粒的含尘空气经进气道A输入至电力除尘器10，经电力除尘器10清除包括PM2.5颗粒的灰尘后，已经“滤清”的空气再经所述的电力除尘器10的出气口B送至传统进气系统100。 

在上述工作过程中，受高压电场驱动，进入电力除尘器10中包括PM2.5颗粒的灰尘被集聚在电力除尘器10的集尘极上（本实用新型称此集聚的灰尘为“尘垢”），受汽车运动的振动和重力的影响，尘垢从集尘极脱落并经多孔板16进入纳尘桶20中。定期开启纳尘桶20上的泄液阀22，已集聚的尘垢（包括了PM2.5在内的灰尘颗粒团）就随纳尘液23排出。 

结合图2说明本实用新型优选实施例的具体结构及工作过程。根据本实用新型优选实施例的兼有节油功能的道路PM2.5清除装置采用法兰连接在机动车进气管路中。包括进气道A、纳气口206、纳气多孔板24、过渡瓷接头11、接线瓷接头12、电晕极13、集尘极14、支撑瓷接头15、多孔板16、纳尘桶20、进液阀21、泄液阀22、纳尘液23、出气口B、传统进气系统100、高压电源200。 

机动车进气道A通过进气管道和法兰与纳气口206连接。纳气口206通过法兰与管形集尘极14的上端连接，在它们的连接法兰之间嵌有纳气多孔板24。 

高压电源200位于机动车进气管路外部。集尘极14的上端和下端分别装有纳气多孔板24和多孔板16。纳气多孔板24和多孔板16可以由金属材料或绝缘材料组成，优选地采用绝缘材料，以加强对高压的绝缘作用。且纳气多孔板24和多孔板16上开有圆孔或其他几何形状的孔，例如楕圆状、栅条状的孔，以允许气流通过。 

多孔板16上装有支撑瓷接头15，纳气多孔板24上装有接线瓷接头12。高压电缆的一端连接高压电源200的负极，另一端穿过过渡瓷接头11和接线瓷接头12与电晕极13相连接。高压电源200的正极与管形集尘极14的外壳相连接，并可靠接地。这种负高压连接方式不仅保证了用电安全，而且有利于电力除尘和降低噪声。 

所述高压电源200可以是直流高压电源或者是脉冲高压电源，且其电力取自机动车蓄电池，通过逆变电路升压。 

电晕极13位于管形集尘极14轴心位置，电晕极13由支撑瓷接头15和接线瓷接头12支撑。 

所述的纳气口206的管壁上装有过渡瓷接头11；所述的纳气多孔板24上装有接线瓷接头12。 

所述的集尘极14的下端通过法兰与所述的纳尘桶20连接，在它们的连接法兰之间嵌有多孔板16； 

所述的多孔板16上装有支撑瓷接头15；

进液阀21、泄液阀22安装在纳尘桶20的壁上；

出气口B通过法兰与传统进气系统100连接；

所述的高压电源200的正极与集尘极14连接，负极通过过渡瓷接头11、接线瓷接头12与电晕极13连接；

接线瓷接头12与支撑瓷接头15置电晕极13于集尘极14的几何中心位置，其轴线与集尘极14的轴线重合；其横截面可以为图2-b所示的棒状，也可以为多棱梅花状。本实用新型优先采用开有齿状螺纹的螺柱。

过渡瓷接头11、接线瓷接头12、支撑瓷接头15均用电工陶瓷制造； 

高压电源200可以采用直流高压、脉冲高压，本实用新型优先采用除尘效率高的脉冲高压。

结合图2，纳气多孔板24、多孔板16上开有圆孔，所述的圆孔的功能是允许含尘气流或前述的尘垢通过，所述的圆孔可以用具有同等功能的孔例如楕圆状、栅条状的孔取代。 

纳尘液23的功能是接纳前述的尘垢--即集聚后的包括PM2.5灰尘在内的颗粒团，防止二次扬尘，其可以用具有此功能的液体例如水、油，本实用新型优先采用水，但在寒冷易结冰的地区则优先采用油。 

结合图2：在本实施例中，高压电源200的负极接电晕极13、正极接集尘极14，为负高压接法；也可以采用正极接电晕极13、负极接集尘极14的正高压接法，本实用新型优先采用负高压接法。 

高压电源200的能源采用机动车车载的AC或DC电源，通过逆变电路升压。 

本实施例中电力除尘器的工作原理为： 

1、电晕放电：高压电源200输出的高压电场施加在电晕极13与集尘极14之间，产生了图2中的电力线E（图2中所示的电力线E仅是众多电力线中的－束）并发生电晕放电，使气体电离并产生大量的自由电子，这些自由电子被气体分子俘获后便形成气体负离子，气体负离子在电场力的作用下，以与电力线E相反的方向朝集尘极14移动，便形成了空间电荷；

2、灰尘荷电：流经电场空间的进气中的包括PM2.5在内的灰尘颗粒与空间电荷相遇并碰撞，空间电荷附在灰尘颗粒之上而使灰尘荷电；

3、灰尘沉降：在电场力的作用下，荷电的灰尘颗粒被驱往集尘极14并沉集在其内壁上；

4、灰尘清除：沉集在集尘极14内壁上的包括PM2.5在内的灰尘颗粒由于互相粘滞亲合而成颗粒团形式的尘垢，这些进气中的颗粒团尘垢受车轮的颤动和重力的作用而脱落、经多孔板16落入纳尘液23之中。

结合图3，本实用新型的实施例2由进气道A、纳气口206、三组接线瓷接头12、三组电晕极13、三组集尘极14、三组支撑瓷接头15、多孔板16、连通管T、纳尘桶20、进液阀21、泄液阀22、纳尘液23、出气口B、传统进气系统100、高压电源200、电控箱201、隔板202、圧紧板203、压紧孔204、基础板205、液通气阻板207及液上通道208组成。其中采用了三组类似于实施例1中的集尘极与电晕极，并且各组之间串联，以提高除尘能力和效率。基础板205的上端通过上端折边板与电控箱201连接，两者之间嵌有隔板202；基础板205的下端通过下端折边板与纳尘桶20连接，两者之间嵌有多孔板16； 

所述的三组集尘极14的上端与隔板202连接、下端与多孔板16连接；

所述的三组集尘极14与隔板202、多孔板16可以用焊接、粘接或法兰三种连接方法的任一方法连接；

三组接线瓷接头12均安装在隔板202上、三组支撑瓷接头15均安装在多孔板16上；三组电晕极13通过各自组的接线瓷接头12、支撑瓷接头15同轴支撑安装在各自组的管状集尘极14中；

所述三组接线瓷接头12、三组电晕极13、三组集尘极14、三组支撑瓷接头15、多孔板16、隔板202之间形成了第一电力除尘区1、第二电力除尘区2、第三电力除尘区3；

第一电力除尘区1、第二电力除尘区2分界区下方的纳尘桶20内设有液通气阻板207，其下端开有允许液体流通的孔。结合图3，当纳尘液23的液面高于所述的液通气阻板207下端的孔位时，纳尘液23可以通过所述的孔流通，但第二电力除尘区2下冲的气流仅允许沿液上通道208向第三电力除尘区3流动而不允许回流至第－电力除尘区1，即：液通气阻板207的功能是“液通气阻”。

电控箱201内装有高压电源200。所述电控箱201 通过法兰连接在上述隔板202上。所述的高压电源200的正极分别与第一电力除尘区1、第二电力除尘区2、第三电力除尘区3中的集尘极14连接、负极分别与第一电力除尘区1、第二电力除尘区2、第三电力除尘区3中的电晕极13连接； 

第－电力除尘区1中的设有纳气口206，该纳气口206与机动车的进气道A连接;第三电力除尘区3中的上端设有出气口B，该出气口B与机动车的传统进气系统100连接;第一电力除尘区1、第二电力除尘区2的上端之间设有连通管T；

所述的第二电力除尘区2与第三电力除尘区3之下方、多孔板16与纳尘液之间设有液上通道208，并且，该液上通道208对气流的流通截面积大于第二电力除尘区2对气流的流通截面积，即液上通道208中的气流流速小于第二电力除尘区2中的气流流速；

圧紧板203的作用是通过压紧孔204用紧固件将第一电力除尘区1、第二电力除尘区2、第三电力除尘区3与基础板205紧固，使所述的第一电力除尘区1、第二电力除尘区2、第三电力除尘区3与纳尘桶20、电控箱201、基础板205紧固成为整体。

本实施例的工作原理与本实施例1相同，其清除PM2.5的过程为： 

1、自进气道A吸入的含有PM2.5颗粒的空气经纳气口206进入第一电力除尘区1，该第一电力除尘区1既是电力除尘区也是“惯性除尘区”，空气中较大的颗粒与第一电力除尘区1中的集尘极14之内壁碰撞并受重力的作用而落入纳尘桶20中、最终被纳尘液所接纳；

2、被惯性除尘清除了较大的颗粒的进气气流沿着箭头所示的方向，依次经过第一电力除尘区1、连通管T、第二电力除尘区2、纳尘桶20内的液上通道208、第三电力除尘区3、出气口B，最终进入传统进气系统100。

3、进气气流经第一电力除尘区1、第二电力除尘区2电力除尘和惯性除尘后，已基本清除了包括PM2.5在内的灰尘颗粒，第三电力除尘区3仅起最后把关的作用。 

4、由第二电力除尘区2收集的包括PM2.5在内的灰尘颗粒团形成的“尘垢”，受车轮颤动与重力的作用，将从集尘极内壁脱落并跌入液上通道208中。由于： 

a、如前所述，液上通道208的截面积大于第二电力除尘区2的截面积，所以，液上通道208中的气流速度变慢，气流携尘能力下降，有利于尘垢碎片跌入纳尘液23中，也有效地预防了“二次扬尘”；

b、气流在液上通道208中作了180度的換向，更有利于尘垢碎片跌入纳尘液23中和更有效地预防了“二次扬尘”。

设计液上通道是本实用新型的重要技术手段之－。 

5、由于出气口设在第三电力除尘区3的上端，故进一步预防了“二次扬尘”对传统进气系统100的影响。 

本专业的技术人员应该清楚：无论实施例1还是实施例2，都可以采用串联或并联的方法增大本实用新型清除PM2.5的能力，換言之：可以通过串联或并联的方法来增大可“滤清”的气流量。 

Claims (8)

1.一种兼有节油功能的道路PM2.5清除装置，其由机动车进气道、电力除尘器、高压电源和机动车发动机传统进气系统组成，所述电力除尘器与所述机动车进气道连接，所述电力除尘器的出气口与机动车发动机传统进气系统连接；其特征在于所述电力除尘器包括集尘极和电晕极，所述高压电源的两个电极分别与所述集尘极与所述电晕极相连，所述集尘极下方设有纳尘桶，所述纳尘桶中装有纳尘液，所述纳尘桶通过法兰连接在所述集尘极下端设置的多孔板上。

2.根据权利要求1所述的兼有节油功能的道路PM2.5清除装置，其中所述集尘极为管形，所述集尘极上端还设有纳气多孔板，所述电晕极通过所述纳气多孔板上的接线瓷接头和所述多孔板上的支撑瓷接头支撑安装在所述集尘极的轴线位置。

3.根据权利要求1所述的兼有节油功能的道路PM2.5清除装置，其中所述纳尘桶上设有进液阀，所述纳尘桶底部具有泻液阀。

4.根据权利要求1所述的兼有节油功能的道路PM2.5清除装置，其中所述高压电源位于由机动车进气道、电力除尘器和机动车发动机传统进气系统组成的气体管路之外，所述高压电源的正极与所述集尘极相连，所述高压电源的负极与所述电晕极相连。

5.一种兼有节油功能的道路PM2.5清除装置，其包括电控箱、电力除尘器、纳尘桶；所述电控箱位于所述电力除尘器上方，所述电控箱与所述电力除尘器之间嵌有隔板，所述纳尘桶位于所述电力除尘器下方，所述纳尘桶与所述电力除尘器之间嵌有多孔板；其中所述电力除尘器由第一电力除尘区、第二电力除尘区、第三电力除尘区组成；其中所述的第一电力除尘区、第二电力除尘区、第三电力除尘区均由圆管形集尘极、电晕极、接线瓷接头、支撑瓷接头组成，所述电晕极通过所述隔板上设置的所述接线瓷接头以及所述多孔板上设置的所述支撑瓷接头设在所述圆管形集尘极的轴线位置上，所述高压电源的负极通过所述接线瓷接头与所述电晕极相连接，所述高压电源的正极与所述圆管形集尘极相连接。

6.根据权利要求5所述的兼有节油功能的道路PM2.5清除装置，其中所述第一电力除尘区与第二电力除尘区之间设有允许气流通过的连通管，所述第三电力除尘区上端设有排气口。

7.根据权利要求5所述的兼有节油功能的道路PM2.5清除装置，其中所述的纳尘桶内设有纳尘液、液上通道、液通气阻板，所述液上通道用于贯通所述第二电力除尘区和所述第三电力除尘区；所述纳尘桶中在所述第一电力除尘区与所述第二电力除尘区分界区下方设有所述液通气阻板，所述液通气阻板在下端开有允许所述纳尘液流通的孔。

8.根据权利要求5所述的兼有节油功能的道路PM2.5清除装置，其中所述电控箱与所述电力除尘器通过法兰连接，所述电力除尘器与所述纳尘桶通过法兰连接。

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