JP2008520948A - Heater burner with improved baffle plate - Google Patents
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Abstract
本発明は、ほぼ軸線対称の燃焼室(22)と、燃焼室(22)内に配置されたバッフルプレート(36)とを具備している、特に自動車で使用するためのヒータ用バーナに関する。本発明に従い、バッフルプレート(36)が軸方向において予め設定された曲がりを有し、この曲がりが燃え尽き領域(32)の方に設けられている。The present invention relates to a heater burner, particularly for use in a motor vehicle, comprising a substantially axially symmetric combustion chamber (22) and a baffle plate (36) arranged in the combustion chamber (22). In accordance with the present invention, the baffle plate (36) has a preset bend in the axial direction, and this bend is provided towards the burnout region (32).
Description
本発明は、ほぼ軸線対称の燃焼室と、燃焼室内に配置されたバッフルプレートとを具備している、特に自動車で使用するためのヒータ用バーナに関する。 The present invention relates to a heater burner, particularly for use in a motor vehicle, comprising a combustion chamber that is substantially axially symmetric and a baffle plate disposed in the combustion chamber.
噴霧バーナまたはスプレーバーナとも呼ばれるこのようなバーナは特に自動車用補助ヒータおよび独立ヒータで使用される。 Such burners, also referred to as spray burners or spray burners, are used in particular in automotive auxiliary heaters and independent heaters.
このようなヒータには多数の要求が存在し、特に信頼性があって有害物質排出の少ない始動と安定した燃焼に関する要求が存在する。更に、異なる組込み姿勢で使用可能なヒータを作る努力がなれる。 There are a number of requirements for such heaters, particularly those that are reliable and have low emissions of hazardous materials and requirements for stable combustion. Furthermore, efforts can be made to make heaters that can be used in different built-in postures.
始動に関しては、種々の運転パラメータを互いに調和させなければならない。一方では、バーナ始動中、始動領域において比較的に濃い燃料−空気−混合気を供給する必要があり、他方では、燃料ニードルから始動領域への燃料搬送を保証するために、充分な量の一次燃焼空気を供給する必要がある。 For start-up, various operating parameters must be harmonized with one another. On the one hand, during the start of the burner, it is necessary to supply a relatively rich fuel-air-air mixture in the starting area, and on the other hand, a sufficient amount of primary to guarantee fuel transfer from the fuel needle to the starting area. It is necessary to supply combustion air.
ヒータの異なる組込み姿勢を可能にするという要求は、始動性に関する問題と関連している。すなわち、一次空気供給部を小さくして、燃料を始動領域に搬送できるようにするために、従来は、燃料ニードルの出口を下方に向け、それによってバーナ全体を垂直な組込み姿勢で取付けなければならなかった。 The requirement to allow different built-in postures of the heater is associated with problems with startability. That is, in order to reduce the primary air supply and allow the fuel to be transported to the starting area, conventionally, the outlet of the fuel needle has to be directed downward, thereby mounting the entire burner in a vertically assembled position. There wasn't.
バーナの安定した燃焼を保証するために、時として矛盾する要求を満足しなければならない。一方では、常に燃料と空気の良好な混合が要求され、他方では火炎の中心範囲においておよび特に始動相の間、高すぎる空気の割合および強すぎる渦作用を生じることは望ましくない。 In order to ensure stable combustion of the burner, sometimes conflicting requirements must be met. On the one hand, good mixing of fuel and air is always required, and on the other hand, it is undesirable to produce too high a proportion of air and too strong vortices in the central area of the flame and especially during the starting phase.
本発明の根底をなす課題は、従来技術の上記の問題を少なくとも部分的に克服し、特に信頼性があって有害物質排出が少ないかまたは黒煙が少ない始動を、異なる組込み姿勢で可能にすることである。 The problem underlying the present invention overcomes the above-mentioned problems of the prior art at least in part and enables a particularly reliable start-up with less harmful substances emission or less black smoke, with different built-in postures That is.
この課題は独立請求項の特徴によって解決される。 This problem is solved by the features of the independent claims.
本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。 Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
本発明では、冒頭に述べたバーナにおいて、バッフルプレートが軸方向において予め設定された曲がりを有し、この曲がりが燃え尽き領域の方に設けられている。バッフルプレートの曲がりに基づいて、温度に左右されないバッフルプレートの所定の形状が生じる。平らに形成された従来技術のバッフルプレートの場合、これは時として達成されなかった。というのは、温度に依存して自発的形状変化が起こり、これがバーナの燃焼状態に不利な影響を与えるからである。燃え尽き領域の方への曲がりにより、始動室の範囲に充分な空間が供される。更に、燃え尽き領域の方への曲がりがこの領域内の流れ状態に不利な影響を与えないことがわかった。特に、渦流化された明確な逆流領域が燃え尽き領域の半径方向内側において維持される。 In the present invention, in the burner described at the beginning, the baffle plate has a preset bend in the axial direction, and this bend is provided toward the burnout region. Based on the bending of the baffle plate, a predetermined shape of the baffle plate that does not depend on temperature occurs. In the case of prior art baffle plates formed flat, this was sometimes not achieved. This is because a spontaneous shape change occurs depending on the temperature, which adversely affects the combustion state of the burner. Bending towards the burnout area provides sufficient space for the start-up chamber. Furthermore, it has been found that bending towards the burnout area does not adversely affect the flow conditions in this area. In particular, a clear vortexed counter flow region is maintained radially inward of the burn-out region.
本発明の有利な実施形では、バッフルプレートの外周が1つの平面を規定し、この平面からのバッフルプレートの最大軸方向間隔と、バッフルプレートの直径との比が0.07〜0.21である。最も外側へ曲がっているバッフルプレートの個所は、半径方向座標に関して好ましくは配置のほぼ中心にある。この個所は、バッフルプレートの外周によって規定される平面から、直径に対する上記の比によって定められる軸方向間隔を有する。 In an advantageous embodiment of the invention, the outer periphery of the baffle plate defines a plane and the ratio of the maximum axial distance of the baffle plate from this plane to the diameter of the baffle plate is 0.07 to 0.21. is there. The location of the outermost bent baffle plate is preferably about the center of the arrangement with respect to radial coordinates. This location has an axial spacing defined by the above ratio to diameter from a plane defined by the outer periphery of the baffle plate.
これに関連して、平面からのバッフルプレートの最大軸方向間隔と、バッフルプレートの直径との比が約0.14であると特に有利である。例えば、バッフルプレートの端数のない直径は約40mmであり一方、曲がりは約5.7mmの値を有する。 In this connection, it is particularly advantageous if the ratio of the maximum axial distance of the baffle plate from the plane to the diameter of the baffle plate is about 0.14. For example, the baffle plate has a fractional diameter of about 40 mm while the bend has a value of about 5.7 mm.
本発明のきわめて有利な実施形では、燃料と一次空気を供給するためのバーナノズルが設けられ、バーナノズルと燃焼室の間に配置され、二次空気を燃焼室に供給するための穴を有する遮熱板が設けられ、穴が空気案内要素を備えている。遮熱板は基本的には、ノズルと燃料供給部を、燃料室内の熱エネルギーに対して遮蔽するために有効である。更に、二次空気が遮熱板を経て燃焼室に供給される。二次空気供給のための穴が空気案内要素を備えていることにより、この二次空気の供給を適切に行うことができるので、始動運転と連続運転の両方の燃焼運転に適切に影響を及ぼすことができる。 In a very advantageous embodiment of the invention, a heat shield with a burner nozzle for supplying fuel and primary air, which is arranged between the burner nozzle and the combustion chamber and has a hole for supplying secondary air to the combustion chamber. A plate is provided and the hole is provided with an air guiding element. The heat shield is basically effective for shielding the nozzle and the fuel supply unit from the thermal energy in the fuel chamber. Further, secondary air is supplied to the combustion chamber through the heat shield. Since the hole for the secondary air supply is equipped with an air guide element, this secondary air supply can be performed properly, so that both the starting operation and the continuous operation are appropriately affected. be able to.
空気案内要素が燃焼室の方に突出し遮熱板と一体に形成された耳金によって形成されていると有利である。このような遮熱板は、例えばv字状の穿孔工具によって耳金を成形することにより、簡単に製作可能である。この耳金は穿孔工程の後でまたは穿孔工程によって、遮熱板の面から外へ曲げられる。 It is advantageous if the air guiding element is formed by an ear metal that projects towards the combustion chamber and is formed integrally with the heat shield. Such a heat shield plate can be easily manufactured by molding an ear metal with, for example, a v-shaped drilling tool. The ear metal is bent out of the surface of the heat shield after the drilling process or by the drilling process.
本発明の実施形に従い、耳金が遮熱板の表面に対しておよび/または遮熱板の半径方向に対して異なる角度で形成されていると有利である。耳板が遮熱板の半径方向に対してほぼ垂直に延在していると、この耳板によって大きな角運動量が加えられ一方、耳板が遮熱板の半径方向に対して小さな角度をなしていると、小さ角運動量が加えられる。遮熱板の表面に対して小さな角度をなす耳金は、大きな半径方向成分と小さな軸方向成分を有する空気流を発生し一方、遮熱板の表面に対して大きな角度をなす耳金の場合には軸方向成分が大きい。これにより、小さな角運動量を有する二次空気を、火炎の中心範囲に案内することができる。従って、一方では、燃焼に必要な空気が供給される。しかしながら、火炎の安定化に不利な影響を与える過剰の角運動量は生じない。特に、個々の空気案内要素の方向に依存して、二次空気の分配を行うことができる。 In accordance with an embodiment of the invention, it is advantageous if the ear metal is formed at different angles with respect to the surface of the heat shield and / or with respect to the radial direction of the heat shield. If the ear plate extends almost perpendicular to the radial direction of the heat shield, this ear plate adds a large angular momentum, while the ear plate makes a small angle with respect to the radial direction of the heat shield. A small angular momentum is added. In the case of an ear metal that forms a small angle with respect to the surface of the heat shield, it generates an air flow having a large radial component and a small axial component, while it forms an angle with respect to the surface of the heat shield. Has a large axial component. Thereby, the secondary air having a small angular momentum can be guided to the center range of the flame. Therefore, on the one hand, the air necessary for combustion is supplied. However, excessive angular momentum that adversely affects flame stabilization does not occur. In particular, depending on the direction of the individual air guiding elements, the distribution of secondary air can be performed.
他の実施形では、耳金がグループをなして、遮熱板の表面に対しておよび/または遮熱板の半径方向に対してほぼ同じ角度で形成されている。耳金を集団で配向することにより、燃焼室内に定められた流れ状態が生じる。 In other embodiments, the ear metal is grouped and formed at approximately the same angle with respect to the surface of the heat shield and / or with respect to the radial direction of the heat shield. By orienting the ear metall in groups, a defined flow condition occurs in the combustion chamber.
本発明の実施形に従って更に、バーナが燃え尽き領域を備え、この燃え尽き領域に供給される二次空気が、始動領域に供給される二次空気よりも大きな角運動量を有すると有利である。燃え尽き領域では大きな角運動量が所望される。特に半径方向内側に位置する渦流化された逆流領域は、燃え尽きを改善し、燃焼室容積を有効利用する。 Further in accordance with an embodiment of the present invention, it is advantageous if the burner comprises a burn-out area, and the secondary air supplied to the burn-out area has a greater angular momentum than the secondary air supplied to the start-up area. A large angular momentum is desired in the burnout region. In particular, the swirled backflow region located radially inward improves burnout and effectively utilizes the combustion chamber volume.
更に、遮熱板は点火要素を貫通案内するための穴を備えている。 Furthermore, the heat shield plate is provided with a hole for penetrating and guiding the ignition element.
本発明のきわめて有利な実施形では、バーナノズルが燃料をバーナに供給するための燃料ニードルと、燃焼空気をバーナに供給するための一次空気供給部を備え、燃料ニードルの内径を選定することにより、バーナの始動相の間燃料が実質的に霧化されていない形態で始動領域に達するように、燃料の流出速度が予め定められている。従来技術のヒータの燃料ニードルと比べて、燃料ニードルの内径を小さくすることにより、同じ燃料搬送量の場合に燃料の流出速度が高められる。これによって、あらゆる組込み姿勢で、燃料ニードルの出口からの燃料噴流が始動領域に到達することができる。特に、一次空気量が少なく、更に供給された一次空気の角運動量が小さい場合に、実質的に霧化されない燃料噴流が始動領域に達し得る。従って、バーナが確実に始動し、始動中の黒煙発生が著しく少なくなる。 In a very advantageous embodiment of the invention, the burner nozzle comprises a fuel needle for supplying fuel to the burner and a primary air supply for supplying combustion air to the burner, by selecting the inner diameter of the fuel needle, The fuel outflow rate is predetermined so that the fuel reaches the start-up region in a substantially non-atomized form during the start-up phase of the burner. By reducing the inner diameter of the fuel needle as compared with the fuel needle of the heater of the prior art, the fuel outflow speed is increased in the case of the same fuel conveyance amount. As a result, the fuel jet from the outlet of the fuel needle can reach the starting region in any built-in posture. In particular, when the amount of primary air is small and the angular momentum of the supplied primary air is small, a fuel jet that is not substantially atomized can reach the starting region. Therefore, the burner is reliably started and the generation of black smoke during the start is remarkably reduced.
燃料ニードルの内径が0.5〜0.7mmであると有利である。内径が0.8mmの範囲である従来技術の燃料ニードルの流出速度と比べると、内径が0.5〜0.7mmの場合の流出速度はほぼ2倍または2倍以上になる。 Advantageously, the inner diameter of the fuel needle is between 0.5 and 0.7 mm. Compared to the outflow speed of the prior art fuel needle having an inner diameter in the range of 0.8 mm, the outflow speed in the case of the inner diameter of 0.5 to 0.7 mm is almost twice or more than twice.
燃料ニードルの内径が約0.6mmであるときわめて有利である。このような内径の場合、全負荷運転時、すなわち燃料流量が0.5kg/hである場合、0.6m/s以上の流出速度が可能であり一方、内径が0.8mmの場合流出速度は0.35m/sの範囲である。部分負荷運転の場合、すなわち燃料流量が0.2kg/hである場合、流出速度は約0.14m/sから約0.25m/sに高められる。構造的な特性または運転パラメータを適切に選択すると、ヒータの始動時に始動領域に達する実質的に霧化されない噴流の目的が、約0.8mmの内径を有する慣用の燃料ニードルでも達成可能である。 It is very advantageous if the inner diameter of the fuel needle is about 0.6 mm. In the case of such an inner diameter, at full load operation, that is, when the fuel flow rate is 0.5 kg / h, an outflow speed of 0.6 m / s or more is possible, whereas when the inner diameter is 0.8 mm, the outflow speed is The range is 0.35 m / s. In partial load operation, i.e., when the fuel flow rate is 0.2 kg / h, the outflow speed is increased from about 0.14 m / s to about 0.25 m / s. With the proper selection of structural characteristics or operating parameters, the objective of a substantially non-atomized jet that reaches the starting area when the heater is started can be achieved with a conventional fuel needle having an inner diameter of about 0.8 mm.
始動領域が始動室として形成され、点火要素がこの始動室内に挿入されていると有利である。これにより、燃焼室の壁は点火要素を取り囲むことができる。始動運転中、「弾道状の」燃料噴流が点火要素と燃焼室壁を燃料で湿らせるので、燃焼室壁とそれに隣接する部品は暖められた後で壁気化器としての働きをする。 It is advantageous if the starting area is formed as a starting chamber and the ignition element is inserted in this starting chamber. Thereby, the wall of the combustion chamber can surround the ignition element. During start-up operation, the “ballistic” fuel jet wets the ignition element and the combustion chamber wall with fuel so that the combustion chamber wall and adjacent components act as wall vaporizers after being warmed.
本発明は、特に新規な燃料供給部と新規な遮熱板と組み合わせた、曲げられた新規なバッフルプレートにより、バーナの運転状態を大幅に完全することができるという認識に基づいている。これは特に、始動状態と、バーナ運転の安定性と、自動車におけるバーナの組込み姿勢についての可能性に関する。 The present invention is based on the recognition that the operating state of the burner can be largely perfected by a new bent baffle plate, especially in combination with a new fuel supply and a new heat shield. This relates in particular to the starting conditions, the stability of the burner operation and the possibility of the burner's built-in attitude in the car.
添付の図を参照して有利な実施の形態に基づき本発明を例示的に説明する。 The invention will be described by way of example on the basis of advantageous embodiments with reference to the accompanying drawings.
本発明の有利な実施の形態の次の説明において、同一の参照符号は同じ構成要素または類似の構成要素を示している。 In the following description of the preferred embodiments of the invention, the same reference signs refer to the same or similar components.
図1は本発明によるバーナの断面図である。本発明によるバーナ10は、遮熱板24に固定連結されたノズル12を備えている。遮熱板24は、それに連結されたバーナ管40と共に燃焼室22を形成している。燃焼室管40は、バーナフランジを形成する外管42によって取り囲まれている。この外管42には火炎管38が固定されている。遮熱板24と燃焼室管40との連結あるいは燃焼室管40、外管42および火炎管38間の連結は、一般的に溶接連結である。燃料ノズル12には燃料供給部50が配置されている。この燃料供給部は、燃料を供給するための金属管52と、燃料を燃焼室22に噴射するための燃料ニードル14を備えている。更に、燃料ノズル16の範囲には、一次燃焼空気を燃料ノズル20に供給するための通路が設けられている。この一次燃焼空気は、燃料ニードル14の近傍を流れる。それによって、半径方向に広がる燃料ノズル12の空気ガイドに沿って燃焼室の方へ、そして最後には燃焼室22内へ流れる。空気ガイドの半径方向広がりにより、ベンチュリ効果に基づいて噴霧が改善される。燃焼室22内には更に、有利な曲がりを有するバッフルプレート36が配置されている。燃え尽き領域32の方へのこの曲がりが有利である。というのは、この曲がりによって、熱に起因するバッフルプレート36の自発的な形状変化が防止されるからである。燃え尽き領域32の方へのバッフルプレート36の曲がりによって更に、始動室18の設置にとって充分なスペースが供される。始動室18を画成する壁はバッフルプレート36に溶接されている。
FIG. 1 is a sectional view of a burner according to the present invention. The burner 10 according to the present invention includes a nozzle 12 fixedly connected to a
図2は遮熱板を挿入したバーナフランジの斜視図、そして図3は遮熱板の斜視図である。以下においても図1のバーナの構成要素を参照する。遮熱板24は中央の穴48を有し、ノズル12から供給された燃料と空気の混合気がこの穴48を通って燃焼室に流入する。更に、点火要素20を通すための穴34が側方に配置されている。遮熱板24には更に、固定ピン44,46が設けられている。この固定ピン44、46にはノズル12が固定される。遮熱板24は更に、多数の穴26を有する。二次空気がこの穴26を通って燃焼室22に流入可能である。燃焼室22寄りの遮熱板24の側には、三角形の空気案内要素28,29が設けられている。この空気案内要素28、29は遮熱板24の半径方向に対して異なる角度をなしているので、二次空気の分配を生じる。第1グループの空気案内要素(その一部に参照符号28を付けている)は、遮熱板24の半径方向に対して大きな角度をなしている。すなわち、空気案内要素の向きは、ほぼまたはほとんど接線方向である。流出方向を矢印で示した、穴26を通る二次空気は、空気案内要素の向きに基づいて、大きな角運動量でバッフルプレート36の近傍を通過して燃え尽き領域32に流入する。大きな角運動量を有するこの空気は、燃え尽き領域32の半径方向外側範囲において燃焼室22の後側範囲に、すなわち遮熱板24とは反対の燃焼室22の範囲に流れ、そして大きな渦を形成しながら中央範囲においてバッフルプレート36の方へ戻る。従って、燃え尽き領域32においてガス成分が良好に混合されることになる。空気案内要素30の他のグループの向きは遮熱板24の半径方向に対して小さな角度をなしている。この空気案内要素は一部が参照符号30で示してある。この空気案内要素30は更に、遮熱板24の面に対して、空気案内要素28よりも小さな角度をなしている。従って、流出方向を他の矢印で示す二次空気は、この空気案内要素30を通って、小さな角運動量で火炎の中心範囲に案内される。これは特に安定した燃焼を促進する。
FIG. 2 is a perspective view of a burner flange into which a heat shield plate is inserted, and FIG. 3 is a perspective view of the heat shield plate. In the following, reference is also made to the components of the burner of FIG. The
これによって、新しいスプレーバーナが提供される。このバーナは組込み位置、始動状態および連続運転状態に関して改善される。更に、温度に起因するバッフルプレートの形状変化の問題が回避される。 This provides a new spray burner. This burner is improved with respect to built-in position, start-up condition and continuous operation condition. Furthermore, the problem of baffle plate shape change due to temperature is avoided.
上記、図面および特許請求の範囲に開示した本発明の特徴は、単独でも任意の組み合わせでも本発明を実現するために重要である。 The features of the invention disclosed in the drawings, in the claims and in the claims are important for realizing the invention either alone or in any combination.
10…バーナ、12…バーナノズル、14…燃料ニードル、16…燃焼空気供給部、18…始動領域、20…点火要素、22…燃焼室、24…遮熱板、26…穴、28…空気案内要素、30…空気案内要素、32…燃え尽き領域、34…穴、36…バッフルプレート、38…火炎管、40…バーナ管、42…外管、44…固定ピン、46…固定ピン、48…穴、50…燃料供給部、52…金属管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Burner, 12 ... Burner nozzle, 14 ... Fuel needle, 16 ... Combustion air supply part, 18 ... Starting area, 20 ... Ignition element, 22 ... Combustion chamber, 24 ... Heat shield, 26 ... Hole, 28 ... Air guide element , 30 ... Air guide element, 32 ... Burnout area, 34 ... Hole, 36 ... Baffle plate, 38 ... Flame pipe, 40 ... Burner pipe, 42 ... Outer pipe, 44 ... Fixed pin, 46 ... Fixed pin, 48 ... Hole, 50 ... Fuel supply part, 52 ... Metal pipe
Claims (13)
燃焼室(22)内に配置されたバッフルプレート(36)と、
を具備している、特に自動車で使用するためのヒータ用バーナにおいて、
バッフルプレート(36)が軸方向において予め設定された曲がりを有すること及び、
この曲がりが燃え尽き領域(32)の方に設けられていることを特徴とするバーナ。 A substantially axisymmetric combustion chamber (22);
A baffle plate (36) disposed in the combustion chamber (22);
In a burner for a heater, particularly for use in an automobile,
The baffle plate (36) has a preset bend in the axial direction; and
Burner characterized in that this bend is provided towards the burnout area (32).
この平面からのバッフルプレートの最大軸方向間隔と、バッフルプレートの直径との比が0.07〜0.21であることを特徴とする請求項1に記載のバーナ。 The outer periphery of the baffle plate defines one plane;
2. The burner according to claim 1, wherein a ratio of a maximum axial distance of the baffle plate from the plane and a diameter of the baffle plate is 0.07 to 0.21. 3.
バーナノズル(12)と燃焼室(22)の間に配置され、二次空気を燃焼室に供給するための穴を有する遮熱板(24)が設けられていることと、
穴が空気案内要素(28,30)を備えていること、
を特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のバーナ。 A burner nozzle (12) for supplying fuel and primary air is provided;
A heat shield (24) disposed between the burner nozzle (12) and the combustion chamber (22) and having a hole for supplying secondary air to the combustion chamber;
The holes are provided with air guiding elements (28, 30);
The burner as described in any one of Claims 1-3 characterized by these.
この燃え尽き領域に供給される二次空気が、始動領域に供給される二次空気よりも大きな角運動量を有することを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載のバーナ。 The burner (10) has a start-up area (18) and a burn-out area (32);
The burner according to any one of claims 4 to 7, wherein the secondary air supplied to the burn-out area has a larger angular momentum than the secondary air supplied to the start-up area.
燃料ニードル(14)の内径を選定することにより、バーナの始動相の間燃料が実質的に霧化されていない形態で始動領域(18)に達するように、燃料の流出速度が予め定められていることを特徴とする請求項4〜9のいずれか一項に記載のバーナ。 The burner nozzle (12) comprises a fuel needle (14) for supplying fuel to the burner (10) and a primary combustion air supply for supplying combustion air to the burner;
By selecting the inner diameter of the fuel needle (14), the fuel outflow rate is predetermined so that the fuel reaches the start region (18) in a substantially unatomized form during the start phase of the burner. The burner as described in any one of Claims 4-9 characterized by the above-mentioned.
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