JP2011242120A - 燃焼用触媒装置及び固形燃料用燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次燃焼室がない燃焼装置であっても、触媒を有した二次燃焼室を簡単に設けて、触媒を利用した二次燃焼により排煙に含まれている未燃焼ガスを燃焼させる。
【解決手段】燃焼室１と、燃焼室１の内外を連通するように開口された排気口２及び吸気口３と、排気口２と連通され、排気口２から排気される排煙を燃焼室１外に案内する排煙通路７を構成する煙突Ａ２と、を備えた燃焼装置Ａに装着される燃焼用触媒装置Ｂであって、排気口２と煙突Ａ２の間又は煙突Ａ２の範囲中に、排煙通路７の一部を構成するように装着される管状体４と、管状体４の排煙通路７Ａに装着され、排煙を上流側から下流側に接触させながら通過させる触媒５とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、薪等の固形燃料の燃焼時に生じる未燃焼ガスを燃焼させる燃焼用触媒装置及びこの燃焼用触媒装置を備えた固形燃料用燃焼装置に関する。

薪等の固形燃料を燃焼させる燃焼装置は、固形燃料を燃焼させる一次燃焼室と、一次燃焼で生じる排煙に含まれている未燃焼ガスを燃焼させる二次燃焼室と、これらの燃焼で生じる熱による上昇気流を利用して排煙を排気する排気通路と、この燃焼空気の排気によって、外気を燃焼室内に引き込むように供給する供給路を備えたものが知られている。下記特許文献１に記載のストーブは、一次燃焼室と二次燃焼室を有し、更に、二次燃焼室内の燃焼を促進する触媒を備えており、一次燃焼室内での固形燃料の燃焼により生じた排煙を、熱による上昇気流を利用して触媒を通過させてこの触媒に接触させるようにすることで、排煙中の未燃焼ガスの燃焼を促進するようになっている。

特開２０００‐４６３３４号公報

特許文献１に記載のストーブによると、一次燃焼室内での固形燃料の燃焼により生じた排煙中の未燃焼ガスの燃焼を触媒によって促進することで、排煙中の未燃焼ガスを低減することができる。

しかしながら、ストーブによっては、二次燃焼室がないものもあるが、このようなストーブに前述のような二次燃焼室を設けたり、この二次燃焼室に触媒を取付けたりすることは、ストーブの構造上に極めて難しいものであって、技術的にもコスト的にも現実的な手段ではない。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、二次燃焼室がない燃焼装置であっても、触媒を有した二次燃焼室を簡単に設けることができること、触媒を利用した二次燃焼により排煙に含まれている未燃焼ガスを燃焼できること、等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による燃焼用触媒装置及びこの燃焼用触媒装置を備えた固形燃料用燃焼装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。

燃焼室と、該燃焼室の内外を連通するように開口された排気口及び吸気口と、前記排気口と連通され、該排気口から排気される排煙を前記燃焼室外に案内する排煙通路を構成する煙突と、を備えた燃焼装置に装着される燃焼用触媒装置であって、前記排気口と前記煙突の間又は該煙突の範囲中に、前記排煙通路の一部を構成するように装着される管状体と、前記管状体の排煙通路に装着され、前記排煙を上流側から下流側に接触させながら通過させる触媒と、を備えていることを特徴とする。

このような特徴を有することで本発明は以下の効果を奏する。すなわち、触媒を備えた燃焼用触媒装置を排気口と前記煙突の間又は該煙突の範囲中に装着し、この燃焼用触媒装置で排煙に含まれている未燃焼ガスを燃焼するようにしたので、二次燃焼室がない燃焼装置であっても、触媒を有した二次燃焼室を簡単に設けることができ、触媒を利用した二次燃焼により排煙に含まれている未燃焼ガスを燃焼できる。

本発明に係る第１実施形態の固形燃料用触媒装置を取付けた本発明に係る固形燃料用燃焼装置であり、排煙面積を拡大した状態を示す。 同、正面図で、排煙面積を縮小した状態を示す。 図１の要部拡大図。 図２の要部拡大図。 図３の（５）-（５）線断面図。 図３の（６）-（６）線断面図。 図４の（７）-（７）線断面図。 図４の（８）-（８）線断面図。 本発明に係る固形燃料用触媒装置の第２実施形態を示す一部切欠側面図で、排煙面積を拡大・縮小する動作を示す。 図９の（１０）-（１０）線断面図。

本発明の触媒は、排煙通路を流れる排煙が接触して通過可能なものであればよく、触媒の素材や構造について限定するものではないが、例えば、酸化触媒を使用することが好ましい。また、本発明の固形燃料用燃焼装置は、薪、木炭、石炭、廃棄物固形燃料等の各種固形燃料を燃焼させて発熱させる燃焼装置である。このような燃焼装置として、例えば、暖房用ストーブ、ボイラー用の燃焼装置等が挙げられる。

本発明の燃焼用触媒装置は、触媒が管状体の排煙通路の排煙面積を拡大する方向に可動に設けられていることを特徴とする。

詳しくは、触媒を管状体の径方向に移動可能に保持する保持空間部と、管状体に、この管状体の外側から径方向にスライド操作可能に貫通挿入され、管状体内の端部が触媒に連結された移動操作体と、を備え、この移動操作体のスライド操作で触媒を径方向に移動させることによって、排煙通路の排煙面積を拡大・縮小するようにしていることを特徴とする。

また、触媒の外周面にこの触媒の径方向中心線に沿う支軸を固定するとともに、支軸を管状体の径方向中心線に沿い、この支軸の軸線を回転軸として回転するように管状体に貫通取付けし、且つ支軸にこの支軸を回転操作する回転操作体を設けて、この回転操作体の回転操作で触媒を回転させることによって、排煙通路の排煙面積を拡大・縮小するようにしていることを特徴とする。

本発明の燃焼用触媒装置は、管状体の排煙通路に、燃焼室の熱の下降を抑制する煙突ダンパーを備えていることを特徴とする。

本発明の燃焼用触媒装置は、管状体が排気口及び／又は煙突に対して着脱可能であることを特徴とする。

また、本発明の固形燃料用燃焼装置は、前述の構成を有する燃焼用触媒装置と、燃焼室と、該燃焼室の内外を連通するように開口された排気口及び吸気口と、前記排気口と連通され、該排気口から排気される排煙を前記燃焼室外に案内する排煙通路を構成する煙突と、を備えていることを特徴とする。

以下、本発明に係る燃焼用触媒装置及びこの燃焼用触媒装置を備えた固形燃料用燃焼装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、第１実施形態の燃焼用触媒装置（以下、「触媒装置」という）Ｂを備えた固形燃料用燃焼装置（以下、「燃焼装置」という）Ａの構成図である。図３〜図８は、第１実施形態の触媒装置Ｂの構成図である。

本実施形態で例示する燃焼装置Ａは、固形燃料を薪（図示せず）とする薪ストーブであり、鋳鉄や鋼を素材として形成された周知のものである。この燃焼装置Ａは、鋳鉄や鋼を用いて形成された燃焼室本体Ａ１と、煙突Ａ２と、燃焼室本体Ａ１と煙突Ａ２との間に介在するように取付けられた触媒装置Ｂとを備えている。

燃焼装置本体Ａ１は、燃焼室１と、燃焼室１の内外を連通するように開口された排気口２及び吸気口３と、燃焼室１の内外を連通するように開口された燃料供給口１０と、燃料供給口１０を開閉する開閉扉１１と、燃焼室本体Ａ１を支える脚部１２とを備えた周知構造のものである。

燃焼室１は、固形燃料を燃焼させるための空間であり、この固形燃料を載置する周知のロストル（図示せず）が内蔵されている。排気口２は、燃焼室本体Ａ１の上面Ａ１０に開口されており、この排気口２の開口縁を囲むように上面Ａ１０から突出させた筒体２０を備えている。筒体２０は、触媒装置Ｂを嵌合状に連結して、触媒装置Ｂを燃焼装置本体Ａ１に取付けるためのものである。吸気口３は、燃焼室本体Ａ１の側面下方に開口されており、外気給気量を調節する給気量調整装置（図示せず）を備えている。煙突Ａ２は、触媒装置Ｂに嵌合状に連結可能な筒状のものであり、耐熱性を有する金属性のものである。

触媒装置Ｂは、筒体２０に嵌合取付けする管状体４と、管状体４に可動に内蔵された触媒５及び煙突ダンパー６とを備えている。

管状体４は、耐熱性を有する素材（例えば、鋳鉄、鋼、ステンレス、セラミック等）を用いて、排気口２から煙突Ａ２にわたる排煙通路７と連通し、この排煙通路７の一部を構成する排煙通路７Ａを備えた筒状に形成されている。管状体４には、触媒５を可動に保持する保持空間部４Ａが排煙通路７Ａを上流側と下流側に分けるように形成されている。この管状体４は、上流側端部を筒体２０内に挿入状に嵌合し、下流側端部内に煙突Ａ２を挿入状に嵌合することによって着脱自在に装着できるようになっている。

尚、管状体４の装着状態を保持する手段として、管状体４をビス等によって筒体２０及び煙突Ａ２に固定して保持する手段（図示せず）、管状体４を筒体２０及び煙突Ａ２に螺合によって保持する手段が挙げられる（図示せず）。また、煙突Ａ２が、複数の煙突部材を連結して構成される形態の場合、管状体４を前述の煙突部材間に介在するように装着するようにしてもよい（図示せず）。

保持空間部４Ａは、管状体４の側部を内側から径方向外側に突出させて平面視長円状に形成された空間であり、平面視円形状の触媒５を径方向にスライド可能に保持するようになっている（図３〜図８参照）。この平面視長円状の保持空間部４Ａは、排煙通路７Ａの径よりも大きな径とする２つの円弧４０、４１を直線で繋ぐことで、排煙通路７Ａの縁周りに触媒５が載置される載置面４２を確保するように形成されている（図５、図７参照）。

また、保持空間部４Ａは、一方の円弧（図５〜図８において右側の円弧）４０が大きく突出し、他方の円弧（図５〜図８において左側の円弧）４１が小さく突出するように形成されており、触媒５が円弧４０側にスライドしたときに、排煙通路７Ａの排煙面積を拡大（図３、図５参照）し、円弧４１側にスライドしたときに、排煙通路７Ａの排煙面積を縮小（図４、図７参照）することができるようになっている。更に、触媒５が円弧４０側の限界位置までスライドしたときに、排煙通路７Ａの排煙面積が最大となり(図３、図５参照)、円弧４１側の限界位置までスライドしたときに、排煙通路７Ａが触媒５によって塞がれるようになっている(図４、図７参照)。

尚、本実施形態では、触媒５の位置が排煙通路７Ａの排煙面積を最大とする位置であるときに、触媒５が、図面上、排煙通路７Ａの一部と対面するように突出している形態としているが、本発明では、排煙通路７Ａの排煙面積を最大とする触媒５の位置を、排煙通路７Ａに突出させない位置とする形態としてもよいし、図示する突出量よりも大きく突出させた形態としてもよい（図示せず）。

触媒５は、触媒本体５０と、この触媒本体５０を保持する保持部５１と、保持部５１の周面に一体に設けられた移動操作体５Ａとから構成されており、触媒本体５０が保持部５１ごと保持空間部４Ａに保持されている。

触媒本体５０は、例えば、排煙が接触しながら通過可能なハニカム構造や網目構造等を有する円板状のものであり、セラミック、耐熱性を有する金属、プラチナやパラジウム等の貴金属、金属又はステンレス等の非鉄金属にプラチナやパラジウム等の貴金属をコーティングしたもの等により形成されている。

保持部５１は、耐熱性を有する素材（例えば、鋳鉄、鋼、ステンレス、セラミック等）を用いて、触媒本体５０を囲むように保持する環状に形成されている。また、保持部５１は、その高さを、保持空間部４Ａの高さよりも若干低く、触媒本体５０の厚みと同等として、触媒本体５０の周囲全域を囲むように保持できるとともに、保持空間部４Ａを抵抗なくスライドできるようになっている。

移動操作体５Ａは、耐熱性を有する素材（例えば、鋳鉄、鋼、ステンレス、セラミック等）を用いて丸棒状に形成されている。この移動操作体５Ａは、保持空間部４Ａ内に円弧４０の外側から径方向にスライド可能に挿入されている。また、移動操作体５Ａは、保持空間部４Ａ内に挿入された円弧４１側の端部が保持部５１の外周面に固定され、保持空間部４Ａから外側に突出する端部に操作つまみ５１Ａが取付けられている。

このような触媒５は、移動操作体５Ａを図面上、左右へスライド操作して、触媒本体５０を保持部５１ごと保持空間４Ａ内でスライドさせることによって、排煙通路７Ａの排煙面積を拡大・縮小することができる。また、触媒本体５０付近が二次燃焼室として確保され、この二次燃焼室によって、触媒本体５０を通過する排煙に含まれる未燃焼ガスを燃焼させることができる。また、触媒５の径が排煙通路７Ａの径よりも大径となっているので、触媒５を、排煙通路７Ａを塞ぐような位置までスライドさせることにより、最も簡素な方法で排煙を洩らすことなく、触媒を通過させることができる。

すなわち、排煙通路７Ａの排煙面積を拡大することで、着火当初の低温による低い速度の上昇気流でも、排煙が排煙通路７、７Ａをスムーズに流れるようすることができ、吸気口３から燃焼に必要な外気を燃焼室１内に効率的に吸気することができる。そのため、燃焼室１内の固形燃料の燃焼を効率的に行うことができ、燃焼室１内の温度を迅速に上昇させることができる。そして、迅速な温度上昇で上昇気流の速度が高くなった時点で、排煙通路７Ａの排煙面積を縮小することによって、排煙に含まれる未燃焼ガスの触媒本体５０を利用した二次燃焼を行うことができる。

煙突ダンパー６は、耐熱性を有する素材（例えば、鋳鉄、鋼、ステンレス、セラミック等）を用いて、管状体４の排煙通路７Ａの径よりも若干小径とする円板状に形成されており、更に、排煙が通過する複数の通過孔６０が表裏面を貫通するように開孔されている。この煙突ダンパー６には、煙突ダンパー６を排煙通路７Ａに軸支するとともに、この排煙通路７Ａの排煙面積を拡大・縮小する操作をするための回転操作体６１が設けられている。

回転操作体６１は、耐熱性を有する素材（例えば、鋳鉄、鋼、ステンレス、セラミック等）を用いて、図面上、煙突ダンパー６の縁から左右に突出する長さの丸棒状に形成されており、煙突ダンパー６の中心線上に固着されている。この回転操作体６１は、排煙通路７Ａの側壁に回転自在に貫通して支持されており、図面上、右側から突出した端部に操作つまみ６０Ａが設けられている。

このような煙突ダンパー６は、回転操作で回転する回転操作体６１にともなって回転することによって、排煙通路７Ａの排煙面積を拡大・縮小することができる。

すなわち、排煙通路７Ａの排煙面積を拡大（図３、６参照）することで、着火当初の低温による低い速度の上昇気流でも、排煙が排煙通路７、７Ａをスムーズに流れるようすることができ、吸気口３から燃焼に必要な外気を燃焼室１内に効率的に吸気することができる。そのため、燃焼室１内の固形燃料の燃焼を効率的に行うことができ、燃焼室１内の温度を迅速に上昇させることができる。そして、迅速な温度上昇で上昇気流の速度が高くなった時点で、排煙通路７Ａの排煙面積を縮小（図４、８参照）ようにすることによって、排煙の排気量や排気速度を調節することができる。

本実施形態の触媒装置Ｂによると、管状体４の上流側端部を筒体２０に挿入嵌合することにより燃焼装置本体Ａ１に装着し、下流側端部に煙突Ａ２の上流側端部を挿入嵌合することによって、二次燃焼室のない燃焼装置Ａを、触媒５を利用した燃焼が行える二次燃焼室を備えたものにすることができる。更に、触媒５のスライド及び煙突ダンパー６の回転で、排煙通路７Ａの排煙面積を拡大・縮小することで、着火当初から継続して良好な燃焼効率を達成することができ、この良好な燃焼効率を達成することにより、固形燃料の不完全燃焼や未燃焼ガスの大量排気を抑制することができる。また、触媒装置Ｂを燃焼装置本体Ａ１及び煙突Ａ２に対して着脱可能にしているので、管状体４内部、触媒５、煙突ダンパー６の清掃や点検、更には、触媒装置Ｂの交換を容易に行うことができる。

そして、本実施形態の触媒装置Ｂを備えた燃焼装置Ａによると、前述の作用効果を有し、しかも、燃焼装置本体Ａ１内に二次燃焼室及び触媒を取付ける取付け部等を設ける必要がないので、燃焼室本体Ａ１の成形が容易となる。したがって、燃焼装置Ａの製作コストを削減することができ、燃焼装置Ａを安価に提供することができる。

触媒５を排煙通路７Ａの排煙面積を拡大・縮小する方向に可動とする第２実施形態として、触媒５を例示した煙突ダンパー６のように、排煙通路７Ａの排煙面積を拡大・縮小する方向に回転する形態としてもよく、この形態の場合、排煙通路７Ａの径方向に突出する保持空間部４Ａは不要となる。

第２実施形態の触媒装置Ｂ’の構成を図９及び図１０に基づいて具体的に説明する。尚、第１実施形態の触媒装置Ｂと重複する部位についての説明は、同符号を付すことによって省略する。

触媒装置Ｂ’における触媒５は、保持部５１の外周面に、触媒５の径方向中心線ＣＬに沿って外方に、且つ同軸に突出する支軸８０、８１が設けられ、この支軸８０に回転操作体８Ａが連設されている。

支軸８０、８１は、耐熱性を有する素材（例えば、鋳鉄、鋼、ステンレス、セラミック等）を用いて丸棒状に形成され、軸線を管状体４の径方向中心線ＣＬに沿わせるとともに、軸線を回転中心として回転可能に管状体４に貫通取付けされている。回転操作体８Ａは、支軸８０の先端側をこの支軸８０の軸線に対して直角方向に折り曲げて形成されている。

すなわち、支軸８０、８１によって、触媒５が管状体４内に配置されるとともに、この触媒５が回転操作体８Ａの回転操作による支軸８０の回転に伴って回転するようになっている。そして、この触媒５は、軸線が管状体４の軸線と同軸となった状態（排煙通路７Ａの排煙面積を最も縮小した状態、図９において仮想線で示す触媒５）から、経線が管状体４の軸線と平行となった状態（排煙通路７Ａの面積を最も拡大した状態、図９において実線で示す触媒５）にわたり回転することによって、排煙通路７Ａの排煙面積を大小調節することができる。

本実施形態の管状体４は、触媒５が回転する範囲において、この触媒５の直径よりも大径として触媒５の回転を可能とする大径部４Ｂが形成されている。この大径部４Ｂは、回転する触媒５の周囲が内周面に接触してその回転が妨げられるのを防止するためのものである。

このような大径部４Ｂを有する構成では、触媒５の保持部５１の外周面と大径部４Ｂの内周面との間に隙間が生じ、排煙の一部が隙間を通って排気されてしまうため、排煙の排気量や排気速度の調節機能が低下するおそれがある。そのため、本実施形態の保持部５１の外周面には、薄板円板状の鍔部５１Ｂを設け、この鍔部５１Ｂによって、前述の隙間を塞ぐようにしている。この鍔部５１Ｂは、縁部が大径部４Ｂの内周面に接触する径だとしても、薄板であるため、触媒５の回転を阻害しないようにすることができる。

本実施形態の触媒装置Ｂ’によると、管状体４の上流側端部を筒体２０に挿入嵌合することにより燃焼装置本体Ａ１に装着し、下流側端部に煙突Ａ２の上流側端部を挿入嵌合することによって、二次燃焼室のない燃焼装置Ａを、触媒５を利用した燃焼が行える二次燃焼室を備えたものにすることができる。更に、触媒５の回転及び煙突ダンパー６の回転で、排煙通路７Ａの排煙面積を拡大・縮小することで、着火当初から継続して良好な燃焼効率を達成することができ、この良好な燃焼効率を達成することにより、固形燃料の不完全燃焼や未燃焼ガスの大量排気を抑制することができる。また、触媒装置Ｂ’を燃焼装置本体Ａ１及び煙突Ａ２に対して着脱可能にしているので、管状体４内部、触媒５、煙突ダンパー６の清掃や点検、更には、触媒装置Ｂ’の交換を容易に行うことができる。

そして、本実施形態の触媒装置Ｂ’を備えた燃焼装置Ａによると、前述の作用効果を有し、しかも、燃焼装置本体Ａ１内に二次燃焼室及び触媒５を取付ける取付け部等を設ける必要がないので、燃焼室本体Ａ１の成形が容易となる。したがって、燃焼装置Ａの製作コストを削減することができ、燃焼装置Ａを安価に提供することができる。

尚、本発明は、例示した実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。

例えば、煙突ダンパー６を排煙通路７Ａの排煙面積を拡大・縮小する方向に可動とする形態として、煙突ダンパー６を例示した触媒５のように、排煙通路７Ａの排煙面積を拡大・縮小する方向にスライドする形態としてもよく、この場合、煙突ダンパー６をスライド可能に保持する保持空間部を管状体４に形成する（図示せず）。また、管状体４を分解することで触媒５を取外し可能な構成にし、管状体４と触媒５とのメンテナンスや交換等を夫々独立してできるようにしてもよい（図示せず）。また、触媒本体５０と保持部５１を分離可能にして、触媒本体５０と保持部５１とのメンテナンスや交換等を夫々独立してできるようにしてもよい（図示せず）。

Ａ：燃焼装置（固形燃料用燃焼装置）
Ｂ：触媒装置（燃焼用触媒装置）
Ｂ’：触媒装置（燃焼用触媒装置）
Ａ２：煙突
ＣＬ：径方向中心線
１：燃焼室
２：排気口
３：吸気口
４：管状体
５：触媒
６：煙突ダンパー
７：排煙通路
４Ａ：保持空間部
５Ａ：移動操作体
７Ａ：排煙通路
８Ａ：回転操作体
８０：支軸
８１：支軸

Claims (7)

1. 燃焼室と、該燃焼室の内外を連通するように開口された排気口及び吸気口と、前記排気口と連通され、該排気口から排気される排煙を燃焼室外に案内する排煙通路を構成する煙突と、を備えた燃焼装置に装着される燃焼用触媒装置であって、前記排気口と前記煙突の間又は該煙突の範囲中に、前記排煙通路の一部を構成するように装着される管状体と、前記管状体の排煙通路に装着され、前記排煙を上流側から下流側に接触させながら通過させる触媒と、を備えていることを特徴とする燃焼用触媒装置。
2. 前記触媒が、管状体の排煙通路の排煙面積を拡大する方向に可動に設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃焼用触媒装置。
3. 前記触媒を前記管状体の径方向に移動可能に保持する保持空間部と、前記管状体に、該管状体の外側から径方向にスライド操作可能に貫通挿入され、前記管状体内の端部が前記触媒に連結された移動操作体と、を備え、前記移動操作体のスライド操作で前記触媒を径方向に移動させることによって、前記排煙通路の排煙面積を拡大・縮小するようにしていることを特徴とする請求項１記載の燃焼用触媒装置。
4. 前記触媒の外周面に該触媒の径方向中心線に沿う支軸を固定するとともに、該支軸を前記管状体の径方向中心線に沿い、この支軸の軸線を回転軸として回転するように該管状体に貫通取付けし、且つ該支軸にこの支軸を回転操作する回転操作体を設けて、該回転操作体の回転操作で前記触媒を回転させることによって、前記排煙通路の排煙面積を拡大・縮小するようにしていることを特徴とする請求項１記載の燃焼用触媒装置。
5. 前記管状体の前記排煙通路に、前記燃焼室の熱の下降を抑制する煙突ダンパーを備えていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の燃焼用触媒装置。
6. 前記管状体が前記排気口及び／又は煙突に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の燃焼用触媒装置。
7. 請求項１乃至６いずれか１項記載の燃焼用触媒装置と、燃焼室と、該燃焼室の内外を連通するように開口された排気口及び吸気口と、前記排気口と連通され、該排気口から排気される排煙を前記燃焼室外に案内する排煙通路を構成する煙突と、を備えていることを特徴とする固形燃料用燃焼装置。

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