JP2012189285A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】給湯端末に供給される給湯水に気泡を生成する場合において、その給湯用途に合致した性質の気泡を生成することのできる貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】貯湯タンク１０に貯留された湯水を蛇口４２やシャワー４３等の給湯端末から給湯可能な貯湯式給湯機であって、給湯配管２７の途中に配設された給湯用エジェクタ４８と、給湯用エジェクタ４８に空気を送り込む給湯用エジェクタ空気ポンプ４９と、給湯端末から給湯する場合に、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９を作動させて配管内に気泡を生成する。この際、給湯モードが洗浄モードである場合には、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９によって送り込む空気量をマイクロバブルが生成される所定の小空気量とし、節水モードである場合には、その送り込む空気量をミリバブルが生成される所定の大空気量とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関する。

熱源器で沸き上げられた湯を貯湯タンクに一旦貯留し、該貯湯タンクに接続された給湯管路の端部に設けた給湯栓をユーザが開けたときに貯湯タンク内の湯がそのまま、または水で薄められて出湯するように構成された貯湯式給湯機が知られている。このような貯湯式給湯機では、貯湯タンク内の湯を熱源として用いた追焚き用熱交換器により浴槽内の浴水を追い焚きする追焚き機能が付加されたものも開発されている。

給湯機に上記の追焚き機能を付加する場合には、例えば、貯湯タンクの上部から湯を取水して該貯湯タンクの下部に戻す熱源用循環管路、浴槽から取水した浴水を浴槽に戻す追焚き用循環管路、および上記の追焚き用熱交換器が給湯機に付加される。追焚き用熱交換器は、熱源用循環路を流下する湯を熱源として用いて、該湯と追焚き用循環管路を流れる浴水との間で熱交換を行い、追焚き用循環管路内の浴水を加温する。

このような追焚き機能付き給湯機では、人体から浴水中に洗い流された皮脂や角質等の汚れが追焚き用循環管路を循環して該循環管路の配管内面や追焚き用熱交換器内に不可避的に付着する。そして、上記の汚れがある程度以上堆積すると、追焚き運転時に当該汚れが浴槽に再循環して浴槽や浴水を汚したり、追焚き用熱交換器の熱交換効率を低下させたりする。

上記の問題に対処するものとして、微細気泡発生装置であるエジェクタを用いて配管内に自動で微細気泡を発生させて洗浄動作を行い、追いだき配管や熱交換器内部を清潔に保ち、メンテナンスが不要である追いだき配管付給湯機が発明されている（特許文献１参照）。

特開２００９−１８６０９２号公報

ところで、気泡同士が互いに結合しない小径の微細気泡は、大径の微細気泡に比して高い洗浄効果を発揮することができる。しかしながら、その一方で、気泡径の大きい微細気泡を湯水に含ませることとすれば、配管内に占める空気の割合が多くなるので、節水効果を有効に高めることができる。このように、微細気泡の性質はその気泡径によって変化することとなる。このため、給湯端末に供給される給湯水に微細気泡を生成する場合においては、その給湯用途に合致した性質の気泡を生成することが望ましい。

しかしながら、従来の装置では、微細気泡発生装置であるエジェクタの構成上、エジェクタを通過した水流量によって成り行きで吸気する空気量が決定されるため、吸気される空気量を任意に可変することはできなかった。このため、従来の装置では、生成される気泡の性質を可変させて種々の給湯用途に有効に利用することができなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、給湯端末に供給される給湯水に気泡を生成する場合において、その給湯用途に合致した性質の気泡を生成することのできる貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

この発明に係る貯湯式給湯機は、貯湯タンクに貯留された湯水を給湯端末から給湯可能な貯湯式給湯機であって、貯湯タンクと給湯端末とを接続する給湯用流路と、給湯用流路の途中に配設された給湯用エジェクタと、給湯用エジェクタに空気を送り込む給湯用エジェクタ空気ポンプと、給湯端末から給湯する場合に、給湯用エジェクタ空気ポンプを作動させて給湯用流路内に気泡を生成する気泡生成手段と、を備え、気泡生成手段は、給湯端末からの給湯用途に応じて、給湯用エジェクタ空気ポンプによって送り込む空気量を、所定の大空気量とそれよりも小さい所定の小空気量との間で可変に制御するものである。

本発明によれば、給湯端末に供給される給湯水に気泡を生成する場合において、その給湯用途に合致した性質の気泡を生成することが可能となる。

本発明の貯湯式給湯機の実施の形態１としてのヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。 実施の形態１のヒートポンプ給湯装置が備える微細気泡発生装置の制御ブロック図である。 ユーザによって節水モードが選択されている場合の給湯動作のルーチンを示すフローチャートである。 ユーザによって洗浄モードが選択されている場合の給湯動作のルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の貯湯式給湯機の実施の形態１としてのヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。図１に示すヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２とを備えている。ヒートポンプユニット１は、圧縮機３、放熱器４、膨張弁５、及び蒸発器６を順に配管７で接続して構成され、ヒートポンプユニットケース８内に収められている。このヒートポンプユニット１は、自然冷媒である二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。タンクユニット２は、タンクユニットケース９内に、貯湯タンク１０および風呂追いだき用のプレート式熱交換器１１を内蔵している。貯湯タンク１０としては、上部の高温水の層と、下部の低温水の層とに分離して蓄えられる積層式貯湯タンクが使用されている。プレート式熱交換器１１としては、複数の伝熱プレートを積層したものが、縦置きで使用されている。

プレート式熱交換器１１は水流が対向して流れる水−水熱交換器であり、上部にはタンク側入口１１１および風呂側出口１１４が設けられ、下部にはタンク側出口１１２および風呂側入口１１３が設けられている。上部のタンク側入口１１１から供給された温水は、下部のタンク側出口１１２から排出される。下部の風呂側入口１１３から供給された浴槽水は、上部の風呂側出口１１４から排出される。

貯湯タンク１０には、上部に温水導出口１０１および温水導入口１０３が設けられ、下部に水導入口１０２および水導出口１０４が設けられている。プレート式熱交換器１１の上部のタンク側入口１１１には、貯湯タンク１０の上部の温水導出口１０１から配管１２を通って温水が供給され、プレート式熱交換器１１で熱交換後、下部のタンク側出口１１２から排出される。この排出された水は、タンク側送水ポンプ１３により配管１４を通って貯湯タンク１０の下部の水導入口１０２から貯湯タンク１０内に戻される。配管１２、プレート式熱交換器１１、タンク側送水ポンプ１３および配管１４により、プレート式熱交換器１１の一次側送水回路が形成される。

一方、プレート式熱交換器１１の下部の風呂側入口１１３には、浴槽１５からの湯水が風呂側送水ポンプ１６により浴槽アダプタ３４を通って浴槽戻り配管１７から供給され、プレート式熱交換器１１で熱交換されて加温された温水となる。その後、上部の風呂側出口１１４から排出された温水は浴槽往き配管１８と浴槽アダプタ３４を通って浴槽１５内に戻される。浴槽戻り配管１７、風呂側送水ポンプ１６、プレート式熱交換器１１および浴槽往き配管１８により、プレート式熱交換器１１の二次側送水回路が形成される。

浴槽戻り配管１７の途中には、浴槽水位を検知する水位検知装置（例えば水位センサ３９）と、風呂側送水ポンプ１６にて送水した際に水流有無を確認する水流有無検知装置（例えばフロースイッチ４７）と、微細気泡発生用の循環用エジェクタ２８とが設置されている。循環用エジェクタ２８の空気取入れ部には、逆流防止用の循環用エジェクタ空気逆止弁３０と、該エジェクタへの空気の導入を制御する循環用エジェクタ空気電磁弁２９とが設置されている。エジェクタ空気導入口に設けられた循環用エジェクタ空気電磁弁２９を閉じた状態で温水を流してから循環用エジェクタ空気電磁弁２９を開けることにより、導入口は常に負圧になり空気が吸い込まれる状態になる。尚、この操作手順を守ることで循環用エジェクタ空気逆止弁３０は不要になるが、誤操作を考慮した場合は循環用エジェクタ空気逆止弁３０を配置することが望ましい。吸い込まれた空気を循環用エジェクタ２８に通すことで微細気泡を生成させ、浴槽戻り配管１７、プレート式熱交換器１１および浴槽往き配管１８へ流すことにより、これらの内部を洗浄することができる。

貯湯タンク１０の下部の水導出口１０４からの水は、沸き上げ用送水ポンプ１９により配管２０を通ってヒートポンプユニット１の放熱器４に供給され、放熱器４で加熱された後、配管２１を通って貯湯タンク１０の上部の温水導入口１０３から貯湯タンク１０内に戻される。沸き上げ用送水ポンプ１９、配管２０、放熱器４および配管２１により貯湯回路が構成される。

風呂給湯用混合弁２３は、リモコン４６で設定された所望の温度の湯を貯湯タンク１０からの湯と市水からの水を混合することで作り出す。この作り出された湯は、注水配管２６、浴槽戻り配管１７、浴槽往き配管１８を通って浴槽１５に注水される。注水配管２６の途中には、注水配管流量調整装置（例えば注水電磁弁４４）と、流量検出装置（例えば風呂給湯用流量センサ４０）と、微細気泡発生用の注水用エジェクタ３１とが設置されている。注水用エジェクタ３１の空気取入れ部には、逆流防止用の注水用エジェクタ空気逆止弁３３と、エジェクタへの空気の導入を制御する注水用エジェクタ空気電磁弁３２とが設けられている。エジェクタ空気導入口に設けられた注水用エジェクタ空気電磁弁３２を閉じた状態で温水を流してから注水用エジェクタ空気電磁弁３２を開けることにより、導入口は常に負圧になり空気が吸い込まれる状態になる。尚、この操作手順を守ることで注水用エジェクタ空気逆止弁３３は不要になるが、誤操作を考慮した場合は注水用エジェクタ空気逆止弁３３を配置することが望ましい。吸い込まれた空気を注水用エジェクタ３１に通すことで微細気泡を生成させ、浴槽戻り配管１７及び浴槽往き配管１８へ微細気泡を流すことにより、これらの内部を洗浄することができる。

減圧弁２５は、水源から供給された市水を所定圧に減圧し、貯湯タンク１０へ給水する。給湯用混合弁２４は、リモコン４６で設定された所望の温度の湯を貯湯タンク１０からの湯と市水からの水を混合することで作り出す。この作り出された湯は、給湯配管２７を通って蛇口４２やシャワー４３から給湯される。給湯配管２７の途中には、流量検出装置（例えば給湯用流量センサ４１）と、微細気泡発生用の給湯用エジェクタ４８とが設置さえている。給湯用エジェクタ４８の空気取入れ部には、逆流防止用の給湯用エジェクタ空気逆止弁５０と、該エジェクタへの空気の導入量を可変する給湯用エジェクタ空気ポンプ４９とが設けられている。ユーザが蛇口４２またはシャワー４３の使用を開始したことを給湯用流量センサ４１が検知すると、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９が動作される。これにより、給湯用エジェクタ４８の空気取入れ部から空気が取り込まれ、微細気泡が生成される。微細気泡を含んだ湯水は、給湯配管２７を通って蛇口４２またはシャワー４３から出湯され、食器洗浄や人体洗浄、浴槽・浴壁洗浄に使用することが可能となる。

図２は、実施の形態１のヒートポンプ給湯装置が備える微細気泡発生装置の制御ブロック図である。図２に示すとおり、制御部４５は、風呂給湯用流量センサ４０、給湯用流量センサ４１、フロースイッチ４７、水位センサ３９およびリモコン４６からの信号を受けて、給湯用混合弁２４、風呂給湯用混合弁２３、注水電磁弁４４、風呂側送水ポンプ１６、沸き上げ用送水ポンプ１９、タンク側送水ポンプ１３、循環用エジェクタ空気電磁弁２９、注水用エジェクタ空気電磁弁３２および給湯用エジェクタ４８の給湯用エジェクタ空気ポンプ４９を制御する。このヒートポンプ給湯機の制御系においては、ユーザがリモコン４６を操作することにより、制御部４５へ信号が伝達され、制御部４５はその信号により、各動作を制御する。リモコン４６には、給湯モードを選択するための洗浄・節水選択釦４６１が付加されている。

次に、本ヒートポンプ給湯装置の動作について説明する。図１において、貯湯運転信号により、ヒートポンプユニット１が運転され、冷媒は圧縮機３で圧縮され高温高圧となり、放熱器４で冷却され、膨張弁５により減圧され、蒸発器６により大気から吸熱して蒸発し、圧縮機３に戻る。一方、貯湯タンク１０の下部の水導出口１０４から沸き上げ用送水ポンプ１９により配管２０を通って放熱器４に水が供給され、供給された水は、放熱器４で加熱される。そして、加熱され高温となった温水は貯湯タンク１０の上部の温水導入口１０３から流入する。従って、高温水は、貯湯タンク１０の上部から順次貯湯される。

給湯動作を実施する場合においては、貯湯タンク１０に貯留された湯と、市水から供給される冷水とを給湯用混合弁２４によって混合し、リモコン４６で設定した所望の温度で蛇口４２やシャワー４３から給湯する。また、本実施の形態１の装置には、給湯配管２７の途中に給湯用エジェクタ４８が設置されている。給湯用エジェクタ４８は、給湯用流量センサ４１が流水を検知した場合に微細気泡の生成を行う。具体的には、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９を動作させることで、給湯用エジェクタ４８に空気が導入される（気泡生成手段）。これにより、微細気泡を含んだ給湯水が、蛇口４２やシャワー４３等の給湯端末から給湯される。

ここで、本実施の形態１の装置は、ユーザが給湯水の使用用途に応じて、「洗浄モード」と「節水モード」の何れか一方の給湯モード（指令）を選択することができる。尚、ここでいう「洗浄モード」とは、気泡同士が互いに結合しない洗浄効果の高い微細気泡として、平均径が１０μｍ〜１００μｍ程度のマイクロバブルと呼ばれる気泡を生成するモードを指している。洗浄モードによれば、洗浄効果の高い湯水を蛇口４２やシャワー４３から給湯することができるので、例えば、この湯水を皿、洗濯物、配管、或いは浴槽等の洗浄対象物の洗浄に用いることにより、洗浄効果を有効に高めることができる。

また、ここでいう「節水モード」とは、節水効果の高い微細気泡として、平均径が１ｍｍ以上のミリバブルと呼ばれる気泡を生成するモードを指している。節水モードによれば、気泡径の大きい微細気泡を湯水に含ませることで配管内に占める空気の割合が多くなるので、例えば、この湯水をシャワー４３からの給湯に使用することにより、節水効果を有効に高めることができる。

微細気泡の気泡径は、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９によって給湯用エジェクタ４８内に取り込まれる空気量を増減させることで可変させることができる。このため、ユーザに選択された給湯モードに応じて、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９への指示電圧を可変させて回転数を制御することで、所望の気泡径の微細気泡を生成することができる。

図３は、ユーザによって節水モードが選択されている場合の給湯動作のルーチンを示すフローチャートである。以下、この図を参照して、節水モードが選択されている場合の給湯動作について、その具体的処理を詳細に説明する。

先ず、ステップＳ５では、ユーザがリモコン４６内の洗浄・節水選択釦４６１を押下することにより給湯モードとして「節水モード」が選択される。この場合、次のステップＳ１に進み、給湯配管２７内が流水しているか否かを給湯用流量センサ４１によって確認し、制御部４５へ伝達する。その結果、流水している場合には給湯中であると判断してステップＳ６に進み、流水していない場合には給湯中でないと判断して再びフローチャートの先頭に戻る。尚、このとき所定時間のあいだ給湯中でないと判断された場合、上記ステップＳ５で選択した「節水モード」は解除されるため、再びリモコン４６内の洗浄・節水選択釦４６１を押下して給湯モードを選択し直す。これにより、ユーザの設定操作後の出湯に対応させながら、所定時間給湯がなければ誤操作等と判断し、設定を解除するので使い勝手が向上する。

ステップＳ６では、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９を高速に回転させ、給湯用エジェクタ４８に多くの空気を取り入れる。制御部４５は、給湯用エジェクタ４８においてミリバブルが生成されるための空気量（大空気量）を、湯水の流量に対応して記憶している。ここでは、具体的には、給湯用流量センサ４１によって検出された流量に対応する大空気量が制御部４５から読み込まれる。そして、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９によって給湯用エジェクタ内に取り込まれる空気量が、この所定の大空気量となるように、その回転数が制御される。ミリバブルによる給湯を行うと、配管内に占める空気の割合が多くなり、その分湯水の割合は減る。このため、通常給湯している蛇口４２やシャワー４３の開度での水量と比較して、給湯される水量を減らすことが可能となる。

その後、ステップＳ３では、給湯用流量センサ４１で再度流水有無を確認する。その結果、給湯中でなければステップＳ４に移行し、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９の動作を停止させ、気泡を添加した給湯を終了する。

このように、上述した節水モードによる給湯動作によれば、流水へのミリバブルの混入によって、配管内の湯水に対して空気の割合が多くなるため、節水効果を得ることができ、またシャワーの体感圧も向上する。具体的には、例えば、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９によって３Ｌ／ｍｉｎの空気を給湯用エジェクタ４８へ供給した場合、気泡がない場合と比較して約２０％の節水効果を得ることが可能となる。また、気泡を含むことでシャワー滴の表面積が広がり、肌にあたる表面積を大きくすることができるため、シャワー圧も気泡がない場合と比較して強く感じられ、快適なシャワー圧を体感することができた。

図４は、ユーザによって洗浄モードが選択されている場合の給湯動作のルーチンを示すフローチャートである。以下、この図を参照して、洗浄モードが選択されている場合の給湯動作について、その具体的処理を詳細に説明する。

先ず、ステップＳ７では、ユーザがリモコン４６内の洗浄・節水選択釦４６１を押下することにより、給湯モードとして「洗浄モード」が選択される。この場合、次のステップＳ１に進み、給湯配管２７内が流水しているか否かを給湯用流量センサ４１によって確認し、制御部４５へ伝達する。その結果、流水している場合には給湯中であると判断してステップＳ８に進み、流水していない場合には給湯中でないと判断して再びフローチャートの先頭に戻る。尚、このとき所定時間のあいだ給湯中でないと判断された場合、上記ステップＳ７で選択した「洗浄モード」は解除されるため、再びリモコン４６内の洗浄・節水選択釦４６１を押下して給湯モードを選択し直す。これにより、節水モードの場合と同様の効果を得る。

ステップＳ８では、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９を低速に回転させ、給湯用エジェクタ４８に少量の空気を取り入れる。制御部４５は、給湯用エジェクタ４８においてマイクロバブルが生成されるための空気量（小空気量）を、湯水の流量に対応して記憶している。ここでは、具体的には、給湯用流量センサ４１によって検出された流量に対応する小空気量が制御部４５はから読み込まれる。そして、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９によって給湯用エジェクタ内に取り込まれる空気量が、この所定の小空気量となるように、その回転数が制御される。

その後、ステップＳ３では、給湯用流量センサ４１で再度流水有無を確認する。その結果、給湯中でなければステップＳ４に移行し、給湯用エジェクタ空気ポンプ４９の動作を停止させ、気泡を添加した給湯を終了する。

このように、上述した洗浄モードによる給湯動作によれば、流水へのマイクロバブルの混入によって、通常の流水のみの場合と比較して、洗浄効果を向上させることができた。また、マイクロバブルを添加した流水で洗い流すことによって、油汚れのついた食器などや、人体についた皮脂汚れ、浴槽や浴室の壁に付着した皮脂汚れを除去することを可能にした。具体的には、例えば、マイクロバブルを含む流水は、それを含まない流水と比較して、単位面積あたりの汚れ成分重量を表す汚れ成分付着度を約１／５に低減できることを確認した。

ところで、上述した実施の形態１の装置では、給湯用流量センサ４１によって検出された流量に対応した所定の小空気量（または大空気量）を制御部４５から読み込むこととしているが、上述したマイクロバブル（またはミリバブル）を生成できる空気量であれば、その値は固定値や関数に基づく値でもよい。

また、上述した実施の形態１の装置では、ユーザがリモコン４６の洗浄・節水選択釦４６１を押下することで給湯モードを節水モードと洗浄モードとの間で切り替えることとしているが、節水モードと洗浄モードとの切り替えはこれに限られない。すなわち、上述したとおり、節水モードはシャワー４３を使用している場合に特に有効に機能する。そこで、例えば、シャワー４３からの給湯を流量センサ等により検出した場合（例えば所定の流量以上やシャワーでの出湯と想定される３８〜４５度の出湯の場合、その組合せなど）には、自動的に節水モードに切り替わる構成を備えることとしてもよい。これにより、ユーザが特別に意識することなく、節水効果を向上させることができる。

１０ 貯湯タンク
１２ 配管（給湯用流路）
２７ 配管（給湯用流路）
４１ 給湯用流量センサ
４２ 蛇口（給湯端末）
４３ シャワー（給湯端末）
４５ 制御部（気泡生成手段）
４６ リモコン
４６１ 洗浄・節水選択釦
４８ 給湯用エジェクタ
４９ 給湯用エジェクタ空気ポンプ
５０ 給湯用エジェクタ空気逆止弁

Claims (6)

1. 貯湯タンクに貯留された湯水を給湯端末から給湯可能な貯湯式給湯機であって、
   前記貯湯タンクと前記給湯端末とを接続する給湯用流路と、
   前記給湯用流路の途中に配設された給湯用エジェクタと、
   前記給湯用エジェクタに空気を送り込む給湯用エジェクタ空気ポンプと、
   前記給湯端末から給湯する場合に、前記給湯用エジェクタ空気ポンプを作動させて前記給湯用流路内に気泡を生成する気泡生成手段と、を備え、
   前記気泡生成手段は、前記給湯端末からの給湯用途に応じて、前記給湯用エジェクタ空気ポンプによって送り込む空気量を、所定の大空気量とそれよりも小さい所定の小空気量との間で可変に制御することを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. ユーザが前記給湯用途に関する指令を入力できるように構成されたリモコンを更に備え、
   前記気泡生成手段は、前記リモコンに入力されたユーザからの前記指令に応じて、前記給湯用エジェクタ空気ポンプによって送り込む空気量を、前記大空気量と前記空気量との間で可変させることを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記指令は、前記給湯端末から給湯される湯水の節水を行う節水指令を含み、
   前記気泡生成手段は、前記リモコンに前記節水指令が入力されている場合には、前記給湯用エジェクタ空気ポンプによって送り込む空気量を前記大空気量に制御することを特徴とする請求項２記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記指令は、前記給湯端末から給湯される湯水を対象物の洗浄を行う洗浄指令を含み、
   前記気泡生成手段は、前記リモコンに前記洗浄指令が入力されている場合には、前記給湯用エジェクタ空気ポンプによって送り込む空気量を前記小空気量に制御することを特徴とする請求項２または３記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記給湯端末は、浴室のシャワーを含み、
   前記気泡生成手段は、前記シャワーから給湯する場合に、前記給湯用エジェクタ空気ポンプによって送り込む空気量を前記大空気量に制御することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
6. 前記小空気量は、前記給湯用流路内に生成される気泡の平均径が１０μｍ〜１００μｍとなる空気量であり、前記大空気量は、前記給湯用流路内に生成される気泡の平均径が１ｍｍ以上となる空気量であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の貯湯式給湯装置。

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