JP2022183561A - 冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】庫内の食品を衛生的に、かつ安定的に高湿度冷却することのできる冷却装置および冷却方法を提供する。【解決手段】冷却装置１は、冷却装置１を循環する冷媒によって、庫内の空気を冷却するための複数の冷却コイル３１、４１と、冷却運転時の一の冷却コイルに空気を送ることによって生じる冷却空気、およびデフロスト運転時の他の冷却コイルに空気を送ることによって生じる高湿度空気が混合されて高湿度冷却空気が生成される混合領域５１と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置および冷却方法に関し、特に食品を高湿度冷却する冷却装置および冷却方法に関する。

従来、新鮮な野菜等を、鮮度を維持したまま貯蔵する冷蔵貯蔵庫としては、降雪地帯において雪を使った冷蔵貯蔵庫が知られている。このような冷蔵貯蔵庫では、冷蔵貯蔵庫内に野菜等を貯蔵し、雪によって冷蔵貯蔵庫内の空気を冷却する。そして、その冷気が自然対流して野菜等を冷却する。このとき、溶解した水によって冷蔵貯蔵庫内を加湿して、冷蔵貯蔵庫内を高湿度に保持している。

しかしながら、雪が解けてなくなると、冷蔵貯蔵ができなくなってしまう。換言すれば、上述の冷蔵貯蔵庫では、限られた地域かつ限られた期間しか使用できないという問題があった。

そこで、この問題点を解消するものとして、冷凍機および加湿器を備える冷蔵貯蔵庫が実用化されている。冷凍機は、例えば圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器により構成されている。加湿器としては、特に限定されないが、例えば水噴霧方式の加湿器である。

このような冷蔵貯蔵庫では、冷蔵貯蔵庫内に野菜等を貯蔵し、冷凍機の冷媒によって冷蔵貯蔵庫内の空気を冷却し、その冷気がファンにより強制対流されて、野菜等を冷却する。このとき、加湿器が水を噴霧して冷蔵貯蔵庫内を高湿度に保持する。

しかしながら、冷凍機および加湿器を備える冷蔵貯蔵庫では、冷凍機によって除湿するとともに、加湿器によって加湿を行っているため冷凍機の冷却コイルに霜が付きやすい。冷却コイルに霜が付くと冷凍機の冷却能力が低下するため、定期的に霜を取り除くデフロスト運転を行う必要があるが、デフロスト運転中は冷却運転が止まるため、庫内温度の上昇、過加湿または加湿不足が生じ安定的に低温高湿度状態を維持することができない。また、加湿器から出るミスト水滴が空気中で落下して野菜等に当たり腐食・カビが生じる可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するために発明されたものであり、庫内の食品を衛生的に、かつ安定的に高湿度冷却することのできる冷却装置および冷却方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る冷却装置は、庫内の食品を高湿度冷却する冷却装置である。冷却装置は、前記冷却装置を循環する冷媒によって、前記庫内の空気を冷却するための複数の冷却コイルと、冷却運転時の一の前記冷却コイルに空気を送ることによって生じる冷却空気、およびデフロスト運転時の他の前記冷却コイルに空気を送ることによって生じる高湿度空気が混合されて高湿度冷却空気が生成される混合領域と、を有する。

また、上記目的を達成する本発明に係る冷却方法は、庫内の食品を高湿度冷却する冷却方法である。冷却方法では、冷却装置を循環する冷媒によって、前記庫内を循環する空気を冷却するための複数の冷却コイルを備える冷凍サイクルにおいて、一方の前記冷却コイルには冷媒が供給される冷却運転が行われ、他方の前記冷却コイルには前記冷媒の供給が停止されるオフサイクルのデフロスト運転が交互に繰り返される。

上述の冷却装置によれば、デフロスト運転によって融解したドレイン水が付着している冷却コイルに空気を送ることによって、ドレイン水が蒸発し高湿度空気が生成されて、この高湿度空気および冷却運転で冷却された冷却空気が、混合領域において混合される。これによって、高湿度冷却空気が生成されるため、庫内の食品を衛生的に、かつ安定的に高湿度冷却することができる。

また、上述の冷却方法によれば、デフロスト運転によって融解したドレイン水が付着している冷却コイルに空気を送ることによって、高湿度空気が生成されて、この高湿度空気および冷却運転で冷却された冷却空気を混合することによって、高湿度冷却空気が生成されるため、庫内の食品を衛生的に、かつ安定的に高湿度冷却することができる。

本発明の実施形態に係る冷却装置を示す概略平面図である。 本実施形態に係る冷却装置を示す概略正面図である。 庫内を所定の温度まで冷却するクーリングダウン運転時における冷却装置の運転状況を示す図である。 所定温度まで冷却された庫内の温度を維持するキーピング運転時における冷却装置の運転状況を示す図である。 キーピング時における冷却装置の運転状況を示す図である。 変形例に係る冷却装置を示す概略図である。

本発明の実施形態に係る冷却装置１を、図１、図２を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本実施形態に係る冷却装置１を示す概略平面図である。図２は、本実施形態に係る冷却装置１を示す概略正面図である。

本実施形態に係る冷却装置１は、庫内の食品を高湿度冷却するための装置である。庫内温度は貯蔵される食品によって設定値が変化するが、０～１０℃の範囲内で設定されるチルド温度帯に維持される。なお、現状の冷却設備においてはチルド温度帯の雰囲気を作る為には冷却装置蒸発温度を０℃以下にする必要があり、冷却コイルに着霜が生じる。

本実施形態に係る冷却装置１は、図１に示すように、第１ファン１０と、第２ファン２０と、第１冷凍サイクル３０と、第２冷凍サイクル４０と、ハウジング５０と、エリミネーター６０と、を有する。以下、各構成について説明する。

第１ファン１０は、図１、図２に示すように、第１冷却コイル３１の空気の流れの上流側に設けられる。すなわち、第１ファン１０は、食品を高湿度冷却した庫内の空気を取り込んで、第１冷凍サイクル３０の第１冷却コイル３１に向けて送風する。ここで、高湿度冷却とは、湿度が１００％に近い状態で冷却することを意味する。

第２ファン２０は、図１、図２に示すように、第２冷却コイル４１の空気の流れの上流に設けられる。すなわち、第２ファン２０は、食品を高湿度冷却した庫内の空気を取り込んで、第２冷凍サイクル４０の第２冷却コイル４１に向けて送風する。

第１ファン１０および第２ファン２０は、ハウジング５０の内部に配置される。

第１冷凍サイクル３０は、図１に示すように、蒸発器としての第１冷却コイル３１と、圧縮機である第１冷凍機３２と、第１凝縮器３３と、第１膨張弁３４と、第１循環ライン３５と、を有する。

第１冷却コイル３１において、第１ファン１０によって取り込まれた空気の熱により蒸発した冷媒は、第１冷凍機３２によって圧縮され、高温高圧になった冷媒は第１凝縮器３３において冷却されて凝縮し、凝縮された冷媒は、第１膨張弁３４に送られて膨張され、膨張した冷媒は、第１冷却コイル３１に送られて、第１ファン１０によって取り込まれた空気の冷却に用いられる。

本実施形態において、第１ファン１０によって取り込まれた空気が流れる向き（図１の右向き）と、冷媒が流通する向き（図１の右向き）は同一（以下、並行流と称する）である。

ここで、第１ファン１０によって取り込まれた空気が流れる向き（図１の右向き）と冷媒が流通する向き（図１の左向き）が逆（対向流と称する）の場合、冷却コイル３１、４１の出口において空気の温度が並行流と同じであっても、冷却コイル３１、４１の出口における冷媒の温度は並行流より低い。このため、対向流の方が並行流よりも除湿水分量が多くなる。したがって、低温度域において高湿度が求められる場合には、並行流の構成を採用して除湿水分量を少なくすることが好ましい。

第１冷却コイル３１は、図１に示すように、ハウジング５０の内部に配置されている。第１冷却コイル３１は、マイクロチャンネル熱交換器である。この構成によれば、マイクロチャンネル熱交換器のフィンのピッチが狭く表面張力が発生するため、フィン上にデフロストで融解した水が付着保持される。このため、後述するデフロスト運転の際に、第１冷却コイル３１から出る空気は、高湿度状態が維持される。また、第１冷却コイル３１の小型化を達成することができる。

第１冷凍サイクル３０を循環する冷媒としては、フロンやＣＯ_２等を用いることができるが、特に限定されない。

第２冷凍サイクル４０は、図１に示すように、蒸発器としての第２冷却コイル４１と、圧縮機である第２冷凍機４２と、第２凝縮器４３と、第２膨張弁４４と、第２循環ライン４５と、を有する。

第２冷却コイル４１において、第２ファン２０によって取り込まれた空気の熱により蒸発した冷媒は、第２冷凍機４２によって圧縮され、高温高圧になった冷媒は第２凝縮器４３において冷却されて凝縮し、凝縮された冷媒は、第２膨張弁４４に送られて膨張され、膨張した冷媒は、第２冷却コイル４１に送られて、第２ファン２０によって取り込まれた空気の冷却に用いられる。

本実施形態において、第２ファン２０によって取り込まれた空気が流れる向き（図１の右向き）と、冷媒が流通する向き（図１の右向き）は同一である。この構成によれば、上述したように、対向流の構成と比較して、除湿水分量を少なくすることができる。

第２冷却コイル４１は、図１に示すように、ハウジング５０の内部に配置されている。第２冷却コイル４１は、マイクロチャンネル熱交換器である。この構成によれば、マイクロチャンネル熱交換器のフィンのピッチが狭く表面張力が発生するため、フィン上にデフロスト運転で融解した水が付着保持される。このため、後述するデフロスト運転の際に、第２冷却コイル４１から出る空気は、高湿度状態が維持される。また、第２冷却コイル４１の小型化を達成することができる。

第２冷凍サイクル４０を循環する冷媒としては、フロンやＣＯ_２等を用いることができるが、特に限定されない。

ハウジング５０の内部には、図１、図２に示すように、第１ファン１０、第２ファン２０、第１冷却コイル３１、第２冷却コイル４１が配置されている。また、ハウジング５０は、図１、図２に示すように、第１冷却コイル３１を通過した空気、および第２冷却コイル４１を通過した空気が混合される混合領域５１を有する。

混合領域５１では、冷却運転時の第２冷却コイル４１に空気を送ることによって生じる冷却空気、およびデフロスト運転時の第１冷却コイル３１に空気を送ることによって生じる高湿度空気が混合されて高湿度冷却空気が生成される（図４参照）。また、混合領域５１では、冷却運転時の第１冷却コイル３１に空気を送ることによって生じる冷却空気、およびデフロスト運転時の第２冷却コイル４１に空気を送ることによって生じる高湿度空気が混合されて高湿度冷却空気が生成される（図５参照）。

混合領域５１の出口側には、温度計を配置しておくことが好ましい。温度計を配置することによって、後述する第２運転状態から第３運転状態への切り替え時、および第３運転状態から第２運転状態への切り替え時に、温度計の温度を確認して、温度が上昇する前に、切り替えを行うことができる。したがって、無駄なエネルギー消費を抑制することができる。

ハウジング５０は、断熱壁から構成されることが好ましい。

エリミネーター６０は、混合領域５１の空気の出口側に配置される。エリミネーター６０は、第１ファン１０および第２ファン２０の送風によって第１冷却コイル３１および第２冷却コイル４１に付着した水分が、ハウジング５０外の庫内に吹き出されることを防止するために設けられる。

次に、図３～図５を参照して、本実施形態に係る冷却装置１の冷却方法について説明する。図３は、庫内を所定の温度まで冷却するクーリングダウン運転時における冷却装置１の運転状況を示す図である。図４、図５は、所定温度まで冷却された庫内の温度を維持するキーピング運転時における冷却装置１の運転状況を示す図である。図３～図５において、太線箇所は、冷媒が循環している箇所に相当する。

まず、図３に示すように、第１冷凍サイクル３０および第２冷凍サイクル４０において、冷媒を循環させて、庫内のクーリングを行う（第１運転状態）。このときの第１ファン１０および第２ファン２０の風速は、例えば３～４ｍ／ｓである。このように風速を比較的速くすることによって、第１冷却コイル３１および第２冷却コイル４１における熱伝達係数を大きくすることができる。

そして、第１運転状態を所定の時間続けた後、第１冷却コイル３１または第２冷却コイル４１への着霜を確認したら、図４に示すように、第２冷凍サイクル４０における冷媒の循環を維持しつつ、第１冷凍サイクル３０における冷媒の循環を停止させる（第２運転状態）。このとき、第１ファン１０および第２ファン２０の駆動は維持される。また着霜を確認する方法は特に限定されないが、第１冷却コイル３１または第２冷却コイル４１前後の差圧計測、タイマーによる時間測定やカメラ撮影等を用いることができる。

このとき、第１冷凍サイクル３０の第１冷却コイル３１では、オフサイクルでのデフロスト運転が行われる。具体的には、第２運転状態において第１冷却コイル３１への冷媒の供給が停止され、第１ファン１０の顕熱とチルド域の庫内温度を熱源として、第１冷凍サイクル３０の第１冷却コイル３１のデフロスト運転が行われる。本実施形態に係る庫内温度は０℃以上のプラス温度帯であるため、第１冷却コイル３１への冷媒供給を停止することで霜が融解する。

また、デフロスト運転を行う際、第１ファン１０の風速は、例えば１～２ｍ／ｓに下げる。これによって、第１冷却コイル３１に水分が付着した状態を維持することができる。このように第１冷却コイル３１に水分が付着した状態を維持することによって、第１冷却コイル３１における熱伝達係数を所定の数値（例えば、３０Ｗ／（ｍ^２・Ｋ））以上にすることができ、好適に空気を冷却することができる。また、冷却運転を行う第２ファン２０の風速は、例えば３～４ｍ／ｓにすることができる。

第２運転状態において、第１冷却コイル３１におけるデフロスト運転によって融解したドレイン水が付着している第１冷却コイル３１に空気を送ることによって、ドレイン水が蒸発し高湿度空気が生成されて、この高湿度空気、および第２冷凍サイクル４０の冷却運転で冷却された冷却空気が混合領域５１において混合されることによって、高湿度冷却空気が生成されるため、庫内の食品を衛生的に、高湿度冷却することができる。また、この方法によれば第１冷却コイル３１のデフロスト運転中も第２冷却コイル４１の冷却運転が継続して行われるため、連続して安定的に庫内に高湿度冷却空気を供給することができる。

次に、第２運転状態でのデフロスト運転が完了した後、図５に示すように、第１冷凍サイクル３０における冷媒の循環を開始させつつ、第２冷凍サイクル４０における冷媒の循環を停止させる（第３運転状態）。第２運転状態から第３運転状態への切り替えは、タイマーによる時間測定や、静圧の変動で判断することができる。

このとき、第２冷凍サイクル４０の第２冷却コイル４１では、オフサイクルでのデフロスト運転が行われる。具体的には、第３運転状態において第２冷却コイル４１への冷媒の供給が停止され、第２ファン２０の顕熱とチルド域の庫内温度を熱源として、第２冷凍サイクル４０の第２冷却コイル４１のデフロスト処理が行われる。このとき、本実施形態に係る庫内温度は０℃以上のプラス温度帯であるため、第２冷却コイル４１への冷媒供給を停止することで霜が融解する。

また、デフロスト運転を行う際、第２ファン２０の風速は、例えば１～２ｍ／ｓに下げる。これによって、第２冷却コイル４１に水分が付着した状態を維持することができる。このように第２冷却コイル４１に水分が付着した状態を維持することによって、第２冷却コイル４１における熱伝達係数を所定の数値（例えば、３０Ｗ／（ｍ^２・Ｋ））以上にすることができ、好適に空気を冷却することができる。また、冷却運転を行う第１ファン１０の風速は、例えば３～４ｍ／ｓにすることができる。

第３運転状態において、第２冷却コイル４１におけるデフロスト運転によって融解したドレイン水が付着している第２冷却コイル４１に空気を送ることによって、ドレイン水が蒸発し高湿度空気が生成されて、この高湿度空気、および第１冷凍サイクル３０の冷却運転で冷却された冷却空気が混合領域５１において混合されることによって、高湿度冷却空気が生成されるため、庫内の食品を衛生的に、高湿度冷却することができる。また、この方法によれば第２冷却コイル４１のデフロスト運転中も第１冷却コイル３１の冷却運転が継続して行われるため、連続して安定的に庫内に高湿度冷却空気を供給することができる。

次に、第３運転状態が所定の時間経過した後、第２運転状態に切り替えて、その後は第２運転状態および第３運転状態を交互に繰り返す。

ここで、初期負荷であるクーリングダウン負荷（第１運転状態に相当）と、その後の安定したキーピング負荷（第２運転状態および第３運転状態に相当）では、２～３倍の違いがある。このため、第１冷凍サイクル３０および第２冷凍サイクル４０の冷却能力を、キーピング負荷の１～１．５倍の能力を持たせることによって、初期のクーリングダウン時には第１冷凍サイクル３０および第２冷凍サイクル４０を運転して、温度が安定したキーピング時には、第１冷凍サイクル３０または第２冷凍サイクル４０のどちらかを運転する。そして、運転していない側の冷凍サイクルは、オフサイクルのデフロスト処理を行う。

また、図６に示すように、冷却装置３の冷凍サイクル１３０は１つであってもよい。冷凍サイクル１３０を１つにする場合、複数の冷却コイル３１、４１それぞれの前後ラインに弁３１Ａ、３１Ｂ、４１Ａ、４１Ｂを設け、第２運転状態および第３運転状態を切り替えるよう冷媒を分岐させながら運転する。

以上説明したように、本実施形態に係る冷却装置１は、庫内の食品を高湿度冷却する冷却装置１である。冷却装置１は、冷却装置１を循環する冷媒によって、庫内の空気を冷却するための第１冷却コイル３１、第２冷却コイル４１と、冷却運転時の第１冷却コイル３１に空気を送ることによって生じる冷却空気、およびデフロスト運転時の第２冷却コイル４１に空気を送ることによって生じる高湿度空気が混合されて高湿度冷却空気が生成される混合領域５１と、を有する。このように構成された冷却装置１によれば、デフロスト運転によって融解したドレイン水が付着している第２冷却コイル４１に空気を送ることによって、ドレイン水が蒸発し高湿度空気が生成されて、この高湿度空気、および第１冷凍サイクル３０の冷却運転で冷却された冷却空気が、混合領域５１において混合される。これによって、高湿度冷却空気が生成されるため、庫内の食品を衛生的に、かつ安定的に高湿度冷却することができる。

また、冷却装置１は、食品を高湿度冷却した庫内の空気を取り込んで、第１冷却コイル３１に向けて送風する第１ファン１０と、食品を高湿度冷却した庫内の空気を取り込んで、第２冷却コイル４１に向けて送風する第２ファン２０と、を有する。このように構成された冷却装置１によれば、デフロスト処理する際の第１ファン１０、第２ファン２０の風速を調整することができるため、第１冷却コイル３１または第２冷却コイル４１に水分を付着した状態を維持することができる。

また、第１冷却コイル３１および第２冷却コイル４１は、マイクロチャンネル熱交換器である。このように構成された冷却装置１によれば、マイクロチャンネル熱交換器のフィンのピッチが狭く表面張力が発生するため、フィン上にデフロストで融解した水が付着保持される。このため、デフロスト処理の際に、第１冷却コイル３１および第２冷却コイル４１から吹き出る空気は、高湿度状態が維持される。また、第１冷却コイル３１および第２冷却コイル４１の小型化を達成することができる。

また、高湿度冷却される空気が流れる向きと、冷媒が流通する向きは同一である。このように構成された冷却装置１によれば、対向流の構成と比較して、除湿水分量を少なくすることができる。

また、以上説明したように、本実施形態に係る冷却方法は、庫内の食品を高湿度冷却する冷却方法であって、冷却装置１を循環する冷媒によって、庫内を循環する空気を冷却するための第１冷却コイル３１を備える第１冷凍サイクル３０および第２冷却コイル４１を備える第２冷凍サイクル４０において、一方の冷却コイルには冷媒が供給される冷却運転が行われ、他方の冷却コイルには冷媒の供給が停止されるオフサイクルのデフロスト運転が交互に繰り返される。この冷却方法によれば、デフロスト運転によって融解したドレイン水が付着している第１冷却コイル３１または第２冷却コイル４１に空気を送ることによって、高湿度空気が生成されて、この高湿度空気および冷却運転で冷却された冷却空気を混合することによって、高湿度冷却空気が生成されるため、庫内の食品を衛生的に、かつ安定的に高湿度冷却することができる。

また、第１ファン１０によって、食品を高湿度冷却した庫内の前記空気を取り込んで、第１冷却コイル３１に向けて送風するとともに、第２ファン２０によって、食品を高湿度冷却した庫内の空気を取り込んで、第２冷却コイル４１に向けて送風し、冷却運転を行う場合のファン１０、２０の風速は、デフロスト運転を行う場合のファン１０、２０の風速よりも大きい。この冷却方法によれば、デフロスト処理する際の第１ファン１０、第２ファン２０の風速を調整することができるため、第１冷却コイル３１または第２冷却コイル４１に水分を付着した状態を維持することができる。

以上、実施形態を通じて、冷却装置の構成について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。

例えば、上述した実施形態では、冷却装置１は、第１ファン１０および第２ファン２０を有したが、１つのファンによって、食品を高湿度冷却した庫内の空気を取り込んで、第１冷却コイル３１および第２冷却コイル４１に向けて送風してもよい。

また、上述した実施形態では、第１冷却コイル３１および第２冷却コイル４１は、マイクロチャンネル熱交換器であった。しかしながら、第１冷却コイルおよび第２冷却コイルは、プレートフィンコイルであってもよい。プレートフィンコイルを用いる場合は、フィンピッチを３～４ｍｍとすることができる。

また、上述した実施形態では、高湿度冷却される空気が流れる向きと、冷媒が流通する向きは、同一であった。しかしながら、高湿度冷却される空気が流れる向きと、冷媒が流通する向きは、逆であってもよい。

また、上述した実施形態では、冷凍サイクルは１つまたは２つ設けられたが、３つ以上設けられてもよい。

１、３ 冷却装置、
１０ 第１ファン、
２０ 第２ファン、
３０ 第１冷凍サイクル、
３１ 第１冷却コイル、
４０ 第２冷凍サイクル、
４１ 第２冷却コイル。

Claims (6)

1. 庫内の食品を高湿度冷却する冷却装置であって、
   前記冷却装置を循環する冷媒によって、前記庫内の空気を冷却するための複数の冷却コイルと、
   冷却運転時の一の前記冷却コイルに空気を送ることによって生じる冷却空気、およびデフロスト運転時の他の前記冷却コイルに空気を送ることによって生じる高湿度空気が混合されて高湿度冷却空気が生成される混合領域と、を有する冷却装置。
2. 前記食品を高湿度冷却した前記庫内の前記空気を取り込んで、一の前記冷却コイルに向けて送風する第１ファンと、
   前記食品を高湿度冷却した前記庫内の前記空気を取り込んで、他の前記冷却コイルに向けて送風する第２ファンと、を有する、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記冷却コイルは、マイクロチャンネル熱交換器である、請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 高湿度冷却される前記空気が流れる向きと、前記冷媒が流通する向きは、同一である、請求項１～３のいずれか１項に記載の冷却装置。
5. 庫内の食品を高湿度冷却する冷却方法であって、
   冷却装置を循環する冷媒によって、前記庫内を循環する空気を冷却するための複数の冷却コイルを備える冷凍サイクルにおいて、一方の前記冷却コイルには冷媒が供給される冷却運転が行われ、他方の前記冷却コイルには前記冷媒の供給が停止されるオフサイクルのデフロスト運転が交互に繰り返される冷却方法。
6. 第１ファンによって、前記食品を高湿度冷却した前記庫内の前記空気を取り込んで、一の前記冷却コイルに向けて送風するとともに、
   第２ファンによって、前記食品を高湿度冷却した前記庫内の前記空気を取り込んで、他の前記冷却コイルに向けて送風し、
   前記冷却運転を行う場合のファンの風速は、前記デフロスト運転を行う場合のファンの風速よりも大きい、請求項５に記載の冷却方法。

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