JP5210283B2 - 気体溶解装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体中に微細気泡を発生させるための気体溶解液を生成する気体溶解装置に関する。

本出願人は、タンク内において気体を液体に溶解させる気体溶解装置についてこれまでに種々の提案を行ってきている。

たとえば、下記特許文献１に記載した気体溶解装置では、タンクに対応する筒状体をその中心軸が水平方向に対して傾斜するように配置する。筒状体の略円筒状をした側壁部の中間部には、内部に貯留している気体と液体の界面を位置させ、筒状体内の界面より上側の部分を気体貯留部とするとともに、界面より下側の部分を液体貯留部とする。そして、筒状体内の界面と同レベルまたは界面より若干下のレベルに気液混合流体を気体貯留部に噴射するための噴射口を設け、液体貯留部の下端部近傍に筒状体内の液体を流出させる流出口を設けている。

このような気体溶解装置は、筒状体の内部に貯留される液体と気体との界面の面積を大きくするとともに、貯留される液体の深さを深くすることができ、大きな気泡が混合した状態で液体が筒状体から流出するのを抑制することができる。
特開２００７−３１３４６４号公報

しかしながら、その後の検討により、特許文献１に記載した気体溶解装置には改善点が幾つか見出された。

その一つに、気体貯留部では、気液混合流体に溶解しない未溶解の気体が気体貯留部に残りやすいという問題がある。未溶解の気体は、大きな気泡となって液体中に混入することがあり、この場合、気体溶解液の品質が低下するため、所望の用途に適さなくなる。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、未溶解の気体による大きな気泡の流出を抑制するとともに、気体の溶解量を増加させることのできる気体溶解装置を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の特徴を有している。

第１の発明は、溶解タンクを備え、溶解タンクの内部に、表裏を貫通する開口が形成された仕切り板が配設され、仕切り板によって溶解タンクの内部が上下２室に区画され、上側に位置する第１の室に連通する流入口と、下側に位置する第２の室に連通する流出口とが、溶解タンクの底部側に配設され、流入口に連通する噴射口が、溶解タンクの内部において仕切り板以上の高さに配設された気体溶解装置であって、溶解タンクが、流入口側よりも流出口側が低く配置されるように傾斜して配設され、流出口が溶解タンクの最も低い位置に配置されていることを特徴としている。

第２の発明は、上記第１の発明の特徴において、溶解タンクの上端部において最も低い部分に気体放出弁が配設されていることを特徴としている。

第３の発明は、上記第２の発明の特徴において、気体放出弁に連通する筒状体が、気体放出弁が配設された溶解タンクの上端部から内部に向かって突出して配設されていることを特徴としている。

第４の発明は、上記第２の発明の特徴において、気体放出弁に対向して邪魔板が、気体放出弁の下方に配設されていることを特徴としている。

第５の発明は、上記第３の発明の特徴において、筒状体に対向して邪魔板が、筒状体の下方に配設されていることを特徴としている。

第６の発明は、上記第１から第５のいずれか一つの発明の特徴において、仕切り板に形成された開口は、第１の室側と第２の室側とで大きさが異なり、第２の室側の開口面積が第１の室側の開口面積よりも大きいことを特徴としている。

第７の発明は、上記第６の発明の特徴において、仕切り板において第１の室側に位置する表面側では、開口の周辺部が第１の室に向かって突出していることを特徴としている。

第８の発明は、上記第１から第７のいずれか一つの発明の特徴において、流入口と噴射口を接続する流入管が溶解タンクの内部に配設され、仕切り板の下方において流入管の断面積が縮小され、断面積が縮小された流入管の部分に、流入管の内部と溶解タンクの第２の室を連通するエジェクタ孔が形成されていることを特徴としている。

上記第１の発明によれば、溶解タンクが、流入口側よりも流出口側が低く配置されるように傾斜して配設され、流出口が最も低い位置に配置されているので、未溶解の気体による大きな気泡の流出が抑制され、気体の溶解量の多い気体溶解液を生成することができる。その結果、気体溶解液中に発生する微細気泡の減少を抑制することができる。

上記第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、溶解タンクの上端部において最も低い部分に気体放出弁が配設されているので、溶解しきれない余剰気体を気体放出弁によって溶解タンクの外部に排出することができ、大きな気泡の流出をより抑制することができる。

上記第３の発明によれば、上記第２の発明の効果に加え、気体放出弁に連通する筒状体が、気体放出弁が配設された溶解タンクの上端部から内部に向かって突出して配設されているので、筒状体の内部に気体溜まりを形成することができる。気体放出弁から排出されずに溶解タンクの内部に残る気体を気体溜まりに集めることができ、気液接触面積が増大し、気体の溶解効率が高まる。

上記第４の発明は、上記第２の発明の効果に加え、気体放出弁に対向して邪魔板が、気体放出弁の下方に配設されているので、第１の室で発生する気泡が直接気体放出弁から排出されるのが抑えられ、気体の溶解効率の低下を抑制することができる。

上記第５の発明は、上記第３の発明の効果に加え、筒状体が配設される場合、筒状体に対向して邪魔板を筒状体の下方に配設することによって、上記第４の発明と同様に、直接気体放出弁から気泡を排出するのを抑えることができる。

上記第６の発明は、上記第１から第５のいずれか一つの発明の効果に加え、仕切り板に形成された開口は、第１の室側と第２の室側とで大きさが異なり、第２の室側の開口面積が第１の室側の開口面積よりも大きいので、流出に対する圧損が大きくなり、大きな気泡の流出をさらに抑制することができる。また、大きな気泡が仕切り板を通過してしまっても、通過した大きな気泡を第１の室に戻すことができる。

上記第７の発明は、仕切り板において第１の室側に位置する表面側では、開口の周辺部が第１の室に向かって突出しているため、上記第６の発明の効果がより高まる。

上記第８の発明は、上記第１から第７のいずれか一つの発明の効果に加え、仕切り板の下方において、流入口と噴射口を接続する流入管の断面積が縮小され、縮小された部分に、溶解タンクの内部と連通するエジェクタ孔が形成されているので、大きな気泡を第１の室に向けて吸引することができる。このため、気泡の流出をさらに抑制することができる。

本発明の気体溶解装置の第１実施形態を示した斜視図である。 図１に示した気体溶解装置の縦断面図である。 本発明の気体溶解装置の第２実施形態を示した縦断面図である。 本発明の気体溶解装置に適用可能な邪魔板について示した要部縦断面図である。 （ａ）（ｂ）は、それぞれ、本発明の気体溶解装置に適用可能な仕切り板の開口について示した要部断面図である。 本発明の気体溶解装置を微細気泡発生付き浴槽に配設される微細気泡発生装置に適用した一例を示した構成図である。

上記のとおり、図１は、本発明の気体溶解装置の第１実施形態を示した斜視図であり、図２は、図１に示した気体溶解装置の縦断面図である。

気体溶解装置１は、水に空気を溶解して空気溶解水を生成するものである。なお、気体溶解装置１が対象とする溶媒は、特に水に限定されることはなく、また、溶質についても空気に限定されない。他の溶媒、溶質の適宜な組合せが可能である。

気体溶解装置１は、溶解タンク２を備えている。溶解タンク２は、やや縦長の円筒状の形状を有している。溶解タンク２の内部には、表裏を貫通する開口３の複数が一定間隔で形成された仕切り板４が配設されている。仕切り板４によって、溶解タンク２の内部は、仕切り板４を挟んで上側に位置する第１の室５と、下側に位置する第２の室６とに、上下２室に区画されている。

仕切り板４は、開口３をパンチングによって形成した板材、開口３が網目状に形成されたメッシュなどの各種のものから適宜採用される。

また、溶解タンク２では、その底部に流入管７および流出管８が配設されている。流入管７の下端は流入口９、流出管８の下端は流出口１０とされ、また、流入管７の上端は、仕切り板４と同一平面上に配置され、噴射口１１とされている。したがって、流入口９は、仕切り板４より上側に位置する第１の室５に連通している。流入口９には、ポンプの吐出側に連通する給水管の一端部が接続され、ポンプによって所定の圧力に加圧された水が、流入口９を通じて噴射口１１から第１の室５に噴出する。一方、流出管８は、溶解タンク２の底部に接続されており、流出口１０は第２の室６に連通している。溶解タンク２の内部で生成される空気溶解水は、第２の室６から流出管８を通じて流出口１０から外部に流出し、取り出される。取り出される空気溶解水は、流出口１０に一端部が接続された吐水管を流れて、浴槽などの所定の供給部に送り出される。そして、水中に溶解していた空気が、圧力の低下などにともなって析出し、供給部に微細気泡を供給することができる。

このように、流入口９および流出口１０は、溶解タンク２の底部側に配設されている。

なお、噴射口１１は、溶解タンク２の内部において第１の室５に水を噴出させるために、仕切り板４の高さ以上の位置に配設される。したがって、流入管７の上端を上方に延出し、噴射口１１を仕切り板４の上側に配置することが可能である。

そして、気体溶解装置１では、溶解タンク２が、流入口９側よりも流出口１０側が低く配置されるように傾斜して配置され、流出口１０が、溶解タンク２の最も低い位置に配置されている。このような配置は、たとえば、架台１２によって実現することができる。

架台１２は、浴室などの床面に設置される平板状の基部１２ａと、基部１２ａの一端から斜め上方に立ち上げられた平板状の支持部１２ｂとを備えている。支持部１２ｂは、基部１２ａにおいて接続側の一端と反対側に位置する他端側に傾斜しており、溶解タンク２は、このように傾斜する支持部１２ｂの上端部に適当な固定治具などによって固定されている。こうして、基部１２ａが配置される床面などの面に垂直に交わる直線１３に対して傾斜角度θで傾斜させて溶解タンク２を配置することができ、流出口１０を最も低い位置に配置することができる。

また、気体溶解装置１では、溶解タンク２の上端部において最も低い部分２ａに、気体放出弁１４としての空気抜き弁１４ａが配設されている。

さらに、空気抜き弁１４ａに連通する円筒状の筒状体１５が、空気抜き弁１４ａが配設された溶解タンク２の上端部から内部に向かって突出して配設されている。

このような気体溶解装置１では、ポンプから供給される水は、流入口９から流入管７を流れ、噴射口１１から溶解タンク２の内部の第１の室５に噴出する。この水の噴出に先立って溶解タンク２の内部には空気が貯留しており、また、気体溶解装置１では、エジェクタなどによって供給する水の中に空気を混入させ、気液混合水を溶解タンク２の内部に供給することもできる。そして、気体溶解装置１では、噴射口１１から溶解タンク２の上端部に噴射する水と、溶解タンク２の内部に貯留していた空気および気液混合水などとして外部から取り込まれる空気と混合し、攪拌することによって、空気が水中に溶解した空気溶解水を生成する。

噴射口１１から供給され、溶解タンク２の内部に次第に溜まっていく水の水面１６は、第１の室５においてほぼ筒状体１５の下端付近に達する。これは、空気抜き弁１４ａから水に溶解しきれなかった空気を溶解タンク２の外部に排出するからである。その結果、第１の室５では、水面１６より上側に位置する部分に空気貯留部１７が形成され、空気貯留部１７において水と空気の混合が行われる。

したがって、溶解タンク２において、空気抜き弁１４ａが配設された最も低い部分を除いた上面部の一部分２ｂは、空気抜き弁１４ａに沿って上側に延長することができる。この場合、空気貯留部１７の容積が拡大され、水と空気の接触面積が大きくなり、水中への空気の溶解量が増加する。空気の溶解効率の向上が図れる。

空気が溶解した空気溶解水は、図２図中に示した矢印方向に、第１の室５から仕切り板４の開口３を通じて第２の室６に流出するが、大きな気泡は、開口３の口径よりも大きいため、仕切り板４を通過しにくくなっている。だが、第１の室５では、水と空気は激しく混合されるため、第２の室６に流出する空気溶解水には、未溶解の空気による大きな気泡が混入することがしばしばある。

しかしながら、そのような大きな気泡は、溶解タンク２の傾斜配置によって、第２の室６において仕切り板４近くの最も高い部分１８に浮上し、仕切り板４に形成された開口３を通じて第１の室５へ向かい、溶解タンク２の内部の上端部に形成された空気貯留部１７に戻っていく。

また、大きな気泡の一部は、第１の室５において噴射口１１の付近の部分１９に溜まる場合があるが、この部分１９は、空気溶解水が溶解タンク２から外部に流出する流出口１０のほぼ対角に位置し、また、流出口１０から遠くに位置している。このため、大きな気泡が、空気溶解水とともに、溶解タンク２から流出口１０を通じて外部に流出する可能性は十分低減されている。

さらに、噴射口１１から第１の室５に噴出する水の流速は、流入口９を通じて流入管７を流れるときの流速より低下するため、噴射口１１の付近の部分１９に溜まる大きな気泡を合体させることができ、これによっても大きな気泡の流出は抑制される。

しかも、気体溶解装置１では、流出口１０の断面積は、流入口９の断面積より大きくしている。このため、流出管８を流れる気体溶解水の流速は、大きな気泡の流出を抑制することができる程度に十分小さくなる。

このように、気体溶解装置１では、溶解タンク２が、流入口９側よりも流出口１０側が低く配置されるように傾斜して配設され、流出口１０が最も低い位置に配置されているので、未溶解の空気による大きな気泡の流出が抑制され、空気の溶解量の多い空気溶解水を生成することができる。大きな気泡の混入が抑制された空気溶解水は、第２の室６から、溶解タンク２の底部に接続された流出管８、そして、その下端の流出口１０を通じて溶解タンク２の外部に流出する。その結果、空気溶解水中に発生する微細気泡の減少を抑制することができる。

溶解タンク２の傾斜角度θは、大きければ大きいほど、空気貯留部１７における空気の貯留量が多くなり、気液接触面積が拡大され、水中への空気の溶解量が増加する。したがって、傾斜角度θは、空気抜き弁１４ａが作動する範囲で最も大きくするときに、水中への空気の溶解量が最も多くなる。

また、溶解タンク２の上端部において最も低い部分に空気抜き弁１４ａが配設されているので、溶解しきれない余剰の空気を空気抜き弁１４ａによって溶解タンク２の外部に排出することができ、大きな気泡の流出をより抑制することができる。

さらに、空気抜き弁１４ａに連通する筒状体１５は、空気抜き弁１４ａが配設された溶解タンク２の上端部から内部に向かって突出して配設されているので、筒状体１５の内部に空気溜まりを形成することができる。余剰空気は、空気抜き弁１４ａから排出するが、一部は、排出しきれずに溶解タンク２の第１の室５に残るものがある。このような排出されずに溶解タンク２の内部に残る空気を、筒状体１５の内部に空気溜まりとして集めることができ、空気溜まりは、水と空気の接触面積を増大させ、筒状体１５の内部において水中への空気の溶解を促進させることができる。その結果、空気の溶解効率が高まる。

なお、気体溶解装置１は、溶解タンク２がやや縦長の円筒状の形状を有するものであるので、小型化されており、省スペース化が図られている。したがって、気体溶解装置１は、微細気泡発生装置に組み込んで浴室などに設置する場合、空間による設置の制約が軽減されたものとなっている。

図３は、本発明の気体溶解装置の第２実施形態を示した縦断面図である。

第２実施形態において第１実施形態と共通する部分には、図３において同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

気体溶解装置１ａも、第１実施形態として示した気体溶解装置１と同様に、水に空気を溶解して空気溶解水を生成するものである。また、気体溶解装置１ａが対象とする溶媒は、特に水に限定されることはなく、溶質についても空気に限定されない。他の溶媒、溶質の適宜な組合せが可能である。

気体溶解装置１ａでは、流入管７の出口側に位置する噴射口１１の付近の構成が、気体溶解装置１と異なっている。

すなわち、気体溶解装置１ａでは、仕切り板４の下方において流入管７の断面積が縮小され、断面積が縮小された流入管７の部分７ａに、流入管７の内部と溶解タンク２の第２の室６を連通するエジェクタ孔２０が形成されている。エジェクタ孔２０によって、第１の室５において噴射口１１の付近の部分１９に溜まりやすい大きな気泡は、流入管７を水が流れるときに第１の室５に向けて吸引され、供給する水に気泡を混入させることによって、体積流量が増加し、その結果、流速が増大して空気と水の混合がより促進される。

このように、気体溶解装置１ａでは、空気貯留部１７の空気を再吸引することができ、水と混合して第１の室５に噴出させることができる。したがって、気体溶解装置１ａでは、大きな気泡の流出はさらに抑制されている。

エジェクタ孔２０については、流入管７において断面積が最小となる部分７ａの下流側に配置することが、大きな気泡の吸引のために好ましい。一方、断面積が最小となる部分７ａの下流側である限り、エジェクタ孔２０の配置位置は特に問わない。また、エジェクタ孔２０の形状は、円形状またはスリット状などとすることができる。

なお、上記以外の気体溶解装置１ａの奏する効果は、気体溶解装置１と同様である。

図４は、本発明の気体溶解装置に適用可能な邪魔板について示した要部縦断面図である。

邪魔板２１は、平板状の形状を有し、筒状体１５に対向してその下方に配設されている。邪魔板２１によって、第１の室５で発生する気泡２２が直接空気抜き弁１４ａから排出されるのが抑えられ、空気の溶解効率の低下を抑制することができる。

このような邪魔板２１は、第１実施形態および第２実施形態に共通して適用可能なものである。

また、邪魔板２１は、筒状体１５が空気抜き弁１４ａの下方に配設されない場合には、空気抜き弁１４ａに対向してその下方に配設することができる。この場合にも、邪魔板２１によって、第１の室５で発生する気泡が直接空気抜き弁１４ａから排出されるのが抑えられ、空気の溶解効率の低下を抑制することができる。

図５（ａ）（ｂ）は、本発明の気体溶解装置に適用可能な仕切り板の開口について示した要部断面図である。

仕切り板４に形成される開口３については、第１の室５側と第２の室６側とで大きさを変え、第２の室側３ａを第１の室側３ｂよりも大きくし、第２の室側３ａの開口面積が第１の室側３ｂの開口面積よりも大きくすることができる。このように仕切り板４の開口３を形成することによって、第１の室５から第２の室６に向かう空気溶解水の流出に対する圧損が大きくなり、大きな気泡の流出をさらに抑制することができる。また、大きな気泡が仕切り板４を通過してしまっても、通過した大きな気泡を第１の室５に戻すときの圧損が小さくなり、大きな気泡を容易に第１の室５に戻すことができる。

また、図５（ｂ）に示したように、仕切り板４において第１の室側３ｂに位置する表面側では、開口３の周辺部２３を第１の室５に向かって斜め上方に突出させることができる。この場合、開口３の周辺部２３が突出していない、図５（ａ）に示した開口３に比べ、空気溶解水の流出に対する圧損をより大きくすることができ、大きな気泡の流出をより一層抑制することができる。

このような仕切り板４の開口３は、第１実施形態および第２実施形態に共通して適用可能なものである。

なお、気体溶解装置１、１ａにおいて溶解タンク２の内部に配設される仕切り板４は１枚に限定されず、２枚以上の複数の仕切り板４を適当な間隔を隔てて溶解タンク２の内部に配設し、多段に配置することによって、未溶解の空気による大きな気泡の流出をより一層抑制することができる。

以上に例示される気体溶解装置１、１ａは、たとえば、微細気泡発生機能付き浴槽に配設される微細気泡発生装置として組み込むことができる。

図６は、本発明の気体溶解装置を微細気泡発生装置に適用した一例を示した構成図である。

微細気泡発生機能付き浴槽２４に配設された微細気泡発生装置２５では、気体溶解装置１の溶解タンク２に配設された流入管７の流入口９に、ポンプ２６の吐出側に接続された給水管２７が接続されている。また、流出管８の流出口１０には、吐水管２８が接続され、吐水管２８は、浴槽本体２９の一側壁部に配設された噴射ノズル３０に接続されている。ポンプ２６の吸い込み側は、給水管３１を介して浴槽本体２９の噴射ノズル３０と同一側壁部に配設され、噴射ノズル３０の下方に配置された給水口３２と連通している。給水管３１の管路の途中には、浴室内の空気を吸い込むための吸気エジェクタ３３が配設されている。

このような微細気泡発生装置２５では、ポンプ２６の作動によって浴槽本体２９内の湯水３４を給水口３２から吸い込み、給水管３１、２７を通じて気体溶解装置１、１ａの溶解タンク２に送り出す。湯水３４は、流入口９および流入管７を通じて溶解タンク２の第１の室５に噴出し、第１の室５の内部に貯留していた空気や、給水管３１を流れる湯水３４の流れにともなって吸気エジェクタ３３から吸い込まれる浴室内の空気と混合され、湯水３４中に空気が溶解する。所定の濃度に空気が溶解した湯水３４は、流出管８および流出口１０を通じて吐水管２８に流出し、吐水管２８を流れ、噴射ノズル３０から浴槽本体２９内に吐出される。空気が溶解した湯水３４は、浴槽本体２９内に貯留する湯水３４と混合され、湯水３４中に溶解した空気が、圧力の低下などにともない析出して湯水３４中に微細気泡が発生する。

浴槽本体２９内の湯水３４は、ポンプ２６の作動によって循環し、この循環が繰り返されて浴槽本体２９内の湯水３４の気泡量が増加し、浴槽本体２９内の湯水３４は微細気泡によって白濁し、牛乳風呂のような趣を与える。

なお、微細気泡発生装置２５に組み込まれた気体溶解装置１、１ａは、上記のとおり、小型化されたものであり、浴室には、浴槽本体２９の上端に配設されたフランジ部のコーナー部の一つの下方に設置することができ、気体溶解装置１、１ａは、設置の制約を受けずにコンパクトに収まる。

本発明は、以上の実施形態によって限定されるものではない。溶解タンク、仕切り板、流入管および流出管、気体放出弁などの構成および構造については、本発明の気体溶解装置の機能を損なわない限りにおいて多種多様のものとすることができる。また、気体溶解装置の適用は、微細気泡発生機能付き浴槽に限定されることはなく、微細気泡を応用する様々な技術分野に対して本発明の気体溶解装置は適用可能である。

１ 気体溶解装置
１ａ 気体溶解装置
２ 溶解タンク
２ａ 溶解タンクの上端部の最も低い部分
３ 開口
３ａ 開口の第２の室側
３ｂ 開口の第１の室側
４ 仕切り板
５ 第１の室
６ 第２の室
７ 流入管
７ａ 断面積が縮小された流入管の部分
９ 流入口
１０ 流出口
１１ 噴射口
１４ 気体放出弁
１５ 筒状体
２０ エジェクタ孔
２１ 邪魔板
２３ 開口の周辺部

Claims (8)

1. 溶解タンクを備え、溶解タンクの内部に、表裏を貫通する開口が形成された仕切り板が配設され、仕切り板によって溶解タンクの内部が上下２室に区画され、上側に位置する第１の室に連通する流入口と、下側に位置する第２の室に連通する流出口とが、溶解タンクの底部側に配設され、流入口に連通する噴射口が、溶解タンクの内部において仕切り板以上の高さに配設された気体溶解装置であって、溶解タンクが、流入口側よりも流出口側が低く配置されるように傾斜して配設され、流出口が溶解タンクの最も低い位置に配置されていることを特徴とする気体溶解装置。
2. 溶解タンクの上端部において最も低い部分に気体放出弁が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解装置。
3. 気体放出弁に連通する筒状体が、気体放出弁が配設された溶解タンクの上端部から内部に向かって突出して配設されていることを特徴とする請求項２に記載の気体溶解装置。
4. 気体放出弁に対向して邪魔板が、気体放出弁の下方に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の気体溶解装置。
5. 筒状体に対向して邪魔板が、筒状体の下方に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の気体溶解装置。
6. 仕切り板に形成された開口は、第１の室側と第２の室側とで大きさが異なり、第２の室側の開口面積が第１の室側の開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
7. 仕切り板において第１の室側に位置する表面側では、開口の周辺部が第１の室に向かって突出していることを特徴とする請求項６に記載の気体溶解装置。
8. 流入口と噴射口を接続する流入管が溶解タンクの内部に配設され、仕切り板の下方において流入管の断面積が縮小され、断面積が縮小された流入管の部分に、流入管の内部と溶解タンクの第２の室を連通するエジェクタ孔が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の気体溶解装置。

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