KR100546725B1 - 디젤엔진 - Google Patents
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Abstract
연료 공급시스템이 순행 분기관(5a) 및 역행 분기관(5b)을 포함하는 순환장치를 가지고, 상기 순환장치는 배치되는 분사장치들(injection devices)(3, 4)을 위한 연결부들(6a, 6b)을 구비하며, 연료와 물의 에멀젼을 제조할 수 있는 균질화 장치(homogenizer)(13)의 출구부와 연결되는 공급 입구부(12)를 가지고, 상기 균질화 장치에는 차단장치들(24, 23)이 구비된 공급관(16, 14)에 연결된 연료와 물의 입구부(15, 17)가 구비되는, 분사장치(3, 4)에 배치되는 연료 공급시스템을 가지는 디젤엔진에 있어서, 상기 순환장치(5, 7)에는 연료와 물의 유화 혼합액을 파악하는 측정장치(27)가 배치되고, 상기 측정장치는 제어장치(26)의 측정부재를 형성하고, 상기 제어장치에 의해서 상기 균질화 장치(13)의 적어도 하나의 입구부(15, 17) 앞에 연결된 차단장치(23, 24, 22)가 상기 순환장치(5, 7)를 관통하는 연료와 물의 유화 혼합액에 따라서 개폐될 수 있음으로써 자동감시가 확실히 이루어지고 운전 및 안전에 있어서의 위험을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 분사장치에 설치되는 연료 공급시스템을 가지는 디젤엔진에 관한 것으로서, 상기 연료 공급시스템은 순행 분기관 및 역행 분기관을 포함하는 순환장치를 가지고, 상기 순환장치는 대응하는 분사장치에 대한 연결부를 구비하며 공급 입구부를 가지고, 상기 공급 입구부는 균질화 장치(homogenizer)의 출구부와 연결되고, 상기 균질화 장치에 의해서 연료와 물의 에멀젼(emulsion)이 제조될 수 있고, 상기 균질화 장치에는 연료와 물의 입구부가 구비되어 있으며, 상기 입구부는 차단장치가 구비된 공급관에 연결된다.
연료와 물의 에멀젼을 사용하면, 연료로 중유를 사용하여도, 엄격한 NOX 한계값을 유지하지는 것이 용이해진다. 그러나 연료에 혼합되는 물은 운전 장애를 야기할 수도 있다. 에멀젼에 포함되는 물의 함량이 증가함으로써 얻을 수 있는 출력이 감소되므로, 예를 들어 엔진을 가속화하는 과정 또는 정지후 엔진을 재구동시 과부하상태가 될 수 있다. 비교적 오랫동안 정지상태에 있었을 경우에는 에멀젼을 재분해시킬 수 있고, 분해된 물은 점성이 크게 증가될 수 있으며, 점성으로 인하여 재구동 과정에 상응하는 분사가 방해될 수 있다.
여기서 비롯한 본 발명의 목적은 앞서 언급된 형태의 디젤엔진에 있어서, 간단하고 비용이 저렴한 수단을 통하여 연료에 혼합되는 물에 의해서 야기되는 위험을 가능한한 최소화하는 것이다.
본 발명의 목적은 순환장치에 있어서 순환장치를 관통하는 연료와 물의 에멀젼 조성을 파악하는 측정장치를 배치하고, 측정장치가 제어장치의 측정부재를 형성한다. 이러한 제어장치에 의해서 균질화 장치로 통하는 적어도 하나의 공급관에 제어장치에 의해서 상기 순환장치를 관통하는 연료와 물의 유화 혼합액에 따라서 개폐될 수 있다.
상기 조치들로 인해 앞에서 언급된 위험을 줄일 수 있는 자동감시가 바람직하게 이루어진다.
상기한 조치들의 바람직한 실시양태와 본 발명의 목적에 적합한 추가구조는 후속항에 제시되어 있다. 따라서 바람직하게 순환장치로부터 분기되며 상기 균질화 장치의 연료 입구부 안으로 결합되는 재균질화 도관(rehomogenizing pipe)을 형성할 수 있다. 상기 재균질화 도관에 의해서 상기 순환장치를 환류하는 연료와 물의 에멀젼을 전체적으로 또는 부분적으로 상기 균질화 장치를 통하여 방향전환시킬 수 있으며, 상기 재균질화 도관에는 상기 제어장치에 의해서 작동될 수 있는 차단장치가 배치되어 있다. 이러한 조치들로 인해, 바람직하게 적어도 연료와 물의 에멀젼의 일부분이 균질화 장치를 여러차례 통과할 수 있으므로, 에멀젼의 균질성 및 안전성이 지속적으로 향상될 수 있다.
또한, 바람직하게는 제어장치가 재균질화 도관에 배치되는 차단장치가 분사중단시, 측정장치에 의해 순환장치를 통과하는 매체의 물함량이 전달되는 동안에는 적어도 개방되어 있도록 프로그래밍될 수 있다. 그러므로 예를 들어 기계작동중단시 순환장치내에서만 순환하는 에멀젼의 분해가 자동으로 방지된다.
본 발명의 목적에 적합하도록, 재균질화 도관은 순환관의 역행 분기관으로부터 분기하므로 단락(short circuit)이 방지된다.
본 발명의 목적에 적합한 다른 조치로는, 활성화된 재균질화 도관에 있어서 적어도 균질화 장치를 위한 물 공급관이 폐쇄되어 있고, 연료 공급관은 단지 누출 손실량을 조정하기 위해서 개방되어 있다는 것을 들 수 있다. 그러므로 단순하게 순환 운전을 하는 동안 새로이 물이 에멀젼 안으로 혼합되지 않으며 마찬가지로 상기 에멀젼의 내성도 향상된다.
상기한 조치들의 다른 바람직한 실시양태에 있어서, 상기 제어장치는, 정상 운전시, 즉, 분사 진행시, 상기 재균질화 도관이 폐쇄되어 있으며, 물 및 연료 공급관들에 배치되는 차단장치들이 작동되어 소정의 물 함량이 유지되도록 형성된 프로그램도 가질 수 있다.
본 발명의 목적에 적합하게 상기 재균질화 도관에 배치되는 차단장치는 상기 재균질화 도관이 상기 순환관으로부터 분기하는 분기점에 배열된 삼방 밸브(three way valve)로서 형성될 수 있다. 이로 인해 배열이 간단하면서 소형이 되어 상기 재균질화 도관과 순환관의 역행 분기관 및 순행 분기관 사이의 직접 연결부가 선택적으로 개폐 제어된다.
바람직하게 상기 제어장치는 다양한 운전상태에 배정되는 프로그램이 저장되어 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 이로 인해 간단하게 다양성이 확보된다.
다른 바람직한 조치로는, 상기 제어장치 앞에 연결되며 상기 제어장치에 각각의 운전상태를 제공하는 중앙제어장치가 형성되어 있다. 이러한 조치들로 인해 제어기계 구조가 간단해진다. 상기 중앙제어장치에 의해서 조종될 수 있는 제어장치는 여기에서 간단하게 상기 균질화 장치 앞에 연결된 차단장치들에 배치되는 연결모듈로서 기능한다.
본 발명의 목적에 적합하게 상기 중앙제어장치도 상기 측정장치로부터 시작되는 시그널 라인을 위한 입구부를 가질 수 있다. 따라서, 중앙제어장치의 기억장치 내에 저장된 제어 시퀀스(control sequence)를 상기 측정장치의 시그널에 따라 사용하여 운전동작을 최적화할 수 있다. 이는 특히 순차적 운전과정의 경우에 적용된다. 그러므로 상기 중앙제어장치 내에는 본 발명의 목적에 적당하게 다수의 시동 제한 시퀀스가 포함될 수 있고, 상기 시동 제한 시퀀스는 연료와 물의 에멀젼의 물함량이 다양한 영역에 배정되며, 시동시 측정장치의 시그널에 따라서 선택될 수 있다.
상기한 조치들의 다른 실시양태 및 본 발명의 목적에 적합한 바람직한 추가구조는 다른 후속항에 제시되어 있으며, 도면을 참조하여 후술하는 실시예 설명을 통해 상세하게 알 수 있다.
디젤엔진, 특히 대형 디젤엔진의 기본구조 및 작용은 해당 분야에 그 자체로 공지되어 있으므로 이와 관련해서는 더이상 상세한 설명이 필요 없다. 도 1의 실시예는 2 사이클 대형 디젤엔진을 기초로 한다. 엔진의 실린더(2)에는 각각 분사펌프(injection pump)(3)와 분사노즐(injection nozzle)(4)로 구성된 분사장치가 배치되어 있다. 전체 분사펌프(3)는 공동의 연료 공급시스템을 통하여 연료가 공급된다.
상기 연료 공급시스템은 순행 분기관(5a) 및 역행 분기관(5b)을 나타내는 순환관(3)을 포함하며, 상기 연결부(6a, 6b)가 나타내는 바와 같이, 상기 순환관에는 모든 분사장치가 순행 및 역행방향으로 연결되어 있다. 상기 순행 분기관(5a) 내에는 순환펌프(7), 필터장치(8) 및 가열장치(18)가 형성되어 있다. 여기에서 상기 순환펌프는 평행하게 형성된 두 개의 펌프를 포함하며, 상기 두 개의 펌프는 선택적으로 운전시 제거될 수 있어 정비를 용이하게 한다. 상기 역행 분기관(5b)은 탱크설비와 연결되어 있는 안전 밸브(10)가 구비되어 있는 초과압력 저장소(9)에 걸쳐 연장되어 있다.
상기 순환관(5)에는 분사장치에 공급될 수 있는 연료가 공급장치(11)를 통해서 공급된다. 여기에서 연료는 물과 연료로 구성된 에멀젼을 말한다. 연료에 물을 첨가함으로써 특히, 중유 연소시 엄격한 NOX 한계값의 유지가 용이해진다. 연료와 물의 에멀젼을 제조하기 위해 출구부를 통해 상기 순환관(5)의 공급 입구부(12)에 연결된 균질화 장치(13)가 형성되어 있다. 상기 균질화 장치는 연료와 물을 혼합하는 혼합기로서 형성되어 있다. 따라서 상기 균질화 장치(13)는 물 공급관(14)에 연결된 물 입구부(15)와 연료 공급관(16)에 연결된 연료 입구부(17)를 가진다. 상기 연료 공급관(16)에는 선택적으로 운전시 제거될 수 있는 두 개의 공급펌프를 가지는 공급펌프설비(19)가 배치되어 있다. 상기 공급펌프장치(19)의 시동 공기저장소(starting air store)는 어떤 종류의 연료를 사용하느냐에 따라 선택적으로 탱크설비의 중유탱크(20a) 또는 경유탱크(20b)와 연결될 수 있다.
상기 초과압력 저장소(9)의 유통방향의 아래쪽에 위치하는 역행 분기관(5b)의 영역으로부터 상기 균질화 장치(13)의 연료 입구부(17)로 통하는 재균질화 도관(21)이 분기한다. 상기 분기점에는 상기 재균질화 도관(21) 또는 역행 분기관(5b)과 순행 분기관(5a) 사이의 직접 연결부를 선택적으로 개폐 제어할 수 있는 삼방 밸브(22)가 배열되어 있다. 상기 재균질화 도관(21)은, 상기 순환관(5) 내에서 순환하는 에멀젼이 전체 또는 부분적으로 여러번에 걸쳐 상기 균질화 장치(13)를 관통될 수 있어 에멀젼의 균질성 및 안정성이 향상되게 한다. 물론 상기 삼방 밸브(22) 대신에 쌍방 밸브(two way valve)가 형성될 수도 있다. 상기 공급관들(14, 16)은 각각 쌍방 밸브로서 형성된 차단장치(23, 24)에 의해서 전부 또는 부분적으로 차단될 수 있다. 상기 실시예에서 상기 균질화 장치(13)에는 물 공급관(14) 내에 추가 고유차단밸브를 나타내는 자동제어고리(self-control cirle)(25)가 구비되어 있다.
상기 삼방 밸브(22)에 의해서 형성되며 상기 재균질화 도관(21)에 배치되는 차단장치 및 상기 물 공급관(14) 내에 배열된 차단장치(24)는, 상기 제어장치(26)로부터 해당하는 차단장치로 통하는 시그널 라인(22a, 23a, 24a)이 나타내는 바와 같이, 제어장치(26)에 의해서 작동될 수 있다. 앞에서 언급된 차단장치들은 상기 순환관(5) 내에 존재하는 에멀젼의 물 함량을 파악하는 측정장치(27)의 시그널에 따라서 작동된다. 그러므로 상기 측정장치(27)는, 제어장치(27)로부터 제어장치(26)의 측정값 입력부로 통하는 시그널 라인(28)이 나타내는 바와 같이, 제어장치(26)의 측정부재로서 작용한다. 상기 제어장치(26)는 본 발명의 목적에 적합하게 마이크로 컴퓨터로서 형성되어 있고, 상기 마이크로 컴퓨터는 프로그램밍될 수 있는 기억장치를 포함하며, 상기 기억장치 내에는 디젤엔진(1)의 다양한 운전상태에 배정되는 다양한 프로그램이 저장되어 있다.
연료 분사가 진행되는 정상 운전을 위해 형성된 프로그램은, 상기 삼방 밸브(22)가 재균질화 도관(21)을 차단하고, 상기 순행 분기관(5a)으로 통하는 직접 통로를 개방하며, 상기 물 공급관(14)에 배치되는 차단장치(23) 및 상기 연료 공급관(16)에 배치되는 차단장치(24)가 작동되어 상기 순환관(5) 안으로 공급된 에멀젼의 소정의 물 함량이 유지되도록 형성될 수 있다. 상기 소정의 물 함량은 기준값을 나타내고, 상기 기준값과 상기 측정장치(27)에 의해서 전달되는 값이 기본 공차(standard tolerance)를 형성하기 위해 비교되고, 상기 기본 공차에 의하여 상기 차단장치들(23, 24)이 재조정된다. 상기 측정장치(27)는 본 발명의 목적에 적당하게 상기 공급 입구부(12)의 결합부에 이웃하는 순행 분기관(5a)의 영역 내에 위치한다.
정상 운전시 상기 재균질화 도관(21)은 적어도 부분적으로 개방상태를 유지하여 상기 역행 분기관(5b)을 통하여 역행하는 적어도 일부분의 유량이 상기 균질화 장치(13)를 통하여 우회되고 나서 분사량을 대체하는 새로운 에멀젼과 함께 상기 공급 입구부(12)를 통하여 상기 순환관(5) 안으로 공급된다. 따라서 상기 순행분기관(5a)에 공급된 에멀젼이 항상 매우 바람직한 균질성을 나타낸다. 역행 분기관(5b)을 비우기 위해서 상기 역행 분기관은 배수관(29)을 통하여 경유탱크(19)와 연결될 수 있으며, 상기 분기점에서 하나의 삼방 밸브 또는 다수의 쌍방 밸브에 의해서 형성된 밸브설비(30)가 형성될 수 있다.
기계가 멈출 때, 즉, 분사 중단시 상기 순환관(5) 내에 포함된 에멀젼은 순환펌프설비(7)에 의해서 순환운동을 유지하게 된다. 에멀젼의 분해 및 이로 인한 물이 비교적 많이 집결하는 것을 방지하기 위해, 상기 역행 분기관(5b) 내에서 역행하는 에멀젼이 적어도 부분적으로, 바람직하게는 전부 상기 균질화 장치(13)에 의해서 방향전환되므로 매번 전환할 때마다 다시 균질화가 이루어진다. 이러한 경우를 위해 형성된 제어장치(26)의 프로그램이 형성되므로 상기 삼방 밸브(22)는 상기 측정장치(27)가 상기 순환관을 관통하는 매체의 물 함량을 전달하는 동안에는 상기 재균질화 도관(21)을 개방시키는 위치를 유지하게 된다. 따라서 상기 물 공급관(14)에 배치되는 차단장치(23)는 본 발명에 적합하게 폐쇄되므로 물이 새로이 유통될 수 없다. 유실량은 새로운 연료에 의해서 조정된다. 따라서 상기 연료 공급관(16)에 배치되는 밸브(24)는 필요치 만큼 개방된다.
각각의 운전상태는 상기 제어장치(26)에 손으로 제시될 수 있다. 이를 위해서 상기 제어장치(26)에는 적합한 인터페이스가 구비될 수 있다. 본 실시예에서 각각의 운전상태는, 상기 중앙제어장치(31)에서 제어장치(26)으로 이어지는 시그널 라인(32)이 나타내는 바와 같이, 디젤엔진에 배치되는 중앙제어장치(31)에 의해서 자동으로 제어장치(26)에 제시된다. 따라서 상기 제어장치(26)는 차단장치(22, 23, 24)에 배치되는 연결모듈로서 기능한다. 상기 연결모듈은 중앙제어장치(31)에 후속 배열되어 있고, 중앙제어장치는 상기 시그널 라인(33)이 나타내는 바와 같이, 제어장치(26) 이외에도 다른 제어장치들 및 상기 디젤엔진(1)의 과정을 제어한다.
일반적으로 상기 중앙제어장치(31)도 마찬가지로 프로그램밍될 수 있는 기억장치를 가진다. 상기 기억장치 내에는 특히 다양한 시동 제한 시퀀스가 저장되어 있을 수 있고, 상기 시동 제한 시퀀스는 상기 순환관(5) 내에 존재하는 에멀젼의 물 함량이 다양한 영역에 배정될 수 있으며, 필수적인 시동 또는 디젤엔진(1)의 가속화과정의 경우에 있어서 상기 측정장치(27)의 시그널에 따라서 선택될 수 있다. 그러므로 상기 중앙제어장치(31)에는, 상기 측정장치(27)로부터 상기 중앙제어장치(31)로 이어지는 시그널 라인(34)이 나타내는 바와 같이, 상기 측정장치(27)에 의해서 전달될 수 있는 측정값 입력부가 구비되어 있다. 물론, 상기 중앙제어장치(31)가 상기 시그널 라인(32)를 통하여 상기 제어장치(26)의 현재 측정값을 얻는 것도 고려해 볼 수 있다.
여기에서 상기 중앙제어장치(31)에는 또한 상기 측정장치(27)의 측정값을 제시할 수 있는 표시판(36) 및 수동 명령입력을 실행하기 위한 키보드(37)가 구비되어 있는 원격조종장치(35)가 배치되어 있다. 상기 원격조종장치(35)는 기계실의 중앙제어부 내에 또는 부교(浮橋) 상에 배열될 수 있다. 이로부터 입력된 명령은 상기 중앙제어장치(31)를 통하여 상기 제어장치(26)에 전달된다. 상기 제어장치(26)가 직접 원격조종장치를 위해 적합한 인터페이스를 가지는 것도 고려해볼 수 있다.
본 발명을 통하여 디젤엔진에 있어서 간단하고 비용이 저렴한 수단을 통하여 연료에 혼합되는 물에 의해서 야기되는 위험을 가능한한 최소화할 수 있다.
도 1은 배치되는 연료 공급시스템을 가지는 2사이클 대형 디젤엔진의 도면이다.
Claims (14)
- 순행 분기관(5a) 및 역행 분기관(5b)을 포함하는 분사장치들(3, 4)을 위한 연결부들(6a, 6b)을 구비하고, 연료와 물의 에멀젼을 제조할 수 있는 차단장치들(24, 23)이 구비된 공급관(16, 14)에 연결되는 연료/물 입구부(15, 17)를 구비한 균질화 장치(13)의 출구부와 연결되는 공급 입구부(12)를 구비한 순환장치를 가지며, 상기 분사장치(3, 4)에 배치되는 연료 공급시스템을 가지는 디젤엔진에 있어서,상기 순환장치(5, 7)에는 연료와 물의 에멀젼을 측정하는 측정장치(27)가 배치되고, 상기 측정장치는 제어장치(26)의 측정부재를 형성하며, 상기 제어장치에 의해서 상기 균질화 장치(13)의 적어도 하나의 연료/물 입구부(15, 17) 앞에 연결된 차단장치(23, 24, 22)가 상기 순환장치(5, 7)를 관통하는 연료와 물의 에멀젼에 따라서 개폐될 수 있으며,상기 순환장치(5, 7)로부터 분기된 상기 균질화 장치(13)의 연료 입구부(17) 안으로 이어지는 재균질화 도관(21)이 형성되고, 상기 재균질화 도관에 의해서 상기 순환장치(5, 7)를 관통하는 연료와 물의 에멀젼이 전부 또는 부분적으로 상기 균질화 장치(13)를 통해 방향전환될 수 있으며, 상기 재균질화 도관에는 제어장치(26)에 의해서 작동될 수 있는 차단장치(22)가 배치되어 있으며,상기 제어장치(26)는, 분사식 상기 재균질화 도관(21)에 배치되는 차단장치(22)가 폐쇄되어 있도록 프로그램밍되고, 물과 연료의 공급관들(14, 16)에 배치되는 차단장치들(23, 24)이 소정의 물 함량을 유지하도록, 작동되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제1항에서,상기 제어장치(26)는 상기 재균질화 도관(21)에 배치되는 차단장치(22)는 적어도 분사가 중단된 경우 상기 측정장치(27)가 상기 순환장치(5, 7)를 관통하는 매체의 물 함량을 전달하는 동안 개방되도록 프로그램밍되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제2항에서,상기 균질화 장치(13)를 위한 물 공급관(14)에 배치되는 차단장치(23)는 상기 재균질화 도관(21)에 배치되는 차단장치(22)가 개방되어 있는 동안에는 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제2항 또는 제3항에서,상기 균질화 장치(13)를 위한 연료 공급관(16)에 배치되는 차단장치(24)는 상기 재균질화 도관(21)에 배치되는 차단장치(22)가 개방되어 있는 동안에는 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제2항 또는 제3항에서,상기 재균질화 도관(21)에 배치되는 차단장치(22)는 상기 재균질화 도관(21)의 분기점에 배열되는 삼방 밸브로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제2항 또는 제3항에서,상기 재균질화 도관(21)은 상기 순환관(5)의 역행 분기관(5b)으로부터 분기하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에서,상기 제어장치(26)는 프로그램밍될 수 있는 기억장치를 가지는 마이크로프로세서를 포함하고, 상기 마이크로프로세서 안에는 다양한 운전상태에 배정되는 프로그램이 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에서,상기 제어장치(26) 앞에 연결되는 중앙제어장치(31)가 형성되며, 상기 중앙제어장치는 상기 제어장치(26)에 각각의 운전상태를 제공하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제8항에서,상기 중앙제어장치(31)는 상기 측정장치(27)에서 시작되는 시그널 라인(34)의 입구부를 나타내는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제8항에서,상기 중앙제어장치(31)는 프로그래밍될 수 있는 기억장치를 포함하고, 상기 기억장치 내에는 다수의 가속 시퀀스 및/또는 시동 시퀀스가 저장되어 있고, 상기 가속 시퀀스 및/또는 시동 시퀀스는 상기 순환관(5)을 관통하는 에멀젼의 물 함량이 다양한 영역에 배정되며 시동이 불가피한 경우 상기 측정장치(27)의 시그널에 따라서 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제8항에서,바람직하게는 상기 중앙제어장치(31)를 통하여 제어장치(26)와 연결되는 원격조종장치(35)가 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제11항에서,바람직하게는 상기 원격조종장치(35)의 영역 내에 배열되는 표시판(36)이 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제11항에서,바람직하게 상기 원격조종장치(35)의 영역 내에 배열되며 수동조작 가능한 명령입력장치(37)가 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
- 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에서,상기 측정장치(27)는 상기 공급 입구부(12)의 상기 순환관(5) 안으로의 결합부에 이웃하는 상기 순환관(5)의 영역 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
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