KR100560930B1 - 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉구동 모의시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 실제 원자력발전소에 설치되는 제어봉구동장치의 부하를 정확히 모사하여 동작을 수행하므로써, 제어봉구동장치 제어시스템의 기능확인 및 유지보수에 적합한 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 구성은 복수의 코일부재가 설치된 제어봉 구동부와, 이 제어봉 구동부의 하부에 갖추어지면서 냉각수를 저장하는 저장탱크와 코일부재를 냉각시켜주는 냉각팬과, 동작을 제어하도록 하는 콘트롤부가 구비된 카트로 이루어진 구조로서,

상기 제어봉 구동부의 내부에 상,하 이동가능하도록 삽입,설치되는 제어봉과; 상기 카트의 내부에 제어봉의 일부가 삽입되면서 고정설치된 박스와; 상기 제어봉의 동작을 확인하기 위한 확인부를 포함하여 이루어져 있다.

이러한 구성을 가지는 본 발명은 원자력발전소에 설치된 제어봉구동장치 제어시스템에 연결후, 제어봉구동장치 코일부재에 흐르는 전류파형 측정시, 노심에 있는 제어봉구동장치와 연결했을때와 동일하게 전류파형을 얻을 수 있게된다.

또한, 실제 발전소와 동일한 온도에서 동작되도록 각 코일부재에 온도감지센서를 부착하여 측정된 온도에따라 제어봉구동장치에 흐르는 냉각공기량을 자동으로 조절하여 제어봉구동장치 제어시스템의 전압설정, 조정 및 기능검증을 육안으로 쉽 게 확인하면서 정확하게 모의 실시할 수 있게되므로, 신뢰성 및 안정성을 높일 수 있는 효과가 있도록 한 것이다.

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Description

원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치{Control Element Driving Simulator for Verification of Control Element Driving Mechanism Control System of Atomic Power Plant}

도 1은 본 발명에 따른 원자력발전소의 검증용 제어봉 구동모의시험장치의 정면도

도 2는 본 발명에 따른 박스의 전면을 보여주는 일부절개 단면도

도 3은 본 발명에 따른 구동모의시험장치의 전체구조를 나타낸 단면도

도 4는 도 3의 제어봉의 하부에 끼워지는 중량체의 다른 설치구조를 나타낸 일부확대단면도

도 5는 본 발명에 따른 구동모의시험장치의 온도감지센서의 접속상태를 설명하기 위한 블록도

도 6은 본 발명에 따른 구동모의시험장치의 카트내부에 갖추어진 박스안에 냉각수의 공급 및 배출경로를 설명하기 위한 개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

100 : 제어봉 구동부

101 : 제어봉 이동통로

110 : 코일부재

120 : 제어봉

121 : 돌기

122 : 너트

123 : 클램프

124 : 고정관체

130 : 온도감지센서

200 : 카트

210 : 캐스터

220 : 핸들

230 : 투시공

300 : 박스

310 : 확인부

311 : 확인창

312 : 표시부

320 : 중량체

320a : 관통공

330 : 흡수부재

331 : 보울트

400 : 저장탱크

410,420 : 배관

430 : 순환배관

500 : 펌프

600 : 냉각팬

700 : 콘트롤부

본 발명은 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예비운전 시험시, 제어봉구동장치 제어시스템을 노심에 설치되어 있는 제어봉구동장치와 동일한 조건의 구동장치를 마련하여 연결하므로써, 제어봉의 이동에 따른 노심의 핵반응도 변화를 가져오지 않고, 예비운전단계에서 제어봉구동장치 제어시스템에서 발생할 수 있는 문제점을 사전에 확인하여 제어봉구동장치 제어시스템의 신뢰성과 안정성을 높이도록 한 것이다.

일반적으로, 원자로의 제어봉 구동장치(Control Element Drive Mechanism)는 전자기력을 이용하여 제어봉을 인출,삽입시키므로써, 원자로의 핵반응을 제어하여 원자력발전소의 전기적 출력을 조절하는 역할을 하는 것이다.

제어봉은 스텝단위로 인출,삽입되고, 한 스텝을 이동하기 위해서는 통상적으로 6-7단계에 이르는 일련의 시퀀스동작이 순차적으로 이루어져야 한다. 일련의 시퀀스동작중에 어떤 한 동작이라도 기계적 또는 전기적으로 제대로 이루어지지 못할 경우, 제어봉은 이동을 못하거나 밑으로 떨어지는 일이 발생할 수 있다.

이러한 상황은 원자력발전소의 안전운전 및 핵연료의 효율적 이용과 관계되는 매우 중요한 사항이라고 할 수 있기때문에, 시퀀스동작의 확인은 제어봉 제어기기 설계 및 구현에 있어서 가장 핵심적인 사항으로서, 이와 같은 시퀀스 동작의 확인을 위해 근래에는 코일부재에 흐르는 전류의 파형을 신호처리하여 제어봉의 동작여부를 판단하는 방법이 사용되고 있다.

이러한 구현방법을 검증하기 위한 모의시험장치가 종래에도 마련되어 있었으나, 제어봉이 없는 제어봉 구동장치만으로 구현하므로써, 실제 원자력발전소의 원자로에 설치되는 제어봉구동장치의 부하를 동일하게 제공하지 못하므로써, 제어봉 구동장치제어시스템의 정확한 검증이 불가능하였다.

상기 제어봉구동장치는 여러가지의 코일부재들로 이루어진 장치이고, 제어봉구동장치 제어시스템은 제어회로와 전력회로소자 등을 갖추어서 상기 제어봉구동장치와 접속되도록 된 것이다.

이러한 종래의 모의시험장치는 상부와 하부를 막고, 별도 설치된 펌프로 냉각수를 공급한다. 냉각수는 시험장치 전체에 걸쳐서 가득 채워지게된다. 그런 다음에, 모의시험장치의 바깥쪽 상부 및 하부에 각각 2개씩의 코일부재가 설치되어 있다.

특히, 상기 코일부재에 전기가 인가되면, 발열하여 온도가 상승하게되는데, 온도에 따라서, 저항치등 전자기적 특성이 변화하므로, 실제 원자력발전소의 제어봉구동장치의 코일부재의 온도와 동일하게 유지시킬 필요가 있다. 따라서, 코일부 재의 온도가 실제치보다 상승할때, 이를 냉각시키기 위한 냉각팬이 설치되어 있는데, 상기 냉각팬은 초기에는 저속으로 운전하도록 스위치를 선택하고, 운전시간이 30분이상되는 시점이거나 대기온도가 32.22도(℃) 이상이 되면, 고속으로 운전되도록 수동으로 구성되어 있었다.

상기 냉각팬은 수동으로 설정되어 운전되므로, 코일의 온도변화에 따라 적절히 냉각팬이 가동하여 냉각시키지 못하고, 또한 모의 시험장치는 실제 제어봉 구동장치에 사용되는 제어봉이 없기때문에, 실제와 동일한 부하를 제공하지 못하므로써, 제어봉구동장치 제어시스템의 정확한 기능검증 및 유지보수가 이루어지지 못하였다.

이 기능검증 및 유지보수 작업은 제어봉구동장치 제어시스템으로부터 코일부재에 인가되는 전압값 설정, 조정 및 검증작업을 의미하는 것으로, 정확한 인가전압의 타이밍이나 필요한 인가전압의 크기를 판별할 수 없으므로, 실제 원자로의 제어봉구동장치에 적용하는 경우에, 제어봉 구동장치 제어시스템이 제대로 작동할 수 있는지의 여부를 정확히 검증하지 못하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 실제 원자력발전소에 설치되는 제어봉구동장치의 부하를 정확히 모사하여 동작을 수행하므로써, 실제 제어봉구동장치 제어시스템의 기능확인 및 유지보수에 적합한 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수의 코일부재가 설치된 제어봉 구동부와, 이 제어봉 구동부의 하부에 갖추어지면서 냉각수를 저장하는 저장탱크와 코일을 냉각시켜주는 냉각팬과, 동작을 제어하도록 하는 콘트롤부가 구비된 카트로 이루어진 구조로서, 상기 제어봉 구동부의 내부에 상,하 이동가능하도록 삽입,설치되는 제어봉과; 상기 카트의 내부에 제어봉의 일부가 삽입되면서 고정설치된 박스와; 상기 제어봉의 동작을 확인하기 위한 확인부를 포함하여 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 확인부는 박스의 일면에 형성되어 내부가 보이도록 하는 확인창과, 이 확인창의 길이방향으로 형성되면서 제어봉의 이동량을 수치적으로 나타내기 위한 표시부로 이루어진 구조이다.

상기 박스안에 구비되는 상기 제어봉의 일부에는 하나 이상의 중량체가 끼워져 있는 구조이다.

상기 제어봉의 하단부에는 너트가 결합되고, 중량체의 최상단에는 클램프가 고정,설치되어서 중량체의 요동 및 이탈을 방지하도록 된 구조이다.

상기 중량체의 최상단과 클램프사이에 고정관체가 삽입되어서 중량체의 요동을 방지하도록 된 구조이다.

상기 박스 내부의 바닥면에는 제어봉에 끼워진 중량체에 의한 충격을 흡수하기 위한 흡수부재가 더 포함된 구조이다.

상기 코일부재에는 카트에 설치된 콘트롤부와 접속되어서 냉각팬의 구동을 제어하도록 하기 위한 온도감지센서가 하나 이상 장착된 구조이다

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 모의장치의 구조를 나타낸 정면도, 도 2는 본 발명에 따른 박스의 전면을 보여주는 일부절개 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 구동모의시험장치의 전체구조를 나타낸 단면도, 도 4는 도 3의 제어봉의 하부에 끼워지는 중량체의 다른 설치구조를 나타낸 일부확대단면도, 도 5는 본 발명에 따른 구동모의시험장치의 온도감지센서의 접속상태를 설명하기 위한 블럭도이다. 또한, 도 6은 본 발명에 따른 모의시험장치의 카트 내부에 갖추어진 박스안에 냉각수의 공급 및 배출경로를 설명하기 위한 개략도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 도면상 상부에 제어봉 구동부(100)가 설치되고, 이 제어봉 구동부(100)의 하부에는 이동이 용이하도록 된 카트(200)로 이루어진 구조이다.

상기 제어봉 구동부(100)는 밀폐된 하우징형태로 이루어져 있고, 그 내부에는 복수의 코일부재(110)가 갖추어져 있다. 이 코일부재(110)는 본 발명의 실시예에서는 4개의 코일부재로 이루어져 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어봉 구동부(100)의 중앙에는 제어봉 이동통로(101)가 형성되어 있고, 이 제어봉 이동통로(101)에는 제어봉(120)이 상,하 이동가능하게 삽입,설치되어 있다.

또한, 상기 카트(200)의 내부에는 소정크기를 가지면서 밀폐된 형태의 박스(300)가 구비되어 있다. 이 박스(300)에는 상기 제어봉(120)의 일부가 삽입되어 슬라이딩 이동가능하게 설치되어 있다.

또한, 상기 박스(300)에는 상기 제어봉(120)의 이동상태를 확인하기 위한 확인부(310)가 형성되어 있다.

상기 확인부(310)는 도 2에 도시된 바와 같이, 박스(300)의 일면에 형성되어 내부가 보이도록 하는 확인창(311)과, 이 확인창(311)의 길이방향으로 형성되면서 제어봉(120)의 이동량을 수치적으로 나타내기 위한 표시부(312)로 이루어진 구조이다.

또한, 박스(300)안에 구비되는 상기 제어봉(120)의 일부에는 하나 이상의 중량체(320)가 끼워져 있는 구조이다.

상기 제어봉(120)의 일부는 중량체(320)가 쉽게 끼워지도록 평활한 면으로 이루어져 있다. 중량체(320)의 가운데에는 관통공이 형성되어 제어봉(120)에 쉽게 끼워지도록 되어있고, 이 관통공(320a)은 사각형, 육각형의 형태 등 여러가지로 할 수 있다. 이렇게하므로써, 중량체(320)가 삽입된 제어봉(120)을 중심으로 회전하지 않도록 하는 것이다.

또한, 상기 중량체(320)가 끼워진 제어봉(120)의 하단부에는 중량체(320)가 빠져나가지 못하도록 너트(122)가 끼워져 있고, 적층된 중량체(320)의 최상단에는 클램프(123)가 체결,고정된 구조이다. 이 클램프(123)의 구조는 반원형을 이루는 2개의 부재를 서로 맞대고 볼팅처리하여 체결된 구조로서, 통상의 클램프의 구조와 동일,유사하다.

상기 제어봉(120)에 끼워지는 중량체(320)는 실제 원자로에 적용되는 제어봉집합체(12개의 제어봉 어셈블리, 또는 4개의 제어봉 어셈블리 등)의 중량과 일치시키기 위해 적절히 가감하여 설치하여 사용하는 것이다.

예컨대, 상기 도 3에서는 4개의 중량체(320)를 설치하여 시험한 것이지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 3개의 중량체(320)를 설치하여 시험하고자 하는 경우에는, 고정된 클램프(123)와 최상단 중량체(320)사이에 고정관체(124)를 끼워서 중량체(320)가 요동하지 않도록 된 구조이다.

한편, 상기 중량체(320)의 하부 바닥면에는 충격을 흡수하기 위한 흡수부재(330)가 갖추어져 있다.

상기 제어봉(120)은 길이방향으로 환형의 돌기(121)가 다수 형성되어 있는데, 이것은 복수의 코일부재(110)에 전원이 인가되면, 제어봉(120)의 주변에 소정 간격을 두고 구비된 복수의 전자석의 움직임에 따라서 전자석(111)에 함께 연결,설치된 걸쇠(112)가 제어봉(120)방향으로 돌출되면서 상기 돌기(121)에 걸리게되면서 상승 또는 하강할 수 있도록 해주기 위해서이다. 이러한 구성 및 작동관계는 실제 원자력발전소의 원자로에 설치된 제어봉 구동장치와 동일한 구조로서, 해당분야에서 널리 알려진 공지의 기술이므로 이하 상세한 설명은 생략한다.

또한, 박스(300)의 바닥면에 구비된 흡수부재(330)는 제어봉(120)의 하강시, 중량체(320)에 의한 충격을 흡수할 수 있도록 방진고무재로 이루어지고, 사각형태를 이루면서 보울트(331)(또는 나사 등과 같은 관용체결수단)로 관통,체결하여 고정되어 있다.

상기 흡수부재(330)는 방진고무재외에 스프링으로도 대체가능하다. 이외에도 여러가지 다른 흡수기능을 가지는 수단들이 사용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 모의시험장치에는 기본적으로 냉각수를 공급하기 위한 수단과, 코일부재(110)에 인가되는 전원에 의해 코일부재(110)가 발열되어 온도가 상승할때, 냉각시켜주기 위한 냉각수단이 카트(200)의 내부에 설치되어 있다.

즉, 냉각수를 공급해주기 위한 수단으로서는 냉각수를 저장하는 저장탱크(400)와, 이 저장탱크(400)안의 냉각수를 박스(300)의 내부로 공급해주기 위한 펌프(500)로 이루어져 있다. 물론, 저장탱크(400)와 펌프(500)사이와, 펌프(500)와 박스(300)간에는 배관(410)(420)이 설치되어 냉각수가 흐르도록 되어 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 저장탱크(400)와 펌프(500) 및 밀폐된 박스(300)간에 설치된 배관(410)(420)외에 배관(420)의 일측에 각각 회수배관(440)과 배출배관(450)이 연결된 구조이다.

물론, 각 배관(410)(420)(440)(450)에는 밸브(411)(421)(441)(451)가 구비되어 냉각수의 흐름을 개방 또는 차단한다.

상기 회수배관(440)은 배관(420)의 일측으로부터 저장탱크(400)와 펌프(500)간에 연결된 배관(410)간에 연결되고, 배관(450)은 펌프(500)와 밸브(421)사이에서 연결되어 냉각수가 배출되도록 된 구조이다.

이러한 구성을 가지는 본 발명에 따른 모의시험장치는 장치안에 채워진 냉각수를 모두 배출시키고자 하는 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이, 밸브(411)(421) 을 잠그고, 밸브(441)(451)을 개방하면, 박스(300)안에 가득 채워져 있던 냉각수가 펌프(500)에 의해 신속하게 배관(450)을 통해 배수된다. 물론, 반대로 냉각수를 공급하여 가득 채우고자 하는 경우에는 배관(440)(450)상에 구비된 밸브(441)(451)를 잠그고, 배관(410)(420)상의 밸브(411)(421)를 개방한 상태에서, 펌프(500)를 가동하여 저장탱크(400)안의 냉각수를 박스(300)안으로 공급하는 것이다.

또한, 코일부재(110)의 온도가 상승하는 것을 막기위한 냉각수단으로서는 냉각팬(600)이 갖추어져 있고, 제어봉 구동장치의 구동을 전반적으로 제어하기 위한 콘트롤부(700)가 카트(200)의 일측면에 형성되어 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 코일부재(110)에 전원이 인가되어 온도가 상승하면, 이를 감지하여 적절하게 냉각팬(600)의 회전수(rpm)를 조절할 수 있도록 코일부재(110)에는 온도감지센서(130)가 구비되고, 이 온도감지센서(130)는 상기 콘트롤부(700)와 전기적으로 연결되어 있어서, 온도감지센서(130)에 의해 감지된 온도신호를 받아서, 냉각팬(600)을 제어하도록 하는 것이다.

또한, 상기 저장탱크(400)와 제어봉구동부(100)간에는 순환배관(430)이 연결되어 있다. 상기 저장탱크(400)의 냉각수는 상기 펌프(500)에 의해 배관(410)(420)을 경유하여 박스(300)안에 공급된다. 공급된 냉각수는 제어봉구동부(100)의 내부 상단까지 채워지게된다. 그러면, 냉각수는 제어봉구동부(100)의 일측면에 연결된 순환배관(430)을 통해 다시 카트(200)안에 구비된 저장탱크(400)안에 공급된다.

상기 냉각수의 역할은 기본적인 냉각기능은 물론, 제어봉(120)의 작동시, 각 부품들과의 접촉을 감소시켜 완충기능을 가지고, 또한 원활하게 작동되도록 윤활기 능을 담당하는 것이다.

상기 카트(200)의 저면에는 카트(200)의 이동이 용이하도록 하는 캐스터(210)가 구비되어 있고, 상부 양측에는 취급이 용이하도록 하는 핸들(220)이 각각 설치되어 있다.

도면중 미설명부호 800은 제어봉구동장치 제어시스템과 제어봉구동장치내의 코일부재를 연결하는 케이블로서, 해당 코일부재에 전원이 공급되어 제어봉 구동장치가 구동되도록 하는 파워케이블이다.

본 발명에 따른 모의장치의 작동시, 4개의 코일부재(110)에 인가되는 전원시퀀스에따라, 제어봉(120)이 상,하 이동 또는 정지하게 되고, 이때 제어봉(120)의 이동량을 쉽게 확인할 수 있다.

상기 카트(200)의 전면에는 내부를 볼 수 있도록 하기 위한 투시공(230)이 형성되어 있다. 이 투시공(230)을 통해 카트(200)의 내부에 갖추어진 박스(300)의 전면에 형성된 확인부(310)의 확인창(311)에 형성된 표시부(312)의 눈금을 통해 제어봉(120)의 이동량을 쉽게 측정할 수 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 모의시험장치를 이용하여 실제 원자력발전소에 설치된 제어봉구동장치 제어시스템에 연결후, 제어봉구동장치 코일부재에 흐르는 전류파형 측정시, 노심에 있는 제어봉구동장치와 연결했을때와 동일하게 전류파형을 얻을 수 있게된다.

또한, 실제 발전소와 동일한 온도에서 동작되도록 각 코일부재에 온도감지센 서를 부착하여 측정된 온도에따라 제어봉구동장치에 흐르는 냉각공기량을 자동으로 조절하여 제어봉구동장치 제어시스템의 전압설정, 조정 및 기능검증을 육안으로 쉽게 확인하면서 정확하게 모의 실시할 수 있게되므로, 신뢰성 및 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능함은 자명하다.

Claims (7)

1. 복수의 코일부재가 설치된 제어봉 구동부와, 이 제어봉 구동부의 하부에 갖추어지면서 냉각수를 저장하는 저장탱크와 코일을 냉각시켜주는 냉각팬과, 동작을 제어하도록 하는 콘트롤부가 구비된 카트로 이루어진 구조로서,

   상기 제어봉 구동부의 내부에 상,하 이동가능하도록 삽입,설치되는 제어봉과;

   상기 카트의 내부에 제어봉의 일부가 삽입되면서 고정설치된 박스와;

   상기 제어봉의 동작을 확인하기 위한 확인부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 확인부는 박스의 일면에 형성되어 내부가 보이도록 하는 확인창과, 이 확인창의 길이방향으로 형성되면서 제어봉의 이동량을 수치적으로 나타내기 위한 표시부로 이루어진 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 박스안에 구비되는 상기 제어봉의 일부에는 하나 이상의 중량체가 끼워 져 있는 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제어봉의 하단부에는 너트가 결합되고, 중량체의 최상단에는 클램프가 고정,설치되어서 중량체의 요동 및 이탈을 방지하도록 된 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 중량체의 최상단과 클램프사이에 고정관체가 삽입되어서 중량체의 요동을 방지하도록 된 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치.
6. 제 1항 또는 3항에 있어서,

   상기 박스 내부의 바닥면에는 제어봉에 끼워진 중량체에 의한 충격을 흡수하기 위한 흡수부재가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 코일부재에는 카트에 설치된 콘트롤부와 접속되어서 냉각팬의 구동을 제어하도록 하기 위한 온도감지센서가 하나 이상 장착된 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 제어봉구동장치 제어시스템 검증용 제어봉 구동 모의시험장치.

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