KR101325319B1 - 축열식 냉난방 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축열식 냉난방 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 축열식 냉난방 장치는, 압축기 및 실외열교환기가 구비되는 실외기; 상기 실외기와 연통하며, 실내열교환기가 구비되는 실내기; 상기 실외기와 실내기를 연결하여, 냉매의 순환을 가이드 하는 냉매배관; 상기 실외기 또는 실내기의 적어도 일측에 제공되며, 냉기 또는 열을 저장하는 축열조; 상기 냉매배관으로부터 상기 축열조의 일측으로 연장되고, 일측에 냉매를 팽창시키는 팽창부재가 설치되는 제 1 배관; 상기 축열조의 타측으로부터 상기 냉매배관으로 연장되는 제 2 배관; 및 상기 제 2 배관으로부터 분지되어 상기 냉매배관에 연결되는 제 3 배관을 포함하고, 상기 제 1 배관에는, 상기 제 1 배관을 유동하는 냉매가 상기 팽창부재를 우회하도록 하는 바이패스 배관이 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

축열식 냉난방 장치{a regenerative air-conditioning apparatus}
본 발명은 축열식 냉난방 장치에 관한 것이다.
축열식 냉난방 장치는 실외기 및 실내기에 포함된 압축기, 실외열교환기, 팽창밸브, 실내열교환기를 이용해서 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발하는 과정을 통해 실내를 냉각하는 냉방 사이클, 또는 실내를 가열하는 난방 사이클을 수행할 수 있다.
또한, 실외기 및 실내기 사이에는 축열 유니트를 포함한다. 출열 유니트는 케이스내부가 열저장매체로 채워지고, 열저장매체 사이에 출열조배관이 구비되어 냉매가 유동하면서 열저장매체와 열교환할 수 있다.
축열식 냉난방 장치는 실외기와 축열 유니트 사이에 냉매가 유동하면서, 열저장매체에 냉기 또는 열을 저장할 수 있다. 따라서, 심야의 값싼 전력을 이용하여 실외기를 돌리면서 축열 유니트에 냉기 또는 열을 저장한 후, 축열 유니트에 저장된 냉기 또는 열을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방할 수 있다. 또한, 축열 유니트에 저장된 냉기 또는 열을 이용하면서, 실외기를 운전하여 실내를 냉방 또는 난방할 수 있다.
냉방운전 또는 난방운전시 실외기 및 실내기를 유동하는 냉매의 유동방향은 다르게 형성되므로, 축열 유니트에 냉기 또는 열을 저장하거나 축열 유니트에 저장된 냉기 또는 열을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방할 때 축열조배관을 유동하는 냉매의 유동방향도 다르게 형성된다.
따라서, 축열조배관을 유동하는 냉매가 축열식 냉난방 장치의 운전상태에 따라 다르게 형성되도록 축열 유니트, 실외기 및 실내기를 연결하는 배관을 설치하고 배관을 개폐하는 밸브를 제어하여야 한다.
종래에는 축열 유니트를 실외기 및 실내기에 연결하는 배관이 복잡하고 배관을 개폐하는 밸브가 다수 설치되어 제조 단가가 상승하고, 밸브의 제어가 복잡하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 밸브의 수가 적고, 배관계를 단순화한 축열 유니트를 포함하는 축열식 냉난방 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 축열식 냉난방 장치는, 압축기 및 실외열교환기가 구비되는 실외기; 상기 실외기와 연통하며, 실내열교환기가 구비되는 실내기; 상기 실외기와 실내기를 연결하여, 냉매의 순환을 가이드 하는 냉매배관; 상기 실외기 또는 실내기의 적어도 일측에 제공되며, 냉기 또는 열을 저장하는 축열조; 상기 냉매배관으로부터 상기 축열조의 일측으로 연장되고, 일측에 냉매를 팽창시키는 팽창부재가 설치되는 제 1 배관; 상기 축열조의 타측으로부터 상기 냉매배관으로 연장되는 제 2 배관; 및 상기 제 2 배관으로부터 분지되어 상기 냉매배관에 연결되는 제 3 배관을 포함하고, 상기 제 1 배관에는, 상기 제 1 배관을 유동하는 냉매가 상기 팽창부재를 우회하도록 하는 바이패스 배관이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 축열 유니트에 포함되는 밸브 수가 적고, 배관계가 단순하여 제작 배용이 절감되고, 제어가 단순해 지는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 축냉 운전에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방냉 냉방 운전에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 냉방 운전에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 축열 운전에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 방열 난방 운전에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 난방 운전에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 축열식 냉난방 장치에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 축열식 냉난방 장치에 있어서, 축냉 운전에서의 냉매 흐름을 보인 도면이고, 도 2는 방냉 냉방 운전에서의 냉매 흐름을 보인 도면이고, 도 3은 냉방 운전에서의 냉매 흐름을 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 축열식 냉난방 장치는 실외기(1), 축열 유니트(2) 및 실내기(3)를 포함한다.
상기 실외기(1)는 유동하는 냉매를 압축하는 압축기(11), 상기 압축기(11)에서 토출된 냉매의 유동 방향을 절환하는 사방밸브(12), 배관을 유동하는 냉매와 실외 공기 사이에 열 교환되는 실외 열교환기(13) 및 상기 실외 열교환기(13)에서 토출된 냉매가 팽창되는 실외 팽창밸브(14)를 포함한다.
상기 실내기(3)는 배관을 유동하는 냉매와 실내 공기가 열교환 되는 실내 열교환기(31) 및 실내 팽창밸브(32)를 포함한다.
상기 실외 열교환기(13)는, 일측은 상기 사방밸브(12)와 연결되고 타측은 제 1 연결배관(41)에 의해 상기 실내 열교환기(31)의 일측과 연결된다. 상기 제 1 연결배관(41)에는 상기 실외 팽창밸브(14)및 실내 팽창밸브(32)가 구비된다.
상기 실내 열교환기(31)의 타측은 제 2 연결배관(42)에 의해 상기 사방밸브(12)에 연결된다.
상기 축열 유니트(2)는 열 또는 냉기를 저장하는 축열조(20)를 포함한다. 상기 축열조(20)는 외관을 형성하는 케이스(201)와, 상기 케이스(201)의 내부에 구비되어 냉매가 유동하는 축열조배관(202)과, 상기 케이스(201) 내부에 채워지는 열저장매체(203)를 포함한다.
상기 축열조배관(202) 은 상기 케이스(201)내부에서 수회 절곡되어 형성될 수 있다. 따라서, 상기 축열조배관(202)을 유동하는 냉매와 상기 열저장매체(203)와 열교환 할 수 있는 면적이 크게 형성된다.
상기 열저장매체(203)는 상기 축열조배관(202)을 유동하는 냉매와 열교환되어, 냉기 또는 열을 저장할 수 있다. 상기 열저장매체(203)는 일 예로 물이 선택될 수 있다. 상기 축열조배관(202)을 유동하는 냉매가 저온인 경우, 물은 상기 냉매와의 열교환 과정에서 저온으로 냉각되거나 얼음으로 상 변환되어 냉기를 저장할 수 있다. 또한, 상기 축열조배관(202)을 유동하는 냉매가 고온인 경우, 물은 상기 냉매와의 열교환 과정에서 고온으로 가열되거나 증기로 상 변환되어 열을 저장할 수 있다.
상기 축열조배관(202)의 일측은 제 1 배관(210)에 의해 상기 제 1 연결배관(41)에 연결되고, 상기 축열조배관(202)의 타측은 제 2 배관(220)에 의해 상기 제 2 연결배관(42)에 연결된다. 또한, 제 3 배관(230)은 상기 제 2 배관(220)에서 분지되어 상기 제 1 연결배관(41)에 연결된다.
상기 제 1 배관(210)에는 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창부재(211)가 설치된다. 또한 상기 제 1 배관(210)에는 유동하는 냉매가 상기 팽창부재(211)를 우회할 수 있는 바이패스배관(212)이 연결된다. 또한, 상기 바이패스배관(212)에는 냉매가 한쪽 방향으로만 유동할 수 있도록 하는 체크밸브(213)가 설치된다.
상기 제 2 배관(220)에는 상기 제 2 배관(220)을 개폐할 수 있는 제 2 밸브(221)가 구비된다. 또한, 상기 제 3 배관(230)은, 상기 축열조배관(202)의 일측과 상기 제 2 배관(220)이 연결되는 지점 및 상기 제 2 밸브(221)가 구비되는 지점의 사이에서 분지된다. 그리고, 상기 제 3 배관(230)에는 상기 제 3 배관(230)을 유동하는 냉매의 흐름을 개폐하는 제 3 밸브(231)가 설치된다.
또한, 상기 제 3 배관(230)이 상기 제 1 연결배관(41)에 연결되는 지점은, 상기 제 1 배관(210)이 상기 제 1 연결배관(41)에 연결되는 지점보다 상기 실외열교환기(13)에 가깝게 위치한다. 그리고, 상기 제 1 연결배관(41)에는, 상기 제 3 배관(230)이 상기 제 1 연결배관(41)에 연결되는 지점과 상기 제 1 배관(210)이 상기 제 1 연결배관(41)에 연결되는 지점 사이에 제 1 밸브(410)가 설치된다.
축냉 운전시에는, 냉매는 상기 압축기(11)에서 고온고압의 기체로 압축되어 토출된 후, 상기 사방밸브(12)를 거쳐서 상기 실외 열교환기(13)로 유입된다. 실외 열교환기(13)에서 냉매는 실외 공기와 열교환되는 과정에서 응축되어, 고온고압 액체상태가 된다. 상기 실외열교환기(13)에서 토출된 냉매는 상기 실외팽창밸브(14)를 통과하는 과정에서 액체상태 또는 액체와 기체가 혼합된 이상 냉매가 된다.
축냉 운전시에는, 상기 제 1 밸브(410) 및 제 2 밸브(221)는 개방되고, 상기 제 3 밸브(231)는 닫히도록 제어된다. 따라서, 상기 실외 팽창밸브(14)를 거친 냉매는 상기 제 1 배관(210)에 설치된 팽창부재(211)를 통과하면서 한번 더 온도 및 압력이 한번 더 낮아진다. 상기 팽창부재(211)를 통과한 저온의 냉매는 상기 축열조배관(202)을 통과하면서, 상기 열저장매체(203)와 열교환 한다. 또한, 냉매는 상기 축열조배관(202)을 통과하면서, 증발에 의해서 주위을 열을 흡수하여, 상기 열저장매체(203)를 냉각시킨다.
축냉 운전시에는 상기 제 3 밸브(231)는 닫혀 있다. 또한, 상기 실내기(3)에 포함되는 상기 실내팽창밸브(32)는 냉매의 흐름을 차단하도록 제어된다. 따라서, 상기 축열조배관(202)을 통과한 냉매는, 상기 제 2 배관(220)및 제 2 연결배관(42)을 통해서 상기 사방밸브(12)로 유동한다. 상기 사방밸브(12)는 유입된 냉매가 상기 압축기(11)의 입구 측으로 유동되도록 한다.
도 2를 참조하여, 방냉 냉방 운전시의 냉매 흐름을 설명한다. 방냉 냉방 운전시, 냉매는 상기 압축기(11)에서 고온고압의 기체로 압축되어 토출된 후, 상기 사방밸브(12)를 거쳐서 상기 실외 열교환기(13)로 유입된다. 냉매는, 실외 열교환기(13)에서 실외 공기와 열교환되는 과정에서 응축되어, 고온고압 액체상태가 된다. 상기 실외열교환기(13)에서 토출된 냉매는 상기 실외팽창밸브(14)를 통과하는 과정에서 액체상태 또는 액체와 기체가 혼합된 이상 냉매가 된다.
방냉 냉방 운전시에는, 상기 축열유니트(2)의 상기 제 1 밸브(410), 제 2 밸브(221) 및 팽창부재(211)는 냉매의 흐름을 차단하도록 제어된다. 따라서, 상기 실외 팽창밸브(14)를 거친 냉매는 상기 제 3 배관(230) 및 제 2 배관(220)을 유동하여 상기 축열조(20)로 유입된다. 상기 축열조(20)로 유입된 냉매는 상기 축열조배관(202)을 유동하면서 상기 열저장 매체(203)와 열교환 된다. 즉, 상기 축열조배관(202)을 유동하는 냉매는 상기 열저장 매체(203)로 열을 전달하면서, 온도가 낮아진다.
상기 축열조배관(202)을 통과한 냉매는 상기 제 1 배관(210), 바이패스배관(212) 및 제 1 연결배관(41)을 유동하여 상기 실내기(3)로 유동된다.
상기 실내기(3)로 유입된 냉매는 상기 실내팽창밸브(32)에서 팽창된 후, 상기 실내열교환기(31)에서 증발된다. 냉매는 증발과정에서 실내 공기의 열을 흡수 하여 실내공기의 온도를 낮추게 된다.
상기 실내열교환기(31)에서 증발된 저온저압의 기체냉매는 상기 제 2 연결배관(42)을 유동한 후, 상기 사방밸브(12)를 거쳐 상기 압축기(11)로 유입된다.
도 3를 참조하여, 냉방 운전시의 냉매 흐름을 설명한다. 냉방 운전시, 냉매는 상기 압축기(11)에서 고온고압의 기체로 압축되어 토출된 후, 상기 사방밸브(12)를 거쳐서 상기 실외 열교환기(13)로 유입된다. 냉매는, 상기 실외 열교환기(13)에서 실외 공기와 열교환되는 과정에서 응축되어, 고온고압 액체상태가 된다. 상기 실외열교환기(13)에서 토출된 냉매는 상기 실외팽창밸브(14)를 통과하는 과정에서 액체상태 또는 액체와 기체가 혼합된 이상 냉매가 된다.
냉방 운전시에는, 상기 축열유니트(2)의 상기 제 2 밸브(221) 및 제 3 밸브(231)는 냉매의 흐름을 차단하도록 제어된다. 상기 제 2 배관(220) 및 제 3 배관(230)은 냉매 유동이 차단되므로, 상기 제 1 연결배관(41)에서 상기 제 1 배관(210)으로의 냉매유입이 차단된다. 또한, 상기 팽창부재(211)도 냉매의 흐름을 차단하도록 제어될 수 있다. 따라서, 상기 실외팽창밸브(14)를 통과한 냉매는 상기 제 1 연결배관(41)을 유동하여 상기 실내기(3)로 유입된다.
상기 실내기(3)로 유입된 냉매는 상기 실내팽창밸브(32)에서 팽창된 후, 상기 실내열교환기(31)에서 증발된다. 냉매는 증발과정에서 실내 공기의 열을 흡수 하여 실내공기의 온도를 낮추게 된다.
상기 실내열교환기(31)에서 증발된 저온저압의 기체냉매는 상기 제 2 연결배관(42)을 유동한 후, 상기 사방밸브(12)를 거쳐 상기 압축기(11)로 유입된다.
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 축열식 냉난방 장치에 있어서, 축열 운전에서의 냉매 흐름을 보인 도면이고, 도 5는 방열 난방 운전에서의 냉매 흐름을 보인 도면이고, 도 6은 난방 운전에서의 냉매 흐름을 보인 도면이다.
축열 운전시에는, 냉매는 상기 압축기(11)에서 고온고압의 기체로 압축되어 토출된 후, 상기 사방밸브(12)를 거쳐서 상기 제 2 연결배관(42)으로 유동된다.
축열 운전시에는, 상기 제 3 밸브(231), 팽창부재(211) 및 실내팽창밸브(32)는 냉매의 흐름을 차단하도록 제어된다. 따라서 상기 압축기(11)에서 고온고압의 기체로 압축된 냉매는 상기 제 2 배관(220)을 유동하여, 상기 축열조(20)로 유입된다. 상기 축열조(20)로 유입된 냉매는 상기 축열조배관(202)을 유동하면서, 상기 열저장매체(203)와 열교환되면서 응축된다. 즉, 상기 열저장매체(203)는 고온고압의 기체냉매로부터 열을 흡수하여 가열된다.
상기 팽창부재(211)는 닫혀 있으므로, 상기 축열조(20)를 통과한 냉매는 상기 제 1 배관(210), 바이패스배관(212) 및 제 1 연결배관(41)을 유동하여 상기 실외팽창밸브(14)로 유입된다.
응축된 냉매는 상기 실외팽창밸브(14)에서 팽창된 후, 상기 실외열교환기(13)에서 실외 공기와 열교환되는 과정에서 저온저압의 기체냉매로 증발된다. 저온저압의 기체냉매는 상기 사방밸브(12)를 통과한 후 상기 압축기(11)로 유입된다.
도 5를 참조하여, 방열 난방 운전시의 냉매 흐름을 설명한다. 방열 난방 운전시에는, 냉매는 상기 압축기(11)에서 고온고압의 기체로 압축되어 토출된 후, 상기 사방밸브(12)를 거쳐서 상기 제 2 연결배관(42)으로 유동된다.
방열 난방 운전시에는, 상기 제 1 밸브(410) 및 제 2 밸브(221)는 냉매의 흐름을 차단하도록 제어된다. 따라서 상기 압축기(11)에서 고온고압의 기체로 압축된 냉매는 상기 제 2 연결배관(42)을 유동하여, 상기 실내기(3)로 유입된다.
상기 실내기(3)로 유입된 냉매는 상기 실내열교환기(31)에서 실내 공기와 열교환 하면서 응축된다. 즉, 고온고압의 기체냉매는 실내 공기로 열을 전달하는 과정에서 액체냉매로 응축된다. 응축된 냉매는 상기 실내팽창밸브(32)에서 팽창 된 후 상기 축열유니트(2)로 유동된다.
상기 제 1 밸브(410)는 닫혀 있으므로, 냉매는 상기 제 1 배관(210)을 유동하면서, 상기 팽창부재(211)에서 팽창되면서 온도가 낮아진다. 온도가 낮아진 냉매는 상기 축열조배관(202)을 유동하면서 상기 열저장매체(203)로부터 열을 전달받는다.
상기 제 2 밸브(221)는 닫혀 있으므로, 상기 축열조(20)를 통과한 냉매는 상기 제 3 배관(230) 및 제 1 연결배관(41)을 유동하여 상기 실외 팽창밸브(14)로 유입된다. 상기 실외 팽창밸브(14)에서 팽창된 후, 상기 실외 열교환기(13)에서 증발된 기체 냉매는 상기 사방밸브(12)를 통과한 후 상기 압축기(11)로 유입된다.
도 6를 참조하여, 난방 운전시의 냉매 흐름을 설명한다. 난방 운전시에는, 냉매는 상기 압축기(11)에서 고온고압의 기체로 압축되어 토출된 후, 상기 사방밸브(12)를 거쳐서 상기 제 2 연결배관(42)으로 유동된다.
난방 운전시에는, 상기 제 2 밸브(221) 및 제 3 밸브(231)는 냉매의 흐름을 차단하도록 제어된다. 따라서 상기 압축기(11)에서 고온고압의 기체로 압축된 냉매는 상기 제 2 연결배관(42)을 유동하여, 상기 실내기(3)로 유입된다.
상기 실내기(3)로 유입된 냉매는 상기 실내열교환기(31)에서 실내 공기와 열교환 하면서 응축된다. 즉, 고온고압의 기체냉매는 실내 공기로 열을 전달하는 과정에서 액체냉매로 응축된다. 응축된 냉매는 상기 실내팽창밸브(32)에서 팽창 된 후 유동된다.
상기 제 2 배관(220) 및 제 3 배관(230)은 냉매의 유동이 차단되므로, 상기 제 1 배관(210)으로의 냉매의 유입이 차단된다. 또한, 상기 팽창부재(211)도 냉매의 흐름을 차단하도록 제어될 수 있다. 따라서, 상기 실내팽창밸브(32)를 통과한 냉매는 상기 제 1 연결배관(41)을 유동하여 상기 실외기(1)로 유입된다.
상기 실외기(1)로 유입된 냉매는 상기 실외 팽창밸브(14)에서 팽창된다. 상기 실외 팽창밸브(14)를 통과한 냉매는 상기 실외 열교환기(13)에서 증발된 된 후, 상기 사방밸브(12)를 통과하여 상기 압축기(11)로 유입된다.
상기 제 1 연결배관(41) 및 제 2 연결배관(42)은 상기 실외기(1)와 실내기(3)를 연결하여 냉매의 순환을 가이드 하므로 냉매배관이라 칭할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 축열 유니트에 포함되는 밸브 수가 적고, 배관계가 단순하여 제작 배용이 절감되고, 제어가 단순해 지는 장점이 있다.
11:압축기 12:사방밸브
210:제 1 배관 220:제 2 배관
230:제 3 배관

Claims (11)

  1. 압축기 및 실외열교환기가 구비되는 실외기;
    상기 실외기와 연통하며, 실내열교환기가 구비되는 실내기;
    상기 실외기와 실내기를 연결하여, 냉매의 순환을 가이드 하는 제 1 연결배관 및 제 2 연결배관을 포함하는 냉매배관;
    상기 실외기 또는 실내기의 적어도 일측에 제공되며, 냉기 또는 열을 저장하는 축열조;
    상기 냉매배관의 제 1 연결배관으로부터 상기 축열조의 일측으로 연장되고, 일측에 냉매를 팽창시키는 팽창부재가 설치되는 제 1 배관;
    상기 축열조의 타측으로부터 상기 냉매배관의 제 2 연결배관으로 연장되는 제 2 배관; 및
    상기 제 2 배관으로부터 분지되어 상기 냉매배관의 제 1 연결배관에 연결되는 제 3 배관을 포함하고,
    상기 제 1 배관에는,
    상기 제 1 배관을 유동하는 냉매가 상기 팽창부재를 우회하도록 하는 바이패스 배관이 설치되며,
    상기 바이패스 배관에는,
    상기 바이패스 배관에서의 냉매의 유동 방향을 상기 축열조에서 상기 제 1 연결배관 방향으로 제한하는 체크밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 팽창부재는,
    상기 축열조로 유입되는 냉매 또는 축열조로부터 유출되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 배관에는, 상기 제 2 배관을 선택적으로 개폐하는 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 3 배관은 상기 축열조의 일측 및 상기 밸브 사이의 상기 제 2 배관에서 분지되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 배관에는 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 배관은 상기 제 1 배관보다 상기 실외열교환기에 가까운 지점상의 상기 제 1 연결배관에 연결되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 연결배관에는, 상기 제 1 배관 및 제 3 배관이 연결되는 지점 사이에 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 장치.
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