KR101627926B1 - 요동저감형 부유식구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 요동저감형 부유식구조물에 관한 것으로서, 해수면으로부터 부유되어 해수면의 변화에 따라 이동하는 부유부; 상기 부유부의 하측에 설치되며, 상기 부유부가 받는 파력을 감소시키도록 외측면에 다수개의 슬릿이 형성되며 내부공간으로 해수가 유입되는 완충부; 상기 부유부가 해수면에 대해 수평한 방향으로 이동하는 것을 방지하도록, 상기 부유부와 상기 완충부를 관통하여 해저면에 고정 설치되는 기둥부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 파랑에 의하여 부유부가 받는 파력을 감소시켜 부유부의 수평요동(Sway Motion)을 방지하며, 해수면의 변화에 따른 부유부의 수직요동(Heave Motion)을 저감시키는 요동저감형 부유식구조물이 제공된다.

Description

요동저감형 부유식구조물{FLOATING STRUCTURE FOR REDUCING SHAKE}

본 발명은 요동저감형 부유식구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파랑에 의하여 부유부가 받는 파력을 감소시켜 부유부의 수평요동(Sway Motion)을 방지하며, 해수면의 변화에 따른 부유부의 수직요동(Heave Motion)을 저감시키는 요동저감형 부유식구조물에 관한 것이다.

부유식구조물이란 수상에 부유체를 띄운 후 계류 장치로 구속하여 해양 또는 항만 시설로 이용하는 구조물로써, 부유식 항만, 부유식 LNG 터미널, 부유식 공항, 부유식 유류저장시설, 부유식 교량, 부유식 원전, 부유식 해상 호텔, 부유식 에너지 아일랜드 등에 사용된다.

부유식구조물은 기존의 준설 매립이나 파일 등에 의한 고정시설이 아니므로 공사비가 크게 절감되는 장점이 있으나, 파랑에 의해 구조물의 6자유도(수평(Sway), 수직(Heave), 깊이(Surge), 피치(Pitch), 요(Yaw), 롤(Roll))의 요동이 발생함으로써, 시설의 사용성과 구조물의 안정성이 크게 영향을 받게 되어 문제되었다.

따라서, 종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 부유구조물의 하측에 계류로프를 연결하고, 해저면 바닥의 앵커에 연결하는 방법을 제안되거나, 부유체 중심에 구멍을 형성하고, 그 구멍으로 파일을 삽입하여 해저면에 고정하는 방법 등이 제안되었다.

그러나, 이러한 종래의 부유구조물에 의하더라도, 부유구조물이 파랑의 수평 파력을 그대로 받게 되어 부유구조물에 수평요동(Sway Motion)이 심하게 발생 되었으며, 해수면의 변화에 따라 그 변화만큼 그대로 부유구조물의 변위가 발생하여 수직요동(Heave Motion) 또한 심하게 발생 되었다.

이에 의해, 계류로프가 파단되거나, 앵커에 인발이 발생하거나, 단일파일에의 파손이 발생하여, 부유구조물 및 부유구조물에 설치되는 시설 등의 안정성의 확보에 큰 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 완충부를 이용하여 수평요동(Sway Motion)을 방지하며, 댐퍼부를 이용하여 부유부의 수직요동(Heave Motion)을 감소시키는 요동저감형 부유식구조물을 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 해수면으로부터 부유되어 해수면의 변화에 따라 이동하는 부유부; 상기 부유부의 하측에 설치되며, 상기 부유부가 받는 파력을 감소시키도록 외측면에 다수개의 슬릿이 형성되어 내부공간으로 해수가 유입되는 완충부; 상기 부유부가 해수면에 대해 수평한 방향으로 이동하는 것을 방지하도록, 상기 부유부와 상기 완충부를 관통하여 해저면에 고정 설치되는 기둥부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 요동저감형 부유식구조물에 의해 달성된다.

또한, 상기 완충부는 상기 내부공간에 설치되어 상기 내부공간을 분할하며, 외면에 상기 완충부의 외측면에 형성되는 다수개 슬릿의 단면적의 합보다 더 작은 단면적의 합을 가지는 슬릿이 형성되는 플레이트를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 플레이트는 복수개로 구비되며, 상기 완충부의 외측면에서 멀어짐에 따라 더 작은 단면적의 합을 가지는 슬릿이 형성될 수 있다.

또한, 상기 부유부에 설치되며, 내부에 충진되는 유체의 압력을 이용하여 상기 부유부의 상하 요동을 저감시키는 댐퍼부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 댐퍼부는, 유체가 충진되는 제1챔버; 상기 제1챔버의 내부에 삽입되며, 상기 부유부의 위치 변화에 따라 상기 제1챔버의 내부에서 이동되도록 단부가 상기 부유부에 고정되는 피스톤; 상기 피스톤의 이동에 의해 상기 제1챔버의 유체가 내부로 유입되거나 상기 제1챔버로 유출되도록 상기 제1챔버와 연통되는 제2챔버;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 파랑에 의한 부유부의 수평요동(Sway Motion)을 방지할 수 있는 요동저감형 부유식구조물이 제공된다.

또한, 해수면의 변화에 따른 부유부의 수직요동(Heave Motion)을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 부유식구조물의 사시도이고,
도 2는 도 1의 요동저감형 부유식구조물의 분해사시도이고,
도 3은 도 1의 요동저감형 부유식구조물의 단면도이고,
도 4는 도 1의 요동저감형 부유식구조물의 댐퍼부를 도시한 것이고,
도 5는 도 1의 요동저감형 부유식구조물의 완충부의 완충작용의 과정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 도 1의 요동저감형 부유식구조물의 댐퍼부의 댐핑작용의 과정을 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 부유식구조물에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 부유식구조물의 사시도이고, 도 2는 도 1의 요동저감형 부유식구조물의 분해사시도이고, 도 3은 도 1의 요동저감형 부유식구조물의 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 부유식구조물(1)은 부유부(10)와 완충부(20)와 기둥부(30)와 댐퍼부(40)를 포함한다.

부유부(10)는 해수면으로부터 부유되어 해수면의 변화에 따라 이동하는 것으로써, 원전, 항만 및 공항 시설, 에너지, 유류저장시설 등이 건설되는 부지를 제공한다.

또한, 부유부(10)의 하측 면에는 완충부(20)가 설치되며 기둥부(30)가 부유부(10) 및 완충부(20)를 관통하여 해저면에 고정됨으로써, 부유부(10)의 수평요동(Sway Motion)이 방지되며, 부유부(10)의 상측 면에는 댐퍼부(40)가 설치되어 부유부(10)의 수직요동(Heave Motion)이 감소된다.

완충부(20)는 상술한 부유부(10)가 받는 파력을 감소 또는 완충시켜 부유부(10)의 수평요동(Sway Motion)을 방지하는 것으로써, 부유부(10)의 하측에 설치되며, 완충부(20) 내부의 빈 공간을 다수개로 분할하도록 완충부(20) 내부의 빈 공간에 설치되는 플레이트(21)를 포함한다.

상술한 바와 같이, 완충부(20)의 내부에는 해수를 유입되도록 빈 공간이 형성되며, 외측면에는 외측면과 상술한 빈 공간을 해수가 유동하도록 연결하는 다수개의 슬릿(S)이 형성된다. 파랑이 완충부(20)의 외측면에 충돌하면, 상술한 다수개의 슬릿(S)에 의해서 부서지는 동시에 해수가 빈 공간으로 유입된다. 이러한 과정에 의해서, 부유부(10)에 작용하는 파력이 용이하게 감소되며, 이에 의해, 부유부(10)의 수평요동(Sway Motion)이 방지된다.

플레이트(21)는 상술한 완충부(20)의 외측면으로부터 유입되는 해수가 분할된 빈 공간으로 계속해서 유입되도록 외면에 다수개의 슬릿(S)이 형성되는데, 형성되는 다수개의 슬릿(S)의 단면적의 합은 완충부(20)의 외측면에 형성되는 다수개 슬릿(S)의 단면적의 합보다 더 작도록 형성되는 것이 바람직하며, 완충부(20)의 외측면으로부터 더 멀어지는 플레이트(21)에는 더 작은 단면적의 합을 가지는 슬릿(S)이 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

즉, 완충부(20)의 외측면과 다수개의 플레이트(21)의 외면에 각 형성되는 슬릿(S)의 직경이 모두 동일하다고 가정한다면, 완충부(20)의 외측면에 형성되는 슬릿(S)의 개수보다 완충부(20)의 외측면에 바로 인접한 플레이트(21)의 외면에 형성되는 슬릿(S)의 개수는 이보다 적고, 그 다음으로 인접한 플레이트(21)의 외면에 형성되는 슬릿(S)의 개수는 이보다 더 적고, 그 다음으로 인접한 플레이트(21)의 외면에 형성되는 슬릿(S)의 개수는 이보다 더 적게 되는 것이다. 이는 완충부(20) 내부의 분할된 각 빈 공간에서의 파랑의 위상차이에 의한 요동상쇄 및 파랑의 진폭에 대응하여 수평 파력을 더욱 효율적으로 저감시키기 위함이다.

기둥부(30)는 부유부(10)가 해수면에 대해 수평한 방향으로 이동하는 것을 방지하도록, 상술한 부유부(10)와 완충부(20)를 관통하여 해저면에 고정 설치되는 것으로써, 자켓부(31)와 파일부(32)를 포함한다.

자켓부(31)는 파일부(32)를 지지하도록 다수개의 기둥으로 구성되어 해저면에 고정 설치되며, 파일부(32)는 일단부가 자켓부(31)에 고정 지지되며, 타단부는 상술한 완충부(20)와 부유부(10)를 해수면에 수직한 방향으로 관통하여 부유부(10)의 상단으로 돌출된다. 상술한 파일부(32)에 의해서, 부유부(10) 및 완충부(20)의 수평요동(Sway Motion)이 방지된다.

도 4는 도 1의 요동저감형 부유식구조물의 댐퍼부(40)를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 댐퍼부(40)는 내부에 충진되는 유체의 압력을 이용하여 부유부(10)의 상하 요동을 저감시키도록 부유부(10)의 상면에 설치되는 것으로써, 제1챔버(41), 제2챔버(42), 피스톤(43), 실링부재(44)를 포함한다.

제1챔버(41)는 유체가 충진되는 공간을 제공하며, 유체가 유동가능한 작은 관통구(g)에 의해 제2챔버(42)와 연통되며, 피스톤(43)이 내부에 삽입 설치된다. 또한, 제1챔버(41)의 하측면에는 기둥부(30)와의 간섭을 피하도록, 중심부에 기둥부(30)의 길이와 대응되는 요부가 형성된다.

제2챔버(42)는 관통구(g)에 의해 상술한 제1챔버(41)와 연통되어, 제1챔버(41)의 유체가 유동하는 공간을 제공한다.

피스톤(43)은 한쌍으로 구비되어 제1챔버(41)의 내부에 각 삽입되며, 부유부(10)의 위치변화에 따라 제1챔버(41) 내부에서 이동하도록 단부가 부유부(10)에 고정되는 것으로써, 부유부(10)가 해수면의 변화에 따라 상하로 이동하는 경우, 그에 대응하여 제1챔버(41) 내부를 이동함으로써 제1챔버(41) 내부의 유체가 실린더 홀(g2)을 통하여 유입되거나 유출되게 한다.

실링부재(44)는 피스톤(43)과 상기 제1챔버(41) 내부의 유체 사이에 설치되는 것으로, 제1챔버(41) 내부의 유체가 피스톤(43)과 제1챔버(41) 사이의 틈새 공간으로 유출되는 것을 방지한다.

해수면의 수위가 높아지는 경우, 그에 대응하여 부유부(10)의 위치가 높아지게 되며, 이때, 부유부(10)에 고정된 피스톤(43)이 함께 상승하게 된다. 이에 의해, 피스톤(43)이 제1챔버(41) 내부의 유체를 상측으로 밀어내게 되는데, 유체는 제1챔버(41)의 유체는 작은 관통구(g)를 통하여 제2챔버(42)로 유출되어야 하기 때문에, 피스톤(43)의 상면에 하측 방향으로 큰 압력이 인가되며, 결과적으로 부유부(10)가 상측으로 이동하는 것을 저지하게 된다. 이러한 과정에 의해서, 부유부(10)가 급격하게 상승하는 것이 방지된다.

또한, 해수면의 수위가 낮아짐으로써 그에 대응하여 부유부(10)의 위치가 낮아지는 경우, 상술한 과정의 반대과정이 진행되어, 부유부(10)가 급격하게 하강하는 것이 방지된다.

이와 같은 댐퍼부(40)에 의해 부유부(10)의 상하움직임, 즉, 수직요동(Heave Motion)을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 부유식구조물(1)에 따르면, 파랑에 의한 부유부(10)의 수평요동(Sway Motion) 및 해수면의 변화에 따른 부유부(10)의 수직요동(Heave Motion)을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

지금부터는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 부유식 구조물의 완충부(20)에 의한 완충작용의 과정을 상세히 설명한다.

도 5는 도 1의 요동저감형 부유식구조물의 완충부(20)의 완충작용의 과정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 5에 (a)에 도시된 바와 같이, 완충부(20)의 외측면으로 파랑(입사파)이 충돌하여 완충부(20)의 외측면에 형성된 슬릿(S)을 경유하여 제1공간(s1)으로 유입된다. 이때, 완충부(20)의 외측면에 형성된 슬릿(S)에 의해 파랑(입사파)이 부서지게 되어, 완충부(20)에 작용하는 파력이 상당부분 감소하게 되며, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 파랑의 위상이 변하고(약 180도), 진폭이 감소하며, 주기가 길어진다.

제1공간(s1)으로 유입된 파랑은 파랑의 진행방향을 따라 이동하여, 제1공간(s1)을 형성하는 플레이트(21), 즉, 완충부(20)의 외측면에 가장 가까운 플레이트(21)에 충돌한다. 이때도 상술한 바와 마찬가지로, 플레이트(21)의 외면에 형성된 슬릿(S)에 의해 파랑이 부서지게 되어, 플레이트(21) 및 완충부(20)에 작용하는 파력이 상당부분 감소하게 되며, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 파랑의 위상이 변하고(약 180도), 진폭이 감소하며, 주기가 길어진다.

이후, 제2공간(s2)으로 유입된 파랑이 제3공간(s3)으로 유동할 때에도, 상술한 과정과 마찬가지의 변화가 발생한다.

제1공간(s1)을 형성하는 플레이트(21)에 형성되는 슬릿(S)의 개수(또는 총 단면적)는 완충부(20)의 외측면에 형성되는 슬릿(S)의 개수(또는 총 단면적)보다 적고, 제2공간(s2)을 형성하는 플레이트(21)에 형성되는 슬릿(S)의 개수(또는 총 단면적)는 제1공간(s1)을 형성하는 플레이트(21)에 형성되는 슬릿(S)의 개수(또는 총 단면적)보다 적은데, 이는 완충부(20)의 외측면에 충돌하는 파랑의 파력보다 제1공간(s1)을 형성하는 플레이트(21)에 충돌하는 파랑의 파력이 더 약하고, 제1공간(s1)을 형성하는 플레이트(21)에 충돌하는 파랑의 파력보다 제2공간(s2)을 형성하는 플레이트(21)에 충돌하는 파랑의 파력이 더 약하기 때문이다. 즉, 완충부(20)에 가해지는 파력이 전체적으로 고르게 분포되도록 하기 위해서, 분할된 각 빈 공간의 경계, 즉, 각 플레이트(21)에서 받게 되는 파력에 대응하여 슬릿(S)의 개수(또는 총 단면적)를 조절한 것이다.

또한, 상술한 완충부(20)의 외측면 및 각 플레이트(21)의 외면에 형성되는 슬릿(S)의 개수를 조절함으로써, 완충부(20) 내부의 분할된 각 빈 공간의 각 파랑의 위상이 상호 교대로 대략 180도 차이 나게 되며, 이에 의해서, 완충부(20) 내부에 분할된 각 빈 공간의 각 파랑 간의 상호 위상차이에 의해서 파력이 상쇄되어 부유부(10)의 수평요동(Sway Motion)이 방지된다.

물론, 제3공간(s3)을 형성하는 플레이트(21)에 형성되는 슬릿(S)의 개수(또는 총 단면적)도 마찬가지로 설명될 수 있다.

이와 같은 파랑의 진행방향에 따라 완충부(20)의 외측면 및 플레이트(21)에 형성되는 슬릿(S)의 개수(또는 총 단면적)를 점차 감소시키는 구조 및 이에 따른 완충과정에 의해서, 파랑이 완충부(20) 내부의 분할된 빈 공간들의 경계를 지날 때마다 파랑의 위상차이로 인한 파력 상쇄에 의해서 완충부(20)에서 발생하는 수평요동(Sway Motion)을 감소시킬 수 있으며, 또한, 파랑의 파력에 대응하여 완충부(20) 내부의 빈 공간에서 파력이 고르게 분산되게 하여 완충부(20)에서 발생하는 수평요동(Sway Motion)을 효율적으로 감소시키는 것이 가능하다.

지금부터는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 부유식 구조물의 댐퍼부(40)에 의한 댐핑작용의 과정을 상세히 설명한다.

도 6은 도 1의 요동저감형 부유식구조물의 댐퍼부(40)의 댐핑작용의 과정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 해수면의 상승으로 인해 부유부(10)가 상승하면, 부유부(10)의 상면에 고정되어 있는 피스톤(43)이 따라 상승하면서 제1챔버(41) 내부공간에 충진된 유체를 관통구(g)로 밀어내게 된다.

관통구(g) 제1챔버(41)의 단면적에 비해 매우 작은 단면적으로 구비되므로, 유체가 제1챔버(41)에서 제2챔버(42)로 유입될 때, 관통구(g2)의 근방에 매우 큰 압력이 인가되며, 이 압력이 부유부(10)가 상승하는 방향의 반대방향으로 피스톤(43)의 상면에 작용하여, 결과적으로 부유부(10)의 상승을 저지한다.

이후, 지속적인 피스톤(43)의 상승운동에 의해 관통구(g)을 통하여 유체가 제1챔버(41)에서 서서히 상측으로 밀려나면서 제2챔버(42)로 유입된다. 상술한 과정에 의해 부유부(10)가 급격히 상승하는 것이 방지될 수 있다.

도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 해수면의 하강으로 인해 부유부(10)가 하강하면, 부유부(10)의 상면에 고정되어 있는 피스톤(43)이 따라 하강하면서 제1챔버(41) 내부공간에서 이동함으로써, 제2챔버(42) 내부에 충진된 유체를 관통구(g)을 통해 제1챔버(41)로 흡입시킨다.

제2챔버(42)에서 제1챔버(41)로 흡입되는 유체의 량과 피스톤(43)의 이동에 의해 발생하는 제1챔버(41)의 변화된 유체의 량은 같아야 하는데, 관통구(g)는 매우 작게 형성되어 있기 때문에, 실린더(43)가 이동하는 경우, 관통구(g)의 근방에 매우 큰 압력이 인가된다. 이 압력은 부유부(10)가 하강하는 방향의 반대방향으로 피스톤(43)에 작용하여, 결과적으로 부유부(10)의 하강을 저지한다.

이후, 지속적인 피스톤(43)의 하강운동에 의해 관통구(g)을 통하여 제2챔버(42)에 충진된 유체가 제1챔버(41)와 제2챔버(42)를 연통하는 관통구(g)를 통해 서서히 제1챔버(41)로 유입된다. 상술한 과정에 의해 부유부(10)가 급격히 하강하는 것이 방지될 수 있다.

이와 같은 댐퍼부(40)의 댐핑과정에 의하여, 해수면의 변화에 따른 부유부(10)의 수직요동(Heave Motion)을 저감시키는 것이 가능하다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 부유식구조물에 의하면, 파랑의 파력에 의한 부유부의 수평요동(Sway Motion) 및 해수면의 변화에 따른 부유부의 수직요동(Heave Motion)을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

1 : 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 부유식구조물
10 : 부유부 20 : 완충부
21 : 플레이트 30 : 기둥부
31 : 자켓부 32 : 파일부
40 : 댐퍼부 41 : 제1챔버
42 : 제2챔버 43 : 피스톤
44 : 실링부재 g : 관통구
S : 슬릿 s1 : 제1공간
s2 : 제2공간 s3 : 제3공간

Claims (5)

1. 해수면으로부터 부유되어 해수면의 변화에 따라 이동하는 부유부;
   상기 부유부의 하측에 설치되며, 상기 부유부가 받는 파력을 감소시키도록 외측면에 다수개의 슬릿이 형성되어 내부공간으로 해수가 유입되는 완충부;
   상기 부유부가 해수면에 대해 수평한 방향으로 이동하는 것을 방지하도록, 상기 부유부와 상기 완충부를 관통하여 해저면에 고정 설치되는 기둥부;를 포함하되,
   상기 완충부는,
   상기 내부공간에 설치되어 상기 내부공간을 분할하며, 외면에 상기 완충부의 외측면에 형성되는 다수개 슬릿의 단면적의 합보다 더 작은 단면적의 합을 가지는 슬릿이 형성되는 플레이트를 더 포함하고,
   상기 플레이트는,
   복수개로 구비되며, 상기 완충부의 외측면에서 멀어짐에 따라 더 작은 단면적의 합을 가지는 슬릿이 형성되어,
   상기 완충부의 외측면에 충돌하는 파랑이 상기 완충부 외측면의 슬릿과 상기 완충부 내부의 각 빈 공간을 분할하는 상기 플레이트의 상기 슬릿을 지나면서 파랑에 의해 상기 완충부에서 발생하는 수평요동이 감소되는 것을 특징으로 하는 요동저감형 부유식구조물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부유부에 설치되며, 내부에 충진되는 유체의 압력을 이용하여 상기 부유부의 상하 요동을 저감시키는 댐퍼부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요동저감형 부유식구조물.
3. 제2항에 있어서,
   상기 댐퍼부는,
   유체가 충진되는 제1챔버; 상기 제1챔버의 내부에 삽입되며, 상기 부유부의 위치 변화에 따라 상기 제1챔버의 내부에서 이동되도록 단부가 상기 부유부에 고정되는 피스톤; 상기 피스톤의 이동에 의해 상기 제1챔버의 유체가 내부로 유입되거나 상기 제1챔버로 유출되도록 상기 제1챔버와 연통되는 제2챔버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 요동저감형 부유식구조물.
   
   
   
   
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