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JP2024074464A - 貯蔵モジュール - Google Patents

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JP2024074464A
JP2024074464A JP2022185618A JP2022185618A JP2024074464A JP 2024074464 A JP2024074464 A JP 2024074464A JP 2022185618 A JP2022185618 A JP 2022185618A JP 2022185618 A JP2022185618 A JP 2022185618A JP 2024074464 A JP2024074464 A JP 2024074464A
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Japan
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discharge
solenoid valve
pipe
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JP2022185618A
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English (en)
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大輔 里屋
Daisuke Satoya
洋樹 矢橋
Hiroki Yahashi
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Priority to EP23202324.2A priority patent/EP4372266A1/en
Priority to KR1020230136448A priority patent/KR20240074649A/ko
Priority to CN202311347037.7A priority patent/CN118057070A/zh
Priority to US18/512,964 priority patent/US20240167631A1/en
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Abstract

【課題】必要な場面に応じて貯蔵モジュール自身から適切にガスを排出することができる貯蔵モジュールを提供する。【解決手段】タンクを具備する貯蔵モジュールであって、タンクにガスを充填する充填口、タンクからガスを供給先に供給する供給口、タンクからガスを放出する放出口、タンクと充填口とを接続する流路である第1流路、タンクと供給口とを接続する流路である第2流路、及び、第1流路、第2流路、及びタンクの少なくとも1つと放出口とを接続する流路である放出流路を備える。【選択図】図1

Description

本開示は貯蔵モジュールに関する。
特許文献1には複数のタンクがケース内に配置された貯蔵ユニットが開示されている。
特開2005-121173号公報
特許文献1のような従来技術で貯蔵モジュールは、複数の水素タンクを内部に配置したケースが水素の供給先にまだ接続されていない状態で単独で取り扱われる場合が考えられる。
一方で、従来の貯蔵モジュールでは供給先に接続された状態で貯蔵された水素を取り扱うことが想定されているため、何らかの理由で貯蔵モジュールから水素を排出する必要があるときに、貯蔵モジュールが単独で取り扱われている場面や、供給先に取り付けられた状態であっても供給先への影響を抑えたい場合に、水素の排出をすることに問題がある。
本開示では上記問題を鑑み、必要な場面に応じて貯蔵モジュール自身から適切にガスを排出することができる貯蔵モジュールを提供することを課題とする。
本願は、タンクを具備する貯蔵モジュールであって、タンクにガスを充填する充填口、タンクからガスを供給先に供給する供給口、タンクからガスを放出する放出口、タンクと充填口とを接続する流路である第1流路、タンクと供給口とを接続する流路である第2流路、並びに、第1流路、第2流路、及びタンクの少なくとも1つと放出口とを接続する流路である放出流路を備える、貯蔵モジュールを開示する。
放出流路は第1流路、第2流路、又はタンクに具備された安全弁(PRD:Pressure Relief Device)に接続されてもよい。
放出流路は少なくとも第2流路に接続されており、第2流路のうち放出流路との接続部と供給口との間に第1電磁弁、第2流路に接続された放出流路に設けられた第2電磁弁、並びに、第1電磁弁及び第2電磁弁の開閉制御をする制御装置を有し、制御装置は第1電磁弁及び第2電磁弁の閉状態でタンクと第1電磁弁との間の圧力を取得し、圧力の時間変化を取得した後、第2電磁弁を開状態に変更して放出口からガスを放出する制御を行うように構成してもよい。
第1流路、第2流路、及び放出流路は筐体の内側に収められ、充填口、供給口、及び放出口は筐体の壁部に具備され、放出口には筐体から延びる配管である延長管が配置されてもよい。
本開示によれば、何らかの理由により貯蔵モジュールからガスの少なくとも一部を排出させる必要があるときにも貯蔵モジュール自身で行うことができ、利便性が高いとともに、排出させる部位を接続先の事情に合わせて調整することが可能となる。
図1は貯蔵モジュール10の構成を表す図である。 図2は制御装置50を説明する図である。
1.貯蔵モジュール
図1に1つの形態にかかる貯蔵モジュール10の構成を概念的に示している。このような貯蔵モジュール10は、複数のタンク12を有しており、ここに例えば燃料電池による発電に用いられる水素を貯蔵することができる。本形態では水素を貯蔵対象とした例を示す。この場合、貯蔵モジュール10は水素ステーション等と呼ばれる水素充填設備でタンク12に水素が充填された後、トラック等により水素の供給先(燃料電池による発電を行う設備)に運ばれて接続される。供給先は特に限定されることはないが、例えば、船舶、工場施設等に設置された定置発電施設、建機、大型トラック等を挙げることができる。すなわち、貯蔵モジュール10は、ガスの充填場所と使用場所(供給先)とが離隔しており、両者間を運搬されて用いるモジュールである。
図1からわかるように本形態で貯蔵モジュール10はタンク12、タンク12に水素を充填する充填系経路20、タンク12から供給先に水素を送る供給系経路30、安全弁35、ガスを放出する放出系経路40、及び、制御装置50を有している。また、これらは箱状の筐体11に配置されている。筐体11に具備されモジュール化されることで運搬等の取り扱いが容易になる。
1.1.タンク
タンク12は水素を貯蔵しておく容器であり筐体11の内側に配置される。タンク12の具体的構造は特に限定されることはなく、タンクとして利用できる公知のものを適用することが可能である。典型的にはタンクは水素を貯蔵する部位であるタンク本体Tと、タンク本体Tの水素の出入り口となり、配管が接続される弁Kが具備されている。
タンク12の許容圧力は特に限定されることはないが、より多くの水素を供給できる観点から20MPaを超えて70MPa以下の許容圧力で水素を貯蔵できるタンクを挙げることができる。
本形態ではタンク12は複数設けられており(例えば4つ)、それぞれのタンク12に水素が充填される。ここでは4つのタンク12が配置される例を挙げ、これらを区別するために符号を12a、12b、12c、12dで表した。これらのタンク12は全て同じ容量であってもよいし、異なる容量のタンクが含まれていてもよい。
また、各タンク12の配置は特に限定されることはないが、本形態では4本のタンク12を立てて(弁Kを上方に向けて)まとめて箱状の部材に収納され、これが筐体11の内側に配置されている。
1.2.充填系経路
充填系経路20は、少なくとも一部が筐体11の内側に配置された経路であり、水素充填設備に接続され、タンク12に水素を充填する経路である。そのため充填系経路20は、充填コネクタ21、分配器22、及び、配管23を具備している。
1.2.1.充填コネクタ
充填コネクタ21は、水素充填設備のノズルが接続されることで水素充填設備と貯蔵モジュール10との流路が連通して水素が水素充填設備からタンク12に流れるようにする水素の充填口を具備するものである。このような充填コネクタ21の具体的形状は特に限定されることはなく、公知の形態のものを用いることができる(レセプタクルと呼ばれることもある。)。
なお、本形態で充填コネクタ21は筐体11の外壁に配置され、その一部が外部に露出している。これにより水素充填設備のノズルを充填コネクタ21に接続しやすくなる。
1.2.2.分配器
本形態で分配器22は、筐体11の内側に配置され、充填コネクタ21とタンク12とを接続する配管23に設けられており、充填コネクタ21からの配管23を各タンク12への配管23に分岐させる部材である。本形態では充填コネクタ21からの1つの配管23を4つのタンク12へのそれぞれの配管23に分岐する。ただしこれに限定されることはなく、複数の分配器22を組み合わせて所望の分岐を得ることができるように構成してもよい。
分配器22の具体的形状は特に限定されることはなく公知ものを用いることができる。
本形態で分配器22には当該分配器22に具備される流路に接続して流路内の圧力を測定する圧力計22aが具備されている。
1.2.3.配管
配管23は、筐体11の内側に配置された第1流路を構成する配管であり、上記のように分配器22を介して充填コネクタ21とタンク12とを接続する流路を形成する配管である。また、配管23には必要に応じて電磁弁や逆止弁等が配置されてもよい。また、配管23に内圧や温度を測定することができるようにセンサを具備してもよい。
1.3.供給系経路
供給系経路30は、少なくとも一部が筐体11の内側に配置された経路であり、供給先に接続され、タンク12から供給先に水素を供給する経路である。そのため供給系経路30は、供給コネクタ31、分配器32、配管33、及び電磁弁34を具備している。
1.3.1.供給コネクタ
供給コネクタ31は、供給先のコネクタが接続されることで貯蔵モジュール10と供給先との流路が連通して水素がタンク12から供給先に流れるようにする水素の供給口を具備するものである。このような供給コネクタ31の具体的形状は特に限定されることはなく、公知の形態のものを用いることができる。
なお、本形態で供給コネクタ31は筐体11の外壁に配置され、その一部が外部に露出している。これにより供給先のコネクタを接続しやすくなる。
1.3.2.分配器
本形態で分配器32は、筐体11の内側に配置され、供給コネクタ31とタンク12とを接続する配管33に設けられており、各タンク12からの配管33を合流させて供給コネクタ31への1つの配管33とする部材である。本形態では4つのタンク12からのそれぞれの配管33を合流させて供給コネクタ31への1つの配管33とする。ただしこれに限定されることはなく、複数の分配器32を組み合わせて所望の合流を得ることができるように構成してもよい。
分配器32の具体的形状は特に限定されることはなく公知ものを用いることができる。
本形態で分配器32には当該分配器32に具備される流路に接続して流路内の圧力を測定する圧力計32aが具備されている。ここで、本形態の圧力センサ32aは制御装置50に電気的に接続されて当該制御装置50に圧力情報を提供する。
1.3.3.配管
配管33は、筐体11の内側に配置された第2流路を構成する配管であり、上記のように分配器32を介してタンク12と供給コネクタ31とを接続する流路を形成する配管である。また、配管33には必要に応じて電磁弁や逆止弁等が配置されてもよい。また、配管33に内圧や温度を測定することができるようにセンサを具備してもよい。
また、本形態で配管33はタンク12に近い部分(図1の合流部G)で上記配管23に接続して1つの配管Pとなりタンク12に接続されている。従って本形態では当該合流部Gからタンク12の弁Kの間の配管Pは配管23と配管33とを兼ねる配管とされ、配管Pは配管23として機能するとともに、配管33としても機能する。本明細書でも配管23としたときに配管Pの部分も含め、配管33としたときに配管Pの部分も含めて考える。なお、本形態で合流部Gは、分配器22、32とタンク12の弁Kとの間に位置付けられており、分配器32及び電磁弁34よりもタンク12側となるように配置されている。
ただし配管23と配管33とは本形態のように必ずも合流する必要はなく、配管23、配管33は合流することなくそれぞれが弁Kに接続されてもよい。
1.3.4.電磁弁
電磁弁34は第1電磁弁として機能し、電磁石の力で急速開閉ができるバルブであり、全開(開状態)か全閉(閉状態)のいずかれの状態にするON-OFF弁である。電磁弁34としては公知のものを用いることができる。
本形態で電磁弁34は、筐体11の内側に配置され、分配器32と供給コネクタ31との間の配管33に設けられており、制御装置50とは電気的に接続されて当該制御装置50により開閉が制御される。
1.4.安全弁
安全弁35は通常は閉状態であるが配管内が所定の圧力を超えたときに自動に開状態となりガスを放出し、圧力上昇を防ぐ弁である。安全弁35の具体的形態は特に限定されることはなく公知のものを用いることができる。
本形態で安全弁35は、筐体11の内側に配置され、配管23と配管33との合流部Gと弁Kとの間で、両配管を兼ねる配管Pに設けられている。ただし、安全弁35の位置はこれに限定されることはなく、タンク12の弁Kに設けられてもよく、配管23と配管33とが合流していない部位(配管Pでない部位)でいずれかの配管23、配管33又は両方の配管23、配管33のそれぞれに設けられてもよい。
1.5.放出系経路
放出系経路40は、少なくとも一部が筐体11の内側に配置された経路であり、何らかの理由(具体例は後で示す。)でガスを供給先に供給することなく貯蔵モジュール10から直接外部に放出する経路である。そのため本形態で放出系経路40には、放出コネクタ41、第1放出配管42、第2放出配管43、電磁弁44、及び、延長管45を具備している。
1.5.1.放出コネクタ
放出コネクタ41は、外部にガスを放出する延長管45が接続されることで貯蔵モジュール10から外部にガスを放出できるようにする放出口を具備するものである。
なお、本形態で放出コネクタ41は筐体11の外壁に配置され、その一部が外部に露出している。これにより供給先に応じた様々な形態の延長管45に対応して該延長管45を接続しやすくなる。
1.5.2.第1放出配管
第1放出配管42(以下「配管42」と記載することがある。)は、筐体11の内側に配置され、放出流路のうち火災などの緊急時に安全弁35が開状態となったときにガスが外部に放出されるための流路を形成する配管である。従って配管42は安全弁35と放出コネクタ41とを接続する。
1.5.3.第2放出配管
第2放出配管43(以下「配管43」と記載することがある。)は、筐体11の内側に配置され、放出流路のうち内部の漏れ検査の終了後にガスを外部に放出するための流路を形成する配管である。従って本形態で配管43は分配器32と電磁弁34との間の配管33にその一端が接続され、他端が放出コネクタ41に接続される。
1.5.4.電磁弁
電磁弁44は第2電磁弁として機能し、電磁石の力で急速開閉ができるバルブであり、全開(開状態)か全閉(閉状態)のいずかれの状態にするON-OFF弁である。電磁弁44としては公知のものを用いることができる。
本形態で電磁弁44は、筐体11の内側に配置され、配管43に設けられており、制御装置50とは電気的に接続されて当該制御装置50により開閉が制御される。
1.5.5.延長管
延長管45はその一端が放出コネクタ41に接続され、筐体11から外に延び、他端は外部に開口するように配置された配管である。これにより放出コネクタ41から外部にガスを誘導する。延長管45は供給先の態様に合わせて流路を構成することができ、当該供給先の事情に応じて必要な流路を形成して柔軟に適用することが可能である。
1.5.6.その他
上記の他、放出系経路40に対して、電磁弁44と放出コネクタ41との間の配管43にオリフィスを配置してもよい。これにより配管43を流れるガスの流量を調整することができる。例えば放出先の空間や供給先における排気能力に制約がある場合にこの制約に合わせて配管43を流れるガスの流量を調整する。
また、放出系経路40に対して、第2放出配管43、及び、第2電磁弁44に相当する構成をさらに供給系経路20に適用してもよい。このときには供給コネクタ21と分配器22との間の配管23に第1電磁弁34に相当する電磁弁を設けることができる。
1.6.制御装置
制御装置50は、圧力センサ32aから情報を取得して演算を行うとともに、電磁弁34、電磁弁44を操作して所望の態様でガスの放出が行われるように制御を行う。図2に概念的に示したように制御装置50は、プロセッサーであり演算を行うCPU(Central Processing Unit、中央演算ユニット)51、作業領域として機能するRAM(Random Access Memory)52、記録媒体として機能するROM(Read-Only Memory)53、有線、無線を問わず情報を制御装置50に受け入れるインターフェイスである受信部54、及び、有線、無線を問わず情報を制御装置50から外部に送るインターフェイスである送信部55を備える。
従って制御装置50は受信部54に圧力センサ32aが接続されて情報を受信し、送信部55に電磁弁34、電磁弁44が接続されてこれらに開閉の信号の送信ができるように構成されている。その他、演算結果を外部に報知するための画像表示装置やスピーカーを備えることもできる。
制御装置50には、圧力センサ32aからの情報を処理をして電磁弁34、電磁弁44の開閉を判定及び操作するプログラムが保存されている。制御装置50では、ハードウェア資源としてのCPU51、RAM52、及びROM53と、プログラムとが協働する。具体的には、CPU51が、ROM53に記録されたコンピュータプログラムを作業領域として機能するRAM52で実行することによって、電磁弁34、電磁弁44を操作して適切なガス放出を実現する。CPU51が取得または生成した情報は、RAM52に格納される。その他、制御装置50の内部や外部に別途記録媒体が具備されて、ここにプログラムや各種データが記録されてもよい。具体的なガス放出態様の例は後で説明する。
このような制御装置50は典型的にはコンピュータにより構成でき、筐体11の内側に配置される。
2.水素充填、水素供給
充填系経路20を用いたタンク12への水素充填は公知の通りであるが、水素充填設備のノズルが貯蔵モジュール10の充填コネクタ21に接続され、充填コネクタ21から配管23により分配器22を経由して各タンク12に水素が充填される。
供給系経路30を用いたタンク12から供給先への水素供給は公知の通りであるが、供給設備のコネクタが供給コネクタ31に接続され、タンク12から配管33により分配器32及び開状態の電磁弁34を介して供給先に水素が供給される。なおこのとき電磁弁44は閉状態である。
3.放出
放出系経路40からの外部への水素の放出は、その事情が生じたときに行うことができるが、ここでは形態例1~形態例3について説明する。
3.1.形態例1
形態例1は安全弁35の作動による水素の放出である。火災による温度上昇等によりタンク12や配管33等の内圧が上昇した場合には、安全弁35が作動して内圧を下げるために水素が放出される。
本形態では配管42が安全弁35に接続されているので、安全弁35から放出された水素は図1に矢印Aで示したように配管42を通り放出コネクタ41を経由して延長管45を流れて外部に放出される。
従来は安全弁から放出された水素はタンク12から排出されるに留まり、例えばタンクを内包する筐体の壁に設けられた孔から外部に排出される構成のため、貯蔵モジュールが配置された供給先の構造上の態様によっては排出された水素が適切でない部位に溜まる虞がある。これに対して本形態によれば排出された水素が配管42により導かれ、延長管45により最終的に供給先の事情が考慮された部位に水素を放出させることが可能となる。そしてこのような水素放出が貯蔵モジュール単独で可能である。
3.2.形態例2
形態例2は漏れ検査終了後の水素排出である。具体的には次の(1)~(5)の手順で漏れ検査を行う。なお、以下の各手順は制御装置50に保存されたプログラムにより自動に進めることができる。
(1)タンク12に設けられた弁Kが閉状態とされる。この弁Kも制御装置50に電気的に接続され、制御装置50により開閉が制御される。
(2)電磁弁34は閉状態、電磁弁44は開状態とされる。これによりタンク12から電磁弁34の間の配管33が、配管43、放出コネクタ41、延長管45を介して外部と連通して概ね外部と同じ内圧となる。
(3)電磁弁44が閉状態とされる。これによりタンク12から電磁弁34の間の配管33の内部が外部から遮断される。
(4)所定の時間、圧力計32aの推移を取得する。ここでタンク12に設けられた弁Kが閉状態であるにもかかわらず弁Kから配管33への漏れがある場合、配管33内の圧力が上昇し圧力計32aに表れる。そして予め決められた以上の圧力上昇があった場合には漏れがある旨が報知される。一方、圧力上昇がない、又は、予め決められた圧力上昇より低い場合には漏れがない旨が報知される。
(5)電磁弁44が開状態とされる。これにより図1にBで示したように、(4)の間に配管33に流入した水素を放出コネクタ41を介して延長管45から外部に排出できる。
このような漏れ検査及び水素排出は制御装置50により自動に行うことができる。予め漏れ検査を行う時を設定しておくことでこの時に漏れ検査が開始され、制御装置50に保存したプログラムに沿って行われる。なお、これに代えて、又は、これに加えて漏れ検査の開始のみを人がスイッチ等で指令し、その後は自動に漏れ検査が行われるように構成してもよい。これによれば任意の必要なときに漏れ検査を行うことができる。
従来では漏れ検査が行われたあとの水素の排出は供給先から行われていたため、貯蔵モジュール10が単独で漏れ検査をすることができなかったり、供給先を稼働する必要があたりして手間がかかっていた。これに対して本形態によれば貯蔵モジュール10自身で独立して漏れ検査を行い、排出まで完了できるので利便性を高めることができる。
3.3.形態例3
形態例3は形態例2と異なる態様で行われる漏れ検査終了後の水素排出である。具体的には次の(11)~(14)の手順で漏れ検査を行う。なお、以下の各手順は制御装置50に保存されたプログラムにより自動に進めることができる。
(11)タンク12に設けられた弁K、電磁弁34、電磁弁44が閉状態とされる。これによりタンク12から電磁弁34の間の配管33の内部が外部から遮断される。
(12)タンク12に設けられた弁Kを所定の時間開状態とし、当該時間の経過後に閉状態とする。これにより、タンク12から電磁弁34の間の配管33の内部にタンク12から水素が流入して内圧が上昇する。
(13)所定の時間、圧力計32aの推移を取得する。ここで、電磁弁34及び/又は電磁弁44に漏れがある場合には圧力が下降するため、予め決められた以上の圧力下降があった場合には漏れがある旨が報知される。一方、圧力下降がない、又は、予め決められたより低い圧力降下の場合には漏れがない旨が報知される。
(14)電磁弁44が開状態とされる。これにより図1にBで示したように、(12)で配管33に流入した水素を、放出コネクタ41を介して延長管45から外部に排出できる。
このような漏れ検査及び水素排出は制御装置50により自動に行うことができる。予め漏れ検査を行う時を設定しておくことでこの時に漏れ検査が開始され、制御装置50に保存したプログラムに沿って行われる。なお、これに代えて、又は、これに加えて漏れ検査の開始のみを人がスイッチ等で指令し、その後は自動に漏れ検査が行われるように構成してもよい。これによれば任意の必要なときに漏れ検査を行うことができる。
従来で漏れ検査が行われたあとの水素の排出は供給先から排出されていたため、貯蔵モジュール10が単独で漏れ検査をすることができなかったり、供給先を稼働する必要があたりして手間がかかっていた。これに対して本形態によれば貯蔵モジュール自身で漏れ検査を行い、排出まで完了できるので利便性を高めることができる。
10…貯蔵モジュール10、11…筐体、12…タンク、20…充填系経路、21…充填コネクタ、22…分配器、23…配管、30…供給系経路、31…供給コネクタ、32…分配器、32a…圧力計、33…配管、34…電磁弁、35…安全弁、40…放出系経路、41…放出コネクタ、42…第1放出配管、43…第2放出配管、44…電磁弁、50…制御装置

Claims (4)

  1. タンクを具備する貯蔵モジュールであって、
    前記タンクにガスを充填する充填口、
    前記タンクからガスを供給先に供給する供給口、
    前記タンクからガスを放出する放出口、
    前記タンクと前記充填口とを接続する流路である第1流路、
    前記タンクと前記供給口とを接続する流路である第2流路、並びに、
    前記第1流路、前記第2流路、及び前記タンクの少なくとも1つと前記放出口とを接続する流路である放出流路を備える、
    貯蔵モジュール。
  2. 前記放出流路は前記第1流路、前記第2流路、又は前記タンクに具備された安全弁に接続されている、請求項1に記載の貯蔵モジュール。
  3. 前記放出流路は少なくとも前記第2流路に接続されており、
    前記第2流路のうち前記放出流路との接続部と前記供給口との間に第1電磁弁、
    前記第2流路に接続された前記放出流路に設けられた第2電磁弁、並びに、
    前記第1電磁弁及び前記第2電磁弁の開閉制御をする制御装置を有し、
    前記制御装置は前記第1電磁弁及び前記第2電磁弁の閉状態で前記タンクと前記第1電磁弁との間の圧力を取得し、前記圧力の時間変化を取得した後、前記第2電磁弁を開状態に変更して前記放出口からガスを放出するように制御を行う、
    請求項1に記載の貯蔵モジュール。
  4. 前記第1流路、前記第2流路、及び前記放出流路は筐体の内側に収められ、
    前記充填口、前記供給口、及び前記放出口は前記筐体の表面に具備され、
    前記放出口には前記筐体から延びる配管である延長管が配置されている請求項1~3のいずれか1項に記載の貯蔵モジュール。
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