CN118056592A - 一种室内净化二氧化碳转轮ptsa系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种室内净化二氧化碳转轮PTSA系统及方法。系统包括：转轮框架，其设置有转轮，具有相对的第一侧和第二侧，转轮有处理区和再生区；吸附装置在处理区；脱附装置在再生区；处理风从第二侧的处理区，通过转轮和吸附装置，到达第一侧的处理区；再生风从第一侧的再生区通过转轮和脱附装置，最终到达第二侧的再生区。方法包括：空气从第二侧的处理区，通过转轮和吸附风机，到达第一侧的处理区，通向室内环境，完成吸附过程；再生风从第一侧的再生区通过转轮和脱附装置，到达第二侧的再生区，完成再生过程；在上述步骤中使用反馈控制装置对过程中的参数进行检测和调控。本发明在实现高效净化二氧化碳的前提下，显著降低了净化过程的整体能耗。
Description
技术领域
本发明属于室内净化转轮系统技术领域，尤其涉及一种室内净化二氧化碳转轮PTSA系统及方法。
背景技术
造成室内空气污染的成分或物质有多种，除了人们熟知的甲醛和PM2.5，CO2的危害也不容忽视。室内的CO2气体在超过一定含量之后，会影响人的呼吸系统。长时间处于密闭室内，人的呼吸系统、循环系统、大脑器官的机能将受到影响。
在大部分的民用建筑中，例如教室、办公区域、室内娱乐场所等部分人员密集的场所，地下室或者特殊的不可通风的场所，CO2浓度增加存在着影响人体健康的隐患。
因此，针对室内CO2的浓度进行调控，开发出高效的除去CO2的转轮机，对保障国民健康生活有着重大意义，属于提高氧含量的范畴。
目前使用的管道式新风系统通过新风机净化室外空气导入室内，通过管道将室内空气排出，以此实现降低二氧化碳浓度的目的。如何在新风系统中添加专门针对除去二氧化碳的装置尚无报道，另外针对二氧化碳吸附的多孔材料研究还停留在实验室阶段，也尚无成熟的应用案例。
针对上述除去室内空气中二氧化碳的现有技术存在的问题点如下：
1.目前空调系统仅能通过换新风的方式降低二氧化碳浓度，效率低，热量或冷量损失大。采用转轮系统可避免上述问题，但吸附二氧化碳转轮应用报道较少。
2.对比空调的换新风来说，传统转轮需要热脱附也就是说主要能耗在脱附区，这就导致引入转轮系统会使得整体能耗偏高。
3.持续除去室内二氧化碳的过程中，二氧化碳浓度是波动变化的，固定化的除碳性能会造成系统出现性能不足或性能过剩的情况。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室内净化二氧化碳转轮PTSA系统及方法，以解决上述问题。
为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：
本发明首先提供一种室内净化二氧化碳转轮PTSA系统，包括：
转轮框架，所述转轮框架上设置有转轮，所述转轮框架具有相对的第一侧和第二侧，所述转轮设置有处理区和再生区；
吸附装置，所述吸附装置设置在所述处理区，所述吸附装置包括吸附风机；
脱附装置，所述脱附装置设置在所述再生区，所述脱附装置包括脱附风机；
其中，处理风从所述第二侧的所述处理区，通过所述转轮和所述吸附装置，到达所述第一侧的所述处理区；再生风从所述第一侧的所述再生区通过所述转轮和所述脱附装置，最终到达所述第二侧的所述再生区。
为了避免空调系统净化空气需通过换新风而造成的冷热量损失，本发明提出新的转轮工艺路线替代空调新风，即新的变温变压吸脱附PTSA系统，该系统同时有助于提高净化效率，降低能耗。
可选的，所述转轮框架还包括驱动器，所述驱动器驱动所述转轮转动。
设置驱动器可驱动转轮持续转动，转轮可以匀速转动或变速转动；优选地，所述驱动器可以为电机。
可选的，所述第一侧的所述处理区和所述再生区之间、所述第二侧的所述处理区和所述再生区之间，均设置有隔热组件。
可选的，所述脱附装置还包括脱附加热器；
所述脱附加热器设置于所述再生区的第一侧；
所述脱附加热器包括电加热。
所述脱附加热器需安装在再生区的第一侧，所述脱附加热器能使再生气体达到一定的温度，优选地，所述脱附加热器的可调温度范围为0～100℃。所述脱附风机的位置在再生区的第一侧，所述的脱附风机能赋予再生风一定的速度，包括但不限于离心风机。在再生区的第一侧所述再生风依次通过脱附风机和脱附加热器。
需要说明的是，在再生区的第一侧，若所述再生风依次通过脱附加热器、脱附风机，实现的效果未发生变化。可选的，本发明所述的脱附风机的位置移至再生区的第二侧或者在再生区第一侧和第二侧均设置脱附风机，也能实现上述相同的功能。
可选的，所述系统还包括供能装置，为系统整体供能；
所述供能装置由低品位热源连接的蓄电池和逆变器组成；
优选地，所述低品位热源包括太阳能、风能或低温蒸汽热能中的任一种或多种。
本发明提供的系统中，供能装置为系统整体供能，该系统中的各个装置或组件均可由该供能装置提供能量。
可选的，所述系统还包括设置于所述再生区的脉冲装置；
所述脉冲装置包括脉冲喷嘴、脉冲赫兹调节器和空压组件；
所述空压组件包括空压机。
本发明创造性地引入了脉冲压缩气的方案来辅助二氧化碳的脱附，不同于传统的变温吸脱附(TSA)转轮模式，本发明提供的新的变温变压吸脱附(PTSA)模式在保证脱附效率的前提下，有效的降低了脱附区的能耗，使得整体耗能下降。
所述空压组件能持续提供压缩气，压缩气可以为空气、氮气或氧气，但不可以为二氧化碳；优选地，压缩气的压力不低于0.4MPa。所述脉冲装置与所述脱附加热器均设置在再生区的第一侧，两者顺序为使得再生气先经过脱附加热器，再经过脉冲装置，然后经过转轮框架到达再生区的第二侧。
可选的，所述脉冲喷嘴为自激振荡脉冲喷嘴；
优选地，所述脉冲喷嘴的型式包括尖嘴、片状喷嘴或扁口喷嘴中的任一种。
可选的，所述转轮还设置有脉冲喷嘴占位区；
优选地，所述脉冲喷嘴占位区面积小于等于所述再生区面积。
以常见的圆形转轮为例进行说明，一定数量密集的所述脉冲喷嘴形成的一定角度的扇形面积，即脉冲喷嘴占位区，所述处理区和所述再生区之间，均设置有隔热组件，并限定了脉冲喷嘴占位区小于等于所述再生区面积，为保证脉冲喷嘴和转轮再生区气密性，减少压缩气的浪费。
需要说明的是，本发明提供的脉冲装置可替换为抽提空气负压装置，所述抽提空气负压装置安装在所述再生区的第二侧，其与所述脱附风机的相对位置和安装顺序可调。
可选的，所述系统还包括反馈控制装置，所述反馈控制装置与所述转轮框架、脱附装置和脉冲装置电连接，由所述供能装置驱动；
所述反馈控制装置包括温度传感器、风量检测器、转速调节器和二氧化碳检测器。
所述温度传感器位于所述第二侧的处理区，检测再生风温度实时变化，反馈为系统参数环境温度传感器T1；和位于所述第一侧的再生区，检测再生风通过脱附加热器后的实时温度，反馈为系统参数脱附加热器T2。
所述的风量检测器位于第一侧的再生区和第二侧的处理区，检测风量实时变化，反馈为电信号分别与脱附风机和吸附风机变频器相连，可实现调节系统参数脱附风量调节器N1，吸附风量调节器N2。
所述的转速调节器位于转轮驱动器，可控制转轮转速，输出受反馈控制装置之间的联动控制。
所述的脉冲赫兹调节器可调节脉冲频率，输出受反馈控制装置之间的联动控制。
所述的二氧化碳检测器位于第二侧的处理区，检测处理风二氧化碳浓度变化，反馈为系统参数环境二氧化碳检测器C。
在系统中设置反馈控制装置，通过监测系统中各个组成部分的相关数据，根据设置的条件，可实现系统内的各组成部分的参数之间的联动反馈和自动调节。其中，所述脱附加热器的功率可根据反馈控制装置进行实时调节，一方面保证正常工作所需的加热功率，同时避免造成不必要的能源浪费；优选地，所述反馈控制装置可调节脉冲装置根据实际工作需要在30-80HZ内形成周期性或非周期性高速压缩空气脉冲射流。
本发明还提供一种室内净化二氧化碳转轮PTSA方法，使用上述任一项所述的室内净化二氧化碳转轮PTSA系统处理室内空气，包括以下步骤：
空气从所述第二侧的处理区，通过转轮和吸附风机，到达所述第一侧的处理区，通向室内环境，完成吸附过程；
再生风从所述第一侧的再生区通过所述转轮、所述脉冲装置、所述脱附风机、所述脱附加热器，到达所述第二侧的再生区，完成再生过程；
优选地，所述方法还包括在上述步骤中使用反馈控制装置对再生过程中的参数进行检测和调控。
优选地，当所述空气中二氧化碳浓度为85-5000ppm，本发明方法的净化效率更佳。
本发明提供的方法，在转轮系统内通过反馈控制装置将各个组成部分的参数进行联动调节，根据二氧化碳浓度来调控加热功率、风量、转轮转速、脉冲频率等等参数实现自动化反馈和调节，自成体系的调控模式，使系统可以在二氧化碳浓度高时，在一定的功率下，高效率去除二氧化碳。当二氧化碳降低至一定浓度时，以低功耗运行，解决了部分过程能耗浪费的问题。
其中，反馈控制装置一般由环境温度传感器T1，脱附加热器T2，脱附风量调节器N1，吸附风量调节器N2，转轮转速调节器R、脉冲赫兹调节器F和环境二氧化碳检测器C构成，可为系统进行参数联动反馈调节，其中N1:N2＝1:1～5，F＝(1～5)/R；
具体地，系统总能耗为Q总＝Q1+Q2+Q3，其中Q1为脱附耗能，Q2为脉冲耗能，Q3为其它耗能，其中Q1＝N1*空气密度*空气比热*(T2-T1)；Q2为所述的脉冲装置整体耗能；Q3为系统除Q1、Q2其它的耗能，包括但不限于转轮转动、检测器供电等。
根据环境二氧化碳检测器C可调节上述反馈控制装置的各个参数，可以实现在相同浓度CO2的情况下，本发明的Q总始终维持比常规TSA转轮系统能耗更低的水平。
本发明的有益效果：
常规空调系统为了维持空气中二氧化碳含量不过高，需通过换新风净化空气，这个过程必然会造成能量的损失，本发明采用转轮系统避免以上情况；同时，传统的变温吸脱附(TSA)转轮模式采用固定化的除碳性能，其整体能耗较高，本发明提供的新的变温变压吸脱附(PTSA)模式，有效的降低了脱附区的能耗，使得整体耗能下降。
持续除去室内二氧化碳的过程中，二氧化碳浓度是波动变化的，本发明创造性地根据二氧化碳浓度来调控过程中的参数，实现自动化反馈和调节，使系统既可以保障在有需要时高效去除二氧化碳，又可以实现低功耗运行，解决了现有技术部分过程能耗浪费的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1提供的室内净化二氧化碳转轮PTSA系统示意图；
图2为实施例1提供的室内净化二氧化碳转轮PTSA系统转轮区域划分示意图；
图3为实施例1提供的室内净化二氧化碳转轮PTSA系统脉冲装置示意图；
图4为实施例1提供的室内净化二氧化碳转轮PTSA方系统的反馈调节机制流程图；
图5为实施例1和对比例1针对空气中二氧化碳的净化效率对比图；
图6为实施例1和对比例2净化空气中二氧化碳的能耗对比图。
附图标记：1-驱动器；2-转轮；3-吸附风机；4-脱附加热器；5-脉冲装置；6-脱附风机；7-供能装置；8-处理区；9-再生区；10-脉冲喷嘴占位区；11-脉冲喷嘴；12-脉冲赫兹调节器；13-处理风进风；14-处理风出风；15-再生风进风；16-再生风出风。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供一种室内净化二氧化碳转轮PTSA系统，包括：
转轮框架，所述转轮框架上设置有转轮，所述转轮框架具有相对的第一侧和第二侧，所述转轮设置有处理区和再生区；所述转轮框架还包括驱动器，所述驱动器驱动所述转轮转动；
吸附装置，所述吸附装置设置在所述处理区，所述吸附装置包括吸附风机；
脱附装置，所述脱附装置设置在所述再生区，所述脱附装置包括脱附风机和脱附加热器，所述脱附加热器设置于所述再生区的第一侧；
所述系统还包括供能装置，所述供能装置为太阳能，为系统整体供能；
进一步地，还包括设置于所述再生区的脉冲装置；
更进一步地，还包括反馈控制装置，所述反馈控制装置与所述转轮框架、脱附装置和脉冲装置电连接，由所述供能装置驱动；
其中，处理风从所述第二侧的所述处理区，通过所述转轮和所述吸附装置，到达所述第一侧的所述处理区；再生风从所述第一侧的所述再生区通过所述转轮和所述脱附装置，最终到达所述第二侧的所述再生区。
本实施例中，所提供的室内净化二氧化碳转轮PTSA系统的示意图如图1所示，室内高浓度的二氧化碳空气作为处理风进风13受到吸附风机3的牵引送至转轮2的处理区，空气中的二氧化碳经过转轮2吸附储存在转轮2内，处理区释放出的低浓度二氧化碳含量的空气作为处理风出风14经过吸附风机3的输送被送至室内，完成室内空气的净化。
再生风进风15经过脱附加热器4升温到达转轮2的再生区，使得再生区环境温度升高，形成利于二氧化碳脱附环境。转轮2受到驱动器1的传动，转轮处理区转动到再生区，脉冲装置5包含的空压机提供的高压空气经过脉冲装置5和再生风的双重作用下，储存在转轮2中的二氧化碳脱附出来，并随着脱附风机6排出，即为再生风出风16。整体系统能量由利于低品位能源储存的供能装置7供给。
其中，本实施例的脉冲装置安装在转轮框架第一侧，位于再生区。
需要说明的是，本发明提供的室内净化二氧化碳转轮PTSA系统的脱附加热器、脉冲装置和脱附风机安装的位置可以有几种变形。首先，脱附加热器和脉冲装置设置在再生区的第一侧，脱附加热器与脉冲装置的安装顺序为使得再生风先经过脱附加热器，再经过脉冲装置。当脱附风机安装在再生区的第二侧时，再生风在再生区的第一侧依次经过脱附加热器、脉冲装置，然后进入第二侧通过脱附风机；进一步地，脱附风机可以安装在再生区的第一侧，或者在再生区第一侧和第二侧均设置脱附风机，再生风可以先通过脱附风机，再通过脱附加热器，也可以先通过脱附加热器，再通过脱附风机，即再生风通过脱附加热器和脱附风机的顺序可调，且通过脱附风机的次数可调。
本实施例转轮为传统圆形转轮，如图2所示，转轮2的区域划分示意图中，8是处理区，9是再生区，10是脉冲喷嘴占位区，由图2可知，10由一定数量的喷嘴密集组成了一定角度的扇形面积，该扇形的角度小于再生区占比角度。
进一步地，如图3所示，本实施例的脉冲装置由一定数量密集的自激振荡脉冲喷嘴连接空压机组成，该空压机可提供的压力范围不低于0.4MPa，所述的压缩气为空气，所述的自激振荡脉冲喷嘴可根据反馈控制装置调节由脉冲赫兹调节器12在30-80HZ内形成周期性或非周期性高速压缩空气脉冲射流。
本实施例提供的室内净化二氧化碳转轮PTSA方法，使用本发明提供的室内净化二氧化碳转轮PTSA系统处理室内空气，包括以下步骤：
空气从所述第二侧的处理区，通过转轮和吸附风机，到达所述第一侧的处理区，通向室内环境，完成吸附过程；
再生风从所述第一侧的再生区通过所述转轮、所述脉冲装置、所述脱附风机、所述脱附加热器，到达所述第二侧的再生区，完成再生过程；过程中使用反馈控制装置对再生过程中的参数进行检测和调控。
本实施例中各装置之间的联动反馈调节机制如图4所示，系统分为多种模式，当二氧化碳浓度C大于1000PPM时，系统判定环境处于高浓度状态，随机启动快速模式，自动升高脱附加热器的温度T2，升高脱附风量调节器N1，降低转轮转速调节器R，根据N1:N2＝1:1～5，F＝(1～5)/R调节吸附风量调节器N2，脉冲赫兹调节器F，保证系统总能耗Q总全功率输出。其中，系统总能耗为Q总＝Q1+Q2+Q3，其中Q1为脱附耗能，Q2为脉冲耗能，Q3为其它耗能，其中Q1＝N1*空气密度*空气比热*(T2-T1)；Q2为所述的脉冲装置整体耗能；Q3为系统除Q1、Q2其它的耗能。当二氧化碳浓度C处于400～1000PPM时，系统判定环境处于低浓度启动低功耗模式，随即降低脱附加热器温度T2，降低脱附风量调节器N1，升高转轮转速调节器R，根据N2＝1:1～5，F＝(1～5)/R调节吸附风量调节器N2，脉冲赫兹调节器F，保证此时Q总低于全功率动态输出。当二氧化碳浓度C小于400PPM时，系统判定环境不需要开启系统，持续判断60min后，关闭各工作装置，进入休眠模式。
采用本发明提供的系统和方法对室内净化二氧化碳的效果进行测试，具体如下：
向100m3的净化仓中持续通入恒定1000PPM的CO2气体，持续检测仓内二氧化碳浓度变化，如图5所示，本发明可在短时间内将迅速实现二氧化碳浓度的下降，并可持续消除二氧化碳，使得仓内二氧化碳浓度维持在200PPM。
采用本发明提供的系统和方法对室内净化二氧化碳过程能耗进行检测，具体如下：
将本发明系统和方法应用于300平米的会议室，进行一个正常工作日的净化试验，监控系统各个部分的功率以及环境二氧化碳浓度，如图6所示，本发明在环境二氧化碳浓度较高时，系统检测判别为高浓度，随即系统开始最大功率运行；当二氧化碳浓度较低时，系统自动降低输出功率；当系统长时间检测到环境二氧化碳低浓度时，判断进入休眠模式采取低功耗运行。
对比例1
使用传统新风系统对室内净化二氧化碳的效果进行测试，测试环境和条件与实施例1相同。
通过比较实施例1和对比例1，由图5可知，传统新风系统在相同风量条件下，仅能让仓内二氧化碳浓度维持在600PPM，并且二氧化碳浓度下降的速率缓慢，明显低于本发明，说明本发明的净化效率更高。
对比例2
采用传统TSA转轮系统对室内净化二氧化碳过程能耗进行检测，试验条件与实施例1相同。
通过比较实施例1和对比例2，由图6可知，首先从全天总功耗来看(∑能耗*时间)，本发明大大降低了转轮系统净化室内空气二氧化碳的能耗。并且，本发明即使在浓度较高时的最大功率仍显著低于传统TSA转轮系统恒定的功率。
请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种室内净化二氧化碳转轮PTSA系统，其特征在于，包括：
转轮框架，所述转轮框架上设置有转轮，所述转轮框架具有相对的第一侧和第二侧，所述转轮设置有处理区和再生区；
吸附装置，所述吸附装置设置在所述处理区，所述吸附装置包括吸附风机；
脱附装置，所述脱附装置设置在所述再生区，所述脱附装置包括脱附风机；
其中，处理风从所述第二侧的所述处理区，通过所述转轮和所述吸附装置，到达所述第一侧的所述处理区；再生风从所述第一侧的所述再生区通过所述转轮和所述脱附装置，最终到达所述第二侧的所述再生区。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转轮框架还包括驱动器，所述驱动器驱动所述转轮转动。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一侧的所述处理区和所述再生区之间、所述第二侧的所述处理区和所述再生区之间，均设置有隔热组件。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脱附装置还包括脱附加热器；
所述脱附加热器设置于所述再生区的第一侧；
所述脱附加热器包括电加热。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括供能装置，为系统整体供能；
所述供能装置由低品位热源连接的蓄电池和逆变器组成；
优选地，所述低品位热源包括太阳能、风能或低温蒸汽热能中的任一种或多种。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括设置于所述再生区的脉冲装置；
所述脉冲装置包括脉冲喷嘴、脉冲赫兹调节器和空压组件；
所述空压组件包括空压机。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述脉冲喷嘴为自激振荡脉冲喷嘴；
优选地，所述脉冲喷嘴的型式包括尖嘴、片状喷嘴或扁口喷嘴中的任一种。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述转轮还设置有脉冲喷嘴占位区；
优选地，所述脉冲喷嘴占位区面积小于等于所述再生区面积。
9.根据权利要求1-8任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括反馈控制装置，所述反馈控制装置与所述转轮框架、脱附装置和脉冲装置电连接，由所述供能装置驱动；
所述反馈控制装置包括温度传感器、风量检测器、转速调节器和二氧化碳检测器。
10.一种室内净化二氧化碳转轮PTSA方法，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的室内净化二氧化碳转轮PTSA系统处理室内空气，包括以下步骤：
空气从所述第二侧的处理区，通过转轮和吸附风机，到达所述第一侧的处理区，通向室内环境，完成吸附过程；
再生风从所述第一侧的再生区通过所述转轮、所述脉冲装置、所述脱附风机、所述脱附加热器，到达所述第二侧的再生区，完成再生过程；
优选地，所述方法还包括在上述步骤中使用反馈控制装置对过程中的参数进行检测和调控。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211456075.1A CN118056592A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种室内净化二氧化碳转轮ptsa系统及方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118056592A true CN118056592A (zh) | 2024-05-21 |
Family
ID=91069387
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| CN202211456075.1A Pending CN118056592A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种室内净化二氧化碳转轮ptsa系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118056592A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118577098A (zh) * | 2024-07-30 | 2024-09-03 | 太湖金张科技股份有限公司 | 一种保护膜加工用尾气处理高浓度转轮智能脱附系统 |
-
2022
- 2022-11-21 CN CN202211456075.1A patent/CN118056592A/zh active Pending
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