JP2008007336A - Ozone concentrating apparatus and method for driving ozone concentrating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オゾナイザで生成されたオゾンガスを濃縮するオゾン濃縮装置及びオゾン濃縮装置の運転方法に関する。 The present invention relates to an ozone concentrator for concentrating ozone gas generated by an ozonizer and a method for operating the ozone concentrator.
例えば半導体等の製造に用いられる高濃度オゾンガスは、オゾンを含有するオゾンガスをオゾン濃縮装置で濃縮することで生成される。このオゾン濃縮装置としては、空気や酸素を基にオゾン発生器(オゾナイザ)で生成されたオゾンガスを、タンク状のオゾン液化室で冷却し液体オゾンと酸素とに分離境界面を境として分離し、オゾン液化室の上部から酸素を排気すると共にオゾン液化室の底部に液体オゾンを貯え、この液化室に貯えられた液体オゾンを、当該液体オゾンにより液封する連通管(液封部)を経由してタンク状のオゾン気化室(気化部)に導入し、当該オゾン気化室で液体オゾンを加熱して気化し濃縮オゾン(高濃度オゾンガス)を得る装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ここで、高濃度オゾンガス(一般的にはオゾンの体積比率が10%以上)は、例えば、金属微粒子の触媒作用、高温、衝撃力、オゾンで分解する有機性ガス等のトリガーがあると、自己分解して発熱し(O3→1.5O2+143kJ/mol)、その分解時の発熱で他のオゾンガスが加熱されて自己分解したり、液体オゾンが加熱されて気化し自己分解するという連鎖反応を起こす虞がある。 Here, high-concentration ozone gas (generally, the volume ratio of ozone is 10% or more) is, for example, when there are triggers such as catalytic action of metal fine particles, high temperature, impact force, and organic gas decomposed by ozone. Decomposes and generates heat (O 3 → 1.5O 2 +143 kJ / mol), and other ozone gas is heated and self-decomposed by the heat generated during the decomposition, or liquid ozone is heated and vaporized to self-decompose. There is a risk of causing.
従って、上記濃縮装置にあっては、上記トリガー等が要因となって液封部で万一オゾン分解が生じると、このオゾン分解が連鎖し、温度が急上昇すると共に液体オゾンが気化・分解して、その体積膨張が1000倍程度と非常に大きくなるために、圧力が急上昇し、装置の破損を招く虞がある。 Therefore, in the concentrating device, if ozone decomposition occurs in the liquid seal part due to the trigger or the like, this ozone decomposition is chained, and the temperature rapidly rises and liquid ozone is vaporized and decomposed. Since the volume expansion becomes as large as about 1000 times, the pressure increases rapidly, which may cause damage to the apparatus.
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、液封部にかかるオゾン分解の発生を抑止し、装置の破損の虞を無くすことが可能なオゾン濃縮装置及びオゾン濃縮装置の運転方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an ozone concentrating device and an ozone concentrating device capable of suppressing the occurrence of ozonolysis applied to a liquid seal portion and eliminating the possibility of damage to the device. It aims at providing the operating method of an apparatus.
ここで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、上記構成のオゾン濃縮装置にあっては、液体オゾンが液化室の底部及び液封部に存在し液体オゾンの量が多いと、オゾン分解が生じた場合、大量の液体オゾンが気化して連鎖的なオゾン分解が生じ、体積の急膨張による装置の破損等を抑制することは難しいが、液体オゾンの量を少なくし、また、液体オゾンの気化量を出来るだけ少なくすれば、液体オゾンの気化による連鎖的なオゾン分解の影響を抑制できることを見出した。 Here, as a result of intensive studies, the present inventors have found that in the ozone concentrator having the above-described configuration, if the liquid ozone is present at the bottom and the liquid seal portion of the liquefaction chamber and the amount of liquid ozone is large, When decomposition occurs, a large amount of liquid ozone is vaporized and chained ozone decomposition occurs, and it is difficult to suppress damage to the device due to rapid expansion of the volume. It has been found that if the amount of ozone vaporization is reduced as much as possible, the influence of chain ozone decomposition due to the vaporization of liquid ozone can be suppressed.
そして、本発明者らは、そのようなオゾン濃縮装置として、液封部に毛細管力を発現する充填材を充填し、液体オゾンを少量ずつ気化部に導くものが有効であることを見出した。このようなオゾン濃縮装置においては、液封部内の充填材の毛細管力により液体オゾンは気化部に良好に導かれて気化する一方で、オゾン分解が生じても、発生する熱は液封部内にあっては充填材の熱容量により吸収されると共に当該充填材により液体オゾンの量が低減されることになり、液体オゾンの気化による連鎖的なオゾン分解が抑制され、装置の破壊の虞を無くすことができる。 The inventors of the present invention have found that such an ozone concentrating device is effective in that the liquid sealing portion is filled with a filler that develops capillary force and the liquid ozone is gradually supplied to the vaporizing portion. In such an ozone concentrator, while the liquid ozone is well guided to the vaporizing part by the capillary force of the filler in the liquid sealing part and is vaporized, the generated heat is generated in the liquid sealing part even if ozone decomposition occurs. In this case, the amount of liquid ozone is absorbed by the heat capacity of the filler and the amount of liquid ozone is reduced by the filler, thereby suppressing chain ozone decomposition due to vaporization of liquid ozone and eliminating the possibility of destruction of the apparatus. Can do.
ここで、そのようなオゾン濃縮装置にあって、立ち上げ時や長時間停止していた後の運転再開時等の場合には、液封部に空気が充満しており充填材による良好な毛細管力を発現させることができず、液封部の入口側に液体オゾンが規定以上に貯まり(異常貯留し)、万が一、オゾンの異常分解が発生した時にダメージが大きくなる虞があり、従って、良好に毛細管力を発現させるため、液封部の入口側の規定の位置から出口側に対して液体オゾンを充満させる必要があることを見出した。また、液体オゾンを充満させる際に急激に液封部の入口側の圧力を高めた場合、気化部側で液体オゾンが吐噴する虞があり、一方、気化部側の圧力を高めた場合、分離境界面側に液体オゾンが貯まりすぎる異常貯留が生じると、オゾンの異常分解が発生した時に、非常に大きなダメージを受けることも見出した。 Here, in such an ozone concentrator, in the case of starting up or resuming operation after being stopped for a long time, the liquid seal portion is filled with air, and a good capillary tube with a filler is used. Force cannot be expressed, liquid ozone is stored more than specified at the inlet side of the liquid seal (abnormal storage), and in the unlikely event that abnormal decomposition of ozone occurs, there is a risk of damage increasing, so it is good It was found that liquid ozone needs to be filled from the specified position on the inlet side of the liquid seal portion to the outlet side in order to develop capillary force. Also, when the pressure on the inlet side of the liquid seal part is suddenly increased when filling with liquid ozone, there is a risk that liquid ozone may be ejected on the vaporization part side, while on the other hand, if the pressure on the vaporization part side is increased, It has also been found that when abnormal storage of excessive liquid ozone occurs on the separation boundary surface side, extremely large damage is caused when abnormal decomposition of ozone occurs.
そこで、本発明によるオゾン濃縮装置は、オゾナイザで生成されたオゾンガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却し液体オゾンと非凝縮気体とに分離する冷却手段と、冷却手段により分離された液体オゾンを加熱して気化し濃縮オゾンを得る気化部と、液体オゾンと非凝縮気体との分離境界面と気化部との間を液封する液封部と、液封部に充填され毛細管力を発現する充填材と、分離境界面の液位に関する情報を取得する第1の情報取得手段と、液封部の気化部側の液位に関する情報を取得する第2の情報取得手段と、を備えたことを特徴とする。 Therefore, the ozone concentrator according to the present invention is a cooling means for cooling the ozone gas generated by the ozonizer to a temperature below the boiling point of ozone and separating it into liquid ozone and non-condensable gas, and heating the liquid ozone separated by the cooling means. A vaporization part that vaporizes and obtains concentrated ozone, a liquid sealing part that seals between the vaporization part and the separation boundary surface between liquid ozone and non-condensable gas, and a filler that fills the liquid sealing part and develops capillary force And a first information acquisition means for acquiring information on the liquid level on the separation boundary surface, and a second information acquisition means for acquiring information on the liquid level on the vaporization part side of the liquid sealing part. And
このようなオゾン濃縮装置によれば、第1の情報取得手段が分離境界面の液位に関する情報(液面の高さや、規定位置における液の有無等)を取得するため、例えば液封部に液体オゾンを充満させる際等にあって、液封部の分離境界面に対する圧力のかけすぎなどにより液封部の分離境界面側の液位に急激な変動がないか否かをモニタすることができると共に、液封部の分離境界面側の液体オゾンの液位が一定に保たれているか否かもモニタすることができる。また、第2の情報取得手段が気化部側の液位に関する情報を取得するため、気化部側の液封部に分離境界面側の液体オゾンが良好に流れ込んでいるか否かをモニタできると共に、気化部側の液体オゾンの液位に急激な変動がないか否かや、液封部に対する液体オゾンの充満時に気化部側の液位が一定に保たれているか否かをモニタすることができる。このようにして取得したモニタ情報に基づいて分離境界面側の圧力の調整などを行うことにより、分離境界面側での異常貯留及び気化部での液体オゾンの吐噴が防止され、これにより安定した液体オゾンの生成が可能とされ、万が一、液体オゾンの異常分解が発生しても、その影響を小さくすることができる。且つ、液封部内の充填材の毛細管力により液体オゾンは気化部に良好に導かれて気化する一方で、オゾン分解が生じても、発生する熱は液封部内にあっては充填材の熱容量により吸収されると共に当該充填材により液体オゾンの量が低減されることになり、液体オゾンの気化による連鎖的なオゾン分解が抑制される。従って、安定した液体オゾンの生成が可能とされると共に、装置の破壊の虞が無くされる。 According to such an ozone concentrator, since the first information acquisition means acquires information on the liquid level on the separation boundary surface (the height of the liquid level, the presence or absence of liquid at the specified position, etc.), It is possible to monitor whether there is a sudden fluctuation in the liquid level on the separation boundary surface side of the liquid sealing part due to excessive application of pressure to the separation boundary surface of the liquid sealing part when filling with liquid ozone, etc. In addition, it is possible to monitor whether or not the liquid level of liquid ozone on the separation boundary surface side of the liquid sealing portion is kept constant. In addition, since the second information acquisition means acquires information on the liquid level on the vaporization unit side, it is possible to monitor whether or not the liquid ozone on the separation boundary surface side flows well into the liquid seal part on the vaporization unit side, It is possible to monitor whether or not the liquid level of the liquid ozone on the vaporizing part side is suddenly changed and whether or not the liquid level on the vaporizing part side is kept constant when the liquid ozone is filled in the liquid sealing part. . By adjusting the pressure on the separation boundary side based on the monitor information acquired in this way, abnormal storage on the separation boundary side and ejection of liquid ozone at the vaporization section are prevented, thereby stabilizing It is possible to produce liquid ozone, and even if abnormal decomposition of liquid ozone occurs, the influence can be reduced. In addition, the liquid ozone is well guided to the vaporization part due to the capillary force of the filler in the liquid seal part and vaporizes. On the other hand, even if ozone decomposition occurs, the generated heat is in the heat capacity of the filler in the liquid seal part. And the amount of liquid ozone is reduced by the filler, and chain ozone decomposition due to vaporization of liquid ozone is suppressed. Therefore, it is possible to generate stable liquid ozone and eliminate the possibility of damage to the apparatus.
ここで、情報取得手段としては、例えば、液位によって変化する静電容量を測定する静電容量式レベル計や、液位に比例する圧力を測定する差圧式レベル計等が挙げられる。 Here, examples of the information acquisition means include a capacitance level meter that measures a capacitance that changes depending on the liquid level, a differential pressure level meter that measures a pressure proportional to the liquid level, and the like.
また、本発明によるオゾン濃縮装置は、オゾナイザで生成されたオゾンガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却し液体オゾンと非凝縮気体とに分離する冷却手段と、冷却手段により分離された液体オゾンを加熱して気化し濃縮オゾンを得る気化部と、液体オゾンと非凝縮気体との分離境界面と気化部との間を液封する液封部と、液封部に充填され毛細管力を発現する充填材と、分離境界面に対する圧力を調整するための圧力調整手段と、を備えていることを特徴としている。 The ozone concentrator according to the present invention also comprises a cooling means for cooling the ozone gas generated by the ozonizer to a temperature below the boiling point of ozone and separating it into liquid ozone and non-condensed gas, and heating the liquid ozone separated by the cooling means. A vaporization part that vaporizes and obtains concentrated ozone, a liquid sealing part that seals between the vaporization part and the separation boundary surface between liquid ozone and non-condensable gas, and a filler that fills the liquid sealing part and develops capillary force And a pressure adjusting means for adjusting the pressure on the separation boundary surface.
このようなオゾン濃縮装置によれば、圧力調整手段によって、分離境界面に対する圧力が調整されるため、例えば、分離境界面に対する圧力を増加させることにより、液封部に液体オゾンを送り込むことが可能とされ、更に、分離境界面の液位を一定に保ち入口側に液体オゾンが規定以上に貯まること(異常貯留)を防止することが可能とされる。また、圧力調整手段によって、分離境界面に対する圧力を減少させることにより、分離境界面に対する圧力のかかりすぎによる気化部での液体オゾンの吐噴が防止される。以上により、分離境界面側での異常貯留及び気化部での液体オゾンの吐噴が防止され、これにより、安定した液体オゾンの生成が可能とされ、万が一、液体オゾンの異常分解が発生しても、その影響を小さくすることができる。且つ、液封部内の充填材の毛細管力により液体オゾンは気化部に良好に導かれて気化する一方で、オゾン分解が生じても、発生する熱は液封部内にあっては充填材の熱容量により吸収されると共に当該充填材により液体オゾンの量が低減されることになり、液体オゾンの気化による連鎖的なオゾン分解が抑制される。従って、安定した液体オゾンの生成が可能とされると共に、装置の破壊の虞が無くされる。 According to such an ozone concentrator, the pressure on the separation boundary surface is adjusted by the pressure adjusting means. For example, by increasing the pressure on the separation boundary surface, it is possible to send liquid ozone into the liquid seal portion. Furthermore, it is possible to keep the liquid level at the separation boundary surface constant and prevent liquid ozone from being stored more than a specified amount on the inlet side (abnormal storage). Further, by reducing the pressure applied to the separation boundary surface by the pressure adjusting means, it is possible to prevent the discharge of liquid ozone in the vaporization section due to excessive application of pressure to the separation boundary surface. As described above, abnormal storage on the separation boundary side and ejection of liquid ozone at the vaporization section are prevented, thereby making it possible to generate stable liquid ozone, and by any chance, abnormal decomposition of liquid ozone occurs. However, the influence can be reduced. In addition, the liquid ozone is well guided to the vaporization part due to the capillary force of the filler in the liquid seal part and vaporizes. On the other hand, even if ozone decomposition occurs, the generated heat is in the heat capacity of the filler in the liquid seal part. And the amount of liquid ozone is reduced by the filler, and chain ozone decomposition due to vaporization of liquid ozone is suppressed. Therefore, it is possible to generate stable liquid ozone and eliminate the possibility of damage to the apparatus.
ここで、非凝縮気体を導出する気体配管を備え、冷却手段の冷却部により冷却されるオゾンの流路の出口に対して、液封部及び気体配管がそれぞれ分岐して接続され、圧力調整手段は気体配管に対して設けられ、気体配管の圧力調整手段より上流側に圧力調整チャンバが接続されていることが好ましい。このような構成を採用した場合、オゾンの流路の出口に液封部及び気体配管がそれぞれ分岐して接続されており、この気体配管により非凝縮気体が導出される。そして、導出する非凝縮気体の量は、気体配管に設けられた圧力調整手段により調整されるため、分離境界面に対する圧力が容易に調整される。このとき、気体配管に接続された圧力チャンバがある程度の容量を確保しているため、気体配管の容積が小さい場合であっても、圧力調整手段による調整時における急激な圧力の変動が防止される。 Here, a gas pipe for deriving non-condensable gas is provided, and the liquid sealing part and the gas pipe are branched and connected to the outlet of the ozone flow path cooled by the cooling part of the cooling means, respectively, and the pressure adjusting means Is provided with respect to the gas piping, and it is preferable that a pressure adjusting chamber is connected upstream of the pressure adjusting means of the gas piping. When such a configuration is adopted, the liquid sealing portion and the gas pipe are branched and connected to the outlet of the ozone flow path, and the non-condensable gas is led out by the gas pipe. And since the quantity of the non-condensing gas to derive is adjusted by the pressure adjustment means provided in gas piping, the pressure with respect to a separation boundary surface is adjusted easily. At this time, since the pressure chamber connected to the gas pipe secures a certain amount of capacity, even if the volume of the gas pipe is small, rapid pressure fluctuation during adjustment by the pressure adjusting means is prevented. .
また、本発明によるオゾン濃縮装置の運転方法は、オゾナイザで生成されたオゾンガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却し液体オゾンと非凝縮気体とに分離する冷却手段と、冷却手段により分離された液体オゾンを加熱して気化し濃縮オゾンを得る気化部と、液体オゾンと非凝縮気体との分離境界面と気化部との間を液封する液封部と、を具備するオゾン濃縮装置の運転方法であって、液封部に、毛細管力を発現する充填材を充填し、液封部の分離境界面側の圧力と、液封部の気化部側の圧力を調整しながら液封部に液体オゾンを充満させることを特徴としている。 The operation method of the ozone concentrator according to the present invention includes a cooling means for cooling ozone gas generated by an ozonizer to a temperature below the boiling point of ozone and separating it into liquid ozone and non-condensed gas, and liquid ozone separated by the cooling means. A method for operating an ozone concentrator comprising: a vaporizing unit that heats and vaporizes to obtain concentrated ozone; and a liquid sealing unit that seals between a separation boundary surface between liquid ozone and non-condensable gas and the vaporizing unit. The liquid seal portion is filled with a filler that develops capillary force, and liquid ozone is added to the liquid seal portion while adjusting the pressure on the separation boundary surface side of the liquid seal portion and the pressure on the vaporization portion side of the liquid seal portion. It is characterized by charging.
このようなオゾン濃縮装置の運転方法によれば、分離境界面側の圧力と気化部側の圧力の差を徐々に減少させながら液体オゾンを液封部に充満させることによって、分離境界面側での異常貯留及び気化部での液体オゾンの吐噴が防止され、安定した液体オゾンの生成が可能となり、万が一、液体オゾンの異常分解が発生しても、その影響を小さくすることができる。且つ、液封部内の充填材の毛細管力により液体オゾンは気化部に良好に導かれて気化する一方で、オゾン分解が生じても、発生する熱は液封部内にあっては充填材の熱容量により吸収されると共に当該充填材により液体オゾンの量が低減されることになり、液体オゾンの気化による連鎖的なオゾン分解が抑制される。従って、安定した液体オゾンの生成が可能とされると共に、装置の破壊の虞が無くされる。 According to such an operation method of the ozone concentrator, the liquid sealing portion is filled with liquid ozone while gradually reducing the difference between the pressure on the separation boundary surface side and the pressure on the vaporization portion side. In this way, liquid ozone is prevented from being discharged and ejected at the vaporizing section, and stable generation of liquid ozone becomes possible. Even if abnormal decomposition of liquid ozone occurs, the influence can be reduced. In addition, the liquid ozone is well guided to the vaporization part due to the capillary force of the filler in the liquid seal part and vaporizes. On the other hand, even if ozone decomposition occurs, the generated heat is in the heat capacity of the filler in the liquid seal part. And the amount of liquid ozone is reduced by the filler, and chain ozone decomposition due to vaporization of liquid ozone is suppressed. Therefore, it is possible to generate stable liquid ozone and eliminate the possibility of damage to the apparatus.
このように本発明によれば、液封部に対する液位の調整等により、分離境界面側での異常貯留及び気化部での液体オゾンの吐噴を防止できるため、安定した液体オゾンの生成が可能となる。その結果、万が一、液体オゾンの異常分解が発生しても、そのダメージを少なくすることができる。且つ、充填材の毛細管力により液体オゾンを気化部に良好に導いて気化させることができると共に、充填材の熱容量及び充填材による液体オゾンの減少により液体オゾンの気化による連鎖的なオゾン分解が抑制でき、その結果、安定した液体オゾンの生成が可能となると共に、装置の破壊の虞を無くすことが可能となる。 As described above, according to the present invention, by adjusting the liquid level with respect to the liquid sealing portion, it is possible to prevent abnormal storage on the separation boundary surface side and ejection of liquid ozone at the vaporization portion, so that stable generation of liquid ozone can be achieved. It becomes possible. As a result, even if abnormal decomposition of liquid ozone occurs, the damage can be reduced. In addition, the capillary force of the filler can lead the liquid ozone to the vaporization part and vaporize it, and the heat capacity of the filler and the decrease of the liquid ozone by the filler suppress the chain ozone decomposition due to the vaporization of the liquid ozone. As a result, it is possible to generate stable liquid ozone and to eliminate the possibility of destruction of the apparatus.
以下、本発明によるオゾン濃縮装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
Hereinafter, a preferred embodiment of an ozone concentrator according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るオゾン濃縮装置を備えた高濃度オゾンガス生成装置を示す概略構成図、図2は、図1中のオゾン濃縮装置の冷却部、液封配管、気化部を示す概略構成図であり、本実施形態の高濃度オゾンガス生成装置は、例えば半導体製造装置の酸化膜の形成等に用いる高濃度オゾンガス(一般的にオゾンの体積比率が約10%以上)を生成するもので、この高濃度オゾンガスを連続して生成するのが可能な装置である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a high-concentration ozone gas generation apparatus equipped with an ozone concentrator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cooling unit, a liquid seal pipe of the ozone concentrator in FIG. It is a schematic block diagram which shows a vaporization part, and the high concentration ozone gas production | generation apparatus of this embodiment is high concentration ozone gas (generally the volume ratio of ozone is about 10% or more) used for formation of the oxide film of a semiconductor manufacturing apparatus etc., for example It is an apparatus capable of continuously generating this high-concentration ozone gas.
図1に示すように、高濃度オゾンガス生成装置200は、オゾンガス(オゾンの体積比率が約10%程度)を生成するオゾナイザ10と、冷却手段1及び気化部2を備えオゾナイザ10からのオゾンガスを濃縮し高濃度オゾンガスを生成するオゾン濃縮装置100と、を具備している。
As shown in FIG. 1, the high-concentration ozone
オゾナイザ10は、配管27を介して導入される酸素又は空気を基に、オゾンガス(オゾンの体積比率が約10%程度)を生成するものである。
The
冷却手段1は、オゾナイザ10からのオゾンガスを冷却し液体オゾンと非凝縮気体とに分離するものである。この冷却手段1は、オゾナイザ10に接続されて当該オゾナイザ10からのオゾンガスを導入する導入配管3を、極低温に冷却する極低温冷凍機4を備えている。
The cooling means 1 cools the ozone gas from the
ここでは、極低温冷凍機4としてクライオ冷凍機が用いられ、当該クライオ冷凍機4のクライオヘッド4aに取り付けられた下部銅板4bと上部銅板4cとを冷却部4xとして、この冷却部4xを構成する銅板4b,4c間に導入配管3を密着状態で挟み冷却する。これにより、銅板4b,4c間の導入配管3が、オゾンガスを液体オゾンと非凝縮気体とに分離するための冷却管3cとされる。
Here, a cryocooler is used as the
冷却部4xは、冷却管3c中のオゾンガスを、オゾンの沸点(−111.9°C)以下で、且つ、酸素の沸点(−183°C)より高い温度に冷却し、液体オゾンと、酸素を主体とする非凝縮気体とに分離する。また、この冷却部4xは、気化部2側まで延出する延出部4yを備えている。
The
冷却管3cは、冷却部4xでの入口3aから出口3bに向けて下り勾配とされており、当該冷却管3c内に液体オゾンが貯留してしまうことが防止されている。
The cooling
冷却管3cの出口3bには、上方に向かう気体配管5と下方に向かう液封配管6とが合流して接続されている。気体配管5は、冷却管3cで分離された酸素を主体とする非凝縮気体を、出口3bから上方に導くものである。この気体配管5は、その出口が配管27に接続され、分離された非凝縮気体をオゾナイザ10に戻す構成とされている。また、気体配管5には、バルブ(圧力調整手段)V1が設けられており、更に、バルブV1より冷却管3c側の位置にある程度の容量を確保する圧力調整チャンバ21が接続されていると共に、バルブV1より配管27側の位置にバキュームポンプPが設けられている。このバルブV1を開に制御すると共にバキュームポンプPを運転することにより、非凝縮気体をオゾナイザ10へ効率的に導くことがでる。
A
ここで、バルブV1を開に制御して、バキュームポンプPを駆動することにより、気体配管5のバルブV1より上流側を減圧させることができ、これによって液体オゾンと非凝縮気体との分離境界面7に対する圧力を減少させることができる。逆に、バルブV1を絞る又は閉に制御すれば、気体配管5のバルブV1より上流側を増圧させることができ、分離境界面7に対する圧力を増加させることができる。
Here, by controlling the valve V1 to open and driving the vacuum pump P, the upstream side of the
一方、液封配管6は、図1及び図2に示すように、冷却管3cの出口3bと気化部2の入口2aとを接続し、冷却部3cで分離され出口3bより液下する液体オゾンを気化部2に導くためのものであると共に、当該液体オゾンにより、冷却管3c及び気体配管5側と、気化部2側とを液封するものである。
On the other hand, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
ここでは、液封配管6としてU字管が用いられ、当該U字管6内であって冷却管3cの出口3bより多少下方位置に分離境界面7が位置し、一方、液体オゾンの気化部2側の液面7aは、気化部2の入口2aが分離境界面7以上の高さにあるため、入口2a以下に位置する構成とされている。
Here, a U-shaped tube is used as the liquid-sealed
この液封配管6内には、毛細管力を発現し、液封配管6内の液体オゾンを気化部2内に導く充填材8が充填されている。ここでは、充填材8は、金網状充填材であり、毛細管力を発現すべく密に構成されていると共に、気化部2の入口2aを通して気化部2内に進入する構成とされている。
The
この充填材8としては、金網状充填材に限定されるものではなく、例えば密に配置される細い金属材料やガラス繊維、例えば多数配置される細かいシリカゲルやポーラスシリカ等であっても良く、要は、毛細管力を発現する充填材であれば良い。そして、液封配管6は、冷却部4xの延出部4y内を通されて銅板4b,4c間に密着状態で挟まれ、当該延出部4yにより冷却される。
The
また、液封配管6に対しては、分離境界面7の液位に関する情報を取得する静電容量式レベル計(第1の情報取得手段)31が設けられていると共に、気化部2側の液面7aの液位に関する情報を取得する静電容量式レベル計(第2の情報取得手段)32が設けられている。これらの静電容量式レベル計31,32は、プローブ31a,32a、電流値測定部31b,32b及び表示部31c,32cを備えて成る。
The
静電容量式レベル計31は分離境界面7の上下によって変化する静電容量を測定することによって分離境界面7の液位を検出するものである。図2に示すように、静電容量式レベル計31のプローブ31aは液封配管6内の分離境界面7側に設けられると共にU字管の一方側内に進入するように設けられており、分離境界面7の液位によって変化する静電容量をプローブ31aで検出し、静電容量に応じた電流値を、外部の電流値測定部31bに入力し、この電流値に基づいて分離境界面7の液位を検出し、その結果を表示部31cに表示する。
The capacitance
また、静電容量式レベル計32は気化部2側の液面7aの上下によって変化する静電容量を測定することによって液面7aの液位を検出するものである。静電容量式レベル計32のプローブ32aは液封配管6内の液面7a側に設けられると共にU字管の他方側内に進入するように設けられており、液面7aの液位によって変化する静電容量をプローブ32aで検出し、静電容量に応じた電流値を、外部の電流値測定部32bに入力し、この電流値に基づいて液面7aの液位を検出し、その結果を表示部32cに表示する。
The
気化部2は、液封配管6からの液体オゾンを気化するためのもので、図1及び図2に示すように、円筒状の胴部を有し、下部が下細りの擂り鉢状に閉じられて下端に入口2aが設けられていると共に、上部が上細りの擂り鉢状に閉じられて上端に出口2bが設けられている。
The
この気化部2の入口2aは、前述したように分離境界面7以上の高さにあり、この入口2aを通して内部に進入する金網状の充填材8が、液体オゾンを毛細管力により気化部2の底部内に供するように、当該気化部2の底部内面に沿って広がるように配置されている。
As described above, the
また、気化部2の下部に対しては、当該下部を包囲する包囲壁9が設けられている。この包囲壁9内には、気化部2の底部に供される液体オゾンを加熱して気化させるように、常温空気が通される。なお、加熱の方式は、例えば加熱器等による加熱であっても良い。
An
この気化部2内の下部より上側には、気化により生成される高濃度の濃縮オゾン(高濃度オゾンガス)の通過を可能とする充填材20が充填されている。ここでは、充填材20は、金網状充填材とされているが、例えば、金属波板状充填材や、シリカゲルやポーラスシリカ等であっても良く、要は、濃縮オゾンの通過を可能とする充填材であれば良い。なお、気化部2内の金網状充填材20は、液封配管6内の金網状充填材8より粗に構成されている。因みに、液封配管6及び気化部2内の両方に多数のシリカゲルやポーラスシリカを充填する場合には、気化部2内に、液封配管6内より大きいシリカゲルやポーラスシリカを充填することが好ましい。
Above the lower part in the
この気化部2の出口2bには、図1に示すように、バルブV2を有する高濃度オゾンガス配管11が接続され、この高濃度オゾンガス配管11のバルブV2より上流には、バルブV3、オゾンキラー13を有する排気管12が接続されている。高濃度オゾンガス配管11は、気化部2で生成された高濃度オゾンガスを後段に供するためのものであり、排気管12は、余剰高濃度オゾンガスをオゾンキラー13により酸素に分解し大気に放出するためのものである。
As shown in FIG. 1, a high-concentration
そして、冷却手段1の冷却部4x、導入配管3における冷却部4x側の部分、気体配管5における冷却部4x側の部分、液封配管6、気化部2、高濃度オゾンガス配管11におけるバルブV2より気化部2側の部分は、容器14内に収容され、当該容器14は、真空ポンプ15の駆動により内部が真空状態とされた真空断熱容器とされている。
And from the cooling
この真空断熱容器14内における高濃度オゾンガス配管11及び気体配管5には、オゾン分解が生じた際の配管内の圧力上昇に応じて圧力が設定圧以上になると当該配管内の圧力を開放する圧力開放弁16,17が各々配設されている。ここでは、圧力開放弁16,17として安全弁が用いられているが、配管内の圧力上昇に応じて圧力が設定圧以上になると一部が破壊し圧力を開放する破壊弁等であっても良い。そして、液体オゾンの全部が万一オゾン分解して圧力開放弁16,17が圧力を真空断熱容器14内に開放した場合に配管内の圧力がオゾンガスの供給圧以下となるように、真空断熱容器14内の空隙部の容積が設定されている。
The high-concentration
このように構成された高濃度オゾンガス生成装置200によれば、酸素又は空気を基にオゾナイザ10でオゾンガスが生成され、このオゾンガスは導入配管3を通してオゾン濃縮装置100に導入され、冷却手段1の冷却部4xで極低温に冷却される。このオゾンガスは、冷却管3cの出口3b付近で、液体オゾンと、酸素を主体とする非凝縮気体とに分離され、非凝縮気体は気体配管5を通してオゾナイザ10に戻されオゾンガスの生成に供される。
According to the high-concentration ozone
ここで、オゾン濃縮装置100の立ち上げ時や長時間停止していた後の運転再開時等の場合(初期状態)での運転方法について説明する。このような初期状態にあっては、液封配管6に空気が充満しており充填材8による良好な毛細管力を発現させることができず、液封配管6の冷却管3cの出口3b側に液体オゾンが規定以上に貯まる(異常貯留する)虞がある。
Here, an operation method in the case of starting up the
そこで、本実施形態では、静電容量式レベル計31により分離境界面7の液位を検出し、これに基づいてバルブV1を制御し、これによって分離境界面7に対する圧力を調整し、その液位を規定以上としないように一定に保ちながら液体オゾンを気化部2側へ押し込む。すると、図3に示すように、冷却管3cで新たに分離された液体オゾンは液封配管6側に流れ込み、分離境界面7は一定に保たれ続けながら、新たに流れ込んだ液体オゾンの量だけ液面7aが気化部2側へ進行する。バルブV1を制御する際は、分離境界面7に急激な変動がないか否かモニタしながら行う。なお、このときの気化部2の温度は、急激な温度上昇により逆流しないように、冷却管3cより5℃〜10℃程度高い温度に設定しておく。
Therefore, in the present embodiment, the liquid level of the
図4に示すように、液面7aが静電容量式レベル計32で測定できる位置にまで進行したら、分離境界面7に対する圧力と液面7aに対する圧力の差によって気化部2で液体オゾンが吐噴することを防止するため、この圧力差を徐々に小さくしながら液面7aを進行させる。このとき、静電容量式レベル計32にて検出された液面7aの液位に基づいてバルブV1を制御する。また、分離境界面7及び液面7aの液位に急激な変動がないか否かもモニタしながら行う。
As shown in FIG. 4, when the
液面7aが気化部2の入口2a付近まで達し、液封配管6に所定に液体オゾンが充満したら、気化部2内のオゾン濃度及び圧力が規定どおりとなるように気化部2の温度を徐々に上昇させる。このとき、急激に上昇させると液体オゾンが吐噴する虞があるため、静電容量式レベル計31,32にて分離境界面7及び液面7aの液位が一定に保たれているか否かをモニタしながら気化部2の温度を徐々に上昇させる。なお、気化部2にて規定どおりにオゾンの気化が行えるようになるまでの間は、新たに生成された液体オゾンが液封配管6における冷却管3cの出口3b側に貯まり過ぎないようにオゾナイザ10でのオゾンガスの生成量を調節するのが好ましい。
When the
液封配管6に液体オゾンが充満し、気化部6内のオゾン濃度及び圧力が規定通りとなると、液体オゾンと非凝縮気体との分離境界面7は、液封配管6内であって冷却管3cの出口3bより多少下方に位置し、一方、液体オゾンの気化部2側の液面7aは入口2a以下に位置する。そして、新たに供給される液体オゾンに従って液封配管6内の液体オゾンは、充填材8の毛細管力により気化部2へ進行していき、入口2aを通して気化部2の底部内に良好に導かれて進入する。この気化部2の底部内に充填材8を伝って進入した液体オゾンは、常温空気による加熱によって、気化部2の底部内に溜まる前に気化して高濃度オゾンガスが生成され、この高濃度オゾンガスは、充填材20を通過して出口2bから排出される。
When the
そして、本実施形態にあっては、オゾンの体積比率が100%近くの高濃度オゾンガスが生成される。この高濃度オゾンガスは、後段の使用に供す場合には高濃度オゾンガス配管11に流され、一方、余剰高濃度オゾンガスは排気管12に流されオゾンキラー13により酸素に分解されてから大気に放出される。
And in this embodiment, the high concentration ozone gas whose volume ratio of ozone is near 100% is produced | generated. This high-concentration ozone gas is flowed to the high-concentration
そして、通常時にあっても、静電容量式レベル計31,32により検出された液位に基づいて分離境界面7及び液面7aが所定となるように、バルブV1を制御しながら高濃度オゾンが生成される。また、この通常時にあっては、新たに生成された液体オゾンは液封配管6内の充填材8の毛細管力により良好に気化部2内に導かれる。
Even in normal times, the high concentration ozone is controlled while controlling the valve V1 so that the
また、気体配管5に接続された圧力調整チャンバ21が、ある程度の容量を確保しているため、気体配管5の容積が小さい場合であっても、バルブV1の制御による急激な圧力の変化が防止されている。
In addition, since the
このように、本実施形態のオゾン濃縮装置100にあっては、液封配管6内には毛細管力を発現する充填材8が充填されているため、当該充填材8の毛細管力により液体オゾンは気化部2に良好に導かれて気化する一方で、何らかのトリガーによりオゾン分解が生じても、発生する熱は液封配管6内にあっては充填材8の熱容量により吸収されると共に当該充填材8により液体オゾンの量が低減される結果、液体オゾンの気化による連鎖的なオゾン分解が抑制される。これによって、安定した液体オゾンの生成が可能とされていると共に、装置の破損の虞が無くされている。
As described above, in the
また、液封配管6に静電容量式レベル計31,32が設けられているため、液封配管6に液体オゾンを充満させる際等にあって、液封配管6の分離境界面7に対する圧力のかけすぎなどにより液封配管6の分離境界面7側の液位に急激な変動がないか否かをモニタすることができると共に、液封配管6の分離境界面7側の液体オゾンの液位が一定に保たれているか否かもモニタすることができ、また、気化部2側の液封配管6に分離境界面7側の液体オゾンが良好に流れ込んでいるか否かをモニタできると共に、気化部2側の液体オゾンの液位に急激な変動がないか否かや、液封配管6に対する液体オゾンの充満時に気化部2側の液位が一定に保たれているか否かをモニタすることができ、このようにして検出した液位に基づいて分離境界面7の圧力の調整を行われるため、分離境界面7側での異常貯留及び気化部2での液体オゾンの吐噴が防止され、これにより安定した液体オゾンの生成が可能とされると共に、液封配管6にかかるオゾンの異常分解によるダメージが抑止され、装置の破壊の虞が無くされている。
Further, since the
また、バルブV1の制御によって、分離境界面7に対する圧力を調整することができるため、分離境界面7に対する圧力を増加させることにより、液封配管6に液体オゾンを送り込むことが可能とされ、更に、分離境界面7の液位を一定に保ち液封配管6の入口側に液体オゾンが規定以上に貯まること(異常貯留)を防止することが可能とされている。また、分離境界面7に対して圧力がかかりすぎても、その圧力を減少させることにより、気化部2での液体オゾンの吐噴を防止することが可能とされる。以上により、分離境界面7側での異常貯留及び気化部2での液体オゾンの吐噴が防止され、これにより、安定した液体オゾンの生成が可能とされると共に、液封配管6にかかるオゾンの異常分解によるダメージが抑止され、装置の破壊の虞が無くされている。
Further, since the pressure on the
また、気体配管5に圧力調整チャンバ21が接続されある程度の容量を確保しているため、気体配管5の容積が小さい場合であっても、バルブV1の制御による急激な圧力の変動が防止されている。
In addition, since the
また、分離境界面7側の圧力と気化部2側の圧力を調整し、これらの圧力の差を徐々に減少させながら液体オゾンを液封配管6に充満させているため、分離境界面7側での異常貯留及び気化部2での液体オゾンの吐噴が防止され、安定した液体オゾンの生成が可能とされると共に、液封配管6にかかるオゾンの異常分解によるダメージが抑止され、装置の破壊の虞が無くされている。
Further, the pressure on the
また、本実施形態においては以下の効果を奏する。すなわち、液体オゾンと非凝縮気体との分離境界面7から気化部2までが、液封を可能とする液封配管6のみで接続され、液体オゾンが液封配管6内に存在すると共に分離境界面7が液封配管6内に位置している。このため、従来に比して液体オゾンの量が大幅に低減されている。従って、何らかのトリガーによるオゾン分解及び連鎖的なオゾン分解が抑制され、装置の破損の虞が無くされている。
Moreover, in this embodiment, there exist the following effects. That is, the
また、気化部2の入口2aが分離境界面7以上の高さにあり、充填材8の上端が気化部2の入口2aを通して内部に進入しているため、液体オゾンは、その液面が気化部2に進入すること無く充填材8の毛細管力により気化部2内に進入して良好に気化し、このように、気化部2内での液体オゾンは極めて少量であるため、何らかのトリガーによるオゾン分解及び連鎖的なオゾン分解が抑制され、装置の破損の虞が一層無くされている。
Further, since the
また、気化部2内には、濃縮オゾンの通過を可能とする充填材20が充填されているため、何らかのトリガーによりオゾン分解が生じても、発生する熱は気化部2内の充填材20の熱容量により吸収される。このため、気化部2内での濃縮オゾンの連鎖的なオゾン分解が抑制され、装置の破損の虞が一層無くされている。
In addition, since the
また、液封配管6は冷却手段1により冷却されるため、何らかのトリガーによるオゾン分解が抑制されていると共に、何らかのトリガーによりオゾン分解が生じても、発生する熱は液封配管6では冷却手段1により冷却されるため、液体オゾンの気化による連鎖的なオゾン分解が抑制されている。このため、装置の破損の虞が一層無くされている。また、液封配管6内の液体オゾンの気化により気泡が生じると充填材8の毛細管作用が途切れる虞があるが、液封配管6が冷却手段1により冷却されるため、気泡の発生が抑制され、毛細管作用が確実に働くことになっている。
In addition, since the
また、冷却部4x、液封配管6、気化部2、圧力開放弁16,17が真空断熱容器14内に収容され、液体オゾンの全部が万一オゾン分解して圧力開放弁16,17が圧力を真空断熱容器14内に開放した場合に配管内の圧力がオゾンガスの供給圧以下となるように、真空断熱容器14内の空隙部の容積が設定されているため、オゾン分解時のガス圧が圧力開放弁16,17を介して真空断熱容器14内の空隙部に良好に開放され、装置の破損の虞が一層無くされている。また、真空断熱状態14により、冷却手段1による冷却及び気化部2での加熱が効率的に成されるようになっている。
In addition, the
さらにまた、冷却手段1の冷却部4xにより冷却され液封配管6に接続される冷却管3cが、液封配管6との接続部側、すなわち出口3b側に向かって下り勾配にされているため、冷却管3cに液体オゾンが貯留することが防止され、装置の破損の虞が一層無くされている。
Furthermore, the cooling
[第2の実施形態]
図5は、本発明の第2の実施形態に係るオゾン濃縮装置を備えた高濃度オゾンガス生成装置の冷却部、液封配管、気化部を示す概略構成図である。この第2の実施形態が第1の実施形態と違う点は、静電容量式レベル計31,32に代えて、液面の高さに比例する圧力を測定することにより液位を検出する差圧式レベル計33,34を設けた点である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a cooling unit, a liquid seal pipe, and a vaporization unit of a high-concentration ozone gas generation apparatus equipped with an ozone concentrator according to a second embodiment of the present invention. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the liquid level is detected by measuring the pressure proportional to the height of the liquid level instead of the
差圧式レベル計33の下方測定部33aは液封配管6内の分離境界面7側に設けられると共にU字管内の一方側の底部に設けられており、分離境界面7の液位に比例する圧力を測定し、外部の圧力検出部33cに入力する。また、上方測定部33bは気体配管6内に設けられており、分離境界面7にかかる圧力を測定し、外部の圧力検出部33cに入力する。圧力検出部33cはこれらの圧力差に基づいて分離境界面7の液位を検出し、その結果を表示部33dに表示する。
The
また、差圧式レベル計34の下方測定部34aは液封配管6内の液面7a側に設けられると共にU字管内の他方側の底部に設けられており、液面7aの液位に比例する圧力を測定し、外部の圧力検出部34cに入力する。また、上方測定部34bは気化部2内に設けられており、液面7aにかかる圧力を測定し、外部の圧力検出部34cに入力する。圧力検出部34cはこれらの圧力差に基づいて分離境界面7の液位を検出し、その結果を表示部34dに表示する。
Further, the
このような第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。 According to such 2nd Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、特に好ましいとして、分離境界面7及び液面7aの液位を測定する構成としているが、液封配管6の分離境界面7側及び気化部2側の規定位置における液体オゾンの有無を検出するものであっても良い。
The present invention has been specifically described above based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the
1…冷却手段、2…気化部、5…気体配管、6…液封配管(液封部)、7…分離境界面、8…充填材、10…オゾナイザ、21…圧力調整チャンバ、31…静電容量式レベル計(第1の情報取得部)、32…静電容量式レベル計(第2の情報取得部)、33…差圧式レベル計(第1の情報取得部)、34…差圧式レベル計(第2の情報取得部)、100…オゾン濃縮装置、200…高濃度オゾンガス生成装置、V1…バルブ(圧力調整手段)。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記冷却手段により分離された前記液体オゾンを加熱して気化し濃縮オゾンを得る気化部と、
前記液体オゾンと前記非凝縮気体との分離境界面と前記気化部との間を液封する液封部と、
前記液封部に充填され毛細管力を発現する充填材と、
前記分離境界面の液位に関する情報を取得する第1の情報取得手段と、
前記液封部の気化部側の液位に関する情報を取得する第2の情報取得手段と、を備えたことを特徴とするオゾン濃縮装置。 Cooling means for cooling the ozone gas generated by the ozonizer to a temperature below the boiling point of ozone and separating it into liquid ozone and non-condensable gas;
A vaporization unit that heats and vaporizes the liquid ozone separated by the cooling means to obtain concentrated ozone;
A liquid seal portion for liquid-sealing between a separation boundary surface between the liquid ozone and the non-condensable gas and the vaporization portion;
A filler that fills the liquid seal part and develops capillary force;
First information acquisition means for acquiring information on the liquid level of the separation boundary surface;
An ozone concentrating apparatus comprising: a second information acquisition unit configured to acquire information related to a liquid level on the vaporization unit side of the liquid sealing unit.
前記冷却手段により分離された前記液体オゾンを加熱して気化し濃縮オゾンを得る気化部と、
前記液体オゾンと前記非凝縮気体との分離境界面と前記気化部との間を液封する液封部と、
前記液封部に充填され毛細管力を発現する充填材と、
前記分離境界面に対する圧力を調整するための圧力調整手段と、
を備えたことを特徴とするオゾン濃縮装置。 Cooling means for cooling the ozone gas generated by the ozonizer to a temperature below the boiling point of ozone and separating it into liquid ozone and non-condensable gas;
A vaporization unit that heats and vaporizes the liquid ozone separated by the cooling means to obtain concentrated ozone;
A liquid seal portion for liquid-sealing between a separation boundary surface between the liquid ozone and the non-condensable gas and the vaporization portion;
A filler that fills the liquid seal part and develops capillary force;
Pressure adjusting means for adjusting the pressure on the separation boundary surface;
An ozone concentrating device comprising:
前記冷却手段の冷却部により冷却されるオゾンの流路の出口に対して、前記液封部及び前記気体配管がそれぞれ分岐して接続され、
前記圧力調整手段は前記気体配管に対して設けられ、
前記気体配管の前記圧力調整手段より上流側に圧力調整チャンバが接続されていることを特徴とする請求項4記載のオゾン濃縮装置。 A gas pipe for deriving the non-condensable gas;
The liquid seal part and the gas pipe are respectively branched and connected to the outlet of the ozone flow path cooled by the cooling part of the cooling means,
The pressure adjusting means is provided for the gas pipe;
5. The ozone concentrator according to claim 4, wherein a pressure adjusting chamber is connected upstream of the pressure adjusting means of the gas pipe.
前記冷却手段により分離された前記液体オゾンを加熱して気化し濃縮オゾンを得る気化部と、
前記液体オゾンと前記非凝縮気体との分離境界面と前記気化部との間を液封する液封部と、を具備するオゾン濃縮装置の運転方法であって、
前記液封部に、毛細管力を発現する充填材を充填し、
前記液封部の前記分離境界面側の圧力と、前記液封部の前記気化部側の圧力を調整しながら前記液封部に前記液体オゾンを充満させることを特徴とするオゾン濃縮装置の運転方法。 Cooling means for cooling the ozone gas generated by the ozonizer to a temperature below the boiling point of ozone and separating it into liquid ozone and non-condensable gas;
A vaporization unit that heats and vaporizes the liquid ozone separated by the cooling means to obtain concentrated ozone;
A method for operating an ozone concentrating apparatus comprising: a liquid sealing portion that seals between a separation boundary surface between the liquid ozone and the non-condensable gas and the vaporizing portion;
Filling the liquid seal part with a filler that develops capillary force,
Operation of an ozone concentrator characterized by filling the liquid ozone into the liquid sealing part while adjusting the pressure on the separation boundary surface side of the liquid sealing part and the pressure on the vaporization part side of the liquid sealing part Method.
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JP4653024B2 (en) | 2011-03-16 |
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