JP2018134577A - ガス処理装置 - Google Patents

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康裕 大矢
昌之 岩田
Masayuki Iwata
昌之 岩田
俊丸 井口
Toshimaru Iguchi
俊丸 井口
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Abstract

【課題】ガス処理能力の安定化を図る前に、処理対象ガス中のガス処理負荷を確実に求め、プラズマ処理部のガス処理能力をガス処理負荷に対応する適切なガス処理能力に速やかに合わせ込めるようにする。【解決手段】センサ用のリアクタSR(第2のプラズマ処理部)を設ける。湿度センサS3によってセンサ用のリアクタSRの上流側の絶対湿度hF2を検出し、湿度センサS4によってセンサ用のリアクタSRの下流側の絶対湿度hR2を検出し、ガス処理負荷演算部7へ送る。ガス処理負荷演算部7は、ガス処理装置100の起動時、絶対湿度hF2とhR2との湿度差Δh2を算出し、この算出した湿度差Δh2よりメインのリアクタMR(第1のプラズマ処理部)への混合処理対象ガスD中のガス処理負荷Lpを求める。【選択図】 図1

Description

本発明は、処理対象ガスを浄化するガス処理装置に関する。
従来より、排気ガス中で高電圧放電を行ってプラズマ状態を作ることで、排気ガスを浄化する技術が知られている。近年、この技術は、脱臭を目的として、工場の排気を浄化する浄化装置や室内の空気を浄化する空気清浄機に応用されつつある。
熱的に非平衡な状態、つまり気体の温度やイオン温度に比べ、電子温度が非常に高い状態のプラズマ(非平衡プラズマ(以下、単にプラズマと言う))は、電子衝突でつくられるイオンやラジカルが常温では起こらない化学反応を促進させるので、有害ガスを効率的に除去あるいは分解することが可能な媒体として有害ガス処理において有用であると考えられている。この技術の実用化上で肝心なことは、処理時のエネルギーの効率の向上と、プラズマで処理した後に完全に安全な生成物質へと変換されることである。
一般に、大気圧でのプラズマは気体放電や電子ビームなどによって生成される。現在において、適用が考えられているものに、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)、フロン、二酸化炭素(CO2 ,揮発性有機溶剤(VOC)などがある。中でもNOxは車の排ガスなどに含まれているので早急な実用化が必要となっている。
この種のガスを浄化するガス処理装置として、多数の貫通孔を有するハニカム構造体を通風路内に配置し、ハニカム構造体の両端に配置された電極間に高電圧を印加し、ハニカム構造体の貫通孔内にプラズマを発生させるタイプのものがある。このガス処理装置では、ハニカム構造体の貫通孔に発生しているプラズマにより、この貫通孔を通過する処理対象ガスに含まれている有害ガスが無害な物質に分解される(例えば、特許文献1参照)。
このタイプのガス処理装置では、ハニカム構造体内において全体として均一なプラズマを発生させる技術が確立されておらず、ガス処理能力が不安定となる。一方、ハニカム構造体の内部でのプラズマの発生状態は、処理対象ガス中の水分が多いほど活発に行われ、水分が少ないと抑制されるという特性がある。すなわち、処理対象ガス中の水分が多いほどガス処理能力が高まり、水分が少ないとガス処理能力が低下するという特性がある。
そこで、特許文献2には、電極とハニカム構造体との間の空間へ加湿装置によって水分を送り込み、処理対象ガス中の水分濃度を高め、プラズマ放電を活性化させて、ガス処理能力を高めるようにしたガス処理装置が開示されている。
特開2000−140562号公報 特開2004−089708号公報
しかしながら、特許文献2に開示された技術では、加湿装置によって送り込む水分量を制御していないため、供給する水分量が過小であれば、プラズマ放電の発生が不十分でガス処理能力が不足し、処理物質が完全に分解されずに副生成物が発生する虞がある。供給する水分量が過多であれば、ガス処理能力は高まるが、放電が激しくなり、火花放電のような異常放電が発生する虞がある。また、プラズマ処理後の空気を室内に供給するものとした場合、室内に供給される空気の湿度が高くなってしまい、室内にいる人に不快な思いを感じさせてしまうという問題も生じる。
また、様々な種類のガスの処理を同じ構成で処理できるように要求されるガス処理装置では、ガス処理のスタート時には処理対象ガス中の処理すべきガス処理負荷の大きさが分からないので、適切なガス処理能力とすることが困難であり、ハニカム構造体への印加電圧が高すぎて異常放電が生じたり、それを回避しようとして印加電圧を低く設定するとプラズマが発生しない、というような不具合も生じる可能性がある。
なお、印加電圧を中程度にした状態で処理対象ガスの湿度を高めに設定することで、ガス処理能力を調整することが考えられる。しかし、湿度を高めに設定し過ぎると、プラズマ処理後のガスの湿度が高すぎて在室者に不快感を与えたり、カビや菌が発生し易くなり、衛生上の問題も生じる。また、湿度が低すぎると、望ましくない副生成物が生じることもある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ハニカム構造体内の湿度環境を一定に保ち、ガス処理能力の安定化を図ることが可能なガス処理装置を提供することにある。
また、プラズマ処理後の空気の湿度が高くなって室内にいる人に不快な思いを感じさせてしまうということがないガス処理装置を提供することにある。
また、ガス処理能力の安定化を図る前に処理対象ガス中のガス処理負荷を確実に求め、プラズマ処理部のガス処理能力をガス処理負荷に対応する適切なガス処理能力に速やかに合わせ込むことが可能なガス処理装置を提供することにある。
このような目的を達成するために本発明は、処理対象ガスを浄化し処理済みガスとして出力するように構成されたガス処理装置(100)において、通風路(A)に配置され、通風路を流れる処理対象ガスに加湿を行うように構成された水処理部(1)と、水処理部よりも通風路の下流側に設けられ、水処理部によって加湿された処理対象ガスを第1のガスとし、水処理部によって加湿される前の処理対象ガスあるいは処理済みガスを第2のガスとし、第1のガスと第2のガスとを混合することによって湿度調整を行うように構成された混合部(2)と、混合部よりも通風路の下流側に設けられ、混合部において湿度調整が行われた処理対象ガスが混合処理対象ガスとして通過する多数の貫通孔(31a)を有する第1のハニカム構造体(31)、および混合処理対象ガスが通過する方向に対して第1のハニカム構造体の上流側と下流側にそれぞれ配置された電極(32,33)を有し、この電極間に印加される電圧によって第1のハニカム構造体の貫通孔にプラズマを発生させるように構成された第1のプラズマ処理部(3)と、混合部から第1のプラズマ処理部に向かう混合処理対象ガスの絶対湿度を第1の絶対湿度として計測するように構成された第1の湿度計測部(S1)と、第1のプラズマ処理部を通過した混合処理対象ガスを処理済みガスとし、この処理済みガスの絶対湿度を第2の絶対湿度として計測するように構成された第2の湿度計測部(S2)と、第1の絶対湿度が目標値となるように混合部における第1のガスと第2のガスとの混合比を制御するように構成された混合比制御部(9)と、第1の絶対湿度と第2の絶対湿度との差が所定の湿度差の範囲に入るように第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧を制御するように構成された印加電圧制御部(10)と、混合部から第1のプラズマ処理部に向かう混合処理対象ガス中の処理すべきガス処理負荷を検出するガス処理負荷検出部(13)と、混合比制御部による混合比の制御および印加電圧制御部による第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧の制御が開始される前に、ガス処理負荷検出部によって検出されたガス処理負荷に対応したガス処理能力を第1のプラズマ処理部が発揮するように、第1のガスと第2のガスとの混合比および第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧を制御するように構成された混合比印加電圧初回制御部(8)とを備えることを特徴とする。
この発明において、第1の湿度計測部は、混合部から第1のプラズマ処理部に向かう混合処理対象ガスの絶対湿度を第1の絶対湿度(hF1)として計測し、第2の湿度制御部は、第1のプラズマ処理部を通過した混合処理対象ガス(処理済みガス)の絶対湿度を第2の絶対湿度(hR1)として計測する。混合比制御部は、第1の絶対湿度(hF1)が目標値(hsp)となるように、第1のガス(水処理部によって加湿された処理対象ガス)と第2のガス(水処理部によって加湿される前の処理対象ガスあるいは処理済みガス)との混合比(M)を制御する。これにより、混合部から第1のプラズマ処理部に向かう混合処理対象ガスの絶対湿度(hF1)が目標値(hsp)とされ、この絶対湿度(hF1)が目標値(hsp)とされた混合処理対象ガスが第1のプラズマ処理部に送り込まれる。
一方、印加電圧制御部は、第1の絶対湿度(hF1)と第2の絶対湿度(hR1)との差(Δh1=hF1−hR1)が所定の湿度差の範囲(ΔhB±α)に入るように、第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧(VMR)を制御する。
例えば、第1の絶対湿度(hF1)と第2の絶対湿度(hR1)との差(Δh1)が大きく、所定の湿度差の範囲を外れている場合(Δh1>ΔhB+α)、第1のプラズマ処理部における混合処理対象ガスに対するガス処理能力を抑制するように、第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧(VMR)を制御する。ガス処理能力が抑制されると、第1のプラズマ処理部での水分の消費量が減り、第2の絶対湿度(hR1)が高くなり、第1の絶対湿度(hF1)と第2の絶対湿度(hR1)との差(Δh1)が小さくなって、第1の絶対湿度(hF1)と第2の絶対湿度(hR1)との差(Δh1)が所定の湿度差の範囲(ΔhB±α)に入るようになる。
例えば、第1の絶対湿度(hF1)と第2の絶対湿度(hR1)との差(Δh1)が小さく、所定の湿度差範囲を外れている場合(Δh1<ΔhB−α)、第1のプラズマ処理部における混合処理対象ガスに対するガス処理能力を高めるように、第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧(VMR)を制御する。ガス処理能力が高められると、第1のプラズマ処理部での水分の消費量が増え、第2の絶対湿度(hR1)が低くなり、第1の絶対湿度(hF1)と第2の絶対湿度(hR1)との差(Δh1)が大きくなって、第1の絶対湿度(hF1)と第2の絶対湿度(hR1)との差(Δh1)が所定の湿度差の範囲(ΔhB±α)に入るようになる。
このようにして、本発明では、第1の絶対湿度(hF1)が目標値(hsp)となるように第1のガスと第2のガスとの混合比(M)が制御され、第1の絶対湿度(hF1)と第2の絶対湿度(hR1)との差(Δh1)が所定の湿度差の範囲(ΔhB±α)に入るように第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧(VMR)が制御される。これにより、第1のハニカム構造体内の湿度環境が一定に保たれ、ガス処理能力の安定化が図られるものとなる。また、プラズマ処理後の空気の湿度が高くなって室内にいる人に不快な思いを感じさせてしまうというような問題も生じないものとなる。
また、本発明において、ガス処理負荷検出部は、混合部から第1のプラズマ処理部に向かう混合処理対象ガス中の処理すべきガス処理負荷を検出する。混合比印加電圧初回制御部は、混合比制御部による混合比の制御および印加電圧制御部によるプラズマ処理部の電極間に印加される電圧の制御が開始される前に、ガス処理負荷検出部によって検出されたガス処理負荷に対応したガス処理能力を第1のプラズマ処理部が発揮するように、第1のガスと第2のガスとの混合比およびプラズマ処理部の電極間に印加される電圧を制御する。これにより、ガス処理能力の安定化を図る前に処理すべきガス処理負荷を求め、第1のプラズマ処理部のガス処理能力をその求めたガス処理負荷に対応する適切なガス処理能力に速やかに合わせ込むことが可能となる。
なお、本発明において、ガス処理負荷検出部は、例えば、混合部から第1のプラズマ処理部に向かう混合処理対象ガスが通過する多数の貫通孔を有する第2のハニカム構造体、および混合処理対象ガスが通過する方向に対して第2のハニカム構造体の上流側と下流側にそれぞれ配置された電極を有し、この電極間に印加される電圧によって第2のハニカム構造体の貫通孔にプラズマを発生させるように構成された第2のプラズマ処理部(4)と、混合部から第2のプラズマ処理部に向かう混合処理対象ガスの絶対湿度を第3の絶対湿度として計測するように構成された第3の湿度計測部(S3)と、第2のプラズマ処理部を通過した混合処理対象ガスの絶対湿度を第4の絶対湿度として計測するように構成された第4の湿度計測部(S4)と、第3の絶対湿度と第4の絶対湿度との湿度差に基づいて混合部から第1のプラズマ処理部に向かう混合処理対象ガス中のガス処理負荷を求めるように構成されたガス処理負荷演算部(7)とから構成することが可能である。
この場合、第1の湿度計測部(S1)は、第4の湿度計測部(S4)を兼ねるようにするとよい。このようにすると、第4の湿度計測部を省略することが可能となり、構成の簡略化が図られる。また、ガス処理負荷演算部でガス処理負荷を求めた後、第2のプラズマ処理部の電極間への電圧の印加を停止するようにするとよい。このようにすると、第1のプラズマ処理部に向かう混合処理対象ガス中のガス処理負荷を求める間だけ、第2のプラズマ処理部の電極間に電圧が印加されるものとなり、省エネルギーとなる。
また、本発明において、ガス処理負荷検出部(13)は、さらに、混合処理対象ガス中のガス処理負荷が検出可能範囲を超えていた場合、その旨を混合比印加電圧初回制御部に通知するように構成され、混合比印加電圧初回制御部(8)は、さらに、ガス処理負荷検出部からガス処理負荷が検出可能範囲を超えている旨の通知を受けた場合、第1のプラズマ処理部のガス処理能力が実用最大処理能力となるように、第1のガスと第2のガスとの混合比および第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧を制御するように構成されていてもよい。このようにすることで、ガス処理開始時点でガス処理負荷検出部の検出可能範囲を超えるような高いガス処理負荷の処理対象ガス(高濃度の処理対象ガス)が供給されたとしても、第1のプラズマ処理部が直ちに実用最大処理能力を発揮し、高濃度の処理対象ガスを遅滞なく処理することができるようになる。
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。
以上説明したことにより、本発明によれば、第1の絶対湿度が目標値となるように混合部における第1のガスと第2のガスとの混合比を制御し、第1の絶対湿度と第2の絶対湿度との差が所定の湿度差の範囲に入るように第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧を制御するようにしたので、第1のハニカム構造体内の湿度環境を一定に保ち、ガス処理能力の安定化を図ることが可能となる。また、プラズマ処理後の空気の湿度が高くなって室内にいる人に不快な思いを感じさせてしまうというような問題も生じないものとなる。
また、本発明によれば、混合比制御部による混合比の制御および印加電圧制御部による電圧の制御が開始される前に、ガス処理負荷検出部によって検出されたガス処理負荷に対応したガス処理能力を第1のプラズマ処理部が発揮するように、第1のガスと第2のガスとの混合比およびプラズマ処理部の電極間に印加される電圧を制御するようにしたので、ガス処理能力の安定化を図る前に処理すべきガス処理負荷を求め、第1のプラズマ処理部のガス処理能力をその求めたガス処理負荷に対応する適切なガス処理能力に速やかに合わせ込むことが可能となる。
図1は、本発明の実施の形態に係るガス処理装置の要部を示す図である。 図2は、このガス処理装置におけるスクラバーユニットの構成を示す概略図である。 図3は、このガス処理装置における第1のプラズマ処理部の構成を示す概略図である。 図4は、このガス処理装置における制御装置のハードウェア構成の概略を示す図である。 図5は、制御装置のCPUが実行する処理動作(ガス処理負荷演算部が行う処理動作)を説明するためのフローチャートである。 図6は、制御装置のCPUが実行する処理動作(混合比印加電圧初回制御部が行う処理動作)を説明するためのフローチャートである。 図7は、制御装置のCPUが実行する処理動作(ミキシング制御部が行う処理動作)を説明するためのフローチャートである。 図8は、制御装置のCPUが実行する処理動作(印加電圧制御部が行う処理動作)を説明するためのフローチャートである。 図9は、制御装置のCPUが実行する処理動作(混合比印加電圧変更部が行う処理動作)を説明するためのフローチャートである。 図10は、湿度差Δh2とガス処理負荷Lとの関係を定めたテーブルTB1を例示する図である。 図11は、混合比Mと印加電圧VSRとの関係を示す図である。 図12は、ガス処理負荷Lと印加電圧VMRとの関係を定めたテーブルTB2を例示する図である。 図13は、混合比Mと印加電圧VMRとの関係を示す図である。 図14は、第1のプラズマ処理部(メインのリアクタ)のガス処理能力が第2のプラズマ処理部(センサ用のリアクタ)によって検出されたガス処理負荷Lpに対応する適切なガス処理能力のポイントZ(Mp,Vp)に合わせ込まれた状態を示す図である。 図15は、第1のプラズマ処理部のガス処理能力が実用最大処理能力のポイントZ(Mmax,VMRmax)とされた状態を示す図である。 図16Aは、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が大きく、基準湿度差範囲ΔhB±αを外れている状態(Δh1>ΔhB+α)を示す図である。 図16Bは、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が基準湿度差範囲ΔhB±αに入った状態を示す図である。 図17Aは、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が小さく、基準湿度差範囲ΔhB±αを外れている状態(Δh1<ΔhB−α)を示す図である。 図17Bは、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が基準湿度差範囲ΔhB±αに入った状態を示す図である。 図18は、第1のプラズマ処理部のガス処理能力がより適切なガス処理能力のポイントZ(MS,VMRS)に合わせ込まれた状態を示す図である。 図19は、第1のプラズマ処理部のガス処理能力が実用最大処理能力(Mmax,VMRmax)とされた状態からより適切なガス処理能力のポイントZ(MS,VMRS)に合わせ込まれた状態を示す図である。 図20は、第1のプラズマ処理部の現在の処理能力を維持させながら、現在の動作ポイントZ(MS,VMRS)を指定された実用上限混合比Mmaxと変更後の印加電圧VMRx(実用下限電圧VMRminの方向への変更値)とで規定されるポイントZA(Mmax,VMRx)に移行させた状態を示す図である。 図21は、第1のプラズマ処理部の現在の処理能力を維持させながら、現在の動作ポイントZ(MS,VMRS)を指定された実用下限混合比Mminと変更後の印加電圧VMRx(実用上限電圧VMRmaxの方向への変更値)とで規定される動作ポイントZB(Mmin,VMRx)に移行させた状態を示す図である。 図22は、第1のプラズマ処理部の現在の処理能力を維持させながら、現在の動作ポイントZ(MS,VMRS)を指定された実用下限電圧VMRminと変更後の混合比VMRx(実用上限混合比Mmaxの方向への変更値)とで規定されるポイントZC(Mx,VMRmin)に移行させた状態を示す図である。 図23は、第1のプラズマ処理部の現在の処理能力を維持させながら、現在の動作ポイントZ(MS,VMRS)を指定された実用上限電圧VMRmaxと混合比Mx(実用下限混合比Mminの方向への変更値)とで規定されるポイントZD(Mx,VMRmax)に移行させた状態を示す図である。 図24は、ガス処理負荷演算部の要部の機能ブロック図である。 図25は、混合比印加電圧初回制御部の要部の機能ブロック図である。 図26は、ミキシング制御部の要部の機能ブロック図である。 図27は、印加電圧制御部の要部の機能ブロック図である。 図28は、混合比印加電圧変更部の要部の機能ブロック図である。 図29は、スクラバーユニットによって加湿される前の処理対象ガスを第2のガスとしてミキシング部に供給するようにした例を示す図である。 図30は、第1のプラズマ処理部の上流側の湿度センサを第2のプラズマ処理部の下流側の湿度センサと兼用させるようにした例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の実施の形態に係るガス処理装置100の要部を示す図である。
このガス処理装置100は、通風路Aに配置された、スクラバーユニット(水処理部)1、ミキシング部(混合部)2、第1のプラズマ処理部3および第2のプラズマ処理部4と、ミキシング部2に供給する処理済みガスEの流量の制御および第1のプラズマ処理部3の電極間に印加される電圧(以下、印加電圧とも呼ぶ。)VMRの制御を行う制御装置5とを備えている。
このガス処理装置100において、通風路AにはダクトA1が接続されている。ダクトA1は、第1のプラズマ処理部3の下流側からミキシング部2に延びるダクトであり、処理済みガスEの一部をミキシング部2に戻す役割を果たす。ダクトA1には、ミキシング部2へ戻す処理済みガスEの流量を調整するための給気弁6が設けられている。
また、このガス処理装置100において、スクラバーユニット1は、通風路Aを流れる処理対象ガスBに加湿を行う。ミキシング部2は、スクラバーユニット1よりも通風路Aの下流側に設けられ、スクラバーユニット1によって加湿された処理対象ガスCを第1のガスG1とし、ダクトA1を介する処理済みガスEを第2のガスG2とし、第1のガスG1と第2のガスG2とを混合することによって湿度調整を行う。
第1のプラズマ処理部3は、ミキシング部2よりも通風路Aの下流側にメインのリアクタとして設けられ、ミキシング部2において湿度調整が行われた処理対象ガスを混合処理対象ガスDとして入力し、この入力される混合処理対象ガスDを浄化して処理済みガスEとする。以下、第1のプラズマ処理部3をメインのリアクタMRと呼び変える。
第2のプラズマ処理部4は、ミキシング部2とメインのリアクタMRとの間の通風路A内にセンサ用のリアクタとして設けられ、ミキシング部2からメインのリアクタMRに向かう混合処理対象ガスD中の処理すべきガス処理負荷を検出するためのセンサの役割を果たす。以下、第2のプラズマ処理部4をセンサ用のリアクタSRと呼び変える。
また、このガス処理装置100において、メインのリアクタMRとセンサ用のリアクタSRとの間の通風路Aには、ミキシング部2からメインのリアクタMRに向かう混合処理対象ガスDの絶対湿度を第1の絶対湿度hF1として計測する湿度センサS1が設けられている。また、メインのリアクタMRの下流側の通風路Aには、メインのリアクタMRを通過した処理済みガスEの絶対湿度を第2の絶対湿度hR1として計測する湿度センサS2が設けられている。
また、ミキシング部2とセンサ用のリアクタSRとの間の通風路Aには、ミキシング部2からセンサ用のリアクタSRに向かう混合処理対象ガスDの絶対湿度を第3の絶対湿度hF2として計測する湿度センサS3が設けられている。また、センサ用のリアクタSRとメインのリアクタMRとの間の通風路Aには、センサ用のリアクタSRを通過した混合処理対象ガスDの絶対湿度を第4の絶対湿度hR2として計測する湿度センサS4が設けられている。
なお、処理対象ガスBに含まれる有毒ガスには、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)、フロン、二酸化炭素(CO2 ,揮発性有機溶剤(VOC)などがある。また、処理対象ガスBに含まれる粉塵には、金属粉、岩石粉などの無機粉塵、綿埃などの有機粉塵があり、本発明では、物の燃焼に伴い発生する煤塵や、自動車などの排気ガスに含まれる粒子状物質なども粉塵に含むものとする。
図2は、このガス処理装置100におけるスクラバーユニット1の構成を示す概略図である。図2に示されるように、スクラバーユニット1の槽111の内部は、仕切板112によって下部が連通した状態の2つの空間113−1,113−2に仕切られている。一方の空間113−1には、槽111の内壁111aと仕切板112とにより充填材114が支持され、充填材114の上方に、充填材114に向けて水を霧状に散布する散布部115が設けられている。
また、散布部115の上方の位置の槽111には、充填材114を通過した相対湿度100%の処理対象ガスCを通風路Aに排気する排気口116が設けられている。また、充填材114が支持されている空間113−1とは他方の空間113−2を形成する槽111には、通風路Aに接続され、処理対象ガスBを吸気する吸気口117が設けられている。また、充填材114は、繊維状に加工されたポリエステル、ポリプロピレンなどの樹脂により構成され、繊維状の樹脂間には空隙が形成されている。
槽111の底部には、水を貯留する水槽118が設けられており、水槽118に対してはこの水槽118の水を散布部115に揚水するポンプ119が設けられている。また、水槽118の底面には、排水ホース120が接続されており、排水ホース120には、排水弁121が設けられている。また、槽111には、給水口122が設けられ、給水口122には給水ホース123が接続されている。
水槽118に貯留される水は循環水として利用され、ポンプ119により揚水され、散布部115により散布されるサイクルを繰り返す。汚れなどにより、循環水を交換する必要が生じた際には、排水弁121を開いて排水ホース120より排水し、給水ホース123が接続された給水口122より新たな水を供給する。
このように構成されたスクラバーユニット1では、吸気口117から槽111内に送り込まれた処理対象ガスBが、充填材114内の空隙を上昇する際に、散布部115より散布される霧状の水と気液接触する。本実施の形態では、処理対象ガスBを水と気液接触させることにより、流入した処理対象ガスBの相対湿度を100%とする。相対湿度100%の処理対象ガスCはスクラバーユニット1の排気口116から排気される。
ミキシング部2は、スクラバーユニット1側から吸気された相対湿度100%の処理対象ガスCを第1のガスG1とし、ダクトA1を介する処理済みガスEを第2のガスG2とし、第1のガスG1と第2のガスG2とを混合することによって、湿度が調整された混合処理対象ガスDを作る。
ミキシング部2において、第2のガスG2として供給される処理済みガスEは、混合処理対象ガスDよりも湿度が低下している。すなわち、メインのリアクタMRで混合処理対象ガスDの水分が消費されることによって、処理済みガスE中の水分濃度は混合処理対象ガスDの水分濃度よりも低下する。ミキシング部2は、この混合処理対象ガスDよりも湿度の低い処理済みガスEと相対湿度100%の処理対象ガスCと混合する。この場合、混合処理対象ガスDの湿度は、第1のガスG1と第2のガスG2との混合比M(M=G1/G2)によって定められる。この混合比Mを制御装置5中のミキシング制御部9が制御する。ミキシング制御部9による混合比Mの制御については後述する。
図3は、このガス処理装置100におけるメインのリアクタMRの構成を示す概略図である。図3に示されるように、メインのリアクタMRは、混合処理対象ガスDが通過するハニカム構造体31と、ハニカム構造体31の上流側に配置される第1の電極32と、ハニカム構造体31の下流側に配置される第2の電極33と、第1の電極32と第2の電極33との間に高電圧を印加する高電圧電源34とを備えている。
ハニカム構造体31は、通風路Aを流れる混合処理対象ガスDを通過させる方向に、蜂の巣状に形成された多数の貫通孔31aを有し、セラミックなどで構成されている。第1の電極32は、導線を介して高電圧電源34のプラス極に接続され、金属製メッシュなどで構成されている。第2の電極33は、導線を介して高電圧電源34のマイナス極に接続され、金属製メッシュなどで構成されている。第1の電極32および第2の電極33のメッシュ形状は、ハニカム構造体31に形成されている貫通孔31aより粗いものとされている。高電圧電源34は、第1の電極32と第2の電極33との間に数kV〜数10kVの高電圧を電圧VMRとして印加する。
このメインのリアクタMRにおいて、第1の電極32と第2の電極33との間に高電圧が印加されると、ハニカム構造体31の貫通孔31aの内部にプラズマが発生する。これにより、プラズマ中に生成されるイオンやラジカルによって、混合処理対象ガスDに含まれる有害ガスが無害な物質に分解される。また、混合処理対象ガスDに含まれる粉塵が、第1の電極32および第2の電極33に帯電付着し、吸着除去される。メインのリアクタMRによって処理されたガスは、処理済みガスEとして通風路Aの下流側に排気される。
センサ用のリアクタSRもメインのリアクタMRと同様の構成とされている。但し、メインのリアクタMRとセンサ用のリアクタSRとはガス処理能力が異なり、この例において、メインのリアクタMRのガス処理能力はセンサ用のリアクタSRのガス処理能力の10倍とされている。言い換えると、センサ用のリアクタSRのガス処理能力は、メインのリアクタMRのガス処理能力の1/10とされている。
このガス処理装置100において、制御装置5は、ガス処理負荷演算部7と、混合比印加電圧初回制御部8と、ミキシング制御部9と、印加電圧制御部10と、混合比印加電圧変更部11とを備えている。また、制御装置5に対しては、混合比印加電圧変更値指定部12が設けられている。図4に制御装置5のハードウェア構成の概略を示す。
制御装置5は、中央演算処理装置(CPU)5−1と、ランダムアクセスメモリ(RAM)5−2と、読み出し専用メモリ(ROM)5−3と、インタフェース5−4,5−5と、これらを接続する母線5−6とを備えている。また、この制御装置5には、本実施の形態特有のプログラムとして、混合比印加電圧制御プログラムがインストールされている。
CPU5−1は、インタフェース5−4を介して入力される情報を処理することで、RAM5−2やROM5−3にアクセスしながら、制御装置5にインストールされている混合比印加電圧制御プログラムに従って動作する。
この制御装置5において、ガス処理負荷演算部7、混合比印加電圧初回制御部8、ミキシング制御部9、印加電圧制御部10および混合比印加電圧変更部11は、CPU5−1の処理機能として実現される。また、この制御装置5におけるガス処理負荷演算部7と、通風路Aに設けられたセンサ用のリアクタSRおよび湿度センサS3,S4とで、ガス処理負荷検出部13が構成されている。
以下、この混合比印加電圧制御プログラムに従うCPU5−1の処理動作について、図5〜図9に示すフローチャートを参照しながら説明する。
なお、ここでは、ガス処理負荷演算部7が図5に示したフローチャートに従う処理動作を、混合比印加電圧初回制御部8が図6に示したフローチャートに従う処理動作を、ミキシング制御部9が図7に示したフローチャートに従う処理動作を、印加電圧制御部10が図8に示したフローチャートに従う処理動作を、混合比印加電圧変更部11が図9に示したフローチャートに従う処理動作を行うものとして説明する。
〔ガス処理負荷の演算〕
ガス処理負荷演算部7は、ガス処理装置100の起動時、後述するミキシング制御部9による混合比Mの制御および印加電圧制御部10によるメインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRの制御が開始される前に、センサ用のリアクタSRの電極間への電圧VSRの印加を開始する(ステップS101)。
この状態で、ガス処理装置100への処理対象ガスBの供給が開始されると、この処理対象ガスBがスクラバーユニット1によって加湿され、このスクラバーユニット1によって加湿された処理対象ガスCが第1のガスG1としてミキシング部2へ供給される。
この場合、ミキシング制御部9による混合比Mの制御はまだ行われておらず、ミキシング部2における第1のガスG1と第2のガスG2との混合比Mは実用最大混合比Mmaxにあるものとする。ミキシング部2は、この実用最大混合比Mmaxとされた混合処理対象ガスDをセンサ用のリアクタSRへ送る。なお、実用最大混合比Mmaxについては後述する。
センサ用のリアクタSRでは、その電極間に印加されている電圧VSRによってプラズマが発生しており、このプラズマによって処理対象ガスC(G1)が化学反応を起こして分解される。この際、センサ用のリアクタSRでは、処理されたガス成分の量に応じて水分が消費される。
この水分の消費量は、すなわちミキシング部2からメインのリアクタMRに向かう混合処理対象ガスD中の処理すべきガス処理負荷は、センサ用のリアクタSRの上流側の絶対湿度と下流側の絶対湿度との湿度差に相当する。
本実施の形態において、センサ用のリアクタSRの上流側の絶対湿度は、湿度センサS3によって第3の絶対湿度hF2として計測され、センサ用のリアクタSRの下流側の絶対湿度は、湿度センサS4によって第4の絶対湿度hR2として計測される。
ガス処理負荷演算部7は、この湿度センサS3によって計測される第3の絶対湿度hF2および湿度センサS4によって計測される第4の絶対湿度hR2を取り込み(ステップS102)、この取り込んだ第3の絶対湿度hF2と第4の絶対湿度hR2との湿度差Δh2(Δh2=hF2−hR2)を算出する(ステップS103)。
そして、ガス処理負荷演算部7は、予め定められている湿度差Δh2とガス処理負荷Lとの関係を示すテーブルTB1を読み出し(ステップS104)、この読み出したテーブルTB1より算出された湿度差Δh2(Δh2p)に対応するガス処理負荷L(Lp)を求める(ステップS105)。
〔テーブルTB1について〕
図10に、湿度差Δh2とガス処理負荷Lとの関係を定めたテーブルTB1を例示する。このテーブルTB1は、次のようにして作成され、ROM5−3に格納されている。
〔混合比Mと印加電圧VSRとの関係〕
テーブルTB1の説明に入る前に混合比Mと印加電圧VSRとの関係について述べておく。図11に混合比Mと印加電圧VSRとの関係を示す。同図において、縦軸は印加電圧VSR、横軸は混合比Mを示している。
本実施の形態において、混合比MはM=G1/G2として表され、混合比Mが大きくなるほど混合処理対象ガスD中の水分濃度は高くなり、混合比Mが小さくなるほど混合処理対象ガスD中の水分濃度は低くなる。すなわち、混合比Mが大きくなるほど混合処理対象ガスDの湿度が高くなり、混合比Mが小さくなるほど混合処理対象ガスDの湿度が低くなる。
センサ用のリアクタSRのガス処理能力は、印加電圧VSRの大きさと混合比Mとの積で決まる。但し、印加電圧VSRも混合比Mもともに実用可能範囲が定められる。
すなわち、センサ用のリアクタSRで火花放電(異常放電)が生ずることのない印加電圧VSRの上限値を実用上限電圧(実用最大電圧)VSRmaxとし、センサ用のリアクタSRでプラズマを発生させることが可能な印加電圧VSRの下限値を実用下限電圧(実用最小電圧)VSRminとした場合、印加電圧VSRの実用可能範囲はVSRmin≦VSR≦VSRmaxとして定められる。
また、第3の絶対湿度hF2の許容上限値(室内の快適性を損なわない湿度の限界値)に対応する混合比Mを実用上限混合比(実用最大混合比)Mmaxとし、センサ用のリアクタSRで水分不足により発生したプラズマより混合処理対象ガスDから副生成物が生じることのない第3の絶対湿度hF2の下限値に対応する混合比Mを実用下限混合比(実用最小混合比)Mminとした場合、混合比Mの実用可能範囲はMmin≦M≦Mmaxとして定められる。
したがって、センサ用のリアクタSRの実用上のガス処理能力は、印加電圧VSRを実用下限電圧VSRminとし、混合比Mを実用下限混合比MminとしたポイントXS(Mmin,Vmin)で最小となり、印加電圧VSRを実用上限電圧VSRmaxとし、混合比Mを実用上限混合比MmaxとしたポイントYS(Mmax,Vmax)で最大となる。
〔テーブルTB1の作成〕
(1)予め、第1のガスG1と第2のガスG2との混合比Mを実用最大混合比Mmaxとし、かつセンサ用のリアクタSRに印加する電圧VSRを実用最大電圧VSRmaxとして、濃度の高い処理対象ガスBを流す。
(2)その時の第3の絶対湿度hF2と第4の絶対湿度hR2との湿度差Δh2(Δh2=hF2−hR2)を最大湿度差Δh2maxとして記録する。また、その時の混合比M(実用最大混合比Mmax)と印加電圧VSR(実用最大電圧VSRmax)との積で決まるガス処理能力(=ガス処理負荷)を最大検知負荷LSRmaxとする。この最大検知負荷LSRmaxは図11中のポイントYS(Mmax,VSRmax)にあるときの四角形の面積として表すことができる。
(3)次に、この状態から印加電圧VSRを徐々に下げて行き、各電圧値のもとでの湿度差Δh2を記録し、各湿度差Δh2に対応するガス処理負荷Lが最大検知負荷LSRmaxの何倍になるかを求め記録する。
(4)これにより、湿度差Δh2とガス処理負荷Lとの関係が求められ、この求められた関係をテーブルTB1としてROM5−3に格納する。
なお、上記の(3)の工程において、印加電圧VSRを徐々に下げて行くのではなく、処理対象ガスBの濃度を徐々に薄めて行き、ガス処理負荷Lが徐々に小さくなるように変化させるようにして、湿度差Δh2とガス処理負荷Lとの関係を求めるようにしてもよい。
また、図11において、ポイントYS(Mmax,VSRmax)にあるとき、湿度差Δh2は最大値となり、これよりもガス処理負荷Lが大きくてもセンサ用のリアクタSRのガス処理能力を大きくすることはできない。このため、湿度差Δh2は湿度差Δh2maxで飽和し、それ以上大きくならない。
ガス処理負荷演算部7は、ステップS105において、テーブルTB1よりガス処理負荷Lpを求めるが、ステップS103で求めた湿度差Δh2が最大湿度差Δh2maxであり、この最大湿度差Δh2maxで飽和していた場合、混合処理対象ガスD中のガス処理負荷は検出可能範囲を超えていると判断する(ステップS106のYES)。この場合、ガス処理負荷演算部7は、混合処理対象ガスD中のガス処理負荷が検出可能範囲を超えていることを混合比印加電圧初回制御部8に通知する(ステップS108)。
これに対し、ガス処理負荷演算部7は、混合処理対象ガスD中のガス処理負荷は検出可能範囲を超えていないと判断すると(ステップS106のNO)、すなわち混合処理対象ガスD中のガス処理負荷が検出可能範囲内にあると判断すると、ステップS105で求めたガス処理負荷Lpと合わせてガス処理負荷が検出可能範囲内であることを混合比印加電圧初回制御部8に通知する(ステップS107)。
そして、ガス処理負荷演算部7は、このステップS101〜S108に従う処理動作を行った後、センサ用のリアクタSRの電極間への電圧VSRの印加を停止する(ステップS109)。これにより、メインのリアクタMRに向かう混合処理対象ガスD中のガス処理負荷Lpを求める間だけ、センサ用のリアクタSRの電極間に電圧VSRが印加されるものとなり、省エネルギーとなる。
〔混合比および印加電圧の初回制御〕
混合比印加電圧初回制御部8は、ガス処理負荷演算部7から混合処理対象ガスD中のガス処理負荷が検出可能範囲内にある旨の通知を受けると(図6:ステップS201のYES)、予め定められているガス処理負荷LとメインのリアクタMRの電極間への印加電圧VMRとの関係を示すテーブルTB2を読み出し(ステップS202)、この読み出したテーブルTB2よりガス処理負荷演算部7からのガス処理負荷Lpに対応する印加電圧VMR(Vp)を求める(ステップS203)。
〔テーブルTB2について〕
図12に、ガス処理負荷Lと印加電圧VMRとの関係を定めたテーブルTB2を例示する。このテーブルTB2は、次のようにして作成され、ROM5−3に格納されている。
〔混合比Mと印加電圧VMRとの関係〕
テーブルTB2の説明に入る前に混合比Mと印加電圧VMRとの関係について述べておく。図13に混合比Mと印加電圧VMRとの関係を示す。同図において、縦軸は印加電圧VMR、横軸は混合比Mを示している。
本実施の形態において、混合比MはM=G1/G2として表され、混合比Mが大きくなるほど混合処理対象ガスD中の水分濃度は高くなり、混合比Mが小さくなるほど混合処理対象ガスD中の水分濃度は低くなる。すなわち、混合比Mが大きくなるほど混合処理対象ガスDの湿度が高くなり、混合比Mが小さくなるほど混合処理対象ガスDの湿度が低くなる。
メインのリアクタMRのガス処理能力は、印加電圧VMRの大きさと混合比Mとの積で決まる。但し、印加電圧VMRも混合比Mもともに制御可能な範囲が定められる。
すなわち、メインのリアクタMRで火花放電(異常放電)が生ずることのない印加電圧VMRの上限値を実用上限電圧VMRmaxとし、メインのリアクタMRでプラズマを発生させることが可能な印加電圧の下限値を実用下限電圧VMRminとした場合、印加電圧VMRの制御可能な範囲はVMRmin≦VMR≦VMRmaxとして定められる。
また、第1の絶対湿度hF1の許容上限値(室内の快適性を損なわない湿度の限界値)に対応する混合比Mを実用上限混合比Mmaxとし、メインのリアクタMRで水分不足により発生したプラズマより混合処理対象ガスDから副生成物が生じることのない第1の絶対湿度hF1の下限値に対応する混合比Mを実用下限混合比Mminとした場合、混合比Mの制御可能な範囲はMmin≦M≦Mmaxとして定められる。
したがって、メインのリアクタMRの実用上のガス処理能力は、印加電圧VMRを実用下限電圧VMRminとし、混合比Mを実用下限混合比MminとしたポイントXM(Mmin,VMRmin)で最小となり、印加電圧VMRを実用上限電圧VMRmaxとし、混合比Mを実用上限混合比MmaxとしたポイントYM(Mmax,VMRmax)で最大となる。
〔テーブルTB2の作成〕
(1)予め、第1のガスG1と第2のガスG2との混合比Mを実用最大混合比Mmaxとし、かつメインのリアクタMRに印加する電圧VMRを実用最大電圧VMRmaxとした時に、濃度の高い処理対象ガスBを流す。
(2)その時の第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との湿度差Δh1(Δh1=hF1−hR1)を最大湿度差Δh1maxとして記録する。また、その時の混合比M(実用最大混合比Mmax)と印加電圧VMR(実用最大電圧VMRmax)との積で決まるガス処理能力(=ガス処理負荷)を最大検知負荷LMRmaxとする。この最大検知負荷LMRmaxは図13に示すポイントYM(Mmax,VMRmax)にあるときの四角形の面積として表すことができる。
(3)次に、この状態から印加電圧VMRを徐々に下げて行き、各電圧値のもとでの湿度差Δh1を記録し、各湿度差Δh1に対応するガス処理負荷Lが最大検知負荷LMRmaxの何倍になるかを求め記録する。
(4)これにより、ガス処理負荷L、湿度差Δh2、印加電圧VMRの3者の関係が求められ、この3者の関係からガス処理負荷Lと印加電圧VMRとの関係が求められ、この求められた関係をテーブルTB2としてROM5−3に格納する。
混合比印加電圧初回制御部8は、ステップS203でガス処理負荷演算部7から通知されたガス処理負荷Lpに対応する印加電圧Vpを求めると、この求めた印加電圧VpをメインのリアクタMRの電極間に加えたときにそのガス処理能力がガス処理負荷Lpに対応する能力となる混合比Mpを求める(ステップS204)。
そして、混合比印加電圧初回制御部8は、ミキシング部2における混合比MをステップS204で求めた混合比Mpとするように、給気弁6の開度θを調整する(ステップS205)。また、混合比印加電圧初回制御部8は、メインのリアクタMRの電極間の電圧VMRをステップS203で求めた印加電圧Vpとする(ステップS206)。
これにより、ミキシング制御部9および印加電圧制御部10が後述する制御動作を開始する前に、メインのリアクタMRのガス処理能力がガス処理負荷演算部7で求められたガス処理負荷Lpに対応したガス処理能力(Mp,Vp)とされる。
すなわち、本実施の形態では、メインのリアクタMRでのガス処理能力の安定化を図る前に、ガス処理負荷検出部13によって処理すべきガス処理負荷Lpが検出され、メインのリアクタMRのガス処理能力がその検出されたガス処理負荷Lpに対応する適切なガス処理能力に速やかに合わせ込まれるものとなる。
図14に、メインのリアクタMRのガス処理能力がガス処理負荷Lpに対応する適切なガス処理能力のポイントZ(Mp,Vp)に合わせ込まれた状態を示す。以下では、このポイントZを動作ポイントとも呼ぶ。
なお、混合比印加電圧初回制御部8は、ガス処理負荷演算部7から混合処理対象ガスD中のガス処理負荷が検出可能範囲を超えている旨の通知を受けると(ステップS201のNO)、ミキシング部2における混合比Mを実用上限混合比Mmaxとするように給気弁6の開度θを調整する(ステップS107)。また、メインのリアクタMRの電極間の電圧VMRを実用上限電圧VMRmaxとする(ステップS208)。
これにより、ミキシング制御部9および印加電圧制御部10が後述する制御動作を開始する前に、メインのリアクタMRのガス処理能力が実用最大処理能力(Mmax,VMRmax)とされ、メインのリアクタMRが実用可能範囲で最大限のガス処理能力を発揮するものとなる。すなわち、ガス処理開始時点でセンサ用のリアクタSRの最大検知負荷LSRmaxを超えるような高いガス処理負荷の処理対象ガス(高濃度の処理対象ガス)が供給されたとしても、メインのリアクタMRが直ちに実用最大処理能力を発揮するので、高濃度の処理対象ガスを遅滞なく処理することができるようになる。図15に、メインのリアクタMRのガス処理能が実用最大処理能力のポイントZ(Mmax,VMRmax)とされた状態を示す。
〔混合比の制御〕
ミキシング制御部9は、ガス処理負荷演算部7からのガス処理負荷Lpの演算が終了した旨の知らせを受けると(図7:ステップS301のYES)、湿度センサS1が計測する第1の絶対湿度hF1を取り込み(ステップS202)、また予め設定されている目標値hspを読み出し(ステップS203)、この取り込んだ第1の絶対湿度hF1と読み出した目標値hspとを比較する(ステップS304)。
ここで、第1の絶対湿度hF1が目標値hspと一致していなければ(ステップS304のNO)、ミキシング制御部9は、第1の絶対湿度hF1と目標値hspとが一致するように給気弁6の開度θを調整する(ステップS305)。
すなわち、ミキシング制御部9は、ミキシング部2に供給する処理済みガスEの流量を調整することによって、第1の絶対湿度hF1と目標値hspとが一致するように、ミキシング部2における第1のガスG1と第2のガスG2との混合比Mを調整(制御)する。
この実施の形態では、目標値hspの設定によって、混合処理対象ガスDの相対湿度が約90%となるように、第1のガスG1と第2のガスG2との混合比Mを調整する。これにより、相対湿度が約90%とされた混合処理対象ガスDがメインのリアクタMRに送りこまれる。
ここで、混合処理対象ガスDの相対湿度として設定する約90%とは、プラズマ放電の発生に十分な水分量、且つ火花放電のような異常放電の発生を抑制する水分量である。なお、この例では、混合処理対象ガスDの相対湿度を約90%とするが、これはあくまでも一例に過ぎない。プラズマ放電の発生に十分な水分量、且つ火花放電のような異常放電を発生を抑制する水分量であれば、混合処理対象ガスDの相対湿度の設定値すなわち第1の絶対湿度hF1に対して定める目標値hspは、適宜変更可能である。
〔印加電圧の制御〕
印加電圧制御部10は、混合比印加電圧初回制御部8によってメインのリアクタMRのガス処理能力がガス処理負荷Lpに対応する能力(あるいは実用最大処理能力)とされると(図8:ステップS401のYES)、湿度センサS1が計測する第1の絶対湿度hF1と湿度センサS2が計測する第2の絶対湿度hR1を取り込み(ステップS402)、この取り込んだ第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1(Δh1=hF1−hR1)を算出する(ステップS403)。
そして、印加電圧制御部10は、所定の湿度差の範囲として予め設定されている基準湿度差範囲ΔhB±αを読み出し(ステップS404)、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1がこの基準湿度差範囲ΔhB±αに入るように、メインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRを調整(制御)する(ステップS405〜S408)。
すなわち、図16Aに示すように、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が大きく、基準湿度差範囲ΔhB±αを外れている場合(Δh1>ΔhB+α、ステップS405のYES)、印加電圧制御部10は、メインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRを下げる(ステップS406)。
これにより、メインのリアクタMRにおける混合処理対象ガスDに対するガス処理能力が抑制され、メインのリアクタMRでの水分の消費量が減り、第2の絶対湿度hR1が高くなり、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が小さくなって、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が基準湿度差範囲ΔhB±αに入るものとなる(図16B参照)。
また、図17Aに示すように、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が小さく、基準湿度差範囲ΔhB±αを外れている場合(Δh1<ΔhB−α、ステップS407のYES)、印加電圧制御部10は、メインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRを上げる(ステップS408)。
これにより、メインのリアクタMRにおける混合処理対象ガスDに対するガス処理能力が高まり、メインのリアクタMRでの水分の消費量が増え、第2の絶対湿度hR1が低くなり、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が大きくなって、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が基準湿度差範囲ΔhB±αに入るものとなる(図17B参照)。
このようにして、本実施の形態では、第1の絶対湿度hF1が目標値hspとるように第1のガスG1と第2のガスG2との混合比Mが調整(制御)され、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が基準湿度差範囲ΔhB±αに入るようにメインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRが調整(制御)されるものとなる。
図18に、ミキシング制御部9による混合比Mの制御および印加電圧制御部10による印加電圧VMRの制御により、メインのリアクタMRのガス処理能力がより適切なガス処理能力のポイントZ(MS,VMRS)に合わせ込まれた状態を示す。
これにより、本実施の形態では、ハニカム構造体31内の湿度環境が一定に保たれ、ガス処理能力の安定化が図られるものとなる。また、プラズマ処理後の空気を室内に供給するものとした場合、プラズマ処理後の空気の湿度が高くなって室内にいる人に不快な思いを感じさせるというようなこともなくなる。
なお、混合比印加電圧初回制御部8によってメインのリアクタMRの処理能力が実用最大処理能力(Mmax,VMRmax)とされている場合には、この状態からミキシング制御部9による混合比Mの制御および印加電圧制御部10による印加電圧VMRの制御が実行され、メインのリアクタMRのガス処理能力がより適切なガス処理能力のポイントZ(MS,VMRS)に合わせ込まれるものとなる(図19参照)。
〔混合比および印加電圧の変更〕
〔例1〕
混合比印加電圧変更部11は、メインのリアクタMRのガス処理能力が適切なガス処理能力のポイントZ(MS,VMRS)に合わせ込まれている状態において、混合比印加電圧変更値指定部12より混合比Mの変更値(変更後の値)として例えば実用上限混合比Mmaxが指定されると(図9:ステップS501のYES)、メインのリアクタMRが発揮している現在のガス処理能力を維持することのできる印加電圧VMRxを印加電圧VMRの変更値(変更後の値)として求める(ステップS502)。
この場合、混合比印加電圧変更部11は、メインのリアクタMRが発揮している現在のガス処理能力を維持することを条件とすることから、実用下限電圧VMRminの方向への変更値として印加電圧VMRxを求める。
そして、混合比印加電圧変更部11は、混合比印加電圧変更値指定部12より混合比Mの変更値として指定された実用上限混合比Mmaxをミキシング制御部9に送り、ミキシング制御部9が制御する混合比Mを実用上限混合比Mmaxに変更する(ステップS503)。また、印加電圧VMRの変更値として求めた印加電圧VMRxを印加電圧制御部10へ送り、メインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRをVMRxに変更する(ステップS503)。
図20に、メインのリアクタMRの現在のガス処理能力を維持させながら、現在の動作ポイントZ(MS,VMRS)を実用上限混合比Mmax(指定された変更値)と印加電圧VMRx(実用下限電圧VMRminの方向への算出された変更値)とで規定される動作ポイントZA(Mmax,VMRx)に移行させた状態を示す。この図からも分かるように、例1では、メインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRが下げられ、ガス処理能力を重視しながら、省エネルギー制御が実現されるものとなる。
〔例2〕
混合比印加電圧変更部11は、メインのリアクタMRのガス処理能力が適切なガス処理能力のポイントZ(MS,VMRS)に合わせ込まれている状態において、混合比印加電圧変更値指定部12より混合比Mの変更値(変更後の値)として例えば実用下限混合比Mminが指定されると(図9:ステップSS501のYES)、メインのリアクタMRが発揮している現在のガス処理能力を維持することのできる印加電圧VMRxを印加電圧VMRの変更値(変更後の値)として求める(ステップS502)。
この場合、混合比印加電圧変更部11は、メインのリアクタMRが発揮している現在のガス処理能力を維持することを条件とすることから、実用上限電圧VMRmaxの方向への変更値として印加電圧VMRxを求める。
そして、混合比印加電圧変更部11は、混合比印加電圧変更値指定部12より混合比Mの変更値として指定された実用下限混合比Mminをミキシング制御部9に送り、ミキシング制御部9が制御する混合比Mを実用下限混合比Mminに変更する(ステップS503)。また、印加電圧VMRの変更値として求めた印加電圧VMRxを印加電圧制御部10へ送り、メインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRをVMRxに変更する(ステップS503)。
図21に、メインのリアクタMRの現在のガス処理能力を維持させながら、現在の動作ポイントZ(MS,VMRS)を実用下限混合比Mmin(指定された変更値)と印加電圧VMRx(実用上限電圧VMRmaxの方向への算出された変更値)とで規定される動作ポイントZB(Mmin,VMRx)に移行させた状態を示す。この図からも分かるように、例2では、ミキシング制御部9が制御する混合比Mが下げられ(混合処理対象ガスDの湿度が下げられ)、ガス処理能力を重視しながら、湿度低下制御が実現されるものとなる。
〔例3〕
混合比印加電圧変更部11は、メインのリアクタMRのガス処理能力が適切なガス処理能力のポイントZ(MS,VMRS)に合わせ込まれている状態において、混合比印加電圧変更値指定部12より印加電圧VMRの変更値(変更後の値)として例えば実用下限電圧VMRminが指定されると(図9:ステップS504のYES)、メインのリアクタMRが発揮している現在のガス処理能力を維持することのできる混合比Mxを混合比Mの変更値(変更後の値)として求める(ステップS505)。
この場合、混合比印加電圧変更部11は、メインのリアクタMRが発揮している現在のガス処理能力を維持することを条件とすることから、実用上限混合比Mmaxの方向への変更値として混合比Mxを求める。
そして、混合比印加電圧変更部11は、混合比印加電圧変更値指定部12より印加電圧VMRの変更値として指定された実用下限電圧VMRminを印加電圧制御部10へ送り、メインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRを実用下限電圧VMRminに変更する(ステップS506)。また、混合比Mの変更値として求めた混合比Mxをミキシング制御部9に送り、ミキシング制御部9が制御する混合比MをMxに変更する(ステップS506)。
図22に、メインのリアクタMRの現在のガス処理能力を維持させながら、現在の動作ポイントZ(MS,VMRS)を実用下限電圧VMRmin(指定された変更値)と混合比Mx(実用上限混合比Mmaxの方向への算出された変更値)とで規定される動作ポイントZC(Mx,VMRmin)に移行させた状態を示す。この図からも分かるように、例3では、メインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRが下げられ、ガス処理能力を重視しながら、省エネルギー制御が実現されるものとなる。
〔例4〕
混合比印加電圧変更部11は、メインのリアクタMRのガス処理能力が適切なガス処理能力のポイントZ(MS,VMRS)に合わせ込まれている状態において、混合比印加電圧変更値指定部12より印加電圧VMRの変更値(変更後の値)として例えば実用上限電圧VMRmaxが指定されると(図9:ステップS504のYES)、メインのリアクタMRが発揮している現在のガス処理能力を維持することのできる混合比Mxを混合比Mの変更値(変更後の値)として求める(ステップS505)。
この場合、混合比印加電圧変更部11は、メインのリアクタMRが発揮している現在のガス処理能力を維持することを条件とすることから、実用下限混合比Mminの方向への変更値として混合比Mxを求める。
そして、混合比印加電圧変更部11は、混合比印加電圧変更値指定部12より印加電圧VMRの変更値として指定された実用上限電圧VMRmaxを印加電圧制御部10へ送り、メインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRを実用上限電圧VMRmaxに変更する(ステップS506)。また、混合比Mの変更値として求めた混合比Mxをミキシング制御部9に送り、ミキシング制御部9が制御する混合比MをMxに変更する(ステップS506)。
図23に、メインのリアクタMRの現在のガス処理能力を維持させながら、現在の動作ポイントZ(MS,VMRS)を実用上限電圧VMRmax(指定された変更値)と混合比Mx(実用下限混合比Mminの方向への算出された変更値)とで規定される動作ポイントZD(Mx,VMRmax)に移行させた状態を示す。この図からも分かるように、例4では、ミキシング制御部9が制御する混合比Mが下げられ(混合処理対象ガスDの湿度が下げられ)、ガス処理能力を重視しながら、湿度低下制御が実現されるものとなる。
なお、上述した例1,2では、混合比印加電圧変更値指定部12より実用上限混合比Mmax,実用下限混合比Mminを混合比Mの変更値として指定した場合について説明したが、また、上述した例3,4では、混合比印加電圧変更値指定部12より実用下限電圧VMRmin,実用上限電圧VMRmaxを印加電圧VMRの変更値として指定した場合について説明したが、混合比印加電圧変更値指定部12より指定する混合比Mの変更値や印加電圧VMRの変更値はこれらに限られるものではない。例えば、ダイアルなどの操作により、実用上限混合比Mmaxから実用下限混合比Mminまでの範囲の任意の値として混合比Mの変更値を指定してもよく、実用下限電圧VMRminから実用上限電圧VMRmaxまでの範囲の任意の値として印加電圧VMRの変更値を指定するものとしてもよい。
図24に、ガス処理負荷演算部7の要部の機能ブロック図を示す。ガス処理負荷演算部7は、第3の絶対湿度取込部7−1と、第4の絶対湿度取込部7−2と、湿度差算出部7−3と、ガス処理負荷演算部7−4とを備えている。
このガス処理負荷演算部7において、第3の絶対湿度取込部7−1は、湿度センサS3が計測する第3の絶対湿度hF2を取り込み、第4の絶対湿度取込部7−2は、湿度センサS4が計測する第4の絶対湿度hR2を取り込む。
湿度差算出部7−3は、湿度センサS3によって計測された第3の絶対湿度hF2と湿度センサS4によって計測された第4の絶対湿度hR2との湿度差Δh2(Δh2=hF2−hR2)を算出し、その算出した湿度差Δh2をΔh2pとしてガス処理負荷演算部7−5へ送る。
ガス処理負荷演算部7−4は、湿度差算出部7−3より湿度差Δh2pが送られてくると、ROM5−3に格納されているテーブルTB1を読み出し、この読み出したテーブルTB1より湿度差Δh2pに対応するガス処理負荷Lpを求め、この求めたガス処理負荷Lpを混合比印加電圧初回制御部8に通知する。
図25に、混合比印加電圧初回制御部8の要部の機能ブロック図を示す。混合比印加電圧初回制御部8は、印加電圧算出部8−1と、混合比算出部8−2とを備えている。
この混合比印加電圧初回制御部8において、印加電圧算出部8−1は、ガス処理負荷演算部7よりガス処理負荷Lpが送られてくると、ROM5−3に格納されているテーブルTB2を読み出し、この読み出したテーブルTB2よりガス処理負荷Lpに対応する印加電圧Vpを求め、メインのリアクタMRの電極間の電圧VMRをVpとする。
混合比算出部8−2は、ガス処理負荷演算部7からのガス処理負荷Lpと印加電圧算出部8−1で算出された印加電圧Vpとから、印加電圧VpをメインのリアクタMRの電極間に加えたときにそのガス処理能力がガス処理負荷Lpに対応する能力となる混合比Mpを求め、ミキシング部2における混合比MをMpとする。
図26に、ミキシング制御部9の要部の機能ブロック図を示す。ミキシング制御部9は、第1の絶対湿度取込部9−1と、目標値記憶部9−2と、湿度比較部9−3と、開度調整部(混合比調整部)9−4とを備えている。
このミキシング制御部9において、第1の絶対湿度取込部9−1は、湿度センサS1が計測する第1の絶対湿度hF1を取り込む。目標値記憶部9−2には、予め設定される目標値hspが記憶されている。湿度比較部9−3は、第1の絶対湿度取込部9−1が取り込んだ第1の絶対湿度hF1と目標値記憶部9−2に記憶されている目標値hspとを比較する。開度調整部(混合比調整部)9−4は、湿度比較部9−3からの比較結果に基づいて、第1の絶対湿度hF1と目標値hspとが一致するように、給気弁6の開度θ(ミキシング部2における混合比M)を調整する。
図27に、印加電圧制御部10の要部の機能ブロック図を示す。印加電圧制御部10は、第1の絶対湿度取込部10−1と、第2の絶対湿度取込部10−2と、湿度差算出部10−3と、基準湿度差範囲記憶部10−4と、印加電圧調整部10−5とを備えている。
この印加電圧制御部10において、第1の絶対湿度取込部10−1は、湿度センサS1が計測する第1の絶対湿度hF1を取り込み、第2の絶対湿度取込部10−2は、湿度センサS2が計測する第2の絶対湿度hR1を取り込む。湿度差算出部10−3は、湿度センサS1によって計測された第1の絶対湿度hF1と湿度センサS2によって計測された第2の絶対湿度hR1との差Δh1(Δh1=hF1−hR1)を算出する。基準湿度差範囲記憶部10−4には、予め設定されている基準湿度差範囲ΔhB±αが記憶されている。
印加電圧調整部10−5は、湿度差算出部10−3によって算出された湿度の差Δh1が基準湿度差範囲ΔhB±α内にあるか否かを確認し、算出された湿度の差Δh1が基準湿度差範囲ΔhB+αよりも大きい場合にはメインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRを下げるように、算出された湿度の差Δh1が基準湿度差範囲ΔhB−αよりも小さい場合にはメインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRを上げるように、メインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRを調整する。
図28に、混合比印加電圧変更部11の要部の機能ブロック図を示す。混合比印加電圧変更部11は、指定変更値取得部11−1と、印加電圧変更値算出部11−2と、混合比変更値算出部11−3と、変更値出力部11−4とを備えている。
混合比印加電圧変更部11において、指定変更値取得部11−1は、混合比印加電圧変更値指定部12から指定される変更値を取得する。印加電圧変更値算出部11−2は、指定変更値取得部11−1が取得した変更値が混合比Mの変更値であった場合、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が基準湿度差範囲ΔhB±αにある状況下において、メインのリアクタMRが発揮している現在のガス処理能力を発揮することを条件として、メインのリアクタMRへの印加電圧VMRの変更値VMRxを算出する。
混合比変更値算出部11−3は、指定変更値取得部11−1が取得した変更値が印加電圧VMRの変更値であった場合、第1の絶対湿度hF1と第2の絶対湿度hR1との差Δh1が基準湿度差範囲ΔhB±αにある状況下において、メインのリアクタMRが発揮している現在のガス処理能力を発揮することを条件として、ミキシング制御部9への混合比Mの変更値Mxを算出する。
変更値出力部11−4は、印加電圧変更値算出部11−2で算出された印加電圧VMRの変更値VMRxを印加電圧制御部10へ送り、混合比変更値算出部11−3で算出された混合比Mの変更値Mxをミキシング制御部9へ送る。
なお、上述した実施の形態では、印加電圧制御部10によってメインのリアクタMRの電極間に印加される電圧VMRの値(レベル)を調整(制御)するようにしたが、メインのリアクタMRの電極間に周期的に電圧VMRを印加するものとし、この印加される電圧VMRのデューティ比(1周期内のオン時間とオフ時間との割合)を調整(制御)するなどしてもよい。
また、上述した実施の形態では、スクラバーユニット1が処理対象ガスBの相対湿度を100%に調整するものとしたが、スクラバーユニット1が調整する相対湿度は100%に限られるものではない。すなわち、安定した高湿度の処理対象ガスBを得ることができれば、スクラバーユニット1が調整する相対湿度の設定値は適宜設定可能である。
また、上述した実施の形態では、メインのリアクタMRの下流側からミキシング部2に延びるダクトA1を設け、処理済みガスEを第2のガスG2としてミキシング部2に供給するようにしたが、図29に示すように、スクラバーユニット1の上流側からミキシング部2に延びるダクトA2を設け、スクラバーユニット1によって加湿される前の処理対象ガスBを第2のガスG2としてミキシング部2に供給するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態では、混合比印加電圧変更部11を設けることによって、ガス処理能力を重視しながら省エネルギー制御を行ったり、ガス処理能力を重視しながら湿度低下制御を行ったりすることができりようにしたが、混合比印加電圧変更部11を設けないタイプのガス処理装置に本発明を適用してもよい。
また、上述した実施の形態では、センサ用のリアクタSRとメインのリアクタMRとの間の通風路Aに、センサ用のリアクタSRを通過した混合処理対象ガスDの絶対湿度を第4の絶対湿度hR2として計測する湿度センサS4を設けるようにしたが、メインのリアクタMRの上流側に設けた湿度センサS1を湿度センサS4と兼用させるようにしてもよい。この場合、図30に示すように、湿度センサS1が計測する第1の絶対湿度hF1を第4の絶対湿度hRとして、ガス処理負荷演算部7へ送るようにする。
なお、センサ用のリアクタSRが検知可能なガス処理負荷のレンジを拡大するためには、センサ用のリアクタSRのガス処理能力を高くすればよいが、センサ用のリアクタSRが動作するのはガス処理開始時のみであるので、センサ用のリアクタSRのガス処理能力を高いものにするとコストパフォーマンスが落ちる。このため、本実施の形態では、センサ用のリアクタSRのガス処理能力をメインのリアクタMRのガス処理能力の1/10として、コストパフォーマンスを高めるようにしている。
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
本発明のガス処理装置は、燃料電池等に用いられる水素を効率的に生成する目的で、炭化水素類等から水素含有ガスを生成する、いわゆる改質にも適用することができる。
例えばオクタン(ガソリンの平均分子量に比較的近い物質)C818の場合は、本ガス処理装置に供給すると下記(1)式で示される化学反応が促進され、その結果水素ガスを効率よく生成することができる。
818+8H2O+4(O2+4N2)→8CO2+17H2+16N2・・・・(1)
1…スクラバーユニット(水処理部)、2…ミキシング部(混合部)、3(MR)…第1のプラズマ処理部(メインのリアクタ)、4(SR)…第2のプラズマ処理部(センサ用のリアクタ)、5…制御装置、5−1…CPU、5−2…RAM、5−3…ROM、5−4,5−5…インタフェース、6…給気弁、7…ガス処理負荷演算部、8…混合比印加電圧初回制御部、9…ミキシング制御部、10…印加電圧制御部、11…混合比印加電圧変更部、12…混合比印加電圧変更値指定部、A…通風路、A1,A2…ダクト、S1〜S4…湿度センサ、31…ハニカム構造体、32,33…電極、7−1…第3の絶対湿度取込部、7−2…第4の絶対湿度取込部、7−3…湿度差算出部、7−4…ガス処理負荷演算部、8−1…印加電圧算出部、8−2…混合比算出部、9−1…第1の絶対湿度取込部、9−2…目標値記憶部、9−3…湿度比較部、9−4…開度調整部(混合比調整部)、10−1…第1の絶対湿度取込部、10−2…第2の絶対湿度取込部、10−3…湿度差算出部、10−4…基準湿度差範囲記憶部、10−5…印加電圧調整部、11−1…指定変更値取得部、11−2…印加電圧変更値算出部、11−3…混合比変更値算出部、11−4…変更値出力部、100…ガス処理装置。

Claims (5)

  1. 処理対象ガスを浄化し処理済みガスとして出力するように構成されたガス処理装置において、
    通風路に配置され、前記通風路を流れる前記処理対象ガスに加湿を行うように構成された水処理部と、
    前記水処理部よりも前記通風路の下流側に設けられ、前記水処理部によって加湿された処理対象ガスを第1のガスとし、前記水処理部によって加湿される前の処理対象ガスあるいは前記処理済みガスを第2のガスとし、前記第1のガスと前記第2のガスとを混合することによって湿度調整を行うように構成された混合部と、
    前記混合部よりも前記通風路の下流側に設けられ、前記混合部において湿度調整が行われた前記処理対象ガスが混合処理対象ガスとして通過する多数の貫通孔を有する第1のハニカム構造体、および前記混合処理対象ガスが通過する方向に対して前記第1のハニカム構造体の上流側と下流側にそれぞれ配置された電極を有し、この電極間に印加される電圧によって前記第1のハニカム構造体の前記貫通孔にプラズマを発生させるように構成された第1のプラズマ処理部と、
    前記混合部から前記第1のプラズマ処理部に向かう前記混合処理対象ガスの絶対湿度を第1の絶対湿度として計測するように構成された第1の湿度計測部と、
    前記第1のプラズマ処理部を通過した前記混合処理対象ガスを前記処理済みガスとし、この処理済みガスの絶対湿度を第2の絶対湿度として計測するように構成された第2の湿度計測部と、
    前記第1の絶対湿度が目標値となるように前記混合部における前記第1のガスと前記第2のガスとの混合比を制御するように構成された混合比制御部と、
    前記第1の絶対湿度と前記第2の絶対湿度との差が所定の湿度差の範囲に入るように前記第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧を制御するように構成された印加電圧制御部と、
    前記混合部から前記第1のプラズマ処理部に向かう前記混合処理対象ガス中の処理すべきガス処理負荷を検出するガス処理負荷検出部と、
    前記混合比制御部による前記混合比の制御および前記印加電圧制御部による前記第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧の制御が開始される前に、前記ガス処理負荷検出部によって検出された前記ガス処理負荷に対応したガス処理能力を前記第1のプラズマ処理部が発揮するように、前記第1のガスと前記第2のガスとの混合比および前記第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧を制御するように構成された混合比印加電圧初回制御部と
    を備えることを特徴とするガス処理装置。
  2. 請求項1に記載されたガス処理装置において、
    前記ガス処理負荷検出部は、
    前記混合部から前記第1のプラズマ処理部に向かう前記混合処理対象ガスが通過する多数の貫通孔を有する第2のハニカム構造体、および前記混合処理対象ガスが通過する方向に対して前記第2のハニカム構造体の上流側と下流側にそれぞれ配置された電極を有し、この電極間に印加される電圧によって前記第2のハニカム構造体の前記貫通孔にプラズマを発生させるように構成された第2のプラズマ処理部と、
    前記混合部から前記第2のプラズマ処理部に向かう前記混合処理対象ガスの絶対湿度を第3の絶対湿度として計測するように構成された第3の湿度計測部と、
    前記第2のプラズマ処理部を通過した前記混合処理対象ガスの絶対湿度を第4の絶対湿度として計測するように構成された第4の湿度計測部と、
    前記第3の絶対湿度と前記第4の絶対湿度との湿度差に基づいて前記混合部から前記第1のプラズマ処理部に向かう前記混合処理対象ガス中の前記ガス処理負荷を求めるように構成されたガス処理負荷演算部と
    を備えることを特徴とするガス処理装置。
  3. 請求項2に記載されたガス処理装置において、
    前記ガス処理負荷演算部は、
    さらに、前記ガス処理負荷を求めた後、前記第2のプラズマ処理部の電極間への電圧の印加を停止するように構成されている
    ことを特徴とするガス処理装置。
  4. 請求項2又は3に記載されたガス処理装置において、
    前記第1の湿度計測部は、
    前記第4の湿度計測部を兼ねている
    ことを特徴とするガス処理装置。
  5. 請求項1〜4の何れか1項に記載されたガス処理装置において、
    前記ガス処理負荷検出部は、
    さらに、前記混合処理対象ガス中の前記ガス処理負荷が検出可能範囲を超えていた場合、その旨を前記混合比印加電圧初回制御部に通知するように構成され、
    前記混合比印加電圧初回制御部は、
    さらに、前記ガス処理負荷検出部から前記ガス処理負荷が検出可能範囲を超えている旨の通知を受けた場合、前記第1のプラズマ処理部のガス処理能力が実用最大処理能力となるように、前記第1のガスと前記第2のガスとの混合比および前記第1のプラズマ処理部の電極間に印加される電圧を制御するように構成されている
    ことを特徴とするガス処理装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2023031295A (ja) * 2021-08-23 2023-03-08 クロフォードグローバルリミテッド 空気清浄機

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