JP6146447B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device.
従来の排気浄化装置としては、例えば特許文献1に記載されている装置が知られている。特許文献1に記載の排気浄化装置は、パティキュレート(粒子状物質)捕集用のフィルタと、このフィルタの入力側及び出力側の圧力をそれぞれ検出する2つの圧力センサと、2つの圧力センサの圧力信号に応答してフィルタの前後差圧を演算し、その前後差圧に基づいてフィルタにおけるパティキュレートの堆積量を推定し、その推定結果に従ってフィルタの再生を行うかどうかを判別する第1処理部と、フィルタの再生が終了したとき、フィルタの前後差圧からフィルタにおけるアッシュ残留量を推定する第2処理部とを備えている。
As a conventional exhaust purification device, for example, a device described in
従来においては、フィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧(フィルタの差圧)が差圧判定閾値以上となったときに、フィルタにおける粒子状物質の堆積量が堆積限界値に達したと推定して、フィルタの再生を開始している。しかし、フィルタにアッシュが堆積すると、アッシュの堆積量に応じてフィルタの差圧が変化するため、適切なタイミングでフィルタの再生が開始されないことがある。具体的には、フィルタにおけるアッシュの堆積量が増加すると、フィルタの差圧が大きくなるため、粒子状物質の堆積量が堆積限界値に達する前に、フィルタの差圧が差圧判定閾値に達し、フィルタの再生が開始されることがある。 Conventionally, when the differential pressure between the pressure on the upstream side of the filter and the pressure on the downstream side of the filter (the differential pressure of the filter) exceeds the differential pressure determination threshold, the amount of particulate matter deposited on the filter is the deposition limit. Estimating that the value has been reached, starting filter regeneration. However, when ash accumulates on the filter, the filter differential pressure changes in accordance with the amount of ash accumulated, so that regeneration of the filter may not be started at an appropriate timing. Specifically, as the amount of ash deposited on the filter increases, the differential pressure of the filter increases. Therefore, before the amount of particulate matter deposited reaches the deposition limit, the differential pressure of the filter reaches the differential pressure determination threshold. The filter regeneration may be started.
本発明の目的は、適切なタイミングでフィルタの再生を開始することができる排気浄化装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an exhaust purification device capable of starting regeneration of a filter at an appropriate timing.
本発明の一態様は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、フィルタに燃料を供給する燃料供給部と、フィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出部と、差圧検出部により検出された差圧が差圧判定閾値以上となったときに、フィルタに堆積した粒子状物質を燃料により燃焼させるように燃料供給部を制御する再生制御部と、差圧検出部により検出された差圧の変化率を算出する差圧変化率算出部と、差圧変化率算出部により算出された差圧の変化率に基づいて、フィルタにおけるアッシュの堆積量を推定するアッシュ堆積量推定部と、アッシュ堆積量推定部により推定されたアッシュの堆積量に応じて差圧判定閾値を設定する差圧判定閾値設定部とを備え、差圧判定閾値設定部は、アッシュの堆積量が多くなるほど差圧判定閾値を大きくすることを特徴とする。 One aspect of the present invention is an exhaust purification apparatus that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine, a filter that collects particulate matter contained in the exhaust gas, a fuel supply unit that supplies fuel to the filter, and a filter Differential pressure detection unit that detects the differential pressure between the pressure upstream of the filter and the pressure downstream of the filter, and when the differential pressure detected by the differential pressure detection unit exceeds the differential pressure determination threshold, A regeneration control unit that controls the fuel supply unit so that the particulate matter burned by the fuel, a differential pressure change rate calculation unit that calculates a change rate of the differential pressure detected by the differential pressure detection unit, and a differential pressure change rate Based on the rate of change of the differential pressure calculated by the calculation unit, the ash accumulation amount estimation unit that estimates the ash accumulation amount in the filter, and the differential pressure determination according to the ash accumulation amount estimated by the ash accumulation amount estimation unit Set threshold And a differential pressure determination threshold setting unit for, differential pressure determination threshold setting unit may be increased as much as the differential pressure judgment threshold becomes large deposition amount of ash.
このような排気浄化装置においては、フィルタの上流側の圧力とフィルタの下流側の圧力との差圧(以下、フィルタの差圧)が差圧判定閾値以上となったときに、フィルタに堆積した粒子状物質を燃料により燃焼させるように燃料供給部を制御することにより、フィルタの再生を行う。ここで、フィルタの差圧の変化率が算出され、当該差圧の変化率に基づいて、フィルタにおけるアッシュの堆積量が推定され、そのアッシュの堆積量に応じて差圧判定閾値が設定される。このとき、フィルタにおけるアッシュの堆積量が多くなるほど、差圧判定閾値が大きくなる。このため、フィルタの差圧が差圧判定閾値に達した時点では、フィルタにアッシュが堆積していても、所望量の粒子状物質がフィルタに堆積した状態となっている。従って、所望量の粒子状物質がフィルタに堆積する前に、フィルタの再生が開始されることが防止される。これにより、適切なタイミングでフィルタの再生を開始することができる。 In such an exhaust purification device, when the differential pressure between the pressure upstream of the filter and the pressure downstream of the filter (hereinafter referred to as the differential pressure of the filter) becomes equal to or greater than the differential pressure determination threshold, it accumulates on the filter. The filter is regenerated by controlling the fuel supply unit so that the particulate matter is burned by the fuel. Here, the rate of change of the differential pressure of the filter is calculated, the amount of ash accumulated in the filter is estimated based on the rate of change of the differential pressure, and a differential pressure determination threshold is set according to the amount of accumulated ash. . At this time, the differential pressure determination threshold increases as the amount of ash accumulated in the filter increases. For this reason, when the differential pressure of the filter reaches the differential pressure determination threshold, a desired amount of particulate matter is deposited on the filter even if ash is accumulated on the filter. Thus, the regeneration of the filter is prevented from starting before the desired amount of particulate matter is deposited on the filter. Thereby, the regeneration of the filter can be started at an appropriate timing.
差圧変化率算出部は、差圧の変化率の平均値を算出し、アッシュ堆積量推定部は、差圧変化率算出部により算出された差圧の変化率の平均値に基づいて、アッシュの堆積量を推定してもよい。この場合には、フィルタにおけるアッシュの堆積量の推定精度を向上させることができる。 The differential pressure change rate calculation unit calculates an average value of the differential pressure change rate, and the ash deposition amount estimation unit calculates the ash based on the average value of the differential pressure change rate calculated by the differential pressure change rate calculation unit. The amount of deposition may be estimated. In this case, the estimation accuracy of the ash accumulation amount in the filter can be improved.
差圧判定閾値設定部は、アッシュの堆積量が規定値に達するまでは、アッシュの堆積量が多くなるほど差圧判定閾値を大きくし、アッシュの堆積量が規定値に達したときは、差圧判定閾値を最大値にしてもよい。この場合には、フィルタの差圧が十分に高くなる前にフィルタの再生が開始されるため、内燃機関を保護することができる。 The differential pressure determination threshold value setting unit increases the differential pressure determination threshold value as the ash accumulation amount increases until the ash accumulation amount reaches the specified value. When the ash accumulation amount reaches the specified value, the differential pressure determination threshold value setting unit increases the differential pressure determination threshold value. The determination threshold value may be a maximum value. In this case, since the regeneration of the filter is started before the differential pressure of the filter becomes sufficiently high, the internal combustion engine can be protected.
本発明によれば、適切なタイミングでフィルタの再生を開始することができる排気浄化装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the exhaust gas purification apparatus which can start the reproduction | regeneration of a filter at an appropriate timing is provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を示す概略構成図である。図1において、本実施形態の排気浄化装置1は、車両に搭載されている。排気浄化装置1は、内燃機関であるディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)2から排出される排気ガスを浄化する。エンジン2は、複数の気筒(図示せず)にそれぞれ燃料を噴射する複数のインジェクタ3を有している。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an exhaust
排気浄化装置1は、エンジン2に接続された排気通路4に上流側から下流側に向けて順に配設されたディーゼル酸化触媒(DOC:DieselOxidation Catalyst)5及びディーゼル排気微粒子除去フィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)6を備えている。DOC5は、排気ガスに含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を酸化して除去する。DPF6は、排気ガスに含まれるPMを捕集する。
The
また、排気浄化装置1は、排気通路4におけるDOC5の上流側に配設され、排気通路4に燃料を添加する燃料添加弁7を備えている。燃料添加弁7から添加される燃料は、主としてDPF6の再生を行う際に還元剤として使用される。DPF6の再生とは、DPF6に堆積したPMを高温の燃料により燃焼させることである。燃料添加弁7は、DPF6に燃料を供給する燃料供給部を構成している。
Further, the
また、排気浄化装置1は、DPF6の上流側の圧力とDPF6の下流側の圧力との差圧(以下、DPF差圧という)を検出する差圧センサ8(差圧検出部)と、燃料添加弁7及び差圧センサ8と接続されたコントローラ10とを備えている。コントローラ10は、差圧センサ8の検出信号を入力し、所定の処理を行い、DPF6の再生処理を実施するように燃料添加弁7を制御する。
In addition, the
コントローラ10は、PM堆積量推定部11と、差圧変化率算出部12と、アッシュ堆積量推定部13と、差圧判定閾値設定部14と、再生制御部15とを有している。
The
PM堆積量推定部11は、DPF6に堆積されるPMの量、つまりDPF6におけるPMの堆積量(以下、単にPM堆積量という)を推定する。PM堆積量推定部11は、例えばエンジン回転数とインジェクタ3からの燃料噴射量と走行距離または走行時間とに基づいて、既知の推定計算式を用いてPM堆積量を推定する。
The PM deposition
差圧変化率算出部12は、差圧センサ8により検出されたDPF差圧とPM堆積量推定部11により推定されたPM堆積量とに基づいて、DPF差圧の変化率を算出する。なお、DPF差圧の変化率は、DPF差圧の傾きともいう。DPF差圧の変化率は、例えばPM堆積量の単位増加量当たりのDPF差圧の変化量である。
The differential pressure change
差圧変化率算出部12は、例えば図2に示されるDPF差圧マップを用いて、DPF差圧の変化率(傾き)を算出する。DPF差圧マップは、PM堆積量とアッシュ堆積量とDPF差圧との関係を表したマップであり、予め実験等により得られている。アッシュ堆積量は、DPF6に堆積されるアッシュの量、つまりDPF6におけるアッシュの堆積量である。なお、アッシュとは、エンジンから排出される不燃物のことであり、主としてエンジンオイルに含まれるCa化合物等が挙げられる。
The differential pressure change
図2において、実線Pは、アッシュ堆積量が0のときのデータである。実線Qは、アッシュ堆積量が200gのときのデータである。実線Rは、アッシュ堆積量が300gのときのデータである。実線Sは、アッシュ堆積量が400gのときのデータである。PM堆積量が多くなるほど、DPF差圧が大きくなる。アッシュ堆積量が多くなるほど、DPF差圧が大きくなる。 In FIG. 2, the solid line P is data when the ash deposition amount is zero. The solid line Q is data when the ash deposition amount is 200 g. The solid line R is data when the ash deposition amount is 300 g. The solid line S is data when the ash deposition amount is 400 g. The greater the amount of PM deposited, the greater the DPF differential pressure. As the ash deposition amount increases, the DPF differential pressure increases.
差圧変化率算出部12は、2点のDPF差圧からDPF差圧の変化率を算出する。このとき、差圧変化率算出部12は、DPF差圧の変化率を複数回(例えば10回)算出し、これらのDPF差圧の変化率の平均値を算出し、その平均値を最終的なDPF差圧の変化率として決定する。
The differential pressure change
DPF差圧の変化率(傾き)は、図3(a)に示されるように、走行距離が長くなるに従って大きくなる。その理由は、走行距離が長くなるに従ってアッシュ堆積量が多くなるからである。 As shown in FIG. 3A, the change rate (slope) of the DPF differential pressure increases as the travel distance increases. The reason for this is that the amount of ash deposition increases as the travel distance increases.
アッシュ堆積量推定部13は、差圧変化率算出部12により算出された最終的なDPF差圧の変化率(DPF差圧の変化率の平均値)に基づいて、アッシュ堆積量を推定する。アッシュ堆積量推定部13は、例えば図3(b)に示されるアッシュ堆積量マップを用いて、アッシュ堆積量を推定する。アッシュ堆積量マップは、DPF差圧の変化率(傾き)とアッシュ堆積量との関係を表したマップであり、予め実験等により得られている。アッシュ堆積量マップは、DPF差圧の変化率(傾き)が大きくなるほどアッシュ堆積量が多くなるように設定されている。
The ash accumulation
差圧判定閾値設定部14は、アッシュ堆積量推定部13により推定されたアッシュ堆積量に応じて差圧判定閾値を設定する。差圧判定閾値は、後述する再生制御部15においてDPF6の再生を行うかどうかを判定する際に使用される。
The differential pressure determination
差圧判定閾値設定部14は、例えば図3(c)に示される差圧判定閾値マップを用いて、差圧判定閾値を設定する。差圧判定閾値マップは、アッシュ堆積量と差圧判定閾値との関係を表したマップであり、予め実験等により得られている。差圧判定閾値マップは、一定の初期値からアッシュ堆積量が多くなるほど差圧判定閾値が大きくなるように設定されている。従って、差圧判定閾値設定部14は、アッシュ堆積量が多くなるほど差圧判定閾値を大きくする。
The differential pressure determination threshold
上述したように、走行時間が長くなるほど、アッシュ堆積量が多くなる。このため、図4に示されるように、走行時間が長くなるほど、差圧判定閾値Aが大きくなる。 As described above, the ash accumulation amount increases as the traveling time increases. For this reason, as shown in FIG. 4, the differential pressure determination threshold A increases as the traveling time increases.
再生制御部15は、差圧センサ8により検出されたDPF差圧と差圧判定閾値設定部14により設定された差圧判定閾値とに基づいて、DPF6の再生を行うかどうかを判定する。このとき、再生制御部15は、DPF差圧が差圧判定閾値以上であるときに、DPF6の再生を行うと判定する。そして、再生制御部15は、DPF6の再生を行うときは、燃料添加弁7から燃料を添加させるように燃料添加弁7を制御する。
The
以上のように構成された排気浄化装置1においては、図4に示されるように、走行時間の経過と共にPM堆積量が増加するため、DPF差圧が大きくなる。そして、DPF差圧が差圧判定閾値Aに達すると、PM堆積量が堆積限界値に達したと判断されて、DPF6の再生が開始される。すると、燃料添加弁7から燃料が添加されることで、DPF6に燃料が供給されるため、DPF6に堆積したPMが燃料により燃焼される。このため、DPF差圧が急激に下がる。DPF6の再生が終了すると、再びDPF6にPMが堆積していく。
In the exhaust
ここで、走行時間が長くなるほど、アッシュ堆積量が増加する。アッシュ堆積量が増加すると、上述したようにDPF差圧が高くなる。このため、DPF6の再生を行うかどうかを判定する際に使用される差圧判定閾値が一定値である場合には、所望量のPMがDPF6に堆積する前に、DPF差圧が差圧判定閾値に達し、DPF6の再生が開始されることがある。
Here, the ash deposition amount increases as the traveling time becomes longer. As the ash deposition amount increases, the DPF differential pressure increases as described above. For this reason, when the differential pressure determination threshold value used when determining whether to regenerate the
これに対し本実施形態では、DPF差圧とPM堆積量とに基づいてDPF差圧の変化率が算出され、そのDPF差圧の変化率に基づいてアッシュ堆積量が推定され、そのアッシュ堆積量に応じて差圧判定閾値が設定される。このとき、アッシュ堆積量が多くなるほど、差圧判定閾値が大きくなる。よって、図4に示されるように、走行時間の経過と共にアッシュ堆積量が増加すると、アッシュ堆積量の増加に伴って差圧判定閾値Aが大きくなる。このため、DPF差圧が差圧判定閾値Aに達した時点では、DPF6にアッシュが堆積していても、所望量のPMがDPF6に堆積した状態となっている。従って、所望量のPMがDPF6に堆積する前に、DPF6の再生が開始されることが防止される。これにより、適切なタイミングでDPF6の再生を開始することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the rate of change of the DPF differential pressure is calculated based on the DPF differential pressure and the PM deposition amount, the ash deposition amount is estimated based on the rate of change of the DPF differential pressure, and the ash deposition amount. The differential pressure determination threshold is set according to the above. At this time, the differential pressure determination threshold increases as the ash deposition amount increases. Therefore, as shown in FIG. 4, when the ash accumulation amount increases as the travel time elapses, the differential pressure determination threshold A increases as the ash accumulation amount increases. Therefore, when the DPF differential pressure reaches the differential pressure determination threshold A, a desired amount of PM is deposited on the
また、DPF差圧の変化率の平均値が算出され、その平均値に基づいてアッシュ堆積量が推定されるので、アッシュ堆積量の推定精度を向上させることができる。 Moreover, since the average value of the change rate of the DPF differential pressure is calculated and the ash deposition amount is estimated based on the average value, the estimation accuracy of the ash deposition amount can be improved.
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、差圧判定閾値設定部14は、図3(c)に示される差圧判定閾値マップを用いて、差圧判定閾値を設定しているが、特にその形態には限られない。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the differential pressure determination threshold
差圧判定閾値設定部14は、図5に示される差圧判定閾値マップを用いて、差圧判定閾値を設定してもよい。図5に示される差圧判定閾値マップは、アッシュ堆積量が規定値K以下のときは、アッシュ堆積量が多くなるほど差圧判定閾値が大きくなり、アッシュ堆積量が規定値K以上のときは、差圧判定閾値が最大値Mで一定となるように設定されている。最大値Mは、例えばエンジン2のエキゾーストマニホールドの剛性及び耐久性等を考慮して決められている。従って、差圧判定閾値設定部14は、アッシュ堆積量が規定値Kに達するまでは、アッシュ堆積量が多くなるほど差圧判定閾値を大きくし、アッシュ堆積量が規定値Kに達したときは、差圧判定閾値を最大値Mにする。
The differential pressure determination
この場合には、図6に示されるように、走行時間が規定時間に達するまでは、走行時間が長くなるほど差圧判定閾値Aが大きくなり、走行時間が規定時間に達すると、差圧判定閾値Aは一定となる。これにより、DPF差圧が十分に高くなる前にDPF6の再生が開始されるため、エンジン2を保護することができる。
In this case, as shown in FIG. 6, until the travel time reaches the specified time, the differential pressure determination threshold A increases as the travel time increases. When the travel time reaches the specified time, the differential pressure determination threshold A A is constant. Thereby, since regeneration of DPF6 is started before DPF differential pressure becomes high enough,
また、上記実施形態では、DPF差圧の変化率を複数回算出し、これらのDPF差圧の変化率の平均値を算出し、その平均値に基づいてアッシュ堆積量が推定しているが、特にその形態には限られず、DPF差圧の変化率を1回のみ算出し、そのDPF差圧の変化率に基づいてアッシュ堆積量が推定してもよい。この場合には、コントローラ10による演算処理を簡素化することができる。
In the above embodiment, the change rate of the DPF differential pressure is calculated a plurality of times, the average value of the change rate of these DPF differential pressures is calculated, and the ash deposition amount is estimated based on the average value. In particular, the form is not limited, and the rate of change of the DPF differential pressure may be calculated only once, and the ash deposition amount may be estimated based on the rate of change of the DPF differential pressure. In this case, the arithmetic processing by the
また、上記実施形態では、燃料添加弁7から燃料を添加させることにより、DPF6の再生を行っているが、特にその形態には限られず、エンジン2に配置されたインジェクタ3から気筒(図示せず)に燃料を噴射することにより、DPF6の再生を行ってもよい。この場合には、インジェクタ3は、DPF6に燃料を供給する燃料供給部を構成することとなる。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態において、標高など大気圧が変化する要素を考慮するため、大気圧を検出する大気圧センサ等を更に備え、その検出値に基づいて差圧判定閾値を都度補正してもよい。この場合、大気圧が低いほど差圧判定閾値を低下させる補正を行う。 Further, in the above-described embodiment, in order to consider an element that changes atmospheric pressure such as altitude, an atmospheric pressure sensor that detects atmospheric pressure may be further provided, and the differential pressure determination threshold value may be corrected each time based on the detected value. . In this case, correction is performed to lower the differential pressure determination threshold as the atmospheric pressure is lower.
1…排気浄化装置、2…ディーゼルエンジン(内燃機関)、6…ディーゼル排気微粒子除去フィルタ(フィルタ)、7…燃料添加弁(燃料供給部)、8…差圧センサ(差圧検出部)、10…コントローラ、12…差圧変化率算出部、13…アッシュ堆積量推定部、14…差圧判定閾値設定部、15…再生制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに燃料を供給する燃料供給部と、
前記フィルタの上流側の圧力と前記フィルタの下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出部と、
前記差圧検出部により検出された差圧が差圧判定閾値以上となったときに、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃料により燃焼させるように前記燃料供給部を制御する再生制御部と、
前記差圧検出部により検出された差圧の変化率を算出する差圧変化率算出部と、
前記差圧変化率算出部により算出された差圧の変化率に基づいて、前記フィルタにおけるアッシュの堆積量を推定するアッシュ堆積量推定部と、
前記アッシュ堆積量推定部により推定されたアッシュの堆積量に応じて前記差圧判定閾値を設定する差圧判定閾値設定部とを備え、
前記差圧の変化率は、前記内燃機関の駆動中に前記フィルタに堆積される前記粒子状物質が増加していくときの前記粒子状物質の単位増加量当たりの差圧の変化量であり、
前記差圧判定閾値設定部は、前記アッシュの堆積量が多くなるほど前記差圧判定閾値を大きくすることを特徴とする排気浄化装置。 In an exhaust purification device that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine,
A filter for collecting particulate matter contained in the exhaust gas;
A fuel supply section for supplying fuel to the filter;
A differential pressure detector that detects a differential pressure between the pressure upstream of the filter and the pressure downstream of the filter;
A regeneration control unit that controls the fuel supply unit so that particulate matter deposited on the filter is burned by fuel when the differential pressure detected by the differential pressure detection unit is equal to or greater than a differential pressure determination threshold;
A differential pressure change rate calculating unit that calculates a change rate of the differential pressure detected by the differential pressure detecting unit;
An ash accumulation amount estimation unit for estimating an ash accumulation amount in the filter based on the differential pressure change rate calculated by the differential pressure change rate calculation unit;
A differential pressure determination threshold value setting unit that sets the differential pressure determination threshold value according to the ash accumulation amount estimated by the ash accumulation amount estimation unit;
The rate of change of the differential pressure is a change amount of the differential pressure per unit increase amount of the particulate matter when the particulate matter deposited on the filter increases during the operation of the internal combustion engine.
The exhaust gas purification apparatus, wherein the differential pressure determination threshold value setting unit increases the differential pressure determination threshold value as the accumulation amount of the ash increases.
前記アッシュ堆積量推定部は、前記差圧変化率算出部により算出された差圧の変化率の平均値に基づいて、前記アッシュの堆積量を推定することを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置。 The differential pressure change rate calculator calculates an average value of the differential pressure change rate,
2. The exhaust according to claim 1, wherein the ash accumulation amount estimation unit estimates the accumulation amount of the ash based on an average value of a differential pressure change rate calculated by the differential pressure change rate calculation unit. Purification equipment.
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