CN103862590A - 用热塑性塑料材料生产塑料材料预成型件的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用热塑性塑料材料(12)生产塑料材料预成型件的设备,具有用于供给可流动热塑性塑料材料(12)的装置(1)、设置在该装置(1)的下游的热流道器具(2)以及具有多个型腔(3)的输送装置(4),其中热流道器具(2)包括形成于热流道器具(2)的一个面(6)上的至少一个热流道(5),且输送装置(4)包括一个面(7),用于填充型腔(3)的开口(8)形成于该面(7)上,其中热流道器具(2)和输送装置(4)的面(6、7)能相对于彼此以一个在另一个上滑动的方式被定位,其中型腔(3)的至少一个开口(8)始终位于热流道(5)之上的位置。
Description
技术领域
根据前序的权利要求1,本发明涉及一种用热塑性塑料材料生产塑料材料预成型件的设备。此外,本发明涉及一种用热塑性塑料材料生产塑料材料预成型件的方法。
背景技术
现有技术中已知用于用热塑性塑料材料生产塑料材料预成型件的多种设备和方法。一方面有注射模塑法,其中通过露点在约243K和约233K之间的干空气干燥后,塑料材料颗粒在注射单元中在约513K和约573K之间的温度中熔化并在压力下被导入塑料材料预成型件的各型腔。分别用于生产这种类型的塑料材料预成型件的设备或器具通常具有热流道器具,在这种情况下,熔化的塑料材料经由热流道分配器被分配至单独的型腔,以便在一个模塑循环中生产多个塑料材料预成型件。
在这种情况下,型腔的数量通常在72至96的范围内。相应地,使用的机器和热流道分配器二者都较大且复杂。热流道分配器通常具有针状切断系统(needle shut-off system)或类似物,以便热流道分配器的单个管道可在加工循环的末尾关闭。这样,当此时充满熔化的塑料材料的型腔被从热流道分配器移出以便冷却塑料材料预成型件时,熔化的塑料材料不能脱离其中,且新的空型腔被置于热流道分配器上的位置用以填满熔化的塑料材料。这种类型的设备和这种类型的方法是已知的,例如从DE2 154 441 A1。然而在这种情况下存在一个问题,就是熔化的塑料材料不能以连续的方式被输送,这导致生产流程效率低下,特别是关于能量平衡,因为熔化的塑料材料需要被相应地回火,直到其被导入对应的型腔,这样可以保持其流动性以便导入型腔。
另一方面,虽然熔化的塑料材料可通过一种从US4,828,778A得知的设备以连续的方式被输送,但仍然不能遵守现今关于卫生和清洁的标准,因为挤出机喷嘴距运载元件有一段距离,这里包含用于塑料材料预成型件的型腔,且将型腔移动超过用于填充熔化的塑料材料的挤出机喷嘴。用于食品或制药工业的塑料材料预成型件的生产中使用的这种类型的设备或这种类型的方法是有待商榷的,因为如果挤出不是在超净的或无菌室中进行,塑料材料在挤出机喷嘴和型腔之间的距离中可被污染。
另外,一种被称为“挤注”的方法及相应的设备在WO2006/045720A1中被公开。在部件非常长和流径比(流径与壁厚的商数)非常高的情况下,注射模塑中出现塑料材料熔化物凝固(即自由截面从边缘凝固)且待模塑的塑料材料部件不能被塑形的问题。这个问题通常通过使用所谓的叠层式注射模塑来解决。在这种情况下,沿着流径可设置有多个被依次使用的注入点。因此,长部件的生产工艺被细分为较短的部分。
“挤注”法从该钟点法(clock-timed method)得到了连续方式的方法。被移动超过供给熔化物的点的连续熔化物管道在叠层式注射铸造的情况下取代了相对的大量注入点。该方法还可被用于生产被设计为几乎像是能被挤出的轮廓但具有遮断的部件(例如电缆管道)。尽管如此,基于WO2006/045720A1中公开的方法和设备,仍不可能生产塑料材料预成型件。
发明内容
因此本发明的目的是通过一种设备和一种方法用热塑性塑料材料来生产塑料材料预成型件,其中熔化的塑料材料可通过连续的方式被输送至型腔内,以便形成塑料材料预成型件,而同时避免污染熔化的塑料材料。
这个目的通过具有权利要求1的特征的设备实现,并通过具有权利要求12的特征的方法实现。本发明的有利的实施方式在从属权利要求中陈述。
根据本发明的用热塑性塑料材料生产塑料材料预成型件的设备具有用于供给可流动的热塑性塑料材料的装置、设置在该装置下游的热流道器具以及具有多个型腔的输送装置。根据本发明的设备的特征在于,热流道器具包括至少一个热流道,该热流道形成于热流道器具的一个面上,且输送装置具有一个面,用于填充型腔的开口形成于该面上。热流道器具和输送装置的这些面能相对于彼此以一个在另一个上滑动的方式定位,在这种情况下,型腔的至少一个开口始终位于热流道之上的位置。然而,这种构想不应被理解为至少一个型腔的开口空间上被置于热流道之上的位置,而应该是型腔的至少一个开口空间上可被置于热流道之下或甚至在热流道的侧面的位置。
由于根据本发明的这个设计,可在压力下连续地输送熔化的、可流动的热塑性塑料材料至热流道器具的热流道中,因为至少一个型腔始终被置于其开口在热流道之上、因此能收容熔化的热塑性塑料材料的位置处。在这种情况下,输送装置在热流道之上移动的速度和将熔化的热塑性塑料材料输送至热流道内的压力优选地以塑料材料在运作期间在热流道或相应的热流道器具内不在任何时候发生积聚的方式被互相调整。
在每个时刻,至少一个型腔被填满熔化的热塑性塑料材料。这确保设备能以特别有效率的方式运作,特别是从能源的观点来说。由于熔化的塑料材料的连续输送,无需使用热能以防止在热流道或相应的热流道器具内积累的塑料材料凝固。
另外,包括热流道的热流道器具的面和包括型腔的开口的输送装置的面的特殊定位确保了熔化的热塑性塑料材料被密封地与外部影响遮挡开,且通过这样的方式避免了污染。鉴于塑料材料预成型件在食品和制药工业中主要将被进一步加工为容纳食品或药物的合适的瓶子或类似容器的情况,避免污染是特别重要的。毫无疑问,这种类型的塑料材料预成型件的污染在这些行业中是不可接受的,且被相应的规范措施所排除。
与现有技术相比,根据本发明的设备的另一个优点是,由于结构尺寸非常小的热流道器具的高度有目的的回火及其设计、协同输送装置的自闭合以及由于熔化的热塑性塑料材料在热流道内因连续输送造成的短暂停留时间,材料的降解(degradation)或塑料材料融化物的削减(shearing)分别被最小化。这导致生成的塑料材料预成型件的结构中高度均匀,因此在这方面也遵守了高质量标准。
根据本发明的第一有利设置,热流道器具包括调节部,热流道的横截面可通过该调节部在其纵向延展上变化。由于热流道的横截面在其纵向延展上的改变,可通过简单的方式在热流道内在熔化的热塑性塑料材料中产生温度和压力渐变,通过该温度和压力渐变,型腔的填充可通过一种使得生成的塑料材料预成型件具有特别的均质结构且进而有非常高且稳定的质量的方式被最优化。
热流道中(特别是垂直的)的压力因此可被设置在管道的横截面上,特别是通过在流动方向上存在压力下降的方式。与可调节底部和/或侧部一样,用于在熔化物管道的过程中压力下降的装置,优选地为可缩回与伸出的装置,也可用于此。压力甚至可通过吹塑轮上的可调节装置被提高(由于在热流道上旋转开来的吹塑轮的牵制效应)。
热流道的横截面上的这种类型的变化可实施为将调节部设计成热流道的可调节的侧部或底部的形式。
可选择地或在此之外,热流道器具和/或输送装置可与这个或这些通过热流道的纵向延伸部分用于减小压力和/或用于增加压力的装置关联。因此,热流道内的注入压力可能以特别精确的方式被调整。
根据本发明的另一个有利的设置,用于供给可流动的热塑性塑料材料的装置被设计为挤出机的形式。在实践中,这种类型的挤出机已经非常好且在所有可能的技术领域中被充分测试,因此这样熔化的热塑性塑料材料可通过可靠度高的方式用塑料材料颗粒生成。挤出机在这种情况下被可操作地连接到设置于下游的热流道器具,因此热塑性塑料材料呈现为熔化的且可在热流道中流动的状态,且通过并归因于由挤出机产生的压力从此处被输送至型腔内,塑料材料预成型件在上述型腔中得到它们的最终形状。
在输送装置的进一步输送期间,熔化的热塑性塑料材料凝固以便在型腔内形成塑料材料预成型件。通过这种方式得到的塑料材料预成型件可在设备内被进一步加工以形成最终的瓶子或相应的容器。然而,设备也可能运作为独立的设备以便生成塑料材料预成型件,该塑料材料预成型件接着在别处的另一个设备内被进一步加工以形成真正的瓶子或相应的容器。
根据本发明的另一个设想,包括热流道的热流道器具的面和包括型腔的开口的输送装置的面被制成为平的。通过这样的方式,这两个面可通过一种简单的方式一个在另一个上滑动,从而实现热流道内的熔化的热塑性塑料材料的特别简单的密封。另外,这种类型的平面从生产的角度看更易于实施,且在根据本发明的设备的运作期间也比互相适应的曲面更易于控制。热流道优选地以固定的方式被设置,型腔优选地能相对于热流道移动,特别是沿着循环路径移动。因此有利地可包括可旋转承载架,型腔被设置于该可旋转承载架上。
根据本发明的另一个设想,输送装置被设计为吹塑轮的形式,在这种情况下,型腔的开口被设置在平面上的半径r内。本发明的这个设置提供了在具有旋转加工(rotor process)的输送装置中生产塑料材料预成型件的优势。这种类型的旋转台可被设计以节省相当大的空间,在这种情况下,热流道器具在当前情况下的输送装置上仅逐点结合,且因此与在旋转加工中运作的惯用设备相反,可省去在输送装置之上作为整体的需消耗大量能源的热流道分配器系统。
在本发明的一个实施例中,热流道被自然地调整为以这种类型的吹塑轮的形式设计的输送装置。热流道在这种情况下被设计为环形段的形式,在这种情况下其内半径比半径r小且外半径比半径r大。这确保在吹塑轮旋转期间,型腔的开口可始终被引导在包含熔化的热塑性塑料材料的热流道之上,且通过这种方式,型腔可被填满熔化的热塑性塑料材料。
根据本发明的另一个设置,输送装置具有至少一个线性运载元件,型腔的开口被设置为在平面上隔开一定距离,优选地隔开相等的距离。作为这个设置的结果,型腔可被提供为线性排列。在这种情况下,型腔被提供为在平行的运载元件上的四个,例如在三个平行的在不同情况下对应于分开的热流道的运载元件上。上述多个热流道在这种情况下可通过接连装载热流道的单个挤出机被供给。虽然如此,也可为每个热流道提供不同的挤出机。运载元件在各热流道的喷嘴之上移动,塑形型腔位于该运载元件上。通过这样的方式,例如四个塑料材料预成型件可在具有包括四个型腔的运载元件的“运载元件循环”中生成,且例如十二个塑料材料预成型件接着可相应地在具有三个包括四个型腔的运载元件的“机器循环”中生成。
一般而言,在塑料材料预成型件的生成期间,应该加工和使用尽可能少的材料,因此实际上希望仅为了塑料材料预成型件来使用熔化的塑料材料而不产生废料。然而根据操作,可能希望塑料材料预成型件通过塑料材料绳、塑料材料带或类似物被互相连接,且接着例如被卷起来。为了塑料材料预成型件的进一步加工,这样的塑料材料绳、塑料材料带或类似物将通过简单的方式与塑料材料预成型件分离。分离的剩余物可被再次加工成颗粒,并被再次供给至生产流程。为了实施这个,输送装置的面具有将相邻型腔的开口相互连接的管道是可取的。这些管道此时同样地在型腔的开口移动期间经由具有熔化的热塑性塑料材料的热流道被填满熔化的热塑性塑料材料,熔化的热塑性塑料材料同样地在输送设备的进一步移动期间凝固且进而与在相邻的型腔中生成的塑料材料预成型件连接到一起。
虽然本发明的基本构想在于尽可能高效节能地生产塑料材料预成型件并因此只提供一个热流道,但提供多个热流道也是可取的。特别是,如果为了特定的应用要通过多层法来生成塑料材料预成型件,本发明的这个设置是适当的。虽然能源消耗作为多个热流道的结果会显著增加,然而能量平衡会比现有技术中多层法的情况下好很多,因为与本发明相比,能量平衡会被增加的每一层损害。
塑料材料预成型件的模塑可通过注射模塑法和注塑压缩成型法二者进行。还可以用具有多个熔化物管道或具有热流道中的共挤熔化物的多层法的形式。热流道可有利地在圆周方向上或相应地沿至少一个环线延伸。
根据本发明的用热塑性塑料材料生产塑料材料预成型件的方法包括以下步骤:a.熔化热塑性塑料材料颗粒,b.在压力下在热流道器具的热流道中连续引入熔化的热塑性塑料材料,c.移动(特别是连续地移动)包括多个型腔、包括具有型腔的开口的面的输送装置通过热流道器具的面,型腔的至少一个开口始终位于热流道之上的位置。
作为输送装置被连续地移动且熔化的热塑性塑料材料在压力下被连续地导入热流道的结果,型腔也被连续地填满熔化的热塑性塑料材料,该熔化的热塑性塑料材料在输送装置的进一步移动期间凝固,因此塑料材料预成型件可得到其最终的形状。
按照根据本发明的第一设置,熔化的热塑性塑料材料的温度在热流道的纵向延展上变化。正如根据本发明的设备描述的情况中已经提到的,得到的塑料材料预成型件特别地具有均匀结构,且通过这样的方式,结果可实现其具有特别好的质量。
根据本发明的方法的设置的目的在于,压力按照相同的方向在热流道的纵向延展上变化,熔化的热塑性塑料材料在该压力下被输送通过热流道。这已经在根据本发明的设备的描述中提到。
附图说明
本发明的更多目的、有益效果、特征以及可能性参照附图从以下实施例描述中可以明显得出。在这种情况下,图示地描述的和/或阐明的所有特征本身或任何合适的结合,还有以在权利要求书中独立于其发明内容的形式或独立于其后面的参考标号的形式,形成本发明的主题。图中:
图1为根据本发明的设备的一个实施例的示意图;
图2显示了根据本发明的设备的一个实施例的详细剖面图;以及
图3显示了根据本发明的设备的一个包括具有三个线性运载元件的输送设备的实施例的示意图。
具体实施方式
图1为根据本发明用于用热塑性塑料材料12生产塑料材料预成型件的设备的一个实施例的示意图。其必要地包括用于提供可流动热塑性塑料材料12的装置1、与装置1相连的热流道器具2、用于型腔3的输送装置4以及移除装置14。
在本实施例中,装置1被设计为挤出机的形式。该挤出机供给了热塑性塑料材料颗粒,热塑性塑料材料颗粒在挤出机中被熔化并在压力下被压入热流道器具2。热流道器具2在这种情况下具有热流道5,熔化的热塑性塑料材料12被压入热流道5中且由此通过开口8到达型腔3。根据本发明的设备中该过程发生的精确方式接下来在图2的说明中详细解释。
这样,该方法通过连续运作的挤出机实施。与惯常的热流道分配器相反,分别为环形段的形式的熔化物管道或热流道仅仅覆盖循环的一部分。因此,保持热的部分变得更小。只有熔化物线路或热流道分别可选地为必要的,停留时间和熔化物的削减(材料的降解)优选地也变少。
在将塑料材料12压入热流道5时,只有那些通过其开口8被可操作地连接至热流道5的型腔3可被填满熔化的热塑性塑料材料12。在这种情况下被设计为吹塑轮的形式且其型腔3的开口距中心M半径r的距离的输送装置4在这种情况下绕其中心M以箭头13的方向旋转。在型腔3被充满熔化的热塑性塑料材料12之后,其大概在设计为吹塑轮的形式的输送装置4内完成了一个完整的循环。在此期间,热塑性塑料材料12在型腔3内冷却并凝固,以便最终完成的塑料材料预成型件可在移除装置14上被移出输送装置4。在那之后,塑料材料预成型件可通过已知的方式被供给至将预成型件成型为塑料容器的拉伸吹塑机。
根据本发明的设备中的对本发明很重要的实际区域在图2中详细示出。这个剖面示意图显示了图1的实施例中型腔3被填满熔化的热塑性塑料材料12的区域。从型腔3的形状明显可以看出,用于PET瓶的PET预成型件可用此处所示的设备用PET颗粒生产出来。
在这种情况下,还清楚地显示出,图中已经被填满熔化的热塑性塑料材料的热流道5形成于热流道器具2中。除了热流道5以外,热流道器具2具有在其面对输送装置4的面上的平面6。输送装置4的面对热流道器具2的面7适合于该面6。在这种情况下,热流道器具2和输送装置4的面6和7分别将热流道5与其周围环境密封地隔绝,因此热流道5中的熔化的热塑性塑料材料12不会发生污染。如果挤出机和开始的颗粒也没有被污染,这就确保了生产出的塑料材料预成型件不会发生污染。
另外,由于热流道5通过互相紧靠的面6和7密封地分隔开,能量效率也最优化,因为以热形式的能量不能直接从热流道5消散到周围环境中。导入热流道5的以热形式的能量只能通过热流道器具2或输送装置4消散。如果这两个元件具有适当低的离开热流道5的热导率,设备则因此以高能效的方式运行。
热流道5的底部在这种情况下被设计为调节部9、10和11的形式,这样热流道5的横截面可被设置为可变的方式。在这种情况下,热流道5的横截面在方向13上减小,且这对应于输送装置的移动方向。该横截面的减小通过将调节部9、10和11在输送装置的移动方向13上提高越来越大的程度来实现。调节部10相对于调节部9被提高且调节部11相对于调节部10被提高。这导致熔化的塑料材料12的流动方向上的压力在热流道内减小。
在图2的图示中,另外还清楚地表明左起第二个和第三个型腔3刚被填充液态的热塑性塑料材料12,而设置在后者右边的四个型腔3已经被填满。虽然左起第四个和第五个型腔3已经被完全填满,但其仍然处于其开口8位于热流道5之上的位置,因此其中存在的熔化的热塑性塑料材料12仍然对在左起第四个和第五个型腔3中凝固的塑料材料施加反压力。
现有技术中注射模塑法或注塑压缩成型法提供的大的热流道星形轮在本发明的范围内被熔化物管道取代,型腔可相对于该熔化物管道移动。该热流道优选地仅覆盖轮的其中实际进行注入的区域,而在任何情况下都不覆盖其中进行冷却或移除的部分。这意味着热流道5优选地仅分别覆盖轮或其中分别存在的型腔3的局部区域或局部循环。此外,至少还可包括两个热流道5,这两个热流道5优选地在不同情况下覆盖输送装置4的不同的局部区域。
同样已经被填满塑料材料12的右边两个型腔3由于其开口8被热流道器具2的面6所覆盖而已经被关闭。一旦型腔3中的塑料材料12凝固,其便失去了流动性,开口8也就不再需要保持关闭,因为塑料材料已经不再会流出型腔3。相应地热流道器具2有一定尺寸,这样随着输送装置移动更多,型腔的开口8不再受阻。在这方面,这还能节约材料,因为既然热流道器具2不需要在这个区域被加热,其不需要被引导着环绕整个输送装置4。热流道器具2因此优选地在旋转的输送装置4上被设置为固定的方式。
如型腔3被输送进一步通过输送装置4,最左边的型腔3被移动以使其开口8位于热流道之上,因此熔化的热塑性塑料材料12可在此开始填充。在这种情况下,在图2中尚未被完全填满的型腔3此时完全被填满,且在方向13上被朝向移除装置14移动。特别地,图2非常清楚地显示了设备和方法的连续运作,熔化的热塑性塑料材料12不会基于加工时间在热流道5或热流道器具2中分别停留而不移动。
根据本发明的设备还可在其下游设置另一个机器,该机器使通过这种方式形成的塑料材料预成型件直接成形为塑料容器,例如可为吹塑机,特别是拉伸吹塑机。在这种情况下,这种类型的吹塑机可具有加热装置,例如连续式加热炉,塑料材料预成型件在其中被加热或相应地被置于成型温度中。而这种类型的吹塑机还可直接邻接根据本发明的设备,因为后者排出已经是热的塑料材料预成型件。另外,虽然提供了加热装置,也可不像现有技术中那样加热塑料材料预成型件,因为其从根据本发明的设备中排出时已经是被加热的。
图3举例来说显示了输送装置4的三个线性运载元件15(这里未具体示出)。并非如图1中所阐明的设置在转盘上,在这种情况下,型腔3被设置为线性排列。在图3的当前实施例中,四个型腔3在不同情况下被设置在三个平行的运载元件15上,上述运载元件15在不同情况下从分开的热流道5(未在此示出)提供。这些热流道5被依次通过逐个供给热流道5的单个挤出机16提供。运载元件15被移动于各个热流道的喷嘴之上,塑形型腔3被置于运载元件15上,因此例如四个塑料材料预成型件17能在“运载元件循环”中生成,且例如十二个塑料材料预成型件17接着能以相应的方式在“机器循环”中生成。运载元件和型腔的数量可被选择为任何需要的方式。
申请人保留请求保护本申请文件中公开的本发明必要的所有特征的单个或其结合的权利,只要其单个或结合相对于现有技术为新颖的。
参考标号列表
Claims (15)
1.一种用热塑性塑料材料(12)生产塑料材料预成型件的设备,包括:
用于供给可流动的热塑性塑料材料(12)的装置(1),
设置在所述装置(1)的下游的热流道器具(2),以及
具有多个型腔(3)的输送装置(4),
其特征在于:
所述热流道器具(2)包括形成于所述热流道器具(2)的一个面(6)上的至少一个热流道(5),且所述输送装置(4)包括一个面(7),用于填充所述型腔(3)的开口(8)形成于所述面(7)上,其中所述热流道器具(2)和输送装置(4)的面(6、7)能相对于彼此以一个在另一个上滑动的方式被定位,其中型腔(3)的至少一个开口(8)始终位于所述热流道(5)之上的位置。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于所述热流道器具(2)包括调节部(9、10、11),所述热流道(5)的横截面可通过所述调节部(9、10、11)而在其纵向延伸部分上变化。
3.根据权利要求2所述的设备,其特征在于所述调节部(9、10、11)被设计为所述热流道(5)的可调节的侧部或底部的形式。
4.根据前述任一个权利要求所述的设备,其特征在于所述热流道器具(2)与用于通过所述热流道的纵向延伸部分减小压力的装置相关联。
5.根据前述任一个权利要求所述的设备,其特征在于所述输送装置(4)与用于通过所述热流道的纵向延伸部分增加压力的装置相关联。
6.根据前述任一个权利要求所述的设备,其特征在于所述装置(1)被设计为挤出机的形式。
7.根据前述任一个权利要求所述的设备,其特征在于所述面(6、7)被制成为平的。
8.根据权利要求7所述的设备,其特征在于所述输送装置(4)被设计为吹塑轮的形式,其中所述型腔(3)的开口(8)被设置在平面(7)上的半径(r)内。
9.根据权利要求8所述的设备,其特征在于所述热流道(5)被设计为环形段的形式,其内半径比所述半径(r)小且外半径比所述半径(r)大。
10.根据权利要求7所述的设备,其特征在于所述输送装置(4)具有至少一个线性运载元件(15),其中所述型腔(3)的开口(8)被设置为在所述平面(7)上隔开一定距离,优选地隔开相等的距离。
11.根据前述任一个权利要求所述的设备,其特征在于包括多个所述热流道(5)。
12.根据前述任一个权利要求所述的设备,其特征在于所述输送装置的面(7)包括将相邻型腔(3)的开口(8)互相连接的管道。
13.一种用热塑性塑料材料生产塑料材料预成型件的方法,其中:
(a).热塑性塑料材料颗粒被熔化,
(b).所述熔化的热塑性塑料材料(12)在热流道器具(2)的热流道(5)中在压力下被连续地引入,
(c).包括多个型腔(3)、具有包括所述型腔(3)的开口(8)的面(7)的输送装置(4)被引导通过所述热流道器具(2)的面(6),其中型腔(3)的至少一个开口(8)始终位于所述热流道(5)之上的位置。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于所述熔化的热塑性塑料材料(12)的温度在所述热流道(5)的纵向延伸部分上变化。
15.根据权利要求13或14所述的方法,其特征在于所述熔化的热塑性塑料材料(12)在压力下被输送通过所述热流道(5),所述压力在所述热流道的纵向延伸部分上变化。
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