CN104114254A - 用于还原剂输送装置的过滤筒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于针对还原剂的输送装置(2)的过滤筒(1)，其具有至少一个过滤壁(3)和至少一个支承壁(4)，所述支承壁与过滤壁(3)共同形成了内部空间(15)，其中所述至少一个支承壁(4)具有流出口(8)和旁通口(10)，其中流出口(8)能耦接到所述输送装置(2)上并且旁通口(10)形成了通向过滤壁(3)的旁路。

Description

用于还原剂输送装置的过滤筒
技术领域
本发明涉及一种用于还原剂输送装置的过滤筒，并且涉及一种还原剂输送装置。
背景技术
针对内燃机废气的净化，除其他措施之外还要用到供给有还原剂的废气处理装置。在所述类型的废气处理装置中，废气中的某些污染物可以通过特别有效的方式被还原剂还原。此外，还特别频繁地使用到所谓的SCR催化转化器，其中废气中的氮氧化合物借助氨来转化。氨通常不直接地而是以液体形式存储在机动车中，其也称为还原剂前体溶液。广泛使用的还原剂前体溶液例如是可获得的一种商品名为的32.5％的尿素水溶液。还原剂前体溶液可以在废气处理装置和/或废气外部发生器中转化成实际的还原剂。表述“还原剂”将在下文中也用于表示“还原剂前体”等。
针对还原剂到废气处理装置的输送，在机动车中通常设有从储罐输送还原剂的适当输送装置。在设计所述类型的输送装置时，一个问题在于还原剂可能有杂质，因此输送装置应包括用于过滤还原剂的机构。这例如可以通过设置在输送装置中的可更换的过滤筒来实现。另一问题是，水性还原剂会冻结。的还原剂例如会在-11℃冻结。在内燃机的相对较长的停机阶段中，此类低温特别可能出现。因此，当冻结发生时，会出现体积增加。如果仅有有限的空间可用于体积增加，那么该体积增加会导致压力的急剧上升。这被称为所谓的冰压力。因此，必须将用于还原剂的输送装置设计或操作为不会由于还原剂冻结或上述的体积增加和冰压力而损坏。已经证明，这在输送装置的过滤器领域中是一个突出的问题。
发明内容
本发明的目的在于在最大可能程度上解决上述突出的技术问题。具体地寻求指定一种在输送装置中的还原剂储罐冻结的情况下能极好地避免损坏的过滤筒。此外，寻求提出一种在还原剂的冻结期间以及之后同样能极好地适应变化的内部条件的输送装置。
所述目的可以通过根据权利要求1所述的特征的过滤筒来实现，并且还可通过根据权利要求8中所述的特征的输送装置来实现。本发明的进一步有利改进限定在从属权利要求中。权利要求书中所单独限定的特征可以通过技术上有意义的任何期望方式而相互结合，并且可以通过说明书中的解说性事实，结合本发明具体的其他设计变型来加以补充。
本发明涉及一种用于针对还原剂的输送装置的过滤筒，其具有至少一个过滤壁和至少一个支承壁，所述支承壁与所述过滤壁共同形成内部空间，其中所述至少一个支承壁具有流出口和旁通口，其中所述流出口可耦接到所述输送装置上，并且所述旁通口形成通向所述过滤壁的旁路。
所述过滤筒具有至少一个过滤壁和至少一个支承壁。过滤壁可以使待过滤的介质(液体还原剂)通过，并且为此目的，所述过滤壁具有小的开口或孔。所述过滤壁还优选具有尽可能大的表面积和尽可能地小的壁厚度，以确保针对待过滤介质穿过过滤壁时的尽可能低的流动阻力。所述过滤壁的过滤动作由过滤壁的开口尺寸或孔径尺寸来决定。所述过滤壁设计为使得待过滤介质中的大于所述开口尺寸或孔径尺寸的颗粒滞留。所述开口尺寸或孔径尺寸优选为在整个过滤壁中基本均匀，以便在整个表面上获得均匀的过滤动作。
由于穿过所述过滤壁的流动阻力，使得在所述输送装置的正常操作期间，所述过滤筒的内部空间和与围绕所述过滤筒的外部空间之间形成了压力差。在操作期间，所述压力差使还原剂通过过滤壁，并且所述压力差由过滤壁的流动阻力和还原剂通过过滤壁的体积流率来决定。所述压力差在常规操作期间通常小于冰压力(在冻结情况下发生)，例如小于0.1bar。在操作过程中，还原剂从外部空间吸入到过滤筒的内部空间。因此，在操作过程中，所述内部空间的压力通常低于外部空间的压力。一旦所述输送装置不运转或处于输送中断期间(其间不输送还原剂)，则(几乎)不存在穿过过滤壁的还原剂的体积流量速率。因此，在这些时间上，在所述过滤筒的内部空间与外部空间之间不存在压力差。
所述过滤壁自身通常无法给予过滤筒足够的机械稳定性。考虑到其较大的表面积和较小的壁厚度，所述过滤壁的机械稳定性通常较低。因此，所述过滤筒形成有能永久地预先限定所述过滤壁的位置并且例如能(部分或完全地)包围和/或(部分或完全地)界定所述过滤壁的至少一个支承壁。所述支承壁例如预先限定了所述过滤筒的筒形状，其中至少一个壁形成配合，以使得所述支承壁界定了所述过滤壁。所述支承壁不能使待过滤的介质通过，并且具有足够的壁厚度和强度来维持所述过滤筒的形状，或者限定所述过滤筒的过滤壁的形状和位置。所述支承壁优选由塑料制成。而且，所述过滤筒在支承壁的区域中具有(至少)一个流出口，其中过滤筒通过所述流出口耦接到输送装置上。
这里，所述过滤筒形成了具体仅由所述支承壁和过滤壁限定而成的内部空间。这里，所述内部空间具体地形成针对经过滤的还原剂的贮存器，所述经过滤的还原剂根据需要可经由一个支承壁上的流出口而被抽出，并供给到所述输送装置中。这里，优选地，侧壁/过滤壁的大的侧表面基本上预先限定了所述内部空间，并且所述侧壁/过滤壁的小的边缘实现了彼此的连接。因此，用于针对还原剂的输送装置的过滤筒优选地形成为一种中空体，其限定出内部空间并且从外侧被包围。还原剂例如可以穿过所述过滤壁从外侧吸入到由所述过滤筒所形成的内部空间中。在冻结情况下，留存在过滤筒中的还原剂通常从所述过滤壁开始沿着朝向所述中空体的中心的方向或者沿着朝向所述过滤筒的内部空间的中心的方向开始冻结。由于过滤筒的中心最后冻结，因此在过滤筒中通常形成了特别高的冰压力。
这里所讨论的本发明现在基于在过滤筒的支承壁中提供(至少)一个旁通口的想法，以使得(已过滤)还原剂可以再次流出过滤筒的内部空间而流到其中尤其是存在有未经过滤的还原剂的过滤筒的外部。这里，所述旁通口优选始终打开，使得当在所述内部空间中存在预定的过量压力时，还原剂能够总是从内部空间中再次溢出。穿过过滤壁的旁通口具体用于在所述内部空间中产生不期望的高压力的情况下(具体是在冻结情况下)允许还原剂的“紧急排出”的目的。在冻结情况下，所述类型的旁通口例如能够使过滤筒中产生的冰压力释放到过滤筒的内部空间之外。如果所述内部空间中的经过滤的还原剂从外侧开始冻结并且在向内的方向上继续，则形成一种内部包裹了不断下降的(仍为液态)还原剂体积的冰套。所述旁通口现在具体地构造在中心，使得在冻结情况下它能与剩余的(仍为液态)还原剂体积相接触，并最终确保还原剂排出到所述冰套外部，从而防止危险的高压力产生。
所述旁通口针对从所述内部空间释放压力来说是具有成本效益的解决方案，因为在所述过滤筒上不需要用于释放冰压力的(柔性和/或预加载的)补偿机构等。可以通过简单的孔而通过极具成本效益的方式来形成所述旁通口。具体地，仅设置单个旁通口是有利的。还应当指出，在正常运转期间还原剂的旁通流小得可以忽略，这具体是因为所述过滤壁具有足够低的流动阻力。如果所述过滤壁的表面特别大并且所述过滤壁的厚度特别小，则所述流动阻力特别低。而且，如果适当，则类似材料(例如，海绵、网格、筛等)也可以设置在位于外侧部的旁通口上，其中所述类似材料构成了流动阻力，并由此在正常运转期间限制或几乎阻断了旁通流。
在所述过滤筒的流出口区域中还特别有利地设有耦接装置，通过所述耦接装置使得流出口能以流体密封的方式耦接于为此目的而相应设置在所述输送装置的相对开口上的配对件上。所述耦接装置例如可设计为点击式连接器或螺纹连接器。在特别有利的设计变型中，所述耦接装置设计成可相对于所述输送装置而释放，由此使得所述过滤筒可不被损坏地从所述输送装置上释放。还有利的是，所述过滤筒可替换，由此使得在所述输送装置的整个使用寿命期间可将多个过滤筒使用在输送装置中。
在所述过滤筒的另一优选实施例中，所述旁通口具有相当于不到所述流出口的第一直径的十分之一(1/10)的第二直径。因此，所述旁通口比流出口小得多。所述旁通口优选具有相当于不到所述流出口横截面积的百分之一(1/100)的横截面积。所述旁通口设计成相对于所述流出口小很多，例如使得旁通流相对较小，但足以在冻结情况下完成所期望的压力降低。
还有利的是，所述旁通口由筛元件覆盖。换言之，具体来说，这意味着一个筛元件准确地位于所述过滤筒的外侧部上，以跨越所述旁通口。通过筛元件，首先可以对旁通口加以保护。其次，通过筛元件可以在一定程度上将同样在旁通口区域中所获得的还原剂中的杂质屏蔽掉。这里，优选地，所述筛元件中的通道比所述过滤壁中的(最大)开口/孔大几倍。
还有利的是，所述筛元件焊接或硫化到所述支承壁上。所述技术工艺“硫化”是本领域已知的。“硫化”应具体指筛元件和/或紧固器具(粘结胶带等)至少部分地(在材料上)结合在支承壁中，例如，通过使用在给定时间内经升高的压力和升高的温度处理的橡胶材料而结合在支承壁中，其中所述橡胶材料尤其是发生固化(也可能会收缩)，并且形成了筛元件与支承壁的耐久连接(例如，类似与粘合剂粘结)。还可以将所述筛元件粘合或夹紧在支承壁上。所述筛元件可例如由塑料制成。由塑料构成的所述类型的筛元件可以通过焊接工艺通过极具成本效益的方式紧固在支承壁上，具体来说是因为，如果支承壁同样由塑料构成，那么通常仅需要非常低的技术性开销(具体说仅需要非常低的焊接温度)就能用于塑料焊接。
进一步有利的是，所述旁通口具有相当于至少100μm[微米]的第二直径；其甚至优选为至少200μm[微米]，特别优选为至少500μm[微米]。当所述输送装置处于静止状态时、当没有振动作用于所述输送装置上时，所述输送装置中的还原剂通常会冻结。因此，可能发生的是，存在于所述输送装置中的还原剂以液体形式冷却到还原剂凝固点以下，然后在打火启动情况下急剧或突然冻结。由于这个原因，会相对快速地出现冻结过程中所产生的压力以及在冻结过程中所产生的体积增加。因此，所述旁通口需要具有适于快速释放冻结过程中所产生的冰压力的直径。因此，在针对旁通口的特定范围内的最小直径对于减少此处产生的力是非常有利的。而且，所述最小直径应当通过能够使旁通口不被冻结的还原剂所阻塞的方式来进行选择。
在所述过滤筒的另一设计变型中，所述过滤壁形成(基本上)圆柱形的基本形状。而且，顶侧和底侧分别由支承壁形成，其中所述流出口构造在所述顶侧上，而所述旁通口构造在所述底侧上。所述顶侧和底侧通常垂直于圆柱形基本形状的对称轴线来构造。术语“顶侧”和“底侧”并非意在限定所述输送装置中过滤筒的强制性安装方向，但这些术语说明了所述过滤筒的各个壁部彼此间的空间构造。可以以对称轴线的任意方向(例如，水平、垂直或倾斜)将所述过滤筒安装在输送装置中。以这种方式设计的过滤筒通常从圆周表面向内冻结，由此使得具有液体还原剂的、不断减少的内部区域形成为圆柱形冰套。在所述区域中，随着还原剂的冻结，由于还原剂体积的增加而使得压力进一步显著增大。由于所述流出口与输送装置相连，因此使得压力无法在所述流出口的方向上释放。在所述输送装置中，一般仅存在有限的可供释放增加的压力的体积。而且，所述输送装置通常具有设置其中的阀或类似物，这避免了将冰压力和增加的体积传递到所述输送装置中。此外，如果冰压力在所述过滤筒中升高，则所述输送装置可能已经被冻结还原剂所阻塞。因此，将所述旁通口设置在所述过滤筒的相对底侧上是有利的。所述旁通口通常朝向填充有(未过滤)还原剂的相对较大体积，例如，形成在相距过滤壳体的底座的一定距离处和/或与补偿元件相接触。这种补偿元件例如可以是由橡胶(以海绵的形式)或类似材料构成的可压缩插入件。另外，还可以是设置在那里的、例如可填充空气的一类可压缩波纹管。经由所述旁通口传递的压力可因此释放到所述外部空间中。
上支承壁和下支承壁可以通过至少一个连接结构或至少一个支承结构而穿过所述过滤筒的内部空间来进行彼此连接。所述支承结构可例如以篮筐的形式来形成，该篮筐具有供还原剂穿过的开口(使得此处没有相关的流阻)，并同时从内部或从所述内部区域的方向上对所述过滤壁加以支承。
在过滤筒的又一有利变型中，所述支承壁具有其中构造有可压缩插入件的容器。所述容器和可压缩插入件优选设置在过滤筒的外部。所述容器和可压缩插入件优选设置在过滤筒上的所述旁通口所在的点处。还特别有利的是，所述旁通口、容器和可压缩插入件设置在圆柱状过滤筒的底侧上。所述底侧通常位于设有所述流出口以及耦接合装置(如果适当的话)的顶侧的对面。在所述过滤筒内部建立的冰压力由此能够经由所述旁通口释放到外部并进入可压缩插入件中。这里，所述容器和可压缩插入件通常不会封闭所述旁通口。因此，还原剂流(旁通流)依然能够穿过所述旁通口并例如通过所述可压缩插入件进入所述过滤筒的外部。所述插入件优选松散地位于所述容器中/上。
本发明的内容还要求保护一种用于还原剂的输送装置，所述输送装置具有吸入点和排处点，其中从吸入点形成至排出点形成了还原剂的输送路径，所述输送路径至少穿过根据本发明所述的过滤筒。
因此，所述过滤筒或过滤筒的过滤壁将输送路径具体地分成从吸入点至过滤壁的第一路径部和从过滤壁至排出点的第二路径部。为输送还原剂而设置在所述输送装置中的泵和(各种)阀优选位于所述第二路径部中，由此通过过滤筒或过滤壁来对还原剂中的杂质提供保护。从这个角度看，所述过滤筒的内部空间分配给所述第二路径部，使得实际上仅有经过滤的还原剂存在于所述第二路径部中。围绕所述过滤筒或围绕所述过滤壁的外部空间则分配给所述第一路径部。所述旁通口不需要还原剂流穿过所述过滤壁就能形成从所述第二路径部至所述第一路径部的旁路。因此，可通过所述旁通口绕开所述过滤壁。出现在所述过滤筒的内部空间或所述第二路径部中的压力可经由所述旁通口释放到周围所述过滤筒的外部空间中或所述第一路径部中。
关于这一点，所述过滤筒不必是可从所述输送装置上拆卸下来的。另外，所述过滤筒还可以作为所述输送装置的整体组成部分，和/或可以固定地、具体说是不可拆卸地连接到所述输送装置的其他部件上。所述过滤筒可例如焊接、钎焊或冲压到所述输送装置中。
本发明的内容还要求保护一种机动车，其具有内燃机、用于净化内燃机中的废气的废气处理装置，并且具有根据本发明的用于将还原剂输送到废气处理装置的输送装置。所述类型的机动车具体还具有用于液体还原剂(例如尿素水溶液)的储罐，其中所述输送装置能从所述储罐向外输送还原剂。
附图说明
下面，根据附图对本发明及其技术领域作出更详细说明。附图特别地示出了优选的示例性实施例，但本发明并不限制于此。特别指出，附图、尤其是所示出的比例仅为示意性目的。在附图中：
图1示出了过滤筒的第一个设计变型；
图2示出了过滤筒的第二设计变型；
图3示出了过滤筒的第三设计变型；
图4示出了穿过过滤筒的剖视图；
图5示出了过滤筒的第四设计变型；
图6示出了过滤筒的第五设计变型；
图7示出了输送装置；和
图8示出了具有输送装置的机动车。
具体实施方式
图1、2、3、5和6示出了根据本发明的过滤筒1的五种不同的设计变型。根据图1、2、3和5的过滤筒1分别具有由过滤壁3形成的圆柱形的基本形状14。在根据图6的过滤筒1的示例中，基本形状14为圆锥形。这里，过滤壁3形成了基本形状14的一类圆周表面。基本形状14在顶侧16和底侧17上分别由支承壁4包围。过滤筒1优选地在每一种情况下均相对于对称轴线7大致呈旋转式对称。过滤壁3分别具有上边缘区域5和下边缘区域33。上边缘区域5和下边缘区域33分别形成过滤壁3的边缘。这里，过滤壁3连接到支承壁4。因此，支承壁4优选地界定了过滤壁3的边界。在根据图1、2、3、5和6的各个过滤筒1中，过滤壁3和支承壁4分别界定了过滤筒1的内部空间15。
在顶侧16上，流出口8设置在支承壁4上，通过所述流出口8使得过滤筒1能与输送装置(例如也为泵)连接。具体地，流出口8由耦接装置9围绕，其中通过所述耦接装置9使得过滤筒1能优选地以流体密封且可拆卸的方式连接到输送装置上的对应于流出口8的吸入口上。
在图1、2、3、5和6中由箭头指示的冻结方向6分别示出了当还原剂冻结时优选的冰传播方向。因此，冰首先形成在位于外侧的过滤壁3处。由此，形成了由冰层(冰套)包围的具有液体还原剂的空间(圆柱形、圆锥形、圆形等)。在根据图6的设计变型中，内部空间15中剩余的液体还原剂的空间也稍显圆锥形。冰层随后在朝向内部空间15的中心的方向上扩张。然后，内部空间15的中心优选地在顶侧16处冻结得要比在底侧17处更快。因此，可以实现在底侧17上的旁通口10的方向上建立冰压力。
过滤筒的底侧17上的旁通口10在图1、2、3、5和6所示的过滤筒1的设计变型中分别是不同的设计。即使每个过滤筒1分别仅设有单一的旁通口10(优选地)，但还是可以设有多个旁通口。
根据图1，底侧17上的旁通口10是具有第二直径12的单孔，所述第二直径优选地显著小于流出口8的第一直径11，具体来说比流出口8的第一直径11小10倍。
根据图2，旁通口10也同样形成有比流出口8的第一直径11更小的第二直径12。而且，根据图2，设有覆盖了旁通口10的筛元件13。
在根据图3的设计变型中，旁通口10具有台肩31。由于台肩31的缘故，使得在旁通口10中支承壁14以渐缩的方式(在截面中)朝向内部空间变窄。通过旁通口10的这种设计，使得旁通口10可以通过极具成本效益且精确的方式来制造。为了制造旁通口10，这可以例如通过可钻穿过滤筒1的支承壁4的热心轴来实现。
在图5中，旁通口10同样形成在底侧17上。与底侧17的外侧上的旁通口10相对地设置了可收纳可压缩插入件27的容器32。建立在过滤筒1的内部空间15中、经由旁通口10驱散的冰压力可以释放到该可压缩插入件27中。
在图6中，旁通口10对应于图1而设计。作为特殊之处，图6示出了仅呈圆锥形状的过滤筒1。
根据图1、2、3、5和6的过滤筒1的设计变型的不同特点和特征可以任何期望的方式彼此结合。
图4示出了依据图3的剖面线A-A的穿过过滤筒1的实施例的截面。由此，图4示出了过滤筒1的过滤壁3。这里，过滤壁3具有波纹状结构29。通过这种波纹状结构29，可以通过针对过滤筒1的相对较小的空间需求来同时实现过滤壁3的极大的过滤表面积。在图4中沿着对称轴线7观察，还可以看到过滤筒1的底侧17。在底侧17上，可以看到具有与旁通口10的支承壁4。
图7示出了其中插入有根据本发明的过滤筒1的输送装置2的设计变型。过滤筒1已插入到在输送装置2中设置的筒容器28中。输送路径20从吸入点18穿过输送装置2到达排出点19。输送路径20由过滤筒1或过滤筒1的过滤壁3分成从吸入点18至过滤壁3的第一路径部21和从过滤壁3至排出点19的第二路径部22。在过滤筒1的内部空间15中建立的冰压力可以通过过滤筒1的旁通口10释放到外界或释放到筒容器28中。可压缩插入件27设置在筒容器28中。可压缩插入件27可以是过滤筒1的组成部分，其中关于这方面，可以具体参考图5和与之有关的说明。然而，可压缩插入件27同样可以作为独立部件设置在输送装置2中或筒容器28中。过滤筒1经由流出口8和耦接装置9与输送装置2连接。图6中附加地示出，输送装置2的加热机构30通过流出口8延伸到过滤筒1的内部空间15中。同时，加热机构30还可以是热传导结构，其中在停运状态下，当加热机构30未运行时，该热传导结构从内部空间15放热。由于加热机构30从上方突出进入到过滤筒1中，因此可以确保内部空间15从顶部开始冻结，并且冰压力最后建立在旁通口10的方向上。图6还示出了冻结方向6，其中冰的形成可以发生在输送装置2中的过滤筒1所在的区域中。
图8示出了具有内燃机24和用于净化内燃机24中的废气的废气处理装置25的机动车23。还原剂可通过输送装置2从储罐26输送到废气处理装置25中。然后，SCR催化转化器可例如设置在废气处理装置中，其中SCR催化转化器实现了根据SCR法的废气转化。
附图标记列表
1  过滤筒
2  输送装置
3  过滤壁
4  支承壁
5  上边缘区域
6  冻结方向
7  对称轴线
8  流出口
9  耦接装置
10 旁通口
11 第一直径
12 第二直径
13 筛元件
14 基本形状
15 内部空间
16 顶侧
17 底侧
18 吸入点
19 排出点
20 输送路径
21 第一路径部
22 第二路径部
23 机动车
24 内燃机
25 废气处理系统
26 储罐
27 可压缩插入件
28 筒容器
29 波纹状结构
30 加热机构
31 台肩
32 容器
33 下边缘区域

Claims (9)

1.一种用于针对还原剂的输送装置(2)的过滤筒(1)，其具有至少一个过滤壁(3)和至少一个支承壁(4)，所述支承壁与所述过滤壁(3)共同形成了内部空间(15)，其中所述至少一个支承壁(4)具有流出口(8)和旁通口(10)，其中所述流出口(8)能耦接到所述输送装置(2)上，并且所述旁通口(10)形成了通向所述过滤壁(3)的旁路。
2.根据权利要求1所述的过滤筒(1)，其中，所述旁通口(10)具有相当于不到所述流出口(8)的第一直径(11)的十分之一的第二直径(12)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的过滤筒(1)，其中，所述旁通口(10)由筛元件(13)覆盖。
4.根据权利要求3所述的过滤筒(1)，其中，所述筛元件(13)焊接或硫化到所述支承壁(4)上。
5.根据上述权利要求中任一项所述的过滤筒(1)，其中，所述旁通口(10)具有相当于至少100μm[微米]的第二直径(12)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的过滤筒(1)，其中，所述过滤壁(3)具有圆柱形的基本形状(14)，而且其中由所述支承壁(4)分别形成了顶侧(16)和底侧(17)，其中所述流出口(8)构造在所述顶侧(16)上，并且所述旁通口(10)构造在所述底侧(17)上。
7.根据上述权利要求中任一项所述的过滤筒(1)，其中，所述支承壁(4)具有其中布置有可压缩插入件(14)的容器(32)。
8.用于还原剂的输送装置(2)，其具有吸入点(18)并具有排出点(19)，其中从所述吸入点(18)至所述排出点(19)形成了用于所述还原剂的输送路径(20)，所述输送路径穿过至少一个根据上述权利要求中任一项所述的过滤筒(1)。
9.一种机动车(23)，其具有内燃机(24)、用于净化所述内燃机(24)中的废气的废气处理装置(25)，并且具有根据权利要求8所述的用于将还原剂输送到所述废气处理装置(25)中的输送装置(2)。
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