CN107848846A - 脉冲电场发生室 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种PEF(脉冲电场)室，所述PEF室1包括带有两个开放端3、4的管2，这些开放端具有附接装置5、6，使得该PEF室1能够成为插入式设备，其中，该管2具有从一个开放端3到另一个开放端4的长度L、以及在垂直于其长度L的横截面中从该管的一侧到该管的另一侧的内部宽度IW，其中，该管2沿着该管2的长度L在某处具有该内部宽度IW的几何变窄部，并且其中，该PEF室1包括被安排在该几何变窄部处的绝缘材料的格网9或沿着该管2的长度L彼此相对地安排在该内部宽度IW的该几何变窄部处的电极单元7、8。本发明的插入式特征使得该PEF室能够用作可附接的且可丢弃的PEF室1。

Description

脉冲电场发生室
技术领域
本发明涉及一种脉冲电场发生室。
背景技术
已知一些包括脉冲电场发生室的布置。在WO 2009/126084中描述了一个实例，其披露了一种用于微生物的中和的布置。该布置包括至少一个用于泵送可泵送介质的非导电室，该室设有第一和第二电极板。在WO2009/126084的说明书中，陈述了该布置的室可以是连接至进料管和排料管上的超压泵。该布置的超压泵可以是活塞泵，其活塞的上部形成其中一个电极板。这被认为是有利的实例，因为这些电极板可以容易地整合到标准泵设备中。此外，WO 2009/126084还披露了其中的发明也可以通过使用以下这种泵来实现：在这种泵中，封闭室和两个电极被设计为位于活动活塞与固定壁或反向运动的第二可活动活塞之间的柔性插入件。这样的可能性被披露为例如与输液袋或可丢弃筒的泵类似的泵。
还有其他文献披露了用于在PEF系统中使用的泵。WO 03/056941中披露了一个实例，其涉及一种用于通过电场连续处理可泵送物质的方法和布置。提到了容积式泵可以是该布置的一部分。实例是叶片转子泵和齿轮泵。
本发明的一个目的是提供一种改进的脉冲电场发生室(以下称为PEF室)。与现有的替代方案相比，根据本发明的PEF室具有若干优点，例如尤其是易于安装和用另一个更换、易于与使用者的其他附件一起结合到PEF系统中，下文进一步披露了这些附件，并且因此根据本发明的PEF室提供了PEF室的简化生产。
发明内容
上述目的和所描述的优点通过一种PEF(脉冲电场)室实现，所述PEF室包括带有两个开放端的管，这些开放端具有附接装置，使得该PEF室能够成为插入式设备，其中，该管具有从一个开放端到另一个开放端的长度L、以及在垂直于其长度L的横截面中从该管的一侧到该管的另一侧的内部宽度IW，其中，该管沿着该管的长度L在某处具有该内部宽度IW的几何变窄部，并且其中，该PEF室包括被安排在该几何变窄部处的绝缘材料的格网或沿着该管(2)的长度L彼此相对地安排在该内部宽度IW的该几何变窄部处的电极单元。
以上披露的附接可以是许多不同类型，并且当然，可以在该管的相应开放端处为不同类型。作为实例，螺纹连接可以是用于可丢弃PEF室和PEF室应连接到其中的连接件的一种替代方案。
而且，还应提及的是，下面进一步讨论的两个或更多个电极单元可以包括规则的电极对或两个相对的电极棒。
应当对处理中的介质加压，使得消除介质中存在气泡或气体的风险。在WO 2009/126084和WO 03/056941中，这是通过使用泵来实现的。然而，根据本发明，这是通过使实际PEF室在相对的电极的位置处变窄来实现的。这是一种提供了若干优点的解决方案，例如，当与呈泵的形式的PEF室的需要相比时，总体简化了生产和PEF系统。根据本发明的PEF系统中的泵安装可以是任何合适的类型并且被完全保持在实际PEF单元之外。而且，本发明提供了一种本身具有若干优点的可丢弃单元，例如当需要更换PEF室时减少了调整时间，并且可能更易于安装以及结合与该可丢弃单元相关的附件。
关于上述描述，应进一步提及的是，WO 03/056941不仅仅在系统中具有泵的方面背离本发明。在WO 03/056941披露的布置中，进一步建议，将在其中处理介质的分离空间具有圆柱形形状，即，与提供任何形式的几何构造限制(变窄)相背离。应进一步说明，在WO2009/126084中也没有提出任何这样的形状。再次，WO 2009/126084和WO 03/056941均涉及将泵用作PEF室。
有另一种沿其管具有几何构造限制(变窄)的PEF室。这在US 6110423中进行了披露，该文献披露了一种用于使食品中的有机体失去活性的系统，所述系统包括第一电极、以及耦合到该第一电极上的绝缘体区段，其中，该绝缘体区段包括绝缘体收缩部、开口、以及介于其之间的过渡区域，并且其中，该开口具有比绝缘体收缩部更大的横截面面积，该绝缘体区段包括穿过该绝缘体收缩部、该过渡区域和该开口的空腔，并且其中，该系统还包括耦合到该绝缘体区段上的第二电极，其中，该第一电极位于该绝缘体收缩部的第一侧，并且该第二电极位于该绝缘体收缩部的第二侧。
本发明与US 6110423所披露的系统之间存在一些非常明显和重要的差异。首先，根据本发明，相对的电极沿着PEF室的管被设置在变窄部处。这与根据US 6110423的系统是不一样的，在US 6110423中，非常清楚的是收缩部或变窄部实际上是绝缘体，并且这些电极设置在在收缩部前后。这也暗示了第二个非常重要的区别。US 6110423的系统中提供的电场是串联的，然而在根据本发明的PEF室中提供的电场是并联的。此外，US 6110423的收缩部旨在提供被界定的电极表面。然而，根据本发明的变窄部作为几何构造限制被提供，以在施加实际PEF时提供有利的压力积聚。这个方向在US6110423中没有被表明或暗示。
在CN 101502304中，提供了一种包括绝缘中空管、2个圆弧形金属电极和半导体材料的高电压脉冲电场处理室。如图1中值得注意的，这些电极被插入以形成该管的渐缩部分。这在图2中可以清楚地看到。通过这种布置，应当可以使用较小的电极，并且因此也减小与正被处理的液体接触的金属表面暴露量。然而，如前所述，提供根据本发明的变窄部作为几何构造限制，以提供压力积聚，从而消除在施加实际PEF时介质中产生气泡或气体的风险。这不是CN 101502304的意图，并且其中所提供的布置似乎不能提供必要的压力积聚。而且，显而易见的是，是这样的电极创造了根据CN 101502304的管的渐缩部分，然后这些电极的端部也与进入该渐缩部分的液体接触。
此外，在US 5690978中，提供了一种旨在用于灭菌和保存可泵送食品的PEF处理设备，该设备具有至少两个电极和绝缘体，并且据说特别适用于灭活植物性和细菌孢子微生物。据称电极和绝缘体流动室采用各种各样的截面和横截面几何形状，包括管状、圆柱形、矩形、椭圆形和非均匀设计。在US 5690978的图4中示出了一个这样的设备，其具有渐缩的流动室。如图4所示，这些电极不安排在流动室的渐缩部中。这明显与本发明不同。根据本发明，绝缘材料的格网、或电极单元沿着管的长度L彼此相对地安排在内部宽度IW的几何变窄部处。从上面可以理解，本发明的关键特征是提供变窄部以确保压力积聚，并且还将格网或相对的电极安排在该变窄部内，以确保在这里实际的PEF被施加于PEF室中。
附图简要说明
图1示出了根据本发明的一个具体实施例的PEF室。
图2示出了根据本发明的另一个具体实施例的PEF室。
图3示出了根据本发明的又一个实施例的PEF室。
图4也示出了根据本发明的一个具体实施例的PEF室。
而且，图5示出了根据本发明的又一个实施例的PEF室。
图6示出了根据本发明的一个具体实施例的电极可调PEF室的一部分。
图7示出了用于根据本发明的一个具体实施例的PEF室的一种可能的附接布置。
图8示出了根据本发明的一个具体实施例的PEF室，其中，所述PEF室安排在具有电极接触装置的箱体中。
图9示出了根据本发明的一个具体实施例的PEF室，其中，两个圆形电极被安排成在几何变窄部处在管内形成半圆弧形表面。
图10示出了根据本发明的一个具体实施例的PEF室，其中，在该几何变窄部处设置有若干个圆形电极。
图11示出了包括根据本发明的一个具体实施例的PEF室的系统的电路图的实例。还提供了脉冲P、电压V以及脉冲V2和V3的可能的曲线图。
具体实施方式
下面披露了本发明的一些具体实施例。
根据本发明的一个具体实施例，PEF室的管是不导电的。与US 6110423相比，这是另一个不同之处，在US 6110423中，管是用其电极导电的，但是其中绝缘体部分被设置为收缩部。
根据本发明的管的几何构造限制或变窄部可以具有不同的形状。根据本发明的一个具体实施例，该几何变窄部具有文丘里管的形状。
此外，根据本发明的PEF室的管的几何变窄部也可以以不同的方式通过不同的装置来实现。根据本发明的一个具体实施例，通过在管的相对侧上的压缩来提供几何变窄部。例如，这可以通过热压缩的方式来提供。同样提供几何变窄部的另一种替代方案是铣削管的材料，然后将各单元结合到通过铣削得到的孔中。所结合的单元可以是电极本身，或者可以是也具有附接到其上的电极的合适材料的单元。参考以上所披露的，根据本发明的一个具体实施例，该几何变窄部由一个或多个结合单元来提供。以上所提到并将在下面进一步披露的格网可以看作是一个这样的可能的结合单元。
参考以上描述，应当注意，根据本发明，任何类型的几何形式的几何变窄部都是有可能的，当应用热压缩实现该形状时或在使用管的材料的铣削等时也是如此。文丘里管形状只是一个实例，其他可能的形状为，例如在进入侧呈圆锥形然后在该圆锥形变窄之后直接具有规则形状，以及几何变窄部仅从管的一侧提供而另一侧在整个长度上是完全规则的形状。
如上所述，根据本发明的PEF室也可以为根据本发明的PEF系统提供使用其他附件的可能性。根据本发明的一个具体实施例，所述管的至少几何变窄部被容纳并且嵌入在外壳中以获得绝缘性和/或压力稳定性。从上面可以理解，不仅可以包含和嵌入变窄区段，还可以包括在该区段前后延伸的部分。本发明的所有不同实施例可以被包括在这样的嵌入中，但是对于这种包括而言特别重要的是另外存在明显的泄漏风险时的实施例。这种泄漏当然是决不可接受的，所以每当可能有这样的风险时，该布置必须以安全的方式进行密封，无论是通过使用如上所述的嵌入还是通过其他手段。用于嵌入的材料可以是合适的模制塑料或橡胶，例如，液态塑料。由于该单元旨在在高电压条件下使用，所以绝缘特性很重要。而且，可以在嵌入之前，例如通过使用硅树脂或橡胶密封件等来密封例如管与结合的电极单元之间存在较高泄漏风险的实际区段。
如上文所披露的，提供管的几何变窄部作为为几何构造限制以提供压力积聚。这种压力积聚对于确保在施加实际的PEF处不存在形成气泡的风险而言是重要的。通过使用在几何变窄部彼此相对地安排的电极单元来施加PEF。
这些电极单元可以具有不同的形状。根据本发明的一个具体实施例，这些电极单元被安排成在管内形成半圆弧形表面。图9和图10中示出了其实例。如所看到的，这些电极可以是圆形的并且被安排成使得在管内形成半圆弧。应当理解，管内外均可能是其他形状。管内的半圆弧形状具有的优点是，当施加PEF时，与待处理的液体或基质接触的电极部分提供更均匀的场。此外，没有角的圆形电极也具有消除角效应的优点。角效应可能会增加拐角处的热量，这会影响施加PEF时场的分布。
此外，根据本发明的又一个具体实施例，在电极单元之间、在内部宽度IW的距离D2上设置的面积小于在内部宽度IW的几何变窄部之外、在内部宽度IW的距离D1上设置的面积的50％。图9中进一步描绘了其一个实例。
而且，根据本发明的又一个具体实施例，沿着管的长度L、沿着内部宽度IW的几何变窄部彼此相对地安排了若干个电极单元。根据一个实施例，在管的每一侧安排两个或三个电极，一起形成两个或三个电极对。通过使用若干较小的电极，例如图10所示的较小的圆形电极，可以模拟一个大电极并且在流动方向上分配所施加的PEF的场宽度，而不会以与场宽度相同的因数增加电压-电流。
根据又一个具体实施例，相对的电极单元还沿着管的长度L被安排在内部宽度IW的几何变窄部之外。其一个实例见图9，其中，一个这样的电极对被安排在管内。这样的电极单元可以是作为隔离电极对被安排在离几何变窄部处的电极单元一定距离处的接地管或电极。这在图9中看出。根据一个具体实施例，被安排在几何变窄部之外的电极单元与被安排在几何变窄部之内的电极单元之间的距离是彼此相对地安排在该几何变窄部处的两个电极单元之间的距离的至少10倍、例如在10-30倍的范围内。
设置在几何变窄部之外的电极单元使得发电机与PEF室能够交流(A.C.)连接。这在图11中进一步示出并在下面进行讨论。
根据另一个具体实施例，PEF室包括绝缘材料的格网和位于该格网后方的室，格网后方的所述室连接到泵。该室通过一个或多个管道连接到该泵。导电液体或凝胶通过管道从泵中被泵送到室中。该液体或凝胶经由格网上的孔填充该室并且与正在被处理的基质接触。引入室内的管道由将脉冲转移到凝胶或液体中的导电材料形成。通过这种布置，提供了一种电极，其包括与要处理的基质接触的导电液体/凝胶。而且，随着该液体或凝胶被不断更换，该电极不会被消耗。
根据本发明的一个具体实施例，该几何变窄部是柔性的。这意味着如果施加的压力太高，具有几何变窄部的区段可能会弯曲(可能变宽)，这意味着几何变窄部的变宽取决于室中的压力。这种能力可以通过不同的装置来提供。根据一个实施例，在几何变窄部处提供的材料本身是柔性的。材料的选择当然应该被选择为提供适当的柔性范围。根据本发明的又一个具体实施例，几何变窄部是弹簧加载的或包括配重单元，例如平衡系统。作为实例，管的几何变窄部的区段可以安排有弹簧加载的夹子或保持器等。作为一个实例，可以提及的是，该布置可以包括设置有弹簧加载的夹子或保持器的柔性更大的材料的管的组合。
通过结合弹簧，实际的弹簧可以压在管的侧面上以产生几何变窄部。弹簧可以用固定螺钉固定或调整，如果管中的压力太大，则弹簧就会屈服。而且，可以调整固定螺钉以调整电极之间的空间。因此，根据本发明的一个具体实施例，该几何变窄部是可调的。
如上所述，调整螺钉可以是弹簧加载的，使得当压力大时或当较大的颗粒通过几何变窄部时，这些电极可以往回挠曲。
如所述的，这些附接装置可以是不同的类型，既可以是其本身，也可以是彼此相关的。根据一个实施例，这些附接装置中的至少一个是有螺纹的，为螺母或凸缘。然而，应当提及的是，根据本发明，可以确保安全锁定的所有可能的版本都是有可能的。密封单元，例如垫圈，也可能对确保安全锁定而言有意义。除上面披露的替代方案，另一种可能的替代方案是使用用于安装的附加锁定装置(例如锁定臂等)来将PEF室锁定至连接管上。这种锁定臂可以是仅在安装、拆卸和更换根据本发明的PEF室时使用的单独部件。同样，在这些情况下，垫圈(例如O型环垫圈)可以是在PEF室与其他连接单元(比如管)之间使用的重要单元。
此外，根据本发明的PEF室可以是系统的一部分。该系统例如可以是易于整体更换的插入式箱体。这样的插入式箱体还可以被视为对接系统中的可丢弃用品。
如上所述，包括PEF室的嵌入式箱体还可以是根据本发明的这种箱体系统。该箱体可以具有连接器件，例如销等，当箱体安装就位时，这些连接器件旨在连接到与电网接触的固定箱体上。这样的箱体因此可以设有不同的指示装置。因此，根据一个具体实施例，PEF室是具有电极接触装置(即，连接器件、和“就位”指示装置)的箱体的一部分。应当注意，根据本发明的不是箱体系统的一部分的PEF室仍然可以具有不同的指示装置，例如“就位”或“错误”指示装置。这些指示装置可以是不同类型的，一个实例是LED。另一个实例是塑料杆形式的光导体，其传输来自固定母连接箱体的光。其他典型的报警指示器也是完全有可能的。
其他指示装置也是有可能的。一个例子是复制保护装置。这可以通过不同的替代方案来实现，例如条形码、包含序列号、使用时间和其他生产参数等的非易失性存储器等。上述这样的存储器可以在使用期间被主电气系统改变以预见到期时间和最大使用时间等。
发现本发明用于许多不同的工业应用。根据本发明的PEF室可以用于PEF技术相关的所有不同领域。实例见于可泵送液体(如不同类型的食品)的处理、压载水的处理、以及淤泥在被允许扩散(例如在农业中)或者发酵或沼气生产中被进一步加工之前的卫生处理。
附图详细说明
图1示出了根据本发明的一个具体实施例的PEF室1。PEF室1包括带有两个开放端3、4的管2，这些开放端具有附接装置5、6，使得PEF室1能够成为插入式设备。在这种情况下，这些附接装置是有螺纹的。如值得注意到的，该管具有几何变窄部，在该几何变窄部，内部宽度IW沿着长度L减小。在这个几何变窄部处，安排有两个相对的电极7、8。在这种情况下，两个电极7、8可以被安排在PEF室管2内部，该管2已在该变窄部被热压缩等。
图2示出了根据本发明的另一个具体实施例的PEF室1。在这种情况下，在该变窄部处安排有绝缘材料的格网9。在格网9后方具有连接到泵11上的室10。这种布置使得能够使用经由管道泵送到室10中的导电液体或凝胶。该液体或凝胶经由格网9中的孔填充室10并且与正在处理中的基质接触。
图3示出了根据本发明的又一个实施例的PEF室1。在这种情况下，有两个电极7、8已经与壁(这些壁可以是例如塑料壁)一起结合到管2中。如从示出另一种类似布置的图4中值得注意的，可能需要用合适的模制塑料或橡胶(例如，液态塑料)来填充外壳并嵌入管2。这在图4中用虚线示出。
图5示出了根据本发明的又一个实施例的PEF室1。在这种情况下，可以看出，两个电极杆7、8在几何变窄部处被结合到管2中。
图6示出了根据本发明的一个具体实施例的电极可调PEF室1的一部分。值得注意的是，提供了能够调整电极7的位置、因此加宽几何变窄部的螺钉。
图7示出了用于根据本发明的一个具体实施例的PEF室1的一种可能的附接布置。在这种情况下，通过使用凸缘设计，该布置与连接管道锁定在一起。许多其他类型的锁定布置当然也可以使用。还可以提供附加装置，例如用于固定紧固件的锁定臂。
图8示出了根据本发明的一个具体实施例的PEF室1，其中，PEF室1被安排在具有电极接触装置的箱体中。显示了该电极接触装置位于该箱体的最左侧。
图9示出了根据本发明的一个具体实施例的PEF室，其中，两个圆形电极(E1和E2)被安排成在几何变窄部处在管内形成半圆弧形表面。如所看到的，距离D2与距离D3大致相同，然而D2上的面积正常情况下小于距离D1(其是几何变窄部之外的管的宽度)上的面积的50％。合适的面积当然取决于要加工的液体的流量和类型。
而且，接地的隔离电极对(E3 1和E3 2)被安排在离几何变窄部和那里的电极一定距离处。E1和E2到E3 1和E3 2之间的距离分别通常是E1与E2之间的距离的长度的10到30倍。这具有的优点是电流首先经由几何变窄部处的两个邻近的电极通过电容器和要处理的基质/液体。当脉冲完成时，电容器已被充电，于是电流转而通过更远的电极，然后返回到几何变窄部处的电极之一。以这种方式，在一个方向上提供快速短脉冲，并且随后在相反方向上提供使电容器放电的较长脉冲。
图10示出了根据本发明的一个具体实施例的PEF室，其中，在几何变窄部处设置若干个圆形电极(E2,1，E2,2,，E2,3)。该解决方案也可以作为图9中所示的实例中的替代方案被结合，其中还安排了在几何变窄部之外的接地电极。
图9所示的接地电极使发电机与PEF室之间能够交流连接。通过使用这样的电极对(E3 1和E3 2)，可以使用图11中的实例所示的交流连接。交流连接具有的优点是能量消耗减小，使得当电容器充电时产生双极性脉冲。
作为图11的进一步解释，电极E1和E2被安排在PEF室的几何变窄部处。这些通过电容器C1连接到脉冲源HV。当施加脉冲P时，Cl被充电，这使得当脉冲P完成时，电压V位于电容器C1中。同时，脉冲V2出现在电极E1与E2之间。可以在系统中安排可选的电阻器R1，使得电容器C1经由第三电极E3放电到电极E2，这使E3与E2之间产生脉冲V3。电极E2与要处理的基质或液体之间的电流将具有两个方向。这使得电极中的材料损失减少并使得对基质或液体的处理更好。
如所述的，电极E3可以是单独和隔离的电极，但是如果使用导电材料的管，电极E3实际上也可以是安装的一部分。在这种情况下，具有“虚拟浮动接地”的浮动发电机适合于在该安装中使用。

Claims (17)

1.一种PEF(脉冲电场)室(1)，所述PEF室(1)包括带有两个开放端(3，4)的管(2)，这些开放端具有附接装置(5，6)，使得该PEF室(1)能够成为插入式设备，其中，该管(2)具有从一个开放端(3)到另一个开放端(4)的长度L、以及在垂直于其长度L的横截面中从该管的一侧到该管的另一侧的内部宽度IW，其中，该管(2)沿着该管(2)的长度L在某处具有该内部宽度IW的几何变窄部，并且其中，该PEF室(1)包括被安排在该几何变窄部处的绝缘材料的格网(9)或沿着该管(2)的长度L彼此相对地安排在该内部宽度IW的该几何变窄部处的电极单元(7，8)。
2.根据权利要求1所述的PEF室(1)，其中，该PEF室(1)的该管(2)是不导电的。
3.根据权利要求1或2所述的PEF室(1)，其中，该几何变窄部具有文丘里管的形状。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的PEF室(1)，其中，通过在该管(2)的相对侧上进行压缩来提供该几何变窄部。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的PEF室(1)，其中，该几何变窄部是由一个或多个结合单元来提供。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的PEF室(1)，其中，该管(2)的至少该几何变窄部被容纳并且嵌入在外壳中以获得绝缘性和/或压力稳定性。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的PEF室(1)，其中，提供该管(2)的该几何变窄部作为几何构造限制来提供压力积聚。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的PEF室(1)，其中，这些电极单元(7，8)被安排成在该管(2)内形成半圆弧形表面。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的PEF室(1)，其中，在电极单元(7，8)之间、在该内部宽度IW的距离D2上设置的面积小于在该内部宽度IW的该几何变窄部之外、在该内部宽度IW的距离D1上设置的面积的50％。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的PEF室(1)，其中，沿着该管(2)的长度L、沿着该内部宽度IW的该几何变窄部彼此相对地安排了若干个电极单元(7，8)。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的PEF室(1)，其中，还沿着该管(2)的长度L在该内部宽度IW的该几何变窄部之外安排了相对的电极单元。
12.根据权利要求11所述的PEF室(1)，其中，被安排在该几何变窄部之外的电极单元与被安排在该几何变窄部内部的电极单元(7，8)之间的距离是彼此相对地安排在该几何变窄部处的这两个电极单元(7，8)之间的距离的至少10倍。
13.根据权利要求1-6中任一项所述的PEF室(1)，其中，该PEF室(1)包括绝缘材料的格网(9)和位于该格网(9)后方的室(10)，该格网后方的所述室(10)连接到泵(11)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的PEF室(1)，其中，该几何变窄部是柔性的。
15.根据前述权利要求中任一项所述的PEF室(1)，其中，该几何变窄部是可调的。
16.根据前述权利要求中任一项所述的PEF室(1)，其中，这些附接装置(5，6)中的至少一个是有螺纹的、为螺母或凸缘。
17.根据前述权利要求中任一项所述的PEF室(1)，其中，该PEF室(1)是箱体的一部分，所述箱体具有电极接触装置和“就位”指示装置、“错误”指示装置和/或存储装置。
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