CN111807320A - 用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊及轧辊组和轧制生产线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，包括轧辊本体，所述轧辊本体上设有用于轧制纳米尺度孔纳米尺度孔的纳米尺度扎针。本发明还公开了一种用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组，包括两根轧辊，两根所述轧辊中，至少一根所述轧辊采用如上所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊。本发明还公开了一种用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧制生产线，包括如上所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组。通过在轧辊本体上设置纳米尺度扎针，采用辊压的方式在被轧制的纳米尺度孔上加工纳米尺度孔，相较于现有的纳米尺度孔加工方式，能够大大节省成本，且可规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种轧制设备，具体的为一种用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊及轧辊组和轧制生产线。
背景技术
公开号为CN107973268B的中国专利公开了一种一种纳米及微米孔的加工方法，包括如下步骤：
步骤一：用去离子水清洗基材，并用等离子清洗机清除其表面脏污；
步骤二：在基材上旋涂光刻胶，曝光、显影，形成特定的基板；
步骤三：在基板表面沉积微纳复合结构金属粒子；所述微纳复合结构金属粒子以磁性内核为中心，且磁性内核的表面镀有由多个纳米金、银或铝粒子组成的纳米金属粒子镀层；
步骤四：去除光刻胶，只保留沉积在基板表面的微纳复合结构金属粒子点阵列；
步骤五：采用激光对表面有微纳复合结构金属粒子的基板进行照射，同时在反应腔内施加均匀强磁场；由均匀强磁场引导微纳复合结构金属粒子中的磁性内核带动整个微纳复合结构金属粒子在基板中定向移动，对基板进行加工形成加工孔；
步骤六：直至加工孔达到目标孔径大小、形状、深度的纳米孔或微米孔后，中止激光照射及移除均匀强磁场，获得成品。
该纳米及微米孔的加工方法虽然在一定程度上能够满足纳米孔的生产加工要求，但存在成本高的缺点，且仅能够满足小批量的生产要求，无法规模化生产。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊及轧辊组和轧制生产线，能够满足纳米尺度孔的轧制生产要求。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明首先提出了一种用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，包括轧辊本体，所述轧辊本体上设有用于轧制纳米尺度孔的纳米尺度扎针。
进一步，所述轧辊本体包括转轴，所述纳米尺度扎针设置在所述转轴的外周壁上；或，所述轧辊本体包括转轴，所述转轴上可拆卸地套装设有与其同步转动的轧辊套，所述纳米尺度扎针设置在所述轧辊套的外周壁上。
进一步，所述轧辊本体上设有与其同轴并用于控制所述纳米尺度扎针的轧制深度的控制环。
进一步，所述控制环间隔设为至少一个，且所述控制环固定设置在所述转轴的外周壁上，或所述控制环设置在所述轧辊套上，或所述控制环套装设置在所述转轴上并与所述转轴同步转动。
进一步，所述控制环的外径小于等于所述纳米尺度扎针的针尖距离所述轧辊本体轴线的距离；或所述控制环的外径大于所述纳米尺度扎针的针尖距离所述轧辊本体轴线的距离，且所述控制环的外径与所述纳米尺度扎针的针尖距离所述轧辊本体轴线的距离之差大于等于0.5um。
进一步，所述纳米尺度扎针的轴线位于所述轧辊本体的径向方向上，所述纳米尺度扎针的高度大于等于1nm。
进一步，所述纳米尺度扎针阵列设置在所述轧辊本体的外周壁上。
进一步，所述纳米尺度扎针呈渐变阵列设置。
进一步，所述纳米尺度扎针以孔径、孔间距或孔形状为基准渐变阵列设置。
进一步，所述轧辊本体上设有至少一个扎针布置区，所述扎针布置区内设有以设定图案排布的所述纳米尺度扎针。
进一步，所述扎针布置区设置为至少两个，且所有的所述扎针布置去成阵列分布设置在所述轧辊本体上。
进一步，垂直于所述纳米尺度扎针轴线的任意平面在所述纳米尺度扎针上截得的两个径向截面中，距离所述纳米尺度扎针针尖较近的所述径向截面的面积小于等于距离所述纳米尺度扎针针尖较远的所述径向截面的面积。
进一步，垂直于所述纳米尺度扎针轴线的任意平面在该所述纳米尺度扎针上截得的两个径向截面的为相似图形。
进一步，所述纳米尺度扎针的所述径向截面为圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形、菱形或正多边形。
进一步，所述轧辊本体的外周壁为圆柱形或圆锥形。
进一步，所述纳米尺度扎针的外径大于等于1nm。
进一步，所述纳米尺度扎针的外径小于等于1um。
进一步，所述纳米尺度扎针的外径小于等于100nm。
进一步，所述纳米尺度扎针的外径小于等于50nm。
进一步，所述纳米尺度扎针的外径大于等于2nm。
进一步，相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距满足：
L≤kδ
其中，L为相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距；k为系数，且k≥1；δ为扩散控制层厚度。
进一步，相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤10δ。
进一步，相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤5δ。
进一步，相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤2δ。
进一步，相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤δ。
进一步，所述扩散控制层厚度为：
其中，δ为扩散控制层厚度；D为扩散系数；t为时间。
进一步，所述纳米尺度孔结构材料包括但不限于金属、非金属材料或聚合物。
进一步，所述纳米尺度孔结构材料的形状结构包括但不限于膜、带、板、条或块。
本发明还提出了一种用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组，包括两根轧辊，两根所述轧辊中，至少一根所述轧辊采用如上所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊。
本发明还提出了一种用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧制生产线，包括如上所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组。
进一步，所述轧辊组的进料端设有加热控温装置、出料端设有冷却控温装置。
进一步，所述轧辊组与所述冷却温控设备之间设有烘干装置。
进一步，所述加热温控设备的进料端设有加湿装置。
本发明的有益效果在于：
本发明的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，通过在轧辊本体上设置纳米尺度扎针，利用纳米尺度扎针可在纳米尺度孔结构材料表面辊压出纳米尺度孔，即本发明采用辊压的方式在纳米尺度孔结构材料上加工纳米尺度孔，相较于现有的纳米尺度孔加工方式，能够大大节省成本，且可规模化生产。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组实施例1的结构示意图；
图2为本实施例轧辊的结构示意图；
图3为本发明用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组实施例2的结构示意图；
图4为本实施例轧辊的结构示意图；
图5为本发明用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组实施例3的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧制生产线，包括用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组。如图1所示，为本发明用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组实施例1的结构示意图。本实施例用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组，包括两根轧辊1,2，两根轧辊1,2中，至少一根轧辊采用用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊。本实施例属于同一个轧辊组的两根轧辊1,2均采用用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊。相应的，纳米尺度孔结构材料7的上下两侧分别设有可用于轧制纳米尺度孔的轧制材料层。具体的，纳米尺度孔结构材料7包括但不限于金属、非金属材料或聚合物，纳米尺度孔结构材料的形状结构包括但不限于膜、带、板、条或块。
如图2所示，本实施例的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，包括轧辊本体，轧辊本体上设有用于轧制纳米尺度孔的纳米尺度扎针3。具体的，本实施例轧辊本体包括转轴4，转轴4上可拆卸地套装设有与其同步转动的轧辊套5，纳米尺度扎针3设置在轧辊套5的外周壁上。通过在转轴4上可拆卸地套装设置轧辊套5，可根据轧制的纳米尺度孔的不同来更换轧辊套5，更加方便。轧辊本体的外周壁为圆柱形或圆锥形，当轧辊本体为圆锥形时，可以在纳米尺度孔结构材料7上辊压斜孔。本实施例的轧辊本体的外周壁为圆柱形。
本实施例的轧辊本体上设有与其同轴并用于控制纳米尺度扎针3的轧制深度的控制环6，具体的，根据轧辊本体的长度，控制环6间隔设为至少一个，本实施例的控制环6间隔设置为3个，其中两个分别位于轧辊本体的两端，另一个位于轧辊本体的中部。具体的，控制环6可以采用不同的设置方式，如将控制环6设置在轧辊套5上，或控制环6套装设置在转轴4上并与转轴4同步转动，或控制环6固定设置在转轴4的外周壁上并与转轴4同轴，均可满足使用要求。本实施例的控制环6设置在轧辊套5上。
当需要在纳米尺度孔结构材料7上轧制通孔时，将控制环6的外径设置为小于等于纳米尺度扎针3的针尖距离轧辊本体轴线的距离；当需要在纳米尺度孔结构材料7上轧制盲孔时，将控制环6的外径设置为大于纳米尺度扎针3的针尖距离轧辊本体轴线的距离。本实施例的控制环6的外径大于纳米尺度扎针3的针尖距离轧辊本体轴线的距离，且控制环6的外径与纳米尺度扎针3的针尖距离轧辊本体轴线的距离之差大于等于0.5um，也即通过本实施例的轧辊辊压得到的盲孔的孔底的厚度大于等于0.5nm。具体的，纳米尺度扎针3的轴线位于轧辊本体的径向方向上，且本实施例的纳米尺度扎针的高度大于等于1nm。
进一步，本实施例的纳米尺度扎针3阵列设置在轧辊本体的外周壁上，能够在纳米尺度孔结构材料7上轧制呈阵列分布的纳米尺度孔。具体的，阵列方式可以采用现有的多种阵列方式。当然，纳米尺度扎针还可以呈渐变阵列设置，即纳米尺度扎针以孔径、孔间距或孔形状等为基准渐变阵列设置，可在纳米尺度孔结构材料7上辊压呈渐变阵列设置的纳米尺度孔，如以孔径从小到大依次排列的渐变式阵列等，以满足不同场景的使用要求。当然，还可以在轧辊本体上设置至少一个扎针布置区，并在扎针布置区内设置以设定图案排布的纳米尺度扎针。且当扎针布置区设置为至少两个时，所有的扎针布置区呈阵列分布这只在所述轧辊本体上。如此，即可在纳米尺度孔上辊压出以设定图案分布的纳米尺度孔。
进一步，垂直于纳米尺度扎针3轴线的任意平面在纳米尺度扎针3上截得的两个径向截面中，距离纳米尺度扎针3针尖较近的径向截面的面积小于等于距离纳米尺度扎针3针尖较远的径向截面的面积，垂直于纳米尺度扎针轴线的任意平面在该纳米尺度扎针3上截得的两个径向截面为相似图形。具体的，纳米尺度扎针3的径向截面为圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形、菱形或正多边形，本实施例的纳米尺度扎针3的径向截面为圆形，即纳米尺度扎针3可以为圆锥形或圆柱形等结构。
进一步，纳米尺度扎针3的外径大于等于1nm。优选的，纳米尺度扎针3的外径小于等于1um。优选的，纳米尺度扎针3的外径小于等于100nm。优选的，纳米尺度扎针3的外径小于等于50nm。优选的，纳米尺度扎针3的外径大于等于2nm。本实施例的纳米尺度扎针3的外径大于等于2nm小于等于50nm，即本实施例的纳米尺度扎针3可在纳米尺度孔结构材料7上辊压的纳米尺度孔为介孔。
进一步，相邻两根纳米尺度扎针3之间的间距满足：
L≤kδ
其中，L为相邻两根纳米尺度扎针之间的间距；k为系数，且k≥1；δ为扩散控制层厚度。
具体的，本实施例相邻两根纳米尺度扎针3之间的间距满足：L≤10δ。优选的，相邻两根纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤5δ。优选的，相邻两根纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤2δ。优选的，相邻两根纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤δ。本实施例的相邻两根纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤δ，即本实施例的纳米尺度扎针3在纳米尺度孔结构材料7上辊压的纳米尺度孔之间的间距小于扩散控制层厚度，当将该纳米尺度孔用在电池等储能设备中时，能够减轻甚至消除传质或扩散控制的影响，提高储能设备的比功率以及极大地提高多孔电极的利用率。
具体的，扩散控制层厚度为：
其中，δ为扩散控制层厚度；D为扩散系数；t为时间。
进一步，轧辊组的进料端设有加热控温装置、出料端设有冷却控温装置，当用于在金属锂等材料上辊压纳米尺度孔时，可将其加热软化后再辊压，辊压完成后利用冷却控温装置快速冷却，防止因残余应力变形导致纳米尺度孔闭合。具体的，轧辊组与冷却温控设备之间设有烘干装置，当用于在锂电池正极材料等材料上辊压纳米尺度孔时，辊压完成后可利用烘干装置将其烘干。优选的，加热温控设备的进料端设有加湿装置，当用于在锂电池正极材料等材料上辊压纳米尺度孔时，可在辊压前调节材料的含水率，防止辊压导致材料破裂。
本实施例用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，通过在轧辊本体上设置纳米尺度扎针，利用纳米尺度扎针可在纳米尺度孔结构材料表面辊压出纳米尺度孔，即本实施例采用辊压的方式在纳米尺度孔结构材料上加工纳米尺度孔，相较于现有的纳米尺度孔加工方式，能够大大节省成本，且可规模化生产。
实施例2
本实施例用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧制生产线，包括用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组。如图3所示，为本发明用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊实施例2的结构示意图。本实施例用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组，包括两根轧辊1,2，两根轧辊1,2中，至少一根轧辊采用用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊。本实施例属于同一个轧辊组的两根轧辊1,2均采用用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊。相应的，纳米尺度孔结构材料7的上下两侧分别设有可用于轧制纳米尺度孔的轧制材料层。
如图4所示，本实施例的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，包括轧辊本体，轧辊本体上设有用于轧制纳米尺度孔的纳米尺度扎针3。具体的，本实施例轧辊本体包括转轴4，本实施例的纳米尺度扎针3设置在转轴4的外周壁上。纳米尺度扎针3的轴线位于轧辊本体的径向方向上，且轧辊本体的外周壁为圆柱形或圆锥形，当轧辊本体为圆锥形时，可以再纳米尺度孔结构材料7上辊压斜孔。本实施例的轧辊本体的外周壁为圆柱形。
本实施例的其他结构与实施例1相同，不再一一累述。
实施例3
本实施例用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧制生产线，包括用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组。如图5所示，为本发明用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊实施例3的结构示意图。本实施例用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组，包括两根轧辊1,2，两根轧辊1,2中，至少一根轧辊采用用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊。本实施例属于同一个轧辊组的两根轧辊1,2中，其中一根轧辊1为外周壁光滑的光滑辊，另一根轧辊2采用用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊。相应的，纳米尺度孔结构材料7的面向轧辊2的一侧设有可用于轧制纳米尺度孔的轧制材料层。
本实施例的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊的结构可以参考实施例1和实施例2所述，不再一一累述。
本实施例的其他结构与实施例1相同，不再一一累述。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (33)
1.一种用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，包括轧辊本体，其特征在于：所述轧辊本体上设有用于轧制纳米尺度孔的纳米尺度扎针。
2.根据权利要求1所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述轧辊本体包括转轴，所述纳米尺度扎针设置在所述转轴的外周壁上；或，所述轧辊本体包括转轴，所述转轴上可拆卸地套装设有与其同步转动的轧辊套，所述纳米尺度扎针设置在所述轧辊套的外周壁上。
3.根据权利要求2所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述轧辊本体上设有与其同轴并用于控制所述纳米尺度扎针的轧制深度的控制环。
4.根据权利要求3所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述控制环间隔设为至少一个，且所述控制环固定设置在所述转轴的外周壁上，或所述控制环设置在所述轧辊套上，或所述控制环套装设置在所述转轴上并与所述转轴同步转动。
5.根据权利要求3所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述控制环的外径小于等于所述纳米尺度扎针的针尖距离所述轧辊本体轴线的距离；或所述控制环的外径大于所述纳米尺度扎针的针尖距离所述轧辊本体轴线的距离，且所述控制环的外径与所述纳米尺度扎针的针尖距离所述轧辊本体轴线的距离之差大于等于0.5um。
6.根据权利要求1所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度扎针的轴线位于所述轧辊本体的径向方向上，所述纳米尺度扎针的高度大于等于1nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度扎针阵列设置在所述轧辊本体的外周壁上。
8.根据权利要求7所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度扎针呈渐变阵列设置。
9.根据权利要求8所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度扎针以其外径、针间距或针形状为基准渐变阵列设置。
10.根据权利要求1-6任一项所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述轧辊本体上设有至少一个扎针布置区，所述扎针布置区内设有以设定图案排布的所述纳米尺度扎针。
11.根据权利要求10所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述扎针布置区设置为至少两个，且所有的所述扎针布置去成阵列分布设置在所述轧辊本体上。
12.根据权利要求1-6任一项所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：垂直于所述纳米尺度扎针轴线的任意平面在所述纳米尺度扎针上截得的两个径向截面中，距离所述纳米尺度扎针针尖较近的所述径向截面的面积小于等于距离所述纳米尺度扎针针尖较远的所述径向截面的面积。
13.根据权利要求10所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：垂直于所述纳米尺度针轴线的任意平面在该所述纳米尺度针上截得的两个径向截面为相似图形。
14.根据权利要求13所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度扎针的所述径向截面为圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形、菱形或正多边形。
15.根据权利要求1-6任一项所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述轧辊本体的外周壁为圆柱形或圆锥形。
16.根据权利要求1-6任一项所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度扎针的外径大于等于1nm。
17.根据权利要求16所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度扎针的外径小于等于1um。
18.根据权利要求17所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度扎针的外径小于等于100nm。
19.根据权利要求18所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度扎针的外径小于等于50nm。
20.根据权利要求19所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度扎针的外径大于等于2nm。
21.根据权利要求1-6任一项所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距满足：
L≤kδ
其中，L为相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距；k为系数，且k≥1；δ为扩散控制层厚度。
22.根据权利要求21所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤10δ。
23.根据权利要求22所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤5δ。
24.根据权利要求23所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤2δ。
25.根据权利要求24所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：相邻两根所述纳米尺度扎针之间的间距满足：L≤δ。
26.根据权利要求21所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述扩散控制层厚度为：
其中，δ为扩散控制层厚度；D为扩散系数；t为时间。
27.根据权利要求1-6任一项所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度孔结构材料包括但不限于金属、非金属材料或聚合物。
28.根据权利要求27所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊，其特征在于：所述纳米尺度孔结构材料的形状结构包括但不限于膜、带、板、条或块。
29.一种用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组，包括两根轧辊，其特征在于：两根所述轧辊中，至少一根所述轧辊采用如权利要求1-28任一项所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊。
30.一种用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧制生产线，其特征在于：包括如权利要求29所述的用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧辊组。
31.根据权利要求30所述用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧制生产线，其特征在于：所述轧辊组的进料端设有加热控温装置、出料端设有冷却控温装置。
32.根据权利要求31所述用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧制生产线，其特征在于：所述轧辊组与所述冷却温控设备之间设有烘干装置。
33.根据权利要求32所述用于轧制纳米尺度孔结构材料的轧制生产线，其特征在于：所述加热温控设备的进料端设有加湿装置。
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