CN113893613A - 便于更换的过滤材料、过滤装置及加热不燃烧器具 - Google Patents

便于更换的过滤材料、过滤装置及加热不燃烧器具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种便于更换的过滤材料、过滤装置及加热不燃烧器具，涉及加热不燃烧器具的技术领域。过滤材料包括聚乳酸丝束和沉积在聚乳酸丝束表面的过滤纤维，过滤纤维由包括如下重量份的组分制成：醋酸纤维素5‑8份，环糊精3‑5份，耐热包埋物2‑3份，水10‑15份，接枝活化助剂1.2‑2份，溶剂50‑80份，催化剂0.05‑0.1份；过滤装置包括壳体和过滤材料块，壳体上设有气孔，过滤材料块设于壳体内；加热不燃烧器具包括外壳、电子雾化器和过滤装置，电子雾化器安装在外壳内，过滤装置与外壳可拆卸连接。本申请可以减少雾气的温度对有害成分的影响，有助于减少有害成分从包合物中重新释放到雾气中，改善了加热不燃烧器具过滤雾气的效果。

Description

便于更换的过滤材料、过滤装置及加热不燃烧器具
技术领域
本发明涉及加热不燃烧器具的技术领域，尤其是涉及一种便于更换的过滤材料、过滤装置及加热不燃烧器具。
背景技术
加热不燃烧器具，是一种通过加热将雾化液进行雾化的电子雾化装置。加热不燃烧器具内一般安装有电子雾化器，雾化液在电子雾化器上受热气化成高温蒸汽，蒸汽在大气中膨胀冷凝成雾状的微小液滴，从而达到雾化的效果。由于雾化液在加热过程会产生焦油等杂质和酚类物质等有害成分，因此，加热不燃烧器具内一般还会安装过滤雾气的过滤芯，以提高雾气的品质。
相关技术中，加热不燃烧器具的过滤芯包括壳体，壳体内填充有过滤材质，过滤材质由醋酸纤维、脱脂棉、聚丙烯酰胺、矿物质颗粒、电气石颗粒、植物材料颗粒和中草药颗粒混合制成，且过滤芯上开设有等距离分布的蜂窝孔；聚丙烯酰胺将其他组分粘结成一个整体，形成透气的过滤材质，既可以过滤雾气中的杂质，又便于更换。
但是，发明人认为由于加热不燃烧器具加热的温度较高，杂质中的有害成分会在高温下释放，有害成分会跟随雾气从颗粒缝隙穿过过滤材质，导致加热不燃烧器具过滤雾气的效果较差。
发明内容
为了改善加热不燃烧器具过滤雾气的效果，本申请提供一种便于更换的过滤材料、过滤装置及加热不燃烧器具。
第一方面，本申请提供一种过滤材料，采用如下的技术方案：
一种过滤材料，包括聚乳酸丝束和沉积在聚乳酸丝束表面的过滤纤维，过滤纤维由包括如下重量份的组分制成：醋酸纤维素5-8份，环糊精3-5份，耐热包埋物2-3份，水10-15份，接枝活化助剂1.2-2份，溶剂50-80份，催化剂0.05-0.1份。
由于本申请采用了环糊精、耐热包埋物和接枝活化助剂，环糊精分子呈中空的圆锥形结构，将环糊精和耐热包埋物溶于水中并进行超声震荡，环糊精可以将耐热包埋物包埋在内部中空结构中。将环糊精、醋酸纤维素、催化剂和接枝活化助剂溶于溶剂中，接枝活化助剂可以将醋酸纤维素表面活化，使得环糊精可以在催化剂的催化下接枝在醋酸纤维素的表面，再通过静电纺丝形成过滤纤维，过滤纤维沉积在聚乳酸丝束的表面上，即形成过滤材料。
当雾气穿过过滤材料时，雾气中的焦油、酚类物质等杂质和有害成分，会粘附在聚乳酸丝束、过滤纤维的表面上，同时，过滤纤维上的环糊精包埋、截留有害成分，环糊精内的耐热包埋物将有害成分吸收，使得环糊精、耐热包埋物和有害成分形成包合物。耐热包埋物可以减少雾气的温度对有害成分的影响，使得有害成分在包合物中更加稳定，有助于减少有害成分从包合物中重新释放到雾气中。
因此，本申请的过滤材料可以减少雾气中的有害成分和杂质的含量，将本申请的过滤材料应用于加热不燃烧器具中，有助于改善加热不燃烧器具过滤雾气的效果。
另外，过滤纤维可以填充聚乳酸丝间的缝隙，有助于提高过滤材料对杂质和有害成分的过滤截留效果，而且醋酸纤维素、环糊精和聚乳酸丝束形成一个整体，便于拆卸和更换；聚乳酸还具有优良的生物降解性能，便于将更换的过滤材料进行无害化处理。
优选的，所述耐热包埋物包括重楼提取物。
重楼提取物是从重楼中提取出的有效物质，重楼提取物中含有甾体皂苷类、胆甾烷醇类、C21甾体化合物、植物甾醇类、昆虫变态激素、三萜类化合物、黄酮类化合物等有效成分，其中，甾体皂苷类是重楼提取物的主要成分，甾体皂苷类的熔点高、耐热性好，有助于减少雾气的温度对有害成分的影响；而且，重楼提取物具有优良的抗氧化性，可以减少有害成分氧化，进一步提高有害成分在包合物中的稳定性。
优选的，所述耐热包埋物还包括马来松香乙二醇单酯或聚马来松香乙二醇酯。
马来松香乙二醇单酯和聚马来松香乙二醇酯均可以吸附有害成分，马来松香乙二醇单酯和聚马来松香乙二醇酯的软化点均在140-200℃左右，具有较好的耐热性，可以减少雾气的温度对有害成分的影响；而且当雾气的温度较高时，马来松香乙二醇单酯和聚马来松香乙二醇酯软化后，可以将重楼提取物和有害成分粘结在环糊精内，进一步减少有害成分从环糊精内逸出。
优选的，所述接枝活化助剂选用异氰酸酯。
异氰酸酯和醋酸纤维素发生反应，可以在醋酸纤维素上引入异氰酸酯基团，环糊精可以和异氰酸酯基团发生聚合反应，有助于将环糊精接枝在醋酸纤维素上。
优选的，所述溶剂选用N,N-二甲基甲酰胺。
异氰酸酯和醋酸纤维素在N,N-二甲基甲酰胺中的溶解度均较高，有助于异氰酸酯与醋酸纤维素，进行反应；而且，N,N-二甲基甲酰胺在无碱、酸、水存在下，即使加热到沸点仍具有良好的化学稳定性，对异氰酸酯和醋酸纤维素进行反应的影响较小。
优选的，所述环糊精选用支链环糊精、甲基环糊精、羟乙基环糊精、羟丙基环糊精中的一种。
天然的环糊精中只有β-环糊精适宜工业化生产和应用，但是，β-环糊精在水中的溶解度低，不便于工业化制备包埋耐热包埋物的环糊精；支链环糊精、甲基环糊精、羟乙基环糊精、羟丙基环糊精在水中的溶解度均较大，有助于工业化制备包埋耐热包埋物的环糊精。
优选的，所述过滤材料按照如下步骤制备：
将环糊精和耐热包埋物与水混合后，进行超声震荡，得到混合液，将混合液干燥后得到包埋物-环糊精；
将接枝活化助剂与醋酸纤维素混合，在35-52℃下反应，得到活化液，再将包埋物-环糊精加入活化液中，在85-95℃下反应，得到纺丝液；
以聚乳酸丝束为基材，将纺丝液进行静电纺丝，得到过滤材料。
本申请的方法先制备的到包埋物-环糊精，在进行接枝和静电纺丝，有助于将耐热包埋物包埋入环糊精内，便于提高过滤材料吸附有害成分的效果。
第二方面，本申请提供一种过滤装置，采用如下的技术方案：
一种过滤装置，包括壳体和过滤材料块，所述壳体上设有气孔，所述过滤材料块设于壳体内。
当雾气通过气孔进入壳体内时，过滤材料块会吸附雾气中的杂质和有害成分，有助于改善雾气的品质，当过滤材料块需要更换时，将过滤材料块从壳体内取出，填入新的过滤材料块，即完成更换，较为简便。
第三方面，本申请提供一种加热不燃烧器具，采用如下的技术方案：一种加热不燃烧器具，包括外壳、电子雾化器和过滤装置，所述电子雾化器安装在外壳内，所述过滤装置与外壳可拆卸连接。
当电子雾化器将雾化液加热并雾化时，过滤装置可以过滤雾气中的杂质和有害成分，有助于改善雾气的品质；将过滤装置从外壳上拆下，便于更换过滤材料块。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用环糊精、耐热包埋物和接枝活化助剂，环糊精包埋、截留杂质释放的有害成分，环糊精内的耐热包埋物将有害成分吸收，可以减少雾气的温度对有害成分的影响，有助于减少有害成分从包合物中重新释放到雾气中；
2、本申请中优选采用重楼提取物，有助于减少雾气的温度对有害成分的影响，还可以减少有害成分氧化，进一步提高有害成分在包合物中的稳定性；
3、本申请优选采用马来松香乙二醇单酯或聚马来松香乙二醇酯，可以将重楼提取物和有害成分粘结在环糊精内，进一步减少有害成分从环糊精内逸出。
附图说明
图1是本申请实施例1的加热不燃烧器具的结构示意图。
图2是本申请实施例1的加热不燃烧器具的爆炸结构示意图。
图3是本申请实施例1的壳体的结构示意图。
附图标记说明：
1、壳体；11、气孔；12、圆筒壳；121、筒口；13、封闭板；2、过滤材料块；3、外壳；31、放置斗；32、吸管；4、电子雾化器；5、过滤装置。
具体实施方式
以下结合附图1-3和实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例的原料均可以通过市售获得。其中，马来松香选自南通润丰石油化工有限公司的工业级马来松香；支链环糊精选自中国西王糖业有限公司的麦芽糊精；重楼提取物选自西安瑞尔丽生物工程有限公司，货号REL-ZL10；醋酸纤维素选自武汉吉鑫益邦生物科技有限公司，型号109-94-4；异佛尔酮二异氰酸酯选自武汉吉鑫益邦生物科技有限公司，型号4098-71-9；N,N-二甲基甲酰胺选自山东辰宇化工有限公司的工业级N,N-二甲基甲酰胺；聚乳酸丝束选自深圳光华伟业股份有限公司的纤维级聚乳酸；有机铋催化剂选自山东广申电子科技有限公司的GS-新癸酸铋；甲苯二异氰酸酯选自江苏普乐司生物科技有限公司的TDI-80；甲基环糊精选自康迪斯化工(湖北)有限公司的甲基-β-环糊精；羟乙基环糊精和羟丙基环糊精均购自湖北兴恒业科技有限公司；活性炭的细度为300-400目。
原料的制备例
制备例1
将80L乙酸乙酯溶剂和4kg氯化铁催化剂加入反应釜中，再将20kg马来松香与54L乙二醇加入反应釜中，其中，马来松香平均分成三份，将三份马来松香在反应过程中分3次加入。在反应釜上安装分水器，持续搅拌，将反应釜加热到150℃，反应8小时，并逐步反应排除反应生成的水分。反应结束后，分离乙酸乙酯层，得到粗产品；用60℃热水洗涤粗产品五次，洗掉粗产品中残留的氯化铁催化剂及反应剩余的乙二醇，将洗涤后的产物干燥后，得马来松香乙二醇单酯。
制备例2
将80L乙酸乙酯溶剂和4kg氯化铁催化剂加入反应釜中，再将马来松香乙二醇单酯与马来松香按1:1的摩尔比加入反应釜中，将反应釜的温度保持在160℃，在搅拌下进行加热聚合，恒温回流24小时，得到产物，将产物冷却后进行研磨，再用75℃的热水洗涤研磨后的产物五次，洗去产物中残留的氯化铁催化剂，将洗涤后的产物进行干燥，得到聚马来松香乙二醇酯。
实施例
实施例1-8
实施例1-8均提供一种过滤材料，实施例1-8的原料的用量如表1所示。
以下以实施例1为例进行说明。
过滤材料按照如下步骤制备：
将水加入混合器中，再将环糊精加入混合器中，搅拌15min后，将耐热包埋物加入混合器中，继续搅拌15min后，在40HZ下超声震荡50min，得到混合液，然后，将混合液在70摄氏度下进行真空干燥，干燥15h后，得到包埋物-环糊精。
将溶剂加入反应釜中，再将醋酸纤维素和接枝活化助剂加入反应釜中，搅拌30min后，将反应釜内的温度升至35℃，保温反应2h后，得到活化液，再将包埋物-环糊精加入反应釜中，将反应釜的温度升高到85摄氏度，保温反应1.5h后，得到纺丝液。
将纺丝液加入无针头式静电纺丝机的载液槽中，在30kV电压下进行静电纺丝，调节钢丝和聚乳酸丝束之间的距离为20cm，聚乳酸丝束的卷绕速率为400m/min，无针头式静电纺丝机产生的过滤纤维沉积在聚乳酸丝束上，得到过滤材料。
其中，环糊精为在支链环糊精，耐热包埋物仅包括重楼提取物，接枝活化助剂选用异佛尔酮二异氰酸酯，溶剂选用N,N-二甲基甲酰胺，催化剂选用有机铋催化剂。
本申请实施例1公开一种加热不燃烧器具。参照图1和图2，加热不燃烧器具包括外壳3、电子雾化器4和过滤装置5，外壳3包括放置斗31和吸管32，放置斗31是弧形管，电子雾化器4设于放置斗31内，电子雾化器4与放置斗31的内壁固定连接；放置斗31的出气端与过滤装置5的进气端可拆卸连接，吸管32的进气端与过滤装置5的出气端可拆卸连接。
参照图2和图3，过滤装置5包括壳体1和过滤材料块2，壳体1包括圆筒壳12和封闭板13，圆筒壳12的两端均设有筒口121，封闭板13插设于壳体1内，封闭板13与壳体1的内周壁一体连接，封闭板13上贯穿设有若干个气孔11；过滤材料块2是使用过滤材料制成的圆柱形的块，过滤材料块2设于圆筒壳12内，过滤材料块2与圆筒壳12的内壁粘接。
放置斗31插设在圆筒壳12内，放置斗31与圆筒壳12的内周壁螺纹连接，封闭板13位于放置斗31和过滤材料块2之间。吸管32插入圆筒壳12远离放置斗31的一端，吸管32与圆筒壳12的内周壁螺纹连接。
本申请实施例1的加热不燃烧器具的实施原理为：将过滤材料在滤棒成型机上卷绕成过滤材料块2，然后，将过滤材料块2的表面涂上胶黏剂，再将过滤材料块2从筒口121插入圆筒壳12内，当过滤材料块2粘紧在圆筒壳12上后，即完成过滤装置5的组装。
然后将放置斗31的出气端与圆筒壳12的进气端螺纹连接，再将吸管32的进气端与圆筒壳12的出气端螺纹连接，将雾化液加入电子雾化器4内，电子雾化器4将雾化液雾化成雾气；从吸管32的出气端抽吸，雾气从气孔11进入圆筒壳12内，雾气通过过滤材料块2，雾气中的杂质和有害成分附着在过滤材料块2上，改善了加热不燃烧器具过滤雾气的效果。
当需要更换过滤材料块2时，将吸管32与圆筒壳12分离，将过滤材料块2从圆筒壳12内拔出，填入新的过滤材料块2，再将吸管32与圆筒壳12螺纹连接，即完成更换。
表一
Figure BDA0003283259240000071
实施例9
本实施例与实施例6的区别之处在于，耐热包埋物包括1.25kg重楼提取物和1.25kg制备例1得到的马来松香乙二醇单酯。
实施例10
本实施例与实施例6的区别之处在于，耐热包埋物包括1.25kg重楼提取物和1.25kg制备例2得到的聚马来松香乙二醇酯。
实施例11
本实施例与实施例6的区别之处在于，接枝活化助剂选用甲苯二异氰酸酯。
实施例12
本实施例与实施例6的区别之处在于，用等量的硅烷偶联剂570替换异佛尔酮二异氰酸酯。
实施例13
本实施例与实施例6的区别之处在于，用等量的丙酮替换N,N-二甲基甲酰胺。
实施例14
本实施例与实施例6的区别之处在于，用等量的甲基环糊精替换支链环糊精。
实施例15
本实施例与实施例6的区别之处在于，用等量的羟乙基环糊精替换支链环糊精。
实施例16
本实施例与实施例6的区别之处在于，用等量的羟丙基环糊精替换支链环糊精。
实施例17
本实施例与实施例1的区别之处在于，将反应釜内的温度升至52℃，保温反应2h后，得到活化液。
实施例18
本实施例与实施例1的区别之处在于，将反应釜的温度升高到95摄氏度，保温反应1.5h后，得到纺丝液。
实施例19
本实施例与实施例1的区别之处在于，用等量的活性炭代替重楼提取物。
对比例
对比例1
本对比例提供一种纳米纤维复合丝束，纳米纤维复合丝束按照如下步骤制备：将20g二醋酸纤维素和5g二苯基甲烷二异氰酸酯溶解于200mL二甲基甲酰胺中，在50℃下反应2.0h，得到反应液；将3gβ环糊精和0.001g二丁基二月桂酸锡加入到反应液中，继续在90℃下反应1.5h，得到环糊精修饰的醋酸纤维素。将质量比为0.005：0.01：0.001：1的环糊精修饰的醋酸纤维素、二醋酸纤维素、三醋酸甘油酯和N,N-二甲基甲酰胺配置成均匀纺丝液，将纺丝液置于无针头式静电纺丝机的载液槽中，在30kV电压下进行静电纺丝，调节钢丝和烟用丝束基材之间的距离为20cm，烟用丝束基材的卷绕速率为400m/min，纳米纤维沉积在烟用丝束表面，得到纳米纤维复合丝束。
本对比例还提供一种加热不燃烧器具，本对比例的加热不燃烧器具与实施例1的加热不燃烧器具区别之处在于，用纳米纤维复合丝束制备的纳米纤维复合丝束块替换过滤材料块。
对比例2
本对比例与实施例1的区别之处在于，不添加耐热包埋物。
对比例3
本对比例与实施例1的区别之处在于，不添加接枝活化助剂。
对比例4
本对比例与实施例1的区别之处在于，不添加环糊精。
性能检测试验
针对实施例1-19和对比例提供的加热不燃烧器具，采用CeruleanSM450型吸烟机按照ISO3308、YC/T255-2008规定进行抽吸实验，来计算主流雾气中焦油和苯酚的释放量。抽吸实验中设定抽吸容量为35mL，抽吸时间为2s，抽吸间隔为58s。
表二
Figure BDA0003283259240000091
Figure BDA0003283259240000101
结合实施例1和对比例1并结合表二可以看出，相比于对比例1，实施例1的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量显著减少。这说明，本申请的方法制备的过滤材料，对雾气中的杂质和有害成分的吸附效果较好，有助于改善加热不燃烧器具过滤雾气的效果。
结合实施例1和对比例2-4并结合表二可以看出，相比于对比例1，对比例2-4的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量均较高。这说明，在环糊精、耐热包埋物和接枝活化助剂同时存在的情况下，有助于提高过滤材料对雾气中的杂质和有害成分的吸附效果，可以减少加热不燃烧器具释放的雾气中的杂质和有害成分。
结合实施例1-3并结合表二可以看出，相比于实施例1，实施例2和3的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量均变化不大。这说明，在实施例1-3的环糊精与其他组分的配比下，制备的过滤材料对杂质和有害成分均具有较好的吸附效果。
结合实施例2和实施例4-5并结合表二可以看出，相比于实施例2，实施例4-5的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量均较小。这说明，在本申请的耐热包埋物的用量范围内，可以提高过滤材料对杂质和有害成分的吸附效果。
结合实施例4和实施例6-7并结合表二可以看出，相比于实施例4，实施例6-7的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量均较小。这说明，在本申请的接枝活化助剂的用量范围内，有助于提高过滤材料对杂质和有害成分的吸附效果。
结合实施例6和实施例8并结合表二可以看出，实施例6和实施例8的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量均较小。这说明，在本申请的溶剂的用量范围内，有助于制备出吸附效果较好的过滤材料。
结合实施例6和实施例9-10并结合表二可以看出，相比于实施例6，实施例9的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量更小。这说明，添加马来松香乙二醇单酯或聚马来松香乙二醇酯，均有助于提高过滤材料对杂质和有害成分的吸附效果。
结合实施例6和实施例11-12并结合表二可以看出，相比于实施例6，实施例11的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量变化不大，实施例12的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量明显增大。这说明，选用异氰酸酯作为接枝活化助剂，有助于进一步提高过滤材料对杂质和有害成分的吸附效果。
结合实施例6和实施例13并结合表二可以看出，相比于实施例6，实施例13的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量较大，但是比对比例1的焦油和苯酚的释放量小。这说明，选用N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂，有助于进一步提高过滤材料对杂质和有害成分的吸附效果。
结合实施例6和实施例14-16并结合表二可以看出，相比于实施例6，实施例14-16的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量变化不大。这说明，选用支链环糊精、甲基环糊精、羟乙基环糊精或羟丙基环糊精，均有助于制备出吸附效果较好的过滤材料。
结合实施例1和实施例17-18并结合表二可以看出，相比于实施例1，实施例17-18的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量变化不大。这说明，在本申请的制备温度范围内，均有助于制备出吸附效果较好的过滤材料。
结合实施例1和实施例19并结合表二可以看出，相比于实施例1，实施例19的加热不燃烧器具过滤后的雾气中，焦油和苯酚的释放量较大，这说明，选用重楼提取物作为耐热包埋物，有助于进一步提高过滤材料对杂质和有害成分的吸附效果。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种过滤材料，其特征在于，包括聚乳酸丝束和沉积在聚乳酸丝束表面的过滤纤维，过滤纤维由包括如下重量份的组分制成：醋酸纤维素5-8份，环糊精3-5份，耐热包埋物2-3份，水10-15份，接枝活化助剂1.2-2份，溶剂50-80份，催化剂0.05-0.1份。
2.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于：所述耐热包埋物包括重楼提取物。
3.根据权利要求2所述的过滤材料，其特征在于：所述耐热包埋物还包括马来松香乙二醇单酯或聚马来松香乙二醇酯。
4.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于：所述接枝活化助剂选用异氰酸酯。
5.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于：所述溶剂选用N,N-二甲基甲酰胺。
6.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于：所述环糊精选用支链环糊精、甲基环糊精、羟乙基环糊精、羟丙基环糊精中的一种。
7.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，按照如下步骤制备：
将环糊精和耐热包埋物与水混合后，进行超声震荡，得到混合液，将混合液干燥后得到包埋物-环糊精；
将接枝活化助剂与醋酸纤维素混合，在35-52℃下反应，得到活化液，再将包埋物-环糊精加入活化液中，在85-95℃下反应，得到纺丝液；
以聚乳酸丝束为基材，将纺丝液进行静电纺丝，得到过滤材料。
8.一种过滤装置，其特征在于：包括壳体(1)和过滤材料块(2)，所述壳体(1)上设有气孔(11)，所述过滤材料块(2)设于壳体(1)内。
9.一种加热不燃烧器具，其特征在于：包括外壳(3)、电子雾化器(4)和过滤装置(5)，所述电子雾化器(4)安装在外壳(3)内，所述过滤装置(5)与外壳(3)可拆卸连接。
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