JP2009526631A - 遠心分離機 - Google Patents

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Abstract

本発明は、液体不純物を含むガスを浄化する遠心分離機に関する。固定ケーシング(1)は、分離空間(2)を囲み、内壁面(3)を有する。分離機は、浄化すべきガスの入口(9)を有する。回転部材(4)は、回転軸(x)の周りを回転し、ガスを回転方向(r)に回転させて液体不純物の少なくとも主要な部分をガスから分離する。ガス出口(10)は、回転部材(4)の下流側に設けられ、浄化されたガスを排出させる。第1の液体出口(11)は、液体不純物を排出し、壁面を貫通して延びる少なくとも1つの出口穴(21)を有する。環状面(20)は、壁面から内側に延び、出口穴の下流側に配置される。第1の液体出口(11)は、環状面の、出口穴からある距離離れた、出口穴の半径方向内側の位置から延びる環状のシールド部材(22)を有する。シールド部材と環状面は、出口穴の半径方向内側に環状溝(23)を形成している。

Description

本発明は概して、ガスを浄化してオイル粒子やオイルミストなどの液体不純物を除去する遠心分離機に関する。具体的には、本発明は、請求項1の前提部分による遠心分離機に関する。
スウェーデン特許第C−523690号は、オイル粒子および/またはオイルミストの形をした液体不純物を含むガスを浄化することを目的としたこのような遠心分離機を開示している。浄化されたガスのガス出口が、分離空間の下部から公知の遠心分離機内を延びている。分離空間内に延びている環状面を形成する半径方向シールド部材がガス出口の真上に位置している。シールド部材の上方、すなわち上流側で、シールド部材からある距離離れた位置に、分離されたオイルを分離空間から排出するいくつかの出口穴がある。一例によれば、軸方向シールド部材が、半径方向シールド部材から上向きに延びているが、出口穴の軸方向下方、すなわち軸方向下流側に配置されている。分離されたオイルは、分離空間の内壁によって捕捉され、下向きに出口穴の方へ流れる。スウェーデン特許第C−523690号で開示された技術は、シールド部材がシールド部材の真上に環状のガスクッションを形成し、このガスクッションが下向きに流れるオイルをガスクッションの上端のレベルおよび出口穴のレベルでせき止めるため、オイルを出口穴を通して排出できる、という現象に基づいている。
液体不純物、たとえばオイルは、分離空間内に延びる半径方向シールド部材の環状面の近くに隣接する層上に付着するかまたはこの層内に位置し、この表面に沿って分離空間の中央に向かって、半径方向の内側に運ばれる。これは、この層内のガスの流れの回転が、回転しないシールド部材との摩擦によって減速するからである。
下向きに流れるオイルの一部がガスクッションおよびシールド部材を通過する、すなわち、オイルのこの部分が、ガス出口を通って遠心分離機から出る浄化されたガスに追随する、ということを本出願人は見つけた。
公知の遠心分離機の出口穴は、ケーシングの周囲に沿って互いに等距離に配置される。このことは、共通の出口に移送するために、穴を通して排出されたオイルをケーシングの外側で集めなければならないことを意味する。
本発明の目的は、ガスから液体不純物を効率的に分離することができる遠心分離機を提供することである。さらに、本発明は、簡素な構成を有し、ガスが遠心分離機から出る前に分離された液体不純物がガスと再混合されるのを防止する遠心分離機を目的とする。
この目的は、第1の液体出口が、出口穴からある距離離れた位置の環状面から延び、出口穴の半径方向内側に配置された環状のシールド部材を有し、環状のシールド部材と環状面が一緒に、出口穴の半径方向内側に配置された溝を形成していることを特徴とする、冒頭に定義された遠心分離機によって実現される。
このような溝によって、内壁面に沿って流れる液体不純物が捕捉される。液体不純物は、回転経路を回転方向に沿って比較的高速に移動する。液体不純物は、溝内に収集され、溝内を回転方向に流れる。ガスが分離空間内で回転するため、環状面に達する液体不純物は、環状面上を内側に運ばれる。本発明によるシールド部材によって、このような内側への流れを防止することができる。その代わり、液体不純物は、溝内に収集され、出口穴のレベルに達すると、分離空間から排出される。したがって、溝は液体不純物の一種の袋小路を形成している。シールド部材および溝が回転軸に対して出口穴の半径方向内側に配置され、すなわち、軸方向に出口穴を通過して延びているため、液体不純物が、シールド部材を通過してガス出口に達することはできなくなる。
本発明の一実施態様によれば、溝は、開放された環状の上流側端部と閉じられた環状の下流側端部とを有する。上流側端部は、出口穴の下流側端部の軸方向上流側、好ましくは出口穴の上流側端部の軸方向上流側にもまた配置することができる。
本発明の他の実施態様によれば、環状面は、環状のシールド部材から内側に延びている。
本発明の他の実施態様によれば、第1の液体出口は、分離空間の周りの、溝の半径方向外側および好ましくは内壁面の外側を延びている第1の環状の収集流路を有する。このように、分離された液体不純物は、溝から容易にかつ簡便な手法で収集され、その後、単一の導管によって遠心分離機から運び出すことができる。有利なことに、出口穴は、回転方向に溝内を容易な方法で流れる液体不純物を、第1の環状の収集流路に排出ことができるように、溝と第1の収集流路との間を延びている。
本発明の他の実施態様によれば、環状面は、環状のシールド部材の内側に配置され、ガス出口の一部を形成している少なくとも1つの開口部を有する。少なくとも1つの開口部は、中央通気開口部および/または回転軸からほぼ同じまたは互いに異なる半径方向距離に配置することのできるいくつかの中間通気開口部を含んでいてよい。
本発明の他の実施態様によれば、このような各中間通気開口部は、通気開口部の縁部から突き出る舌状部を有する。このような舌状部によって、接線方向のガスの流れがディスクの下流側でほぼ軸方向のガスの流れに効率的に転換され、したがって、遠心分離機を通るガスの流れが効率的に増大する。このように、遠心分離機の効率をさらに向上させることができる。有利なことに、舌状部は、舌状部が環状面の上流側に配置されるように縁部から突き出ており、舌状部を環状面の下流側に設けた場合と比べてガスの流量が増大する。さらに、舌状部は、それぞれの縁部から回転方向の方へ、かつ環状面から回転部材の方へ突き出ることができる。したがって、舌状部は、通気開口部を通る接線方向のガスの流れを案内する案内羽根として働く。通気開口部および舌状部は、回転方向にほぼ弧状に延びた部分を有することができ、このことはガスの流れに有利な作用を有する。
本発明の他の実施態様によれば、環状面はほぼ平面状であり、かつ遠心分離機を通る断面に平行である。環状面はわずかに円錐状またはドーム状であってもよい。
本発明の他の実施態様によれば、遠心分離機は、第1の液体出口の上流側に設けられた第2の液体出口を有する。そのため、有利なことに、第2の液体出口は主出口を形成することができ、第1の液体出口は残渣出口を形成することができる。このような構成によって、浄化すべきガスからほぼすべての液体不純物を非常にうまく分離することができ、ほぼ完全に浄化されたガスはガス出口を介して遠心分離機から出る。
本発明の他の実施態様によれば、第2の液体出口は、内壁面の半径方向外側の分離空間の周りを延びている第2の環状の収集流路を有する。さらに、第2の液体出口は、分離空間と第2の環状の収集流路との間を延びている少なくとも1つの出口穴を有してよい。
本発明の他の実施態様によれば、遠心分離機は、回転軸がほぼ垂直方向に延び、固定ケーシングが上端および下端を有し、上端にガス出口が設けられるように構成されている。そのため、第2の液体出口を下端に設けることができ、液体不純物の主要部分は内壁面に沿って第2の液体出口まで流れる。液体不純物の恐らくより少ない部分は、上向きに流れるガスの流れにより、内壁面に沿って上向きに溝および第1の液体出口まで移送される。
本発明の他の実施形態によれば、回転部材は、たとえば円錐状であっても、半径方向または軸方向に延びるものであってもよいいくつかの分離ディスクを有する。
次に、一例として添付の図面を参照して開示される様々な実施形態の説明によって本発明をより詳しく説明する。
図1および2は、液体不純物、たとえばオイルミストやオイル粒子の形をしたオイル、および場合によっては固体粒子を含むガスを浄化する遠心分離機を開示している。遠心分離機は、ほぼ閉じられた分離空間2を囲む固定ケーシングを有する。ケーシング1は、分離空間2に面する内壁面3を有する。分離空間2は、ガスが分離空間2を通って流れるのを可能にするように構成されている。
遠心分離機は、分離空間2内に設けられ、ケーシング1を通る中心軸も形成している回転軸xを中心に回転方向rに回転するように構成された回転部材4も有する。遠心分離機は、回転軸xがほぼ垂直方向に延び、固定ケーシング1が上端1’および下端1”を有するように設けられている。
回転部材4は、軸受6によってケーシング1内の上端1’の近くに軸支されたスピンドル部材5と、いくつかの分離ディスク7とを有する。開示された実施形態では、分離ディスク7は、円錐状であり、スピンドル部材5から斜め下向き、かつ外側に延びている。本発明は、完全に半径方向に延びている分離ディスクまたはスピンドル部材5から軸平面内を延びる分離ディスクを有する回転部材に適用することもできる。
回転部材4は、駆動部材8、たとえば電動機によって駆動され、そして遠心力によってガスから液体不純物を分離するために、ガスを回転方向rに回転させるようになっている。第1の実施形態では、駆動部材8は、たとえば、駆動部材8から半径方向に内壁面3まで延び、そこに適切に取り付けられた3本または4本のロッドを有してよい支持装置14によって分離空間2内に取り付けられている。
開示された実施形態では、遠心分離機は、浄化すべきガスの入口9と、浄化されたガスのガス出口10と、分離された液体不純物の第1の液体出口11と、分離された液体不純物の第2の液体出口12も有する。
入口9は、中央に設けられ、ケーシング1の下端1”を通って延びている。入口9は、回転部材4の中央空間15内にガスを運ぶ。ガスは、この中央空間15から、半径方向外側に、分離ディスク7同士の間に形成された隙間まで運ばれる。ガス出口10は、回転部材4の下流側のケーシング1の上端1’に設けられている。したがって、分離ディスク7同士の間の隙間から出たガスは、回転方向rに高回転速度で回転し、この回転移動を上向きに、浄化されたガスが分離空間2から出るガス出口10まで継続する。
第1の液体出口11は、ガスの流れに関してガス出口10の上流側に設けられている。第2の液体出口12は、ケーシング1の下端1”に、ガスの流れに関して第1の液体出口11の上流側に設けられている。開示された実施形態では、第2の液体出口12は、液体不純物の主要部分を排出するようになっている主出口を形成しており、第1の液体出口11は、ほぼすべての残留液体不純物を排出するようになっている残渣出口を形成している。分離された液体不純物が、液体出口11および12を介して排出される固体粒子を含んでよいことを留意されたい。
遠心分離機は、内壁面3から内側に延びる環状面20も有する。第1の実施形態では、環状面20は、分離空間2の上端壁によって形成されている。第1の実施形態では、環状面20は、ほぼ平面状で、回転軸xに垂直であり、すなわち、環状面20は、遠心分離機を通る断面に平行である。環状面は、わずかに円錐状であっても、またはいくらかドーム状であってもよい。
第1の液体出口11は、内壁面3を通って外側に延びている少なくとも1つの出口穴21を有する。第1の実施形態では、第1の液体出口11は、このような3つの穴21(図2参照)を有するが、この数は変更することができ、たとえば2つ、4つ、5つ、またはそれより多い出口穴21があってよい。
第1の液体出口11は、環状面20の、内壁面3および出口穴21からある距離離れた位置から延びている環状のシールド部材22も有する。図1を見ると分かるように、環状のシールド部材22は、出口穴21の半径方向内側に配置されており、すなわち、シールド部材22は、回転軸2から半径方向に見えた時に、完全にまたはほぼ完全に出口穴を覆っている。第1の実施形態のシールド部材22は、回転軸xにほぼ平行に延びているが、回転軸xに対して少なくともわずかに傾斜させることもできる。
したがって、内壁面3と一緒に、環状のシールド部材22と環状面20は、出口穴21の半径方向内側に配置された環状の溝23を形成している。溝23は、開放された環状の上流側端部と閉じられた環状の下流側端部とを有する。第1の実施形態では、環状面20は、環状のシールド部材22から内側に延び、すなわち、シールド部材22を通っている。
さらに、第1の液体出口11は、分離空間2の半径方向外側の周りを、溝23の高さで周方向に延びている第1の環状の収集流路25を有する。第1の環状の収集流路25は、固定ケーシング1の壁に設けられている。溝23は、出口穴21を介して第1の環状の収集流路25と通じており、したがって、出口穴21は溝23と第1の環状の収集流路25との間を延び、溝23と第1の環状の収集流路25を連結している。
環状面20は、環状のシールド部材22の内側に配置された少なくとも1つの開口部26を有する。開口部26は、第1の実施形態では中央通気開口部として構成され、ガス出口10の一部を形成している。
第2の液体出口12は、分離空間2の周りを、かつ内壁面3の半径方向外側を延びている第2の環状の収集流路30も有している。さらに、少なくとも1つの出口穴31が、分離空間3と第2の環状の収集流路30との間を延びるように設けられている。第2の液体出口12は、たとえば1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、またはそれより多いこのような出口穴31を有してよい。第2の液体出口12、すなわち出口穴31は下端1”に設けられている。
図1を見ると分かるように、第1の液体出口11の第1の環状の収集流路25は、開示された実施形態では回転軸xにほぼ平行に延びる少なくとも1つの連結流路32を介して第2の液体出口12の第2の環状の収集流路30に連結されている。もちろん、1つより多いこのような連結流路32を設けることも可能である。さらに、第2の環状の収集流路30から、少なくとも1つの排出導管33が、分離された液体不純物を遠心分離機から排出できるように延びている。
遠心分離機は、回転部材4と内壁面3との間を延びる環状の下端面50も有する。下端面50は、液体不純物を半径方向外側に第2の液体出口12まで移送するように構成されている。下端面50は、開示された実施形態では、わずかに円錐状であり、半径方向外側かつ下向きに傾斜している(図1参照)。しかし、下端面50はほぼ平面状、あるいはいくらか上向き外側に傾斜していてさえもよいことに留意されたい。さらに、遠心分離機は、下端面50上に設けられ、内壁面3および出口穴31に向かって外側に、液体不純物の移送を促進するように構成された、いくつかの案内部材51を有する(図3参照)。案内部材51は、半径方向外側から見ると、回転方向rの前方に向けられている。案内部材51は、直線状であっても、曲線状であってもよい。各案内部材51は、第1の半径方向内側端部51’と第2の半径方向外側端部51”とを有する。内壁面3と半径方向外側端部51”との間に半径方向外側通路が形成されるように、半径方向外側端部51”は、内壁面3の近くであるが、ある距離離れた位置に配置されている(図3参照)。半径方向内側端部51’は、環状の内側端部と各案内部材の半径方向内側端部51’との間に半径方向内側通路が形成されるように、環状面50の環状の内側端部の近くであるが、ある距離離れた位置に配置されている(図3参照)。
開示された遠心分離機はたとえば、オイル粒子および/またはオイルミストの形をしたオイルを含むガスを浄化するために使用することができる。浄化すべきガスは、入口9を介して空間15に送ることができる。回転部材4の回転のため、ガスはまた分離ディスク7同士の間の隙間内に吸い込まれ、そこでオイルはこれらのディスク7に付着し、そして遠心力のために、ディスク7上で外側に移送される。オイルは次に、ディスク7から離れ、内壁面3に飛ばされる。オイルは次に、内壁面3上を下向きに、下端面50および第2の液体出口12まで流れ落ち、そこでオイルは、出口穴31を通って第2の環状の収集流路30に流れ込む。内壁面3にぶつかったオイルの一部は、回転部材からガス出口10への上向きのガスの流れのために、内壁面3に沿って上向きに移送される。このオイルは、溝23内に流れ込み、出口穴21を介して第1の環状の収集流路25内に運ばれる。分離されたオイルは次に、第1の環状の収集流路25から第2の環状の収集流路30まで移送される。したがって、すべての分離されたオイルはこの収集流路30に移送され、そこから排出導管33を介して遠心分離機から排出される。
図4は、第2の実施形態を開示している。2つの実施形態においてほぼ同じ機能を有する部材に同じ参照符号が与えられることに留意されたい。第2の実施形態は、遠心分離機が、回転部材4とガス出口10との間に設けられたディスク40を有するという点で第1の実施形態と異なる。ディスク40は、いくつかの通気開口部41、第2の実施形態においては4つの通気開口部41を備えている(図5参照)。しかし、ディスクが4つより多いかまたは少ないこのような通気開口部41、たとえば、2つ、3つ、5つ、6つ、7つ、またはそれより多い通気開口部41、を有してよいことに留意されたい。各通気開口部は、回転方向rに関する前縁部41’および後縁部41”も有する(図5参照)。各通気開口部41は、通気開口部41の後縁部41から突き出る舌状部42も有する。図4から分かるように、各舌状部42は、舌状部42がディスク40の上流側に配置され、すなわち、各舌状部42がディスク40と回転部材4との間に配置された外側端部43を有するように縁部41”から突き出ている。各舌状部42は、後縁部41”と一致する内側端部44も有する。したがって、各舌状部42は、それぞれの後縁部42”から回転方向rの方へ突き出ている。さらに図5を見ると分かるように、各通気開口部41は、回転方向rにほぼ弧状に延びている部分を有する。さらに、各舌状部42は、回転方向rにほぼ弧状に延びている部分を有する。ディスク40は、開示された実施形態では、ほぼ平面状であり、遠心分離機を通る断面に平行である。回転軸xは、この断面に対する法線を形成している。各舌状部40は、断面に対して傾斜角αで傾斜している。傾斜角αは変更することができ、1°から40°の間であってよい。
ディスク40は、第2の実施形態では環状面20を形成しており、そこで環状のシールド部材22は、上向き、すなわち第2の実施形態ではディスク40および環状面20から下向きに延びている。したがって、溝23は、シールド部材22、内壁面3、およびディスク40の環状面20によって形成されている。
したがって、分離ディスク7同士の間の隙間に至ったガスは、非常に速い回転速度で回転方向rに回転する。この回転運動は、ガスがディスク40に達するまで継続する。そして、舌状部42は、案内羽根として機能し、ガスを通気開口部41を通して導く。ガスが通気開口部41を通過すると、高回転速度が減速され、軸流速に変換される。このように、大流量のガスを軸方向上向きにガス出口10の方へ運ぶことができる。入口9からガス出口10まで流れるすべてのガスが、ディスク40の通気開口部31を通して運ばれ、内壁面3に飛ばされることを留意されたい。液体不純物は次に、内壁面3上を下向きに分離空間2の下端および第2の液体出口12まで流れ、そこで液体不純物は第2の環状の収集流路30に流れ込む。内壁面3にぶつかった液体不純物の一部は、回転部材4からディスク40の方への上向きのガスの流れによって、内壁面3に沿って上向きに移送される。これらの液体不純物は、内壁面30に沿って下向きに流れ、溝30に流れ込み、そこから出口穴21を介して第1の環状の収集流路25に流れ込む。
本発明は、開示された実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲内で変更し修正することができる。
本発明の第1の実施形態による遠心分離機の垂直断面図である。 図1の線II−IIに沿った断面図である。 図1の線III−IIIに沿った断面図である。 本発明の第2の実施形態による遠心分離機の垂直断面図である。 図1の線V−Vに沿った断面図である。

Claims (20)

  1. 液体不純物を含むガスを浄化する遠心分離機であって、
    分離空間(2)を囲み、前記分離空間に面する内壁面(3)を有し、前記分離空間は、前記ガスが前記分離空間を通って流れるのを可能にする固定ケーシング(1)と、
    浄化すべき前記ガスの入口(9)と、
    前記分離空間(2)内の、前記ガスの流れに関して前記入口(9)の下流側に設けられ、回転軸(x)の周りを回転方向(r)に回転するように構成され、前記ガスを前記回転方向(r)に回転させて、遠心力により前記液体不純物の少なくとも一部を前記ガスから分離させるようになっている回転部材(4)と、
    前記ガスの流れに関して、前記浄化されたガスを排出させるために前記回転部材(4)の下流側に設けられるガス出口(10)と、
    前記内壁面(3)を貫通して延びる少なくとも1つの出口穴(21)を有する、前記液体不純物を排出させるための少なくとも1つの第1の液体出口(11)と、
    前記内壁面(3)から内側に延び、前記出口穴(21)から下流側に配置された環状面(20)とを有する遠心分離機において、
    前記第1の液体出口(11)は、前記出口穴(21)からある距離離れた位置の前記環状面(20)から延び、前記出口穴(21)の半径方向内側に配置された環状のシールド部材(22)を有し、前記環状のシールド部材(22)と前記環状面(20)が、前記出口穴(21)の半径方向内側に配置された環状の溝(23)を形成していることを特徴とする遠心分離機。
  2. 前記溝(23)は、開放された環状の上流側端部と閉じられた環状の下流側端部とを有することを特徴とする、請求項1に記載の遠心分離機。
  3. 前記環状面(20)は、前記環状のシールド部材(22)から内側に延びていることを特徴とする、請求項1および2のいずれか1項に記載の遠心分離機。
  4. 前記第1の液体出口(11)は、前記分離空間(2)の周りの、前記溝(23)の半径方向外側を延びる第1の環状の収集流路(25)も有することを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の遠心分離機。
  5. 前記出口穴(21)は、前記溝(23)と前記第1の収集流路(25)との間を延びていることを特徴とする、請求項4に記載の遠心分離機。
  6. 前記環状面(20)は、前記環状のシールド部材(22)の内側に配置され、前記ガス出口(10)の一部を形成する少なくとも1つの開口部を有することを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の遠心分離機。
  7. 前記少なくとも1つの開口部は中央通気開口部(26)を含むことを特徴とする、請求項6に記載の遠心分離機。
  8. 前記少なくとも1つの開口部はいくつかの中間通気開口部(41)を含むことを特徴とする、請求項6および7のいずれか1項に記載の遠心分離機。
  9. このような各中間通気開口部(41)は、前記通気開口部(41)の縁部(41”)から突き出る舌状部(42)を有することを特徴とする、請求項8に記載の遠心分離機。
  10. 前記舌状部(42)は、前記環状面の上流側に配置されるように前記縁部(41”)から突き出ていることを特徴とする、請求項9に記載の遠心分離機。
  11. 前記舌状部(42)は、それぞれの前記縁部(41”)から前記回転方向(r)の方へ、かつ前記環状面(20)から前記回転部材(4)の方へ突き出ていることを特徴とする、請求項10に記載の遠心分離機。
  12. 前記中間通気開口部(41)および前記舌状部(42)は、前記回転方向(r)にほぼ弧状に延びる部分を有することを特徴とする、請求項8から11のいずれか1項に記載の遠心分離機。
  13. 前記環状面(20)はほぼ平面状であり、かつ前記遠心分離機を通る断面に平行であることを特徴とする、請求項1から12のいずれか1項に記載の遠心分離機。
  14. 前記遠心分離機は、分離された前記液体不純物を排出させるために、前記第1の液体出口(11)の上流側かつ前記回転部材(4)の下流側に設けられた第2の液体出口(12)を有することを特徴とする、請求項1から13のいずれか1項に記載の遠心分離機。
  15. 前記第2の液体出口(12)は主出口を形成し、前記第1の液体出口(11)は残渣出口を形成することを特徴とする、請求項14に記載の遠心分離機。
  16. 前記第2の液体出口(12)は、前記分離空間(2)の周りを、かつ前記内壁面(3)の半径方向外側を延びる第2の環状の収集流路(30)を有することを特徴とする、請求項14および15のいずれか1項に記載の遠心分離機。
  17. 前記第2の液体出口(12)は、前記分離空間(3)と前記第2の環状の収集流路(30)との間を延びる少なくとも1つの出口穴(31)を有することを特徴とする、請求項16に記載の遠心分離機。
  18. 前記遠心分離機は、前記回転軸(x)がほぼ垂直方向に延び、前記固定ケーシング(1)が上端(1’)および下端(1”)を有し、前記上端(1’)に前記ガス出口が設けられるように構成されていることを特徴とする、請求項1から17のいずれか1項に記載の遠心分離機。
  19. 前記第2の液体出口(12)は前記下端(1”)に設けられていることを特徴とする、請求項14および18に記載の遠心分離機。
  20. 前記回転部材(4)は、いくつかの分離ディスク(7)を有することを特徴とする、請求項1から19のいずれか1項に記載の遠心分離機。
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