TWI624297B - 具有較佳結構強度的轉輪結構及包括該轉輪結構的流體處理設備 - Google Patents
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Abstract
一種具有較佳結構強度的轉輪結構，其包括一可繞軸轉動的轉
軸組、一轉輪基材支架、若干處理塊體及若干板材，轉輪基材支架與處理塊體之間分別設有肋條及凹槽，兩者彼此嵌設。藉此，肋條可在軸向上提供支撐力，進而提高處理塊體的結構強度。此外，處理塊體可包括兩層結構強度有別的纖維基材，藉由調整纖維基材的結構強度，讓轉輪結構可在強度與處理效率之間取得平衡。又，為了在軸向上支撐處理塊體，轉輪基材支架一側還可設有網板，而可供處理塊體承靠。藉此，轉輪結構可具有較好的結構強度。
Description
本發明係關於一種流體處理領域的處理設備及其轉輪，特別係關於具有較佳強度的轉輪結構。
轉輪是一種常見的流體處理設備，其主體包括纖維基材及黏附於纖維基材表面的處理劑粉末，這些處理劑粉末具有可使待處理的流體中的部分物質加以去除、改質或使其物理狀態產生變化的能力，而纖維基材則作為結構主體，提供支撐性能。
以蜂巢狀沸石轉輪為例，其通常經由下列程序製作：首先，將纖維紙塗上黏著劑後，透過特殊成型輥輪模具成型為蜂巢狀結構，並依所需形式將蜂巢狀結構捲繞成圓盤狀或堆疊為長方塊狀；接著，在400-500℃環境下燒結數小時，使蜂巢狀結構中的有機物幾近完全逸散，僅剩纖維無機基材，燒結後的無機基材並加以含浸(Impregnation & wash coating)沸石處理劑粉末，而後在70-250℃環境下烘乾，即完成製備。
目前，轉輪常用的纖維基材為陶瓷纖維，其具有較佳的結構強度，但因其重量較重，以致於其處理劑粉末承載效率(每單位
重量的纖維基材所能承載的處理劑粉末重量)較低，從而，為了滿足所需的流體處理能力，轉輪的重量勢必較重，其中大部分重量由陶瓷纖維所貢獻，而這衍生了幾個缺點。首先，轉輪箱承載結構必須支撐較大荷重，除此之外，由於較重的陶瓷纖維會吸收較多熱能，因此在脫附作業時，脫附出口溫度較低，使得處理劑的脫附效果較差。
另一種常用的纖維基材為玻璃纖維，與陶瓷纖維不同的是，玻璃纖維的重量較輕，因此其處理劑粉末承載效率顯著高於陶瓷纖維，且玻璃纖維基材在脫附作業僅吸收較少熱能，脫附出口可維持較高溫度，從而使脫附效率得以提升。但另一方面，玻璃纖維的結構強度卻低於陶瓷纖維，實務上曾碰到玻璃纖維基材的轉輪在高風壓的使用環境下，緊貼轉輪框體處的玻璃纖維基材出現裂痕的情況。
因此，如何在提高處理劑粉末承載效率的前提下，又能兼顧轉輪強度，實是值得本領域技術人員思考的。
本發明之主要目的在於提供一種具有較佳結構強度的轉輪結構。
為了達成上述目的，本發明提供一種轉輪結構，其在軸向上具有一入口側及一出口側並供流體在其入口側及出口側之間流動，該轉輪結構包括一可繞軸轉動的轉軸組、一轉輪基材支架、若干處理塊體及若干板材。轉輪基材支架設於轉軸組，且轉輪基材支架圍構若干軸向的處理通道，各該處理通道由若干壁面所圍構，至少一所述壁面具有至少一徑向突出至處理通道中的肋條；各該處理塊體包括纖維
基材及黏附於纖維基材上的處理劑粉末，各該處理塊體填設於其中一所述處理通道，各該處理塊體具有若干分別對應於該些壁面的塊體表面，至少一所述塊體表面具有至少一徑向凹陷的凹槽而將該塊體表面分隔為若干區塊，凹槽與處理通道內的肋條實質互補並供肋條嵌設其內；該些板材分別設於被所述凹槽分隔的區塊上，且該些板材位於所述塊體表面與所述壁面之間。藉此，肋條可在軸向上提供支撐力，進而提高處理塊體的結構強度。
為了達成上述目的，本發明的轉輪結構，該嵌設於該處理塊體凹槽內之肋條係可進一步為多孔性網板或蜂巢狀結構所構成。藉此，可以維持處理塊體軸流體有效處理面積。
為了達成上述目的，本發明還提供一種轉輪結構，其在軸向上具有一入口側及一出口側，該轉輪結構係供流體在其入口側及出口側之間流動，該轉輪結構包括一可繞軸轉動的轉軸組、一轉輪基材支架、若干處理塊體及至少一網板。轉輪基材支架設於轉軸組，且轉輪基材支架圍構若干軸向的處理通道；處理塊體包括纖維基材及黏附於纖維基材上的處理劑粉末，各處理塊體填設於其中一所述處理通道；網板設於轉輪基材支架並分別對應於處理通道，各網板分別位於各處理塊體的入口側或出口側而供處理塊體承靠。藉此，網板可以在軸向上支撐處理塊體，從而提高結構強度。
為了達成上述目的，本發明還提供一種轉輪結構，其在軸向上具有一入口側及一出口側，轉輪結構係供流體在其入口側及出口側之間流動，且轉輪結構包括一可繞軸轉動的轉軸組、一轉輪基材支
架及若干處理塊體。轉輪基材支架設於轉軸組，且轉輪基材支架圍構若干軸向的處理通道；各處理塊體包括一第一纖維基材、一第二纖維基材及黏附於第一、第二纖維基材上的處理劑粉末，第一纖維基材較第二纖維基材更靠近入口側，且第一、第二纖維基材其中一者的結構強度大於兩者中的另一者，各該處理塊體填設於其中一所述通道。藉由調整纖維基材的結構強度，讓轉輪結構可在強度與處理效率之間取得平衡。
為了達成前述及其他目的，本發明還提供一種流體處理設備，其包括一卡匣箱、一如前所述的轉輪結構、一驅動手段、一入口箱及一出口箱，該轉輪結構係可轉動地設於該卡匣箱，該驅動手段係用以驅動該轉輪結構相對該卡匣箱轉動，該入口箱係設於該轉輪結構的入口側，該出口箱則係設於該轉輪結構的出口側，該流體處理設備係供至少一部份流體由該入口箱導入該轉輪結構並自該出口箱排出。
1‧‧‧流體處理設備
1’‧‧‧後端處理裝置
2‧‧‧轉輪結構
2a‧‧‧入口側
2b‧‧‧出口側
3‧‧‧入口箱
4‧‧‧出口箱
5‧‧‧卡匣箱
6‧‧‧馬達
7‧‧‧減速機
7a‧‧‧鏈條
8‧‧‧吸附區
9‧‧‧脫附區
9a‧‧‧脫附氣體出口
10‧‧‧脫附再生熱交換區
10a‧‧‧脫附氣體入口
20‧‧‧轉軸組
30‧‧‧轉輪基材支架
31‧‧‧處理通道
32‧‧‧壁面
33‧‧‧肋條
40‧‧‧處理塊體
41‧‧‧第一纖維基材
42‧‧‧第二纖維基材
43‧‧‧塊體表面
44‧‧‧凹槽
50‧‧‧板材
60‧‧‧網板
第1圖為流體處理設備的第一實施例的立體示意圖。
第2圖為轉輪結構及卡匣箱的第一實施例的立體圖。
第3圖是轉輪結構的第一實施例局部元件的組合圖，圖中僅表現其中一組處理塊體及圍繞其圍繞其周圍的其他元件。
第4圖是轉輪結構的第一實施例局部元件的分解圖，圖中僅表現其中一組處理塊體及圍繞其圍繞其周圍的其他元件。
第5圖是轉輪結構的第一實施例局部元件的剖面圖，圖中僅表現一組處理塊體、處理基材支架及板材。
第6圖是轉輪結構的第二實施例局部元件的分解圖，圖中僅表現其中一組處理塊體及圍繞其圍繞其周圍的其他元件。
第7圖是轉輪結構的第三實施例局部元件的分解圖，圖中僅表現其中一組處理塊體及圍繞其圍繞其周圍的其他元件。
第8圖是流體處理設備的第二實施例的立體示意圖。
請參考第1圖，所繪示者為流體處理設備1的第一實施例，流體處理設備1係用以對氣體或液體等流體進行處理，包括但不限於將氣體或液體中的部分物質加以去除、改質或使其物理狀態產生變化。該流體處理設備1具有一轉輪結構2、一入口箱3、一出口箱4、一卡匣箱5及一驅動手段，轉輪結構2具有一入口側2a及一出口側2b，且轉輪結構2是可轉動地設於該卡匣箱5內，入口箱3是設於轉輪結構2的入口側2a，出口箱4是設於轉輪結構2的出口側2b，入口箱3及出口箱4內部視使用需求定義有若干流道。流體處理設備1可供至少一部份流體由入口箱3導入轉輪結構2並自出口箱4排出；在其他可能的實施例中，流體處理設備1也可供部分流體由出口箱4導入轉輪結構2並由入口箱3排出；在其他可能實施例中，流體處理設備1也可供部分流體由入口箱3/出口箱4依序流經轉輪結構2及出口箱4/入口箱3，而後再由出口箱4/入口箱3回流經轉輪結構2並自入口箱3/出口箱4排出。
驅動手段是用以驅動轉輪結構2相對卡匣箱5轉動，所述轉動可為但不限於連續轉動、間歇轉動或步進轉動，轉輪結構2轉動所需的動力來源可為但不限於馬達6，馬達6與轉輪結構2之間可設有傳動
機構，藉以傳遞動力、改變動力方向及/或改變轉速，所述傳動機構可為但不限於減速機、齒輪、鏈條、皮帶、曲柄、搖臂或其任意組合。本實施例中，傳動機構包括一減速機7及一繞設於減速機7輸出齒輪與該轉輪結構2的鏈條7a。
在本實施例中，流體處理設備1為一用於氣體淨化處理的蜂巢狀沸石轉輪濃縮器，其為一種吸脫附濃縮單元，且其包括一吸附區8、一脫附區9及一脫附再生熱交換區10(亦稱purge隔離區或cooling冷卻區)，其中「沸石」為流體處理設備1中具有處理活性的主要處理材料，「蜂巢狀」係指轉輪結構2之流道的造型，「濃縮」是指其所欲實現的技術效果，以含揮發性有機化合物(VOC)的廢氣為例，廢氣被導入吸附區8，VOC被轉輪結構2內的吸附區8的沸石吸附，處理後的廢氣隨後經由出口箱4排出；脫附氣體經由入口箱3的脫附氣體入口10a進入，同時在轉輪結構2內的脫附再生熱交換區10進行熱交換而先行預熱同時冷卻轉輪，並具有隔離吸附區8及脫附區9間之高低濃度氣流的效果，而後可依需求利用一加熱單元，例如一含有熱交換單元的焚化爐或鍋爐，並以其熱交換單元提供熱源將脫附氣體進一步升溫至合適的脫附溫度後，另行導入轉輪結構2內的脫附區9，將沸石所吸附的VOC加以脫出，最後吸附氣體可由入口箱3的脫附氣體出口9a排出，此時脫附氣體所含的VOC濃度通常明顯高於VOC在待處理廢氣中的濃度，即達成所述「濃縮」效果。必須說明的是，適用於本發明的流體處理設備並不以蜂巢狀沸石轉輪濃縮器為限，其他可適用於本發明的流體處理設備包括但不限於轉輪式吸/脫附處理器、轉輪式觸媒
處理器、轉輪式交換器(例如熱交換器或離子交換器)等流體處理設備，其他適用於本發明的處理材料包括但不限於沸石、活性碳、高分子樹酯、碳分子篩、多孔性吸附材或其組合。
請參考第2圖，所繪示者為轉輪的第一實施例，轉輪結構2可供氣體或液體等流體在其入口側及出口側間流動，所述「在入口側及出口側間流動」包括但不限於流體由轉輪入口側進入內部並直接自出口側排出、流體由轉輪出口側進入內部並直接自入口側排出、流體由轉輪入口側進入內部再由位於入口側的其他出口排出、流體由轉輪出口側進入內部再由位於出口側的其他出口排出。流體在轉輪結構2內通常會進行軸向流動，惟並不排除流體在轉輪結構2內進行徑向流動或不規則流動的可能。
請參考第2至5圖，在本實施例中，轉輪結構2包括一可繞軸轉動的轉軸組20、一轉輪基材支架30、若干處理塊體40及若干板材50。
轉軸組20可具有一轉軸及固設於轉軸且同步轉動的輪鼓，惟並不以此為限，例如在其他可能的實施例中，轉軸組也可能是一軸管並可轉動地套設於一軸心。所述「繞軸轉動」包括繞一虛擬軸線轉動或繞一實體軸心轉動。
轉輪基材支架30設於轉軸組20。本實施例中，轉軸組20位於轉輪基材支架30的幾何中心，且轉輪基材支架30受轉軸組2支撐。本實施例中，轉輪基材支架30具有概呈輪形的輪廓，且轉輪基材支架30圍構若干軸向的處理通道31，其中內層的處理通道31具有扇形輪廓
而緊鄰轉軸組20，圍構內層處理通道31的壁面32也具有扇形輪廓；外層的處理通道31具有概呈梯形的輪廓而位於扇形處理通道31的外緣，這些梯形處理通道31也是由壁面32所圍構。從而，處理通道31在入口側及出口側呈開放狀。如第4圖所示，本實施例中，位於扇形輪廓兩側的壁面32具有二徑向突入處理通道31中的肋條33。需說明的是，處理通道的輪廓視設計需求而定，並不以本實施例所示者為限。
處理塊體40包括纖維基材及黏附於纖維基材上的處理劑粉末，纖維基材可為但不限於陶瓷纖維或玻璃纖維，處理劑粉末是對待處理的目標流體成分具有處理活性的處理材料，這些處理材料可將目標流體成分部分或全部去除、改質或變更其物理狀態，例如溫度，所使用的處理材料視目標流體成分及所欲達成的效果而定，可選用但不限於觸媒、沸石、活性碳、高分子樹酯、碳分子篩、多孔性吸附材或其組合。以多孔性吸附材為例，第一處理材24可為親水性或殊水性的沸石、活性碳、活性氧化鋁、矽膠或其組合，其中親水性沸石例如為A型、13X型或低矽鋁比Y型沸石，殊水性沸石則例如為ZSM-5型、MCM型(Mobil composite of matter)或高矽鋁比Y型沸石，所述MCM型沸石例如可為具六角晶狀結構(hexagonal)的MCM-41、具立方結構(cubic)的MCM-48、具層狀結構(lamellar)的MCM-50等M41S族沸石，這些沸石材料例如可自天津南化催化劑有限公司購得。
本實施例中，處理塊體40包括兩層纖維基材，亦即第一纖維基材41及第二纖維基材42，其中第一纖維基材41緊鄰入口側，第二纖維基材42緊鄰出口側。第一、第二纖維基材41、42可具有不同結構強度，例如，第一纖維基材41可實質由玻璃纖維製成，第二纖維基材42可實質由陶瓷纖維製成，此時
第二纖維基材42的強度即大於第一纖維基材41。在風壓較大的工作場合，位於下風處(出口側)的第二纖維基材42因具有較好的結構強度，能夠較好地支撐處理塊體40整體，使其不易脆裂。
本實施例中，各處理塊體40具有六個塊體表面43，其中四者分別對應於轉輪基材支架30的壁面32，另外兩個塊體表面43則分別面向入口側及出口側，且位於梯形兩側的塊體表面43更具有二徑向凹陷的凹槽44而將塊體表面43分隔為三個區塊，其中一凹槽44形成於第一纖維基材41，另一凹槽44則形成於第二纖維基材42，這些凹槽44形成於入口側與出口側之間，但凹槽44並不緊鄰入口側及出口側。突入處理通道31內的肋條33與凹槽44實質互補，因此當處理塊體40完成安裝後，肋條33恰可嵌設於凹槽44內，從而在軸向上對處理塊體40提供支撐力。
由於肋條33嵌設於凹槽44中，為了避免肋條33阻隔處理塊體40內部流道，維持處理塊體內軸流體的有效處理面積，前述肋條33可為多孔性網板或具有蜂巢狀結構，從而可接續其前、後側的流道。
由於纖維基材的質地通常較為硬脆，為了避免處理塊體40在安裝過程中碰撞受損，前述板材50可被安裝於塊體表面43與壁面32之間，這些板材50可與塊體表面43的若干區塊具有相近的輪廓而一一對應，惟板材50的外型並不以此為限。在可能的實施方式中，板材50可藉由矽膠或其他黏膠而黏固於塊體表面43的區塊上，相鄰板材50之間被所述凹槽44間隔開來，使肋條33可經由相鄰板材50之間的間隙嵌入凹槽44。
前述實施例中，處理塊體具有兩層纖維基材，惟纖維基
材的數量並不以此為限。例如，在第6圖所示的實施例中，處理塊體40僅具有一層纖維基材，且在本實施例中，處理塊體40左右兩側未形成有凹槽，而是在其扇形輪廓的頂底兩面形成凹槽44，且分別有兩塊板材50安設於凹槽44兩側，與其相對的處理基材支架30的壁面32上則形成有肋條33，肋條33嵌設於凹槽44中以提供支撐力，並將板材50夾置於處理基材支架30與處理塊體40之間。在其他可能的實施例中，處理塊體可在其扇形輪廓的頂、底、左、右四個塊體表面均形成前述凹槽，環繞處理塊體週緣的壁面同樣也均形成有前述肋條，使得處理塊體在四個塊體表面均有肋條嵌設其中，藉以進一步提高支撐力。除此之外，本實施例的轉輪結構更包括一網板60設於轉輪基材支架30，且網板60位於處理塊體40的出口側而可供處理塊體40承靠，進而在軸向上提供處理塊體40支撐力以抵抗工作風壓；所述網板同樣可設於圖面所未繪示的其他轉輪基材支架上，供其他處理塊體承靠。在其他可能的實施方式中，網板也可以改位於處理塊體的入口側而抵擋來自另一個方向的風壓或其他受力。在其他可能的實施方式中，轉輪基材支架一側可設有單一面網板，該網板可同時供複數處理塊體承靠並提供支撐力。
請參考第7圖所示的實施例，本實施例的處理塊體40也僅具有單一層纖維基材，並藉由肋條33與凹槽44彼此嵌設而提高結構強度。
請參考第8圖，在本發明流體處理設備的第二實施例中，更包括一後端處理裝置1’，後端處理裝置1’用以進一步處理自
出口箱4所排出的流體，可適用於本發明的後端處理裝置1’包括但不限於焚化爐(例如燃料式或觸媒式焚化爐)、冷凝器或流體化浮動床吸脫附設備，其中焚化爐所產生之燃燒熱可提供作為轉輪脫附再生所需之熱能。
最後，必須再次說明的是，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。
Claims (16)
- 一種具有較佳結構強度的轉輪結構，其在軸向上具有一入口側及一出口側，該轉輪結構係供流體在其入口側及出口側之間流動，該轉輪結構包括：一可繞軸轉動的轉軸組；一轉輪基材支架，設於該轉軸組，該轉輪基材支架圍構若干軸向的處理通道，各該處理通道係由若干壁面所圍構，至少一所述壁面具有至少一徑向突入至該處理通道中的肋條；若干處理塊體，包括纖維基材及黏附於纖維基材上的處理劑粉末，各該處理塊體填設於其中一所述處理通道，各該處理塊體具有若干分別對應於該些壁面的塊體表面，至少一所述塊體表面具有至少一徑向凹陷的凹槽而將該塊體表面分隔為若干區塊，該凹槽與突入該處理通道內的肋條實質互補並供該肋條嵌設其內；以及若干板材，分別設於被所述凹槽分隔之區塊上，且該些板材位於所述塊體表面與所述壁面之間。
- 如請求項1所述的轉輪結構，更包括至少一網板，設於該轉輪基材支架並分別對應於該處理通道，該網板位於各該處理塊體的出口側而供該處理塊體承靠。
- 如請求項1所述的轉輪結構，其中各該處理塊體包括一第一纖維基材、一第二纖維基材及黏附於第一、第二纖維基材上的處理劑粉末，其中該第一纖維基材較第二纖維基材更靠近該入口側，且該第二纖維基材的結構強度大於該第一纖維基材的結構強度。
- 如請求項3所述的轉輪結構，其中至少一所述塊體表面具有二徑向凹陷的凹槽而將該塊體表面分隔為三個區塊，其中一所述凹槽形成於該第一纖維基材，另一所述凹槽形成於該第二纖維基材。
- 如請求項3所述的轉輪結構，其中該第一纖維基材係實質由玻璃纖維製成，該第二纖維基材係實質由陶瓷纖維製成，該第一纖維基材緊鄰該入口側，該第二纖維基材緊鄰該出口側。
- 如請求項1所述的轉輪結構，其中所述肋條為一多孔性網板或具有蜂巢狀結構。
- 一種具有較佳結構強度的轉輪結構，其在軸向上具有一入口側及一出口側，該轉輪結構係供流體在其入口側及出口側之間流動，該轉輪結構包括：一可繞軸轉動的轉軸組；一轉輪基材支架，設於該轉軸組，該轉輪基材支架圍構若干軸向的處理通道；若干處理塊體，包括纖維基材及黏附於纖維基材上的處理劑粉末，各該處理塊體填設於其中一所述處理通道；以及至少一網板，設於該轉輪基材支架並分別對應於該處理通道，該網板位於各該處理塊體的入口側或出口側而供該處理塊體承靠；其中各該處理塊體包括一第一纖維基材、一第二纖維基材及黏附於第一、第二纖維基材上的處理劑粉末，其中該第一纖維基材較第二纖維基材更靠近該入口側，且該第二纖維基材的結構強度大於該第一纖維基材的結構強度。
- 如請求項7所述的轉輪結構，其中所述塊體具有若干塊體表面，至少一所述塊體表面具有二徑向凹陷的凹槽而將該塊體表面分隔為三個區塊，其中一所述凹槽形成於該第一纖維基材，另一所述凹槽形成於該第二纖維基材。
- 如請求項7所述的轉輪結構，其中該第一纖維基材係實質由玻璃纖維製成，該第二纖維基材係實質由陶瓷纖維製成，該第一纖維基材緊鄰該入口側，該第二纖維基材緊鄰該出口側。
- 一種具有較佳結構強度的轉輪結構，其在軸向上具有一入口側及一出口側，該轉輪結構係供流體在其入口側及出口側之間流動，該轉輪結構包括：一可繞軸轉動的轉軸組；一轉輪基材支架，設於該轉軸組，該轉輪基材支架圍構若干軸向的處理通道；以及若干處理塊體，包括一第一纖維基材、一第二纖維基材及黏附於第一、第二纖維基材上的處理劑粉末，該第一纖維基材較第二纖維基材更靠近該入口側，且該第二纖維基材的結構強度大於該第一纖維基材的結構強度，各該處理塊體填設於其中一所述處理通道，所述塊體具有若干塊體表面；其中至少一所述塊體表面具有二徑向凹陷的凹槽而將該塊體表面分隔為三個區塊，其中一所述凹槽形成於該第一纖維基材，另一所述凹槽形成於該第二纖維基材。
- 如請求項10所述的轉輪結構，其中該第一纖維基材係實質由玻璃纖維製成，該第二纖維基材係實質由陶瓷纖維製成，該第一纖維基材緊鄰該入口側，該第二纖維基材緊鄰該出口側。
- 一種流體處理設備，包括：一卡匣箱；一如請求項1至11中任一項所述的轉輪結構，該轉輪結構係可轉動地設於該卡匣箱；一驅動手段，用以驅動該轉輪結構相對該卡匣箱轉動；一入口箱，設於該轉輪結構的入口側；以及一出口箱，設於該轉輪結構的出口側，該流體處理設備係供至少一部份流體由該入口箱導入該轉輪結構並自該出口箱排出。
- 如請求項12所述的流體處理設備，其係一用於氣體淨化處理的吸脫附濃縮單元，該流體處理設備包括一吸附區、一脫附區及一脫附再生熱交換區。
- 如請求項13所述的流體處理設備，更包括一加熱單元，用以提供該脫附區進行脫附所需的熱源。
- 如請求項14所述的流體處理設備，其中該加熱單元係一含有熱交換單元的焚化爐或鍋爐，並以其熱交換單元提供所述熱源。
- 如請求項12所述的流體處理設備，其中該驅動手段包括一馬達、一減速機及一繞設於該減速機之一輸出齒輪與該轉輪結構的鏈條。
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