CN101952666A - 储热水式供热水装置 - Google Patents
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Abstract
一种储热水式热水供应装置,其包括:储热水容器(4),用热泵(2)烧开的高温热水从一端侧流入储热水容器(4)而低温水从另一端侧流入储热水容器(4),所述储热水容器(4)内部的热水以高温热水、温度比该高温热水低但比低温水高的中温水、该低温水的顺序呈层状进行储存;热水供应元件(42、48、50),该热水供应元件(42、48、50)使所述储热水容器(4)的热水从所述储热水容器(4)内的一端侧流出;热水供应量检测元件(62、66),该热水供应量检测元件(62、66)对经所述热水供应元件(42、48、50)供应的热水供应量进行检测;以及控制单元,该控制单元在当用所述热水供应量检测元件(62、66)检测出的热水供应量(V)为规定的热水供应量(VS)以上时,使通过热泵(2)对热水的烧开动作的启动等待。
Description
技术领域
本发明涉及一种将热泵加热后的热水予以储存并进行使用的储热水式供热水装置。
背景技术
近年来,存在有如下储热水式供热水装置,其在电费较低的时间段将利用高效率的热泵加热烧开的热水储存在储热水容器内,通过使用所储存的热水进行热水供应、浴缸的放热水、续烧等,从而实现节能。
上述储热水式热水供应装置的储热水容器一般制成从下部供应冷水、从上方供应经热泵烧开的热水这样的结构,内部的热水的高温侧和低温侧被分层加以储存。此外,在浴缸的续烧等时,采用高温侧的热水与浴缸的热水进行热交换,经过上述热交换而使温度降低后的水、即中温水返回至储存容器的中间部,形成中温水层。
然而,由于上述中温水的温度低,因而存在不仅无法再次用于与浴缸的热水的热交换等,还从热泵的性质上看,当用热泵烧开中温水时COP(特性系数(日文:成績効率))比烧开低温水差这样的问题。
因此,出现了如下储热水式热水供应装置(例如,参照日本专利特开2004-101134号公报),其包括第一储热水容器和第二储热水容器,将经续烧等热交换所产生的中温水返回第一储热水容器的上部,在热水供应时,通过优先使用上述第一储热水容器的高温热水或中温水,而使中温水用掉。
但是,在储热水式热水供应装置中,当检测到储热水容器内的热水减少时,会利用热泵启动使用续沸(日文:沸き増し)等追加烧开动作。这种烧开动作是当因热水供应或浴缸的放热水而导致储热水容器的剩余热水量减少、剩余热水的温度低时启动的。
尤其是,当进行浴缸的放热水时,与单纯的热水供应相比,由于长时间供应大量热水,因此,很多情况下会在储热水式热水供应装置中同时进行烧开动作和热水供应动作。
在此,一般情况下,上述烧开动作是将热水从储热水容器上部放入储热水容器内的动作,而热水供应动作是将储热水容器内的热水从储热水容器上部放出的动作,这两个动作会使热水在储热水容器内产生相反方向的流动。热水的这种相反方向的流动会打乱储热水容器内以高温热水、中温水、低温水的顺序呈层状的热水分布,使中温水层扩大,进而增大中温水的水量。
尤其是,浴缸的放热水是根据电磁阀的开关动作来进行热水供应的,与单纯的热水供应相比,由于在储存热水容器内移动的热水的流量和流速增大,因此,储热水容器内的热水分布的打乱、进而中温水的水量增大会进一步显著。
然而,在上述现有技术中,对于这种中温水的增大并没有加以特别考虑,虽然积极的进行中温水的消耗,但是在下次半夜烧开的结束时刻,不得不对剩余的中温水进行COP低的烧开,结果会有导致储热水式热水供应装置的COP降低这样的问题。
发明内容
本发明基于上述技术问题发明而成,其目的在于提供一种通过防止储热水容器内的热水分布打乱来抑制中温水的增加,从而能大幅提高COP的储热水式热水供应装置。
为实现上述目的,本发明的储热水式热水供应装置是将热泵烧开的热水予以储存并进行使用的储热水式热水供应装置,其特征在于,包括:储热水容器,用热泵烧开的高温热水从一端侧流入上述储热水容器而低温水从另一端侧流入上述储热水容器,上述储热水容器内部的热水以高温热水、温度比高温热水低但比低温水高的中温水、低温水的顺序呈层状进行储存;热水供应元件,该热水供应元件使储热水容器的热水从储热水容器内的一端侧流出;热水供应量检测元件,该热水供应量检测元件对经热水供应元件供应的热水供应量进行检测;以及控制单元,该控制单元在当用热水供应量检测元件检测出的热水供应量为规定的热水供应量以上时,使通过热泵对热水的烧开动作的启动等待。
根据上述储热水式热水供应装置,能防止因同时进行热水的烧开动作和热水供应动作而导致储热水容器内的热水分布的打乱,从而能抑制中温水的增加,从而能大幅提高储热水式热水供应装置的COP。
较为理想的是,在上述储热水式热水供应装置中,控制单元在热水供应元件的热水供应结束后经过规定时间之后启动烧开动作。
根据这种结构,由于能在因热水供应而引起的储热水容器内的热水分布的打乱稳定后开始烧开动作,因此,能进一步有效抑制中温水的增加,从而能进一步提高储热水式热水供应装置的COP。
较为理想的是,在上述储热水式热水供应装置中,控制单元在烧开动作中当用热水供应量检测元件检测出的热水供应量为规定的热水供应量以上时停止烧开动作。
根据这种结构,即使已是烧开动作中,在可能会因热水供应量增大而产生储热水容器内的热水分布打乱的情况下,能防止这种情况的发生,并能进一步有效抑制中温水的增加,从而能进一步提高储热水式热水供应装置的COP。
较为理想的是,在上述储热水式热水供应装置中,热水供应元件随用控制单元执行的浴缸放热水流程进行向浴缸的热水供应,控制单元在到浴缸放热水流程结束之前使烧开动作的启动等待,在结束浴缸放热水流程之后,启动烧开动作。
根据这种结构,即使是在储热水容器中移动的热水的流量和流速增大的浴缸的放热水的情况下,也能有效防止储热水容器内的热水分布的打乱,并进一步有效抑制中温水的增加,从而能提高热水供应装置的COP。
附图说明
图1是本发明一实施方式的储热水式热水供应装置的示意结构图。
图2是表示在图1的储热水式热水供应装置中当在热水供应期间或浴缸放热水期间启动热水的烧开这样的情况下的烧开控制的控制程序的流程图。
图3是表示在图1的储热水式热水供应装置中当在热水烧开过程中开始供应热水或开始向浴缸放热水这样的情况下的烧开控制的控制程序的流程图。
具体实施方式
以下,根据附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示本发明的储热水式热水供应装置的示意结构图。这种热水供应装置1由对热水进行加热的热泵2和具有对热水进行储存的储热水容器4的容器单元6构成,将经热泵2加热烧开的热水储存在储热水容器4内,使用所储存的热水来进行未图示的浴缸的放热水和续烧,还向浴缸、厨房、洗面台、冲淋房等未图示的热水龙头供应热水等。
热泵2使制冷剂在未图示的压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器中循环,通过与流经上述冷凝器的制冷剂的热交换来对储热水容器4的热水进行加热从而进行烧开动作是现有技术,因而省略其详细说明。
容器单元6具有高温容器4a和低温容器4b这两个容器作为储热水容器4。上述高温容器4a和低温容器4b分别为相同形状,高温容器4a的下端部和低温容器4b的上端部被连结通路12串联连接。也就是说,将上述储热水容器4制成以高温容器4a的上部为一端、以低温容器4b的下部为另一端的一体结构。
此外,在上述高温容器4a和低温容器4b的内部分别设有热敏电阻组14a、14b,该热敏电阻组14a、14b以在上下方向上具有规定间隔的形态来安排位置。上述热敏电阻组14a、14b对各位置上的热水温度进行检测。
此外,在低温容器4b的下端部连接有从城市自来水等外部供水源16延伸的供水通路18。
而且,在上述低温容器4b的下端部和高温容器4a的上端部上连接有在中途夹设有热泵2的烧开循环路20。在上述烧开循环路20的低温容器4b与热泵2之间设有烧开循环泵22、对流过上述烧开循环路20的热水温度进行检测的烧开热敏电阻23。上述烧开循环泵22具有经过烧开循环路20使低温容器4b内的下端部侧的热水流出从而通过热泵2流入高温容器4a内的上端部侧这样的功能。
此外,在高温容器4a的上端部和低温容器4b的侧面的上下方向中间部上连接有在中途夹设有续烧热交换器24的续烧循环路26。在上述续烧循环路26中的续烧热交换器24与低温容器4b之间设有续烧循环泵28。上述续烧循环泵28具有流过续烧循环路26使高温容器4a内的上端部侧的热水流出、经由续烧热交换器24流入低温容器4b内的中间部这样的功能。
续烧热交换器24也夹设在浴缸热水循环路30中,具有进行经过上述浴缸热水循环路30的热水与流过续烧循环路26的热水的热交换这样的功能。
浴缸热水循环路30以与浴缸8的浴槽连接、并使上述浴槽内的热水循环的方式构成。此外,在上述浴缸热水循环路30中,除了上述续烧热交换器24之外,还设有对浴槽内的水位进行检测的水位传感器32、用于对流过上述浴缸热水循环路30的热水即浴槽内的热水的温度进行检测的浴缸热水热敏电阻34、以及浴缸热水循环泵36。上述浴缸热水循环泵36具有流过浴缸热水循环路30使浴槽内的热水流出从而通过续烧热交换器24再次流入浴槽内这样的功能。
此外,在上述高温容器4a的上端部连接有高温出热水通路38,在低温容器4b的上端部连接有低温出热水通路40。
此外,上述高温出热水通路38和低温出热水通路40由管构件形成,在规定的合流点上通过容器侧混合阀(热水供应元件)42合流并与合流出热水通路44连接。上述合流出热水通路44与高温出热水通路38和低温出热水通路40一样是由管构件形成,在中途设有对流过上述合流出热水通路44的热水的温度进行检测的合流出热水热敏电阻46。
而且,上述合流出热水通路44在合流出热水热敏电阻46的下游侧分岔成两路,一路与浴缸侧混合阀(热水供应元件)48连接,另一路与热水供应侧混合阀(热水供应元件)50连接。
上述浴缸侧混合阀48和热水供应侧混合阀50分别连接有上述供水通路18,并且在浴缸侧混合阀48上连接有浴缸放热水通路52,在热水供应侧混合阀50上连接有热水供应通路54。此外,上述浴缸侧混合阀48和热水供应侧混合阀50具有对来自合流出热水通路44的热水与来自供水通路18的冷水的混合比率进行调节、从而向浴缸放热水通路52和热水供应通路54出热水这样的功能。另外,在上述供水通路18中设有对经过上述供水通路的冷水的温度进行检测的供水热敏电阻56。
浴缸放热水通路52与上述浴缸热水循环路30连接,在中途设有对流过上述浴缸放热水通路52的热水的温度进行检测的浴缸放热水热敏电阻58、通过打开关闭来进行上述浴缸放热水通路52的流通和断开的电磁阀60、以及对热水从上述浴缸放热水通路52向浴缸热水循环路30的流量进行检测的浴缸放热水流量传感器(热水供应量检测元件)62。
另一方面,热水供应通路54与上述热水龙头10连接,在中途设有对流过上述热水供应通路54的热水的温度进行检测的热水供应热敏电阻64、以及对热水从上述热水供应通路54向热水龙头10的流量进行检测的热水供应流量传感器(热水供应量检测元件)66。
此外,在热水供应装置1上设有未图示的控制单元,上述控制单元根据任意的设定、并基于由上述各热敏电阻14a、14b、23、34、46、56、58、64、水位传感器32、流量传感器62、66等检测出的信息来进行热泵2、各循环泵22、28、36、各混合阀42、48、50、电磁阀60等的控制。
以下,对如上所述构成的本发明的热水供应装置1的工作进行说明。首先,在高温容器4a内和低温容器4b内始终装满热水,上述热水根据温度呈层状储存。
当因热水供应等而流出容器内的热水时,从供水源16向低温容器4b补充供应温度较低的低温水(例如0~20℃),在上述低温容器4b的下部形成有低温水层。
随后,通过使热泵2和烧开循环泵22工作来进行热水供应装置1中的烧开。
详细而言,通过烧开循环泵22的工作,低温水经过烧开循环路20被从低温容器4b内的下端部侧送向热泵2,经上述热泵2加热而被烧开到高温的高温热水(例如65~90℃左右)流入高温容器4a内的上端部侧。
通过这种热泵2进行规定时间的热水循环,从而高温热水层从高温容器4a内的上部扩大至下部,并且通过连接通路12从低温容器4b内的上部扩大至下部。另外,上述高温热水的量、即剩余热水量根据由各容器4a、4b内的热敏电阻组14a、14b检测出的温度分布加以检测。此外,上述烧开主要是在电费较便宜的规定的半夜时间段进行的。
此外,当由水位传感器32检测出的浴缸8的浴槽内的水位为规定水位以上时,通过使续烧循环泵28和浴缸热水循环泵36工作来进行热水供应装置1中的续烧。
详细而言,通过续烧循环泵28的工作,高温热水流过续烧循环路26被从高温容器4a内的上端部侧送向续烧热交换器24,经过与上述续烧热交换器24中的浴缸热水的热交换而温度降低的中温水(例如40~60℃)流入至低温容器4b的中间部。
通过这种续烧热交换器24来进行热水的循环,从而在低温容器4b内的中间部、即在高温热水层与低温水层之间形成中温水层。另外,会有例如因高温热水长时间储存导致温度降低从而也产生中温水层这样的情况。
另一方面,通过浴缸热水循环泵36的工作,浴缸8的浴槽内的热水流过浴缸热水循环路30被送至续烧热交换器24,通过使经在上述续烧热交换器24中与上述高温热水的热交换而被加热的热水返回浴槽内,从而来进行续烧。
而且,在上述热水供给装置1中,通过打开电磁阀60来进行浴缸8的放热水,通过打开热水龙头10来进行热水供应。
详细而言,通过打开电磁阀60,使热水从浴缸放热水通路52流向浴缸热水循环路30,通过使上述热水流过上述浴缸循环路30流向浴槽内,藉此来进行浴缸放热水。此外,通过打开热水龙头10,使热水供应通路54的热水流向热水龙头10外,藉此来进行热水供应。
在上述浴缸放热水和热水供应中流出的热水、即流过浴缸放热水通路52和热水供应通路54的热水利用容器侧混合阀42、浴缸侧混合阀48和热水供应侧混合阀50和控制单元的控制来调整来自合流出热水通路44的热水和来自供水通路18的低温水的混合比率而成为任意的设定温度。
而且,经过上述合流出热水通路44的热水是流过高温出热水通路38的热水与流过低温出热水通路40的热水混合而成的热水。
由于上述高温出热水通路38与流入高温热水的高温容器4a的上端部连接,因此,从上述高温出热水通路38流出的热水是储存在高温容器4a内的上端部侧的高温热水。另一方面,从低温出热水通路40流出的热水是储存在低温容器4b内的上端部侧的热水,虽然该热水也有是低温水或高温热水的情况,但由于从低温出热水通路40的低温容器4b的中间部流入中温水,因此主要是中温水。这样,在由高温容器4a和低温容器4b构成的储热水容器4内从上依次形成有以高温热水、中温水、低温水的顺序呈层状的热水边界层。
在此,在本实施方式中,控制单元除了如上所述对在放热水和热水供应中从储热水容器4流出的热水的温度、流量进行控制之外,还根据从储热水容器4流出的热水的流量即热水供应量进行热泵2的热水的烧开控制。
以下,参照图2所示的流程图,对在控制单元中所进行的上述烧开控制的控制程序进行详细说明。
首先,当因储存于储热水容器4的剩余热水量的减少或温度降低等而需要进行热泵2的烧开动作时,执行上述烧开控制而转移至S1(以下,S表示步骤)。
S1中,判断是否进行朝向热水龙头10的热水供应,当判定结果为真(“是”)、即判定为热水供应中的情况下,转移至S2,当判定结果为假(“否”)、即判定为非热水供应中的情况下,转移至S3。
当转移至S2时,判断用热水供应流量传感器66检测出的向热水龙头10的热水的流量F是否为规定流量FS以上、即判断F≥FS是否成立。当判定结果为真(“是”)、即判定为F≥FS成立的情况下,转移至S4,当判定结果为假(“否”)、即判定为F≥FS不成立的情况下,转移至S7。
当转移至S4时,判断处于F≥FS状态的热水供应时间T是否持续进行规定时间TS以上、即判断T≥TS是否成立。当判定结果为真(“是”)、即判定为T≥TS成立的情况下,转移至S5,当判定结果为假(“否”)、即判定为T≥TS不成立的情况下,转移至S7。
另一方面,在S1中转移至S3时,判断是否在对浴缸8放热水,当判定结果为真(“是”)、即判定为在浴缸放热水中的情况下,转移至S5,当判定结果为假(“否”)、即判定为未在浴缸放热水中的情况下,转移至S7。
在S3、S4中转移至S5时,基于由各流量传感器62、66等检测出的信息判断热水供应或浴缸放热水是否结束。当判定结果为真(“是”)、即判定为热水供应或浴缸放热水已结束的情况下,转移至S6,当判定结果为假(“否”)、即判定为热水供应或浴缸放热水尚未结束的情况下,再次执行本步骤。另外,浴缸放热水结束具体而言是根据用控制单元执行的浴缸放热水流程是否结束来进行判断的。
当转移至S6时,判断热水供应或浴缸放热水结束后的续烧动作的等待时间T1是否为规定时间TS1以上、即判断T1≥FS1是否成立。当判定结果为真(“是”)、即判定为T1≥FS1成立的情况下,转移至S7,当判定结果为假(“否”)、即判定为F1≥FS1不成立的情况下,再次执行本步骤。
当在S3、S4、S6中转移至S7时,启动烧开动作从而开始通过热泵2对储热水容器4内的热水进行烧开。
另一方面,在图3的流程图中,表示已经在烧开动作中开始热水供应或浴缸放热水的情况下的上述烧开控制的控制程序,此时,首先转移至S11。
S11中,判断是否开始进行热水供应,当判定结果为真(“是”)、即判定为已开始热水供应的情况下,转移至S12,当判定结果为假(“否”)、即判定为尚未开始热水供应的情况下,转移至S13。
当转移至S12时,与S2时一样,判断F≥FS是否成立,当判定结果为真(“是”)、即判定为F≥FS成立的情况下,转移至S14,当判定结果为假(“否”)、即判定为F≥FS不成立的情况下,再次返回S11。
当转移至S14时,与S4时一样,判断T≥TS是否成立,当判定结果为真(“是”)、即判定为T≥TS成立的情况下,转移至S15,当判定结果为假(“否”)、即判定为T≥TS不成立的情况下,再次返回S11。
另一方面,在S11中转移至S 13时,判断是否开始浴缸放热水,当判定结果为真(“是”)、即判定为开始浴缸放热水的情况下,转移至S15,当判定结果为假(“否”)、即判定为尚未开始浴缸放热水的情况下,再次返回至S11。
当在S13、S14中转移至S15时,停止通过热泵2对热水的烧开动作,转移至S16。
S16中,与S5时一样,判断热水供应或浴缸放热水是否结束,当判定结果为真(“是”)、即判定为热水供应或浴缸放热水已结束的情况下,转移至S17,当判定结果为假(“否”)、即判定为热水供应或浴缸放热水尚未结束的情况下,再次执行本步骤。
当转移至S17时,与S6时一样,判断T1≥TS1是否成立,当判定结果为真(“是”)、即判定为T1≥TS1成立的情况下,转移至S18,当判定结果为假(“否”)、即判定为T1≥TS1不成立的情况下,再次执行本步骤。
当转移至S18时,再次启动烧开动作,从而再次开始热水的烧开。
如上所述,在本实施方式中,利用上述烧开控制,通过控制成在规定的条件下不同时进行包括浴缸放热水在内的热水供应动作和热泵2的烧开动作,藉此,能防止打乱热水边界层、换言之能防止打乱热水分布,继而能有效抑制中温水的增大。
具体而言,当用热水供应流量传感器66检测出的向热水龙头10的热水的流量F为规定流量FS以上、且在这种状态下进行热水供应的热水供应时间T持续进行规定时间TS以上时,控制单元在不启动热泵2对热水的烧开动作的情况下等待,当热水供应结束后的等待时间T1为规定时间TS1以上时,启动上述烧开动作。
在此,由于通过将规定的流量FS与规定时间TS相乘,能计算出不会引起储热水容器4内的热水边界层打乱程度的规定的热水供应量VS作为从储热水容器4流出的热水的体积流量,当流量F与时间T相乘的热水供应量V为规定的热水供应量Vs以上时,通过等待利用热泵2对热水的烧开动作的启动,从而能防止因同时进行热水的烧开动作和热水供应动作而引起的储热水容器4内的热水分布的打乱从而抑制中温水的增加。
而且,由于通过在结束热水供应后经过规定时间TS1之后启动烧开动作,能在使因热水供应引起的储热水容器4内的热水分布的打乱减少之后开始烧开动作,因此,能有效抑制中温水的增加,藉此,由于尽可能减少了COP差的中温水的烧开,因此,能大幅提高热水供应装置1的COP。
另一方面,当在浴缸放热水中、热水供应装置1随着由控制单元执行的浴缸放热水流程而工作时,控制单元以在至浴缸放热水流程结束之前不启动烧开动作的方式等待,当浴缸放热水流程结束后的等待时间T为规定时间TS1以上时,启动上述烧开动作。藉此,即使是在储热水容器4中移动的热水的流量和流速增大的浴缸8的放热水的情况下,也能可靠防止储热水容器4内的热水分布的打乱并有效抑制中温水的增加,从而能提高热水供应装置1的COP。
与此相对的是,在上述烧开动作中,流量F为规定流量FS以上且热水供应持续进行规定时间TS以上,结果在热水供应量V为规定的热水供应量VS以上或已开始浴缸放热水的情况下,控制单元在停止上述烧开动作之后、热水供应或浴缸放热水结束后经过规定时间TS1之后,再次启动上述烧开动作。藉此,即使已经是在烧开动作中,也能防止因热水供应量V的增大而产生储热水容器4内的热水分布的打乱,并能抑制中温水的增加,继而能提高热水供应装置1的COP。
虽然结束了以上对本发明一实施方式的说明,但本发明不限定于上述实施方式,只要在不脱离本发明的思想的范围内能进行各种改变。
例如,在上述实施方式中,在热水供应或浴缸放热水结束后经过规定时间TS1之后启动烧开动作,但也可以使规定时间TS1为零而在热水供应或浴缸放热水结束之后马上启动烧开动作,此时,至少能防止同时进行热水的烧开动作和热水供应动作,并能防止储热水容器4内的热水分布的打乱从而能抑制中温水的增加。
此外,在上述实施方式中,作为储热水容器4为包括高温容器4a和低温容器4b的结构,但不限定于如上所述包括两个容器的结构,例如还可以是由一个容器构成。另外,当由一个容器构成储热水容器的情况下,为了在出热水时使中温水从低温出热水通路流出,较为理想的是,将上述低温出热水通路以位于续烧循环路26上侧的形态与容器连接。
Claims (4)
1.储热水式热水供应装置,其用于将热泵烧开的热水予以储存并进行使用,其特征在于,包括:
储热水容器,用所述热泵烧开的高温热水从一端侧流入所述储热水容器而低温水从另一端侧流入所述储热水容器,所述储热水容器内部的热水以所述高温热水、温度比所述高温热水低但比所述低温水高的中温水、所述低温水的顺序呈层状进行储存;
热水供应元件,该热水供应元件使所述储热水容器的热水从所述储热水容器内的所述一端侧流出;
热水供应量检测元件,该热水供应量检测元件对经所述热水供应元件供应的热水供应量进行检测;以及
控制单元,该控制单元在当用所述热水供应量检测元件检测出的热水供应量为规定的热水供应量以上时,使通过所述热泵对热水的烧开动作的启动等待。
2.如权利要求1所述的储热水式热水供应装置,其特征在于,所述控制单元在所述热水供应元件的热水供应结束后经过规定时间之后启动所述烧开动作。
3.如权利要求1或2所述的储热水式热水供应装置,其特征在于,所述控制单元在所述烧开动作中当用所述热水供应量检测元件检测出的热水供应量为所述规定的热水供应量以上时停止所述烧开动作。
4.如权利要求1至3中任一项所述的储热水式热水供应装置,其特征在于,
所述热水供应元件随用所述控制单元执行的浴缸放热水流程进行向浴缸的热水供应,
所述控制单元在到所述浴缸放热水流程结束之前使所述烧开动作的启动等待,在结束所述浴缸放热水流程之后,启动所述烧开动作。
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