CN102620489B - 一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,包括压缩机、蒸发式冷凝器、至少一个节流装置、至少一个蒸发器和防冻溶液再生热回收装置,压缩机一端的接口分别连接蒸发式冷凝器的气体管和蒸发器的气体管,压缩机另一端的接口同时分别连接蒸发式冷凝器的气体管和蒸发器的气体管,节流装置所在的连接管道分别连接蒸发器的液体管与蒸发式冷凝器的液体管;蒸发式冷凝器的冷却水系统设有防冻溶液再生热回收装置.本防冻溶液再生热回收装置实现了溶液再生和溶液再生能源的回收利用,避免了防冻溶液被冻结,为热泵空调机组通过蒸发式冷凝器从室外空气中取热实现高效、连续、稳定供热提供了技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及空调用的热泵机组技术领域,特别涉及一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组。
背景技术
采用蒸发式冷凝器向室外空气中取热并为冬季的热泵空调机组提供热能,是实现高效、稳定供热的重要途径,与空气源热泵相比,其换热效率高,节省换热器材料,可实现连续供热,具有显著的节能减排前景。但是,目前常用的空调热泵机组中,当蒸发式冷凝器中的载冷剂(冷却水)温度低于0℃时,载冷剂就会冻结成冰,蒸发式冷凝器及其连接的部件可能存在被膨胀裂损的危险,这时若能得到合适浓度的防冻溶液,可以保证各部件在低温下正常工作。此外,在热泵工况时,蒸发式冷凝器向空气取热后,空气的温度降低,会使空气中的水分冷凝,此部分冷凝水进入防冻溶液中,又将导致防冻溶液稀释,随着防冻溶液浓度降低,防冻溶液的冰点会提高,如不及时提高防冻溶液的浓度(或称溶液再生),蒸发式冷凝器的溶液池、水泵等部件仍有膨胀裂损风险。为解决这个问题,目前多将被稀释的溶液添加高浓度的防冻剂,将溢流出来的被稀释的防冻溶液存放在室内或地下的溶液储存罐内,待室外温度升高后,再将稀溶液泵入蒸发式冷凝器内,利用空气中的能量实现溶液再生,该方法必然需要很高浓度的防冻剂、大容量的浓溶液与稀溶液储存罐,导致防冻剂使用量大、溶液储存空间庞大、初投资极高和增加防冻剂的运行费用,极大地限制了蒸发式冷凝器作为热泵取热装置在低温地区的适用地域。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种安全可靠、可稳定提高防冻溶液浓度,并且能实现热量回收的带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,该机组的使用有效降低制冷空调系统的初投资和运行成本。
本发明的技术方案为:一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,包括压缩机、蒸发式冷凝器、至少一个节流装置、至少一个蒸发器和防冻溶液再生热回收装置,压缩机一端的接口分别连接蒸发式冷凝器的气体管和蒸发器的气体管,压缩机另一端的接口同时分别连接蒸发式冷凝器的气体管和蒸发器的气体管,节流装置所在的连接管道分别连接蒸发器的液体管与蒸发式冷凝器的液体管;蒸发式冷凝器的冷却水系统设有防冻溶液再生热回收装置;
所述防冻溶液再生热回收装置包括再生容器和水蒸汽冷凝热回收器,再生容器与水蒸汽冷凝热回收器之间通过水蒸汽通道连接;再生容器内设有加热器,再生容器还分别通过低浓度防冻溶液通道和高浓度防冻溶液通道与蒸发式冷凝器连接;水蒸汽冷凝热回收器内设有第一热交换器,第一热交换器上分别设有热交换介质进口和热交换介质出口,热交换介质进口通过第一热泵阀与节流装置连接,热交换介质出口通过第二热泵阀与压缩机制热进口连接,热交换介质为机组制冷剂;水蒸汽冷凝热回收器上设有冷凝水出口。
所述蒸发器有多个时,多个蒸发器并联设置,多个蒸发器并联后与节流装置连接。
所述蒸发器有多个时,多个蒸发器并联设置,各蒸发器的进口处分别设置一个节流装置。
所述高浓度防冻溶液通道上设有溶液泵。
作为一种优选方案,防冻溶液再生热回收装置还包括第二热交换器,第二热交换器上设有低浓度溶液进口和高浓度溶液出口,低浓度防冻溶液通道穿过第二热交换器内部并与低浓度溶液进口相通,高浓度防冻溶液通道穿过第二热交换器内部并与高浓度溶液进口相通。低浓度防冻溶液与高浓度防冻溶液在第二热交换器中进行初级热交换,回收了高浓度防冻溶液的显热并初步加热低浓度防冻溶液,可有效提高再生容器内的再生热回收效率。
所述再生容器和水蒸汽冷凝热回收器设于同一中空筒体或箱体内,既可节省设备占地,提高装置的紧凑度,同时也可以减少散热,有效提高再生热回收率;为了使再生容器内的热回收效率更为显著,第一热交换器下方设有水盘,第二热交换器的低浓度溶液进口处设有第三热交换器,第三热交换器通过冷凝水管道与水盘连接,冷凝水管道穿过第三热交换器且末端为冷凝水出口,低浓度防冻溶液通道依次穿过第二热交换器和第三热交换器,且低浓度防冻溶液通道的末端为低浓度溶液进口。通过水盘接收水蒸汽冷凝热回收器内的冷凝水,并将冷凝水的余热用于低浓度防冻溶液的预热,实现对低浓度防冻溶液的二级预热,可更显著地提高再生容器内的再生热回收效率;此外,还可通过对低浓度防冻溶液通道、高浓度防冻溶液通道、冷凝水通道和水蒸汽通道的排布设计,实现以下热交换:低浓度防冻溶液-高浓度防冻溶液、冷凝水-低浓度防冻溶液、水蒸汽-低浓度防冻溶液。
所述低浓度防冻溶液通道和高浓度防冻溶液通道并联设于再生容器上,低浓度防冻溶液通道上设有低浓度溶液阀门,高浓度防冻溶液通道上设有高浓度溶液阀门。
所述压缩机一端的接口同时为制冷进口和制热进口,压缩机另一端的接口同时为制冷出口和制热出口;其中,制冷出口与蒸发式冷凝器气体管连接的管路上设有第一制冷阀,制冷进口与蒸发器气体管连接的管路上设有第二制冷阀,制热出口与蒸发器气体管连接的管路上设有第三热泵阀,制热进口与蒸发式冷凝器气体管连接的管路上设有第四热泵阀。
所述压缩机一端的接口处设有第一二位三通换向阀,压缩机另一端的接口设有第二二位三通换向阀,第一二位三通换向阀的两个出口分别通过管道与蒸发式冷凝器气体管和蒸发器气体管连接,第二二位三通换向阀的两个进口分别通过管道与蒸发式冷凝器气体管和蒸发器气体管连接。
所述压缩机上同时作为制冷出口和制热出口的接口处设有四通换向阀,四通换向阀的另外三个接口分别通过管道与蒸发式冷凝器气体管、蒸发器气体管和压缩机上同时作为制冷进口和制热进口的接口连接。
上述装置结构中,所述加热器采用电阻式、电磁式、蒸汽式、燃气式、燃油式或油热式的加热器,加热器的热源为电、燃气、燃油、烟气余热、压缩机排气或热泵机组制取的热水。所述第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器均可采用翅片管式、管壳式、套管式或板式的换热器。所述低浓度溶液阀门、高浓度溶液阀门、第一制冷阀、第二制冷阀、第一热泵阀、第二热泵阀第三热泵阀和第四热泵阀均可采用电动阀或手动阀。所述第一二位三通换向阀和第二二位三通换向阀均可采用电动或气动的二位三通换向阀。
本带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组使用时,其原理是:压缩机、蒸发式冷凝器、节流装置、蒸发器同时形成制冷循环模式和制热循环模式;当作为制冷循环模式时,溶液由压缩机的制冷出口送出,依次经过蒸发式冷凝器、节流装置和蒸发器,最后由压缩机的制冷进口进入压缩机,从而形成制冷循环模式;当作为制热循环模式时,溶液由压缩机的制热出口送出,依次经过蒸发器、节流装置和蒸发式冷凝器,最后由压缩机的制热进口进入压缩机,从而形成制热循环模式。其中,防冻溶液再生热回收装置的原理是:蒸发式冷凝器内的低浓度防冻溶液从低浓度防冻溶液通道进入再生容器,通过加热器对低浓度防冻溶液进行加热蒸发,产生的高温水蒸汽从水蒸汽通道送至水蒸汽冷凝热回收器,加热蒸发后得到的高浓度防冻溶液从高浓度防冻溶液通道送出;水蒸汽在水蒸汽冷凝热回收器内通过第一热交换器与热交换介质(机组制冷剂)进行热交换,水蒸汽被冷却后从冷凝水出口送出。
本发明相对于现有技术,具有以下有益效果:
1、实现了溶液再生,避免了防冻溶液被冻结:从蒸发式冷凝器到再生容器中的低浓度防冻溶液经过加热器的加热作用,蒸发出高温水蒸汽,使稀溶液转变成浓溶液后返回蒸发式冷凝器,保证了蒸发式冷凝器中的防冻溶液浓度保持在合适水平,持续满足系统运行的防冻需求。
2、实现了溶液再生能源的回收利用:加热再生容器中的低浓度防冻溶液而产生的高温水蒸汽通过水蒸汽通道进入水蒸汽冷凝热回收器,与第一热交换器中的低温低压制冷剂进行热交换,不仅将高温的水蒸汽冷凝成低温的冷凝水,而且将低温的低温低压制冷剂的温度升高,加热防冻溶液所消耗的能量通过水蒸汽冷凝放热方式得到回收利用,同时提高热泵工况时的蒸发温度、机组性能和运行稳定性;此外,低浓度防冻溶液与高浓度防冻溶液在第一热交换器、第二热交换器中进行热交换,回收了溶液的显热。二者的综合作用,回收了用于加热防冻溶液所消耗的能量。
3、实现了热泵无霜运行:蒸发式冷凝器中的低浓度防冻溶液经过防冻溶液再生热回收装置,提高了溶液浓度,可避免热泵工况时蒸发式冷凝器及其部件发生结霜或结冰现象,使热泵工况实现连续运行,避免了风冷热泵长期间断性融霜,影响热泵效果。
4、由冷凝水出口排出的淡水可作为生活用水以及室内加湿等设备的水源,实现了水资源循环利用。
5、本防冻溶液再生热回收装置为空调冷热水机组通过蒸发式冷凝器从室外空气中取热实现高效、连续、稳定供热提供了技术保障,并且有效拓展了采用蒸发式冷凝器的空气源热泵在低温地区的适用范围。
附图说明
图1为本空调热泵机组的原理示意图。
图2为本空调热泵机组中采用多个蒸发器时的原理示意图。
图3为本空调热泵机组中采用多个节流装置时的原理示意图。
图4为本空调热泵机组中增加溶液泵后的原理示意图。
图5为本空调热泵机组中防冻溶液再生热回收装置增加第二热交换器后的原理示意图。
图6为本空调热泵机组中防冻溶液再生热回收装置增加第二热交换器和第三热交换器后的原理示意图。
图7为本空调热泵机组中防冻溶液再生热回收装置中低浓度防冻溶液通道和高浓度防冻溶液通道并联设置时的原理示意图。
图8为本空调热泵机组中采用二位三通换向阀后的原理示意图。
图9为本空调热泵机组中采用四通换向阀后的原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图,对本发明作进一步的详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,如图1所示,包括压缩机1、蒸发式冷凝器2、至少一个节流装置3、至少一个蒸发器4和防冻溶液再生热回收装置,压缩机1一端的接口分别连接蒸发式冷凝器2的气体管和蒸发器4的气体管,压缩机1另一端的接口同时分别连接蒸发式冷凝器2的气体管和蒸发器4的气体管,节流装置3所在的连接管道分别连接蒸发器4的液体管与蒸发式冷凝器2的液体管;蒸发式冷凝器2的冷却水系统设有防冻溶液再生热回收装置;
所述防冻溶液再生热回收装置包括再生容器5和水蒸汽冷凝热回收器8,再生容器5与水蒸汽冷凝热回收器8之间通过水蒸汽通道7连接;再生容器5内设有加热器6,再生容器5还分别通过低浓度防冻溶液通道13和高浓度防冻溶液通道14与蒸发式冷凝器2连接;水蒸汽冷凝热回收器8内设有第一热交换器9,第一热交换器上分别设有热交换介质进口11和热交换介质出口12,热交换介质进口11通过第一热泵阀15与节流装置3连接,热交换介质出口12通过第二热泵阀16与压缩机1制热进口连接,热交换介质为机组制冷剂;水蒸汽冷凝热回收器8上设有冷凝水出口10。
压缩机一端的接口32同时为制冷出口和制热出口,压缩机另一端的接口33同时为制冷进口和制热进口;其中,制冷出口与蒸发式冷凝器2气体管连接的管路上设有第一制冷阀25,制冷进口与蒸发器4气体管连接的管路上设有第二制冷阀26,制热出口与蒸发器4气体管连接的管路上设有第三热泵阀27,制热进口与蒸发式冷凝器连接2气体管连接的管路上设有第四热泵阀28。
本带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组使用时,其原理是:压缩机1、蒸发式冷凝器2、节流装置3、蒸发器4同时形成制冷循环模式和制热循环模式;当作为制冷循环模式时,溶液由压缩机1的制冷出口送出,依次经过蒸发式冷凝器2、节流装置3和蒸发器4,最后由压缩机的制冷进口进入压缩机,从而形成制冷循环模式;当作为制热循环模式时,溶液由压缩机1的制热出口送出,依次经过蒸发器4、节流装置3和蒸发式冷凝器2,最后由压缩机的制热进口进入压缩机,从而形成制热循环模式。其中,防冻溶液再生热回收装置的原理是:蒸发式冷凝器2内的低浓度防冻溶液从低浓度防冻溶液通道13进入再生容器,通过加热器6对低浓度防冻溶液进行加热蒸发,产生的高温水蒸汽从水蒸汽通道7送至水蒸汽冷凝热回收器8,加热蒸发后得到的高浓度防冻溶液从高浓度防冻溶液通道14送出;水蒸汽在水蒸汽冷凝热回收器8内通过第一热交换器9与热交换介质(机组制冷剂)进行热交换,水蒸汽被冷却后从冷凝水出口送出。
实施例2
本实施例一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,如图2所示,与实施例1相比较,其不同之处在于,采用多个蒸发器4并联设置的形式,多个蒸发器并联后,蒸发器组的一端与压缩机1连接,蒸发器组的另一端与节流装置3连接。
实施例3
本实施例一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,如图3所示,与实施例1相比较,其不同之处在于,设置多个节流装置3,这样可以准确控制进入第一热交换器9和蒸发器4的制冷剂流量。
实施例4
本实施例一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,如图4所示,与实施例1相比较,其不同之处在于,高浓度防冻溶液通道14上设有溶液泵17。
实施例5
本实施例一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,如图5所示,与实施例1相比较,其不同之处在于,防冻溶液再生热回收装置还包括第二热交换器18,第二热交换器上设有低浓度溶液进口19和高浓度溶液出口20,低浓度防冻溶液通道穿过第二热交换器18内部并与低浓度溶液进口19相通,高浓度防冻溶液通道穿过第二热交换器18内部并与高浓度溶液出口20相通。低浓度防冻溶液与高浓度防冻溶液在第二热交换器18中进行初级热交换,回收了高浓度防冻溶液的显热并初步加热低浓度防冻溶液,可有效提高再生容器内的再生热回收效率。
实施例6
本实施例一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,如图6所示,与实施例5相比较,其不同之处在于,再生容器和水蒸汽冷凝热回收器设于同一中空筒体或箱体内,既可节省设备占地,提高装置的紧凑度,同时也可以减少散热,有效提高再生热回收率;为了使再生容器内的热回收效率更为显著,第一热交换器下方设有水盘21,第二热交换器18的低浓度溶液进口处设有第三热交换器22,第三热交换器通过冷凝水管道与水盘21连接,冷凝水管道穿过第三热交换器且末端为冷凝水出口10,低浓度防冻溶液通道13依次穿过第二热交换器18和第三热交换器22,且低浓度防冻溶液通道13的末端为低浓度溶液进口19。通过水盘21接收水蒸汽冷凝热回收器8内的冷凝水,并将冷凝水的余热用于低浓度防冻溶液的预热,实现对低浓度防冻溶液的二级预热,可更显著地提高再生容器内的再生热回收效率;此外,还可通过对低浓度防冻溶液通道、高浓度防冻溶液通道、冷凝水通道和水蒸汽通道的排布设计,实现以下热交换:低浓度防冻溶液-高浓度防冻溶液、冷凝水-低浓度防冻溶液、水蒸汽-低浓度防冻溶液。
实施例7
本实施例一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,如图7所示,与实施例1相比较,其不同之处在于,低浓度防冻溶液通道和高浓度防冻溶液通道并联设于再生容器上,低浓度防冻溶液通道13上设有低浓度溶液阀门23,高浓度防冻溶液通道14上设有高浓度溶液阀门24。当防冻溶液的浓度降低时,低浓度溶液阀门23,关闭高浓度溶液阀门24,将低浓度的防冻溶液通过低浓度防冻溶液通道13引入再生容器5,经加热器加热作用后,蒸发出高温水蒸气,使稀溶液转变成浓溶液;当再生容器中防冻溶液的浓度升高至需求浓度时,打开高浓度溶液阀门24,关闭低浓度溶液阀门23,将高浓度的防冻溶液通过高浓度防冻溶液通道14送出。
实施例8
本实施例一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,如图8所示,与实施例1相比较,其不同之处在于,压缩机一端的接口32处设有第一二位三通换向阀29,压缩机另一端的接口33设有第二二位三通换向阀30,第一二位三通换向阀29的两个出口分别通过管道与蒸发式冷凝器气体管和蒸发器气体管连接,第二二位三通换向阀30的两个进口分别通过管道与蒸发式冷凝器气体管和蒸发器气体管连接。从而在压缩机两端的接口处省去第一制冷阀25、第二制冷阀26、第三热泵阀27和第四热泵阀28。
实施例9
本实施例一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,如图9所示,压缩机上同时作为制冷出口和制热出口的接口处设有四通换向阀31,四通换向阀的另外三个接口分别通过管道与蒸发式冷凝器气体管、蒸发器气体管和压缩机上同时作为制冷进口和制热进口的接口连接。从而在压缩机两端的接口处省去第一制冷阀25、第二制冷阀26、第三热泵阀27和第四热泵阀28。
上述各实施例的装置结构中,所述加热器采用电阻式、电磁式、蒸汽式、燃气式、燃油式或油热式的加热器,加热器的热源为电、燃气、燃油、烟气余热、压缩机排气或热泵机组制取的热水。所述第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器均可采用翅片管式、管壳式、套管式或板式的换热器。所述低浓度溶液阀门、高浓度溶液阀门、第一制冷阀、第二制冷阀、第一热泵阀和第二热泵阀均可采用电动阀或手动阀。所述第一二位三通换向阀和第二二位三通换向阀均可采用电动或气动的二位三通换向阀。
如上所述,便可较好地实现本发明,上述实施例仅为本发明的较佳实施例,并非用来限定本发明的实施范围;即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰,都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (10)
1.一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,其特征在于,包括压缩机、蒸发式冷凝器、至少一个节流装置、至少一个蒸发器和防冻溶液再生热回收装置,压缩机一端的接口分别连接蒸发式冷凝器的气体管和蒸发器的气体管,压缩机另一端的接口同时分别连接蒸发式冷凝器的气体管和蒸发器的气体管,节流装置所在的连接管道分别连接蒸发器的液体管与蒸发式冷凝器的液体管;蒸发式冷凝器的冷却水系统设有防冻溶液再生热回收装置;
所述防冻溶液再生热回收装置包括再生容器和水蒸汽冷凝热回收器,再生容器与水蒸汽冷凝热回收器之间通过水蒸汽通道连接;再生容器内设有加热器,再生容器还分别通过低浓度防冻溶液通道和高浓度防冻溶液通道与蒸发式冷凝器连接;水蒸汽冷凝热回收器内设有第一热交换器,第一热交换器上分别设有热交换介质进口和热交换介质出口,热交换介质进口通过第一热泵阀与节流装置连接,热交换介质出口通过第二热泵阀与压缩机制热进口连接,热交换介质为机组制冷剂;水蒸汽冷凝热回收器上设有冷凝水出口。
2.根据权利要求1所述一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,其特征在于,所述蒸发器有多个时,多个蒸发器并联设置。
3.根据权利要求2所述一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,其特征在于,所述蒸发器有多个时,多个蒸发器并联设置,各蒸发器的进口处分别设置一个节流装置。
4.根据权利要求1所述一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,其特征在于,所述高浓度防冻溶液通道上设有溶液泵。
5.根据权利要求1所述一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,其特征在于,还包括第二热交换器,第二热交换器上设有低浓度溶液进口和高浓度溶液出口,低浓度防冻溶液通道穿过第二热交换器内部并与低浓度溶液进口相通,高浓度防冻溶液通道穿过第二热交换器内部并与高浓度溶液进口相通。
6.根据权利要求5所述一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,其特征在于,所述再生容器和水蒸汽冷凝热回收器设于同一中空筒体或箱体内;第一热交换器下方设有水盘,第二热交换器的低浓度溶液进口处设有第三热交换器,第三热交换器通过冷凝水管道与水盘连接,冷凝水管道穿过第三热交换器且末端为冷凝水出口,低浓度防冻溶液通道依次穿过第二热交换器和第三热交换器,且低浓度防冻溶液通道的末端为低浓度溶液进口。
7.根据权利要求1所述一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,其特征在于,所述低浓度防冻溶液通道和高浓度防冻溶液通道并联设于再生容器上,低浓度防冻溶液通道上设有低浓度溶液阀门,高浓度防冻溶液通道上设有高浓度溶液阀门。
8.根据权利要求1所述一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,其特征在于,所述压缩机一端的接口同时为制冷进口和制热进口,压缩机另一端的接口同时为制冷出口和制热出口;其中,制冷出口与蒸发式冷凝器气体管连接的管路上设有第一制冷阀,制冷进口与蒸发器气体管连接的管路上设有第二制冷阀,制热出口与蒸发器气体管连接的管路上设有第三热泵阀,制热进口与蒸发式冷凝器气体管连接的管路上设有第四热泵阀。
9.根据权利要求8所述一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,其特征在于,所述压缩机一端的接口处设有第一二位三通换向阀,压缩机另一端的接口设有第二二位三通换向阀,第一二位三通换向阀的两个出口分别通过管道与蒸发式冷凝器气体管和蒸发器气体管连接,第二二位三通换向阀的两个进口分别通过管道与蒸发式冷凝器气体管和蒸发器气体管连接。
10.根据权利要求8所述一种带防冻溶液再生热回收装置的空调热泵机组,其特征在于,所述压缩机上同时作为制冷出口和制热出口的接口处设有四通换向阀,四通换向阀的另外三个接口分别通过管道与蒸发式冷凝器气体管、蒸发器气体管和压缩机上同时作为制冷进口和制热进口的接口连接。
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