CN103416473A - 多功能高效果蔬温度激化处理装置及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多功能高效果蔬温度激化处理装置及其运行方法,包括由压缩机、四通换向阀、换热器、节流装置、第一板式换热器组成的热泵系统;由第一循环泵、第四截止阀、第一板式换热器、第一三通阀和第二板式换热器组成的载冷剂系统;由第一板式换热器、第二板式换热器、第二三通阀、第一三通阀、第二循环泵、过冷解除器、过滤器、果蔬处理槽、第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀组成的果蔬处理系统。热泵系统通过第一板式换热器分别与果蔬处理系统、载冷剂系统连接;载冷剂系统通过第二板式换热器与果蔬处理系统连接。通过四通换向阀、第一三通阀和第二三通阀的变换以实现热水运行模式、冷水运行模式和冰浆运行模式的分别运行。
Description
技术领域
本发明属于果蔬采后预处理温度激化技术,更加具体地说,具体涉及一种利用制冷及热泵原理实现对采后果蔬分别进行冷、热激处理的装置及其运行方法。
背景技术
新鲜果蔬因其丰富的维生素、无机盐、植物纤维等,日益成为人们日常饮食结构中不可或缺的组成部分。然而其季节性和地域性特点以及采后处理或贮藏不当引起的腐烂、病菌感染等,使我国果蔬采后损失严重。果蔬采后温度激化处理因其较好的保鲜效果及安全环保性,近年来得到广泛应用。
果蔬采后温度激化包括热激与冷激处理。目前,热激处理主要以30~60℃、35~50℃热水为处理介质,且热水大多通过耗费高品位电能直接加热得到。冷激处理主要以冰水混合物为处理介质,通过人工混合一定比例冰块和冷水得到,操作繁琐、冷激处理温度单一,而且单个冰块体积较大、质地坚硬易划伤果蔬表面,引发病菌感染。目前,可以实现果蔬冷、热激处理相关设备罕有报道,因此设计一种高效且兼具冷、热激处理功能的果蔬温度激化处理装置,对于减少我国果蔬采后损失、延长果蔬货架期有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种基于制冷与热泵技术,实现果蔬采后冷、热激处理的多功能高效果蔬温度激化处理装置及其运行方法,以解决我国果蔬采后温度激化过程中缺乏节能高效的多功能专用装置的问题,促进果蔬温度激化处理的研究与应用。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现:
多功能高效果蔬温度激化处理装置,包括由压缩机、四通换向阀、换热器、节流装置和第一板式换热器组成的热泵系统;由第一循环泵、第四截止阀、第一板式换热器、第一三通阀和第二板式换热器组成的载冷剂系统;由第一板式换热器、第二板式换热器、第二三通阀、第一三通阀、第二循环泵、过冷解除器、过滤器、果蔬处理槽、第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀组成的果蔬处理系统。
各个系统的连接结构是:热泵系统通过第一板式换热器分别与果蔬处理系统、载冷剂系统连接;载冷剂系统通过第二板式换热器与果蔬处理系统连接。
所述第一换热器、第二换热器选用两进两出式的换热器,进行并联,以便于组成上述三个处理系统;所述过冷解除器,用于将过冷水制备成冰浆(即0℃冰水混合物)。在热泵系统中循环的是普通制冷剂即可,载冷剂系统中循环的是乙二醇,果蔬处理系统中循环的是水。具体来说如下:
在热泵系统中,利用第一板式换热器的一个进口和一个出口分别与节流装置和四通换向阀相连,节流装置与换热器相连,换热器与四通换向阀相连,压缩机的进气口和排气口与四通换向阀相连,这样以来通过调整四通换向阀的状态,以实现该系统中制冷剂的不同方向的循环,所述制冷剂选用本领域普通制冷剂即可。
在载冷剂系统中,第一板式换热器的另一组进口和出口分别与第一三通阀、第四截止阀相连,第二板式换热器的一组进口和出口和第一三通阀、第一循环泵相连,第一循环泵和第四截止阀相连,所述载冷剂选用乙二醇。
在果蔬处理系统中,在所述果蔬处理槽中设置过滤器,以起到过滤作用,避免管路的堵塞;过滤器通过管路与第二循环泵相连,第二循环泵与第二三通阀相连,第二板式换热器的另一组进口和出口分别与第二三通阀、过冷解除器相连,所述过冷解除器与果蔬处理槽相连;第二三通阀通过管路分别与第一截止阀、载冷剂系统中第一板式换热器的进口相连,第一三通阀通过管路分别与第二截止阀、第三截止阀相连,所述第三截止阀通过管路与果蔬处理槽相连,在果蔬处理系统中循环介质为水即可。为进一步确保管路顺畅,尤其是第二板式换热器的安全运行,选择在第二板式换热器和第二循环泵之间管路上再行设置过滤器。
利用上述的多功能高效果蔬温度激化处理装置,通过四通换向阀、第一三通阀和第二三通阀的变换以实现热水运行模式、冷水运行模式和冰浆运行模式的分别运行。
热水运行模式:设置四通换向阀,使压缩机排气口与第一板式换热器连通,吸气口与换热器连接,以第一板式换热器为冷凝器进行热交换,对另一侧流入液体进行加热;同时设置第二三通阀和第一三通阀,使果蔬处理系统与第一板式换热器连通、与第二板式换热器切断连通。第一截止阀和第二截止阀关闭、第三截止阀开启,打开第二循环泵,使果蔬处理槽内的水在第二循环泵的作用下经过滤器、第二三通阀送入第一板式换热器加热,然后经过第一三通阀、第三截止阀流入果蔬处理槽中对果蔬进行热水热激处理,在此过程中第一循环泵、过冷解除器不动作,第四截止阀处于关闭状态,此时可使果蔬处理系统中循环介质水达到30—50(优选35-50)摄氏度,以实现热水运行模式。
冷水运行模式:设置四通换向阀,使压缩机排气口与换热器连通,吸气口与第一板式换热器连接,以第一板式换热器为蒸发器进行热交换,对另一侧流入液体进行冷却;设置第二三通阀和第一三通阀,使果蔬处理系统与第一板式换热器连通、与第二板式换热器切断连通。第一截止阀和第二截止阀关闭、第三截止阀开启,打开第二循环泵,使果蔬处理槽内的水在第二循环泵的作用下经过滤器、第二三通阀送入第一板式换热器冷却,然后经过第一三通阀及第三截止阀流入果蔬处理槽中对果蔬进行冷水冷激处理,在此过程中第一循环泵、过冷解除器不动作,第四截止阀处于关闭状态,此时可使果蔬处理系统中循环介质水达到低温3—5摄氏度,以实现冷水运行模式。
冰浆运行模式:装置先以冷水运行模式将果蔬处理槽内的水冷却至接近0℃(3—5摄氏度)后关闭第二循环泵,打开第一截止阀和第二截止阀泄流(排出管路中的水,以避免水对载冷剂乙二醇的影响),待管道中滞留的水流完后关闭上述两个截止阀,随后设置第二三通阀和第一三通阀、打开第四截止阀,开启第一循环泵和第二循环泵,使得载冷剂在循环泵的作用下通过第一板式换热器吸取冷量,并通过第一三通阀流入第二板式换热器将冷量传递给水后返回第一循环泵。果蔬处理槽内的水在第二循环泵的作用下经过滤器、第二三通阀送入第二板式换热器冷却为过冷状态(一般在零下3摄氏度到零摄氏度之间,例如零下3摄氏度到零下1.5摄氏度),经过过冷解除器后打破过冷状态生成冰浆,流入果蔬处理槽中对果蔬进行冰浆冷激处理。
系统由冰浆运行模式转换为热水或者冷水运行模式时,关闭第一循环泵、第二循环泵、第四截止阀和第三截止阀,打开第一截止阀和第二截止阀,以排出管路中的乙二醇,以避免乙二醇对水的影响,待管道内滞留的乙二醇溶液排出后,关闭第一截止阀,调整第二三通阀和第一三通阀,使果蔬处理系统与第一板式换热器连通、与第二板式换热器切断连通,开启第二循环泵,使得果蔬处理槽内内的水在第二循环泵的作用下经过滤器、第二三通阀、第一板式换热器、第一三通阀及第二截止阀后排出,以冲洗管道内残留的乙二醇溶液(运行时间一般控制在1min之内,也可以视情况予以调整),打开第三截止阀,关闭第二截止阀,系统转换为热水或冷水模式下运行。
本发明的工作原理是:通过四通换向阀的切换实现热泵系统的制热或制冷运行,即实现板式换热器为蒸发器或冷凝器的功能转换,从而为果蔬处理系统提供热量或冷量。制热运行时,将果蔬处理槽内的水加热至所需温度,进行热激处理。制冷运行时,将果蔬处理槽内的水冷却至所需温度进行低温冷水冷激处理;或者冷量经过二次传递,先传递给载冷剂,然后再由载冷剂传递至果蔬处理槽内的水中,使水达到过冷状态,经过过冷解除器作用后得到冰浆,进行冰浆冷激处理。
与现有技术相比,由于采用热泵系统提供冷量和热量,利用过冷法制取冰水混合物,并通过阀门配合与管路设计,使本发明的技术方案带来如下效果:
(1)装置可在三种模式下运行,能够实现果蔬热水热激处理、冷水冷激处理和冰浆冷激处理三个功能,缩减设备投入。
(2)通过阀门转向,可使果蔬处理槽中的水直接和热泵系统中的换热器进行一次换热,提高装置换热效率,降低系统整体能耗。
(3)制取冰浆时,装置可先在冷水运行模式下一次换热制取接近0℃的冷水,再切换至冰浆运行模式,冷水经过二次换热制取冰浆,可有效提高制取冰浆能效,并加快果蔬处理槽内水的降温速率。
(4)制取冷、热水时果蔬处理系统中的水与制取冰浆时载冷剂系统中的乙二醇使用相同的板式换热器通道,减少装置中板式换热器数量、提高系统可靠性、降低初投资;同时通过截止阀的泄流与冲洗作用,设备在切换运行模式时,可避免乙二醇被管道内滞留水稀释,或水被管道内滞留乙二醇污染。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图及热水运行模式原理图。
图2为本发明系统结构示意图及冷水运行模式原理图。
图3为本发明系统结构示意图及冰浆运行模式原理图。
其中1为四通换向阀,2为压缩机,3为换热器,4为节流装置,5为第一板式换热器,6为第一三通阀,7为第二板式换热器,8为第一循环泵,9为第四截止阀,10为第二循环泵,11为第二三通阀,12为过冷解除器,13为过滤器,14为果蔬处理槽,15为第一截止阀,16为第二截止阀,17为第三截止阀。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
如附图1—3所示多功能高效果蔬温度激化处理装置,包括由压缩机2、四通换向阀1、换热器3、节流装置4、第一板式换热器5组成的热泵系统;由第一循环泵8、第四截止阀9、第一板式换热器5、第一三通阀6和第二板式换热器7组成的载冷剂系统;由第一板式换热器5、第二板式换热器7、第二三通阀11、第一三通阀6、第二循环泵10、过冷解除器12、过滤器13、果蔬处理槽14、第一截止阀15、第二截止阀16和第三截止阀17组成的果蔬处理系统。各个系统的连接结构是:热泵系统通过第一板式换热器5分别与果蔬处理系统、载冷剂系统连接;载冷剂系统通过第二板式换热器7与果蔬处理系统连接。
所述第一换热器5、第二换热器7选用两进两出式的换热器,进行并联,以便于组成上述三个处理系统;所述过冷解除器12,用于将过冷水制备成冰浆(即0℃冰水混合物)。在热泵系统中循环的是普通制冷剂即可,载冷剂系统中循环的是乙二醇,果蔬处理系统中循环的是水。具体来说如下:
在热泵系统中,利用第一板式换热器5的一个进口和一个出口分别与节流装置4和四通换向阀1相连,节流装置4与换热器3(例如翅片式换热器)相连,换热器3与四通换向阀1相连,压缩机2的进气口和排气口与四通换向阀1相连,这样以来一来通过调整四通换向阀1的状态,以实现该系统中制冷剂的不同方向的循环,所述制冷剂选用本领域普通制冷剂即可。
在载冷剂系统中,第一板式换热器5的另一组进口和出口分别与第一三通阀6、第四截止阀9相连,第二板式换热器7的一组进口和出口和第一三通阀6、第一循环泵8相连,第一循环泵8和第四截止阀9相连,所述载冷剂选用乙二醇。
在果蔬处理系统中,在所述果蔬处理槽14中设置过滤器13,以起到过滤作用,避免管路的堵塞;过滤器13通过管路与第二循环泵10相连,第二循环泵10与第二三通阀11相连,第二板式换热器7的另一组进口和出口分别与第二三通阀11、过冷解除器12相连,所述过冷解除器12与果蔬处理槽14相连;第二三通阀11通过管路分别与第一截止阀15、载冷剂系统中第一板式换热器5的进口相连,第一三通阀6通过管路分别与第二截止阀16、第三截止阀17相连,所述第三截止阀17通过管路与果蔬处理槽14相连,在果蔬处理系统中循环介质为水即可。
利用上述的多功能高效果蔬温度激化处理装置,通过四通换向阀1、第一三通阀6和第二三通阀11的变换以实现热水运行模式、冷水运行模式和冰浆运行模式的分别运行。
热水运行模式:设置四通换向阀1,使压缩机2排气口与第一板式换热器5连通,吸气口与换热器3连接,以第一板式换热器5为冷凝器进行热交换,对另一侧流入液体进行加热;同时设置第二三通阀11和第一三通阀6,使果蔬处理系统与第一板式换热器5连通、与第二板式换热器7切断连通。第一截止阀15和第二截止阀16关闭、第三截止阀17开启,打开第二循环泵10,使果蔬处理槽14内的水在第二循环泵10的作用下经过滤器13、第二三通阀11送入第一板式换热器5加热,然后经过第一三通阀6、第三截止阀17流入果蔬处理槽14中对果蔬进行热水热激处理,在此过程中第一循环泵8、过冷解除器12不动作,第四截止阀9处于关闭状态,此时可使果蔬处理系统中循环介质水达到30—50(优选35-50)摄氏度,以实现热水运行模式。
冷水运行模式:设置四通换向阀1,使压缩机2排气口与换热器3连通,吸气口与第一板式换热器5连接,以第一板式换热器5为蒸发器进行热交换,对另一侧流入液体进行冷却;设置第二三通阀11和第一三通阀6,使果蔬处理系统与第一板式换热器5连通、与第二板式换热器7切断连通。第一截止阀15和第二截止阀16关闭、第三截止阀17开启,打开第二循环泵10,使果蔬处理槽14内的水在第二循环泵10的作用下经过滤器13、第二三通阀11送入第一板式换热器5冷却,然后经过第一三通阀6及第三截止阀17流入果蔬处理槽14中对果蔬进行冷水冷激处理,在此过程中第一循环泵8、过冷解除器12不动作,第四截止阀9处于关闭状态,此时可使果蔬处理系统中循环介质水达到低温3—5摄氏度,以实现冷水运行模式。
冰浆运行模式:装置先以冷水运行模式将果蔬处理槽内的水冷却至接近0℃(3—5摄氏度)后关闭第二循环泵10,打开第一截止阀15和第二截止阀16泄流(排出管路中的水,以避免水对载冷剂乙二醇的影响),待管道中滞留的水流完后关闭上述两个截止阀,随后设置第二三通阀11和第一三通阀6、打开第四截止阀9,开启第一循环泵8和第二循环泵10,使得载冷剂在循环泵8的作用下通过第一板式换热器5吸取冷量,并通过第一三通阀6流入第二板式换热器7将冷量传递给水后返回第一循环泵8。果蔬处理槽14内的水在第二循环泵10的作用下经过滤器13、第二三通阀11送入第二板式换热器7冷却为过冷状态(一般在零下3摄氏度到零摄氏度之间,例如零下3摄氏度到零下1.5摄氏度),经过过冷解除器12后打破过冷状态生成冰浆,流入果蔬处理槽14中对果蔬进行冰浆冷激处理。
系统由冰浆运行模式转换为热水或者冷水运行模式时,关闭第一循环泵8、第二循环泵10、第四截止阀9和第三截止阀17,打开第一截止阀15和第二截止阀16,以排出管路中的乙二醇,以避免乙二醇对水的影响,待管道内滞留的乙二醇溶液排出后,关闭第一截止阀15,调整第二三通阀11和第一三通阀6,使果蔬处理系统与第一板式换热器5连通、与第二板式换热器7切断连通,开启第二循环泵10,使得果蔬处理槽内14内的水在第二循环泵10的作用下经过滤器13、第二三通阀11、第一板式换热器5、第一三通阀6及第二截止阀16后排出,以冲洗管道内残留的乙二醇溶液(运行时间一般控制在1min之内,也可以视情况予以调整),打开第三截止阀17,关闭第二截止阀16,系统转换为热水或冷水模式下运行。
在实施过程中,可通过微机系统对本发明系统中的温度实行监控,并通过控制压缩机功率、节流装置(控制流量)、第一和第二循环泵(控制流量),以实现第一板式换热器和第二板式换热器中热交换的效果,实现对系统中温度的时时控制。
为进一步确保管路顺畅,尤其是第二板式换热器的安全运行,选择在第二板式换热器和第二循环泵之间管路上再行设置过滤器(图中未标出)。
以上对本发明做了示例性的描述,应该说明的是,在不脱离本发明的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.多功能高效果蔬温度激化处理装置,其特征在于,包括由压缩机、四通换向阀、换热器、节流装置和第一板式换热器组成的热泵系统;由第一循环泵、第四截止阀、第一板式换热器、第一三通阀和第二板式换热器组成的载冷剂系统;由第一板式换热器、第二板式换热器、第二三通阀、第一三通阀、第二循环泵、过冷解除器、过滤器、果蔬处理槽、第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀组成的果蔬处理系统;
各个系统的连接结构是:热泵系统通过第一板式换热器分别与果蔬处理系统、载冷剂系统连接;载冷剂系统通过第二板式换热器与果蔬处理系统连接;
在热泵系统中,利用第一板式换热器的一个进口和一个出口分别与节流装置和四通换向阀相连,节流装置与换热器相连,换热器与四通换向阀相连,压缩机的进气口和排气口与四通换向阀相连,这样以来通过调整四通换向阀的状态,以实现该系统中制冷剂的不同方向的循环;
在载冷剂系统中,第一板式换热器的另一组进口和出口分别与第一三通阀、第四截止阀相连,第二板式换热器的一组进口和出口和第一三通阀、第一循环泵相连,第一循环泵和第四截止阀相连;
在果蔬处理系统中,在所述果蔬处理槽中设置过滤器,以起到过滤作用,避免管路的堵塞;过滤器通过管路与第二循环泵相连,第二循环泵与第二三通阀相连,第二板式换热器的另一组进口和出口分别与第二三通阀、过冷解除器相连,所述过冷解除器与果蔬处理槽相连;第二三通阀通过管路分别与第一截止阀、载冷剂系统中第一板式换热器的进口相连,第一三通阀通过管路分别与第二截止阀、第三截止阀相连,所述第三截止阀通过管路与果蔬处理槽相连。
2.根据权利要求1所述的多功能高效果蔬温度激化处理装置,其特征在于,所述第一换热器、第二换热器选用两进两出式的换热器。
3.根据权利要求1所述的多功能高效果蔬温度激化处理装置,其特征在于,所述过冷解除器,用于将过冷水制备成冰浆(即0℃冰水混合物)。
4.根据权利要求1所述的多功能高效果蔬温度激化处理装置,其特征在于,在热泵系统中循环的是普通制冷剂;所述载冷剂系统中循环的是乙二醇;所述果蔬处理系统中循环的是水。
5.根据权利要求1所述的多功能高效果蔬温度激化处理装置,其特征在于,在果蔬处理系统中,在第二板式换热器和第二循环泵之间管路上再行设置过滤器。
6.如权利要求1—5之一所述的多功能高效果蔬温度激化处理装置的运行方法,其特征在于,通过四通换向阀、第一三通阀和第二三通阀的变换以实现热水运行模式、冷水运行模式和冰浆运行模式的运行:
热水运行模式:设置四通换向阀,使压缩机排气口与第一板式换热器连通,吸气口与换热器连接,以第一板式换热器为冷凝器进行热交换,对另一侧流入液体进行加热;同时设置第二三通阀和第一三通阀,使果蔬处理系统与第一板式换热器连通、与第二板式换热器切断连通。第一截止阀和第二截止阀关闭、第三截止阀开启,打开第二循环泵,使果蔬处理槽内的水在第二循环泵的作用下经过滤器、第二三通阀送入第一板式换热器加热,然后经过第一三通阀、第三截止阀流入果蔬处理槽中对果蔬进行热水热激处理,在此过程中第一循环泵、过冷解除器不动作,第四截止阀处于关闭状态;
冷水运行模式:设置四通换向阀,使压缩机排气口与换热器连通,吸气口与第一板式换热器连接,以第一板式换热器为蒸发器进行热交换,对另一侧流入液体进行冷却;设置第二三通阀和第一三通阀,使果蔬处理系统与第一板式换热器连通、与第二板式换热器切断连通。第一截止阀和第二截止阀关闭、第三截止阀开启,打开第二循环泵,使果蔬处理槽内的水在第二循环泵的作用下经过滤器、第二三通阀送入第一板式换热器冷却,然后经过第一三通阀及第三截止阀流入果蔬处理槽中对果蔬进行冷水冷激处理,在此过程中第一循环泵、过冷解除器不动作,第四截止阀处于关闭状态;
冰浆运行模式:装置先以冷水运行模式将果蔬处理槽内的水冷却至接近0℃后关闭第二循环泵,打开第一截止阀和第二截止阀泄流(排出管路中的水,以避免水对载冷剂乙二醇的影响),待管道中滞留的水流完后关闭上述两个截止阀,随后设置第二三通阀和第一三通阀、打开第四截止阀,开启第一循环泵和第二循环泵,使得载冷剂在循环泵的作用下通过第一板式换热器吸取冷量,并通过第一三通阀流入第二板式换热器将冷量传递给水后返回第一循环泵;果蔬处理槽内的水在第二循环泵的作用下经过滤器、第二三通阀送入第二板式换热器冷却为过冷状态,经过过冷解除器后打破过冷状态生成冰浆,流入果蔬处理槽中对果蔬进行冰浆冷激处理。
7.根据权利要求6所述的多功能高效果蔬温度激化处理装置的运行方法,其特征在于,在所述热水运行模式中,使果蔬处理系统中循环介质水达到30—50摄氏度,优选35—50摄氏度,以实现热水运行模式;在所述冷水运行模式中,使果蔬处理系统中循环介质水达到低温3—5摄氏度,以实现冷水运行模式;在所述冰浆运行模式中,装置先以冷水运行模式将果蔬处理槽内的水冷却至3—5摄氏度,所述过冷状态为在零下3摄氏度到零摄氏度之间,例如零下3摄氏度到零下1.5摄氏度。
8.根据权利要求6所述的多功能高效果蔬温度激化处理装置的运行方法,其特征在于,由冰浆运行模式转换为热水或者冷水运行模式时,关闭第一循环泵、第二循环泵、第四截止阀和第三截止阀,打开第一截止阀和第二截止阀,以排出管路中的乙二醇,以避免乙二醇对水的影响,待管道内滞留的乙二醇溶液排出后,关闭第一截止阀,调整第二三通阀和第一三通阀,使果蔬处理系统与第一板式换热器连通、与第二板式换热器切断连通,开启第二循环泵,使得果蔬处理槽内内的水在第二循环泵的作用下经过滤器、第二三通阀、第一板式换热器、第一三通阀及第二截止阀后排出,以冲洗管道内残留的乙二醇溶液,打开第三截止阀,关闭第二截止阀,系统转换为热水或冷水模式下运行。
9.根据权利要求6所述的多功能高效果蔬温度激化处理装置的运行方法,其特征在于,冲洗管道内残留的乙二醇溶液的运行时间一般控制在1min之内,也可以视情况予以调整。
10.根据权利要求6所述的多功能高效果蔬温度激化处理装置的运行方法,其特征在于,在实施过程中,可通过微机系统对温度实行监控,并通过控制压缩机功率、节流装置(控制流量)、第一和第二循环泵(控制流量),以实现第一板式换热器和第二板式换热器中热交换的效果,实现对系统中温度的时时控制。
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