CN105026849B - 用于热回收单元的排水机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气体热回收单元,其中包括:两个热交换接触的气体流径;用于分别从所述的两个气体流径中排出冷凝水的两个冷凝水排水通道,所述的两个冷凝水排水通道可流通地连接至一个热回收单元中的共用排水出口;所述的两个冷凝水排水通道分别包括允许液体而不是气体从相应的气体流径通往共用排水出口的阀门。共用排水出口的使用简化了安装并且将安装出错的可能性降至最低。本发明使得在单元中切换气流时无需对排水系统做任何对应的改动。
Description
技术领域
本发明涉及用于通风系统中的热交换器或热回收单元。本发明尤其涉及用于此热回收单元的排水机构。
背景技术
在很多技术中,热交换器都被用于两种流体间的热传递。本发明尤其涉及气体热交换器,其中热交换发生在两种不同的气流之间。
通风系统可以是平衡的也可以是非平衡的。在非平衡系统中,空气从大楼内(通常是楼内的某些区域,如厨房和洗手间)抽出并向外排出以去除多余的水气和/或气味。此系统依赖于通过自然开口例如窗户或门下方的通风口进入的空气流来自然地替换被抽走的空气。此系统在过去密封性不太好的大楼中使用地不错,因为那些大楼有足够多的天然开口能使空气能进出大楼。
但是,更多现代楼宇倾向在窗户及门上使用改良的密封,减少暖气从楼内的逸出并提高大楼的热效率。这样更合适使用平衡通风系统。平衡通风系统不仅仅是将空气从楼内抽走并排至楼外,而同时将替换空气引入楼内,以此维持楼内气压。因此系统有一个流径用于空气进入大楼,以及一个流径用于排出空气至楼外。因为从外部引入的空气通常比从内部排出的空气温度低,为了提高热效率,通过使用热交换器将部分排至楼外空气的热量传递至进入大楼的气流上。
楼内的空气会由普通的加热系统加热到一个理想的温度,随后为减少排出空气中的热损失而利用热回收单元利用排出的空气加热新进入大楼的冷空气,以此降低加热系统的负荷(以及能耗)。应当注意到的是,此系统同样可在天热时使用。当楼内空气被降温到一个低于楼外的温度时,热交换器通过使用排出的空气来给新进入大楼的热空气降温,以此提高了热效率并且降低了冷却系统的负荷。
随着热空气的冷却,其能够持有的水分也会减少。一旦空气被冷却至一个温度使其无法将所有水分以气态形式持有,部分水分会经冷凝后呈液态。上述热交换器中的向外排放气流因此需要被冷却直到冷凝发生。在楼宇通风系统中这尤其可能成为一个问题,因为向外排放的空气通常从“潮湿区域”抽出,例如厨房和/或洗手间,使空气载有大量的水分。
热交换器中冷凝的液体必须排出。因此通常使用排水通道,以给冷凝水提供向热交换器外部流出的通道。此排水通道此后连接到大楼的废水系统,冷凝水经废水系统安全地离开大楼。
典型的气体热交换器(热回收单元)包括四个气体端口:一个用于向外排出的气体进入热回收单元,一个用于向外排出的气体从热回收单元中排出,一个用于向内输送的气体进入热回收单元以及一个用于向内输送的气体从热回收单元中输出。热交换器只是简单地为两个气流提供了在热力上是高效的接触区域,因此能够认为热交换器(以及热回收单元)本身是对称的。换言之,对于向内输送的气体使用哪一个空气流径以及向外排出的气体使用哪一个空气流径来说并不重要。但是冷凝的问题不是对称的;它仅仅是一个气流在某一时间的问题,通常是向外排出的潮湿气体在被冷却时。
对于这个非对称问题有两个解决方案使用至今。第一个解决方案是提供单个冷凝排水口,并且指定用于向内输送气体的空气流径(并且依此确定气体端口)和用于向外排放气体的空气流径。这确保了排水口总是在向外排放气体的流径上。但是系统本质上的对称性对于安装人员来说可能是有好处的。当热回收单元在楼内安装时(经常是在一个尴尬的位置,如柜子或是其它狭小的空间内),如果气体端口没有使用限制对于安装人员来说会方便一些。能够灵活的选择端口意味着可以更加简洁和整齐地设置管道。这能够进一步带来降低气流阻力的好处,并且因此从整体上提高了系统效率。
针对这个非对称问题的第二个解决方案是提供两个冷凝排水口,针对每个气体流径各设一个。这就使得系统可以不同的方式使用。但是第二个解决方案也带来一个问题:每次只能使用一个排水口。安装人员在安装时会设置如何使用热交换器。这也就决定了冷凝水会使用哪个出水口。另一个排水口则向液体因此也可是气体提供了一个通道,空气可以借助这个通道流入或流出系统。在向内输入气体流径上的未使用的冷凝水排水口可允许空气从大楼内部(假设热交换器安装在楼内)而非外部吸入系统。将大楼内部空气引进系统会导致系统要在给定时间内做更多的功才能使空气替换达到相同水平,这从而降低了通风系统的效率。
因而如果有两个冷凝水出口,需要将其中不用的一个堵住,以防止上述问题发生以及维持通风系统的效率。简单的盖子或塞子可用于堵住不用的排水口。
但是,拥有两个冷凝水排水口还存在一个问题就是可能引发潜在的安装质量不高或者安装错误。例如,没有将不用的那个排水口妥当地堵住会导致上述的效率损失,但更糟的是有可能连接了错误的冷凝水排水口,使实际上工作的排水口没有连接到废水系统。这样的话,冷凝水会轻易地从热回收单元中流出,在发现并纠正问题前就能使大楼的织物遭受严重的破坏。在冬季,一台家用的热回收单元每天产生大约2升的冷凝水。
发明内容
本发明提供了一种气体热回收单元包括两个热交换接触的气体流径,用于分别从所述的两个气体流径中排出冷凝水的两个冷凝水排水通道,所述的两个冷凝水排水通道可流通地连接至一个热回收单元中的共用排水出口,以及所述的两个冷凝水排水通道分别包括允许液体而不是气体从相应的气体流径通往共用排水出口的阀门。
因为已经不可能再将单元管道接错,共用排水出口的提供简化了安装流程。另外,也不再要求封堵未使用的冷凝水排水口。鉴于安装步骤减少了,安装出错的可能就降低了,安装速度也加快了。
冷凝水的液体流径必要时也用作为气体流径。因为两个流径都连接到一个共用排水出口,排水通道本身也流体地相互连接。如果没有阀门,热交换器的两端将会连到一起,即:发生交叉渗漏或者交叉污染。在降低了单元效率的同时,如此的设置会使气味,例如来自厕所的气味,从向外排放气流上传至进入大楼其它部分的气流上。为了防止交叉渗漏或者交叉污染,阀门分别装于两个排水通道以防止来自主要空气流径的气流流向共用排水出口。
“阀门”这一表述用于包含任何能够允许液体通过(为了允许冷凝水从单元排出),但阻止气体通过(为了防止交叉渗漏)的选择性流通机构。
热交换器单元两侧的流径都排出冷凝水,意味着在改变单元的使用习惯(即:哪个流径用于进气,以及哪个流径用于排气)时不需要改动冷凝水的排水系统。冷凝水无论从哪一侧产生都能自动地被排出。现有设备中,调整单元的使用习惯通常需要物理地旋转设备以将端口从一侧移到另一侧。这经常也包括需要互换位置的控制器或者滤器,使得它们在单元的另一侧可以使用。使用本发明中的设备就不必转动,因为进口端与排放端可以简单地重新定义,不需要对设备做物理上的改动。
优选地,在两个气流路径上都装有等同的传感器(例如温度和湿度传感器),使得不论单元设置使用哪个路径都可以进行必要的测量用于纠正系统的运行。单元的中央控制只需要知道哪个路径用于进气以及哪个路径用于排气(因此知道哪个传感器检测进气,以及哪个传感器检测排气),由此能够正确地控制单元,例如:调整风扇速度来驱动空气流径上的空气,如果必要时启动加强模式(boost mode)(例如:因为淋浴或者使用厨房而导致很高的湿度),以及需要时启动夏季旁路模式以避免进一步的热交换。单元也在防止结霜的计算中使用这些测量数据。这个设置能够通过选择某选项或者在单元控制器上设置开关来简单地完成。无需对单元做物理上的改动。优选地,热回收单元上的四个端口分别都设有温度传感器和湿度传感器。
本发明另一优势是,尽管在绝大多数情况下冷凝水仅倾向于在单元的一侧产生(例如来自浴室等向外排放的湿热空气被排到温度较低的室外),但也有情况是在热交换器的另一侧产生冷凝水。这种情况会发生在室外产生湿热空气(例如打雷时)的气候中,此时大楼内使用空调以降低室内温度。这种情况出现在例如欧洲南部以及远东地区。本发明能够自动解决上述情况,因为输入气流与排出气流都接有排水并连至共用排水出口。
在热回收单元中可使用任何一种阀门,只要阀门能阻止气流但允许液体通过。一种选择是使用液体分离器,例如一种U型装置。当液体分离器集满冷凝水后气流通道会因此被封住,但液体依旧能够绕经分离器通往排水口。但是在天热干燥季节液体分离器会产生问题,例如在夏季,更长时间的暖和天气会使分离器中的水蒸发到某一程度使得通道相对于气流再次打开。因此阀门优选包括浮阀。每个浮阀都包括浮子,在没有液体时浮子位于阀座上用于堵住阀门出口防止气流通过。但是当有足够多的液体时,阀子会浮起并打开阀门使液体流过。
一些优选实施例中,阀门包括了阀子与液体分离器的组合。当分离器内集满液体时,阀子将会处于漂浮状态,液体从而能够通过阀门。阀子的阀座设置在高于用于密封分离器而要求高度的液面位置,出现蒸发时,阀子会在分离器允许气体流过之前都堵住阀门阻止气流通过。与此同时分离器的设计又确保使用中的分离器内正常水(或其它液体)位高于阀座,并能够使阀子处于漂浮状态。
优选浮阀包括球阀子,即:球形阀子。阀座优选截头圆锥形状,且两端开口。密封状态时,球阀子位于阀座的圆锥部上与阀座相接触;阀门打开时,球阀子向上移动离开阀座以此打开通道。
在一个优选实施例中浮阀包括了竖直圆管中的阀子。圆管包括了球阀的球,允许其随同液面上升和下降。圆管可以是冷凝水排水管道。另外,圆管可以汇集从单元不同区域且一根以上排水管中收集的冷凝水。例如,可能有一个管道用于输送来自热交换器的冷凝水,以及一个管道用于输送来自马达滚轴(motor scroll)的冷凝水。大多数的冷凝水来自热交换器,但在连接单元的管道上也会出现冷凝水。这类冷凝水回流至单元并且在马达滚轴中收集。因而优选地在马达滚轴处设有排水管。
如上所述每个排水通道(即:在热交换器的每一侧)都可进一步包括液体分离器。这种安排更合适较大型的热交换单元,因为其有空间用于更复杂的排水机构。
在较小的热交换单元中用于排水管道和阀门的空间更加有限。较小的热回收单元无法支持较大流量的气流,因此通常适用于较小的房屋,例如不超过两个卧室的公寓。这样的房屋通常空间有限,所以经常较为理想的是能够在标准尺寸的厨房柜子中(大约为深600mm乘以高800mm)安装热交换单元。为了将排水装置装入单元内更为狭小的热交换器的下方位置,就无法使用能容纳球阀的球的竖直长管并且不能在球的上方设置排水管。取而代之地使用了较短的圆管,且直接地位于热交换器的下方。因为在球阀的上方没有可以容纳排水管的空间,热交换器的冷凝水因此从球阀的侧面接入,使得液体环绕阀座流动,在液体充足时阀子会浮起从而离开阀座。将热回收单元任何一侧朝球阀方向往下倾斜底板即可简单地形成排水管道。这种含倾斜度的底板也用于将设有合适排水孔的马达滚轴中的冷凝水排送到球阀。
值得注意的是,这里所有的方向性指示都是以使用中的热回收单元的方向为基准。任何一个给予的热回收单元都有一个已定义好的使用方向,从而使冷凝水能够在重力影响下流向排水口。
优选地,在球阀的上方设有盖子,尤其在较小的单元中球阀被限制在较短的圆管中。盖子牢固地将球阀子保持在管子内,即使在装配过程中或者运输过程中单元可能相对于其正常位置被旋转的情况下也能使球不掉出来。优选地,管子往下突出一个直径稍微小于球阀子的管子。这突出的部分用于更好地在管内固定球阀子的位置,使其仅有刚好的空间能够浮起让液体流出,但不提供更多空间使其在管内晃动。
优选地,每个浮阀都包括:竖直短管中的阀子,上方有盖子的管子。管子优选可拆卸的盖子,以便阀门清洁或维护。
在不同的情况下热回收单元理想地以不同的朝向予以安装,例如:侧面安装,使此单元能够安装在吊顶空间或者橱柜的上方。一旦单元转到它的侧面,冷凝水流就会受到影响,为了能使单元正常工作阀门就得移动。为了避免增大单元的体积,阀门不能在设于热交换器的底部。取而代之地是阀门优选设于单元的侧部。
这种设置的排水阀门位置更靠近单元的风扇。对于浮阀来说会是个问题,因为靠近浮阀的气流会使阀子移动并打开应当关闭的阀门。为了避免上述情形发生浮阀优选单元内用于阻隔气流的盖子,盖子给阀子提供了外壳使其能在外壳内从阀座上升起和落下。因此一些优选实施例中每个浮阀都包括:阀座,位于阀座上的阀子,以及阀子上方的盖子。盖子优选包括空心管,且管体上端闭合。这就使气流能从阀子的上方直接通过,因为阀子由盖子保护因而不会有移动的风险。盖子优选泡沫制成。尤其泡沫为发泡聚苯乙烯(expandedpolystyrene,EPS)。EPS的成型工艺使其拥有防渗水表面从而防止了水的渗入。盖子优选允许狭窄的冷凝水通道用于将冷凝水引至阀门。保持通道狭窄防止了由于单元内气流波动而影响阀门和使它产生不必要地移动。
两个排水管的出口能通过任何合理的方式连接到一个共用排水出口,但最优选地是两个阀门都将水排至一个收集盘,并由收集盘将冷凝水导向共用排水出口。
附图说明
本发明优选实施例在后文描述,仅作为举例,且参照下列附图,其中:
图1示出了本发明第一实施例;
图2示出了本发明第二实施例;以及
图3示出了本发明第三实施例。
具体实施方式
图1示出了热回收单元100下端部分的剖视图。第一实施例中的热回收单元100是一种相对于后文描述的第二和第三实施例相比拥有更多允许排水系统利用的空间的较大单元版本。
热交换器位于热交换器隔间110处。热交换器在清洁和保养时能够移出,为了清晰地表达图1中已经移出了热交换器。风扇120和130吸引空气穿过热交换器。风扇120吸引空气沿第一空气流径,风扇130吸引空气沿第二空气流径。第一与第二空气流径在热交换器中进行热交换接触。第一与第二气流保持物理上的分开。它们之间仅有热的交换,不包括水分的交换。
下文描述仅仅针对热交换器的一侧,但可认为其另一侧是对称的且拥有相同的排水特征。
暖气流经冷气流冷却后可能产生冷凝水,尤其是潮湿的暖气流,例如当排出气体是来自浴室或者厨房的时候。液态冷凝水在重力的作用下从热交换器中排出,沿冷凝水排水管道140往箭头所示方向引导。与此同时,任何在管道中(连至单元顶部,图中未示出)形成的冷凝水排回至单元底部的马达滚轴(包围离心风扇的外壳),经由箭头150所示的冷凝水排水通道排出。
排水管道140,150连至共用管160。共用管160的底部有浮阀(球阀),其球阀的球170位于阀座180的上方。浮阀170,180的下方有液体分离器(U型弯管)190,其将水排入共用出口管200。
在热交换器的另一侧,即:在热回收单元中的另一气流,有相似的排水结构包括:从热交换器引出的排水通道240,从马达滚轴引出的排水通道250,圆管260,球阀子270,阀座280以及U型弯管290。U型管290将水排至单元两侧公用的共用排水管200。
基于热回收单元的两侧(两个气流通道)都配有永久性使用(即:接入并没有封堵)的排水系统,热回收单元都可设置用于任意一个气流通道用于暖气或湿气。允许安装人员选择用于暖,湿空气的气流通道使管道连接混乱程度降至最低。此外,在切换两种模式(左侧模式与右侧模式)时也无需对单元做物理改动。模式间切换可通过按键或者电子菜单系统。为了正确地分析温度与湿度在气流中的测量并且用于正确地控制风扇,单元需要辨识每一侧。但是排水系统能自动处理冷凝水,无论系统以哪种方式安装。
提供了单个共用排水管200(以及下文描述的出口320)意味着安装过程中出错的几率变小。安装人员仅需简单地连接唯一的排水出口到废水系统。没有第二个或是其它的排水口需要封堵或者有可能错误地连接到废水系统。
实施例中U型管190,290在装有液体时形成了气体密封。仅有一边(190或290)在任何单一时间会接收到冷凝水,因而最可能仅有一边存有液体。但是在任何单一时间内仅有一边需要被密封。一旦U型管内液体不足,球阀的球170,270会落在它们对应的阀座180,280上形成气体密封。但是如果冷凝水流进管道160,260,球阀的球170,270会因此浮起,从它们对应的阀座上升起后让冷凝水排出。
阀门的目的是防止热交换器一侧的气流交叉污染另一侧的气流,即:从一个气流通道到另一个气流通道。例如,如果设置中没有图1所示的球阀的球170,270的话,并且两个U型管都开放能使气流通过(例如因为干燥或天热所有的冷凝水都已蒸发),会产生一个从热交换器的右侧开始,通过排水管道140,150经由阀座180,U型管190,U型管290,阀座280以及排水管道240往热交换器(如图1所示)的左侧方向的气体流径。
鉴于一个气流通道通常用于将厨房和浴室的空气(可能含有多余的气味)排至室外,以及另一个气流通道用于引入新鲜空气进大楼,交叉污染可能致使多余的气味被新进入的气流交叉吸入,随后经新进气流携带在楼内再次循环。上述情况是不希望发生的,因而必须确保这个交叉污染通道始终对于气体来说是封堵住的,但同时对于液体来说又可以双向流通的。通过使用球阀实现了这一点,它们仅在需要排出冷凝水时才打开。
球阀通过阻挡块300被限制在管道160,260内。在取出热交换器后可将阻挡块300移开,以便清洁或维护管道160,260。球可以这种方式取出或放入。但是当阻挡块300没有移开时(并且被热交换器限制住位置),球阀的球170,270会被限制在管道160,260内,从而在单元转离其标准朝向时(例如运输或安装过程中)它们也不会滑出或遗失。
在共用排水出口200的下方设有用于引导液体从出口320流出的滴盘310,其中出口320为连接至废水系统的接头。
图2示出了另一种实施例。第二实施例中的单元相比图1中的更小。为了将单元装入更小的空间且无需妥协热交换器的尺寸(从而无需妥协单元的整体效率),因而提供了体积更小且更为紧凑的冷凝水排水系统。
图2中的数字序号与图1中的一致,但数字后缀了“a”。除非特别说明,这些特性同上述描述的功能一致,此处便不予重复累赘。
第二实施例中的单元100a尺寸更小,因而就没有了U型管。但是单元的两侧依旧设有球阀(球阀的球170a,270a,以及阀座180a,280a)。但是冷凝水并非如同第一实施例中的从上往下流入阀门,取而代之地是冷凝水从侧边流入阀门如箭头所示。热交换器的冷凝水流入单元330的底部,其中底面往球阀170a方向倾斜为了引导冷凝水经重力作用穿过通道151a。马达滚轴的冷凝水同样经单元100a的倾斜底部330往相同通道151a排出。经阀门排出的冷凝水由滴盘310a收集后引导至出口320a后排出,如箭头152a和153a所示。
与第一实施例相同,单元100a的两侧均设有对称且相同的排水系统,两个系统连接到一个共用排水出口320a后通过单个连接连通废水系统。
盖板340设于阀门上方用于将排水系统与热交换器115隔开(为使图例清晰,热交换器115中的流经已经省略)。在热交换器115取出后,盖板340能够移开便于清洁与保养球阀的球170a,270a,以及阀座180a和280a。盖板340包括两个往下凸出的圆管350,360,分别用于球阀的球170a和270a。圆管350,360围住了球阀的球170a,270a的上端部分因此提供了一种针对球阀的球170a,270a的限位机构。这防止在运输或安装中球阀的球170a,270a相对于阀座180a,280a移动距离太远。突出的圆管350,360给球阀的球170a,270a留出了足够多的空间使其能够从阀座180a,280a浮起让冷凝水流过阀门,但同时又防止了球阀的球170a,270a移动幅度太大。
图3示出了本发明的第三实施例。第三实施例与第一实施例和第二实施例不同的是它的设计使用方向不同,即:热交换器处于平躺(两个气流通道均为基本水平)而非竖直(两个气流通道均有竖直组件)位置。为了避免增加单元的高度以及同时避免降低热交换器的高度(其将从整体上降低单元的效率),球阀不能位于热交换器的下方。
图3中的数字序号与图1中的一致,但数字后缀了“b”。除非特别说明,这些特性同上述描述的功能一致,此处便不予重复累赘。
因为在第三实施例中改变了单元的正常工作方向,气流的进口与出口移到了单元的两侧而不是顶部。但是气流通道依旧大体上保持一致。
球阀(球170b,阀180b,球270b,阀280b)已经移到远离热交换器115的单元侧部。但是通过将球阀移至这些位置使它们更靠近单元内部的强气流。这些气流因此通过气流波动和/或压力起伏有更强的潜在影响球阀的能力。为了保护球阀的球170b,270b防止远离它们的阀座180b,280b,有必要在阀门上方提供保护盖380。
保护盖380直接设于球阀与相邻强气流之间(位于球阀与相邻空气出口之间)以保护球阀不受气流干扰。保护盖380提供了狭窄的液体管道390从热交换器115至球阀(170b,180b或者270b,280b)使冷凝水从热交换器流向球阀。图3中的箭头154b标出了此流径。冷凝水随后流过阀座180b,280b如箭头155b所示,并且沿着滴盘310b流动,其中滴盘310b往中间向下倾斜以引导冷凝水流向箭头156b所示方向的排水出口320b。
通过保持液体管道390狭窄,乱流无法进入管道390也不会对球阀产生负面影响。但是冷凝水能够流入管道390且经球阀后排出单元。
保护盖380由发泡聚苯乙烯(expanded polystyrene,EPS)制成。EPS质量轻且使用便宜。EPS的成型工艺致使在成型件的外部形成了防渗水表面,阻止了除从管道390以外的冷凝水的渗入。来自马达滚轴的冷凝水从保护盖380流下并且通过管道390流到球阀。
上述三个实施例中的每一个都是在屋内或公寓内使用的家用设计。但是应当注意的是,技术可以容易地被放大规模用于更大型的系统。
Claims (12)
1.一种气体热回收单元,其特征在于:包括两个气体流径热交换接触;
所述两个气体流径分别拥有冷凝水排水通道用于从相对应的气体流径中排出冷凝水,两个所述冷凝水排水通道流体地连接至一个所述气体热回收单元的共用排水出口;以及
每一个所述冷凝水排水通道都包括阀门,所述阀门允许液体但不允许气体从相应所述气体流径通往所述共用排水出口。
2.如权利要求1所述气体热回收单元,其特征在于:其中所述阀门每一个都包括浮阀。
3.如权利要求2所述气体热回收单元,其特征在于:其中所述浮阀包括球阀子。
4.如权利要求2或3任一项所述气体热回收单元,其特征在于:其中所述浮阀包括开口竖直管中的阀子。
5.如权利要求4所述气体热回收单元,其特征在于:其中每一个所述冷凝水排水通道进一步包括液体分离器。
6.如权利要求2或3任一项所述气体热回收单元,其特征在于:其中每一个所述浮阀进一步包括竖直短管中的阀子,以及上方含有盖子的所述短管。
7.如权利要求6所述气体热回收单元,其特征在于:其中所述短管有可分离的盖子。
8.如权利要求2或3任一项所述气体热回收单元,其特征在于:其中每一个所述浮阀包括阀座,位于所述阀座上方的阀子,以及位于所述阀子上方的盖子。
9.如权利要求8所述气体热回收单元,其特征在于:其中所述盖子是以在所述阀子的上端部设置管子的形式来实现。
10.如权利要求8所述气体热回收单元,其特征在于:其中所述盖子由泡沫制成。
11.如权利要求9所述气体热回收单元,其特征在于:其中所述盖子由泡沫制成。
12.如权利要求1,2或3中任一项所述气体热回收单元,其特征在于:其中所述阀门都将液体输入收集盘,所述收集盘将液体导向所述共用排水出口。
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