CN203880822U - 基于太阳能集热水箱的室内供暖装置 - Google Patents

基于太阳能集热水箱的室内供暖装置 Download PDF

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    • Y02B10/70Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Abstract

<b/>本实用新型公开了一种基于太阳能集热水箱的室内供暖装置,包括机架主体组件,机架主体组件包括水箱支架和太阳能集热水箱,在太阳能集热水箱的上部设有进水管,在太阳能集热水箱的下部设有出水管,还包括气流循环吸热组件,该气流循环组件包括导风管、第一冷热交换器以及第二冷热交换器;在集热水箱一侧端部设有进气扇管道;在第一管路换向阀的两个正路端口上分别连接一过度管和一速热过度管,过度管和速热过度管的出口分别连接在一第二管路换向阀的两个正路端口上,在第二管路换向阀的旁路端端口连接排气扇管道。本实用新型具备造价低,耗电量小和无污染等优点,尤其是太阳能集热水箱实现了一物两用的特点,其属于节能减排系列水空调。

Description

基于太阳能集热水箱的室内供暖装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种室内供暖系统,属于太阳能集热水箱和智能控制系统的研究 与利用技术领域。
背景技术 [0002]
[0003] 自从我国开始倡导节能低碳,各种各样的能源消耗品都和节能挂上了钩,太阳能 作为一种永久的免费能源,在新能源中处于主导地位。随着社会的发展,人们的物质文化生 活水平得到了显著的提高,空调作为一种改善人民生活条件的家用设备,无论在城市还是 农村都得到了广泛的应用。科学家说认识新能源和正确地运用能源,就意味着认识通往未 来的路。目前资源与能源问题日益严重,在保证舒适、健康要求的同时,如何有效且合理地 分配,利用资源,减少常规能源消耗成为人们不得不面对的问题。近年来国内市场经济飞速 发展,企业、行业的内部结构在不断变化,市场竞争激烈,受市场供求关系的影响,中国空调 行业发展迅速,新型智能化空调占领市场,其容量巨大。而现有空调虽在外观上千变万化, 但仍然采用制冷液配合压缩机实现制冷、制热,加之现有空调耗电量大,生产制造成本高, 在安装和实用过程中也存在一些问题,比如说外机在使用过程中会向环境转移大量的热 量。不符合节能减排、环保的要求。
发明内容
[0004] 发明的目的:为了克服现有技术中存在的不足,本实用新型提供一种基于太阳能 集热水箱的室内供暖装置。该供暖装置具有供暖效果好,结构简单,耗电量小和无污染等优 点,尤其是太阳能集热水箱实现了一物两用的特点,属于节能减排系列的供暖装置。
[0005] 技术方案:为实现上述目的,本实用新型的技术方案如下
[0006] -种基于太阳能集热水箱的室内供暖装置,包括机架主体组件,所述机架主体组 件包括水箱支架和固定连接在水箱支架上的太阳能集热水箱,水箱支架的外侧设有真空集 热管通条,真空集热管通条上设有真空管座脚,真空管座脚上设有真空集热管,在太阳能集 热水箱的上部设有进水管,在太阳能集热水箱的下部设有出水管,其特征在于:还包括气流 循环吸热组件,该气流循环组件包括位于太阳能集热水箱内部的导风管、第一冷热交换器 以及第二冷热交换器;在所述集热水箱一侧端部设有进气扇管道;所述进气扇管道的一端 与进气扇连接;所述进气扇管道的另一端穿过集热水箱一侧内壁与导风管的一端连接;所 述导风管的另一端串接第一冷热交换器和第二冷热交换器并与连接在集热水箱另一侧端 部的辅助管的一端连接,辅助管的另一端与第一管路换向阀的旁路端端口连接;在所述第 一管路换向阀的两个正路端口上分别连接一过度管和一速热过度管,所述过度管和速热过 度管的出口分别连接在一第二管路换向阀的两个正路端口上,在所述第二管路换向阀的旁 路端端口连接排气扇管道,所述排气扇管道的另一端与排气扇连接;在所述的速热过度管 上连接有一保温箱,在该保温箱内设置有陶瓷加热器,在所述的陶瓷加热器内设置有管道 气囊,所述的速热过度管与所述的管道气囊连通。
[0007] 在所述的管道气囊内设置有双轮式气流缓冲器,该双轮式气流缓冲器包括空心轴 体以及设置在空心轴体两端的多孔板,在所述气流缓冲器空心轴体的外圆与管道气囊的内 壁之间形成气流通道。多孔板上均匀分布有通透的小气孔,气流缓冲器的主要功能是用来 阻击流进来的空气,从而让空气在内管道气囊中暂时缓慢运动,相对延长流程,充分吸收陶 瓷发热器的热量,从而达到快速制热的效果。
[0008] 所述的太阳能集热水箱的左侧内壁上端设有水位控制仪;所述进水管上设有自动 给水电磁阀,水位控制仪的信号输出端与自动给水电磁阀的信号输入端连接。
[0009] 在所述太阳能集热水箱内设置有加热器温度传感器、加热器温控开关和辅助加热 器;所述加热器温度传感器的信号输出端与加热器温控开关的信号输入端连接;所述加热 器温控开关的信号输入端与辅助加热器的信号输入端连接。
[0010] 还包括一室内温度传感器和一温控开关;所述室内温度传感器的信号输出端与温 控开关的信号输入端连接;所述温控开关的信号输出端与第一管路换向阀和第二管路换向 阀的信号输入端连接。
[0011] 所述冷热交换器包括方形管式筒体,在所述的方形管式筒体上设置有进气口和出 气口,在所述方形管式筒体的垂直方向和纵向分布若干与所述太阳能集热水箱内连通的小 管,在所述方形管式筒体内壁与小管之间形成气体的换热通道,所述的方形管式筒体采用 薄型导热金属制作。小管的外壁与筒体的前侧板和后侧板的连接处均密封无泄露,换热水 可以在小管中流通,空气可以通过冷热交换器的外壁和小管的管壁与换热水充分交换,这 样的设计扩大了冷热交换的面积,详见图8。本实用新型的系统供暖装置的冷热交换方式为 水气换热,所以冷热交换器的方形筒体和相通透的小管均采用薄型导热金属制作。由于冷 热交换器完全浸置于集热水箱的热水中,使得它与热水之间有着较大的接触面积。当空气 通入冷热交换器时,既能充分冷热交换,同时又能延长交换时间,让空气在冷热交换器内暂 时形成曲线流向延长流程,从而达到充分换热的目的。
[0012] 更进一步的所述微型保温箱的箱体材料均为不锈钢制作;所述内桶体外层覆盖 有保温片和高效保温材料,防止与外界冷热交换;所述外露管道或入墙管道均选择为优质 PVC管,管体外层覆盖有聚氨酯、高效保温材料。
[0013] 更进一步的所述智能控制箱是挂壁式柜体,在安装和使用过程中通过支架固定 在空调房墙体的上端,在所述智能控制箱的外侧装有室内温度传感器连有室内温控开关; 所述室内温度传感器的信号输出端分别与室内温控开关和管式陶瓷发热器的信号输入端 连接;所述室内温控开关的信号输出端分别与第一管路换向阀和第二管路换向阀的信号输 入端连接,室内温度传感器控制陶瓷发热器的工作状态,可以根据室内的温度及时调整陶 瓷发热器的开启和关闭;所述室内温控开关控制第一管路换向阀和第二管路换向阀的工作 状态;所述系统在正常的工况下,第一管路换向阀和第二管路换向阀的旁路端端口是长开 着的,第一管路换向阀和第二管路换向阀的正路端左侧端口和右侧端的开启与闭合是相互 交替的,当左侧端口开启时右侧端口关闭,反之亦然,所述系统在正常工况下,室内温度传 感器测量出室内的温度低于某一设定值时,首先将信号传递给陶瓷发热器,室内温控开关, 智能化打开陶瓷发热器,同时室内温控开关将信号传递给第一管路换向阀和第二管路换向 阀,智能化打开第一管路换向阀和第二管路换向阀的正路端右侧端口,同时关闭相对应的 左侧端口,系统进入快速制热;当按室内温度传感器的设定值测量出室内温度高于某一设 定值时智能化关闭第一管路换向阀和第二管路换向阀的正路端右侧端口,同时打开相对应 的左侧端口,系统转入常态供暖。
[0014] 更进一步的所述气流循环供暖是整个供暖过程中的重要部分,系统通过进气扇管 道从室内抽取空气,通过导风管进入太阳能集热水箱中的第一冷热交换器,第二冷热交换 器完成二次吸热,由于冷热交换器充分浸置于集热水箱的热水中,使得它与集热水有着较 大的接触面积,达到了充分吸热的目的,完成二次吸热的气体通过辅助管通入第一管路换 向阀,经过过度管流入第二管路换向阀再经排气扇管道输出至室内(房间或客厅)如需要快 速制热,系统通过智能开关切换第一管路换向阀和第二管路换向阀正路端左右两侧端口, 智能化关闭第一管路换向阀和第二管路换向阀正路端的左侧端口,同时打开第一管路换向 阀和第二管路换向阀正路端的右侧口,并启动管式陶瓷发热器,这样通入内管道气囊的气 体能够得到充分的热交换完成管内空气的快速加热,再将管内的空气通入第二管路换向阀 流入排气扇管道,由排气扇管道输出至室内(房间或客厅中)。
[0015] 有益效果
[0016] 1.本实用新型通过太阳能集热水箱结合潜水式冷热交换器完成对空气的充分冷 热交换。
[0017] 2.本实用新型通过气流循环组件耦合智能控制组件,完成对空气的快速加热,供 暖效果好,耗电量小,符号节能减排的要求,通过智能开关可以实现整个供暖过程和日常维 护的智能化。
[0018] 3.本实用新型通过智能控制装置与第一管路换向阀和第二管路换向阀的协调工 作,完成了对气流循环装置智能化切换。
附图说明
[0019] 图1为本实用新型供热装置的连接示意图;
[0020] 图2为本实用新型装置中太阳能集热水箱的主视图;
[0021] 图3为本实用新型装置中太阳能集热水箱的侧视图;
[0022] 图4为本实用新型装置中太阳能集热水箱的内部结构图;
[0023] 图5为本实用新型装置中第一管路换向阀与第二管路换向阀及保温箱之间连接 结构放大示意图;
[0024] 图6为本实用新型装置智能控制箱的主视图;
[0025] 图7为本实用新型装置智能控制箱的侧视图;
[0026] 图8为本实用新型装置中潜水式冷热交换器的结构主视图,其中a为主视图;b为 侧视图;c为俯视图;d为立体图;
[0027] 图9为本实用新型装置中保温箱的机构示意图,其中a为主视图;b为侧视图;
[0028] 图10为本实用新型装置中气流缓冲器的结构示意图;
[0029] 图11为本实用新型装置中进气扇和排气扇的安装位置示意图。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明
[0031] 如图1-6所示,基于太阳能集热水箱的室内供暖装置,包括机架主体组件,机架主 体组件包括装有待加热水的集热水箱1,水箱支架2和真空集热管6 ;所述水箱支架为左右 立柱钢板、侧面钢板和底盘框架连接组合成的三角形支架;所述集热水箱固定安装在支架 的上端,支架的前面外侧安装有真空集热管座脚,真空集热管座脚上安装有真空集热管6, 所述集热水箱与真空集热管6通过管道连通;所述集热水箱上部设有进水管5,所述集热水 箱的下部设有排水管;所述气流循环吸热系统包括设置在所述集热水箱内部的第一冷热交 换器21、第二冷热交换器22,在所述集热水箱一侧端部设有进气扇管道10 ;所述进气扇管 道10的一端与进气扇9连接;所述进气扇管道10的另一端穿过集热水箱一侧内壁与导风 管29的一端连接;所述导风管29的另一端串接第一冷热交换器21、第二冷热交换器22与 连接在集热水箱另一侧端部的辅助管25的一端连接,辅助管25的另一端串接管道增压风 扇30与第一管路换向阀14的旁路端端口连接;所述排气扇管道20的一端与排气扇19连 接;所述排气扇管道20的另一端与第二管路换向阀24的旁路端端口连接;
[0032] 所述第一管路换向阀14,通过过度管16和速热过度管17与第二管路换向阀24连 接;所述第一管路换向阀14正路端的左右两个端口分别连有过度管16和速热过度管17 ; 所述第一管路换向阀14的正路端的一侧端口(左侧端口),通过过度管16连接第二管路换 向阀24的正路端一侧端口(左侧端口);所述第一管路换向阀14的正路端另一侧端口(右侧 端口)连接速热过度管17的一端,所述速热过度管17的另一端串接保温箱的内管道气囊18 与第二管路换向阀24的正路端另一侧端口(右侧端口)连接;所述速热过度管17与内管道 气囊18是以贯穿连通的方式相连接,所述第一管路换向阀和第二管路换向阀的正路端在 系统装置中成横向平行走势。所述内管道气囊18内设置有双轮式气流缓冲器33,且平行置 于内管道气囊中;所述双轮式气流缓冲器33中端是用不锈钢薄板制作的空心轴体,在两端 设有多孔板;所述多孔板上均匀分布有通透的小气孔;在气流缓冲器33空心轴体的外圆与 管道气囊18的内壁之间的距离,作为气流通道;所述气流缓冲器的主要功能是用来阻击流 进来的空气,从而让空气在内管道气囊中暂时缓慢运动,相对延长流程,充分吸收陶瓷发热 器的热量,从而达到快速制热的效果。
[0033] 太阳能集热水箱1内设置有加热器温度传感器23,加热器温控开关12和辅助加热 器4 ;所述加热器温度传感器23的信号输出端与加热器温控开关12的信号输入端连接;所 述加热器温控开关12的信号输出端与辅助加热器4的信号输入端连接;当遇到阴雨天气, 太阳能无法提供足量的热量供热时,可以通过辅助加热器4智能化供热;所述的辅助加热 器4用于加热集热水箱内的水。
[0034] 所述进水管5通过自动给水电磁阀3连接在集热水箱上,在所述集热水箱内壁上 端安装有水位控制仪8 ;所述水位控制仪8的信号输出端与自动给水电磁阀3的信号输入 端连接。当集热水箱中的水量低于或高于某一设定值时,可以自动给水或停止供水;所述集 热水箱的上壁上安装有溢水管7,当水温控制仪8损坏或无法读取水位时或自动给水电磁 阀3不停地给集热水箱供水时,可以把多余的水从溢水管7中排出。
[0035] 所述智能控制箱26是挂壁式柜体,在安装和使用过程中通过支架31固定在空调 房墙体的上端,在所述智能控制箱26的外侧装有室内温度传感器27连有室内温控开关11 ; 所述室内温度传感器27的信号输出端分别与室内温控开关11和管式陶瓷发热器13的信 号输入端连接;所述室内温控开关11的信号输出端分别与第一管路换向阀14和第二管路 换向阀24的信号输入端连接。室内温度传感器27控制陶瓷发热器13的工作状态,可以 根据室内的温度及时调整陶瓷发热器的开启和关闭;所述室内温控开关11控制第一管路 换向阀14和第二管路换向阀24的工作状态;所述系统在正常的工况下,第一管路换向阀 14和第二管路换向阀24的旁路端端口是长开着的,第一管路换向阀14和第二管路换向阀 24的正路端左侧端口和右侧端的开启与闭合是相互交替的,当左侧端口开启时右侧端口关 闭,反之亦然,所述系统在正常工况下,室内温度传感器27测量出室内的温度低于某一设 定值时,首先将信号传递给陶瓷发热器13和室内温控开关11,智能化打开陶瓷发热器,同 时室内温控开关11将信号传递给第一管路换向阀14和第二管路换向阀24,智能化打开第 一管路换向阀和第二管路换向阀的正路端右侧端口,同时关闭相对应的左侧端口,系统进 入快速制热;当按室内温度传感器27的设定值测量出室内温度高于某一设定值时智能化 关闭第一管路换向阀和第二管路换向阀的正路端右侧端口,同时打开相对应的左侧端口, 系统转入常态供暖。
[0036] 所述气流循环供暖是整个供暖过程中的重要部分,系统通过进气扇管道10从室 内抽取空气,通过导风管5进入太阳能集热水箱1中的第一冷热交换器21、第二冷热交换 器22完成二次吸热,由于冷热交换器充分浸置于集热水箱的热水中,使得它与集热水有着 较大的接触面积,达到了充分吸热的目的,完成二次吸热的气体通过辅助管25通入第一管 路换向阀14经过过度管流入第二管路换向阀24再经排气扇管道20输出至室内(房间或客 厅中),如需要快速制热,系统通过智能开关切换第一管路换向阀和第二管路换向阀正路端 左右两侧端口,智能化关闭第一管路换向阀和第二管路换向阀正路端的左侧端口,同时打 开第一管路换向阀和第二管路换向阀正路端的右侧端口,并启动管式陶瓷发热器13,这样 通入内管道气囊18的气体能够得到充分的热交换,从而完成管内空气的快速加热,再将管 内的空气通入第二管路换向阀流入排气扇管道20,由排气扇管道输出至室内(房间或客厅 中)。
[0037] 如图5和图9所示,保温箱28内设有管式陶瓷发热器13和内管道气囊18 ;所述内 管道气囊18置于管式陶瓷发热器13内,且平行置于管式发热器内,在室内温度低于设定温 度时或需要快速供暖时通过温控开关启动管式陶瓷发热器,从而对通入气流充分的加热。
[0038] 所述第一冷热交换器21、第二冷热交换器22为长方形结构,在长方形箱体的垂直 方向和纵向分布若干两端相通透小管32,且小管的外壁与箱体的前侧板和后侧板的连接处 均密封无泄漏,换热水可以在小管中流通,空气可以通过冷热交换器的外壁和小管的管壁 与换热水充分交换,这样的设计扩大了冷热交换的面积,详见图8。本实用新型的系统供暖 装置的冷热交换方式为水气换热,所以冷热交换器的方形筒体和相通透的小管均采用薄型 导热金属制作。由于冷热交换器完全浸置于集热水箱的热水中,使得它与热水之间有着较 大的接触面积。当空气通入冷热交换器时,既能充分冷热交换,同时又能延长交换时间,让 空气在冷热交换器内暂时形成曲线流向延长流程,从而达到充分换热的目的。
[0039] 保温箱28的箱体材料均为不锈钢制作;所述内桶体外层覆盖有保温片和高效保 温材料,防止与外界冷热交换;所述外露管道或入墙管道均选择为优质PVC管,管体外层覆 盖有聚氨酯、高效保温材料。
[0040] 在相同的供暖效果情况下,本实用新型的空调供暖装置比现有普通空调节约用电 百分之五十以上,现有家用供暖设备使用一段时间室内空气干燥。本实用新型的供暖装置 属于环保系列空调,供暖的风质轻柔、适宜、长时间使用湿度适中,符合自然循环供暖。
[0041] 本实用新型供暖装置在房间的安装位置如图11所示,如果一个房间平方面积为 20平方,房间高度3米,这个房间的体积为60立方米。华东地区的冬天室内温度大约二个 月的时间持续在湿冷,温度为0-2度,本实用新型的太阳能集热水箱供暖装置,其中水箱长 2000mm,直径650mm,钢架高1500mm,正常工作后,一般冬天太阳能集热水箱的水温在60-65 度左右,忽略阴雨天,系统正常工况下,排气扇管道每分钟的排气量是1. 5立方米左右,进 气扇的的风量也是1.5立方米左右,那么十分钟左右就可以让温度上升至为12度,二十分 钟就可以让温度升至为16-20度,如果在寒冷的冬天连续阴雨天,在使用室内供暖过程中 由于通过对冷气流的换热,水箱的集热水温会被不断的降低,一段时间后根据加热器温度 传感器23设定的读数将信号输送到辅助加热器4,辅助加热器开始工作,水温在逐渐升高, 当水温达到加热器温度传感器设计的最高读数时,辅助加热器自动关闭,这样水箱的温度 总是保持在60-65度。本实用新型考虑到进气扇或排气扇的进气风口和出风口处所造成的 空气压力差,根据实验表明,系统在正常工况下,可以根据管道的长度和直径来确定选用进 气扇和排气扇的功率大小。以管径80mm来计算,管道长15-20米,选用进气扇功率35W,排 气扇功率45W,管道长20-25米,选用进气扇功率45W,排气扇功率55W,管道长25-30米,选 用进气扇功率60W,排气扇功率80W。
[0042] 本实用新型装置正常用电量大约是280W左右,其中进气扇管道功率30W,排气扇 管道功率45W,辅助加热器功率200W,(辅助加热器一般在阴雨天和极端天气使用频繁)。与 现有普通家用供暖设备相比可以节约用电百分之五十以上,对环境不造成任何污染,符合 节能减排的要求,充分利用了现有供暖资源,更重要的是一物两用,采用的金属材料为不 锈钢。
[〇〇43] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技 术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和 润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1. 一种基于太阳能集热水箱的室内供暖装置,包括机架主体组件,所述机架主体组件 包括水箱支架(2)和固定连接在水箱支架上的太阳能集热水箱(1),水箱支架(2)的外侧 设有真空集热管通条,真空集热管通条上设有真空管座脚,真空管座脚上设有真空集热管 (6),在太阳能集热水箱(1)的上部设有进水管(5),在太阳能集热水箱(1)的下部设有出水 管(15),其特征在于:还包括气流循环吸热组件,该气流循环组件包括位于太阳能集热水 箱(1)内部的导风管(29)、第一冷热交换器(21)以及第二冷热交换器(22);在所述集热水 箱(1) 一侧端部设有进气扇管道(10);所述进气扇管道(10)的一端与进气扇(9)连接;所 述进气扇管道(10)的另一端穿过集热水箱一侧内壁与导风管(29)的一端连接;所述导风 管(29)的另一端串接第一冷热交换器(21)和第二冷热交换器(22)并与连接在集热水箱 另一侧端部的辅助管(25)的一端连接,辅助管(25)的另一端与第一管路换向阀(14)的旁 路端端口连接;在所述第一管路换向阀(14)的两个正路端口上分别连接一过度管(16)和 一速热过度管(17),所述过度管(16)和速热过度管(17)的出口分别连接在一第二管路换 向阀(24)的两个正路端口上,在所述第二管路换向阀(24)的旁路端端口连接排气扇管道 (20),所述排气扇管道(20)的一端与排气扇(19)连接;在所述的速热过度管(17)上连接有 一保温箱(28),在该保温箱内设置有陶瓷加热器,在所述的陶瓷加热器内设置有管道气囊 (18),所述的速热过度管(17)与所述的管道气囊(18)连通。
2. 根据权利要求1所述的基于太阳能集热水箱的室内供暖装置,其特征在于,在所 述的管道气囊(18)内设置有双轮式气流缓冲器(33),该双轮式气流缓冲器包括空心轴体 以及设置在空心轴体两端的多孔板,在所述气流缓冲器(33)空心轴体的外圆与管道气囊 (18)的内壁之间形成气流通道。
3. 根据权利要求1或2所述的基于太阳能集热水箱的室内供暖装置,其特征在于,所述 的太阳能集热水箱(1)的左侧内壁上端设有水位控制仪(8);所述进水管(5)上设有自动给 水电磁阀(3),水位控制仪(8)的信号输出端与自动给水电磁阀(3)的信号输入端连接。
4. 根据权利要求1或2所述的基于太阳能集热水箱的室内供暖装置,其特征在于,在所 述太阳能集热水箱(1)内设置有加热器温度传感器(23 )、加热器温控开关(12 )和辅助加热 器(4);所述加热器温度传感器(23)的信号输出端与加热器温控开关(12)的信号输入端连 接;所述加热器温控开关(12)的信号输入端与辅助加热器(4)的信号输入端连接。
5. 根据权利要求1或2所述的基于太阳能集热水箱的室内供暖装置,其特征在于,还包 括一室内温度传感器(27)和一温控开关(11);所述室内温度传感器(27)的信号输出端与 温控开关(11)的信号输入端连接;所述温控开关的信号输出端与第一管路换向阀(14)和 第二管路换向阀(24)的信号输入端连接。
6. 根据权利要求1或2所述的基于太阳能集热水箱的室内供暖装置,其特征在于:所 述冷热交换器包括方形管式筒体,在所述的方形管式筒体上设置有进气口和出气口,在所 述方形管式筒体的垂直方向和纵向分布若干与所述太阳能集热水箱(1)内连通的小管,在 所述方形管式筒体内壁与小管之间形成气体的换热通道,所述的方形管式筒体采用薄型导 热金属制作。
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