CN217403231U - 一种集装箱制氢系统的环控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种集装箱制氢系统的环控系统,所述集装箱制氢系统包括若干集装箱,所述集装箱内设置有换热器件;所述环控系统包括液箱和循环回路,所述循环回路包括第一换热管路,所述第一换热管路连通所述液箱以及各所述换热器件。上述环控系统能够实现各集装箱内环境温度的整体控制,且换热形式统一,方便安装、管理和维护,能耗低,噪音小。
Description
技术领域
本实用新型涉及制氢技术领域,具体涉及一种集装箱制氢系统的环控系统。
背景技术
集装箱式制氢系统是以集装箱为载体,无需搭建专门的厂房,具有土建量小、便于安装和移动等优点,用户在使用时只需接入水电即可随时随地制氢,具有广阔的应用场景。
由于制氢设备需要在一定的温度范围内才能够高效运行,因此,需要对集装箱内的温度进行控制。目前,各集装箱之间的温度管理均是单独控制,这就可能会出现同一时间内部分集装箱需要补热、部分集装箱需要散热的情况,造成能源的浪费。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种集装箱制氢系统的环控系统,该环控系统能够实现各集装箱内环境温度的整体控制,且换热形式统一,方便安装、管理和维护,能耗低,噪音小。
为解决上述技术问题,本实用新型提供一种集装箱制氢系统的环控系统,所述集装箱制氢系统包括若干集装箱,所述集装箱内设置有换热器件;所述环控系统包括液箱和循环回路,所述循环回路包括第一换热管路,所述第一换热管路连通所述液箱以及各所述换热器件。
采用上述方案,换热液体在液箱以及第一换热管路内流动时,可以遍历各集装箱内的换热器件,从而实现对于各集装箱内环境温度的整体控制,能够简化控制过程;同时,该环控系统仅使用换热液体进行换热,相比于现有技术中电加热、空调、风扇等多种换热部件并存的方案,本实用新型所提供环控系统的换热形式统一,能够方便安装和维护,且噪音较小。
在实际使用中,根据不同集装箱内温度的差异,换热液体在不同集装箱内所发挥的作用可以不同。在温度相对较高的集装箱内,该换热液体可以吸收集装箱内的热量,以对集装箱进行制冷;在温度相对较低的集装箱内,该换热液体可以吸收集装箱内的冷量,以对集装箱进行制热;这样,使用同一换热液体即可以分别实现制冷和制热的功能。
并且,在普遍制冷的需求下(如在夏天应用时),若存在集装箱需要制热,换热液体在该集装箱内流过时,可以将该集装箱内的冷量带走,以辅助制冷,还能够降低能量的消耗;同样地,在普遍制热的需求下(如在冬天应用时),若存在集装箱需要制冷,换热液体在该集装箱内流过时,也可以将该集装箱内的热量带走,以辅助制热,也能够降低能量的消耗。这样,无需外界提供热量或者冷量,仅依靠换热液体在循环回路内的自循环即可以平衡各集装箱内的温度,以实现控温,并可以降低能耗。
另外,液箱作为换热液体的存储箱,其还具备蓄能的功能,能够存储过剩的热量或者冷量。这样,当再次使用时,无需外界提供热量或者冷量,本实用新型所提供环控系统即可具备一定的控温能力,这同样有利于降低能耗。
可选地,所述第一换热管路包括并联设置的若干换热支路,所述换热支路的数量与所述集装箱的数量相一致,且各所述换热支路与各所述集装箱一一对应装配。
可选地,各所述换热支路均设置有第一流量调节阀,各所述集装箱内均设置有第一测温部件。
可选地,所述环控系统还包括第二测温部件,用于检测所述液箱内换热液体的温度;所述循环回路还包括第二换热管路,所述第二换热管路和所述液箱相连通,用于对所述换热液体进行补冷或者补热,所述第二换热管路设置有第二流量调节阀。
可选地,所述第二换热管路的至少一端与所述第一换热管路相连通。
可选地,所述第二换热管路包括补热支路,所述补热支路的一端与所述第一换热管路相连通,所述补热支路的另一端与所述液箱相连通。
可选地,还包括热源管路和换热器,所述热源管路和所述补热支路通过所述换热器进行换热。
可选地,所述热源管路内的液体为所述集装箱制氢系统所使用的碱液。
可选地,所述补热支路包括并联设置的主流路和换热流路,所述换热流路与所述热源管路通过所述换热器进行换热。
可选地,还包括第一控制阀,用于控制所述主流路和所述换热流路的流量分配。
可选地,所述第二换热管路还包括补冷支路,所述补冷支路与所述补热支路相互独立,或者,所述补冷支路与所述补热支路相连通。
可选地,所述补冷支路包括冷液进管和循环出管;还包括第二控制阀和第三控制阀,所述冷液进管通过所述第二控制阀与所述主流路相连通,所述循环出管通过所述第三控制阀与所述主流路相连通。
可选地,还包括电加热器,所述电机热器设置在所述液箱内。
可选地,所述液箱的内壁面和/或外壁面还配置有隔热层。
可选地,所述循环回路还设置有泵体、过滤器和单向阀,所述液箱设置有排气阀,且所述液箱还配置有液位检测部件。
附图说明
图1为本实用新型所提供集装箱制氢系统的环控系统的一种具体实施方式的结构示意图;
图2为图1在补热模式下的换热液体的流动路线图;
图3为图1在补冷模式下的换热流体的流动路线图;
图4为图1在自循环模式下的换热流体的流动路线图。
图1-图4中的附图标记说明如下:
100集装箱、101换热器件、102第一测温部件;
1液箱、11第二测温部件、12电加热器、13第一液位检测部件、14第二液位检测部件、15排气阀;
2循环回路、21第一换热管路、211换热支路、211a第一流量调节阀、22第二换热管路、221第二流量调节阀、222补热支路、222a主流路、222b换热流路、223热源管路、224换热器、225第一控制阀、226补冷支路、226a冷液进管、226b循环出管、227第二控制阀、228第三控制阀、23泵体、24过滤器、25单向阀。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案,下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
本文中所述“若干”是指数量不确定的多个,通常为两个以上;且当采用“若干”表示某几个部件的数量时,并不表示这些部件在数量上的相互关系。
本文中所述“第一”、“第二”等词,仅是为了便于描述结构和/或功能相同或者相类似的两个以上的结构或者部件,并不表示对于顺序和/或重要性的某种特殊限定。
请参考图1-图4,图1为本实用新型所提供集装箱制氢系统的环控系统的一种具体实施方式的结构示意图,图2为图1在补热模式下的换热液体的流动路线图,图3为图1在补冷模式下的换热流体的流动路线图,图4为图1在自循环模式下的换热流体的流动路线图。
如图1所示,本实用新型提供一种环控系统,用于集装箱制氢系统的温度控制。集装箱制氢系统包括若干集装箱100,各集装箱100内均配置有制氢相关的零部件设备,各集装箱100内的零部件设备可以相同,也可以不同,这具体与实际应用时各零部件设备的分布设计有关。这些零部件设备在使用过程中需要保持一定的温度,以便保证工作的效率。因此,集装箱100内还配置有换热器件101,用于对集装箱100内的温度进行控制。
各集装箱100内所设置换热器件101的种类可以不作限定,只要能够实现对于集装箱100内的温度进行换热控制即可。例如,该换热器件101可以为辐射板、盘管、暖气片等。
上述环控系统包括液箱1和循环回路2。液箱1内存储有换热液体,该换热液体可以为水,也可以为其他种类的液体,在此不作限定。循环回路2包括第一换热管路21,第一换热管路21可以连通液箱1以及各集装箱100内部的换热器件101。
采用上述方案,换热液体在液箱1以及第一换热管路21内流动时,可以遍历各集装箱100内的换热器件101,从而实现对于各集装箱100内环境温度的整体控制,能够简化控制过程;同时,该环控系统仅使用换热液体进行换热,相比于现有技术中电加热、空调、风扇等多种换热部件并存的方案,本实用新型所提供环控系统的换热形式统一,能够方便安装和维护,且噪音较小。
在实际使用中,根据不同集装箱100内温度的差异,换热液体在不同集装箱100内所发挥的作用可以不同。在温度相对较高的集装箱100内,该换热液体可以吸收集装箱100内的热量,以对集装箱100进行制冷;在温度相对较低的集装箱100内,该换热液体可以吸收集装箱100内的冷量,以对集装箱100进行制热;这样,使用同一换热液体即可以分别实现制冷和制热的功能。
并且,在普遍制冷的需求下(如在夏天应用时),若存在集装箱100需要制热,换热液体在该集装箱100内流过时,可以将该集装箱100内的冷量带走,以辅助制冷,还能够降低能量的消耗;同样地,在普遍制热的需求下(如在冬天应用时),若存在集装箱100需要制冷,换热液体在该集装箱100内流过时,也可以将该集装箱100内的热量带走,以辅助制热,也能够降低能量的消耗。这样,无需外界提供热量或者冷量,仅依靠换热液体在循环回路2内的自循环即可以平衡各集装箱100内的温度,以实现控温,并可以降低能耗。
另外,液箱1作为换热液体的存储箱,其还具备蓄能的功能,能够存储过剩的热量或者冷量。这样,当再次使用时,无需外界提供热量或者冷量,本实用新型所提供环控系统即可具备一定的控温能力,这同样有利于降低能耗。
为了充分发挥液箱1蓄能的性能,液箱1的内壁面和/或外壁面可以设置有隔热层(图中未示出),用于减少液箱1内换热液体与外界环境之间的热交换量,进而可以提高液箱1的保温性能。这里,本实用新型实施例并不限定隔热层的材质,具体实践中,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择;例如,该隔热层的材料可以为玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐、气凝胶毡、真空板等。
请继续参照图1,第一换热管路21可以包括并联设置的若干换热支路211,换热支路211的数量可以与集装箱100的数量相一致,且各换热支路211与各集装箱100可以一一对应进行装配,即一个集装箱100可以接入一条换热支路211。如此,换热支路211的数量可以相对较少,本实用新型所提供环控系统的结构形式可以相对简单。
除此之外,也可以是将换热支路211和换热器件101设置为一一对应,即可以是一个换热器件101对应连接一条换热支路211。这样,在一个集装箱100设置有多个换热器件101时,该集装箱100就需要接入多条换热支路211,这种实施方式下,相当于各换热器件101均是直接与液箱1相连通,各换热器件101所引入的换热液体均直接来自液箱1,各换热器件101的换热能力可以较强。
在一些可选的实施方式中,各换热支路211均可以设置有第一流量调节阀211a,各集装箱100内均可以设置有第一测温部件102。第一测温部件102用于采集各集装箱100内的实时温度,根据该实时温度可以调整第一流量调节阀211a开度,以便调整进入相应换热支路211内的换热液体的流量,进而可以更好地满足不同集装箱100的换热需求。
第一测温部件102和第一流量调节阀211a的种类在此不作限定,具体实践中,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择,只要能够满足使用的要求即可。例如,第一测温部件102可以为热电偶、热电阻、热敏电阻等;第一流量调节阀211a可以为手动控制阀,或者,也可以为自动控制的阀体,具体到本实用新型实施例中,优选采用后者中的方案,以便根据第一测温部件102所测得的温度实时地进行流量调节,具体而言,该第一流量调节阀211a可以为电磁阀、电动阀等。
在一些可选的实施方式中,上述环控系统还可以包括第二测温部件11,用于检测液箱1内换热液体的温度;循环回路2还可以包括第二换热管路22,第二换热管路22用于和液箱1相连通,以对液箱1内的换热液体进行补热或者补冷,进而可以对液箱1内换热液体的温度进行调控;第二换热管路22可以设置有第二流量调节阀221,用于调整进入第二换热管路22的换热液体的流量。第二测温部件11、第二流量调节阀221的结构形式可以参见前述的第一测温部件102和第一流量调节阀211a,在此不做重复性的说明。
在具体实践中,可以通过第二测温部件11对液箱1内换热液体的温度进行监控,当液箱1内换热液体的温度过高不足以满足制冷要求时,或者当液箱1内换热液体的温度过低不足以满足制热要求时,可以开启第二流量调节阀221,以通过第二换热管路22为换热液体进行补冷或者补热。第二流量调节阀221的开度与第二测温部件11所测得的温度、液箱1内换热液体的设定温度存在关联。
第二换热管路22和第一换热管路21可以相互独立,此时,第二换热管路22和第一换热管路21可以分别与液箱1相连通。或者,第二换热管路22和第一换热管路21也可以相互连接,此时,第二换热管路22和第一换热管路21可以共用部分的管道,能够缩减整个循环回路2的管路长度,进而可以简化结构。
具体到附图的实施方式中,如图1所示,该环控系统可以采用第二换热管路22和第一换热管路21相互连接的方案。详细地,第二换热管路22可以包括补热支路222,补热支路222的一端可以与第一换热管路21相连通,以通过第一换热管路21的部分管道间接地与液箱1相连通,补热支路222的另一端则可以直接与液箱1相连通;当然,补热支路222的另一端也可以是与第一换热管路21相连通。补热支路22可以对液箱1内的换热液体进行补热,以提高换热液体的温度。
补热支路222接入第一换热管路21的位置可以不作限定,具体实践中,本领域技术人员可以根据实际需要进行配置。在附图的实施方式中,如图1所示,补热支路222接入第一换热管路21的位置可以是处于各换热器件101的上游,这样,可以是将进入集装箱100进行换热前的部分换热液体导入补热支路222内进行补热。
补热支路222进行补热的方式可以是多样的,例如,可以是电加热、利用换热器进行换热等。具体到本实用新型实施例中,优选采用利用换热器进行换热的方案,以减少补热过程中的噪音。
详细地,如图1所示,本实用新型所提供环控系统还可以包括热源管路223和换热器224。换热器224具体可以为板式换热器等,换热器24的内部设置有两条相隔离的流路。热源管路223和补热支路222可以分别与这两条流路相连通,以通过该换热器224进行换热,从而可以提升补热支路222内换热液体的温度。
这里,本实用新型实施例并不限定热源管路223的热量来源,具体实施时,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择,只要能够满足实际的使用需求即可。
作为一种优选的方案,热源管路223内的补热液体为可以碱液。碱液是电解制氢工艺中的循环溶液,在电解制氢过程中,除了产生氢气和氧气外,还会产生大量的热量,这就导致自电解槽排出的循环碱液具有较高的温度,通常可以达到95℃,携带大量的废热,若不加以利用,必然导致能量的浪费。基于此,本实用新型所提供环控系统中的热源管路223可以采用制氢过程中的碱液作为补热液体,以充分地利用碱液废热,从而可以降低能源消耗,并节省整个环控系统的运行费用。
补热支路222内的换热液体可以全部和热源管路223进行换热。
或者,也可以仅存在部分的换热液体和热源管路223进行换热,此时,补热支路222可以包括并联设置的主流路222a和换热流路222b,其中,可以仅换热流路222b和热源管路223进行换热。
进一步地,还可以包括第一控制阀225,第一控制阀225可以设置在主流路222a和换热流路222b的分流处,用于控制主流路222a和换热流路222b的流量分配。第一控制阀225具体可以为三通阀,并且优选采用自动控制的阀体,如电动阀、电磁阀等;当然,在具体实践中,手动控制阀也是可以使用的。
事实上,第一控制阀225的设置位置并不局限于主流路222a和换热流路222b的分流处,其还可以设置在其他位置,只要能够实现流量分配的技术目的即可。例如,第一控制阀225也可以直接设置于换热流路222b,以单独对换热流路222b的流量进行控制,此时,第一控制阀225可以为双向导通阀;或者,第一控制阀225的数量还可以为两个,两个第一控制阀225可以分别设置于主流路222a和换热流路222b,以对这两个流路进行分别控制,此时,两个的第一控制阀225均可以为双向导通阀。
第二换热管路22还可以包括补冷支路226,用于为液箱1内的换热液体补充冷量。补冷支路226可以与补热支路222相互独立;或者,也可以相互连接,这样,补冷支路226和补热支路222可以共用一部分的管道,以简化管路设计。
在附图的实施方式中,如图1所述,补冷支路226可以包括冷液进管226a和循环出管226b,冷液进管226a和循环出管226b可以分别接入补热支路222,具体可以是接入前述的主流路222a。
进一步地,还可以包括第二控制阀227和第三控制阀228,冷液进管226a可以通过第二控制阀227与主流路222a相连通,循环出管226b可以通过第三控制阀228与主流路222a相连通。通过第二控制阀227和第三控制阀228可以分别控制冷液进管226a、循环出管226b的启闭以及开度。第二控制阀227、第三控制阀228的结构形式可以参见前述有关第一控制阀225处的描述,在此不做重复性的说明。
液冷进管226a用于向液箱1中导入低温冷液,低温冷液的来源在此可以不做限定。在一种示例性的方案中,该低温冷液可以是来自冷却塔,冷却塔为制氢系统所配置的常规冷源,如此,本实用新型所提供环控系统无需单独配置冷源,使用更为便捷,且成本可以较低。
进一步地,还可以包括电加热器12,用于对液箱1内的换热液体进行电加热。电加热器12主要是在制氢系统停机时使用,以应对无碱液可以利用时需要对换热液体进行加热的情形。
循环回路2还可以设置有泵体23、过滤器24和单向阀25,泵体23用于为换热液体提供循环动力,过滤器24则用于滤除换热液体内的杂质,单向阀25用于保证换热液体的流动方向。
液箱1设置有排气阀15,用于排出系统中的空气。
液箱1还配置有液位检测部件,用于检测液位,以便判断是否需要补液、以及是否补液到位。液位检测部件的数量和种类在此不作限定,只要能够实现相应的技术效果即可。
在图1的实施方式中,液位检测部件的数量可以为两个,为便于描述,可以分别称之为第一液位检测部件13和第二液位检测部件14。第一液位检测部件13和第二液位检测部件14均装配于液箱1,在液箱1内的液位低于第二液位检测部件14的位置时,可以向液箱1内进行补液,在液箱1内的液位高于第一液位检测部件13的位置时,补液完成。补液的管路可以为前述的液冷进管226a,也可以配置专用管路。
以下本实用新型实施例还将结合具体附图对该环控系统的几种运行工况进行说明。
1)补热工况
结合图2,第一控制阀225、第二控制阀227均可以为三通阀,其中,第一控制阀225具有e、d、f三个接口,第二控制阀227具有a、b、c三个接口。补热工况主要是应用在制氢系统在冬季运行条件下需要制热的场景下。
一并参考图1,在该工况下,液箱1内的换热液体依次流经过滤器24、泵体23、单向阀25后进行分流,其中:一部分经过第一流量调节阀211a流向各换热器件101中,并在各集装箱100内进行换热后回流至液箱1内,各第一流量调节阀211a的开度依据各集装箱100内的温度进行确定;另一部分则通过第二流量控制阀221进入补热支路222中,第一控制阀225的e、d、f三个接口均可以打开,以将换热液体通入主流路222a和换热流路222b中,并可以调整流量分配,热源管路223可以通入碱液,以对换热流路222b内的换热液体进行补热,主流路222a和换热流路222b内的换热流体汇流后可通过第二控制阀227的c、b接口回流至液箱1内。第二控制阀227的a接口处于关闭状态,第三控制阀228处于关闭状态。
2)补冷工况
补冷工况主要是应用在制氢系统在夏季运行条件下需要制冷的场景下。
结合图3和图1,在该工况下,第一控制阀的d接口可以关闭,以阻断换热流路222b,第二控制阀的c接口可以关闭;冷液进管226a可以将低温冷液通过第二控制阀227的a、b两个接口补入液箱1中;液箱1内的换热液体在经过过滤器24、泵体23、单向阀25后可以进行分流,其中的一部分流入第一换热管路21中进行换热循环,其中的另一部分则依次经过第二控制阀225的e、f两个接口以及第三控制阀228,并经由循环出管226b排出。
3)自循环工况
自循环工况主要是应用于制氢系统冬季/夏季停机的场景下,以利用液箱1所蓄积的能量对集装箱100内的温度进行控制。
结合图4和图1,在该工况下,第二流量调节阀221、第二控制阀227均处于关闭状态。液箱1内的换热液体流经过滤器24、泵体23以及单向阀25后,仅是通过第一流量调节阀211a进入第一换热管路21,参与各集装箱100内的换热控温。
在液箱1内所蓄积的热量不足时,还可以启动电加热器12,对液箱1内的换热液体进行补热。在液箱1内所蓄积的冷量不足时,也可以启动第二流量调节阀221、第二控制阀227,以适当的补充冷量。
以上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 (15)
1.一种集装箱制氢系统的环控系统,所述集装箱制氢系统包括若干集装箱(100),所述集装箱(100)内设置有换热器件(101),其特征在于,所述环控系统包括液箱(1)和循环回路(2),所述循环回路(2)包括第一换热管路(21),所述第一换热管路(21)连通所述液箱(1)以及各所述换热器件(101)。
2.根据权利要求1所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,所述第一换热管路(21)包括并联设置的若干换热支路(211),所述换热支路(211)的数量与所述集装箱(100)的数量相一致,且各所述换热支路(211)与各所述集装箱(100)一一对应装配。
3.根据权利要求2所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,各所述换热支路(211)均设置有第一流量调节阀(211a),各所述集装箱(100)内均设置有第一测温部件(102)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,所述环控系统还包括第二测温部件(11),用于检测所述液箱(1)内换热液体的温度;
所述循环回路(2)还包括第二换热管路(22),所述第二换热管路(22)和所述液箱(1)相连通,用于对所述换热液体进行补冷或者补热,所述第二换热管路(22)设置有第二流量调节阀(221)。
5.根据权利要求4所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,所述第二换热管路(22)的至少一端与所述第一换热管路(21)相连通。
6.根据权利要求5所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,所述第二换热管路(22)包括补热支路(222),所述补热支路(222)的一端与所述第一换热管路(21)相连通,所述补热支路(222)的另一端与所述液箱(1)相连通。
7.根据权利要求6所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,还包括热源管路(223)和换热器(224),所述热源管路(223)和所述补热支路(222)通过所述换热器(224)进行换热。
8.根据权利要求7所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,所述热源管路(223)内的液体为所述集装箱制氢系统所使用的碱液。
9.根据权利要求7所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,所述补热支路(222)包括并联设置的主流路(222a)和换热流路(222b),所述换热流路(222b)与所述热源管路(223)通过所述换热器(224)进行换热。
10.根据权利要求9所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,还包括第一控制阀(225),用于控制所述主流路(222a)和所述换热流路(222b)的流量分配。
11.根据权利要求9所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,所述第二换热管路(22)还包括补冷支路(226),所述补冷支路(226)与所述补热支路(222)相互独立,或者,所述补冷支路(226)与所述补热支路(222)相连通。
12.根据权利要求11所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,所述补冷支路(226)包括冷液进管(226a)和循环出管(226b);
还包括第二控制阀(227)和第三控制阀(228),所述冷液进管(226a)通过所述第二控制阀(227)与所述主流路(222a)相连通,所述循环出管(226b)通过所述第三控制阀(228)与所述主流路(222a)相连通。
13.根据权利要求1-3中任一项所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,还包括电加热器(12),所述电加热器(12)设置在所述液箱(1)内。
14.根据权利要求1-3中任一项所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,所述液箱(1)的内壁面和/或外壁面还配置有隔热层。
15.根据权利要求1-3中任一项所述集装箱制氢系统的环控系统,其特征在于,所述循环回路(2)还设置有泵体(23)、过滤器(24)和单向阀(25),所述液箱(1)设置有排气阀(15),且所述液箱(1)还配置有液位检测部件。
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