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CN107101297A - 利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统 - Google Patents

利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统 Download PDF

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CN107101297A
CN107101297A CN201710240028.6A CN201710240028A CN107101297A CN 107101297 A CN107101297 A CN 107101297A CN 201710240028 A CN201710240028 A CN 201710240028A CN 107101297 A CN107101297 A CN 107101297A
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water pipe
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Abstract

本发明公开的利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统，包括有连接在一起的冷热源供应一体化系统和外冷式露点间接‑直接蒸发冷却空调机组，外冷式露点间接‑直接蒸发冷却空调机组分别与房间内设置的散流单元a、散流单元b连接，且散流单元a位于房间内的吊顶层中，散流单元b位于房间内靠近天花板处。本发明的集中式空调系统，充分利用三种清洁可再生自然环境低品位能源实现供冷、供热以及通风，不仅能有效降低空调系统的运行能耗，还能提高空调系统运行的稳定性。

Description

利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统
技术领域
本发明属于空调系统技术领域，具体涉及一种利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统。
背景技术
现今，我国城市化发展速度非常快，空调区域广，对舒适性要求也有相应的提升，导致空调系统运行能耗急剧增加。
现有的传统机械式制冷空调系统在运行过程中会消耗大量的高品位能源，而对可再生的自然环境低品位能源利用率低。随着社会发展，传统机械式制冷空调系统与国家节能环保策略和可持续发展战略背道而驰。如何充分利用自然环境低品位能源降低空调系统能耗是近年来研究的热点和重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统，充分利用三种清洁可再生自然环境低品位能源实现供冷、供热以及通风，不仅能有效降低空调系统的运行能耗，还能提高空调系统运行的稳定性。
本发明所采用的技术方案是，利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统，包括有连接在一起的冷热源供应一体化系统和外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组，外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组分别与房间内设置的散流单元a、散流单元b连接，且散流单元a位于房间内的吊顶层中，散流单元b位于房间内靠近天花板处。
本发明的特点还在于：
本发明利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统，还包括设置于房间墙壁上的排风窗，且排风窗内设置有排风器。
冷热源供应一体化系统，由冷热源机房及分别与冷热源机房连接的地埋管换热器、太阳能集热器构成；冷热源机房与外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组连接。
冷热源机房，包括有机房本体，且在机房本体内分别设置太阳能热水机组、地埋管地源热泵机组及定压补水装置；地埋管地源热泵机组分别通过地缘侧循环水管a、地缘侧循环水管b与地埋管换热器连接构成循环回路；太阳能热水机组分别通过第一水管、第二水管与太阳能集热器连接构成循环回路，第二水管通过第四水管与定压补水装置连接，太阳能热水机组还依次通过第三水管、供水管与外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组连接，第三水管通过第五水管与地埋管地源热泵机组连接；地埋管地源热泵机组依次通过第六水管、第七水管与第四水管连接，第六水管与第七水管的连通处通过回水管与外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组连接。
地缘侧循环水管a上分别设置有地缘侧循环水泵及地缘侧水处理器；第二水管上分别设置有循环水泵及水处理器；第三水管上设置有阀门b；第四水管上设置有阀门d；第五水管上设置有阀门a；第六水管上分别设置有空调侧循环水泵、空调侧水处理器；第七水管上设置有阀门c。
外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有新风口、送风口，送风口通过送风管与散流单元b连接；机组壳体内按照空气进入后流动方向依次设置有新风过滤器、露点间接蒸发冷却器、填料式直接蒸发冷却器、表冷器\加热器及送风机，且在新风过滤器与露点间接蒸发冷却器之间形成新回风混合室，新回风混合室上部对应的机组壳体顶壁上设置有回风口，新回风混合室下部对应的机组壳体底部设置有排风口，露点间接蒸发冷却器上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次空气排风口，二次空气排风口通过二次空气送风管与散流单元a连接；表冷器\加热器分别与供水管、回水管连接，表冷器\加热器还连接凝结水管。
散流单元a由第一供风管道和多个均匀设置于第一供风管道上的二次空气送风散流口构成，且第一供风管道与二次空气送风管连接；散流单元b由第二供风管道和多个均匀设置于第二供风管道上的送风散流口构成，且第二供风管道与送风管连接。
新风口内设置有新风阀；送风口内设置有送风阀；二次空气排风口内设置有二次空气排风阀；送风机采用吸入式变频风机。
露点间接蒸发冷却器，包括有叉流式换热芯体，叉流式换热芯体的上方依次设置有布水器a、挡水板a，叉流式换热芯体的下方设置有集水箱a，布水器a通过蓄水管a与集水箱a连接，蓄水管a上分别设置有潜水泵a、水过滤器a及阀门e，且潜水泵a和水过滤器a均位于集水箱a内；集水箱a内设置有浮球阀a，集水箱a还连接有补水管a。
填料式直接蒸发冷却器，包括有填料，填料的上方依次设置有布水器b、挡水板b，填料的下方设置有集水箱b，布水器b通过蓄水管b与集水箱b连接，蓄水管b上分别设置有潜水泵b、水过滤器b及阀门f，且潜水泵b和水过滤器b均位于集水箱b内；
集水箱b内设置有浮球阀b，集水箱b还连接有补水管b。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的集中式空调系统，将蒸发冷却技术、地埋管地源热泵技术及太阳能供热技术三者相耦合，冷/热源均为健康的清洁可再生自然环境低品位能源，实现了干空气能、地热能及太阳能三者能源互补；与传统的集中式空调系统相比，不采用传统机械制冷，系统的能效比高，初投资和运行费用低，能从根源上降低空调系统能耗。
(2)在本发明的集中式空调系统中设置有外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组；其中的露点间接蒸发冷却器采用叉流式换热芯体，整个空调机组的结构紧凑且占地空间小，能将被处理空气等湿冷却到其湿球温度以下，与一般间接蒸发冷却器相比，打破被处理空气只能等湿冷却到其湿球温度的限制，使被处理空气的温度能逼近其进风的露点温度，充分发挥蒸发冷却技术的降温潜力。
(3)本发明的集中式空调系统，还将露点间接蒸发冷却器中原本排走的二次空气引进房间内吊顶层中，用于消除吊顶层处灯具照明时产生的高显热，有效避免能量的浪费。
(4)本发明的集中式空调系统中，外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组能有效承担部分冷负荷，太阳能热水机组能有效承担部分热负荷，从而减少地埋管地源热泵的埋管数量，解决冷热不平衡、埋管数量多引起的初投资高及运行管理复杂的问题，并能有效改善地埋管地源热泵机组单独长久使用能效比下降的问题，能明显提高空调系统运行的可靠性。
附图说明
图1是本发明集中式空调系统的结构示意图；
图2是本发明集中式空调系统内冷热源供应一体化系统的结构示意图；
图3是本发明集中式空调系统内外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组的结构示意图。
图中，1.冷热源机房，2.地埋管地源热泵机组，3.地埋管换热器，4.地缘侧循环水管a，5.地缘侧循环水泵，6.地缘侧水处理器，7.空调侧循环水泵，8.空调侧水处理器，9.机房本体，10.阀门a，11.太阳能热水机组，12.太阳能集热器，13.循环水泵，14.水处理器，15.阀门b，16.供水管，17.回水管，18.定压补水装置，19.阀门c，20.阀门d，21.外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组，22.排风窗，23.新风口，24.新风阀，25.新风过滤器，26.新回风混合室，27.回风口，28.排风口，29.地缘侧循环水管b，30.叉流式换热芯体，31.布水器a，32.挡水板a，33.二次空气排风口，34.二次空气排风阀，35.二次空气送风管，36.集水箱a，37.补水管a，38.浮球阀a，39.潜水泵a，40.水过滤器a，41.阀门e，42.蓄水管a，43.机组壳体，44.填料，45.布水器b，46.集水箱b，47.浮球阀b，48.补水管b，49.水过滤器b，50.潜水泵b，51.挡水板b，52.阀门f，53.蓄水管b，54.表冷器\加热器，55.凝结水管，56.送风机，57.送风口，58.送风阀，59.送风管，60.二次空气送风散流口，61.送风散流口，62.吊顶层，63.排风器，64.房间，65.散流单元a，66.散流单元b，G1.第一水管，G2.第二水管，G3.第三水管，G4.第四水管，G5.第五水管，G6.第六水管，G7.第七水管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统，如图1所示，包括有连接在一起的冷热源供应一体化系统和外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21，外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21分别与房间64内设置的散流单元a65、散流单元b66连接，且散流单元a65位于房间64内的吊顶层62中(将露点间接蒸发冷却器中原本排走的二次空气引进房间内吊顶层中，用于消除吊顶层处灯具照明时产生的高显热，有效避免能量的浪费)，散流单元b66位于房间64内靠近天花板处；还包括有设置于房间64墙壁上的排风窗22，且排风窗22内设置有排风器63，可用于排出房间64内的热风或者冷风。
冷热源供应一体化系统，如图1及图2所示，由冷热源机房1及分别与冷热源机房1连接的地埋管换热器3、太阳能集热器12构成；冷热源机房1与外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21连接。
冷热源机房1，如图2所示，包括有机房本体9，且在机房本体9内分别设置太阳能热水机组11、地埋管地源热泵机组2及定压补水装置18；地埋管地源热泵机组2分别通过地缘侧循环水管a4、地缘侧循环水管b29与地埋管换热器3连接构成循环回路；太阳能热水机组11分别通过第一水管G1、第二水管G2与太阳能集热器12连接构成循环回路，第二水管G2通过第四水管G4与定压补水装置18连接，太阳能热水机组11还依次通过第三水管G3、供水管16与外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21连接，第三水管G3通过第五水管G5与地埋管地源热泵机组2连接；地埋管地源热泵机组2依次通过第六水管G6、第七水管G7与第四水管G4连接，第六水管G6与第七水管G7的连通处通过回水管17与外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21连接。
地缘侧循环水管a4上分别设置有地缘侧循环水泵5及地缘侧水处理器6；第二水管G2上分别设置有循环水泵13及水处理器14；第三水管G3上设置有阀门b15；第四水管G4上设置有阀门d20；第五水管G5上设置有阀门a10；第六水管上分别设置有空调侧循环水泵7、空调侧水处理器8；第七水管G7上设置有阀门c19。
外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21，如图3所示，包括有机组壳体43，机组壳体43相对的两侧壁上分别设置有新风口23、送风口57，送风口57通过送风管59与散流单元b66连接；机组壳体43内按照空气进入后流动方向依次设置有新风过滤器25、露点间接蒸发冷却器、填料式直接蒸发冷却器、表冷器\加热器54及送风机56，且在新风过滤器25与露点间接蒸发冷却器之间形成新回风混合室26，新回风混合室26上部对应的机组壳体43顶壁上设置有回风口27，新回风混合室26下部对应的机组壳体43底部设置有排风口28，露点间接蒸发冷却器上方对应的机组壳体43顶壁上设置有二次空气排风口33，二次空气排风口33通过二次空气送风管35与散流单元a65连接；表冷器\加热器54分别与供水管16、回水管17连接；表冷器\加热器54还连接凝结水管55。
散流单元a65由第一供风管道和多个均匀设置于第一供风管道上的二次空气送风散流口60构成，且第一供风管道与二次空气送风管35连接；散流单元b66由第二供风管道和多个均匀设置于第二供风管道上的送风散流口61构成，且第二供风管道与送风管59连接；其中的二次空气送风散流口60和送风散流口61均成方形。
新风口23内设置有新风阀24；送风口57内设置有送风阀58；二次空气排风口33内设置有二次空气排风阀34。
送风机56采用吸入式变频风机。
露点间接蒸发冷却器，如图2所示，包括有叉流式换热芯体30；叉流式换热芯体30的上方依次设置有布水器a31、挡水板a32，叉流式换热芯体30的下方设置有集水箱a36，布水器a31通过蓄水管a42与集水箱a36连接，蓄水管a42上分别设置有潜水泵a39、水过滤器a40及阀门e41，且潜水泵a39和水过滤器a40均位于集水箱a36内；集水箱a36内设置有浮球阀a38，集水箱a36还连接有补水管a37。
填料式直接蒸发冷却器，如图2所示，包括有填料44，填料44的上方依次设置有布水器b45、挡水板b51，填料44的下方设置有集水箱b46，布水器b45通过蓄水管b53与集水箱b46连接，蓄水管b53上分别设置有潜水泵b50、水过滤器b49及阀门f52，且潜水泵b50和水过滤器b49均位于集水箱b46内；集水箱b46内设置有浮球阀b47，集水箱b46还连接有补水管b48。
本发明利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统，其工作过程具体如下：
(一)在夏季运行时(供冷)：
(1)当室外空气状态点落在室内空气状态点左侧时，开启内部的外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21，在此工况下的冷源是干空气能；
室外新风经新风口23进入外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21内，由新风过滤器25对室外新风进行过滤，形成洁净的空气；洁净的空气进入露点间接蒸发冷却器内进行等湿降温处理，之后进入填料式直接蒸发冷却器内进行等焓加湿处理，形成冷空气；冷空气在送风机56(吸入式变频风机)的动力作用下经送风口57送出，之后经送风管59送入房间64内，由天花板处的散流单元b66将空气均匀分散于房间64内；而露点间接蒸发冷却器产生的二次空气通过二次空气排风口33进入二次空气送风管35中，再由二次空气送风管35送入房间64内设置的散流单元a65内，由散流单元a65散流于房间64内吊顶层62中，用于消除吊顶层处灯具照明时产生的高显热。
(2)当室外空气状态点落在室内空气状态点右侧时，开启冷热源机房1内的地埋管地源热泵机组2和定压补水装置18,开启外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21中的新风过滤器25、露点间接蒸发冷却器、表冷器\加热器54及送风机56，在此工况下干空气能和地热能耦合使用：
开启冷热源机房1中的地埋管地源热泵机组2，用于为外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21中表冷器\加热器54(这里用作表冷器使用)提供所需要的冷冻水，此时阀门a10开启，阀门b15关闭；同时开启定压补水装置18，用于为地埋管地源热泵机组2定压补水，此时阀门c19开启，阀门d20关闭；
室外新风通过新风口23进入外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21内，由新风过滤器25对其进行过滤，形成洁净的空气；洁净的空气进入露点间接蒸发冷却器内进行等湿降温处理，之后进入表冷器\加热器54(这里作为表冷器使用)内进行冷却除湿处理，形成冷风；冷风在送风机56(吸入式变频风机)的动力作用下经送风口57送出，之后经送风管59送入房间64内，由天花板处的散流单元b66将空气均匀分散于房间64内；而露点间接蒸发冷却器产生的二次空气通过二次空气排风口33进入二次空气送风管35中，再由二次空气送风管35送入房间64内设置的散流单元a65内，由散流单元a65散流于房间64内吊顶层62中，用于消除吊顶层处灯具照明时产生的高显热。
(二)在冬季运行时(供热)：
开启冷热源机房1内的地埋管地源热泵机组2、太阳能热水机组11和定压补水装置18，并开启外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21中的新风过滤器25、新回风混合室26、填料式直接蒸发冷却器、表冷器\加热器54(这里用做加热器)以及送风机56，此工况下干空气能、地热能及太阳能三者耦合使用：
开启的冷热源机房1中的太阳能热水机组11，用于为外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21中的表冷器\加热器54(这里用做加热器)提供所需要的热水；若室外气象条件恶劣，太阳能热水机组11达不到设计要求时，开启地埋管地源热泵机组2、阀门b15和阀门a10，为外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21中表冷器\加热器54(这里用做加热器)提供所需要的热水；同时开启定压补水装置18、阀门d20和阀门c19，为地埋管地源热泵机组2和太阳能热水机组11定压补水；此时，室外新风通过新风口23进入外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21内：由新风过滤器25对其进行过滤，形成洁净的空气；洁净的空气进入新回风混合室26与回风进行混合处理，形成新回混合风；新回混合风进入填料式直接蒸发冷却器内进行等焓加湿处理，接着由表冷器\加热器54(这里用做加热器)进行等湿加热处理，形成热风；热风在送风机56(吸入式变频风机)的动力作用下经送风口57送出，之后经送风管59送入房间64内，由天花板处的散流单元b66将空气均匀分散于房间64内。
(三)过渡季节运行时(通风)：
可根据实际情况(室外空气温湿度满足要求)只开启外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21中的新风过滤器25和送风机56；
室外新风通过新风口23进入外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组21内，首先由新风过滤器25对其进行过滤，形成洁净的空气；然后洁净的空气在送风机56(吸入式变频风机)的动力作用下经送风口57送出，之后经送风管59送入房间64内，由天花板处的散流单元b66将空气均匀分散于房间64内。
本发明利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统，可根据不同的室外气象条件和不同室内环境要求，通过不同冷热源的互补为其空调系统提供能量，充分利用自然环境低品位能源能降低空调系统的能耗，使空调系统能可靠及高效运行。

Claims (10)

1.利用空气能、地热能及太阳能的集中式空调系统，其特征在于，包括有连接在一起的冷热源供应一体化系统和外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组(21)，所述外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组(21)分别与房间(64)内设置的散流单元a(65)、散流单元b(66)连接，且所述散流单元a(65)位于房间(64)内的吊顶层(62)中，所述散流单元b(66)位于房间(64)内靠近天花板处。
2.根据权利要求1所述的集中式空调系统，其特征在于，还包括设置于房间(64)墙壁上的排风窗(22)，且所述排风窗(22)内设置有排风器(63)。
3.根据权利要求1或2所述的集中式空调系统，其特征在于，所述冷热源供应一体化系统，由冷热源机房(1)及分别与冷热源机房(1)连接的地埋管换热器(3)、太阳能集热器(12)构成；
所述冷热源机房(1)与外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组(21)连接。
4.根据权利要求3所述的集中式空调系统，其特征在于，所述冷热源机房(1)，包括有机房本体(9)，且在所述机房本体(9)内分别设置太阳能热水机组(11)、地埋管地源热泵机组(2)及定压补水装置(18)；
所述地埋管地源热泵机组(2)分别通过地缘侧循环水管a(4)、地缘侧循环水管b(29)与地埋管换热器(3)连接构成循环回路；所述太阳能热水机组(11)分别通过第一水管(G1)、第二水管(G2)与太阳能集热器(12)连接构成循环回路，所述第二水管(G2)通过第四水管(G4)与定压补水装置(18)连接，所述太阳能热水机组(11)还依次通过第三水管(G3)、供水管(16)与外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组(21)连接，所述第三水管(G3)通过第五水管(G5)与地埋管地源热泵机组(2)连接；所述地埋管地源热泵机组(2)依次通过第六水管(G6)、第七水管(G7)与第四水管(G4)连接，所述第六水管(G6)与第七水管(G7)的连通处通过回水管(17)与外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组(21)连接。
5.根据权利要求4所述的集中式空调系统，其特征在于，所述地缘侧循环水管a(4)上分别设置有地缘侧循环水泵(5)及地缘侧水处理器(6)；
所述第二水管(G2)上分别设置有循环水泵(13)及水处理器(14)；
所述第三水管(G3)上设置有阀门b(15)；
所述第四水管(G4)上设置有阀门d(20)；
所述第五水管(G5)上设置有阀门a(10)；
所述第六水管上分别设置有空调侧循环水泵(7)、空调侧水处理器(8)；
所述第七水管(G7)上设置有阀门c(19)。
6.根据权利要求4所述的集中式空调系统，其特征在于，所述外冷式露点间接-直接蒸发冷却空调机组(21)，包括有机组壳体(43)，机组壳体(43)相对的两侧壁上分别设置有新风口(23)、送风口(57)，所述送风口(57)通过送风管(59)与散流单元b(66)连接；
所述机组壳体(43)内按照空气进入后流动方向依次设置有新风过滤器(25)、露点间接蒸发冷却器、填料式直接蒸发冷却器、表冷器\加热器(54)及送风机(56)，且在所述新风过滤器(25)与露点间接蒸发冷却器之间形成新回风混合室(26)，所述新回风混合室(26)上部对应的机组壳体(43)顶壁上设置有回风口(27)，所述新回风混合室(26)下部对应的机组壳体(43)底部设置有排风口(28)，所述露点间接蒸发冷却器上方对应的机组壳体(43)顶壁上设置有二次空气排风口(33)，所述二次空气排风口(33)通过二次空气送风管(35)与散流单元a(65)连接；所述表冷器\加热器(54)分别与供水管(16)、回水管(17)连接，所述表冷器\加热器(54)还连接凝结水管(55)。
7.根据权利要求6所述的集中式空调系统，其特征在于，所述散流单元a(65)由第一供风管道和多个均匀设置于第一供风管道上的二次空气送风散流口(60)构成，且所述第一供风管道与二次空气送风管(35)连接；
所述散流单元b(66)由第二供风管道和多个均匀设置于第二供风管道上的送风散流口(61)构成，且所述第二供风管道与送风管(59)连接。
8.根据权利要求6所述的集中式空调系统，其特征在于，所述新风口(23)内设置有新风阀(24)；所述送风口(57)内设置有送风阀(58)；所述二次空气排风口(33)内设置有二次空气排风阀(34)；
所述送风机(56)采用吸入式变频风机。
9.根据权利要求6所述的集中式空调系统，其特征在于，所述露点间接蒸发冷却器，包括有叉流式换热芯体(30)，所述叉流式换热芯体(30)的上方依次设置有布水器a(31)、挡水板a(32)，所述叉流式换热芯体(30)的下方设置有集水箱a(36)，所述布水器a(31)通过蓄水管a(42)与集水箱a(36)连接，所述蓄水管a(42)上分别设置有潜水泵a(39)、水过滤器a(40)及阀门e(41)，且所述潜水泵a(39)和水过滤器a(40)均位于集水箱a(36)内；
所述集水箱a(36)内设置有浮球阀a(38)，所述集水箱a(36)还连接有补水管a(37)。
10.根据权利要求6所述的集中式空调系统，其特征在于，所述填料式直接蒸发冷却器，包括有填料(44)，所述填料(44)的上方依次设置有布水器b(45)、挡水板b(51)，所述填料(44)的下方设置有集水箱b(46)，所述布水器b(45)通过蓄水管b(53)与集水箱b(46)连接，所述蓄水管b(53)上分别设置有潜水泵b(50)、水过滤器b(49)及阀门f(52)，且所述潜水泵b(50)和水过滤器b(49)均位于集水箱b(46)内；
所述集水箱b(46)内设置有浮球阀b(47)，集水箱b(46)还连接有补水管b(48)。
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