醫(yī)用折疊冰箱設(shè)計(jì)

【作 者】孫建軍，魏建倉(cāng)，吳太虎，孟興菊

軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所，天津， 300161

0 引言

在突發(fā)性災(zāi)害醫(yī)學(xué)救援或戰(zhàn)傷救治中[1]，溫度對(duì)于醫(yī)用物資非常重要，要對(duì)所使用的藥品、生物制品、血液及血液制品[2]等溫度敏感物資進(jìn)行低溫保存，因此需要一款能適應(yīng)野外惡劣環(huán)境因素，且性能可靠、堅(jiān)固耐用、易于攜行和運(yùn)輸?shù)牡蜏乇?。在“汶川地震”和“玉?shù)地震”中部隊(duì)各級(jí)醫(yī)療單位和國(guó)家級(jí)醫(yī)療救援隊(duì)的醫(yī)用冰箱裝備相對(duì)單一，其容量小，制冷速度慢，勤務(wù)適應(yīng)性差[4]，難以滿足災(zāi)害救援或戰(zhàn)爭(zhēng)條件下醫(yī)用物資的低溫貯存條件[5]。據(jù)文獻(xiàn)[3][4]報(bào)導(dǎo)，早在1976年就有折疊式冰箱設(shè)計(jì)。英國(guó)軍方于2007年研制了新式的APRS可拆卸冰箱，用于5℃冷藏食品或藥品儲(chǔ)藏。APRS采用完全可拆卸結(jié)構(gòu)，其折疊需要將軟體保溫罩以及折疊框架從制冷主機(jī)上拆卸下來(lái)，折疊和組裝過(guò)程復(fù)雜，而且附件較多，不便于使用和保存。本文報(bào)告研制的醫(yī)用折疊冰箱，結(jié)合模塊化和一體化設(shè)計(jì)理念，保溫外罩、折疊框架與制冷主機(jī)有機(jī)集成，展收迅速，折收后攜運(yùn)方便。該設(shè)備采用壓縮機(jī)強(qiáng)迫冷風(fēng)循環(huán)結(jié)構(gòu)，制冷迅速均勻，儲(chǔ)藏室空間大，設(shè)計(jì)新穎，能夠滿足惡劣環(huán)境下醫(yī)用溫度敏感物資的野外儲(chǔ)存需要，勤務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)，因此在醫(yī)用物資野外應(yīng)急貯存方面應(yīng)用前景廣闊。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

底座主要由保溫夾層、強(qiáng)迫冷風(fēng)循環(huán)和壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)三大部分組成。保溫箱體采用全塑化一體成型技術(shù)，結(jié)合聚氨酯均勻發(fā)泡工藝在箱體夾層形成有效的保溫絕熱效果。箱體整體成型能夠避免廢液、飛濺物等對(duì)制冷循環(huán)室的侵蝕，提高制冷循環(huán)室抗沖擊、承重等方面的力學(xué)性能。圖1制冷風(fēng)冷循環(huán)主要包括壓縮機(jī)與冷凝器的外部散熱風(fēng)道和系統(tǒng)制冷的內(nèi)部風(fēng)冷循環(huán)風(fēng)道。外部散熱風(fēng)道構(gòu)成單向通風(fēng)路徑，能將壓縮機(jī)和冷凝器的熱量有效導(dǎo)出[6]。如圖2所示內(nèi)部風(fēng)冷循環(huán)風(fēng)道，主要依靠冷風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)將冷量吹向箱體頂部，依靠循環(huán)風(fēng)道回風(fēng)和冷量的自然下沉及擴(kuò)散均勻制冷。因此，內(nèi)外通風(fēng)設(shè)計(jì)的好壞直接影響制冷效果。

圖1 風(fēng)道結(jié)構(gòu)解析圖Fig.1 Air channel structure diagram

圖2 冷風(fēng)循環(huán)結(jié)構(gòu)Fig. 2 Loop structure of cold air channel

1.2 折疊結(jié)構(gòu)

如圖3所示折疊結(jié)構(gòu)主要包括折疊框架、擱物托盤(pán)、箱體支撐架等三部分，融合了保溫、折疊、使用和運(yùn)輸?shù)榷喾N技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。折疊框架由可拆卸折疊桿和鉸鏈連接扣組成，固定在基座上，可整體拔出，可折疊框架脫離箱體儲(chǔ)存時(shí)，也可以直接由中間鉸鏈連接扣直接折疊。文獻(xiàn)[4]、[7]的折疊結(jié)構(gòu)和本設(shè)計(jì)類(lèi)似，但其折疊箱體不是柔性設(shè)計(jì)，箱體相對(duì)笨拙。本折疊冰箱操作簡(jiǎn)單，一體化設(shè)計(jì)，掛接托盤(pán)后可穩(wěn)定支撐箱體，展收便捷，方便使用。

圖3 折疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖Fig.3 Folding structure design

1.3 柔性保溫外罩設(shè)計(jì)

保溫外罩組成結(jié)構(gòu)如圖4所示，由中間的玻璃棉保溫層[7]，保溫層兩側(cè)的防輻射鋁箔布，以及外層的迷彩帆布，依折疊框架的外形需求縫合而成，開(kāi)口處設(shè)計(jì)密封保溫邊帶，以減少拉鏈處冷量散失和水分的凝結(jié)。圖5所示為框架展開(kāi)結(jié)構(gòu)，外罩加裝過(guò)稱(chēng)為：將固定在基座上的折疊框架撐開(kāi)，通過(guò)懸掛的金屬托盤(pán)支撐固定住框架，保溫罩采用前后雙開(kāi)門(mén)設(shè)計(jì)，底部粘貼固定在制冷循環(huán)室上。使用時(shí)，拉開(kāi)前后的拉鏈，保溫罩即可隨框架一起折疊與展開(kāi)，無(wú)需將外罩取下，便于使用，且減少了附件，利于攜運(yùn)。

圖4 保溫外罩組成結(jié)構(gòu)Fig.4 Insulated cover composition

圖5 框架展開(kāi)結(jié)構(gòu)Fig.5 Framework structure when expanded

制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[8]、電子控制設(shè)計(jì)和軟件工作流程分別如圖6、圖7和圖8所示。

圖6 制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.6 Cooling system composition

圖7 折疊冰箱控制系統(tǒng)電路框圖Fig. 7 Electrical control Block diagram for folding fridge

圖8 軟件工作流程圖Fig. 8 Software fl ow chart

2 性能試驗(yàn)

溫度測(cè)量采用文獻(xiàn)[9]所述的智能溫度記錄儀。圖9的降溫性能試驗(yàn)表明，空箱在1 h內(nèi)降溫達(dá)27oC，2 h內(nèi)能降溫40oC，降溫性能優(yōu)異，且溫度均勻在±1oC范圍以內(nèi)，能有效保證溫場(chǎng)的均衡。圖10的保溫性能試驗(yàn)表明7min過(guò)程內(nèi)，溫升不超過(guò)5 .6℃，三個(gè)不同數(shù)據(jù)點(diǎn)溫度差異均勻在±1℃范圍以內(nèi)，具有良好的保溫效果。如果附加所儲(chǔ)藏物品的儲(chǔ)冷能力，溫度特性將會(huì)更好。圖11 為加30L水作為負(fù)載測(cè)試的保溫性能，可見(jiàn)每隔2h溫度升高不超過(guò)8℃的尖峰，是壓縮機(jī)系統(tǒng)化霜產(chǎn)生的溫升。而從圖12的原始數(shù)據(jù)分析，可以看到1min間隔的整體動(dòng)態(tài)記錄效果，整個(gè)溫度呈波浪形，穩(wěn)定在1～5℃范圍之內(nèi)，溫度性能十分優(yōu)異。

圖9 降溫性能試驗(yàn)Fig.9 Cooling performance test

圖10 保溫性能試驗(yàn)Fig.10 Thermal Insulation performance test

圖11 10min間隔負(fù)載性能圖Fig.11 Load performance chart for 10-minute interval

圖12 1min間隔負(fù)載性能圖Fig.12 Load performance chart for 1-minute interval

3 結(jié)論

該醫(yī)用折疊冰箱按照GJB150A-2009標(biāo)準(zhǔn)[10]要求，在中國(guó)包裝科研測(cè)試中心進(jìn)行了高溫、低溫、濕熱、振動(dòng)、沖擊、低氣壓等基本性能試驗(yàn)，并在解放軍第254醫(yī)院及海軍總醫(yī)院等單位進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用評(píng)估，已于2010年底批量裝備了國(guó)家級(jí)應(yīng)急醫(yī)療救援隊(duì)。試驗(yàn)和實(shí)踐應(yīng)用證明：該冰箱可靠穩(wěn)定在1～6℃范圍，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，能夠滿足地震災(zāi)害救援、抗擊流行病、反恐、維和等突發(fā)性醫(yī)療救援或戰(zhàn)時(shí)醫(yī)用物資應(yīng)急貯存，是一款展收迅速、儲(chǔ)運(yùn)方便、堅(jiān)固耐用的醫(yī)用物資野外低溫保障設(shè)備。

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