一種具有雙溫控血庫功能運血車的研制

段德光，孫景工，蘇 琛，任旭東，牛 福，劉志國，崔向東，譚樹林，張西正

一種具有雙溫控血庫功能運血車的研制

段德光，孫景工，蘇 琛，任旭東，牛 福，劉志國，崔向東，譚樹林，張西正

本欄目由中國醫(yī)學裝備協(xié)會醫(yī)用車輛專業(yè)委員會協(xié)辦

編者按：隨著不斷發(fā)生的自然災害帶來的傷害的增多以及非戰(zhàn)爭軍事行動的多樣化，使得傷病員數(shù)量更加龐大、傷情更加復雜、傷勢更加嚴重，必將導致用血量的成倍增加；此外，災害與戰(zhàn)爭救治保障的立體性和多維性特點，造成醫(yī)療救治保障在空間和時間上的廣延性，致使血液的儲存和運輸需要更長的時間。為此，世界各國加大了對采、運血裝備的技術研究。我國以軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生裝備研究所為代表也開展了采、運血技術與裝備方面的研究，并研制出了新型采血車、運血車。本期我刊特邀軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生裝備研究所副研究員段德光副主任擔任欄目主編，組織相關專家就采血車和運血車的關鍵技術、裝備研制進行論述，敬請關注。

目的：研制一種具有雙溫控血庫功能的運血車。方法：采用越野汽車底盤改裝，后車廂設有2個獨立血庫，制冷機組采用非獨立式雙溫控制冷機組；對車廂壁板斷熱結構和門框密封結構進行優(yōu)化設計，提高了車廂的隔熱密封性能；對血庫內的血架和血筐進行模塊化設計，針對血庫內氣流組織形式與溫度分布均衡性進行仿真分析和優(yōu)化設計，并針對血架進行了隔振緩沖設計。結果：該車2個血庫的內部溫度可獨立設定為4℃或-20℃，實現(xiàn)了“雙溫雙控”，可同時運送需要不同溫度條件下保存的成分血液，運輸后的血液質量符合相關標準的各項規(guī)定，達到人體輸注要求。結論：雙溫控血庫功能運血車的研制成功對適應成分血運輸保障的迫切需求具有極其重要的意義，可滿足軍隊血液衛(wèi)勤保障多樣化的需求。

雙溫控血庫；血液運輸；運血車；研制

0 引言

運血車一般由通用汽車底盤改裝，主要設備包括血庫、制冷機組、自動恒溫控制與報警裝置、溫度記錄儀等[1]。制冷機組是運血車的關鍵設備，它由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機組等組成，可分為獨立制冷式機組和非獨立式制冷機組。獨立式制冷機組自帶動力裝置（包括發(fā)電機組、油箱等），壓縮機可以不受車輛發(fā)動機運行狀態(tài)的影響而獨立工作，盡而實現(xiàn)血庫的溫度調節(jié)；非獨立式制冷機組的壓縮機工作的動力則來自汽車發(fā)動機。由于運血車的血庫容積一般相對較小，與非獨立式機組的工作能力相匹配，所以非獨立式制冷機組的使用較為普遍。為提高血液在運輸途中的動力安全性，運血車一般還配有備用電源系統(tǒng)，可以直接外接市電，以確保制冷機組連續(xù)運轉[2]。隨著成分輸血技術的應用普及，按照成分血液制品的不同儲存溫度的要求，運血車的血庫還可設置在不同的工作溫度，如懸浮紅細胞和全血的保存溫度是（4±2）℃，新鮮冰凍血漿的保存溫度是（-20±2）℃，血小板的保存溫度是22℃[3-4]。為實現(xiàn)一次同時運送多種不同成分血，運血車可設有2～3個獨立溫控血庫。考慮血液運輸安全，野戰(zhàn)運血車在車身結構、儲血設備的設計加工及安裝固定等方面采取了適當?shù)臏p振隔振措施，以適應野戰(zhàn)條件下道路差的特點[5-6]。

1 系統(tǒng)設計

1.1 主要功能

研制的運血車主要用于供血站、醫(yī)院、臨時救護所等醫(yī)療機構運送需要保溫運輸?shù)难?、血液制品或生物制品，包括袋裝全血、懸浮紅細胞或冰凍血漿等，亦可進行短時儲存。根據(jù)成分血液存儲溫度的不同，運血車內血庫設有2個獨立的可自動溫控血庫，均可設定為（4±2）℃或（-20±2）℃；血液運輸后的質量應符合GB 18469《全血及成分血質量要求》中的各項規(guī)定，達到人體輸注要求。

1.2 整車總體設計

為提高整車越野能力，采用EQ2050型高機動越野汽車底盤改裝。改裝時，將原車軟頂和頂棚骨架拆除，在駕駛員座椅后方加裝隔墻，使駕駛室與后車廂分離。駕駛室頂采用金屬結構封閉，保證外觀協(xié)調美觀。車廂采用大板式冷藏車廂結構，車廂中部設有隔板，分為前后2個部分，分別作為“前血庫”和“后血庫”。前血庫門設在車廂左、右兩側，為單開門；后血庫門設在車廂后部，為單層對開門。制冷機室外機組（冷凝器）放置在車廂頂部，2個室內機組（蒸發(fā)器）分別放置在前、后血庫內頂部。1組長排警燈和2個圓柱警燈分別安裝在駕駛室和車廂頂部。整車外觀效果如圖1所示。

圖1 整車外觀效果圖

1.3 內部布局設計

車廂內部分為前后2個血庫，血庫內部主要安裝血架、血筐、制冷機組蒸發(fā)器、輔助加熱機組、照明消毒燈具及開關等。駕駛室中控臺中集成布置了溫度自動記錄儀、制冷機組控制面板、喊話器等。車廂壁板外蒙皮為鋁板，內蒙皮為玻璃鋼，中間為聚氨酯泡沫板。車廂所有壁板、門、孔口均設有斷熱橋，防止冷熱交換。前、后血庫內頂部均設有一組照明燈和一組紫外線殺菌燈，照明燈開關由血庫門開閉自動控制，殺菌燈設置為手動開啟。前后血庫各設置2個溫度監(jiān)控探頭，血庫門設置門開關監(jiān)控探頭。內部布局效果如圖2所示。

圖2 內部布局效果圖

1.4 血庫雙溫雙控和制冷加熱機組功能設計

為實現(xiàn)一次運輸時可同時運送全血（懸浮紅細胞）和冰凍血漿的要求，2個血庫的內部溫度根據(jù)2類血液制品的不同保存溫度需要可獨立設定為4℃或-20℃，即達到“雙溫雙控”的要求。

結合運血車底盤改裝實際情況和血庫空間尺寸[7]，選用非獨立式制冷加熱機組。主壓縮機放置在車輛發(fā)動機艙內，從汽車發(fā)動機曲軸部位取力，帶動制冷機組運行。由于改裝底盤發(fā)動機艙空間狹小，僅能容下1臺制冷機組壓縮機，故必須選用“一拖二”型的制冷加熱機組，即2個血庫各有1臺蒸發(fā)器，共用1臺冷凝器。制冷加熱機組工作原理圖如圖3所示。

圖3 制冷加熱機組工作原理圖

為確保運輸血液安全，提高制冷機組系統(tǒng)和動力保障的可靠性，制冷機組除設有安裝在發(fā)動機艙內的主壓縮機外，還設計有“備電系統(tǒng)”，包括備用電動機和備用壓縮機。備電系統(tǒng)可以通過連接AC220 V/ 50 Hz市電驅動制冷加熱機組工作。該車的制冷機組供電模式見表1。

表1 制冷機組供電模式

1.5 車廂隔熱密封設計

1.5.1 側板-隔板斷熱結構設計

前、后血庫由中間隔板斷開。由于前、后血庫為雙溫控，溫差可達24℃以上，為防止隔板四周接縫處的壁板傳導熱量[8-9]，本設計將原來的內襯玻璃鋼過渡板斷熱方式改為直接用玻璃鋼板隔熱方式。這樣可以在滿足斷熱的前提下，內蒙板又不必分斷。對三明治板而言，蒙板的張力決定了三明治板的剛度和強度，完整的內蒙板可大大提升整個艙體的剛度和強度。該種斷熱結構如圖4所示。

圖4 玻璃鋼板直接斷熱結構示意圖

1.5.2 門框密封結構設計

為了提高艙體的密封性和美觀性，將冷藏車、保溫車常規(guī)的直通門結構和明膠條改為帶止口的型材門和暗膠條。通過拉制特種鋁型材，采用常態(tài)防塵密封與冷藏保溫車“迷宮式”膠條相結合的方式實現(xiàn)密封。外觀上同軍隊統(tǒng)型的廂式車普通車門一致，同時還能達到車廂氣密性和保溫性指標要求。門框密封結構如圖5所示。

圖5 門框密封結構圖

1.6 血架和血筐的設計

1.6.1 血架設計

為提高模塊化和標準化，血架、血筐尺寸完全一致，確保良好的互換性。血架主體采用不銹鋼矩管折彎焊接成型，由血筐限位機構、壓緊機構、血筐滑槽、限位擋塊及底座等組成。每個血架內分左右2列，上下3層，共可裝放6個血筐。整車共設4組不銹鋼血架，前艙內設置2組、后艙內設置2組，尺寸相同，安裝方向不同。血架結構設計如圖6所示。

圖6 血架結構示意圖

1.6.2 血筐設計

血筐整體采用不銹鋼板材整體沖孔鈑金折彎焊接設計，具有耐腐蝕、耐低溫、抗老化、不變形、易清洗消毒、承載力強等一系列優(yōu)點。血筐大面積沖孔，可以實現(xiàn)通風散熱，有利于在血庫內快速實現(xiàn)保持平衡溫度。血筐不銹鋼外表面可進行金屬浸塑工藝處理，在其表面涂覆一層高分子聚合物材料，表面光滑柔軟、有彈性、無毒、無味，在具有較好的表面裝飾性同時，可防止不銹鋼血筐從低溫血庫中直接取出而凍傷操作人員的皮膚。為保證互換性，血筐尺寸統(tǒng)一。血筐通過安裝在血架上的槽型導軌實現(xiàn)在血架內的抽取與放置，設有鎖緊和抽拉限位裝置。

1.7 血架的隔振緩沖設計

血液在儲運過程中影響其質量的因素除了溫度、時間外，還受到車輛運輸過程中所產生的振動和沖擊的影響，這一影響因素尤其對于懸浮紅細胞更為明顯[10]。為了降低振動和沖擊對血液儲運質量的影響，需要對血架進行隔振緩沖設計。為此，本系統(tǒng)采取在血架與車廂地板相連的4個對角位置分別安裝1個全金屬復合阻尼無諧峰隔振器作為隔振裝置，實現(xiàn)對血架進行整體隔振。同時，通過調整隔振器阻尼和剛度等匹配參數(shù)達到最優(yōu)隔振效果，降低行車途中從底盤到血架、血筐系統(tǒng)的振動傳遞率，提高血液運輸?shù)陌踩浴?/p>

1.8 血庫內部氣流組織與溫度分布仿真優(yōu)化設計

依據(jù)運血車內部血庫設計方案，建立血庫三維空氣流動與傳熱計算的數(shù)學與物理模型，應用計算流體動力學方法對血庫內氣流組織形式與溫度分布均衡性進行仿真計算與分析，為運血車血庫內部蒸發(fā)器及血筐布局的改善與優(yōu)化提供理論依據(jù)和技術指導。通過仿真結果可以看出，除在蒸發(fā)器送風口和回風口氣流速度較高外，整體血庫內氣流速度分布在1 m/s左右，2個血筐中間區(qū)域形成的漩渦能有效地帶動血筐周圍空氣流動。溫度均衡性仿真中，設定環(huán)境溫度為46℃，蒸發(fā)器總送風量為760 m3/h，出風口溫度為4℃。經分析可知，血庫內溫度分布均勻，前血庫血筐所在區(qū)域溫度偏差小于2℃，后血庫的溫度偏差小于1℃，均滿足血液存儲標準要求。

2 試驗

樣車先后完成高低溫環(huán)境工作試驗、濕熱試驗、日照熱效應試驗、淋雨試驗、道路行駛可靠性試驗、電氣安全性試驗、電磁兼容試驗等。試驗結果表明，運血車總體性能和各項指標均符合國家和軍隊有關標準的要求。其中，在環(huán)境溫度46℃條件下，樣車歷時108 min，前后血庫各測點溫度達到并保持在（-20±2）℃；在環(huán)境溫度-41℃條件下，樣車歷時48 min，前后血庫各測點溫度達到并保持在（4±2）℃，測點溫度變化曲線如圖7所示。

圖7 前血庫升、降溫試驗時血庫內各測點溫度變化曲線圖

3 結論與討論

雙溫控運血車的研制成功，實現(xiàn)了不同保存溫度的成分血液制品的同時運輸，在提高了運輸效率的同時也確保了成分血液儲運過程中的冷鏈全程穩(wěn)定可控，滿足了醫(yī)療機構對血液運輸保障能力日益提高的迫切需求。由于血液在搶救生命中起到尤為重要的作用，需要課題組不斷提高血液運輸車輛底盤和上裝設備的可靠性，總體上講就是要有冗余和備份設計。

隨著對血液運輸衛(wèi)生技術車輛的深入研究，我們發(fā)現(xiàn)除儲存溫度之外，車輛的振動環(huán)境已成為影響血液運輸后質量的關鍵因素，下一步將要開展血液在運輸途中振動環(huán)境對血液質量影響方面的研究。此外，解決在振蕩和22℃條件下保存的血小板運輸問題也是我們面臨的實際需求。三溫區(qū)運血車將成為下一個研究目標。

[1]孫景工，董海寬.運血車的研制[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，1999，20（6）：21-22.

[2]婁衛(wèi)平，吳雪丹.溫控與運輸條件對血液質量的影響分析[J].中國初級衛(wèi)生保健，2012（1）：106-107.

[3]黃培勝，唐榮輝.醫(yī)院報廢血原因分析與對策[J].國際檢驗醫(yī)學雜志，2008（12）：1 129-1 130.

[4]王莉蕓，范恩勇.血液制品非正常原因報廢調查分析[J].中國現(xiàn)代醫(yī)生，2012（10）：115-116.

[5]任旭東，段德光，高振海，等.空氣彈簧在車載擔架隔振系統(tǒng)中的應用研究[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2009，30（10）：20-22.

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（收稿：2014-12-18）

Design of blood transportation vehicle with double-temperature-control banks

DUAN De-guang,SUN Jing-gong,SU Chen,REN Xu-dong,NIU Fu, LIU Zhi-guo,CUI Xiang-dong,TAN Shu-lin,ZHANG Xi-zheng
(Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medical Sciences,Tianjin 300161,China)

ObjectiveTo develop a blood transportation vehicle with a double-temperature-control banks.MethodsSome off-road vehicle had its chassis modified,with two separate blood banks in its rear compartment as well as a dependent double-temperature-control refrigerating unit.Optimization design was performed for heat insulation structure of the compartment panel and sealing structure of the door frame.Blood tube shelf was designed for modularity as well as vibration Isolation and buffering.Simulation analysis and optimization design were implemented for air distribution mode and uniform temperature distribution in the blood banks.ResultsThe inner-temperature in the two banks could be set as 4℃or 2℃respectively,and thus the vehicle could transport blood components with different temperature requirements for transfusion. ConclusionThe vehicle is of great significance for diversified blood support in military medical service.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（2）：105-108]

double-temperature-control blood bank;blood transportation;blood transportation vehicle;research

R318；R197.39

A

1003-8868（2015）02-0105-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.02.105

本期特邀欄目主編：段德光

全軍后勤科研計劃重點項目（BWS11Z007）作者簡介：段德光（1976—），男，副研究員，主要從事野戰(zhàn)機動醫(yī)療平臺技術研究和應急醫(yī)學救援裝備研究，主持或參加研制的多型野戰(zhàn)機動衛(wèi)生裝備通過后勤軍工產品設計定型，曾獲省部級科技進步一、二等獎各1項，E-mail：duandeguang@sina.com。

300161天津，軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生裝備研究所（段德光，孫景工，蘇 琛，任旭東，牛 福，劉志國，崔向東，譚樹林，張西正）

蘇 琛，E-mail：wzssuchen@163.com