医用折叠冰箱设计

【作 者】孙建军，魏建仓，吴太虎，孟兴菊

军事医学科学院卫生装备研究所，天津， 300161

0 引言

在突发性灾害医学救援或战伤救治中[1]，温度对于医用物资非常重要，要对所使用的药品、生物制品、血液及血液制品[2]等温度敏感物资进行低温保存，因此需要一款能适应野外恶劣环境因素，且性能可靠、坚固耐用、易于携行和运输的低温冰箱。在“汶川地震”和“玉树地震”中部队各级医疗单位和国家级医疗救援队的医用冰箱装备相对单一，其容量小，制冷速度慢，勤务适应性差[4]，难以满足灾害救援或战争条件下医用物资的低温贮存条件[5]。据文献[3][4]报导，早在1976年就有折叠式冰箱设计。英国军方于2007年研制了新式的APRS可拆卸冰箱，用于5℃冷藏食品或药品储藏。APRS采用完全可拆卸结构，其折叠需要将软体保温罩以及折叠框架从制冷主机上拆卸下来，折叠和组装过程复杂，而且附件较多，不便于使用和保存。本文报告研制的医用折叠冰箱，结合模块化和一体化设计理念，保温外罩、折叠框架与制冷主机有机集成，展收迅速，折收后携运方便。该设备采用压缩机强迫冷风循环结构，制冷迅速均匀，储藏室空间大，设计新颖，能够满足恶劣环境下医用温度敏感物资的野外储存需要，勤务适应性强，因此在医用物资野外应急贮存方面应用前景广阔。

1 结构设计

1.1 底座结构设计

底座主要由保温夹层、强迫冷风循环和压缩机制冷系统三大部分组成。保温箱体采用全塑化一体成型技术，结合聚氨酯均匀发泡工艺在箱体夹层形成有效的保温绝热效果。箱体整体成型能够避免废液、飞溅物等对制冷循环室的侵蚀，提高制冷循环室抗冲击、承重等方面的力学性能。图1制冷风冷循环主要包括压缩机与冷凝器的外部散热风道和系统制冷的内部风冷循环风道。外部散热风道构成单向通风路径，能将压缩机和冷凝器的热量有效导出[6]。如图2所示内部风冷循环风道，主要依靠冷风循环风机将冷量吹向箱体顶部，依靠循环风道回风和冷量的自然下沉及扩散均匀制冷。因此，内外通风设计的好坏直接影响制冷效果。

图1 风道结构解析图Fig.1 Air channel structure diagram

图2 冷风循环结构Fig. 2 Loop structure of cold air channel

1.2 折叠结构

如图3所示折叠结构主要包括折叠框架、搁物托盘、箱体支撑架等三部分，融合了保温、折叠、使用和运输等多种技术设计要点。折叠框架由可拆卸折叠杆和铰链连接扣组成，固定在基座上，可整体拔出，可折叠框架脱离箱体储存时，也可以直接由中间铰链连接扣直接折叠。文献[4]、[7]的折叠结构和本设计类似，但其折叠箱体不是柔性设计，箱体相对笨拙。本折叠冰箱操作简单，一体化设计，挂接托盘后可稳定支撑箱体，展收便捷，方便使用。

图3 折叠结构设计图Fig.3 Folding structure design

1.3 柔性保温外罩设计

保温外罩组成结构如图4所示，由中间的玻璃棉保温层[7]，保温层两侧的防辐射铝箔布，以及外层的迷彩帆布，依折叠框架的外形需求缝合而成，开口处设计密封保温边带，以减少拉链处冷量散失和水分的凝结。图5所示为框架展开结构，外罩加装过称为：将固定在基座上的折叠框架撑开，通过悬挂的金属托盘支撑固定住框架，保温罩采用前后双开门设计，底部粘贴固定在制冷循环室上。使用时，拉开前后的拉链，保温罩即可随框架一起折叠与展开，无需将外罩取下，便于使用，且减少了附件，利于携运。

图4 保温外罩组成结构Fig.4 Insulated cover composition

图5 框架展开结构Fig.5 Framework structure when expanded

制冷系统结构[8]、电子控制设计和软件工作流程分别如图6、图7和图8所示。

图6 制冷系统结构Fig.6 Cooling system composition

图7 折叠冰箱控制系统电路框图Fig. 7 Electrical control Block diagram for folding fridge

图8 软件工作流程图Fig. 8 Software fl ow chart

2 性能试验

温度测量采用文献[9]所述的智能温度记录仪。图9的降温性能试验表明，空箱在1 h内降温达27oC，2 h内能降温40oC，降温性能优异，且温度均匀在±1oC范围以内，能有效保证温场的均衡。图10的保温性能试验表明7min过程内，温升不超过5 .6℃，三个不同数据点温度差异均匀在±1℃范围以内，具有良好的保温效果。如果附加所储藏物品的储冷能力，温度特性将会更好。图11 为加30L水作为负载测试的保温性能，可见每隔2h温度升高不超过8℃的尖峰，是压缩机系统化霜产生的温升。而从图12的原始数据分析，可以看到1min间隔的整体动态记录效果，整个温度呈波浪形，稳定在1～5℃范围之内，温度性能十分优异。

图9 降温性能试验Fig.9 Cooling performance test

图10 保温性能试验Fig.10 Thermal Insulation performance test

图11 10min间隔负载性能图Fig.11 Load performance chart for 10-minute interval

图12 1min间隔负载性能图Fig.12 Load performance chart for 1-minute interval

3 结论

该医用折叠冰箱按照GJB150A-2009标准[10]要求，在中国包装科研测试中心进行了高温、低温、湿热、振动、冲击、低气压等基本性能试验，并在解放军第254医院及海军总医院等单位进行了实际应用评估，已于2010年底批量装备了国家级应急医疗救援队。试验和实践应用证明：该冰箱可靠稳定在1～6℃范围，环境适应能力强，能够满足地震灾害救援、抗击流行病、反恐、维和等突发性医疗救援或战时医用物资应急贮存，是一款展收迅速、储运方便、坚固耐用的医用物资野外低温保障设备。

[1] 吴卫星, 杨宁, 栾尧. 突发事件时血液供应方式的探讨 [J]. 中国输血杂志, 2006, 19(2): 165-167.

[2] Viviana V. Johnson, Sean A. Swiatkowski.Scientific aspects of supplying blood to distant military theaters [J]. Curr Opinion Hematol, 2004, 14(6): 694-699.

[3] 王海林, 栾建凤, 刘卫, 等. 四川汶川抗震救灾野战条件下血液的储存[J]. 中国输血杂志, 2008, 21(8): 594-595.

[4] Billy L. Rose. Portable, foldable evaporative cooler [P]. U.S,4038836. 1977

[5] WHO. Safe vaccine handling, cold chain and immunizations [M].Geneva: 1998

[6] 王永禄. 提高风冷电冰箱蒸发器传热效率的有效途径 [J]. 家用电器科技, 2000(3): 55-56.

[7] Ahmed Saleh. Portable refrigeration assemblies[P]. UK,GB2250084A. 1992

[8] 傅征, 霍忠厚, 王政,等. 军队卫生装备学 [M]. 北京:人民军医出版社, 2004

[9] 吴太虎, 孙建军, 刘洋, 等. 小型血液温度监测记录仪研制 [J]. 中国医疗器械信息, 2006, 12(9): 21-24.

[10] 王黎明, 董欣, 石健等.GJB150A-2009军用装备实验室环境实验方法第一部分: 通用要求 [S]. 北京:中国人民解放军总装备部批准, 2009-08-01实施.