家用分层全自动中药煎药机的研制

汤 波，张吉菲

（上海市浦东新区光明中医医院，上海201399）

0 引言

中药作为中华民族的传统医药，在传承和发展过程中不断汲取中华文化的营养，形成了独具特色的中医药文化。其中，中药汤剂是中药最为古老的剂型之一，在目前中医临床应用中也最为广泛。汤剂因其能充分适应中医辨证施治的需要，且具有疗效快、易吸收、作用强以及药味加减便捷等几大特点，成为广大患者服用中药的首选方式。然而，中药汤剂的煎煮质量直接影响着药物对人体的作用力度，是否正确煎煮和服用中药汤剂将对病情的发展产生巨大的影响[1]。

经过对现有家庭煎药方式的初步调研，发现家庭煎药出现诸多问题[2]，如药材浸泡时间过久，先煎、后下等特殊药材煎煮方式不当，煎煮时间过长，火候把握不当等，往往会导致不能达到最理想的煎药效果。中药汤剂在煎煮的过程中需要根据药物的特殊煎煮要求进行特殊的操作处理，加水、煎煮时间的控制以及煎煮的火力大小都是整个煎煮过程中需要持续关注的重要环节，只有控制好这些因素才能使汤剂的药效达到最佳。普通人群或者接触中药时间较短的患者对于这些操作要求肯定不能完全做到，即使是长期喝中药的患者也不可能保证每次都能煎煮得恰到好处。

目前市面上的全自动家用煎药机的自动化功能多体现在控温和定时，在煎药过程中缺少了对传统中药煎煮理念的传承，无法满足先煎、后下等药材的特殊煎煮要求，也无法对药材的浸泡、加热、煎煮以及重复二煎进行一体化全自动运行，故并不能称之为真正的全自动煎药机。

本文设计的家用分层全自动中药煎药机通过将煎药锅进行分层设计，结合数控电脑板，将进水、浸泡、加热、恒温、先煎、群煎、后下、出液、重复二煎等过程实现全程自动化[3-6]。患者只需按照先煎、群煎、后下顺序分别将药物放入对应位置，选择对应操作按钮与加水量，点击启动键即可进行煎煮。煎煮开始后，无需患者进行其他操作即可通过电脑板控制中药汤剂煎煮全过程的自动运行，煎煮结束后汤药即可服用。家用分层全自动中药煎药机不仅满足了患者足不出户自行煎药的要求，还能达到全程无需看管的煎药过程，将便捷与高效合为一体，确保了传统中医药理论的煎煮要求，减轻了使用者的劳动强度，保证了汤剂的煎煮质量[7]。

1 设计

1.1 原理

为满足传统中药煎煮理论对特殊药材的煎煮要求，家用分层全自动中药煎药机通过内置电脑板控制锅盖顶部的电动机并带动上层煎药锅中的旋转分隔板，将不同分隔栏里的药物根据预设的时间进行下药，自动实现先煎、群煎、后下药物在不同时间要求下的特定煎煮要求；通过电脑板对水泵的控制，自动完成进水和出液，最终达到全程无需人员照看的自动化煎药[8]。

1.2 结构

家用分层全自动中药煎药机整体结构包括底座、安装在底座上的加热设备、主体分层煎药锅、旋转下药装置、内置数控电脑板的操作箱和进水、出液系统，如图1、2 所示。

1.2.1 底座

底座采用不锈钢材质钢板制作，硬度较强，用于固定安装在上面的加热设备和操作箱。底座两端安装有把手，便于搬运（如图3 所示）。

图1 家用分层全自动中药煎药机整体结构示意图

图2 家用分层全自动中药煎药机样机实物图

图3 家用分层全自动中药煎药机底座实物图

1.2.2 加热设备

加热设备固定于底座之上（如图4、5 所示），采用快速加热系统，加热至100 ℃后，自动调整为微沸状态，对药材进行持续慢煎，充分模拟传统中药“先武火、后文火”的煎煮要求。

图4 家用分层全自动中药煎药机加热设备外箱实物图

图5 家用分层全自动中药煎药机内置加热设备实物图

1.2.3 主体煎药锅和旋转下药装置

主体煎药锅为上下双层结构（如图6 所示），可拆分，上层锅体通过3D 打印技术以耐高温树脂材料一体打印而成，内部安装有旋转下药装置（旋转分隔板，如图7 所示），将锅体分为4 个空间，其中3 个空间分别用于放置先煎、群煎和后下3 类草药，剩余1 个空间为下药区。分隔板顶端设计有卡槽，通过锅盖内安装的电动机连接传动装置带动分隔板旋转进行下药。下层锅体为不锈钢材质，嵌于加热装置上，用于草药的浸泡和加热，锅体侧面安装有进水和出液管道。

图6 家用分层全自动中药煎药机主体煎药锅结构图

图7 家用分层全自动中药煎药机旋转下药装置结构图

1.2.4 操作箱

操作箱内安装有数控电脑板，用于控制煎药机自动化运行；箱外安装先煎、群煎、后下、水量、启动、停止6 个操作按钮，按钮上方为液晶显示器，如图8所示。

图8 家用分层全自动中药煎药机操作箱实物图

1.2.5 进水、出液系统

通过安装于操作箱内的抽水泵和流量计结合数控电脑板对进水和出液系统进行定时、定量控制。

1.3 功能

家用分层全自动中药煎药机以传统中药煎煮理念为基础，通过自动化控制系统，无需人员照看的情况下即可自动实现全部操作。其主要功能如下。

1.3.1 先煎、群煎、后下药物自动下药功能

通过上层煎药锅中的旋转下药装置，使先煎、群煎、后下3 类药物在不同时间段分别下药后进行煎煮，既能满足传统中药对特殊药材的煎煮要求，又无需患者时刻注意时间进行手动下药，煎药过程省时省力。

1.3.2 自动进水、出液功能

家用分层全自动中药煎药机操作按钮中设计有水量选择键，可根据药材量的多少自由选择大、中、小3 挡水量，煎煮启动后即自动注水，煎煮完毕自动吸出药液。

1.3.3 自动二煎功能

中药的煎煮次数一般以2 次为宜，家用分层全自动中药煎药机在首煎结束后，将首煎药液进行吸出，然后自动注水进行二煎，最终将二煎液与首煎药液进行混合。

1.3.4 液晶显示功能

操作箱上安装有液晶显示器，可实时监测正在进行中的煎煮步骤、剩余时间以及温度，煎药过程一目了然。

2 创新点

家用分层全自动中药煎药机利用独立分层设计，将煎药锅分为上下两层，在上层煎药锅不同的分隔栏中依次装入先煎、群煎、后下药物，通过旋转传动装置，使先煎、群煎、后下药物分别按照设定好的时间掉落至下层煎药锅中进行煎煮，实现传统中药煎煮理论对特殊药品的煎煮要求。控制方面采用了旋转传动装置、流量计、加热计时器、抽水泵、数控电脑板等设备，在中药汤剂的整个煎煮过程中实现全程煎药自动化。旋转传动装置可以令特殊药品实现在不同时间内进行煎煮的要求，流量计可以精确控制煎药所需加水量，加热计时器控制煎药过程中不同火力的煎煮时间，抽水泵令加水和出液自动化完成，所有装置通过数控电脑板给予口令进行自动操作。煎药机操作界面简单易懂，并安装液晶显示器，实时显示当前运行程序，只需将不同类别的药物放入相对应的分隔栏中，选择对应操作按钮，选择加水量，点击启动按钮即可开始汤药的煎煮，较大程度上降低了操作人员的劳动强度。且首煎结束后自动出液，然后重复加水继续二煎，实现真正的全程自动化。

3 使用方法

3.1 操作流程

接通电源，各操作按钮背景灯亮起，提示煎药机各按键运行正常。在上层煎药锅中按照先煎、群煎、后下顺序依次将药材放入对应分隔栏中，若没有该类药材则空出对应分隔栏；加药完毕后选择对应煎煮模式，若没有加入该类药材则不选；按照药材的剂量选择加水量，分为大、中、小3 挡；点击启动按钮，煎煮开始。

3.2 运行模式

（1）模式1：只有群煎药物的煎煮模式。

煎药机启动，群煎药物掉落至下层煎药锅中，加水，浸泡30 min；时间到达后，加热至100 ℃，保持微沸状态，持续煎煮30 min，结束后吸出药液，首煎结束；再次加水，重复加热程序，持续煎煮25 min，结束后吸出药液，二煎结束。

（2）模式2：有先煎、群煎药物的煎煮模式。

煎药机启动，先煎药物掉落至下层煎药锅中，加水，加热至100 ℃并煎煮30 min；时间到达后，群煎药物掉落至下层煎药锅中，加水，浸泡30 min；时间到达后，加热至100 ℃，保持微沸状态，煎煮30 min，结束后吸出药液，首煎结束；再次加水，重复加热程序，煎煮25 min，结束后吸出药液，二煎结束。

（3）模式3：有群煎、后下药物的煎煮模式。

煎药机启动，群煎药物掉落至下层煎药锅中，加水，浸泡30 min；时间到达后，加热至100℃，保持微沸状态，煎煮30 min；在煎煮至最后5 min 时，后下药物掉落至下层煎药锅中，煎煮5 min，结束后吸出药液，首煎结束；再次加水，重复加热程序，煎煮25 min，结束后吸出药液，二煎结束。

（4）模式4：先煎、群煎、后下药物均有的煎煮模式。

煎药机启动，先煎药物掉落至下层煎药锅中，加水，加热至100 ℃并煎煮30 min；时间到达后，群煎药物掉落至下层煎药锅中，加水，浸泡30 min；时间到达后，加热至100 ℃，保持微沸状态，煎煮30 min；在煎煮至最后5 min 时，后下药物掉落至下层煎药锅中，煎煮5 min，结束后吸出药液，首煎结束；再次加水，重复加热程序，煎煮25 min，结束后吸出药液，二煎结束。

4 性能测试

4.1 加热设备的测试

在下层煎药锅中加入冷水对加热设备进行测试，从显示器中可以看出，由于采用了快速加热设备，升温速度较快，在3 min 左右即可将水煮沸，然后自动进入恒温微沸的状态进行持续加热，温度保持在97～99 ℃范围内浮动。测试结果表明，加热设备运行高效、稳定，且能够达到传统中药煎煮“先武火、后文火”的煎煮要求。

4.2 上层煎药锅下药装置的测试

在上层煎药锅对应分隔栏中分别加入先煎、群煎以及后下药物，通过对数控电脑板进行加速处理，使运行指令提前运行，以测试先煎、群煎以及后下药物的下药情况。测试结果显示，药物掉落存在少许残留的情况。

4.3 进水、出液系统的测试

由于进水系统通过的是冷水，出液系统通过的是高温加热的药液，故分别使用冷、热水对抽水泵进行测试。测试结果显示进水、出液过程均稳定流畅，抽水泵能够耐受高温。

4.4 煎药机运行测试结果以及遇到的问题

通过对煎药机样机的初步测试，煎药机各模式下运行过程均良好，各项操作指令无异常，基本可以实现全程自动化煎煮的功能以及自动完成二煎的要求。

目前存在的问题为：由于加入药材量的不确定性，在上层煎药锅自动旋转下药的过程中，当药材过多时，易引起分隔板旋转不充分，致使部分药材仍留存于上层药锅内，造成下药不充分。分析原因，主要有2 个方面：一是由于带动旋转分隔板的电动机功率较小，旋转的力量不足，当药量过多，特别是质量较大的矿石类的药材较多时，会影响分隔板的旋转力度，使旋转不到位，导致部分药材残留在上层煎药锅中；二是由于上层煎药锅目前采用耐高温树脂3D打印成型，该材料光滑性不足，导致旋转分隔板与锅体内部摩擦较大，影响旋转。由于煎药锅以家用为出发点，体积较小，不适宜变更大功率电动机，目前改良方案主要以上层煎药锅材质为出发点，后期将使用表面较为光滑的材料并通过充分打磨、抛光进行完善。

5 结语

家用分层全自动中药煎药机能够实现煎药全过程无需照看的自动化要求，且操作简单，易于上手，将为广大家庭日常煎药提供较大的便利，无需为日常煎药而费时费力。其独特的设计符合传统中药的特殊煎煮理念，使煎药既现代化又传统化，确保了传统煎药工艺的要求，减轻了患者的劳动强度，保证了汤剂的煎煮质量。随着时代的飞速发展，中药汤剂的煎煮方法必然需要传承与创新，家用分层全自动中药煎药机将拥有广阔的发展前景[9]。