基于醫(yī)藥雙溫區(qū)冷鏈運(yùn)輸?shù)闹评錂C(jī)組應(yīng)用研究

劉桂斌　張文

摘要：從醫(yī)藥血液疫苗冷鏈運(yùn)輸實(shí)際出發(fā)，結(jié)合某公司運(yùn)血車雙溫區(qū)制冷機(jī)組的應(yīng)用情況，針對運(yùn)血車的使用需求對制冷機(jī)組的總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、布局和性能要求進(jìn)行選型分析、校核計(jì)算和仿真計(jì)算，研究結(jié)果為后續(xù)同類產(chǎn)品的應(yīng)用研發(fā)提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：運(yùn)血車；雙溫區(qū)；校核計(jì)算；仿真分析

中圖分類號：TB651? 收稿日期：2023-04-24

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.06.016

1 前言

冷鏈物流一般指冷藏冷凍類食品在生產(chǎn)、貯藏運(yùn)輸、銷售，到消費(fèi)前的各個環(huán)節(jié)中始終處于規(guī)定的溫控環(huán)境下，以保證食品質(zhì)量、減少食品損耗的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。它是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、制冷技術(shù)的發(fā)展而建立起來的，是以冷凍工藝學(xué)為基礎(chǔ)、以制冷技術(shù)為手段的溫控物流過程。在冷鏈物流應(yīng)用方面，冷鏈物流的適用范圍包括：初級農(nóng)產(chǎn)品，如蔬菜、水果，肉、禽、蛋，水產(chǎn)品、花卉產(chǎn)品；加工食品，如速凍食品、禽、肉、水產(chǎn)等包裝熟食、冰淇淋和奶制品、巧克力，以及快餐原料；特殊商品，如藥品。因此，冷鏈物流比一般常溫物流系統(tǒng)的要求更高、更復(fù)雜，建設(shè)投資也要大很多，是一個龐大的系統(tǒng)工程。

在醫(yī)療冷鏈物流方面，冷鏈流通是藥品流通中重要組成部分，也是藥品流通中最具前景的業(yè)務(wù)分支。冷鏈運(yùn)輸?shù)尼t(yī)藥領(lǐng)域產(chǎn)品包括血液、疫苗、生物制品、生物藥、診斷試劑等。

醫(yī)藥血液、疫苗冷鏈運(yùn)輸存在較高門檻。血液、疫苗必須要被正確的儲存和管理。所謂正確的儲存和管理，便是采用冷鏈運(yùn)輸，即制造商將貨品運(yùn)送至最終用戶的整個供應(yīng)鏈中，將貨品保存在指定溫度環(huán)境下所用的系統(tǒng)。雙溫區(qū)冷藏運(yùn)輸車在血液、疫苗運(yùn)輸中應(yīng)運(yùn)而生，雙溫區(qū)冷藏車具有冷藏與冷凍兩種功能，簡單地說就是既能裝運(yùn)冷藏血液、疫苗，也能裝運(yùn)凍品血漿。為了保障血液、疫苗品質(zhì)，針對冷鏈運(yùn)輸車輛選擇合適的制冷機(jī)組尤為重要。

2 運(yùn)血車的制冷機(jī)組設(shè)計(jì)選型

本文基于醫(yī)藥雙溫區(qū)冷藏車的制冷機(jī)組應(yīng)用研究，現(xiàn)以某公司設(shè)計(jì)的運(yùn)血車雙溫區(qū)制冷機(jī)組設(shè)計(jì)應(yīng)用為參考進(jìn)行闡述。

2.1 運(yùn)血車基本技術(shù)參數(shù)（表1）

2.2 制冷機(jī)組具體技術(shù)參數(shù)（表2）

2.3 制冷機(jī)組產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)初步選型，該制冷機(jī)組主要包括冷凝器、雙蒸發(fā)器（雙蒸發(fā)器集中一外殼內(nèi)）、控制面板、電動壓縮機(jī)、電加熱系統(tǒng)、水加熱系統(tǒng)。該型機(jī)組制冷量大，穩(wěn)定可靠性高，溫度控制精度高，具備液體加熱+電加熱功能，可保證機(jī)組在-41 ℃使用環(huán)境下有足夠的加熱能力。另外該型機(jī)組體積小、重量輕，適用于運(yùn)血車血庫空間尺寸安裝。

2.4 制冷機(jī)組選型設(shè)計(jì)

a.冷藏庫和冷凍庫內(nèi)分別設(shè)置主用和備用共兩套制冷/加熱機(jī)組，兩套制冷/加熱機(jī)組應(yīng)相互獨(dú)立。主備機(jī)組冷凝器布置在頂板上部，備電壓縮機(jī)安裝在其中，采用取力發(fā)電機(jī)、車載發(fā)電機(jī)或市電提供電力。冷藏艙設(shè)定溫度4 ℃±2 ℃；冷凍艙設(shè)定溫度≤-18 ℃，二艙制冷/加熱功能應(yīng)能互換。兩個獨(dú)立艙采用一拖二制冷/加熱方式，在駕駛室內(nèi)應(yīng)設(shè)置有控制面板，可獨(dú)立控制每個艙的溫度。此系統(tǒng)采用主/備兩套機(jī)組，主機(jī)組出問題時，切換到備機(jī)組進(jìn)行工作，保證貨物安全。

b.兩套制冷/加熱設(shè)備在冷藏艙和冷凍艙內(nèi)分別安裝有2個140 kg不銹鋼貨架，模擬全血和模擬冰凍血漿分別裝入被試品的冷藏血庫和冷凍血庫；總運(yùn)血量在大于或等于750個單位（U）的狀態(tài)下，滿足以下血庫預(yù)冷時間或血庫預(yù)熱時間：

①降溫速率。將艙體置于46 ℃環(huán)境中，當(dāng)艙內(nèi)溫度穩(wěn)定在46 ℃后，關(guān)閉艙門，冷藏艙從46 ℃降到4 ℃≤3 h；冷凍艙從46 ℃降到-20 ℃≤3 h。②升溫速率。將艙體置于-41 ℃環(huán)境中，當(dāng)艙內(nèi)溫度穩(wěn)定在-41 ℃后，關(guān)閉艙門，冷藏艙從-41 ℃升到4 ℃≤1 h；冷凍艙從46 ℃升到-20 ℃≤1 h。

c.艙內(nèi)溫度均勻性。乙方按甲方提供的血架及安裝位置，合理配置蒸發(fā)循環(huán)風(fēng)機(jī)，確保艙內(nèi)溫度均勻性符合±2 ℃。

d.極限溫度適應(yīng)性能。低溫：整車處于-41 ℃環(huán)境中，艙門打開，待艙內(nèi)溫度穩(wěn)定后保持2 h后，制冷/加熱機(jī)組應(yīng)能正常啟動工作。高溫：整車處于46 ℃環(huán)境中，艙門打開，待艙內(nèi)溫度穩(wěn)定后保持2 h后，制冷/加熱機(jī)組應(yīng)能正常啟動工作。

e.應(yīng)急可行性能。

①整車在46 ℃環(huán)境中，將艙內(nèi)溫度分別降為4 ℃和-20 ℃，并穩(wěn)定2 h，關(guān)閉制冷/加熱機(jī)組，啟動另一套制冷/加熱機(jī)組，艙內(nèi)溫度在12 h之內(nèi)波動應(yīng)能分別保持在2～6 ℃和-22～-18 ℃之間。②整車在-41 ℃環(huán)境中，將艙內(nèi)溫度分別降為4 ℃和-20 ℃，并穩(wěn)定2 h，關(guān)閉制冷/加熱機(jī)組，啟動另一套制冷/加熱機(jī)組，艙內(nèi)溫度在12 h之內(nèi)波動應(yīng)能分別保持在2～6 ℃和-22～-18 ℃之間。

3 冷熱負(fù)荷校核計(jì)算

根據(jù)運(yùn)血車方案選定的制冷機(jī)型KX-460MT-XB型雙溫控非獨(dú)立機(jī)組，在下列兩種極端工況下的冷熱負(fù)荷校核計(jì)算：

a.環(huán)境溫度為+46 ℃情況下，左右血庫降溫至-20 ℃和4 ℃工況的冷量計(jì)算。

b.外界環(huán)境溫度為-41 ℃情況下，左右艙升溫至-20 ℃和4 ℃所需的制熱量計(jì)算。

3.1 計(jì)算公式

3.2 車廂參數(shù)

車廂外形尺寸：2 050 mm×2 500 mm×1 400 mm（長×寬×高）。

左艙內(nèi)尺寸：1 880 mm×1 110 mm×1 180 mm（長×寬×高）。

右艙內(nèi)尺寸：1 880 mm×1 110 mm×1 180 mm（長×寬×高）。

3.3 極限環(huán)境條件下工況

4 升降溫時間計(jì)算

4.1 計(jì)算方法

4.2 降溫時間計(jì)算

4.3 升溫時間計(jì)算

5 血庫內(nèi)部氣流組織與溫度分布仿真計(jì)算

依據(jù)運(yùn)血車內(nèi)部血庫設(shè)計(jì)方案，建立血庫三維空氣流動與傳熱計(jì)算的數(shù)學(xué)與物理模型，應(yīng)用計(jì)算流體動力學(xué)方法對血庫內(nèi)氣流組織形式與溫度分布均衡性進(jìn)行仿真計(jì)算，下面描述單蒸發(fā)器溫度場分布情況：

單蒸發(fā)器送風(fēng)情況下，除靠近壁面及出風(fēng)口附近外，其余區(qū)域溫度分布均在-18 ℃±2 ℃之間，滿足設(shè)計(jì)要求；冷庫內(nèi)風(fēng)速在1 m/s左右，具體情況如圖1～圖4所示。

雙蒸發(fā)器溫度場分布情況：雙蒸發(fā)器送風(fēng)條件下，冷庫內(nèi)平均溫度相較單蒸發(fā)器送風(fēng)有所降低，貨箱附近的空氣溫度在-18 ℃～20 ℃之間。除出風(fēng)口附近外，冷庫內(nèi)的平均風(fēng)速為2 m/s左右，具體情況如圖5～圖8所示。

對仿真結(jié)果分析可知：

冷凍艙，蒸發(fā)器送風(fēng)口射出的氣流到達(dá)車廂隔板（冷凍艙后壁板）、冷凍艙和冷藏艙的異型隔板后，沿壁板折向兩側(cè)和下部。向后部氣流，流經(jīng)血框左右側(cè)和后部，回到回風(fēng)口。向左側(cè)氣流，沿車廂前壁板流經(jīng)血框右側(cè)和后部，回到回風(fēng)口。向下氣流在血庫左端形成漩渦，能有效帶動血庫血框周圍空氣運(yùn)動。當(dāng)設(shè)定環(huán)境溫度為46 ℃，蒸發(fā)器總送風(fēng)量為760 m3/h，出風(fēng)口溫度為4 ℃時，血庫溫度分布均勻，血框所在區(qū)域溫度偏差小于2 ℃，滿足血液存儲標(biāo)準(zhǔn)要求。

冷藏艙，經(jīng)仿真優(yōu)化后，蒸發(fā)器送風(fēng)口阻力較小，與回風(fēng)口間未形成漩渦回流，送出的新風(fēng)流動充分，血庫整體氣流速度分布較優(yōu)化前均勻。在同樣設(shè)定仿真環(huán)境中，血庫溫度分布均勻，血框所在區(qū)域溫度偏差小于1 ℃，滿足血液存儲標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 結(jié)語

基于醫(yī)藥雙溫區(qū)冷藏車的制冷機(jī)組在設(shè)計(jì)選型、冷熱負(fù)荷校核計(jì)算、升降溫時間計(jì)算、血庫內(nèi)部氣流組織與溫度分布仿真計(jì)算，完全滿足客戶使用要求，其中的設(shè)計(jì)選型計(jì)算可以為后續(xù)同類產(chǎn)品的研發(fā)提供借鑒。在后續(xù)的使用過程中，制冷機(jī)組的可靠運(yùn)行，能有效地保障血液、疫苗品質(zhì)。筆者所在公司研發(fā)的新型運(yùn)血車、疫苗車，正是利用了自身優(yōu)勢，瞄準(zhǔn)醫(yī)藥高端市場，開發(fā)了具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的冷鏈運(yùn)輸產(chǎn)品，為企業(yè)的發(fā)展，提供了可靠的產(chǎn)品保障，基于公司醫(yī)藥運(yùn)輸產(chǎn)品的開發(fā)和市場應(yīng)用，為公司參與《疫苗儲存與運(yùn)輸服務(wù)規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)起草提供依據(jù)。

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作者簡介：

劉桂斌，男，1977年生，研究員級高級工程師，研究方向?yàn)橹评錂C(jī)。

張文，女，1993年生，助理工程師，研究方向?yàn)橹评錂C(jī)。