仲恺农业工程学院毕 业 论 文论文题目 药品冷藏箱设计姓 名 院（系） 机电工程学院专业班级 学 号 指导教师 职 称 实验师论文答辩日期 20 仲恺农业工程学院教务处制学生承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业论文是本人在导师的悉心指导下独立进行研究所得的成果。除了文中已用特别标志加以标记的引述内容之外，本论文不含有任何其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果。对本文研究作出过重要贡献的个人和集体，均已在文中的致谢部分里面以明确的方式标明。本人完全可对本论文研究的真实性负责。签名： 2012年5月22日摘 要医用冷藏箱在人们生活中起到不可忽视的作用，日渐成熟的电子技术、控制技术、制冷技术、隔热材料技术和压缩机技术极大的促进了冷藏箱的发展，并未医用冷藏箱的安全和环保做出了突出贡献，但是将比较成熟的蓄冷技术应用到医用冷藏箱的研究目前还比较少。本文现结合蓄冷系统、制冷系统、提高箱体与门绝热性能及电子技术控制三方面，设计一台医用冷藏箱。设计中采用R134a作为制冷工作，硬质聚氨酯整体发泡作为隔热材料，选用全封闭式压缩机，同时综合了各种蓄冷技术。文中主要围绕热负荷计算、制冷系统的热力计算、蓄冷槽的计算、压缩机的热力计算及选型、冷凝器、蒸发器的设计等计算，设计了一台亚热带型冷藏能力的直冷式医用冷藏箱。本次设计坚持以安全为本，遵循环保、实用、美观、创新四大设计的基本原则，设计出了外观更时尚，功能更俱全的一款医用冷藏箱，以供将来医用冷藏箱的改良设计进行参考。关键词：医用冷藏箱 蓄冷 目 录1绪论11.1医用冷藏箱的发展史11.2医用冷藏箱未来发展趋势11.2.1低碳环保11.2.2智能化电脑温度控制21.2.3采用先进新型材料21.2.4智能报警保护21.2.5个性化产品定制21.2.6远程网络监控21.3蓄能技术介绍32.设计方案42.1冷藏箱的总体结构42.2冷藏箱系统设计42.2.1精准的温控系统42.2.2安全的控制系统52.2.3个性化设计52.2.4制冷方式52.3蓄冷系统的设计62.3.1蓄冷模式62.4蓄冷技术的研究62.4.1 直接接触式蓄冰技术62.4.2气体水合物蓄冷技术72.4.3过冷水蓄冷技术72.4.4新型蓄冷介质的研究82.4.5蓄冷槽蓄冷量可作为应急冷源82.5箱体保温层的研究和改进82.6压缩机的选用93.设计内容93.1药品冷藏箱的结构设计93.1.1总体布置93.2药品冷藏箱箱热负荷计算113.3箱体绝热层厚度和外表面凝露校核143.3.1箱体外表面凝露校核143.4隔热层厚度校核143.5 制冷设备容量的计算153.6制冷系统热力计算153.7压缩机的选型及热力计算193.7.1设计工况下的输气系数193.7.2理论输气量203.7.3压缩机制冷量203.7.4压缩机的功率203.8 蓄冷槽的设计213.8.1蓄冷材料的选择213.8.2盘管选用导热塑料盘管223.8.3该产品的特点223.8.4导热塑料蓄冰盘管结冰融冰过程223.8.5导热蓄冰盘管的设计计算223.9换热器的设计243.9.1冷藏室换热器243.9.2校核管壁厚度的安全性243.9.3计算几何系数253.9.4确定传热系数253.9.5换热器的传热面积确定273.9.6换热器的长度设计283.9.7风量以及风机的选择283.9.8换热器的结构图283.10冷凝器设计283.10.1翘片管簇结构参数选择及计算293.10.2进行传热计算303.10.3风机的选择计算323.11细管的计算333.12辅助元件选型343.12.1泵的选型343.12.2阀门选型343.13 冷藏箱的风道设计343.13.1循环风量换热能力计算343.13.2风道阻力计算343.13.3风道结构图353.14冷藏箱点线控制系统设计353.14.1感温点的选取353.14.2电气控制设计原理383.14.3冷藏箱制冷系统图40总 结41参 考 文 献42Abstract43附 录44致 谢45461绪论1.1医用冷藏箱的发展史医用冷藏箱广泛用于医疗卫生、环境检测、生物研究、药品研究、卫生防疫、食品检验及生物腐蚀研究等领域的生物样本、医疗制品、疫苗、血液标本、细菌、微生物的保存保养。我国医用冷藏箱标准：规定了医用冷藏箱的性能及组成，医用冷藏箱由箱体、内胆、箱门、机组、控制系统、搁架、拉手、脚轮等组成，是医疗行业用于冷藏药品的专业冷藏设备，是存放血液、试剂、疫苗等贵重物品的专用设备，该类设备若运行不良将可能引起保存药品变质或医疗事故发生。继2006年海尔生物医疗主持起草的低温保存箱标准获批为国家标准后，由海尔生物医疗负责起草的血液冷藏箱、药品冷藏箱等相继获批为医药行业国家标准，于2008年3月1日颁布实施。医用冷藏箱是医用领域中不可缺少的重要用品之一，同时医用冷藏箱种类较多，产品需求呈大量性、多样性和连续性特征。主要特点：高精度电脑温度控制系统，箱体内配数个精密温度传感器和1个化霜温度传感器，可根据箱体温度的变化自动打开温度补偿加热器，032环境温度状况下，仍能保持箱体内温度精确稳定。智能控制风扇制冷气循环系统，确保箱内部温度均匀性。自动温度控制：三位高亮度数码显示，在210范围内任意设定，温度控制精度1，温度显示精度0.1。完善的声光报警系统，具有高温报警，低温报警，传感器故障报警，开门报警，断电报警等多种声光报警功能，物品存放更安全。1.2医用冷藏箱未来发展趋势1.2.1低碳环保未来医用冷藏箱将采用国际先进的微型压缩机制冷技术、合理的蒸发冷凝系统设计，确保超强制冷效果；节能技术方面，达到设定温度后，会更省电易控、无噪音、无污染，尽可能减少煤炭石油等高碳能耗和温室气体排放，实现绿色低碳技术。1.2.2智能化电脑温度控制未来医用冷藏箱将配置记录仪、部分文明人作设定及打印箱实际温度数据能实现智能化控制，便于用户永久记录；配备RS-485串行输出端口；连接PC机后，通过应用软件Intelligent Controller可实现对设备各时间段运行参数查询、输出、储存、监控和曲线观察等；采用数字式触摸按钮控制温度、适时显示温度变化、全程记录与显示保温箱内温度情况、实现自由调节。1.2.3采用先进新型材料未来医用冷藏箱将采用更先进新型材料如：环保绿色高密度无氟绝热层、VIP真空保温材料等，以提高血液、血液制品、生物疫苗储存或运输冷藏或保温效果。1.2.4智能报警保护能实现自动温度报警提示，确保疫苗安全；昼夜环境温度交替记录、停断电保温等符合世卫组织标准，该技术已获世界卫生组织认可。1.2.5个性化产品定制可按客户需要尺寸、款式定做医用冷藏箱以满足不同客户差异性要求，温度高低可根据客户要求设定。平时作存储设备在医院或血液中心放置、紧急时可装车移动，不需更换存储设备。1.2.6远程网络监控配置远程网络监控、智能型声光报警配备、上下限检测报警系统、门锁自动报警装置、停断电警告装置、后备电源工作状态警示装置、机组检测报警系统。由于现代技术的制约，医用冷藏箱的安全性仍然是人们重点关注的问题，当断电和制冷系统故障时，药品的保存的难题，如何在断电期间和修理制冷系统故障时如何保存冷藏箱内温度稳定。备用电源虽然一直是医用冷藏箱的不二选择，但是备用电源不可持续性给冷藏箱带着不确定因素，当系统故障时备用电源就不起作用，没向蓄冷槽一样能持续供冷。而蓄能技术的应用能保障冷藏箱内温度稳定，并且能超长时间的供冷。蓄能技术的应用将大大的改善冷藏箱的安全性。1.3蓄能技术介绍冰蓄冷空调技术的原理及应用冰蓄冷空调技术是一项平衡电网峰谷负荷、合理利用能源的有效技术之一。冰蓄冷空调代表了全球中央空调发展的趋势和方向，目前普遍采用的主要是盘管式冰蓄冷和冰球式冰蓄冷。在电力负荷率较低的夜间，充分利用电网低谷时间的低价电采用电动制冷机制冷，使蓄冷介质结成冰，利用蓄冷介质的显热及潜热特性，将冷量储存起来，在高峰电价时段，也就是用电高峰期、电力负荷较高的白天，使蓄冷介质融冰，将所蓄冷量释放出来供给空调末端，减少制冷机组白天运行时间和启动次数，减轻空调设备高峰负荷，以满足建筑物空调或生产工艺的需要，达到节省电费的目的。冰蓄冷的制冰方式主要分为静态和动态2种，静态制冰时冰本身处于相对静止状态，夜间蓄冷过程中为了得到0的冰，制冷机的蒸发温度往往需要降低至-8，无论是盘管外结冰或容器内结冰，冰层厚度的逐渐增加使热阻增大，导致制冷机的COP值降低。动态收获制冰法通过制冰和脱冰2个阶段克服了这个缺点，冰相对于制冰介质是处于运动状态，即利用热量使一定厚度的冰脱落从而减小冰层厚度，减少剥离能耗，提高结冰和融冰效率。动态制冷滑落式蓄冷系统基本以制冰机作为制冷设备，以保温的槽体、罐体作为蓄冷设备，系统主要由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、四通阀、泵、热交换器、阀门等组成。该系统融冰释冷速率快，尤其适合于高峰用冷的场合，而且可以用于温差大的冷冻水供给的低温空调系统，但控制相对复杂，投资费用较高。目前制冰、蓄冰、取冰、融冰技术都很成熟，制冰机有鳞片状、雪花状片冰机、板冰机、管冰机、颗粒冰机等几十种机型，其24 h产冰量从50 kg到上百吨不等，可满足日益增长的商业及工业用冰的各种需求，其中片冰机、板冰机在冰蓄冷工程中应用较为广泛。在冷链系统中，冰温保鲜、湿冷保鲜与蓄冷技术的结合，通过减少装机容量、提高换热效率、延长保冷时间，果蔬等农副产品不仅达到贮藏指标，而且运营成本大幅降低，节能效果也十分显著。双工况冷冻机组、再冷式动态蓄冷、高温冰球式蓄冷空调系统随着实际应用正在日趋完善，稳定性和可靠性逐步提高，管理趋于简化，国产蓄冷空调产品也正朝着低成本、低能耗、高效率、全自动化方向发展。根据各省市地区电力政策不同，当峰谷电价差在31以上，一天使用1014 h并且夜间不运行或很少运行的写字楼、商场等，就可采用冰蓄冷空调系统与低温送风系统。北京地区电网采用了峰谷电价政策，高峰电价与低谷电价已达到4.31。因此，采用冰蓄冷系统，可以大大降低空调系统运行费用。冰蓄冷技术在空调上的应用在我国新建智能化楼宇中央空调系统已经成熟，此项技术不仅能在暖通空调领域发挥作用，而且在其他的制冷领域有一定应用的可行性。例如，将蓄冷技术应用到小型制冷装置设备上，小型制冷装置配以适当的蓄冷电池冷系统，能过达到提高机组出力、减少运行费用的目的。运用蓄冷技术，还能节约能源，减少污染物排放。特别是其具有应急功能，停电或制冷系统故障时，利用自备电力启动水泵融冰供冷，维持冷藏箱系统运行可靠性，保证冷藏箱的安全性。2.设计方案2.1冷藏箱的总体结构设计一台医用蓄冷药品冷藏箱，有效容积150升主要用于医疗、卫生、防疫、食品化工、军工、科研等部门使用。药品冷藏箱采用蓄冷方式，所以除了一般药品冷藏箱设计要注意的问题之外，也要注意蓄冷装置和控制系统