多模式组合制冷的医药冷藏箱及精确控温方法与流程

本发明涉及生物医药保温运输技术领域，尤其涉及一种多模式组合制冷的医药冷藏箱及精确控温方法。

背景技术：

对于保存条件严苛的医疗药品，如果保存环境温度过高或过低均可能造成药品的失效，后期甚至导致严重的医疗事故，因此对于该类药品，运输过程需要严格控制运输冷藏箱内的温度。

现有医药运输冷藏箱的控温方式通常包括主动制冷和被动制冷。

其中，主动制冷方式主要包括直冷方式或风冷方式；对于直冷方式，为了实现50度高温环境下冷藏箱可以控温2-8℃，30℃常温环境下的蒸发温度设定至少需要在-5度以下，毛细管节流后的前段散冷部位，会出现局部超低温风险，无法满足医药冷链要求冷藏箱内任意测温点都不能超温的gsp验证要求。

对于风冷方式，遇到箱内货物堵塞的情况，出风口散冷不畅，很容易出现温度不均匀的风险，而且很容易出现散冷不畅导致冷气回流到回气管，导致冷藏箱内温度失控超温，造成医药产品超温报废的风险；严重时，还出现制冷剂以液态方式回流到压缩机出现击缸现象，导致压缩机故障。

另外，运输中，由于货物堆码，导致主动制冷的热端(冷凝器)散热不畅，导致制冷效果不佳，药品超温报废风险增大。

被动制冷存在的问题在于，不同地区不同季节运输的环境温度不一样，不同运输方式也会存在环境温度不一样，被动制冷的冷藏箱无法根据环境温度变化调节箱内温度，这样会导致每个运单的操作方法是不一样的，标准作业指导书(s.o.p)十分复杂，很容易导致药品超温报废；比如夏天发运药品，发运端及落地配送端都是高温环境温度，正常货车或者客机的货舱温度都是8度以上的高温，但是货机的机舱温度需要达到-5度以下，如果采用冰盒全部冻结的操作方案，就会导致超低温；而且实际物流操作由于存在飞机延误、转航班与取消等风险，发运方式又难以确定。

因此，医药运输过程中如何实现精准控温，保证医药品质安全，是本领域技术人员要解决的重要技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种多模式组合制冷的医药冷藏箱以及精确控温方法，本发明优选实施方案中能够达到诸多有益效果，具体见下文阐述。

本发明提供了一种多模式组合制冷的医药冷藏箱，包括箱体和箱盖，所述箱体内设有主动制冷模块、加热单元、储能单元、控制单元以及监测模块；所述主动制冷模块包括直冷单元和风冷单元；

所述直冷单元和所述风冷单元能够分别通过直接传输和风冷间接传输的方式把冷量输送给所述箱体的存储空间及所述储能单元；所述风冷单元还能够促使所述直冷单元周围、所述存储空间内，以及所述直冷单元周围和所述存储空间之间的空气流通；

所述储能单元能够吸收并储存主动制冷模块产生的冷量，并在运输中主动制冷故障时将冷量传输给所述存储空间；

所述监测模块能够监测箱体内的温度或湿度数据，并将数据传输给所述控制单元，当箱体内的温度高于设定的制冷上限预警值时，所述控制单元能够启动所述主动制冷模块向所述存储空间提供冷量；当箱体内的温度低于设定的加热下限预警值时，所述控制单元能够启动所述加热单元，向所述箱体内提供热量。

优选的，所述直冷单元包括互相连通的压缩机、冷凝器、节流装置以及直冷蒸发盘管。

优选的，所述风冷单元包括循环风机和蒸发器，所述蒸发器串联在所述直冷蒸发盘管的冷端与直冷单元的节流装置之间。

优选的，所述箱体包括内胆和外壳，所述直冷单元和所述风冷单元均设置在内胆和外壳之间。

优选的，所述内胆由具有导热性的金属板材制成。

优选的，所述直冷蒸发盘管贴合设置在所述内胆的侧壁和底面。

优选的，所述循环风机和所述蒸发器设置在所述内胆和外壳之间；所述内胆上设有通气口，所述通气口的位置与所述循环风机的位置相对应，所述循环风机能够使所述主动制冷模块产生的冷量通过所述通气口进入所述内胆内部。

优选的，所述箱体上外箱的一个侧面设有安装槽，所述压缩机设置在所述安装槽内，所述安装槽能够阻隔所述压缩机周围的空气与所述内胆和外壳夹缝之间的空气的流通；所述循环风机设置在所述安装槽顶面上方空间；所述安装槽的开口处设有盖板，所述盖板对应所述压缩机散热端的位置设有透气窗。

优选的，所述循环风机设置在所述安装槽顶面上方空间。

优选的，所述安装槽内还设有与所述压缩机配合使用的散热器和散热风机。

优选的，所述储能单元为相变储能冰盒，所述箱体内或所述箱盖上还设有固定所述相变储能冰盒的固定部。

优选的，加热单元为电加热片；设置在冷藏箱内胆的背面及风冷蒸发器空间内。

本发明还提供了一种精确控温方法，利用本发明的多模式组合制冷的医药冷藏箱，包括以下操作步骤：

步骤一：医药冷藏箱使用前，启动主动制冷模块，冻结储能单元；设定药品运输需要的控温温度。

步骤二：医药冷藏箱使用中，当箱体内温度高于设定的制冷上限预警值时，启动主动制冷模块对箱体提供冷量，当箱体内温度低于设定的制冷下限预警值，关闭主动制冷模块；

当箱体内温度低于设定的加热下限预警值时，启动加热单元，对箱体提供热量；当箱体内温度高于设定的加热上限预警值，关闭加热单元；

步骤三：运输结束后，根据监测模块监测到的箱体运输过程中的温度和湿度数据，判断药品的运输条件是否符合药品保存要求。

优选的，当保存的药品的保存温度的最低温度为t度、最高温度为t度时，所述制冷上限预警值为t-(1.5～2.5)度，制冷下限预警值为t+(0.5～1.5)度；加热下限预警值为t+(0.5～1.5)度，加热上限预警值为t+(1～2)度。

本发明的有益效果：

本发明的多模式组合制冷的医药冷藏箱以及精确控温方法，通过设置主动制冷模块和储能单元，主动制冷和被动制冷的方式相结合，避免单一制冷方式出现故障影响制冷效果，同时设置加热单元，能够在温度过低时中和过量的冷量，提高了冷藏箱控温的精准性，保证了冷藏箱内的温度能严格控制在药品所需要的温度范围之内，从而保证医药品质。

本发明的主动制冷模块通过串联蒸发器风冷单元与直冷单元的组合散冷模块，既解决了蒸发器风冷模块可能因为运输途中进风口或者出风口货物堵塞导致冷藏箱内温度不均匀的问题，又解决了单纯的直冷方式难以规避的各点温度不均匀，起始点局部容易超低温的技术难题。

本发明通过设置主动制冷模块和被动储能单元制冷的组合制冷方式，既避免单一主动制冷方式出现故障导致药品超温失效的风险，又解决的单一的蓄冷剂被动主动制冷模块需要来回冻结与释冷操作繁琐，而且无法因为环境温度变化停止制冷乃至加热的问题。

本发明通过“蒸发器风冷+直冷蒸发盘管制冷+被动制冷”多模式组合制冷系统可以提高箱体内温度的均衡性与安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1多模式组合制冷的医药冷藏箱的控温原理图；

图2是实施例1多模式组合制冷的医药冷藏箱的结构示意图；

图3是实施例1箱体的结构示意图；

图4是实施例1箱体内部的结构示意图；

图5是实施例1内胆底面的结构示意图；

图6是实施例1箱盖的结构示意图；

图7是实施例1风冷单元和直冷单元的关系图。

图中：1、外壳；11、透气窗；2、内胆；3、箱盖；4、控制器；51、直冷蒸发盘管；52、安装槽；53、压缩机；54、冷凝器；55、散热风机；56、节流装置；6、相变储能冰盒；7、蒸发器；71、通气口；73、循环风机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种多模式组合制冷的医药冷藏箱，包括箱体和箱盖3，箱体内设有主动制冷模块、加热单元、储能单元、控制单元以及监测模块；主动制冷模块包括直冷单元和风冷单元。

箱体包括内胆2和外壳1，内胆2由具有导热性能良好的金属板材制成，优选铝板材。内胆2内部形成冷藏箱的存储空间。外壳1和内胆2的缝隙填充保温材料，提高保温效果、降低冷量散失。

直冷单元包括互相连通的压缩机、冷凝器、节流装置以及直冷蒸发盘管51,直冷单元直接通过内胆将冷量传输至存储空间。

如图7风冷单元和直冷单元的关系图所示，风冷单元包括循环风机和蒸发器7，蒸发器7串联在直冷蒸发盘管51的冷端与直冷单元的节流装置之间。风冷单元能够以风冷间接传输的方式把冷量输送给所述箱体的存储空间及所述储能单元。

本实施例中，内胆2为长方体结构，一面为开口，另外包括四个侧壁和一个底面，为了提高直冷蒸发盘管51与内胆2的接触面积，提高传热效果，且使内胆2内部温度更均匀一致，直冷蒸发盘管51贴合设置在内胆2的侧壁和底面，即直冷蒸发盘管51贴合在内胆2上除开口之外的所有面上。对于内胆2为其他形状的冷藏箱，例如圆柱形等，也尽可能使直冷蒸发盘管51的设置面积最大。

直冷单元的压缩机、冷凝器、节流装置以及风冷单元的循环风机和蒸发器7设置在箱体的一侧，所述箱体上外箱的一个侧面设有安装槽52，所述压缩机设置在所述安装槽52内，所述安装槽能够阻隔所述压缩机周围与所述内胆2和外壳1夹缝之间的空气流通；能够避免压缩机产生的热量流入内胆和外壳的夹缝以及内胆内部，降低制冷效果；所述安装槽52具有朝向箱体外部的开口，所述开口处设有盖板，所述盖板对应所述压缩机散热端的位置设有透气窗11，方便压缩机散热，方便维修保养压缩机；安装槽52位于外壳一侧壁，朝向内胆凹陷的长方体结构，盖板与外壳侧壁在相同平面上，保持了箱体外壳的整齐、美观性和实用性。

为了提高压缩机的散热效果，安装槽52内还设有与压缩机配合使用的散热器和散热风机。

循环风机和蒸发器7设置在所述安装槽52顶面上方空间，位于内胆和外壳之间，有效利用了压缩机上端的空间，提升冷藏箱的空间利用率；内胆2上设有通气口71，通气口71的位置与循环风机的位置相对应，循环风机能够使主动制冷模块产生的冷量通过通气口71进入冷藏箱内部储存空间。为了方便空气流通，并确保安全性设置两个循环风机，如若一个循环风机堵塞或者故障，还能有一个循环风机能正常工作并输送出冷气给冷藏箱内部储存空间，通气口71的数量为两个，均设置在内胆2靠近开口的位置，方便冷空气从内胆2上方进去存储空间。

压缩机将制冷剂(优选氟里昂)压缩成高温高压气体，气态制冷剂再经过冷凝器冷凝冷却降温变成高压常温气体、通过节流装置节流之后变成低压低温液体，通入到蒸发器7，然后进入直冷蒸发盘管51中，而经过节流后的液态制冷剂在蒸发散热器7与直冷蒸发盘管51内蒸发吸收热量，向冷藏箱内部空间输送冷量，变成低压蒸气回到压缩机，再被压缩机压缩，如此循环运动完成制冷过程，直冷蒸发盘管51连接节流装置的一端接收到的制冷剂温度最低，我们称为冷端，我们将风冷单元的蒸发器7串联在节流装置和直冷蒸发盘管51之间，经过节流装置流出的低温制冷剂首先进入蒸发器7，经蒸发器7释放一部分冷量之后再进入直冷蒸发盘管51，然后通过直冷蒸发盘管51将冷量带到内胆2的各个面上。

风冷单元能规避了直冷蒸发盘管51直接连接节流装置的起始点可能超低温的风险，还能够促使直冷单元周围、存储空间内，以及直冷单元周围和存储空间之间的空气流通。而直冷单元能够规避了蒸发器7风冷可能因为冷藏箱内货物堵塞出风口导致超温乃至损坏制冷机组的风险。通过直冷单元和风冷单元两种主动制冷模块解决了被动制冷难以根据环境温度变化而变化的控温方式，以及需要反复冻冰与释冷不方便操作的弊端。

为了提高蒸发器7的散冷效果，蒸发器7具有多层翅片结构，并设置箱内循环风机，冷藏箱内的空气因为负压驱动通过蒸发器空间上的进风口进入蒸发器空间，被低温的蒸发器冷却降温后，箱内循环风机抽出蒸发器空间内的冷气后，输送到冷藏箱内去，加速蒸发器7的散冷，使节流装置流出的制冷剂的冷量较多的通过风冷单元以冷风的形式释放至箱体的存储空间以及储能单元。

储能单元在使用前的充电充冷阶段，以及发运中主动制冷模块降温到接近下限预警温度时，能够吸收并储存主动制冷模块产生的冷量，并在发运阶段在主动制冷模块失效的情况下将冷量缓慢的释放给存储空间。本实施例中，直冷蒸发盘管51释放的冷量和蒸发器7释放的冷量都能被储能单元吸收存储。直冷单元和风冷单元停止工作期间，由储能单元为存储空间持续提供冷量，避免直冷单元和风冷单元频繁的启动，延长压缩机等装置的使用寿命；而且储能单元能够解决主动制冷模块可能因为散热端堵塞、机组故障、蓄电池缺电等故障导致控温不稳定、不可靠的问题。

本实施例中储能单元为相变储能冰盒6，箱体内或箱盖3上还设有固定相变储能冰盒6的固定部，固定部可以是设置在箱体内的卡槽或凹槽，方便相变储能冰盒6安装。冰盒内使用的溶剂可以是相变蜡或者其它合适冰点的相变储能材料。

本实施例中，加热单元为电加热片，设置在冷藏箱内胆2的背面及风冷蒸发器7之间的空间内。电加热片是将电阻发热丝缠绕在云母板或云母片上的一种电加热器件，耐温高，绝缘性能好、结构简单。当然也可以是其他能够提高热量的现有装置，例如压缩机等

本实施例的监测模块为温湿度传感器，控制单元为控制器4，监测模块能够监测箱体内的温度或湿度数据，并将数据传输给控制单元，冷藏箱控制器根据需要控温的范围，根据一定的算法去控制箱外的制冷压缩机与散热风机(本实施例中选用变频控制)/箱内风冷蒸发器与循环风机/电子节流装置(本实施例中选用电子膨胀阀)/箱内加热片/电子箱锁等执行机构的开关及开度，实现对冷藏箱内部空间的精确控温与数据采集/储存及上传云端服务器。另外箱体和箱盖3可以通过电子锁锁合，电子锁的开锁控制也可通过控制单元控制。

其中，电子膨胀伐的作用是通过执行控制板的控制信号，来调节节流阀的开度，从而调节冷端的蒸发温度，实现不同的控温需求。普通毛细管节流装置是无法调节蒸发温度的；比如冷藏箱需要通过调节温度设置键，实现-18度/2～8度/15～25度等多个温区控温功能，为了能实现-18度以下控温的要求，主动制冷系统的蒸发温度必须调节到-25度左右；当需要2～8控温时，系统依然是-25度左右的蒸发温度，这样会导致风冷蒸发器出风口温度过低，导致局部超低温，乃至直冷蒸发盘管的局部也会出现低于2度的风险，这些都会导致药品超温报废；

变频器可以根据冷藏箱箱内温度情况针对性的调节压缩机转速，越靠近下限温度转速越低，越靠近上限温度转速越高，以调整压缩机的输出功率，从而实现产冷量的按需调整。冷藏箱在不同的环境温度下，去控制同样的温度，需要不同的冷量输出。比如同样是控制2～8度，在10～15度阴凉的环境温度下，压缩机的输出功率应该较小才合适，否则，采用统一的额定功率制冷会出现接近下限温度时，冷量供应过多的情况，而且由于冷藏箱主动制冷模块的热端冷凝器的散热温度较低，制冷效率较高产冷量相对来说更多了，很容易出现局部超低温的风险。而在43度以上极热环境下，由于外部环境渗透到冷藏箱内的热量过多，而且冷藏箱制冷系统的热端冷凝器的散热温度过高导致系统的产冷效率下降产冷量不够，这时候很容易出现局部超高温的风险。

本实施例压缩机上部设置蒸发器7和风冷循环风机，保证内胆2方有冷风进入，内胆2另外5个面设置直冷蒸发盘管51，实现了360度对存储空间供冷，确保箱体内温度均匀性；同时，风冷散冷温差大，规避了直冷蒸发盘管51制冷容易出现过冷点；直冷蒸发盘管51制冷便于多面供冷而且不会因为货物堆码影响温度均匀性，规避了风冷容易堵塞进风口或者出风口导致无法正常制冷的缺点。

本实施例通过冷藏箱内部设置的储能单元，可以避免因为压缩机制冷系统机械故障/电池没电等意外风险导致冷藏箱超温的风险。同时，主动制冷模块可以在发运前以及发运中降温到接近下限预警温度时，对储能单元启动冻冰充冷，避免了储能单元需要来回搬运移动到冰箱充冷冻结的弊端，主动制冷与被动制冷两者优势互补，从而实现医药冷藏箱的安全与精确控温的功能。

实施例2

本实施例提供了一种精确控温方法，利用实施例1的多模式组合制冷的医药冷藏箱，包括以下操作步骤：

步骤一：医药冷藏箱使用前，充电充冷，接上220v交流市电，通过电源逆变器对冷藏箱的蓄电池供电充电；同时启动主动制冷单元，冻结储能单元；

步骤二：设定发运控制温度并发运：医药冷藏箱使用中，当箱体内温度高于设定的制冷上限预警值时，启动直冷单元对箱体提供冷量，当箱体内温度低于设定的制冷下限预警值，关闭主动制冷模块；当箱体内温度低于设定的加热下限预警值时，启动加热单元，对箱体提供热量；当箱体内温度高于设定的加热上限预警值，关闭加热单元；

在冷藏箱的控制面板上设定药品运输需要控制的温度范围，然后选择发运；冷藏箱控制器就会根据需要控温的范围，根据一定的算法去控制箱外的制冷压缩机与散热风机(本实施例中选用变频控制)/箱内风冷蒸发器与循环风机/电子节流装置(本实施例中选用电子膨胀阀)/箱内加热片/电子箱锁等执行机构的开关及开度，实现对冷藏箱内部空间的精确控温与数据采集/储存及上传云端服务器。

1.压缩机及散热风机控制控制逻辑为：

箱体内温度高于t-1.5度时启动压缩机与散热风机，启动后低于t+1度停机；

箱体内温度在t+1与t-1.5之间做变频控制；

2.循环风机控制逻辑：

箱体内温度高于t-2度时启动循环风机，启动后低于t+1.5度停机；

3.箱内的加热片控制；

压缩机启动停机后的15分钟之内不得启动加热片加热；

箱体内温度低于t+0.5度时启动，启动后直至高于t+1度时停机；

4.报警逻辑

电量低于20％、箱体内温度温度低于t+0.3，箱体内温度高于t-0.8，等情况下发生报警。

例如，药品的保存温度范围是2-8度控温，下限温度t、上限温度t，t＝8，t＝2；实际是高于6.5度左右启动制冷，启动后低于3度左右停止制冷；低于2.5度启动加热，高于3度停止加热的。

步骤三：发运结束与数据打印

送达目的地后，选择结束运单，即可停止控温。长按打印键，即可打印本次发运途中的温湿度及路线数据，给收货人确认没有超温后，即可签字签收，完成本次送货流程。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。