全自动一体化洗消机的研制

吴文娟，牛 福，崔向东，任旭东，高振海，刘志国

全自动一体化洗消机的研制

吴文娟，牛 福，崔向东，任旭东，高振海，刘志国

目的：针对“三防”伤病员洗消应具备对冷水进行快速、安全、高效加热，且水温控制稳定的功能要求，研制一种全自动一体化“三防”伤病员洗消设备，使其能够稳定地提供低压热水。方法：在总结分析国内外洗消装备所使用的供水加热设备情况的基础上，通过比较各种加热方式的优缺点，确定即热式燃油锅炉加热方式，并设计了供水系统、加热系统、控制系统和安全保护系统。结果：研制的全自动一体化“三防”伤病员洗消机，可在环境温度为-25～46℃的条件下正常工作，能提供水源温度至70℃的可调洗消水，能满足≥50人/h的洗消能力，达到了设计指标要求。结论：研制的“三防”伤病员洗消机结构紧凑、自动化程度高、水温控制稳定、工作安全可靠，可满足野外伤病员洗消作业的需求。

“三防”伤病员；洗消机；核生化医学救援

0 引言

在“核生化”条件下，人员受到沾染后最有效的方法就是在最短的时间内快速进行洗消[1]。伤病员洗消是指通过物理、化学中和或消毒等手段从其身体表面清除核生化战剂[2-3]。洗消是保障人员安全的重要措施，在有条件的情况下应对伤病员进行全身洗消，以避免或减轻对伤病员的伤害。目前，为适应现代高新技术战争的“三防”医学救援保障需求，我国已研发了淋浴车、淋浴挂车、洗消帐篷[4-7]等，以保障防化洗消、伤病员洗消等需求。

对人员进行洗消作业时，水温应控制在体温范围内，温度过高会加速皮肤对毒剂的吸收，温度过低则不利于毒剂的消除。可见，选择用于洗消装备的供水加热设备非常关键。鉴于此，本文研制了一种快速、安全、水温可调的供水加热设备。

1 国内外洗消装备使用的供水加热设备现状

1.1 国内外现状

世界上许多国家都有自己的洗消装备，美国、德国、意大利、法国等发达国家的洗消装备一直走在了前列[8-11]。各国根据自身勤务保障模式的不同，洗消装备上供水加热设备也采取不同的方式。意大利SANIJET C.1218使用即热式燃油锅炉，美国MEDecon3L（B）洗消挂车采用即热式以丙烷为燃料的燃气热水器，美国Shower Shelter采用贮热式电加热锅炉。我国设计的淋浴车和淋浴挂车均采用贮热式燃油锅炉。表1给出了国内外洗消装备使用的供水加热设备的基本性能参数。

1.2 加热用锅炉优缺点比较

文献[12]中详细比较了燃油锅炉和电热锅炉的优缺点。经过总结分析得出，燃油锅炉的特点是锅炉热效率高、炉体的体积小、全寿命周期费用较小，但噪声较大、燃烧废气存在一定的环境污染问题。电热锅炉无污染、无噪声、结构简单、加热方式灵活，但能源利用率低，不节能，年运行费用较大；同时，电热锅炉多采用贮热式，加热能力有限，难以连续提供热水。

根据任务需求和保障模式的特点，考虑到在野外条件下，电加热锅炉需要内燃发电机组提供电力，且热转换效率低，后期使用费用较高，因此，本课题组研制的一体化“三防”伤病员洗消机采用即热式燃油加热方式。

表1 国内外洗消装备使用供水加热设备的情况

2 结构设计

“三防”伤病员洗消主要是在野外展开作业，电力供应难以保证，本研究选用了即热式燃油锅炉方式为伤病员洗消提供热水保障。

2.1 技术设计原则

（1）从功能上，根据伤病员洗消需求，要求洗消机可同时供4名伤病员进行洗消作业，每小时可通过伤病员至少50人。水温控制要求在水源温度至70℃之间可以调节，并且要求水温稳定、加热速率快。冷水经过洗消机进行加热后，热水管路分为2路：一路是不增加任何措施直接形成清水；一路是在管路上增加一个均混器形成洗消水。对伤病员进行洗消作业时，洗消水和清水可任意交替使用。

（2）从整机性能上，要求洗消机性能稳定、安全可靠、易于维护。

2.2 系统结构及功能

一体式洗消机由供水系统、加热系统、控制系统和安全保护系统组成。总体结构框架如图1、2所示。

图1 系统总体结构框架图

图2 一体化洗消机总体结构示意图

2.2.1 供水系统

供水系统由自吸式多级离心泵和泵内自动压力启停装置以及相关接头管件组成，如图3所示。

图3 供水系统结构图

水泵自吸工作过程：水泵首次启动前泵壳内应先灌满水（或泵壳内自身存有水）。启动后，叶轮高速旋转使叶轮槽中的水流向涡壳，使泵壳入口形成真空，进水逆止阀打开，将管内的空气吸入泵内，并到达叶轮槽外缘。与此同时，被叶轮排到汽水分离室中的水又经左右回水孔流回到叶轮外缘。在压力差和重力的作用下，左回水孔流回的水射向叶轮槽内，被叶轮击碎，与管路吸入来的空气混合后甩向蜗壳，并向旋转方向流动，然后与右回水孔流来的水汇合，顺着蜗壳流动。由于液体在蜗壳内不断冲击叶栅，不断被叶轮击碎，就同空气强烈搅拌混合生成汽水混合物。汽水混合物在蜗壳出口被隔舌剥离，沿短管进入分离室，并在分离室内将空气分离出来，由出口管排掉。而水仍经左右回水孔流向叶轮外缘，并与吸入管内的空气混合。如此反复循环，逐渐将吸入管路中的空气排尽，使水进入泵内，完成自吸过程。

由于洗消机最终要安装在洗消挂车上，并为车下的帐篷内提供热水，冷水经洗消机加热后，需要将热水管路引到车下帐篷内，热水从洗消机热水出口至帐篷内的管路末端距离较长，且经过的弯管较多，管路内压力损失比较大。因此，在进行水泵选型时，充分考虑这一点，最终选用的泵其压力最大可达0.75 MPa，流量为3 m3/h。

2.2.2 加热系统

加热系统由压力燃油泵、燃烧器电动机与离心风机、雾化喷油嘴、高压点火变压器、点火电极杆、稳焰器（旋风器）、不锈钢螺旋加热管等组成。

加热系统的关键部件为不锈钢螺旋加热，采用双盘管结构形式，如图4所示。

图4 不锈钢螺旋加热管

压力燃油泵的作用是将燃油从油箱中吸出来并加压后，经由油泵出口以及喷油嘴喷出形成油雾。加热系统的原理框图如图5所示。当燃烧器电动机通电后，带动离心风机以及压力燃油泵高速旋转。由于离心力的作用，离心风机高速旋转，将周围空气大量吸入，送入锅炉夹层内，然后流经内外桶上盖之间的夹层，大量的高速空气流沿着内桶上盖中间布置的稳焰器流入燃烧室。特殊设计的稳焰器使空气流高速旋转。与此同时，燃油泵将燃油从油箱吸出加压后输送至雾化喷油嘴，并喷出夹角为60°的空心圆锥型油雾，按一定比例与空气混合后，充满整个燃烧室，经布置在燃烧器顶端的点火电极产生14 kV高压电弧点燃，燃烧产生高温、高压气流经螺旋管使传导管外水流迅速加热，水温迅速升高，达到即时加热目的。加热系统燃烧的功率为55 kW，经过锅炉的水流量为40 L/min。

图5 加热系统工作原理框图

2.2.3 控制系统

控制系统由电源开关、加热开关、数显智能温度控制器、电控箱、高精度高灵敏度传感器、高压点火变压器、中间继电器、时间继电器以及控制变压器等组成。控制系统原理框图如图6所示。

图6 洗消机控制系统框图

主要控制原理：首先按下电源开关，系统通电；按下加热开关，加热系统工作；在机器的出水口处设置的温度感应探针感知出水温度并发出信号给温度控制器进行处理，控制加热系统决定是否加热；整个系统具有断流自动停止加热功能，即一旦出水口关闭时，传感器发出信号，系统将自动断电停止加热。

2.2.4 安全保护系统

安全保护系统由传感器、压力开关、漏电保护器等组成，其原理框图如图7所示。

各传感器的主要作用如下：

（1）液位传感器：当油箱内柴油降至警戒油位时，会发出停止油泵工作及缺油指示信号。

（2）流量传感器：当系统缺水或出水口关闭时，会发出停止加热信号。

图7 安全保护系统原理框图

（3）温度传感器：当水温超出设定的温度范围时，会发出停止加热信号。

（4）压力稳定器：在额定压力工作下，维持水泵正常工作。当出水口关闭时，压力开关动作，避免机具过载。

3 结果

通过综合考虑系统供水、管路加压、水温调节等方面设计要求，课题组按照样机试制方案，成功研制了全自动一体化的洗消机，并将样机安装在洗消挂车内部进行了性能测试。

（1）试验表明，一台洗消挂车可为2顶帐篷供给热水，并可满足每个帐篷内设置4个喷头，整套系统具有8个喷头的用水需求。

（2）将洗消挂车按工作状态展开后（包含2顶帐篷），连接好水路、电路、气路等，打开洗消机，对模拟伤病员进行洗消作业试验，并记录每个喷头的水温、流量等参数，其试验结果详见表2。

（3）该试验是在环境温度为30℃时进行的，结果表明，该洗消机可满足1 h至少50名伤病员的洗消作业指标，并且温度控制稳定，压力和流量均在合理范围内。

（4）对洗消挂车的高低温试验表明，该洗消机可在环境温度为-25～46℃的范围内正常工作，水温可在水源温度至70℃范围内可调，且温度、压力稳定，满足野外条件下“三防”伤病员洗消需求。

表2 伤病员洗消作业试验情况

4 结论

本文根据野外条件下“三防”伤病员洗消勤务

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）需求，通过总结分析国内外洗消装备供水加热设备的特点，研制出一种新型即热式燃油加热全自动一体化洗消机。经过实践检验，该洗消机整体设计合理，加热性能优良，操作使用和维护保养方便，为野外条件下进行“三防”伤病员洗消提供了可靠保障。

[1]张伟.防化装备[M].北京：航空工业出版社，2009：74-75.

[2]习海玲，孔令策.人员皮肤应急消毒技术现状与发展趋势[J].防化研究，2012（3）：30-34.

[3]吴文娟，任旭东，张文昌，等.“三防”伤病员洗消技术与装备现状及发展趋势[J].医疗卫生装备，2013，34（1）：81-83.

[4]吴文娟，牛福，任旭东，等.一种车载单人洗消间的设计研究[J].医疗卫生装备，2014，35（4）：94-96.

[5]杨立峰.一种野营淋浴车[J].专用汽车，2004（5）：38-39.

[6]牛福，任旭东，高振海，等.“三防”伤病员洗消机动单元的研制[J].医疗卫生装备，2013，34（1）：71-73.

[7]任旭东，牛福，孙景工，等.“三防”伤员洗消系统的重度伤员洗消作业传送装置设计[J].医疗卫生装备，2013，34（1）：77-78.

[8]吴文娟，张文昌，牛福，等.化学毒剂侦检、防护与洗消装备的现状与发展[J].国际药学研究杂志，2011，38（6）：414-418.

[9]张文昌，吴文娟，任旭东，等.核化生医学救援装备现状与发展[J].医疗卫生装备，2012，33（9）：84-86.

[10]郝丽梅，田涛，吴金辉，等.国内外洗消装备的研究现状与发展趋势[J].医疗卫生装备，2008，29（12）：31-34.

[11]贺赣，蔡忠林，胡睿，等.浅谈外军防化洗消技术与装备发展近况[J].防化研究，2008（4）：62-63.

[12]董志明，高瑞林，贾桂枝，等.淋浴装备供热锅炉的研究[J].后勤科技装备，2007（1）：37-38.

（收稿：2014-10-30）

（栏目责任编校：李 影）

Development of integrated equipment for fully automatic decontamination

WU Wen-juan,NIU Fu,CUI Xiang-dong,REN Xu-dong,GAO Zhen-hai,LIU Zhi-guo
(Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medicine Sciences,Tianjin 300161,China)

ObjectiveTo develop a fully automatic and integrated decontamination equipment which can provide heated water with low pressure for NBC casualties decontamination.MethodsInstant heater by fuel oil was selected after summarizing likely equipment in the world and comparing kinds of heating modes.The equipment had all its components designed,including water supply system,heating system,control system and safety protection system.ResultsThe equipment was developed with all the desired indexes satisfied.ConclusionThe equipment has the characteristics of compact structure,high degree of automation,stable control of water temperature,high safety and reliability,and thus can satisfy the needs of casualty decontamination in field conditions.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（1）：101-103，126]

casualty;decontamination;decontamination equipment

R318；TJ91

A

1003-8868（2015）01-0101-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.01.101

军队国家级应急医疗防疫救援装备研究项目

吴文娟（1982—），女，博士，助理研究员，主要从事军队卫生装备研制和非线性动力学研究，E-mail：nkwwj@163.com。

300161天津，军事医学科学院卫生装备研究所（吴文娟，牛 福，崔向东，任旭东，高振海，刘志国）

牛 福，E-mail：niufu@vip.sina.com