儲藏式微型控溫箱在疫苗運輸中的應用研究

劉春江

【摘 要】本作品創造性地設計出一種微型疫苗控溫箱。該箱包括微型隔熱箱體、半導體制冷降溫、電熱加熱和溫控電路等部分。通過比較和切換電路及功放電路，分別控制半導體制冷片和加熱片的工作狀態。實現了在草原和山區等汽車無法通行特殊環境下，滿足疫苗低溫或冷凍儲藏的要求，給防疫及免疫工作帶來了極大的便利，同時也有效解決了解放軍指戰員和武警官兵在野外訓練及執行任務中，緊急情況下注射抗蛇毒血清藥物、對溫度有要求的疫苗和藥品的需要。

【關鍵詞】溫度傳感器;半導體制冷降溫;電熱加熱

中圖分類號： TP212文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）30-0198-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.30.101

Study on the Application of Storage Miniature Temperature Control Box in Vaccine Transportation

LIU Chun-jiang

（Chinese peoples Liberation Army Artillery and Air Defense Academy， Hefei Anhui 230031， China）

【Abstract】This device creatively makes a mini-vaccine temperature-controlled box， which includes miniature heat-insulation box， semi-conductor refrigerating and cooling， electric heating and temperature control circuit， etc. With comparing and switching circuits and power amplifier circuits， the working state of the semiconductor refrigerating and heating pieces is controlled respectively. This device meets the requirements of low-temperature or frozen storage of vaccines in the special environment， such as prairie and mountain areas， which brings great convenience to the epidemic prevention and immunization work， and effectively solves the? need for antivenin， vaccines and medicines that require special temperature of the PLA officers and soldiers in field training and executing tasks.

【Key words】Temperature sensor; Semiconductor cooling; Electrothermal heating

1 作品研究依據

1.1 研究目的和意義

解放軍指戰員和武警官兵在野外訓練及執行任務中常有被毒蛇咬傷的危險，衛生員攜帶抗蛇毒血清是解救被毒蛇咬傷的最有效方法。此外，計劃免疫和預防免疫是國家控制預防傳染病的有效措施，在草原或山區常有一些汽車無法通行的地方，往往因無法滿足疫苗低溫或冷凍儲藏與轉運的要求，給接種疫苗等防疫工作帶來很大的困難。

為保障解放軍指戰員和武警官兵在野外訓練及執行任務時注射抗蛇毒血清藥物和疫苗的需要，為能夠在偏遠山區和草原有效開展疫苗接種工作，克服疫苗恒溫保存的困難。針對現有保溫箱存在的不足，本作品依據半導體制冷片的基本原理、相關熱學和電學等知識，設計一種成本低、結構簡單的微型控溫保溫箱，為滿足防疫人員隨身攜帶疫苗提供方便。

1.2 技術現狀分析與作品應用前景

目前市場雖然有一些不同類型的小型保溫箱，如車載冰箱、電子保溫包等便攜式保溫箱，但這類產品都存在體積較大、耗電量高和不能精確控制溫度等問題，往往不太適合解放軍指戰員和武警官兵在野外訓練及執行任務中隨身攜帶，也不利于交通不便地區衛生防疫人員的隨身攜帶，因此本設計具有廣泛的應用前景。

2 研究主要內容

1）為了給解放軍指戰員和武警官兵在野外訓練及執行任務時注射抗蛇毒血清藥物和疫苗提供有效保障;滿足一些騎馬、行走等場合運輸疫苗需低溫或冷凍儲藏的特別需求，為定期給兒童計劃免疫、控制牲畜疫情等防疫工作提供方便。

2）本作品技術方案。

（1）微型疫苗控溫箱由微型隔熱箱體、制冷降溫、電熱加熱和溫控電路等組件構成。

（2）微型疫苗控溫箱箱體結構采用的技術方案是：將半導體制冷片置于箱蓋的塑料和鋁內層之間的保溫層中;電阻加熱片置于保溫箱的底部的保溫層中;溫度傳感器貼在盒的鋁膽外側上。

（3）微型疫苗控溫箱的溫度控制采用的技術方案是：設計具有冷藏（4℃）和冷凍（-10℃）兩檔可切換的微型疫苗轉運儲藏箱，在工作中溫度傳感器實時檢測盒內溫度并與設置的冷藏或冷凍溫度相比較，通過比較和切換電路及功放電路分別控制半導體制冷片和加熱片的工作狀態。具體實施方式：

①疫苗需要冷藏時：當溫度傳感器，檢測到環境溫度高于5℃時，切換電路會使半導體片接通可進行制冷降溫工作，溫度低于3℃時切換電路會使加熱片接通進行加熱升溫工作。

②疫苗需要冷凍時：當環境溫度高于-9℃時，電路切換到制冷片接通狀態進行制冷降溫工作，當溫度低于-11℃時電路切換到加熱片接通狀態，進行加熱升溫工作使箱內溫度保持在一定溫度范圍內。

3 采取的研究方案

3.1 結構設計

微型疫苗控溫箱殼體結構為塑料外殼、保溫材料和鋁內膽的三層結構的形式。為了便于接種疫苗的防疫工作人員將微型疫苗箱放入一般醫用保健箱內，根據一般醫用保健箱的尺寸（35×15×26cm3）和常見疫苗的大小（13.5×4×2.2cm3），設計疫苗轉運儲藏箱尺寸為26.5×14×9cm3。一種具有造價低廉，便于防疫人員隨身攜帶的微型疫苗控溫箱。

圖1 疫苗箱的整體結構圖

圖2 疫苗箱的箱蓋俯視圖

圖3 箱內部結構俯視圖

圖4 疫苗箱側視結構圖

圖5 制冷裝置結構裝配圖

作品圖片標記說明如下：

1-制冷裝置 2-電阻加熱片 3-塑料外殼? ? 4-泡沫保溫板 5-鋁盒內膽 6-溫控電路 7-鋰電池? ? ? ?8-散熱風扇 9-散熱片 10-制冷片 11-電源指示? ?12-工作指示 13-轉換開關 14-電源開關? ? ?15-充電插孔 16-溫度探頭

具體結構設計見圖1-5所示。

3.2 技術方法

所設計的微型疫苗控溫箱，包括隔熱箱體、半導體制冷降溫、電熱加熱和溫控電路等部分。箱體結構部分的方案是：將半導體制冷片置于箱蓋的塑料和鋁內層之間的保溫層中;電阻加熱片置于保溫箱的底部的保溫層中;溫度傳感器貼在盒的鋁膽外側上;控制電路和鋰電池置于保溫箱右側。溫度控制采用的方案是：溫度傳感器實時檢測盒內溫度并與設置的冷藏或冷凍溫度相比較，通過比較和切換電路及功放電路分別控制半導體制冷片和加熱片的工作狀態。

將半導體制冷片置于箱蓋保溫板中、加熱片置于保溫箱的底部的保溫板中，以便于箱內空氣對流增強保溫效果。與鋁盒接觸的溫度傳感器粘在鋁盒的外側，以隨時檢測盒內溫度。在夏季當環境溫度高于保溫箱設定的溫度時半導體制冷片工作，通過自動吸熱降溫，保持箱內的溫度恒定;在冬天環境溫度低于保溫箱設定溫度時電阻加熱片工作，通過自動放熱升溫保持箱內溫度恒定。

3.3 技術操作

（1）疫苗需要冷藏時：當溫度傳感器，檢測到環境溫度高于5℃時，切換電路會使半導體片接通可進行制冷降溫工作，溫度低于3℃時切換電路會使加熱片接通進行加熱升溫工作。

（2）疫苗需要冷凍時：當環境溫度高于-9℃時，切換電路使導體片接通可進行制冷降溫工作，溫度低于-11℃時電路切換電路會使加熱片接通進行加熱升溫，達到箱內溫度在一定范圍內變化的目的。

4 創新點與應用價值

4.1 創新點

（1）殼體結構為塑料外殼、保溫材料和鋁內膽的三層結構的形式，可放在紅十字箱或醫用保健箱內，具有結構簡單和便于隨身攜帶的特點。

（2）為了便于箱內空氣對流增強保溫效果，將半導體制冷片置于箱蓋保溫板中、加熱片置于保溫箱的底部的保溫板中。與鋁盒接觸的溫度傳感器粘在鋁盒的外側，以隨時檢測盒內溫度。解決在一些騎馬、行走等儲藏運輸疫苗場合下，滿足疫苗低溫或冷凍儲藏的特別需求。

（3）利用溫度傳感器、集成電路、場效應管和電阻，以及切換開關等器件構成溫度控制電路。與鋁盒接觸的溫度傳感器隨時檢測盒內溫度，根據檢測溫度與設置溫度的比較結果，通過溫度控制器分別控制半導體制冷片和加熱片的工作狀態，達到保持箱內溫度在一定范圍內變化的目的，從而達到節電和控溫精確的效果。

4.2 應用價值

本作品設計一種微型疫苗控溫箱，涉及疫苗攜帶與儲存領域。為了便于防疫工作人員將疫苗放在隨身攜帶的醫用紅十字箱內儲藏，針對現有保溫箱存在的不足，設計出微型疫苗控溫箱。該箱包括微型隔熱箱體、半導體制冷降溫、電熱加熱和溫控電路等部分。本作品旨在提供一種成本低、結構簡單的微型疫苗控溫箱。接種疫苗的防疫工作人員將疫苗放在微型疫苗控溫箱中，并放入醫用紅十字箱內，切實解決了解放軍指戰員和武警官兵在野外訓練及執行任務時注射抗蛇毒血清藥物和疫苗的需要，同時也有效地保障了偏遠山區和草原疫苗接種工作的開展，進一步克服了疫苗恒溫保存的困難。

微型疫苗控溫箱，具有低成本、低功耗、體積小、簡便易用、易推廣等優點，不論是在民用或者是軍用防疫免疫醫學領域，都將具有更加寬廣的應用前景。

5 作品研究基礎與工作條件

2017年1月起，作品發明人前后10多次前往衛生防疫部門、醫療保健器械市場進行深入調研，采用深度訪談和實地調研相結合的調查法，了解當前疫苗儲藏箱的使用和需求的實際情況，并通過在圖書館和登錄中國知網、百度等網絡查閱文獻資料，查找和閱讀有關文獻資料共86篇，詳實的掌握疫苗儲藏要求和有關數據指標，通過文獻資料的閱讀，也增加了科學和辯證分析問題的能力。一年多的時間，發明人積累了與研究作品疫苗儲藏箱有關的有效數據與實踐知識，分析數字文字資料，撰寫設計方案，從而完成此項作品。

【參考文獻】

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