一種智能化高效中藥熬藥機的設計

許艷亭，李 剛，許仕杰

（浙江省城市軌道交通智能運維技術與裝備重點實驗室，浙江 金華321000；浙江師范大學工學院，浙江 金華321000）

中藥歷史悠久，相比于西藥，安全有效，副作用小，由此備受青睞。1978年改革開放，2001年加入世界貿易組織，2013年提出“一帶一路”倡議。但熬制中藥設備技術落后，嚴重影響了中醫藥的發展與推廣。現有熬藥設備分為兩大類：大型醫院熬藥設備，一次可以熬制多副，但藥汁濃度低，不易儲存易變質；小型家庭熬藥罐熬藥存在耗時費力、不易掌握火候、易燒干糊鍋、容量小、不易清洗和過濾藥汁的嚴重缺陷。熬藥時間長、溫度不易控制、藥物的藥效無法充分發揮、藥渣不易清理等問題都給熬藥者造成巨大負擔和困擾[1]。

本文針對目前市場上不完善的熬藥裝置，設計了一種智能化高效中藥熬藥機，集成旋轉刀片組件、超聲波組件、加熱盤組件、智能控制模塊、雙層過濾網和殼體組件從而達到高效率析出藥物、智能控制溫度、及時過濾殘渣、自動清洗裝置的效果。

1 設計背景

1.1 藥材熬制原理的限制

中藥經過浸泡，在高溫高壓環境下經沸水熬制，藥材有效成分在水中緩慢溶出。藥材中藥物有效成分的析出原理使傳統熬藥方式不能充分且高效率析出藥物，特設計一種智能化高效中藥熬藥機，裝配旋轉刀片、超聲波將藥物打碎，使細胞破壁，胞內有效成分暴露[2]，短時間內充分提取藥物有效成分，明顯提高藥效和熬藥效率。

1.2 復雜的藥材熬制方式

中藥的熬制過程直接影響它的治療效果，而中藥種類與熬制方式復雜多變，不同的藥物種類有不同浸泡時間、熬制溫度與熬制方式[3]，一種裝配旋轉刀片和超聲波發生器的智能化中藥熬藥機智能控制模塊化設計，根據其特殊功能、藥材特性與熬制原理將中藥熬制分為三種：用于治療急性熱病、四季外感風寒、風熱類疾病的清熱發散性藥物；用于治療一般常見的慢性病，如脾胃病、臟腑功能失調、高血壓病、心血管類疾病的調理性藥物；用于治療虛損性疾病的補益藥，如氣虛、血虛、腎虛等各類虛損病癥的藥物。

2 設計方案

2.1 設備結構

針對現有熬藥裝置的缺陷，設計了一種智能化的高效中藥熬藥機，主要包括智能控制模塊、旋轉刀片組件、加熱盤組件、超聲波組件、雙層過濾網和殼體組件，二維結構如圖1 所示。

圖1 熬藥機二維圖

2.1.1 智能控制模塊

針對如急性熱病、慢性病或虛損性等熬藥方式截然不同的疾病，采用基于單片機的智能控制模塊化設計，可選擇不同的熬藥方式，使熬藥過程更加智能化。

2.1.2 旋轉刀片組件

熬藥機內部共設置上中下六把旋轉刀片，可將吸水膨脹后的藥材打碎，使藥材有效成分充分析出。通過旋轉刀片的旋轉運動，可帶動藥材在熬藥機內運動，使其受熱均勻、避免糊藥。

2.1.3 超聲波組件

超聲波組件主要由超聲波發生器、超聲波換能器組成，超聲波發生器將50 Hz 的交流電轉換成超聲頻電振蕩信號后，通過電纜輸送給超聲波換能器，將輸入的電功率轉換成超聲波傳遞出去。超聲波組件的設計輔助熬藥機高效率熬藥與快速清洗裝置。

2.1.4 加熱盤組件

熬藥機底部設有加熱盤，從底部加熱藥汁，使湯劑受熱充分均勻，自動控制加熱溫度與時間，保證湯劑中藥物成分平衡。

2.1.5 雙層過濾網

在旋轉刀片與機體壁之間設第一層過濾網，在緊貼機體內部處設第二層過濾網，藥渣通過第一層過濾網后還需通過第二層過濾網，兩層過濾網的設計有效降低了出水口堵塞的概率。

2.1.6 殼體組件

殼體主要由鍋蓋、手柄、排氣安全閥、出藥口組成。鍋蓋通過卡扣與鍋體相連；排氣安全閥用以控制熬藥機內部氣壓，防止氣壓過大發生危險；出藥口控制藥汁排出量。

2.2 工作原理

打開熬藥機的鍋蓋，放入需要熬制的藥材，倒入一定量的水，通過卡扣蓋上鍋蓋。打開總開關，通過藥材屬性選擇熬藥模式，通過智能模塊化控制旋轉刀片與超聲波動作，經過一定時間熬藥完成，熬藥機自動對湯劑進行保溫。打開排氣安全閥，打開熬藥機壁上的出水口，湯劑從出水口順利流出，最后，利用超聲波輔助清洗，將熬藥機內的水倒掉，清洗完成。

3 設計原理

3.1 粉碎藥材熬藥原理

采用剪切破壞，當剪應力達到藥材的剪切強度極限時，藥材就被層層削落而粉碎，這是一種能耗較低的粉碎方式，中藥成分含量的溶出度與藥材的粉碎度密切相關，粉碎可提高藥材有效成分的溶出、藥物生物利用度和分散度，加快藥物的溶解和吸收[4]。

3.2 超聲波輔助熬藥原理

超聲波在傳播過程中，輻射壓強能夠沿著聲波的方向進行有效傳播，隨著超聲波頻率變大，熬藥機內的水分振動頻率變大，溶劑的質點在壓縮過程中能夠交替伸張，以產生線性或者非線性的交變震動，使藥物有效成分更容易析出。同時利用超聲波的空化作用可以加速浸出提取藥物的有效成分，此外，超聲波的機械振動、乳化、擴散、擊碎、化學效應等也能加速提取藥物成分[5]。

3.3 熬藥機自動清洗原理

熬藥機裝配超聲波和旋轉刀片，超聲波具有波長短、能量集中、穿透力強等特性，利用超聲波發生器產生的超聲空化效應，使物件表面及縫隙中的污垢迅速剝落[6]；用旋轉刀片進一步打碎藥物，使藥物不宜黏著熬藥機，從而達到凈化熬藥機表面的目的。

4 有益效果

平衡湯汁濃度，提高熬藥效率。裝配旋轉刀片組件，將藥材打碎，使細胞破壁，胞內有效成分暴露，短時間內充分提取藥物有效成分，超聲波空化作用加速浸出藥物有效成分，旋轉刀片與超聲波輔助熬藥，明顯提高熬藥效率和藥效。

一鍵式熬藥，方便、輕松、快捷。智能控制模塊化設計針對不同類型藥劑，采用不同熬藥模式，一鍵式解決，滿足市場需求。

避免糊藥、自動清洗。旋轉刀片組件的攪拌作用與超聲波的空化作用，避免傳統熬藥局部高溫發生糊藥現象，同時兩種裝置都有助于自動清洗熬藥機，使清洗不再煩瑣。

5 結語

本文根據現市場不完善的熬藥裝置、中藥藥材特性與煎制原理，完成了一種裝配旋轉刀片組件、超聲波組件、加熱盤組件、智能控制模塊、殼體組件、雙層過濾網的高效中藥熬藥機。該中藥熬藥機的設計使高效熬制中藥、有效分離湯劑、自動清洗裝置一氣呵成，大大減輕了熬藥者的顧慮與負擔。同時，該中藥熬藥機總體成本相對低、操作簡單、煎煮質量高、容量大，使家庭、醫院熬藥都更加智能化、便捷與安全。