【永合創信百科】多功能器具清洗機的工作原理及基本構造

　　多功能器具清洗機的工作原理及基本構造
 

　　摘要
 

　　多功能器具清洗機是一種專為實驗室、醫療機構、制藥工廠和工業研發部門設計的自動化清洗設備，旨在取代繁瑣、低效且不一致的手工清洗。它通過集成高壓噴淋、熱水循環、化學消毒和強制干燥等多種功能于一體，能夠根據不同器具的材質、形狀和污染程度，提供標準化、可驗證的清洗解決方案。本報告旨在深入剖析其核心工作原理——“預洗-主洗-漂洗-消毒-干燥”的閉環清洗流程，并詳細拆解其五大基本構造系統：箱體與艙門系統、噴淋系統、水路與加熱系統、控制系統及干燥系統，以揭示其如何實現高效、可靠、可重復的自動化清洗。
  

　　1. 引言
 

　　在科學研究、醫療健康和制造領域，實驗器具、手術器械和工藝器皿的潔凈度直接關系到實驗數據的準確性、患者的安全以及產品的質量。手工清洗不僅勞動強度大、效率低，更嚴重的是其清洗效果受操作者技能、情緒和疲勞度影響，存在極大的不確定性和生物安全風險。
 

　　多功能器具清洗機應運而生，它將復雜的清洗工藝固化為可編程的標準化程序，通過物理和化學的協同作用，確保每一批次的器具都能達到預設的潔凈度標準。其“多功能”體現在：
 

　　對象多樣：可清洗玻璃器皿、塑料制品、金屬器械、實驗動物籠盒等。
 

　　程序可調：針對不同污染類型(如普通有機物、血源性病原體、細胞培養基殘留)設有不同的清洗程序。
 

　　功能集成：集清洗、漂洗、消毒、干燥于一體，一站式完成作業。
 

　　2. 核心工作原理：閉環清洗流程
 

　　多功能器具清洗機的清洗過程是一個高度可控的、自動化的閉環系統，通常遵循以下五個核心階段：
 

　　圖1：多功能器具清洗機工作原理流程圖

 

　　第1階段：預洗/潤濕
 

　　目的：去除器具表面松散的、易溶于水的污染物，如灰塵、培養基殘渣、可溶性鹽類等，為后續的主洗減輕負擔。
 

　　過程：清洗機向艙內注入適量的冷水或溫水(通常40-60°C)，通過噴淋臂進行噴淋，或讓器具在浸泡池中浸潤。部分機型配備高壓水槍，可手動輔助沖洗頑固附著的大塊污物。
 

　　第2階段：主洗/皂化
 

　　目的：這是整個清洗過程的核心，利用化學和物理的協同作用，強力去除最難清洗的污染物，如油脂、蛋白質、細胞碎片和頑固化學殘留。
 

　　過程：
 

　　加熱：加熱系統將水箱中的水加熱至高溫(通常60-85°C)。
 

　　加注化學品：系統自動從洗滌劑倉中抽取定量的專用堿性或酶基洗滌劑，注入主洗水箱，與主洗水混合。
 

　　強力作用：高溫增強了洗滌劑的化學活性(皂化脂肪、水解蛋白質)，同時降低了水的表面張力。高壓循環泵將熱的洗滌劑水強力泵入噴淋臂，形成密集的高壓水柱，對器具進行的沖刷、剝離和乳化。此階段的機械力(沖擊力)和化學力(洗滌劑)共同作用，是瓦解頑固污垢的關鍵。
 

　　第3階段：漂洗
 

　　目的：移除附著在器具表面和內部流路的洗滌劑殘留，防止其對后續實驗或應用造成干擾和污染。
 

　　過程：通常包括至少一次“中間漂洗”和一次“最終漂洗”。系統清空主洗箱，注入新鮮的去離子水或蒸餾水。通過噴淋臂進行多次、長時間的漂洗，確保無任何洗滌劑成分殘留。最終漂洗的水質直接影響最終的潔凈度。
 

　　第4階段：消毒/鈍化
 

　　目的：殺滅或去除所原微生物(細菌芽孢、病毒、真菌等)，達到無菌或高衛生水平。對于金屬器械，有時還包括鈍化過程，以增強其抗腐蝕能力。
 

　　過程：有兩種主要方式：
 

　　熱力消毒：將漂洗水加熱至高溫(如90°C以上)并保持一段時間(如1分鐘以上)，利用高溫使微生物的蛋白質變性死亡。這是常用、環保的方式。
 

　　化學消毒：注入專用的化學消毒劑(如過氧乙酸)，通過循環噴淋達到消毒效果。這種方式在不能耐受高溫的塑料制品中有時使用。
 

　　第5階段：干燥
 

　　目的：去除器具內外表面的所有水分，得到可直接使用或無菌包裝的干燥器具，防止微生物在潮濕環境中再次滋生。
 

　　過程：消毒程序結束后，內置的HEPA(高效空氣過濾器)過濾的熱風系統啟動。風機將外部空氣吸入，經過HEPA濾膜去除塵埃和微生物后，由加熱系統加熱成熱風(通常80-120°C)，通過風管送入清洗艙，并從艙內抽出濕熱空氣，形成強制對流，快速帶走器具表面的水分。部分機型還具備真空干燥功能，進一步加速水分蒸發。
 

　　3. 基本構造系統
 

　　為實現上述復雜流程，清洗機由以下五大相互關聯的系統構成：
 

　　3.1 箱體與艙門系統
 

　　箱體：通常由耐腐蝕的不銹鋼(如304或316L)制成，構成一個密閉的清洗腔。箱體結構堅固，能承受反復的高溫和壓力變化。
 

　　艙門：大型鉸鏈式或滑動式艙門，配有耐高溫的硅膠密封圈，確保運行時艙門的密閉性，防止熱水和蒸汽泄漏。現代機型的艙門多為雙層中空設計，兼具保溫和安全防護(防燙)功能。艙門上通常裝有觀察窗和安全聯鎖裝置(開門即停機)。
 

　　3.2 噴淋系統
 

　　這是實現物理清洗的執行機構，是其“多功能”和“高效”的直接體現。
 

　　噴淋臂：通常有上、下兩層或多層，可360°自由旋轉。臂上分布著多個精密設計的噴嘴，確保水流能覆蓋艙內每一個角落和器具的每一個表面。噴淋臂由耐腐蝕材料(如不銹鋼、PVDF塑料)制成。
 

　　循環泵：通常是高揚程、大流量的離心泵或渦流泵，是噴淋系統的“心臟”。它將水箱中的水或洗滌劑水強力抽取并加壓，通過管路輸送至噴淋臂，形成高壓射流。
 

　　管路系統：連接水箱、泵和噴淋臂的管道，確保水流暢通無阻。
 

　　3.3 水路與加熱系統
 

　　這是清洗機的“血液循環”和“體溫調節”系統。
 

　　水箱/水槽：通常分為主洗水箱和漂洗水箱(或共用一個水箱但通過程序控制換水)。水箱設有進水口、排水口、溢流口和液位傳感器。
 

　　進水與排水系統：進水電磁閥控制清洗用水的注入；排水泵和排水閥負責將污水排出機外。
 

　　加熱系統：主要有兩種形式：
 

　　電熱管：直接浸入水中，加熱效率高，是最常見的方式。
 

　　蒸汽加熱：通過外接蒸汽源，在換熱器中加熱水，熱容量大，適合大型工業設備。
 

　　過濾器：包括進水過濾器(保護水泵免受雜質損害)和噴臂/泵前過濾器(攔截清洗下來的顆粒物，保護泵和噴嘴)。
 

　　3.4 控制系統
 

　　這是清洗機的“大腦”。
 

　　控制器：通常是PLC(可編程邏輯控制器)或專用的微處理器，負責按預設程序控制所有部件的協調工作。
 

　　人機界面（HMI）：通常是觸摸屏，允許用戶選擇或自定義清洗程序、設置參數(溫度、時間)、啟動/停止設備并查看運行狀態。
 

　　傳感器：包括溫度傳感器(監測水溫)、液位傳感器(監測水位)、壓力傳感器(監測管路壓力)等，為控制系統提供實時反饋，確保過程安全可控。
 

　　3.5 干燥系統
 

　　風機與風道：將外部空氣凈化后送入艙內，并形成循環氣流。
 

　　空氣加熱器：將凈化后的空氣加熱成熱風。
 

　　HEPA過濾器：這是保證干燥空氣無菌的關鍵，能去除99.97%以上直徑為0.3微米的微粒，確保不會在干燥過程中對器具造成二次污染。
 

　　4. 結論
 

　　多功能器具清洗機通過其精密的閉環清洗流程和模塊化的構造系統，將復雜的清洗任務轉化為一個標準化、自動化、可追溯的工業過程。其工作原理巧妙地結合了熱能、機械能（高壓水）、化學能和干燥能，形成了一個強大的去污合力。而其構造則體現了高度的集成化和專業化，從堅固的箱體到智能化的控制系統，每一個部件都為實現“潔凈”這一目標而精心設計。
 

　　隨著法規(如GMP, GLP)對數據完整性和過程可追溯性要求的不斷提高，未來的清洗機將更加智能化，集成在線清洗（CIP）驗證、數據記錄與打印、物聯網（IoT）遠程監控等功能，成為現代化實驗室和工廠的質量保證基礎設施。