【永合创信百科】多功能器具清洗机的工作原理及基本构造

　　多功能器具清洗机的工作原理及基本构造
 

　　摘要
 

　　多功能器具清洗机是一种专为实验室、医疗机构、制药工厂和工业研发部门设计的自动化清洗设备，旨在取代繁琐、低效且不一致的手工清洗。它通过集成高压喷淋、热水循环、化学消毒和强制干燥等多种功能于一体，能够根据不同器具的材质、形状和污染程度，提供标准化、可验证的清洗解决方案。本报告旨在深入剖析其核心工作原理——“预洗-主洗-漂洗-消毒-干燥”的闭环清洗流程，并详细拆解其五大基本构造系统：箱体与舱门系统、喷淋系统、水路与加热系统、控制系统及干燥系统，以揭示其如何实现高效、可靠、可重复的自动化清洗。
  

　　1. 引言
 

　　在科学研究、医疗健康和制造领域，实验器具、手术器械和工艺器皿的洁净度直接关系到实验数据的准确性、患者的安全以及产品的质量。手工清洗不仅劳动强度大、效率低，更严重的是其清洗效果受操作者技能、情绪和疲劳度影响，存在极大的不确定性和生物安全风险。
 

　　多功能器具清洗机应运而生，它将复杂的清洗工艺固化为可编程的标准化程序，通过物理和化学的协同作用，确保每一批次的器具都能达到预设的洁净度标准。其“多功能”体现在：
 

　　对象多样：可清洗玻璃器皿、塑料制品、金属器械、实验动物笼盒等。
 

　　程序可调：针对不同污染类型(如普通有机物、血源性病原体、细胞培养基残留)设有不同的清洗程序。
 

　　功能集成：集清洗、漂洗、消毒、干燥于一体，一站式完成作业。
 

　　2. 核心工作原理：闭环清洗流程
 

　　多功能器具清洗机的清洗过程是一个高度可控的、自动化的闭环系统，通常遵循以下五个核心阶段：
 

　　图1：多功能器具清洗机工作原理流程图

 

　　第1阶段：预洗/润湿
 

　　目的：去除器具表面松散的、易溶于水的污染物，如灰尘、培养基残渣、可溶性盐类等，为后续的主洗减轻负担。
 

　　过程：清洗机向舱内注入适量的冷水或温水(通常40-60°C)，通过喷淋臂进行喷淋，或让器具在浸泡池中浸润。部分机型配备高压水枪，可手动辅助冲洗顽固附着的大块污物。
 

　　第2阶段：主洗/皂化
 

　　目的：这是整个清洗过程的核心，利用化学和物理的协同作用，强力去除最难清洗的污染物，如油脂、蛋白质、细胞碎片和顽固化学残留。
 

　　过程：
 

　　加热：加热系统将水箱中的水加热至高温(通常60-85°C)。
 

　　加注化学品：系统自动从洗涤剂仓中抽取定量的专用碱性或酶基洗涤剂，注入主洗水箱，与主洗水混合。
 

　　强力作用：高温增强了洗涤剂的化学活性(皂化脂肪、水解蛋白质)，同时降低了水的表面张力。高压循环泵将热的洗涤剂水强力泵入喷淋臂，形成密集的高压水柱，对器具进行的冲刷、剥离和乳化。此阶段的机械力(冲击力)和化学力(洗涤剂)共同作用，是瓦解顽固污垢的关键。
 

　　第3阶段：漂洗
 

　　目的：移除附着在器具表面和内部流路的洗涤剂残留，防止其对后续实验或应用造成干扰和污染。
 

　　过程：通常包括至少一次“中间漂洗”和一次“最终漂洗”。系统清空主洗箱，注入新鲜的去离子水或蒸馏水。通过喷淋臂进行多次、长时间的漂洗，确保无任何洗涤剂成分残留。最终漂洗的水质直接影响最终的洁净度。
 

　　第4阶段：消毒/钝化
 

　　目的：杀灭或去除所原微生物(细菌芽孢、病毒、真菌等)，达到无菌或高卫生水平。对于金属器械，有时还包括钝化过程，以增强其抗腐蚀能力。
 

　　过程：有两种主要方式：
 

　　热力消毒：将漂洗水加热至高温(如90°C以上)并保持一段时间(如1分钟以上)，利用高温使微生物的蛋白质变性死亡。这是常用、环保的方式。
 

　　化学消毒：注入专用的化学消毒剂(如过氧乙酸)，通过循环喷淋达到消毒效果。这种方式在不能耐受高温的塑料制品中有时使用。
 

　　第5阶段：干燥
 

　　目的：去除器具内外表面的所有水分，得到可直接使用或无菌包装的干燥器具，防止微生物在潮湿环境中再次滋生。
 

　　过程：消毒程序结束后，内置的HEPA(高效空气过滤器)过滤的热风系统启动。风机将外部空气吸入，经过HEPA滤膜去除尘埃和微生物后，由加热系统加热成热风(通常80-120°C)，通过风管送入清洗舱，并从舱内抽出湿热空气，形成强制对流，快速带走器具表面的水分。部分机型还具备真空干燥功能，进一步加速水分蒸发。
 

　　3. 基本构造系统
 

　　为实现上述复杂流程，清洗机由以下五大相互关联的系统构成：
 

　　3.1 箱体与舱门系统
 

　　箱体：通常由耐腐蚀的不锈钢(如304或316L)制成，构成一个密闭的清洗腔。箱体结构坚固，能承受反复的高温和压力变化。
 

　　舱门：大型铰链式或滑动式舱门，配有耐高温的硅胶密封圈，确保运行时舱门的密闭性，防止热水和蒸汽泄漏。现代机型的舱门多为双层中空设计，兼具保温和安全防护(防烫)功能。舱门上通常装有观察窗和安全联锁装置(开门即停机)。
 

　　3.2 喷淋系统
 

　　这是实现物理清洗的执行机构，是其“多功能”和“高效”的直接体现。
 

　　喷淋臂：通常有上、下两层或多层，可360°自由旋转。臂上分布着多个精密设计的喷嘴，确保水流能覆盖舱内每一个角落和器具的每一个表面。喷淋臂由耐腐蚀材料(如不锈钢、PVDF塑料)制成。
 

　　循环泵：通常是高扬程、大流量的离心泵或涡流泵，是喷淋系统的“心脏”。它将水箱中的水或洗涤剂水强力抽取并加压，通过管路输送至喷淋臂，形成高压射流。
 

　　管路系统：连接水箱、泵和喷淋臂的管道，确保水流畅通无阻。
 

　　3.3 水路与加热系统
 

　　这是清洗机的“血液循环”和“体温调节”系统。
 

　　水箱/水槽：通常分为主洗水箱和漂洗水箱(或共用一个水箱但通过程序控制换水)。水箱设有进水口、排水口、溢流口和液位传感器。
 

　　进水与排水系统：进水电磁阀控制清洗用水的注入；排水泵和排水阀负责将污水排出机外。
 

　　加热系统：主要有两种形式：
 

　　电热管：直接浸入水中，加热效率高，是最常见的方式。
 

　　蒸汽加热：通过外接蒸汽源，在换热器中加热水，热容量大，适合大型工业设备。
 

　　过滤器：包括进水过滤器(保护水泵免受杂质损害)和喷臂/泵前过滤器(拦截清洗下来的颗粒物，保护泵和喷嘴)。
 

　　3.4 控制系统
 

　　这是清洗机的“大脑”。
 

　　控制器：通常是PLC(可编程逻辑控制器)或专用的微处理器，负责按预设程序控制所有部件的协调工作。
 

　　人机界面（HMI）：通常是触摸屏，允许用户选择或自定义清洗程序、设置参数(温度、时间)、启动/停止设备并查看运行状态。
 

　　传感器：包括温度传感器(监测水温)、液位传感器(监测水位)、压力传感器(监测管路压力)等，为控制系统提供实时反馈，确保过程安全可控。
 

　　3.5 干燥系统
 

　　风机与风道：将外部空气净化后送入舱内，并形成循环气流。
 

　　空气加热器：将净化后的空气加热成热风。
 

　　HEPA过滤器：这是保证干燥空气无菌的关键，能去除99.97%以上直径为0.3微米的微粒，确保不会在干燥过程中对器具造成二次污染。
 

　　4. 结论
 

　　多功能器具清洗机通过其精密的闭环清洗流程和模块化的构造系统，将复杂的清洗任务转化为一个标准化、自动化、可追溯的工业过程。其工作原理巧妙地结合了热能、机械能（高压水）、化学能和干燥能，形成了一个强大的去污合力。而其构造则体现了高度的集成化和专业化，从坚固的箱体到智能化的控制系统，每一个部件都为实现“洁净”这一目标而精心设计。
 

　　随着法规(如GMP, GLP)对数据完整性和过程可追溯性要求的不断提高，未来的清洗机将更加智能化，集成在线清洗（CIP）验证、数据记录与打印、物联网（IoT）远程监控等功能，成为现代化实验室和工厂的质量保证基础设施。