CN113418249A - 集成式洁净室空气净化系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种集成式洁净室空气净化系统及控制方法，它包括新风机组、进风分配阀、空气净化系统和循环机组；新风机组和回风管路分别与进风分配阀的分配口连通，进风分配阀的总风口与空气净化系统连通，空气净化系统与循环机组连通；循环机组与洁净室的供风装置连通，洁净室与回风管路连通；进风分配阀调节新风机组与回风管路的进风配比。本发明以较高的自动化程度，使系统冗余度较低，实现成本较低，以大幅降低能耗。本发明的控制方法，能够对洁净室供应空气的湿度、温度、压力和流量进行高效率的自动控制，且能够通过对进风分配阀和送风分配阀的自动控制，实现重点洁净室压力和流量调节的快速响应。

Description

集成式洁净室空气净化系统及控制方法
技术领域
本发明涉及洁净室空气处理领域，特别是一种集成式洁净室空气净化系统及控制方法。
背景技术
在医疗机构，对空气的质量要求较为严格。我国国家标准《医院洁净手术部建设标准》已从2000 年10 月1 日起施行。《标准》对洁净用房分为4 级。《医院洁净手术部建设标准》第29 条规定“ Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ级洁净层流手术室应采用局部集中送风方式, 集中布置的送风口面积即手术区的大小应和层流手术室等级相适应, Ⅰ 级时的不小于6 .2 m2(其中头部专用的不小于1 .4 m2),Ⅱ级不小于4 .6 m2 , Ⅲ级不小于3 .6m2。虽然提出了层流手术室的概念，但是在适当的能耗，提供温度、湿度和洁净度均符合要求的空气，仍存在较大的技术难度。
中国专利文献CN112515907 A记载了一种适用于手术室的异温异速宽口低速空气幕的层流送风方法，用于实现层流送风，以降低供风成本。CN 112303794 A记载了一种空气净化通风空调自动控制系统及控制方法，能够实现温度和湿度的自动控制。CN112815412 A记载了一种用于控制洁净区域净化系统送风量的装置和方法，通过根据静压传感器调节变频风机频率，从而调控送风量。但是上述的方案，均难以实现在能耗允许的范围内，提供温度、湿度和洁净度均符合要求的洁净空气。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供集成式洁净室空气净化系统及控制方法，能够通过一套新风机组和循环机组，满足多个洁净室的空气供应。优选的方案中，能够较为便利的实现自动控制，能够以较低的风阻实现更佳的空气净化效果，能够确保外排的空气细菌浓度控制在限定范围内。
本发明所要解决的另一技术问题是提供集成式洁净室空气净化系统的控制方法，能够确保手术室符合要求的空气供应，且当供风系统出现波动时，能够优先满足手术室的洁净空气供应。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种集成式洁净室空气净化系统，它包括新风机组、进风分配阀、空气净化系统和循环机组；
新风机组和回风管路分别与进风分配阀的分配口连通，进风分配阀的总风口与空气净化系统连通，空气净化系统与循环机组连通；
循环机组与洁净室的供风装置连通，洁净室与回风管路连通；
进风分配阀调节新风机组与回风管路的进风配比。
优选的方案中，在回风管路上还设有回风净化系统，回风净化系统内设有折返吸附区和光电净化区；
折返吸附区设有多个阵列布置的“U”形折返板，“U”形折返板相对布置，“U”形折返板的自由端相对且互相伸入形成阵列的折返结构；
光电净化区设有紫外光净化区和/或静电净化区。
优选的方案中，“U”形折返板的内壁设有陶瓷颗粒层，陶瓷颗粒层的表面设有纳米银涂层。
优选的方案中，空气净化系统设有过滤器、折返吸附区和光电净化区。
优选的方案中，洁净室内设有污染区，污染区与高效过滤器和排风净化系统串接连接；
洁净室内还设有半污染区，半污染区与中效过滤器和排风净化系统串接连接。
优选的方案中，排风净化系统的结构为：密封壳体设有入口和出口，出口与大气连通；
在密封壳体内设有水平轴，水平轴与离心电机固定连接，水平轴上设有多个离心叶片，离心叶片上设有多个孔和侧展翼片，离心叶片用于使密封壳体内的消毒液离心形成消毒液液滴；
离心叶片之间设有隔离挡板。
优选的方案中，所述的洁净室包括手术室、洁净辅室和廊道；
循环机组通过送风管路与第一送风分配阀的总风口连接，第一送风分配阀的第一分配口与手术室的手术室供风装置连通，第一分配口与手术室之间的管路上设有流量传感器和压力传感器；
第一送风分配阀的第二分配口与第二送风分配阀的总风口连接，第二送风分配阀的第一分配口与洁净辅室的洁净辅房供风装置连接，第二送风分配阀的第二分配口与廊道的廊道供风装置连接；
在手术室的两侧设有手术室回风口，在洁净辅房设有洁净辅房回风口，在廊道设有廊道回风口；
手术室回风口、洁净辅房回风口和廊道回风口与回风管路连接；
在回风管路上设有湿度传感器、温度传感器和流量传感器。
优选的方案中，所述的进风分配阀、第一送风分配阀和第二送风分配阀的结构为：
总风口与第一分配口和第二分配口连通，第一分配口和第二分配口之间设有弧形挡板，弧形挡板的自由端设有挡板转轴，挡板转轴与摆动分配板固定连接，挡板转轴通过传动机构与伺服电机机械连接，在第一分配口和第二分配口之间设有弧形滑道，摆动分配板的自由端沿着弧形滑道滑动，摆动分配板位于弧形滑道的不同位置，即调节第一分配口和第二分配口的进风截面。
优选的方案中，湿度传感器、温度传感器、压力传感器和流量传感器与PLC的输入端电连接，PLC的输出端与新风机组的新风风机、循环机组的循环风机、手术室供风装置、廊道供风装置、洁净辅房供风装置电连接，以调节供风风速；
PLC的输出端还与回风风机电连接，以调节手术室、洁净辅室和廊道的回风风速；
PLC的输出端还与新风机组和循环机组电连接；以调节新风机组和循环机组的供风湿度、温度和流量；
PLC的输出端还与进风分配阀、第一送风分配阀和第二送风分配阀电连接。
一种采用上述的集成式洁净室空气净化系统的控制方法，包括以下步骤：
S1、采用湿度优先控制，在夏季工况下，新风经过新风机组一次降温除湿后然后与回风管路来的回风混合，在循环机组中二次降温或加热到设计送风温度后送风；
在冬季工况下，室外新风低于5℃时，新风经新风机组预热到5℃后，通过新风机组内的热盘管加热到设定温度值，送到循环机组中与回风混合后在循环机组中经热水盘管二次加热，再通过加湿器加湿，直到温度、湿度满足设定后送风；
S2、将手术室的压力和送风流量与预设值进行对比，先控制手术室供风装置的风扇转速，当一个时间段后仍未满足要求，则控制第一送风分配阀的开度，优先满足手术室的压力控制和送风流量符合预设值，同时调节回风风机的转速，当一个时间段后仍未满足要求，未能使第一送风分配阀的开度恢复到初始状态，则控制循环机组的循环风机和新风机组的新风风机转速，直至手术室的压力控制和送风流量符合预设值，第一送风分配阀的开度恢复到初始状态；
通过以上步骤实现洁净室空气净化自动控制。
本发明提供的一种集成式洁净室空气净化系统及控制方法，能够以一套新风机组和循环机组满足多个洁净室的空气供应，通过较高的自动化程度，使系统冗余度较低，实现成本较低，以大幅降低能耗。设置的空气净化系统和回风净化系统，以更低的风阻和更高的空气净化质量，提供了细菌浓度符合要求的洁净空气，采用层流供风的方式，使手术室内重点位置，例如手术台区域的细菌浓度和周边区域细菌浓度之比降到0.5以下。设置的进风分配阀和送风分配阀能够对进风截面进行快速的调节，以调节回风的混合比例，或者快速调节各个不同功能的洁净室之间的进风分配比例，优先保障重要的手术室的空气质量。本发明的控制方法，能够对洁净室供应空气的湿度、温度、压力和流量进行高效率的自动控制，且能够通过对进风分配阀和送风分配阀的自动控制，实现重点洁净室压力和流量调节的快速响应。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的新风机组结构示意图。
图3为本发明的排风净化系统的结构示意图。
图4为本发明的离心叶片的局部放大示意图。
图5为本发明的空气净化系统的示意图呢。
图6为本发明的“U”形折返板的局部放大示意图。
图7为本发明的进风分配阀和送风分配阀的结构示意图。
图8为本发明的自动控制框图。
图中：进风分配阀1，总风口101，第一分配口102，第二分配口103，弧形滑道104，摆动分配板105，齿轮组106，伺服电机107，弧形挡板108，挡板转轴109，空气净化系统2，折返吸附区201，光电净化区202，“U”形折返板203，陶瓷颗粒层204，纳米银涂层205，循环机组3，手术室供风装置4，廊道供风装置5，洁净辅房供风装置6，排风净化系统7，孔70，入口71，出口72，密封壳体73，离心电机74，液位传感器75，水平轴76，离心叶片77，隔离挡板78，侧展翼片79，送风管路8，新风机组9，过滤装置91，新风风机92，温度调节器93，湿度调节器94，加热水管95，开度调节阀96，回风风机10，回风管路11，回风净化系统12，廊道回风口13，洁净辅房回风口14，手术室回风口15，污染区16，半污染区17，手术室18，洁净辅房19，廊道20，温度传感器21，第一送风分配阀22，压力传感器23，流量传感器24，湿度传感器25，第二送风分配阀26。
具体实施方式
实施例1：
如图1中，一种集成式洁净室空气净化系统，它包括新风机组9、进风分配阀1、空气净化系统2和循环机组3；
新风机组9的结构如图2中所示，在入口的位置设有过滤装置91，先对进风空气进行预处理，该过滤装置91根据空气质量，优选采用F6中效过滤器，或者采用风阻更低的其他过滤器。在新风机组9还设有新风风机92、温度调节器93和湿度调节器94，温度调节器93优选采用空气能温度调节器，并辅助以辅热系统，例如电辅热，或者额外的加热水管95、蒸汽加热管等，在加热水管95或蒸汽加热管上设有开度调节阀96，通过自动控制开度调节阀96的开度控制辅热温度。湿度调节器94设有换热盘管，通过降温除湿或者蒸发加湿的方式控制供风中的湿度。
新风机组9和回风管路11分别与进风分配阀1的分配口连通，进风分配阀1的总风口101与空气净化系统2连通，空气净化系统2与循环机组3连通；
循环机组3与洁净室的供风装置连通，洁净室与回风管路11连通；
进风分配阀1调节新风机组9与回风管路11的进风配比。由此结构，能够方便的调节回风与新风的混合比例。以适应不同的供风要求，例如在较少的手术室被启用时，供风的洁净度等级相对要求更低，此时则能够通过进风分配阀1的分配，提高回风混合比例，以达到节能的效果。而当更多的手术室被启用时，则通过进风分配阀1的分配，提高新风的混合比例。由此方案，能够在满足供风的温度、湿度和洁净度要求的前提下，大幅降低供风能耗。
优选的方案如图1中，在回风管路11上还设有回风净化系统12，回风净化系统12内设有折返吸附区201和光电净化区202，如图5中所示；
折返吸附区201设有多个阵列布置的“U”形折返板203，“U”形折返板203相对布置，“U”形折返板203的自由端相对且互相伸入形成阵列的折返结构；如图5中，通过利用的折返吸附区201的消杀内壁能够高效的降低细菌浓度，并且与微生物的大小无关，且风阻相对于过滤方便的风阻更低，连续使用寿命也更长。
光电净化区202设有紫外光净化区和/或静电净化区。在紫外光净化区利用近距离的紫外光提高灭菌效果。在静电净化区利用静电场提高颗粒物吸附和灭菌效果。
优选的方案如图6中，“U”形折返板203的内壁设有陶瓷颗粒层204，陶瓷颗粒层204的表面设有纳米银涂层205。其中陶瓷颗粒层204用于提高“U”形折返板203内壁的比表面积，提高与空气的接触面积，设置的纳米银涂层205用于提高灭菌消毒效果。
优选的方案中，空气净化系统2设有过滤器、折返吸附区201和光电净化区202。
优选的方案如图1中，洁净室内设有污染区16，污染区16与高效过滤器和排风净化系统7串接连接；高效过滤器优选采用H13高效过滤器。
洁净室内还设有半污染区17，半污染区17与中效过滤器和排风净化系统7串接连接。中效过滤器优选采用F6中效过滤器。以使排出的空气符合要求。
优选的方案如图3中，排风净化系统7的结构为：密封壳体73设有入口71和出口72，出口72与大气连通；
在密封壳体73内设有水平轴76，水平轴76与离心电机74固定连接，水平轴76上设有多个离心叶片77，离心叶片77上设有多个孔70和侧展翼片79，如图4中所示，离心叶片77的结构用于使密封壳体73内的消毒液离心形成消毒液液滴；在密封壳体73内填充有消毒液，并由液位传感器75控制液面高度。离心叶片77的底部部分的位于消毒液内，通过离心叶片77的高速转动，形成密集的消毒液液滴，以使排出的空气经过充分的消杀。
离心叶片77之间设有隔离挡板78。由此结构，能够使空气被消毒液液滴充分洗涤，从而能够确保排出的空气符合要求。
优选的方案如图1中，所述的洁净室包括手术室18、洁净辅室19和廊道20；
循环机组3通过送风管路8与第一送风分配阀22的总风口101连接，第一送风分配阀22的第一分配口102与手术室18的手术室供风装置4连通，第一分配口102与手术室18之间的管路上设有流量传感器24和压力传感器23；
第一送风分配阀22的第二分配口103与第二送风分配阀26的总风口101连接，第二送风分配阀26的第一分配口102与洁净辅室19的洁净辅房供风装置6连接，第二送风分配阀26的第二分配口103与廊道20的廊道供风装置5连接；由此结构，实现进风和供风的自动配置，一是能够根据需求提高回风的利用效率，以降低能耗，二是能够确保重点位置的供风，例如确保手术室的供风。
在手术室18的两侧底部位置设有手术室回风口15，以实现层流供风；在洁净辅房19的底部位置设有洁净辅房回风口14，在廊道20的顶部位置设有廊道回风口13；
手术室回风口15、洁净辅房回风口14和廊道回风口13与回风管路11连接；
在回风管路11上设有湿度传感器25、温度传感器21和流量传感器24。由此结构，通过湿度传感器25、温度传感器21和流量传感器24的反馈以调节供风湿度、温度和流量。
优选的方案如图7中，所述的进风分配阀1、第一送风分配阀22和第二送风分配阀26的结构为：
总风口101与第一分配口102和第二分配口103连通，第一分配口102和第二分配口103之间设有弧形挡板108，弧形挡板108的自由端设有挡板转轴109，挡板转轴109与摆动分配板105固定连接，挡板转轴109通过传动机构与伺服电机107机械连接，在第一分配口102和第二分配口103之间设有弧形滑道104，摆动分配板105的自由端沿着弧形滑道104滑动，摆动分配板105位于弧形滑道104的不同位置，即调节第一分配口102和第二分配口103的进风截面。由此结构，能够实现大流量通风截面的线性调节，提高自动控制的效果。
优选的方案如图8中，湿度传感器25、温度传感器21、压力传感器23和流量传感器24与PLC的输入端电连接，PLC的输出端与新风机组9的新风风机92、循环机组3的循环风机、手术室供风装置4、廊道供风装置5、洁净辅房供风装置6电连接，以调节供风风速；
PLC的输出端还与回风风机10电连接，以调节手术室18、洁净辅室19和廊道20的回风风速；通过对供风风速和回风风速的组合控制，还用于调节手术室18内的负压或正压状态。
PLC的输出端还与新风机组9和循环机组3电连接；以调节新风机组9和循环机组3的供风湿度、温度和流量；
PLC的输出端还与进风分配阀1、第一送风分配阀22和第二送风分配阀26电连接。
实施例2：
一种采用上述的集成式洁净室空气净化系统的控制方法，包括以下步骤：
S1、采用湿度优先控制，在夏季工况下，新风经过新风机组9一次降温除湿后然后与回风管路11来的回风混合，在循环机组3中二次降温或加热到设计送风温度后送风；
在冬季工况下，室外新风低于5℃时，新风经新风机组9预热到5℃后，通过新风机组内的热盘管加热到设定温度值，送到循环机组3中与回风混合后在循环机组中经热水盘管二次加热，再通过加湿器加湿，直到温度、湿度满足设定后送风；
S2、将手术室18的压力和送风流量与预设值进行对比，先控制手术室供风装置4的风扇转速，当一个时间段后仍未满足要求，则控制第一送风分配阀22的开度，优先满足手术室18的压力控制和送风流量符合预设值，同时调节回风风机10的转速，当一个时间段后仍未满足要求，即未能使第一送风分配阀22的开度恢复到初始状态，则控制循环机组3和新风机组9的新风风机92转速加速，直至手术室18的压力控制和送风流量符合预设值，第一送风分配阀22的开度恢复到初始状态；
S3、当手术室18的使用率降低，即部分手术室18的手术室供风装置4被关闭，新风机组9的新风风机92以较低的功率运行，进风分配阀1的摆动分配板105向连接新风风机92一侧的分配口摆动，使更多的回风被分配，从而降低新风机组9的能耗。
当更多的手术室18的手术室供风装置4被开启，新风机组9的新风风机92以较高的功率运行，进风分配阀1的摆动分配板105向连接回风管路11的一侧摆动，以使更多的新风被分配，且第一送风分配阀22更多的给手术室18配风，从而确保手术室18的供风。
通过以上步骤实现洁净室空气净化自动控制。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成式洁净室空气净化系统，其特征是：它包括新风机组（9）、进风分配阀（1）、空气净化系统（2）和循环机组（3）；
新风机组（9）和回风管路（11）分别与进风分配阀（1）的分配口连通，进风分配阀（1）的总风口（101）与空气净化系统（2）连通，空气净化系统（2）与循环机组（3）连通；
循环机组（3）与洁净室的供风装置连通，洁净室与回风管路（11）连通；
进风分配阀（1）调节新风机组（9）与回风管路（11）的进风配比。
2.根据权利要求1所述的一种集成式洁净室空气净化系统，其特征是：在回风管路（11）上还设有回风净化系统（12），回风净化系统（12）内设有折返吸附区（201）和光电净化区（202）；
折返吸附区（201）设有多个阵列布置的“U”形折返板（203），“U”形折返板（203）相对布置，“U”形折返板（203）的自由端相对且互相伸入形成阵列的折返结构；
光电净化区（202）设有紫外光净化区和/或静电净化区。
3.根据权利要求2所述的一种集成式洁净室空气净化系统，其特征是：“U”形折返板（203）的内壁设有陶瓷颗粒层（204），陶瓷颗粒层（204）的表面设有纳米银涂层（205）。
4.根据权利要求2或3任一项所述的一种集成式洁净室空气净化系统，其特征是：空气净化系统（2）设有过滤器、折返吸附区（201）和光电净化区（202）。
5.根据权利要求1所述的一种集成式洁净室空气净化系统，其特征是：洁净室内设有污染区（16），污染区（16）与高效过滤器和排风净化系统（7）串接连接；
洁净室内还设有半污染区（17），半污染区（17）与中效过滤器和排风净化系统（7）串接连接。
6.根据权利要求5所述的一种集成式洁净室空气净化系统，其特征是：排风净化系统（7）的结构为：密封壳体（73）设有入口（71）和出口（72），出口（72）与大气连通；
在密封壳体（73）内设有水平轴（76），水平轴（76）与离心电机（74）固定连接，水平轴（76）上设有多个离心叶片（77），离心叶片（77）上设有多个孔（70）和侧展翼片（79），离心叶片（77）用于使密封壳体（73）内的消毒液离心形成消毒液液滴；
离心叶片（77）之间设有隔离挡板（78）。
7.根据权利要求1~3、5~6任一项所述的一种集成式洁净室空气净化系统，其特征是：所述的洁净室包括手术室（18）、洁净辅室（19）和廊道（20）；
循环机组（3）通过送风管路（8）与第一送风分配阀（22）的总风口（101）连接，第一送风分配阀（22）的第一分配口（102）与手术室（18）的手术室供风装置（4）连通，第一分配口（102）与手术室（18）之间的管路上设有流量传感器（24）和压力传感器（23）；
第一送风分配阀（22）的第二分配口（103）与第二送风分配阀（26）的总风口（101）连接，第二送风分配阀（26）的第一分配口（102）与洁净辅室（19）的洁净辅房供风装置（6）连接，第二送风分配阀（26）的第二分配口（103）与廊道（20）的廊道供风装置（5）连接；
在手术室（18）的两侧设有手术室回风口（15），在洁净辅房（19）设有洁净辅房回风口（14），在廊道（20）设有廊道回风口（13）；
手术室回风口（15）、洁净辅房回风口（14）和廊道回风口（13）与回风管路（11）连接；
在回风管路（11）上设有湿度传感器（25）、温度传感器（21）和流量传感器（24）。
8.根据权利要求7所述的一种集成式洁净室空气净化系统，其特征是：所述的进风分配阀（1）、第一送风分配阀（22）和第二送风分配阀（26）的结构为：
总风口（101）与第一分配口（102）和第二分配口（103）连通，第一分配口（102）和第二分配口（103）之间设有弧形挡板（108），弧形挡板（108）的自由端设有挡板转轴（109），挡板转轴（109）与摆动分配板（105）固定连接，挡板转轴（109）通过传动机构与伺服电机（107）机械连接，在第一分配口（102）和第二分配口（103）之间设有弧形滑道（104），摆动分配板（105）的自由端沿着弧形滑道（104）滑动，摆动分配板（105）位于弧形滑道（104）的不同位置，即调节第一分配口（102）和第二分配口（103）的进风截面。
9.根据权利要求8所述的一种集成式洁净室空气净化系统，其特征是：湿度传感器（25）、温度传感器（21）、压力传感器（23）和流量传感器（24）与PLC的输入端电连接，PLC的输出端与新风机组（9）的新风风机（92）、循环机组（3）的循环风机、手术室供风装置（4）、廊道供风装置（5）、洁净辅房供风装置（6）电连接，以调节供风风速；
PLC的输出端还与回风风机（10）电连接，以调节手术室（18）、洁净辅室（19）和廊道（20）的回风风速；
PLC的输出端还与新风机组（9）和循环机组（3）电连接；以调节新风机组（9）和循环机组（3）的供风湿度、温度和流量；
PLC的输出端还与进风分配阀（1）、第一送风分配阀（22）和第二送风分配阀（26）电连接。
10.一种采用权利要求1~9任一项所述的集成式洁净室空气净化系统的控制方法，其特征是包括以下步骤：
S1、采用湿度优先控制，在夏季工况下，新风经过新风机组（9）一次降温除湿后然后与回风管路（11）来的回风混合，在循环机组（3）中二次降温或加热到设计送风温度后送风；
在冬季工况下，室外新风低于5℃时，新风经新风机组（9）预热到5℃后，通过新风机组内的热盘管加热到设定温度值，送到循环机组（3）中与回风混合后在循环机组中经热水盘管二次加热，再通过加湿器加湿，直到温度、湿度满足设定后送风；
S2、将手术室（18）的压力和送风流量与预设值进行对比，先控制手术室供风装置（4）的风扇转速，当一个时间段后仍未满足要求，则控制第一送风分配阀（22）的开度，优先满足手术室（18）的压力控制和送风流量符合预设值，同时调节回风风机（10）的转速，当一个时间段后仍未满足要求，未能使第一送风分配阀（22）的开度恢复到初始状态，则控制循环机组（3）的循环风机和新风机组（9）的新风风机（92）转速，直至手术室（18）的压力控制和送风流量符合预设值，第一送风分配阀（22）的开度恢复到初始状态；
通过以上步骤实现洁净室空气净化自动控制。
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Denomination of invention: Integrated Clean Room Air Purification System and Control Methods

Effective date of registration: 20230726

Granted publication date: 20220527

Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: Wuhan Huakang Century Medical Co.,Ltd.

Registration number: Y2023420000312