新一代智能冷裝箱設(shè)備設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

曹懌男 李浩 陳夢(mèng)

【摘 要】隨著食品冷鏈、生鮮電商的蓬勃發(fā)展，冷藏保溫運(yùn)輸市場(chǎng)逐漸擴(kuò)大需求。在疫情之下，“最后一公里”配送服務(wù)遭受巨大考驗(yàn)，配送安全成為首要問(wèn)題。文章研究了冷鏈物流“最后一公里”配送發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)當(dāng)前存在的貨損率高和配送成本高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)研發(fā)了新一代智能冷裝箱。該產(chǎn)品采用半導(dǎo)體制冷，相對(duì)于市場(chǎng)上其他同類(lèi)商品，具有智能控溫、成本低、能耗少、可循環(huán)利用等優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】冷鏈物流;“最后一公里”;智能冷裝箱;半導(dǎo)體制冷

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP273 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）03-0030-03

0 引言

冷鏈物流的發(fā)展?jié)M足了人們對(duì)生鮮產(chǎn)品長(zhǎng)途保鮮運(yùn)送的需求，使產(chǎn)品在運(yùn)輸途中盡量減少損失和浪費(fèi)，但是配送成本較高、原有設(shè)備落后等問(wèn)題嚴(yán)重制約著我國(guó)冷鏈物流行業(yè)，尤其是“最后一公里”配送的發(fā)展。國(guó)內(nèi)外常將大中型的普通貨車(chē)改裝成冷藏車(chē)輛進(jìn)行長(zhǎng)途冷鏈運(yùn)送，但這類(lèi)車(chē)輛的體積較大，并且部分城市對(duì)貨車(chē)限行，導(dǎo)致在市內(nèi)的冷鏈配送比較困難。此外，在中短途冷藏配送方面，有些地區(qū)采用“棉被+冰塊”的方式，但溫度控制效果較差，容易造成食品變質(zhì)等問(wèn)題，其運(yùn)輸工具也常采用商務(wù)車(chē)改裝成的小型冷藏車(chē)，但其改裝工作較為復(fù)雜，需在車(chē)廂內(nèi)添加隔熱保溫層并裝設(shè)小型的制冷機(jī)組，不僅成本高，而且經(jīng)過(guò)改裝后車(chē)輛用途變得單一，用戶(hù)滿(mǎn)意度較低[1]。因此，實(shí)現(xiàn)“最后一公里”高質(zhì)、高效配送的冷藏設(shè)備缺乏，是當(dāng)前冷鏈物流市場(chǎng)亟待解決的一大難題。本研究的科技成果是面向各線(xiàn)城市中小規(guī)模生鮮運(yùn)輸物流公司與冷藏冷凍食品商戶(hù)的新一代智能冷裝箱設(shè)備，以迎合市場(chǎng)需求，幫助企業(yè)解決“最后一公里”配送難題。

1 冷鏈物流行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

近年來(lái)，我國(guó)政府高度重視國(guó)內(nèi)冷鏈物流市場(chǎng)的發(fā)展，相繼頒布《關(guān)于加快發(fā)展冷鏈物流保障食品安全促進(jìn)消費(fèi)升級(jí)的實(shí)施意見(jiàn)》《關(guān)于推動(dòng)物流高質(zhì)量發(fā)展促進(jìn)形成強(qiáng)大國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的意見(jiàn)》等多個(gè)文件支持冷鏈基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，規(guī)劃物流體系相關(guān)流程，推動(dòng)冷鏈物流市場(chǎng)健康、有序發(fā)展。此外，2020年7月1日實(shí)施的《食品低溫配送中心規(guī)劃設(shè)計(jì)指南》進(jìn)一步完善了冷鏈物流行業(yè)的運(yùn)輸和配送標(biāo)準(zhǔn)。隨著行業(yè)發(fā)展環(huán)境的改善和市場(chǎng)需求的提高，我國(guó)冷鏈物流行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模逐年擴(kuò)大。2019年，我國(guó)冷鏈物流行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模約3 391億元，比2018年增長(zhǎng)了505.2億元，同比增長(zhǎng)17.60%。2020年底，市場(chǎng)規(guī)模已突破4 000億元，年復(fù)合增速超過(guò)20%。預(yù)計(jì)到2025年，冷鏈物流行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)突破5 500億元。目前，冷鏈物流主要服務(wù)于生鮮市場(chǎng)和醫(yī)藥市場(chǎng)，這兩類(lèi)市場(chǎng)對(duì)冷運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)備的需求均呈現(xiàn)大幅增長(zhǎng)的趨勢(shì)[2]。

2 “最后一公里”冷運(yùn)設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀分析

2.1 冷鏈設(shè)施投入成本高

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前歐美國(guó)家冷鏈成本占全部環(huán)節(jié)總成本的比重約50%，利潤(rùn)率在20%～30%，而我國(guó)當(dāng)前冷鏈成本占總成本的比重卻高達(dá)70%，利潤(rùn)率僅在8%左右且呈現(xiàn)下降趨勢(shì)?！白詈笠还铩迸渌褪俏覈?guó)冷鏈產(chǎn)業(yè)鏈的核心痛點(diǎn)，其相關(guān)成本占據(jù)總成本的30%～50%[3]。為實(shí)現(xiàn)在可控成本范圍內(nèi)能夠保障生鮮產(chǎn)品高質(zhì)、高效地送達(dá)顧客手中，冷鏈物流設(shè)施在“最后一公里”的建設(shè)和應(yīng)用面臨更為嚴(yán)苛的要求和選擇，相關(guān)企業(yè)面臨更多關(guān)于冷鏈投資回報(bào)率的問(wèn)題，而冷運(yùn)設(shè)備的制冷、溫控技術(shù)方面仍處于需要進(jìn)一步研發(fā)突破的階段，冷鏈物流“最后一公里”配送的發(fā)展也因此受到較大的限制。

2.2 生鮮配送設(shè)備性能不完善

隨著生鮮電商的不斷發(fā)展，加之產(chǎn)品種類(lèi)繁多，生鮮配送條件對(duì)冷運(yùn)設(shè)備的性能具有更多方面、更高水平的要求。大多數(shù)生鮮產(chǎn)品不能像普通商品那樣進(jìn)行混合裝運(yùn)，不同種類(lèi)的產(chǎn)品需要采用不同的冷藏方式和低溫處理方式。例如，水果類(lèi)要采用保鮮紙箱配送，水產(chǎn)品要采用塑料布袋裝水充氧配送或根據(jù)顧客需求進(jìn)行宰殺清洗后再使用冰袋進(jìn)行冷凍配送，蔬菜需要將其根部泥土清洗干凈后用保鮮膜包裝才可與其他品類(lèi)混裝配送，即配送時(shí)要為不同生鮮產(chǎn)品提供不同的儲(chǔ)存環(huán)境，因此對(duì)設(shè)備性能要求較高[4]。不同的配送條件更加需要冷運(yùn)設(shè)備具有極佳的溫控效果和續(xù)航能力，而當(dāng)前“最后一公里”生鮮配送大多采用小型泡沫保溫箱或簡(jiǎn)單改裝后的普通冷藏箱，制冷保溫效果差，容易導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì)問(wèn)題。

2.3 低貨損率冷鏈終端設(shè)備緊缺

近年來(lái)，我國(guó)冷藏保溫車(chē)輛的需求不斷增長(zhǎng)，2019年我國(guó)冷藏車(chē)銷(xiāo)量達(dá)4.82萬(wàn)輛。近期雖受疫情短暫影響，但我國(guó)冷藏車(chē)的銷(xiāo)量在呈逐漸恢復(fù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。然而，冷藏車(chē)的推廣應(yīng)用并不能解決冷鏈末端配送問(wèn)題。首先，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡及區(qū)域氣候差異等因素造成我國(guó)冷藏車(chē)增長(zhǎng)量分布不均衡，從而無(wú)法保障不同區(qū)域的冷鏈物流設(shè)施的建設(shè)和使用情況。其次，從冷藏車(chē)本身的要求來(lái)看，冷藏車(chē)對(duì)溫度的要求較高，耗電較大，而目前國(guó)內(nèi)比較看好的新能源冷藏車(chē)成本較高，對(duì)生產(chǎn)或應(yīng)用該類(lèi)冷藏車(chē)的企業(yè)來(lái)說(shuō)投資回報(bào)率較低。因此，冷藏車(chē)在“最后一公里”的推廣應(yīng)用存在更大的困難。由于缺少用于末端配送的冷藏車(chē)輛，因此很多快遞公司通常會(huì)采用“干線(xiàn)冷鏈運(yùn)輸+末端普通配送”的方式完成對(duì)生鮮產(chǎn)品的配送。普通的運(yùn)輸設(shè)備溫控效果較差，甚至缺少必要的溫控功能，造成“最后一公里”配送的貨損率較高。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，通過(guò)供應(yīng)鏈到達(dá)零售商戶(hù)的蔬菜或水果約有15%的損壞率，而新鮮肉類(lèi)部門(mén)則被認(rèn)為是最大的廢物制造部門(mén)，其損壞率高達(dá)25%[5]。低貨損率冷鏈終端設(shè)備的緊缺問(wèn)題已成為大多數(shù)生鮮電商的致命痛點(diǎn)，也是我國(guó)冷鏈物流行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

3 新一代冷裝箱產(chǎn)品信息介紹

冷鏈物流行業(yè)亟須性能完善、便攜易控的冷運(yùn)設(shè)備滿(mǎn)足生鮮產(chǎn)品“最后一公里”嚴(yán)苛的配送條件，需要應(yīng)用高性?xún)r(jià)比的冷運(yùn)設(shè)備從供應(yīng)鏈末端降低配送成本，并實(shí)現(xiàn)生鮮產(chǎn)品配送過(guò)程中的較低貨損率。本研究設(shè)計(jì)研發(fā)了新一代智能冷裝箱產(chǎn)品，以期改善冷鏈物流“最后一公里”冷運(yùn)設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀。

3.1 產(chǎn)品介紹

本研究設(shè)計(jì)的智能冷裝箱，是針對(duì)冷鏈物流行業(yè)“最后一公里”配送服務(wù)而研發(fā)的產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有制冷功能，采用半導(dǎo)體材料制成，配用聚合物電池，外觀以立方體形狀設(shè)計(jì)，以容積大小分為不同規(guī)格。該產(chǎn)品具有智能控溫、可長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航、無(wú)震動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、體積?。啥ㄖ疲?、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該產(chǎn)品可以應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，為消費(fèi)者創(chuàng)造更多附加價(jià)值。在該系列冷裝箱產(chǎn)品中，小規(guī)格冷裝箱（219 mm×138 mm×138 mm）因體積較小，實(shí)現(xiàn)了可隨身攜帶，除用于冷鏈物流行業(yè)，也適合在家庭、辦公室等處用以果蔬、飲用水等的冷藏保存或消費(fèi)者購(gòu)物、旅行、野餐等外出活動(dòng)時(shí)攜帶保存食品或飲品，以及用于醫(yī)院某些藥物的低溫和避光保存等。冷裝箱樣品圖、分解結(jié)構(gòu)圖分別如圖1、圖2所示。

3.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理

本產(chǎn)品采用半導(dǎo)體制冷冰箱的設(shè)計(jì)理念，它是利用“帕爾貼效應(yīng)”的一種制冷方法?！芭翣栙N效應(yīng)”的物理原理如下：電荷載體在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)形成電流，由于電荷載體在不同的材料中會(huì)處于不同的能級(jí)，因此當(dāng)它從高能級(jí)向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)釋放出多余熱量。反之，則需要從外界吸收熱量，從而實(shí)現(xiàn)降低環(huán)境溫度，即表現(xiàn)為制冷?！鞍雽?dǎo)體電子制冷”的效果主要取決于電荷載體運(yùn)動(dòng)所處的兩類(lèi)導(dǎo)體材料的能級(jí)差，即電勢(shì)差。半導(dǎo)體材料具有極高的熱電勢(shì)，因此可以成功用來(lái)做電子冰箱。該類(lèi)電子冰箱結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，即用“P”形半導(dǎo)體、“N”形半導(dǎo)體、銅板和導(dǎo)線(xiàn)連接成一個(gè)回路，并由12 V直流電供電，在接通電流后，其中一個(gè)接點(diǎn)接冰箱內(nèi)部，另一個(gè)接點(diǎn)接散熱器。此外，該產(chǎn)品所采用的聚合物蓄電池實(shí)現(xiàn)了相對(duì)更為持久的制冷續(xù)航。蓄電池維持制冷效果持續(xù)時(shí)間見(jiàn)表1。

3.3 產(chǎn)品核心優(yōu)勢(shì)

在性能方面，相比于市面上的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品，該冷裝箱具有以下競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

第一，可控制冷區(qū)間突破性擴(kuò)大。該冷裝箱產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了-10～10 ℃范圍的可控制冷;也可實(shí)現(xiàn)10～20 ℃的保溫;而物流行業(yè)其他冷裝箱產(chǎn)品一般可控保冷范圍在2～8 ℃。該冷裝箱在實(shí)現(xiàn)冷藏保溫范圍增大的同時(shí)，滿(mǎn)足了物流行業(yè)特殊商品的一般冷凍需求。

第二，續(xù)航能力在短距物流服務(wù)上處于領(lǐng)先水平。該冷裝箱產(chǎn)品具有高續(xù)航能力，保溫時(shí)間最長(zhǎng)可超24 h，在短距物流冷裝箱產(chǎn)品中處于領(lǐng)先水平，使“最后一公里”冷鏈物流得到更安全、有效的保障。

第三，智能溫控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)控溫，并減少人力和物力成本。該冷裝箱產(chǎn)品的智能溫控系統(tǒng)是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)前所未有的突破，實(shí)現(xiàn)了更精準(zhǔn)、更穩(wěn)定的溫度控制，由此產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，減少了人工操作和保冷材料的使用，最大限度地減少了人力和物力成本。

第四，產(chǎn)品附加價(jià)值多樣，應(yīng)用范圍更廣泛。該冷裝箱產(chǎn)品具有不同規(guī)格的設(shè)計(jì)，具有多樣化的使用價(jià)值，產(chǎn)品的諸多特性使其應(yīng)用范圍更加廣泛，適用于不同用戶(hù)群體的物流服務(wù)、日常生活服務(wù)等，能滿(mǎn)足顧客差異化的需求。

4 產(chǎn)品應(yīng)用推廣建議

本研究設(shè)計(jì)制造的冷裝箱產(chǎn)品面向的用戶(hù)主要包括兩類(lèi)：核心用戶(hù)是具有直接需求的物流公司和銷(xiāo)售冷鮮商品的個(gè)體商戶(hù)，表現(xiàn)為商品保冷配送問(wèn)題亟須解決，具有從配送設(shè)備上減少配送成本的需求;次要用戶(hù)是具有潛在需求的物流公司和銷(xiāo)售冷鮮商品的個(gè)體商戶(hù)，表現(xiàn)為公司或商戶(hù)可在物流配送設(shè)備上擴(kuò)大盈利，但該部分群體普遍對(duì)此認(rèn)知不夠，需要進(jìn)一步刺激其消費(fèi)。此外，部分消費(fèi)群體期望享受冷裝箱產(chǎn)品附加功能和價(jià)值，表現(xiàn)為可接受通過(guò)該產(chǎn)品來(lái)享受家居冷藏果蔬、外出購(gòu)物或旅行時(shí)保冷食品等服務(wù)，也可作為潛在的用戶(hù)群體。

總之，對(duì)于冷鏈物流“最后一公里”配送中存在的設(shè)施投放成本高、冷運(yùn)設(shè)備性能不完善、高貨損率等問(wèn)題，冷鮮食品個(gè)體商戶(hù)或通過(guò)委托第三方物流公司更換冷運(yùn)設(shè)備的生鮮電商可以通過(guò)使用本研究設(shè)計(jì)制造的智能冷裝箱，在“最后一公里”配送過(guò)程中，為每位配送員配備一個(gè)車(chē)載冷裝箱，實(shí)現(xiàn)對(duì)生鮮產(chǎn)品高質(zhì)、高效的保護(hù)和溫控，從而降低生鮮產(chǎn)品的貨損率和配送成本。

參 考 文 獻(xiàn)

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