冷藏周转柜的冷藏温度故障分析与修复

姚 尧，郑大宇

（哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院 黑龙江 哈尔滨 150000）

1 引言

冷链物流是近几年以来逐渐受到社会重视的物流分支。随着国民经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，以及时代科技的进步，这三者均对物流行业提出了新的要求。人们在十年的时间里逐渐适应了电商物流体系，同时也希望这样方便快捷的购物体系得到更好的发展，即消除商品运输的限制，商家和物流公司可以尽可能地运送一些不易运输的商品如水果、药品、食品、精密设备等等。冷藏设备如便携式冷藏箱、冷藏周转柜、冷藏车等的普及，是冷链物流的一个比较重要的发展标志。本文主要研究的是冷藏周转柜的冷藏故障分析及改良，故不对其他冷藏设备做讨论。

2 冷藏周转柜故障分析的背景简析

2.1 传统冷链物流的缺憾

我国在近十年前，就出现了欧美曾经经历过的质量安全危机，物流公司业务的扩大，使其不仅深入到空运、海运以及陆运等运输方式，还介入到了冷链物流这种非传统物流分支。在欧美、日本等先进国家的发展历程中，也经历了冷链物流从挫折到成熟的过程。近些年来，经济的发展带来了人们对商品物流质量更高的要求，最开始物流公司仍然使用传统的冷冻运输方式，即货车车厢以隔热材料建成，内置运输商品，商品箱内由多袋冰包裹，以做到冷藏运输的目的。在生鲜食品这个超级庞大的领域中，电商公司要攻城掠地，冷链物流是所有公司面临的困难之一。生鲜类食品对于物流配送要求极高，既要保持食品的新鲜，又要保证达到的速度，最常用的方式就是冷链物流。冷链物流一般比常温物流系统的要求更高、更复杂，建设投资也要大很多，是一个庞大的工程。加上国内一线城市的交通拥堵情况严重，中国冷链物流成本更是让很多电商望而却步。

2.2 本文研究的冷藏周转柜简介

本文所研究的冷藏周转柜是近年来基于最新的物联网技术、电子商务系统体系以及冷藏箱技术的一种新型尝试。在传统的冷链物流配送方式中，采用“高标泡沫箱+低温冰袋”的包装方式，不但运输成本增加，而且冰袋容易融化，很难保证食品的新鲜。冷藏运输车虽然可保证食品新鲜，但是其运输成本高，故障率高，且仅能运送单一品温的食品。在本设计中，采用蓄冷技术，在夜间用电低谷时段对蓄冷板进行充冷，节省耗电费用，避开电力高峰，减轻电网负荷；采用模块化管理，不同保鲜要求的食品放于不同的蓄冷箱，不同温域以不同颜色区分；利用物联网技术，给每份货品配有RFID标签，通过温度传感器、气体感应器、全球定位系统等信息传感设备，对生鲜产品的温度以及气味进行实时检测并记录，用户可以通过手机扫描条码、二维码和电子标签的方式，对已购的货品进行温度以及运输的地理位置实时检测和追踪溯源。

3 冷藏周转柜的故障分析

3.1 货物运输中造成的故障

冷藏周转柜根据设计上的不同，其内部结构也不尽相同，传统的冷藏周转柜根据制冷方式可以分为机械制冷、液氮制冷、干冰制冷、及蓄冷板制冷等几种[1]。机械式冷藏主要由蒸发器、冷凝器、保温板、压缩机构成，以逆卡诺循环为制冷原理，使用诸如R34a、R404A等制冷剂[2]。从制冷设备的整个循环过程来看，能够对冷藏周转柜内部温度造成不均匀影响的大致有两个因素：一是冷藏周转柜的循环系统对柜内的热影响；二就是货物本身对冷藏周转柜内温度场的影响。冷藏柜内出现温度失调的情况多有发生，以某型半导体冷藏箱为例，工作人员发现故障常有几种：其一，半导体制冷片发生损坏导致冷藏箱的散热效果变差，冷藏温度无法降到设定值[3]；其二，由于冷藏箱在物流运输流程中，经常要打开箱门进行货物更换，时间一长导致了门封的变形，导致冷藏箱体不能隔绝外部热流；其三，冷藏箱本身的结构在使用时间过长后会导致部件松弛，最后使制冷片的传热性能下降等等。

3.2 建立3D流场模型进行温度场解析

我们可以以一种某型简便的冷藏周转柜为例，仿真计算冷藏柜内温度场分布。将物流中最常出现的冷藏运转柜系统参数如箱体厚度，尺寸规格，保温材料，货物类型及货物摆放模式等参数输入到FLUENT软件中，选用k-ω湍流模型（又称为高Reynolds模型），针对模拟对象为冷藏周转柜，可选取SSTk-ω输运模型进行求解[4]。最后经FLUENT模型得出的模拟数据文件，整合到ANSYS WORKBENCH的图像输出界面，得出模型内温度分布情况。计算可按照时间来计算，而不是按步数来规定运算结果。见图1、2。

图1 模型图样

图2 网格模型

3.3 进一步对结果分析

模拟结果受到不同模型的影响，结果应该不尽相同，在此我们只讨论本文模拟的一种结果和由此揣测的通用结果。本文模拟选用的两个数据曲线，一个为模型的温度模拟/实验变化曲线图，另一个则是整体的误差分布，以验证模拟结果的误差程度[5]。如图3、4所示。

图3 温度模拟值与实验值

图4 整体的温度误差分布

从模拟结果来看，实验的实验值温度的波动比模拟值出现的略早，模拟值的波动出现在1350～1400左右，而实验值出现在900左右，从这一点我们可以看出由于冷藏环境趋于实际时，受到冷藏柜结构和货物的影响，温度场出现波动循环的时间较早。从冷藏柜模型的中部横截面的温度分布情况和纵截面的分布情况可以看出，在冷藏柜有缝隙，靠近柜门密封区的位置，以及距离货物较近的位置，温度的分布趋向于高温分布，这要是和密封不严和货物本身所带有的热度有关。

4 冷藏箱维护以及改进的措施

对于冷藏箱的质量，物流公司应该对冷藏箱的质量加以严格检查，发现制造时有无零件松弛的现象，在保证质量之后，公司一定要对冷藏设备进行较好的保养，尽可能减少因人为操作造成的柜体松弛[6]。同时，物流公司可以针对本公司的冷场设备，如冷藏车，冷藏周转柜以及各式冷藏箱，利用FLUENT类的进行热固耦合模拟测试，将冷链物流可能出现的设备内部温度场进行模拟测试。得出温度场分布结果后，对冷藏系统的结构进行优化，再次进行模拟，得出最优结构模型后，刨除人为因素（如货物的堆放方式），更新订购和最佳模拟结构相似的冷藏箱，冷藏车等等。在物流公司拥有某些没有传统制冷结构类如压缩机和制冷剂的冷藏设备，就要考虑一定的工艺问题[7]。以半导体冷藏箱为例，某些冷藏箱的温度出现故障的原因是某些导热硅胶性能较差导致陀螺造成的，所以冷藏箱应该改用更加优质的导热硅胶。

5 结语

总的来说，对于冷藏周转柜来说，货物类型、柜内结构、制冷系统对冷藏柜内的温度恒定程度均有一定的影响。物流公司应该利用模拟得出的最佳冷藏模型，选用最适合自己的冷藏设备。同时，利用物联网技术，给每份货品配有RFID标签，通过温度传感器、气体感应器、全球定位系统等信息传感设备，对生鲜产品的温度以及气味进行实时检测并记录，这样就能够更好地监控冷藏柜的温度分布情况，以便于及时发现故障并排除。