冷藏周轉(zhuǎn)柜的冷藏溫度故障分析與修復(fù)

姚 堯，鄭大宇

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)能源與建筑工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150000）

1 引言

冷鏈物流是近幾年以來逐漸受到社會重視的物流分支。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，以及時(shí)代科技的進(jìn)步，這三者均對物流行業(yè)提出了新的要求。人們在十年的時(shí)間里逐漸適應(yīng)了電商物流體系，同時(shí)也希望這樣方便快捷的購物體系得到更好的發(fā)展，即消除商品運(yùn)輸?shù)南拗疲碳液臀锪鞴究梢员M可能地運(yùn)送一些不易運(yùn)輸?shù)纳唐啡缢⑺幤贰⑹称贰⒕茉O(shè)備等等。冷藏設(shè)備如便攜式冷藏箱、冷藏周轉(zhuǎn)柜、冷藏車等的普及，是冷鏈物流的一個(gè)比較重要的發(fā)展標(biāo)志。本文主要研究的是冷藏周轉(zhuǎn)柜的冷藏故障分析及改良，故不對其他冷藏設(shè)備做討論。

2 冷藏周轉(zhuǎn)柜故障分析的背景簡析

2.1 傳統(tǒng)冷鏈物流的缺憾

我國在近十年前，就出現(xiàn)了歐美曾經(jīng)經(jīng)歷過的質(zhì)量安全危機(jī)，物流公司業(yè)務(wù)的擴(kuò)大，使其不僅深入到空運(yùn)、海運(yùn)以及陸運(yùn)等運(yùn)輸方式，還介入到了冷鏈物流這種非傳統(tǒng)物流分支。在歐美、日本等先進(jìn)國家的發(fā)展歷程中，也經(jīng)歷了冷鏈物流從挫折到成熟的過程。近些年來，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了人們對商品物流質(zhì)量更高的要求，最開始物流公司仍然使用傳統(tǒng)的冷凍運(yùn)輸方式，即貨車車廂以隔熱材料建成，內(nèi)置運(yùn)輸商品，商品箱內(nèi)由多袋冰包裹，以做到冷藏運(yùn)輸?shù)哪康摹Ｔ谏r食品這個(gè)超級龐大的領(lǐng)域中，電商公司要攻城掠地，冷鏈物流是所有公司面臨的困難之一。生鮮類食品對于物流配送要求極高，既要保持食品的新鮮，又要保證達(dá)到的速度，最常用的方式就是冷鏈物流。冷鏈物流一般比常溫物流系統(tǒng)的要求更高、更復(fù)雜，建設(shè)投資也要大很多，是一個(gè)龐大的工程。加上國內(nèi)一線城市的交通擁堵情況嚴(yán)重，中國冷鏈物流成本更是讓很多電商望而卻步。

2.2 本文研究的冷藏周轉(zhuǎn)柜簡介

本文所研究的冷藏周轉(zhuǎn)柜是近年來基于最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子商務(wù)系統(tǒng)體系以及冷藏箱技術(shù)的一種新型嘗試。在傳統(tǒng)的冷鏈物流配送方式中，采用“高標(biāo)泡沫箱+低溫冰袋”的包裝方式，不但運(yùn)輸成本增加，而且冰袋容易融化，很難保證食品的新鮮。冷藏運(yùn)輸車雖然可保證食品新鮮，但是其運(yùn)輸成本高，故障率高，且僅能運(yùn)送單一品溫的食品。在本設(shè)計(jì)中，采用蓄冷技術(shù)，在夜間用電低谷時(shí)段對蓄冷板進(jìn)行充冷，節(jié)省耗電費(fèi)用，避開電力高峰，減輕電網(wǎng)負(fù)荷；采用模塊化管理，不同保鮮要求的食品放于不同的蓄冷箱，不同溫域以不同顏色區(qū)分；利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，給每份貨品配有RFID標(biāo)簽，通過溫度傳感器、氣體感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，對生鮮產(chǎn)品的溫度以及氣味進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并記錄，用戶可以通過手機(jī)掃描條碼、二維碼和電子標(biāo)簽的方式，對已購的貨品進(jìn)行溫度以及運(yùn)輸?shù)牡乩砦恢脤?shí)時(shí)檢測和追蹤溯源。

3 冷藏周轉(zhuǎn)柜的故障分析

3.1 貨物運(yùn)輸中造成的故障

冷藏周轉(zhuǎn)柜根據(jù)設(shè)計(jì)上的不同，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不盡相同，傳統(tǒng)的冷藏周轉(zhuǎn)柜根據(jù)制冷方式可以分為機(jī)械制冷、液氮制冷、干冰制冷、及蓄冷板制冷等幾種[1]。機(jī)械式冷藏主要由蒸發(fā)器、冷凝器、保溫板、壓縮機(jī)構(gòu)成，以逆卡諾循環(huán)為制冷原理，使用諸如R34a、R404A等制冷劑[2]。從制冷設(shè)備的整個(gè)循環(huán)過程來看，能夠?qū)洳刂苻D(zhuǎn)柜內(nèi)部溫度造成不均勻影響的大致有兩個(gè)因素：一是冷藏周轉(zhuǎn)柜的循環(huán)系統(tǒng)對柜內(nèi)的熱影響；二就是貨物本身對冷藏周轉(zhuǎn)柜內(nèi)溫度場的影響。冷藏柜內(nèi)出現(xiàn)溫度失調(diào)的情況多有發(fā)生，以某型半導(dǎo)體冷藏箱為例，工作人員發(fā)現(xiàn)故障常有幾種：其一，半導(dǎo)體制冷片發(fā)生損壞導(dǎo)致冷藏箱的散熱效果變差，冷藏溫度無法降到設(shè)定值[3]；其二，由于冷藏箱在物流運(yùn)輸流程中，經(jīng)常要打開箱門進(jìn)行貨物更換，時(shí)間一長導(dǎo)致了門封的變形，導(dǎo)致冷藏箱體不能隔絕外部熱流；其三，冷藏箱本身的結(jié)構(gòu)在使用時(shí)間過長后會導(dǎo)致部件松弛，最后使制冷片的傳熱性能下降等等。

3.2 建立3D流場模型進(jìn)行溫度場解析

我們可以以一種某型簡便的冷藏周轉(zhuǎn)柜為例，仿真計(jì)算冷藏柜內(nèi)溫度場分布。將物流中最常出現(xiàn)的冷藏運(yùn)轉(zhuǎn)柜系統(tǒng)參數(shù)如箱體厚度，尺寸規(guī)格，保溫材料，貨物類型及貨物擺放模式等參數(shù)輸入到FLUENT軟件中，選用k-ω湍流模型（又稱為高Reynolds模型），針對模擬對象為冷藏周轉(zhuǎn)柜，可選取SSTk-ω輸運(yùn)模型進(jìn)行求解[4]。最后經(jīng)FLUENT模型得出的模擬數(shù)據(jù)文件，整合到ANSYS WORKBENCH的圖像輸出界面，得出模型內(nèi)溫度分布情況。計(jì)算可按照時(shí)間來計(jì)算，而不是按步數(shù)來規(guī)定運(yùn)算結(jié)果。見圖1、2。

圖1 模型圖樣

圖2 網(wǎng)格模型

3.3 進(jìn)一步對結(jié)果分析

模擬結(jié)果受到不同模型的影響，結(jié)果應(yīng)該不盡相同，在此我們只討論本文模擬的一種結(jié)果和由此揣測的通用結(jié)果。本文模擬選用的兩個(gè)數(shù)據(jù)曲線，一個(gè)為模型的溫度模擬/實(shí)驗(yàn)變化曲線圖，另一個(gè)則是整體的誤差分布，以驗(yàn)證模擬結(jié)果的誤差程度[5]。如圖3、4所示。

圖3 溫度模擬值與實(shí)驗(yàn)值

圖4 整體的溫度誤差分布

從模擬結(jié)果來看，實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)值溫度的波動比模擬值出現(xiàn)的略早，模擬值的波動出現(xiàn)在1350～1400左右，而實(shí)驗(yàn)值出現(xiàn)在900左右，從這一點(diǎn)我們可以看出由于冷藏環(huán)境趨于實(shí)際時(shí)，受到冷藏柜結(jié)構(gòu)和貨物的影響，溫度場出現(xiàn)波動循環(huán)的時(shí)間較早。從冷藏柜模型的中部橫截面的溫度分布情況和縱截面的分布情況可以看出，在冷藏柜有縫隙，靠近柜門密封區(qū)的位置，以及距離貨物較近的位置，溫度的分布趨向于高溫分布，這要是和密封不嚴(yán)和貨物本身所帶有的熱度有關(guān)。

4 冷藏箱維護(hù)以及改進(jìn)的措施

對于冷藏箱的質(zhì)量，物流公司應(yīng)該對冷藏箱的質(zhì)量加以嚴(yán)格檢查，發(fā)現(xiàn)制造時(shí)有無零件松弛的現(xiàn)象，在保證質(zhì)量之后，公司一定要對冷藏設(shè)備進(jìn)行較好的保養(yǎng)，盡可能減少因人為操作造成的柜體松弛[6]。同時(shí)，物流公司可以針對本公司的冷場設(shè)備，如冷藏車，冷藏周轉(zhuǎn)柜以及各式冷藏箱，利用FLUENT類的進(jìn)行熱固耦合模擬測試，將冷鏈物流可能出現(xiàn)的設(shè)備內(nèi)部溫度場進(jìn)行模擬測試。得出溫度場分布結(jié)果后，對冷藏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，再次進(jìn)行模擬，得出最優(yōu)結(jié)構(gòu)模型后，刨除人為因素（如貨物的堆放方式），更新訂購和最佳模擬結(jié)構(gòu)相似的冷藏箱，冷藏車等等。在物流公司擁有某些沒有傳統(tǒng)制冷結(jié)構(gòu)類如壓縮機(jī)和制冷劑的冷藏設(shè)備，就要考慮一定的工藝問題[7]。以半導(dǎo)體冷藏箱為例，某些冷藏箱的溫度出現(xiàn)故障的原因是某些導(dǎo)熱硅膠性能較差導(dǎo)致陀螺造成的，所以冷藏箱應(yīng)該改用更加優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)熱硅膠。

5 結(jié)語

總的來說，對于冷藏周轉(zhuǎn)柜來說，貨物類型、柜內(nèi)結(jié)構(gòu)、制冷系統(tǒng)對冷藏柜內(nèi)的溫度恒定程度均有一定的影響。物流公司應(yīng)該利用模擬得出的最佳冷藏模型，選用最適合自己的冷藏設(shè)備。同時(shí)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，給每份貨品配有RFID標(biāo)簽，通過溫度傳感器、氣體感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，對生鮮產(chǎn)品的溫度以及氣味進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并記錄，這樣就能夠更好地監(jiān)控冷藏柜的溫度分布情況，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并排除。