吴帅
中车长江集团科技开发分公司 湖北武汉 430200
摘要：当今世界冷链物流的应用随着人民生活水平的日益提高和电商时代的兴起而得到了快速发展。对于冷鲜、果蔬、疫苗等温敏产品而言，在从生产到配送至消费者的过程中，维持冷藏或冷冻的低温状态以防止组胺的积累和微生物、病原体的增长是非常必要的。据报道，目前世界上有1/3的新鲜食品被浪费，大约相当于3.3tCO2的排放当量。冷链物流可有效延长温敏产品的新鲜度并保持其安全性。
关键词：相变储能；冷链物流；应用
前言
随着社会的发展与进步，物流行业已成为国民经济中不可或缺且具有战略地位的一环。其中冷链物流业由于国家的重视与支持市场增长速度较快，当前，我国冷链物流市场已经迎来了黄金时期，市场需求总量达到亿吨级别。今年受到新冠肺炎疫情影响，食品物资流转困难，增加了运输的周期和不确定性，过程保鲜问题凸显出来，而冷链物流利用自身特有的低温监控优势，在疫情间期为上下游食品流通贡献了一份力量。但是我国的冷链发展仍然滞后于我国的经济发展，超过80%的水产动植物及其加工产品、90%的肉类食物、大多数的乳制成品在运输过程中仍缺乏有效的低温监测。冷链物流的运输要求从生产、运输到销售的整个运输过程中都处于低温，扩大物品的配送范围且延长保质期。相变储能技术利用相变材料在相变过程中通过吸收或释放大量的能量来维持温度近乎不变的特性达到控制周围环境温度的效果，可以解决能量供求在时间和空间上不匹配的问题并提升能源利用效率，满足了冷链运输的需求。
1保温箱
保温箱具有体积小，质量轻，成本低的特点，在冷链物流中扮演的角色很小但其发挥的作用依然不容忽视。相比于其他冷藏运输设备，保温箱使用更加灵活方便，非常适合多批次、小批量、多温区、多品种的产品输运，尤其是在“门到门”的送取货模式中显得尤为重要。当前我国冷链物流的最后1km主要采取的就是小车+保温箱配送方式，因此保温箱同样也是冷链物流供应链中不可或缺的一环。带有蓄冷功能的便携式保温箱能更好的发挥保温箱的作用系统地研究了蓄冷剂的种类、用量及环境温度、湿度和保温箱内部温度变化的关系，发现在35℃的环境温度和50%的环境湿度下，添加1500g相变温度为-8℃的蓄冷剂可显著延长使便携式保温箱的温升时间并使其综合性能达到最佳值。在保温箱中装配蓄冷冰袋后可以确保灵武长枣2~3天的低温运输，且冰袋可重复使用，成本低，耗能少。针对圣女果的储运需求，通过改变蓄冷剂的添加量与保温棉的厚度来模拟圣女果的冷链运输环境，测试结果表明，选取0.5kg的蓄冷剂与20cm的保温棉时可较长时间维持系统内部温度在8℃以下，且储运对象的各项指标均在优质商品的范围内。闫将装配有蓄冷剂的聚氨酯保温箱用于模拟储运杨梅，与普通保温箱对比发现，相变蓄冷剂的加入能够显著降低杨梅的腐烂指数，延长其保鲜时长。
2蓄冷包装
复合纤维素相变材料是一种新型活性包装材料。相变材料可通过微胶囊化实现形状稳定。基于微胶囊化，相变材料（PCM）与不同的支撑材料混合后可制备出形状稳定的相变材料。该方法可以同时解决液态相变材料的封装漏液和有机相变材料的低导热问题。通过负压过滤技术将微胶囊化石蜡均匀地分散在纸基质中，测试微胶囊相变材料在纸基质中的传热速率。结果表明：温度从0℃升至10℃纯纸张大约需要8min，含有25%相变材料的纸张需要33min，含有50%相变材料的纸张温度上升需要87min。纸张中有相变材料存在时温度的传热时间明显延长，同时整体材料的密度和比热的增加也发挥了保温作用。利用蓄冷材料使冰淇淋在运输和储存过程中保持恒温，并将其性能与绝热材料（聚苯乙烯）进行了比较。
结果表明：存放65d后，两种包装对产品的最终质量没有显著差异；蓄冷材料包装的温度波动较聚苯乙烯包装小，且相同的保冷效果下蓄冷包装更薄。新型冰淇淋蓄冷容器，同时建立数学模型，分析不同的包装案例，量化新型容器参数，达到最佳经济效益。通过案例对比分析，最终选择在原有容器的底部外扩10mm、两侧外扩20mm，同时填充相变材料，与原有设计相比，该设计所占的额外体积仅为7%，但容器热防护性提升30%。
3蓄冷式冷藏车
与传统机械式冷藏车不同，蓄冷式冷藏车的冷源是蓄冷板。蓄冷板在输出冷量时较为平稳，可以根据果蔬冷负荷来调整蓄冷板的数量，并且选择用电低峰期进行蓄冷板蓄冷。蓄冷式冷藏车的稳定性与可靠性需要通过大量的试验研究与模拟验证。利用凝固点降低理论得出20%氯化钠溶液和50%丙三醇溶液为热力学性能最优复合相变材料，反复相变后发现其稳定性较好，属于基本无腐蚀范畴。与机械式冷藏车相比，蓄冷式冷藏车初期投资较大，但运行费用、稳定性和环保节能方面具有较明显的优势。对冷板顶置、冷板侧置、冷板部分顶置部分侧置三种冷板布置方式进行了非稳态数值模拟计算，模拟与实测的误差在绝对误差±20%之内，证明了模型的可行性。综合考虑布置方式、车厢内可用容积、重心高度等因素，空载试验结果表明部分顶置部分侧置的方式更利于车厢内温度场的温度均匀分布和延长保温时间。考虑到车厢内自然对流对温度场均匀性的影响，提出在车厢内进行合理的送风，提高蓄冷板的冷藏效率。厢内货物与顶部的间隙对整体温度分布的均匀性不会产生明显影响，但对货物本身的降温速度有影响，随着预留货物与车顶间的距离变小，货物周围的换热系数增大，进而整体货物区温度降温速率增大；厢内降低相同的温度，货物预留与厢顶的距离越短，整体货物降温时间越长，降温温差越大，不同预留距离对货物降温时间的影响较大。在肉制品运输系统和疫苗冷供应链中建立相应的储能系统，通过对仓储容量和成本进行混合整数最小化模型分析，建立储能系统会小幅增加成本，但能降低货物腐损率，并大幅降低冷供应链对全球变暖的影响。
4蓄冷技术在低温仓储中的应用研究
将蓄冷技术应用于低温仓储系统中是冷链物流行业发展的趋势。蓄冷技术应用于保鲜系统中，具有节能环保、冷库温湿度稳定等特点。将动态冰浆蓄冷湿冷保鲜技术应用在传统冷库中，通过对比发现动态冰浆蓄冷湿冷冷库具有能效比高、初期投资少、冷库内温湿度稳定等优点。以乙二醇为蓄冷液的冷库的平均温度稳定在0.18~0.32℃，最大温差0.8℃。由于峰谷电价的政策，乙二醇蓄冷库运行电费仅是传统冷库的75%。结果表明，将相变材料乙二醇引入到传统冷库系统中，使得冷库内温度分布均匀且稳定，并且运行成本大幅度降低。
5结论与展望
我国冷链物流市场潜力巨大，冷链物流蓄冷技术今后的研究可关注以下几个方面：
（1）针对不同温度区间的冷链物流，研制对应温区高性能相变蓄冷材料仍然是研究重点。
（2）模型模拟计算可以反映冷链物流中运输装备的温度场分布。冷藏运输装备为复杂的传质换热系统，受多个因素影响，温度场的时滞性和非线性对温度精准控制的影响需要进一步的研究。
（3）将流化冰预冷和蓄冷板应用于运输配送、低温仓储和销售各环节中，满足冷链物流温度需求的同时，达到节能减排的效果。
（4）开发应用相变材料的纸板包装技术，研制满足易腐食品要求的微胶囊化纤维素复合相变材料，以开辟易腐产品物流运输的新道路。
参考文献：
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[2]宋佳玮,郑明媛,王宇,等.果蔬速冻技术、设备和质量控制现状分析[J].保鲜与加工,2019,19(3):154-161.