新一代智能冷装箱设备设计及应用研究

曹怿男 李浩 陈梦

【摘 要】随着食品冷链、生鲜电商的蓬勃发展，冷藏保温运输市场逐渐扩大需求。在疫情之下，“最后一公里”配送服务遭受巨大考验，配送安全成为首要问题。文章研究了冷链物流“最后一公里”配送发展现状，针对当前存在的货损率高和配送成本高等问题，设计研发了新一代智能冷装箱。该产品采用半导体制冷，相对于市场上其他同类商品，具有智能控温、成本低、能耗少、可循环利用等优势。

【关键词】冷链物流;“最后一公里”;智能冷装箱;半导体制冷

【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）03-0030-03

0 引言

冷链物流的发展满足了人们对生鲜产品长途保鲜运送的需求，使产品在运输途中尽量减少损失和浪费，但是配送成本较高、原有设备落后等问题严重制约着我国冷链物流行业，尤其是“最后一公里”配送的发展。国内外常将大中型的普通货车改装成冷藏车辆进行长途冷链运送，但这类车辆的体积较大，并且部分城市对货车限行，导致在市内的冷链配送比较困难。此外，在中短途冷藏配送方面，有些地区采用“棉被+冰块”的方式，但温度控制效果较差，容易造成食品变质等问题，其运输工具也常采用商务车改装成的小型冷藏车，但其改装工作较为复杂，需在车厢内添加隔热保温层并装设小型的制冷机组，不仅成本高，而且经过改装后车辆用途变得单一，用户满意度较低[1]。因此，实现“最后一公里”高质、高效配送的冷藏设备缺乏，是当前冷链物流市场亟待解决的一大难题。本研究的科技成果是面向各线城市中小规模生鲜运输物流公司与冷藏冷冻食品商户的新一代智能冷装箱设备，以迎合市场需求，帮助企业解决“最后一公里”配送难题。

1 冷链物流行业发展现状分析

近年来，我国政府高度重视国内冷链物流市场的发展，相继颁布《关于加快发展冷链物流保障食品安全促进消费升级的实施意见》《关于推动物流高质量发展促进形成强大国内市场的意见》等多个文件支持冷链基础设施建设，规划物流体系相关流程，推动冷链物流市场健康、有序发展。此外，2020年7月1日实施的《食品低温配送中心规划设计指南》进一步完善了冷链物流行业的运输和配送标准。随着行业发展环境的改善和市场需求的提高，我国冷链物流行业的市场规模逐年扩大。2019年，我国冷链物流行业的市场规模约3 391亿元，比2018年增长了505.2亿元，同比增长17.60%。2020年底，市场规模已突破4 000亿元，年复合增速超过20%。预计到2025年，冷链物流行业的市场规模将会突破5 500亿元。目前，冷链物流主要服务于生鲜市场和医药市场，这两类市场对冷运基础设备的需求均呈现大幅增长的趋势[2]。

2 “最后一公里”冷运设备应用现状分析

2.1 冷链设施投入成本高

相关数据显示，当前欧美国家冷链成本占全部环节总成本的比重约50%，利润率在20%～30%，而我国当前冷链成本占总成本的比重却高达70%，利润率仅在8%左右且呈现下降趋势。“最后一公里”配送是我国冷链产业链的核心痛点，其相关成本占据总成本的30%～50%[3]。为实现在可控成本范围内能够保障生鲜产品高质、高效地送达顾客手中，冷链物流设施在“最后一公里”的建设和应用面临更为严苛的要求和选择，相关企业面临更多关于冷链投资回报率的问题，而冷运设备的制冷、温控技术方面仍处于需要进一步研发突破的阶段，冷链物流“最后一公里”配送的发展也因此受到较大的限制。

2.2 生鲜配送设备性能不完善

随着生鲜电商的不断发展，加之产品种类繁多，生鲜配送条件对冷运设备的性能具有更多方面、更高水平的要求。大多数生鲜产品不能像普通商品那样进行混合装运，不同种类的产品需要采用不同的冷藏方式和低温处理方式。例如，水果类要采用保鲜纸箱配送，水产品要采用塑料布袋装水充氧配送或根据顾客需求进行宰杀清洗后再使用冰袋进行冷冻配送，蔬菜需要将其根部泥土清洗干净后用保鲜膜包装才可与其他品类混装配送，即配送时要为不同生鲜产品提供不同的储存环境，因此对设备性能要求较高[4]。不同的配送条件更加需要冷运设备具有极佳的温控效果和续航能力，而当前“最后一公里”生鲜配送大多采用小型泡沫保温箱或简单改装后的普通冷藏箱，制冷保温效果差，容易导致产品变质问题。

2.3 低货损率冷链终端设备紧缺

近年来，我国冷藏保温车辆的需求不断增长，2019年我国冷藏车销量达4.82万辆。近期虽受疫情短暂影响，但我国冷藏车的销量在呈逐渐恢复增长的趋势。然而，冷藏车的推广应用并不能解决冷链末端配送问题。首先，经济发展不平衡及区域气候差异等因素造成我国冷藏车增长量分布不均衡，从而无法保障不同区域的冷链物流设施的建设和使用情况。其次，从冷藏车本身的要求来看，冷藏车对温度的要求较高，耗电较大，而目前国内比较看好的新能源冷藏车成本较高，对生产或应用该类冷藏车的企业来说投资回报率较低。因此，冷藏车在“最后一公里”的推广应用存在更大的困难。由于缺少用于末端配送的冷藏车辆，因此很多快递公司通常会采用“干线冷链运输+末端普通配送”的方式完成对生鲜产品的配送。普通的運输设备温控效果较差，甚至缺少必要的温控功能，造成“最后一公里”配送的货损率较高。相关数据表明，通过供应链到达零售商户的蔬菜或水果约有15%的损坏率，而新鲜肉类部门则被认为是最大的废物制造部门，其损坏率高达25%[5]。低货损率冷链终端设备的紧缺问题已成为大多数生鲜电商的致命痛点，也是我国冷链物流行业亟待解决的问题。

3 新一代冷装箱产品信息介绍

冷链物流行业亟须性能完善、便携易控的冷运设备满足生鲜产品“最后一公里”严苛的配送条件，需要应用高性价比的冷运设备从供应链末端降低配送成本，并实现生鲜产品配送过程中的较低货损率。本研究设计研发了新一代智能冷装箱产品，以期改善冷链物流“最后一公里”冷运设备应用现状。

3.1 产品介绍

本研究设计的智能冷装箱，是针对冷链物流行业“最后一公里”配送服务而研发的产品。该产品具有制冷功能，采用半导体材料制成，配用聚合物电池，外观以立方体形状设计，以容积大小分为不同规格。该产品具有智能控温、可长时间续航、无震动、无噪音、无污染、寿命长、体积小（可定制）、制造成本低等优点。同时，该产品可以应用到多个领域，为消费者创造更多附加价值。在该系列冷装箱产品中，小规格冷装箱（219 mm×138 mm×138 mm）因体积较小，实现了可随身携带，除用于冷链物流行业，也适合在家庭、办公室等处用以果蔬、饮用水等的冷藏保存或消费者购物、旅行、野餐等外出活动时携带保存食品或饮品，以及用于医院某些药物的低温和避光保存等。冷装箱样品图、分解结构图分别如图1、图2所示。

3.2 产品设计原理

本产品采用半导体制冷冰箱的设计理念，它是利用“帕尔贴效应”的一种制冷方法。“帕尔贴效应”的物理原理如下：电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中会处于不同的能级，因此当它从高能级向低能级运动时，会释放出多余热量。反之，则需要从外界吸收热量，从而实现降低环境温度，即表现为制冷。“半导体电子制冷”的效果主要取决于电荷载体运动所处的两类导体材料的能级差，即电势差。半导体材料具有极高的热电势，因此可以成功用来做电子冰箱。该类电子冰箱结构相对简单，即用“P”形半导体、“N”形半导体、铜板和导线连接成一个回路，并由12 V直流电供电，在接通电流后，其中一个接点接冰箱内部，另一个接点接散热器。此外，该产品所采用的聚合物蓄电池实现了相对更为持久的制冷续航。蓄电池维持制冷效果持续时间见表1。

3.3 产品核心优势

在性能方面，相比于市面上的竞争产品，该冷装箱具有以下竞争优势。

第一，可控制冷区间突破性扩大。该冷装箱产品实现了-10～10 ℃范围的可控制冷;也可实现10～20 ℃的保温;而物流行业其他冷装箱产品一般可控保冷范围在2～8 ℃。该冷装箱在实现冷藏保温范围增大的同时，满足了物流行业特殊商品的一般冷冻需求。

第二，续航能力在短距物流服务上处于领先水平。该冷装箱产品具有高续航能力，保温时间最长可超24 h，在短距物流冷装箱产品中处于领先水平，使“最后一公里”冷链物流得到更安全、有效的保障。

第三，智能温控系統实现更精准控温，并减少人力和物力成本。该冷装箱产品的智能温控系统是对传统产品技术前所未有的突破，实现了更精准、更稳定的温度控制，由此产生可观的经济效益，减少了人工操作和保冷材料的使用，最大限度地减少了人力和物力成本。

第四，产品附加价值多样，应用范围更广泛。该冷装箱产品具有不同规格的设计，具有多样化的使用价值，产品的诸多特性使其应用范围更加广泛，适用于不同用户群体的物流服务、日常生活服务等，能满足顾客差异化的需求。

4 产品应用推广建议

本研究设计制造的冷装箱产品面向的用户主要包括两类：核心用户是具有直接需求的物流公司和销售冷鲜商品的个体商户，表现为商品保冷配送问题亟须解决，具有从配送设备上减少配送成本的需求;次要用户是具有潜在需求的物流公司和销售冷鲜商品的个体商户，表现为公司或商户可在物流配送设备上扩大盈利，但该部分群体普遍对此认知不够，需要进一步刺激其消费。此外，部分消费群体期望享受冷装箱产品附加功能和价值，表现为可接受通过该产品来享受家居冷藏果蔬、外出购物或旅行时保冷食品等服务，也可作为潜在的用户群体。

总之，对于冷链物流“最后一公里”配送中存在的设施投放成本高、冷运设备性能不完善、高货损率等问题，冷鲜食品个体商户或通过委托第三方物流公司更换冷运设备的生鲜电商可以通过使用本研究设计制造的智能冷装箱，在“最后一公里”配送过程中，为每位配送员配备一个车载冷装箱，实现对生鲜产品高质、高效的保护和温控，从而降低生鲜产品的货损率和配送成本。

参 考 文 献

[1]陈明章.便携式移动冷藏箱[Z].六安：六安索伊电器制造有限公司，2017.

[2]赵帅.冷链物流分析及其在食品中的应用现状[J].现代营销（经营版），2021（1）：184-185.

[3]孙利荣.国内冷链物流发展现状及趋势研究[Z].济南：山东现代电商与物流研究院，2018.

[4]胡静怡，朱浩，杨玉宏，等.生鲜电商“最后一公里”配送问题的探讨[J].现代企业，2018（10）：80-81.

[5]夏文汇，张霞，夏乾尹.城市生鲜农产品电商冷链物流配送模式及协同机制[J].江苏农业科学，2019，47（4）：321-325.