新一代智能冷裝箱設備設計及應用研究

曹懌男 李浩 陳夢

【摘 要】隨著食品冷鏈、生鮮電商的蓬勃發展，冷藏保溫運輸市場逐漸擴大需求。在疫情之下，“最后一公里”配送服務遭受巨大考驗，配送安全成為首要問題。文章研究了冷鏈物流“最后一公里”配送發展現狀，針對當前存在的貨損率高和配送成本高等問題，設計研發了新一代智能冷裝箱。該產品采用半導體制冷，相對于市場上其他同類商品，具有智能控溫、成本低、能耗少、可循環利用等優勢。

【關鍵詞】冷鏈物流;“最后一公里”;智能冷裝箱;半導體制冷

【中圖分類號】TP273 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）03-0030-03

0 引言

冷鏈物流的發展滿足了人們對生鮮產品長途保鮮運送的需求，使產品在運輸途中盡量減少損失和浪費，但是配送成本較高、原有設備落后等問題嚴重制約著我國冷鏈物流行業，尤其是“最后一公里”配送的發展。國內外常將大中型的普通貨車改裝成冷藏車輛進行長途冷鏈運送，但這類車輛的體積較大，并且部分城市對貨車限行，導致在市內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，容易造成食品變質等問題，其運輸工具也常采用商務車改裝成的小型冷藏車，但其改裝工作較為復雜，需在車廂內添加隔熱保溫層并裝設小型的制冷機組，不僅成本高，而且經過改裝后車輛用途變得單一，用戶滿意度較低[1]。因此，實現“最后一公里”高質、高效配送的冷藏設備缺乏，是當前冷鏈物流市場亟待解決的一大難題。本研究的科技成果是面向各線城市中小規模生鮮運輸物流公司與冷藏冷凍食品商戶的新一代智能冷裝箱設備，以迎合市場需求，幫助企業解決“最后一公里”配送難題。

1 冷鏈物流行業發展現狀分析

近年來，我國政府高度重視國內冷鏈物流市場的發展，相繼頒布《關于加快發展冷鏈物流保障食品安全促進消費升級的實施意見》《關于推動物流高質量發展促進形成強大國內市場的意見》等多個文件支持冷鏈基礎設施建設，規劃物流體系相關流程，推動冷鏈物流市場健康、有序發展。此外，2020年7月1日實施的《食品低溫配送中心規劃設計指南》進一步完善了冷鏈物流行業的運輸和配送標準。隨著行業發展環境的改善和市場需求的提高，我國冷鏈物流行業的市場規模逐年擴大。2019年，我國冷鏈物流行業的市場規模約3 391億元，比2018年增長了505.2億元，同比增長17.60%。2020年底，市場規模已突破4 000億元，年復合增速超過20%。預計到2025年，冷鏈物流行業的市場規模將會突破5 500億元。目前，冷鏈物流主要服務于生鮮市場和醫藥市場，這兩類市場對冷運基礎設備的需求均呈現大幅增長的趨勢[2]。

2 “最后一公里”冷運設備應用現狀分析

2.1 冷鏈設施投入成本高

相關數據顯示，當前歐美國家冷鏈成本占全部環節總成本的比重約50%，利潤率在20%～30%，而我國當前冷鏈成本占總成本的比重卻高達70%，利潤率僅在8%左右且呈現下降趨勢。“最后一公里”配送是我國冷鏈產業鏈的核心痛點，其相關成本占據總成本的30%～50%[3]。為實現在可控成本范圍內能夠保障生鮮產品高質、高效地送達顧客手中，冷鏈物流設施在“最后一公里”的建設和應用面臨更為嚴苛的要求和選擇，相關企業面臨更多關于冷鏈投資回報率的問題，而冷運設備的制冷、溫控技術方面仍處于需要進一步研發突破的階段，冷鏈物流“最后一公里”配送的發展也因此受到較大的限制。

2.2 生鮮配送設備性能不完善

隨著生鮮電商的不斷發展，加之產品種類繁多，生鮮配送條件對冷運設備的性能具有更多方面、更高水平的要求。大多數生鮮產品不能像普通商品那樣進行混合裝運，不同種類的產品需要采用不同的冷藏方式和低溫處理方式。例如，水果類要采用保鮮紙箱配送，水產品要采用塑料布袋裝水充氧配送或根據顧客需求進行宰殺清洗后再使用冰袋進行冷凍配送，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混裝配送，即配送時要為不同生鮮產品提供不同的儲存環境，因此對設備性能要求較高[4]。不同的配送條件更加需要冷運設備具有極佳的溫控效果和續航能力，而當前“最后一公里”生鮮配送大多采用小型泡沫保溫箱或簡單改裝后的普通冷藏箱，制冷保溫效果差，容易導致產品變質問題。

2.3 低貨損率冷鏈終端設備緊缺

近年來，我國冷藏保溫車輛的需求不斷增長，2019年我國冷藏車銷量達4.82萬輛。近期雖受疫情短暫影響，但我國冷藏車的銷量在呈逐漸恢復增長的趨勢。然而，冷藏車的推廣應用并不能解決冷鏈末端配送問題。首先，經濟發展不平衡及區域氣候差異等因素造成我國冷藏車增長量分布不均衡，從而無法保障不同區域的冷鏈物流設施的建設和使用情況。其次，從冷藏車本身的要求來看，冷藏車對溫度的要求較高，耗電較大，而目前國內比較看好的新能源冷藏車成本較高，對生產或應用該類冷藏車的企業來說投資回報率較低。因此，冷藏車在“最后一公里”的推廣應用存在更大的困難。由于缺少用于末端配送的冷藏車輛，因此很多快遞公司通常會采用“干線冷鏈運輸+末端普通配送”的方式完成對生鮮產品的配送。普通的運輸設備溫控效果較差，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。相關數據表明，通過供應鏈到達零售商戶的蔬菜或水果約有15%的損壞率，而新鮮肉類部門則被認為是最大的廢物制造部門，其損壞率高達25%[5]。低貨損率冷鏈終端設備的緊缺問題已成為大多數生鮮電商的致命痛點，也是我國冷鏈物流行業亟待解決的問題。

3 新一代冷裝箱產品信息介紹

冷鏈物流行業亟須性能完善、便攜易控的冷運設備滿足生鮮產品“最后一公里”嚴苛的配送條件，需要應用高性價比的冷運設備從供應鏈末端降低配送成本，并實現生鮮產品配送過程中的較低貨損率。本研究設計研發了新一代智能冷裝箱產品，以期改善冷鏈物流“最后一公里”冷運設備應用現狀。

3.1 產品介紹

本研究設計的智能冷裝箱，是針對冷鏈物流行業“最后一公里”配送服務而研發的產品。該產品具有制冷功能，采用半導體材料制成，配用聚合物電池，外觀以立方體形狀設計，以容積大小分為不同規格。該產品具有智能控溫、可長時間續航、無震動、無噪音、無污染、壽命長、體積小（可定制）、制造成本低等優點。同時，該產品可以應用到多個領域，為消費者創造更多附加價值。在該系列冷裝箱產品中，小規格冷裝箱（219 mm×138 mm×138 mm）因體積較小，實現了可隨身攜帶，除用于冷鏈物流行業，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者購物、旅行、野餐等外出活動時攜帶保存食品或飲品，以及用于醫院某些藥物的低溫和避光保存等。冷裝箱樣品圖、分解結構圖分別如圖1、圖2所示。

3.2 產品設計原理

本產品采用半導體制冷冰箱的設計理念，它是利用“帕爾貼效應”的一種制冷方法。“帕爾貼效應”的物理原理如下：電荷載體在導體中運動形成電流，由于電荷載體在不同的材料中會處于不同的能級，因此當它從高能級向低能級運動時，會釋放出多余熱量。反之，則需要從外界吸收熱量，從而實現降低環境溫度，即表現為制冷。“半導體電子制冷”的效果主要取決于電荷載體運動所處的兩類導體材料的能級差，即電勢差。半導體材料具有極高的熱電勢，因此可以成功用來做電子冰箱。該類電子冰箱結構相對簡單，即用“P”形半導體、“N”形半導體、銅板和導線連接成一個回路，并由12 V直流電供電，在接通電流后，其中一個接點接冰箱內部，另一個接點接散熱器。此外，該產品所采用的聚合物蓄電池實現了相對更為持久的制冷續航。蓄電池維持制冷效果持續時間見表1。

3.3 產品核心優勢

在性能方面，相比于市面上的競爭產品，該冷裝箱具有以下競爭優勢。

第一，可控制冷區間突破性擴大。該冷裝箱產品實現了-10～10 ℃范圍的可控制冷;也可實現10～20 ℃的保溫;而物流行業其他冷裝箱產品一般可控保冷范圍在2～8 ℃。該冷裝箱在實現冷藏保溫范圍增大的同時，滿足了物流行業特殊商品的一般冷凍需求。

第二，續航能力在短距物流服務上處于領先水平。該冷裝箱產品具有高續航能力，保溫時間最長可超24 h，在短距物流冷裝箱產品中處于領先水平，使“最后一公里”冷鏈物流得到更安全、有效的保障。

第三，智能溫控系統實現更精準控溫，并減少人力和物力成本。該冷裝箱產品的智能溫控系統是對傳統產品技術前所未有的突破，實現了更精準、更穩定的溫度控制，由此產生可觀的經濟效益，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，產品附加價值多樣，應用范圍更廣泛。該冷裝箱產品具有不同規格的設計，具有多樣化的使用價值，產品的諸多特性使其應用范圍更加廣泛，適用于不同用戶群體的物流服務、日常生活服務等，能滿足顧客差異化的需求。

4 產品應用推廣建議

本研究設計制造的冷裝箱產品面向的用戶主要包括兩類：核心用戶是具有直接需求的物流公司和銷售冷鮮商品的個體商戶，表現為商品保冷配送問題亟須解決，具有從配送設備上減少配送成本的需求;次要用戶是具有潛在需求的物流公司和銷售冷鮮商品的個體商戶，表現為公司或商戶可在物流配送設備上擴大盈利，但該部分群體普遍對此認知不夠，需要進一步刺激其消費。此外，部分消費群體期望享受冷裝箱產品附加功能和價值，表現為可接受通過該產品來享受家居冷藏果蔬、外出購物或旅行時保冷食品等服務，也可作為潛在的用戶群體。

總之，對于冷鏈物流“最后一公里”配送中存在的設施投放成本高、冷運設備性能不完善、高貨損率等問題，冷鮮食品個體商戶或通過委托第三方物流公司更換冷運設備的生鮮電商可以通過使用本研究設計制造的智能冷裝箱，在“最后一公里”配送過程中，為每位配送員配備一個車載冷裝箱，實現對生鮮產品高質、高效的保護和溫控，從而降低生鮮產品的貨損率和配送成本。

參 考 文 獻

[1]陳明章.便攜式移動冷藏箱[Z].六安：六安索伊電器制造有限公司，2017.

[2]趙帥.冷鏈物流分析及其在食品中的應用現狀[J].現代營銷（經營版），2021（1）：184-185.

[3]孫利榮.國內冷鏈物流發展現狀及趨勢研究[Z].濟南：山東現代電商與物流研究院，2018.

[4]胡靜怡，朱浩，楊玉宏，等.生鮮電商“最后一公里”配送問題的探討[J].現代企業，2018（10）：80-81.

[5]夏文匯，張霞，夏乾尹.城市生鮮農產品電商冷鏈物流配送模式及協同機制[J].江蘇農業科學，2019，47（4）：321-325.