CN114537896A - 一种储藏温度可调的无源冷链保温容器及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种储藏温度可调的无源冷链保温容器及设计方法，包括容器本体，所述容器本体内设有导热结构和蓄冷剂。本发明提出的保温容器通过导热结构，将部分环境中的热量可控地导入容器内部，适当提升容器内温度，并通过设计不同的导热结构控制导入热量的量，在使用相同蓄冷剂的条件下实现不同的储藏温度。
Description
技术领域
本发明涉及保温容器技术领域，尤其是一种储藏温度可调的无源冷链保温容器及设计方法。
背景技术
诸多生鲜食品、生物制品需要在运输过程中控制其储藏温度。这类产品在最后一公里及小批量电商物流环节中通常需要用到无源冷链控温技术。
无源冷链控温技术主要依赖保温容器减小产品与环境间的热交换，同时依靠蓄冷剂的相变过程吸收多余热量并控制储藏温度。因此，在使用时需要选择相变温度等于或接近产品最适储藏温度的蓄冷剂。
目前，蓄冷剂主要采用水为主相变材料，因此其相变温度为0℃。但多数生鲜果蔬及生物制品的最适储藏温度均大于0℃。这类产品在使用相变温度为0℃的水基蓄冷剂时可能出现冻伤及冷害。而相变温度高于0℃，尤其是在5～10℃区间内的蓄冷剂成本较高，且相变潜热远低于水基蓄冷剂，导致其无法广泛应用。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种储藏温度可调的无源冷链保温容器及设计方法，将部分环境中的热量导入保温容器内，适当提升保温容器内的温度，从而实现保温容器内的温度可控且高于0℃，适于生鲜产品的储藏要求。
本发明所采用的技术方案如下：
一种储藏温度可调的无源冷链保温容器，包括容器本体，所述容器本体内设有导热结构和蓄冷剂。
所述导热结构包括面换热板、设置在面换热板上的边角换热板，所述面换热板在容器本体内围成用于容纳产品的区域。
所述面换热板与容器本体之间的间距处处相等。
所述边角换热板背离面换热板的一端与容器本体的顶角之间预留有用于填充保温材料的间隙。
所述边角换热板背离面换热板的一端延伸出若干分叉。
容器本体内所设蓄冷剂，其相变温度小于或等于容器本体内所盛放产品的储藏温度。
本发明还提供一种设计储藏温度可调的无源冷链保温容器的方法，包括如下步骤：
步骤一：计算产品最适储藏温度下限与外环境温度、蓄冷剂相变温度之间的温度梯度，并根据傅里叶导热定律计算外环境与蓄冷剂、产品与蓄冷剂之间的热流密度；热流密度q满足如下公式：
式中，q为热流密度；k为导热系数；T为温度；x为厚度；i为组件编号，
步骤二：根据产品与蓄冷剂之间的热流密度计算所需换热结构的换热面积，使换热结构与产品间的热流密度趋于零；换热结构与产品间的热流密度满足如下公式：
式中，qp为产品与蓄冷剂之间的热流密度；Ap为产品换热面积；kd为换热结构导热系数；To-Tp表示环境温度与产品最适储藏温度间的温度差；b为导热路径长度，即为隔热壁厚度；Ap为换热结构换热面积；
步骤三：设计换热结构，将步骤二计算出的换热面积合理分配至换热结构各个部分；
步骤四：将步骤三设计的换热结构插入保温容器。
步骤一中，组件编号i分为隔热壁(w)和产品(p)，分别对应外环境与蓄冷剂、产品与蓄冷剂之间的热交换。
步骤三中，计算所得换热面积分配过程中，保温容器保持正常开启、封合，蓄冷剂、产品正常放置。
本发明的有益效果如下：
本发明提出的保温容器通过导热结构，将部分环境中的热量可控地导入容器内部，适当提升容器内温度，并通过设计不同的导热结构控制导入热量的量，在使用相同蓄冷剂的条件下实现不同的储藏温度。
本发明提供了两种不同的导热结构，通过锯齿、分叉等特殊形状增大了导热面积，能够在其它因素相同的前提下，提供更多热量。
本发明结构简单，能够使目前常用的水基蓄冷剂用于多种产品的不同储藏温度需求。
附图说明
图1为本发明的其中一种实施方式的调温保温容器结构，调温范围5-8℃。
图2为本发明的另一种实施方式的调温保温容器结构，调温范围8-12℃。
图3-1为本发明中实施例1储藏过程中产品特征位置温度变化曲线，图中体现底角位置。
图3-2为本发明中实施例1储藏过程中产品特征位置温度变化曲线，图中体现顶角位置。
图3-3为本发明中实施例1储藏过程中产品特征位置温度变化曲线，图中体现中心位置。
图4-1为本发明中实施例2储藏过程中产品特征位置温度变化曲线，图中体现底角位置。
图4-2为本发明中实施例2储藏过程中产品特征位置温度变化曲线，图中体现顶角位置。
图4-3为本发明中实施例2储藏过程中产品特征位置温度变化曲线，图中体现中心位置。
图5-1为本发明中实施例3储藏过程中产品特征位置温度变化曲线，图中体现底角位置。
图5-2为本发明中实施例3储藏过程中产品特征位置温度变化曲线，图中体现顶角位置。
图5-3为本发明中实施例3储藏过程中产品特征位置温度变化曲线，图中体现中心位置。
其中：1、容器本体；2、导热结构；3、保温材料；4、蓄冷剂；5、产品；201、面换热板；202、边角换热板；203、分叉。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图5所示，本实施例的储藏温度可调的无源冷链保温容器，包括容器本体1，容器本体1内设有导热结构2和蓄冷剂4；容器本体1可以采用夹层式的结构，在容器本体1的夹层中设置保温材料3，也可以采用贴设的方式，将保温材料3贴在容器本体1的内壁上；或将保温材料3填充在容器本体1和导热结构2之间，并将蓄冷剂4插在保温材料3内；只需有保温材料3能够起到保温、降低热传导的作用即可。考虑到蓄冷剂4摆放的稳定性，本实施例中采用保温材料3上开槽、槽中放置蓄冷剂4的方式，如图1和图2所示。
参考图1和图2，导热结构2包括面换热板201、设置在面换热板201上的边角换热板202，面换热板201在容器本体1内围设出用于容纳产品5的区域。
导热结构2包括与容器本体1的侧壁相平行的面换热板201、从面换热板201的顶角处延伸有边角换热板202，边角换热板202指向容器本体1的顶角。
面换热板201与容器本体1之间的间距处处相等。
边角换热板202背离面换热板201的一端与容器本体1的顶角之间预留有用于填充保温材料3的间隙。
边角换热板202背离面换热板201的一端延伸出若干分叉203。
容器本体1内所设蓄冷剂4，其相变温度小于或等于容器本体1内所盛放产品5的储藏温度。
本发明还提供一种设计储藏温度可调的无源冷链保温容器的方法，包括如下步骤：
步骤一：计算产品最适储藏温度下限与外环境温度、蓄冷剂相变温度之间的温度梯度，并根据傅里叶导热定律计算外环境与蓄冷剂、产品与蓄冷剂之间的热流密度；热流密度q满足如下公式：
式中，q为热流密度；k为导热系数；T为温度；x为厚度；i为组件编号；
步骤二：根据产品与蓄冷剂之间的热流密度计算所需换热结构的换热面积，使换热结构与产品间的热流密度趋于零；换热结构与产品间的热流密度满足如下公式：
式中，qp为产品与蓄冷剂之间的热流密度；Ap为产品换热面积；kd为换热结构导热系数；To-Tp表示环境温度与产品最适储藏温度间的温度差；b为导热路径长度，即为隔热壁厚度；Ap为换热结构换热面积；
步骤三：设计换热结构，将步骤二计算出的换热面积合理分配至换热结构各个部分；
步骤四：将步骤三设计的换热结构插入保温容器。
步骤一中，组件编号i分为隔热壁(w)和产品(p)，分别对应外环境与蓄冷剂、产品与蓄冷剂之间的热交换。
步骤三中，计算所得换热面积分配过程中，保温容器保持正常开启、封合，蓄冷剂、产品正常放置。
本实施例的具体结构及工作原理如下：
如图1所示，为本发明的其中一种含导热结构2的保温容器，这种导热结构2放置在容器本体1中，包括矩形框架的面换热板201，在面换热板201的四个顶角处延伸出边角换热板202。面换热板201和其两端的边角换热板202，以及对应的容器本体1侧壁之间形成用于放置蓄冷剂4的区域。面换热板201所围成的区域则用于放置产品5。
作为另一种可替代的实施结构，如图2所示，与第一种保温结构的区别在于，其面换热板201的内壁板为锯齿面，在边角换热板202背离面换热板201的一侧设置分叉203，用以增大热传递的面积。
本实施例中，保温结构的壁板能够选取不同的表面形状，以常规的光滑表面为基础，保温结构的壁板可以直接采用光滑表面，也可以在光滑表面上进行优化，采用弧面、波浪面、锯齿面等不同形状的壁板；而这些特殊形状的尺寸，例如弧度、波浪的起伏程度、锯齿的细密程度等，都可根据实际需要进行调整，其目的在于得到不同的换热面积。同理地，面换热板的分叉数量、分叉角度也都能根据实际需要来设计。
本实施例中以光滑壁板和锯齿壁板为例，进行试验。
相较于传统的保温容器，光滑壁板和锯齿壁板两种保温结构能够得到不同的储藏温度，光滑壁板的保温结构储藏温度5～8℃，带有锯齿面的保温结构储藏温度8～12℃。如表1所示，本发明提供三个实施例，三个实施例所使用的的保温材料3和蓄冷剂4均相同，蓄冷剂4的相变温度为0℃。三个实施例均在35℃条件下储藏12h，并监测产品5底角、顶角及中心处温度变化。
表1实施例构成及工况
表中，Box-C指代常规保温容器，常规保温容器仅采用内设保温材料3和蓄冷剂4的容器本体1，没有导热结构2；Box-M-1、Box-M-2在常规保温容器的基础上增设导热结构2；Box-M-1指代保温结构的内壁光滑的保温容器；Box-M-2指代保温结构内壁呈锯齿面的保温容器。因为蓄冷剂4相变温度为0℃，所以本实施例中的常规保温容器储藏温度为0-5℃。
如图3-1至3-3所示，在实施例1中，P1产品5的最适储藏温度为0～5℃，其温度下限与蓄冷剂4相变温度一致。测试结果表明，使用传统保温容器Box-C能够最长时间的保持其内部温度处在0～5℃之间。
如图4-1至4-3所示，在实施例2中，P2产品5的最适储藏温度为5～8℃，高于蓄冷剂4相变温度，与本发明提出的调温保温容器Box-M-1的设计储藏温度一致。测试结果表明，Box-M-1中产品5特征位置的温度能够较长时间保持在5～8℃，Box-C在储藏期间有大段时间产品5温度低于5℃，可能会对产品5造成冷害，而Box-M-2中产品5温度偏高，在5～8℃范围的时间明显短于Box-M-1中产品5。
如图5-1至5-3所示，在实施例3中，P3产品5的最适储藏温度为8～12℃，高于蓄冷剂4相变温度，与本发明提出的调温保温容器Box-M-2的设计储藏温度一致。测试结果表明，Box-M-2中产品5特征位置的温度能够较长时间保持在8～12℃，Box-C在储藏期间有大段时间产品5温度低于8℃，可能会对产品5造成冷害，而Box-M-1中产品5底角温度也有较长时间低于8℃。
综上所述，在使用相同蓄冷剂4的条件下，经过合理设计的导热结构2，及本发明提供的两种保温结构，能够有效调节保温容器内温度，本发明提出的储藏温度可调的无源冷链保温容器能够更好的保护产品5。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (8)
1.一种储藏温度可调的无源冷链保温容器，包括容器本体(1)，其特征在于：所述容器本体(1)内设有导热结构(2)和蓄冷剂(4)。
所述导热结构(2)包括面换热板(201)、设置在面换热板(201)上的边角换热板(202)，所述面换热板(201)在容器本体(1)内围成用于容纳产品(5)的区域。
2.如权利要求1所述的一种储藏温度可调的无源冷链保温容器，其特征在于：所述面换热板(201)与容器本体(1)之间的间距处处相等。
3.如权利要求1所述的一种储藏温度可调的无源冷链保温容器，其特征在于：所述边角换热板(202)背离面换热板(201)的一端与容器本体(1)的顶角之间预留有用于填充保温材料(3)的间隙。
4.如权利要求3所述的一种储藏温度可调的无源冷链保温容器，其特征在于：所述边角换热板(202)背离面换热板(201)的一端延伸出若干分叉(203)。
5.如权利要求1所述的一种储藏温度可调的无源冷链保温容器，其特征在于：容器本体(1)内所设蓄冷剂(4)，其相变温度小于或等于容器本体(1)内所盛放产品(5)的储藏温度。
6.一种设计权利要求1所述的一种储藏温度可调的无源冷链保温容器的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：计算产品最适储藏温度下限与外环境温度、蓄冷剂相变温度之间的温度梯度，并根据傅里叶导热定律计算外环境与蓄冷剂、产品与蓄冷剂之间的热流密度；热流密度q满足如下公式：
式中，q为热流密度；k为导热系数；T为温度；x为厚度；i为组件编号，
步骤二：根据产品与蓄冷剂之间的热流密度计算所需换热结构的换热面积，使换热结构与产品间的热流密度趋于零；换热结构与产品间的热流密度满足如下公式：
式中，qp为产品与蓄冷剂之间的热流密度；Ap为产品换热面积；kd为换热结构导热系数；To-Tp表示环境温度与产品最适储藏温度间的温度差；b为导热路径长度，即为隔热壁厚度；Ap为换热结构换热面积；
步骤三：设计换热结构，将步骤二计算出的换热面积合理分配至换热结构各个部分；
步骤四：将步骤三设计的换热结构插入保温容器。
7.如权利要求6所述的一种储藏温度可调的无源冷链保温容器的设计方法，其特征在于，步骤一中，组件编号i分为隔热壁(w)和产品(p)，分别对应外环境与蓄冷剂、产品与蓄冷剂之间的热交换。
8.如权利要求6所述的一种储藏温度可调的无源冷链保温容器的设计方法，其特征在于：步骤三中，计算所得换热面积分配过程中，保温容器保持正常开启、封合，蓄冷剂、产品正常放置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220527 |