CN1188326C - 一种保冷运输的温度管理方法 - Google Patents

Abstract

一种保冷运输的温度管理方法，包括物质流和信息流两个方面。该方法首先根据被运输货物的种类和质量、运输时段和作业时间及蓄冷剂物性等参数，利用蓄冷剂与货物传热耦合模型和气象参数预测模型来计算出蓄冷剂使用量；然后将温度监测装置的传感器测头、所需蓄冷剂及货物装入保温包装箱中；在运输过程中使温度监测装置进行实时记录或/和显示、报警提醒；货物到达目的地后通过串行接口和计算机相连，利用计算机存贮或/和打印从出发地到目的地的加工作业与保冷运输全过程的货物温度变化报表文件，并将其提交给用户和运输业主。该方法对于保障运输货物品质、降低易腐物质的损耗量、降低预冷能耗和运输成本，提高运输业主的服务质量具有重要的作用。

Description

一种保冷运输的温度管理方法

技术领域

本发明涉及一种保冷运输过程的温度管理方法，属于保冷运输技术领域。

背景技术

冷藏链是以制冷设备与技术为基本手段，以加工、贮藏、运输、供销易腐物品及其全过程为对象，使各个环节象链条一样，一环套一环一直处于低温环境，以最大限度地保持易腐物品的原有品质为目的的冷藏体系。所谓易腐物品，主要指易腐食品、特种药品(如疫苗等)等。在冷藏链中，由于运输环节是处于移动过程，受运输工具动力的限制，很难实现全过程的机械制冷，因此其冷藏运输工具分为两类：冷藏运输和保冷运输。

冷藏运输是通过机械制冷设备提供货物的低温环境的，如冷藏列车、冷藏汽车、冷藏船、冷藏集装箱等，将货物装载设备与机械制冷设备集成，是一种移动式冷藏设备。但这种移动式冷藏设备，需要独立的能源供应系统，如汽车发动机、或专用蓄电池、发动(电)机、太阳能转换设备等专用动力设备，因此，冷藏运输的设备和运输成本高，但货物的品质得到良好的保证，适合于远距离、长时间运输，或对品质有特殊要求的货物运输。

保冷运输是指运输工具中没有机械制冷设备的运输方式，一般是利用保温箱体内附设的金属块体、冰、复合化工材料等各种蓄冷材料，或直接利用冷却后的被运输货物自身的显冷量来维持运输过程中运送货物的低温环境，因此保冷运输距离和时间受到极大限制。目前保冷运输的主要工具是保温冷藏车，或将保温集装箱、保温箱体等放在汽车、火车、船舶等运输工具上进行保冷运输。虽然运输距离和时间受到限制，但由于保温冷藏车的造价低廉，仍有相当大的应用领域，特别适合于近距离、短时间的运输。为使保冷运输最大限度地取代冷藏运输，以降低低温运输的能源消耗和运送成本，延长保冷运输的运送距离和运送时间，国内、外对保温箱体和蓄冷材料的研究非常重视。例如，专利“制冷运输方法”(中国申请号：98814239.2，国际专利申请号：PCT/DE98/02724 1998.9.14)、“蓄冷剂、蓄冷包及保冷箱”(中国申请号：00804927.0，国际专利申请号：PCT/JP00/02209 2000.4.6)均提供了合理的蓄冷材料和保冷运输方法如二元冰等，但是尚未见到合理可行的关于温度管理的方法。

在保冷运输过程中，货物温度是保证货物品质的最重要的条件。目前，对于保冷运输过程温度管理的常规做法是将预冷到一定温度后的货物，装入保温箱内进行运输，到达目的地后再检测货物温度是否在规定范围内，以判断运输业主的服务水平。为保证货物的温度，运输业主不得不增加蓄冷剂的使用量，一方面减少了运输货物量，另一方面增加蓄冷剂预冷(冻结)能耗，增加运输成本；有些押运人员为使货物到达时温度达到要求，在中途对其进行复冻，可能造成货物品质的恶化。因此只关注货物运输“两地”(出发地、目的地)，而不注重运输过程的温度管理体系，对用户和业主都将带来损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种保冷运输的温度管理方法，该方法对于保障运输货物品质、降低易腐物质的损耗量、降低预冷能耗和运输成本，提高运输业主的服务质量具有重要的作用。

本发明的技术方案如下：

一种保冷运输的温度管理方法，其特征是该管理方法包括物质流和信息流两个方面，具体包括如下步骤：

a.根据被运输货物的种类和质量、出发地与目的地、运输时段和作业时间、保温箱结构尺寸及其材质、蓄冷剂物性，利用蓄冷剂与货物传热耦合模型和气象参数预测模型来计算出全过程保证货物温度的蓄冷剂使用量；

b.从冷藏库中取出所需使用量的已经冻结的蓄冷剂；

c.将温度监测装置通过串行接口和计算机相连，利用计算机向含有温度监测程序的温度监测装置内输入温度采样步长以及货物允许的最高温度；

d.将参数设定后的一个或多个温度监测装置的温度传感器测头、蓄冷剂及货物装入保温包装箱中；

e.将保温包装箱放入运输工具内开始保冷运输，在运输过程中使温度监测装置进行实时记录或/和显示，并在温度超过货物最高允许温度时报警提醒；

f.货物到达目的地后，卸货与分解；

g.将温度监测装置从保温箱体中取出，通过串行接口和计算机相连，利用计算机存贮或/和打印从出发地到目的地的加工作业与保冷运输全过程的货物温度变化报表文件，并将其提交给用户和运输业主。

本发明的技术方案中，上述步骤a中预测蓄冷剂使用量可按如下步骤进行：

h.由出发地、目的地以及保冷运输过程所经过的主要城市的历史气象参数和未来72小时的天气预报，建立货物在移动过程中所在地理位置的气象参数预测模型；

i.建立蓄冷剂与货物传热耦合模型，该耦合模型包括蓄冷剂相变传热模型、保温箱体内货物的非稳态传热集总参数模型以及蓄冷剂与货物传热耦合模型；

j.给定货物从出发地的装箱与装载阶段、保冷运输阶段以及目的地的卸货与分解阶段的货物移动全过程的时刻表；

k.给定被运输货物的种类和质量、保温箱的结构尺寸及其材质、蓄冷剂物性参数与初始温度；货物的初始温度、最高允许温度和要求的保冷时间；

l.给出蓄冷剂使用量的初始值；

m.根据步骤j给出的货物移动全过程时刻表，利用步骤h中建立的气象参数预测模型，计算货物所在位置的外部气象参数；

n.根据步骤k给出的已知条件，利用步骤i建立的蓄冷剂与货物传热耦合模型计算出货物的有效保冷时间；

o.若步骤n计算出的有效保冷时间小于货物要求保冷时间，则增加蓄冷剂使用量，并返回到步骤m进行重复计算，直至有效保冷时间大于或等于货物要求保冷时间为止；

p.输出货物移动全过程需要的蓄冷剂使用量。

本发明在上述步骤h中预测蓄冷剂使用量时所采用的气象参数预测方法，包含如下步骤：

q.给定从货物出发地的装箱与装载阶段、保冷运输阶段以及目的地的卸货与分解阶段的货物移动全过程的时刻表；

r.以货物在出发地装箱作业的初始时刻为基准，输入货物移动过程需经过的各城市的过去前1～5天的逐时气象参数；

s.输入气象台发布的未来72小时货物移动过程需经过的各城市的天气预报参数；

t.根据过去前几天内的逐时气象参数和未来72小时的天气预报，从出发地装箱作业初始时刻开始，计算未来72小时货物移动过程中需经过城市的逐时气象参数；

u.利用步骤t计算出的需经过城市的气象参数和步骤q给定的货物移动时刻表，算出两相邻城市之间路途中各点位置的外部气象参数。

本发明包括“两地”作业和保冷运输全过程的温度监测、数据贮存、报表文件的生成与提交，以及蓄冷剂使用量的预测方法等。对蓄冷剂使用量的预测，可以避免在运输过程中因使用蓄冷剂过量引起的蓄冷剂的浪费和成本过高或是因使用蓄冷剂太少引起的无法保证有效保冷时间，使得货物变质的问题，从而有效合理的利用了蓄冷剂，节约了能源。对“两地”作业和保冷运输中货物移动全过程的温度监测、数据贮存、报表文件的生成与提交，则可以为运输业主和客户提供运输过程中温度变化的可靠数据，从而对保障运输货物品质，降低易腐物质的损耗量，提高运输业主的服务质量提供了有力的数据支持和保证。

附图说明

图1是本发明提出的保冷运输的温度管理方法中的物质流和信息流的流程示意图(图中实线箭头代表物质流，虚线箭头代表信息流)。

图2为预测蓄冷剂使用量的计算流程图。

图3为温度监测装置的外形结构简图。

图4为温度监测装置的结构框图。

图5为温度监测装置与计算机连接示意图。

图6表示温度监测装置在保温包装箱中的设置位置示意图。

图7为温度监测装置内置的温度监测程序的工作流程图。

图8为具体实施例中得到的不同保温箱内的温度变化曲线。

图中：图3～6中各部件的序号和名称如下：

1—温度监测装置；2—温度传感器探头；3—温度传感器引线；4—温度检测装置本体；5—串行通讯接口；6—串行通讯线；7—计算机；8—保温包装箱；9—蓄冷剂；10—货物。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明提出的保冷运输的温度管理方法中物质流和信息流的流程示意图，它涉及物质流(货物流)和信息流(温度与时间)两个方面。其中物质流，是表示货物、蓄冷剂、保温包装箱、温度监测装置的流向，它还包括3个阶段：(一)出发地的装箱与装载阶段、(二)出发地与目的地之间的保冷运输阶段、(三)目的地的卸货与分解阶段。信息流是指货物在出发地、目的地以及两地之间的装卸作业与保冷运输全过程中，货物的温度、时间等信息的实时记录、显示，以及运输结束后对全过程货物温度变化信息的图形与报表文件的存贮与输出，并提交给用户以及反馈到运输业主的信息流动过程。在物质流的三个阶段中均包含着信息流过程，而且在阶段(三)之后，还包括阶段(四)：信息报告与反馈阶段。

各个阶段的具体流程如下：

(一)出发地的装箱与装载阶段：此阶段包含着物质流和信息流。该阶段包括以下过程：

a.蓄冷剂使用量的预测过程：根据被运输货物量、种类，出发地与目的地之间的运输距离、气象参数，运输时间段，蓄冷剂物性，保温箱的结构及其材质，以及在出发地与目的地的作业(装箱、卸货)时间，利用蓄冷剂与货物传热耦合模型来预测蓄冷剂的使用量。

b.蓄冷剂取出过程：将已经冻结完毕的蓄冷剂，按预测使用量从冻结保温装置中取出，为货物装箱过程作好准备。

c.温度监测装置的参数设定过程：运输业主或管理人员用串行通讯线连接计算机与温度监测装置，启动计算机与温度监测装置，通过计算机并根据过程a提供的信息，设定货物运输的起始时间、温度采样步长、货物允许最高温度，为保冷运输过程中温度监测、报警提供条件。

d.货物的出库、装箱与装载过程：将被运输货物按量从冷藏库中取出，将计算确定的蓄冷剂，按合理位置摆放在保温包装箱内，并将设定参数后的一个或多个温度监测装置的温度传感器探头设置在保温包装箱内部能表征货物温度的位置，然后对包装箱进行密封，并装载到运输工具中。这里的保冷包装箱包括普通保冷箱体、保冷集装箱、保冷汽车、保冷列车箱体等具有保温功能的盛装货物的容器。

(二)出发地与目的地之间的保冷运输阶段：此阶段包含着物质流和信息流。

e.保冷运输过程：封装有货物、蓄冷剂、温度监测装置的保温包装箱随运输工具从出发地移动到目的地的过程；在运输过程中，温度监测装置对保温箱内货物温度进行实时记录或/和显示，并在温度超过货物最高允许温度时报警提醒，要求押运人员采取补充蓄冷剂等措施。

(三)目的地的卸货与分解阶段：此阶段包含着物质流和信息流。该阶段包括以下过程：

f.卸货与分解过程：运输工具到达目的地后的作业过程，包括：将封装有货物、蓄冷剂、温度监测装置的保温包装箱从运输工具中移出；将货物、蓄冷剂、温度监测装置从保温包装箱中取出；对蓄冷剂的处置以及货物入库等过程。其中：

蓄冷剂的处置过程：检查蓄冷剂的融化状态以及是否有泄漏现象，如果有泄漏，需对其废弃或更换包装袋，如果完好无损，则可再次冻结，循环使用。

货物入库过程：将到达目的地的货物按要求存放在冷藏库或进入下一阶段的冷藏链环节。

g.温度监测装置的参数输出与报表文件生成与打印过程：用串行通讯线连接计算机与温度监测装置，启动计算机，通过计算机(包括打印机)存贮或/和打印从出发地至目的地的加工作业与保冷运输全过程中被运输货物的温度变化报表文件(包括数据报表与图形报表)。

到达目的地后的温度监测装置、蓄冷剂以及保温包装箱经过程f、g处置后，运回至货物原出发地或从此次的目的地出发进入新的保冷运输环节。

(四)信息报告与反馈阶段：此阶段只有信息流，而无物质流。

将过程g存贮或/和打印的全过程的被运输货物温度变化报表文件(包括数据报表与图形报表文件)分别递交给货物用户和运输业主，以便双方掌握运输全过程货物的温度变化情况和货物的质量状态。

图2为预测蓄冷剂使用量的计算流程图。本发明采用货物在移动过程中所在地理位置的气象参数预测模型和蓄冷剂与货物传热耦合模型来预测蓄冷剂的使用量。

h.由出发地、目的地以及保冷运输过程所经过的主要城市的历史气象参数和未来72小时的天气预报，建立货物在移动过程中所在地理位置的气象参数预测模型。

预测蓄冷剂的使用量的关键问题之一是预测未来几天货物所在位置与时刻的包括温度与湿度等外部气象参数。由于货物在装箱与装载阶段、保冷运输阶段以及目的地的卸货与分解阶段的地理位置随货物移动时刻表而变化，且外部的未来气象参数也是未知的，故需建立气象参数预测模型，以确定货物所在地理位置与时刻，保温箱体的漏冷量。

下面详细说明货物在移动过程中所在地理位置的气象参数预测模型的建立方法。

q.给定从货物出发地的装箱与装载阶段、保冷运输阶段以及目的地的卸货与分解阶段的货物移动全过程的时刻表。

根据用户要求、货物在出发地与目的地的装卸作业的时间要求以及运输过程中的交通工具情况，由运输业主制定货物移动全过程的时刻表。该时刻表的基本内容要求包含某月某日某时刻货物所在的地理位置，如以北京到上海之间的通过火车进行的保冷运输过程为例，说明货物移动全过程的时刻表：

时刻	地点	备注
			2003年8月2日6:00-18:00	北京市内	从6:00-18:00，进行货物的包装、装箱作业，并将装箱完毕的货物从包装车间转移到火车站的全部作业过程，总共需要12小时

2003年8月2日18:00	北京站	保冷运输过程需要11小时36分钟
			2003年8月2日19:20	天津站
……
			2003年8月3日5:36	上海站
2003年8月3日5:36-17:36	上海市内				在此期间，需要对货物进行卸货、运输到货物目的地进行分解、入库处理等作业，总共需要12小时

r.以货物在出发地装箱作业的初始时刻为基准，输入过去几天内货物移动过程需经过的各城市的逐时气象参数。

从气象台获取预测计算时刻之前几天内(一般为一至五天，如果数据越多，则预测计算越准确)货物移动过程需经过主要城市的实际逐时气象参数。举例，如果取过去3天的历史实测逐时气象参数作为预测基础之一，对于2003年8月2日6:00开始装箱与装载作业开始前进行蓄冷剂使用量预测工作，则需输入过去72小时(3天)内的逐时实际气象参数(温度单位：℃)，如：

货物移动过程需经过主要城市过去1～24小时的逐时气温：

货物移动过程需经过主要城市过去25～48小时的逐时气温：

……

s.输入气象台发布的未来72小时货物移动过程需经过的各城市的天气预报参数，包括最高气温、最低气温等。如，根据2003年8月2日6:00国家气象局发布的未来72小时天气预报，获得货物移动过程中需经过的主要城市的最高气温、最低气温(单位：℃)，如果能预报相对湿度，也可作相应处理。如：

t.根据过去几天内(如取3天)的逐时气象参数和未来72小时的天气预报，从出发地装箱作业初始时刻开始，逐时预测未来72小时货物移动过程中需经过城市的逐时气象参数。

计算第j天的逐时气温形状因子a_i，j：

$a_{i,j}=\frac{t_{w,i,j}-t_{w,l,j}}{t_{w,h,j}-t_{w,l,j}}---\left(1\right)$

当j＝0、-1、-2时，根据实测值计算出a_i，j；当j＝1、2、3时，需根据预测值计算出a_i，j。

计算未来第j天的逐时气温修正形状因子a′_i，j：

$a_{i,j}^{\′}=\underset{k=-2}{\overset{k=(j-1)}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{i,k}{\mathrm{\β}}_k---\left(2\right)$

计算未来第j天的逐时气温预测值，本发明提出一种修正形状因子法进行预测：

$t_{w,i,j}^{*}=a_{i,j}^{\′}(t_{w,h,j}^{*}-t_{w,l,j}^{*})+t_{w,l,j}^{*}---\left(3\right)$

其中，t——货物所在地理位置的外界气温

      β——修正系数， $\underset{k=-2}{\overset{k=(j-1)}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_k=1$

上标：*——表示预测值

下标：w——表示外界

      i——表示每天的各个时刻

      j——表示未来第j天，j＝1时，表示未来1～24小时；j＝2时，表示未来25～

           48小时；j＝3时，表示未来49～72小时

      h——表示天气预报的最高值

      l——表示天气预报的最低值

      k——中间变量

由此，根据公式(1)～(3)和货物移动时刻表，可预测出未来72小时范围内，在有天气预报的城市的逐时气温。

u.利用步骤t预测出的需经过城市的气象参数和步骤q输入的货物移动时刻表，计算出两相邻城市之间路途中的逐时气象参数。

由于目前天气预报只给出全国主要城市的天气预报，故步骤(iv)只能预测出货物需经过城市的逐时气象参数，然而货物是按其移动时刻表运动的，故需确定两相邻城市之间路途中的各时刻的气象参数。本发明提出用两相邻城市的气象参数和货物移动位置来描述。

例如，货物移动时刻表中确定了货物在第2天a时刻经过城市A，在第2天b时刻将到达城市B，城市A与B之间的距离为S_AB；当货物移动在城市A与城市B之间，且离开城市A后τ小时时距城市A的距离为S_A，τ，货物所在位置的气象参数为：

$t_{w,(a+\mathrm{\τ})}^{*}=t_{w,(a+\mathrm{\τ}),2,A}^{*}(1-\frac{S_{A,\mathrm{\τ}}}{S_{\mathrm{AB}}})+t_{w,(a+\mathrm{\τ}),2,B}^{*}\left(\frac{S_{A,\mathrm{\τ}}}{S_{\mathrm{AB}}}\right)---\left(4\right)$

根据公式(1)～(4)可以预测出货物在移动过程中所在地理位置的气象参数。

i.建立蓄冷剂与货物传热耦合模型，包括蓄冷剂相变传热模型、保温箱体内货物的非稳态传热集总参数模型以及蓄冷剂与货物传热耦合模型。利用货物移动过程中所在位置的气象参数和蓄冷剂与货物传热耦合模型，计算出保温箱体内货物在移动过程中各个时刻的换热量、货物温度t、蓄冷剂的温度或含冰率IPF；以及蓄冷剂的有效保冷时间τ。

下面详细说明蓄冷剂与货物传热耦合模型的建立方法。保温箱体内蓄冷剂和货物的传热过程非常复杂，为简化问题，对实际情况做如下假设：

①不考虑箱体内外表面的面积差；

②蓄冷剂在相变过程中，忽略其体积变化；

③蓄冷剂的相变温度与潜热恒定，其数值为蓄冷剂物性值；

④保温箱内被运输货物与货物周围的空气温度温度相同。

(i)蓄冷剂的相变传热模型：

蓄冷剂的冻结终了温度t_st0一般低于其相变温度t_m，在使用过程中，蓄冷剂逐渐吸收货物的热量和经保温箱体壁面传入的热量，温度逐渐上升，直到达到相变温度，该过程是蓄冷剂以固体显热方式向货物提供冷量；当蓄冷剂温度达到相变温度t_m时，将会逐渐融化，直到完全融化为止，这个过程蓄冷剂以潜热方式向货物提供冷量；此后，蓄冷剂将以液体显热方式向货物提供冷量，当蓄冷剂温度到达货物温度时，蓄冷剂与货物的温度均会因保温箱体壁面的传热而共同上升。因此，蓄冷剂在上述固体-固液相变-液体三个过程中的能量方程分别为：

蓄冷剂为固体时： $Q_{\mathrm{st}}={\mathrm{mc}}_s\frac{{\mathrm{dt}}_{\mathrm{st}}}{\mathrm{d\τ}}---\left(5\right)$

蓄冷剂为固液共存时： $Q_{\mathrm{st}}=\mathrm{mL}\frac{d\left(\mathrm{IPF}\right)}{\mathrm{d\τ}}---\left(6\right)$

蓄冷剂为液体时： $Q_{\mathrm{st}}={\mathrm{mc}}_l\frac{{\mathrm{dt}}_{\mathrm{st}}}{\mathrm{d\τ}}---\left(7\right)$

(ii)保温箱体内货物的非稳态传热集总参数模型：

集总参数法是分析非稳态导热过程的一种简化分析方法，它忽略物体内部导热热阻，认为整个物体在同一瞬间处于同一温度下，这时求解的温度就仅是时间的一元函数，而与坐标无关。考虑到保温箱内货物的导热热阻远小于其表面与蓄冷剂之间的对流换热热阻，所以采用集总参数法为模拟的基本方法。

以箱体内物体和空气为研究对象，根据集总参数法思想，可以得到箱体内货物非稳态传热集总参数模型：

$\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{d\τ}}({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{sb}}{V}_{\mathrm{sb}}{c}_{\mathrm{sb}}+{\mathrm{\ρ}}_a{V}_a{c}_a)=K_{\mathrm{bax}}{F}_{\mathrm{bax}}(t_w-t)+v_a({\mathrm{\ρ}}_w{h}_w-{\mathrm{\ρ}}_a{h}_a)-Q_{\mathrm{sb}}---\left(8\right)$

Q_sb＝K_st(t-t_st)                            (9)

如果，箱体密封严密，不存在漏气现象时，空气渗透项可以忽略不计，即

v_a(ρ_wh_w-ρ_ah_a)＝0

(iii)蓄冷剂与货物传热耦合模型

无论蓄冷剂为固体、固液共存还是为液体时，箱体内货物与空气传给蓄冷剂的热量，与蓄冷剂释放出的冷量相等，故

Q_st＝Q_sb                                   (10)

上述方程组(1)～(6)的初始条件：

t_st＝t_st，0，t＝t₀                         (11)

其外环境温度t_w和比焓t_w是时间的函数，需根据步骤a建立的货物移动过程所在地理位置的气象参数预测模型来确定：

t_w＝t_w(τ)，h_w＝h_w(τ)                     (12)

在(5)～(12)式中，各物理量的意义如下：

t——保温箱内货物和空气温度

τ——时间

Q_st——蓄冷剂获得的热量

Q_sb——蓄冷剂向周围货物与空气释放的冷量

ρ_sb，c_sb——被运输货物的密度和比热

V_sb——箱体内被运输货物的体积

ρ_a，c_a  ——空气的密度和比热

V_a——箱体内空气的体积

K_bax——保温箱内货物与箱体外侧空气之间的换热系数

F_bax——保温箱壁面面积

t_w——外环境温度，随货物的移动而变化

v_a——保温箱内与外环境单位时间的换气量

ρ_w——外环境空气的密度

h_w——外环境空气的比焓，随货物的移动而变化，h_w＝h_w(t_w，_w)

_w——外环境空气的相对湿度，随货物的移动而变化

h_a——保温箱内空气的比焓，h_a＝h_a(t，)，取决于箱内空气温度和相对湿度

t_m——蓄冷剂的相变温度

m——蓄冷剂的质量

L——蓄冷剂的潜热

c_s——固体蓄冷剂的比热

c_l——液体蓄冷剂的比热

t₀——保温箱内货物的初始温度(预冷温度)

t_st，0——蓄冷剂的初始温度

IPF——蓄冷剂的“含冰率”，表示固体蓄冷剂质量与蓄冷剂总质量之比

F_st——蓄冷剂包装袋的外表面积

K_st——蓄冷剂固体与被运输货物之间的换热系数

$K_{\mathrm{st}}=f({\mathrm{\α}}_{\mathrm{st}},K_{\mathrm{wr}},K)=\frac{1}{\frac{1}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{st}}}+R_{\mathrm{wr}}+R}---\left(13\right)$

公式(13)中的各物理量的意义如下：

α_st——蓄冷剂表面与箱内空气之间的对流换热系数

R_wr——包装袋的导热热阻

R——蓄冷剂内部的导热热阻，其数值由大量试验结果归纳、拟合确定。

R＝R(τ)＝R(IPF)                                (10)

利用公式(1)～(10)即为蓄冷剂与货物传热耦合模型，它是计算蓄冷剂使用量的又一重要工具。

j.给定货物从出发地的装箱与装载阶段、保冷运输阶段以及目的地的卸货与分解阶段的货物移动全过程的时刻表。参见本说明书的上述相关内容。

k.给定被运输货物的种类和质量、保温箱的结构尺寸及其材质、蓄冷剂物性参数与初始温度；货物的初始温度、最高允许温度和要求的保冷时间等已知条件和相关约束条件。

利用公式(1)～(10)所述的蓄冷剂使用量预测模型，并根据被运输货物量、种类，出发地与目的地之间的运输距离和气象参数，运输时间段，蓄冷剂物性，保温箱结构、规格和材料以及在出发地与目的地的作业(装箱、卸货)时间计算出全过程保证货物温度的蓄冷剂使用量。

l.给出蓄冷剂使用量的初始值；

m.根据步骤j给出的货物移动全过程时刻表，利用步骤h建立的气象参数预测模型，计算货物所在位置的外部气象参数。

n.根据步骤k给出的已知和约束条件，利用步骤i建立的蓄冷剂与货物传热耦合模型计算出货物的有效保冷时间。

o.如果计算出的有效保冷时间小于货物要求保冷时间，则增加蓄冷剂使用量，并返回到步骤m进行重复计算，直至有效保冷时间大于或等于货物要求保冷时间为止。

p.输出由上述步骤计算出的货物移动全过程需要的载冷剂使用量。

图3为温度监测装置的外形结构简图，它由温度传感器探头、温度传感器引线、温度检测装置本体以及串行通讯接口构成。

图4为温度监测装置结构框图，温度检测装置本体包含电池、温度采集电路、A/D转换电路、数据记录与显示电路、数据输入与输出电路。电池是温度检测装置的工作电源，温度采集电路将由温度传感器探头2检测到的模拟电信号通过温度传感器引线3传回，并传送至A/D转换电路；A/D转换电路将传回的模拟电信号通过计算转换为数字信息，传输至数据记录与显示电路；数据记录与显示电路将传回的数据记录在内置的微电脑芯片中，并通过液晶或数码管输出、显示，为用户提供当前温度信息；数据输入与输出电路和串行通讯接口5是实现与计算机通信的电路，通过外部计算机向温度监测装置中微电脑芯片的内置温度检测程序写入数据(参数设置)或从内置存储器中读取所记录与显示的数据(参数输出)。

图5为温度监测装置与计算机连接示意图。在出发地，运输业主或管理人员用串行通讯线6连接计算机7与温度监测装置1，启动计算机7与温度监测装置1，通过计算机7并根据过程a提供的信息，设定货物运输的起始时间、温度采样步长、货物允许最高温度t^*，为保冷运输过程中温度监测、报警提供条件。到达目的地后，用串行通讯线6连接计算机7与温度监测装置1，启动计算机7，通过计算机7(包括打印机)存贮和/或输出(包括打印)从出发地至目的地全过程中被运输货物温度变化报表(包括数据报表与图形报表)。

图6表示温度监测装置在保温包装箱中的设置位置示意图。将根据计算确定的蓄冷剂9和被运输货物10(图中箱体内空白空间表示货物)，按合理位置摆放在保温包装箱8内，并将设定参数后的一个或多个温度监测装置1的温度传感器探头2设置在保温包装箱8内部能表征货物温度的位置，然后对包装箱8进行密封，并装载到运输工具中。这里的保温包装箱8包括普通保冷箱体、保冷集装箱、保冷汽车、保冷列车箱体等具有保温功能的盛装货物的容器。

图7为温度监测装置内置温度监测程序的工作流程图。在运输过程以及运输前后出发地与目的地的装卸作业过程中，温度监测装置一直工作，按步骤c所设定的温度采样时间步长进行温度检测、记录与显示。当内置温度监测程序读取的货物实际温度高于货物最高允许温度时则发出报警信息，提醒工作人员采取应急措施，如补充蓄冷剂等。

图8为具体实施例中得到的不同保温箱内的温度变化曲线。

实施例：

下面结合实施例进一步描述本发明提出的“保冷运输的温度管理方法”。

本发明所涉及到的物质流和信息流共包括五个阶段，各个阶段的具体流程如下：

(一)出发地的装箱与装载阶段：此阶段包含着物质流和信息流。该阶段包括以下过程：

a.蓄冷剂使用量的预测过程：此次运输过程的具体参数为：

被运输货物：4箱血液制品，每箱血液制品的重量为22kg

货物允许最高温度：t^*＝10℃(高于10℃，该血液制品将发生变质)

货物预冷温度：t0＝3℃

箱体规格：聚苯乙烯薄膜塑料保温箱体，结构尺寸为：长×宽×高×厚度＝46.5cm×36.5cm×24cm×2cm

运送距离：北京——上海，共1463km

气象参数：当地发布的天气预报

列车运行时段：18:00-次日5:36，共11小时36分

加工作业时间：24小时(包括出发地的装箱与装载阶段和目的地的卸货与分解阶段的总作业时间)

要求货物的保冷时间：35小时36分(列车运行时段+加工作业时间＝11小时36分+24小时＝35小时36分)

蓄冷剂的有效保冷时间(即保证货物温度在最高允许温度以下的时间)：36小时

根据上述条件，利用蓄冷剂与货物传热耦合模型，计算出蓄冷剂的使用量为每箱3袋KJ2#蓄冷剂。

b.蓄冷剂的取出过程：将蓄冷剂KJ2#共计12袋从冻结装置中取出，为货物装箱过程作好准备。

c.温度监测装置的参数设定过程：此次运输过程设定的具体参数如下：

蓄冷剂使用时段：6:00——次日20:00，共计36小时

温度采样起始时间：6:00

温度采样的时间步长：2分钟

货物允许最高温度：10℃

d.货物的出库、装箱与装载过程：此次运输中使用聚苯乙烯薄膜塑料保温箱体；将被运输货物按量从冷藏库中取出放入保温箱体内，将3袋KJ2#蓄冷剂，沿箱体长度方向垂直摆放在保温包装箱的两个较短侧面和中部；在每一个保温箱体内设置1个温度传感器探头，探头位置位于两袋蓄冷剂之间货物的中部；然后对包装箱进行密封，并搬运、装载到火车行礼车中。

(二)出发地与目的地之间的保冷运输阶段：此阶段包含着物质流和信息流。

e.保冷运输过程：运输区段为北京——上海，温度检测装置检测货物温度。

(三)目的地的卸货与分解阶段：此阶段包含着物质流和信息流。该阶段包括以下过程：

f.卸货与分解过程：火车到达目的地后，卸下货物，搬运至目的地；从保温箱体中取出蓄冷剂和温度监测装置，将血液制品存放到冷藏库中；检查蓄冷剂，发现完好无损，可进行循环使用。

g.温度监测装置的参数输出与报表文件生成与打印过程：用串行通讯线连接计算机与温度监测装置，启动计算机，通过计算机(包括打印机)下载温度监测装置中的存贮温度变化报表文件，打印该文件，此次运输过程获得的温度变化报表之一如附图8。

(四)信息报告与反馈阶段：将图8所示的温度变化报表文件，用电子邮件和/或打印件分别发送给货物用户和运输业主，以便货物用户和运输业主明确此次保冷运输全过程中被运送血液制品的运输质量。

通过上述四个阶段构成的“保冷运输的温度管理方法”，经实践证明，对于提高被运输货物的品质、降低易腐物质的损耗、减少蓄冷剂使用和提高运输业主的服务质量，均取得了明显的社会效益和经济效益。

Claims (3)

1.一种保冷运输的温度管理方法，其特征是该管理方法包括物质流和信息流两个方面，具体包括如下步骤：

a.根据被运输货物的种类和质量、出发地与目的地、运输时段和作业时间、保温箱结构尺寸及其材质、蓄冷剂物性，利用蓄冷剂与货物传热耦合模型和气象参数预测模型来计算出全过程保证货物温度的蓄冷剂使用量；

b.从冷藏库中取出所需使用量的已经冻结的蓄冷剂；

c.将温度监测装置通过串行接口和计算机相连，利用计算机向含有温度监测程序的温度监测装置内输入温度采样步长以及货物允许的最高温度；

d.将参数设定后的一个或多个温度监测装置的温度传感器测头、蓄冷剂及货物装入保温包装箱中；

e.将保温包装箱放入运输工具内开始保冷运输，在运输过程中使温度监测装置进行实时记录或/和显示，并在温度超过货物最高允许温度时报警提醒；

f.货物到达目的地后，卸货与分解；

g.将温度监测装置从保温箱体中取出，通过串行接口和计算机相连，利用计算机存贮或/和打印从出发地到目的地的加工作业与保冷运输全过程的货物温度变化报表文件，并将其提交给用户和运输业主。

2.按照权利要求1所述的温度管理方法，其特征在于：所述步骤a中预测蓄冷剂使用量按如下步骤进行：

h.由出发地、目的地以及保冷运输过程所经过的主要城市的历史气象参数和未来72小时的天气预报，建立货物在移动过程中所在地理位置的气象参数预测模型；

i.建立蓄冷剂与货物传热耦合模型，该耦合模型包括蓄冷剂相变传热模型、保温箱体内货物的非稳态传热集总参数模型以及蓄冷剂与货物传热耦合模型；

j.给定货物从出发地的装箱与装载阶段、保冷运输阶段以及目的地的卸货与分解阶段的货物移动全过程的时刻表；

k.给定被运输货物的种类和质量、保温箱的结构尺寸及其材质、蓄冷剂物性参数与初始温度；货物的初始温度、最高允许温度和要求的保冷时间；

l.给出蓄冷剂使用量的初始值；

m.根据步骤j给出的货物移动全过程时刻表，利用步骤h中建立的气象参数预测模型，计算货物所在位置的外部气象参数；

n.根据步骤k给出的已知条件，利用步骤i建立的蓄冷剂与货物传热耦合模型计算出货物的有效保冷时间；

o.若步骤n计算出的有效保冷时间小于货物要求保冷时间，则增加蓄冷剂使用量，并返回到步骤m进行重复计算，直至有效保冷时间大于或等于货物要求保冷时间为止；

p.最后输出货物移动全过程需要的蓄冷剂使用量。

3.按照权利要求2所述的温度管理方法，其特征在于：在步骤h中预测蓄冷剂使用量时所采用的气象参数预测方法，包含如下步骤：

q.给定从货物出发地的装箱与装载阶段、保冷运输阶段以及目的地的卸货与分解阶段的货物移动全过程的时刻表；

r.以货物在出发地装箱作业的初始时刻为基准，输入货物移动过程需经过的各城市的过去前1～5天的逐时气象参数；

s.输入气象台发布的未来72小时货物移动过程需经过的各城市的天气预报参数；

t.根据过去前几天内的逐时气象参数和未来72小时的天气预报，从出发地装箱作业初始时刻开始，计算未来72小时货物移动过程中需经过城市的逐时气象参数；

u.利用步骤t计算出的需经过城市的气象参数和步骤q给定的货物移动时刻表，算出两相邻城市之间路途中各点位置的外部气象参数。

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