採用真空絕熱及相變蓄冷複合的移動式冷鏈物流保溫箱的製作方法
2023-07-27 19:01:41
本發明涉及一種保溫箱，尤其是涉及一種採用真空絕熱及蓄冷技術的移動式冷鏈物流保溫箱，以及該保溫箱的製作方法。
背景技術：
隨著人們生活水平的提高，生活資源的日益豐富，冷鏈物流裝置逐漸出現在人們日常生活中，在食品、生物製劑等冷藏運輸中起到了極其重要作用。
冷鏈物流裝置與居民生活生產密不可分。2014年冷鏈醫藥流通市場規模持較快增長，全年藥品流通行業銷售總額達11174億，首次突破萬億元，同比增長18.5%。目前我國易腐食品醫藥製品冷藏運輸技術較之發達國家仍存很大差距，完整獨立的冷鏈體系尚未形成，冷鏈裝置技術含量低，物流過程存在明顯斷冷現象，如因運輸途中疫苗斷冷而造成惡性事件的山東疫苗案。根據調研數據表明，國內的冷鏈物流體系與發達國家甚至我國港澳臺地區相比，均存在較大差距，這種差距估算應在15—20年。但是我國2016年的冷鏈物流市場將在國際化、標準化、農村市場這三大因素推動下穩步快速增長，預計未來3-5年年均增速21%。所以我國的冷鏈物流存在很大的發展潛力，完善冷鏈物流技術可以給我國帶來不容忽視的經濟效益，大幅度減低貨物運輸環節造成的經濟損失。
真空絕熱板（VIP）作為一種高效的保溫材料，導熱係數可維持在0.002-0.004W/(m·K)，僅為普通保溫材料的十分之一，而其厚度為普通絕熱材料的1/7。在保溫技術要求相同時有保溫層厚度薄、體積小、重量輕的優點，同時具有環保和高效節能的特性，是目前世界上高效保溫材料之一。目前市場上採用真空絕熱平面板搭建的真空絕熱保溫箱，存在以下缺點：銜接處過多，漏熱嚴重，影響保溫箱效果；銜接處易發生熱橋效應，影響箱體使用壽命；結構穩定性不足。
冷鏈物流保溫箱在使用過程中，一般需要提供冷源（冰袋、蓄冷板等），然而蓄冷材料在使用前必須經過長達24h的充冷，甚至更長的時間才能使用，無法滿足緊急情況下的需要。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種冷鏈物流箱保溫箱及其製備方法，解決當前冷鏈物流保溫箱現有技術所存在的上述不足。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
本發明提供的一種冷鏈物流保溫箱，（箱體+箱蓋）包括由外到內包括嵌套的外箱、中箱和內箱。外箱採用聚乙烯材料，中箱包括玻璃纖維芯材和防熱輻射複合鋁箔膜製作的真空絕熱板和泡沫棉，內箱採用聚丙烯材料，並在內箱上塗上防潮材料。
中箱採用開V型槽及T型階梯銜接的方式來改變真空絕熱板的形狀，減少真空絕熱板隔熱層各面的銜接部分。
外箱、內箱採用一體成型工藝製作，為了保證較好的貼合，需要根據實際中箱的大小設計外箱、內箱的尺寸，並於外箱外表面設計方便抬箱的把手。
為了防止箱內冷凝水對箱內貨物的影響，在箱子底部中間位置開設排水孔，排水孔採用密封封堵。
蓄冷板外形設計為梯形結構，在箱內前後左右放置四個冷板時，可以固定蓄冷板的位置。
蓄冷板內部放入預先設計U型盤管，通過向盤管內注入液氮等製冷劑來快速冷卻蓄冷材料。
箱蓋的內箱位置設計橡膠雙層環形密封條，用於提高密封效果。
附圖說明：
圖1為冷鏈物流保溫箱A-A剖視圖；
圖2為真空絕熱板V型槽及T型階梯示意圖；
圖3為真空絕熱板彎曲銜接的前視圖；
圖4為採用平板搭建的真空絕熱保溫箱前示圖；
圖5為保溫效果對比圖；
圖6為箱底開孔示意圖；
圖7為蓄冷板及內部盤管布置立體圖；
圖8為盤管充冷接口局部放大圖；
圖9為雙層密封條局部放大圖；
圖10為冷鏈物流保溫箱的立體圖；
其中：
1. 外箱體 2. 真空絕熱板
3. 泡沫棉 4. 內箱體
5. 防潮層 6. 蓄冷板
7. V型槽道 8. T型階梯
9. V型接口 10. T型接口
11. 平板接口 12. 排水孔
13. U型盤管 14. 斜角
15. 蓄冷劑灌注口 16. 盤管進口
17. 盤管出口 18. 盤管外表面螺紋
19. 銜接螺母 20. 製冷劑外接管
21. 把手 22. 橡皮密封條。
具體實施方法：
如圖1所示，採用真空絕熱及相變蓄冷的移動式冷鏈物流保溫箱包括由外而內的外箱、中箱、內箱。外箱指外箱體1，中箱包括真空絕熱板2、泡沫棉3，所述內箱包括內箱體4、防潮層5、蓄冷板6，內箱體4採用聚丙烯。
如圖2所示，要製成真空絕熱保溫箱，需預先在芯材上製作出相應的T型階梯7和V型槽道8。工藝上採用在芯材內側彎曲面處開二個槽道，為保證開槽後的芯材仍能連接在一起，槽道深度應比真空絕熱板厚度小，其大小主要由半圓弧內徑與芯材厚度所定。為將芯材彎曲90°後槽面能較好的貼合在一起，這裡選用三角形槽道。將開槽後形成的芯材進行預處理後放進防熱輻射複合鋁箔膜內，再放入真空包裝機中抽真空並封口，完成後將真空絕熱板拿出放置於正常大氣壓下。由於真空絕熱板內部為高真空，芯材開槽的部位在外受大氣壓力的作用下內外壓力失衡，每個開槽部位的包裝膜被壓進槽內，從而形成如圖2所示小槽道。而此時真空絕熱板開槽處在內外壓力差的作用下會自動彎曲成90°。
如圖3所示，為保證T型接合處10不鬆脫，可使用粘合劑將其黏合牢靠，這樣真空絕熱板保溫箱側面就製作好了。值得注意的是這裡的T型接口10不應設計得太大，以免隔氣結構疊合在一起造成熱橋效應，從而影響其保溫性能。從圖中可以看出V型接口9沒有縫隙，能夠有效的防止箱體漏熱以及銜接處帶來的邊界熱橋效應。
如圖4所示，為採用平板搭建的真空絕熱保溫箱示意圖。從圖中可以看出銜接處有明顯的漏縫，這是由於真空絕熱板邊界層封裝時，會預留有一定熱裝間距，這就導致銜接式平板接口11無法做到無縫拼接。
為了研究真空絕熱板製作的冷鏈物流箱的保溫性能，本文將三類真空絕熱板物流箱進行了實驗對比（其中，採用平板搭建的真空絕熱保溫箱命名為平板式、全部採用T型階梯接合的真空絕熱保溫箱命名為階梯式、採用T型階梯和V型槽道的真空絕熱保溫箱命名為開槽銜接式）。在每個箱中左右兩側分別放上等量、等溫的蓄冷材料。實驗選擇的溫度傳感器為T型熱電偶，實驗開始前對熱電偶偏差進行了矯正。
如圖5所示，對比三種真空絕熱板保溫箱的保溫效果，我們可以發現：採用開槽銜接式工藝製作的冷鏈物流箱保溫效果遠遠優於平板式、階梯式。平板式物流箱在278min左右相變材料完成顯熱吸熱階段，階梯式物流箱在342min完成這一階段，而開槽銜接式物流箱完成這一階段耗時438min，可見開槽銜接式工藝製作的冷鏈物流箱保溫效果更加顯著。通過三者之間的保溫時間對比，得出以下結論：階梯式的保溫效果較之平板式提高了約0.23倍；開槽銜接式的保溫效果較之平板式提高了近0.58倍。由此可見，漏熱對真空絕熱板的保溫性能影響很大。其實，銜接縫隙不僅帶來漏熱等問題，而且還會嚴重影響真空絕熱保溫箱的使用壽命。
如圖6所示，要製成開孔型真空絕熱板，需預先在芯材上製作出相應的孔型。按照上述工序，抽完真空並封口，完成後將真空絕熱板拿出放置於正常大氣壓下。由於真空絕熱板內部為高真空，芯材開孔的部位在外受大氣壓力的作用下內外壓力失衡，開孔部位的包裝膜被緊密地壓在一起。緊接著是利用可控高溫熱風槍控制噴射高溫空氣將包裝膜很好地熱封在一起，為保證包裝膜能很好地粘合且不被高溫氣體燒壞，這裡要按照不同阻氣結構熱封要求對其進行熱封，一般直接接觸式熱封要求熱封溫度是120℃左右，之後用剪刀等工具裁剪掉孔型所在位置的包裝膜。最後外箱和內箱開設與真空絕熱板一樣大的圓孔與之對應，這樣貫穿箱底的圓形排水孔（12）就製作好了。
如圖1所示，根據中箱的尺寸我們可以設計外箱體1、內箱體4的大小。值得注意的是真空絕熱板V型銜接處為弧形，因此外箱內側、內箱外側應該具有相同的形狀。箱體組裝過程中，在真空絕熱板上包裹泡沫棉3，用於保護真空絕熱板2，並使外箱與真空絕熱板的接觸面、真空絕熱板與內箱的接觸面緊密結合。
如圖7所示，箱體內部設計可拆卸的蓄冷板6，為了防止蓄冷板在箱內滑動，蓄冷板設計為梯形結構14（45°斜角），箱內前後左右放置四個冷板，起到固定蓄冷板的作用，箱內可以不用設置卡槽限定蓄冷板，節省了內部空間，提高了貨載量。在蓄冷板上面中心位置開設蓄冷液灌注口15，用於更換蓄冷劑。根據冷板大小合理設計U型盤管13的直徑以及長度，進口16、出口17分別設置在蓄冷板上面左右兩側。
如圖8所示，在盤管進口16、出口17外表面盤出一定螺紋18，然後通過銜接螺母19（螺母與製冷劑進、出口管道20採用一體工藝加工）與之相連，這樣製冷劑通過進、出口管道20到達到盤管充冷蓄冷劑。
如圖9所示，採用橡膠材料設計雙層密封條22，整體外形為V型，V型夾角為60°。
如圖10所示，在外箱體左右兩側設計方便提箱的把手21。