中国冷链运输技术体系与技术装备分析

一、中国冷链运输技术体系分析

　　冷链运输的技术体系主要由以下几部分组成：

　　一是移动制冷系统 ：主要包括车辆的移动制冷系统与产品，移动冰箱以及干冰、冰块等辅助保冷制冷措施等;

　　中国冷链运输技术体系与技术装备

　　二是保温技术系统 ，包括冷藏集装箱、冷藏车厢、保温箱、保温袋、冷藏箱及各类保温包装技术与密封措施等;

　　中国冷链运输技术体系与技术装备

　　三是冷链监控系统 ，主要用于对冷链运输过程进行监控与管理，包括温度传感器、RFID、GPS及软件管理系统;也包括冷链运输的信息系统技术，如：车联网技术、感知与信息采集技术、全程追溯技术、远程管理与追踪定位技术等;

　　中国冷链运输技术体系与技术装备
　　四是冷链运输装备技术 ，主要包括铁路冷藏车、冷藏汽车、航空冷藏箱、冷藏船等低温运输工具的冷链运输技术。

　　在冷藏运输过程中，温度波动是引起货物品质下降的主要原因之一，所以运输工具应具有良好保温性能。可以讲，保温技术越好，越能够减少温度波动，减少制冷系统的运转时间，节省智能能源，降低冷链运输成本。

　　但是，要做到良好的保温，除了需要冷藏车厢的密封性能好以外，往往需要增加车厢保温层厚度，这就降低了冷藏车厢的利用率，也会增加自重。因此，如何既能降低保温层厚度，又能够做到最好保温效果是极为重要的。如果在冷链运输过程中做到保温效果好，就可以少启动移动制冷系统，降低能源消耗。

　　绝对的保温是难以做到的，因此在冷链运输过程中难免会出现温度的波动，如果温度波动超过了一定范围，就需要启动移动制冷系统，通过制冷使冷藏车厢温度回归到标准的范围。

　　要保持冷链运输温度在合适范围，符合冷链运输的作业规范，确保冷藏物品的品质，就需要有灵敏的温度监控与感知系统。过去冷链运输中，冷链监控与感知系统主要是起到温控作用，根据冷链运输中的温度变化及设定标准来自动启动制冷系统，确保冷链运输车厢温度保持在一定的范围。

　　但是，随着国家对食品安全及药品安全的重视，随着冷链系统对冷链运输过程透明化管理的需求，随着物联网技术的发展，冷链运输监控系统除了监控冷藏车厢温度，控制制冷系统外，还增加了记录功能、追溯功能;又随着车联网技术发展，又增加了实时远程监控、车辆定位、温度监控等功能，从而可以对冷藏运输进行实时的透明化管理、实施的远程监控、实时的车辆定位、全程的追踪追溯和全程的温度控制。目前冷链运输监控系统已成为冷链运输的技术核心。

　　一般冷链运输中温度控制，冷冻运输温度在(-18℃～-22℃)，需提供符合标准的冷冻运输车辆运送。配送食品主要有：速冻食品、肉类、冰淇淋等等货物。冷藏运输温度在(0℃～7℃)，需提供符合标准的冷藏运输车辆运送，配送的物品主要有：水果、蔬菜、饮料、鲜奶制品、花草苗木、熟食制品、各类糕点、各种食品原料等等。恒温运输温度控制在(18℃～22℃)，需提供符合标准的保温、温控运输车辆运送，运送物品主要有：巧克力、糖果、药品、化工产品等等货物。

　　冷链专用箱也是比较成熟的冷链运输保温技术，一般温控在-5—15℃专用箱主要用于低温冷冻食品的运输(主要是面向巧克力，海鲜等高档食品);温控在0-10℃专用箱主要用于生物制品的运输;温控在0-20℃专用箱主要用于恒定温度保温食品的运输。

　　在发达国家，从20世纪70年代开始，在许多领域广泛应用保冷冰袋新技术用于运输中的保冷、保鲜，由于它无污染的环保特性，从20世纪90年代开始也已被亚洲地区逐渐接受和推广应用，消费市场日渐成熟。

　　二、冷链运输技术与装备简介

　　1、移动制冷技术与产品

　　将物体温度降低到或维持在自然环境温度以下就是制冷。 实现制冷的途径有两种，一是天然冷却，一是人工制冷。天然冷却利用干冰或天然冰等制冷介质冷却物体，但其制冷量和可能达到的制冷温度往往不能满足生产需要。天然冷却是一传热过程。人工制冷是利用制冷设备加入能量，使热量从低温物体向高温物体转移的一种属于热力学过程。

　　制冷系统由压缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器组成，四大件按一定顺序连接成一个封闭系统，充注一定量的制冷剂 。蒸发器是输送冷量的设备，制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷，压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用，冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。

　　实现制冷所必需的机器和设备，称为制冷机。 例如机械压缩式制冷机包括压缩机、蒸发器、冷凝器和节流机构;吸收式制冷机包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和节流机构等。在翻冷机中，除压缩机、泵和风机等机器外，其余是换热器及各种辅助设备，统称为制冷设备。而将制冷机同消耗冷量的设备结合一起的装置称为制冷装置，如冰箱、冷库、空调机等。

　　所谓移动制冷，其组成及原理与一般制冷技术没有什么区别，也是由制冷剂和压缩机、冷凝器，膨胀阀，蒸发器四大件组成。所不同的是与一般的制冷系统不同，移动制冷的制冷系统与装备是安装在移动的车辆或船舶上，其制冷的能源系统往往利用车辆动力系统能源。 与一般的固定式的冷酷制冷不同，移动制冷对移动设备的重量、尺寸、效率要求较高，以便于安装在车辆中。运输式冷藏装置实际上就是可以高速移动的冷库，它是随着制冷技术和交通运输的发展而发展的，以满足食品冷链的需要。

　　从移动制冷设备的需求层面来讲，未来5年我国冷链需求将步入快速增长期，移动制冷设备行业的增速有望更快，成为我国制冷行业新的高速增长点核心的市场机遇。

　　由于冷链运输需求的多层次性，对于一些批量较小的冷链运输物品。如果运途较短，采用整车冷链运输不经济，往往干冰、冰块制冷，借助保温冷藏周转箱技术运输。

　　2、保温技术

　　众所周知，保温技术主要是由保温材料、密封材料与密封技术等组成 ，与一般的保温技术不同的是，冷链运输的保温技术要求保温材料既要轻薄，又要具有良好的隔热效应，要求密封材料密封效果更好，要求在车厢打开搬运装卸作业条件下也应该尽量做到保温效果，这需要进行全面系统的设计。

　　冷链运输的保温技术不仅仅用于冷藏集装箱、冷藏车厢，还主要应用在冷藏箱等单元化产品包装设备上 。独立的单元化保温包装，可以有效减少温度波动，在运送批量很少的需要冷藏的货物上具有很大优势。

　　有时为了确保冷藏箱保温效果，还往往在小批量冷冻物品运输中在保温冷藏箱中放置干冰或冰块，确保冷链运输效果，也有采用冰袋运输小批量冷藏品的时候。

　　3、冷链运输的监控技术

　　早期的冷链运输，监控技术往往就是采用温度计测量的方式，发现冷链运输温度升高超过规定，即开启制冷系统进行制冷。后来随着温度感知技术的发展，温度传感器得到广泛应用，把温度传感器与制冷系统控制装置相连接，可以实现自动制冷。当温度传感器感知到冷链运输过程中车厢内温度变化超过了规定，及自动启动制冷或制热系统，当温度到达合适区间，自动停止制冷或制热。

　　随着人们对食品与药品的安全与品质的关注，随着物联网技术发展，制冷监控技术由于车联网技术、物联网技术相结合，通过温度传感器感知温度变化，通过记录仪记录温度变化范围，通过RFID技术、GPS技术和无线通信技术，实时传输冷链运输的感知信息，实时定位与追踪冷链运输车辆信息，实时记录冷链运输温度变化信息，从而可以做到远程监控冷链运输状况，实时追踪与定位运输车辆，全程追溯冷链运输过程信息。 目前冷链运输监控技术已成为冷链运输的关键技术。

　　4、冷链运输装备

　　冷链运输装备包括冷链运输卡车、货车、船舶与飞机。我们重点关注公路冷链运输应用的冷链运输车辆。

　　我国冷藏专用车辆目前大致可分为机械、冷板、LN2及干冰几个制冷方式。相较于国际标准还稍有距离。

　　机械冷藏车专门配备一套机械制冷装置提供冷量，是目前主流冷藏车形式。 制冷系统压缩机经传动机构由汽车发动机驱动。目前机械冷藏车主要在制冷机组方面开展新技术的研发，采用中冷器的螺杆压缩机技术在移动装置上的应用、节流阀采用恒压膨胀法等技术，大大提高了机械冷藏车的性能。

　　冷板冷藏车是利用冷板内的相变材料蓄冷，为车辆提供冷量，由整体式和分体式之分。 所谓整体式机动力装置、制冷装置和蓄冷板均置于车上，可资助启动制冷机组为蓄冷板“充冷”。分体式则需要在发车前利用地面动力启动制冷机组为蓄冷板充冷。目前对冷板冷藏车的研究主要集中在冷板放热时间的影响因素、冷板换热特性及冻结特性研究等方面。

　　LN2冷藏车和干冰冷藏车都是利用物质相变热吸热的原理，需要定期加注相变公质。 此类冷藏车具有制冷量大、降温迅速及控温精准等特点，具有广阔的发展前景。一些学者开展了LN2喷淋量、喷淋时间及其传热系数研究，整车性能的实验研究及以液态CO2为公质的低温冷藏车的研究。

　　目前我国冷藏车以机械冷藏车为主要形式，其它形式冷藏车市场占有量小。研究主要朝着箱体绝热性能优化、新制冷方式研究和新箱体结构研制三大方向发展。

　　三、冷链运输的新技术与新趋势

　　1、太阳能制冷技术

　　在冷链运输中，往往是炎热的夏日，在太阳的烘烤下，非常容易造成冷藏车厢内温度的快速升高，从而需要频频制冷，增加制冷能源消耗。但是，我们知道热量本身就是一种能源，能否利用太阳能能源作为冷藏车制冷的辅助能源，利用太阳能带动制冷系统是一个值得研究的课题，太阳能制冷，既可以降低车外温度，减少制冷能源消耗，又可以把太阳能转变成制冷的能源，实现循环经济，实现节能降耗。

　　2、信息技术让药品冷链运输不“断链”

　　全程冷链是疫苗等冷藏药品质量安全的重要保证，无论是生产、出厂、运输、储存、终端都需要冷链保障。不能“断链”，是冷链物流最基本的原则，否则可能导致疫苗失效，影响群众生命安全。

　　药品在流通领域出了质量问题，追根溯源是非常困难的。现阶段不是所有从事冷链物流的企业都能提供温度监测和控制记录，一旦某个物流环节“断链”，很难调查出究竟是哪个环节出现的问题。

　　为了运用信息化技术进行全程实时温控，可利用RFID技术监控和管理食品药品等高附加值产品，通过药品出库时在冷藏箱中放置带有温度传感器的RFID标签，把货物信息包括药品温度实时地储存在RFID芯片中。货物到达后通过手持型读写器批量读取货物及温度信息，可以实现全程的温度信息瞬间获取，降低人工成本及出错率。

　　RFID温度标签技术还可以与GPS技术、冷链信息系统相融合，运输过程中货物温度记录数据读取之后将自动上传至温控数据信息平台，客户可以随时上网下载与之相对应的记录数据，从而实现货物在途信息查询、实时温度监控和地理位置跟踪，这将填补冷链运输环节温控的空白。

　　如果监控系统配置嵌入式打印机，当冷链药品到达目的地时，可方便的将历史数据现场打印出来并进行签字验收，实现了客户对运输过程冷链情况的监督。

　　据悉，利用RFID技术追踪冷链运输在国外也得到了很多应用。

　　3、港口冷链运输安全解决方案

　　冷链运输时的环境特别是温度等信息，关系到药品的品质，受到消费者、生产企业和政府监管部门的共同关心。现有冷链运输无法实时监控温度，导致不能及时解决在运输过程中因环境温度变化出现的问题，不能保证医药冷链运输药品的质量。

　　如果借助先进的RFID无线通讯技术、GPS技术以及丰富的海关集装箱监控系统实施经验，将温度监测仪安装在冷链运输的车厢中，唯一ID号与车牌号进行绑定。监测冷柜温度，并实时通过GPRS网络上传数据，能够解决传统人工监管手段的不足，有助于保障冷链运输货物流通可靠性。

　　据报道，江苏省邮政速递使用“云镖局”平台，通过安全智能锁、冷链车温度监测仪等设备，向药品生产企业提供高效安全的医药冷链物流运输信息服务。

　　4、干冰在冷链运输中的应用

　　由于干冰价格低廉，性能可靠，使用方便，因此被广泛应用到疫苗、血液制品以及保鲜食品等对温度敏感的货物的冷链运输过程中冷链干冰特别适合药物研发公司、医院临床实验室、医科学院研究中心、生物制药企业。

　　在运输医用制品时，首先做好专业的隔热保温包装，并能安全的处理干冰及冷冻生物样品的包装，保证运输过程温度要求，比如蔬菜花卉等鲜活品、冰激凌等速冻食品、各类针剂等医药用品等。这些货物在运输过程中对温度要求极其严格，如果路途遥远，运输时间比较长久，应该为运输物品补充干冰和替换包装、制冷剂，也可以一次多放些袋装干冰，免去途中添加干冰的麻烦，以防路途中损耗完。运输临床标本：细胞、血样、血清、尿样、DNA、RNA、痰液、基因、肌肉组织切片、骨节植物标本、蛋白质等这些必须保证运输途中有足够多的干冰维持冷冻状态。如果有条件，最好能提供温度记录器，监控全程的温度及湿度状况。

　　5、低温冷链运输冰箱

　　药品低温冷链运输冰箱由制冷系统，控制系统，空气循环系统，和传感器系统等组成。药品低温冷链运输冰箱放入物品前，通过控制面板设置温度，制冷系统工作，空气循环系统保持箱内空气流动，温度传感器检测箱内温度，到达设定温度时，控制系统保持箱内温度。

　　6、物联网技术促进冷链运输技术升级   

　　物联网技术在物流环节的有效渗入，它将使冷链物流得到更加有效的监控，提高疫苗等生物制品以及鲜切花、蔬菜等农产品在运输环节的质量保障。

　　据报道，某公司借助于经过特殊封装，内置温度传感器以及RFID芯片的电子标签，使药品在冷链运输的过程中，每隔一段时间，都会讲温度传感器感知的温度变化情况转化为电子信号，被RFID芯片感应并记录。从而让运动中的疫苗有了一个“记事本”。并可以与全球定位系统的连接，把电子标签记录到的信息及时传输给厂家和客户。这就是利用物联网技术推动的冷链运输的技术升级。