專利名稱：一種保冷運輸的溫度管理方法
技術領域：
本發明涉及一種保冷運輸過程的溫度管理方法，屬于保冷運輸技術領域。
背景技術：
冷藏鏈是以制冷設備與技術為基本手段，以加工、貯藏、運輸、供銷易腐物品及其全過程為對象，使各個環節象鏈條一樣，一環套一環一直處于低溫環境，以最大限度地保持易腐物品的原有品質為目的的冷藏體系。所謂易腐物品，主要指易腐食品、特種藥品(如疫苗等)等。在冷藏鏈中，由于運輸環節是處于移動過程，受運輸工具動力的限制，很難實現全過程的機械制冷，因此其冷藏運輸工具分為兩類冷藏運輸和保冷運輸。
冷藏運輸是通過機械制冷設備提供貨物的低溫環境的，如冷藏列車、冷藏汽車、冷藏船、冷藏集裝箱等，將貨物裝載設備與機械制冷設備集成，是一種移動式冷藏設備。但這種移動式冷藏設備，需要獨立的能源供應系統，如汽車發動機、或專用蓄電池、發動(電)機、太陽能轉換設備等專用動力設備，因此，冷藏運輸的設備和運輸成本高，但貨物的品質得到良好的保證，適合于遠距離、長時間運輸，或對品質有特殊要求的貨物運輸。
保冷運輸是指運輸工具中沒有機械制冷設備的運輸方式，一般是利用保溫箱體內附設的金屬塊體、冰、復合化工材料等各種蓄冷材料，或直接利用冷卻后的被運輸貨物自身的顯冷量來維持運輸過程中運送貨物的低溫環境，因此保冷運輸距離和時間受到極大限制。目前保冷運輸的主要工具是保溫冷藏車，或將保溫集裝箱、保溫箱體等放在汽車、火車、船舶等運輸工具上進行保冷運輸。雖然運輸距離和時間受到限制，但由于保溫冷藏車的造價低廉，仍有相當大的應用領域，特別適合于近距離、短時間的運輸。為使保冷運輸最大限度地取代冷藏運輸，以降低低溫運輸的能源消耗和運送成本，延長保冷運輸的運送距離和運送時間，國內、外對保溫箱體和蓄冷材料的研究非常重視。例如，專利“制冷運輸方法”(中國申請號98814239.2，國際專利申請號PCT/DE98/02724 1998.9.14)、“蓄冷劑、蓄冷包及保冷箱”(中國申請號00804927.0，國際專利申請號PCT/JP00/02209 2000.4.6)均提供了合理的蓄冷材料和保冷運輸方法如二元冰等，但是尚未見到合理可行的關于溫度管理的方法。
在保冷運輸過程中，貨物溫度是保證貨物品質的最重要的條件。目前，對于保冷運輸過程溫度管理的常規做法是將預冷到一定溫度后的貨物，裝入保溫箱內進行運輸，到達目的地后再檢測貨物溫度是否在規定范圍內，以判斷運輸業主的服務水平。為保證貨物的溫度，運輸業主不得不增加蓄冷劑的使用量，一方面減少了運輸貨物量，另一方面增加蓄冷劑預冷(凍結)能耗，增加運輸成本；有些押運人員為使貨物到達時溫度達到要求，在中途對其進行復凍，可能造成貨物品質的惡化。因此只關注貨物運輸“兩地”(出發地、目的地)，而不注重運輸過程的溫度管理體系，對用戶和業主都將帶來損失。
發明內容
本發明的目的是提供一種保冷運輸的溫度管理方法，該方法對于保障運輸貨物品質、降低易腐物質的損耗量、降低預冷能耗和運輸成本，提高運輸業主的服務質量具有重要的作用。
本發明的技術方案如下一種保冷運輸的溫度管理方法，其特征是該管理方法包括物質流和信息流兩個方面，具體包括如下步驟a.根據被運輸貨物的種類和質量、出發地與目的地、運輸時段和作業時間、保溫箱結構尺寸及其材質、蓄冷劑物性，利用蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型和氣象參數預測模型來計算出全過程保證貨物溫度的蓄冷劑使用量；b.從冷藏庫中取出所需使用量的已經凍結的蓄冷劑；c.將溫度監測裝置通過串行接口和計算機相連，利用計算機向含有溫度監測程序的溫度監測裝置內輸入溫度采樣步長以及貨物允許的最高溫度；d.將參數設定后的一個或多個溫度監測裝置的溫度傳感器測頭、蓄冷劑及貨物裝入保溫包裝箱中；e.將保溫包裝箱放入運輸工具內開始保冷運輸，在運輸過程中使溫度監測裝置進行實時記錄或/和顯示，并在溫度超過貨物最高允許溫度時報警提醒；f.貨物到達目的地后，卸貨與分解；g.將溫度監測裝置從保溫箱體中取出，通過串行接口和計算機相連，利用計算機存貯或/和打印從出發地到目的地的加工作業與保冷運輸全過程的貨物溫度變化報表文件，并將其提交給用戶和運輸業主。
本發明的技術方案中，上述步驟a中預測蓄冷劑使用量可按如下步驟進行h.由出發地、目的地以及保冷運輸過程所經過的主要城市的歷史氣象參數和未來72小時的天氣預報，建立貨物在移動過程中所在地理位置的氣象參數預測模型；i.建立蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型，該耦合模型包括蓄冷劑相變傳熱模型、保溫箱體內貨物的非穩態傳熱集總參數模型以及蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型；j.給定貨物從出發地的裝箱與裝載階段、保冷運輸階段以及目的地的卸貨與分解階段的貨物移動全過程的時刻表；k.給定被運輸貨物的種類和質量、保溫箱的結構尺寸及其材質、蓄冷劑物性參數與初始溫度；貨物的初始溫度、最高允許溫度和要求的保冷時間；l.給出蓄冷劑使用量的初始值；m.根據步驟j給出的貨物移動全過程時刻表，利用步驟h中建立的氣象參數預測模型，計算貨物所在位置的外部氣象參數；n.根據步驟k給出的已知條件，利用步驟i建立的蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型計算出貨物的有效保冷時間；o.若步驟n計算出的有效保冷時間小于貨物要求保冷時間，則增加蓄冷劑使用量，并返回到步驟m進行重復計算，直至有效保冷時間大于或等于貨物要求保冷時間為止；p.輸出貨物移動全過程需要的蓄冷劑使用量。
本發明在上述步驟h中預測蓄冷劑使用量時所采用的氣象參數預測方法，包含如下步驟q.給定從貨物出發地的裝箱與裝載階段、保冷運輸階段以及目的地的卸貨與分解階段的貨物移動全過程的時刻表；r.以貨物在出發地裝箱作業的初始時刻為基準，輸入貨物移動過程需經過的各城市的過去前1～5天的逐時氣象參數；s.輸入氣象臺發布的未來72小時貨物移動過程需經過的各城市的天氣預報參數；t.根據過去前幾天內的逐時氣象參數和未來72小時的天氣預報，從出發地裝箱作業初始時刻開始，計算未來72小時貨物移動過程中需經過城市的逐時氣象參數；u.利用步驟t計算出的需經過城市的氣象參數和步驟q給定的貨物移動時刻表，算出兩相鄰城市之間路途中各點位置的外部氣象參數。
本發明包括“兩地”作業和保冷運輸全過程的溫度監測、數據貯存、報表文件的生成與提交，以及蓄冷劑使用量的預測方法等。對蓄冷劑使用量的預測，可以避免在運輸過程中因使用蓄冷劑過量引起的蓄冷劑的浪費和成本過高或是因使用蓄冷劑太少引起的無法保證有效保冷時間，使得貨物變質的問題，從而有效合理的利用了蓄冷劑，節約了能源。對“兩地”作業和保冷運輸中貨物移動全過程的溫度監測、數據貯存、報表文件的生成與提交，則可以為運輸業主和客戶提供運輸過程中溫度變化的可靠數據，從而對保障運輸貨物品質，降低易腐物質的損耗量，提高運輸業主的服務質量提供了有力的數據支持和保證。
圖1是本發明提出的保冷運輸的溫度管理方法中的物質流和信息流的流程示意圖(圖中實線箭頭代表物質流，虛線箭頭代表信息流)。
圖2為預測蓄冷劑使用量的計算流程圖。
圖3為溫度監測裝置的外形結構簡圖。
圖4為溫度監測裝置的結構框圖。
圖5為溫度監測裝置與計算機連接示意圖。
圖6表示溫度監測裝置在保溫包裝箱中的設置位置示意圖。
圖7為溫度監測裝置內置的溫度監測程序的工作流程圖。
圖8為具體實施例中得到的不同保溫箱內的溫度變化曲線。
圖中圖3～6中各部件的序號和名稱如下1-溫度監測裝置；2-溫度傳感器探頭；3-溫度傳感器引線；4-溫度檢測裝置本體；5-串行通訊接口；6-串行通訊線；7-計算機；8-保溫包裝箱；9-蓄冷劑；10-貨物。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
圖1是本發明提出的保冷運輸的溫度管理方法中物質流和信息流的流程示意圖，它涉及物質流(貨物流)和信息流(溫度與時間)兩個方面。其中物質流，是表示貨物、蓄冷劑、保溫包裝箱、溫度監測裝置的流向，它還包括3個階段(一)出發地的裝箱與裝載階段、(二)出發地與目的地之間的保冷運輸階段、(三)目的地的卸貨與分解階段。信息流是指貨物在出發地、目的地以及兩地之間的裝卸作業與保冷運輸全過程中，貨物的溫度、時間等信息的實時記錄、顯示，以及運輸結束后對全過程貨物溫度變化信息的圖形與報表文件的存貯與輸出，并提交給用戶以及反饋到運輸業主的信息流動過程。在物質流的三個階段中均包含著信息流過程，而且在階段(三)之后，還包括階段(四)信息報告與反饋階段。
各個階段的具體流程如下(一)出發地的裝箱與裝載階段此階段包含著物質流和信息流。該階段包括以下過程a.蓄冷劑使用量的預測過程根據被運輸貨物量、種類，出發地與目的地之間的運輸距離、氣象參數，運輸時間段，蓄冷劑物性，保溫箱的結構及其材質，以及在出發地與目的地的作業(裝箱、卸貨)時間，利用蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型來預測蓄冷劑的使用量。
b.蓄冷劑取出過程將已經凍結完畢的蓄冷劑，按預測使用量從凍結保溫裝置中取出，為貨物裝箱過程作好準備。
c.溫度監測裝置的參數設定過程運輸業主或管理人員用串行通訊線連接計算機與溫度監測裝置，啟動計算機與溫度監測裝置，通過計算機并根據過程a提供的信息，設定貨物運輸的起始時間、溫度采樣步長、貨物允許最高溫度，為保冷運輸過程中溫度監測、報警提供條件。
d.貨物的出庫、裝箱與裝載過程將被運輸貨物按量從冷藏庫中取出，將計算確定的蓄冷劑，按合理位置擺放在保溫包裝箱內，并將設定參數后的一個或多個溫度監測裝置的溫度傳感器探頭設置在保溫包裝箱內部能表征貨物溫度的位置，然后對包裝箱進行密封，并裝載到運輸工具中。這里的保冷包裝箱包括普通保冷箱體、保冷集裝箱、保冷汽車、保冷列車箱體等具有保溫功能的盛裝貨物的容器。
(二)出發地與目的地之間的保冷運輸階段此階段包含著物質流和信息流。
e.保冷運輸過程封裝有貨物、蓄冷劑、溫度監測裝置的保溫包裝箱隨運輸工具從出發地移動到目的地的過程；在運輸過程中，溫度監測裝置對保溫箱內貨物溫度進行實時記錄或/和顯示，并在溫度超過貨物最高允許溫度時報警提醒，要求押運人員采取補充蓄冷劑等措施。
(三)目的地的卸貨與分解階段此階段包含著物質流和信息流。該階段包括以下過程f.卸貨與分解過程運輸工具到達目的地后的作業過程，包括將封裝有貨物、蓄冷劑、溫度監測裝置的保溫包裝箱從運輸工具中移出；將貨物、蓄冷劑、溫度監測裝置從保溫包裝箱中取出；對蓄冷劑的處置以及貨物入庫等過程。其中蓄冷劑的處置過程檢查蓄冷劑的融化狀態以及是否有泄漏現象，如果有泄漏，需對其廢棄或更換包裝袋，如果完好無損，則可再次凍結，循環使用。
貨物入庫過程將到達目的地的貨物按要求存放在冷藏庫或進入下一階段的冷藏鏈環節。
g.溫度監測裝置的參數輸出與報表文件生成與打印過程用串行通訊線連接計算機與溫度監測裝置，啟動計算機，通過計算機(包括打印機)存貯或/和打印從出發地至目的地的加工作業與保冷運輸全過程中被運輸貨物的溫度變化報表文件(包括數據報表與圖形報表)。
到達目的地后的溫度監測裝置、蓄冷劑以及保溫包裝箱經過程f、g處置后，運回至貨物原出發地或從此次的目的地出發進入新的保冷運輸環節。(四)信息報告與反饋階段此階段只有信息流，而無物質流。
將過程g存貯或/和打印的全過程的被運輸貨物溫度變化報表文件(包括數據報表與圖形報表文件)分別遞交給貨物用戶和運輸業主，以便雙方掌握運輸全過程貨物的溫度變化情況和貨物的質量狀態。
圖2為預測蓄冷劑使用量的計算流程圖。本發明采用貨物在移動過程中所在地理位置的氣象參數預測模型和蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型來預測蓄冷劑的使用量。
h.由出發地、目的地以及保冷運輸過程所經過的主要城市的歷史氣象參數和未來72小時的天氣預報，建立貨物在移動過程中所在地理位置的氣象參數預測模型。
預測蓄冷劑的使用量的關鍵問題之一是預測未來幾天貨物所在位置與時刻的包括溫度與濕度等外部氣象參數。由于貨物在裝箱與裝載階段、保冷運輸階段以及目的地的卸貨與分解階段的地理位置隨貨物移動時刻表而變化，且外部的未來氣象參數也是未知的，故需建立氣象參數預測模型，以確定貨物所在地理位置與時刻，保溫箱體的漏冷量。
下面詳細說明貨物在移動過程中所在地理位置的氣象參數預測模型的建立方法。
q.給定從貨物出發地的裝箱與裝載階段、保冷運輸階段以及目的地的卸貨與分解階段的貨物移動全過程的時刻表。
根據用戶要求、貨物在出發地與目的地的裝卸作業的時間要求以及運輸過程中的交通工具情況，由運輸業主制定貨物移動全過程的時刻表。該時刻表的基本內容要求包含某月某日某時刻貨物所在的地理位置，如以北京到上海之間的通過火車進行的保冷運輸過程為例，說明貨物移動全過程的時刻表
r.以貨物在出發地裝箱作業的初始時刻為基準，輸入過去幾天內貨物移動過程需經過的各城市的逐時氣象參數。
從氣象臺獲取預測計算時刻之前幾天內(一般為一至五天，如果數據越多，則預測計算越準確)貨物移動過程需經過主要城市的實際逐時氣象參數。舉例，如果取過去3天的歷史實測逐時氣象參數作為預測基礎之一，對于2003年8月2日6:00開始裝箱與裝載作業開始前進行蓄冷劑使用量預測工作，則需輸入過去72小時(3天)內的逐時實際氣象參數(溫度單位℃)，如貨物移動過程需經過主要城市過去1～24小時的逐時氣溫
貨物移動過程需經過主要城市過去25～48小時的逐時氣溫
……s.輸入氣象臺發布的未來72小時貨物移動過程需經過的各城市的天氣預報參數，包括最高氣溫、最低氣溫等。如，根據2003年8月2日6:00國家氣象局發布的未來72小時天氣預報，獲得貨物移動過程中需經過的主要城市的最高氣溫、最低氣溫(單位℃)，如果能預報相對濕度，也可作相應處理。如
t.根據過去幾天內(如取3天)的逐時氣象參數和未來72小時的天氣預報，從出發地裝箱作業初始時刻開始，逐時預測未來72小時貨物移動過程中需經過城市的逐時氣象參數。
計算第j天的逐時氣溫形狀因子ai，jai,j=tw,i,j-tw,l,jtw,h,j-tw,l,j---(1)]]>當j＝0、-1、-2時，根據實測值計算出ai，j；當j＝1、2、3時，需根據預測值計算出ai，j。
計算未來第j天的逐時氣溫修正形狀因子ai，j′ai,j′=Σk=-2k=(j-l)ai,kβk---(2)]]>計算未來第j天的逐時氣溫預測值，本發明提出一種修正形狀因子法進行預測tw,i,j*=ai,j′(tw,h,j*-tw,l,j*)+tw,l,j*---(3)]]>其中，t——貨物所在地理位置的外界氣溫β——修正系數，Σk=-2k=(j-l)β2=1]]>上標*——表示預測值下標w——表示外界i——表示每天的各個時刻j——表示未來第j天，j＝1時，表示未來1～24小時；j＝2時，表示未來25～48小時；j＝3時，表示未來49～72小時h——表示天氣預報的最高值l——表示天氣預報的最低值k——中間變量由此，根據公式(1)～(3)和貨物移動時刻表，可預測出未來72小時范圍內，在有天氣預報的城市的逐時氣溫。
u.利用步驟t預測出的需經過城市的氣象參數和步驟q輸入的貨物移動時刻表，計算出兩相鄰城市之間路途中的逐時氣象參數。
由于目前天氣預報只給出全國主要城市的天氣預報，故步驟(iv)只能預測出貨物需經過城市的逐時氣象參數，然而貨物是按其移動時刻表運動的，故需確定兩相鄰城市之間路途中的各時刻的氣象參數。本發明提出用兩相鄰城市的氣象參數和貨物移動位置來描述。
例如，貨物移動時刻表中確定了貨物在第2天a時刻經過城市A，在第2天b時刻將到達城市B，城市A與B之間的距離為SAB；當貨物移動在城市A與城市B之間，且離開城市A后τ小時時距城市A的距離為SA，τ，貨物所在位置的氣象參數為tw,(a+τ)*=tw,(a+τ),2,A*(1-SA,τSAB)+tw,(a+τ),2,B*(SA,τSAB)---(4)]]>根據公式(1)～(4)可以預測出貨物在移動過程中所在地理位置的氣象參數。
i.建立蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型，包括蓄冷劑相變傳熱模型、保溫箱體內貨物的非穩態傳熱集總參數模型以及蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型。利用貨物移動過程中所在位置的氣象參數和蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型，計算出保溫箱體內貨物在移動過程中各個時刻的換熱量、貨物溫度t、蓄冷劑的溫度或含冰率IPF；以及蓄冷劑的有效保冷時間τ。
下面詳細說明蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型的建立方法。保溫箱體內蓄冷劑和貨物的傳熱過程非常復雜，為簡化問題，對實際情況做如下假設①不考慮箱體內外表面的面積差；②蓄冷劑在相變過程中，忽略其體積變化；③蓄冷劑的相變溫度與潛熱恒定，其數值為蓄冷劑物性值；④保溫箱內被運輸貨物與貨物周圍的空氣溫度溫度相同。
(i)蓄冷劑的相變傳熱模型蓄冷劑的凍結終了溫度tst0一般低于其相變溫度tm，在使用過程中，蓄冷劑逐漸吸收貨物的熱量和經保溫箱體壁面傳入的熱量，溫度逐漸上升，直到達到相變溫度，該過程是蓄冷劑以固體顯熱方式向貨物提供冷量；當蓄冷劑溫度達到相變溫度tm時，將會逐漸融化，直到完全融化為止，這個過程蓄冷劑以潛熱方式向貨物提供冷量；此后，蓄冷劑將以液體顯熱方式向貨物提供冷量，當蓄冷劑溫度到達貨物溫度時，蓄冷劑與貨物的溫度均會因保溫箱體壁面的傳熱而共同上升。因此，蓄冷劑在上述固體-固液相變-液體三個過程中的能量方程分別為蓄冷劑為固體時Qst=mcsdtstdτ---(5)]]>
蓄冷劑為固液共存時Qst=mLd(IPF)dτ---(6)]]>蓄冷劑為液體時Qst=mc1dtstdτ---(7)]]>(ii)保溫箱體內貨物的非穩態傳熱集總參數模型集總參數法是分析非穩態導熱過程的一種簡化分析方法，它忽略物體內部導熱熱阻，認為整個物體在同一瞬間處于同一溫度下，這時求解的溫度就僅是時間的一元函數，而與坐標無關。考慮到保溫箱內貨物的導熱熱阻遠小于其表面與蓄冷劑之間的對流換熱熱阻，所以采用集總參數法為模擬的基本方法。
以箱體內物體和空氣為研究對象，根據集總參數法思想，可以得到箱體內貨物非穩態傳熱集總參數模型dtdτ(ρsbVsbcsb+ρaVaca)=KboxFbox(tw-t)+va(ρwhw-ρaha)-Qsb---(8)]]>Qsb＝KstFst(t-tst) (9)如果，箱體密封嚴密，不存在漏氣現象時，空氣滲透項可以忽略不計，即va(ρwhw-ρaha)＝0(iii)蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型無論蓄冷劑為固體、固液共存還是為液體時，箱體內貨物與空氣傳給蓄冷劑的熱量，與蓄冷劑釋放出的冷量相等，故Qst＝Qsb(10)上述方程組(1)～(6)的初始條件tst＝tst，0， t＝t0(11)其外環境溫度tw和比焓tw是時間的函數，需根據步驟a建立的貨物移動過程所在地理位置的氣象參數預測模型來確定tw＝tw(τ)， hw＝hw(τ) (12)在(5)～(12)式中，各物理量的意義如下t——保溫箱內貨物和空氣溫度τ——時間Qst——蓄冷劑獲得的熱量Qsb——蓄冷劑向周圍貨物與空氣釋放的冷量ρsb，csb——被運輸貨物的密度和比熱Vsb——箱體內被運輸貨物的體積
ρa，ca——空氣的密度和比熱Va——箱體內空氣的體積Kbox——保溫箱內貨物與箱體外側空氣之間的換熱系數Fbox——保溫箱壁面面積tw——外環境溫度，隨貨物的移動而變化va——保溫箱內與外環境單位時間的換氣量ρw——外環境空氣的密度hw——外環境空氣的比焓，隨貨物的移動而變化，hw＝hw(tw，w)w——外環境空氣的相對濕度，隨貨物的移動而變化ha——保溫箱內空氣的比焓，ha＝ha(t，)，取決于箱內空氣溫度和相對濕度tm——蓄冷劑的相變溫度m——蓄冷劑的質量L——蓄冷劑的潛熱cs——固體蓄冷劑的比熱cl——液體蓄冷劑的比熱t0——保溫箱內貨物的初始溫度(預冷溫度)tst，0——蓄冷劑的初始溫度IPF——蓄冷劑的“含冰率”，表示固體蓄冷劑質量與蓄冷劑總質量之比Fst——蓄冷劑包裝袋的外表面積Kst——蓄冷劑固體與被運輸貨物之間的換熱系數Kst=f(αst,Kwr,K)=11αst+Rwr+R---(13)]]>公式(13)中的各物理量的意義如下αst——蓄冷劑表面與箱內空氣之間的對流換熱系數Rwr——包裝袋的導熱熱阻R——蓄冷劑內部的導熱熱阻，其數值由大量試驗結果歸納、擬合確定。
R＝R(τ)＝R(IPF)(10)利用公式(1)～(10)即為蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型，它是計算蓄冷劑使用量的又一重要工具。
j.給定貨物從出發地的裝箱與裝載階段、保冷運輸階段以及目的地的卸貨與分解階段的貨物移動全過程的時刻表。參見本說明書的上述相關內容。
k.給定被運輸貨物的種類和質量、保溫箱的結構尺寸及其材質、蓄冷劑物性參數與初始溫度；貨物的初始溫度、最高允許溫度和要求的保冷時間等已知條件和相關約束條件。
利用公式(1)～(10)所述的蓄冷劑使用量預測模型，并根據被運輸貨物量、種類，出發地與目的地之間的運輸距離和氣象參數，運輸時間段，蓄冷劑物性，保溫箱結構、規格和材料以及在出發地與目的地的作業(裝箱、卸貨)時間計算出全過程保證貨物溫度的蓄冷劑使用量。
l.給出蓄冷劑使用量的初始值；m.根據步驟j給出的貨物移動全過程時刻表，利用步驟h建立的氣象參數預測模型，計算貨物所在位置的外部氣象參數。
n.根據步驟k給出的已知和約束條件，利用步驟i建立的蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型計算出貨物的有效保冷時間。
o.如果計算出的有效保冷時間小于貨物要求保冷時間，則增加蓄冷劑使用量，并返回到步驟m進行重復計算，直至有效保冷時間大于或等于貨物要求保冷時間為止。
p.輸出由上述步驟計算出的貨物移動全過程需要的載冷劑使用量。
圖3為溫度監測裝置的外形結構簡圖，它由溫度傳感器探頭、溫度傳感器引線、溫度檢測裝置本體以及串行通訊接口構成。
圖4為溫度監測裝置結構框圖，溫度檢測裝置本體包含電池、溫度采集電路、A/D轉換電路、數據記錄與顯示電路、數據輸入與輸出電路。電池是溫度檢測裝置的工作電源，溫度采集電路將由溫度傳感器探頭2檢測到的模擬電信號通過溫度傳感器引線3傳回，并傳送至A/D轉換電路；A/D轉換電路將傳回的模擬電信號通過計算轉換為數字信息，傳輸至數據記錄與顯示電路；數據記錄與顯示電路將傳回的數據記錄在內置的微電腦芯片中，并通過液晶或數碼管輸出、顯示，為用戶提供當前溫度信息；數據輸入與輸出電路和串行通訊接口5是實現與計算機通信的電路，通過外部計算機向溫度監測裝置中微電腦芯片的內置溫度檢測程序寫入數據(參數設置)或從內置存儲器中讀取所記錄與顯示的數據(參數輸出)。
圖5為溫度監測裝置與計算機連接示意圖。在出發地，運輸業主或管理人員用串行通訊線6連接計算機7與溫度監測裝置1，啟動計算機7與溫度監測裝置1，通過計算機7并根據過程a提供的信息，設定貨物運輸的起始時間、溫度采樣步長、貨物允許最高溫度t*，為保冷運輸過程中溫度監測、報警提供條件。到達目的地后，用串行通訊線6連接計算機7與溫度監測裝置1，啟動計算機7，通過計算機7(包括打印機)存貯和/或輸出(包括打印)從出發地至目的地全過程中被運輸貨物溫度變化報表(包括數據報表與圖形報表)。
圖6表示溫度監測裝置在保溫包裝箱中的設置位置示意圖。將根據計算確定的蓄冷劑9和被運輸貨物10(圖中箱體內空白空間表示貨物)，按合理位置擺放在保溫包裝箱8內，并將設定參數后的一個或多個溫度監測裝置1的溫度傳感器探頭2設置在保溫包裝箱8內部能表征貨物溫度的位置，然后對包裝箱8進行密封，并裝載到運輸工具中。這里的保溫包裝箱8包括普通保冷箱體、保冷集裝箱、保冷汽車、保冷列車箱體等具有保溫功能的盛裝貨物的容器。
圖7為溫度監測裝置內置溫度監測程序的工作流程圖。在運輸過程以及運輸前后出發地與目的地的裝卸作業過程中，溫度監測裝置一直工作，按步驟c所設定的溫度采樣時間步長進行溫度檢測、記錄與顯示。當內置溫度監測程序讀取的貨物實際溫度高于貨物最高允許溫度時則發出報警信息，提醒工作人員采取應急措施，如補充蓄冷劑等。
圖8為具體實施例中得到的不同保溫箱內的溫度變化曲線。
本發明所涉及到的物質流和信息流共包括五個階段，各個階段的具體流程如下(一)出發地的裝箱與裝載階段此階段包含著物質流和信息流。該階段包括以下過程a.蓄冷劑使用量的預測過程此次運輸過程的具體參數為被運輸貨物4箱血液制品，每箱血液制品的重量為22kg貨物允許最高溫度t*＝10℃(高于10℃，該血液制品將發生變質)貨物預冷溫度t0＝3℃箱體規格聚苯乙烯薄膜塑料保溫箱體，結構尺寸為長×寬×高×厚度＝46.5cm×36.5cm×24cm×2cm運送距離北京——上海，共1463km氣象參數當地發布的天氣預報列車運行時段18:00-次日5:36，共11小時36分加工作業時間24小時(包括出發地的裝箱與裝載階段和目的地的卸貨與分解階段的總作業時間)要求貨物的保冷時間35小時36分(列車運行時段+加工作業時間＝11小時36分+24小時＝35小時36分)蓄冷劑的有效保冷時間(即保證貨物溫度在最高允許溫度以下的時間)36小時根據上述條件，利用蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型，計算出蓄冷劑的使用量為每箱3袋KJ2#蓄冷劑。
b.蓄冷劑的取出過程將蓄冷劑KJ2#共計12袋從凍結裝置中取出，為貨物裝箱過程作好準備。
c.溫度監測裝置的參數設定過程此次運輸過程設定的具體參數如下蓄冷劑使用時段6:00——次日20:00，共計36小時溫度采樣起始時間6:00
溫度采樣的時間步長2分鐘貨物允許最高溫度10℃d.貨物的出庫、裝箱與裝載過程此次運輸中使用聚苯乙烯薄膜塑料保溫箱體；將被運輸貨物按量從冷藏庫中取出放入保溫箱體內，將3袋KJ2#蓄冷劑，沿箱體長度方向垂直擺放在保溫包裝箱的兩個較短側面和中部；在每一個保溫箱體內設置1個溫度傳感器探頭，探頭位置位于兩袋蓄冷劑之間貨物的中部；然后對包裝箱進行密封，并搬運、裝載到火車行禮車中。
(二)出發地與目的地之間的保冷運輸階段此階段包含著物質流和信息流。
e.保冷運輸過程運輸區段為北京——上海，溫度檢測裝置檢測貨物溫度。
(三)目的地的卸貨與分解階段此階段包含著物質流和信息流。該階段包括以下過程f.卸貨與分解過程火車到達目的地后，卸下貨物，搬運至目的地；從保溫箱體中取出蓄冷劑和溫度監測裝置，將血液制品存放到冷藏庫中；檢查蓄冷劑，發現完好無損，可進行循環使用。
g.溫度監測裝置的參數輸出與報表文件生成與打印過程用串行通訊線連接計算機與溫度監測裝置，啟動計算機，通過計算機(包括打印機)下載溫度監測裝置中的存貯溫度變化報表文件，打印該文件，此次運輸過程獲得的溫度變化報表之一如附圖8。
(四)信息報告與反饋階段將圖8所示的溫度變化報表文件，用電子郵件和/或打印件分別發送給貨物用戶和運輸業主，以便貨物用戶和運輸業主明確此次保冷運輸全過程中被運送血液制品的運輸質量。
通過上述四個階段構成的“保冷運輸的溫度管理方法”，經實踐證明，對于提高被運輸貨物的品質、降低易腐物質的損耗、減少蓄冷劑使用和提高運輸業主的服務質量，均取得了明顯的社會效益和經濟效益。
權利要求
1.一種保冷運輸的溫度管理方法，其特征是該管理方法包括物質流和信息流兩個方面，具體包括如下步驟a.根據被運輸貨物的種類和質量、出發地與目的地、運輸時段和作業時間、保溫箱結構尺寸及其材質、蓄冷劑物性，利用蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型和氣象參數預測模型來計算出全過程保證貨物溫度的蓄冷劑使用量；b.從冷藏庫中取出所需使用量的已經凍結的蓄冷劑；c.將溫度監測裝置通過串行接口和計算機相連，利用計算機向含有溫度監測程序的溫度監測裝置內輸入溫度采樣步長以及貨物允許的最高溫度；d.將參數設定后的一個或多個溫度監測裝置的溫度傳感器測頭、蓄冷劑及貨物裝入保溫包裝箱中；e.將保溫包裝箱放入運輸工具內開始保冷運輸，在運輸過程中使溫度監測裝置進行實時記錄或/和顯示，并在溫度超過貨物最高允許溫度時報警提醒；f.貨物到達目的地后，卸貨與分解；g.將溫度監測裝置從保溫箱體中取出，通過串行接口和計算機相連，利用計算機存貯或/和打印從出發地到目的地的加工作業與保冷運輸全過程的貨物溫度變化報表文件，并將其提交給用戶和運輸業主。
2.按照權利要求1所述的溫度管理方法，其特征在于所述步驟a中預測蓄冷劑使用量按如下步驟進行h.由出發地、目的地以及保冷運輸過程所經過的主要城市的歷史氣象參數和未來72小時的天氣預報，建立貨物在移動過程中所在地理位置的氣象參數預測模型；i.建立蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型，該耦合模型包括蓄冷劑相變傳熱模型、保溫箱體內貨物的非穩態傳熱集總參數模型以及蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型；j.給定貨物從出發地的裝箱與裝載階段、保冷運輸階段以及目的地的卸貨與分解階段的貨物移動全過程的時刻表；k.給定被運輸貨物的種類和質量、保溫箱的結構尺寸及其材質、蓄冷劑物性參數與初始溫度；貨物的初始溫度、最高允許溫度和要求的保冷時間；l.給出蓄冷劑使用量的初始值；m.根據步驟j給出的貨物移動全過程時刻表，利用步驟h中建立的氣象參數預測模型，計算貨物所在位置的外部氣象參數；n.根據步驟k給出的已知條件，利用步驟i建立的蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型計算出貨物的有效保冷時間；o.若步驟n計算出的有效保冷時間小于貨物要求保冷時間，則增加蓄冷劑使用量，并返回到步驟m進行重復計算，直至有效保冷時間大于或等于貨物要求保冷時間為止；p.最后輸出貨物移動全過程需要的蓄冷劑使用量。
3.按照權利要求2所述的溫度管理方法，其特征在于在步驟h中預測蓄冷劑使用量時所采用的氣象參數預測方法，包含如下步驟q.給定從貨物出發地的裝箱與裝載階段、保冷運輸階段以及目的地的卸貨與分解階段的貨物移動全過程的時刻表；r.以貨物在出發地裝箱作業的初始時刻為基準，輸入貨物移動過程需經過的各城市的過去前1～5天的逐時氣象參數；s.輸入氣象臺發布的未來72小時貨物移動過程需經過的各城市的天氣預報參數；t.根據過去前幾天內的逐時氣象參數和未來72小時的天氣預報，從出發地裝箱作業初始時刻開始，計算未來72小時貨物移動過程中需經過城市的逐時氣象參數；u.利用步驟t計算出的需經過城市的氣象參數和步驟q給定的貨物移動時刻表，算出兩相鄰城市之間路途中各點位置的外部氣象參數。
全文摘要
一種保冷運輸的溫度管理方法，包括物質流和信息流兩個方面。該方法首先根據被運輸貨物的種類和質量、運輸時段和作業時間及蓄冷劑物性等參數，利用蓄冷劑與貨物傳熱耦合模型和氣象參數預測模型來計算出蓄冷劑使用量；然后將溫度監測裝置的傳感器測頭、所需蓄冷劑及貨物裝入保溫包裝箱中；在運輸過程中使溫度監測裝置進行實時記錄或/和顯示、報警提醒；貨物到達目的地后通過串行接口和計算機相連，利用計算機存貯或/和打印從出發地到目的地的加工作業與保冷運輸全過程的貨物溫度變化報表文件，并將其提交給用戶和運輸業主。該方法對于保障運輸貨物品質、降低易腐物質的損耗量、降低預冷能耗和運輸成本，提高運輸業主的服務質量具有重要的作用。
文檔編號B65D81/18GK1483643SQ0315350
公開日2004年3月24日 申請日期2003年8月15日 優先權日2003年8月15日
發明者李先庭, 石文星, 趙彬, 李援朝, 肖健, 林晗, 朱彥武 申請人:清華大學, 康進發展有限公司