基于Peltier效应的智能派送箱研究

基于Peltier效应的智能派送箱研究

胡玉贤[1],周静[2] ,王珣,副教授

山东财经大学东方学院 山东省泰安市 271000

摘要：伴随经济发展，派送箱灵活的配送方式和低廉的成本愈加受到相关行业的青睐，但在物流行业发展的同时也暴露出传统派送箱的诸多问题。为有效缓解市场对派送箱需求，以外卖商家、花卉经销商、食品生鲜商家、医院为主要对象进行深入调研。根据研究结论，提出相应对策——研究基于Peltier效应智能派送箱。本文着重展示智能派送箱发展的市场需求，对基于Peltier效应的智能派送箱原理进行相关阐述，展示其与传统派送箱子相比的巨大优势。

关键词：新型派送箱；Peltier效应；半导体；物流市场

一、智能派送箱的系统分析

（一）研究背景

近些年，派送市场一直属于物流行业的常见主题，其原因主要体现在三个方面：其一，我国现代物流业保持较快增长，资费在不断的下降（主要针对商家发货端），派送数量在不断上升。其二，冷链运输、果蔬花卉、生鲜食品以及外卖市场在派送方面都存在着参差不齐的问题，如恒温效果不显著、环保效益不高、高低温转换率低等。其三，物流配送服务支出在家庭总收入的比重逐渐增加。如今，物流行业已经成为中国市场的一大亮点，派送服务使用频率还在不断增加。

为更深入地剖析派送市场现状，笔者和团队展开了调查与分析。

（二）派送市场现状与需求

查找搜寻相关资料文献，以下是笔者和团队整理出的市场现状与需求：

1.冷链药品物流市场

冷链药品事关人的生命健康，运输过程不得有丝毫马虎。需要冷藏的药品只占所有药品的5%左右，通常包括生物制剂、诊断试剂、疫苗、胰岛素等。这些药品从生产到用于患者身体的全过程，都要保证冷藏恒温。

2.花卉物流市场

对于鲜花行业来说，物流运输是最重要的环节之一，物流运输的时效严重影响鲜花的品质高低，还影响购买者的用花体验。关于鲜花物流运输，人们最关心的是时效与花材的新鲜度和品质问题，在社会经济的不断发展下，物流运输的竞争也越发激烈，不改变就会被淘汰，无论是从服务，还是技术上都是物流企业需要提升的和发展的。

3.生鲜物流市场

目前生鲜消费被电商渠道分流的并不多，线上渠道占比约3%。但随着冷链运输的完善和配送速度的加快，生鲜电商的冲击也越来越大，成为全新的交易渠道，不断吸引各大电商企业参与竞争，生鲜产业也是其中之一，而生鲜最需要解决的就是物流配送的问题。

4.外卖食品物流市场

目前外卖受到越来越多用户的青睐，据第46次调查报告知:截至2020年6月，我国网上外卖用户规模达4.09亿，较2020年3月增长1124万，占网民整体的43.5%;手机网上外卖用户规模达4.07亿，较2020年3月增长1067万，占手机网民的43.7%。

不容忽视的是目前市面上的外卖派送环节在卫生与安全方面存在着若干问题，影响着人们的服务体验与生活品质。

（三）传统派送箱痛点总结

通过调查，分析目前的派送现状，多数是最原始的泡沫箱式隔绝贮藏，但由于是无热源、冷源的简单封闭式贮藏，基本很难达到恒温要求。从生命健康角度考虑，取代常规派送设备也十分迫切。化工管理类文献《聚丙烯发泡材料生产污染与危害性探究》指出，目前派送箱所使用的发泡材料含有大量的氯乙烯、聚丙烯，温度达到38℃以上，即开始分解苯并芘类物质，这是强烈的致癌物。

传统派送箱除了会产生强烈的致癌物以外，其机械强度也十分脆弱，并且其泡沫材料长达200年的自然降解周期会对环境土壤、地表水、地下径流、中低层大气造成日益严重的危害！

故此，进行了智能派送箱的研究。

二、智能派送箱的研究体系

（一）技术原理

智能派送箱分为三个模块：制冷、制热与风幕模块。制冷模块负责低温区降温，制热模块负责加热区升温，风幕模块防止箱内与箱外大气环境对流，以免散失冷气与热气。

1.制冷组

制冷模块将半导体制冷片的N端与散热器用导热硅胶相连，P端作为制冷端，使其与导冷块相连，并在导冷块上安装小型风机，将冷气吸出，加快导冷速度。散热器与导热块相连，使导热块降温，从而使得半导体制冷片达到更高的效率。

产品设计原理采用12706型优质半导体制冷片，也叫热电制冷片，是一种热泵。它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术，其特点是无运动部件，可靠性也比较高。

2.制热组

制热模块将半导体制冷片的P端与散热器用导热硅胶相连，N端作为制冷端，使其与导冷块相连，并在导冷块上安装小型风机，将热气吸出，加快导热速度。散热器与导冷块相连。 

3.风幕机模块

将风幕机与制冷组电路并联，并将风幕机固定在箱内一侧。磁吸开关与风幕机串联，磁吸开关的一极固定在箱体内壁，另一极固定在箱顶，当箱盖关闭时，开关两极相遇，开关断开，使风幕机停止工作，当打开箱盖时，开关两极分离，风幕机工作。

（二）功能设计

1、箱体蒙皮为硬铝合金，绝热填充物为环保冷发泡材料，内衬可在自然环境中降解的食品级聚氨酯板，箱体盖板和底板内衬气囊减震层，大幅度减小了运输振动，杜绝食材的包装损坏，内衬层耐温范围-35℃~200℃，高温封闭环境。

2、箱体内设置可移动式隔离板，隔离板将箱体分为低温、高温两个贮藏室，隔离板内设置半导体制冷/制热模块，可同时对两个舱室进行内循环温控。

3、箱体上边沿设置水平阵列风幕，开箱盖时，风幕开启，形成气幕弹性屏蔽，即可以防止箱内的冷/热气的散失，又可以防止外部环境大气对箱体内环境的污染，而且不影响物品的取放。箱盖关闭，气幕停止工作，气幕机构为间歇性工作机构，功耗很低。

4、对于能源补充，既可以在派送箱内部安置锂电池，也可以在运输过程中利用车载电源进行无线充电。

（三）关于智能派送箱的前景探讨

物流行业是融合运输、仓储、货代、信息等产业的复合型服务业，是支撑国民经济发展的基础性、战略性、先导性产业。随着近年我国现代物流业保持较快增长，服务能力显著提升，基础设施条件和政策环境明显改善，现代产业体系初步形成，物流行业显然已成为国民经济的重要组成部分。

尽管国际环境日趋复杂，疫情形势反复，但我国经济仍处于供给侧改革深化、结构调整加快的阶段，我国宏观经济保持基本稳定，为物流服务业的持续发展提供了良好的外部环境，并且随着大数据、云计算、智能机器人等新兴技术在物流行业的应用，社会物流效率获得持续改善。我国物流产业规模稳步扩张、结构持续优化，与此同时，其专业化程度和运转效率也在不断提升，派送箱作为派送市场的“先锋”，必会走进公众视野。而智能派送箱突破了传统派送箱的功能限制，对原有模式进行了大胆创新和塑造，相信更会获得人们青睐，为中国市场争取更多话语权。

三、结论

智能派送箱立足于生命健康、综合环境保护、智能新能源利用、人文关爱的综合诉求，解决了传统派送箱一直存在的恒温效果不显著、环保效益不高、高低温转换率低等缺陷，达到了绿色、清洁、环保的目的，具有良好的发展前景。通过实践，也证明了其实操性和可行性，相对于其他派送箱而言，是理想的取代性智能产品，同时在生命健康和环境保护方面也具有一定的进步意义。

参考文献：

[1]仵东亮,史秀梅.聚丙烯发泡材料生产污染与危害性探究[J].化工管理，2017，（22）：112-112.

[2]杨振,朱璨,柯亚娇,何雄,罗丰,王剑,王嘉赋,孙志刚.Peltier效应：从线性到非线性[J]，物理学报，2021，（10）:319-336.

国家级大学生创新创业训练计划项目资助（202113999003）

[1] 作者简介：胡玉贤（2001-）、男，山东烟台，会计学，2019级

[2] 作者简介：周静（2002-）、女，山东临沂，金融学，2020级