Сохранение прохлады — от магазина до двери

Транспортировка продуктов питания, лекарств, скоропортящихся продуктов и других товаров, чувствительных к температуре, на дальние расстояния и на последнюю милю осуществляется с помощью рефрижераторов. Примерно 2% из примерно 38 миллионов грузовиков в Северной Америке, находящихся сегодня на дорогах, оснащены рефрижераторами и приносят доход в размере 12 миллиардов долларов в год от доставки грузов (общие доходы от грузовых перевозок составляют около 750 миллиардов долларов в год). Наземное перемещение товаров включает в себя сложную сеть портов, складов, фабрик и ферм, которые загружают продукты в грузовики дальнего следования, которые доставляют их в местные распределительные центры и магазины. Поставки последней мили перемещают товары из распределительных центров и магазинов в дома и на предприятия конечных клиентов, принося около 60 миллиардов долларов дохода в год. 10% из них (6 миллиардов долларов в год) составляют рефрижераторные перевозки.

Распределение холодовой цепи — это специализированный процесс, который регулирует перемещение чувствительных к температуре продуктов от пунктов происхождения (фабрик, ферм, складов, распределительных центров) до конечного потребителя. Время хранения/перевозки и контроль температуры имеют решающее значение для планирования, мониторинга и исполнения для сохранения качества и целостности продукта. Ранние реализации использовали естественный и сухой лед и были ограничены короткими расстояниями. Механические рефрижераторы были изобретены в 1935 году Фредриком Джонсом., опытный инженер-самоучка, служивший в армии США во время Первой мировой войны. Это новшество сыграло значительную роль во Второй мировой войне, доставляя лекарства, кровь и продовольствие американским войскам. Создание системы автомагистралей между штатами США в 1956 году ознаменовалось существенным улучшением вместимости, эффективности и ассортимента рефрижераторов (известных ласково и удивительно как «рефрижераторы». Биллу Махеру это должно понравиться!).

Самый дальний рефрижераторы использовать механическое охлаждение для обеспечения контроля температуры всего внутреннего объема прицепа или контейнера, в котором хранится продукт. Комбинация охлаждающих жидкостей, компрессоров, изоляции и вентиляции используется вместе со специальным дизельным генератором, обеспечивающим питание для работы холодильной установки. Многие варианты доставки последней мили также используют некоторые варианты этого метода.

Рост электронной коммерции и пандемия Covid значительно увеличили поставки охлажденных продуктов «последней мили» из магазинов и распределительных центров конечным пользователям. Продуктовые сети и гиганты электронной коммерции увидели значительные возможности в доставке в тот же день скоропортящихся товаров, таких как продукты, полуфабрикаты и лекарства. Затем последовали инвестиции в складское хозяйство и поставка. Специализированные и специально построенные фургоны, роботы и дроны — вот некоторые из вариантов, разрабатываемых для этих доставок.

Основные инновации, происходящие в грузовиках для доставки последней мили, включают::

1. Небольшие легкие грузовики: для оптовых поставок в продуктовые магазины и другие торговые точки используются грузовики класса 5-7 и/или тягачи с прицепом. Для доставки на дом используются микроавтобусы класса 1–4, которые требуют меньшей сертификации водителей и более эффективны с точки зрения интервалов доставки, затрат на электроэнергию и парковки. Вес шасси этих грузовиков обычно составляет менее 10,000 XNUMX фунтов.
2. Электрические транспортные средства: все чаще внимание к снижению выбросов транспортных средств и шумового загрязнения приводит к переходу от бензиновых или дизельных двигателей внутреннего сгорания к электромобилям с батарейным питанием. Другие преимущества включают снижение затрат на техническое обслуживание благодаря меньшему количеству движущихся частей.
3. Электрическое охлаждение: переход на системы охлаждения, работающие от аккумуляторной электроэнергии (по сравнению с дизельными генераторами), обусловлен необходимостью контролировать выбросы и переходить к устойчивым решениям «последней мили». Он по-прежнему использует охлаждающие жидкости с замкнутым контуром и компрессоры для достижения контроля температуры. Электрическое охлаждение является естественным дополнением к использованию электромобилей для обеспечения экологически чистой и бесшумной доставки в жилых районах. Партнерство между производителями электромобилей и поставщиками решений для охлаждения обратиться к сегменту доставки «последней мили» с полностью электрическими рефрижераторами.
4. Твердотельное охлаждение относится к категории 3, но использует технологию термоэлектрического охлаждения, основанную на эффекте Пельтье. Он не использует движущихся частей, охлаждающих жидкостей или компрессоров и устраняет опасность глобального потепления, связанную с утечкой хладагента (типичными хладагентами являются углеводороды или гидрофторуглероды), которые вызывают в 2000 раз большее поглощение тепла атмосферой, чем CO2, и являются основным фактором глобального потепления.
5. Специальные автомобили для эргономичной погрузки и разгрузки грузов, важное соображение для защиты безопасности и здоровья работников
6. Настройка для нескольких линеек продуктов и температурных диапазонов: Доставка «последней мили» имеет особые потребности для отдельных клиентов и может включать сочетание требований к температуре и продукту.

Твердотельное охлаждение для доставки «последней мили»

Твердотельное охлаждение относится к контролю температуры, обеспечиваемому термоэлектрической технологией. В частности, речь идет о применении Эффект Пельтье, в котором используются полупроводниковые элементы, такие как теллурид висмута. для передачи активных и пассивных тепловых нагрузок от «холодной пластины» (поддерживаемой при заданной температуре, которая может достигать -60°С) на «горячую пластину» (которая представляет собой радиатор, температура которого на несколько градусов выше температуры окружающей среды). температура). Термоэлектрические охладители или ТЭО использовались с середины 1980-х годов для охлаждения лазеров и детекторов для коммуникационных приложений и сыграли важную роль в продвижении революций в широкополосной связи и вычислительной технике (см. рис. 1).

Изменение электрической полярности позволяет использовать ТЭО в режиме обогрева, что очень удобно в приложениях с большими колебаниями температуры окружающей среды, где холодная сторона должна поддерживаться при фиксированной температуре. Это также открывает возможности для использования этого типа технологий для доставки теплых или горячих блюд, например готовых блюд.

Преимущества термоэлектрического охлаждения очевидны — более высокая надежность (отсутствие движущихся частей и компрессоров), отсутствие гидрофторуглеродов (ГФУ) или токсичных хладагентов (которые могут протечь и вызвать экологические проблемы), меньшие требования к размеру и весу и более тихая работа. Он также обеспечивает модульный, распределенный и пространственно ориентированный контроль температуры и в целом более высокую эффективность настенных пробок, чем традиционные методы охлаждения, которые предназначены для охлаждения всего пространственного объема контейнера или прицепа.

Первоначально твердотельное охлаждение использовалось для охлаждения или температурной стабилизации небольших оптических и электронных микросхем с умеренными тепловыми нагрузками. По мере развития технологии она использовалась для более крупных сборок, таких как промышленные лазеры и компьютеры. Масштабирование на большие площади на данном этапе нецелесообразно (например, охлаждение всего прицепа в грузовике класса 8) из-за соображений стоимости, энергопотребления и емкости. Однако контейнеры скромного объема, такие как охладители напитков и холодильники под прилавком для медицинского и лабораторного использования практичны и доступны уже сегодня.

Фононными, базирующаяся в Research Triangle Park (Северная Каролина), является полупроводниковой компанией, специализирующейся на разработке и производстве ТЭО для массовых приложений, начиная от связи и LiDAR и заканчивая транспортом, климат-контролем и хранением вакцин. На сегодняшний день компания привлекла 250 миллионов долларов, имеет 200 сотрудников и имеет партнерские отношения с производственными партнерами, такими как Fabrinet в Таиланде. Помимо своей интеллектуальной собственности в области полупроводников, компания также сосредоточилась на интеграции своих продуктов TEC в специализированные твердотельные холодильные решения для лабораторий, мерчандайзинга, климат-контроля и холодильной цепи.

На рис. 2 показана экосистема реализации холодовой цепи, к которой обращается Phononic, включая хранение и погрузку в магазинах, складах и центрах выполнения, а также транспортировку «последней мили» между этими точками и конечным покупателем.

Продукт компании (рис. 3) объединяет ТЭО для обеспечения охлаждения внутри объема контейнера и хладагент CO2/вода для отвода тепла в атмосферу с помощью встроенных вентиляторов. Размеры контейнеров могут быть изменены по индивидуальному заказу, и они представлены в двух моделях: для охлаждения и для замораживания. Первый потребляет ~ 2 Вт энергии в стабильном режиме, а версия с морозильной камерой потребляет ~ 40 Вт, что идеально подходит для электромобилей с точки зрения энергопотребления и времени автономной работы. Решение предоставляет индивидуальные температурные решения в зависимости от полезной нагрузки продукта и интегрирует возможности подключения к Интернету вещей для постоянного мониторинга и отслеживания соблюдения температурных норм.

Phononic сотрудничает с Sortimo, который настроил удлиненный электрический фургон Ford в качестве автомобиля Tri-Temp для демонстрации клиентам. На сегодняшний день компания имеет 15 коммерческих установок, и в ближайшем будущем планируется увеличить их количество. По словам Тони Атти, генерального директора Phononic, «Мы увидели возможность использовать нашу полупроводниковую платформу и дизайн интегрированной системы, чтобы предоставить устойчивое и экономичное решение для сквозной доставки холодовой цепи/последней мили. Предварительные испытания показывают, что сеть продуктовых магазинов среднего размера с 60 магазинами может сэкономить 1 миллион долларов США на годовых эксплуатационных расходах на доставку и избежать более 800 метрических тонн выбросов CO2 по сравнению с транспортными средствами для доставки бензина, использующими сухой лед и гелевые пакеты». В будущем мы будем заниматься доставкой в ​​центры исполнения заказов, доставкой на среднюю милю, самовывозом из магазина/на обочине и доставкой на последней миле с помощью грузовиков Tri-Temp и дронов».

Новые решения для доставки «последней мили»

Крупные компании электронной коммерции инвестируют в электромобили для доставки «последней мили». Доля Amazon в Rivian это один пример. Walmart объединился с Canoo для аналогичной способности. В то время как они предназначены для общих поставок, твердотельные рефрижераторы идеально подходят для определенных полезных нагрузок.

По мере роста электронной коммерции и доставки через приложения появляются новые способы транспортировки последней мили. Скорее всего, они будут автономными (роботы, дроны и фургоны) и электрическими. Амазонка недавно запустила робота-доставщика Amazon Scout и получила разрешение FAA на доставку еды и лекарств с помощью дронов.

Nuro, производитель автономных фургонов имеет партнерские отношения с Kroger, для доставки продуктов и с Domino's для доставки пиццы. Недавно они подписали соглашение с Uber Eats на доставка еды из ресторанов на дом и в офис.

Стремясь извлечь выгоду из густонаселенных кампусов колледжей с голодными студентами, которых нужно кормить, Starship Technologies недавно объявила служба доставки еды на основе роботов в Университете штата Миссури. Горячие и холодные блюда доставляются из столовых в разные места кампуса с помощью роботов-доставщиков на основе приложений.

Легкие, энергоэффективные и устойчивые полупроводниковые решения с регулируемой температурой для доставки охлажденных, замороженных или подогретых продуктов являются идеальным дополнением к этим новым видам транспорта для доставки «последней мили».