摘 要

超大型保温箱以其体积以及保温材料而优于普通保温箱，由于其良好的保温效果与时长，广泛应用于对生物药品如疫苗的运输。本文通过对其内部结构优化，设计多重保温结构以及蓄冷层的尺寸，从而保证保温效果长达120小时甚至更久。

1.超大型保温箱的结构设计。由于超大型保温箱体积较大，为了保证保温效果与保温时长，其结构设计尤其重要。本文设计的超大型保温箱，其保温层是由外在挤塑板和内在蓄冷剂板组成的双重结构。保温箱各个箱板结构由内及外依次为PC板 挤塑板 边框 蓄冷层 高强板。

2.超大型保温箱的结构分析。利用三维软件如SOLIDWORKS对保温箱的结构进行初步仿真。对保温箱外在框架以及内在轨道托盘上木板进行静应力分析和模态分析，检验其在极限压力下的静应力大小和变形程度是否超出材料的属性范围。

3.超大型保温箱的保温效果分析。保温箱的保温效果以及保温时长是检验保温箱是否合格的标准。实验时将保温箱成品预冷到指定温度，然后将其置于恒温实验室，通过温度记录仪记录保温箱内各点温度随时间变化的规律，并记录保温箱的保温时长。根据保温时其温度范围以及保温时长来判定保温箱是否达到要求。实验时可通过改变恒温实验室的温度，观察保温箱内温度的变化，进而判断其在动态温度下的保温效果。

为了提高保温箱在动态温度（环境温度）下的保温效果，同时使保温箱达到高精度控制的要求，可采用冰箱制冷原理。在箱内增加蓄电池、压缩机、冷凝管、毛细管、蒸发器等制冷系统以及温度控制部分。由温度传感器检测温度变化进而通过制冷系统对箱内温度进行实时控制，从而解决保温箱动态温度下的保温问题。

关键词：超大型保温箱结构设计；多重保温结构;蓄冷剂; 制冷系统

Abstract

The super large thermal insulation box is superior to the ordinary heat preservation box by the volume and the thermal insulation material.Because of its good thermal insulation effect and long time, it is widely used in the transportation of biological drugs, such as the vaccine.because of its size and thermal insulation.

The structural design of super large incubator. Due to the volume of super large insulation box is larger, in order to ensure the effect of heat preservation and insulation length, the structure design is particularly important. In this paper,for the design of the super large thermal insulation box, the insulation layer is composed of external plastic extruded board and internal storage refrigerant board . The structure of each box plate of thermal insulation box from the inside to outside is PC board extrusion plate and frame accumulation cold layer and high-strength plate.

The structure analysis of the super large incubator . Using 3D software such as SolidWorks preliminary simulates the preservation box structure preliminary . The static stress analysis and modal analysis for outer frame and the inner board on track tray of thermal insulation box and test whether its static force and deformation degree under the extreme pressure are beyond the range of property of materials.

The insulation effect analysis of super large incubator . Incubator effect of heat preservation and insulation length is the standard for testing incubator . When experiments, the heat insulation box product pre cooled to the specified temperature, and then placed in a constant temperature laboratory, through temperature recorder to record the temperature with time changes inner the box, and record the time of holding . According to the recording of temperature range and the time of insulation to determine incubator whether meet the requirements.By changing the temperature of constant temperature laboratory, observe the heat preservation box temperature changes, and then judge the insulation effect in the dynamic temperature.

In order to improve the heat preservation effect of heat preservation box under dynamic temperature .at the same time, the heat insulation box meet the requirements of high control precision,For the refrigerator principle, by increasing the battery ,compressor, condenser tube, capillary, evaporator and refrigeration system and temperature control part in the box. By the

temperature sensor detected the temperature change and the refrigeration system of real-time control of the temperature in the box, so as to solve thermal insulation box dynamic temperature insulation.

Key words:Structure design of super large thermal insulation box;Multiple heat insulation structure;Ctesms;refrigeration system

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究的目的与意义 1

1.2超大型保温箱的国内外研究现状 2

1.3研究的内容以及技术方案 4

1.3.1研究的内容 4

1.3.2研究的技术方案 4

第二章 超大型保温箱总体结构设计 6

2.1超大型保温箱界定 6

2.2超大型保温箱总体结构要求 7

2.3 超大型保温箱的结构分析 8

第三章 超大型保温箱结构详细设计 10

3.1组合件箱盖 10

3.2下箱体结构设计 12

3.3保温箱箱锁 18

3.4托盘 20

3.5其他零件设计 23

3.6蓄冷剂板的选择 25

第四章 超大型保温箱的校核与分析 29

4.1 钢架结构强度校核 29

4.1.1钢架结构静力计算 29

4.1.2钢架结构模态计算 30

4.2托盘木板强度校核 32

4.2.1托盘木板静力计算 32

4.2.2托盘木板模态计算、响应谱分析 34

第五章 超大型保温箱的保温效果与时长实验 36

5.1 保温效果以及时长的测试 36

5.2实验二 提高环境温度为2摄氏度的保温箱实验 39

5.3实验三 验证箱门上是否不需要蓄冷剂 41

第六章 总结与分析 43

1.论文总结 43

2.研究展望 43

参考文献 44

致谢 46

第一章 绪论

随着生活的需要，保温箱越来越小型化。如常见的外卖保温箱由PE膜、保温棉、铝箔保温层组成。再到用于医疗行业的小型保温箱，如利用半导体设计的基与半导体制冷技术的高精度保温箱，采用P ID的控制原理，实现保温箱内部温度连续自动控制，使得保温箱内部的温度能够达到预期的高精度控制的要求．

集装箱是一种专为运输需要保持一定温度的冷冻货或低温货的保温箱。它分为带有冷冻机的内藏式的机械冷藏集装箱和没有冷冻机的外置式的机械冷藏集装箱。它专门适用于装载肉类、水果等货物。但冷藏集装箱造价较高，营运费用也较高。

针对以上两种保温箱，本文设计了超大型保温箱，吸取以上两种保温箱的优点。将蓄冷剂融入箱体内，减少蓄冷剂吸冷释冷再装箱的过程及其时间，提高效率，节约时间，控制成本，提高精度，提升品质。此外将保温箱做大的同时，采用冰箱的制冷系统实现保温箱内部温度连续自动控制。

1.1 研究的目的与意义

随着生活水平的提高以及餐饮行业的发展，外卖作为餐饮行业一个新的利润增长点，在国外发达国家较为普遍，在国内也日渐普及。保温箱以其安全环保、保冷保热、携带方便的概念受到餐饮行业的广泛关注。由于包体的便携和款式的新颖，保温箱包在出现的短短的几年间， 便受到独特的青睐。

正是由于保温箱的创新性，保温箱逐渐出现在在医学和工业以及生活等其他应用领域中。比如往往会有一些药品或者工业原料需要保存在一个温度相对恒定的环境中，甚至许多名贵的瓜果蔬菜在运输过程中也需要保持新鲜，再比如，有些应用，如医学上的生物培养、婴儿，他们本身对培养环境的温度以及某个温度的保持时间就有很高的要求。因此，对保温箱的需求也越来越多。而且，在实际应用过程中，不同的应用场合和环境对保温箱的温度动态变化的范围要求不一。随着未来技术的发展，在越来越多场合，将会需要精度更高、种类更多的的保温箱．

超大型保温箱除满足上述保温效果外，不但大大增加了运输货物的容量，（常用保温箱的容积在200L以下，超大型保温箱在2000L左右）而且可增加折叠部分做成可折叠超大型保温箱，进一步增加了保温箱容积的灵活性。由于传统保温箱保温时间短、保温效果不好，因此通过保温箱内部结构的优化，合理分配含蓄冷剂在内的保温板的空间尺寸，设计多重保温层结构，可以满足保温时限要求达120小时甚至更久。在保温箱中加入有源空压机，通过PLC控制达到持续输冷的目的，从而解决了保温箱在外界温度处于动态状况下保温效果不佳的问题。此外在内外隔板之间挤压入挤压泡沫，在箱内增加真空板，在箱盖下加入密封圈从而增加箱内温度的稳定性，提高保温效果。此外保温箱内还设有温湿度自动检测系统，系统自动生成温湿度监测记录。

1.2超大型保温箱的国内外研究现状

市面常见普通保温箱的特点：如今的保温箱已具备六大特点：耐热耐冷、耐用、密封、保鲜、多功能性、环保。在日常生活中我们最常见的大部分保温箱分为泡沫保温箱、塑料保温箱、金属类保温箱、防水布质保温箱、木制质五大类，这些保温箱一般具备清洁方便、操作便捷、抗压等优点，但同时存在许多不足，比如泡沫类和塑料类保温箱，当物品温度高于一定时其中的有害物质将渗入到食物中，会对人的肝脏、肾脏及中枢神经系统等造成损害。而对于金属类、木质类保温箱，虽然造价便宜但过于笨重，不可拆卸，棱角容易划痕皮肤。

保温箱结构方面的国内研究现状。如江南大学的郭晓娟、钱静的研究^[1]。将实际所用保温箱用不同的球壳模型来表达,并借助ANSYS的热力学分析, 进行数值模拟, 分析了转换后的模型的保温时间以与实际保温箱保温时长的相对误差。 其研究表明当箱体中有一个内表面接近正方形, 且所有内尺寸中最大值与最小值的比值不超过 2 时, 采用与实际保温箱内体积相等、厚度相等的转化球壳模型, 最能真实地反映实际保温箱的传热过程。她们的研究成果为保温箱内部结构优化设计、降低保温箱包装成本提供了依据。北京市农林科学院的刘升研究^[2]的运输蓄冷型保温箱，在箱体以及箱盖内壁设有聚氨酯泡沫塑料层，并在聚氨酯泡沫塑料层内增加了真空隔热板。由于采用了隔热效果非常好的真空隔热板，极大地降低了聚氨酯泡沫塑料层的厚度，使得同样外形、同样体积的保温箱内部空间大增，并且保温箱的重量大减，保温效果也更好。以上研究主要是针对保温箱内部空间以及保温层结构。

保温箱结构方面的国外研究现状国外学者如Virginia Hall, Eric Geise, and Nasser H Kashou等人的研究^[3] 。他们在保温方面倾向于设计便捷式的耐用的保温箱体，其研究的育儿保温箱从基础结构、顶部和覆盖结构、加热系统和太阳能供热四个方面进行了改进，结构方面其比较了顶部为矩形和帐篷形的优缺点，矩形保温箱使用轻质坚硬材料使其耐用性增加的同时加大了成本，另一种帐篷形保温箱机械结构稳定但是箱体边缘散热严重。