本发明属于制冷循环技术领域，更具体地，涉及一种冷链车余热增效无机械泵压缩-喷射制冷循环系统及方法。
背景技术：
在现代物流业中，为了满足高端物流行业的服务需求，冷链运输系统着力于实现所运输的产品从生产基地到销售客户之间的全流程冷冻保鲜运输服务，而冷链运输技术的关键核心技术是车载冷冻冷藏系统，同时车载冷冻冷藏系统的关键核心技术是制冷技术。在现行的冷链车载制冷系统中，通常采用的是常规的蒸气压缩制冷循环，而冷链车载冷冻冷藏系统则分为两种类型，分别是独立式的由发电机提供电能直接驱动的蒸气压缩制冷系统，另一种是非独立式的由发动机轴功率驱动的蒸气压缩制冷系统。两者虽然形式不同，但制冷系统耗能的直接来源是作为高品位能源的电能或者机械能，电能来自于冷链车的发电机，机械能来源于发动机轴功率的消耗，即两者均是通过消耗冷链车的燃油来供能，这就导致冷链车的制冷系统不可避免的要与冷链车的发动机竞争燃油，从而导致其续航能力下降，降低冷链车整体的运输效率。
在冷链车的正常行驶过程中，发动机排放的尾气携带有大量的可利用的热量，称之为余热，该发动机尾气携带的热能相当于燃油提供的总能量的50％左右，而这部分余热所携带的低品位的热能大多未经过充分利用便直接被排放到大气中，导致能量利用效率的下降。如果冷链车载冷冻冷藏系统能够最大化的利用这部分尾气中所携带的余热，一方面可以有效减少冷链车整体的燃油消耗，另一方面可以提高车载冷冻冷藏系统的续航能力和制冷能力，大幅度地提高能源使用效率。因此，需研究设计一种制冷循环系统，以充分利用尾气余热，提高能源利用率，冷冻冷藏系统的续航能力和制冷能力。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种冷链车余热增效无机械泵压缩-喷射制冷循环系统及方法，其直接利用低品位的能源-发动机尾气的余热作为能量来源，利用增效压缩的原理为制冷剂循环提供动力，减少冷链车在长途运输过程中制冷系统供应给压缩机的电能或机械能损耗，并且以增压喷射器替代制冷剂泵等运动部件，进一步减少能量损耗，使得冷链车整体燃油消耗大大下降，极大地提高其续航能力，增大车载冷冻冷藏系统制冷量的同时节约系统运行成本，提高系统整体能量利用效率，适用于冷链车载冷冻冷藏系统中。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种冷链车余热增效无机械泵压缩-喷射制冷循环系统，其包括蒸气压缩制冷循环模块和无机械泵喷射制冷循环模块，其中：
所述蒸气压缩制冷循环模块包括压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器，制冷剂首先经压缩机压缩，然后经冷凝器冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体经节流器节流降压后进入蒸发器吸热蒸发变成制冷剂蒸气，该制冷剂蒸气返回至压缩机中以完成蒸气压缩制冷循环；
所述无机械泵喷射制冷循环模块包括发生器、喷射器和增压喷射器，其中制冷剂在发生器中被冷链车发动机尾气余热加热变为制冷剂蒸气，该制冷剂蒸气分为两路，其中一路制冷剂蒸气经单向阀流动至喷射器作为动力蒸气引射来自蒸发器出口的制冷剂蒸气，并与之混合后送入冷凝器中冷凝获得制冷剂液体，该制冷剂液体一部分经节流器节流降压后送入蒸发器中吸热蒸发，另一部分经电磁阀ⅱ被增压喷射器吸入；另一路制冷剂蒸气经电磁阀ⅲ流动至增压喷射器入口，作为动力蒸气引射来自冷凝器出口的部分制冷剂液体，并与之混合后形成制冷剂湿蒸气，该制冷剂湿蒸气在增压喷射器的作用下克服流动阻力回流至发生器中以完成无机械泵蒸气喷射制冷循环。
作为进一步优选的，蒸发器的出口与喷射器入口之间设置有电磁阀ⅰ。
作为进一步优选的，该制冷循环系统具有三种工作模式，包括蒸气压缩制冷循环模式、无机械泵蒸气喷射制冷循环模式以及蒸气压缩和无机械泵蒸气喷射复合制冷循环模式。
作为进一步优选的，制冷循环系统能够自由切换三种工作模式，当打开压缩机，并关闭电磁阀ⅰ、电磁阀ⅱ和电磁阀ⅲ时，制冷循环系统实现蒸气压缩制冷循环模式；当关闭压缩机，并打开电磁阀ⅰ、电磁阀ⅱ和电磁阀ⅲ时，制冷循环系统实现无机械泵蒸气喷射制冷循环模式；当压缩机、电磁阀ⅰ、电磁阀ⅱ和电磁阀ⅲ均打开时，制冷循环系统实现蒸气压缩和无机械泵蒸气喷射复合制冷循环模式。
作为进一步优选的，蒸发器出口的制冷剂蒸气的温度及压力低于压缩机出口的制冷剂蒸气的温度及压力。
作为进一步优选的，增压喷射器用于对制冷剂湿蒸气进行增压喷射，增压大小由克服的流动阻力确定。
按照本发明的另一方面，提供了一种冷链车余热增效无机械泵压缩-喷射制冷循环方法，其中制冷剂经压缩机压缩后冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体经节流降压后在蒸发器中吸热蒸发变成制冷剂蒸气，制冷剂蒸气返回至压缩机中以完成蒸气压缩制冷循环；制冷剂在发生器中被冷链车发动机尾气余热加热变为制冷剂蒸气，该制冷剂蒸气分为两路，其中一路制冷剂蒸气与来自蒸发器出口的制冷剂蒸气进行混合，然后冷凝成制冷剂液体，该制冷剂液体一部分送入蒸发器中进行吸热蒸发，另一部分送入增压喷射器中，并与另一路制冷剂蒸气混合形成制冷剂湿蒸气，该混合液体回流至发生器中以完成无机械泵蒸气喷射制冷循环。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明在冷链车常规的蒸气压缩制冷循环的基础上，设置以发动机尾气余热为能源的无机械泵喷射制冷循环，其能源完全来源于尾气的余热，不需要任何其他外来能源的供应，从而可以极大地提高系统的制冷能力而不损耗燃油等能源，提高冷链车的能源利用效率和续航能力。
2.本发明的制冷循环中由于蒸气喷射循环的引入以及增压喷射器的应用，在减少运动部件的同时，进一步减少电能或者机械能的损耗，大大减少在冷链车正常行驶过程中的燃油消耗，并几乎实现行驶过程中制冷系统无运动部件和耗能部件的运转，极大提高冷链车的续航能力和系统稳定性，降低冷链车运输途中的整体能耗，提高能源利用效率，提其冷链车载冷冻冷藏制冷系统的运行效率
3.本发明以增压喷射器的引流混合作用，使制冷剂加压，减少动力损失和能量消耗，进一步提高能量的利用率和系统的稳定性；
4.本发明的制冷循环系统以在三种工作模式下自由切换，以满足不同工况要求下的制冷负荷需求，并一定程度上由于压缩机工作负荷的减少降低装配成本。
5.本发明的制冷循环系统可以由电能或者发动机轴直接驱动，也可以在冷链车正常行驶过程中，由发动机尾气余热直接驱动以作为冷量补偿，也可以在冷链车停车时两者联合驱动以制取较大冷量，实现三种不同的工作模式，系统结构简洁，易于调控。
附图说明
图1是本发明实施例提供的冷链车余热增效无机械泵压缩-喷射制冷循环系统的结构示意图；
图2是增压喷射器的流动原理图。
图中，1.压缩机；2.电磁阀ⅰ；3.蒸发器；4.节流器；5.冷凝器；6.电磁阀ⅱ；7.增压喷射器；8.电磁阀ⅲ；9.排气管；10.发生器；11.喷射器；12.单向阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
现有的冷链车载冷冻冷藏系统大多只采用由电能或者机械能驱动的单级蒸气压缩制冷循环，而电能和机械能都属于高品位的能源，最终都来源于冷链车自带的燃油消耗，这将导致制冷系统不可避免地要与动力系统竞争燃油，导致冷链车燃油消耗量增大，亦或是整体运输效率的下降。同时，在冷链车运输过程中的不同阶段，其制冷负荷的需求是有较大差异的，而为了满足现代高端物流服务的需求，必须配备在运输阶段中能够满足其最大制冷负荷需求供应的制冷系统，从而以保障全流程冷冻冷藏服务。
冷链车载物流的整个环节可以分为以下几个阶段：新鲜食品或者冷冻食品的装车阶段、食品运输阶段、食品卸货阶段，其对应的制冷负荷各有差异。在新鲜食品或者冷冻食品的装车阶段，为了提高食品的保鲜质量，必须使食品快速地从常温降低至保鲜温度，故需要相对较大的制冷负荷；而在食品的运输阶段，由于食品已经冷却到了所需要的保鲜温度，制冷系统只需要维护食品温度的稳定，在视外界条件不变的情况下，制冷负荷量一般会有所减少；而在卸货阶段，由于冷库门的打开和空气的扰动，所以外界影响的介入也会使得制冷负荷需求有所上升。
对于常规的单级蒸气压缩制冷循环，需要按照最大负荷来配置制冷系统，使得系统总体成本增加，系统体积和重量增大，而由于制冷系统同时必然要与发动机竞争燃油，且未将尾气余热充分利用便排放至大气，必然导致整车续航能力下降、能源利用率降低。而对于一些常规的余热增效压缩循环，由于制冷剂泵等动力部件的加入，必然依旧要消耗相应的电能等高品位的能源，同时增加运行过程中的不稳定性和必然的消耗，其能源利用效率依旧有所欠缺。
本发明针对以上缺点，采用蒸气压缩结合无机械泵喷射制冷循环，并同时以增压喷射器代替制冷剂泵等相应部件，可以有效解决以上问题。本循环中可以有效利用发动机尾气的余热来增加制冷负荷，并且系统可以自由工作在蒸气压缩制冷模式、蒸气喷射无泵制冷模式，蒸气压缩-蒸气喷射无泵制冷模式。三种模式可以根据冷链车载冷冻冷藏系统各个阶段不同的制冷负荷而切换运行，极大地提高系统的能源利用效率，且进一步减小压缩机的工作负荷从而节约系统成本。
本发明所提出的使用于冷链车的余热增效压缩-增压喷射无泵制冷循环系统的结构示意图如图1所示，该制冷循环系统包括蒸气压缩制冷循环模块和无机械泵喷射制冷循环模块，其中，蒸气压缩制冷循环模块用于实现蒸气压缩制冷循环，无机械泵喷射制冷循环模块用于实现无机械泵喷射制冷循环，并且通过两个模块的配合可实现蒸气压缩-蒸气喷射无泵制冷复合制冷循环。
如图1所示，蒸气压缩制冷循环模块包括压缩机1、蒸发器3、节流器4和冷凝器5，用于制冷循环的制冷剂填充在各部件以连接各部件的管道中，其中制冷剂首先经压缩机1压缩然后经冷凝器5冷凝成制冷剂液体，压缩后变成高温高压状态，制冷剂液体进入蒸发器3进行吸热蒸发变成制冷剂蒸气，制冷剂蒸气返回至压缩机1中，以此完成蒸气压缩制冷循环。即制冷剂蒸气返回至压缩机1后，再次被压缩机1压缩然后经冷凝器冷凝成制冷剂液体，然后进入蒸发器变成制冷剂蒸气并返回压缩机，即重复循环上述过程，完成蒸气压缩制冷循环。具体的，冷凝器5的出口与蒸发器3入口之间设置有节流器4，使得制冷剂液体经节流器节流降压后送入蒸发器中。
如图1所示，无机械泵喷射制冷循环模块包括发生器10、喷射器11和增压喷射器7，其中制冷剂在发生器10中被冷链车发动机尾气余热加热变为制冷剂蒸气，制冷剂蒸气温度为70℃-90℃，压力为3000kpa-4500kpa，该制冷剂蒸气在发生器出口进行分流，其中一路制冷剂蒸气经单向阀12流动至喷射器11进行喷射，并与来自蒸发器3出口的制冷剂蒸气进行混合，然后送入冷凝器5中冷凝获得制冷剂液体，该制冷剂液体一部分经节流器节流降压后送入蒸发器3中进行吸热蒸发，另一部分经电磁阀ⅱ6送入增压喷射器7中；而发生器10中分流后产生的另一路制冷剂蒸气经电磁阀ⅲ8流动至增压喷射器7入口，并与进入增压喷射器7的制冷剂液体混合形成制冷剂湿蒸气，该制冷剂湿蒸气在增压喷射器的作用下回流至发生器10中以完成无机械泵喷射制冷循环。回流至发生器的制冷剂湿蒸气同样被冷链车发动机尾气余热加热变为制冷剂蒸气，制冷剂蒸气同样分流，即重复上述过程，实现无机械泵喷射制冷循环。其中，发生器10安装在发动机的排气管9内，以实现尾气余热的利用。
具体的，蒸发器3的出口与喷射器11入口之间设置有电磁阀ⅰ2。其中，制冷剂为r401a、r22或r407c等适用于汽车制冷空调的对应制冷剂。增压喷射器用于对制冷剂气液两相进行增压喷射，增压喷射器出口的制冷剂气液两相的压力比增压喷射器入口的制冷剂气体压力高，具体增压的量可由需克服的流动阻力确定，使得增加的压力可克服流动阻力，使制冷剂湿蒸气能够顺利进入发生器完成循环。
通过上述结构的蒸气压缩制冷循环模块和无机械泵喷射制冷循环模块的相互配合，使得制冷循环系统具有三种工作模式，分别为蒸气压缩制冷循环模式(机械能或电能驱动模式)、无机械泵喷射制冷循环模式(尾气余热驱动模式)以及蒸气压缩和蒸气喷射无泵复合制冷循环模式(尾气余热和电能或机械能复合驱动模式)，这三种工作模式可自由切换，以适应冷冻冷藏系统各个阶段对制冷负荷的要求。
其中，通过打开压缩机1，并关闭电磁阀ⅰ2、电磁阀ⅱ6和电磁阀ⅲ8，使得制冷循环系统实现蒸气压缩制冷循环模式，此时蒸气压缩制冷循环模块工作，无机械泵喷射制冷循环模块不工作，系统的工作部件为压缩机1、冷凝器5、节流器4和蒸发器3，其工作原理和常规的蒸气压缩制冷循环一样，制冷剂经压缩机1压缩后变成高温高压状态，再经冷凝器5与外界条件换热进行冷凝，变为制冷剂液体，再经节流器4节流后，进入蒸发器3换热以达到制取冷量的目的，再被压缩机吸气口吸入形成一个完整的循环。
通过关闭压缩机1，并打开电磁阀ⅰ2、电磁阀ⅱ6和电磁阀ⅲ8，使得制冷循环系统实现无机械泵喷射制冷循环模式，此时蒸气压缩制冷循环模块不工作，无机械泵喷射制冷循环模块工作，制冷剂在发生器10中，被发动机尾气的余热加热变为高温高压的蒸气，高温高压蒸气在发生器出口进行分流，其中一路制冷剂蒸气经单向阀12流动至喷射器11进行喷射，并与来自蒸发器3出口的制冷剂蒸气由喷射器引流而进行混合然后送入冷凝器5中，发生器10中分流后的产生另一路制冷剂蒸气经电磁阀ⅲ8流动至增压喷射器7入口；而冷凝器5与外界环境换热使得制冷剂冷凝成液体后，在冷凝器出口制冷剂液体分流为两部分，一部分经节流器4节流后进入蒸发器3制取系统所需的冷量，另一部分经电磁阀ⅱ6被增压喷射器7引射吸入，与之前经电磁阀ⅲ8到增压喷射器7入口的制冷剂蒸气混合，以增压喷射器取代制冷机泵的作用，使两者混合后形成压力升高的制冷剂湿蒸气，再流通至发生器10入口，从而完成循环。
其中，增压喷射器的流动原理如图2所示，在增压喷射器中，高温蒸气通过蒸气喷嘴流动至混合喷嘴处，并与被引射的低温液体混合，一同进入喉部，并经由扩压段的作用扩压后以气液两相状态流出，如图2所示，蒸气出口的压力值相较于蒸气入口的压力值更大，其压力变化趋势如图2中的压力曲线所示。因此，增压喷射器可以替代制冷剂泵等动力部件，达到给制冷剂加压的作用，从而进一步减少电能或者机械能的损耗并增大系统的稳定性。
当制冷负荷需求较大时，系统可以打开压缩机1，电磁阀ⅰ、电磁阀ⅱ、电磁阀ⅲ也均打开，使得压缩制冷循环和喷射制冷无泵循环同时运行，即系统工作在尾气余热和电能或机械能复合驱动模式，此时蒸发器出口的制冷剂蒸气一部分被压缩机吸入进行压缩，再进入冷凝器，另一部分被喷射器吸入喷射后再进入冷凝器，从而使得制冷剂循环量大大提高，使得系统的制冷量也相应提高。
下面以制冷剂r22为例，对本发明的制冷循环系统的工作过程进行说明。
在蒸气压缩制冷循环和无机械泵蒸气喷射制冷循环均开启的工况下，发动机尾气温度一般在200℃以上，制冷剂在发生器中与发动机尾气进行换热，产生温度为80℃、压力为3664kpa的高温高压制冷剂蒸气，同时制冷剂蒸气在发生器出口进行分流；其中一股制冷剂蒸气即通过喷射器与蒸发器出口的温度为13℃、压力为745kpa的制冷剂蒸气混合，并在冷凝器入口与压缩机出口的温度为75℃、压力为3318kpa的制冷剂蒸气再次混合，经冷凝器冷凝后成为温度为45℃、压力为1729kpa的制冷剂液体，并在冷凝器出口侧进行分流，一股制冷剂液体经节流结构节流降压后成为温度为5℃、压力为584kpa的制冷剂湿蒸气，并进入蒸发器蒸发吸热，获得温度为13℃、压力为745kpa的制冷剂蒸气，进而回流至压缩机进口和喷射器的一端进口；而冷凝器出口的另外一股制冷剂蒸气则在增压喷射器中被发生器出口分流后产生的温度为80℃、压力为3664kpa的高温高压制冷剂蒸气作为动力蒸气引射，充分混合后获得温度为60℃左右、压力为3900kpa左右的制冷剂湿蒸气，进而克服管道的沿程阻力，进入发生器与发动机尾气进行换热，从而完成一个完整的循环。
而当只存在蒸气压缩制冷循环或者无机械泵蒸气喷射循环时，各结构部件进出的压力、温度与上述工况参数大致相等。即当三个电磁阀阀门均关闭时，系统内只存在蒸气压缩制冷循环，制冷剂在压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器四个部件之间流动换热，完成一个基本的制冷循环；而当三个电磁阀阀门均开启且压缩机关闭时，系统内只存在无机械泵蒸气喷射制冷循环，蒸发器出口的制冷剂蒸气则全部流动至喷射器入口，与发生器出口的温度为80℃、压力为3664kpa的高温高压制冷剂蒸气混合，再进入冷凝器换热，其余热力学过程与蒸气压缩制冷循环和无机械泵蒸气喷射制冷循环均开启时的工况大致相同。
总体而言，本发明提出的适用于冷链车载冷冻冷藏系统的余热增效压缩-增压喷射无泵制冷循环可以有效利用发动机尾气的余热，甚至当系统工作在单独尾气余热驱动模式时，系统的制冷量完全由发动机尾气的余热提供，没有任何需要电能或者机械能供应的耗能设备，即在增加了系统制冷能力的同时，又因为减少制冷机泵等动力部件，从而极大地提高了能量利用效率，减少冷链车整车的燃油消耗，并增加了系统的稳定性，提高了其续航能力。同时，系统可以在三种模式下自由切换，以符合在不同制冷负荷要求下的需求，且由于余热增效压缩在系统中的加入，只需要增加发生器、喷射器和阀门，相比于常规的蒸气压缩制冷循环，即可以在同时满足最大制冷负荷要求下，进一步减小压缩机的规格要求和工作负荷，从而一定程度上降低装配成本和极大地降低运行成本。
本发明的循环不仅配备了常规的蒸气压缩制冷循环部分，还增加了无任何耗能、无运动部件的完全以热能驱动的无机械泵蒸气喷射制冷循环部分，使得整个系统可以将蒸气压缩制冷循环和无机械泵喷射制冷循环相互耦合，即制冷系统可以选择由发电机提供的电能或者发动机提供的机械能直接驱动，或者单独以发动机尾气的余热驱动，或是两者联合驱动。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。