[发明专利]一种热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统及方法

说明书

一种热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统及方法，系统包括机架以及通过机架进行固定的形状记忆合金热驱动器与压电能量回收装置；所述的形状记忆合金热驱动器包括高温热源与常温热汇，以及能够分别连接高温热源与常温热汇而发生相变的形状记忆合金；所述的压电能量回收装置包括通过机械耦合装置与形状记忆合金相连的压电材料，压电材料在应力驱动下由于正压电效应产生电压，产生的电压再通过导线传递到电路单元，经过电路单元处理后将能量存储在储能单元。本发明热能回收系统应用于热电发电机，可以有效实现低品位热能的回收，同时，形状记忆合金与高温热源、常温热汇的连接形式灵活，机械耦合装置也可以设置为多种形式，使用便捷。

技术领域

本发明属于能量回收技术领域，具体涉及一种热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统及方法。

背景技术

据调研，在400K以下的低温区的能量需求与1300K以上的高温区的能量需求相当，并列第一，而市售或即将推向市场的热电发电机的工作温度区域未能覆盖330K～390K这一具有大量能量的温区，如何在100℃以下温度进行低品位热能回收是一个关键性问题。

形状记忆合金热驱动技术利用热加载和热卸载使固态形状记忆合金内部发生马氏体相与奥氏体相之间的相变，对应的应变变化产生的位移即可用于驱动物体，以此将热能转化为机械能，而压电技术是指通过压电材料的正压电效应高效地将机械能转化为电能，因此可以利用形状记忆合金和压电材料之间的应变耦合，将形状记忆合金热驱动器的输出机械能转化为电能。目前尚无形状记忆合金热驱动器与压电能量回收装置耦合的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统及方法，利用形状记忆合金在热加载和热卸载下发生马氏体相变输出应力，从而为压电能量回收装置提供驱动力，使其产生正压电效应输出电压，实现热能到电能的转换。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统，包括机架以及通过机架进行固定的形状记忆合金热驱动器与压电能量回收装置；

所述的形状记忆合金热驱动器包括高温热源与常温热汇，以及能够分别连接高温热源与常温热汇而发生相变的形状记忆合金；

所述的压电能量回收装置包括通过机械耦合装置与形状记忆合金相连的压电材料，压电材料在应力驱动下由于正压电效应产生电压，产生的电压再通过导线传递到电路单元，经过电路单元处理后将能量存储在储能单元。

作为本发明热能回收系统的一种优选方案，所述形状记忆合金热端的相变温度高于冷端的相变温度，所述高温热源的温度高于形状记忆合金热端的奥氏体终止温度，所述形状记忆合金热端的马氏体终止温度大于冷端的奥氏体终止温度，所述常温热汇的温度低于形状记忆合金冷端的马氏体终止温度且高于形状记忆合金的奥氏体终止温度。

作为本发明热能回收系统的一种优选方案，所述形状记忆合金热驱动器通过热交换流体管路实现形状记忆合金分别连接高温热源与常温热汇，所述热交换流体管路上设置有双向阀。

作为本发明热能回收系统的一种优选方案，所述双向阀控制热交换流体管路中流体的流动，通过改变流体流动方向实现周期性换热；所述形状记忆合金热驱动器的运行包括以下两个过程：第一个过程内，双向泵使热交换流体从高温热源经形状记忆合金流向常温热汇，完成换热流体从高温热源吸热，向形状记忆合金散热的过程，在该过程中，形状记忆合金在温度驱动下发生由马氏体相向奥氏体相的相变，从而产生收缩应力；第二个过程内，双向泵使热交换流体从常温热汇经形状记忆合金流向高温热源，完成换热流体向常温热汇散热，从形状记忆合金吸热的过程，在该过程中，形状记忆合金在温度驱动下发生由奥氏体相向马氏体相的相变，从而恢复到原始状态。