CN111426098B - 一种热驱动型弹热热泵循环方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种热驱动型弹热热泵循环方法及系统，系统包括中温驱动组记忆合金、高温热泵组记忆合金以及中温热源、高温热汇、常温热汇三个热源；高温热泵组记忆合金的奥氏体终止温度Taf2低于中温热源的温度Tg，但Taf2高于中温驱动组记忆合金的奥氏体终止温度Taf1，中温驱动组记忆合金的马氏体终止温度Tmf1高于常温热汇的温度Tc；中温驱动组记忆合金与高温热泵组记忆合金之间通过机械耦合部件相连。中温驱动组形状记忆合金从一个温度为Tg的低品位中温热源吸热，向温度为Tc的常温热汇排热，为热泵组形状记忆合金提供驱动力，使其将温度为Tg的中温热源的热量释放至温度为Th的高温热汇，实现低品位热能品位的提升。

Description

一种热驱动型弹热热泵循环方法及系统
技术领域
本发明属于热能处理领域，具体涉及一种热驱动型弹热热泵循环方法及系统。
背景技术
能源紧缺和环境污染已经成为我国发展过程中一个不可忽视的问题。我国工业领域的能源消耗约占全国能源消耗总量的70％，除了由于生产工艺不够成熟、产能结构不合理、粗放式发展等因素以外，工业余热的利用率偏低，能源没有得到充分合理的利用是造成能耗偏高的重要原因。据调查，我国各行业的余热总资源约占燃料消耗总量的17％～67％，其中，可回收余热约占其总量的60％。工业余热的回收是非常有意义和前景的领域。工业余热的温度普遍低于100℃，除了降低品位为民用供热外，还有一条回收的重要途径就是对低品位的工业余热进行增效升温。其中，第二类吸收式热泵是实现这种低品位热增效的核心技术，可以将低品位的余热转化为较高品位的热能从而供再次利用，以达到节能和消除热污染的目的。
第二类吸收式热泵利用中温热源驱动，借助其与低温热源的势差，将另外一部分中温热提升到较高的温度，实现能量品位的提升。其性能系数一般小于1。第二类吸收式热泵存在系统较为复杂，成本较高，维护费用较高并且存在设备腐蚀的情况。其工质除水系外，对环境有污染风险。在此大背景下，弹热制冷技术是近年来被提出的一种环境友好的、具有较大性能潜力的一种替代制冷技术。基于弹热原理的增效型热泵系统理论上可以实现比第二类吸收式热泵更优越的性能。但具体如何将其应用于增效型热泵系统当中，仍然没有相应的方案。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中工业余热通过增效升温再利用效率不高的问题，提供一种热驱动型弹热热泵循环方法及系统，能够更好地利用低品位热能。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种热驱动型弹热热泵循环方法，包括以下步骤：
第一过程：中温驱动组记忆合金由温度为Tg的中温热源加热，通过机械耦合部件向高温热泵组记忆合金提供加载过程所需的驱动力；高温热泵组记忆合金被中温驱动组记忆合金加载相变为马氏体，相变过程温度升高到高温热汇的温度Th以上；
第二过程：中温驱动组记忆合金保持Tg温度输出驱动力，同时将高温热泵组记忆合金的热量排入高温热汇，实现高品位热能的输出；
第三过程：中温驱动组记忆合金被温度为Tc的常温热汇冷却，从奥氏体变回马氏体，通过机械耦合部件卸载高温热泵组记忆合金，该卸载相变过程中高温热泵组记忆合金的温度降低到低于中温热源温度Tg；
第四过程：高温热泵组记忆合金被温度为Tg的中温热源加热。
所述高温热泵组记忆合金的奥氏体终止温度Taf2低于中温热源的温度Tg，但Taf2高于中温驱动组记忆合金的奥氏体终止温度Taf1，中温驱动组记忆合金的马氏体终止温度Tmf1高于常温热汇的温度Tc。
本发明还提供一种实现上述热驱动型弹热热泵循环方法的热泵系统，包括中温驱动组记忆合金、高温热泵组记忆合金以及中温热源、高温热汇、常温热汇三个热源；
所述高温热泵组记忆合金的奥氏体终止温度Taf2低于中温热源的温度Tg，但Taf2高于中温驱动组记忆合金的奥氏体终止温度Taf1，中温驱动组记忆合金的马氏体终止温度Tmf1高于常温热汇的温度Tc；中温驱动组记忆合金与高温热泵组记忆合金之间通过机械耦合部件相连，中温驱动组记忆合金与高温热泵组记忆合金分别通过管路与三个热源相连；
所述的中温驱动组记忆合金的一端与机械耦合部件连接固定，另一端与机架连接固定；高温热泵组记忆合金一端与机械耦合部件连接固定，一端与机架连接固定；
通过机架来约束中温驱动组记忆合金和高温热泵组记忆合金的总长度。
作为所述热泵系统的一种优选方案：中温驱动组记忆合金与常温热汇之间的管路上设置第二三通阀，第二三通阀经管路连接中温热源；中温驱动组记忆合金还依次通过第二循环泵以及第三三通阀分别连接常温热汇和中温热源；高温热泵组记忆合金与高温热汇之间的管路上设置第四三通阀，第四三通阀经管路连接中温热源；高温热泵组记忆合金还依次通过第一循环泵和第五三通阀分别连接高温热汇和中温热源。
作为所述热泵系统的一种优选方案：
中温驱动组记忆合金与常温热汇之间的管路上设置第二三通阀，第二三通阀经管路连接中温热源；中温驱动组记忆合金还依次通过第二循环泵以及第三三通阀分别连接常温热汇和中温热源；高温热泵组记忆合金运行主动回热式热泵循环，热端与高温热汇连接，在其冷端经四通阀、第一循环泵与中温热源连接，四通阀具有两种连通模式，当高温热泵组记忆合金相变升温需要排热时，热交换流体从中温热源经四通阀、第一循环泵、四通阀进入高温热泵组记忆合金，吸热后进入高温热汇；当高温热泵组记忆合金相变降温需要吸热时，热交换流体从高温热汇被吸入高温热泵组记忆合金，经四通阀、第一循环泵、四通阀进入中温热源。
作为所述热泵系统的一种优选方案：
中温驱动组记忆合金与常温热汇之间的管路上设置第二三通阀，第二三通阀经管路连接中温热源；中温驱动组记忆合金还依次通过第二循环泵以及第三三通阀分别连接常温热汇和中温热源；高温热泵组记忆合金运行主动回热式热泵循环，热端与高温热汇连接，在其冷端经四通阀、第一循环泵以及第一三通阀分别与中温热源或中温驱动组记忆合金连接；
所述的四通阀具有两种连通模式：
当高温热泵组记忆合金相变升温需要排热时，热交换流体从中温热源依次经中温驱动组记忆合金、第一三通阀、四通阀、第一循环泵以及四通阀进入高温热泵组记忆合金，吸热后进入高温热汇；当高温热泵组记忆合金相变降温需要吸热时，热交换流体从高温热汇被吸入高温热泵组记忆合金依次经四通阀、第一循环泵、四通阀、第一三通阀进入中温热源。
作为所述热泵系统的一种优选方案：
中温驱动组记忆合金通过第一单向阀连接中温热源，中温驱动组记忆合金与第二三通阀之间设置第二单向阀；通过第二三通阀、第三三通阀、第二单向阀和第二循环泵实现中温驱动组记忆合金与中温热源的连通换热、中温驱动组记忆合金与常温热汇连通换热两种模式。
作为所述热泵系统的一种优选方案：所述的高温热泵组记忆合金通过压缩应力、拉伸应力、扭转应力，或上述驱动加载应力形式的组合来实现从奥氏体至马氏体的相变，并且去掉上述驱动加载应力之后，可以从奥氏体变回马氏体，获得制冷能力；高温热泵组记忆合金的驱动加载应力由中温驱动组记忆合金在受热并且由马氏体相变为奥氏体的过程中提供，利用形状记忆效应，中温驱动组记忆合金在受热时提供压缩应力、拉伸应力或扭转应力。
作为所述热泵系统的一种优选方案：所述的机械耦合部件为传递线性拉伸力、线性压缩力、扭转扭矩的零件，或是将中温驱动组记忆合金的线性拉伸力、线性压缩力、扭转扭矩转化为高温热泵组记忆合金所需的上述任何一种驱动力的装置。
作为所述热泵系统的一种优选方案：
中温热源为温度为Tg的固体或者密闭的中温流体，或者为与中温流体接触的板式换热器、板翅式换热器、管翅式换热器、微通道换热器以及管壳式换热器当中的任意一种；所述中温热源的热量来源包括太阳能、地热、汽车发动机或排气的余热、工业余热、电子产品余热。
相较于现有技术，本发明具有如下的有益效果：采用了一组马氏体终止温度Tmf1高于常温热汇温度Tc(即室温)，并且奥氏体终止温度Taf1低于中温热源温度Tg的记忆合金作为中温驱动组记忆合金。采用了一组奥氏体终止温度Taf2同样低于中温热源温度Tg但Taf2高于Taf1的记忆合金作为高温热泵组记忆合金。利用低品位的中温热源为中温驱动组记忆合金供热并通过常温热汇使中温驱动组记忆合金散热，使其能够周期性地为高温热泵组记忆合金提供驱动力，使高温热泵组记忆合金能够将热量从中温热源提升至温度为Th(高于Tg)的高温热汇，达到中温热源品位提升的目标。本发明采用中温驱动组记忆合金作为驱动器替代了以往采用专门电机驱动的方式，不仅有驱动组与热泵组质量比小的优点，亦有中温驱动组记忆合金可以被60℃左右的热源驱动，从而使系统可以更好地利用低品位热能，例如太阳能、地热、汽车余热、工业余热、电子产品余热等。与现有热驱动弹热制冷技术比较，本发明具有一个中温热源和一个高温热汇、一个处于室温的常温热汇，能够实现将60℃左右的低品位热源增效成为100℃以上的热能加以利用，这与通过60～80℃的低品位热源驱动制冷的形式不同。
附图说明
图1在温度-应力相图上表征的本发明原理图；
图2单级热泵的热驱动型弹热热泵系统流体循环示意图；
图3第一种主动回热式循环的热驱动型弹热热泵系统流体循环示意图；
图4第二种主动回热式循环的热驱动型弹热热泵系统流体循环示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明热驱动型弹热热泵循环方法及系统中涉及的形状记忆合金(简称记忆合金)在热驱动下由马氏体变为奥氏体时提供应力应变的特性，以及记忆合金具有在应力驱动下由奥氏体相变为马氏体并放热、逆向相变吸热的特性。在记忆合金中，具有至少两个晶体结构(相)，即零应力时的高温相(奥氏体)和零应力时的低温相(马氏体)。
在本发明系统中，有两组记忆合金，分别为：一组中温驱动组记忆合金，其马氏体终止温度Tmf1高于常温热汇温度Tc(即室温)，并且奥氏体终止温度Taf1低于中温热源温度Tg，另一组高温热泵组记忆合金的奥氏体终止温度Taf2低于中温热源温度Tg但Taf2高于Taf1。驱动组记忆合金和制冷组记忆合金通过机械耦合连接，并通过机架约束其总长度。为了讨论方便，假设驱动组记忆合金和制冷组记忆合金的横截面一致，因此在相应约束条件下，驱动组记忆合金和与其连接的制冷组记忆合金的应力时刻相等，应变大小时刻相等，方向相反。
在图2所示的第一种实施方案中，中温驱动组记忆合金106通过第二三通阀105-2、第三三通阀105-3与常温热汇103或中温热源102相连通，这两个通路通过第二循环泵104-2驱动；高温热泵组记忆合金107通过第四三通阀105-4、第五三通阀105-5与高温热汇101或中温热源102相连通，这两个通路通过第一循环泵104-1驱动。循环分为4个过程：
第一过程：第二三通阀105-2和第三三通阀105-3调节至中温驱动组记忆合金106与中温热源102连通的模式，第二循环泵104-2启动，第一循环泵104-1关闭，中温驱动组记忆合金106从初始温度(A1)被加热至其奥氏体相变温度(A2)后，该记忆合金开始由马氏体相变为奥氏体(A2→A3)，并且发生收缩，应力增大，并且开始加载高温热泵组记忆合金107。由于中温热源温度Tg高于驱动组记忆合金的奥氏体终止温度Taf1，驱动组记忆合金相变结束之后温度继续升高(A3→A4)，驱动组记忆合金在奥氏体相变结束之后温度维持在Tg(A4)。热泵组记忆合金由中温驱动组记忆合金106提供加载应力被加载，从奥氏体变为马氏体，相变过程释放热量，温度升高；
第二过程：第四三通阀105-4和第五三通阀105-5调节至高温热泵组记忆合金107与高温热汇101连通的模式，第一循环泵104-1启动，高温热泵组记忆合金107将相变产生的热量全部排至高温热汇101，该记忆合金温度下降至高温热汇的温度。此阶段第二循环泵仍继续运行，中温驱动组记忆合金106继续提供驱动力(A4)。
第三过程：第二三通阀105-2和第三三通阀105-3调节至中温驱动组记忆合金106与常温热汇103连通的模式，第二循环泵104-2启动，第一循环泵104-1关闭，中温驱动组记忆合金106被冷却，当温度降低至马氏体相变温度时(A5)，中温驱动组记忆合金106开始由奥氏体变为马氏体(A5→A6)，温度与应力均降低，热泵组记忆合金开始被卸载。由于常温热汇温度Tc低于驱动组记忆合金的马氏体终止温度Tmf1，驱动组记忆合金相变结束之后温度继续降低(A6→A1)并维持在Tc(A1)。热泵组记忆合金由中温驱动组记忆合金卸载，从马氏体变为奥氏体，相变过程吸收热量，温度降低；
第四过程：第四三通阀105-4和第五三通阀105-5调节至高温热泵组记忆合金107与中温热源102连通的模式，第一循环泵104-1启动，第二循环泵104-2关闭，高温热泵组记忆合金107将相变产生的冷量全部传递至中温热源102，该记忆合金从中温热源吸热，温度上升至中温热源的温度，完成整个循环。
在图3所示的第二种实施方案中高温热泵组记忆合金采用了主动回热式循环，以达到增大热泵供热温差(定义为高温热汇温度与中温热源的温差，Th-Tg)，即在热泵组记忆合金存在Tg至Th的温度分布，靠近高温热汇101的是热端，温度接近Th(C1)，靠近中温热源102的是冷端，温度接近Tg(B1)。循环开始前中温驱动组记忆合金106由常温热汇中温度为Tc的常温流体冷却完毕，位于A1。循环包含下述四个过程：
第一过程：第二三通阀105-2和第三三通阀10-3调节至中温驱动组记忆合金106与中温热源102连通的模式，第二循环泵104-2启动，第一循环泵104-1关闭，中温驱动组记忆合金106从初始温度(A1)被加热至其奥氏体相变温度(A2)后，该记忆合金开始由马氏体相变为奥氏体(A2→A3)，并且发生收缩，应力增大，并且开始加载高温热泵组记忆合金。由于中温热源温度Tg高于驱动组记忆合金的奥氏体终止温度Taf1，驱动组记忆合金相变结束之后温度继续升高(A3→A4)，驱动组记忆合金在奥氏体相变结束之后温度维持在Tg(A4)。热泵组记忆合金由中温驱动组记忆合金106提供加载应力被加载(B1→B2，C1→C2)，当应力增加至马氏体相变应力时(B2，C2)，热泵组记忆合金开始由奥氏体变为马氏体(B2→B3，C2→C3)，相变过程放热，伴随其温度、应力同时增加。相变结束后应力继续增大(但此时温度不再上升)，直至达到最大应力状态(B4，C4)。
第二过程：第二三通阀105-2和第三三通阀105-3调节至中温驱动组记忆合金106与中温热源102连通的模式，第二循环泵104-2启动，中温驱动组记忆合金106保持Tg的温度(A4)。同时，四通阀110将第一循环泵104-1出口与高温热泵组记忆合金107连接，第一循环泵10-1开启工作，温度为Tg的中温流体自中温热源流出，流经四通阀110、第一循环泵104-1、四通阀110进入高温热泵组记忆合金107，从记忆合金吸热、流体升温后流入高温热汇。高温热泵组记忆合金107被冷却，且沿着流体的流动方向存在温度梯度，其中冷端(入口端)被冷却至Tg(B4→B5)，在控制流量合适的情况下，热端(出口端)被冷却至Th(C4→C5)。
第三过程：第二三通阀105-2和第三三通阀105-3调节至中温驱动组记忆合金106与常温热汇103连通的模式，第二循环泵104-2启动，第一循环泵104-1关闭，中温驱动组记忆合金106被冷却，当温度降低至马氏体相变温度时(A5)，中温驱动组记忆合金106开始由奥氏体变为马氏体(A5→A6)，温度与应力均降低，热泵组记忆合金开始被卸载。由于常温热汇103的温度Tc低于驱动组记忆合金的马氏体终止温度Tmf1，驱动组记忆合金相变结束之后温度继续降低(A6→A1)并维持在Tc(A1)。高温热泵组记忆合金107被卸载的过程中，应力持续降低至奥氏体相变临界应力(B5→B6，C5→C6)，热泵组记忆合金开始由马氏体相变为奥氏体(B6→B7，C6→C7)，相变过程吸热，伴随其温度、应力同时降低。相变结束后应力继续减小(但此时温度不再下降)，直至零驱动应力(B8、C8)。
第四过程：第二、第三三通阀关闭，第二循环泵104-2停止工作。四通阀110将第一循环泵104-1出口与中温热源102连接，第一循环泵104-1开启工作，完成高温供热的热交换流体自高温热汇流出，流经相变结束后温度降低了的高温热泵组记忆合金107，高温热泵组记忆合金107将相变吸收的冷量传入流体，通过四通阀110、第一循环泵104-1、四通阀110最终流回中温热源，温度降低了的流体从中温热源吸热使其温度重新达到Tg。高温热泵组记忆合金被107加热，且沿着流体的流动方向存在温度梯度，其中冷端被加热至Tg(B8→B1)，在控制流量合适的情况下，热端被加热至Th(C8→C1)。
第四过程结束后将返回第一过程开始下一个循环。
图4所示的第三种系统形式基本形式与附图3的方案类似，核心差别在于通过引入第一三通阀105-1、第一单向阀109-1和第二单向阀109-2及相应的管路，使得在第二种系统形式的第二过程仅需开启第一循环泵104-1即可实现中温驱动组记忆合金维持Tg温度和高温驱动组记忆合金向高温热汇排热两个功能，节约了第二循环泵104-2的能耗。除此之外第一过程、第三过程与上述方案一致。下面描述系统运行在循环的第二过程和第四过程具体步骤。
第二过程：第二循环泵104-2关闭，第二三通阀10-2、第三三通阀105-3关闭。第一三通阀105-1切换至中温驱动组记忆合金106与四通阀110连通的模式，四通阀110切换至第一循环泵104-1出口与高温热泵组记忆合金107连通的模式，第一循环泵104-1开启。温度为Tg的中温流体自中温热源流出，流经中温驱动组记忆合金106、第一三通阀105-1、四通阀110、第一循环泵104-1、四通阀110进入高温热泵组记忆合金107，从高温热泵组记忆合金107吸热、流体升温后流入高温热汇103。高温热泵组记忆合金107被冷却，且沿着流体的流动方向存在温度梯度，其中冷端(入口端)被冷却至Tg(B4→B5)，在控制流量合适的情况下，热端(出口端)被冷却至Th(C4→C5)。
第四过程：第二、第三三通阀关闭，第二循环泵104-2停止工作。第一三通阀105-1切换至中温热源与四通阀110连通的模式，四通阀110切换至第一循环泵104-1出口与第一三通阀105-1连通的模式，第一循环泵104-1开启。完成高温供热的热交换流体自高温热汇流出，流经相变结束后温度降低了的高温热泵组记忆合金107，高温热泵组记忆合金107将相变吸收的冷量传入流体，通过四通阀110、第一循环泵104-1、四通阀110、第一三通阀105-1最终流回中温热源102，温度降低了的流体从中温热源102吸热使其温度重新达到Tg。高温热泵组记忆合金107被加热，且沿着流体的流动方向存在温度梯度，其中冷端被加热至Tg(B8→B1)，在控制流量合适的情况下，热端被加热至Th(C8→C1)。
在本方案的四个过程当中，在第一、第二单向阀和第二、第三三通阀的共同作用下，常温热汇在不参与循环时，将会被切断流路，从而保证常温热汇中的热交换流体不与循环中的热交换流体发生掺混。
以上所述仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也属于权利要求书所划定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种热驱动型弹热热泵循环方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一过程：中温驱动组记忆合金(106)由温度为Tg的中温热源(102)加热，通过机械耦合部件(108)向高温热泵组记忆合金(107)提供加载过程所需的驱动力；
高温热泵组记忆合金(107)被中温驱动组记忆合金(106)加载相变为马氏体，相变过程温度升高到高温热汇(101)的温度Th以上；
第二过程：中温驱动组记忆合金(106)保持Tg温度输出驱动力，同时将高温热泵组记忆合金(107)的热量排入高温热汇(101)，实现高品位热能的输出；
第三过程：中温驱动组记忆合金(106)被温度为Tc的常温热汇(103)冷却，从奥氏体变回马氏体，通过机械耦合部件(108)卸载高温热泵组记忆合金(107)，该卸载相变过程高温热泵组记忆合金(107)的温度降低到低于中温热源温度Tg；
所述高温热泵组记忆合金(107)的奥氏体终止温度Taf2低于中温热源(102)的温度Tg，但Taf2高于中温驱动组记忆合金(106)的奥氏体终止温度Taf1，中温驱动组记忆合金(106)的马氏体终止温度Tmf1高于常温热汇(103)的温度Tc；
第四过程：高温热泵组记忆合金(107)被温度为Tg的中温热源(102)加热；
利用低品位的中温热源为中温驱动组记忆合金供热并通过常温热汇使中温驱动组记忆合金散热，使其能够周期性地为高温热泵组记忆合金提供驱动力，使高温热泵组记忆合金能够将热量从中温热源提升至温度为Th的高温热汇，达到中温热源品位提升的目标。
2.一种实现权利要求1所述热驱动型弹热热泵循环方法的热泵系统，其特征在于：包括中温驱动组记忆合金(106)、高温热泵组记忆合金(107)以及中温热源(102)、高温热汇(101)、常温热汇(103)三个热源；所述高温热泵组记忆合金(107)的奥氏体终止温度Taf2低于中温热源(102)的温度Tg，但Taf2高于中温驱动组记忆合金的奥氏体终止温度Taf1，中温驱动组记忆合金的马氏体终止温度Tmf1高于常温热汇(103)的温度Tc；中温驱动组记忆合金(106)与高温热泵组记忆合金(107)之间通过机械耦合部件(108)相连，中温驱动组记忆合金(106)与高温热泵组记忆合金(107)分别通过管路与三个热源相连；中温驱动组记忆合金(106)的一端与机械耦合部件(108)连接固定，另一端与机架(113)连接固定；高温热泵组记忆合金(107)一端与机械耦合部件(108)连接固定，一端与机架(113)连接固定，通过机架(113)来约束中温驱动组记忆合金(106)和高温热泵组记忆合金(107)的总长度。
3.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：
中温驱动组记忆合金(106)与常温热汇(103)之间的管路上设置第二三通阀(105-2)，第二三通阀(105-2)经管路连接中温热源(102)；中温驱动组记忆合金(106)还依次通过第二循环泵(104-2)以及第三三通阀(105-3)分别连接常温热汇(103)和中温热源(102)；
高温热泵组记忆合金(107)与高温热汇(101)之间的管路上设置第四三通阀(105-4)，第四三通阀(105-4)经管路连接中温热源(102)；高温热泵组记忆合金(107)还依次通过第一循环泵(104-1)和第五三通阀(105-5)分别连接高温热汇(101)和中温热源(102)。
4.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：中温驱动组记忆合金(106)与常温热汇(103)之间的管路上设置第二三通阀(105-2)，第二三通阀(105-2)经管路连接中温热源(102)；中温驱动组记忆合金(106)还依次通过第二循环泵(104-2)以及第三三通阀(105-3)分别连接常温热汇(103)和中温热源(102)；高温热泵组记忆合金(107)运行主动回热式热泵循环，热端与高温热汇(101)连接，在其冷端经四通阀(110)、第一循环泵(104-1)与中温热源(102)连接，四通阀(110)具有两种连通模式，当高温热泵组记忆合金(107)相变升温需要排热时，热交换流体从中温热源(102)经四通阀(110)、第一循环泵(104-1)、四通阀(110)进入高温热泵组记忆合金(107)，吸热后进入高温热汇(101)；当高温热泵组记忆合金(107)相变降温需要吸热时，热交换流体从高温热汇(101)被吸入高温热泵组记忆合金(107)，经四通阀(110)、第一循环泵(104-1)、四通阀(110)进入中温热源(102)。
5.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：中温驱动组记忆合金(106)与常温热汇(103)之间的管路上设置第二三通阀(105-2)，第二三通阀(105-2)经管路连接中温热源(102)；中温驱动组记忆合金(106)还依次通过第二循环泵(104-2)以及第三三通阀(105-3)分别连接常温热汇(103)和中温热源(102)；高温热泵组记忆合金(107)运行主动回热式热泵循环，热端与高温热汇(101)连接，在其冷端经四通阀(110)、第一循环泵(104-1)以及第一三通阀(105-1)分别与中温热源(102)或中温驱动组记忆合金(106)连接；
所述的四通阀(110)具有两种连通模式，当高温热泵组记忆合金(107)相变升温需要排热时，热交换流体从中温热源(102)依次经中温驱动组记忆合金(106)、第一三通阀(105-1)、四通阀(110)、第一循环泵(104-1)以及四通阀(110)进入高温热泵组记忆合金(107)，吸热后进入高温热汇(101)；当高温热泵组记忆合金(107)相变降温需要吸热时，热交换流体从高温热汇(101)被吸入高温热泵组记忆合金(107)依次经四通阀(110)、第一循环泵(104-1)、四通阀(110)、第一三通阀(105-1)进入中温热源(102)。
6.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：中温驱动组记忆合金(106)通过第一单向阀(109-1)连接中温热源(102)，中温驱动组记忆合金(106)与第二三通阀(105-2)之间设置第二单向阀(109-2)；通过第二三通阀(105-2)、第三三通阀(105-3)、第二单向阀(109-2)和第二循环泵(104-2)实现中温驱动组记忆合金(106)与中温热源(102)的连通换热、中温驱动组记忆合金(106)与常温热汇(103)连通换热两种模式。
7.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：
所述的高温热泵组记忆合金(107)通过压缩应力、拉伸应力、扭转应力中任一种来实现从奥氏体至马氏体的相变，并且去掉上述驱动加载应力之后，可以从奥氏体变回马氏体，获得制冷能力；高温热泵组记忆合金(107)的驱动加载应力由中温驱动组记忆合金(106)在受热并且由马氏体相变为奥氏体的过程中提供，利用形状记忆效应，中温驱动组记忆合金(106)在受热时提供压缩应力、拉伸应力或扭转应力。
8.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：机械耦合部件(108)为传递线性拉伸力、线性压缩力、扭转扭矩中任一种的零件，或是将中温驱动组记忆合金(106)的线性拉伸力、线性压缩力、扭转扭矩转化为高温热泵组记忆合金(107)所需的上述任何一种驱动力的装置。
9.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：中温热源(102)为温度为Tg的固体或者密闭的中温流体，或者为与中温流体接触的板式换热器、板翅式换热器、管翅式换热器、微通道换热器以及管壳式换热器当中的任意一种；所述中温热源(102)的热量来源包括太阳能、地热、汽车发动机或排气的余热、工业余热、电子产品余热。
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