CN114705073A - 一种热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统及方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统及方法

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。

作为本发明热能回收系统的一种优选方案，所述的形状记忆合金热驱动器还包括夹具与支撑件，所述的夹具用于将形状记忆合金固定在机架上，形状记忆合金被所述支撑件支撑设置在高温热源与常温热汇之间，通过支撑件的位置移动改变形状记忆合金与高温热源以及常温热汇之间的距离，实现形状记忆合金与高温热源或常温热汇的直接接触换热，形状记忆合金在原长状态下能够和高温热源接触吸热，形状记忆合金在收缩状态下能够和常温热汇接触散热。

作为本发明热能回收系统的一种优选方案，所述的机械耦合装置包括由弹簧与活动箱体构成的运动转换装置，所述弹簧的一端固定在机架上，弹簧的另一端与压电材料相连，压电材料固定在所述的活动箱体内，活动箱体固定在所述的形状记忆合金上，所述的弹簧随活动箱体的移动向压电材料提供交变力。

作为本发明热能回收系统的一种优选方案，所述的机械耦合装置由运动转换装置和变速装置构成；所述的运动转换装置由主轴、曲轴、连杆、活塞以及缸壁构成，所述的主轴连接曲轴，连杆一端连接曲轴，另一端连接活塞，活塞受缸壁的约束做往复运动；所述的变速装置由主轴以及变速齿轮组构成，所述运动转换装置与变速装置的主轴相接，主轴上装配有变速齿轮组，使用两组运动转换装置分别连接形状记忆合金热驱动器与压电能量回收装置，两组运动转换装置之间通过变速装置连接和传递力矩。

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装置实现形状记忆合金分别连接高温热源与常温热汇，所述热交换装置由热交换流体管路、热交换流体缸以及活塞构成；热交换流体缸与高温热源以及常温热汇直接接触换热，通过热交换流体管路将热交换流体缸与形状记忆合金热驱动器连接，热交换流体管路及热交换流体缸中流体的流动由活塞控制，通过改变流体流动方向实现周期性换热；在热交换流体管路及热交换流体缸内的流体存在温度梯度，热交换装置的运行包括以下两个过程：第一个过程内，活塞推动热交换流体从热交换流体缸与高温热源接触段经形状记忆合金流向热交换流体缸与常温热汇接触段，使得与形状记忆合金接触的热交换流体的整体温度上升，完成形状记忆合金内部回热的过程，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，活塞推动热交换流体从热交换流体缸与常温热汇接触段经形状记忆合金流向热交换流体缸与高温热源接触段，使得与形状记忆合金接触的热交换流体的整体温度下降，完成形状记忆合金内部回热的过程，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。

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装置实现形状记忆合金分别连接高温热源与常温热汇，所述热交换装置由形状记忆合金和支撑件构成；所述的形状记忆合金被支撑件支撑设置在高温热源与常温热汇之间，通过支撑件的移动改变形状记忆合金与高温热源以及常温热汇之间的距离，进而实现形状记忆合金与高温热源或常温热汇的直接接触换热，形状记忆合金在原长状态下和高温热源接触吸热，形状记忆合金在收缩状态下和常温热汇接触散热，改变支撑件的移动方向实现周期性换热；热交换装置的运行包括以下两个过程：第一个过程内，支撑件推动形状记忆合金从与常温热汇接触转换到与高温热源接触，形状记忆合金被拉长，所述的形状记忆合金从高温热源吸热，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，产生收缩应力；第二个过程内，形状记忆合金内部的收缩应力使其缩短，推动支撑件移动，从与高温热源接触转换到与常温热汇接触，所述的形状记忆合金向常温热汇散热，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。

作为本发明热能回收系统的一种优选方案，所述压电材料承受轴向力产生电压。

一种热驱动与压电能量回收耦合的热能回收方法，包括：

形状记忆合金热驱动器中的形状记忆合金被高温热源加热，由马氏体相变为奥氏体，将热能转化为机械能，再通过机械耦合装置向压电能量回收装置提供驱动应力；

压电能量回收装置中的压电材料在应力驱动下由于正压电效应产生电压，将形状记忆合金热驱动器的输出机械能转化为电能，电压经过处理之后将能量存储在储能单元；

形状记忆合金热驱动器中的形状记忆合金被常温热汇冷却，由奥氏体相变为马氏体，形状记忆合金恢复到原始状态。

相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：

将形状记忆合金分别与高温热源、常温热汇相连，热加载和热卸载可以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，形状记忆合金在相变前后会发生位移，再结合压电材料受应力驱动会发生正压电效应而产生电压，对产生的电压利用电路单元处理后存储到储能单元，即可以实现能量由热能转化为机械能，再由机械能转化为电能的回收。因此，将本发明提出的这种热驱动与压电能量回收耦合的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，覆盖330K～390K这一具有大量能量的温区。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。

附图说明

图1为本发明热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统实施例1结构示意图；

图2为本发明热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统实施例2工作状态一示意图；

图3为本发明热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统实施例2工作状态二示意图；

图4为本发明热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统实施例3工作状态一示意图；

图5为本发明热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统实施例3工作状态二示意图；

图6为本发明热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统实施例4工作状态一示意图；

图7为本发明热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统实施例4工作状态二示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明提出的热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统，形状记忆合金驱动器涉及到形状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。在形状记忆合金中，具有至少两个晶体结构(相)，即零应力时的高温相(奥氏体)和低温相(马氏体)。

实施例1

如图1所示，本发明实施例的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101、形状记忆合金201、压电材料301、导线302、电路单元303、储能单元304、弹簧407、活动箱体408、高温热源501、常温热汇601、双向阀701以及热交换流体管路702。

形状记忆合金201受机架101的约束，弹簧407一端固定在机架上，另一端与压电材料301相连，压电材料301固定在活动箱体408内，活动箱体408固定在形状记忆合金201上，弹簧407随活动箱体408的移动向压电材料301提供交变力。压电材料301通过导线302连接到电路单元303，电路单元303通过导线302连接到储能单元304。通过热交换流体管路702将高温热源501、形状记忆合金201、常温热汇601连接，热交换流体管路702中流体的流动由双向泵701控制，以改变流体流动方向实现周期性换热。热交换装置的运行包括以下两个过程：第一个过程内，双向泵701使热交换流体从高温热源501经形状记忆合金201流向常温热汇601，完成换热流体从高温热源501吸热，向形状记忆合金201散热的过程，在该过程中，形状记忆合金201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，并将应力传递给装有压电材料201的活动箱体408，使得弹簧407压缩，向压电材料301提供应力；第二个过程内，双向泵701使热交换流体从常温热汇601经形状记忆合金201流向高温热源501，完成换热流体向常温热汇601散热，从形状记忆合金201吸热的过程，在该过程中，形状记忆合金201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；而压电材料301在应力驱动下产生电压，产生的电压通过导线302输出电压至电路单元303，电压经电路单元303处理后存储能量在储能单元304。

如图2、图3所示，本发明实施例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101、形状记忆合金、压电材料、导线302、电路单元303、储能单元304、主轴、曲轴、连杆403、活塞、缸壁405、变速齿轮组406、高温热源501、常温热汇601、双向阀701以及热交换流体管路702。形状记忆合金201-1、201-2、201-3、201-4、压电材料301-1、301-2分别和活塞404-1、404-2、404-3、404-4、404-5、404-6接触并受其与机架101的约束。活塞404-1、404-2、404-3、404-4、404-5、404-6受缸壁405的约束只能作往复运动。曲轴402-1、402-2、402-3、402-4与第一主轴401-1相连，曲轴402-5、402-6与第三主轴401-3相连。活塞404-1、404-2、404-3、404-4、404-5、404-6通过连杆403分别与曲轴402-1、402-2、402-3、402-4、402-5、402-6连接。主轴401-1、401-2、401-3均固定在机架101上。变速齿轮组406固定在主轴401-1、401-2、401-3上。压电材料301-1、301-2通过导线302连接到电路单元303，电路单元303通过导线302连接到储能单元304。热交换流体管路702将高温热源501、第一及第四形状记忆合金201-1、201-4、常温热汇601、第二及第三形状记忆合金201-2、201-3、高温热源501依序连接。在图2所示的本发明热能回收系统工作状态一中，第一及第四形状记忆合金201-1、201-4的总长最长，第二及第三形状记忆合金201-2、201-3总长最短。热交换流体管路702中的热交换流体受双向泵701驱动从高温热源501经第一及第四形状记忆合金201-1、201-4的热端向冷端流动并最终回到常温热汇601，完成换热流体从高温热源501吸热、第一及第四形状记忆合金201-1、201-4内部回热的过程，在该过程中，第一及第四形状记忆合金201-1、201-4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，拉动第一及第四活塞404-1、404-4做直线运动；同时双向泵701使热交换流体从常温热汇601经第二及第三形状记忆合金201-2、201-3冷端向热端流动并最终回到高温热源501，完成换热流体从常温热汇601吸热、第二及第三形状记忆合金201-2、201-3内部回热的过程，在该过程中，第二及第三形状记忆合金201-2、201-3在温度驱动下发生由奥氏体相向马氏体相的相变，从而在第二及第三活塞404-2、404-3的运动下恢复原始状态。第一及第四活塞404-1、404-4通过连杆403带动第一及第四曲轴402-1、402-4旋转，驱动第一主轴401-1做回转运动。在第一主轴401-1的回转运动下，第二及第三曲轴402-2、402-3旋转驱动连杆403，第二及第三活塞404-2、404-3经连杆403带动做直线运动。第一主轴401-1经变速齿轮组406传递力矩至第三主轴401-3，第三主轴401-3带动第五及第六曲轴402-5、402-6做回转运动，驱动连杆403推动第五及第六活塞404-5、404-6。第五活塞404-5或第六活塞404-6压缩压电材料301-1，第六活塞404-6或第五活塞404-5卸载对压电材料301-2的应力。压电材料301-1、301-2通过导线302输出电压至电路单元303，电压经电路单元303处理后存储能量在储能单元304。图3示出了工作状态二，即双向泵701改变热交换流体流动方向，第一及第四形状记忆合金201-1、201-4与第二及第三形状记忆合金201-2、201-3与热交换流体的换热、回热过程互换，内部相变及形变伸缩过程也互换。在此过程中，第二及第三活塞404-2、404-3通过连杆403带动第二及第三曲轴402-2、402-3旋转驱动第一主轴401-1做回转运动，而在第一主轴401-1的回转运动下，第一及第四曲轴402-1、402-4旋转驱动连杆403，第一及第四活塞404-1、404-4经连杆403带动做直线运动。其余部件运行状况相同。

如图4、图5所示，采用无需输入功换热的本发明实施例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101、形状记忆合金、压电材料、导线302、电路单元303、储能单元304、主轴、曲轴、连杆、活塞、缸壁405、变速齿轮组406、高温热源501、常温热汇601、热交换流体缸。形状记忆合金201-1、201-2、压电材料301-1、301-2、301-3、301-4分别和活塞404-3、404-4、404-7、404-8、404-9、404-10接触并受其与机架101的约束。活塞404-3、404-4、404-7、404-8、404-9、404-10受缸壁405的约束只能作往复运动，活塞404-1及404-5、404-2及404-6被分别限制在热交换流体缸703-1、703-2内作往复运动。曲轴402-1、402-2、402-3与第一主轴401-1相连，曲轴402-4、402-5与第三主轴401-3相连，曲轴402-6、402-7与第五主轴401-5相连。活塞404-1、404-2、404-3、404-4、404-5、404-6、404-7、404-8、404-9、404-10通过连杆403分别与曲轴404-1、404-2、404-3、404-4、404-5、404-6、404-7、404-8、404-9、404-10连接。主轴401-1、401-2、401-3、401-4、401-5、高温热源501、常温热汇601、热交换流体缸703-1、703-2均固定在机架101上。高温热源501、常温热汇601分别与热交换流体缸703-1及703-2的上半部分、下半部分接触。变速齿轮组406固定在主轴401-1、401-2、401-3上。压电材料301-1、301-2通过导线302连接到电路单元303，电路单元303通过导线302连接到储能单元304。图4所示的系统工作状态一中，第一形状记忆合金热201-1的总长最长，第二形状记忆合金热201-2总长最短。热交换流体缸703-1、703-2热端与高温热源501接触换热，冷端与常温热汇601接触换热，热交换流体缸703-1、703-2内流体存在温度梯度，其中间部分分别与第一、二形状记忆合金201-1、201-2进行换热。主轴401-1转动驱动曲柄402-1、402-3转动，曲柄402-1、402-3通过连杆403分别驱动活塞404-1及404-2、404-5及404-6，活塞404-1、404-5推动第一热交换流体缸703-1内的热交换流体向热端运动，使得与第一形状记忆合金201-1接触的第一热交换流体缸703-1部分的温度场整体升高，相当于加热了第一形状记忆合金201-1，第一形状记忆合金201-1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，拉动第三活塞404-3做直线运动；同时活塞404-2、404-6推动第二热交换流体缸703-2内的热交换流体向冷端运动，使得与第二形状记忆合金201-2接触的第二热交换流体缸703-2部分的温度场整体降低，相当于冷却了第二形状记忆合金201-2，第二形状记忆合金放热在温度驱动下发生由奥氏体相向马氏体相的相变，从而在第四活塞404-4的运动下恢复应变。第三活塞404-3通过连杆403带动第二曲轴402-1旋转，第二曲轴402-1经连杆403带动驱动第四活塞404-4做直线运动，同时驱动第一主轴401-1做回转运动。第一主轴401-1经变速齿轮组406传递力矩至第三、第五主轴401-3、401-5，第三、第五主轴401-3、401-5分别带动曲轴402-4及402-5、曲轴402-6及402-7做回转运动，驱动连杆403推动活塞404-7及404-8、活塞404-9及404-10。活塞404-7或404-8、活塞404-9或404-10分别压缩压电材料301-1、301-3，活塞404-8或404-7、活塞404-10或404-9卸载对压电材料301-2、303-4的应力。压电材料301-1、301-2、301-3、301-4通过导线302输出电压至电路单元303，电压经电路单元303处理后存储能量在储能单元304。图5描述了工作状态二，即第一形状记忆合金201-1、第二形状记忆合金201-2与热交换流体的换热、回热过程互换，内部相变及形变伸缩过程也互换。在此过程中，第四活塞404-4通过连杆403带动第二曲轴402-1旋转，第二曲轴402-1经连杆403带动驱动第三活塞404-3做直线运动，同时驱动第一主轴401-1做回转运动。其余部件运行状况相同。

如图6、图7所示，该采用无需输入功换热的本发明实施例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101、形状记忆合金、支撑件203、夹具202、压电材料、导线302、电路单元303、储能单元304、主轴、曲轴、连杆、活塞、缸壁405、变速齿轮组406、高温热源以及常温热汇。高温热源501-1、501-2、501-3、501-4以及常温热汇601-1、601-2、601-3、601-4和夹具202一样固定在机架101上，压电材料301-1、301-2和活塞404-5、404-6接触并受其与机架101的约束。形状记忆合金202-1、202-2、202-3、202-4两端分别通过夹具202固定在机架101上，且被支撑件支撑在高温热源501、常温热汇601之间。活塞404-1、404-2、404-3、404-4、404-5、404-6受缸壁405的约束只能作往复运动。曲轴402-1、402-2、402-3、402-4与第一主轴401-1相连，曲轴402-5、402-6与第三主轴401-3相连。活塞404-1、404-2、404-3、404-4、404-5、404-6通过连杆403分别与曲轴402-1、402-2、402-3、402-4、402-5、402-6连接。主轴401-1、401-2、401-3均固定在机架101上。变速齿轮组406固定在主轴401-1、401-2、401-3上。压电材料301-1、301-2通过导线302连接到电路单元303，电路单元303通过导线302连接到储能单元304。图6所示的本发明热能回收系统工作状态一中，第一、四形状记忆合金202-1、202-4的总长最短，第二、三形状记忆合金202-2、202-3总长最长。此时，第二、三形状记忆合金202-2、202-3分别从高温热源501-2、501-3吸热产生收缩相变，在夹具202的约束下通过第二、三支撑件203-2、203-3向活塞输出应力，推动第二、三活塞404-2、404-3做直线运动，最终第二、三形状记忆合金202-2、202-3自身收缩移动与常温热汇601-2、601-3接触放热。第二、三活塞404-2、404-3通过连杆403带动第二、三曲轴402-2、402-3旋转，驱动第一主轴401-1做回转运动。在第一主轴401-1的回转运动下，第一、四曲轴402-1、402-4旋转驱动连杆403，第一、四活塞404-1、404-4经连杆403带动做直线运动。第一、四形状记忆合金202-1、202-4与常温热汇601-1、601-4接触放热恢复原长，被第一、四活塞404-1、404-4驱动支撑件支撑第一、四形状记忆合金202-1、202-4接触高温热源501-1、501-4吸热，此时第二形状记忆合金202-2即为第一形状记忆合金202-1的初始状态，而第一形状记忆合金202-1即为第二形状记忆合金202-2的初始状态，因此形状记忆合金周而复始输出应力。第一主轴401-1经变速齿轮组406传递力矩至第三主轴401-3，第三主轴401-3带动第五、六曲轴402-5、402-6做回转运动，驱动连杆403推动第五、六活塞404-5、404-6。第五活塞404-5或第六活塞404-6驱动压缩压电材料301-1，第六活塞404-6或第五活塞404-5卸载对压电材料301-2的应力。压电材料301-1、301-2通过导线302输出电压至电路单元303，电压经电路单元303处理后存储能量在储能单元304。而图7示出了系统的工作状态二，第一、四形状记忆合金202-1、202-4的总长最长，第二、三形状记忆合金202-2、202-3总长最短，第一、四形状记忆合金202-1、202-4与第二、三形状记忆合金202-2、202-3的换热过程互换，内部相变及形变伸缩过程也互换。在此过程中，第一、四形状记忆合金202-1、202-4推动第一、四活塞404-1、404-4做直线运动，第一、四活塞404-1、404-4通过连杆403带动第一、四曲轴402-1、402-4旋转驱动第一主轴401-1做回转运动，而在第一主轴401-1的回转运动下，第二、三曲轴402-2、402-3旋转驱动连杆403，第二、三活塞404-2、404-3经连杆403带动做直线运动。其余部件的运行状况相同。

以上所述的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，这些修改和替换也均会落入权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统，其特征在于：包括机架(101)以及通过机架(101)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(501)与常温热汇(601)，以及能够分别连接高温热源(501)与常温热汇(601)而发生相变的形状记忆合金(201)；

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(201)相连的压电材料(301)，压电材料(301)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(302)传递到电路单元(303)，经过电路单元(303)处理后将能量存储在储能单元(304)。

2.根据权利要求1所述热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统，其特征在于：所述形状记忆合金(201)热端的相变温度高于冷端的相变温度，所述高温热源(501)的温度高于形状记忆合金(201)热端的奥氏体终止温度，所述形状记忆合金(201)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(601)的温度低于形状记忆合金(201)冷端的马氏体终止温度且高于形状记忆合金(201)的奥氏体终止温度。

3.根据权利要求1所述热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统，其特征在于：所述形状记忆合金热驱动器通过热交换流体管路(702)实现形状记忆合金(201)分别连接高温热源(501)与常温热汇(601)，所述热交换流体管路(702)上设置有双向阀(701)。

4.根据权利要求3所述热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统，其特征在于：所述双向阀(701)控制热交换流体管路(702)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(701)使热交换流体从高温热源(501)经形状记忆合金(201)流向常温热汇(601)，完成换热流体从高温热源(501)吸热，向形状记忆合金(201)散热的过程，在该过程中，形状记忆合金(201)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(701)使热交换流体从常温热汇(601)经形状记忆合金(201)流向高温热源(501)，完成换热流体向常温热汇(601)散热，从形状记忆合金(201)吸热的过程，在该过程中，形状记忆合金(201)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。

5.根据权利要求1所述热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统，其特征在于：所述的形状记忆合金热驱动器还包括夹具(202)与支撑件，所述的夹具(202)用于将形状记忆合金(201)固定在机架(101)上，形状记忆合金(201)被所述支撑件支撑设置在高温热源(501)与常温热汇(601)之间，通过支撑件的位置移动改变形状记忆合金(201)与高温热源(501)以及常温热汇(601)之间的距离，实现形状记忆合金(201)与高温热源(501)或常温热汇(601)的直接接触换热，形状记忆合金(201)在原长状态下能够和高温热源(501)接触吸热，形状记忆合金(201)在收缩状态下能够和常温热汇(601)接触散热。

6.根据权利要求1所述热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统，其特征在于：所述的机械耦合装置包括由弹簧(407)与活动箱体(408)构成的运动转换装置，所述弹簧(407)的一端固定在机架上，弹簧(407)的另一端与压电材料(301)相连，压电材料(301)固定在所述的活动箱体(408)内，活动箱体(408)固定在所述的形状记忆合金(201)上，所述的弹簧(407)随活动箱体(408)的移动向压电材料(301)提供交变力。

7.根据权利要求1所述热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统，其特征在于：所述的机械耦合装置由运动转换装置和变速装置构成；所述的运动转换装置由主轴、曲轴、连杆、活塞以及缸壁构成，所述的主轴连接曲轴，连杆一端连接曲轴，另一端连接活塞，活塞受缸壁的约束做往复运动；所述的变速装置由主轴以及变速齿轮组构成，所述运动转换装置与变速装置的主轴相接，主轴上装配有变速齿轮组，使用两组运动转换装置分别连接形状记忆合金热驱动器与压电能量回收装置，两组运动转换装置之间通过变速装置连接和传递力矩。

8.根据权利要求1所述热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统，其特征在于：所述形状记忆合金热驱动器通过热交换装置实现形状记忆合金(201)分别连接高温热源(501)与常温热汇(601)，所述热交换装置由热交换流体管路(702)、热交换流体缸以及活塞构成；热交换流体缸与高温热源(501)以及常温热汇(601)直接接触换热，通过热交换流体管路(702)将热交换流体缸与形状记忆合金热驱动器连接，热交换流体管路(702)及热交换流体缸中流体的流动由活塞控制，通过改变流体流动方向实现周期性换热；在热交换流体管路(702)及热交换流体缸内的流体存在温度梯度，热交换装置的运行包括以下两个过程：第一个过程内，活塞推动热交换流体从热交换流体缸与高温热源(501)接触段经形状记忆合金(201)流向热交换流体缸与常温热汇(601)接触段，使得与形状记忆合金(201)接触的热交换流体的整体温度上升，完成形状记忆合金(201)内部回热的过程，在该过程中，形状记忆合金(201)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，活塞推动热交换流体从热交换流体缸与常温热汇(601)接触段经形状记忆合金(201)流向热交换流体缸与高温热源(501)接触段，使得与形状记忆合金(201)接触的热交换流体的整体温度下降，完成形状记忆合金(201)内部回热的过程，在该过程中，形状记忆合金(201)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。

9.根据权利要求1所述热驱动与压电能量回收耦合的热能回收系统，其特征在于：所述形状记忆合金热驱动器通过热交换装置实现形状记忆合金(201)分别连接高温热源(501)与常温热汇(601)，所述热交换装置由形状记忆合金(201)和支撑件构成；所述的形状记忆合金(201)被支撑件支撑设置在高温热源(501)与常温热汇(601)之间，通过支撑件的移动改变形状记忆合金(201)与高温热源(501)以及常温热汇(601)之间的距离，进而实现形状记忆合金(201)与高温热源(501)或常温热汇(601)的直接接触换热，形状记忆合金(201)在原长状态下和高温热源(501)接触吸热，形状记忆合金(201)在收缩状态下和常温热汇(601)接触散热，改变支撑件的移动方向实现周期性换热；热交换装置的运行包括以下两个过程：第一个过程内，支撑件推动形状记忆合金(201)从与常温热汇(601)接触转换到与高温热源(501)接触，形状记忆合金(201)被拉长，所述的形状记忆合金(201)从高温热源(501)吸热，在该过程中，形状记忆合金(201)在温度驱动下发生由马氏体相向奥氏体相的相变，产生收缩应力；第二个过程内，形状记忆合金(201)内部的收缩应力使其缩短，推动支撑件移动，从与高温热源(501)接触转换到与常温热汇(601)接触，所述的形状记忆合金(201)向常温热汇(601)散热，在该过程中，形状记忆合金(201)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。

10.一种热驱动与压电能量回收耦合的热能回收方法，其特征在于，包括：

形状记忆合金热驱动器中的形状记忆合金(201)被高温热源(501)加热，由马氏体相变为奥氏体，将热能转化为机械能，再通过机械耦合装置向压电能量回收装置提供驱动应力；

压电能量回收装置中的压电材料(301)在应力驱动下由于正压电效应产生电压，将形状记忆合金热驱动器的输出机械能转化为电能，电压经过处理之后将能量存储在储能单元；

形状记忆合金热驱动器中的形状记忆合金(201)被常温热汇(601)冷却，由奥氏体相变为马氏体，形状记忆合金(201)恢复到原始状态。

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