CN111577396A - 透平以及具有该透平的布雷顿循环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能光热发电技术领域，公开了一种透平以及具有该透平的布雷顿循环。其中，透平包括叶片，叶片具有冷却工质进口以及冷却工质射流口，叶片设置为内部中空的腔体，冷却工质进口位于叶片的内部，冷却工质射流口开设于叶片的表面，叶片的表面设置有光谱转化涂层，光谱转化涂层能够将叶片表面的热量转化为转化特征波段辐射，转化特征波段辐射是冷却工质的冷却工质特征波段辐射邻近的辐射能。本发明的透平采用特征光谱涂层以及射流冷却技术，强化透平叶片的冷却效果，以保证透平能够安全且高效地运行，保护透平的叶片的同时提高循环工质的温度，提高布雷顿循环的系统效率。

Description

透平以及具有该透平的布雷顿循环
技术领域
本发明涉及光热发电技术领域，特别涉及一种透平以及具有该透平的布雷顿循环。
背景技术
布雷顿循环(Brayton Cycle)，亦称焦耳循环或气体制冷机循环，是以气体为工质的制冷循环。其中，利用处于超临界状态的气体作为工质的布雷顿循环在效率方面有着明显的优势，其利用超临界工质在拟临界区物性突变的现象，将压缩机运行点设置在拟临界温度附近的大密度区域，将换热器的运行点设置在拟临界温度之后的低密度区，可以在保证工质冷却的前提下，降低压缩耗功，实现较高的系统效率。
透平(turbine)，又称涡轮，是将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，也是布雷顿循环中的重要部件。透平最主要的部件是被安装在透平的轴上的旋转元件(转子或叶轮)，旋转元件具有沿圆周均匀排列的叶片。在布雷顿循环中，高温的工质所具有的能量在流动中经过喷管时转换成动能，流过旋转元件时工质冲击叶片，推动旋转元件转动，从而驱动轴的旋转，工质的热能被转化为机械能；轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。
目前，布雷顿循环的运行温度可以达到1350℃以上，通过现有技术可以将透平中叶片的温度冷却到950℃以下。布雷顿循环的系统效率与循环的热端温度(也即工质进入透平的入口温度、透平的做功温度)呈正相关，因此提高布雷顿循环的热端温度是提高系统效率的主要方式之一。受限于系统机组材料的结构强度和加工制造等方面的极限状况，高温状态下的布雷顿循环的循环参数受到限制。因此，现有设计的布雷顿循环的温度普遍低于700℃。但是，从现有的空气布雷顿循环可以发现，利用超临界工质作为循环工质的布雷顿循环有着在高于1000℃条件下运行的潜力。在此温度条件下，其热力循环效率将获得较大提升，甚至，有可能超过55％，这将比目前最先进的大型蒸汽动力装置的热效率(略超过40％)高出近37.5％，也将远高于目前应用最广泛的蒸汽朗肯循环(蒸汽朗肯循环的平均热效率仅为34％)。
对于高温状态下的布雷顿循环，透平的叶片冷却也是主要挑战之一。目前的冷却方式对透平叶片的冷却能力有限，无法更进一步地冷却透平叶片，限定了工质与叶片之间的传热温差，从而无法提高工质的温度，也即无法提高布雷顿循环的热端温度，最终使得布雷顿循环的系统效率无法得到提高。
发明内容
本发明针对上述技术问题而提出，目的在于提供一种透平。本发明的透平能够强化透平叶片的冷却效果，在保证透平安全高效运行的同时，还能够提高循环工质的温度，提高布雷顿循环的热端温度，从而提高布雷顿循环的系统效率。
具体来说，本发明提供了一种透平，包括叶片，叶片具有冷却工质进口以及冷却工质射流口，叶片设置为内部中空的腔体，冷却工质射流口为一个或者多个、且开设于叶片的表面，冷却工质射流能够通过冷却工质进口进入叶片进行冷却，叶片的表面设置有光谱转化涂层，进入叶片内的冷却工质射流还能够通过冷却工质射流口流出并在光谱转化涂层的表面形成为冷却工质射流隔膜层。光谱转化涂层能够将叶片表面的热量转化为转化特征波段辐射，转化特征波段辐射是冷却工质的冷却工质特征波段辐射邻近的辐射能。
相较于现有技术而言，循环工质的温度高于透平的叶片的温度，循环工质会将部分热量通过热传导和热辐射的形式传至叶片，但是，循环工质传至叶片表面的热量会被光谱转化涂层转化为转化特征波段辐射，转化特征波段辐射与冷却工质的冷却工质特征波段辐射邻近，易于被冷却工质射流强烈吸收后带走，减少循环工质对叶片表面的热辐射，强化叶片的冷却。本发明能够采用特征光谱涂层技术强化对叶片的冷却，保证叶片的安全，并在叶片材料所允许的范围内尽可能地提高循环工质的温度，提高循环工质的温度也即提高透平的做功温度、提高布雷顿循环的热端温度，从而相应地提高了布雷顿循环的系统效率。
另外，作为优选，转化特征波段辐射是指特征吸收峰的谱线宽度集中于冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰中心波长附近的辐射能。
根据该优选方案，转化特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长与冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长越接近，转化特征波段辐射越易于被冷却工质射流隔膜层吸收，因此，对叶片的冷却效果越好。
另外，作为优选，转化特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长与冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长相同，转化特征波段辐射的谱线宽度远小于冷却工质特征波段辐射的谱线宽度。
根据该优选方案，光谱转化涂层转化的转化特征波段辐射更多地集中于冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰邻近较窄的波长范围内，冷却工质射流隔膜层对转化特征波段辐射的吸收效率最高，导致光谱转化涂层对叶片的冷却效果较佳。相应地，循环工质的温度能够得到较大的提高，进一步提高布雷顿循环的系统效率。
另外，作为优选，转化特征波段辐射不与在所述透平内流动的循环工质的循环工质特征波段辐射有所重合。
根据该优选方案，转化特征波段辐射不与循环工质特征波段辐射重合，冷却工质特征波段辐射则也不与循环工质特征波段辐射重合，叶片能够利用光谱转化涂层以及冷却工质射流隔膜层屏蔽掉部分循环工质释放的热量，并且将循环工质释放给叶片的余下部分热量尽可能多地转化为转化特征波段辐射后被冷却工质射流隔膜层吸收并带走，强化叶片的冷却效果。
另外，作为优选，光谱转化涂层与叶片之间还设置有导热性能良好的中间基层，中间基层能够将叶片上的热量传至光谱转化涂层。
根据该优选方案，中间基层能够将叶片表面的热量较好地传至光谱转化涂层，还有利于光谱转化涂层更好地附着在叶片的表面。
进一步地，作为优选，光谱转化涂层的材料为金属或者半导体，光谱转化涂层采用镀膜的方式镀在叶片的表面。
根据该优选方案，采用镀膜的方式能够保证光谱转化涂层的适应性以及叶片的表面强度。
另外，作为优选，光谱转化涂层包括与叶片的表面接触的黄金基层以及依次分布于黄金基层上的吸收腔、分布式反射层，黄金基层能够与分布式反射层产生谐共振腔，吸收腔能够吸收上述谐共振、并将吸收到的热量转化为转化特征波段辐射。
根据该优选方案，黄金基层、分布式反射层与吸收腔配合使用，能够获得尖锐、强烈且小宽带的转化特征波段辐射，提高光谱转化涂层的光吸收率。光谱转化涂层能够更多地将叶片上的热量转化为转化特征波段辐射并被冷却工质射流吸收和带走，增大循环工质与叶片的传热温差，提高循环工质的温度，从而提高布雷顿循环的系统效率。
进一步地，作为优选，分布式反射层由Ge与SiO2或者Ge与ZnS构成。
本发明还提供了一种布雷顿循环，包括热源、回热器、预冷器、压缩机、发电机以及在布雷顿循环内循环的循环工质，还包括如前述任一技术方案中的透平，透平、发电机以及压缩机由同一根轴联接，热源、透平、回热器的热侧进口和热侧出口、预冷器、压缩机以及回热器的冷侧进口和冷侧出口通过管道依次相连并形成循环。
热源的出口与透平的进口相连，透平的出口与回热器的热侧进口相连，回热器的热侧出口与预冷器的进口相连，预冷器的出口与压缩机的进口相连，压缩机的出口与回热器的冷侧进口相连，回热器的冷侧出口与热源的进口相连，从而形成一个循环的热回路。
循环工质在热源中吸收热量，温度升高后的循环工质在透平中膨胀做功，透平通过轴带动发电机发电，膨胀后的循环工质流经回热器换热，温度降低后的循环工质依次进入预冷器、压缩机以及回热器，从回热器的冷侧出口流出的循环工质再进入热源中吸收辐射能，压缩机工作所需动力由发电机提供，从而完成一个发电循环。
相较于现有技术而言，本发明提供的布雷顿循环，其透平采用特征光谱涂层以及射流冷却技术，强化透平的辐射冷却效果，增大叶片与循环工质的传热温差，在保证透平的安全高效运行的同时，还能够提高循环工质的温度，提高布雷顿循环的热端温度，从而提高布雷顿循环的系统效率。
另外，作为优选，热源包括集热腔，集热腔的内表面设置有光谱转化涂层，光谱转化涂层将被集热腔的腔体吸收的辐射能转化为转化特征波段辐射，被循环工质强烈吸收。
根据该优选方案，通过在集热腔的表面也采用特征光谱涂层来强化辐射换热，避免集热腔内的温度过高而烧坏集热腔，从而保证集热腔安全且高效地运行。
附图说明
图1是本发明实施方式一的布雷顿循环的示意图；
图2是本发明透平内部的简单结构示意图；
图3是本发明实施方式一中叶片强化冷却的结构示意图；
图4是本发明中转化特征波段辐射与水蒸气、二氧化碳的特征波段辐射的关系示意图；
图5是本发明实施方式一中循环工质与叶片之间的热传递示意图；
图6是本发明实施方式一中光谱转化涂层的结构示意图；
图7是分布式反射层的层数与循环工质对辐射能的吸收率的关系示意图；
图8是分布式反射层的层数与辐射能的特征吸收峰的关系示意图
图9是本发明实施方式一中集热腔强化辐射换热的结构示意图；
图10是本发明实施方式二的布雷顿循环的示意图。
附图标记说明：
1、热源；1a、集热腔；2、透平；3、回热器；3a、高温回热器；3b、低温回热器；31、3a1、3b1、热侧进口；32、3a2、3b2、热侧出口；33、3a3、3b3、冷侧进口；34、3a4、3b4、冷侧出口；4、预冷器；5、压缩机；5a、主压缩机；5b、再压缩机；6、发电机；7、轴；8、循环工质；9、冷却工质射流隔膜层；10、光谱转化涂层；10a、黄金基层；10b、吸收腔；10c、分布式反射层；11、中间基层；12、叶片；13、冷却工质入口；14、冷却工质射流口；15、太阳能聚光镜场；16、旋转元件；A、转化特征波段辐射；B、冷却工质特征波段辐射；C、循环工质特征波段辐射。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明进行进一步的详细说明。附图中示意性地简化示出了透平以及具有该透平的布雷顿循环的结构等。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施方式一
布雷顿循环是以气体为工质的制冷循环，可分为简单布雷顿循环、再压缩布雷顿循环、再压缩部分冷却布雷顿循环、再压缩再热布雷顿循环或者再压缩中间冷却布雷顿循环等。在布雷顿循环中，工质的热源可由塔式太阳能聚光系统、核反应堆、化石燃料燃烧系统中的一种或者多种提供，工质的吸热量大小灵活可变。化石燃料燃烧系统中的化石燃料可以是煤或者天然气。
本发明的第一实施方式提供了一种布雷顿循环，本实施方式中的布雷顿循环为简单布雷顿循环，工质的热源为塔式太阳能聚光系统，热源能够提供超过1000℃的工质，使得整个布雷顿循环处于高温状态。
参见图1所示，本实施方式中的布雷顿循环包括热源1、透平2、回热器3、预冷器4、压缩机5、发电机6以及循环工质8。透平2、发电机6以及压缩机5由同一根轴7联接，热源1、透平2、回热器3、预冷器4以及压缩机5通过管道依次相连，循环工质8在各个管道中流通。
具体地，热源1的出口与透平2的进口相连，透平2的出口与回热器3的热侧进口31相连，回热器3的热侧出口32与预冷器4的进口相连，预冷器4的出口与压缩机5的进口相连，压缩机5的出口与回热器3的冷侧进口33相连，回热器3的冷侧出口34与热源1的进口相连，从而形成一个循环的热回路。
工作时，循环工质8在热源1经加热后达到高温，循环工质8进入透平2膨胀做功，做功后的循环工质8依次通过回热器3回收热量、经过预冷器4冷却、经过压缩机5压缩，然后再次进入回热器3加热升温，最后进入热源1进一步加热至高温，从而完成热循环。其中，经透平2的膨胀做功后的高温循环工质8经热侧进口31进入回热器3，经压缩机5压缩后的低温循环工质8经冷侧进口33进入回热器2，高温、低温的循环工质8在回热器3中进行换热，经换热后分别从热侧出口32、冷侧出口34流出。
对于发电循环来说，循环工质8在热源1中吸收热量，温度升高后的循环工质8在透平2中膨胀做功，透平2通过轴7带动发电机6发电，膨胀后的循环工质8流经回热器3换热，温度降低后的循环工质8依次进入预冷器4、压缩机5以及回热器3，从回热器3的冷侧出口34流出的循环工质8再进入热源1中吸收辐射能，压缩机5工作所需动力由发电机6提供，从而完成一个发电循环。
在布雷顿循环中，循环工质8可以是超临界空气、超临界二氧化碳、超临界氮气或者超临界氦气中的一种。在本实施方式中，循环工质8优选为超临界二氧化碳。二氧化碳的临界压力(7.38MPa)相对较低，临界温度(31℃)相应较低，且同时具有相对稳定的化学性质、可靠的安全性能、储量丰富以及价格低廉易于获取等特性。因此，二氧化碳被认为是最具有应用前景的能量传输和能量转换工质之一。超临界二氧化碳在一定的运行参数范围内密度较大且无相变，因此，以超临界二氧化碳为循环工质的压缩机、透平等动力系统设备具有压缩机功耗小、透平工作温度适中、结构紧凑、体积较小、制造成本低和可模块化设计等优势。
如前所述，参见图2所示，透平2是布雷顿循环的重要部件，透平2的叶片12均匀地排布在旋转元件16上，旋转元件16被安装在透平2的轴7上。循环工质8所具有的能量在流动中经过喷管时转换成动能，流过旋转元件16时循环工质8膨胀并冲击叶片12，推动旋转元件16转动，从而驱动轴7旋转。轴7的旋转会直接带动发电机6工作，输出机械功。循环工质8的温度也即透平2的入口温度，循环工质8的温度升高，会加速推动叶片12的转动，轴7的转速提高，有利于提高发电机6的转化效率，从而提高布雷顿循环的系统效率。
在布雷顿循环中，循环工质8的温度高于叶片12的温度，二者之间存在传热温差。高温的循环工质8主要通过热传导以及热辐射两种形式将热量传至叶片12，使得叶片12的温度升高。叶片12在透平2中需要高速运转，存在断裂可能性，而高温状态下的叶片12的结构强度变弱，更容易发生断裂。受限于叶片12的材料特质，为避免因温度过高而烧坏透平2，只能选择降低循环工质8的温度，或者对透平2进行冷却降温。如果降低循环工质8的温度，则会降低布雷顿循环的系统效率。因此，采用对透平2进行冷却降温的方式，既保护了透平2，又保证了循环工质8的温度，从而保证了布雷顿循环的系统效率。
对于布雷顿循环，叶片12冷却方式可以是内部冷却、射流冷却以及热障涂层冷却。但上述冷却方式对透平2的冷却能力有限，无法更进一步地冷却透平2，限定了循环工质8与叶片12之间的传热温差，从而无法提高循环工质8的温度，也即无法提高布雷顿循环的热端温度，最终使得布雷顿循环的系统效率无法得到提高。为进一步地冷却透平2，提高布雷顿循环的系统效率，本实施方式中的透平2的叶片12采用特征光谱涂层与射流冷却技术相结合，强化对叶片12的冷却。
具体地，参见图3所示，透平2的叶片12具有冷却工质入口13以及冷却工质射流口14，叶片12设置为内部中空的腔体，冷却工质入口13优选地位于叶片12的内部，冷却工质射流口14为一个或者多个、且开设于叶片12的表面，冷却工质射流能够通过冷却工质入口13进入叶片12进行冷却，进入叶片12内的冷却工质射流还能够通过冷却工质射流口14流出并在叶片12的表面形成为冷却工质射流隔膜层9。
冷却工质射流流经叶片12，进行射流冷却后与循环工质8一起到达回热器3，冷却工质射流在回热器3中换热并冷却，冷却后液化的冷凝水从回热器3液体出口处排出，冷凝水从布雷顿循环中分离。
采用射流冷却技术，冷却工质射流从冷却工质入口13进入叶片12，一部分进行内部冷却，另一部分通过冷却工质射流口14流出并在叶片12的表面形成冷却工质射流隔膜层9，通过冷却工质射流与叶片12表面的对流换热，实现叶片12的冷却。
另外，为了强化叶片12冷却效果，叶片12内部表面也设置微小的射流孔道(图中未标示)，冷却工质射流从射流孔道进入叶片12内部后附于叶片12的表面流动，该冷却工质射流与叶片12表面进行对流换热、带走叶片12的热量。
特别地，叶片12的表面设置有光谱转化涂层10，冷却工质在光谱转化涂层10的表面形成上述的冷却工质射流隔膜层9。光谱转化涂层10能够将叶片12表面的热量转化为转化特征波段辐射A，转化特征波段辐射A是冷却工质的冷却工质特征波段辐射B邻近的辐射能。
每种物质都有其特征吸收光谱，有若干个特征吸收峰，而每个吸收峰有一定的谱线宽度。物质的特征吸收峰邻近范围内的光波吸收强度较大，吸收效率较高；物质的特征吸收峰部分重合或者不重合时，光波吸收强度较小，吸收效率较低。中心波长决定了光谱的波长分布的中心值，谱线宽度决定了光谱的能量分布的集中程度。
当高温的循环工质8将热量通过热传导和热辐射的形式传至叶片12后，叶片12表面的光谱转化涂层10将该热量转化为转化特征波段辐射A，转化特征波段辐射A与冷却工质的冷却工质特征波段辐射B邻近，易于被冷却工质射流强烈吸收后带走，减少循环工质8对叶片12表面的热辐射，强化叶片12的冷却。本发明能够采用特征光谱涂层技术强化对叶片12的冷却，保证叶片12的安全，并在叶片12材料所允许的范围内尽可能地提高循环工质8的温度，提高循环工质8的温度也即提高透平2的做功温度、布雷顿循环的热端温度，从而相应地提高了布雷顿循环的系统效率。
另外，采用特征光谱涂层冷却技术，能够有效减少叶片12表面的冷却工质射流的流道数量，降低叶片12的加工难度，增强叶片12的安全性。采用特征光谱涂层冷却技术，还能够减少冷却工质的消耗量，节约成本。特别地，因与叶片12之间的传热温差增加，循环工质8能够采用更高透平入口温度，透平2内循环工质8的温度升高，从而提高透平2内循环工质8的做功温度，进而提高布雷顿循环的系统效率。
目前，主流的布雷顿循环中，透平的循环工质包括二氧化碳，并采用空气作为冷却工质。但是，此时的循环工质与冷却工质的成分类似且不纯净，两者的特征吸收峰有一定范围的重合，无法有效将循环工质热传导给叶片的热量进行转化的同时屏蔽循环工质通过辐射传至叶片的热量，也即无法采用特征光谱涂层技术强化冷却。因此，本布雷顿循环中优选采用水蒸气作为冷却工质，冷却工质纯净且与循环工质的成分截然不同，两者的特征吸收峰基本没有重合，在有效将循环工质热传导给叶片的热量进行转化的同时，能够屏蔽循环工质通过辐射传至叶片的热量，也即能够采用特征光谱涂层技术强化冷却。
不同的物质的特征吸收峰的波段存在差异，如表1所示，二氧化碳的主要吸收特征峰在2.8μm和4.2μm附近，水蒸气在中远红外(大于25μm)波段，5-10μm波段，2.5-2.8μm波段的辐射吸收都比较强烈。
表1二氧化碳与水蒸气特征吸收峰差异(大于2.5μm)
波段(cm<sup>-1</sup>) 二氧化碳的吸收强度等级 水的吸收强度等级
0-50 可以忽略 10<sup>-19</sup>
50-350 可以忽略 10<sup>-18</sup>
350-430 可以忽略 10<sup>-19</sup>
430-500 10<sup>-26</sup> 10<sup>-19</sup>
500-580 可以忽略 10<sup>-20</sup>
580-625 10<sup>-21</sup> 10<sup>-21</sup>
625-720 10<sup>-19</sup> 10<sup>-21</sup>
720-1000 10<sup>-23</sup> 10<sup>-23</sup>
1000-1100 10<sup>-23</sup> 10<sup>-21</sup>
1100-1800 可以忽略 10<sup>-19</sup>
1800-2000 10<sup>-23</sup> 10<sup>-19</sup>
2000-2120 可以忽略 10<sup>-24</sup>
2220-2300 10<sup>-21</sup> 10<sup>-24</sup>
2300-2380 10<sup>-18</sup> 10<sup>-24</sup>
2380-3000 10<sup>-25</sup> 10<sup>-23</sup>
3000-3500 10<sup>-25</sup> 10<sup>-21</sup>
3500-3800 10<sup>-20</sup> 10<sup>-19</sup>
3800-4000 可以忽略 10<sup>-19</sup>
参见图4所示，二氧化碳的循环工质特征波段辐射C窄而尖锐，水蒸气的冷却工质特征波段辐射B较宽，循环工质特征波段辐射C与冷却工质特征波段辐射B的特征吸收峰基本不重合。水蒸气的冷却工质特征波段辐射B较宽，则光谱转化涂层10转化的转化特征波段辐射A的范围较宽，这将有利于降低光谱转化涂层10的设计难度，提高光谱转化涂层10的适用性。
转化特征波段辐射A是指特征吸收峰的谱线宽度集中于冷却工质特征波段辐射B的特征吸收峰中心波长附近的辐射能。如前所述，转化特征波段辐射A的特征吸收峰的中心波长与冷却工质特征波段辐射B的特征吸收峰的中心波长约接近，转化特征波段辐射A越易于被冷却工质射流隔膜层9吸收，对叶片12的冷却效果越好。
特别地，转化特征波段辐射A的特征吸收峰的中心波长与冷却工质特征波段辐射B的特征吸收峰的中心波长相同，转化特征波段辐射A的谱线宽度远小于冷却工质特征波段辐射B的谱线宽度。光谱转化涂层10转化的转化特征波段辐射A更多地集中于冷却工质特征波段辐射B的特征吸收峰邻近较窄的波长范围内，冷却工质射流隔膜层9对转化特征波段辐射A的吸收效率最高，光谱转化涂层10对叶片12的冷却效果较佳。相应地，循环工质8的温度能够得到较大的提高，进一步提高布雷顿循环的系统效率。
进一步地，参见图4所示，转化特征波段辐射A不与在所述透平2内流动的循环工质8的工质特征波段辐射C有所重合。转化特征波段辐射A不与循环工质特征波段辐射C重合，冷却工质特征波段辐射B则也不与工质特征波段辐射C重合，参见图5所示，叶片12能够利用光谱转化涂层10以及冷却工质射流隔膜层9屏蔽掉部分循环工质8释放的热量，在将循环工质8通过热传导和热辐射传至叶片12的热量尽可能多地转化为转化特征波段辐射A后被冷却工质射流隔膜层9吸收并带走的同时，避免循环工质8通过辐射将热量传至叶片12，降低叶片12因高温的循环工质8而引起的升温，强化叶片12的冷却效果。
现在，对采用特征光谱涂层以及射流冷却技术后的叶片12的冷却效果进行分析。具体分析而言，对于1500℃的高温透平2进口温度，透平2的叶片12温度可以通过射流冷却技术达到1100℃左右，而冷却工质射流的温度却远低于此温度，冷却工质射流能够形成为高温循环工质8与叶片12间的隔绝层，也即形成为冷却工质射流隔膜层9。如图5所示，高温的循环工质8的辐射会被反射回循环工质8，高温的循环工质8的热传导和热辐射会将部分热量传至叶片12，光谱转化涂层10将上述热量转化为转化特征波段辐射A，并被冷却工质强烈吸收，吸收效率接近100％。按照辐射的普朗克定理计算可以得到，1100℃黑体对外提供的辐射强度为20149W/m2，而大于20μm以上的波段占1168W/m2，5-10μm波段的辐射能占比32417W/m2。黑体辐射强度为光谱转化涂层10的能量转化极限，即该温度下，光谱转化涂层10的转化特征波段辐射A的最大值为黑体在该波段的辐射能值。其中，选取5-10μm为光谱转化涂层10的特征波长区间，若冷却工质的温度为400℃，其对外辐射在5-10μm间的辐射量为5089W/m2，那么1100℃的叶片12能够传至冷却工质的辐射量为27328W/m2，冷却工质射流隔膜层9与光谱转化涂层10的换热系数在500W/m2左右，这就意味着叶片12在隔绝辐射换热的情况下，还能增加约50℃的传热温差。这50℃的传热温差，将带来布雷顿循环的系统效率的提升，并在发电量的巨大基数下带来相当可观的效益。
参见图3所示，在光谱转化涂层10与叶片12之间还设置有中间基层11，中间基层11由导热性能良好的材料制成，一般为金属，如金、银、铜、铝或者其合金等等。中间基层11能够将叶片12上的热量传至光谱转化涂层10，光谱转化涂层10将上述热量转化为冷却工质易于吸收的转化特征波段辐射A，该转化特征波段辐射A被温度较低的冷却工质射流吸收并带走。中间基层11的设置不仅能够将叶片12表面的热量较好地传至光谱转化涂层10，还能够提高叶片12表面的平整度，光谱转化涂层10能够更好地附着在叶片12的表面，保证光谱转化涂层10的适应性。
特别地，光谱转化涂层10以及中间基层11均采用镀膜的方式镀在叶片12的表面。采用镀膜的方式，能够保证光谱转化涂层10的适应性以及叶片12的表面强度。
特别地，光谱转化涂层10由纳米级的金属或者半导体材料以一定结构构成，例如，采用银材料的金属纳米棒，以一定间距和角度排列，并且多层堆叠，形成光谱转化涂层10(也即光辐射器)。当光谱转化涂层10的辐射能与叶片12的换热平衡时，就能够使得温度达到一个稳定值。黑体辐射强度为光谱转化涂层10的能量转化极限，即该温度下，光谱转化涂层10的转化特征波段辐射A的最大值为黑体在该波段的辐射能值。
如前所述，转化特征波段辐射A的谱线宽度要尽可能地小，并远小于冷却工质特征波段辐射B的谱线宽度。但是，转化特征波段辐射A的谱线宽度越小，光谱转化涂层10的设计难度越大。一般而言，光谱转化涂层10的设计是基于冷却工质的某一个特征吸收峰，转化特征波段辐射A的谱线宽度主要取决于冷却工质的特征吸收光谱以及光谱转化涂层10的材料和内部结构。
参见图6所示，光谱转化涂层10依次包括黄金基层10a、吸收腔10b以及分布式反射层10c，黄金基层10a镀膜在叶片12的表面。此处由于中间基层11的存在，黄金基层10a即设置在中间基层11的表面。黄金基层10a能够与分布式反射层10c产生谐共振腔，吸收腔10b能够吸收上述谐共振、并将吸收到的热量转化为冷却工质的特征吸收峰邻近的辐射能。具体地，光谱转化涂层10工作时，黄金基层10a与分布式反射层10c产生谐共振腔、并在吸收腔10b中有效地捕获光，吸收腔10b吸收谐共振并将吸收到的热量进行转化，黄金基层10a、分布式反射层10c与吸收腔10b配合使用，能够获得尖锐、强烈且小宽带的吸收率峰值，从而提高光谱转化涂层10的光吸收率。光谱转化涂层10能够将更多的叶片12上的热量转化为邻近冷却工质特征波段辐射B的转化特征波段辐射A、并被冷却工质射流吸收和带走，增大了叶片12的传热温差，提高了布雷顿循环的透平2工作温度，从而提高布雷顿循环的系统效率。
参见图6-图8，分布式反射层10c为分布式布拉格反射层(distributedBraggreflector，DBR)，分布式反射层10c由Ge与SiO2或者Ge与ZnS构成，吸收腔10b由SiO2构成，黄金基层10a由金构成。吸收腔10b可以由单层或多层结构构成，其长度会影响光谱转化涂层10的吸收光谱吸收峰值以及吸收峰宽度，同时分布式反射层10c的层数n也会影响吸收峰值以及相应的吸收峰宽度。光谱转化涂层10工作时，黄金基层10a与分布式反射层10c产生谐共振腔，中间的吸收腔10b的长度越长，吸收峰越窄，分布式反射层10c的层数n越多，吸收峰越窄，吸收峰对于辐射能的吸收率也越低，因此分布式反射层10c的层数n不能太多，n优选为1-5。值得注意的是，吸收腔10b的长度一般为特征波长的整数倍，分布式反射层10c与黄金基层10a的谐共振，存在选择波长的作用。改变分布式反射层10c的层数n和/或吸收腔10b的长度，即可改变光谱转化涂层10所转化的转化特征波段辐射A的波段。
当然，光谱转化涂层10可用于布雷顿循环内任一需要强化冷却的部件中，而并不局限于透平2。例如，光谱转化涂层10用于热源1的集热腔1a中。具体地，参见图9所示，热源1包括集热腔1a，集热腔1a的内表面设置有光谱转化涂层10，光谱转化涂层10将被集热腔1a腔体吸收的辐射能转化为转化特征波段辐射A，被循环工质8强烈吸收。通过在集热腔1a的内表面也采用特征光谱涂层技术，强化集热腔1a的辐射换热效果，避免集热腔1a内的温度过高而烧坏集热腔1a，从而保证集热腔1a安全高效的运行，提高布雷顿循环的系统效率。
经实验验证，对于入口温度约为1400℃、叶片12温度约为1100℃的透平2，采用光谱转化涂层10能够提升约50℃的做功温度，能够将布雷顿循环的系统效率提升1％-2％。
实施方式二
本发明的第二实施方式提供了一种布雷顿循环，第二实施方式是对第一实施方式的进一步改进，未做特别说明的部分包括附图标记及文字描述，均与第一实施方式相同，在此不再赘述。
第二实施方式相对于第一实施方式的主要改进之处在于，在本发明的第二实施方式中，结合图10来看，布雷顿循环为再压缩布雷顿循环，再压缩布雷顿循环能够通过多消耗一部分压缩功，大幅减小回热过程不可逆损失，布雷顿循环的循环效率得以明显提升。其中。热源1采用太阳能聚光镜场15进行聚光加热，回热器3设置有两个，分别为高温回热器3a和低温回热器3b，压缩机5也设置有两个，分别为主压缩机5a和再压缩机5b。
具体地，高温回热器3a的热侧进口3a1和热侧出口3a2分别与透平2的出口、低温回热器3b的热侧进口3b1连接，低温回热器3b的热侧出口3b2分别与预冷器4的进口以及再压缩机5b的进口相连，主压缩机5a的进口和出口分别与预冷器4的出口以及低温回热器3b的冷侧进口3a3相连，高温回热器3a的冷侧进口3a1分别与再压缩机5b的出口以及低温回热器3b的冷侧出口3b4相连，热源1的进口、出口分别与高温回热器3a的冷侧出口3a4、透平2的进口相连。
工作时，循环工质8经过太阳能聚光镜场15聚光的热源1加热后，达到高温，进入透平2膨胀做功，透平2的叶片12采用射流冷却和特征光谱涂层技术，以保证叶片12的安全工作，透平2通过轴7带动发电机6发电。做功后的循环工质8通过高温回热器3a和低温回热器3b回收热量，高温的冷却工质到达低温回热器3b冷凝并从低温回热器3b液体出口被排出布雷顿循环。
做功后的循环工质8依次流经高温回热器3a和低温回热器3b回收热量后进行分流，一股循环工质8通过再压缩机5b直接压缩后进入高温回热器3a，另一股循环工质8先经过预冷器4冷却，然后经过主压缩机5a压缩，再经低温回热器3b加热后，自再压缩机5b和低温回热器3b流出的两股循环工质8汇合，汇合后的循环工质8依次进入高温回热器3a、热源1进一步加热至高温，从而完成热循环。
需要说明的是，实际的布雷顿循环结构较为复杂，可能含有再热、回热、再压缩、部分冷却、中间冷却等过程，本发明的实施例仅对基础结构进行表述。
本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种透平，包括叶片，所述叶片具有冷却工质进口以及冷却工质射流口，所述叶片设置为内部中空的腔体，所述冷却工质射流口为一个或者多个、且开设于所述叶片的表面，冷却工质射流能够通过所述冷却工质进口进入所述叶片进行冷却，其特征在于，所述叶片的表面设置有光谱转化涂层，进入所述叶片内的冷却工质射流还能够通过所述冷却工质射流口流出并在所述光谱转化涂层的表面形成为冷却工质射流隔膜层；
所述光谱转化涂层能够将所述叶片表面的热量转化为转化特征波段辐射，所述转化特征波段辐射是冷却工质的冷却工质特征波段辐射邻近的辐射能。
2.根据权利要求1所述的透平，其特征在于，所述转化特征波段辐射是指特征吸收峰的谱线宽度集中于所述冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰中心波长附近的辐射能。
3.根据权利要求1或2所述的透平，其特征在于，所述转化特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长与所述冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长相同，所述转化特征波段辐射的谱线宽度远小于所述冷却工质特征波段辐射的谱线宽度。
4.根据权利要求3所述的透平，其特征在于，所述转化特征波段辐射不与在所述透平内流动的循环工质的循环工质特征波段辐射有所重合。
5.根据权利要求1、2或4中任一项所述的透平，其特征在于，所述光谱转化涂层与所述叶片之间还设置有导热性能良好的中间基层，所述中间基层能够将所述叶片上的热量传至所述光谱转化涂层。
6.根据权利要求1、2或4中任一项所述的透平，其特征在于，所述光谱转化涂层的材料为金属或者半导体，所述光谱转化涂层采用镀膜的方式镀在所述叶片的表面。
7.根据权利要求6所述的透平，其特征在于，所述光谱转化涂层包括与所述叶片的表面接触的黄金基层以及依次分布于所述黄金基层上的吸收腔、分布式反射层，所述黄金基层能够与所述分布式反射层产生谐共振腔，所述吸收腔能够吸收上述谐共振、并将吸收到的热量转化为所述转化特征波段辐射。
8.根据权利要求7所述的透平，其特征在于，所述分布式反射层由Ge与SiO2或者Ge与ZnS构成。
9.一种布雷顿循环，包括热源、回热器、预冷器、压缩机、发电机以及在所述布雷顿循环内循环的循环工质，其特征在于，还包括如权利要求1-8中任一项所述的透平，所述透平、所述发电机以及所述压缩机由同一根轴联接，所述热源、所述透平、所述回热器的热侧进口和热侧出口、所述预冷器、所述压缩机以及所述回热器的冷侧进、口和冷侧所述热源的出口与所述透平的进口相连，所述透平的出口与所述回热器的热侧进口相连，所述回热器的热侧出口与所述预冷器的进口相连，所述预冷器的出口与所述压缩机的进口相连，所述压缩机的出口与所述回热器的冷侧进口相连，所述回热器的冷侧出口与所述热源的进口相连，从而形成一个循环的热回路；
所述循环工质在热源中吸收热量，温度升高后的所述循环工质在所述透平中膨胀做功，所述透平通过所述轴带动所述发电机发电，膨胀后的所述循环工质流经所述回热器换热，温度降低后的所述循环工质依次进入所述预冷器、所述压缩机以及所述回热器，从所述回热器的冷侧出口流出的所述循环工质再进入所述热源中吸收辐射能，所述压缩机工作所需动力由所述发电机提供，从而完成一个发电循环。
10.根据权利要求9所述的布雷顿循环，其特征在于，所述热源包括集热腔，所述集热腔的内表面设置有所述光谱转化涂层，所述光谱转化涂层将被所述集热腔的腔体吸收的辐射能转化为所述转化特征波段辐射，被所述循环工质强烈吸收。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113589867A (zh) * 2021-03-26 2021-11-02 浙江大学 基于红外光谱特性分析的超临界二氧化碳状态监测与控制系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111878331B (zh) * 2020-09-02 2024-04-26 西安热工研究院有限公司 一种超临界二氧化碳与空气联合循环太阳能发电系统及方法
US11536164B1 (en) * 2022-04-29 2022-12-27 Hamilton Sundstrand Corporation Closed-loop brayton cycle system with turbine blade cooling

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150118441A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-30 General Electric Company Thermo-photo-shielding for high temperature thermal management
US20160243655A1 (en) * 2015-02-20 2016-08-25 General Electric Company Component repair using confined laser drilling
US10253984B2 (en) * 2015-04-28 2019-04-09 United Technologies Corporation Reflective coating for components
CN105545619B (zh) * 2016-01-20 2018-08-07 西安热工研究院有限公司 一种超临界布雷顿与有机朗肯联合循环太阳能发电系统
CN106089612B (zh) * 2016-08-08 2018-09-07 浙江大学 一种特征吸收光谱的辐射吸热器、斯特林发动机及运行方法
CN106050586B (zh) * 2016-08-08 2018-08-07 浙江大学 基于特征吸收光谱的气体体吸热太阳能发电方法及装置
CN108868930B (zh) * 2018-06-07 2020-07-14 江苏科技大学 内燃机余热利用的超临界/跨临界二氧化碳联合循环发电系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113589867A (zh) * 2021-03-26 2021-11-02 浙江大学 基于红外光谱特性分析的超临界二氧化碳状态监测与控制系统
CN113589867B (zh) * 2021-03-26 2022-02-15 浙江大学 基于红外光谱特性分析的超临界二氧化碳状态监测与控制系统

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