DE102008023442A1

DE102008023442A1 - Mechanical energy generating method for use in e.g. nuclear explosive area, involves driving heat engine turbine using heated working medium, so that turbine generates mechanical energy, and transferring energy to device to be driven

Info

Publication number: DE102008023442A1
Application number: DE102008023442A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Melcher; Jens Dr.rer.nat.habil. Günster
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2028-05-15
Also published as: DE102008023442B4

Abstract

Verfahren zum Erzeugen mechanischer Energie aus Lichtenergie, mit den Schritten (a) Richten eines Strahls (22) aus elektromagnetischer Strahlung (22) auf eine Komponente (14) einer Wärmekraftmaschine (10), so dass die Komponente (14) ein Arbeitsmedium (16) der Wärmekraftmaschine (10) erwärmt, (b) Antreiben einer Turbine (12) der Wärmekraftmaschine (10) mit dem erwärmten Arbeitsmedium (16), so dass die Turbine (12) mechanische Energie erzeugt, und (c) Übertragen der mechanischen Energie von der Wärmekraftmaschine (10) auf eine anzutreibende Vorrichtung.A method of generating mechanical energy from light energy comprising the steps of (a) directing a beam (22) of electromagnetic radiation (22) onto a component (14) of a heat engine (10) so that the component (14) comprises a working medium (16). heating the heat engine (10), (b) driving a turbine (12) of the heat engine (10) with the heated working fluid (16) such that the turbine (12) generates mechanical energy, and (c) transmitting the mechanical energy from the engine Heat engine (10) on a device to be driven.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen mechanischer Energie aus Lichtenergie. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Wärmekraftmaschine zum Erzeugen mechanischer Energie aus Lichtenergie, wobei die Wärmekraftmaschine eine Turbine umfasst.The The invention relates to a method for generating mechanical energy from light energy. According to one In the second aspect, the invention relates to a heat engine for generating mechanical energy from light energy, the heat engine includes a turbine.

Für mobile Anwendungen oder für Anwendungen von Maschinen in kontaminierten oder explosionsgefährdeten Arealen ist es notwendig, mechanische Aktuatoren mit Energie zu versorgen. Bekannte Lösungen sind, eine Batterie mitzuführen oder einen Lichtstrahl auf das Objekt zu richten und mittels einer Fotozelle das Licht in Strom umzuwandeln.For mobile Applications or for Applications of machinery in contaminated or potentially explosive atmospheres Areas it is necessary to use mechanical actuators with energy too supply. Known solutions are to carry a battery or direct a beam of light at the object and by means of a photocell to convert the light into electricity.

Maschinen, die in der Lage sind, sich in Medien durch einen eigenen Antrieb vor(wärts)zubewegen oder das Medium in seiner Strömung aktiv zu beeinflussen, beispielsweise Aktuatoren, müssen unter Umständen mit minimalem Materialaufwand aufgebaut werden. Die Möglichkeit, auf Brennstoffe und durch Brennstoffe erzeugte Reaktionsprodukte sowie auf Brennstoff führende und speichernde Einheiten zu verzichten, führt zu einem geringeren Gewicht und, wenn die Maschine in konta miniertem Bereich eingesetzt werden soll, zu weniger kontaminierten Material, was entsorgt werden muss.Machinery, who are able to engage in media through their own drive move before (Windwärts) or the medium in its flow Actively influencing, for example, actuators, may have to minimal material costs are set up. The possibility, fuels and fuel-generated reaction products as well as on fuel leading and to renounce storing units leads to a lower weight and, if the machine is to be used in a contaminated area, to less contaminated material, which must be disposed of.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen mechanischer Energie und eine dafür verwendbare Wärmekraftmaschine vorzuschlagen, die besonders leicht aufgebaut sein kann.Of the Invention is based on the object, a method for generating mechanical energy and a suitable heat engine to propose which can be constructed very easily.

Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zum Erzeugen mechanischer Energie aus Lichtenergie, das die Schritte (a) Richten eines Strahls aus elektromagnetischer Strahlung auf eine Komponente einer Wärmekraftmaschine, so dass die Komponente ein Arbeitsmedium der Wärmekraftmaschine erwärmt, (b) Antreiben einer Turbinenwärmekraftmaschine mit dem erwärmten Arbeitsmedium, so dass die Turbine mechanische Energie erzeugt, und (c) Übertragen der mechanischen Energie von der Wärmekraftmaschine auf eine anzutreibende Vorrichtung. Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine gattungsgemäße Wärmekraftmaschine zum Erzeugen mechanischer Energie aus Lichtenergie, die einen Lichtabsorber umfasst, der angeordnet ist zum Absorbieren eines Strahls elektromagnetischer Strahlung, so dass Wärme entsteht, und zum Erwärmen eines Arbeitsmediums mittels der Wärme.The Invention solves the problem by a method of generating mechanical energy from light energy, the steps of (a) directing a beam out electromagnetic radiation to a component of a heat engine, so that the component heats a working medium of the heat engine, (b) Driving a turbine heat engine with the heated Working medium, so that the turbine generates mechanical energy, and (c) Transfer the mechanical energy from the heat engine to a device to be driven. According to one second aspect triggers the invention solves the problem by a generic heat engine for generating mechanical energy from light energy, which includes a light absorber, which is arranged to absorb a beam of electromagnetic Radiation, giving heat arises, and for heating a working medium by means of heat.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass auch rein mechanische Vorrichtungen angetrieben werden können. Eine Umwandlung der Lichtenergie zunächst in elektrische Energie und von elektrischer Energie in mechanische Energie entfällt. Es ist ein weiterer Vorteil, dass die Lichtenergie sehr konzentriert zugeführt werden kann. Anders bei der Verwendung von Fotozellen kann der Lichtabsorber so ausgebildet werden, dass er hohen Temperaturen, beispielsweise oberhalb von 1000°C, im Dauerbetrieb widersteht.Advantageous to the invention is that also driven purely mechanical devices can be. A conversion of the light energy into electrical energy and from electrical energy to mechanical energy is eliminated. It Another advantage is that the light energy is very concentrated supplied can be. Unlike the use of photocells, the light absorber be formed so that it can withstand high temperatures, for example above 1000 ° C, withstands continuous operation.

Vorteilhaft ist zudem, dass wegen der hohen erreichbaren Leistungsdichte sehr kleine und leichte Wärmekraftmaschinen betreibbar sind. Derartige Wärmekraftmaschinen können beispielsweise Teile von Aktuatoren in der Luft- und Raumfahrt sein. Wegen der kleinen Masse können derartige Wärmekraftmaschinen zudem vorteilhaft in atomar, biologisch oder chemisch kontaminierten Bereichen eingesetzt werden, da sie nur eine geringe Masse besitzen, die nach dem Einsatz kontaminiert ist.Advantageous is also that, because of the high achievable power density very small and light heat engines are operable. Such heat engines can For example, be parts of actuators in the aerospace industry. Because of the small mass can such heat engines also beneficial in atomically, biologically or chemically contaminated Areas are used because they have only a small mass, which is contaminated after use.

Der Materialeinsatz für eine erfindungsgemäße Wärmekraftmaschine ist zudem geringer. Es stehen beim Betrieb der Wärmekraftmaschine und damit beim Betrieb eines Aktuators, der eine derartige Wärmekraftmaschine umfasst, keine Reaktionsprodukte durch Verbrennung, was den Betrieb der Wärmekraftmaschine in sensiblen Medien erleichtert. Ein weiterer Vorteil ist, dass derartige Wärmekraftmaschinen sicher zu betreiben sind, da reaktionsfähiges Material in Form von Brennstoff entbehrlich ist. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass die Wärmekraftmaschine mit einem Lichtstrahl erreicht werden kann.Of the Material use for a heat engine according to the invention is also lower. It is the operation of the heat engine and thus in the operation of an actuator, such a heat engine includes, no reaction products by combustion, causing the operation the heat engine facilitated in sensitive media. Another advantage is that such heat engines safe to operate, since reactive material in the form of Fuel is dispensable. It just has to be ensured that the heat engine can be achieved with a beam of light.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung des Laserstrahls ist, dass die Wärmekraftmaschine keiner Untersuchung auf elektromagnetische Verträglichkeit unterzogen werden muss.One Another advantage of using the laser beam is that the heat engine are not subjected to electromagnetic compatibility testing got to.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Strahl aus elektromagnetischer Strahlung insbesondere ein gerichteter Strahl verstanden, der sich im Wesentlichen gradlinig ausbreitet. Es kann sich bei der elektromagnetischen Strahlung um kohärente oder inkohärente Strahlung handeln. Inkohärente Strahlung hat den Vorteil, dass sich mit ihr besonders wenig divergierende Strahlen erzeugen lassen. Die elektromagnetische Strahlung ist bevorzugt nicht-ionisierend. Es kann sich beispielsweise um Licht oder Mikro- bzw. Radiowellen handeln.in the The scope of the present description is under a beam electromagnetic radiation, in particular a directed beam understood, which spreads essentially straight. It can Electromagnetic radiation is coherent or incoherent Act radiation. incoherent Radiation has the advantage that with her very little divergent Generate rays. The electromagnetic radiation is preferred non-ionizing. It can be, for example, light or micro- or radio waves act.

Unter einer Wärmekraftmaschine wird insbesondere jede Maschine verstanden, die ausgebildet ist, um eine Temperaturdifferenz in dem Arbeitsmedium in mechanische Arbeit umzusetzen. Dabei wird das Arbeitsmedium beispielsweise in einem Kreislauf geführt. Es ist jedoch auch möglich, dass als Arbeitsmedium Umgebungsluft eingesetzt wird, die nach dem Verlassen des Turbine wieder in die Umgebung abgegeben wird.Under a heat engine is understood in particular every machine that is designed to a temperature difference in the working medium in mechanical Implement work. The working medium is, for example, in a cycle. However, it is also possible that ambient air is used as the working medium, which after the Leaving the turbine is discharged back into the environment.

Besonders wichtig für die vorliegende Erfindung ist, dass das Arbeitsmedium indirekt erwärmt wird, indem mit dem Strahl aus elektromagnetischer Strahlung zunächst ei ne feste Komponente der Wärmekraftmaschine erwärmt wird. Umwandlungsprozesse und Wärmeübergänge bedingen stets Einbußen im Wirkungsgrad. Es wäre daher zunächst zu erwarten gewesen, dass es vorteilhaft ist, das Arbeitsmedium direkt mit dem Strahl aus elektromagnetischer Strahlung zu erwärmen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die indirekte Erwärmung des Arbeitsmediums vorteilhaft ist, bei der zunächst die Komponente der Wärmekraftmaschine erwärmt wird und diese Komponente die Wärme dann an das Arbeitsmedium abgibt.Especially important for the present invention is that the working fluid is heated indirectly, by first with the beam of electromagnetic radiation ei ne solid component of the heat engine heated becomes. Conversion processes and heat transfer conditions always losing money in efficiency. It would be therefore first it has been expected that it is beneficial to the working medium to heat directly with the beam of electromagnetic radiation. It However, it has been found that indirect heating of the Working medium is advantageous in the first, the component of the heat engine heated and this component is the heat then deliver to the working medium.

Eine besonders hohe Energiedichte und Leistungsdichte ist erreichbar, wenn der Strahl aus elektromagnetischer Strahlung ein Laserstrahl ist. Laser sind in der Lage, hohe Strahlungsleistungen kontinuierlich im Multi-Kilowattbereich durch ein Medium wie Wasser oder Luft über weite Entfernungen zu übertragen. Es ist zudem möglich, einen Laserstrahl auf eine relativ kleine Fläche zu konzentrieren.A particularly high energy density and power density can be achieved when the beam of electromagnetic radiation is a laser beam is. Lasers are capable of delivering high levels of radiation continuously in the multi-kilowatt range through a medium such as water or air over a wide area To transfer distances. It is also possible to focus a laser beam on a relatively small area.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Strahl auf die Turbine gerichtet. Auf diese Weise wird ein separater Absorber entbehrlich.According to one preferred embodiment the jet aimed at the turbine. This way, it becomes a separate one Absorber dispensable.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Arbeitsmedium für den Laserstrahl transparent. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass weniger als 10% des Laserstrahls vom Arbeitsmedium direkt absorbiert werden.In a preferred embodiment is the working medium for the laser beam transparent. This is to be understood in particular that less than 10% of the laser beam directly absorbed by the working medium become.

Bevorzugt wird der Laserstrahl auf einen Lichtabsorber der Wärmekraftmaschine gerichtet, der zum Absorbieren des Laserstrahls und zum Erwärmen des Arbeitsmediums ausgebildet ist. Günstig ist es, wenn der Lichtabsorber so ausgebildet ist, dass 90% des einfallenden Laserlichts vom Lichtabsorber absorbiert werden. So werden Streuverluste des Laserstrahls vermieden.Prefers the laser beam is applied to a light absorber of the heat engine directed to absorb the laser beam and to heat the Working medium is formed. It is favorable if the light absorber is designed so that 90% of the incident laser light from the light absorber be absorbed. Thus, scattering losses of the laser beam are avoided.

Besonders hohe Leistungsdichten werden erhalten, wenn der Laserstrahl durch einen CO₂-Laser oder einen Festkörperlaser, insbesondere einen Nd:YAG-Laser, erzeugt wird.Particularly high power densities are obtained when the laser beam is generated by a CO ₂ laser or a solid-state laser, in particular a Nd: YAG laser.

Um einen kontinuierlichen Betrieb der Wärmekraftmaschine zu erhalten, wird der Strahl der Komponente bevorzugt nachgeführt. Dazu wird die Komponente, bei spielsweise mit einer Kamera, erfasst. Es ist möglich, dass in einer Umgebung des Lichtabsorbers mehrere Orientierungsmarken angebracht sind, die ein Erfassen der Position des Lichtabsorbers mittels einer Kamera erleichtert.Around to obtain a continuous operation of the heat engine, the beam of the component is preferably tracked. For this purpose, the component, in example with a camera detected. It is possible that in a vicinity of the light absorber several orientation marks attached, which is detecting the position of the light absorber facilitated by a camera.

Für den Einsatz in kontaminierten Umgebungen ist es vorteilhaft, wenn der Strahl mit einer Strahlerzeugungsvorrichtung, insbesondere einem Laser, erzeugt wird, die mechanisch von der Komponente der Wärmekraftmaschine getrennt angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Strahlungserzeugungsvorrichtung und die Komponente der Wärmekraftmaschine so ausgebildet sind, dass beide gasdicht und leitungsfrei miteinander verbindbar sind. So ist es beispielsweise möglich, dass die Wärmekraftmaschine in kontaminiertem Gebiet eingesetzt wird, das durch eine Glasscheibe von der Umgebung abgeschottet ist. Die Strahlerzeugungsvorrichtung ist dann so ausgebildet, dass der Strahl, beispielsweise der Laserstrahl oder der Strahl aus sonstiger elektromagnetischer Strahlung, die Glasscheibe passieren kann. Es ist in anderen Worten günstig, wenn der Strahl aus elektromagnetischer Strahlung leitungsfrei auf die zu erwärmende Komponente der Wärmekraftmaschine transportiert wird, also durch Luft, ein sonstiges Umgebungsmedium oder durch Vakuum.For use in contaminated environments, it is advantageous if the beam with a beam generating device, in particular a laser generated is arranged mechanically separated from the component of the heat engine is. It is particularly advantageous if the radiation generating device and the component of the heat engine are formed so that both gas-tight and conduction-free with each other are connectable. So it is possible, for example, that the heat engine is used in contaminated area, through a glass pane isolated from the environment. The jet generating device is then formed so that the beam, for example, the laser beam or the beam of other electromagnetic radiation, the Glass pane can happen. It's cheap in other words, though the beam of electromagnetic radiation without line on the to be heated Component of the heat engine is transported, so by air, another environment medium or by vacuum.

Bevorzugt wird das Verfahren in atomar, biologisch oder chemisch kontaminierten Bereichen durchgeführt. Alternativ wird das Verfahren bevorzugt so durchgeführt, dass die Wärmekraftmaschine sich auf einem fliegenden oder schwebenden Objekt befindet. Eine weitere alternative Ausführungsform sieht vor, dass das Verfahren in einem Organismus durchgeführt wird, wobei der Strahl aus elektromagnetischer Strahlung die Haut des Organismus bzw. dessen äußere Membran passiert.Prefers the process is contaminated atomically, biologically or chemically Areas carried out. Alternatively, the method is preferably carried out such that the heat engine itself is located on a flying or floating object. Another sees alternative embodiment that the procedure is carried out in an organism, wherein the beam of electromagnetic radiation is the skin of the Organism or its outer membrane happens.

Eine erfindungsgemäße Wärmekraftmaschine umfasst bevorzugt einen Laser, der angeordnet ist zum Richten eines Laserstrahls auf den Lichtabsorber. Günstig ist, wenn der Lichtabsorber aus Keramik besteht, wobei die Keramik bevorzugt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 10^–6K^–1 aufweist. Solche Keramiken sind besonders unempfindlich gegenüber Temperaturgradienten und Temperaturschwankungen.A heat engine according to the invention preferably comprises a laser which is arranged for directing a laser beam onto the light absorber. It is favorable if the light absorber consists of ceramic, wherein the ceramic preferably has a thermal expansion coefficient of less than 10 ^-6 K ^-1 . Such ceramics are particularly insensitive to temperature gradients and temperature fluctuations.

Eine besonders leichte Wärmekraftmaschine wird erhalten, wenn das Arbeitsmedium Gas, insbesondere Luft, ist. Günstig ist es, wenn die Wärmekraftmaschine eine Rückführvorrichtung besitzt, mit der das Arbeitsmedium nach Durchströmen der Turbine erneut durch den Lichtabsorber leitbar ist.A becomes particularly light heat engine obtained when the working medium is gas, in particular air. Cheap is it when the heat engine a return device has, with the working medium again after flowing through the turbine the light absorber is conductive.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigtin the The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine zum Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und 1 a schematic view of a heat engine according to the invention for carrying out a method according to the invention and

2 zeigt eine alternative Ausführungsform. 2 shows an alternative embodiment.

1 zeigt eine Wärmekraftmaschine 10 in Form einer Strömungsmaschine, die eine Turbine 12, einen Lichtabsorber 14 und ein Arbeitsmedium 16 umfasst. Das Arbeitsmedium 16 ist im vorliegenden Fall Luft und wird mittels einer Zuleitung 18 dem Lichtabsorber 14 zugeführt. 1 shows a heat engine 10 in the form of a turbomachine, which is a turbine 12 , a light absorber 14 and a working medium 16 includes. The working medium 16 is in this case air and is by means of a supply line 18 the light absorber 14 fed.

Die Wärmekraftmaschine 10 umfasst zudem einen Laser 20 in Form eines Nd:YAG-Lasers. Der Laser 20 ist ausgebildet, um einen Laserstrahl 22 auf den Lichtabsorber 14 zu richten und diesen dadurch zu erwärmen. Der Laser 20 ist eingerichtet, um beim Bestrahlen des Lichtabsorbers 14 mit dem Laserstrahl 22 am Lichtabsorber 14 eine Betriebstemperatur T_Betrieb von über 1600°C, insbesondere über 1700°C, zu erwärmen. Der Lichtabsorber 14 hat eine Vielzahl an schematisch eingezeichneten Kanälen 24.1, 24.2, .... Durch die Kanäle 24 durchströmende Luft 26 erwärmt sich durch den Kontakt mit dem Lichtabsorber 14 und gelangt danach in die Turbine 12 und versetzt diese in Drehung.The heat engine 10 also includes a laser 20 in the form of a Nd: YAG laser. The laser 20 is designed to be a laser beam 22 on the light absorber 14 to judge and thereby warm it. The laser 20 is set up to irradiate the light absorber 14 with the laser beam 22 at the light absorber 14 an operating temperature T _operation of over 1600 ° C, in particular over 1700 ° C, to heat. The light absorber 14 has a variety of schematically drawn channels 24.1 . 24.2 , .... through the channels 24 air flowing through 26 heats up by contact with the light absorber 14 and then gets into the turbine 12 and puts them in rotation.

Die Turbine 12 umfasst einen bezüglich einer Strömungsrichtung S vor dem Lichtabsorber 14 angeordneten Verdichter 28, der die Luft durch den Lichtabsorber 14 drückt. Die Wärmekraftmaschine 10 ist damit wie eine Strahltriebwerk eines Düsenflugzeugs aufgebaut, wobei statt einer Brennkammer der Lichtabsorber 14 das Arbeitsmedium Luft erwärmt.The turbine 12 includes a with respect to a flow direction S in front of the light absorber 14 arranged compressor 28 passing the air through the light absorber 14 suppressed. The heat engine 10 is thus constructed like a jet engine of a jet aircraft, wherein instead of a combustion chamber of the light absorber 14 the working medium air is heated.

Nach dem Verlassen der Turbine 12 strömt die Luft 16 durch einen Kühler 30, bevor sie erneut durch den Verdichter 28 verdichtet und in den Lichtabsorber 14 gedrückt wird.After leaving the turbine 12 the air is flowing 16 through a cooler 30 before going through the compressor again 28 compacted and in the light absorber 14 is pressed.

Alternativ ist es möglich, dass der Verdichter 28 Umgebungsluft ansaugt und die Luft nach dem Verlassen der Turbine 12 in die Umgebung abgegeben wird. Die Turbine 12 ist über eine Welle 32 mit einer anzutreibenden Vorrichtung verbunden.Alternatively, it is possible that the compressor 28 Ambient air sucks in and the air after leaving the turbine 12 is discharged into the environment. The turbine 12 is about a wave 32 connected to a device to be driven.

Der Laser 20 verfügt über eine nicht eingezeichnete Nachführvorrichtung, um den Laserstrahl 22 stets auf den Lichtabsorber 14 gerichtet zu halten. Bewegt sich die Wärmekraftmaschine 10, so wird der Laserstrahl 22 nachgeführt.The laser 20 has a tracking device, not shown, around the laser beam 22 always on the light absorber 14 to be judged. The heat engine is moving 10 That's how the laser beam gets 22 tracked.

2 zeigt eine Ansicht von vorne auf die Turbine 12 einer Wärmekraftmaschine 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine. Bei dieser Ausführungsform ist die Turbine in Form eines Radiallüfterrades aufgebaut und wird in axialer Richtung mit dem Laserstrahl 22 angestrahlt. Der Laserstrahl 22 erwärmt die Turbine 12 lokal stark, so dass Luft in der Umgebung einer Auftreffstelle 34, an der der Laserstrahl 22 auf die Turbine 12 trifft, stark erwärmt wird. Die Luft dehnt sich aus, so dass sich die Turbine 12 mit einer Drehgeschwindigkeit ω dreht. 2 shows a view from the front of the turbine 12 a heat engine 10 according to a second embodiment of a heat engine according to the invention. In this embodiment, the turbine is constructed in the form of a radial fan and is in the axial direction with the laser beam 22 illuminated. The laser beam 22 heats the turbine 12 locally strong, allowing air in the vicinity of a point of impact 34 at the laser beam 22 on the turbine 12 meets, is strongly heated. The air expands, leaving the turbine 12 rotates at a rotational speed ω.

Die Wärmekraftmaschinen 10 gemäß der 1 und 2 können als Aktuatoren in atomar, biologisch oder chemisch kontaminierten Bereichen eingesetzt werden. Die Wärmekraftmaschine 10 kann zudem in Steuerdüsen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden. Beispielsweise wird die Wärmekraftmaschine 10 in einem Hubschrauber verwendet, um Energie von einem Grundkörper des Hubschraubers auf ein sich drehendes Teil, wie den Hauptrotor oder den Heckrotor zu übertragen. Die Wärmekraftmaschine 10 ist zudem für Mikro-Flugsysteme anwendbar.The heat engines 10 according to the 1 and 2 can be used as actuators in atomically, biologically or chemically contaminated areas. The heat engine 10 can also be used in control nozzles in the aerospace industry. For example, the heat engine 10 used in a helicopter to transfer energy from a main body of the helicopter to a rotating part, such as the main rotor or the tail rotor. The heat engine 10 is also applicable for micro-flight systems.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird als Arbeitsmedium statt Luft Wasser dem Lichtabsorber 14 zugefügt, beispielsweise in flüssiger Form. Die Turbine 12 wird dann von durch Verdampfung erzeugtem Wasserdampf angetrieben. Um ein Verstopfen zu vermeiden, ist das Wasser bevorzugt Deionat oder destilliertes Wasser.According to an alternative embodiment, water is the light absorber instead of air as the working medium 14 added, for example in liquid form. The turbine 12 is then driven by steam generated by evaporation. To avoid clogging, the water is preferably deionized or distilled water.

1010: WärmekraftmaschineHeat engine
1212: Turbineturbine
1414: Lichtabsorberlight absorber
1616: Arbeitsmediumworking medium
1818: Zuleitungsupply
2020: Laserlaser
2222: Laserstrahllaser beam
2424: Kanalchannel
2626: Luftair
2828: Verdichtercompressor
3030: Kühlercooler
3232: Wellewave
3434: Auftreffstelleimpingement
T_Betrieb T _operation: Betriebstemperaturoperating temperatur
SS: Strömungsrichtungflow direction
ωω: Drehgeschwindigkeitrotation speed

Claims

Method of generating mechanical energy from light energy, comprising the steps of (a) directing a beam ( 22 ) from electromagnetic radiation ( 22 ) to a component ( 14 ) a heat engine ( 10 ), so that the component ( 14 ) a working medium ( 16 ) of the heat engine ( 10 ), (b) driving a turbine ( 12 ) of the heat engine ( 10 ) with the heated working medium ( 16 ), so that the turbine ( 12 ) generates mechanical energy, and (c) transferring the mechanical energy from the heat engine ( 10 ) on a device to be driven.

Method according to Claim 1, characterized in that the beam of electromagnetic radiation is a laser beam ( 22 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the jet ( 22 ) on the turbine ( 12 ).

Method according to one of claims 2 or 3, characterized in that the working medium ( 10 ) for the laser beam ( 22 ) is transparent.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam ( 22 ) to a light absorber ( 14 ) of the heat engine ( 10 ), which is used to absorb the laser beam ( 22 ) and for heating the working medium ( 16 ) is trained.

Method according to one of claims 2 to 5, characterized in that the laser beam ( 22 ) is generated by a CO ₂ laser beam or a solid-state laser, in particular a Nd: YAG laser.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the jet ( 22 ) of the component ( 14 ) is tracked.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the jet ( 22 ) with a beam generating device ( 20 ) generated mechanically by the component ( 16 ) of the heat engine ( 10 ) is arranged separately.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heat engine ( 10 ) Is part of an aircraft.

Heat engine with a turbine, characterized by a light absorber ( 14 ) arranged to absorb a laser beam ( 22 ), so that heat is generated, and for heating a working medium ( 16 ) by means of heat.

Heat engine according to claim 10, characterized by a laser ( 20 ) arranged for directing a laser beam ( 22 ) on the light absorber ( 14 ).

Heat engine according to claim 10 or 11, characterized in that the light absorber ( 14 ) consists of ceramic.

Heat engine according to one of claims 10 to 12, characterized in that the working medium ( 16 ) Gas, especially air, is.