DE102013005923A1 - Refrigerant compressor and method for compressing gas and method for producing liquid hydrogen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelverdichter (10), umfassend einen ersten Raum (20) und in diesem ersten Raum (20) einen Verdichter-Rotor (11), einen zweiten Raum (40), der von dem ersten Raum (20) durch ein erstes Trennelement (30) abgetrennt ist, sowie ein an den Verdichter-Rotor (11) angeschlossenes Rotationselement (12), dass durch eine den ersten Raum (20) strömungstechnisch mit dem zweiten Raum (40) verbindende Öffnung (31) des ersten Trennelementes (30) verläuft. Im ersten Raum (20) herrscht ein erster Gasdruck p1 und im zweiten Raum (40) herrscht ein zweiter Gasdruck p2, wobei der Gasdruck p1 geringer ist als der Gasdruck p2. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Raum (40) im Wesentlichen mit Wasserstoff (41) gefüllt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verdichtung von Gas, insbesondere eines Wasserstoff-Neon-Gemischs, und ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Wasserstoff mittels des erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters.The invention relates to a refrigerant compressor (10), comprising a first space (20) and in this first space (20) a compressor rotor (11), a second space (40) which extends from the first space (20) through a first Separating element (30) is separated, as well as a rotating element (12) connected to the compressor rotor (11), that through an opening (31) of the first separating element (30) that connects the first space (20) with the second space (40) in terms of flow technology ) runs. A first gas pressure p1 prevails in the first space (20) and a second gas pressure p2 prevails in the second space (40), the gas pressure p1 being lower than the gas pressure p2. According to the invention, the second space (40) is essentially filled with hydrogen (41). Furthermore, the invention relates to a method for compressing gas, in particular a hydrogen-neon mixture, and a method for producing liquid hydrogen by means of the refrigerant compressor according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kältemittelverdichter sowie ein Verfahren zur Verdichtung von Gas mittels des erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Wasserstoff unter Zurhilfenahme des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verdichtung von Gas.The present invention relates to a refrigerant compressor and a method for compressing gas by means of the refrigerant compressor according to the invention. Furthermore, the invention relates to a process for the production of liquid hydrogen with the aid of the method according to the invention for the compression of gas.

Wasserstoff gilt als ein Energieträger der Zukunft. Um chemische Energie des Wasserstoffes vorhalten zu können, muss dieser in ausreichender Menge gespeichert werden. Zu diesem Zweck wird Wasserstoff verflüssigt. Dafür muss vorhandener oder hergestellter Wasserstoff sehr tief gekühlt werden, auf Temperaturen von kleiner als 30 K. Dazu stehen nur Kältekreisläufe mit Wasserstoff selbst, Helium, Neon und deren Mischungen als Kältemittel zur Verfügung. Übliche Kälteanlagen zu diesem Zweck weisen einen Helium-Brayton-Kreis oder auch einen Wasserstoff-Claude-Kreis auf. Die Verflüssigung bedarf eines sehr hohen Energieaufwandes. Hauptursache für den Energieaufwand ist die Verdichtung des Kältemittels. Die Verdichtung wird üblicherweise mittels Kolben- oder Schrauben-Verdichtern vorgenommen. Allerdings lassen sich höhere Wirkungsgrade in der Verdichtung durch den Einsatz von Turbo-Verdichtern gewährleisten. Zur Effizienzsteigerung wurde vorgeschlagen, Helium-Neon-Kältemittelkreise zu verwenden, um die Effizienz der Kältemittelverdichter, die üblicherweise den gesamten Wirkungsgrad mindern, zu erhöhen.Hydrogen is considered an energy carrier of the future. In order to hold chemical energy of the hydrogen, it must be stored in sufficient quantity. For this purpose, hydrogen is liquefied. For this, existing or produced hydrogen must be cooled very deeply, to temperatures of less than 30 K. For this purpose, only refrigerant circuits with hydrogen itself, helium, neon and their mixtures are available as a refrigerant. Conventional refrigeration systems for this purpose have a helium-Brayton circle or a hydrogen Claude circle. The liquefaction requires a very high energy consumption. The main cause of the energy expenditure is the compression of the refrigerant. The compression is usually carried out by means of piston or screw compressors. However, higher degrees of efficiency in the compression can be ensured by the use of turbo compressors. To increase efficiency, it has been proposed to use helium-neon refrigerant circuits to increase the efficiency of the refrigerant compressors, which usually reduce overall efficiency.

Bei einem Turboverdichter wird einem strömenden Fluid, wie z. B. Wasserstoff, kinetische Energie zugeführt, wodurch dessen Volumenstrom vergrößert wird, so dass, bei Verringerung des zur Verfügung stehenden Raumes, eine entsprechende Verdichtung realisiert wird. Bei Axial-Verdichtern strömt das zu komprimierende Gas in paralleler Richtung zur Drehachse durch den Verdichter. Im Radial-Verdichter strömt das Gas dagegen axial in das Laufrad der Verdichterstufe und wird danach radial ausgelenkt.In a turbocompressor is a flowing fluid, such. As hydrogen, kinetic energy supplied, whereby the volume flow is increased, so that, upon reduction of the available space, a corresponding compression is realized. In axial compressors, the gas to be compressed flows through the compressor in a direction parallel to the axis of rotation. In the radial compressor, however, the gas flows axially into the impeller of the compressor stage and is then deflected radially.

Wasserstoff als Kühlmittel steht bei Anwendung an einem Wasserstoffverflüssiger ausreichend und billig zur Verfügung. Auf Grund der extrem niedrigen molaren Masse von Wasserstoff von 2 g/mol kann jedoch nur ein sehr geringer Druckanstieg je Turbo-Verdichterstufe erreicht werden. Eine entsprechend hohe Anzahl von Verdichterstufen ist damit notwendig. Dies bedeutet jedoch wiederum einen Wirkungsgradverlust und/oder zusätzliche Investitionskosten.Hydrogen as a coolant is sufficiently and cheaply available when used on a hydrogen liquefier. Due to the extremely low molar mass of hydrogen of 2 g / mol, however, only a very small increase in pressure per turbo-compressor stage can be achieved. A correspondingly high number of compressor stages is thus necessary. However, this in turn means a loss of efficiency and / or additional investment costs.

Helium als eine weitere Option für ein Kältemittel ist ein relativ seltenes und damit teures Edelgas, dessen Verluste zu vermeiden sind. Zur Verdichtung von Helium sind demzufolge kostenintensive hermetisch abgedichtete Maschinen zu verwenden, die auf Grund Ihrer speziellen Konstruktion jedoch Limitierungen, z. B. im Bereich der maximalen Betriebsdrehzahl, und damit des Wirkungsgrades mit sich bringen. Da auch Helium eine relativ niedrige molare Masse von 4 g/mol aufweist, kann auch mit diesem Gas die Turbo-Verdichterstufe nur eine geringe Verdichtung erzeugt werden, so dass auch hier der Wirkungsgrad insgesamt relativ gering ist.Helium as another option for a refrigerant is a relatively rare and therefore expensive noble gas whose losses are to be avoided. For the compression of helium therefore costly hermetically sealed machines are to be used, but due to their special design, however, limitations, such. B. in the range of maximum operating speed, and thus bring the efficiency with it. Since helium also has a relatively low molar mass of 4 g / mol, even with this gas, the turbo-compressor stage only a small compression can be generated, so that here too the overall efficiency is relatively low.

Ähnliches trifft auf Neon als weiteres potentielles Kältemittel zu, welches noch kostenintensiver ist als Helium. Bereits aus diesem Grund müssen Neon-Verluste zwingend vermieden werden. Deshalb ist für eine Verdichtung von Neon ebenfalls eine hermetische Abdichtung erforderlich, so dass die daraus bereits beschriebenen Wirkungsgradverluste resultieren. Allerdings kann Neon auf Grund seiner molaren Masse von 20 g/mol effizient bei Umgebungstemperatur in Turbo-Verdichtern über wenige Stufen komprimiert werden.The same applies to neon as another potential refrigerant, which is even more costly than helium. Already for this reason, neon losses must be avoided. Therefore, for a compression of neon also a hermetic seal is required, so that the efficiency losses already described result. However, due to its molar mass of 20 g / mol, neon can be efficiently compressed at ambient temperatures in turbo-compressors over a few steps.

Zum Ausgleich der genannten Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden, als Kältemittel ein Helium-Neon-Gemisch mit einer molaren Masse ≥ 7 g/mol zu verwenden. Allerdings ist auch bei diesem Gasgemisch am Turbo-Verdichter eine hermetische Abdichtung zu realisieren, die sich drehzahlmindernd sowie auch wirkungsgradsenkend auswirkt. Aus demselben Grund wurden Kältemittelmischungen von Wasserstoff und Neon bisher explizit ausgeschlossen.To compensate for the disadvantages mentioned, it has already been proposed to use a helium-neon mixture with a molar mass ≥ 7 g / mol as the refrigerant. However, even with this gas mixture on the turbo-compressor to realize a hermetic seal, which has a speed-reducing as well as efficiency-reducing effect. For the same reason, refrigerant mixtures of hydrogen and neon have been explicitly excluded so far.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Kältemittelverdichter sowie ein Verfahren zur Verdichtung von Gas zur Verfügung zu stellen, mittels derer in kostengünstiger und effizienter Weise die Verdichtung von Gas, insbesondere eines Wasserstoffenthaltenen Gasgemisches, realisierbar ist.Proceeding from this, the object of the present invention is to provide a refrigerant compressor and a method for compressing gas by means of which the compression of gas, in particular of a gas mixture containing hydrogen, can be realized in a cost-effective and efficient manner.

Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Kältemittelverdichter nach Anspruch 1 sowie durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Verdichtung von Gas nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 angegeben. Ergänzend wird ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Wasserstoff nach Anspruch 15 angegeben.This object is achieved by the refrigerant compressor according to the invention according to claim 1 and by the inventive method for compressing gas according to claim 14. Advantageous embodiments of the refrigerant compressor according to the invention are specified in the subclaims 2 to 13. In addition, a method for producing liquid hydrogen according to claim 15 is given.

Der erfindungsgemäße Kältemittelverdichter umfasst einen ersten Raum und in diesem ersten Raum einen Verdichter-Rotor. Weiterhin umfasst der Kältemittelverdichter einen zweiten Raum, der vom ersten Raum durch ein erstes Trennelement abgetrennt ist, sowie ein an den Verdichter-Rotor angeschlossenes Rotationselement, das durch. einen den ersten Raum strömungstechnisch mit dem zweiten Raum verbindende Öffnung des ersten Trennelementes verläuft, wobei im ersten Raum ein erster Gasdruck p1 herrscht und im zweiten Raum ein zweiter Gasdruck p2 herrscht und der Gasdruck p1 geringer ist als der Gasdruck p2. Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der zweite Raum im Wesentlichen mit Wasserstoff gefüllt ist. Vorzugsweise ist der zweite Raum vollständig mit Wasserstoff gefüllt. Alternativ ist der zweite Raum mit einem Gasgemisch aus Wasserstoff und maximal 5% eines anderen Gases gefüllt. Dadurch, dass der zweite Gasdruck p2 höher ist als der erste Gasdruck p1, wird eine Sperrgasdichtung realisiert. Der Kältemittelverdichter wird zur Verdichtung eines gasförmigen Kältemittels eingesetzt. Auf Grund dessen, dass der zweite Gasdruck p2 höher ist als der erste Gasdruck p1 ist abgesichert, dass das Gas bzw. Gasgemisch im ersten Raum nicht durch die Öffnung des ersten Trennelementes strömen kann. Auf Grund dieser Sperrgasdichtung ist die zusätzliche hermetische Abdichtung des Verdichters nicht erforderlich. Demzufolge kann der Verdichter mit hoher Drehzahl und/oder insgesamt hohem Wirkungsgrad betrieben werden. Der auf Grund des Einsatzes von Wasserstoff notwendige Explosionsschutz kann in herkömmlicher Weise eingerichtet sein. The refrigerant compressor according to the invention comprises a first space and in this first space a compressor rotor. Furthermore, the refrigerant compressor comprises a second space, which is separated from the first space by a first separating element, as well as a connected to the compressor rotor rotating element which. a first gas pressure p 1 prevails in the first space and a second gas pressure p 2 prevails in the second space and the gas pressure p 1 is less than the gas pressure p 2 . It is provided according to the present invention that the second space is substantially filled with hydrogen. Preferably, the second space is completely filled with hydrogen. Alternatively, the second space is filled with a gas mixture of hydrogen and a maximum of 5% of another gas. Characterized in that the second gas pressure p 2 is higher than the first gas pressure p 1 , a sealing gas seal is realized. The refrigerant compressor is used to compress a gaseous refrigerant. Due to the fact that the second gas pressure p 2 is higher than the first gas pressure p 1 is ensured that the gas or gas mixture in the first space can not flow through the opening of the first separation element. Due to this seal gas seal, the additional hermetic seal of the compressor is not required. As a result, the compressor can be operated at high speed and / or overall high efficiency. The necessary due to the use of hydrogen explosion protection can be set up in a conventional manner.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das an dem Verdichter-Rotor angeschlossene Rotationselement eine Welle, insbesondere eine Antriebs-Welle des Verdichters ist. Der vorliegende Verdichter ist jedoch nicht auf diese Konstruktion eingeschränkt, sondern er kann auch ein Rotationselement sein, welches als umlaufende Achse ausgebildet ist.It is preferably provided that the rotational element connected to the compressor rotor is a shaft, in particular a drive shaft of the compressor. However, the present compressor is not limited to this construction, but it may also be a rotation member which is formed as a revolving axis.

In spezieller Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zweite Raum durch eine Fluid-Leitung ausgebildet ist, mittels derer der Öffnung des ersten Trennelementes Wasserstoff zuführbar ist. In dieser Ausgestaltung ist der zweite Raum dementsprechend gering dimensioniert, nämlich lediglich in Form einer Rohrleitung oder eines Schlauches zum Transport des Wasserstoffs.In a special embodiment, it is provided that the second space is formed by a fluid conduit, by means of which the opening of the first separation element hydrogen is supplied. In this embodiment, the second space is correspondingly small dimensions, namely only in the form of a pipe or a hose for transporting the hydrogen.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste Raum im Wesentlichen mit einem Gasgemisch aus Wasserstoff und Neon gefüllt ist. Das heißt, dass hier mittels des Kältemittelverdichters ein Gemisch aus Wasserstoff und Neon verdichtet wird. Dadurch, dass von dem zweiten Raum durch die Öffnung des ersten Trennelementes gegebenenfalls Wasserstoff in den ersten Raum überströmen kann, wird keine Verunreinigung des Gasgemisches im ersten Raum realisiert, sondern lediglich eine akzeptable Verschiebung der Gasmengenanteile im Gasgemisch.In particular, it is provided that the first space is substantially filled with a gas mixture of hydrogen and neon. This means that a mixture of hydrogen and neon is compressed by means of the refrigerant compressor. Due to the fact that optionally hydrogen can flow over from the second space through the opening of the first separating element into the first space, no contamination of the gas mixture in the first space is realized, but only an acceptable displacement of the gas quantity fractions in the gas mixture.

Alternativ ist vorgesehen, dass der erste Raum im Wesentlichen mit einem Gasgemisch aus Wasserstoff, Neon und Helium gefüllt ist. Auch hier wird durch das Überströmen von Wasserstoff vom zweiten Raum in den ersten Raum lediglich eine geringfügige Verschiebung der Anteile der genannten Gase im Gasgemisch zu verzeichnen sein.Alternatively, it is provided that the first space is substantially filled with a gas mixture of hydrogen, neon and helium. Again, by the overflow of hydrogen from the second space in the first room will be recorded only a slight shift in the proportions of said gases in the gas mixture.

Zur effizienten Verdichtung sollte das Gasgemisch im ersten Raum eine minimale molare Masse von 6 g/mol bis 12 g/mol, insbesondere von 7 g/mol bis 9 g/mol aufweisen.For efficient compression, the gas mixture in the first space should have a minimum molar mass of from 6 g / mol to 12 g / mol, in particular from 7 g / mol to 9 g / mol.

Der einzusetzende Verdichter ist vorzugsweise ein Radialverdichter. Je nach Ausrichtung des Verdichter-Rotors im Bezug zum als Antriebswelle dienenden Rotationselement kann dabei die Öffnung im ersten Trennelement auf der Seite des Verdichter-Rotors angeordnet sein, an der der geringere Druck oder der höhere Druck anliegt. Alternativ ist jedoch auch ein Axial-Verdichter einsetzbar.The compressor to be used is preferably a radial compressor. Depending on the orientation of the compressor rotor with respect to serving as a drive shaft rotation element while the opening in the first separator may be arranged on the side of the compressor rotor, at which the lower pressure or higher pressure is applied. Alternatively, however, an axial compressor can be used.

Der zweite Gasdruck p2 ist vorzugsweise höher als der Umgebungsluftdruck. Das heißt, dass der Druck von Wasserstoff im zweiten Raum vorzugsweise größer ist als der Luftdruck in der Umgebung des Kältemittelverdichters. Dies verhindert ein Eindringen unerwünschter Gase in den zweiten Raum.The second gas pressure p 2 is preferably higher than the ambient air pressure. That is, the pressure of hydrogen in the second space is preferably greater than the pressure of air in the vicinity of the refrigerant compressor. This prevents unwanted gases from entering the second space.

In besonderer Ausgestaltung umfasst der Kältemittelverdichter einen dritten Raum, der vom zweiten Raum durch ein zweites Trennelement abgetrennt ist. Das Rotationselement des Verdichters verläuft durch eine den zweiten Raum strömungstechnisch mit dem dritten Raum verbindende Öffnung des zweiten Trennelementes. Im dritten Raum herrscht ein dritter Gasdruck p3, wobei der dritte Raum im Wesentlichen mit Stickstoff gefüllt ist.In a particular embodiment, the refrigerant compressor comprises a third space, which is separated from the second space by a second separating element. The rotary element of the compressor runs through an opening of the second separating element which communicates fluidly with the third space through the second space. In the third room there is a third gas pressure p 3 , the third space being essentially filled with nitrogen.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der dritte Gasdruck p3 geringer ist als der zweite Gasdruck p2. Dadurch wird erreicht, dass zwischen dem mit Wasserstoff gefüllten zweiten Raum und der Umgebung noch ein dritter Raum angeordnet ist, dessen Gas eine zusätzliche Abdichtung des zweiten Raumes und somit auch des ersten Raumes gegen die Umgebung realisiert. Außerdem kann damit eine unerwünschte Abströmung von Wasserstoff in die Umgebung minimiert werden.In particular, it is provided that the third gas pressure p 3 is lower than the second gas pressure p 2 . It is thereby achieved that between the second space filled with hydrogen and the environment, a third space is arranged, the gas of which is an additional seal of the second space and thus also realized the first room against the environment. In addition, it can be used to minimize unwanted outflow of hydrogen into the environment.

In dieser Ausgestaltung sollte der dritte Gasdruck p3 höher sein als der Umgebungsluftdruck pa.In this embodiment, the third gas pressure p 3 should be higher than the ambient air pressure p a .

Zur strömungstechnischen Zuführung von Wasserstoff in den zweiten Raum sollte an diesem eine Zufuhr- und/oder Speichereinheit zur Zuführung und/oder Speicherung von Wasserstoff angeschlossen sein. Das bedeutet, dass Wasserstoff in den zweiten Raum strömen kann oder dort von einer Speichereinheit vorgehalten wird. Der zweite Raum kann dabei selbst die Speichereinheit ausbilden.For the fluidic supply of hydrogen in the second space should be connected to this a supply and / or storage unit for supplying and / or storage of hydrogen. This means that hydrogen can flow into the second room or is held there by a storage unit. The second space can form the memory unit itself.

In günstiger Vervollständigung der Erfindung umfasst der Kältemittelverdichter eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung, mit der der Volumenanteil wenigstens eines Bestandteils des Gases im ersten Raum ermittelbar ist und der zweite Gasdruck p2 im zweiten Raum in Abhängigkeit vom ermittelten Volumenanteil einstellbar ist. Vorzugsweise ist dabei eine automatische Einsteilbarkeit möglich. Diese Steuer- und/oder Regelungseinrichtung dient dazu, bei undichtigkeitsbedingten Schwankungen des Wasserstoff-Anteils im ersten Raum durch eine Erhöhung des zweiten Drucks p2 im zweiten Raum ein gewünschtes Gasanteilsverhältnis im ersten Raum herzustellen. Gegebenenfalls kann die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung derart ausgestaltet sein, dass mit ihr auch der dritte Druck p3 im dritten Raum eingestellt werden kann.In a favorable completion of the invention, the refrigerant compressor comprises a control and / or regulating device, with which the volume fraction of at least one component of the gas in the first room can be determined and the second gas pressure p 2 in the second space in dependence on the determined volume fraction is adjustable. Preferably, an automatic adjustability is possible. This control and / or regulating device is used to produce a desired gas ratio in the first room in case of leakage-related fluctuations of the hydrogen content in the first room by increasing the second pressure p 2 in the second room. Optionally, the control and / or regulating device can be configured such that with it, the third pressure p 3 can be set in the third room.

Es wird des Weiteren erfindungsgemäß ein Verfahren zur Verdichtung von Gas, insbesondere eines Wasserstoff-Neon-Gemisches, zur Verfügung gestellt, bei dem das Gas mittels des erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters verdichtet wird, wobei in dem zweiten Raum ein derartiger Gasdruck p2 eingestellt wird, dass dieser größer ist als der Gasdruck p1 im ersten Raum.There is further provided according to the invention a method for compressing gas, in particular a hydrogen-neon mixture, in which the gas is compressed by means of the refrigerant compressor according to the invention, wherein in the second space such a gas pressure p 2 is set, that this is greater than the gas pressure p 1 in the first room.

Ergänzend wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Wasserstoff zur Verfügung gestellt, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren zur Verdichtung von Gas durchgeführt wird.In addition, a process for the production of liquid hydrogen is also provided, in which the method according to the invention for the compression of gas is carried out.

Insgesamt lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Kältemittelverdichter ein Gemisch aus Wasserstoff und Neon komprimieren, ohne dabei Verluste von Neon hinnehmen zu müssen bzw. geringe Betriebsdrehzahlen akzeptieren zu müssen.Overall, a mixture of hydrogen and neon can be compressed with the refrigerant compressor according to the invention, without having to accept losses of neon or having to accept low operating speeds.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand des in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.The invention will be explained below with reference to the embodiment shown in the accompanying drawings.

1 zeigt die schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Verdichters mit mehreren Dichtungen. 1 shows the schematic side view of a compressor according to the invention with multiple seals.

Der erfindungsgemäße Kältemittelverdichter 10 umfasst einen Verdichter-Rotor 11, der vorzugsweise als Radial-Verdichter ausgeführt ist. An den Verdichter-Rotor 11 ist ein Rotationselement 12 angeschlossen, welches vorzugsweise als Antriebswelle dient. Der Verdichter-Rotor 11 sowie das Rotationselement 12 rotieren dabei um die gemeinsame Rotationsachse 13. Der Verdichter-Rotor 11 ist in einem ersten Raum 20 angeordnet. In diesen Raum wird ein Gasgemisch 21, vorzugsweise bestehend aus Wasserstoff und Neon oder auch bestehend aus Wasserstoff, Neon und Helium, eingeführt. Dieses Gasgemisch 21 wird vom Verdichter-Rotor 11 komprimiert und an der Seite des größeren Durchmessers als Gas-Volumenstrom 22 abgegeben. Da eine Antriebseinrichtung des Verdichter-Rotors 11 außerhalb des ersten Raumes 20 anzuordnen ist, muss demzufolge das als Antriebswelle ausgestaltete Rotationselement 12 von außen in den ersten Raum 20 geführt werden. Dabei durchdringt das Rotationselement 12 ein erstes, den ersten Raum 20 zumindest teilweise begrenzendes Trennelement 30. Das Rotationselement 12 verläuft dabei durch eine Öffnung 31 des ersten Trennelementes. Auf der dem ersten Raum gegenüberliegenden Seite des ersten Trennelementes 30 befindet sich ein zweiter Raum 40, der überwiegend und vorzugsweise vollständig mit Wasserstoff 41 gefüllt ist. Der zweite Raum 40 ist auf der dem ersten Trennelement 30 gegenüberliegenden Seite durch ein zweites Trennelement 50 abgegrenzt. Das Rotationselement 12 verläuft ebenfalls durch eine Öffnung 51 des zweiten Trennelementes.The refrigerant compressor according to the invention 10 includes a compressor rotor 11 , which is preferably designed as a radial compressor. To the compressor rotor 11 is a rotation element 12 connected, which preferably serves as a drive shaft. The compressor rotor 11 and the rotation element 12 rotate around the common axis of rotation 13 , The compressor rotor 11 is in a first room 20 arranged. In this room is a gas mixture 21 , preferably consisting of hydrogen and neon or also consisting of hydrogen, neon and helium introduced. This gas mixture 21 is from the compressor rotor 11 compressed and at the side of the larger diameter than gas volume flow 22 issued. Since a drive means of the compressor rotor 11 outside the first room 20 must be arranged, therefore, designed as a drive shaft rotation element 12 from the outside into the first room 20 be guided. The rotary element penetrates 12 a first, the first room 20 at least partially delimiting separating element 30 , The rotation element 12 runs through an opening 31 of the first separating element. On the opposite side of the first space of the first separation element 30 there is a second room 40 which is predominantly and preferably completely hydrogen 41 is filled. The second room 40 is on the first separator 30 opposite side by a second separating element 50 demarcated. The rotation element 12 also passes through an opening 51 of the second separating element.

Der Gasdruck p2 im zweiten Raum 40 ist höher als der Gasdruck p1 im ersten Raum 20. Dadurch wird erreicht, dass Wasserstoff 41 aus dem zweiten Raum 40 durch die Öffnung 31 des ersten Trennelementes 30 in den ersten Raum 20 strömen kann, jedoch kein Gas aus dem Gasgemisch 21 im ersten Raum 20 durch die Öffnung 31 des ersten Trennelementes 30 herausströmen kann. Dadurch wird gewährleistet, dass die wertvollen Bestandteile des Gasgemisches 21 im ersten Raum, wie z. B. Neon oder Helium nicht abströmen können. In 1 ist dies durch den in der Öffnung 31 des ersten Trennelementes 30 vorhandenen Wasserstoffstrom 42 angedeutet. Dieser Wasserstoffstrom 42 ist jedoch für den Kältemittelverdichter 10 unschädlich, da er lediglich zu einer geringfügigen Verschiebung der Anteile der Gase im Gasgemisch 21 führt.The gas pressure p 2 in the second room 40 is higher than the gas pressure p 1 in the first room 20 , This will achieve that hydrogen 41 from the second room 40 through the opening 31 of the first separating element 30 in the first room 20 can flow, but no gas from the gas mixture 21 in the first room 20 through the opening 31 of the first separating element 30 can flow out. This ensures that the valuable components of the gas mixture 21 in the first room, such as B. neon or helium can not flow. In 1 This is through the opening 31 of the first separating element 30 existing hydrogen stream 42 indicated. This hydrogen flow 42 is however for the refrigerant compressor 10 harmless, since it only leads to a slight shift of the proportions of the gases in the gas mixture 21 leads.

Die Erfindung ist beispielshaft weiterhin mit einem zweiten Trennelement 50 ausgestaltet, welches ebenfalls eine Öffnung 51 aufweist, durch welche das Rotationselement 12 hindurchfährt. Diese Öffnung 51 des zweiten Trennelementes 50 führt zu einem dritten Raum 60, der vom zweiten Raum 40 durch das zweite Trennelement 50 abgetrennt ist. Im dritten Raum 60 befindet sich Stickstoff 61. Der Druck p3 des Stickstoffs 61 im dritten Raum 60 ist dabei höher als der Umgebungsdruck in der Umgebung 80. Dadurch wird ein Stickstoffstrom 62 vom dritten Raum 60 in die Umgebung 80 erzeugt. Der Stickstoffstrom 62 verläuft dabei durch eine Öffnung 71 im dritten Trennelement 70. Der Druck p2 im zweiten Raum 40 ist höher einzustellen als der Druck p3 im dritten Raum 60. Dadurch wird gewährleistet, dass kein Stickstoff 61 vom dritten Raum 60 in den zweiten Raum 40 strömt und somit keine Gefahr besteht, dass dieser Stickstoff bis in den ersten Raum 20 strömen kann.The invention is further exemplary with a second separating element 50 designed, which also has an opening 51 through which the rotation element 12 shall pass through. This opening 51 of the second separating element 50 leads to a third room 60 , the second room 40 through the second separating element 50 is separated. In the third room 60 there is nitrogen 61 , The pressure p 3 of the nitrogen 61 in the third room 60 is higher than the ambient pressure in the environment 80 , This will be a nitrogen flow 62 from the third room 60 in the nearby areas 80 generated. The nitrogen flow 62 runs through an opening 71 in the third separating element 70 , The pressure p 2 in the second room 40 is to be set higher than the pressure p 3 in the third room 60 , This ensures that no nitrogen 61 from the third room 60 in the second room 40 flows and thus there is no danger that this nitrogen is in the first room 20 can flow.

Der erfindungsgemäße Kältemittelverdichter kann außerdem eine dargestellte Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 90 aufweisen, mit der der Anteil wenigstens eines Gases des Gasgemisches 21 im ersten Raum 20 feststellbar ist, und bei Abweichung des Anteils von einem bestimmten, voreingestellten Sollwertebereich der Gasdruck p2 im zweiten Raum 40 entsprechend modifizierbar ist.The refrigerant compressor according to the invention can also be an illustrated control and / or regulating device 90 have, with the proportion of at least one gas of the gas mixture 21 in the first room 20 is detectable, and in deviation of the proportion of a certain, preset setpoint range, the gas pressure p 2 in the second space 40 is modifiable accordingly.

Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf die dargestellte konstruktive Ausführung eingeschränkt, bei der die realisierten Gasdichtungen auf der Seite des Verdichter-Rotors 11 angeordnet sind, an der ein höherer Druck herrscht, sondern die Gasdichtungen bzw. das Rotationselement 12 sowie die Trennelemente 30, 50, 70 können auch an der Seite des Verdichter-Rotors 11 angeordnet sein, an der das Gasgemisch 21 zugeführt wird und ein geringerer Druck herrscht. Bezugszeichenliste Kältemittelverdichter 10 Verdichter-Rotor 11 Rotationselement 12 Rotationsachse 13 erster Raum 20 Gasgemisch 21 Gas-Volumenstrom 22 erstes Trennelement 30 Öffnung des ersten Trennelements 31 zweiter Raum 40 Wasserstoff 41 Wasserstoffstrom 42 Zweites Trennelement 50 Öffnung des zweiten Trennelements 51 dritter Raum 60 Stickstoff 61 Stickstoffstrom 62 drittes Trennelement 70 Öffnung des dritten Trennelements 71 Umgebung 80 Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 90 The present invention is not limited to the illustrated structural design, in which the realized gas seals on the side of the compressor rotor 11 are arranged, at which a higher pressure prevails, but the gas seals or the rotary member 12 as well as the separating elements 30 . 50 . 70 can also be on the side of the compressor rotor 11 be arranged at the gas mixture 21 is supplied and there is a lower pressure. LIST OF REFERENCE NUMBERS Refrigerant compressor 10 Compressor rotor 11 rotating member 12 axis of rotation 13 first room 20 mixture of gases 21 Gas volume flow 22 first separating element 30 Opening of the first separating element 31 second room 40 hydrogen 41 Hydrogen stream 42 Second separating element 50 Opening of the second separating element 51 third room 60 nitrogen 61 nitrogen stream 62 third separating element 70 Opening of the third separating element 71 Surroundings 80 Control and / or regulating device 90

Claims (15)

Kältemittelverdichter (10), umfassend einen ersten Raum (20) und in diesem ersten Raum (20) einen Verdichter-Rotor (11), einen zweiten Raum (40), der von dem ersten Raum (20) durch ein erstes Trennelement (30) abgetrennt ist, sowie ein an den Verdichter-Rotor (11) angeschlossenes Rotationselement (12), dass durch eine den ersten Raum (20) strömungstechnisch mit dem zweiten Raum (40) verbindende Öffnung (31) des ersten Trennelementes (30) verläuft, wobei im ersten Raum (20) ein erster Gasdruck p1 herrscht und im zweiten Raum (40) ein zweiter Gasdruck p2 herrscht und der Gasdruck p1 geringer ist als der Gasdruck p2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Raum (40) im Wesentlichen mit Wasserstoff (41) gefüllt ist.Refrigerant compressor ( 10 ), comprising a first room ( 20 ) and in this first room ( 20 ) a compressor rotor ( 11 ), a second room ( 40 ), from the first room ( 20 ) by a first separating element ( 30 ) and one to the compressor rotor ( 11 ) connected rotary element ( 12 ) that through a the first room ( 20 ) fluidically with the second space ( 40 ) connecting opening ( 31 ) of the first separating element ( 30 ), where in the first room ( 20 ) a first gas pressure p 1 prevails and in the second space ( 40 ) a second gas pressure p 2 prevails and the gas pressure p 1 is lower than the gas pressure p 2 , characterized in that the second space ( 40 ) substantially with hydrogen ( 41 ) is filled. Kältemittelverdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das an den Verdichter-Rotor (11) angeschlossene Rotationselement (12) eine Welle des Verdichters ist.Refrigerant compressor ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the to the compressor rotor ( 11 ) connected rotary element ( 12 ) is a shaft of the compressor. Kältemittelverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Raum (40) durch eine Fluid-Leitung ausgebildet ist, mittels derer der Öffnung (31) des ersten Trennelementes (30) Wasserstoff (41) zuführbar ist.Refrigerant compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second space ( 40 ) is formed by a fluid conduit, by means of which the opening ( 31 ) of the first separating element ( 30 ) Hydrogen ( 41 ) can be fed. Kältemittelverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Raum (20) im Wesentlichen mit einem Gasgemisch (21) aus Wasserstoff und Neon gefüllt ist.Refrigerant compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first space ( 20 ) essentially with a gas mixture ( 21 ) is filled from hydrogen and neon. Kältemittelverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Raum (20) im Wesentlichen mit einem Gasgemisch (21) aus Wasserstoff, Neon und Helium gefüllt ist.Refrigerant compressor ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first space ( 20 ) essentially with a gas mixture ( 21 ) of hydrogen, neon and helium. Kältemittelverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch (21) eine minimale molare Masse von 6 g/mol bis 12 g/mol aufweist.Refrigerant compressor ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the gas mixture ( 21 ) has a minimum molar mass of 6 g / mol to 12 g / mol. Kältemittelverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter ein Radialverdichter ist.Refrigerant compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor is a radial compressor. Kältemittelverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasdruck p2 höher ist als der Umgebungsluftdruck pa.Refrigerant compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second gas pressure p 2 is higher than the ambient air pressure p a . Kältemittelverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelverdichter weiterhin einen dritten Raum (60) umfasst, der vom zweiten Raum (40) durch ein zweites Trennelement (50) abgetrennt ist und das Rotationselement (12) des Verdichters durch eine den zweiten Raum (40) strömungstechnisch mit dem dritten Raum (60) verbindende Öffnung (51) des zweiten Trennelementes (50) verläuft, wobei im dritten Raum (60) ein dritter Gasdruck p3 herrscht und der dritte Raum (60) im Wesentlichen mit Stickstoff (61) gefüllt ist.Refrigerant compressor ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the refrigerant compressor further comprises a third space ( 60 ) from the second room ( 40 ) by a second separating element ( 50 ) is separated and the rotation element ( 12 ) of the compressor through a second space ( 40 ) fluidically with the third space ( 60 ) connecting opening ( 51 ) of the second separating element ( 50 ), whereas in the third room ( 60 ) a third gas pressure p 3 prevails and the third space ( 60 ) essentially with nitrogen ( 61 ) is filled. Kältemittelverdichter (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Gasdruck p3 geringer ist als der zweite Gasdruck p2.Refrigerant compressor ( 10 ) according to claim 9, characterized in that the third gas pressure p 3 is less than the second gas pressure p 2 . Kältemittelverdichter (10) nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Gasdruck p3 höher ist als der Umgebungsluftdruck pa.Refrigerant compressor ( 10 ) according to one of claims 9 and 10, characterized in that the third gas pressure p 3 is higher than the ambient air pressure p a . Kältemittelverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Raum (40) eine Zuführ- und/oder Speichereinheit zur Zuführung und/oder Speicherung von Wasserstoff (41) strömungstechnisch angeschlossen ist.Refrigerant compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at the second space ( 40 ) a supply and / or storage unit for supplying and / or storing hydrogen ( 41 ) is fluidically connected. Kältemittelverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelverdichter eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (90) umfasst, mit der der Volumenanteil wenigstens eines Bestandteils des Gases im ersten Raum (20) ermittelbar ist und der zweite Gasdruck p2 im zweiten Raum (40) in Abhängigkeit vom ermittelten Volumenanteil einstellbar ist.Refrigerant compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the refrigerant compressor a control and / or regulating device ( 90 ), with which the volume fraction of at least one constituent of the gas in the first space ( 20 ) and the second gas pressure p 2 in the second space ( 40 ) is adjustable in dependence on the determined volume fraction. Verfahren zur Verdichtung von Gas, insbesondere eines Wasserstoff-Neon-Gemischs, bei dem das Gas mittels des Kältemittelverdichters (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 verdichtet wird, wobei in dem zweiten Raum (40) ein derartiger zweiter Gasdruck p2 eingestellt wird, dass dieser größer ist als der erste Gasdruck p1 im ersten Raum (20).Method for compressing gas, in particular a hydrogen-neon mixture, in which the gas is cooled by means of the refrigerant compressor ( 10 ) is compressed according to one of claims 1 to 13, wherein in the second space ( 40 ) such a second gas pressure p 2 is set to be greater than the first gas pressure p 1 in the first space ( 20 ). Verfahren zur Herstellung von flüssigem Wasserstoff, umfassend das Verfahren zur Verdichtung von Gas nach Anspruch 14. A process for the production of liquid hydrogen, comprising the process for the compression of gas according to claim 14.
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