CN111512106B - 用于液化至少一种气体的装置和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于液化至少一种气体的装置(26)，该装置包括：‑至少一个入口(30)，通过该入口能将加压的气体引入所述装置(26)中；‑至少一个逆流热交换器(32)，该逆流热交换器(32)具有至少一个第一通道(34)，该至少一个第一通道(34)能经过入口(30)被供应所述气体并且能被所述气体沿第一方向流过；‑至少一个膨胀喷嘴(36)，第一通道(34)通入所述至少一个膨胀喷嘴(36)中，从而使从第一通道(34)流入膨胀喷嘴(36)中、流过膨胀喷嘴(36)且从膨胀喷嘴(36)中流出的气体借助于膨胀喷嘴(36)能膨胀，与此同时形成包含气相和液滴的气溶胶；‑气溶胶破坏器(38)，至少一部分液滴借助该气溶胶破坏器能与气相分离；‑收集区(40)，用于接收和收集从气溶胶破坏器(38)滴下的液滴；和‑围绕第一通道(34)的逆流热交换器(32)的第二通道(42)，其中第二通道(42)在与第一方向相反的第二方向上能被相对于气体减压且较冷并从膨胀喷嘴(36)流出的气相流过并且围绕第一通道(34)，其中，所述装置(26)一体式设计。

Description

用于液化至少一种气体的装置和设备
技术领域
本发明涉及一种用于液化至少一种气体的装置和设备。
背景技术
用于液化至少一种气体的装置和设备例如可以在能量转换方案中分散地使用和利用，以便接收例如暂时过剩地产生并存储在电网中的电力并将其转换为能量存储介质，例如液体。该液体例如由上述至少一种气体作为低温液化气产生。换句话说，相应的装置或设备可以利用过剩的电能，例如，以使上述气体液化并因此从该气体中制成液体，特别是作为低温液化气。作为液体，例如制造了液态空气、液态天然气、液态氮、液态氩或其他液体。这种低温液化气也可用于分散式冷却小型发电设备的组件，例如具有超导部件的电气组件。
然而，这种用于液化至少一种气体的装置或设备通常具有大量的组件并且其制造昂贵，使得气体的分散液化并因此使用过剩的电能来液化该气体仍不经济。目前，用于液化一种气体的设备或装置占用大量空间，并且若不致使在运行中不经济，则不能在一定程度上将其缩小。另外，这样的装置或设备由多个单元组成，这些单元被单独安装并且必须彼此连接。这种单独制造且可互连的单元是例如热交换器、低温储罐、节流喷嘴、隔热材料、管道、除雾器或液滴分离器以及其他组件。由此这样的装置或设备在其与容量相关的特定投资总额上的成本过高。但是，集中且波动运行的小型装置或设备可以在本地或区域级别的电网的馈电和消耗之间实现平衡，并且在相应地较低的特定的运行投资成本下可以实现在区域级别上的网络缓冲和存储产品的制造，其中，所提及的液体作为存储产品能够由气体来生产。对于在低于-100℃的低温温度下具有较低冷却要求的应用，还需要一种小型、紧凑且易于运行的低温液化气的生产设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置和设备，通过该装置和设备可以高效地以及节省空间和成本低廉地液化至少一种气体。
根据本发明，该目的通过如下技术方案实现。
本发明的第一方面涉及一种用于液化至少一种气体的装置，使得在液化过程中由至少一种气体产生液体。该装置具有至少一个可将加压的气体引入该装置的入口。该装置还包括至少一个逆流热交换器，该逆流热交换器具有至少一个第一通道，该第一通道可以经由入口被供应所述加压的气体并且被该气体沿着第一方向流过。该装置还具有至少一个膨胀喷嘴，第一通道通入该膨胀喷嘴。由此，从该第一通道流入膨胀喷嘴中、流过膨胀喷嘴并从膨胀喷嘴流出的气体可通过膨胀喷嘴膨胀，与此同时形成包含气相和液滴的气溶胶。换句话说，在装置运行期间，流过膨胀喷嘴并从膨胀喷嘴流出的气体通过膨胀喷嘴膨胀，其结果是在气体特定温度以下由所述气体形成了一种气溶胶，也称为雾。气溶胶包括气相和液滴，其中，气相和液滴均由从膨胀喷嘴流出的气体形成。因此，气相是流过和流出膨胀喷嘴的气体的至少一部分，其中，该部分没有被转化成液体或液滴，而是保持气态。
该装置还包括气溶胶破坏器，借助该气溶胶破坏器，至少一部分液滴可以与气相分离。在这种分离的范围内，例如，至少部分液滴落在气溶胶破坏器上或沉积在气溶胶破坏器上，由此这部分与气溶胶分离。
该装置还包括收集区域，用于接收和收集从气溶胶破坏器滴下的液滴。因此，从气溶胶破坏器滴下的液滴可以收集在收集区域中，并且例如形成上述液体。
逆流热交换器还包括围绕第一通道的第二通道，该第二通道可以在与第一方向相反的第二方向上被相对于气体减压并且更冷并从膨胀喷嘴流出的气相流过并围绕第一通道。换句话说，未通过膨胀喷嘴转换为液滴的气体相对于尚未从膨胀喷嘴流出的气体膨胀和更冷，因此，例如通过逆流热交换器的至少部分地限定或形成通道的相应的壁区域，发生或可以发生从流过第一通道的气体到流过第二通道的气相的热传递。由此冷却流过第一通道的气体并且加热流过第二通道的气相或流过第二通道的气体。以这种方式，在到达膨胀喷嘴的路径中可以特别高效并且有效地冷却流过第一通道的气体。
此外，根据本发明规定，该装置一体式设计。这意味着入口、逆流导管、膨胀喷嘴、气溶胶破坏器和收集区域或者各个形成或限定入口、逆流导管、膨胀喷嘴、气溶胶破坏器和收集区域的壁区域彼此一体式形成，使得该装置设计为整体。由此该装置的成本和零件数量、重量和空间需求都可以保持在特别小的范围中，从而例如可以将根据本发明的装置特别有利地用于过剩电能的分散存储，特别是中间存储。特别地，可以借助该设备分散地利用过剩的电能，以便借助该装置和过剩的电能从至少一种气体形成液滴以及也称作小滴的液滴，从而形成液体。由此，可以将过剩的电能的至少一部分高效并且有效地存储在例如设计成低温液态气体的液体中。由于空间需求小，也可以仅由压缩气体来分散地产生少量的低温液态气体，从而仅由压缩气体就可以将组件连续冷却至低温。
所述至少一种气体例如是工作介质，其中所述装置可以以特别简单的方式适用于不同的工作介质。可能的工作介质是例如空气，尤其是干燥的空气以及氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)，氪气(Kr)、氙气(Xe)、氖气(Ne)、甲烷(CH4)、氨气(NH3)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、丙烷(CH3CH2CH3)、丙烯(CH2CHCH3)、二氧化碳，尤其是加压的二氧化碳(CO2)以及其他气体。压缩空气可以特别优选地不含可能在液态空气的低温下固化并因此堵塞通道的分子。这可以使用合适的过滤器，例如所谓的分子筛完成，该过滤器可以从压缩空气中去除各种可吸收的分子，例如短链烃，例如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、丙烷(C3H8)、丙烯(C3H6)、丁烷(C4H10)、丁烯(C4H8)、丁二烯(C4H6)、一氧化二氮(N2O，笑气)、二氧化碳(CO2)或水蒸气(H2O)。
该装置的一件式设计创建了一种结构形式，在该结构形式中集成了所有的需要用于液化气体的功能部件。由此为了液化至少一种气体，仅需要将例如提供至少一种气体作为压缩气体的气体源连接到入口上或通过入口连接到该装置上。此外，可选地设有形成气相的剩余的和减压的气体的排出部，使得例如该装置可以具有出口，通过该出口可以将气相从第二通道或装置中排出。
可以想到的是，尤其是通过出口将气相提供给例如可以压缩气相的回路或压缩机。由此，压缩机可以例如将气相转化为尤其是压缩气体形式的至少一种气体，从而之后可以再次通过装置的入口和特别是第一通道输送气相作为压缩气体或至少一种气体。一体式设计还确保了装置在高压下具有特别高的稳定性。另外，由于该装置一件式设计，因此不提供或不需要连接过程、螺纹连接、预制零件、焊接等。该装置，特别是其设计，可以被参数化地适合于不同的气体及其各个量。尤其是，可以在增材制造过程中将组件聚集在一起，例如以可以使用PBF方法构造的几何形状聚集在一起，以便在粉末床中进行射束熔化(粉末床熔融)，而无需内部支撑结构。
利用根据本发明的装置，可以实现用于液化气体的小型的、可分散使用的设备，并且可以特别经济地操作这种设备。整体结构还使液体的冷气(制冷能量)能够被封装，从而可显现出特别高效的运行。另外，可以避免装置的手工制造。换句话说，即使该装置具有复杂的几何形状，也可以实现该装置的自动的特别是全自动的生产。由此可以低成本且节省时间地制造该装置。
已经显示出特别有利的是，该装置具有带有至少一个隔热套的隔热体，该隔热套至少主要地，尤其是完全地在外周上围绕逆流热交换器并且被抽成真空。隔热体因此设计为真空隔热体，因为例如通过抽空隔热套来在隔热套中产生这种真空，该真空可以通过技术上可利用的手段来产生。因此，在隔热套中存在真空或隔热套被抽真空应特别理解为，在隔热套中存在的压力明显小于装置周围环境中存在的其它压力。这种真空隔热防止过多的冷损失或过多的热量进入存储区域，从而可以在存储区域中特别有利地容纳并且存储尤其设计成低温液化气体的液体。
该装置优选具有排出接头，通过该排出接头，液滴或液体可以从收集区域排出到该装置的周围。
另一个实施形式的特征在于，该装置通过增材制造过程，特别是通过3D打印来制造。特别地，该装置通过粉末床熔融(PBF)工艺形成。通过这种增材制造过程，该装置只能在自身上自支撑式构建而没有内部支撑结构。此外，该装置可以节省时间且成本低廉地并且以高稳定性和耐压强度生产。
为了使装置的安装空间要求特别小并且能够实现相应通道的特别长的长度，在本发明的另一实施方式中规定，相应通道，特别是围绕装置的纵向方向，至少基本上是螺旋形或螺旋状延伸。由此可以以特别节省空间和特别有效的方式冷却流经第一通道的气体。
在本发明的另一实施形式中，相应的通道具有至少一个第一通道段并且优选具有第二通道段，其中，第二通道段在气体流过相应通道的流动方向上布置在第一通道段的下游，并且其中，通道段例如彼此流体连接。在此，第二通道段布置在第一通道段的面向收集区域的内侧。通过使用这些通道段，可以以节省空间的方式实现特别长的通道，从而尤其可以将在装置的纵向上延伸的安装空间需求保持在特别小的范围内。另外，由此可以有效且高效地冷却流过第一通道的气体。可以特别优选地补充第三通道段和第四通道段。
为了能够对流过第一通道的气体进行特别有利的冷却，在本发明的另一实施形式中规定，各个通道的长度至少为10米，优选至少为20米，尤其是至少或恰好为21米。
另一实施形式的特征在于，气溶胶破坏器具有多个从其自身看漏斗形的彼此叠置的层，其分别具有在气溶胶破坏器的圆周方向上间隔开的破坏器板。相应的层至少基本上是漏斗形尤其理解为，例如包络或包围相应的层的相应的包络线至少基本上是漏斗形的，其中，相应的层的相应的破坏板尤其完全地布置或容纳在相应层的相应包络线中。气溶胶破坏器以开花植物的花朵的形式设计，其中，破坏板代表例如花朵的各个花瓣。穿过层和破坏板，例如，气溶胶在其例如从膨胀喷嘴到至少一个流入口的路径中通过气溶胶破坏器偏转或转向几次，从而使气溶胶的方向发生大量变化；气溶胶或其气相可以分别通过该至少一个流入口流入第二通道。以此方式，例如，可以以迷宫式密封的方式将容纳在气溶胶中的液滴与气相分离，从而使气相不夹带液滴或仅夹带少量液滴并通过流入开口将其输送到第二通道中。借助于气溶胶破坏器，液滴可以以这样的方式从气溶胶中分离，使得气溶胶的液滴由于方向的频繁变化而沉积在破坏板上，并且随后可以从破坏板流走并且收集在收集区域中。然后，液滴形成由气体产生的低温液体。
为了能够特别有效地从气相中分离气溶胶的液滴，在本发明的另一实施形式中规定，膨胀喷嘴通入由气溶胶破坏器限定的区域。换句话说，膨胀喷嘴通入气溶胶破坏器的内部，该内部例如朝外部被破坏板限定边界。
在本发明的特别有利的实施方式中，膨胀喷嘴具有由膨胀喷嘴的第一喷嘴体的内周侧面限定的喷嘴通道，在该喷嘴通道中布置有第二喷嘴体。第二喷嘴体通过腹板保持在内圆侧面上并且因此保持在第一喷嘴体上，并且与内周侧面间隔开，其中，该腹板例如在第二喷嘴体的圆周方向上彼此间隔开。由此例如，流过喷嘴通道的气体可以在内周侧面与第二喷嘴体特别是第二喷嘴体的外周侧面之间流动。此外，内周侧面和第二喷嘴体，特别是其外周侧面，限定了在流过喷嘴通道的气体的流动方向上逐渐变细的喷嘴横截面的边界，从而可以通过膨胀喷嘴特别有效地且高效地以及特别是绝热地使气体减压。
收集区域朝外部至少部分地，特别是至少主要地被逆流热交换器包围，使得收集区域不仅例如被优选地设置的隔热体包围，而且尤其被待冷却的气体和/或冷的气相包围并因此借助待冷却的气体或借助气相隔热。
最后，已证明特别有利的是，该装置由金属材料制成。由此可以实现装置的特别高的稳定性和强度，尤其是耐压强度。此外，至少一种气体可以特别高效且有效地被液化，并且可以表现出有利的隔热，尤其是收集区域的隔热。
本发明的第二方面涉及一种用于液化至少一种气体的设备，该设备具有根据本发明的第一方面的根据本发明的至少一个装置。根据本发明的设备的优点和有利的方案被认为是根据本发明的装置的优点和有利的方案，反之亦然。
本发明的其他优点、特征和细节从优选的实施例的以下描述中并参考附图得出。在说明书中上面提到的特征和特征组合以及在附图说明中和/或仅在附图中示出的以下特征和特征组合不仅可以以给定的特定组合使用，还可以以其他组合或单独使用，只要不超出本发明的范围即可。
附图说明
在附图中示出：
图1是根据本发明的用于液化至少一种气体的设备的示意图；
图2是根据本发明的设备的装置的示意性透视图；
图3是装置的示意性纵截面图；
图4是装置的示意性透视横截面图；
图5是装置的示意性纵截面图的一部分；
图6是装置的示意性透视仰视图；
图7是装置的示意性透视横截面图；
图8是装置的另一示意性透视横截面图；
图9是装置的另一示意性透视横截面图；
图10是装置的另一示意性透视横截面图；
图11是装置的另一示意性纵截面图；
图12是装置的另一示意性纵截面图的一部分；
图13是装置的另一示意性纵截面图的一部分；
图14是装置的又一示意性纵截面图的一部分；和
图15是装置的另一示意性纵截面图的一部分。
在附图中，相同或功能相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了用于液化至少一种气体的设备10的示意图。气体的液化意味着由气体形成或产生液体12。换句话说，气体的至少第一部分形成液体12，该液体12例如设计为低温的液化气。例如可以规定，与第一部分不同的气体的第二部分膨胀和冷却，但是不会转变成液体，而是保持气态。
设备10包括例如压缩机14，借助于该压缩机可将或将至少一种气体压缩。因此，压缩机14提供至少一种气体作为压缩气体。代替压缩机，压缩气体储存器也可以用作气体源。
如图1中的箭头所示，压缩气体经由出口阀16被引入到通道系统18中，该通道系统18延伸穿过热交换器20。借助于通道系统18，气体作为压缩气体输送给膨胀阀22，气体通过该膨胀阀膨胀并由此冷却。由此至少从气体的第一部分产生液体12，例如液态空气。例如，保持为气态的第二部分输送给热交换器20并且在热交换器20中在通道系统18周围流动，从而流过通道系统18的气体借助于膨胀和冷却的第二部分被冷却。第二部分例如经由入口阀24输送给压缩机14，使得通过压缩机14从第二部分例如将气体形成为压缩气体，该气体可以经由入口阀24又能输送给或输送给通道系统18。
在压缩机14的下游和热交换器20的上游，提供了具有两个可交替切换的用于干燥气体的吸收器的吸收器机构52，这也被称为超前/滞后回路。
输送给压缩机14并通过压缩机14压缩的气体例如来自环境或来自大气，并且例如经由进气口25输送给压缩机14。此外，可以想到的是，该气体存储在储气罐27中并且由储气罐27提供。然后，该气体可以从储气罐27中流出，并通过进气口25和例如进气阀24输送给压缩机14。
为了能够以特别高效和有效的方式并且以节省空间和成本低廉的方式来生产液体12，设备10包括装置26，该装置26在图2至15中特别清楚地示出。装置26在图2中以示意性透视图示出并且在图3中以示意性纵截面图示出。从图3可以特别清楚地看到，装置26具有由双箭头28示出的纵向延伸方向，该纵向方向也被称为例如z方向。
从图2和3可以特别清楚地看到，装置26具有至少一个也称为压缩气体入口的入口30，至少一种加压的气体即压缩气体经由该入口30例如通过进气阀能引入装置26中。换句话说，在用于液化至少一种气体的过程中，加压的气体作为压缩气体经由入口30引入装置26中。
从图3可以特别清楚地看到，设备10具有逆流热交换器32，该逆流热交换器32例如是热交换器20或用作热交换器20。逆流热交换器32具有至少一个第一通道34，该第一通道34可以经由入口30被供应所述加压的气体并且能被气体沿第一方向流过，装置26在图3中以示意性纵截面图示出，在图3中可以看到第一通道34的各个部分。第一通道34围绕纵向延伸方向至少基本上以螺旋方式延伸，使得例如气体在其通过第一通道34的路径中至少基本上以螺旋方式流动。
装置26还具有至少一个膨胀喷嘴36，从图5中可以特别清楚地看到该膨胀喷嘴，并且第一通道34通入该膨胀喷嘴。由此，加压的气体借助膨胀喷嘴36膨胀，该压缩气体从第一通道34流入膨胀喷嘴36，流过膨胀喷嘴36并且流出膨胀喷嘴36，其中，如果气体在第一通道34中被充分冷却，则在形成气溶胶的情况下进行膨胀，该气溶胶包括由气体形成的更冷的气相和液滴或小液滴。借助于膨胀喷嘴36，气体膨胀并且尤其绝热地冷却，由此例如至少前述的第一部分冷凝或液化，并因此形成液滴。气溶胶的气相由膨胀的并由此冷却的气体本身形成，也就是说，由上述第二部分形成，其中，未转化为液体的气相或气体变得比流过第一通道34的气体更冷并且膨胀。膨胀喷嘴36因此用作膨胀阀22。
气相在热交换器32的为膨胀的气体提供的进气口37的方向上流动，并在该路径上例如夹带液滴。然而，为了从液滴形成期望的液体12，装置26包括气溶胶破坏器38，借助该气溶胶破坏器38，至少一部分液滴可以与气溶胶的气相能分离或分离。气溶胶分离器38引起大量的方向变化，并因此引起气溶胶的流动转向，由此至少一部分液滴沉积在气溶胶分离器38上。然后，液滴可以从气溶胶破坏器38滴下，并收集在收集区域40中。因此，装置26还具有收集区域40，用于接收和收集从气溶胶破坏器38滴下的液滴。
逆流热交换器32还具有围绕第一通道34的至少一个第二通道42。通道42的部分也可以在图3中看到，其中，第二通道42与收集区域40例如流体连接。特别地，第二通道42具有至少一个用于膨胀气体的进气口，第二通道42经由该进气口与收集区域40流体地连接。该至少一个进气口例如是前面提到的进气口37，气相可以经由该进气口流入第二通道42并因此流入逆流热交换器32。气溶胶或气相从收集区域40流向进气口37，特别是流到进气口37中，从而气相经由进气口37流到第二通道42中。在此，借助气溶胶破坏器38防止气相夹带过量的或过多的液滴并将其输送到第二通道42中。第二通道42还至少基本上以螺旋方式围绕纵向延伸方向延伸，使得流过第二通道42的气相至少基本上以螺旋方式流动。因为相应的通道34或42至少基本上以螺旋形延伸，所以相应的通道34或42具有绕纵向延伸方向延伸的相应的螺旋圈。第二通道42特别是在其周向方向上完全环绕地包围第一通道34应特别理解为，通道34的各螺旋圈在通道42的各螺旋圈中延伸，从而例如第二通道42形成至少一个或多个第一螺旋。此外，第一通道34形成至少一个或多个第二螺旋，其中，相应的第二螺旋在例如相应的第一螺旋中延伸。流过第二通道42的、形成气相的气体因此直接在相应的壁或壁区域的外部周围流动，所述壁或壁区域在内部形成或限定了通道34。这意味着相对于流经通道34的气体较冷的气相直接接触所述壁，从而从流过通道34的较热的气体通过壁高效而有效地热传递到流经通道42的较冷的气相。由此冷却流过通道34的气体并且加热流过通道42的气相。由于气体在第一方向上流动，而气相在相反的第二方向上流动，所以热交换器20设计为有效和高效的逆流热交换器32。由于热交换器结构32仅通过与内壁和外壁的几个连接点来悬挂，所以尽管结构较小且紧凑，但仍实现了很好的热传递。
此外，装置26设计为整体并且因此一体式地设计。由此装置26的零件数量以及由此的成本、空间需求和重量可以保持在特别低的范围中。此外，由于整体的结构方式，连接点的数量减少到最小值，最多5个接头，因此在接缝处不会发生泄漏或裂缝。
从图2中可以看出，装置26具有至少一个出口44，该出口44也被称为减压气体出口，例如，气相可以经由该出口44从第二通道42排出。由于气相相对于流过通道34的气体膨胀并因此减压，因此气相也称为减压气体。减压气体可以例如经由出口44从装置26中排出。例如，减压气体经由入口阀24又输送给压缩机14，从而例如作为前述第二部分的减压气体可以借助压缩机14再次被压缩。
装置26也可以具有爆破阀接头46，例如，爆破阀可以连接到该爆破阀接头上。爆破阀接头46具有爆破通道48，该爆破通道在图3中可见并且与收集区域40流体连接。如果例如在收集区域40中形成的压力超过可预设的阈值，则爆破阀打开，尤其是爆破，由此爆破阀开放例如爆破通道。结果，例如，可以将收集在收集区域40中的流体经由爆破通道48从收集区域40中排出，从而可以避免收集区域40中的过度的压力上升。
为了以特别节省时间和成本低廉的方式制造装置26，装置26优选地通过增材制造方法，特别是通过3D打印来制造。图3示出了例如处于其安装位置的装置26，其中在图3中箭头50示出了与装置26的纵向延伸方向一致的所谓的功能方向。基于安装位置，重力沿功能方向起作用，因为例如借助气溶胶破坏器38分离的液滴沿功能方向从气溶胶破坏器38滴下并收集在收集区域40中。另外，图3中的箭头50示出了与纵向延伸方向一致的构造方向，沿着该构造方向通过增材制造方法构造或制造装置26。装置26的结构从箭头50的底部开始，并沿箭头50的尖端方向增长。装置26的整体设计使得其能够实现在液化至少一种气体方面的期望功能，其中，在操作方向上的安装位置与在构造方向上的位置相反，反之亦然。
例如，在完成制造的状态下，装置26大约与在足球运动中用作游戏设备或运动设备的足球一样大。装置26因此使得气体能够分散、高效和有效地液化，由此在液态气体或液体12中可以存储，尤其中间存储过剩的电能。
入口30包括例如装置26的入口接头54，使得例如用于引导压缩气体的管线可以连接到入口接头54上。因此，例如，流经管线的压缩气体可以流出管线并流入入口接头54，并经由入口接头54流入通道34。
装置26还优选具有至少一个带有至少一个出口接头58的出口56。例如，液体12可以经由出口56从收集区域40导引出。为此，可以将另一条管线例如连接到出口接头58上，使得液体12可以从收集区域40尤其经由出口接头58流出和流入另一条管线。因此，出口56是用于液体12的出口。例如，阀，尤其是低温阀可以连接在出口接头58上，经由该阀可以将液体12导引出收集区域40。
通道34和通道42分别具有第一通道段60和第二通道段62，其布置在第一通道段60的面向收集区域40的内侧65上。这意味着形成通道段62的、通道34或42的螺旋圈布置在形成通道34或42的通道段60的螺旋圈的内侧。气体例如在其从入口30到膨胀喷嘴36的路径上沿功能方向流过通道34的通道段60并因此关于安装位置向下流动，其中，气体呈螺旋形流动。气体例如逆着功能方向流过通道34的通道段62，并且因此关于安装位置向上流动，其中，气体螺旋地流过通道段62。因为热交换器20设计为逆流热交换器32，所以气相例如在其从所述的流入口到减压气体出口的路径中例如逆着功能方向流过通道42的通道段60并且因此关于安装位置向上以及在功能方向上流过通道42的通道段62并且因此相对于安装位置向下流动，从而流过通道42的气相在相应的通道段60或62中逆着气体流动。在从流入口到减压气体出口的路径中，气相例如首先流过通道42的通道段60，然后流过通道42的通道段62，或者首先流过通道42的通道段62，然后流过通道42的通道段60。通过这种方式，可以通过气相高效且有效地冷却气体。
由于通道34和42的通道段60和62的所描述的布置，可以实现通道34和42的特别大的长度，而可以将装置26的空间需求保持得特别低。特别地，各个通道34或42优选地具有至少10米的长度，优选地至少20米。
如从图3和图4特别清楚地看到的，该气溶胶破坏器38优选具有多个至少基本上漏斗形的且上下叠置或连续的层64，其分别具有在气溶胶破坏器38的圆周方向上彼此间隔开的破坏板66。在此，膨胀喷嘴36通入由气溶胶破坏器38界定的区域68。
装置26还具有隔热体70，该隔热体具有至少一个隔热套72，该隔热套在外侧至少主要围绕逆流热交换器32并且被抽成真空。因此，隔热体70设计为真空隔热体，也被称为真空隔热部。真空隔热部使得无需额外成本即可实现特别高的能效。可以通过真空隔热部形成真空区域，以便例如将一体式装置26的不同区域彼此热脱耦。集成的气溶胶破坏器38优选设计为除雾器。特别地，收集区域40优选地具有大约一升液体12的容量。由于一件式设计，膨胀喷嘴36也集成到装置26中。装置26的结构由于壁长窄和相邻结构而允许具有高热交换的固有耐压结构。
从图2可以看出，装置26具有真空隔热接头74。例如，隔热套72可以通过真空隔热接头74来隔热；特别地，隔热阀和/或管线可以连接到真空隔热接头74上，隔热套72可以通过该真空阀和/或管线被抽成真空。
从图5可以特别清楚地看到，膨胀喷嘴36具有可以被气体流过的喷嘴通道80，该喷嘴通道80由喷嘴36的第一喷嘴体78的内周侧面76限定。喷嘴通道80通过膨胀喷嘴36的流出口82通入气溶胶破坏器38，尤其是通入由气溶胶破坏器38限定的区域68。
内周侧面76限定喷嘴通道80的纵向区域L，其中，该纵向区域L在流过喷嘴通道80的气体的流动方向上逐渐变细。
在喷嘴通道80中并且尤其至少在长度范围L的一部分中，布置有膨胀喷嘴36的第二喷嘴体84。由于装置26整体上一体式构造，所以喷嘴体78和84彼此一体式形成。喷嘴体84通过相应的腹板86固定在内周侧面76上，并因此保持在喷嘴体78上，并与内周侧面76或喷嘴体78隔开，从而流过喷嘴通道80的气体可以在喷嘴体78，尤其是内周侧面76和喷嘴体84，特别是喷嘴体84的外周侧面88之间流过。内周侧面76和外周侧面88在此限定喷嘴横截面90的边界，流过喷嘴通道80的气体可以流过该喷嘴横截面90，该喷嘴横截面90在流过喷嘴通道80的气体的流动方向上并因此朝向区域68逐渐变细。
图6示意性地示出装置26的仰视图，从图6中特别清楚地看到具有出口接头58的出口56。
图7示意性示出了装置26的截面图，其中图7示出了可被压缩气体流过的引导件92和被减压气体流过的引导件94。引导件92例如是通道34的组成部分，而引导件94例如是通道42的组成部分。图8至图10以其他透视横截面图示出了装置26。从图9中可以特别清楚地看到气溶胶破坏器38的层64以及破坏板66。从图10特别清楚地看到具有入口接头54的入口30、爆破阀接头46、真空绝热接头74和出口44。
最后，图11至图15以相应的示意性纵截面图的形式示出了装置26，以便例如进一步形象地说明真空隔热接头74，该真空隔热接头也称为真空接头。从图12和图13中可以特别清楚地看到孔96，经由该孔96例如将材料从装置26移除，尤其是从其内部移除并且输送到装置26的周围，装置26由该材料尤其通过增材制造方法制造并且该材料在增材制造方法的范围内不会熔化，而是保持粉末状。图15以详细视图示出了爆破阀接头46。各个通道34或42的长度例如为至少21米，特别是大约21.6米。装置26例如由金属材料形成，其中例如设置有大约4升的内置金属容积以制造装置26。

Claims (11)

1.一种用于液化至少一种气体的装置(26)，该装置包括：
-至少一个入口(30)，通过所述入口能将加压的气体引入所述装置(26)中；
-至少一个逆流热交换器(32)，所述逆流热交换器(32)具有至少一个第一通道(34)，所述至少一个第一通道(34)能经过入口(30)被供应加压的气体并且能被所述气体沿第一方向流过；
-至少一个膨胀喷嘴(36)，所述第一通道(34)通入所述至少一个膨胀喷嘴(36)中，从而使从第一通道(34)流入膨胀喷嘴(36)中、流过膨胀喷嘴(36)且从膨胀喷嘴(36)中流出的气体借助于膨胀喷嘴(36)能膨胀，与此同时形成包含气相和液滴的气溶胶；
-气溶胶破坏器(38)，至少一部分液滴借助所述气溶胶破坏器能与气相分离；
-收集区域 (40)，用于接收和收集从气溶胶破坏器(38)滴下的液滴；和
-围绕第一通道(34)的逆流热交换器(32)的第二通道(42)，其中第二通道(42)在与第一方向相反的第二方向上能被相对于所述气体减压且较冷并从膨胀喷嘴(36)流出的气相流过，第二通道(42)在空间上与第一通道(34)分开并且围绕第一通道(34)，其中，所述装置(26)一体式设计。
2.根据权利要求1所述的装置(26)，其中，所述装置(26)具有隔热体(70)，所述隔热体(70)具有至少一个围绕所述逆流热交换器(32)的、抽真空的隔热套(72)。
3.根据权利要求1所述的装置(26)，其中，所述装置(26)通过增材制造工艺来制造。
4.根据权利要求1所述的装置(26)，其中，各个所述通道(34、42)螺旋形延伸。
5.根据权利要求1所述的装置(26)，其中，各个所述通道(34、42)具有至少一个第一通道段(60)和第二通道段(62)，所述第二通道段(62)布置在第一通道段(60)的面向收集区域(40)的内侧(65)上。
6.根据权利要求1所述的装置(26)，其中，各个所述通道(34、42)具有至少10米的长度。
7.根据权利要求1所述的装置(26)，其中，所述气溶胶破坏器(38)具有多个漏斗状的相互叠置的层(64)，所述相互叠置的层(64)分别带有在所述气溶胶破坏器(38)的周向上相互隔开的破坏板(66)。
8.根据权利要求1所述的装置(26)，其中，所述膨胀喷嘴(36)通入由气溶胶破坏器(38)限定边界的区域(68)中。
9.根据权利要求1所述的装置(26)，其中，所述膨胀喷嘴(36)具有由所述膨胀喷嘴(36)的第一喷嘴体(78)的内周侧面(76)限定边界的喷嘴通道(80)，在所述喷嘴通道(80)中布置有第二喷嘴体(84)，所述第二喷嘴体通过腹板(86)保持在内周侧面(76)上并与内周侧面(76)间隔开，从而内周侧面(76)和第二喷嘴体(84)限定沿流过喷嘴通道(80)的气体的流动方向逐渐变细的喷嘴横截面(90)的边界。
10.根据权利要求1所述的装置(26)，其中，所述装置(26)由金属材料形成。
11.一种用于液化至少一种气体的设备(10)，所述设备(10)具有根据前述权利要求1至10中的任一项所述的至少一个装置(26)。
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