バール式全自動液体窒素ユニットは空気圧縮、窒素酸素分離、窒素ガスの液化及び貯蔵輸送を一体化したモジュール化設備であり、その構造原理は変圧吸着（PSA）技術と深冷液化技術に基づいており、高度に集積されたバール設計により高効率、安定、安全な液体窒素生産を実現する。次に、構造構成と動作原理の両面から解析を展開します。
一、構造構成：モジュール化集積設計
くうきしょりシステム
圧縮機：往復式またはスクリュー式圧縮機を採用し、常温常圧空気を0.7-1.0 MPaに圧縮し、後続の分離に圧力条件を提供する。
浄化装置：塵埃フィルター、油フィルター及び冷凍式乾燥機を含み、空気中の水分、油分及び粒子状物質を除去し、吸着システムに入る空気純度≧99.9%を確保する。
窒素酸素分離システム
吸着塔：高品質炭素分子篩を内蔵し、微孔中の酸素と窒素の拡散速度の違い（酸素拡散速度は窒素よりはるかに大きい）を利用し、加圧状態で酸素を吸着し、窒素ガスを濃縮する。
双塔循環構造：PLCプログラムを通じて両塔の交互吸着と再生を制御し、一方の塔が窒素を産生する時、他方の塔が減圧して酸素を脱着し、連続的に安定した給気を実現する。
窒素液化システム
空冷無油循環圧縮機：分離後の窒素ガスをさらに圧縮、冷却し、液化に条件を提供する。
深冷混合工質絞り冷凍機：復熱式多元混合工質絞り冷凍サイクルに基づいて、ヘリウムガス圧縮膨張により低温を得て、窒素ガスを-196℃まで冷却して液化する。
杜瓦缶：二層真空断熱構造、内層304ステンレス鋼（厚さ8 mm）、外層Q 235鋼、中間充填パーライト砂保温材、真空度≦5×10³Pa、日蒸発率≦0.5%、液体窒素の貯蔵に用いる。
輸送と制御システム
プランジャ式低温ポンプ：ポンプヘッド材質銅ニッケル合金、回転速度1500 r/min、-196℃のモードで安定的に液体窒素を出力でき、定格流量500 L/h、最大揚程80 m。
防爆制御キャビネット：7インチタッチスクリーンとPLCモジュールを集積し、リアルタイムでタンク圧力、液位と輸液流量を表示し、応答時間≦1秒、液位制御精度±5 mm、圧力制御精度±0.02 MPa。
安全装置：安全弁（発進圧力1.0 MPa、復帰圧力0.9 MPa）、オンライン純度分析器（純度が99.999%未満の場合自動警報）及びヘリウム漏れ検出システム（漏れ率≦1×10㎥Pa・m³/s）を含む。
こじつけだい
Q 235炭素鋼溶接を採用し、寸法4 m×2.5 m×0.5 m、底部に10トンの荷重を持つジンバルホイール（リムが耐低温ゴムを包む）を4個積み、移動と位置決めに便利である。
二、動作原理：変圧吸着と深冷液化の協同
空気圧縮と浄化
常温空気を圧縮機で0.7−1.0 MPaまで加圧した後、塵埃フィルター、油フィルター及び冷凍式乾燥機を順次通過し、水分、油分、粒子状物質を除去し、空気純度を確保した。
窒素酸素分離（PSAプロセス）
加圧吸着：浄化後の圧縮空気は吸着塔に入り、炭素モレキュラーシーブは酸素を優先的に吸着し、窒素は気相中に濃縮する。
減圧脱着：吸着塔が飽和に近づくと、常圧に減圧することにより、吸着した酸素を脱着させ、モレキュラーシーブ再生を実現する。
双塔循環：PLCプログラムは両塔の交互吸着と再生を制御し、連続ガス生産を確保する。
窒素液化（深冷プロセス）
圧縮冷却：分離された窒素ガスは、空冷無油循環圧縮機を介してさらに圧縮及び冷却される。
深冷冷凍：窒素ガスは深冷混合工質絞り冷凍機に入り、ヘリウムガスの圧縮膨張により低温を得て、窒素ガスを-196℃に冷却して液化する。
液体窒素貯蔵：液化後の窒素ガスをデュワタンクに収集し、真空断熱層により蒸発損失を減少させる。
液体窒素輸送と制御
低温ポンプ輸送：プランジャ式低温ポンプは液体窒素を杜瓦缶から用冷点まで輸送し、圧力は0.7 MPaに安定している。
インテリジェント監視：防爆制御キャビネットはタンク圧力、液位と輸液流量をリアルタイムで監視し、運転パラメータを自動的に調整し、安全で効率的なことを確保する。
三、技術的優位性と応用シーン
技術上の利点
高効率省エネ：PSAプロセスは深冷液化と結合し、ガス生産効率が高く、エネルギー消費が低い（液体窒素生産コストは液体窒素の1/3輸送にすぎない）。
安定信頼性：ツインタワー循環構造とPLC自動制御、連続安定供給を実現し、故障率が低い。
モジュール化設計：こじ開け式構造は輸送と設置に便利で、現場ではパイプライン、電気接続だけで使用できる。
安全・環境保護：防爆制御キャビネット、安全弁及びオンライン純度分析器は運行安全を確保し、閉鎖式システムは窒素ガス漏れリスクを減少する。
適用シーン
化学工業分野：低温反応釜に冷源を提供し、反応温度（例えば-80℃±2℃）を安定的に制御する。
医療分野：磁気共鳴イメージング（MRI）装置の超伝導磁石に液体窒素冷却を提供し、磁石が超伝導状態にあることを確保する。
金属加工：軸受の深冷処理に用い、硬度（HRC 3-5度）と耐摩耗性を高める。
科学研究実験：物理、化学実験に高純度液体窒素を提供し、低温環境シミュレーションをサポートする。