液体窒素冷凍低温装置の恒温制御システムは、既存の圧縮機冷凍低温設備のコストが高く、通常の液体窒素冷凍設備の恒温制御が困難な業界の痛い点を解決することを核心目標とし、実験室の小型低温需要と大規模な工事作業シーンを同時に適合させることができる。
液体窒素冷凍低温装置の恒温制御システムコア目標は既存の圧縮機冷凍低温設備のコストが高く、通常の液体窒素冷凍設備の恒温制御が困難な業界の痛点を解決することであり、実験室の小型低温需要と大規模な工事作業シーンを同時に適応することができる。
この装置はモジュール化設計によって高効率冷凍と正確な温度制御を実現し、各コア部品の機能は明確で協同が緊密で、具体的な構成は以下の通り：
冷媒供給システム：コアは自己増圧液体窒素タンクであり、液体窒素貯蔵と供給源として、液体窒素配管を通じて低温容器排液口と接続する。その中で、液体窒素管はステンレスコルゲート管を選択し、外壁は断熱層を包む、配管には液体窒素専用の低温電磁弁も設置されており、弁体の外には同様に断熱層が包まれており、液体窒素が輸送中に吸熱により早期に気化するのを効果的に防止し、冷房効率を保障することができる。
低温容器システム：筒体と取り外し可能なトップカバーから構成され、両者はいずれも中間層構造（中間層は真空状または充填膨張真珠岩）を採用し、この設計は容器内の冷却量の外部への伝達を減少させ、熱損失を低減することができ、また人員の肢体が容器外壁に接触する際に凍傷が発生することを回避することができる。容器には有機物媒体注入管（冷却媒体を注入するため）と有機物媒体排出管（廃棄または交換された媒体を排出するため）をさらに備え、液体窒素管の管口近くにステンレス鋼スクリーン仕切り板を設け、液体窒素注入時の液流衝撃を緩衝し、冷熱媒体の熱交換をより緩やかに、均一にし、容器内の温度勾配を小さくし、熱交換効率をさらに向上させることができる。
温度制御システム：温度制御警報器を核心とし、2つの白金抵抗測温プローブ（第1測温プローブと第2測温プローブ）を組み合わせ、プローブはすべて低温容器内に位置し、かつ第2測温プローブの高さは第1測温プローブより低い。このうち、第1測温プローブはトップカバーの下0.8 ~ 1.2 cmに固定されており、主に冷却媒体の液面上限を監視するために使用されている。液体窒素の過剰注入により媒体が浸漬した場合（温度は77 Kに急速に低下する）、警報器は直ちに液体窒素電磁弁を閉鎖し、液体窒素のあふれを防止し、安全警報を触発する。第2の測温プローブはリアルタイムで冷却媒体の温度を監視するために用いられ、恒温制御を実現する重要な部品であり、その監視データを通じて電磁弁のオンオフを制御し、液体窒素注入量を調節する。
サンプルストレージとデータモニタリングシステム：サンプル容器とデータ記録計を含み、サンプル容器は低温容器内に置かれ、材質はステンレス容器或いはフレキシブル有機袋であり、冷却媒体が容器に染み込むことを避けてサンプルを汚染することができる、サンプル容器はパイプラインを通じてデータ記録計と接続され、記録計はリアルタイムにサンプル温度を表示し、記録することができ、実験データの遡及または工事作業の監視に支持を提供する。
この装置は液体窒素を冷媒、有機物溶液（例えばエタノール、イソブタノール、メタノールなど）を冷却媒体とし、「初期冷凍-恒温保温-循環制御」の閉ループフローを通じて、広い温度領域（室温～-196℃）の安定した低温環境を実現し、具体的なステップは以下の通り：
前準備：低温を保持したいサンプルをサンプル容器に入れ、低温容器の天蓋を開け、サンプル容器を筒体に入れる、その後、有機物媒体注入管を開き、排出管を閉じ、筒体内に常温有機物溶液を注入し、溶液がサンプル容器と第2の温度測定プローブに浸漬し、液面が第1の温度測定プローブより低くなるまで、注入管を閉じ、トップカバーを係合した。選択可能な有機物としては、エタノール（融点−115℃）、イソブタノール（融点−108℃）、メタノール（融点−97℃）、イソプロパノール（融点−88℃）などの毒性のないアルコール類が挙げられ、異なる融点の有機物を交換することにより、異なる目標低温の制御を実現することができる。
しょきれいとう：それぞれ温度制御警報器と自己増圧液体窒素タンクを開き、警報器は第二測温プローブを通じて冷却媒体が常温であることを感知し、すぐに液体窒素電磁弁の開きを制御する、液体窒素は圧力作用下で、ステンレス鋼コルゲート管を通じて低温容器に注入され、有機物溶液と熱交換が発生し、溶液温度は徐々に低下した。
こうおんほおん：第二測温プローブが溶液温度がその融点より1 ~ 1.5℃低いことを観測した時、温度制御警報器は直ちに液体窒素電磁弁の閉鎖を制御し、液体窒素の注入を停止した、この時、有機物溶液は持続的な降温により固相に転換し、恒温保温状態に入り、液固相転移潜熱が大きい特性を利用して、長期にわたり低温環境を維持することができる。
じゅんかんせいぎょおんど：第二測温プローブが固相媒体の温度がその融点より1 ~ 1.5℃まで上昇することを観測すると、警報器は再び液体窒素電磁弁を開き、液体窒素を再注入して媒体と熱交換し、温度が融点以下1 ~ 1.5℃に下がると、電磁弁は再び閉じ、媒体は固相保温状態に戻る、このサイクルを繰り返すことで、長期的に安定した低温恒温制御を実現することができる。
液体窒素冷凍低温装置の恒温制御システム
コストメリットが顕著：高価な圧縮機などの冷凍設備に頼る必要がなく、設備の初期投入コストが低い、同時に、圧縮機、循環ポンプなどの大型部品の電力消費を省き、運転中のエネルギー消費コストは圧縮機冷凍設備よりはるかに低い。
温度制御精度と安定性が高い：普通の液体窒素冷凍設備の「気化量の制御が難しく、熱交換が遅く、恒温が難しい」という問題に比べて、この装置は双測温プローブと電磁弁の連動制御を通じて、有機物液固相転移の特性を結合して、室温～-196℃の広い温度帯の正確な恒温を実現することができる、また、ステンレス鋼スクリーン仕切り板の緩衝作用、容器中間層の断熱設計は、温度変動をさらに減少させ、温度制御安定性を高めた。
セキュリティと操作性に優れている：低温容器の中間層断熱設計は人の接触凍傷を避けることができる、第1温度測定プローブの「オーバーフロー警報」機能は液体窒素漏れリスクを効果的に防止することができる、装置全体の構造は簡単で、操作手順ははっきりしており、複雑な専門技能を必要とせずに手に入れることができ、同時にサンプル容器の材質選択はサンプル汚染を避けることができ、データ記録計は過程監視に便利である。
適用範囲が広い：コンパクトな体積の場合、実験室の小型低温実験の需要を満たすことができ、拡張後も工業級の大型工事作業に適応でき、石油化学工業、電子計器、生物工学、医薬衛生、生命科学、軽工業食品など多くの分野の低温シーンをカバーすることができる。
科学研究の実験シーン：石油、材料、生物、医薬、食品業界に恒温実験場源を提供する、ガラス反応釜の恒温低温攪拌反応浴実験、及び物性試験、化学分析などの低温環境の安定を必要とする科学研究活動に用いられる。
産業設備の冷却シーン：工業機械装置の発熱部分を低温冷却する、電子顕微鏡、分子ポンプ、イオンポンプ、拡散ポンプなどの設備に低温環境を提供する、電気泳動計、粘度計、医療用冷帽、降温カーペット、電子顕微鏡電源/光源、エッチング装置モータなどの機器の温度制御にも使用できる。
以上のことから、この「液体窒素を利用して冷却する低温装置」は低コスト、高精度、高安全性と広範な適用性によって、低温冷凍分野で強い実用価値と普及潜在力を持ち、有効*「低コスト+高安定低温」の市場需要が空白になり、一部の高価格圧縮機冷凍設備の代わりに、科学研究と工業分野の低温需要に高効率な解決方案を提供することができる。
