一、動作原理

実験室液体窒素製造機の基本的なワークフローには、空気圧縮、空気浄化、冷却、分離、液化の5つの段階があります。

空気浄化：圧縮空気は水分、油分、二酸化炭素及びほこりなどの不純物を含み、多段フィルタ（例えばプレフィルタ、活性炭フィルタ、モレキュラーシーブなど）を通じて深さ浄化を行い、低温で不純物凍結閉塞システムを防止する必要がある。

冷却と熱交換：浄化後の高圧空気は熱交換器に入り、還流した低温窒素ガスと熱交換を行い、液化温度（約-196℃）に近づくまで徐々に冷却する。

空気分離：空気中の各成分（主に窒素78%、酸素21%、アルゴン約1%）の沸点の異なる特性を利用して、低温精留塔で分離を実現する。窒素ガスの沸点（-195.8℃）は酸素ガス（-183℃）より低いため、精留中に窒素ガスは優先的に蒸発し、塔頂部に富化し、酸素ガスは塔底に富化する。

液化と貯蔵：分離された高純度窒素ガスはさらに冷却して液化し、低温デュワータンクまたは貯蔵タンクに貯蔵し、ユーザーに使用させる。

全体のプロセスは通常、リンドサイクルやクラウドサイクルなどの低温冷凍サイクル理論に基づいており、一部の機種は膨張機技術を組み合わせてエネルギー効率を向上させている。

二、主なタイプ

生産能力、構造と応用シーンの違いによって、液体窒素製造機は以下のいくつかの種類に分けることができる：

小型実験室型：1日の生産量は通常10-100リットルの間で、体積はコンパクトで、大学、研究所あるいは小型医療機関の使用に適して、直接実験室内に置くことができる。

中型工業型：1日生産量は100-1000リットルで、中小型食品加工工場、電子製造工場または生物サンプルライブラリに適しており、常に自動制御システムと遠隔監視機能を搭載している。

大型集中給気型：一日の生産量は数千リットルから数万リットルに達することができ、多くは大型化学工場、鉄鋼企業または液体窒素配送センターに使用され、通常は空分装置（ASU）を集積し、連続的で安定した運行能力を備えている。

また、冷房方式によっては、

絞り膨張型：構造が簡単で、コストが低いが、効率が低い、

タービン膨張モデル：ガス膨張を利用して仕事をして冷却し、効率が高く、大・中型設備に適している。

三、肝心な技術

高効率モレキュラーシーブ吸着技術：水蒸気と二酸化炭素を深く除去し、システムが低温で凍結閉塞しないことを確保するために使用される。

低温精留塔の設計：規則充填剤または高効率塔板を採用し、分離効率と製品純度を高める（通常99.999%以上に達することができる）。

インテリジェント制御システム：PLCまたはDCSシステムを統合し、全自動起動停止、故障診断、エネルギー消費の最適化と遠隔運行メンテナンスを実現する。

省エネ最適化アルゴリズム：周波数変換制御、負荷調節と余冷回収などの手段を通じて、単位液体窒素エネルギー消費を低減する。

四、応用シーン

医療と生物分野：細胞、組織及びワクチンの凍結保存に用いる、手術中の凍結治療も液体窒素に依存している。

食品工業：冷凍食品（例えば海鮮、肉類、果物野菜）、冷凍研磨香料、食品包装不活性ガス置換などはすべて大量の液体窒素を必要とする。

電子と半導体製造：チップ製造、LEDパッケージなどのプロセスにおいて、液体窒素は超低温環境または保護雰囲気を提供する。

科学研究と教育：超伝導実験、低温物理研究、材料試験などは液体窒素を冷却媒体として欠かせない。

工業メンテナンス：パイプの冷縮組立、金属部品の冷処理による硬度の向上、及び緊急漏洩封じ込めなどに使用される。