液氮致冷低温装置 恒温控制系统

液氮致冷低温装置 恒温控制系统，核心目标是解决现有压缩机制冷低温设备成本高、普通液氮制冷设备恒温控制困难的行业痛点，可同时适配实验室小型低温需求与较大规模工程作业场景。

一、产品核心构成与设计细节

1. 致冷剂供给系统：核心为自增压液氮罐，作为液氮储存与供给源，通过液氮管道与低温容器排液口连接。其中，液氮管道选用不锈钢波纹管，外壁包裹绝热层；管道中还设有液氮专用低温电磁阀，阀体外同样包裹绝热层，可有效防止液氮在传输过程中因吸热过早气化，保障致冷效率。

2. 低温容器系统：由筒体与可拆卸顶盖组成，二者均采用夹层结构（夹层为真空状或填充膨胀珍珠岩），这种设计既能减少容器内冷量向外界传递，降低热量损失，又能避免人员肢体接触容器外壁时发生冻伤事故。容器上还配备有机物介质加注管（用于注入冷却介质）和有机物介质排放管（用于排出废弃或更换的介质），且在靠近液氮管道管口处设有不锈钢丝网隔板，可缓冲液氮注入时的液流冲击，使冷热介质热交换更平缓、均匀，减小容器内温度梯度，进一步提升换热效率。

3. 温度控制系统：以温度控制报警器为核心，配套两个铂电阻测温探头（第一测温探头与第二测温探头），探头均位于低温容器内，且第二测温探头高度低于第一测温探头。其中，第一测温探头固定在顶盖下方 0.8~1.2cm 处，主要用于监测冷却介质液面上限 —— 若液氮加注过量导致介质浸没该探头（温度会快速降至 77K），报警器会立即关闭液氮电磁阀，防止液氮溢出，并触发安全报警；第二测温探头则用于实时监测冷却介质温度，是实现恒温控制的关键部件，通过其监测数据控制电磁阀的通断，调节液氮注入量。

4. 样品存储与数据监测系统：包含样品容器与数据记录仪，样品容器放置于低温容器内，材质为不锈钢容器或柔性有机袋，可避免冷却介质渗入容器污染样品；样品容器通过管线与数据记录仪连接，记录仪能实时显示并记录样品温度，为实验数据追溯或工程作业监控提供支持。

二、核心工作原理（实现方法）

1. 前期准备：将需保持低温的样品装入样品容器，打开低温容器顶盖，将样品容器放入筒体；随后开启有机物介质加注管、关闭排放管，向筒体内注入常温有机物溶液，直至溶液浸没样品容器与第二测温探头，且液面低于第一测温探头，关闭加注管并扣合顶盖。可选用的有机物包括乙醇（熔点 - 115℃）、异丁醇（熔点 - 108℃）、甲醇（熔点 - 97℃）、异丙醇（熔点 - 88℃）等无毒性醇类，通过更换不同熔点的有机物，可实现不同目标低温的控制。

2. 初始制冷：分别开启温度控制报警器与自增压液氮罐，报警器通过第二测温探头感应到冷却介质为常温，随即控制液氮电磁阀开启；液氮在压力作用下，经不锈钢波纹管注入低温容器，与有机物溶液发生热交换，溶液温度逐渐降低。

3. 恒温保温：当第二测温探头监测到溶液温度低于其熔点 1~1.5℃时，温度控制报警器立即控制液氮电磁阀关闭，液氮停止加注；此时，有机物溶液因持续降温转变为固相，进入恒温保温状态，利用液固相变潜热大的特性，可长期维持低温环境。

4. 循环控温：若第二测温探头监测到固相介质温度回升至高于其熔点 1~1.5℃，报警器会再次开启液氮电磁阀，液氮重新注入并与介质热交换，待温度降至熔点以下 1~1.5℃时，电磁阀再次关闭，介质恢复固相保温状态；重复该循环，即可实现长期稳定的低温恒温控制。

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6. 液氮致冷低温装置 恒温控制系统
   

三、技术优势（与现有技术对比）

1. 成本优势显著：无需依赖价格昂贵的压缩机等制冷设备，设备初始投入成本低；同时，省去了压缩机、循环泵等大型部件的电力消耗，运行过程中的能耗成本远低于压缩机制冷设备。

2. 控温精度与稳定性高：相比普通液氮制冷设备 “气化量难控制、热交换慢、难恒温" 的问题，该装置通过双测温探头与电磁阀的联动控制，结合有机物液固相变的特性，可实现室温～-196℃宽温区的精准恒温；且不锈钢丝网隔板的缓冲作用、容器夹层的绝热设计，进一步减小了温度波动，提升了控温稳定性。

3. 安全性与操作性优：低温容器的夹层绝热设计可避免人员接触冻伤；第一测温探头的 “溢出报警" 功能能有效防止液氮泄漏风险；装置整体结构简单，操作步骤清晰，无需复杂的专业技能即可上手，同时样品容器的材质选择可避免样品污染，数据记录仪便于过程监控。

4. 适用范围广：体积小巧时可满足实验室小型低温实验需求，扩展后也能适配工业级的大型工程作业，可覆盖石油化工、电子仪表、生物工程、医药卫生、生命科学、轻工食品等多个领域的低温场景。

四、典型适用场景

1. 科研实验场景：为石油、材料、生物、医药、食品行业提供恒温实验场源；用于玻璃反应釜恒温低温搅拌反应浴实验，以及物性测试、化学分析等需要稳定低温环境的科研活动。

2. 工业设备冷却场景：对工业机械装置的发热部分进行低温冷却；为电镜、分子泵、离子泵、扩散泵等设备提供低温环境；还可用于电泳仪、粘度计、医用冷帽、降温毯、电子显微镜电源 / 光源、蚀刻装置电机等仪器的温度控制。