實驗室液氮機是根據變壓吸附原理，采用高品質的碳分子篩作為吸附劑，在一定的壓力下，從空氣中制取氮氣，經過凈化干燥的壓縮空氣，在吸附器中進行加壓吸附、減壓脫附。
由于動力學效應，氧在碳分子篩微孔中擴散速率遠大于氮，在吸附未達到平衡時，氮在氣相中被富集起來，形成成品氮氣，然后減壓至常壓，吸附劑脫附所吸附的氧氣等其它雜質，實現再生，一般在系統中設置兩個吸附塔，一塔吸附產氮，另一塔脫附再生，通過PLC程序自動控制，使兩塔交替循環工作，進行氧氮吸附分離，從而得到合格的氮氣，再進入風冷無油循環壓縮機和液化設備，使氮氣從氣態變換成液態，得到液態氮。
實驗室液氮機主要應用于科研教學、畜牧冷凍儲精、醫療事業、機械制造及其他低溫研究領域，充分滿足不同用戶的需求，首先根據變壓吸附原理，利用PSA制氮機制造出氣態氮氣，成品氣態氮氣經過緩沖罐緩沖穩壓后再進入制冷機產出液氮，主要由變壓吸附制氧單元、氮氣液化單元兩部分組成，其中氮氣液化單元由混合工質節流制冷級和載冷循環級組成。其中載冷循環級在混合工質節流制冷級與氮氣流路之間傳遞冷量。
原料空氣由空壓機壓縮后，進入高壓空氣罐，隨后經過濾器除雜后進入變壓吸附制氧機吸附塔，經氮氧分離后純氮氣進入高壓氮氣罐（90~93 %），然后進入載冷循環級氮氣液化器中被液化，液氮節流至常壓后進入杜瓦儲存。混合工質節流制冷級中混合工質經單級壓縮機、冷凝器、回熱換熱器后節流后為載冷循環提供冷量，載冷劑由經壓縮機、冷凝器后在回熱換熱器內被混合工質節流制冷級冷卻，節流后進入氮氣液化器，為變壓吸附制氧單元供給的氮氣液化提供冷量。
實驗室液氮機是基于回熱式節流制冷循環，從環境溫度至目標制冷溫度，優選高中低沸點純質組元組成多元混合工質，使其有效制冷溫區相互有部分重疊覆蓋，以此完善制冷溫區分布匹配，實現各沸點組元有效制冷溫區的接力匹配，由此實現大溫跨的高效制冷，可以在相對小的壓力差下獲得比較高的節流制冷效應。
