根據《溫度衝擊試驗》的技術指標和（hé）冷熱衝擊試（shì）驗箱（xiāng）的使用要求，試驗箱可以快速提供- 25℃～- 65℃的大流（liú）量冷氣流，因此製冷係統設計（jì）采用通過壓縮機實（shí）現製冷的蒸氣壓縮製冷循（xún）環，選取有（yǒu）效製冷方式是設計工作進行的步。

    1、蒸氣壓縮製冷循環概述
    蒸氣壓縮式製冷循環是在製冷設（shè）備（bèi）中應用為廣泛的一種製冷循壞，它適用於各類製冷設（shè）備，這樣（yàng）的製冷機設備更加（jiā）緊湊，而且能夠得到（dào）比較寬的製冷溫度範圍，在普通製冷溫度範圍內有著較高的工作效率，可以根據不同場合的需要製成大、中、小型。在蒸氣壓縮式製冷循環中（zhōng），為把製冷劑蒸氣從低壓變為高壓，且使其不斷在製冷係統內循環流動，可以采用多種類型（xíng）的（de）製冷壓縮機。按（àn）照各類製冷（lěng）壓縮機工作原理可以（yǐ）將它們分為（wéi）速度型和容積型（xíng）（0，壓縮機分類如下圖所示。速度型壓縮機由旋轉（zhuǎn）部件連續將角（jiǎo）動量轉換給蒸氣，再將該動量轉為（wéi）壓力;容積式壓縮機通過對運動機構做功（gōng），以減少壓（yā）縮式（shì）容積，提高蒸氣壓力來完成壓縮功能（néng）。蒸氣壓縮式製冷機根據（jù）工（gōng）作原理和使用條件的（de）不同有單級壓縮製冷循環、多級壓縮製冷循環和複疊式循環等不同的組合表現形式，以滿足不同的溫度要求。
    在製取0℃～-65℃的溫度時，蒸氣（qì）壓（yā）縮（suō）式製（zhì）冷循（xún）環根據工作原理和使用條件的不（bú）同，分為單級蒸氣壓縮式製冷循環、兩級蒸氣壓縮式製冷循環（huán）和複（fù）疊式製冷循環三種形式，以滿足不同的溫度要求。
    2、單級（jí）蒸氣壓縮製冷循環

    單（dān）級蒸氣壓縮製冷（lěng）循環工作過程如下圖所示。單級燕（yàn）氣壓縮製（zhì）冷循環是指從蒸發器出來的低壓蒸（zhēng）氣，經過壓縮（suō）機一次壓縮（suō）到冷凝（níng）壓力的製冷循環。壓縮機吸入的是以點1表示的飽和蒸氣，1-2表示製冷劑在壓縮機內的壓（yā）縮過程，這一過程在理想的情（qíng）況下為等熵過程。2-3-4表示製（zhì）冷（lěng）劑在（zài）冷凝器的冷卻和冷凝過程（chéng），在這一過程中製冷劑的壓力保（bǎo）持不變，且等於冷凝溫度下的飽和蒸（zhēng）氣壓力。4-5為節流過程，製冷劑在節流過程中，壓力和溫度都降（jiàng）低，但焓（hán）值保持不變。5-1表示製冷劑在蒸發器中（zhōng）的蒸發吸熱過程，製冷劑在蒸發溫度和蒸發壓力不變的情況下蒸發，吸收被冷卻物的熱量實現製（zhì）冷。

    實際上，單（dān）級蒸氣壓縮（suō）製冷的理論循環和（hé）實際循環（huán）是有差異的，差異歸結為3點：
    （1）壓（yā）縮機工作時（shí）有摩擦阻力、熱量交換和工質泄漏，壓縮（suō）過程不（bú）是等熵的。
    （2）實際熱交換（huàn）過程中，存在傳熱溫（wēn）差。
    （3）製冷劑（jì）流經過道及排氣閥門和換熱設備時，存（cún）在阻力和壓力降。
    由此可知，實際循（xún）環（huán）比（bǐ）理論循環要（yào）複雜得（dé）多，另外製（zhì）冷係統製冷量也受蒸發溫度和冷凝（níng）溫度的影響。製冷係統所能達到的蒸（zhēng）發溫度（dù）主要是由它的冷凝壓力和壓縮比來決定的。製冷（lěng）劑（jì）的冷凝壓力由冷卻介質溫度決定，如空氣、水等。當（dāng）冷凝壓力一定（dìng）時，用單級蒸氣壓縮製冷循環要達到較低的溫度，其蒸發壓（yā）力也必須降低，冷凝壓力和蒸發壓力（lì）之（zhī）差（chà）增大，從而使壓縮（suō）比擴大，惡化了壓縮機的運行條件，不利於循環運行。在單級蒸氣壓縮循環中，一般規定壓縮比不超（chāo）過10，在壓縮機（jī）正常工作的壓縮比範圍內，采（cǎi）用中溫（wēn）製冷劑製冷係統所能達到的溫度為-40℃左右。采用低溫工質，係統的冷凝壓力過高，冷凝壓力一般為20bar左右（yòu），增（zēng）加了係統製冷劑泄漏的可能（néng）性。而采用高溫工質又存在蒸發溫度相對較高的問題，並且同樣存在壓比過大的缺陷，這樣不但造成循環性能下降，而且使循環運行的安全（quán）性受到影響。在壓縮比限製的條件下，不同（tóng）冷凝溫度時幾種製冷劑在單級壓縮時所能達到的（de）蒸發溫度，如下（xià）表（biǎo）所示：
    由以上各種製冷劑在各冷凝溫度下的蒸發溫（wēn）度可得：在單（dān）級蒸（zhēng）氣（qì）壓縮製冷循環中，壓縮（suō）比一定的情況下，單一中（zhōng）溫製冷劑製冷受到蒸發壓力不能（néng）過（guò）低（dī）的限製，係統很難獲（huò）得-40℃以（yǐ）下的（de）溫度。
    3、兩級蒸氣壓縮製冷（lěng）循環
    在兩級（jí）壓縮製冷循環（huán）中，製冷劑（jì）的壓（yā）縮過程分（fèn）兩（liǎng）個階段進行，即將來（lái）自蒸發器（qì）的低壓（yā）製冷劑蒸氣（壓力為Po）先進入低壓壓縮機，在其中壓縮到中間壓力Pm，經（jīng）過中間冷卻後再進（jìn）入高壓壓縮機，將其壓縮到冷凝壓（yā）力Pk，排入冷凝器中。這樣，可使各級壓力比適中，由於經過中間冷卻，又可使壓（yā）縮機的耗功減少，可靠性、經濟性均有所（suǒ）提（tí）高。兩級壓（yā）縮製冷循環按中間冷卻方式可分為中間完全冷卻循環（huán）與中間（jiān）不完全冷（lěng）卻循環，所謂中間完全冷卻（què）是指將低壓級的排氣冷卻到中間壓力下的飽（bǎo）和蒸氣;如果（guǒ）低壓級排氣雖經冷卻，但（dàn）並未冷到飽和蒸氣狀態時稱為中間不完全冷卻。按節流方式又可分為一級節流循環與兩級節流循環，如果製冷劑液（yè）體由冷凝壓力Pk直接節流至蒸發壓力Po，則稱為一級節（jiē）流循環;如果將高壓液（yè）體先從冷（lěng）凝壓力Pk節流到中間（jiān）壓力Pa，然後再由Pm節（jiē）流降壓至蒸發壓力Po，稱為兩級節流循環。一級節流循環雖經濟性較兩級節流稍差（chà），但它利用節流（liú）前本身（shēn）的壓力可實現遠距離供液或高層供（gòng）液，故被廣泛采用。兩級壓縮（suō）製冷循環常用的中溫製冷劑有： R12、R404a、R22、 R717、 R502等。
    在理論上兩（liǎng）級（jí）壓縮製冷循環（huán）的（de）總壓縮比可（kě）以取得很大（壓比可達100），獲得較低的蒸發溫度。例如，製（zhì）冷係統冷凝（níng）溫度為40℃時，對於（yú）R404a，當總壓比為100 時，蒸發（fā）壓力（lì）為18. 7kPa，與之相對應的蒸發溫度（dù）為一71±0.5℃;對於R22，當總壓比為100時，蒸發壓力為15. 7kPa，所對（duì）應的蒸發溫度可以達到-73±0.5℃，此（cǐ）時係統的蒸發壓力過低，增加了空氣滲入製冷係統的可能（néng）性，吸氣（qì）壓力過低壓縮機吸氣閥片也不易（yì）開（kāi）啟，壓縮機的工作效率（lǜ）低，甚至不能（néng）正常（cháng）工作。采用一種中溫製冷劑（jì）的（de）兩級壓縮製冷（lěng）循環，還可能（néng）因為（wéi）蒸發溫度過低使得製冷劑凝固，製冷係統無法正常工作（zuò）。
    綜上所述，采用單一製（zhì）冷劑的兩級壓縮製冷循（xún）環，適合用來（lái）製取一40℃~-60℃的溫度，這樣整個製冷係統可以正常工作，具有較高的工作效率。若要獲得更低的溫度，就需要采用兩種製冷劑的複疊製冷循環。
    4、複（fù）疊製冷循環
    複疊製冷循環通常由高溫級和低溫級（jí）兩部分組成。高溫部分使用中溫製冷劑，低溫部分使用低溫製冷劑，形成兩個單級壓縮製冷係統複疊工作的循環。兩係（xì）統之間采（cǎi）用一個冷凝蒸（zhēng）發器銜接起來，高溫級的中溫製冷劑在（zài）其（qí）中（zhōng）蒸發製冷，使低溫級的低溫製冷劑在其中放出熱量，與蒸發的中溫製冷劑進行熱交換後，被冷凝成為液體。從冷凝蒸發器出來的（de）中溫製冷劑蒸氣帶走低溫製冷劑的冷凝熱量（liàng），經過高溫級循環將熱（rè）量傳遞給（gěi）環境介質（水或空氣）。而從冷凝蒸發器出來的低溫製（zhì）冷（lěng）劑液體，經低溫級節流閥降壓後，進入蒸發器吸（xī）取被冷卻物的熱量而蒸發製冷，獲得所需要的低溫。
    由於複疊製冷（lěng）循環是由兩（liǎng）個獨立的製冷係統複疊而成，每台壓縮機工作壓力（lì）適中，能很好的滿足（zú）獲得較低溫度的要求，所以廣泛應用於一60℃～-80℃的普冷領（lǐng）域（yù）。複疊製冷循環使（shǐ）用了多台壓縮機，從設計製造和生產維護的（de）方麵考慮，係統相（xiàng）對較為複雜，投（tóu）入較大，運行維護難度更大。
    5、自然複疊製冷循環
    自然複疊製冷循（xún）環是複疊製冷循環的（de）一種（zhǒng）特殊形式，循環采用混合製冷劑作為工質，巧妙的（de）利用了分凝原理來實現（xiàn）各製冷劑之間的複疊。其工作原理如下圖所示，當混合製（zhì）冷（lěng）劑經壓縮機壓縮後變為高溫高壓蒸氣排入冷凝器，在這裏（lǐ）大部分（fèn）的高沸點製（zhì）冷劑被冷凝下來，成為液體。由於低（dī）沸點製冷劑在通常的（de）室溫冷凝條件下，不能（néng）被冷卻成液體，所以仍然（rán）為氣態。氣（qì）液兩相混合工質從冷凝器出來後，依靠重力的作用，氣體和液體分離（lí）。其中（zhōng）液體部分經個節流閥C節流變為低壓液體（tǐ），在冷凝蒸發器中蒸發吸收氣態低沸點（diǎn）製冷（lěng）劑的熱量。從冷凝器出來的氣態低沸點製冷劑在冷凝蒸（zhēng）發器中放熱被冷凝為液體，由第（dì）二個節（jiē）流閥D節流後迸入蒸發器（qì）進行蒸發製冷（lěng）。後，從蒸發器出來的（de）低沸點製冷劑氣體與（yǔ）從冷凝蒸發器出來的高沸點製冷劑氣.體混合後進入（rù）壓縮機，從（cóng）而完成整個循（xún）環。