根據(jù)《溫度沖擊試驗》的技術指標和冷熱沖擊試驗箱的使用要求，試驗箱可以快速提供- 25℃～- 65℃的大流量冷氣流，因此制冷系統(tǒng)設計采用通過壓縮機實現(xiàn)制冷的蒸氣壓縮制冷循環(huán)，選取有效制冷方式是設計工作進行的步。

    1、蒸氣壓縮制冷循環(huán)概述
    蒸氣壓縮式制冷循環(huán)是在制冷設備中應用為廣泛的一種制冷循壞，它適用于各類制冷設備，這樣的制冷機設備更加緊湊，而且能夠得到比較寬的制冷溫度范圍，在普通制冷溫度范圍內(nèi)有著較高的工作效率，可以根據(jù)不同場合的需要制成大、中、小型。在蒸氣壓縮式制冷循環(huán)中，為把制冷劑蒸氣從低壓變?yōu)楦邏?，且使其不斷在制冷系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動，可以采用多種類型的制冷壓縮機。按照各類制冷壓縮機工作原理可以將它們分為速度型和容積型（0，壓縮機分類如下圖所示。速度型壓縮機由旋轉部件連續(xù)將角動量轉換給蒸氣，再將該動量轉為壓力;容積式壓縮機通過對運動機構做功，以減少壓縮式容積，提高蒸氣壓力來完成壓縮功能。蒸氣壓縮式制冷機根據(jù)工作原理和使用條件的不同有單級壓縮制冷循環(huán)、多級壓縮制冷循環(huán)和復疊式循環(huán)等不同的組合表現(xiàn)形式，以滿足不同的溫度要求。
    在制取0℃～-65℃的溫度時，蒸氣壓縮式制冷循環(huán)根據(jù)工作原理和使用條件的不同，分為單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)、兩級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)和復疊式制冷循環(huán)三種形式，以滿足不同的溫度要求。
    2、單級蒸氣壓縮制冷循環(huán)

    單級蒸氣壓縮制冷循環(huán)工作過程如下圖所示。單級燕氣壓縮制冷循環(huán)是指從蒸發(fā)器出來的低壓蒸氣，經(jīng)過壓縮機一次壓縮到冷凝壓力的制冷循環(huán)。壓縮機吸入的是以點1表示的飽和蒸氣，1-2表示制冷劑在壓縮機內(nèi)的壓縮過程，這一過程在理想的情況下為等熵過程。2-3-4表示制冷劑在冷凝器的冷卻和冷凝過程，在這一過程中制冷劑的壓力保持不變，且等于冷凝溫度下的飽和蒸氣壓力。4-5為節(jié)流過程，制冷劑在節(jié)流過程中，壓力和溫度都降低，但焓值保持不變。5-1表示制冷劑在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)吸熱過程，制冷劑在蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力不變的情況下蒸發(fā)，吸收被冷卻物的熱量實現(xiàn)制冷。

    實際上，單級蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)和實際循環(huán)是有差異的，差異歸結為3點：
    （1）壓縮機工作時有摩擦阻力、熱量交換和工質(zhì)泄漏，壓縮過程不是等熵的。
    （2）實際熱交換過程中，存在傳熱溫差。
    （3）制冷劑流經(jīng)過道及排氣閥門和換熱設備時，存在阻力和壓力降。
    由此可知，實際循環(huán)比理論循環(huán)要復雜得多，另外制冷系統(tǒng)制冷量也受蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的影響。制冷系統(tǒng)所能達到的蒸發(fā)溫度主要是由它的冷凝壓力和壓縮比來決定的。制冷劑的冷凝壓力由冷卻介質(zhì)溫度決定，如空氣、水等。當冷凝壓力一定時，用單級蒸氣壓縮制冷循環(huán)要達到較低的溫度，其蒸發(fā)壓力也必須降低，冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之差增大，從而使壓縮比擴大，惡化了壓縮機的運行條件，不利于循環(huán)運行。在單級蒸氣壓縮循環(huán)中，一般規(guī)定壓縮比不超過10，在壓縮機正常工作的壓縮比范圍內(nèi)，采用中溫制冷劑制冷系統(tǒng)所能達到的溫度為-40℃左右。采用低溫工質(zhì)，系統(tǒng)的冷凝壓力過高，冷凝壓力一般為20bar左右，增加了系統(tǒng)制冷劑泄漏的可能性。而采用高溫工質(zhì)又存在蒸發(fā)溫度相對較高的問題，并且同樣存在壓比過大的缺陷，這樣不但造成循環(huán)性能下降，而且使循環(huán)運行的安全性受到影響。在壓縮比限制的條件下，不同冷凝溫度時幾種制冷劑在單級壓縮時所能達到的蒸發(fā)溫度，如下表所示：
    由以上各種制冷劑在各冷凝溫度下的蒸發(fā)溫度可得：在單級蒸氣壓縮制冷循環(huán)中，壓縮比一定的情況下，單一中溫制冷劑制冷受到蒸發(fā)壓力不能過低的限制，系統(tǒng)很難獲得-40℃以下的溫度。
    3、兩級蒸氣壓縮制冷循環(huán)
    在兩級壓縮制冷循環(huán)中，制冷劑的壓縮過程分兩個階段進行，即將來自蒸發(fā)器的低壓制冷劑蒸氣（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)過中間冷卻后再進入高壓壓縮機，將其壓縮到冷凝壓力Pk，排入冷凝器中。這樣，可使各級壓力比適中，由于經(jīng)過中間冷卻，又可使壓縮機的耗功減少，可靠性、經(jīng)濟性均有所提高。兩級壓縮制冷循環(huán)按中間冷卻方式可分為中間完全冷卻循環(huán)與中間不完全冷卻循環(huán)，所謂中間完全冷卻是指將低壓級的排氣冷卻到中間壓力下的飽和蒸氣;如果低壓級排氣雖經(jīng)冷卻，但并未冷到飽和蒸氣狀態(tài)時稱為中間不完全冷卻。按節(jié)流方式又可分為一級節(jié)流循環(huán)與兩級節(jié)流循環(huán)，如果制冷劑液體由冷凝壓力Pk直接節(jié)流至蒸發(fā)壓力Po，則稱為一級節(jié)流循環(huán);如果將高壓液體先從冷凝壓力Pk節(jié)流到中間壓力Pa，然后再由Pm節(jié)流降壓至蒸發(fā)壓力Po，稱為兩級節(jié)流循環(huán)。一級節(jié)流循環(huán)雖經(jīng)濟性較兩級節(jié)流稍差，但它利用節(jié)流前本身的壓力可實現(xiàn)遠距離供液或高層供液，故被廣泛采用。兩級壓縮制冷循環(huán)常用的中溫制冷劑有： R12、R404a、R22、 R717、 R502等。
    在理論上兩級壓縮制冷循環(huán)的總壓縮比可以取得很大（壓比可達100），獲得較低的蒸發(fā)溫度。例如，制冷系統(tǒng)冷凝溫度為40℃時，對于R404a，當總壓比為100 時，蒸發(fā)壓力為18. 7kPa，與之相對應的蒸發(fā)溫度為一71±0.5℃;對于R22，當總壓比為100時，蒸發(fā)壓力為15. 7kPa，所對應的蒸發(fā)溫度可以達到-73±0.5℃，此時系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力過低，增加了空氣滲入制冷系統(tǒng)的可能性，吸氣壓力過低壓縮機吸氣閥片也不易開啟，壓縮機的工作效率低，甚至不能正常工作。采用一種中溫制冷劑的兩級壓縮制冷循環(huán)，還可能因為蒸發(fā)溫度過低使得制冷劑凝固，制冷系統(tǒng)無法正常工作。
    綜上所述，采用單一制冷劑的兩級壓縮制冷循環(huán)，適合用來制取一40℃~-60℃的溫度，這樣整個制冷系統(tǒng)可以正常工作，具有較高的工作效率。若要獲得更低的溫度，就需要采用兩種制冷劑的復疊制冷循環(huán)。
    4、復疊制冷循環(huán)
    復疊制冷循環(huán)通常由高溫級和低溫級兩部分組成。高溫部分使用中溫制冷劑，低溫部分使用低溫制冷劑，形成兩個單級壓縮制冷系統(tǒng)復疊工作的循環(huán)。兩系統(tǒng)之間采用一個冷凝蒸發(fā)器銜接起來，高溫級的中溫制冷劑在其中蒸發(fā)制冷，使低溫級的低溫制冷劑在其中放出熱量，與蒸發(fā)的中溫制冷劑進行熱交換后，被冷凝成為液體。從冷凝蒸發(fā)器出來的中溫制冷劑蒸氣帶走低溫制冷劑的冷凝熱量，經(jīng)過高溫級循環(huán)將熱量傳遞給環(huán)境介質(zhì)（水或空氣）。而從冷凝蒸發(fā)器出來的低溫制冷劑液體，經(jīng)低溫級節(jié)流閥降壓后，進入蒸發(fā)器吸取被冷卻物的熱量而蒸發(fā)制冷，獲得所需要的低溫。
    由于復疊制冷循環(huán)是由兩個獨立的制冷系統(tǒng)復疊而成，每臺壓縮機工作壓力適中，能很好的滿足獲得較低溫度的要求，所以廣泛應用于一60℃～-80℃的普冷領域。復疊制冷循環(huán)使用了多臺壓縮機，從設計制造和生產(chǎn)維護的方面考慮，系統(tǒng)相對較為復雜，投入較大，運行維護難度更大。
    5、自然復疊制冷循環(huán)
    自然復疊制冷循環(huán)是復疊制冷循環(huán)的一種特殊形式，循環(huán)采用混合制冷劑作為工質(zhì)，巧妙的利用了分凝原理來實現(xiàn)各制冷劑之間的復疊。其工作原理如下圖所示，當混合制冷劑經(jīng)壓縮機壓縮后變?yōu)楦邷馗邏赫魵馀湃肜淠鳎谶@里大部分的高沸點制冷劑被冷凝下來，成為液體。由于低沸點制冷劑在通常的室溫冷凝條件下，不能被冷卻成液體，所以仍然為氣態(tài)。氣液兩相混合工質(zhì)從冷凝器出來后，依靠重力的作用，氣體和液體分離。其中液體部分經(jīng)個節(jié)流閥C節(jié)流變?yōu)榈蛪阂后w，在冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸收氣態(tài)低沸點制冷劑的熱量。從冷凝器出來的氣態(tài)低沸點制冷劑在冷凝蒸發(fā)器中放熱被冷凝為液體，由第二個節(jié)流閥D節(jié)流后迸入蒸發(fā)器進行蒸發(fā)制冷。后，從蒸發(fā)器出來的低沸點制冷劑氣體與從冷凝蒸發(fā)器出來的高沸點制冷劑氣.體混合后進入壓縮機，從而完成整個循環(huán)。