制冷方法分為蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、 蒸氣噴射式制冷、氣體膨脹式制冷、熱電制冷。在上述制冷方法中，蒸氣壓縮制冷是最經濟而且應用最廣泛的制冷方式，亦是環境試驗設備中最常使用的制冷方式，其原理是利用氟利昂等液體的蒸發潛熱從被冷卻物體中吸熱而實現制冷。
經膨脹閥節流進入蒸發器的液體，從周圍物體中吸取蒸發潛熱而蒸發，蒸發后變成低溫低壓氣體被制冷壓縮機吸入，經壓縮機壓縮后變成高溫高壓氣體進入水冷或風冷冷凝器，在其中冷卻成高壓液體，再經膨脹閥進入蒸發器。如此往復循環，從低溫處吸熱實現制冷，再將熱量從高溫處釋放出來。單級制冷循環圖在(單級制冷循環圖)所示制冷循環中，由某一狀態變成另一狀態的一個變化被稱為一個過程。制冷循環共有四個過程。
下面簡敘制冷循環中的四個過程。
(1). 蒸發過程：通過膨脹節流后的低壓濕蒸汽，在蒸發器中從周圍介質吸熱制冷，并逐漸增加其干度。這樣，從蒸發器出來的氣體就已經成為干飽和蒸氣或稍有過熱度的過熱蒸氣了。在蒸發過程中，制冷劑溫度和壓力保持不變。
(2). 壓縮過程：完成制冷作用后從蒸發器出來的蒸氣進入制冷機，經過壓縮后，溫度和壓力急劇升高。所以制冷機排出的氣體就變成了過熱度較大的熱蒸氣。壓縮過程中，制冷劑熵值不變。
(3). 冷凝過程：從制冷機排出的高溫高壓過熱蒸氣，進入冷凝器后同冷卻水或空氣進行熱交換，使過熱蒸氣逐漸變成飽和蒸氣，進而變成飽和液體。當用冷卻水冷卻時，飽和液體溫度將繼續降低，出現過冷。冷凝過程中壓力保持不變。
(4). 節流過程：從冷凝器出來的液體通過膨脹閥或毛細管等節流裝置被節流，成為低溫低壓的濕蒸汽，節流過程中制冷劑焓值不變。
上述四個循環過程依次不斷循環，進而達到制冷目的。為完成制冷循環的各熱力學過程，需要將壓縮機、換熱器、管路、管路附件等組成一個系統，該系統稱為制冷系統。單級壓縮制冷，是指制冷劑蒸氣只經過一次壓縮，它的最低蒸發溫度可以控制在-30c～-40c，當需要獲得更低的試驗溫度時，通常采用復疊式制冷系統，即將兩個單級壓縮制冷系統復疊在一起。其中一個系統為高溫部分，采用中溫制冷劑;另一個系統為低溫部分，采用低溫制冷劑。高溫部分的蒸發器與低溫部分的冷凝器復疊構成冷凝蒸發器。液氮輔助制冷：工作原理液氮的溫度對應一定的飽和蒸汽壓力。當液氮所處的壓力環境高于其溫度所對應的飽和蒸汽壓時，稱之為液氮過冷。液氮過冷的方法有兩種，一是提高液氮壓力，二是通過制冷機提供冷量降低液氮溫度。對閉式液氮過冷循環系統只能采取二者結合的方式：制冷機提供冷量，提高壓力保證液氮單向流動。
設備組成
• 過冷箱 ：為制冷機、換熱器等提供了一個安裝和換熱并與外界絕熱、保冷的環境 。
• 泵箱：安裝液氮泵，提供系統循環動力的場所。并具有循環液氮氣、液相分離的作用。
• 真空輸液管道：真空保溫管，將系統連為一體，液氮在其中循環;
• 減壓抽空系統：當制冷機不能提供系統所需冷量時，通過減壓抽空系統補充系統冷量
• 冷卻水系統：冷卻壓縮機，節約水資源。
• 液氮貯槽：向系統加注和補充液氮。并且是一個氮氣源，為泵箱和氣動元件提供氣源。
• 泵箱及氣動閥門供氣系統 ：保證系統循環壓力高于循環液氮溫度所對應的飽和蒸汽壓 和保證 系統閥門供氣 ;
•測控儀表及裝置： 自動顯示和控制系統需測量的物理量：溫度、壓力、流量、液位。
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