根据《温度冲击试验》的技术指标和冷热冲击试验箱的使用要求，试验箱可以快速提供- 25℃～- 65℃的大流量冷气流，因此制冷系统设计采用通过压缩机实现制冷的蒸气压缩制冷循环，选取有效制冷方式是设计工作进行的步。

    1、蒸气压缩制冷循环概述
    蒸气压缩式制冷循环是在制冷设备中应用为广泛的一种制冷循坏，它适用于各类制冷设备，这样的制冷机设备更加紧凑，而且能够得到比较宽的制冷温度范围，在普通制冷温度范围内有着较高的工作效率，可以根据不同场合的需要制成大、中、小型。在蒸气压缩式制冷循环中，为把制冷剂蒸气从低压变为高压，且使其不断在制冷系统内循环流动，可以采用多种类型的制冷压缩机。按照各类制冷压缩机工作原理可以将它们分为速度型和容积型（0，压缩机分类如下图所示。速度型压缩机由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力;容积式压缩机通过对运动机构做功，以减少压缩式容积，提高蒸气压力来完成压缩功能。蒸气压缩式制冷机根据工作原理和使用条件的不同有单级压缩制冷循环、多级压缩制冷循环和复叠式循环等不同的组合表现形式，以满足不同的温度要求。
    在制取0℃～-65℃的温度时，蒸气压缩式制冷循环根据工作原理和使用条件的不同，分为单级蒸气压缩式制冷循环、两级蒸气压缩式制冷循环和复叠式制冷循环三种形式，以满足不同的温度要求。
    2、单级蒸气压缩制冷循环

    单级蒸气压缩制冷循环工作过程如下图所示。单级燕气压缩制冷循环是指从蒸发器出来的低压蒸气，经过压缩机一次压缩到冷凝压力的制冷循环。压缩机吸入的是以点1表示的饱和蒸气，1-2表示制冷剂在压缩机内的压缩过程，这一过程在理想的情况下为等熵过程。2-3-4表示制冷剂在冷凝器的冷却和冷凝过程，在这一过程中制冷剂的压力保持不变，且等于冷凝温度下的饱和蒸气压力。4-5为节流过程，制冷剂在节流过程中，压力和温度都降低，但焓值保持不变。5-1表示制冷剂在蒸发器中的蒸发吸热过程，制冷剂在蒸发温度和蒸发压力不变的情况下蒸发，吸收被冷却物的热量实现制冷。

    实际上，单级蒸气压缩制冷的理论循环和实际循环是有差异的，差异归结为3点：
    （1）压缩机工作时有摩擦阻力、热量交换和工质泄漏，压缩过程不是等熵的。
    （2）实际热交换过程中，存在传热温差。
    （3）制冷剂流经过道及排气阀门和换热设备时，存在阻力和压力降。
    由此可知，实际循环比理论循环要复杂得多，另外制冷系统制冷量也受蒸发温度和冷凝温度的影响。制冷系统所能达到的蒸发温度主要是由它的冷凝压力和压缩比来决定的。制冷剂的冷凝压力由冷却介质温度决定，如空气、水等。当冷凝压力一定时，用单级蒸气压缩制冷循环要达到较低的温度，其蒸发压力也必须降低，冷凝压力和蒸发压力之差增大，从而使压缩比扩大，恶化了压缩机的运行条件，不利于循环运行。在单级蒸气压缩循环中，一般规定压缩比不超过10，在压缩机正常工作的压缩比范围内，采用中温制冷剂制冷系统所能达到的温度为-40℃左右。采用低温工质，系统的冷凝压力过高，冷凝压力一般为20bar左右，增加了系统制冷剂泄漏的可能性。而采用高温工质又存在蒸发温度相对较高的问题，并且同样存在压比过大的缺陷，这样不但造成循环性能下降，而且使循环运行的安全性受到影响。在压缩比限制的条件下，不同冷凝温度时几种制冷剂在单级压缩时所能达到的蒸发温度，如下表所示：
    由以上各种制冷剂在各冷凝温度下的蒸发温度可得：在单级蒸气压缩制冷循环中，压缩比一定的情况下，单一中温制冷剂制冷受到蒸发压力不能过低的限制，系统很难获得-40℃以下的温度。
    3、两级蒸气压缩制冷循环
    在两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程分两个阶段进行，即将来自蒸发器的低压制冷剂蒸气（压力为Po）先进入低压压缩机，在其中压缩到中间压力Pm，经过中间冷却后再进入高压压缩机，将其压缩到冷凝压力Pk，排入冷凝器中。这样，可使各级压力比适中，由于经过中间冷却，又可使压缩机的耗功减少，可靠性、经济性均有所提高。两级压缩制冷循环按中间冷却方式可分为中间完全冷却循环与中间不完全冷却循环，所谓中间完全冷却是指将低压级的排气冷却到中间压力下的饱和蒸气;如果低压级排气虽经冷却，但并未冷到饱和蒸气状态时称为中间不完全冷却。按节流方式又可分为一级节流循环与两级节流循环，如果制冷剂液体由冷凝压力Pk直接节流至蒸发压力Po，则称为一级节流循环;如果将高压液体先从冷凝压力Pk节流到中间压力Pa，然后再由Pm节流降压至蒸发压力Po，称为两级节流循环。一级节流循环虽经济性较两级节流稍差，但它利用节流前本身的压力可实现远距离供液或高层供液，故被广泛采用。两级压缩制冷循环常用的中温制冷剂有： R12、R404a、R22、 R717、 R502等。
    在理论上两级压缩制冷循环的总压缩比可以取得很大（压比可达100），获得较低的蒸发温度。例如，制冷系统冷凝温度为40℃时，对于R404a，当总压比为100 时，蒸发压力为18. 7kPa，与之相对应的蒸发温度为一71±0.5℃;对于R22，当总压比为100时，蒸发压力为15. 7kPa，所对应的蒸发温度可以达到-73±0.5℃，此时系统的蒸发压力过低，增加了空气渗入制冷系统的可能性，吸气压力过低压缩机吸气阀片也不易开启，压缩机的工作效率低，甚至不能正常工作。采用一种中温制冷剂的两级压缩制冷循环，还可能因为蒸发温度过低使得制冷剂凝固，制冷系统无法正常工作。
    综上所述，采用单一制冷剂的两级压缩制冷循环，适合用来制取一40℃~-60℃的温度，这样整个制冷系统可以正常工作，具有较高的工作效率。若要获得更低的温度，就需要采用两种制冷剂的复叠制冷循环。
    4、复叠制冷循环
    复叠制冷循环通常由高温级和低温级两部分组成。高温部分使用中温制冷剂，低温部分使用低温制冷剂，形成两个单级压缩制冷系统复叠工作的循环。两系统之间采用一个冷凝蒸发器衔接起来，高温级的中温制冷剂在其中蒸发制冷，使低温级的低温制冷剂在其中放出热量，与蒸发的中温制冷剂进行热交换后，被冷凝成为液体。从冷凝蒸发器出来的中温制冷剂蒸气带走低温制冷剂的冷凝热量，经过高温级循环将热量传递给环境介质（水或空气）。而从冷凝蒸发器出来的低温制冷剂液体，经低温级节流阀降压后，进入蒸发器吸取被冷却物的热量而蒸发制冷，获得所需要的低温。
    由于复叠制冷循环是由两个独立的制冷系统复叠而成，每台压缩机工作压力适中，能很好的满足获得较低温度的要求，所以广泛应用于一60℃～-80℃的普冷领域。复叠制冷循环使用了多台压缩机，从设计制造和生产维护的方面考虑，系统相对较为复杂，投入较大，运行维护难度更大。
    5、自然复叠制冷循环
    自然复叠制冷循环是复叠制冷循环的一种特殊形式，循环采用混合制冷剂作为工质，巧妙的利用了分凝原理来实现各制冷剂之间的复叠。其工作原理如下图所示，当混合制冷剂经压缩机压缩后变为高温高压蒸气排入冷凝器，在这里大部分的高沸点制冷剂被冷凝下来，成为液体。由于低沸点制冷剂在通常的室温冷凝条件下，不能被冷却成液体，所以仍然为气态。气液两相混合工质从冷凝器出来后，依靠重力的作用，气体和液体分离。其中液体部分经个节流阀C节流变为低压液体，在冷凝蒸发器中蒸发吸收气态低沸点制冷剂的热量。从冷凝器出来的气态低沸点制冷剂在冷凝蒸发器中放热被冷凝为液体，由第二个节流阀D节流后迸入蒸发器进行蒸发制冷。后，从蒸发器出来的低沸点制冷剂气体与从冷凝蒸发器出来的高沸点制冷剂气.体混合后进入压缩机，从而完成整个循环。