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這是常見的制冷方式，和家用空調、冰箱原理相同，但更強大、更精密。循環主要包括四個過程：
壓縮：制冷劑（如R404a， R407c等）在壓縮機中被壓縮成高溫高壓的氣體。
冷凝：高溫高壓的制冷劑氣體進入冷凝器（通常由風冷或水冷散熱），釋放熱量，冷凝成中溫高壓的液體。
節流：中溫高壓的液體制冷劑經過膨脹閥（或毛細管）節流，壓力驟降，變成低溫低壓的霧狀氣液混合物。
蒸發：低溫低壓的霧狀混合物進入蒸發器，在蒸發器中吸收箱內空氣的熱量，蒸發成低溫低壓的氣體，從而使箱內空氣溫度下降。完成蒸發的氣體再次被壓縮機吸入，開始下一個循環。
試驗箱不僅要制冷，還要除濕和精確控溫，因此系統比普通冰箱復雜得多。
對于需要達到-40°C甚至-70°C以下低溫的試驗箱，單級壓縮循環很難實現。此時會采用復疊式制冷系統。
原理：它包含兩個獨立的制冷循環：高溫級循環和低溫級循環。
工作過程：低溫級的冷凝器不是向空氣散熱，而是與高溫級的蒸發器進行“熱交換”，由高溫級循環來幫助低溫級循環散熱。這樣可以將低溫級循環的冷凝壓力維持在合理范圍，從而使其蒸發溫度可以降得非常低（如-80°C）。
試驗箱的低溫除濕，主要就是依靠制冷系統。
原理：當需要降低箱內濕度時，系統會啟動制冷，讓蒸發器溫度低于箱內空氣的露點溫度。
過程：箱內潮濕的空氣經過冰冷的蒸發器時，空氣中的水蒸氣會冷凝成霜或水，附著在蒸發器翅片上。這樣，空氣的含濕量就降低了，達到了除濕的目的。凝結的水會通過排水管排出。
這是試驗箱技術的關鍵，制冷系統需要與其他系統高度協同：
溫度控制：
冷媒旁通調節：將部分高溫高壓氣體直接旁通到蒸發器出口，調節有效制冷量。
變頻壓縮機：通過改變壓縮機轉速來無級調節制冷輸出。
多級壓縮機系統：采用多個壓縮機，根據負載需要組合啟停。
PID控制：控制器通過箱內溫度傳感器（PT100等）實時監測溫度，并與設定值比較，通過PID算法精確控制壓縮機的啟停（對于小型箱）或調節制冷量。
調節制冷量：大型設備不簡單啟停壓縮機，而是通過：
濕度控制（與制冷緊密互動）：
除濕：如上所述，通過啟動制冷，降低蒸發器溫度來實現。
加濕：通常采用獨立的電熱蒸汽加濕器（將水加熱產生純凈蒸汽注入箱內）或超聲波加濕器。
平衡控制：控制器根據濕度傳感器的反饋，在“制冷除濕”和“電熱加濕”之間進行快速、微妙的切換和平衡，以實現濕度的穩定。這是一個動態的、對抗性的過程。
壓縮機：系統的心臟，提供動力。常見類型有活塞式、渦旋式（更安靜、高效）、轉子式等。
冷凝器：散熱部件，將制冷劑熱量排到外界環境。分風冷式（用風機吹）和水冷式（用水循環冷卻，效率更高）。
蒸發器：安裝在試驗箱內部風道中，是吸收箱內熱量、同時進行除濕的關鍵熱交換器。
膨脹閥（節流裝置）：控制制冷劑流量，是關鍵的壓力和溫度調節點。電子膨脹閥（EEV）控制更精確。
控制系統：大腦，集成PID溫度控制器、濕度控制器、壓縮機保護模塊等，負責所有信號的采集和指令的發出。
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