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制冷系統是非標高低溫試驗箱的關鍵部分之一。一般來說，制冷方式都是機械制冷以及輔助液氮制冷，機械制冷采用蒸汽壓縮式制冷，它們主要由壓縮機，冷凝器，節流機構和蒸發器組成。如果我們試驗的溫度低溫要達到-55℃，單級制冷難以滿足要求，因此非標高低溫試驗箱的制冷方式一般采用復疊式制冷。高低溫試驗箱的制冷系統由兩部分組成，分別稱為高溫部分和低溫部分，每一部分是一個相對獨立的制冷系統。高溫部分中制冷劑的蒸發吸收來自低溫部分的制冷劑的熱量而汽化；低溫部分制冷劑的蒸發則從被冷卻的對象（試驗機內的空氣）吸熱以獲取冷量。高溫部分和低溫部分之間是用一個蒸發冷凝器聯系起來，它既是高溫部分的冷凝器，也是低溫部分的冷凝器。