低溫制冷機(jī)的工作原理有兩種:一種是單級壓縮制冷;一種是兩級或復(fù)疊式制冷。

單級壓縮制冷系統(tǒng) 當(dāng)應(yīng)用合適的制冷劑時(shí)，其蒸發(fā)溫度只能達(dá)到-35~ -25℃。若需要獲得更低的蒸發(fā)溫度，單級壓縮制冷機(jī)是無能為力的。其主要原因是壓力比Pt/P0的值太大而帶來一系列問題。

單級壓縮制冷機(jī)所能達(dá)到的蒸發(fā)溫度t0取決于蒸發(fā)壓力P0，而P0是取決于冷凝壓力Pk及壓力比Pk/P0。我們知道，冷凝壓力Pk由冷凝溫度所決定，冷凝溫度又取決于環(huán)境介質(zhì)(水或空氣)的溫度。環(huán)境介質(zhì)的溫度變化范圍也有限，不可能取得很低。為此，在單級壓縮中要獲得低蒸發(fā)溫度，其壓力比就會(huì)很大，而壓力比過大會(huì)產(chǎn)生下列問題:

壓縮機(jī)排氣溫度過高，使?jié)櫥偷酿ざ燃眲∠陆担绊憠嚎s機(jī)的潤滑。當(dāng)排氣溫度與潤滑油的閃點(diǎn)接近時(shí)，會(huì)使?jié)櫥吞炕灾略陂y片上產(chǎn)生結(jié)炭現(xiàn)象。壓縮比增大時(shí)壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)大為降低，壓縮機(jī)的輸氣量及效率顯著下降。液體制冷劑節(jié)流時(shí)引起的損失增加，使制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性下降。

一般規(guī)定，采用氟利昂制冷劑的單級壓縮機(jī)的最大壓力比不應(yīng)超過10。當(dāng)壓力比等于10時(shí)，在不同冷凝溫度時(shí)一些常用的中溫制冷劑所能達(dá)到的最低蒸發(fā)溫度見表7-11。

因此，單級壓縮制冷要獲得-35℃以下的低溫是很難實(shí)現(xiàn)的，而必須采用兩級壓縮方式予以解決，以降低壓力比，見表7-12。

兩級壓縮制冷 將一臺(tái)低壓級壓縮機(jī)和一臺(tái)高壓級壓縮機(jī)串聯(lián)起來，使制冷劑在其中依次進(jìn)行兩次壓縮，這樣可以做到每級壓縮機(jī)的壓力比都不過大，而總的壓力比雖然很高，但被高、低壓兩級壓縮機(jī)分擔(dān)了，見表7-13。

從表7-13可以看出，兩級壓縮制冷低壓級與高壓級的壓力比分別遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單級壓縮比。采用兩級壓縮，一般可制取-70~-40℃的低溫。若要獲得更低的溫度(-130~-80%),就必須采用復(fù)疊式制冷方式。