蒸发过程
蒸发过程是在低温冷箱蒸发器中进行的。液态制冷剂在蒸发器中蒸发时吸收热量，使其周围的介质温度降低或保持一定的低温状态，从而达到制冷的目的。蒸发器制冷量大小主要取决于液态制冷剂在蒸发器内蒸发量的多少。气态制冷剂流经蒸发器时不发生相变，不产生制冷效应，因而应限制毛细管的节流汽化效应，使流入蒸发器的制冷剂必须是液态制冷剂。另外，蒸发温度愈低，相应的制冷量也略为降低，并会使低温冷箱压缩机的功耗增加，循环的制冷系数下降。
压缩过程
压缩过程在低温冷箱压缩机中进行，这是一个升压升温过程。压缩机将从蒸发器流出的低压制冷剂蒸汽压缩，使蒸汽的压力提高到与冷凝温度对应的冷凝压力，从而保证制冷剂蒸汽能在常温下被冷凝液化。而制冷剂经压缩机压缩后，温度也升高了。
冷凝过程
冷凝过程在低温冷箱冷凝器中进行，它是一个恒压放热过程。为了让制冷剂蒸汽能被反复使用，需将蒸发器流出的制冷剂蒸汽冷凝还原为液态，向环境介质放热。
冷凝器按工作过程可分为冷却区段和冷凝区段。低温冷箱冷凝器的入口附近为冷却区段，高温的制冷剂过热蒸汽通过冷凝器的金属盘管和散热片，将热量传给周围的空气，并降温冷却，变成饱和蒸汽。冷凝器的出口附近为冷凝区段，低温冷箱制冷剂由饱和蒸汽冷凝为饱和液体放出潜热，并传给周围空气。
节流过程
低温冷箱的节流阀是又细又长的毛细管。由于冷凝器冷凝得到的液态制冷剂的冷凝温度和冷凝压力要高于蒸发温度和蒸发压力，在进入蒸发器前需让它降压降温。液态制冷剂通过毛细管时由于流动阻力而降压，并伴随着一定程度的散热和少许的汽化，因此节流过程是一个降压降温的过程。节流汽化的制冷剂量越大，蒸发器中的制冷量就越少，因而必须减少节流汽化。
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