凍干機(jī)的干燥箱和冷阱是需要專(zhuān)門(mén)提供制冷的組件，尤其是冷阱在升華過(guò)程中時(shí)需要的使用溫度在-50℃以下，所以要求冷源蒸發(fā)溫度更低在-60℃以下。
在凍干機(jī)干燥箱中，根據(jù)不同物料的情況，一般需要凍結(jié)到-25~-45℃以下，要求擱板溫度能達(dá)到-30~-50℃以下，冷源蒸發(fā)溫度則需要在-35~-55℃以下。就是說(shuō)冷源蒸發(fā)溫度和實(shí)際使用所能達(dá)到的溫度有10℃左右溫差。這是由于制冷劑在制冷蒸發(fā)器中的蒸發(fā)溫度需要通過(guò)蒸發(fā)器管道壁傳熱給導(dǎo)熱介質(zhì)，然后通過(guò)循環(huán)泵將導(dǎo)熱介質(zhì)導(dǎo)入干燥箱擱板，再通過(guò)擱板金屬板層和料盤(pán)傳給被冷凍物料，在這一過(guò)程中存在著復(fù)雜的管道流體摩擦和循環(huán)泵葉片摩擦造成的熱損失和流體與管道壁間的傳熱阻力，此外在干燥箱中的真空條件下傳熱比較困難，也是造成較大的傳熱熱溫差原因。
冷阱是專(zhuān)門(mén)用于捕集水蒸氣的低溫裝置，由于不同物料的凍結(jié)溫度在-25~-45℃以下，為有效捕集來(lái)自干燥箱物料升華出的水蒸氣，冷阱捕集器表面溫度須在-45~-65℃以下，冷源蒸發(fā)溫度則需要在-50~-70℃以下。就是說(shuō)冷阱冷源蒸發(fā)溫度和物料的凍結(jié)溫度須有30℃以下的溫差。其原因一，干燥箱和冷阱間水蒸氣流動(dòng)需要壓力差作動(dòng)力，壓力差是來(lái)自?xún)烧唛g的溫度差，溫度差越大壓力差越大，水蒸氣流動(dòng)也越快，干燥箱和冷阱間間的溫度差宜在20℃左右，過(guò)大將受到技術(shù)和造價(jià)方面的限制。過(guò)小水蒸氣流動(dòng)緩慢將影響干燥速度。第二，隨著冷阱捕集器表面結(jié)霜不斷增厚，傳熱阻力增加，大約在5~10℃以上，捕集器結(jié)霜表面溫度不斷升高，水蒸氣流動(dòng)壓力差減小，至干燥中后期，干燥速度大大降低。因此，要維持水蒸氣流動(dòng)一定的壓力差，就需要捕集器有更低的蒸發(fā)溫度以克服結(jié)霜帶來(lái)的傳熱阻力。
總之，作為通用型凍干機(jī)，應(yīng)能適應(yīng)各種物料的凍干工藝參數(shù)要求，具有能將物料凍結(jié)到-40℃左右的能力，冷阱應(yīng)能在-50℃溫度以下長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
常用制冷設(shè)備多使用單級(jí)壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)，既一種制冷工質(zhì)通過(guò)在壓縮機(jī)循環(huán)系統(tǒng)中排出高壓氣體并吸入制冷蒸發(fā)后的低壓氣體進(jìn)行一次壓縮循環(huán)制冷，使用溫度在0~-35℃，蒸發(fā)溫度-5~-40℃。過(guò)低蒸發(fā)溫度（如-41℃以下）會(huì)使低壓氣體壓力過(guò)低（0.1Mpa以下，低于一個(gè)大氣壓），制冷系統(tǒng)壓縮比（排氣壓力和吸氣壓力之比）過(guò)大，導(dǎo)致壓縮機(jī)吸入氣體困難，排氣溫度過(guò)高，制冷量大幅度下降，蒸發(fā)溫度迅速上升。若一定維持-40℃以下蒸發(fā)溫度則須以加大壓縮機(jī)和能源消耗為代價(jià)。凍干機(jī)冷阱如采用單級(jí)壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)，干燥時(shí)間將較長(zhǎng)并增加能源消耗，干燥質(zhì)量難以保證。
凍干機(jī)制冷系統(tǒng)多采用雙級(jí)壓縮或復(fù)疊壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)。雙級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)是使用同一種制冷工質(zhì)在壓縮機(jī)循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行二次壓縮循環(huán)制冷，使用溫度在-35~-50℃，蒸發(fā)溫度-40~-55℃。在較低的蒸發(fā)溫度和吸氣壓力工況下，制冷工質(zhì)經(jīng)一次壓縮排氣后須再經(jīng)一次壓縮排氣才可達(dá)到冷凝壓力，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)制冷。這樣兩次壓縮的壓縮比均在允許范圍內(nèi)。雙級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的缺點(diǎn)是，蒸發(fā)溫度和壓力越低，制冷工質(zhì)的氣體密度越小，氣體質(zhì)量也越?。ㄈ缰评涔べ|(zhì)F22在-25℃時(shí)的密度為9Kg/m3，壓力為0.2Mpa，在-55℃時(shí)密度僅為2.4Kg/m3，壓力為0.05Mpa），通常壓縮機(jī)的吸排氣量不會(huì)改變，如滿(mǎn)足一定的制冷量要求，必須有足夠的氣體質(zhì)量流量，因此須成倍加大壓縮機(jī)的容積才能滿(mǎn)足制冷量要求，同時(shí)壓縮機(jī)功率也需相應(yīng)增加。在效率方面，壓縮機(jī)吸氣閥本身具有一定彈性，氣體需克服吸氣閥彈性進(jìn)入壓縮機(jī)，如氣體壓力過(guò)低，吸氣效率大大降低，不足50%，導(dǎo)致壓縮機(jī)功率的浪費(fèi)。此外壓縮機(jī)吸氣壓力長(zhǎng)時(shí)間在低于一個(gè)大氣壓條件下使用存在吸入空氣的危險(xiǎn)，不利于設(shè)備長(zhǎng)期安全運(yùn)行。
復(fù)疊壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)是使用兩種制冷工質(zhì)在兩套相互獨(dú)立的壓縮機(jī)循環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行，一級(jí)壓縮循環(huán)蒸發(fā)溫度-25℃左右，使用制冷工質(zhì)F22，用于輔助二級(jí)壓縮循環(huán)制冷；二級(jí)壓縮循環(huán)蒸發(fā)溫度-65℃左右，使用制冷工質(zhì)F13（氣體密度為14Kg/m3，壓力為0.23Mpa），用于干燥箱和冷阱制冷，這樣兩套壓縮循環(huán)系統(tǒng)的壓縮比均在*范圍內(nèi)。復(fù)疊壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)蒸發(fā)壓力均在一個(gè)大氣壓以上，制冷工質(zhì)的氣體密度遠(yuǎn)大于雙級(jí)壓縮，氣體質(zhì)量流量較大，因此用較小的壓縮機(jī)容積就能滿(mǎn)足制冷量要求，壓縮機(jī)功率也相應(yīng)減小。
在效率上，較高的吸氣壓力使吸氣效率大大提高，可達(dá)90%以上，有利于發(fā)揮壓縮機(jī)的功率。此外壓縮機(jī)吸氣壓力在高于一個(gè)大氣壓條件下使用不存在吸入空氣的危險(xiǎn)。復(fù)疊壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)難度稍大。
由上述得出結(jié)論，凍干機(jī)冷阱的使用溫度在-55℃以下，制冷蒸發(fā)溫度在-65℃以下時(shí)，單級(jí)制冷循環(huán)系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，使用雙級(jí)制冷循環(huán)系統(tǒng)存在效率低，能源利用率低的問(wèn)題，復(fù)疊壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)在此種工況下有一定節(jié)能優(yōu)勢(shì)。
