超低溫循環(huán)冷卻器的制冷原理壓縮機(jī)的作用是把工質(zhì)由低溫低壓氣體壓縮成高溫高壓氣體，再經(jīng)過冷凝器，在冷凝器中冷凝成低溫高壓的液體，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后，則成為低溫低壓的液體。低溫低壓的液態(tài)工質(zhì)送入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)而成為高溫低壓的蒸汽，從而完成制冷循環(huán)。

液體制冷劑在超低溫循環(huán)冷卻器中吸收被冷卻的物體熱量之后，汽化成低溫低壓的蒸汽、被壓縮機(jī)吸入、壓縮成高壓高溫的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷卻介質(zhì)(水或空氣)放熱，冷凝為高壓液體、經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流為低壓低溫的制冷劑、再次進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱汽化，達(dá)到循環(huán)制冷的目的。這樣，制冷劑在系統(tǒng)中經(jīng)過蒸發(fā)、壓縮、冷凝、節(jié)流四個基本過程完成一個制冷循環(huán)。

超低溫循環(huán)冷卻器的必要性基于熱力學(xué)第二定律——根據(jù)熱力學(xué)第二定律，封閉系統(tǒng)內(nèi)部熱能自發(fā)的流動方向是單向的，即只能從高熱流向低熱，在微觀世界表現(xiàn)為承載熱能的微觀粒子只能由有序變成無序。所以，一個熱機(jī)在有能量輸入做功的同時，下游也必須有能量放出，這樣上下游才會有熱能差距，熱能的流動才會成為可能，循環(huán)才會繼續(xù)下去。