盡管采用多級壓縮循環(huán)可以獲得較低的溫度，而且可以降低壓縮機排氣溫度，減少壓縮機功耗。但蒸發(fā)溫度很低時，多級壓縮制冷循環(huán)受單一制冷劑的限制。由于只能使用一種制冷劑，采用中溫制冷劑時受到高凝固點的限制，采用低溫制冷劑時受到低臨界點的限制。
這種情況下，復(fù)疊式制冷循環(huán)有其獨有的優(yōu)勢。
復(fù)疊式制冷循環(huán)是使用兩種或兩種以上的制冷劑，由兩個或兩個以上的單級壓縮制冷循環(huán)組成，用于制取-60~-120℃的低溫。在此介紹最常用的兩級復(fù)疊式制冷循環(huán)，兩級以上的復(fù)疊式制冷循環(huán)的原理都是類似的。
兩級復(fù)疊式制冷循環(huán)由使用中溫制冷劑的高溫級和使用低溫制冷劑的低溫級兩部分組成。形成兩個單級壓縮制冷系統(tǒng)復(fù)疊工作的制冷循環(huán)。兩個系統(tǒng)之間用冷凝蒸發(fā)器銜接起來，它既是高溫級的蒸發(fā)器又是低溫級的冷凝器。高溫級的中溫制冷劑在冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，低溫級的低溫制冷劑在冷凝蒸發(fā)器中冷凝放熱。兩種制冷劑在冷凝蒸發(fā)器中熱交換后，高溫級的中溫制冷劑蒸發(fā)為氣體，低溫級的低溫制冷劑冷凝為液體。高溫級循環(huán)在其冷凝器中將熱量傳遞給冷卻介質(zhì)(外部環(huán)境)，從冷凝蒸發(fā)器中出來的低溫制冷劑液體經(jīng)低溫級節(jié)流裝置降壓后成為氣液混合物，進入其蒸發(fā)器吸收被冷卻介質(zhì)的熱量而蒸發(fā)制冷，獲得所需要的低溫。
圖2-16給出了兩級復(fù)疊式制冷循環(huán)的系統(tǒng)圖和lgp-h圖，其制取的低溫為-80℃,高溫級制冷循環(huán)為0'-1'-2’-3’-4'-5’-0'，低溫級制冷循環(huán)為0-1-2-3-4-5-0,高溫級制冷循環(huán)和低溫級制冷循環(huán)分別設(shè)有回?zé)崞?/span>G和油分離器C，回?zé)崞骺稍黾友h(huán)的制冷量和改善壓縮機的工作條件，油分離器可以防止潤滑油進入換熱器，減少傳熱熱阻，保證壓縮機的可靠潤滑。低溫級壓縮機A設(shè)有排氣冷卻器S，以降低排氣溫度、減少冷凝蒸發(fā)器E中的冷凝負荷。膨脹容器W可以保證低溫級系統(tǒng)避免超壓和安全順利啟動。兩個電磁閥H用于防止系統(tǒng)停止運行時高壓級和低壓級的高壓制冷劑進入各自的蒸發(fā)器，使系統(tǒng)啟動時大量液體進入壓縮機造成液擊，損壞壓縮機。
