复叠制冷系统是一种使用两种以上制冷剂并与换热器(冷凝蒸发器)在两个以上系统中结合的低温制冷系统。对于二元复叠制冷系统冷水机，它由两个独立的制冷系统组成，一个是高温系统，另一个是低温系统，低温系统用来冷却环境实验室，而高温系统用来冷却低温系统排出气体，使其在较低温度下凝结，达到降低压缩比和提高气体传输系数的目的。
冷水机在复叠低温制冷系统中的优势：
这种复叠式低温制冷系统的优点是工业冷水机使用适合于高温系统的中压制冷剂和适用于低温系统的高压制冷剂。由于高压制冷剂气体在低温下比中压制冷剂的比容量要小得多，所以同类型压缩机的复叠制冷能力是两级低温压缩制冷的几倍。选择复叠式制冷系统冷水机，可节省大量投资和建设面积。此外，在低温下，高压制冷剂的吸入压力大于或接近一种大气压，而且它不像两级低温系统那样经常渗入系统中。
一位工程师曾采用R13作为低温级，R22作为高温级二元复叠制冷系统进行了比较。在相同的制冷能力下，两级压缩制冷系统冷水机的投资是复叠冷水机组的三倍以上。电机安装功率、两级压缩制冷系统的功率是复叠制冷系统的两倍以上。由于两级制冷系统的压缩机数量大，摩擦功率增加，两级压缩机的能耗是复叠制冷系统的1.5倍以上。
除用户要求的温度变化，环境温度高于-55℃外，复叠制冷系统的工业冷水机都可供使用。目前，使用复叠制冷系统作为低温实验设备的冷源越来越多。
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