盡管采用多級(jí)壓縮循環(huán)可以獲得較低的溫度，而且可以降低壓縮機(jī)排氣溫度，減少壓縮機(jī)功耗。但蒸發(fā)溫度很低時(shí)，多級(jí)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(shí)受到高凝固點(diǎn)的限制，采用低溫制冷劑時(shí)受到低臨界點(diǎn)的限制。

這種情況下，復(fù)疊式制冷循環(huán)有其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。

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(gè)或兩個(gè)以上的單級(jí)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(jí)復(fù)疊式制冷循環(huán)，兩級(jí)以上的復(fù)疊式制冷循環(huán)的原理都是類似的。

兩級(jí)復(fù)疊式制冷循環(huán)由使用中溫制冷劑的高溫級(jí)和使用低溫制冷劑的低溫級(jí)兩部分組成。形成兩個(gè)單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)復(fù)疊工作的制冷循環(huán)。兩個(gè)系統(tǒng)之間用冷凝蒸發(fā)器銜接起來，它既是高溫級(jí)的蒸發(fā)器又是低溫級(jí)的冷凝器。高溫級(jí)的中溫制冷劑在冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，低溫級(jí)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(jí)的中溫制冷劑蒸發(fā)為氣體，低溫級(jí)的低溫制冷劑冷凝為液體。高溫級(jí)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(jí)節(jié)流裝置降壓后成為氣液混合物，進(jìn)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(jí)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(jí)制冷循環(huán)為0'-1'-2’-3’-4'-5’-0'，低溫級(jí)制冷循環(huán)為0-1-2-3-4-5-0,高溫級(jí)制冷循環(huán)和低溫級(jí)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(jī)的工作條件，油分離器可以防止潤(rùn)滑油進(jìn)入換熱器，減少傳熱熱阻，保證壓縮機(jī)的可靠潤(rùn)滑。低溫級(jí)壓縮機(jī)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(fù)荷。膨脹容器W可以保證低溫級(jí)系統(tǒng)避免超壓和安全順利啟動(dòng)。兩個(gè)電磁閥H用于防止系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)高壓級(jí)和低壓級(jí)的高壓制冷劑進(jìn)入各自的蒸發(fā)器，使系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)大量液體進(jìn)入壓縮機(jī)造成液擊，損壞壓縮機(jī)。