復疊式系統(tǒng)是預冷系統(tǒng)的展開，由其他制冷系統(tǒng)來預冷。復疊式系統(tǒng)是第一個用于生產(chǎn)液態(tài)空氣(簡稱液空)的液化裝置。復疊式系統(tǒng)于1933年由Keesom提出。
該系統(tǒng)如圖31-7所示，用氨來液化1925kPa下的乙烯，再用乙烯來液化2530kPa下的甲烷，最后用甲烷來液化1885kPa下的氮氣。另一個復疊式系統(tǒng)是用R12, R13和R14來液化氮、空氣或氧。1954年，鮑爾也介紹了僅使用兩種氟利昂組分的復疊式系統(tǒng)。從熱力學觀點看，它比以上討論的任何系統(tǒng)更接近理想可逆系統(tǒng)，所以最適宜作為液化循環(huán)。 但從圖31-7可以看出，它很復雜，并不像前面討論的系統(tǒng)那樣可以寫出液化率的簡單表達式。基于通過節(jié)流閥的壓降減少，不可逆損失降低這個事實，復疊式系統(tǒng)比上面提到的任何系統(tǒng)的性能都好。所需壓力降低是該系統(tǒng)的另一個優(yōu)點。但復疊式系統(tǒng)存在一個嚴重的缺點，即系統(tǒng)的每一級循環(huán)都必須完全不漏，以防止流體滲透。這意味著確保不漏維護十分艱辛，當有泄漏產(chǎn)生時，將帶來危害。