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我們常用的氨或氟利昂制冷系統冷水機要獲得低溫，一般采用雙級或多級壓縮，可以獲取-40~-70℃的低溫冷凍液。但如果想要獲取-70~-120℃的低溫冷凍機或低溫冷庫，就需要采用復疊式冷水機組。
隨著科研和生產對低溫制冷的要求越來越高，如果需要-70~-120℃的低溫機組、低溫冷庫等，由于受到制冷劑本身物理性質的限制，能夠達到的低蒸發溫度有一定的限度，如R22在-80℃時，蒸發壓力已經低于0.01MPa，而氨在-77.7℃時已經凝固，不能制取更低的溫度。
因此，雙級或多級蒸氣壓縮制冷方式的局限性主要體現在以下幾方面：
雙級壓縮制冷冷水機的制冷溫度受制冷劑凝固點的限制不能太低，蒸發溫度必須高于制冷劑的凝固點，否則制冷劑無法進行制冷循環。
雙級壓縮制冷收蒸發壓力過低的限制。制冷劑蒸發溫度過低，其相應的蒸發壓力也非常低，從而導致冷水機的壓縮機和系統低壓部分在高真空下運行，增加空氣滲入的可能性，進而破壞冷水機制冷循環的正常運行。
3、蒸發壓力很低則氣態制冷劑的比容很大，這將導致冷水機壓縮機吸氣比容增大，輸氣系數減小，要制取同樣大小的冷量是比需要采用更大尺寸的壓縮機。
4、對于活塞式壓縮機，因其閥門自動啟閉特性，當吸氣壓力低于0.01~0.05MPa時，難于克服吸氣閥彈簧力，影響機組壓縮機的正常工作。
由于上述原因，所以為了獲得低于-70℃的溫度，就應采用中溫制冷劑與低溫制冷劑復疊的制冷循環(如氟利昂R23、R1150等)，采用低溫制冷劑的冷水機，雖然能夠制取很低的溫度，但低溫制冷劑的冷凝溫度要求很低，用一般的水冷卻和空氣冷卻無法凝結成液體，必須用一種人工冷源來冷凝低溫制冷劑。它不能單獨工作，需要有另一臺冷水機與之聯合運行，為低溫制冷劑循環的冷凝過程提供冷源，降低冷凝溫度和壓力，這就出現了同時采用兩種制冷劑的制冷系統，即稱為復疊式制冷循環，我們稱這種機組為復疊式冷水機。
