復(fù)疊式制冷循環(huán)是將較大的總溫差分割成兩段或若干段，根據(jù)每段的溫區(qū)選擇適宜的制冷劑循環(huán)，然后將它們疊加起來(lái)，用高溫級(jí)的制冷量來(lái)承擔(dān)低溫級(jí)的冷凝負(fù)荷，從而獲取較低制冷溫度的方式。復(fù)疊式制冷屬于蒸汽壓縮式制冷的一種特殊形式，通常由兩到三個(gè)工作溫區(qū)不同的獨(dú)立蒸汽壓縮式制冷循環(huán)組成，以兩級(jí)復(fù)疊式制冷循環(huán)為例，它由高溫級(jí)和低溫級(jí)兩部分組成，高溫級(jí)中使用中溫制冷劑，低溫級(jí)中使用低溫制冷劑，形成兩個(gè)單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)復(fù)疊工作的循環(huán)。兩級(jí)系統(tǒng)之間采用冷凝蒸發(fā)器銜接起來(lái)，高溫級(jí)的中溫制冷劑在其中蒸發(fā)制冷，使低溫制冷劑在其中放熱，與蒸發(fā)的中溫制冷劑進(jìn)行熱交換后被冷凝成液體。從冷凝蒸發(fā)器出來(lái)的中溫制冷劑蒸氣帶走低溫制冷劑的冷凝熱量，經(jīng)過高溫級(jí)制冷循環(huán)將熱量傳遞給環(huán)境介質(zhì)。而從冷凝蒸發(fā)器出來(lái)的低溫制冷劑液體，經(jīng)低溫級(jí)節(jié)流閥降壓后，進(jìn)入蒸發(fā)器吸取被冷卻物的熱量而蒸發(fā)制冷，獲取所需要的低溫。

一般情況下，兩級(jí)復(fù)疊式制冷循環(huán)的有效工作范圍在-80 ℃以上，為獲取更低的溫度，需要用三級(jí)復(fù)疊式制冷循環(huán)，蒸發(fā)溫度可達(dá)-140 ℃。三級(jí)以上的復(fù)疊式制冷循環(huán)由于工作效率低下和經(jīng)濟(jì)型較差等原因在工業(yè)應(yīng)用中一般不采用。

復(fù)疊式循環(huán)制冷的優(yōu)點(diǎn)在于通過常規(guī)的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，在正常工作壓力范圍和壓比的前提下能實(shí)現(xiàn)低至-140 ℃的制冷溫度，在保證工作效率的同時(shí)極大地拓寬了常規(guī)系統(tǒng)的制冷溫區(qū)。

復(fù)疊式循環(huán)制冷由于增加了制冷循環(huán)數(shù)量，從而導(dǎo)致系統(tǒng)部件呈倍數(shù)增加，增加生產(chǎn)成本的同時(shí)使得制冷系統(tǒng)更加復(fù)雜，這也導(dǎo)致了復(fù)疊式系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)需按順序依次進(jìn)行，一般高溫級(jí)制冷循環(huán)先啟動(dòng)，待低溫級(jí)壓力降低到閾值壓力以下時(shí)再開啟低溫級(jí)制冷循環(huán)。此外，系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高也使得運(yùn)行維護(hù)更加繁瑣，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性下降。