復疊制冷機由高溫部分和低溫部分組成。它的低溫部分提供了所需的深度冷卻能力。使用低溫制冷劑，但這類制冷劑對冷凝溫度的要求很低，在相同壓力下很難用冷卻水進行冷凝。高溫部分采用中溫制冷劑循環(huán)，用于冷凝低溫制冷劑。高溫部分和低溫部分共用一個蒸發(fā)冷凝器和“復疊”，從而形成使用兩種制冷劑的復疊制冷循環(huán)。
雖然復疊制冷機壓縮制冷循環(huán)的蒸發(fā)溫度低于單級壓縮制冷循環(huán)，但由于制冷劑物理性質和壓縮機工作特性的限制，當蒸發(fā)溫度較低時，多級壓縮制冷循環(huán)往往不能滿足要求。這時就需要復疊式冷水機組制冷循環(huán)。主要原因是：
1、蒸發(fā)溫度必須高于制冷劑的冰點，否則制冷劑無法循環(huán)。當制冷循環(huán)的蒸發(fā)溫度低于制冷劑的冰點時，制冷劑就會凝固而不能流動，從而失去循環(huán)流動的特性。例如R717的冰點為-77.7℃，R717制冷循環(huán)的*限溫度為-77.7℃。
2、當蒸發(fā)溫度很低時，制冷劑的蒸發(fā)壓力一般很低，比容很大，所以單位體積制冷劑的制冷量很小，使壓縮機過大。此外，低蒸發(fā)壓力也增加了空氣滲入制冷劑系統(tǒng)的可能性。同時，由于級間壓力的增加，壓縮機的氣體傳輸系統(tǒng)減少，系統(tǒng)的運行性能下降，這也要求系統(tǒng)在安裝時具有較高的密封性能。
3、低溫制冷劑多為冰點低的有機物。在低飽和溫度氣化時，對制冷循環(huán)的吸氣性能影響很小。然而，低溫制冷劑的臨界點較低。例如R13的臨界點為28.8℃，臨界壓力為3.861MPa。當tk>=28.8℃時，R13的冷凝壓力不僅高，而且超過臨界壓力。因此，一般來說，低溫制冷劑不能像高溫和中溫制冷劑那樣用水、空氣和其他常見的冷卻介質完成冷卻和冷凝過程。
