高低溫沖擊試驗箱、高低溫試驗箱需要做低于-40°的溫度時，制冷系統需要采用復疊式制冷，常用的復疊式制冷機一般由兩部分組成，分別稱為高溫部分和低溫部分。高溫部分使用中溫制冷劑（R404A），低溫部分使用低溫制冷劑（R23），各自組成一個獨立的使用單一制冷劑的制冷系統（可以是單級壓縮、也可以是兩級壓縮），其中高溫部分制冷系統中制冷劑的蒸發用來使低溫部分系統中的制冷劑冷凝。高溫部分和低溫部分是通過一個冷凝蒸發器起來。它既是低溫部分的冷凝器，也是高溫部分的蒸發器。這樣，低溫部分的制冷劑在蒸發器內向被冷卻對象吸收熱量（即制冷量），并將此熱量傳給高溫部分的制冷劑，然后再由高溫部分制冷劑將熱量傳給冷卻介質（水或空氣）。由于高低溫兩部分均可根據各自的工作溫度選用合適的制冷劑，故它既能滿足在較低蒸發溫度下具有合適的蒸發壓力，又能滿足在環境溫度下適中的冷凝壓力。
由于復疊式制冷循環采用兩種以上的獨立制冷系統，因此可以有多種制冷循環形式：由兩個單級壓縮制冷循環組成的復疊式制冷循環、一個兩級壓縮制冷循環和一個單級壓縮制冷循環組成的復疊式制冷循環或三個單級壓縮制冷循環組成的復疊式制冷循環等。復疊式制冷循環的高溫部分使用的制冷劑，一般為R12、R22、R502（現在高低溫試驗箱采用R404A環保型制冷劑），也可以使用丙烯（C3H6）和丙烷（C3H8）。低溫部分使用的制冷劑(高低溫試驗箱采用R23制冷劑)有R13、R14、乙烯（C2H4）和乙烷（C2H6）。對于復疊式制冷循環，R13適用的蒸發溫度范圍是-70~-110℃，R14適用的蒸發溫度范圍是-100~140℃。
復疊式制冷循環的優勢在于能獲得較低的蒸發溫度，當蒸發溫度在-80℃以下時，一般使用單一制冷劑的兩級壓縮制冷循環已無能為力，自然采用復疊式制冷循環。但當蒸發溫度在-80~-50℃之間時，復疊式制冷和兩級壓縮制冷劑都可以應用。復疊式制冷較兩級壓縮制冷的優勢在于復疊式制冷系統的每臺壓縮機都工作在比較適中的壓力范圍內，輸氣系數有所提高，其實際循環的制冷系數比兩級壓縮制冷循環要高。而且復疊式制冷系統內一般保持正壓，空氣不易漏入。不過復疊式制冷由于冷凝蒸發器存在傳熱溫差使其經濟性有所降低，同時制冷系統也較兩級壓縮制冷復雜，且整個系統需要兩種以上的制冷劑。
根據以上的比較分析，制冷循環的選擇需要綜合考慮所需制冷溫度、采用的制冷劑種類及經濟性指標等。武漢尚測試驗設備有限公司生產的-70℃高低溫試驗箱、高低溫沖擊試驗箱、低溫試驗箱等設備采用復疊式制冷循環系統，采用環保型R404A、R23制冷劑，除濕時只啟動R404A（節能降耗），降溫時啟動R404A 、R23，設計更加合理！
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