中小型复叠式制冷机组能够实现更低的蒸发温度，通常在-40℃至-80℃之间，而单级制冷机组的蒸发温度一般在-15℃至-35℃之间。这使得它在需要低温制冷的领域具有更广泛的应用。采用两级或多级压缩，使得制冷剂在不同压力下进行热交换，从而提高了制冷效率。在运行过程中，各级压缩机之间的负荷分配较为均衡，从而降低了故障率，提高了运行稳定性。
中小型复叠式制冷机组采用复叠式制冷的原因：
1、蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点，否则制冷剂无法进行循环。当制冷循环的蒸发温度，低于该制冷剂凝固点时，制冷剂就会凝固而无法流动，从而失去循环流动的特性。例如：R717的凝固点是-77.7℃，R717制冷循环的极限温度是-77.7℃;
2、蒸发温度很低时，一般制冷剂蒸发压力很低，比体积很大，所以制冷剂单位容积制冷量很小，这样使压缩机尺寸过于庞大。如常用的制冷剂R22、R17，在tk=40℃，t0=-70℃时，它们的单位容积制冷量分别只有当tk=40℃，t0=-15℃时的6.9%、和5.2%。而且过低的蒸发压力还增加空气渗入制冷剂系统的可能性，同时由于级间的压力增大，使压缩机的输气系统减小，系统的运行性能下降，也对安装中系统的密封性要求很高;
3、低温制冷剂大多是有机物质，凝固点低，如R13的凝固点在-180℃，并且低饱和温度气化时，对制冷循环的吸气性能影响较小。
但低温制冷剂的临界点低，如R13的临界点为28.8℃，临界压力为3.861MPa,当tk>=28.8℃时，R13的冷凝压力不仅高而且超出临界压力，所以在一般情况下，低温制冷剂不能像高温、中温制冷剂那样用水、空气等普通冷却介质来完成冷却冷凝过程。
4、对于活塞式压缩机，由于气阀的特性，当吸气压力低于15kPa时，气阀将因气缸内外压差过小而无法开启。因此使用活塞式压缩机的循环能达到的温度只能是与15kPa相对应的饱和蒸气温度。如果要达到更低的蒸发压力，即便级数再多也无能为力。若改用沸点低的制冷剂，虽然蒸发压力可不低于15kPa，但其冷凝压力太高，接近临界压力，此时循环节流损失很大。
例如：t0=-100℃时，R13的冷凝压力为p0=0.0332MPa,但同时它的冷凝压力却太高，当tk=30℃时，R13已经达到超临界状态，因此单一的低温制冷剂的多级循环仍然不行。为了解决上述的问题，采用了两种制冷剂的复叠式乙二醇冷冻机制冷循环。
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