超低温机组中复叠式制冷系统由高温部分和低温部分组成.其低温部分提供所需的超低温能力，采用R13、R23等低温制冷剂，但这类制冷剂的冷凝温度要求很低，同等压力下用冷却水难以将其冷凝。高温部分使用中温制冷剂循环，其作用是用于冷凝低温制冷剂，高温部分和低温部分共用一个蒸发冷凝器而“复叠”，从而组成应用两种制冷剂的复叠式制冷循环。生产工艺要求反应温度为-50℃，因此超低温机组完全能满足工艺要求的大规模降温要求。
超低温机组按照制冷循环级数分为单级制冷和复叠式制冷等形式。单级制冷系统一股采用中温制冷剂。运行中制冷剂的蒸发温度低于-70℃时，制冷剂蒸发压力很低，蒸汽比容增大.输气系数降低，压缩机吸气困难，机组工作效率大大降低，因此用单级制冷系统提供蒸发温度低于-70℃超低温时，其规模难以做大，经济性很低。
