復疊制冷系統是采用兩種以上制冷劑，在兩個以上的系統內用換熱器（冷凝蒸發器）將其組合在一起的低溫制冷系統。對于二元復疊制冷系統冷水機，由兩個單獨的制冷系統組成，一個是高溫系統，一個是低溫系統。低溫系統是用來冷卻環境實驗室，而高溫系統是用來冷卻低溫系統排出氣體使之在較低溫度下凝結。這樣同樣達到減小壓縮比提高輸氣系數的目的。

    這種復疊低溫制冷系統工業冷水機的優點是采用適合于高溫系統的中壓制冷劑與適合低溫系統的高壓制冷劑。由于低溫時高壓制冷劑氣體的比容較中壓制冷劑的比容小得多，因此，在低溫時同一型號的壓縮機作復疊制冷較雙級壓縮制冷的制冷量大數倍，選用復疊制冷系統冷水機可節約大量投資及建筑面積。而且高壓制冷劑在低溫時吸入壓力大于或接近于一個大氣壓下工作，不會像雙級低溫系統那樣經常往系統滲入空氣。

除去用戶要求溫度變化多，環境溫度高于-55℃以上外都可以采用復疊制冷系統工業冷水機組。目前采用復疊制冷系統做低溫實驗設備的冷源也越來越多。

復疊式制冷循環有下述優點：

    (1)低溫部分壓縮機的氣缸容積比雙級壓縮低溫部分壓縮機氣缸容積小得多。這對減少整機的重量、尺寸有利。例如蒸發溫度為- 60C時，Rl2和R13組成的覆疊式制冷機與R12的雙級壓縮制冷機比較，總的氣缸容積可減少65%，而且可減少能耗10%以上。

    (2)系統內保持正壓力，空氣不易漏入系統，使運行穩定而安全。

    (3)復疊式制冷機不僅可以用不同的制冷荊組合，而且可用不同的制冷方式加以組合。例如，低溫部分用離心式制冷機，高溫部分用吸收式制冷機。如果有鹽水冷源時，高溫部分不再設制冷機，而用低溫鹽水來冷卻低溫部分的冷凝器，使系統簡化。