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串級制冷系統是由兩種或多種工業冷水機組成，在許多系統中由熱交換器（冷凝器蒸發器）組合而成的低溫制冷系統。對于二元串級制冷系統，制冷機由兩個獨立的制冷系統組成，一個是高溫系統，另一個是低溫系統。低溫系統用于冷卻環境實驗室，高溫系統用于冷卻低溫系統以排出氣體并使其在低溫下冷凝。這也達到了降低壓縮比和提高氣體傳輸系數的目的。

工業制冷機用于系列低溫制冷系統的優勢

這種串級制冷系統的優點是采用適合高溫系統的中壓制冷劑和適合低溫系統的高壓制冷劑。由于高壓制冷劑氣體的比容量遠小于中壓制冷劑在低溫下的比容量，因此用于級聯制冷的同類壓縮機的制冷容量是低溫兩級壓縮制冷的幾倍。串聯制冷系統的制冷機可以節省大量的投資和建筑面積。此外，高壓制冷劑在大于或接近大氣壓力的壓力下在低溫下工作，并且不像兩級低溫系統那樣頻繁地滲透系統。

一些工程師采用R13作為低溫級，R22作為高溫級，對二元串級制冷系統進行了比較。在冷卻設備投資相同的情況下，兩級壓縮制冷系統的制冷機是級聯制冷系統的三倍多。電機安裝功率大，兩級壓縮制冷系統是串級制冷系統的兩倍以上。由于壓縮機數量多、摩擦功率大，兩級制冷系統的能耗是串級制冷系統的1.5倍以上。

該系列制冷系統除用戶要求溫度變化及環境溫度在-55℃以上外，還可采用工業冷卻裝置。目前，串級制冷系統作為低溫實驗裝置的冷源越來越受到重視。