超低溫系統(tǒng)用于實現實驗室使用的低溫浴或箱子，藥物或生物樣品的儲存，金屬的低溫制造或極端溫度的環(huán)境測試。

單級制冷系統(tǒng)實際可達到的**低溫度約為-40**-50?F。單級系統(tǒng)受壓縮機的壓縮比和必須冷凝制冷劑的環(huán)境溫度的限制。只能通過使用級聯(lián)制冷系統(tǒng)經濟地實現從-50降**-120?或更低的溫度。

在典型的級聯(lián)系統(tǒng)中，在“高側”使用標準制冷系統(tǒng)以在級聯(lián)冷凝器中產生低溫。“低壓側”系統(tǒng)能夠在-20**-30°的溫度下冷凝，并在可用制冷劑進入真空之前蒸發(fā)**低**-120?。較大的系統(tǒng)傾向于具有某種油分離器和油管理系統(tǒng)以將油保持在壓縮機中。當系統(tǒng)關閉時，一些系統(tǒng)還使用膨脹罐來保持制冷劑在室溫下不產生極端壓力。

傳統(tǒng)的**制冷劑是CFC-12，HCFC-22和CFC-502。替代**制冷劑是HFC-134a，HFC-404A和HFC-507。

傳統(tǒng)的低端制冷劑是CFC-13和CFC-503。替代低端制冷劑是HFC-23和HFC-508B。

油循環(huán)

標準冷凍機油在低溫下會變得非常厚，并且不會在系統(tǒng)周圍回流到壓縮機。如果壓縮機變得太冷，則油會在壓縮機油池內膠化，而不會提供潤滑。許多系統(tǒng)依靠制冷劑浸入油中并將其移動到系統(tǒng)周圍。這種油循環(huán)方法可以很好地工作到蒸發(fā)器溫度約-100?。另外，運行時間短的系統(tǒng)將允許蒸發(fā)器變暖時機油返回壓縮機。

在較低溫度下運行時間較長或涉及復雜管路的系統(tǒng)需要在低級壓縮機后使用油分離器。

另外，通常將碳氫制冷劑添加到系統(tǒng)中，以便它們可以浸入油中并使其在非常低的溫度下保持流體。所用烴的量通常為5**10重量％。可以使用的所有HC（全部由G家制冷劑供應）中有-170（乙烷），-1150（乙烯），-600（丁烷），-600a（異丁烯），-290（丙烷）和戊烷液體。

濕氣

在級聯(lián)系統(tǒng)中去除水分比在更高的溫度范圍更重要。R-22和R-404A等制冷劑可以吸收并攜帶比10 ppm規(guī)格更多的水和30**50 ppm的視液位指示水平。相反，估計R-13只能在-80°下保持約0.1ppm的水。

過量的水分肯定會與制冷劑分離并堵塞毛細管或導致其他問題。在級聯(lián)系統(tǒng)的低階段，干燥器的維護是非常重要的。

擴張量

在低溫階段，制冷劑必須在非常低的溫度下維持壓縮機的正常運行壓力。這些制冷劑將在110**160 psig的壓力下冷凝約-30**-20°。當這些制冷劑升溫**室溫時，飽和壓力或某些情況下的臨界壓力可能超過700 psig。

不需要花費建筑系統(tǒng)來承受這些壓力，而是提供膨脹箱或其他系統(tǒng)體積。電荷擴展到額外的體積，允許所有的液體完全沸騰蒸氣。簡單的氣體法則規(guī)定需要多少體積來將充氣保持在通常不超過250psig的氣體壓力下。因此，系統(tǒng)通常只需將空系統(tǒng)置于靜態(tài)壓力下即可充電。