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實現超低溫（如-110℃）的關鍵在于復疊式制冷技術。該一體機包含至少兩級獨立的制冷循環(huán)系統(tǒng)。第一級（中溫級） 使用常規(guī)中溫制冷劑（如R404A），將其蒸發(fā)溫度降至-30℃到-50℃左右。這個低溫環(huán)境充當了第二級（低溫級） 制冷循環(huán)的“冷凝器”。低溫級采用適合更低蒸發(fā)溫度的制冷劑（如R23，甚至R170/R14等）。低溫級制冷劑在蒸發(fā)器中吸收載冷介質（如特殊配置的低溫硅油）的熱量，將其溫度降低到-110℃甚至更低。兩級循環(huán)通過一個專門設計的“冷凝蒸發(fā)器”進行熱交換連接。精確的溫度控制由微電腦PID控制器實現，通過監(jiān)測設置在目標設備（如冷阱）和回路中的多個高精度溫度傳感器信號，動態(tài)調節(jié)兩級壓縮機的運行狀態(tài)（或利用變頻技術）、電子膨脹閥的開度以及輔助加熱（用于升溫階段或控溫穩(wěn)定性），確保溫度在超低溫狀態(tài)下依然能達到要求的設定值并保持穩(wěn)定。整個低溫循環(huán)回路采用高強度真空保溫管道和優(yōu)質保溫層，最大限度減少冷量損失；回路中通常充注干燥惰性氣體（如氮氣）或設置防結露系統(tǒng)，防止低溫運行時的空氣冷凝凍結冰。
