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超低溫冰箱，又稱超低溫冰柜、超低溫保存箱。其制冷系統基本采用復疊式制冷的工作原理，選用兩臺全封閉壓縮機作為高、低溫級壓縮機使用。低溫級蒸發器的紫銅管以盤管形式直接盤附于內箱體外側，并用導熱膠泥填堵于盤管與箱壁之間的縫隙中，以增加熱交換效果。冷凝蒸發器為殼管式結構，內部為四管螺紋型紫銅管，采用逆流式熱交換方式。
超低溫冰箱一般采用兩級制冷（兩個單級的循環系統疊加而成），第一級的制冷劑為R-12；第二級的制冷劑為R-503。第二級制冷系統的冷凝器與第一級制冷系統的蒸發器是疊放在一起的； 開機時，第一級壓縮機首先啟動開始制冷，使得第二級制冷系統的冷凝器溫度下降，讓第二級的制冷劑預冷、溫度下降很多，經一定的延時后，第二級的壓縮機也開始工作，二級的蒸發器設在冰箱內部，預冷至-20~-30度的制冷劑使冰箱內部獲得更低的蒸發溫度（約-60~-80度），它的冷凝器放出的熱量全部由第一級制冷系統的蒸發器吸收，第一級冷凝器放出的熱量則散入空氣中（或冷卻水中）。
超低溫冰箱冷卻不充分時應如何操作：
1、檢查超低溫冰箱內是否有冰霜；
2、檢查箱門是否開關過于頻繁；
3、檢查背部是否接觸墻面，超低溫冰箱內部是否放入過多物品。
超低溫冰箱噪音過大時，檢查底板是否堅固、超低溫冰箱是否穩固。如不穩，調好活動螺絲以使四角穩固地支撐在底板上；是否有物件接觸到冰箱背部。
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