單級(jí)壓縮循環(huán)螺桿式冷水機(jī)所能達(dá)到的最低制冷溫度是有限的，通常情況下，它的最低溫度只能達(dá)到-40℃，主要原因是受單級(jí)活塞式壓縮機(jī)的極限使用條件的限制。如果螺桿式冷水機(jī)的蒸發(fā)器溫度過(guò)低，當(dāng)超出極限使用條件時(shí),螺桿式冷水機(jī)就會(huì)帶來(lái)以下幾個(gè)問(wèn)題：
1、實(shí)際壓縮過(guò)程偏離等熵壓縮過(guò)程的程度大，該螺桿式冷水機(jī)的壓縮機(jī)輸氣系數(shù)減少，壓縮機(jī)的輸氣量就會(huì)大大減少。
2、螺桿式冷水機(jī)的壓縮機(jī)的排氣溫度過(guò)高，壓縮機(jī)氣缸面上的潤(rùn)滑油變稀，使?jié)櫥瑮l件變壞。甚至?xí)饾?rùn)滑油的碳化，出現(xiàn)拉缸以及閥片密封不嚴(yán)等現(xiàn)象。
3、制冷劑節(jié)流損失增加，單位質(zhì)量制冷量及單位容積制冷量下降過(guò)大。
以上問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致螺桿式冷水機(jī)的制冷量下降，功率消耗增加以及釀成事故，所以為了獲得比較低的溫度(-40～-70℃)的同時(shí)，又可以讓壓縮機(jī)的工作壓力控制在合適的范圍內(nèi)，就需要采用雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)螺桿式冷水機(jī)。
當(dāng)要求獲得更低的蒸發(fā)溫度(-70～120℃)時(shí)，對(duì)于雙級(jí)壓縮循環(huán)，采用常規(guī)的中溫制冷劑R12、R22時(shí)，會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)壓力過(guò)低，活塞式制冷壓縮機(jī)難以正常工作或因?yàn)橘Y料溫度低于制冷劑的凝固點(diǎn)而使制冷系統(tǒng)無(wú)法工作。因此要采用R13、R14低溫制冷劑。這種制冷劑在蒸發(fā)溫度為-70～120℃范圍內(nèi)，蒸發(fā)壓力較高，能滿足活塞式壓縮機(jī)正常工作的要求，凝固點(diǎn)也低于-70～120℃。
但這類制冷劑的臨界點(diǎn)也低，用通常的環(huán)境空氣或冷卻水來(lái)冷卻使之冷凝時(shí)，其冷凝壓力太高，而且節(jié)流損失也很大，實(shí)際應(yīng)用時(shí)經(jīng)濟(jì)性很差，因?yàn)?，通常采用中溫制冷劑的蒸發(fā)來(lái)冷卻低溫制冷劑使其冷凝，這樣就構(gòu)成了由兩種或三種制冷劑的循環(huán)串聯(lián)(疊加)而成的復(fù)疊式制冷循環(huán)螺桿式冷水機(jī)。至于是采用由兩個(gè)單級(jí)壓縮機(jī)循環(huán)的組合還是由一個(gè)單級(jí)壓縮循環(huán)和一個(gè)雙級(jí)壓縮循環(huán)的組合，還是由三個(gè)單級(jí)壓縮循環(huán)的組合，同樣也是決定于所需制冷溫度。