復疊式壓縮制冷系統通常由兩個單級壓縮制冷循環組成，之間用蒸發冷凝器聯系起來。

高溫部分采用中溫制冷劑，蒸發器為低溫部分冷凝器中的制冷劑冷凝服務;低溫部分采用低溫制冷劑，蒸發器為用戶制冷。兩臺制冷機聯合運行，高溫級制冷機的蒸發器為低溫級制冷機的冷凝器提供冷源;為確保低溫級的所需冷凝溫度，高溫級制冷機的蒸發溫度低于低溫級冷凝溫度3-5℃;復疊式制冷循環既保留了中、低溫制冷劑各自的優點，又克服了它們不足，使制取很低的溫度成為可能。

系統中除裝有常規的設備外，在R13制冷劑的低溫系統中，還裝有單向閥、毛細管和膨脹容器等設備。裝設這些設備的目的是為了運行和停機時的安全。因為R13屬于高壓制冷劑。它的臨界溫度極低(28. 8℃ ) ，當停機后，若環境溫度超過28.8℃時，制冷系統內的R13制冷劑全部氣化為過熱蒸氣，床力也達到臨界度(3.88MPa)。這時產生低溫部分的壓力將會超出制冷系統允許的最高工作壓力這一非常危險的情況，為解決這一問題，大型系統采用高溫系統定時開機，以維持低溫系統較低壓力，但這種方法耗功大;或者將低溫制冷劑抽出裝入高壓鋼瓶中。

對于小型復疊式制冷裝置，通常在低溫部分的系統中連接一個膨脹容器，當停機后低溫部分的制冷劑蒸氣可進入膨脹容器，如系統中不設膨脹容器，則應考慮加大蒸發冷凝器的容積，使其起到膨脹容器的作用，以免系統壓力過高。在壓縮機啟動后，膨脹容器中的制冷劑通過毛細管降壓，并由壓縮機吸入，仍進入制冷循環。如果高溫級在壓縮機啟動后，未能提供足夠的冷覺來冷凝R13制冷劑，則排氣壓力將升高，當超過規定限值時，單向閥會打開，高壓蒸氣進入膨脹容器，以避免產生事故。