實驗室設(shè)備超低溫冰箱的制冷系統(tǒng)基本采用復(fù)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(fā)器的紫銅管以盤管形式直接盤附于內(nèi)箱體外側(cè)，并用導(dǎo)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(fā)器為殼管式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為四管螺紋型紫銅管，采用逆流式熱交換方式。

　　低溫級系統(tǒng)中還加配有氣熱交換器，可使從蒸發(fā)器出來的低壓氣體同進入冷凝蒸發(fā)器前的高壓氣體進行熱交換，這樣不但減少了冷凝蒸發(fā)器的熱負荷，而且充分利用了熱量。過濾器多采用除蠟型過濾器，其目的是有效去除冷凍油中的石蠟，以降低系統(tǒng)油堵的可能性。
　　此外超低溫冰箱根據(jù)不同的使用用途還可以選配一些附件，例如，溫度記錄儀，便于永久記錄運行參數(shù);二氧化碳備用系統(tǒng)，用于特殊情況下，保證保存環(huán)境的氣體保持正常狀態(tài);電壓增壓器，可保證壓縮機在低壓狀態(tài)下正常工作。
　　超低溫冰箱一般采用二級制冷，一級的制冷劑為R-12(23.Ooz，28.349523g)，設(shè)計壓力高壓為400ppsi(1ppsi=6.89476X10‘Pa)，低壓為90ppsi。第二級制冷的冷凝器和一級制冷的蒸發(fā)器是放在一起的;第二級的制冷劑為R-503(8.50z)和R-290(0.70z)的混合體，設(shè)計的高低壓均為300ppsi。感溫探頭為熱敏電阻，根據(jù)阻值的大小(即溫度的高低)在面板上顯示不同的溫度。
　　接通電源時，當(dāng)面板顯示溫度比設(shè)定的溫度高時，一級壓縮機先啟動，一級制冷系統(tǒng)開始工作，使得第二級制冷系統(tǒng)的冷凝器溫度下降，即第二級的制冷劑溫度下降，經(jīng)幾分鐘的延時后，第二級制冷系統(tǒng)也開始工作，它的蒸發(fā)器在冰箱內(nèi)壁，這可使冰箱內(nèi)部溫度下降很多，它的冷凝器放出的熱量全部由一級制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器吸收，一級冷凝器放出的熱量則散人空氣中。
　　當(dāng)冰箱內(nèi)部溫度達到設(shè)定溫度后，感溫探頭電阻把信息傳出，控制繼電器失電斷開，兩級制冷系統(tǒng)全部停止工作。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度再次升高，超出設(shè)定的溫度時，冰箱再次重復(fù)上述運作過程，從而使冰箱內(nèi)溫度始終保持在設(shè)定的溫度左右。