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超低溫冰箱一般有臥式和立式兩種箱體。內箱體一般分為多個承物層，每層均設計有可獨立開關的內門。外箱體一般由五塊冷軋鋼板相互直接拼接而成。箱體內外各有60mm和80mm的聚亞氨脂泡沫材料構成。自動調溫器為鉑電阻敏感器，用于對溫度的控制。制冷劑現在一般采用環保型制冷劑，以達到環保要求。
超低溫冰箱的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。
低溫級系統中還加配有氣熱交換器，可使從蒸發器出來的低壓氣體同進入冷凝蒸發器前的高壓氣體進行熱交換，這樣不但減少了冷凝蒸發器的熱負荷，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“油堵”的可能性。
此外超低溫冰箱根據不同的使用用途還可以選配一些附件，例如，溫度記錄儀，便于記錄運行參數；二氧化碳備用系統，用于特殊情況下，保存環境的氣體保持正常狀態；電壓增壓器，可壓縮機在低壓狀態下正常工作。
超低溫冰箱一般采用二級制冷，的制冷劑為R-12(23．Ooz，28．349523g)，設計壓力高壓為400ppsi(1ppsi＝6．89476X10‘Pa)，低壓為90ppsi。第二級制冷的冷凝器和第制冷的蒸發器是放在一起的；第二級的制冷劑為R-503(8．50z)和R-290(0．70z)的混合體，設計的高低壓均為300ppsi。感溫探頭為熱敏電阻，根據阻值的大小(即溫度的高低)在面板上顯示不同的溫度。
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