复叠式制冷系循环统被广泛应用于低温生物保存、冷却传感器、冷却X射线和Y射线的探测仪、提供低温冷阱及材料测试环境等。本文采用精馏塔作为气液分离装置，对非共沸混合工质内复叠制冷循环系统的性能从理论和实验两方面作了研究。 本文综述了国内外自动复叠式制冷技术研究发展的历史。在比较经典复叠循环和前人所研究的自动复叠制冷循环的基础上，提出了具有精馏装置的新型自动复叠式制冷循环。 本文的循环采用非共沸混合工质R23／R22作制冷剂，利用精馏装置分离高沸点、润滑油与低沸点组分。并采用MBWR方程分析和计算混合物的气液平衡特性和工质的热力性质。在已知混合物热力性质的基础上，对该循环进行热力分析计算，分析了工质不同配比、系统吸气温度和蒸发温度等对循环性能的影响。并求解同一工况下循环系统各状态点在设计工况下的状态参数。 本文自制了一台内复叠制冷循环样机，采用非共沸混合工质、精馏装置和单级油润滑压缩机，实现了混合工质高低沸点组元和润滑油的高效分离，成功地把低温箱内的温度降到-60～80℃。同时根据测量数据分析了混合工质配比、低温箱内温度、加热量等对制冷量、循环COP等性能的影响。实验结果验证了理论分析的正确性，同时也通过比较，提出了本系统在设计和运行中存在的一些问题，有待于在后续的研究工作中进一步不断完善。