超低温冷水机是一种能够提供远低于普通冷水机出水温度的制冷设备，其结构设计与常规制冷机组存在显著差异，主要体现在制冷系统、换热组件、控制方式及安全保护机制等方面。
在制冷系统结构上，超低温冷水机普遍采用复叠式制冷循环架构。该系统由高温级制冷循环和低温级制冷循环复合构成，两级之间通过蒸发冷凝器实现热量耦合传递。高温级负责将低温级排出的热量转移至环境介质中，而低温级则承担最终输出超低温冷量的任务。这种复叠结构有效解决了单级压缩在超低温工况下存在的压缩比过大、排气温度过高、制冷效率骤降等问题。
压缩机配置方面，超低温工况对压缩机的选型提出了特殊要求。高温级通常采用结构成熟、可靠性高的往复式或涡旋式压缩机，而低温级则需选用专为低蒸发温度设计的特殊压缩机，其内部间隙、润滑油路和电机冷却方式均经过针对性优化，以确保在低回气压力条件下仍能获得充分润滑和有效冷却。
换热器结构亦具有明显特征。蒸发器多采用板式换热器或套管式换热器，以增强低温侧的传热效率并减少制冷剂充注量。冷凝器则根据使用环境配置为风冷型或水冷型，但翅片间距和管路排布需考虑低温级制冷剂的工作压力特性。关键的蒸发冷凝器作为复叠系统的核心部件，其内部两种制冷剂通道严格隔离，并通过合理设计传热面积来匹配两级之间的热流平衡。
节流与回油结构同样经过专门设计。电子膨胀阀凭借其宽调节范围和精确控制能力，成为超低温冷水机的节流元件。针对低温级制冷剂与润滑油互溶性下降的问题，系统通常设置高效油分离器及引射回油管路，以防止润滑油在蒸发器内积聚而影响换热效果。
最后，在控制与安全结构上，超低温冷水机配备多级温度压力监控点，并设置低低压、油压差、排气过热度过高及防冻结等保护装置，确保机组在工况下能够安全稳定运行。
