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根据本发明的二级矩形叠层微通道制冷器，包括依次叠合的上盖板、上部内盖板、上下交错叠合的多个高压通道板以及多个低压通道板、下部内盖板、下盖板，高压通道板呈矩形，包括依次设置的换热段以及蒸发腔，换热段包括依次设置的第一通道段、预冷段、二级通道段，第一通道段包括多个第一流道、第二流道、第三流道，第一流道、第二流道、第三流道均为内凹的直线槽，内凹的深度小于高压通道板的厚度，直线槽沿第一通道段的长度方向设置，多个第一流道和第二流道相邻且交错设置，第三流道为第一流道的延伸段，第三流道的宽度小于第一流道的宽度，预冷段呈矩形，具有内凹的S形槽，预冷段与第二流道连通，与第一流道不连通。