采用双级压缩制冷的原因
要突破单级压缩制冷不可能获得较低制冷温度的限制，首先要克服的技术障碍是压缩机的压缩比不可能很大以及压缩终温过高的问题。
制冷剂的冷凝温度由环境介质温度决定，冷凝温度一定时，冷凝压力就是一定的。如欲使蒸发温度降低，则蒸发压力就降低。此时压缩比π=pk/po就增大，导致输气系统变小，实际输气量减少，制冷机压缩过程的不可逆性增大，即实际压缩过程偏离等熵程度增大，使制冷压缩机的效率下降，实际耗功增大，制冷系数下降，制冷量下降。由于容积式压缩机都有一定的佘隙容积，当压缩比增大到一定数值以后，佘隙容积中残留的气体在膨胀时会一直膨胀到压缩腔最大容积，使压缩机不能吸气，压缩机运转但不制冷。同时，在冷凝温度不变的条件下，蒸发温度的降低将使排气温度上升，有可能超过允许的排气温度。由于排气温度过高，会使制冷压缩机的润滑油变稀，黏度下降，从而导致制冷压缩机的润滑条件恶化，引起制冷机运行困难。蒸发压力过低还会使空气渗入系统，造成系统故障。另外，压比增大也会使得循环中的节流损失增大，节流后的制冷剂干度增大。
一般的开启式活塞压缩机，其单级压缩比为8~13。当制冷剂为R717时，因其等熵指数较大，因此压缩比应较小，通常π≤8。对于大多数卤代烃，其等熵指数较小，故π≤10。小型半封闭和全封闭压缩机的压缩比可更大一些，可使用到π≈13。在通常的环境温度下，使用中温制冷剂、单级压缩制冷可获得-40~10℃的低温。
多级压缩制冷所能获得的蒸发温度为-70~30℃。压缩的级数主要取决于每一级压缩的排气温度。如果想降低制冷温度，就要受到制冷剂临界温度、冷凝压力、蒸发压力等因素的制约，而多级压缩制冷无法解决这些问题。
综上所述，当一种制冷剂可以满足冷凝压力不过高、蒸发压力不过低的要求，而压缩机的压缩比不能满足要求以及压缩终温过高时，应采用多级压缩制冷循环。多级制冷系统相当于将多台压缩机串联起来组成制冷系统。