冰河冷媒应用在较低温度工况下，往往需要更低温度的冷源，但普通的单级压缩有一定的极限温度，双级压缩与复叠式制冷技术因此应运而生。
采用环境空气或水作为冷凝介质时，对于单级蒸气压缩式制冷循环能获取的低温度约为-20～-30℃,为了满足工艺的要求，往往需要制取更低的温度，即蒸发温度要低。根据蒸发温度和蒸发压力一一对应的关系，蒸发温度越低，低压也就越低。由于冷凝温度（冷凝压力/高压）是受冷却介质的影响，一般由环境温度来决定，变化不大。当蒸发压力过低时，压缩比（系统高低压之比）Pk/Po就随之增大，压缩比过大会导致压缩机输气系数下降、实际压缩过程偏离等熵程度增大，增加功耗、排气温度过高，会使润滑油变稀，甚至部分炭化，损坏压缩机等一系列问题。一般氟利昂制冷剂的单级制冷压缩比Pk/Po≤10；氨制冷剂Pk/Po≤8。因此，如果需要更低的蒸发温度以及高的制冷循环工作效率，就需要采用多级压缩或复叠式制冷循环，多级压缩中的双级压缩应用广。
双级压缩：
上图所示为双级制冷压缩中的其中一种，即一次节流中间不完全冷却的制冷循环。从图上可以看出，双级压缩的实质是把压缩过程分为两个阶段进行，即在冷凝压力Pk和蒸发压力Po之间增加了一个中间压力Pm。来自蒸发器的低压制冷剂蒸气1点先由低压级压缩机压缩至2点，与来自中间冷却器的中压制冷剂蒸气3?汇合形成3点后被高压级压缩机吸入后压缩至4点形成高压高温制冷剂蒸气后送入冷凝器冷凝，冷凝成高压中温液态制冷剂5点，后兵分两路，一路经膨胀阀①节流进入中间冷却器，另一路直接进入中间冷却器，两者之间进行换热。分别得到过冷状态的液态制冷剂7点和中压制冷剂蒸气3?。7点制冷剂经过回热器的进一步换热得到温度更低一点的8点状态制冷剂后经膨胀阀②节流后得到9点进入蒸发器制取低温。从蒸发器出来的0点制冷剂没有直接回低压级压缩机，而是经过回热器的换热，得到一定的过热度形成1点，然后1点被低压级压缩机吸入完成整个循环。Pm从整个分析可以看出，双级压缩过程中，低压级压力比为Pm/Po，高压级的压缩比为Pm/Pk，每一级的压力比均较小，这样制冷循坏获得较的蒸发温度的同时，制冷压缩机的效率也不至于降低。
复叠式制冷循环
当需要-70℃、-80℃蒸发温度时，往往采用中温制冷剂的双级或者多级蒸气压缩式制冷循环也不能满足要求。而采用低温制冷剂往往由于过高的冷凝压力和过低的临界温度使其在正常环境下很难被冷凝成液态，另一方面高的冷凝压力和低的蒸发压力所产生的压缩比即使是双级或多级压缩也无法满足。此时就要采用复叠式制冷循环。从上图可以看出，复叠式压缩制冷循环实际有两个制冷系统组成，分别为高温部分和低温部分，采用两种不同的制冷剂。高温系统采用中温制冷剂如图中R22；低温系统采用低温制冷剂如图中R13。即用R22产生的-30℃蒸发温度来冷凝R13制冷剂，这样就可以的解决低温制冷剂在正常环境介质水、空气中不能被冷凝的问题。同时对于R13来说-30℃时对应的饱和冷凝压力为0.84637MP，而-80℃的蒸发温度对应的蒸发压力0.10944MP。完全满足氟利昂制冷剂压缩比≤10的要求。