要突破單級壓縮制冷不可能獲得較低制冷溫度的限制，首先要克服的技術(shù)障礙是壓縮機(jī)的壓縮比不可能很大以及壓縮終溫過高的問題。

制冷劑的冷凝溫度由環(huán)境介質(zhì)溫度決定，冷凝溫度一定時，冷凝壓力就是一定的。如欲使蒸發(fā)溫度降低，則蒸發(fā)壓力就降低。此時壓縮比π=pk/p0就增大，導(dǎo)致輸氣系統(tǒng)變小，壓縮機(jī)效率下降，排氣溫度升高。由于容積式壓縮機(jī)都有一定的余隙容積，當(dāng)壓縮比增大到一定數(shù)值以后，余隙容積中殘留的氣體在膨脹時會一直膨脹到壓縮腔最大容積，使壓縮機(jī)不能吸氣。同時，在冷凝溫度不變的條件下，蒸發(fā)溫度的降低將使排氣溫度上升，有可能超過允許的排氣溫度。

一般的開啟式活塞壓縮機(jī)，單級壓縮比為8-13，當(dāng)制冷劑為R717時，因其絕熱指數(shù)較大，因此壓縮比應(yīng)較小，通常π≤8。對于大多數(shù)鹵代烴，其絕熱指數(shù)較小，故π≤10。小型半封閉和全封閉壓縮機(jī)的壓縮比可更大一些，可使用到π≈13。在通常的環(huán)境溫度下，使用中溫制冷劑，單級壓縮制冷可獲得+10~-40℃的低溫。

為了在通常的冷凝壓力下獲得較低的蒸發(fā)溫度，可將多臺壓縮機(jī)串聯(lián)起來，以克服壓縮比不足的困難，提高壓縮機(jī)的效率，同時采用中間冷卻，以消除壓縮終溫的限制。這樣，循環(huán)成為多級壓縮制冷循環(huán)。

多級壓縮制冷所能獲得的蒸發(fā)溫度為-70~-30℃，壓縮的級數(shù)主要取決于每一級壓縮的排氣溫度。如再想降低制冷溫度，就要受到制冷劑的臨界溫度、冷凝壓力、蒸發(fā)壓力等因素的制約，多級壓縮制冷無法解決這些問題。

綜上所述，當(dāng)一種制冷劑可以滿足冷凝壓力不過高、蒸發(fā)壓力不過低的要求，而壓縮機(jī)的壓縮比不能滿足要求以及壓縮終溫過高時，應(yīng)采用多級壓縮制冷。