要突破單級(jí)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(guò)高的問(wèn)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(shí)，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(shí)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(shí)會(huì)一直膨脹到壓縮腔最大容積，使壓縮機(jī)不能吸氣。同時(shí)，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(guò)允許的排氣溫度。
一般的開(kāi)啟式活塞壓縮機(jī)，單級(jí)壓縮比為8-13，當(dāng)制冷劑為R717時(shí)，因其絕熱指數(shù)較大，因此壓縮比應(yīng)較小，通常π≤8。對(duì)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(jí)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(tái)壓縮機(jī)串聯(lián)起來(lái)，以克服壓縮比不足的困難，提高壓縮機(jī)的效率，同時(shí)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(jí)壓縮制冷循環(huán)。
多級(jí)壓縮制冷所能獲得的蒸發(fā)溫度為-70~-30℃，壓縮的級(jí)數(shù)主要取決于每一級(jí)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(jí)壓縮制冷無(wú)法解決這些問(wèn)題。
綜上所述，當(dāng)一種制冷劑可以滿(mǎn)足冷凝壓力不過(guò)高、蒸發(fā)壓力不過(guò)低的要求，而壓縮機(jī)的壓縮比不能滿(mǎn)足要求以及壓縮終溫過(guò)高時(shí)，應(yīng)采用多級(jí)壓縮制冷。
