NH3-C02復疊式制冷系統可用于食品的冷凍冷藏、農作物種子的保存以及超市制冷系統等領域，從20世紀90年代中期，瑞士成功采用NH,3 -CO2復疊式制冷系統替代鹵代烴類制冷劑系統，接著，法國對一大型冷庫進行了改造，改造后CO2充灌量為8000 kg。NH3充灌量為1300kg，系統在-36℃蒸發溫度時的制冷量為1200kW荷蘭與挪威也分別將該系統應用于速凍隧道和漁船平板速凍。在美國奧蘭多建設的制冷量為1050kW的NH3-CO2復疊式制冷系統于2002年投入使用。
NH3-CO2復疊式制冷循環由NH3高溫級制冷循環和CO2低溫級制冷循環疊加而成，兩個獨立的制冷系統通過蒸發一冷凝器(中間換熱器)耦合起來，該系統既能滿足在較低蒸發溫度下蒸發時合適的蒸發溫度，又可以滿足在環境溫度下冷凝時適中的冷凝壓力。系統流程及對應的循環lgp-h圖分別如圖4-14、圖4-15所示。圖中1-4為低溫級CO2帶節流閥制冷循環，5-8為高溫級帶節流閥制冷循環。因為低溫級的放熱過程(圖中2-3過程)和高溫級的吸熱過程(圖中5-8過程)發生在蒸發一冷凝器中，而且，換熱過程與環境沒有熱交換，因此可以認為，高溫級循環的蒸發負荷與低溫級循環的冷凝負荷相等，蒸發一冷凝器中的傳熱溫差一般取5-8℃。
循環在壓焓圖上表示時，作了如下假設:①系統循環處于穩態;②高低溫級的壓縮過程均為絕熱非等熵過程;③換熱器與環境無熱交換;④壓縮機吸入口狀態點在飽和蒸汽線上;⑤忽略工質節流損失及壓力損失。
典型的NH3-CO2復疊式制冷機實際循環如圖4-16所示。采用NH3-CO2復疊制冷，可組成生產干冰的制冷系統。根據CO2冷凝壓力的不同，生產干冰用的復疊式制冷系統分為低壓方案和中壓方案。低壓方案為一個兩級壓縮氨制冷系統作為高溫部分與一個單級壓縮CO2制冷系統作為低溫部分組成的復疊式制冷機;中壓方案為一個單級壓縮氨制冷系統作為高溫部分與一個兩級壓縮CO2制冷系統作為低溫部分組成的復疊式制冷機。
