制冷劑/二氧化碳二次制冷系統采用二氧化碳作為載冷劑可以應用在低溫或者中溫的場合，也就是冷鏈物流冷庫使用的范圍。圖11-11是該系統的流程圖。其特點是：二氧化碳在蒸發器中作為相變載冷劑(滿液式系統)(圖11-12)，二氧化碳通過泵作用在復疊式換熱器和貯液器間循環，使得貯液器內的二氧化碳溫度得到很好的控制。二氧化碳氣體向上(圖11-11的7點)流入復疊式換熱器，在那里被制冷劑冷卻凝結后成為液體二氧化碳(圖11-11的8點)流回二氧化碳貯液器。
與傳統的制冷劑/鹽水系統比較，該系統具有明顯的低能耗及高COP的特點。這是因為二氧化碳在冷風機和板式換熱器中的傳熱效率更高，導致換熱器內較低的換熱溫差。這直接減少了氨壓縮機的能量消耗。數據顯示氨/二氧化碳二次制冷系統的COP與純氨系統的COP接近。因為需要循環的二氧化碳較少，與此同時二氧化碳的密度也較低，循環泵所需的能量較少。另外，二氧化碳的循環倍率也相對較低(通常在1.1~2)，因此可以采用功率更小的泵。
二氧化碳載冷劑系統存在的問題是:在低溫工況下溫度的變化仍然使壓差大，這里以庫溫-20℃±2℃的冷庫為例，如果采用二氧化碳制冷劑供液，它的蒸發溫度在-30~-26℃，也就是說蒸發壓力在13.3 -15. 3bar(表壓)，這樣如果部分冷間已經接近完成降溫，而有些冷間正在進貨，冷間之間的溫差達到4℃，這種情況在冷庫是經常發生的。正在進貨的冷間需要大量供液，但由于2bar壓差的問題，回氣管沒有壓縮機的吸氣，液體無法進入需要的蒸發器中，經常需要手動調整閥門的開啟度。如果冷庫的冷間比較多，壓力相差又比較大，特別是用于具有配送功能的多溫區冷庫，可能面臨的操作問題比較多。
如果這種系統的蒸發器不需要融霜，那么這種系統的運行，與常用的中央空調的冷水系統幾乎沒有太大的差別。除了運行壓力比較高，還有部分二氧化碳在蒸發器中發生相變的情況。目前我國部分采用蒸發排管作為蒸發器的冷庫采用這種系統，如果采用冷風機作為蒸發器，那么融霜問題還是不能繞過的難題。
由于我國現在正在積極推動環保工作，這幾年二氧化碳制冷劑應用在冷庫的工作發展很快。根據最近的數據統計，到目前為止，這種二氧化碳冷庫(包括復疊與載冷兩種)規模已經有幾百萬噸了。這個規模可以說是世界第一了，所建的主要是排管冷庫與加工廠的速凍。據了解應用冷風機的冷庫，使用情況很多都沒有達到理想的效果，主要還是融霜問題。而冷藏的用電量與傳統冷庫比較，還沒有這方面數據。
從二氧化碳系統的制冷劑灌注量來看，筆者從一些用戶給出的數據分析，不管是一級制冷的氨制冷劑，還是二級制冷的二氧化碳的灌注量，普遍比預計的多30%以上。這可能與我們的設計人員在系統設計上遇到技術瓶頸有關。
