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。其特點是:二氧化碳在燕發器中作為相變載冷劑(滿液式系統)，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。

把二氧化碳作為載冷劑系統存在的問題是:在低溫工況下溫度的變化仍然造成壓差大，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-3~-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，作為載冷劑這種情況回氣管由于沒有壓縮機的吸氣，液體無法進人需要的蒸發器中，經常需要手動進行調整閥門的開啟度。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運行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。