一種跨臨界二氧化碳制冷系統,包括一體式膨脹?壓縮機,壓縮機第一個氣缸的排氣口與第二個并行氣缸的排氣口為同一個排氣口,此排氣口與氣體冷卻器的入口相連接;壓縮機第一個氣缸的進氣口與蒸發器的出口相連接,壓縮機第二個氣缸的進氣口與氣液分離器的氣體側出口相連接;膨脹機的入口與氣體冷卻器的出口相連接,膨脹機出口的制冷劑經過電子膨脹閥的節流后與氣液分離器的入口相連接;氣液分離器液體側出口流出的制冷劑經過電子膨脹閥的節流后與蒸發器的入口相連接;本發明通過采用一體式膨脹?壓縮機、雙缸同時壓縮以及一次膨脹兩次節流的方式,可以使跨臨界二氧化碳制冷系統的制冷性能得到提高。