兩級壓縮制冷循環(huán)是將一臺低壓級壓縮機和一臺高壓級壓縮機串接起來，使制冷劑得以在其中依次進行兩次壓縮，這樣可以做到，每級壓縮的壓力比不致過大而總的壓力比卻大大地提高。圖2-14是這種制冷循環(huán)的流程原理圖。從高壓級壓縮機排出的高壓(等于冷凝壓力pk）制冷劑蒸汽進入冷凝器，被冷凝為常溫高壓液體，它從冷凝器流出后分為兩路:主要的是流經(jīng)中間冷卻器中盤管，并受到在中間冷卻器中的制冷劑蒸發(fā)冷卻成為過冷液體，然后經(jīng)膨脹閥進入蒸發(fā)器中制取冷量。另一路是經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓至中間壓力Pz后進入中間冷卻器，并在其中蒸發(fā)、冷卻盤管中的前一路高壓制冷劑液體。從蒸發(fā)器流出的低壓蒸汽被低壓級壓縮機吸入壓縮至中間壓力Pz，排出后與中間冷卻器流出的中壓蒸汽相混合，再被高壓級壓縮機吸入并排入冷凝器，這樣，就完成了兩級壓縮制冷系統(tǒng)的一次循環(huán)。
再以前面所舉的一40℃和一60℃低溫箱為例來對比采用單級和兩級壓縮制冷方案所取得的不同結(jié)果。設高壓級和低壓級壓縮機具有相同的壓力比，也就是說:
根據(jù)這些關系，可得下列計算結(jié)果。
從計算結(jié)果來看，兩級壓縮循環(huán)的高低壓級壓力比遠小于單級壓縮循環(huán)的單級壓力比。因而采用兩級壓縮來實現(xiàn)一40~—60℃的低溫是切實可行的。
兩級壓縮制冷循環(huán)的高壓級和低壓級壓縮機的制冷劑重量流量(每小時輸出的制冷劑重量)是不等的。高壓級壓縮機不僅吸入來自低壓級壓縮機的全部流量，而且還要吸入來自中間冷卻器的中壓蒸汽。因此，高壓級壓縮機的重量流量顯然要大于低壓級壓縮機的重量流量。但是，從壓縮機的容積流量(每小時輸出的制冷劑容積按吸汽狀態(tài)計算)來看情況就有所不同。高壓級和低壓級壓縮機的吸汽狀態(tài)是不一樣的，與高壓級相比較，低壓級所吸入的每公斤制冷劑，由于其壓力較低，p0<pz所以，其容積亦較大，也就是說，低壓級壓縮機的容積流量要大于高壓級的。正是由于這個緣故，實際兩級壓縮制冷機中，高壓級和低壓級壓縮機的理論排量之比一般為1:3或1:2。
