单级压缩制冷因为受到压缩比(冷凝压与蒸发压之比叫压缩比，Pk/P0=k)的限制只能得到-25℃的低温，若要取得更低的制冷温度只有采用双级压缩，将两台压缩机串联起来使用，使青岛制冷剂依次进行压缩以提高压缩比。双级压缩制冷循环如图2-4a所示，相应的Igp-h图则如图2-4b所示。
双级压缩制冷循环过程为:从高压级压缩机排出的高沮高压过热蒸气4,进入冷凝器中被冷凝成液体5。从冷凝器流出后分为两路，一路通过膨胀阀A进行节流，节流后降温至状态6,然后进入中间冷却器吸热，使中间冷却器内维持在中间温度tm。从中间冷却器中汽化分离出来的干蒸气3’与从低压级排出的压力为Pm的过热气2混合成压力为Pm、温度为t3(介于t2与tm之间)的过热蒸气3。在高压级中维持状态3压缩至4，这是一路循环。另一路以饱和液体5进入中间冷却器中的盘管进行再冷却，成为温度较低的过冷液7,然后经膨胀阀B的节流以状态8进入蒸发器，在t0温度下汽化吸热至状态1，在低压级压缩机中进行1至2的压缩过程，排出的过热蒸气2与从中间冷却器出来的蒸气3’混合成3而进入高压级压缩机，最后成为状态4被排出，这一路循环是主循环。假若循环过程连续发生，就能不断获得低温。达到制冷目的。
从图2-4中可以看出，3-4-5-6-3的循环是在中间冷却器中制得冷量，供另一循环饱和液体的过冷(5-7)及过热蒸气的冷却(2-3)之用。而1-2-3-4-5-6-7-8-1的循环，就是供制取低温冷量的，它经过高低压压编机的两次压缩。
整个系统有3个压力，一段为4-5-7，其压力为Pk(冷凝压力)，称高压段;一段为8-1，其压力为P0(蒸发压力)，称低压段;另一段是6-3-2，其压力为Pm，为中间压力，它是低压级的排气压力，又是高压级的吸气压力。
