应用单级压缩单级分凝循环可以获得-60℃左右的制冷温度，但其效率并不高。为了提高效率以及获得-80℃左右的温度，提出了单级压缩两级分凝循环。
图6-9为单级压缩两级分凝循环制冷机的系统原理图。压缩后的制冷剂先进入冷凝器B中进行第一次分凝，然后进人分离器C中分成气液两部分，液体中富高沸点组分，气体中包含几乎全部低沸点组分和一部分高沸点组分。富高沸点组分的制冷剂液体经过干燥器D由节流阀E节流后，进入冷凝蒸发器F中蒸发。由分离器C来的混合气体进入冷凝蒸发器F中进行第二次分凝，然后进入分离器G中分成气液两部分，液体由一部分低沸点组分和一部分高沸点组分组成，称为混合液体;气体中包含几乎全部为低沸点组分。混合液体经干燥器H由节流阀I节流后，进入冷凝蒸发器J中蒸发。
富高沸点组分的制冷剂蒸汽进入冷凝蒸发器J中进行冷凝，成为液体，进入贮液器K。富低沸点组分的制冷剂液体由节流阀L节流后，进入蒸发器M中蒸发制冷。蒸发后，富低沸点组分的制冷剂蒸汽与混合液体由节流阀I节流后产生的湿蒸汽混合，进入冷凝蒸发器J中吸热升温，由冷凝蒸发器J中流出的过热蒸汽又与富高沸点组分的制冷剂液体由节流阀E节流后产生的湿蒸汽混合，冷凝蒸发器F中进行吸热升温。由冷凝蒸发器J中流出的制冷剂过热蒸汽被压缩机吸入压缩。
