在蒸發溫度較低的凍結間和低溫冷藏間中，為達到制冷壓縮機高效率和系統運行可靠性，常采用雙級壓縮制冷系統。

圖4-6所示為設有熱交換器的雙級壓縮制冷系統原理圖，其制冷流程為:低壓級排氣經由低壓級油分離器分離后同中間冷卻器來的低溫蒸氣混合，被冷卻到適當溫度(該溫度由混合點后面的中間冷卻器膨脹閥感溫包控制)，再進入高壓級進行壓縮，然后引入高壓級油分離器除去蒸氣中的潤滑油，進入冷凝儲液器被冷凝液化。高壓氟利昂液體經過濾干燥器后分成兩路，大部分進入熱交熱器與低壓低溫蒸氣換熱而進一步冷卻，再流經熱力膨脹閥進入冷分配設備對庫房降溫;蒸氣則經熱交換器被加熱后進入低壓級壓縮機被壓縮成中壓高溫氣體排出。

由于低壓缸排出的過熱蒸氣溫度較高，比容較大，為避免高壓級排氣溫度過高，改善制冷機的工作條件，必須加以冷卻。由過濾干燥器后引出的另一小部分液體，經熱力膨脹閥節流降壓，在中間冷卻器內同高壓液體換熱而蒸發，這部分氣體同低壓級排氣混合換熱而將后者冷卻，再被高壓級吸入，完成了雙級循環。

該系統與氨系統的主要區別在于采用了不完全中間冷卻，低壓級的排氣不是在中間冷卻器中冷卻，而是與中間冷卻器中產生的飽和蒸氣在管道中混合后進入高壓級，高壓級吸入的不是中間壓力下的飽和蒸氣，而是過熱蒸氣，故其中間冷卻器結構較簡單，容積也較小。系統中設有熱交換器，其連接也不同于氨系統。