兩級復疊機組最為常用，適用于整個低溫制冷范圍。它是由兩個獨立的單級制冷循環疊加而成，高溫級的蒸發器成為低溫級的冷凝器，兩級復疊機組的高溫級采用R22, R404A或R717等制冷劑，低溫級采用R23、R508B, R14, R744等制冷劑。

圖9-53是采用R404A和R23制冷劑的兩級復處機組流程圖。它由兩個單級壓縮循環系統組成，高溫級制冷循環采用R404A，低溫級用R23,最低蒸發溫度-85℃。圖9-53中高溫級制冷劑的蒸發和低溫級制冷劑的冷凝通過蒸發冷凝器連接，蒸發冷凝器的設計傳熱溫差為5℃。為了防止停機后低溫級制冷系統因環境溫度升高而使得R23汽化并且壓力過高，造成機組設計壓力過高而導致不必要的材料浪費。

圖9-53中在低溫級壓縮機吸氣管路中連接了一個膨脹容器。機組高溫級制冷系統和工業制冷機組相同。圖9-53所示低溫級制冷系統在壓縮機排氣口和冷凝器之間采用二級油分離器，使得油分離器出口的含油量低于1x10ˉ?，低溫級的蒸發器可根據不同的冷卻介質而采用肋片式空氣冷卻器、盤管式換熱器、套管式換熱器或低溫用板式換熱器。圖9-53所示載冷劑是酒精，故選用低溫用板式換熱器作為蒸發器。