ساختار چیلر دو مرحله ای به این شکل است که :
در این چیلرها کمپرسورها تراکم گاز مکش شده از اواپراتور را طی دومرحله انجام میدهند .
کمپرسورهای دو مرحلهای دارای دو نوع سیلندر هستند تعدادی از سیلندرها فشار پایین (LP) و
یک یا تعدادی سیلندر هم فشاربالا(HP) هستند. به طور مثال کمپرسور دومرحلهای که دارای
6سیلندر است، 4 سیلندر LP و دو سیلندر دیگر HP است.
شکل زیر نمونه ای از کمپرسور دومرحلهای را نشان میدهد که دارای سرسیلندر LP و HP میباشد
که داخل هر سرسیلندر تعدادی سیلندر قرار دارد . علت بیشتر بودن تعداد سیلندرهای LP اینست
که گاز مکش شده از اواپراتور که وارد این سیلندرها میشود به دلیل اینکه فشار پایین دارد دارای
چگالی کمتری بوده که در نتیجه دبی حجمی بیشتری دارد .گاز خروجی از اواپراتور وارد سیلندرهای LP
شده و تا فشار میانمرحله (Interstage) متراکم میشود.
گاز متراکم شده از سیلندرهای LP تخلیه شده و باید وارد سیلندرهای HP چیلر شود و تا فشار تقطیر متراکم شود.
گاز مبرد که تا فشار میانی متراکم شده قبل از اینکه وارد سیلندرهای HP شود باید خنک کاری شود .
برای خنک کردن گاز میان مرحله، مایع مبرد به گاز تزریق شده که با تبخیر مایع مبرد تزریقی، گرمای گاز
میانمرحله گرفته شده و خنک میشود. گاز خنک شده وارد سیلندرهای HP شده تا فشار تقطیر متراکم و
پس از تخلیه از کمپرسور به سمت کندانسور تخلیه میشود.
سیستم هایی که تراکم گاز از فشار اواپراتور به فشار کندانسور در دو مرحله انجام می شود سیستم دو مرحله ای
و سیستم هایی که عمل تراکم در یک مرحله صورت می گیرد سیستم یک مرحله ای گویند. نسبت فشاری که یک
کمپرسور سیلندر پیستونی می تواند ایجاد کند حدود ۸ می باشد ، بنابراین برای رسیدن به دمای پایین تر از ۲۰- درجه
سانتیگراد با دمای کندانسینگ ۳۵ درجه سانتیگراد در سیستم های آمونیاکی توسط کمپرسورهای سیلندر پیستونی
باید از سیستم های دو مرحله ای استفاده کرد. این در حالیست که برای رسیدن به دماهای پایین می توان از کمپرسور
اسکرو در سیستم یک مرحله ای استفاده کرد زیرا کمپرسورهای اسکرو می توانند نسبت فشار حدود ۲۰ نیز تأمین نمایند
که از نظر بازده و مصرف انرژی توصیه نمی شوند و بهتر است که حتی برای دماهای پایین از کمپرسور های اسکرو در سیستم
دو مرحله ای استفاده شود. بسیاری از سردخانه ها دو و یا چند دمای کاربری دارند مثلاً در صنایع غذایی یک دمای ۱۸- درجه
سانتیگراد برای نگهداری مواد غذایی و دمای ۲+ برای نگهداری سبزیجات استفاده میشود . در این نمونه ها یک
سپراتور یا اینترکولر با دمای میانی در نظر گرفته می شود که محل تخلیه کمپرسور دما پایین (بوستر کمپرسور) می باشد و
همچنین می توان برای تغذیه مایع و برگشت از اواپراتورهای سالن های دمای میانی، از آن استفاده کرد. در سیستم های
دو مرحله ای گاز خروجی از کمپرسور فشار پایین یا توسط پاشش مایع مبرد در آن که در سیستم های فریونی رایج است یا
توسط تخلیه در یک مخزن مایع با فشار میانی (اینترکولر) که در سیستم های آمونیاکی رایج است، خنک می شود. سپس گاز
خنک شده با فشار میانی وارد کمپرسور فشار بالا می گردد و نهایتاً در کندانسور تخلیه می گردد.
از این رو راندمان چیلرهای دو مرحله ای بسیار بیشتر از چیلر های تک مرحله ای میباشد .