Характеристики цикла с дросселированием можно значительно улучшить предварительным снижением температуры рабочего вещества, поступающего в дроссельную ступень (рис. 24).
Рис. 24. Цикл с дросселированием и предварительным внешним охлаждением; а) схема;
б) диаграмма Т −s
Это существенно увеличивает изотермический эффект дросселирования ∆ hT для любого реального газа, а для газов, имеющих низкую Тинв, обеспечивает положительное значение дроссель эффекта. Кроме того, предварительное охлаждение обеспечивает компенсацию части потерь (q н + q с).
Предварительное охлаждение можно осуществить любым внешним циклом; чаще всего для этого применяют жидкий хладагент, ожижаемый в отдельной установке. При этом цикл становится двухступенчатым, т.к. в нем используют два низкотемпературных процесса: дросселирование и внешнее предварительное охлаждение.
В компрессоре К сжимается 1 кг газа от р 1до р 2. Теплота сжатия q к отводится в окружающую среду. Затем поток охлаждается в теплообменнике Т1 в интервале температур от Т 2 до Т 2″, после чего теплота отводится ожижаемым хладагентом, который в количестве G 0 подается в ступень внешнего охлаждения В, температура криоагента прямого потока снижается до Т 2 ′ . Дальнейшее охлаждение происходит в теплообменнике Т2 до Т 3. Далее поток дросселируется в дроссельном вентиле ДВ, жидкость в количестве x состояния f выводится из цикла, пар состояния 5 в качестве обратного потока в количестве (1 −х) проходит последовательно через теплообменники Т2 и Т1 нагревается до состояния 1 ′, затем смешивается с новой порцией газа в количестве x и поступает на всасывание в компрессор.
Теплоту, отводимую внешним источником, определяем из энергетического баланса ступени с внешним охлаждением:
для ожижительного режима:
; (84)
для рефрижераторного режима:
; (84)
Эта теплота расходуется на компенсацию не потерь из-за теплопритока от окружающей среды, от неполноты рекуперации, равной 
,а также идет на увеличение дроссель эффекта от 
до 
Коэффициент ожижения в ожижительном режиме определяется из уравнения энергетического баланса дроссельной ступени.
(85)
Удельная холодопроизводительность в рефрижераторном режиме составляет:
. (86)
В данном цикле полные затраты работы складываются из работы на сжатие газа в КМ L кми дополнительных расходов энергии L допна получение жидкого хладоагента(G 0), т.е. L = L км + L доп.
, (87)
где 
− удельный расход энергии на ожижение единицы массы хладагента.
Иногда целесообразно 
определять следующим образом:
. (88)
Удельные затраты работы в рефрижераторном режиме составляют:
; (89)
в ожижительном режиме:
. (90)
Характеристики цикла с предварительным охлаждением существенно лучше, чем цикла с простым дросселированием. h t увеличивается в 2,5−3 раза, причем дополнительные затраты работы l доп незначительны по сравнению с работой сжатия в КМ.
Улучшение характеристик сопровождается усложнением криогенной установки. Для ожижения воздуха и его компонентов для внешнего охлаждения используется аммиак, для ожижения водорода и неона для внешнего охлаждения используют жидкий азот. Для ожижения гелия для внешнего охлаждения используют жидкий водород.
При расчетах циклов для Н 2 и Ne рекомендуются следующие исходные данные: ∆ T 2 < 3 К; ∆ T 1 = 10 ¸ 15 К; q с = (0,03 ¸ 0,05) ∆ h T. Удельная работа, затрачиваемая на получение 1 кг жидкого N 2 или воздуха, − l 0доп= 4 ¸ 5 МДж, причем действительный расход G o хладагента может превышать расчетный из-за потерь и расходов на дополнительные нужды.
Для улучшения показателей дроссельных циклов можно использовать двойное дросселирование.
