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压缩空气中水蒸气的量是由压缩空气的温度决定的：在保持压缩空气压力基本不变的情况下，降低压缩空气的温度可减少压缩空气中的水蒸气含量，而多余的水蒸气会凝结成液体，冷冻式干燥机就是利用这一原理采用制冷技术干燥压缩空气的。
空气系统：热而潮湿的压缩空气由压缩空气入口进入三合一铝板翅式换热器的预冷器部分，与在蒸发器中被制冷剂冷却后的压缩空气进行热交换，使进入预冷器的压缩空气降温，初步降低湿热饱和进气的温度和含水量，在一定程度上减轻蒸发器的热负荷，进而降低整机的能耗；在蒸发器中被冷却的压缩空气经汽水分离装置分离掉凝结水变成干燥的压缩空气回到预冷回热器部分，与高温的压缩空气进行热交换升温由压缩空气出口出气，从而降低压缩空气在出口处的相对温度。
制冷系统：低温低压的液态制冷剂由制冷剂进口进入三合一的铝板翅式换热器的蒸发部分，吸收大量的压缩空气放出的热量而蒸发成低温低压的气态制冷剂，气态的低温低压的制冷剂从蒸发器的出口被压缩机吸入口吸入，压缩机将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的制冷剂气体，由压缩机的排气口排至风冷冷凝器进气口，高温高压的制冷剂蒸汽在强制通风冷却下变成高温高压的制冷剂液体由出液口排至干燥过滤器，滤除掉系统中的污物和水分后，进入膨胀阀节流降温降压后变成低温低压的制冷剂液体，进入三合一铝板翅式换热器的蒸发部分，如此周而复始的循环。