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冷冻式干燥机是利用冷冻原理制成的压缩空气除水净化设备，来自管网上游含有大量饱和水汽的压缩空气经过冷却处理后，绝大部分水蒸汽冷凝成液态水滴，经气水分离后被除去，所获的干燥压缩空气能够满足绝大部分工业的需要，与吸附式干燥机不同的是，冷冻式干燥机在除水过程中，能顺便除去压缩空气中的一部分油雾。它对压缩空气的前置预处理要求没吸附式干燥机那样严格。冷冻干燥机由于工作可靠、管理方便、运行费用低廉而成为各行业空压站房净化设备的首选机种。
冷冻式干燥机本质上是一种热交换设备，任何型式的冷冻式干燥机都是由空气热交换系统、制冷系统、气水分离系统及电气控制系统等部分组成。制冷系统由冷媒压缩机、蒸发器、冷凝器及节流组件(毛细管或膨胀阀)等组成。含有大量水蒸汽的压缩空气主要在蒸发器里完成汽—液冷凝相变，在气水分离器里完成液态水的凝聚与排出。从而获得干燥的压缩空气。所以制冷系统的工作状况直接决定了冷冻式干燥机的运行情况，而气水分离器的结构与效率对成品气的干燥程度(用压力露点来表示)有至关重要的影响。空气热交换器的设计关系到冷冻式干燥机的节能运行，并使压缩空气成品气不致于在机器出口管道内结露。