冷冻干燥机是由制冷系统、真空系统、加热系统、电器仪表控制系统所组成的机器。冷冻干燥机主要部件分为干燥箱、凝结器、冷冻机组、真空泵、加热/冷却装置等。冷冻干燥就是将含水物质，先冻结成固态，而后使其中的水分从固态升华成气态，以除去水分而保存物质的方法。在压缩空气干燥过程中，其冷冻干燥是通过降低压缩空气温度，使压缩空气中的水份析出。真空冷冻干燥技术在生物工程、医药工业、食品工业、材料科学和农副产品深加工等领域有着广泛的应用。
冷冻式干燥机采用了降温结露的工作原理，主要由热交换系统、制冷系统和电气控制系统三部分组成。压缩空气首*入预冷却器进行气-气或气-水的热交换，除去一部分热能，然后进入冷热空气交换器，和已经从蒸发器出来被冷却到压力露点的冷空气进行热交换，使压缩空气的温度进一步降低。之后压缩空气进入蒸发器，与制冷剂进行热交换，压缩空气的温度降至0-8℃，空气中的水份在此温度下析出，通过气水分离器分离后，经过自动排水器排出。而干燥的低温空气则进入冷热空气交换器进行热交换，温度升高后输出。
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。冷冻干燥机就是利用这一原理采用制冷技术干燥压缩空气的。因此冷干机具有制冷系统。
冷冻干燥机的制冷系统属于压缩式制冷，由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等四个基本部件组成。它们之间用管道次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化并与压缩空气和冷却介质进行热量交换。
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