真空冷凍干燥機的核心部位是制冷系統，由制冷壓縮機、冷凝器、節流裝置、蒸發器構成，通過管道相連，形成一個閉合系統。制冷劑在系統中不斷的循環流動，過相態的變化與外進行熱量交換，通過相態變化與外界進行熱量交換，達到循環制冷。
    壓縮機：目前大多采用中高溫型全密封往復式壓縮機，結構緊湊、體積小、重量輕、振動小、噪聲低，能效比高。因電動機與壓縮機主體密封在鋼制殼體內，電動機處在冷媒氣態環境中運行，冷卻條件好，壽命長。殼體下部存有規定數量的潤滑油，壓縮機工作時，對各部自動供油，平時無需再添加潤滑油。
    熱交換、蒸發器：利用被蒸發器冷卻后的壓縮空氣攜帶的冷量（對絕大多數用戶來講這部分冷量屬廢冷）并用這部分冷量冷卻攜帶大量水蒸氣的較高溫度的壓縮空氣，減輕制冷系統的熱負荷，達到節約能源目的。另一方面，低溫壓縮空氣在熱交換器里溫度得到回升，使排氣管道外壁不致因溫度過低而出現結露。
    冷凝器、二次冷凝器（預冷回熱器）：將冷媒壓縮機排出的高壓、過熱冷媒蒸氣冷卻成液態制冷劑，使制冷過程連續進行。
    因冷凝器排出的熱量包括冷媒從蒸發器吸取的熱量，以及由壓縮功轉換過來的熱量。所以，冷凝器的負荷比蒸發器大，真空冷凍干燥機中冷凝器分空氣冷卻式（風冷型冷凝器）、水冷卻式（水冷型冷凝器）。
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