蒸发器是冷干机主要的换热部件。压缩空气在蒸发器中被强制冷却，其中大部分水蒸气冷却而凝结成液态水排出机外，从而使压缩空气得到干燥。在蒸发器中进行的是空气与冷媒低压蒸汽之间的对流热质交换，通过节流装置后的低压冷媒液体，在蒸发器进而发生相变成为低压冷媒蒸汽，在相变过程中吸收周围热量，从而使压缩空气降温。

来自冷干机预冷器的压缩空气(已经被预先脱去了一部分水，但含水量还相当大)进入蒸发器后在壳程中运动，曲折前进过程中与蒸发器管程内的低温冷媒蒸汽进行对流热交换。管内冷媒液体吸热沸腾(通称蒸发)成冷媒蒸汽是相变过程，在冷媒液体完全相变成气体之前，蒸发压力保持不变，蒸发温度也保持不变，压缩空气在热交换过程中温度会越来越接近冷媒液体的蒸发温度。但由于受到冷干机结构限制蒸发器换热面积不可能无限增大，压缩空气与冷媒蒸气之间的传热温差总是存在的。因此压缩空气所能达到的冷却温度，在任何时间也不可能等于或低于蒸发温度。