蒸發器是冷干機主要的換熱部件。壓縮空氣在蒸發器中被強制冷卻，其中大部分水蒸氣冷卻而凝結成液態水排出機外，從而使壓縮空氣得到干燥。在蒸發器中進行的是空氣與冷媒低壓蒸汽之間的對流熱質交換，通過節流裝置后的低壓冷媒液體，在蒸發器進而發生相變成為低壓冷媒蒸汽，在相變過程中吸收周圍熱量，從而使壓縮空氣降溫。

來自冷干機預冷器的壓縮空氣(已經被預先脫去了一部分水，但含水量還相當大)進入蒸發器后在殼程中運動，曲折前進過程中與蒸發器管程內的低溫冷媒蒸汽進行對流熱交換。管內冷媒液體吸熱沸騰(通稱蒸發)成冷媒蒸汽是相變過程，在冷媒液體完全相變成氣體之前，蒸發壓力保持不變，蒸發溫度也保持不變，壓縮空氣在熱交換過程中溫度會越來越接近冷媒液體的蒸發溫度。但由于受到冷干機結構限制蒸發器換熱面積不可能無限增大，壓縮空氣與冷媒蒸氣之間的傳熱溫差總是存在的。因此壓縮空氣所能達到的冷卻溫度，在任何時間也不可能等于或低于蒸發溫度。