膨胀换热器一方面是利用上塔返流污氮的冷量，降低膨胀后空气的温度，以减小膨胀空气入上塔的过热度；另一方面起到分配上、下塔冷量的作用。通过它将出过冷器至进切换式换热器(或蓄冷器)之前的污氮的冷量，一部分又返回入上塔，使上塔的精馏得到改善。
膨胀换热器的位置可放在膨胀机前或机后，由流程设计而定。我国的大型空分设备常设置在机前，用一部分出过冷器的污氮冷却膨胀机前的空气，使膨胀机后的温度不致过高，解决空气入上塔的过热度的问题。这样设置的缺点是因膨胀机前温度降低会带来膨胀机的单位制冷量(单位焓降)减少的问题。
在引进的大型空分设备中也有将膨胀换热器置于机后的。这种布置适应于切换式换热器板式单元的长度增加，环流温度提高，使膨胀机前温度提高的情况。机前温度提高，可使膨胀机的单位制冷量增大，进上塔的膨胀空气量减少；而机后换热器又可降低入上塔的膨胀空气的过热度，二者均对上塔的精馏有利，缺点是膨胀后的背压略有提高。但因板翅式换热器的阻力不大，对膨胀机的焓降影响很小。
由于设置膨胀换热器，入下塔空气的含湿量减少，这样可提高液空的纯度，也对塔的精馏有利。
