空分设备水冷却塔是一种混合式换热器。从空气冷却塔来的温度较高的冷却水(35℃左右)，从顶部喷淋向下流动，切换式换热器来的温度较低的污氮气(27℃-左右)自下而上的流动，二者直接接触，既传热又传质，是一个比较复杂的换热过程。
一方面由于水的温度高于污氮的温度，就有热量直接从水传给污氮，使水得到冷却；另一方面，由于污氮比较干燥，相对湿度只有30%左右，所以水的分子能不断蒸发、扩散到污氮中去。而水蒸发需要吸收汽化潜热，从水中带走热量，就使得水的温度不断降低。必须指出：污氮吸湿是使水降温的主要因素，因此污氮的相对湿度是影响冷却效果的关键。这也是为什么有可能出现冷却水出口温度低于污氮进口温度的原因。
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