根据溶液热力学原理，工质的冷凝与蒸发温度仅取决于它的组分与压力。例如，氧、氮二元混合物的冷凝与蒸发温度可根据它们的T-h-P-x-Y图查得。冷凝蒸发器的工作原理是冷凝侧（气氮）的温度必须高于蒸发侧（液氧）的温度，利用两侧的一定温差，使气氮冷凝，液氧蒸发。温差越大，沸腾工况越剧烈。冷凝蒸发器的工作温差与其冷凝蒸发的传热机理有关。例如是管内还是管外冷凝，或是槽内冷凝；是管内还是管外沸腾，或是槽内沸腾；是立式还是卧式等结构形式有关。
空分设备中实际应用的冷凝蒸发器的结构型式有3种：即短立管、长立管及板翅式。一般短立管用于小型空分设备，采用管内冷凝，管外沸腾；长立管用于中型空分设备，传热形式相反；板翅式在各种空分设备中都有采用，主要用于中、大型空分设备。它是气氮和液氧分别在相邻的通道内进行冷凝与蒸发的。
对它们的热负荷的调节，要根据其不同的工作原理来进行。对于第一种型式，通常采用改变蒸发侧液面的高低，即改变传热面积的大小来调节。这样的调节工况比较稳定，上、下塔压力的变化较小。
对第二种型式，因管内的液氧当其视观液面达到30%时已能建立起翻腾工况，传热面已能全部发挥传热作用，因此不能用改变蒸发侧的液面来调节。通常用改变冷凝侧的液氮面来调节相应的传热面积。该类型常用于全低压流程因受空压机压力的限制，上、下塔压力不能随意改变，只能随着进塔空气量的变化而改变的情况。
对于第三种型式，基本上与第二种型式的传热情况类似。只有在小型板翅式单元很短时，沸腾的液体翻腾不激烈，传热情况才与第一种型式相类似。
对于一定的精馏工况，冷凝蒸发器的热负荷是一定的，也是不需要调节的。当环境条件及用户的需求和塔内的工况有变动时，它的热负荷才需要相应地改变。操作工要适应其工况的变化，否则会影响到精馏工况。
