该系统的工作过程包括等熵压缩、等压冷却、等熵膨胀及等压吸热四个基本过程。从压缩机排出的高温高压气体进入冷却器中，在定压下被冷却，然后进入膨胀机，等熵膨胀，同时温度降低；低温低压气体进入冷箱，吸收被冷却对象的热量，在定压下制取冷量，温度上升；冷箱中的空气被压缩机吸入，等熵压缩，完成一个制冷循环。

两级压缩回冷空气压缩制冷系统流程图

空气压缩制冷系统的实际流程非常灵活，可以根据实际需要采用多种流程形式。上图给出两级压缩回冷空气压缩制冷系统流程图，其他流程均可在此基础上变化得到。图中一级压缩机由电机驱动，二级压缩机完全由透平膨胀机驱动，从而回收膨胀功，达到省功节能的目的。

空气压缩制冷系统极易制取低温，当使用温度低于-80℃时，空气压缩制冷系统的能效比值已接近甚至高于蒸气压缩制冷系统，且温度越低，效果越明显，而流程和设备却简单得多，所以空气压缩制冷系统是获得-80℃以下低温的一种很有前途的制冷手段。空气压缩制冷在飞机空调、食品冷冻以及低温实验室等领域已经得到很好的应用。但是，由于空气制冷在较高制冷温度下运行性能相对较低，一些关键技术上尚未成熟，最重要的是要提高其在空调工况下的能效比，但空气压缩制冷系统的能效比远低于蒸气压缩制冷系统，所以要把空气制冷技术推广到空调领域受到很大的限制。空气压缩制冷系统的效率较低是将该系统应用于普冷领域的最大障碍，要应用和推广空气压缩制冷循环，就必须采取措施提高其效率。

系统中压缩机、后冷却器、膨胀机、回冷器等效率的提高均可提高整个系统的效率。由于透平膨胀机的噪声直接影响到空气制冷系统的实际应用，为此，必须对透平膨胀机的噪声进行控制。控制噪声的方法有：降低转速；采用航空涡轮的噪声控制技术；做好转动件的动、静平衡试验，调整轴承间隙，保持良好的轴承润滑条件。

在开式系统中，循环空气是环境大气，其中不可避免地带有尘土、水分等杂质。湿空气中所含的水蒸气会产生冷凝，使膨胀机排气温度升高，系统效率降低。在温度低于0℃时，水蒸气可能结冰或结露，冰粒或水滴将加速透平膨胀机叶片的磨损甚至导致叶片的完全损坏。结冰和其他固体杂质还可能阻塞换热器通道，加大空气的流动阻力，降低系统性能，因此必须采取一定的措施消除这些杂质。