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節能器由蒸發段、絕熱段、冷凝段三部分組成，其結構如上圖所示。當節能器的一端受熱后，管道內部的液體工質吸收熱量汽化，在管道內部產生壓差，氣態工質流向節能器的另一端，將熱量從高溫端（即蒸發段）傳遞到低溫端（即冷凝段），在低溫端釋放熱量后，氣態工質冷凝成為液態，液態工質在管道內壁毛細力的作用下，再次返回到高溫端，并再次受熱汽化。如此反復循環，只要節能器兩端存在溫差，節能器就進行工作，將熱量從高溫端傳遞到低溫端。
節能器利用工質相變時的汽化潛熱傳熱，因此傳熱量大，在較小的溫差下也可以進行傳熱。
轉輪除濕機再生排出的廢氣中含有大量的熱量，可通過相變節能器，對熱量進行回收利用，給再生新風進行預熱處理，從而降低再生新風加熱的能耗。而再生排出的廢氣中含有大量的水分，相變節能器和其他形式的換熱器相比，更具有優勢，可以只對其中的顯熱部分進行回收，而將水分完全排走。