水冷式冷水機是利用殼管蒸發器使水與冷媒進行熱交換，冷媒係統在吸收水中的熱負荷，使水降溫產生冷水後﹐通過壓縮機的作用將熱量帶至殼管式冷凝器，由冷媒與水進行熱交換﹐使水吸收熱量後通過水管將熱量帶出外部的冷卻塔散失(水冷卻)
開始時由壓縮機吸入蒸發制冷後的低溫低壓制冷劑氣體，然後壓縮成高溫高壓氣體送冷凝器；高壓高溫氣體經冷凝器冷卻後使氣體冷凝變為常溫高壓液體；當常溫高壓液體流入熱力膨脹閥，經節流成低溫低壓的濕蒸氣，流入殼管蒸發器，吸收蒸發器內的冷凍水的熱量使水溫度下降；蒸發後的制冷劑再吸回到壓縮機中，又重復下一個制冷循環，從而實現制冷目的。