本发明涉及一种膨胀空气的冷却系统，包括供空分装置中的气体进行热交换的主换热器、主空气输送管道和精馏塔，所述的精馏塔包括上塔和下塔,所述的上塔底部设有主冷凝蒸发器,所述的上塔设置有氧气出口，主换热器和氧气出口上设置有成品氧气输送管，主换热器、主空气输送管道和上塔之间设置有空气输送支管，主空气输送管道的末端和下塔相连通，主换热器和上塔之间的空气输送支管上设置有透平膨胀机，空气输送支管和成品氧气输送管上设置有第一辅助换热器。本产品降低空分设备运行所需的能耗，本发明调节、使用方便，具有广泛的市场前景。