Ένας εναλλάκτης θερμότητας λειτουργεί επιτρέποντας στη θερμότητα από ένα ρευστό να περάσει από ένα άλλο, πιο ψυχρό, ρευστό χωρίς να αναμειγνύονται ή να έρχονται σε άμεση επαφή.
Για παράδειγμα, φανταστείτε έναν σωλήνα με έναν άλλο σωλήνα γύρω του. Ο εσωτερικός σωλήνας θα μπορούσε να επιτρέψει σε ένα ζεστό ρευστό να περάσει μέσα από αυτόν ενώ ένα ψυχρότερο υγρό διέρχεται ταυτόχρονα μέσω του εξωτερικού σωλήνα. Αυτό θα επέτρεπε στο ψυχρότερο υγρό να μειώσει τη θερμοκρασία του θερμότερου υγρού, καθώς το θερμότερο υγρό αύξησε ταυτόχρονα τη θερμότητα του ψυχρότερου. Φυσικά, αυτό είναι ένα πολύ βασικό παράδειγμα ανταλλαγής θερμότητας και υπάρχουν πολλοί άλλοι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη διερεύνηση των εναλλάκτη θερμότητας:
1. Πάσες
Καμπυλώνοντας τους σωλήνες, για παράδειγμα σε σχήμα «S», μπορείτε να επιτρέψετε στα υγρά να κάνουν περισσότερα από ένα «περάσματα» πριν φύγουν από τον εναλλάκτη θερμότητας. Ένα απλό πέρασμα είναι ένας ευθύς σωλήνας, όπου το ρευστό εισέρχεται στο ένα άκρο και εξέρχεται από το άλλο άκρο του εναλλάκτη θερμότητας αρκετά γρήγορα. Ένα διπλό πέρασμα χρησιμοποιεί ένα σχήμα U, έτσι ώστε το ρευστό να εισέρχεται και να εξέρχεται από τον εναλλάκτη θερμότητας στο ίδιο άκρο, παρατείνοντας το χρόνο που τα υγρά περνούν το ένα το άλλο στον εναλλάκτη θερμότητας. Ένα τριπλό πέρασμα χρησιμοποιεί έναν σχηματισμό σχήματος «S» που επιτρέπει στο ρευστό να ταξιδεύει κατά μήκος του εναλλάκτη θερμότητας τρεις φορές πριν από την έξοδο. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των περασμάτων, τόσο μεγαλύτερη είναι η διαθέσιμη ποσότητα μεταφοράς θερμότητας – απλώς επειδή τα υγρά βρίσκονται μαζί στο σύστημα για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα – αν και αυτό μπορεί επίσης να οδηγήσει σε πτώσεις πίεσης και απώλεια ταχύτητας.
2. Θερμοκρασία Cross-Over
Η διασταύρωση θερμοκρασίας συμβαίνει όταν η θερμότητα του ψυχρότερου ρευστού αρχίζει να διασταυρώνεται με τη θερμοκρασία του θερμού ρευστού στον εναλλάκτη θερμότητας. Για παράδειγμα, το λάδι που εισέρχεται σε έναν εναλλάκτη θερμότητας στους 80⁰C μαζί με νερό σε θερμοκρασία 30⁰C, θα μπορούσε να δει τις θερμοκρασίες του να διασταυρώνονται εάν το λάδι μειωθεί στους 50⁰C καθώς το νερό φτάσει τους 51⁰C. Σε αυτό το σημείο το ψυχρότερο υγρό (νερό) έχει γίνει πιο ζεστό από το λάδι. Η διασταύρωση θερμοκρασίας μπορεί να μειώσει σημαντικά την απόδοση ενός εναλλάκτη θερμότητας, ιδιαίτερα κατά την ψύξη. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί αυξάνοντας τον ρυθμό ροής του ψυκτικού υγρού (βλ. «Ρυθμός ροής» παρακάτω), ώστε να υπάρχει περισσότερο ψυκτικό στο σύστημα. Όπου η διασταύρωση θερμοκρασίας είναι αναπόφευκτη, η χρήση ενός πλακιδίου εναλλάκτη θερμότητας (βλ. «Τύποι εναλλάκτη θερμότητας, παρακάτω) είναι η καλύτερη λύση.
3. Διαφορά θερμοκρασίας
Αυτό αναφέρεται στη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του ψυκτικού και του θερμού ρευστού, η οποία είναι σημαντική σε έναν εναλλάκτη θερμότητας, όπως φαίνεται από τη «διασταύρωση θερμοκρασίας» (παραπάνω). Το ψυκτικό υγρό πρέπει να διατηρείται σε χαμηλότερη θερμοκρασία από το ζεστό υγρό και, όσο πιο κρύο είναι το ψυκτικό, τόσο πιο αποτελεσματικό θα είναι στην απομάκρυνση της θερμότητας από το ζεστό υγρό.
4. Ρυθμός ροής
Αυτή είναι η ποσότητα του υγρού που διέρχεται από μια διατομή ενός σωλήνα σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Υπολογίζεται ως ο όγκος του ρευστού ανά χρόνο ροής του ρευστού - με μεγαλύτερη ταχύτητα ροής που δυνητικά αυξάνει την ικανότητα του εναλλάκτη θερμότητας να μεταφέρει θερμότητα. Ωστόσο, περισσότερο ρευστό σημαίνει επίσης μεγαλύτερη μάζα για μεταφορά, καθώς και αύξηση της απώλειας πίεσης και της ταχύτητας.