Tepelný výměník funguje tak, že umožňuje teplu z jedné tekutiny procházet jinou, chladnější tekutinou, aniž by se mísila nebo přicházela do přímého kontaktu.
Představte si například trubku s další trubkou kolem ní. Vnitřní trubka by mohla umožnit průchod horké tekutiny skrz ni, zatímco chladnější tekutina by mohla současně procházet vnější trubkou. To by umožnilo chladnější tekutině snížit teplotu té teplejší, protože teplejší tekutina současně zvýšila teplo chladnější tekutiny. Toto je samozřejmě velmi základní příklad výměny tepla a při zkoumání výměníků tepla je třeba vzít v úvahu řadu dalších faktorů:
1. Přihrává
Zakřivením trubek, například do tvaru 'S', můžete kapalinám umožnit, aby provedly více než jeden 'průchod', než opustí výměník tepla. Jediný průchod je přímá trubka, kde tekutina vstupuje na jednom konci a vystupuje na druhém konci výměníku tepla poměrně rychle. Dvojitý průchod používá tvar písmene U, takže tekutina vstupuje a vystupuje z tepelného výměníku na stejném konci, čímž se prodlužuje doba, po kterou tekutiny procházejí jedna druhou ve výměníku tepla. Trojitý průchod využívá formaci ve tvaru písmene 'S', která umožňuje tekutině projít podél tepelného výměníku třikrát před výstupem. Čím větší počet průchodů, tím větší množství přenosu tepla je k dispozici – jednoduše proto, že kapaliny jsou pohromadě v systému déle – i když to může také vést k poklesu tlaku a ztrátě rychlosti.
2. Přechod teploty
K přechodu teploty dochází, když se teplo chladnější tekutiny začne křížit s teplotou horké tekutiny ve výměníku tepla. Například olej vstupující do výměníku tepla o teplotě 80 °C spolu s vodou o teplotě 30 °C by mohl zaznamenat přechod teplot, pokud by se olej snížil na 50 °C, když voda dosáhla 51 °C. V tomto okamžiku je chladnější kapalina (voda) teplejší než olej. Teplotní přechod může výrazně snížit účinnost výměníku tepla, zejména při chlazení. Tomu se lze vyhnout zvýšením průtoku chladicí kapaliny (viz „Rychlost průtoku“ níže), aby bylo v systému více chladicí kapaliny. Tam, kde je teplotní přechod nevyhnutelný, je nejlepším řešením použití deskového výměníku tepla (viz „Typy výměníků tepla níže).
3. Teplotní rozdíl
To se týká rozdílu teplot mezi chladicí kapalinou a horkou kapalinou, který je důležitý ve výměníku tepla, jak je znázorněno „přechodem teploty“ (výše). Chladicí kapalina by měla být udržována na nižší teplotě než horká kapalina, a čím chladnější je chladicí kapalina, tím efektivněji bude odebírat teplo z horké kapaliny.
4. Průtok
Toto je množství tekutiny, které projde průřezem potrubí za určitou dobu. Vypočítá se jako objem tekutiny za dobu, po kterou tekutina protekla – s větším průtokem potenciálně zvyšujícím schopnost výměníku tepla přenášet teplo. Více tekutiny však také znamená větší přepravní hmotnost a také rostoucí tlakovou ztrátu a rychlost.