Топлообменникът работи, като позволява на топлината от един флуид да премине през друг, по-хладен, флуид, без те да се смесват или влизат в пряк контакт.
Например, представете си тръба с друга тръба около нея. Вътрешната тръба може да позволи на гореща течност да премине през нея, докато по-хладна течност преминава едновременно през външната тръба. Това би позволило на по-хладната течност да намали температурата на по-топлата, тъй като по-топлата течност едновременно повишава топлината на по-хладната. Разбира се, това е много основен пример за топлообмен и има редица други фактори, които трябва да се вземат предвид при изследване на топлообменници:
1. Пасове
Чрез извиването на тръбите, например във формата на "S", можете да позволите на флуидите да направят повече от едно "минаване", преди да напуснат топлообменника. Едно преминаване е права тръба, при която течността влиза в единия край и излиза в другия край на топлообменника сравнително бързо. Двойният проход използва U-образна форма, така че флуидът влиза и напуска топлообменника в един и същи край, удължавайки времето, през което флуидите преминават един през друг в топлообменника. Тройното преминаване използва S-образна форма, която позволява на флуида да пътува по дължината на топлообменника три пъти, преди да излезе. Колкото по-голям е броят на преминаванията, толкова по-голямо количество топлопренос е налично – просто защото флуидите са заедно в системата за по-дълго време – въпреки че това също може да доведе до падане на налягането и загуба на скорост.
2. Температурно кръстосване
Преминаване на температурата възниква, когато топлината на по-хладния флуид започне да се пресича с температурата на горещия флуид в топлообменника. Например масло, влизащо в топлообменник при 80⁰C заедно с вода с температура 30⁰C, може да види температурите им да се пресичат, ако маслото намалее до 50⁰C, когато водата достигне 51⁰C. В този момент охладителната течност (водата) е станала по-гореща от маслото. Преминаването на температурата може значително да намали ефективността на топлообменника, особено при охлаждане. Това може да се избегне чрез увеличаване на дебита на охлаждащата течност (вижте „Скорост на потока“ по-долу), така че в системата да има повече охлаждаща течност. Когато преминаването на температурата е неизбежно, използването на пластинчат топлообменник (вижте „Видове топлообменник по-долу) е най-доброто решение.
3. Температурна разлика
Това се отнася до разликата в температурата между охлаждащата течност и горещата течност, която е важна в топлообменника, както е показано от „температурно кръстосване“ (по-горе). Охлаждащият флуид трябва да се поддържа при по-ниска температура от горещия флуид и колкото по-студен е охлаждащият флуид, толкова по-ефективен ще бъде той при отнемане на топлина от горещия флуид.
4. Дебит
Това е количеството течност, което преминава през напречно сечение на тръба за определен период от време. Изчислява се като обем на течността за времето, през което течността е изтекла - с по-голяма скорост на потока, което потенциално увеличава способността на топлообменника да пренася топлина. Повече течност обаче означава и по-голяма маса за транспортиране, както и увеличаване на загубата на налягане и скоростта.