مبدل حرارتی از طریق یک سطح واسط موجب انتقال انرژی میان دو سیال می شود. مبدل ها از نظر میزان سطح انتقال حرارت (سطح واسط) به دو نوع معمولی و فشرده تقسیم بندی می شوند. در صورتی که سطح انتقال حرارت بیشتر از 700 متر مربع بر متر مکعب باشد مبدل را فشرده می گویند. مبدل های حرارتی در صنایع مختلف از جمله نیروگاه های برق، پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی، صنایع غذایی و دارویی، صنایع ذوب فلز و... بصورت گسترده به کار می روند. مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار، مولد بخار، کندانسور، اواپراتور، تبخیر کننده ها، برج خنک کن، پیش گرم کن فن کویل، خنک کن و گرم کن روغن، رادیاتور ها، کوره ها و ... کاربرد فراوان دارد.

همانطور که بیان شد انتقال انرژی حرارت از یک سیال به سیالی دیگر در صنعت توسط دستگاهی بنام مبدل حرارتی (Heat exchanger) صورت می گیرد. در مبدل های حرارتی دو سیال با دمای متفاوت وجود دارد که این دستگاه شرایطی را فراهم می آورد تا تبادل گرما میان دو سیال بر قرار شود. معمولا مبدل های حرارتی به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایین تر و یا هر دو، مورد استفاده قرار می گیرند.

از این رو می توان مبدل های حرارتی را بر اساس گرم کننده بودن یا سرد کننده بودن بصورت زیر دسته بندی و تعریف نمود.

• مبدل های حرارتی سرد کننده

1. خنک کننده (Cooler):

در این نوع مبدل درجه حرارت بدون اینکه حالت سیال عوض شود کاهش می یابد. به عبارت دیگر قسمتی از گرمای محسوس سیال گرفته می شود. اگر عمل سرد کردن توسط آب صورت گیرد به آن کولر آبی (Water Cooler) می گویند و دارای ساختمان معمولی مبدل های حرارتی پوسته و لوله می باشد.

2. چگالنده (Condenser):

وظیفه این مبدل تبدیل بخار به مایع است و بر این اساس لازم است که گرمای نهان تبخیر یک بخار را جذب تا به مایع تبدیل شود. این مبدل می تواند ساختمان یکی از انواع خنک کننده های آبی یا هوایی را داشته باشد و معمولا به طور افقی نصب می شوند. از مبدل های حرارتی چگالنده زمانی استفاده می شود که تبدیل سیال عامل مورد نظر از حالت بخار به مایع مد نظر باشد.

3. سرد کننده (Chiller):

می دانیم هر مایعی که بخواهیم تبخیر شود احتیاج به انرژی حرارتی دارد و اگر این انرژی را از محیط بگیرد به ناچار محیط سرد خواهد شد، در صنایع نفت برای تولید سرما از مایعات نفتی مثل پروپان و بوتان که در شرایط متعارفی بخارند استفاده می شود. سرد کننده دارای ساختمان پوسته و لوله بوده و در قسمت فوقانی پوسته دارای فضایی جهت تبخیر پروپان می باشد. مایع پروپان از ته مبدل وارد و در اطراف لوله ها تبخیر و تولید سرما می کند.

در مبدل های حرارتی سرد کننده فرآیندی بر عکس مبدل های چگالنده اتفاق می افتد. در چیلرها سیال عامل از حالت مایع به بخار تبدیل می گردد و از این طریق سرمایش در محیط تامین می گردد.

• مبدل های حرارتی گرم کننده:

تمام مبدل های حرارتی که وظیفه افزایش درجه حرارت مواد را به عهده دارند در حقیقت گرم کننده (Heater) می باشند. مانند جوشاننده، تبخیر کننده، کوره و ... .

1. تبخیر کننده (Vaporizer):

مبدل های حرارتی تبخیر کننده تمام سیال داخل خود را از حالت مایع به بخار تبدیل می کنند. دیگ های بخار از جمله این گونه مبدل ها می باشند.

2. جوشاننده (Reboiler):

این مبدل بر خلاف تبخیر کننده، تنها جزئی از کل مایع را که مورد نظر می باشد به حالت بخار تبدیل می کند. جوشاننده ها معمولا دارای ساختمان لوله و پوسته و به قسمت پایین برج تفکیک متصل می شود.

3. جوشاننده نوع سیفونی (Thermosyphon):

معمولا به طور عمودی در کنار برج نصب می شود. جریان مایع از ته برج به لوله ها بر اساس خاصیت سیفونی برقرار می شود. به این ترتیب که تبخیر جزئی از مایع داخل لوله توسط سیال گرم باعث می شود که سطح مایع در مبدل حرارتی نسبت به برج پایین تر رفته و به وجود آمدن این اختلاف سطح موجب جریان مایع از برج به مبدل حرارتی خواهد شد.

طبقه بندی مبدل های حرارتی بر اساس آرایش جریان ها:

در پوسته یک گذر، سیال از یک انتهای مبدل وارد شده و از انتهای دیگر خارج می شود. در یک مبدل حرارتی دو گذر لازم است که سیال از یک انتها وارد و از همان انتها خارج شود. انتخاب ترتیب جریان در پوسته بستگی به مقدار سرد یا گرم کردن و نیز افت فشار مورد نیاز و نوع کار دارد. مثلا مبدل جوشاننده نوع کتری برای جریان های تبخیر شونده در پوسته مناسب است.

برا ی جریان در لوله ها از 1 تا 16 گذر ممکن است استفاده شود. در یک مبدل حرارتی که دارای دو گذر است، سیال در میان نیمی از لوله ها در یک جهت و در میان نیمی دیگر از لوله ها در جهت مخالف جریان می یابد. انجام این کار نیاز به یک صفحه تقسیم کننده در کانال ورودی دارد.

سیالات ممکن است دارای جریان عرضی (عمود بر هم) نیز باشند این نوع جریان عموما در مبدل های گرمایی لوله ای پره دار بکار می رود.

اگر سیالی در یک مبدل حرارتی و یا قسمتی از آن طول کامل را طی نماید اصطلاحا مبدل یک پاس نامیده می شود. اگر سیالی این کار را n بار انجام دهد می گویند که سیال n پاس را پیموده است. لازم نیست که پاس های مختلف یک اندازه باشند. برای اینکه مبدل حرارتی فضای کمتری را اشغال نماید بیشتر مواقع قسمت های مختلف آن روی هم تا می شود. یک مبدل حرارتی را چند پاس می گویند اگر بعد از اینکه تاهای آن از هم باز شدند هیچکدام از جریان های یک پاس بوجود نیاید.