เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อถ่ายโอนความร้อนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง หน้าที่ของมันคือการดึงความร้อนออกจากของเหลว เช่น น้ำร้อนหรือไอน้ำ และนำไปสู่อีกอย่าง เช่น น้ำเย็นหรืออากาศ กระบวนการที่ความร้อนถูกถ่ายโอนจากของไหลหนึ่งไปยังอีกของไหลหนึ่งเรียกว่า การถ่ายเทความร้อน เนื่องจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนถูกใช้งานในสถานที่หลายแห่ง เช่น โรงงาน โรงไฟฟ้า หรือแม้แต่บ้านของเรา พวกมันจึงกลายเป็นสิ่งสำคัญ หากไม่มีพวกมัน เราจะจัดการความร้อนในระบบเหล่านี้ได้อย่างไร?
เพื่อให้มีภาพที่ชัดเจนเกี่ยวกับกลไกการทำงานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน จะมีการอธิบายบางส่วนเกี่ยวกับวิธีการทำงานของการถ่ายโอนความร้อน ความร้อนเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงานที่เคลื่อนที่จากวัตถุที่ร้อนไปหาวัตถุที่เย็น เมื่อคุณสัมผัสเตาที่ร้อน ความร้อนจะถูกถ่ายโอนจากเตาไปยังมือของคุณ ซึ่งทำให้คุณรู้สึกอบอุ่น นี่คือเหตุผลที่ดีที่ควรระมัดระวังพื้นผิวร้อน มีสามกลไกในการเคลื่อนที่ของความร้อน - การนำความร้อน (conduction), การพาความร้อน (convection) และ การแผ่รังสี (radiation)
การถ่ายโอนความร้อนด้วยการคอนเวกชันเกิดขึ้นเมื่อความร้อนถูกพาออกไปโดยของเหลวที่เคลื่อนที่ เช่น อากาศและน้ำ เป็นกลไกการถ่ายโอนความร้อนที่สำคัญมากในกรณีของอุปกรณ์หลากหลายประเภท เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ตัวอย่างเช่น น้ำร้อนไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและปล่อยความร้อนให้น้ำเย็นที่กำลังไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยกระบวนการคอนเวกชัน
เป็นกระบวนการถ่ายเทความร้อนที่เรียกว่า การแผ่รังสี ซึ่งเกิดขึ้นโดยไม่มีการสัมผัสโดยตรงระหว่างวัตถุ ยกตัวอย่างเช่น พิจารณาการที่โลกได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ในลักษณะง่ายๆ นี้ เพราะความร้อนจากดวงอาทิตย์เดินทางผ่านอวกาศ — แต่เนื่องจากไม่มีโมเลกุลในสุญญากาศ มันจึงทำให้ดาวเคราะห์ของเราอบอุ่นโดยไม่ต้องมาสัมผัสเรา
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนั้นยอดเยี่ยมในแง่ที่สามารถช่วยประหยัดพลังงานได้ โดยมันดึงความร้อนจากของเหลวที่ร้อนและเคลื่อนย้ายไปยังของเหลวที่เย็นโดยไม่สูญเสียพลังงาน ในเตาอบกระบวนการ นั้นเป็นเรื่องที่เห็นได้ชัดและถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่เมื่อใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เราสามารถประหยัดพลังงานได้ประมาณ 25 ถึง 35% เช่น ในโรงงานที่ต้องการอุ่นน้ำซึ่งผ่านหลายขั้นตอนหรือระดับในโรงงานเดียวกัน เนื่องจากน้ำมีความร้อนในขั้นตอนแรก ทางเลือกที่เป็นไปได้คือใช้น้ำเย็นในขั้นตอนที่สี่แทน จึงลดภาระการทำงานของหม้อต้มเพิ่มเติมได้ วิธีนี้จะไม่มีพลังงานความร้อนถูกสูญเปล่า ซึ่งนำไปสู่การประหยัดเงินในบิลรายเดือนอย่างมาก
ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวสองชนิดมีบทบาทสำคัญในการถ่ายโอนความร้อน ความร้อนจะถูกถ่ายโอนมากขึ้นเมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากกว่า นี่คือเหตุผลที่การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนโดยคำนึงถึงความแตกต่างของอุณหภูมิที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ การพิจารณาประเด็นนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับวิศวกรเพื่อให้มั่นใจว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การออกแบบที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไมโครแชแนล อีกวิธีหนึ่งในการมองเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้คือพวกมันดูเหมือนช่องทางเล็กๆ ซึ่งกว้างเพียงไม่กี่มิลลิเมตร ช่องทางเล็กๆ เหล่านี้สามารถให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่ดีในปริมาตรที่เล็กมากเนื่องจากอัตราส่วนพื้นที่ต่อปริมาตรสูง ทำให้พวกมันเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้