Uno scambiatore di calore è un dispositivo specializzato che aiuta nel trasferimento di calore da un fluido all’altro. In alcuni casi, una parete solida può separare i fluidi e impedire loro di mescolarsi. In altri modelli, i fluidi possono essere a diretto contatto l’uno con l’altro. Negli scambiatori di calore più efficienti, l’area superficiale della parete tra i fluidi viene massimizzata mentre contemporaneamente viene minimizzata la resistenza al flusso del fluido. Alette o corrugazioni sono talvolta utilizzate con la parete per aumentare la superficie e indurre turbolenza.
Gli apparecchi comuni contenenti uno scambiatore di calore includono condizionatori d’aria, frigoriferi e stufe. Questi dispositivi sono utilizzati anche nella lavorazione chimica e nella produzione di energia. Forse lo scambiatore di calore più comunemente noto è un radiatore per auto, che raffredda il fluido caldo del radiatore sfruttando il flusso d’aria sulla superficie del radiatore.
Ci sono tre disposizioni di flusso primario con scambiatori di calore: controcorrente, parallelo e flusso incrociato. Nello scambiatore in controcorrente i fluidi entrano nello scambiatore da parti opposte. Questo è il design più efficiente perché trasferisce la maggior quantità di calore. Nella versione a flusso parallelo, i fluidi entrano dalla stessa estremità e si muovono parallelamente tra loro mentre fluiscono dall’altra parte. Lo scambiatore di calore a flussi incrociati sposta i fluidi in modo perpendicolare.
Esistono anche quattro diversi modelli di scambiatori di calore: a fascio tubiero, a piastre, rigenerativo e fluido o solido intermedio. Il tipo più tipico è il design a guscio e tubo. Questo ha più tubi alettati. Uno dei fluidi scorre attraverso i tubi mentre l’altro fluido scorre su di essi, provocandone il riscaldamento o il raffreddamento. Nello scambiatore di calore a piastre, il fluido scorre attraverso i deflettori. Ciò fa sì che i fluidi vengano separati da piastre con un’ampia superficie. Questo tipo di scambiatore è in genere più efficiente rispetto al design a fascio tubiero.
Lo scambiatore di calore rigenerativo sfrutta il calore di un processo specifico per riscaldare il fluido utilizzato nel processo stesso. Questi possono essere realizzati con il design a guscio e tubo o il design a piastra. Lo scambiatore di calore fluido intermedio o solido utilizza i fluidi oi solidi al suo interno per trattenere il calore e spostarlo dall’altra parte per essere rilasciato. Questo metodo è comunemente usato per raffreddare i gas rimuovendo allo stesso tempo le impurità.