Ein Oberflächenkondensator ist eine Art Wärmetauscher, der häufig verwendet wird, um Dampf unter Vakuumdruck als Teil eines Wärmekraftwerks zu kondensieren. Der Rohr- und Mantelkondensator wandelt im Rahmen eines thermodynamischen Zyklus, der einen Dampferzeuger, eine Pumpe und eine Turbine umfasst, Dampf aus seiner Gasphase in Flüssigkeit um. Der Dampf wird an der Außenfläche von Rohren kondensiert, durch die Kühlwasser strömt. Das Wasser kann aus einem geschlossenen Kreislauf oder einem offenen System zu einer externen Quelle stammen. Die Konfiguration eines Oberflächenkondensators wird durch die Anzahl der Durchgänge, die Teilung des Systems und die Form des Mantels bestimmt.
Der thermodynamische Zyklus, der einen Oberflächenkondensator verwendet, beinhaltet einen Generator, in dem Wasser erhitzt wird, um Hochdruckdampf zu erzeugen. Der Dampfdruck treibt eine Turbine zur Stromerzeugung an. Das System leitet die Dampfabgase mit einem niedrigeren Druck in den Oberflächenkondensator. Der Kondensator wandelt den Dampf wieder in Flüssigkeit um. Eine Pumpe fördert das Kondenswasser zurück zum Dampfgenerator, damit der Zyklus wiederholt werden kann.
Die physikalische Form des Kondensators ist ein Mantel, durch den ein Bündel von Rohren hindurchgeht. Kühlwasser läuft durch die Rohre. Der Wärmeaustausch findet statt, wenn das Kühlwasser durch die Oberfläche der Rohre Wärme aus dem Dampf aufnimmt. Durch den Wärmeverlust verwandelt sich der Dampf in flüssiges Wasser, das sogenannte Kondensat, und fällt auf den Boden des Kondensators. Das Kühlwasser kann in einem geschlossenen Kreislauf recycelt werden oder kann aus einer externen Quelle, wie einem See oder einem Fluss, entnommen und nach Durchlaufen des Kondensators abgeführt werden.
Der Vakuumdruck ist wichtig für die Effizienz des Systems. Der Mantel des Oberflächenkondensators wird unter Vakuum gehalten, indem die Temperatur so niedrig gehalten wird, dass der Dampfdruck des Wassers geringer als der Umgebungsdruck ist. Dieses abgesenkte Niveau trägt dazu bei, den Druckabfall an der Turbine zu erhöhen, wodurch die Leistung verbessert wird. Der Vakuumdruck neigt dazu, nicht kondensierbare Gase, wie beispielsweise Luft, in den Kondensator zu ziehen. Diese Gase müssen entfernt werden, um eine Verringerung des Wirkungsgrades durch die nicht kondensierbaren Gase, die die Rohre umgeben und den Wärmeaustausch stören, zu verhindern. Die Entfernung ist auch erforderlich, um Korrosion durch das Vorhandensein von Sauerstoff im System zu verhindern.
Die Konstruktion der Einheit kann vorsehen, dass das Kühlwasser einmal durch die Rohre strömt, oder sie kann mehrere Rohrbündel aufweisen, so dass das Wasser zwei- oder mehrmals von Ende zu Ende des Mantels fließt oder durchläuft. Ein geteilter Oberflächenverflüssiger hat separate Abschnitte und Rohrbündel, so dass ein Teil des Geräts für Wartungsarbeiten abgeschaltet werden kann, während ein anderer Teil noch in Betrieb ist. Eine ungeteilte Einheit mit einem einzigen Mantel- und Rohrbündel muss im Servicefall oder bei Problemen komplett außer Betrieb genommen werden. Oberflächenkondensatorschalen können in Abhängigkeit vom Standort der Ausrüstung und der Kapazität des Systems rechteckige oder zylindrische Formen haben.