Lämmönvaihdin toimii antamalla lämmön yhdestä nesteestä kulkea toisen, viileämmän, nesteen läpi ilman, että ne sekoittuvat tai joutuvat suoraan kosketukseen.
Kuvittele esimerkiksi putki, jonka ympärillä on toinen putki. Sisäputki voisi päästää kuuman nesteen kulkemaan sen läpi, kun taas viileämpää nestettä johdetaan samanaikaisesti ulkoputken läpi. Tämä antaisi viileämmän nesteen alentaa lämpimämmän lämpötilaa, koska lämpimämpi neste samanaikaisesti lisäsi viileämmän lämpöä. Tämä on tietysti hyvin perusesimerkki lämmönvaihdosta, ja lämmönvaihtimia tutkittaessa on otettava huomioon useita muita tekijöitä:
1. Passit
Taivuttamalla putket esimerkiksi "S"-muotoon, voit antaa nesteiden kulkea useamman kuin yhden 'kierron' ennen kuin ne poistuvat lämmönvaihtimesta. Yksittäinen läpivienti on suora putki, jossa neste tulee lämmönvaihtimen toisesta päästä sisään ja poistuu toisesta päästä melko nopeasti. Kaksoiskierrossa käytetään U-muotoa, jolloin neste tulee ja lähtee lämmönvaihtimesta samassa päässä, mikä pidentää aikaa, jonka nesteet kulkevat keskenään lämmönvaihtimessa. Kolmoiskierros käyttää S-muotoista muodostelmaa, joka sallii nesteen kulkea lämmönvaihtimen pituutta pitkin kolme kertaa ennen ulostuloa. Mitä suurempi läpikulkujen määrä, sitä suurempi määrä lämmönsiirtoa on käytettävissä – yksinkertaisesti siksi, että nesteet ovat yhdessä järjestelmässä pidempään – vaikka tämä voi myös johtaa paineen laskuun ja nopeuden menettämiseen.
2. Lämpötila Cross-Over
Lämpötilan risteytys tapahtuu, kun jäähdytysnesteen lämpö alkaa risteämään lämmönvaihtimessa olevan kuuman nesteen lämpötilan kanssa. Esimerkiksi öljy, joka tulee lämmönvaihtimeen lämpötilassa 80 ⁰C veden kanssa, jonka lämpötila on 30⁰C, saattaa nähdä niiden lämpötilan ristiin, jos öljyn lämpötila laskee 50 ⁰C:een veden saavuttaessa 51 °C. Tässä vaiheessa jäähdytinneste (vesi) on tullut öljyä lämpimämmäksi. Lämpötilan vaihto voi heikentää merkittävästi lämmönvaihtimen hyötysuhdetta erityisesti jäähdytettäessä. Tämä voidaan välttää lisäämällä jäähdytysnesteen virtausnopeutta (katso "Virtausnopeus" alla), jolloin järjestelmässä on enemmän jäähdytysnestettä. Jos lämpötilan siirtymistä ei voida välttää, levylämmönvaihtimen käyttö (katso 'Lämmönvaihtimen tyypit, alla) on paras ratkaisu.
3. Lämpötila-ero
Tämä viittaa lämpötilaeroon jäähdytysnesteen ja kuuman nesteen välillä, mikä on tärkeää lämmönvaihtimessa, kuten näkyy "lämpötilan risteyksessä" (yllä). Jäähdytysneste tulee pitää alhaisemmassa lämpötilassa kuin kuuma neste, ja mitä kylmempää jäähdytysneste on, sitä tehokkaammin se poistaa lämpöä kuumasta nesteestä.
4. Virtausnopeus
Tämä on nestemäärä, joka kulkee putken poikkileikkauksen läpi tietyn ajan kuluessa. Se lasketaan nesteen tilavuudeksi nesteen virtausaikaa kohti - suuremmalla virtausnopeudella, mikä saattaa lisätä lämmönvaihtimen kykyä siirtää lämpöä. Kuitenkin enemmän nestettä tarkoittaa myös suurempaa kuljetettavaa massaa sekä lisää painehäviötä ja nopeutta.