Putkilämmönvaihtimet ovat erittäin tehokkaita lämmönvaihtolaitteita, joita käytetään laajalti kemian-, öljy-, sähkö- ja LVI-teollisuudessa. Niiden ydintehtävä on saada aikaan lämmitys-, jäähdytys- tai kondensaatioprosesseja lämmönsiirron avulla putkien sisällä ja ulkopuolella olevan nesteen välillä.
Putkimaisen lämmönvaihtimen perusrakenne koostuu sarjasta metalliputkinippuja, jotka on tyypillisesti kiinnitetty sylinterimäiseen vaippaan ja muodostavat kaksi nestekanavaa: putken puolen ja vaipan puolen. Käytön aikana putkien sisällä virtaa yksi neste (esim. korkean lämpötilan -neste), jota kutsutaan putken-puolen nesteeksi. toinen neste (esim. matalan lämpötilan -lämpöinen neste) virtaa putkien ja vaipan välissä, jota kutsutaan kuoren -puolen nesteeksi. Nämä kaksi nestettä vaihtavat lämpöä putken seinien läpi, mutta eivät tyypillisesti sekoitu suoraan.
Niiden toimintaperiaate perustuu lämmönjohtamiseen ja konvektioon. Kun putken-puolen ja vaipan{2}}puolen nesteiden välillä on lämpötilaero, lämpö siirtyy korkean lämpötilan nesteestä putken seinämään, sitten putken seinämän lämmönjohtavuuden kautta putken seinämän toiselle puolelle ja lopuksi putken seinämästä kuoren-puolen nesteeseen. Tämä prosessi noudattaa Fourierin lämmönjohtavuuslakia ja Newtonin jäähdytyslakia, mikä tarkoittaa, että lämmönsiirtonopeus on suoraan verrannollinen lämpötilaeroon, lämmönsiirtopinta-alaan ja lämmönsiirtokertoimeen.
Putkimaisen lämmönvaihtimen lämmönsiirtotehokkuuteen vaikuttavat useat tekijät, kuten putken halkaisija, putken pituus, nesteen nopeus, putkimateriaalin lämmönjohtavuus ja itse nesteen fysikaaliset ominaisuudet (kuten viskositeetti ja ominaislämpökapasiteetti). Lämmönsiirron tehokkuuden parantamiseksi käytetään yleisesti menetelmiä, kuten lämmönsiirtoalueen kasvattamista, nesteen virtauskuvioiden optimointia (esim. ohjauslevyjen avulla) ja tehokkaiden putkityyppien (esim. kierteitettyjen tai ripaputkien) käyttöä.
Lisäksi putkimaisia lämmönvaihtimia voidaan suunnitella erilaisiin rakenteellisiin muotoihin vastaamaan erityistarpeita, kuten kiinteää putkilevyä, kelluvaa päätä tai U{0}}putkityyppiä, jotta ne mukautuvat erilaisiin paineisiin, lämpötiloihin sekä puhdistus- ja huoltovaatimuksiin. Ne ovat erittäin luotettavia ja niillä on laaja valikoima sovelluksia, mikä tekee niistä yhden teollisen lämmönvaihdon tärkeimmistä laitteista.
