Plošča toplotne izmenjevalnike so se pojavili v dvajsetih letih prejšnjega stoletja in so bili uporabljeni v prehrambeni industriji. Toplotni izmenjevalec iz plošče je kompakten v strukturi in ima dober učinek prenosa toplote, zato se je postopoma razvil v različne oblike. V zgodnjih tridesetih letih prejšnjega stoletja je Švedska izdelala svoj prvi izmenjevalec toplote spiralne plošče. Nato je Združeno kraljestvo uporabilo trdo za izdelavo toplotnega izmenjevalnika plavuti iz bakra in njegovih zlitin za toplotno razprševanje letalskih motorjev. V poznih tridesetih letih prejšnjega stoletja je Švedska izdelala prvi izmenjevalec toplote plošče in lupine za uporabo v celuloznih mlinih. V tem obdobju so ljudje za reševanje problema prenosa toplote zelo korozivnih medijev začeli biti pozorni na toplotne izmenjevalnike iz novih materialov.
Približno šestdeseta leta prejšnjega stoletja je bila zaradi hitrega razvoja vesoljske tehnologije in vrhunske znanosti nujna potreba po različnih učinkovitih in kompaktnih toplotnih izmenjevalnikih. Poleg tega je razvoj tehnologij za žigosanje, trdovanje in tesnjenje še izboljšalo proizvodni postopek toplotnih izmenjevalnikov in tako spodbujalo močan razvoj in široko uporabo kompaktnih plošč toplotnih izmenjevalnikov. Poleg tega so bili od šestdesetih let nadalje razviti tipični izmenjevalci toplote lupine in cevi, da bi zadostili potrebam prenosa toplote in varčevanja z energijo v pogojih visoke temperature in tlaka. Sredi -1970 s so bili za izboljšanje prenosa toplote ustvarjeni toplotni izmenjevalniki toplotnih cevi na podlagi raziskovanja in razvoja toplotnih cevi.
Toplotne izmenjevalnike je mogoče razvrstiti v tri vrste glede na njihove metode prenosa toplote: hibrid, shranjevanje toplote in vrsto predenja.
Hibridni toplotni izmenjevalec je toplotni izmenjevalec, ki izmenjuje toploto z neposrednim stikom in mešanjem hladnih in vročih tekočin, znan tudi kot kontaktni toplotni izmenjevalec. Zaradi potrebe po pravočasni ločitvi po izmenjavi toplote med dvema tekočinama je ta vrsta toplotnega izmenjevalnika primerna za izmenjavo toplote med plinskim in tekočim tekočinam. Na primer, v hladilnih stolpih, ki se uporabljajo v kemičnih rastlinah in elektrarnah, se vroča voda razprši od zgoraj navzdol, medtem ko se hladen zrak sesa od spodaj navzgor. Na površini vodnega filma ali kapljic in vodnih kapljic polnilnega materiala, vroča voda in hladen zrak pridejo v stik med seboj za izmenjavo toplote. Vroča voda se ohladi in hladen zrak se segreje, nato pa pravočasno ločitev dosežemo z razliko v gostoti med obema tekočinama.
Regenerativni toplotni izmenjevalec je toplotni izmenjevalec, ki uporablja izmenični pretok hladnih in vročih tekočin skozi površino telesa za shranjevanje toplote (pakiranje) v komori za shranjevanje toplote za izmenjavo toplote, kot je komora za shranjevanje toplote pod pečico koksa za predgrevanje zraka. Ta vrsta toplotnega izmenjevalnika se uporablja predvsem za obnovo in uporabo toplote visokotemperaturnega izpušnega plina. Podobna oprema, zasnovana za obnovitev hladilne zmogljivosti, se imenuje naprava za shranjevanje v hladilniku, ki se običajno uporablja v enotah za ločevanje zraka.
Toplotni izmenjevalec vrst stene je vrsta toplotnega izmenjevalnika, pri katerem se hladne in vroče tekočine ločijo s trdnimi stenami in toplota se izmenjuje skozi stene. Zato je znan tudi kot površinski izmenjevalec toplote in ta vrsta toplotnega izmenjevalnika se pogosto uporablja.
Inter stenske toplotne izmenjevalnike je mogoče razvrstiti v tip cevi, vrsto plošče in druge vrste na podlagi strukture površine prenosa toplote. Izmenki toplote cevi uporabljajo površino cevi kot površino prenosa toplote, vključno s serpentinskimi toplotnimi izmenjevalniki, toplotnimi izmenjevalniki, ter izmenjevalniki toplote lupine in cevi; Plošča površinske toplotne izmenjevalnike uporabljajo površino plošče kot površino prenosa toplote, vključno s ploščami toplotni izmenjevalniki, izmenjevalniki toplotnih plošč spiralne plošče, toplotnimi izmenjevalniki plavuti, toplotni izmenjevalniki plošč in ploščice toplotne izmenjevalnike; Druge vrste toplotnih izmenjevalnikov so zasnovane tako, da izpolnjujejo določene posebne zahteve, kot so strgani površinski toplotni izmenjevalci, rotacijski izmenjevalniki toplote in zračni hladilniki.
Relativna smer pretoka tekočine v izmenjevalniku toplote na splošno vključuje dve vrsti: CO tok in nasprotni tok. Pri teku navzdol je temperaturna razlika med dvema tekočinama na dovodu največja in se postopoma zmanjšuje vzdolž površine toplote, ki doseže najmanjšo temperaturno razliko v iztoku. Ko teče v vzvratniku, je porazdelitev temperaturne razlike med dvema tekočinama vzdolž površine prenosa toplote relativno enakomerna. Pod pogojem konstantne dovodne in odtočne temperature hladnih in vročih tekočin, ko v obeh tekočinah ni fazne spremembe, je povprečna temperaturna razlika med zgornjim in nižjima tokom največjo in najmanjšo.
V enakih pogojih prenosa toplote lahko uporaba nasprotnega toka poveča povprečno temperaturno razliko in zmanjša površino prenosa toplote v toplotnem izmenjevalniku; Če območje prenosa toplote ostane nespremenjeno, lahko uporaba kontraka zmanjša porabo segrevanja ali hladilne tekočine. Prvi lahko prihranijo stroške opreme, medtem ko lahko slednji prihrani obratovalne stroške, zato je treba pri oblikovanju ali uporabi proizvodnje sprejeti trenutno izmenjavo toplote.
Ko pride do fazne spremembe (vretja ali kondenzacije) v obeh ali obeh hladnih in vročih tekočinah, temperatura same tekočine ostane nespremenjena zaradi sproščanja ali absorpcije latentne toplote uparjanja med fazno spremembo. Zato so temperature dovoda in odtoka tekočine enake, temperaturna razlika med obema tekočinama pa je neodvisna od smeri pretoka tekočine. Poleg dveh vrst zunanjega toka, in sicer naprej naprej in povratnega pretoka, obstajajo tudi navodila, kot sta prečni pretok in odklon.
Zmanjšanje toplotne odpornosti v med stenskem izmenjevalniku toplote med prenosom toplote je pomembno vprašanje za izboljšanje koeficienta prenosa toplote. Toplotna odpornost v glavnem izvira iz tanke plasti tekočine (imenovane mejna plast), pritrjena na površino prenosa toplote na obeh straneh predelne stene, in plast za prepirovanje na obeh straneh stene med uporabo toplotnega izmenjevalnika. Toplotna odpornost kovinske stene je razmeroma majhna.
Povečanje hitrosti pretoka in motnje tekočine lahko tanjša mejno plast, zmanjša toplotno odpornost in izboljša koeficient prenosa toplote. Vendar pa bo povečanje pretoka tekočine povečalo porabo energije, zato je treba med zmanjšanjem toplotne odpornosti in porabo energije med načrtovanjem opraviti razumno usklajevanje. Za zmanjšanje toplotne odpornosti umazanije si lahko prizadevamo upočasniti tvorbo umazanije in redno čiščenje površine prenosa toplote.
Na splošno so toplotni izmenjevalniki izdelani iz kovinskih materialov, med katerimi se ogljikovo in nizkoletno jeklo večinoma uporabljajo za proizvodnjo srednje in nizkotlačnih toplotnih izmenjevalnikov; Poleg tega, da se uporablja predvsem za različne pogoje korozijske odpornosti, se lahko uporabi tudi avstenitno nerjavno jeklo kot material, odporen na visoke in nizke temperature; Baker, aluminij in njihove zlitine se običajno uporabljajo pri proizvodnji nizkotemperaturnih toplotnih izmenjevalnikov; Nikljeve zlitine se uporabljajo v visokih temperaturnih pogojih; Poleg izdelave delov tesnila so bili uporabljeni nekateri nedetalni materiali za izdelavo toplotnih izmenjevalnikov, odpornih na korozijo, kot so grafitni toplotni izmenjevalci, fluoroplastični toplotni izmenjevalci in stekleni toplotni izmenjevalci.