مبدل حرارتی ( heat exchanger) تجهیزی است که برای انتقال حرارت بهینه از یک محیط به محیط دیگر به کار می‌رود. مبدل‌های حرارتی حرارت را بین دو یا چند جریان سیال که درون دستگاه جریان دارند منتقل می‌کنند.مبدل‌های حرارتی در صنایع زیادی همانند فرآیند، نیروگاه، تهویه مطبوع، تبرید، برودت، بازیافت حرارت و صنایع ساخت و تولید دارند. در صنایع نیروگاهی انواع زیادی از بویلرهای فسیلی، بخار‌سازهای هسته‌ای، کندانسورهای بخاری، ریژنراتورها و برج‌های خنک کن به کار می‌روند. در صنایع فرآیندی، مبدل‌های جریان دو فاز برای تبخیر، تقطیر، انجماد کریستال و به عنوان بسترهای سیال‌سان (fluidized beds)‌ با واکنش‌های کاتالیستی به کار می‌روند. سیستم‌های تهویه مطبوع و تبرید نیاز به کندانسور و اواپراتور دارند.پیشرفت زیادی در کاربرد مبدل‌های حرارتی صورت گرفته است. یکی از قدم‌های اصلی در پیشرفت اولیه بویلرها، معرفی بویلرهای واتر تیوب (water-tube boilers) بود. تقاضا برای موتورهای قدرتمندتر نیاز به بویلرهایی که با فشار بیش‌تر کار کنند را بیش‌تر کرد و در نتیجه بویلرها بزرگ‌تر و بزرگ‌تر شدند. واحدهای بویلری که در نیروگاه‌های مدرن به کار می‌روند فشار بخار بالای 80 بار تولید و از کوره‌های دارای تیوب‌های آب، سوپرهیترها و قسمت‌های بازیافت حرارتی همانند اکونومایزرها و هیترهای هوا و کندانسورهای با کارایی بالا استفاده می‌کنند. تکامل بویلرهای مدرن و کندانسورهای کارامد‌تر برای صنعت نیروگاهی، یک مایل‌استون مهم در مهندسی بوده است. در صنایع فرآیندی، مهندسان با طراحی تجهیزات تبخیر مایع درگیر هستند. در صنایع شیمیایی، وظیفه یک اواپراتور یا وپورایزر (vaporizer)، تبخیر یک مایع یا تغلیظ یک محلول به وسیله تبخیر بخشی از حلال است. وپورایزرها در فرآیند کریستال‌سازی نیز به کار می‌روند. حلال اغلب آب است ولی در بسیاری از شرایط، حلال با ارزش است و برای استفاده مجدد بازیافت می‌شود. وپورایزرها در فرآیندهای شیمیایی در اندازه‌های مختلفی موجود هستند.برای پیش‌بینی کارایی یک مبدل حرارتی، لازم است که ابتدا آرایش جریان در مبدل‌های حرارتی را مشخص نماییم؛ سپس نرخ جریان در مسیرهای از پیش مشخص را تعیین کنیم و سوم مقاومت‌های در برابر انتقال حرارت از یک جریان به دیگری را در هر نقطه از حجم مبدل حرارتی محاسبه نماییم. مشخص کردن توزیع دما در هر جریان به وسیله محاسبات ریاضی انجام می‌شود.زمانی که آرایش‌ها ساده باشند، همانند جریان متقابل (counter flow)، جریان موازی (parallel flow)، جریان متقاطع (cross flow)، جریان متقاطع-متقابل (cross-counter flow)، و مبدل حرارتی پوسته و لوله چند پاسه (multi-pass sheel and tube)، و زمانی که مقاومت در برابر انتقال حرارت در کل حجم یک‌نواخت باشد، اغلب می‌توان معادلات کارایی مربوطه را به صورت تحلیلی حل کرد. از طرف دیگر زمانی که آرایش جریان‌ها پیچیده باشند، همانند حالت عمومی یا زمانی که مقاومت انتقال حرارت از یک نقطه تا نقطه دیگر متفاوت باشد، معادلات مربوطه را باید به وسیله محاسبات عددی حل نمود. عددی که به عنوان مقاومت در مبدل‌های حرارتی واقعی در شرایط مختلف در نظر گرفته می‌شود مهم است که اغلب وابسته به دماهای محلی سیالات دارای انتقال حرارت است.

به دلیل وجود متغیرهای مختلف، انتخاب مبدل‌های حرارتی بهینه بسیار مشکل است. محاسبات دستی امکان‌پذیر هستند ولی معمولا نیاز به زمان زیادی دارند. به همین دلیل مبدل‌های حرارتی اغلب به وسیله برنامه‌های کامپیوتری انتخاب می‌شوند که این کار می‌تواند به وسیله مهندس طراح و یا تامین‌کننده تجهیز انجام شود.برای انتخاب یک مبدل حرارتی مناسب، طراحان سیستم یا تامین‌کنندگان تجهیزات در درجه اول محدودیت‌های طراحی هر نوع مبدل حرارتی را در نظر می‌گیرند. با این که هزینه معیار اصلی است، معیارهای انتخاب زیادی وجود دارند:

• محدودیت‌های بالا و پایین فشاری
• راندمان گرمایی
• بازه‌های دمایی
• ترکیب محصول (مایع/مایع، مایع ذره‌دار یا دارای جامد زیاد)
• افت فشار در مبدل حرارتی
• ظرفیت جریان سیال
• قابلیت تمیز‌کاری
• فرآیند ساخت و تولید
• توانایی و سادگی توسعه آتی
• انتخاب متریال همانند مس، آلومینیوم، کربن استیل، استنلس استیل، آلیاژ نیکل و تیتانیوم

همچنین در انتخاب مبدل حرارتی باید مسایل زیر را مد نظر قرار داد:

• مبدل حرارتی باید مشخصات فرآیندی را برآورده کند و باید بتواند تا زمان خاموشی برنامه‌ریزی شده بعدی پلانت برای تعمیرات کار کند.
• مبدل حرارتی باید در شرایط سرویس در محیط پلانت دوام بیاورد. همچنین باید در مقابل خوردگی ناشی از جریان‌های فرآیندی و محیط و در مقابل رسوب مقاوم باشد.
• مبدل باید قابل نگهداری باشد که معمولا به معنی انتخاب آرایشی است که امکان تمیزکاری و جایگزینی قطعات آن مخصوصا آن‌هایی که در معرض خوردگی، فرسایش و یا لرزش هستند را فراهم کند. این مساله جانمایی مبدل و فضای مورد نیاز در اطراف آن را دیکته می‌کند.
• مبدل حرارتی باید از نظر هزینه بهینه باشد. هزینه‌های نصب، بهره‌برداری و تعمیرات و زیان تولید در اثر خرابی مبدل باید محاسبه و مبدل باید دارای کم‌ترین هزینه ممکن باشد.
• ممکن است محدودیت‌هایی بر روی قطر، طول، وزن و آرایش تیوب‌های مبدل به دلیل ملزومات سایت، قابلیت‌های لیفت و سرویس یا شرایط انبار وجود داشته باشد.