מחליף חום של מעטפת וצינור מורכב מקונכייה, צרור צינורות להעברת חום, יריעות צינורות, תיבות, קופסאות תעלות ורכיבים אחרים. המעטפת היא בעיקרה גלילית ומכילה את צרור הצינורות בפנים. שני הקצוות של צרור הצינורות מקובעים על יריעות הצינור.
מבין שני הנוזלים החמים והקרים העוברים חילופי חום, אחד זורם בתוך הצינורות ומכונה הנוזל בצד הצינור; השני זורם מחוץ לצינורות ונקרא נוזל בצד המעטפת. כדי להעלות את מקדם העברת החום של הנוזל בצד המעטפת, מותקנים בדרך כלל מספר בפלונים בתוך המעטפת. בלבולים מגבירים את מהירות הנוזל בצד המעטפת ומאלצים אותו לזרום לרוחב על פני צרור הצינורות שוב ושוב לאורך נתיבים ייעודיים, מה שמגביר את מערבולת הנוזל.
ניתן לסדר צינורות להעברת חום על יריעות צינורות בדוגמאות משולש שווה צלעות או מרובעות. פריסת המשולש שווה-צלעות מציעה סידור קומפקטי, מערבולות גבוהה של נוזל בצד המעטפת ומקדם העברת חום גבוה. הפריסה המרובעת מקלה על ניקוי צד הצינור החיצוני ומתאימה לנוזלים המועדים להצטברות אבנית.
מעבר אחד של נוזל דרך צרור הצינורות מוגדר כמעבר צינור אחד; מעבר אחד של נוזל דרך הקליפה מוגדר כמעבר קליפה אחד. כדי להגביר את מהירות הנוזל בתוך הצינורות, ניתן להתקין לוחות מחיצה בקופסאות התעלות בשני הקצוות כדי לחלק את כל הצינורות למספר קבוצות. בדרך זו הנוזל עובר רק דרך חלק מהצינורות בכל פעם ועובר הלוך ושוב על פני צרור הצינורות במשך מספר מחזורים - זה ידוע כ-multi-tube-pass design. באופן דומה, ניתן להרכיב בולטים אורכיים בתוך המעטפת כדי להגביר את מהירות צד המעטפת, מה שמאלץ את הנוזל לעבור בחלל המעטפת מספר פעמים, מה שיוצר תצורה מרובת פגזים. ניתן להשתמש במבנים מרובי-צינורות-מעבר ורב-קונכיות בשילוב.
בשל הפרש הטמפרטורות בין נוזלים בתוך ומחוץ לצינורות, הטמפרטורות של המעטפת וצרור הצינורות של מחליף החום שונות. הפרש טמפרטורות משמעותי יגרום ללחץ תרמי ניכר בתוך הציוד, מה שעלול לגרום לכיפוף צינור, קרע או יציאה מיריעות הצינור. לפיכך, יינקטו אמצעי פיצוי נאותים כדי לחסל או להפחית מתח תרמי כאשר הפרש הטמפרטורה בין צרור הצינור למעטפת עולה על 50 מעלות. בהתבסס על אמצעי הפיצוי שננקטו, מחליפי חום של מעטפת וצינור מסווגים לסוגים העיקריים הבאים:
① מחליף חום יריעות צינור קבוע יריעות צינורות בשני הקצוות של צרור הצינורות מחוברות באופן אינטגרלי למעטפת. הוא כולל מבנה פשוט, אך הוא ישים רק לפעולות חילופי חום עם הפרש טמפרטורות קטן בין נוזלים חמים לקרים ובמקומות שבהם אין צורך בניקוי מכני בצד המעטפת. כאשר הפרש הטמפרטורות גדול במידה בינונית והלחץ בצד המעטפת נמוך יחסית, ניתן להרכיב מפרק התפשטות אלסטי על המעטפת כדי להפחית את הלחץ התרמי.
② מחליף חום עם ראש צף יריעת הצינור בקצה האחד של צרור הצינורות חופשית לצוף, מה שמבטל לחלוטין מתח תרמי. יתר על כן, ניתן לשלוף את צרור הצינורות כולו מהקליפה לניקוי ותחזוקה מכאנית נוחה. מחליפי חום עם ראש צף מיושמים באופן נרחב, אך יש להם מבנים מורכבים יחסית ועלויות גבוהות.
③ מחליף חום U‑tube כל צינור להעברת חום מכופף לצורת U. שני הקצוות של כל צינור קבועים בהתאמה בחלק העליון והתחתון של אותו יריעת צינור. לוחות מחיצה בתוך תיבת הערוצים מפרידים בין תאי כניסה ויציאה. סוג זה של מחליף חום מבטל לחלוטין מתח תרמי ויש לו מבנה פשוט יותר מאשר סוג הראש הצף. עם זאת, ניקוי בצד הצינור קשה.
