Siltumdzinējs ir ierīce, ko izmanto, lai siltumenerģiju vai siltumu pārvērstu mehāniskā darbā. Tas tiek darīts, kad karstums, kas rodas no karsta avota, nonāk caur pašu dzinēju un nonāk aukstā izlietnē. Aukstā izlietne ir termodinamiskā cikla zemākas temperatūras daļa, piemēram, kondensācijas vienība, kas atrodas Rankine jeb tvaika ciklā. Ir daudz dažādu siltumdzinēju veidu, no kuriem katram ir savs konkrēts cikls. Daži siltumdzinēju piemēri ir tvaika un iekšdedzes dzinēji, kā arī Stirlinga dzinēji un gāzes turbīnas.
Parasti siltuma dzinējs tiek sajaukts ar termodinamisko ciklu, kas notiek pašā dzinējā. Tas galvenokārt ir tāpēc, ka siltumdzinējus bieži klasificē pēc to īpašajiem termodinamiskajiem cikliem. Pati ierīce, kas pārvērš siltumenerģiju darbā, ir pazīstama kā “dzinējs”, savukārt dzinējam izmantotais termodinamiskais modelis ir “cikls”. Šī iemesla dēļ tvaika dzinēji netiek saukti par Rankine dzinējiem.
Efektīvs siltuma dzinējs centīsies pēc iespējas labāk atdarināt savu attiecīgo ciklu. Jo augstāka temperatūras starpība starp karsto avotu un auksto izlietni cikla ietvaros, jo efektīvāks ir dzinējs. Piemēram, efektīvam tvaika dzinējam ir nepieciešams gan augstas temperatūras siltuma avots, gan zemas temperatūras aukstā izlietne. Rankine ciklā katls izmanto augstas temperatūras degli, lai pārvērstu ūdeni tvaikā. Šis tvaiks iet cauri dzinējam un pēc tam tiek kondensēts atpakaļ ūdenī caur zemas temperatūras kondensatoru.
Jo aukstāks ir kondensators, jo vairāk tvaika tiks kondensēts atpakaļ ūdenī. Tas ir tāpēc, ka kondensatori ir izgatavoti, lai efektīvi mainītu katla veikto piesātinājuma procesu. Tas palīdzēs sasniegt lielāku kondensācijas ātrumu; jo augstāka ir likme, jo vairāk ūdens tiks atgriezts. Tas palīdz palielināt tvaika cikla kopējo efektivitāti.
Lai gan siltumdzinēja efektivitāti var ļoti optimizēt, izmantojot lielu temperatūru starpību starp karsto avotu un auksto izlietni, tā joprojām ir ierobežota. Tas ir tāpēc, ka aukstās izlietnes temperatūra ir atkarīga no apkārtējās temperatūras, ko dažās situācijās nevar atdzesēt līdz ideāliem apstākļiem. Sakarā ar to siltuma dzinēja efektivitāte ir ierobežota līdz aukstās izlietnes temperatūras robežām. Izplatīts risinājums tam ir paaugstināt karstā avota temperatūru; tomēr pat tas aprobežojas ar materiāla stiprības trūkumu augstās temperatūrās.
Siltuma dzinēja efektivitāte mainās atkarībā no konkrētā dzinēja un cikla. Siltuma efektivitāte svārstās no 3% līdz aptuveni 70%, un automašīnu dzinēji sasniedz aptuveni 25%. Efektīvāki siltumdzinēji ir sastopami lielajās spēkstacijās, kur elektroenerģijas ražošanai izmanto gan gāzes, gan tvaika turbīnas.