DE202016104702U1

DE202016104702U1 - Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE202016104702U1
Application number: DE202016104702.1U
Authority: DE
Original assignee: AKG Thermotechnik International GmbH and Co KG
Current assignee: AKG Thermotechnik International GmbH and Co KG
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2026-08-27
Also published as: DE102017119119A1; US20180058765A1

Abstract

Wärmeaustauscher, aufweisend – einen Wärmeaustauscherblock (1), – einen ersten Sammelkasten (3), der an einer ersten Stirnseite des Wärmeaustauscherblockes (1) angeordnet ist, – einen zweiten Sammelkasten (4), der an einer der ersten Stirnseite des Wärmeaustauscherblockes (1) gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Wärmeaustauscherblockes (1) angeordnet ist, – wobei der Wärmeaustauscherblock (1) mehrere parallel zueinander angeordnete, den ersten Sammelkasten (3) mit dem zweiten Sammelkasten (4) verbindende Prozesskanäle (2, 6) zur Durchströmung eines Prozessmediums sowie mehrere Kühlmediumkanäle (5) zur Durchströmung eines Kühlmediums aufweist, – wobei die Kühlmediumkanäle (5) zwischen den Prozesskanälen (2, 6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – einander benachbarte Prozesskanäle (2, 6) mit unterschiedlichen Materialmassen und/oder unterschiedlich großen wärmeübertragenden Flächen und/oder unterschiedlich großen konstruktiven Strömungswiderständen und/oder Kühlmediumkanäle (5) mit unterschiedlichen Materialmassen und/oder unterschiedlich großen wärmeübertragenden Flächen ausgebildet sind, so dass sich im Betrieb bei einer zyklischen Temperaturveränderung des Prozessmediums ein gleicher oder nahezu gleicher Materialtemperaturgradient zwischen einander benachbarten Prozesskanälen (2, 6) und Seitenteilen (7) im Wärmeaustauscherblock (1) einstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Wärmeaustauscher, die für Hochtemperaturanwendungen eingesetzt werden, beispielsweise bei Ladeluftkühlern, Wasserkühlern und Ölkühlern von Kraftfahrzeugen und Baumaschinen, sind aufgrund zyklischer Änderungen der Temperatur und Durchflussmenge von durch den Wärmeaustauscher geführten Prozessmedien erheblichen zyklischen thermischen Belastungen ausgesetzt.
Die zyklische Änderung von Temperatur und Durchflussmenge des Prozessmediums führt entsprechend zu einer zyklischen Änderung der Temperatur der einzelnen Bauteile des Wärmeaustauschers, insbesondere der Bauteile eines aus Prozesskanälen, Kühlmediumkanälen, Endblechen, Seitenteilen und dergleichen bestehenden Wärmeaustauscherblocks und der an diesen angrenzenden Sammelkästen, und damit einhergehend zu einer zyklisch erfolgenden Materialdehnung oder -stauchung der verschiedenen Wärmeaustauscherbauteile.
Diese Bauteile sind durch Löten oder anderweitig zu einem starren Block fest miteinander verbunden, so dass in und zwischen den einzelnen Bauteilen hohe thermische Spannungen auftreten, was sich negativ auf die Lebensdauer des Kühlers auswirkt.
Zur Erhöhung der Lebensdauer eines solchen Wärmeaustauschers ist es wichtig, die auftretenden thermischen Spannungen aufgrund der zuvor beschriebenen zyklischen Wärmeausdehnungen in erster Linie in Blocklängs- und Blockbreitenrichtungen zu reduzieren.
Eine Verringerung der thermischen Spannungen kann durch den Einsatz flexibler Bauteile im Wärmeaustauscherblock erreicht werden. Solche Wärmeaustauscher sind beispielsweise aus der DE 202 08 748 U1 und 20 2011 052 186 U1 bekannt, bei denen in einem Randbereich des Wärmeaustauscherblocks, angrenzend an einen Sammelkasten, flexible Blockprofile eingesetzt werden, die parallel zueinander angeordnete Prozesskanäle des Wärmeaustauscherblocks auf Abstand halten und zusammen mit zwischen den Prozesskanälen angeordneten Lamellen die Strömungskanäle des Kühlmediums bilden.
Bei diesen Wärmeaustauschern wird eine Reduktion der durch zyklische Wärmeausdehnungen hervorgerufenen Spannungen in Blockbreitenrichtung um etwa 50% gegenüber Wärmeaustauschern mit nicht flexiblen Blockprofilen erreicht.
Allerdings hat sich gezeigt, dass sich trotz des flexibel gestalteten Blockprofils die in Blocklängsrichtung auftretenden maximalen Spannungen nur wenig reduzieren.
Zur Reduzierung der maximalen Spannungen in randseitigen Prozesskanälen eines Wärmeaustauscherblocks, insbesondere in Blocklängsrichtung, ist es aus der EP 0 748 995 B1 bekannt, End- bzw. Abschlussbleche des Wärmeaustauscherblocks, die den Wärmeaustauscherblocks auf einer Ober- und einer Unterseite verschließen, mit Schlitzen zu versehen. Die Spannung in den Randprozesskanälen ist dadurch allerdings lediglich um das etwa 1,1- bis 1,3fache reduzierbar.
Es ist auch bekannt, zur Versteifung der Randprozesskanäle in Blocklängsrichtung diese aus dickeren Trennblechen zu fertigen als die weiter im Inneren des Wärmeaustauscherblocks eingesetzten Trennbleche. Allerdings ändert sich dadurch nicht die maximale Materialtemperaturdifferenz zwischen den Randprozesskanälen und den diesen benachbarten weiter innen im Wärmeaustauscherblock angeordneten Prozesskanälen. Folglich ist eine weitere Spannungsreduzierung durch diese Maßnahme nicht erreichbar.
Die maximale Materialtemperaturdifferenz zwischen zwei aneinander grenzenden Prozesskanälen kann bei den hier betrachteten Wärmeaustauschern im laufenden Betrieb in kritischen Blockbereichen bis zu 20 K oder sogar bis 40 K erreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher mit erhöhter Lebensdauer und geringerer Gefahr von Rissen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher weist einen Wärmeaustauscherblock auf, einen ersten Sammelkasten, der an einer ersten Stirnseite des Wärmeaustauscherblockes angeordnet ist, sowie einen zweiten Sammelkasten, der an einer der ersten Stirnseite des Wärmeaustauscherblockes gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Wärmeaustauscherblockes angeordnet ist.
Der Wärmeaustauscherblock weist mehrere parallel zueinander angeordnete, den ersten Sammelkasten mit dem zweiten Sammelkasten verbindende Prozesskanäle zur Durchströmung eines Prozessmediums sowie mehrere Kühlmediumkanäle zur Durchströmung eines Kühlmediums auf, wobei die Kühlmediumkanäle zwischen den Prozesskanälen angeordnet sind, wobei einander benachbarte Prozesskanäle mit unterschiedlichen Materialmassen und/oder unterschiedlich großen wärmeübertragenden Flächen und/oder unterschiedlich großen konstruktiven Strömungswiderständen und/oder Kühlmediumkanäle mit unterschiedlichen Materialmassen und/oder unterschiedlich großen wärmeübertragenden Flächen ausgebildet sind, so dass sich im Betrieb bei einer zyklischen Temperaturveränderung des Prozessmediums ein gleicher oder nahezu gleicher Materialtemperaturgradient zwischen einander benachbarten Prozesskanälen und Seitenteilen im Wärmeaustauscherblock einstellt.
Durch die Kombinationen unterschiedlicher Materialmassen, wärmeübertragender Flächen und/oder konstruktiver Strömungswiderstände sind die Prozesskanäle, Kühlmediumkanäle und Seitenteile so ausgebildet, dass eine gleiche oder nahezu gleiche zyklische Änderung der Materialtemperaturen von einander benachbarten Prozesskanälen erreicht wird, wodurch die maximale Temperaturdifferenz zwischen den Prozesskanälen, insbesondere in den kritischen Blockbereichen, um mindestens das Zwei- bis Dreifache gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Bauweise von Wärmeaustauschern verringert wird.
In Blocklängsrichtung ist dadurch eine Reduktion der thermisch bedingten Spannungen im Wärmeaustauscherblock um das bis zu 2fache ermöglicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Prozesskanäle mit höherer Wärmeübertragungsrate als die an diese angrenzenden Prozesskanäle mit einer bis dreifach größeren Materialmasse und/oder mit einer bis 3-fach kleineren wärmeübertragenden Fläche und/oder mit einem bis 5-fach größeren konstruktiven Strömungswiderstand als die angrenzenden Prozesskanäle ausgebildet.
Derart unterschiedliche Materialmassen werden beispielsweise durch den Einsatz ähnlicher Passagenbauteile wie Trennbleche, Turbulatoren oder Längsprofile mit unterschiedlichen konstruktiven Abmessungen sowie optional zusätzlichen Komponenten wie z.B. Zwischenprofilen oder dem Einsatz von Rohren mit unterschiedlichen Rohrabmessungen, beispielsweise unterschiedlichen Rohrdicken oder Rohrhöhen in einem Prozesskanal relativ zu zwei angrenzenden Prozesskanälen erreicht.
Dadurch ist eine Verringerung der maximalen Differenz zwischen den Materialtemperaturen einander benachbarter Prozesskanäle bei einer thermisch zyklischen Belastung um das bis 2,5-fache ermöglicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind die Prozesskanäle, die an einen Prozesskanal mit einer höheren Wärmeübertragungsrate als die diesen benachbarten Prozesskanäle angrenzen, mit einer bis 3-fach kleineren wärmeübertragenden Fläche als die benachbarten, angrenzenden Prozesskanäle im Wärmeaustauscherblock ausgebildet.
Eine solche bis 3-fach geringere wärmeübertragenden Fläche kann beispielweise durch entsprechende unterschiedliche konstruktive Abmessungen, insbesondere Nockenteilungen der Turbulatoren oder unterschiedliche Rippenteilungen erreicht werden.
Dadurch erfolgen in einander benachbarten Prozesskanälen unterschiedlich große Wärmeübergänge vom Prozessmedium zu den Kühlmediumkanälen, was zur Folge hat, dass sich die maximale Differenz zwischen den zyklischen Materialtemperaturen der einander angrenzenden Prozesskanäle bei einer thermischen zyklischen Belastung verringert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind die Kühlmediumkanäle, die zum einen Prozesskanal mit einer höheren Wärmeübertragung angrenzend sind, mit einer bis ca. bis 3-fach kleineren wärmeübertragenden Fläche ausgebildet.
Die Reduzierung der wärmeübertragenden Fläche in den o.g. Kühlmediumkanälen wird beispielweise durch eine bis 3-fache Verringerung der Höhe der Kühlmediumkanäle und/oder den Einsatz von Lamellen oder Leitblechen in den Kühlmediumkanälen mit einer bis ca. 5-fach größeren Lamellennocken- oder Leitblechteilung erreicht.
Dadurch verringert sich die Differenz zwischen den Wärmeübertragungen in zwei einander angrenzenden Prozesskanälen, was zur Folge hat, dass sich die maximale Differenz zwischen den zyklischen Materialtemperaturen der einander angrenzenden Prozesskanäle um das bis 2-fache verringert.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind die die Prozesskanäle, die eine höhere Wärmeübertragung ermöglichen als die angrenzenden Prozesskanäle, mit bis 5-fach höheren konstruktiven Strömungswiderständen für Prozessmedium im Vergleich zu diesen o.g. angrenzenden Prozesskanälen ausgebildet.
Dies wird beispielweise durch den Einsatz der unterschiedlichen Turbulatoren, Längsprofile oder zusätzlichen Komponente wie z.B. Zwischenprofile sowie Rohre mit einem kleineren Strömungsquerschnitt für die Strömung des Prozessmediums erreicht.
Dadurch vergrößert sich ein Verhältnis zwischen den Durchflussmengen des Prozessmediums in den angrenzenden Prozesskanälen. Folglich verringert sich die maximale Differenz zwischen den zyklischen Materialtemperaturen in den angrenzenden Prozesskanälen um das bis 3-fache, was zu einer wesentlichen Verringerung der thermischen Spannungen führt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind die Endbleche/Seitenteile mit einer bis 5-fach kleinerer Materialmasse als die Materialmasse der Randprozesskanäle ausgebildet. Dadurch verringert sich der negative Einfluss des Endblechs/Seitenteils auf die zyklische Änderung der Materialtemperatur der Randprozesskanäle, was zur Folge hat, dass sich die maximale Materialtemperaturdifferenz zwischen den Randprozesskanälen und angrenzenden Prozesskanälen im Wärmeaustauscherblock verringert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers,
2 eine Schnittansicht A-A des Wärmeaustauschers aus 1 quer zur Strömungsrichtung des Prozessmediums mit Prozesskanälen mit rechteckigem Kanalquerschnitt,
3 eine Schnittansicht A-A des Wärmeaustauschers aus 1 quer zur Strömungsrichtung des Prozessmediums mit Prozesskanälen mit ovalem Kanalquerschnitt,
4 eine Schnittansicht A-A des Wärmeaustauschers aus 1 quer zur Strömungsrichtung des Prozessmediums mit Prozesskanälen mit kreisförmigem Kanalquerschnitt,
5 eine Schnittansicht des Wärmeaustauschers aus 2 entlang einer Linie B-B, parallel zur Strömungsrichtung des Prozessmediums,
6 eine Schnittansicht des Wärmeaustauschers aus 3 entlang einer Linie C-C parallel zur Strömungsrichtung des Prozessmediums,
7 eine Schnittansicht des Wärmeaustauschers aus 4 entlang einer Linie D-D parallel zur Strömungsrichtung des Prozessmediums.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Wärmeaustauschers, der Prozesskanäle, Kühlmediumkanäle, Seitenteile und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt ein Wärmeaustauscherblock bezeichnet. Der Wärmeaustauscherblock 1 weist mehrere parallel zueinander angeordnete separate Prozesskanäle 2 auf, die der Durchströmung eines Prozessmediums in einer Richtung X von einem Eintrittskasten 3, der an einer ersten Stirnseite des Wärmeaustauscherblockes 1 angeordnet ist, zu einem Austrittskasten 4, der an einer zweiten Stirnseite des Wärmeaustauscherblockes 1 angeordnet ist, dienen. Die Prozesskanäle 2 ragen dabei mit jeweiligen offenen Enden in den Eintrittskasten 3 und den Austrittskasten 4.
Der Wärmeaustauscherblock 1 weist desweiteren mehrere Kühlmediumkanäle 5 zur Durchströmung eines Kühlmediums auf. Die Kühlmediumkanäle 5 sind zwischen inneren Prozesskanälen 2 sowie zwischen an einem Außenrand des Wärmeaustauscherblocks 1 angeordneten Randprozesskanälen 6 sowie Seitenteilen 7, bevorzugt als Endbleche ausgeführt, im Wärmeaustauscherblock 1 angeordnet.
Die Kühlmediumkanäle 5 sind im Wärmeaustauscherblock 1 so angeordnet, dass eine Durchströmung des Kühlmediums zwischen den Prozesskanälen 2 in einer Querrichtung oder einer Richtung parallel zur Richtungsströmung Y des Prozessmediums erfolgt.
Wie in 1 des Weiteren erkennbar ist, ist an einer Kopfseite des Eintrittskastens 3 ein Einlassstutzen 8 vorgesehen, durch den das Prozessmedium in den Eintrittskasten 3 zuführbar ist.
Entsprechend ist an einer Kopfseite des Austrittskastens 4 ein Auslassstutzen 9 vorgesehen, durch den das Prozessmedium aus dem Austrittskasten 4 herausführbar ist.
Der Einlassstutzen 8 und der Auslassstutzen können auch an einer der anderen Seiten des Eintrittskastens 3 bzw. Austrittskastens 4 angeordnet sein.
Der Einlassstutzen 8 und der Auslassstutzen 9 sind dabei in einer dem Querschnitt des Einlassstutzens 8 bzw. des Auslassstutzens 9 entsprechenden Aufnahmeöffnung in der Kopfseite des Eintrittskastens 3 bzw. des Austrittskastens 4 aufgenommen.
Wie in den 2 bis 4 gezeigt, können die Prozesskanäle 2 mit unterschiedlichen Querschnitten ausgebildet sein. So sind die Prozesskanäle 2 in der in 2 gezeigten Ausführungsvariante aus jeweiligen Trennblechen 10 gebildet, zwischen denen Turbulatoren 12 oder Rippen angeordnet sind. Eine seitliche Verschließung dieser Prozesskanäle 2 wird hier durch den Einsatz von Leisten oder Längsprofilen 11 erreicht.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsvariante sind die Prozesskanäle 2 als mit ovalem Kanalquerschnitt ausgebildete Rohre 13 ausgebildet. Im Rohrinneren dieser Rohre 13 sind bei der hier gezeigten Ausführungsvariante Turbulatoren 12 eingesetzt.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsvariante sind die Prozesskanäle 2 in Gestalt von Rohren mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Hier sind, wie auch in der in 3 gezeigten Ausführungsvariante, mehrere solcher Prozesskanäle 2 senkrecht zur Durchströmungsrichtung nebeneinander und übereinander angeordnet.
Wie in 4 des Weiteren zu erkennen ist, sind die sich an einem Außenrand des Wärmeaustauscherblocks 1 angeordneten Prozesskanäle mit dem Bezugszeichen 6 versehen, während die von den Randprozesskanälen 6 umschlossenen Prozesskanäle mit dem Bezugszeichen 13 versehen sind.
In den 5 bis 7 ist gezeigt, dass auch die Kühlmediumkanäle 5 bevorzugt mit Lamellen 15 oder Leitblechen 16 versehen sind.
Für sämtliche in den 2–7 gezeigten Ausführungsvarianten gilt, dass einander benachbarte Prozesskanäle 2, 6 und Kühlmediumkanäle 5 mit unterschiedlichen Materialmassen und/oder unterschiedlich großen wärmeübertragenden Flächen und/oder unterschiedlich großen konstruktiven Strömungswiderständen ausgebildet sind, so dass sich im Betrieb eine Temperaturveränderung des Prozessmediums ein gleicher oder nahezu gleicher Materialtemperaturgradient zwischen einander benachbarten Prozesskanälen 2, 6 und Seitenteilen 7 im Wärmeaustauscherblock 1 einstellt, womit erreicht wird, dass die maximale Temperaturdifferenz zwischen einzelnen benachbarten Prozesskanälen um mindestens das 2 bis 3fache gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeaustauscherblöcken verringert wird.
So ist nach einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers die Materialmasse von Prozesskanälen 2, 6 mit höherer Wärmeübertragungsrate als die an diese angrenzenden Prozesskanäle 2, 6 mit einer bis dreifach größeren Materialmasse ausgebildet als an diese angrenzende Prozesskanäle.
Alternativ oder zusätzlich ist die wärmeübertragende Fläche der Prozesskanäle 2, 6 mit höherer Wärmeübertragungsrate als die an diese angrenzenden Prozesskanäle 2, 6 um das bis 3-fache kleiner als die wärmeübertragende Fläche angrenzender Prozesskanäle 2, 6. Dies wird beispielsweise durch Vergrößerung der Nockenteilung von Turbulatoren oder den Einsatz nur weniger wärmeübertragender Rippen 14 in den Prozesskanälen 2, 6, in die der heißeste Anteil an Prozessmedium einströmt gegenüber den Prozesskanälen, durch die ein bereits zum Teil abgekühlter Anteil des Prozessmediums strömt, erreicht.
Alternativ oder zusätzlich sind jeweilige Kühlmediumkanäle 5, die an einen Prozesskanal 2, 6 mit einer höheren Wärmeübertragungsrate als die diesen benachbarten Prozesskanäle 2, 6 angrenzen, mit einer bis 3-fach kleineren wärmeübertragenden Fläche als benachbarte Kühlmediumkanäle 5 im Wärmeaustauscherblock 1 ausgebildet.
So sind insbesondere die Kühlmediumkanäle 5 zwischen Randprozesskanälen 6 und Seitenteilen 7 mit einer bis 3-fach kleineren wärmeübertragenden Fläche als andere Kühlmediumkanäle 5 im Wärmeaustauscherblock 1 ausgebildet.
Des Weiteren sind bevorzugt die Seitenteile 7 mit einer bis 5-fach kleineren Materialmasse als die Materialmasse der Randprozesskanäle 6 ausgebildet.
In jedem Fall wird durch die Ausbildung der Prozesskanäle und Kühlmediumkanäle mit unterschiedlichen Materialmassen oder unterschiedlich großen wärmeübertragenden Flächen erreicht, dass der sich bei der Durchströmung der Prozesskanäle mit dem Prozessmedium und der Durchströmung der Kühlmediumkanäle mit einem Kühlmedium der Materialtemperaturgradient zwischen einander benachbarten Prozesskanälen 2, 6 und Seitenteilen 7 im Wärmeaustauscherblock 1 konstant oder nahezu konstant, möglichst klein gehalten werden kann, wodurch thermisch bedingte Spannungen im Wärmeaustauscherblock deutlich reduziert werden und damit die Lebensdauer solcher Wärmeaustauscher erhöht wird.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeaustauscherblock
2: Prozesskanäle
3: Eintrittskasten
4: Austrittskasten
5: Kühlmediumkanäle
6: Randprozesskanäle
7: Endbleche/Seitenteile
8: Eintrittsstutzen
9: Austrittsstutzen
10: Trennbleche
11: Längsprofile
12: Turbulatoren
13: Rohre
14: Rippen
15: Lamelle
16: Leitbleche
L: Länge des Wärmeaustauscherblocks
B: Breite des Wärmeaustauscherblocks
T: Tiefe des Wärmeaustauscherblocks
X: Durchströmungsrichtung des zu kühlenden Prozessmediums
Y: Durchströmungsrichtung des Kühlmediums

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20208748 U1 [0006]
DE 202011052186 U1 [0006]
EP 0748995 B1 [0009]

Claims

Wärmeaustauscher, aufweisend – einen Wärmeaustauscherblock (1), – einen ersten Sammelkasten (3), der an einer ersten Stirnseite des Wärmeaustauscherblockes (1) angeordnet ist, – einen zweiten Sammelkasten (4), der an einer der ersten Stirnseite des Wärmeaustauscherblockes (1) gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Wärmeaustauscherblockes (1) angeordnet ist, – wobei der Wärmeaustauscherblock (1) mehrere parallel zueinander angeordnete, den ersten Sammelkasten (3) mit dem zweiten Sammelkasten (4) verbindende Prozesskanäle (2, 6) zur Durchströmung eines Prozessmediums sowie mehrere Kühlmediumkanäle (5) zur Durchströmung eines Kühlmediums aufweist, – wobei die Kühlmediumkanäle (5) zwischen den Prozesskanälen (2, 6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – einander benachbarte Prozesskanäle (2, 6) mit unterschiedlichen Materialmassen und/oder unterschiedlich großen wärmeübertragenden Flächen und/oder unterschiedlich großen konstruktiven Strömungswiderständen und/oder Kühlmediumkanäle (5) mit unterschiedlichen Materialmassen und/oder unterschiedlich großen wärmeübertragenden Flächen ausgebildet sind, so dass sich im Betrieb bei einer zyklischen Temperaturveränderung des Prozessmediums ein gleicher oder nahezu gleicher Materialtemperaturgradient zwischen einander benachbarten Prozesskanälen (2, 6) und Seitenteilen (7) im Wärmeaustauscherblock (1) einstellt.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskanäle (2, 6) mit höherer Wärmeübertragungsrate als die an diese angrenzenden Prozesskanäle (2, 6) mit einer bis dreifach größeren Materialmasse und/oder mit einer bis 3-fach kleineren wärmeübertragenden Fläche und/oder mit einem bis 5-fach größeren konstruktiven Strömungswiderstand als die angrenzenden Prozesskanäle (2, 6) ausgebildet sind.
Wärmeaustauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmediumkanäle (5), die an einen Prozesskanal (2, 6) mit einer höheren Wärmeübertragungsrate als die diesen benachbarten Prozesskanäle (2, 6) angrenzen, mit einer bis 3-fach kleineren wärmeübertragenden Fläche als andere Kühlmediumkanäle (5) im Wärmeaustauscherblock ausgebildet sind.
Wärmeaustauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmediumkanäle (5) zwischen Randprozesskanälen (6) und Seitenteilen (7) mit einer bis 3-fach kleineren wärmeübertragenden Fläche als andere Kühlmediumkanäle (5) im Wärmeaustauscherblock ausgebildet sind.
Wärmeaustauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (7) mit einer bis 5-fach kleinerer Materialmasse als die Materialmasse der Randprozesskanäle (6) ausgebildet sind.