(57)【要約】      （修正有）【課題】輻射加熱と輻射冷却の用途のための熱交換器が、ライナーに取り付けられたグラファイト・ヒート・スプレッダを提供する。【解決手段】このライナーは、熱素子を収容するような形状の溝又は凹部を備えている。ヒート・スプレッダは、溝内に延在し、溝の形状に沿っている。１つの実施例において、スナップ・タブがライナーに一体成形され、熱素子を溝内に保持するために溝に向かって突出している。また、熱素子と係合するために、スナップ・タブがヒート・スプレッダの隙間空間を通って延在している。熱交換器とヒート・スプレダとライナーの形成方法も提供される。【選択図】図１Ａ
0003183582.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
約０．６ｇ／ｃｃ以上の密度と約１０ｍｍ未満の厚さを有する膨張黒鉛の圧縮粒子の少なくとも１枚からなり、スプレッダ凹部を形成するヒート・スプレッダと、
前記ヒート・スプレッダに取り付けられたライナーと、
前記ライナーから前記ヒート・スプレッダに向かって突出する延長タブと、
を備えた、熱素子と壁アセンブリの間で熱移動をさせるための熱交換器であって、
前記延長タブが、前記熱素子を前記スプレッダ凹部に保持するように位置決めされていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記ヒート・スプレッダ内にタブ隙間空間が形成され、
前記延長タブが前記タブ隙間空間を通り前記スプレッダ凹部内に突出していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記熱交換器が、前記スプレッダ凹部に沿って前記ヒート・スプレッダ内に形成されたＵ字状の切り込みを更に備え、
前記ヒート・スプレッダ内の前記Ｕ字状の切り込みに、フラップが形成され、
前記熱素子が前記スプレッダ凹部に位置決めされた時に、前記ライナーと前記熱素子の間の延長タブに前記フラップが重なり、
前記フラップが、熱素子と熱接触することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記熱交換器が、
前記ライナーから前記スプレッダ凹部に沿って突出する、それぞれライナーと一体形成された複数の延長タブと、
前記ヒート・スプレッダ内に複数形成されたタブ隙間空間と、を更に備え、
前記熱素子を前記スプレッダ凹部にしっかり固定するために、複数の前記延長タブの１つずつが、複数の前記タブ隙間空間の１つを通って突出するように、各タブ隙間空間が複数の前記延長タブと位置合わせされていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記熱交換器が、
外径寸法がＤの、前記スプレッダ凹部に設けられた熱素子と、
前記ヒート・スプレッダ内に形成された高さＨのスプレッダ凹部と、を更に備え、
ＨでＤを割った比である凹部干渉比が、約１．０より大きいことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】
約０．６ｇ／ｃｃ以上の密度と約１４０Ｗ／ｍ＊Ｋ以上の平面方向の熱伝導度を有する膨張黒鉛の圧縮粒子の少なくとも１枚からなり、第一面と第二面を有するヒート・スプレッダと、
前記ヒート・スプレッダの前記第一面に取り付けられたライナーと、
前記ヒート・スプレッダの前記第二面に取り付けられたシート層と、
を備えた、熱素子と壁アセンブリの間で熱移動をさせるための熱交換器であって、
前記シート層が、約１０ミクロンと約５０ミクロンの間の厚さを有していることを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
前記ヒート・スプレッダが、第一外周端を有し、
前記ライナーが、前記第一外周端より距離Ａだけ大きな第二外周端を有し、
前記シート層が、前記第一外周端より距離Ｂだけ大きな第三外周端を有し、
距離Ｂが距離Ａより小さいことを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
約１．０Ｗ／ｍ＊Ｋ未満の熱伝導度を有し、熱素子を収容するためのパネル溝を備えたパネルと、
パネル上に設けられ、約１４０Ｗ／ｍ＊Ｋより大きい平面方向の熱伝導度を有する膨張黒鉛の圧縮粒子の少なくとも１枚からなり、前記パネル溝と結合するためのスプレッダ溝が形成されたヒート・スプレッダと、
前記パネルと前記ヒート・スプレッダの間に位置決めされ、前記スプレッダ溝に向かって突出した延長タブを有する熱可塑性のライナーと、
を備えた前記熱素子からの熱エネルギーを周囲に分配するための熱交換器。
【請求項９】
前記ヒート・スプレッダに形成されたタブ隙間空間をさらに備え、
前記延長タブが前記タブ隙間空間を通って突出していることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
内に第一表面溝を形成した第一ベースと、
前記第一ベースに枢動可能に取り付けられた第二ベースと、
前記第一ベース上に設けられた第一ライナーと、
前記第二ベース上に設けられた第二ライナーと、
少なくとも１枚の可撓性グラファイトを備え、前記第一ベースと前記第二ベースに設けられ、前記第一ベースと前記第二ベースの間に可撓性ブリッジを形成するヒート・スプレッダと、
を備えた熱素子からの熱を周囲に伝達する折りたたみ可能な熱交換器パネル。
【請求項１１】
少なくとも１つのスナップ・タブと位置合わせされた第一タブ隙間空間が前記ヒート・スプレッダに形成され、
前記少なくとも１つのスナップ・タブが、前記タブ隙間空間を通って前記スプレッダ凹部まで延在していることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器パネル。
【請求項１２】
平面方向熱伝導度が約２５０Ｗ／ｍ＊Ｋより大きくで、厚さが約２ミリメートル未満の少なくとも一枚の可撓性グラファイト・シートと、
Ｕ字状の溝を有する熱可塑性ライナーと、
前記熱可塑性ライナーと一体成形され、前記Ｕ字状の溝に突出した少なくとも１つのスナップ・タブと、
を備えた熱素子からの熱を周囲に伝達させるための熱交換器装置であって、
前記可撓性グラファイト・シートが、前記熱素子と前記熱可塑性ライナーの間の前記Ｕ字状溝に延在していることを特徴とする熱交換器装置。
【請求項１３】
ベース・パネルと、
約０．６ｇ／ｃｃより大きい密度と約１０ｍｍ未満の厚さを有する膨張黒鉛の圧縮粒子の少なくとも１枚からなり、前記ベース・パネル上に設けられたベース・パネル・ヒート・スプレッダと、
チャネル・パネル間隙を形成し、前記ヒート・スプレッダ上に設けられたチャネル・パネルと、
を備えた熱交換器パネル装置。
【請求項１４】
熱素子及び前記ベース・パネル・ヒート・スプレッダと熱接触しながら係合する、前記チャネル・パネルと前記ベース・パネル・ヒート・スプレッダの間に設けられたチャネル・パネル・ヒート・スプレッダを更に備えたことを特徴とする請求項１３に記載の熱交換器パネル装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギーを分配するための改良された熱交換器に関する。より具体的には、本発明は、熱素子と床又は壁との間の熱を分配又は吸収するために用いられる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
輻射熱と輻射冷却用途の熱交換器システムは従来知られている。輻射加熱システムは、例えば強制熱風や単体の暖房機といった従来の加熱システムを代替するものであって、電気的（例えば抵抗素子を用いたもの）又は流体的（例えば加熱又は冷却された流体、特に水を用いたもの）である。一般的な電気的輻射過熱システムは、適切な配線と付随する回路を備えた抵抗素子からなる。一般的な流体的輻射加熱システムは、水を加熱するためのボイラーと、ポンプと、供給パイプと、加熱すべき部屋の床に組み込まれた可撓性加熱パイプと、戻りパイプと、ボイラーを調節するためのサーモスタットからなる。流体的システムは、例えば土間や薄板や床下ステープルなどの用途向けに設計されたものがあり、輻射パネル協会のウェブサイト（www. radiantpanelassociation.org）に見ることができる。加熱された水は、ボイラーから吸い上げられ、供給パイプと加熱パイプと戻りパイプを通ってボイラーに戻される。これらのシステムには、他の加熱システムと較べて幾つかの有利な点があり、部屋を均一に加熱することができる。輻射流体加熱システムの熱源は、強制熱風や単体の暖房機や床板ヒーターのように局在していないので、加熱される水の温度は、所望の室温より僅かに高く設定すればよい。例えば、もし所望の室温が華氏７０度の場合、約２倍の温度が必要な他の従来の加熱システムとは異なり、外気温に依存するものの、水は華氏約９０度に加熱するだけである。
【０００３】
従来の輻射加熱システムは、目に見える暖房機や加熱グリルを用いることなく、加熱素子を床や壁内に配置して熱を分配するようにしている。一般的に、それらは例えば配管、特にPEX配管と称する例えば架橋ポリエチレンからなる強固な可撓性プラスチック配管を、例えばフローリング中間基板内に配することで、加熱素子を組み込んでいる。例えば、従来の輻射床加熱システムでは、配管は仕上がったフローリングの下の単一の連続的な水平のコンクリート平板内に埋め込むことができるが、ポリスチレン・フォームのようなより軽い材料を用いることもできる。暖められた水は配管を通って循環し、配管を通って循環する水の熱は、熱伝導によってコンクリート平板に移動する。コンクリートは、熱を貯え、輻射するので、部屋の中の人や物も空気と共に暖められ、空気のみを暖める場合よりコスト効率が良く、熱損失も少ない。また、このようなシステムは冷却した水をシステム内に流すことによって、冷却に用いることができる。このような冷却システムは、例えば壁や天井に埋め込まれる。
【０００４】
幾つかの従来の輻射加熱システムは、サブフロアを設け、サブフロアに配管を走らせ、次に単一の連続的なコンクリート又は石膏、例えばMaxxon社のTHERMA-FLOOR（登録商標）のような材料を配管周りに流しいれることによって形成する。例えばポリエチレン又はポリブチレンといった、温度の揺らぎによって膨張や収縮をしないという利点を有する合成材料が、一般的に配管に用いられる。コンクリートや石膏が固まると、システムに対して熱質量として作用する。コンクリートや石膏の床材は、液体状で全表面領域にわたって注ぎ込まれ、硬化して配管を包み込む。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
次に必要なものは、熱伝達性能を改善し、熱素子の間に所望の温度勾配を提供する、部屋又は周囲の輻射温度制御のための改良した熱交換器装置である。また、改善した熱的性能を実現する熱交換器装置の製造方法も、必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、熱素子と構造用アセンブリの間で熱を伝達するための熱交換器を提供する。構造用アセンブリには、床、壁、天井又は他の周囲、特にビル内の部屋との境界面が含まれる。熱交換器には、約０．６ｇ／ｃｃ以上の密度と約１０ｍｍ未満の厚さを有する膨張黒鉛の圧縮粒子の少なくとも１枚からなるヒート・スプレッダが含まれる。特定の実施例において、ヒート・スプレッダにはスプレッダ凹部が形成される。ライナーがヒート・スプレッダに取り付けられ、延長タブがライナーからヒート・スプレッダに向かって突出する。延長タブは、熱素子をスプレッダ凹部に保持するような形状をしている。
【０００７】
本発明の別の実施例は、熱素子と構造用アセンブリの間で熱を伝達するための熱交換器を提供する。熱交換器には、約０．６ｇ／ｃｃ以上の密度と約１４０Ｗ／ｍ＊Ｋより大きい平面方向の熱伝導度を有する膨張黒鉛の圧縮粒子の少なくとも１枚からなるヒート・スプレッダが含まれる。ヒート・スプレッダは第一面と第二面を備えている。ライナーが第一面に取り付けられ、シート層が第二面に取り付けられている。シート層が、約１０ミクロンと約５０ミクロンの間の厚さを有している。１つの実施例において、シート層はポリエチレンでできている。
【０００８】
本発明のまた別の実施例は、熱素子からの熱エネルギーを周囲に分配するための熱交換器を提供する。熱交換器には、約１．０Ｗ／ｍ＊Ｋ未満の熱伝導度を有するパネルが含まれる。パネルは、熱素子を収容するためのパネル溝を備えている。ヒート・スプレッダがパネル上に設けられている。ヒート・スプレッダは、約１４０Ｗ／ｍ＊Ｋより大きい平面方向の熱伝導度を有する膨張黒鉛の圧縮粒子の少なくとも１枚からなる。ヒート・スプレッダには、パネル溝と結合するためのスプレッダ溝が形成されている。熱可塑性のライナーが、パネルとヒート・スプレッダの間に位置決めされている。ライナーは、スプレッダ溝に向かって突出した延長タブを有する。
【０００９】
本発明のまた別の実施例は、熱素子からの熱を周囲に伝達する折りたたみ可能な熱交換器パネル装置を提供する。熱交換器パネルは、内に第一表面溝を形成した第一ベースを備えている。第二ベースが、第一ベースに枢動可能に取り付けられている。第一ライナーが第一ベース上に設けられ、ヒート・スプレッダが第一ベースと第二ベースに設けられている。ヒート・スプレッダは、少なくとも１枚の膨張黒鉛の圧縮粒子を備えている。
【００１０】
本発明のまた別の実施例は、平面方向熱伝導度が約２５０Ｗ／ｍ＊Ｋで、厚さが約２ミリメートル未満の少なくとも一枚の可撓性グラファイト・シートを備えた熱交換器を提供する。熱可塑性ライナーが、その内にＵ字状の溝を有している。可撓性グラファイト・シートが、熱素子と熱可塑性ライナーの間のＵ字状溝に延在している。少なくとも１つのスナップ・タブが、熱可塑性ライナーと一体成形され、Ｕ字状の溝に突出している。
【００１１】
本発明のまた別の実施例は、熱交換器装置のための熱可塑性ライナーを形成する方法を提供する。この方法は、（ａ）第一厚さと第二厚さを有し、第二厚さが第一厚さより厚い滅可塑性ライナー・ブランクを設け、（ｂ）内にライナー凹部チャンネルが形成された金型に熱可塑性ライナー・ブランクを位置決めし、第二厚さを有する領域がライナー凹部チャネルにくるように位置合わせし、（ｃ）熱可塑性ライナー・ブランクをライナー凹部チャネルに押し付けて、熱可塑性ライナー・ブランクを熱可塑性ライナーに変形させ、熱可塑性ライナーがライナー凹部チャンネルと略同一形状の溝を有するようにする工程からなる。
【００１２】
本発明のまた別の実施例は、グラファイト・ヒート・スプレッダを形成する方法を提供する。（ａ）膨張黒鉛の圧縮粒子シートをスプレッダ溝型を有する雄型真空金型と対応する中央金型と内部筒状金型と外部筒状金型からなる雌型複式金型の間に位置付け、（ｂ）中央金型を雄型真空金型に向かって押圧し、（ｃ）スプレッダ溝型と部分的に位置合わせした第一内部筒状金型を雄型真空金型に向かって押圧し、（ｄ）スプレッダ溝型と部分的に位置合わせした外部筒状金型を雄型真空金型に向かって押圧する工程からなる。
【００１３】
本発明のまた別の実施例は、（ａ）雌型熱成形金型に入った熱可塑性材料からなるライナー・ブランクを熱成形し、金型には少なくとも１つのライナー凹部チャネルが形成されており、雌型熱成形金型に保持された熱成形されたライナーを得て、（ｂ）可撓性膨張黒鉛の圧縮粒子の１枚からなるスプレッダ・ブランクを予備成形し、雄型真空金型に保持された予備成形されたヒート・スプレッダを形成し、（ｃ）予備成形されたヒート・スプレッダを入れた雄型真空金型を熱成形されたライナーを入れた雌型熱成形金型へ押圧して、予備成形されたヒート・スプレッダが熱可塑性ライナーと係合して結合するステップからなる熱交換器を形成する方法を提供する。
【００１４】
本発明のまた別の実施例は、ベース・パネルと、ベース・パネル上に設けられたベース・パネル・ヒート・スプレッダと、からなる熱交換器パネル装置を提供し、このヒート・スプレッダは、約０．６ｇ／ｃｃ以上の密度と約１０ｍｍ未満の厚さを有する膨張黒鉛の圧縮粒子の少なくとも１枚からなることを特徴としている。チャネル・パネルが、チャネル・パネル間隙を形成し、前記ヒート・スプレッダ上に設けられている。
【００１５】
本発明の多数の他の特徴や利点は、添付の図面と併せて以下の開示内容を読めば、当業者には容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】熱交換器装置の一実施例を示す部分展開斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した熱交換器装置の一実施例を示す部分展開詳細斜視図である。
【図１Ｃ】熱交換器装置の一実施例を示す部分詳細斜視図である。
【図２】熱素子を含んだ熱交換器装置の一実施例を示す部分詳細斜視図である。
【図３Ａ】熱交換器装置の一実施例を示す斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した熱交換器装置の一実施例を示す部分詳細平面図である。
【図４】下張り床の下の用途における熱交換器装置の一実施例を示す部分断面図である。
【図５Ａ】熱交換器装置の一実施例を示す部分展開断面図である。
【図５Ｂ】熱交換器装置の一実施例を示す部分断面図である。
【図６】熱交換器装置の一実施例を示す部分断面図である。
【図７】熱交換器装置の一実施例を示す部分詳細断面図である。
【図８】熱交換器装置の一実施例を示す部分展開斜視図である。
【図９】図８の線Ｂ−Ｂの部分断面図である。
【図１０】熱交換器装置の一実施例を示す部分展開斜視図である。
【図１１】熱交換器装置の一実施例を備えた床アセンブリの一実施例を示す部分斜視図である。
【図１２】熱交換器装置の一実施例を示す展開部分斜視図である。
【図１３】熱交換器装置の一実施例を示す部分詳細断面図である。
【図１４】熱交換器装置の一実施例を示す平面図である。
【図１５】熱交換器装置の一実施例を示す部分断面図である。
【図１６】熱交換器装置の一実施例を示す部分詳細断面図である。
【図１７Ａ】熱交換器装置の一実施例を示す平面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａに示した熱交換器装置の一実施例のコーナー部分を示す詳細平面図である。
【図１８Ａ】熱交換器装置の一実施例を示す部分展開詳細断面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａに示した熱交換器装置の一実施例を示す部分詳細断面図である。
【図１９Ａ】熱素子を含んだ熱交換器装置の一実施例を示す詳細部分断面図である。
【図１９Ｂ】熱素子を含んだ熱交換器装置の一実施例を示す詳細部分断面図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｂに示した熱交換器装置の一実施例を示す詳細部分断面図である。
【図２０Ａ】熱交換器装置のスプレッダ凹部の一実施例を示す詳細部分斜視図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａに示した熱交換器装置を示す詳細部分断面図である。
【図２０Ｃ】熱交換器装置の一実施例を示す詳細部分斜視図である。
【図２０Ｄ】図２０Ｃに示した熱交換器装置を示す詳細部分断面図である。
【図２０Ｅ】熱素子を含んだ熱交換器装置の一実施例を示す詳細部分斜視図である。
【図２０Ｆ】図２０Ｅに示した熱交換器装置を示す詳細部分断面図である。
【図２１Ａ】熱交換器装置の一実施例を示す詳細部分斜視図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａに示した熱交換器装置を示す詳細部分断面図である。
【図２１Ｃ】熱交換器装置の一実施例を示す詳細部分斜視図である。
【図２１Ｄ】図２１Ｃに示した熱交換器装置を示す詳細部分断面図である。
【図２１Ｅ】熱素子を含んだ熱交換器装置の一実施例を示す詳細部分斜視図である。
【図２１Ｆ】図２１Ｅに示した熱交換器装置を示す詳細部分断面図である。
【図２２Ａ】熱交換器装置の一実施例を示す斜視図である。
【図２２Ｂ】図２２Ａに示した熱交換器装置を示す詳細部分断面図である。
【図２２Ｃ】熱交換器装置の一実施例を示す詳細部分断面図である。
【図２２Ｄ】熱交換器装置の一実施例を示す詳細部分断面図である。
【図２２Ｅ】熱交換器装置の一実施例を示す詳細部分断面図である。
【図２２Ｆ】熱交換器装置の一実施例を示す斜視図である。
【図２３】ヒート・スプレッダを予備成形する方法の例示的工程の一実施例の展開部分斜視図である。
【図２４】ヒート・スプレッダを予備成形するための複式雌型金型の一実施例を示す展開部分斜視図である。
【図２５】ヒート・スプレッダを予備成形する方法の例示的工程の一実施例の部分斜視図である。
【図２６】雄型真空金型上の予備成形されたヒート・スプレッダの一実施例の部分斜視図である。
【図２７】ライナーを熱成形するための雌型熱成形金型の一実施例の展開部分斜視図である。
【図２８Ａ】ライナーを熱成形するための雌型熱成形金型の一実施例の詳細部分斜視図である。
【図２８Ｂ】可動性タブ型を備えた雌型熱成形金型の一実施例の詳細部分斜視図である。
【図２９】熱成形されたライナーの一実施例を示す部分斜視図である。
【図３０】ライナーを熱成形するための雌型熱成形金型の一実施例の展開部分斜視図である。
【図３１】ヒート・スプレッダと熱可塑性ライナーの間の熱結合方法を実行するための金型の配置を示す図である。
【図３２】熱交換器パネル装置の一実施例を示す部分断面図である。
【図３３】熱交換器パネル装置の一実施例を示す部分断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１７】
以下の開示は、全体的に膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートを含んだヒート・スプレッダを有する熱交換器を記載している。
【００１８】
例えばグラファイト・シートやフォイルのような圧縮膨張黒鉛材料は、コヒーレントであり、良好な取り扱い強度を有し、圧搾ロールなどによって適切に圧縮されて、厚さが約０．０５ｍｍから３．７５ｍｍで、平均的な密度が約０．４から２．２ｇ／ｃｃ以上である。実際上、「シート」であることを考慮すると、膨張黒鉛の圧縮粒子は、約０．６ｇ／ｃｃ以上の密度と、本発明に要求される可撓性が必要で、約１．１ｇ／ｃｃ以上、より好ましくは約１．５ｇ／ｃｃ以上の密度を有するべきである。実際的な見地から、グラファイト・シートは約２．１ｇ／ｃｃ未満の密度を有する。ここで「シート」という用語を用いているが、個別のシート以外に、連続的なロール状の材料も意味している。
【００１９】
本発明のヒート・スプレッダを構成するグラファイト・シートは、効率的な使用のためには、約１４０Ｗ／ｍ＊Ｋ以上のシートの平面と平行な方向の熱伝導率（「平面方向熱伝導度」と称す）が必要である。より有利には、グラファイト・シートの平面方向の熱伝導度は、約２２０Ｗ／ｍ＊Ｋ以上であり、もっとも有利には、約３００Ｗ／ｍ＊Ｋ以上である。もちろん、平面方向熱伝導度が高いほど、本発明のヒート・スプレッダの熱拡散特性はより効率が高くなる。実際的な見地から、８００Ｗ／ｍ＊Ｋ以下の平面方向熱伝導度を有する膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートが、必要なもののすべてである。「シートの平面と平行な方向の熱伝導率」や「平面方向熱伝導度」という表現をする理由は、膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートが２つの主表面を有するからであり、「シートの平面と平行な方向の熱伝導率」や「平面方向熱伝導度」は、膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートの主表面に沿った熱伝導度である。面貫通方向熱伝導度、即ち、シートの厚さ方向の熱伝導度は、約１２Ｗ／ｍ＊Ｋ未満であり、より好ましくは約９Ｗ／ｍ＊Ｋ未満であり、０．１Ｗ／ｍ＊Ｋ未満である必要は無い。
【００２０】
次に図１Ａを参照して、熱素子と構造体アセンブリの間で熱を伝達するための熱交換器１０は、ヒート・スプレッダ１８とライナー２２を備えている。ヒート・スプレッダ１８は全体的にライナー２２の表面上に設けられている。幾つかの実施例において、構造体アセンブリは屋内と屋外の境界面を含み、例えば床、壁、天井、車道、歩道などである。幾つかの実施例において、熱交換器１０は構造体アセンブリと接触するように位置し、即ち建物の部屋の下張り床の下や、下張り床の上、壁の後ろ、又は天井の上などであり、熱素子と構造体アセンブリの間の熱伝達、特に熱流束の流れを向上させるようになっている。他の実施例において、熱交換器１０はアウトドア用途に用いられ、例えば熱素子と地表面の間の熱流束の流れを向上させる。熱交換器１０は、垂直方向にも、水平方向にも、角度をつけた向きにでも用いることができる。熱交換器１０は様々な寸法にすることができ、用途に応じて必要な寸法にすることができる。
【００２１】
ここで開示したグラファイト・シートと対照的に、全体的にアルミニウムからなる従来のヒート・スプレッダは、異方性の熱伝導度を示さず、一般的に面に平行な方向と面に垂直な方向の熱伝導度は、約１６０〜２２０Ｗ／ｍ＊Ｋの範囲にある。また、従来のアルミニウム・ヒート・スプレッダは、一般的に密度が約２．７ｇ／ｃｃである。
【００２２】
ヒート・スプレッダ１８の幾つかの実施例で用いられるグラファイト・シートの追加の特徴として、シートの厚さは、約０．０２０ｍｍと約１０．０ｍｍの間である。幾つかの実施例において、ヒート・スプレッダ１８のグラファイト・シートの厚さは、約１．５ｍｍ未満である。ヒート・スプレッダ１８の可撓性グラファイト・シートは、ロールでも提供され、所望の長さをフラットにして、所望の寸法で切断することができる。さらに、幾つかの実施例において、ヒート・スプレッダ１８のグラファイト・シートは、無毒性で、ＲｏＨＳ（特定有害物質使用制限指令）に準拠しており、Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ  ＵＬ−９４−ＶＯ燃焼性規格に従っており、グラファイト・シートを多くの居住用や商業用建物用途に適したものにしている。
【００２３】
再び図１Ａを参照して、ヒート・スプレッダ１８はライナー２２に取り付けられる。ヒート・スプレッダ１８をライナー２２に接着剤を用いて貼り付けることも、熱接合工程を用いて直接ライナー２２に結合することもできる。幾つかの実施例において、ライナー２２は熱可塑性又は熱硬化性材料を含み、例えば、ポリエステル、ポリスチレン、ポリエチレン、又はこれらの混合物を含んでいる。一般的に、ライナー・ブランクに金型内で熱と圧力を加えることによる熱成形工程を用いて、ライナー２２の形状が与えられる。別の実施例において、ライナー２２は所望の形状に押出し成形される。ライナー２２にはライナー凹部２４が形成される。幾つかの実施例において、例えば図１０の例に見られるように、ライナー２２は複数のライナー凹部２４を有している。図１Aに示されたライナー凹部２４は、直線状に配向し、曲線状の断面形状を有しているが、ライナー凹部２４は様々な長手方向の形状をとることができ、非線形又は曲線状の長手方向の形状や、例えばU字状の配向を有することができ、図示しない他の様々な断面形状をとることができる。
【００２４】
ライナー凹部２４は、全体的に熱素子を収容するための形状をしている。熱素子には、電気抵抗加熱素子を含めることができる。他の実施例において、特に流体輻射加熱と流体輻射冷却の用途で、熱素子として、加熱又は冷却された液体又はガス溶媒を流してヒート・スプレッダ１８へ熱を伝達したり吸収したりするチューブを含めることができる。
【００２５】
また図１Ａを参照して、ヒート・スプレッダ１８には少なくとも１つのスプレッダ溝又はスプレッダ凹部２６を含めることができる。幾つかの実施例において、ヒート・スプレッダ１８は複数のスプレッダ凹部２６を備えている。スプレッダ凹部２６の形状は、全体的にライナー凹部２４に合致するようになっている。幾つかの実施例において、ヒート・スプレッダ１８は可撓性があり、ライナー凹部２４の形状に合致するように圧入される。幾つかの実施例において、スプレッダ凹部２６には突起領域が形成され、ライナー凹部２４に突出し、実質的にライナー凹部２４でのライナー２２表面と係合する。他の実施例において、ライナー凹部２４まで延在したヒート・スプレッダ１８の突起領域が、ライナー凹部２４の表面と部分的にのみ係合する。
【００２６】
次に図１Ａと図１Ｂを参照して、ライナー２２にはライナー２２から全体的にヒート・スプレッダ１８に向かって突出したスナップ・タブ又は延長タブ３０を含めることができる。より具体的には、図１Ｂに示された一つの実施例に見られるように、延長タブ３０はライナー凹部２４に突出している。幾つかの実施例において、ヒート・スプレッダ１８には全体的に延長タブ３０と位置合わせされたタブ隙間空間３２が形成されている。タブ隙間空間３２には、据え付け時や梱包時、船積み時及び／又は使用時のストレス集中を緩和するための曲率半径をそれぞれ有する内部コーナー３４を含めることができる。丸められた内部コーナー３４は、スプレッダ凹部２６に沿って設けられた隣接したタブ隙間空間３２の間に亀裂が成長するのも防ぐことができる。幾つかの実施例において、内部コーナー３４は約１ｍｍと約５ｍｍの間の曲率半径を有している。幾つかの実施例において、図１Ｃに見られるように、ヒート・スプレッダ１８がライナー２２上に位置した際に、延長タブ３０がタブ隙間空間３２を通って少なくとも部分的にスプレッダ凹部２６に突出する。１つの実施例において、延長タブ３０はライナー２２から外側に最大距離が約１〜約２０ｍｍの範囲で突出する。また別の実施例において、延長タブ３０はライナー２２から外側に約１〜約５ｍｍの範囲で突出する。延長タブ３０は、ライナー２２上の他の様々な形状や位置をとることができる。延長タブ３０は、ライナー凹部２４の全長に渡って延在するわけではなく、延長タブ３０はタブ幅を有している。幾つかの実施例において、タブ幅は約５〜５０ｍｍの間の範囲である。別の実施例において、タブ幅は約１０〜約２５ｍｍの間の範囲である。
【００２７】
次に図２を参照して、熱素子１４が熱交換器１０に設けられている。1つの実施例において、熱素子１４はプラスチック又はポリマーのチューブである。特に流体輻射用途において、熱素子１４には、架橋ポリエチレン又はＰＥＸ配管を含めることができる。延長タブ３０が熱素子１４と係合することによって、熱素子１４はスプレッダ凹部２６内に保持される。幾つかの実施例において、延長タブ３０は圧縮力を熱素子１４に加え、熱素子１４をスプレッダ凹部２６に押圧し、熱素子１４がヒート・スプレッダ１８に対して押されることによって、ヒート・スプレッダ１８と熱素子１４の間の接触面積を増大させる。特にスプレッダ凹部２６に沿った熱素子１４とヒート・スプレッダ１８の間の接触面積を増大させることで、熱素子１４とヒート・スプレッダ１８の間の熱流束の流れが改善される。幾つかの実施例において、延長タブ３０によって加えられる熱素子１４に対する圧縮力は、ライナー２２とヒート・スプレッダ１８の間の他の結合手段や取り付け手段無しに、ヒート・スプレッダ１８をライナー２２に固定するのに十分である。
【００２８】
次に図３Ａを参照して、熱交換器１０の1つの実施例では、ライナー２２の上に位置したヒート・スプレッダ１８と、全体的にヒート・スプレッダ１８に向かってライナー２２から突出した複数の延長タブ又はスナップ・タブ３０を備えている。ヒート・スプレッダ１８は、全体的に複数の延長タブ３０と位置合わせされた複数のタブ隙間空間３２を備えている。各延長タブ３０は、ライナー２２上に熱成形又は一体成形することができる。各延長タブ３０は、熱素子１４(図示せず)をスプレッダ凹部２６に保持するために、スプレッダ凹部２６内にまで延在している。1つの実施例において、図３Ｂに示すように、隣接するタブ隙間空間３２は、空間分離距離３８だけ分離されている。各タブ隙間空間３２は、空間幅４０を備えている。幾つかの実施例において、図３Aと３Bに示すように、空間分離距離３８は空間幅４０より小さい。他の実施例（図示せず）において、空間分離距離３８は空間幅４０と等しいか、より大きい。幾つかの実施例において、スプレッダ凹部２６に沿って等間隔で間を空けて配置されたタブ隙間空間３２を有する熱交換器１０を備えることが望ましく、そこでの各空間分離距離３８は空間幅４０と等しいかより大きい。このような構成は、ヒート・スプレッダ１８の隣接するタブ隙間空間３２間に亀裂が発生し広がるのを防ぐことができる。例えば、ヒート・スプレッダ１８は、ライナー２２に取り付けられる前に、スプレッダ凹部２６を有するように熱成形することができる。幾つかの実施例において、タブ隙間空間３２は、スプレッダ凹部２６を熱成形する前に、ヒート・スプレッダ１８に形成される。等間隔に間を空けたタブ隙間空間３２は、ヒート・スプレッダ１８を熱成形する間、亀裂の発生を防ぐことができる。等間隔に間を空けたタブ隙間空間３２は、熱素子１４からヒート・スプレッダ１８への熱伝達を向上させることもでき、局所的なホット・スポットやコールド・スポットを防いで、より均一な床温度勾配を提供する。さらに、等間隔に間を空けたタブ隙間空間３２は、熱素子１４を手でスプレッダ凹部２６に押し込むことによって、非常に容易な取り付けを提供する。即ち、等間隔に間を空けることで、隣接するタブ間に設けられた熱素子１４に加わる横方向曲げモーメントを減らすことができる。
【００２９】
図３Aに示すように、幾つかの実施例において、ヒート・スプレッダ１８と一緒になったライナー２２は、輻射流体温度制御用に下張り床の上又は下に用いられるパネル・モジュールを形成する。一般的に、ライナー２２が所望の熱流束の方向と対向したヒート・スプレッダ１８の側に来るように、熱交換器１０は取り付けられる。例えば、図４に示すように、ヒート・スプレッダ１８が下張り床とライナー２２の間に来るように、熱交換器１０を下張り床の下の床受け梁１１６の間に設けることもできる。この実施例において、所望の熱流束の方向は、ヒート・スプレッダ１８から下張り床１１８に向かっている。同様な構成において、所望の熱流束の方向が壁又は天井に囲まれた部屋又は周囲に向かうように、熱交換器１０を壁の梁の間、又は天井の垂木の間に設けることができる。図４に示した構成において、熱交換器１０は、ステープル針、爪、ねじ、又は接着剤で直接下張り床１１８に接着するなどの様々な固定手段によって、下張り床に固定され、又は同様にして床板や天井に固定される。幾つかの実施例において、ライナー２２は可撓性の熱可塑性材料を含んでおり、その可撓性が、床受け梁や支持梁や垂木の間に取り付けることを十分に容易にしている。
【００３０】
図５Ａに示すように、複数の熱素子１４を収容するために、又は１つの連続した熱素子１４の複数の経路を収容するために、熱交換器１０は、複数のライナー凹部２４を有するライナー２２と、複数のスプレッダ凹部２６を有するヒート・スプレッダ１８を備えることができる。複数の熱素子１４又は複数の経路を有する１つの熱素子１４を有する熱交換器１０の幾つかの実施例において、隣接する熱素子１４の間で十分な熱伝達を可能にする程度に十分に間隔を空けたスプレッダ凹部２６を設けることが望ましい。グラファイトをヒート・スプレッダ材料に用いることの利点の一つは、ヒート・スプレッダ１８の平面方向熱伝導度が向上することである。一般的に、従来のヒート・スプレッダよりヒート・スプレッダ１８の平面方向熱伝導度を向上させることで、熱素子１４間の間隔を大きくすることができて、材料コスト、作業コストを低減することができる。壁アセンブリから得られる温度分布による望ましくない位置変化を防ぐために、スプレッダ凹部２６間の溝間間隔と熱素子１４とは、幾つかの要素、即ちヒート・スプレッダ厚さ、ヒート・スプレッダの熱伝導度、対流溶媒流量、温度、そして熱素子の内径などに基づいて選択することができる。１つの実施例において、スプレッダ凹部２６間の溝間間隔は、約５インチから２０インチの間であって、約０．６ｇ／ｃｃ以上の密度と約１０ｍｍ未満の厚さを有するヒート・スプレッダ１８に、広い範囲の動作条件にわたって所望の温度場を提供する。
【００３１】
次に図６を参照して、熱交換器１０は、全体的にスプレッダ幅１４０を有するヒート・スプレッダ１８と、全体的にライナー幅１４６を有するライナー２２を備えている。図６に示すように、幾つかの実施例において、ライナー幅１４６はスプレッダ幅１４０より小さい。図６に示した実施例において、熱交換器１０は、ヒート・スプレッダ１８が下張り床１１８とライナー２２の間に位置した、下張り床の下に取り付けられ、所望の熱流束の方向は、下張り床１１８に向かっている。類似の構成を、壁の後ろや天井の上、又は他の種類の境界界面に沿って取り付けることができ、熱流束の所望の方向が加熱又は冷却したい空間に向くように間隔を空けるように用いられ、図６に示した下張り床１１８は、壁、天井、又は他の境界表面を代表するものである。図６に示した実施例において、ヒート・スプレッダ１８は隣接した床受け梁１１６の間の距離に略等しいスプレッダ幅１４０を備えている。当然のことながら、スプレッダ幅１４０は、床受け梁１１６の間の距離より小さく、かつライナー幅１４６より大きく設定できる。幾つかの用途において、ライナー幅１４６をスプレッダ幅１４０より小さなサイズに縮小することによって、取り付けが容易になり、温度性能に影響を及ぼすことなく材料コストを低減することができる。幾つかの実施例において、スプレッダ幅１４０より小さなライナー幅１４６を有するライナー２２が、図１Bと１Cに示すように、ライナー２２からライナー凹部２４に向かって突出する一つ以上の延長タブ３０も備えており、熱素子１４をスプレッダ凹部２６に固定している。図７を参照して、熱交換器１０は、各ライナー幅１４６がスプレッダ幅１４０より小さな、複数のスプレッダ凹部２６を有する１枚のヒート・スプレッダ１８上に設けられた複数のライナー２２も備えることができる。この構成は、隣接したライナー２２間の不要なライナー材料を取り除くことができるので、熱交換器１０の熱性能特性に重大な影響を与えることなく材料コストを低減することができる。当然のことながら、図６と７に示すように、幾つかの実施例において、熱交換器１０はヒート・スプレッダ１８に結合したライナー２２を有するパネル・モジュールに設けることができ、パネルが容易に取り付けられるようになっている。この様なパネルは、所定の長さに切断することができる。幾つかの実施例において、ライナー２２とヒート・スプレッダ１８は、それぞれ約１．５ｍｍ未満の厚さを有する可撓性グラファイトと熱可塑性材料を備えているので、利用者は、従来の手工具を用いてパネルを所望の長さに切断できるので、従来の熱交換器システムと比較して比較的迅速で安価な取り付けが容易にできる。
【００３２】
次に図８を参照して、幾つかの実施例において、熱交換器１０は、ヒート・スプレッダ１８とライナー２２と絶縁層１５４を備えることができる。この絶縁層１５４は、指向性の熱流束を絶縁層１５４から遠ざけるために、ライナー２２の所望の熱流束の方向と反対側に、全体的に取り付けられる。１つの実施例において、絶縁層１５４は、ヒート・スプレッダ１８の熱伝導率より低い熱伝導率を有する発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）材料を備えている。例えば、絶縁層１５４は、約２．０Ｗ／ｍ＊Ｋ未満の熱伝導率を有する材料から作ることができる。他の実施例において、絶縁層１５４は、約０．５Ｗ／ｍ＊Ｋ未満の熱伝導率を有している。絶縁層１５４の熱伝導率の技術的な下限値は存在しないが、実際上の下限値は、約０．０２５Ｗ／ｍ＊Ｋに達する。幾つかの実施例において、絶縁層１５４は熱交換器１０の輪郭に沿った表面形状を備えている。幾つかの実施例において、ライナー凹部２４やスプレッダ凹部２６の長手方向と位置合わせされて、全体的に熱素子１４を収容する形状を有する、少なくとも１つの絶縁凹部又は絶縁溝１５８を備えている。絶縁層１５４は、約５ｍｍから約５００ｍｍの範囲の厚さを有することができる。絶縁層１５４の厚さの技術的な上限値は存在しないが、実際上の上限値は、約２００ｍｍに達する。しかし、幾つかの工業的用途において、絶縁層１５４の厚さが５００ｍｍを超えることがある。一つの実施例において、絶縁層１５４は、約２０から約３０ｍｍの厚さを有する発泡ポリスチレン（ＥPＳ）で構成されている。ライナー２２は、接着剤によって、又は熱接着で、絶縁層１５４と結合することができるし、幾つかの実施例においては、ライナー２２は絶縁層１５４と全く結合せず、単に絶縁層１５４の上に載っているだけである。
【００３３】
次に図９を参照して、図８の線Ｂ−Ｂに沿った部分断面図が全体的に示されている。図９に示すように、ライナー２２がヒート・スプレッダ１８と絶縁層１５４の間に設けられている。この構成を有する熱交換器１０は、下張り床の下や、下張り床の上に設けられた輻射流体加熱冷却用途を含む、様々な用途に用いることができる。例えば、図１０に示すように、下張り床上構成を有する床アセンブリ１５０の１つの実施例を全体的に示す。この実施例において、絶縁層１５４は下張り床１１８の上に設けられている。下張り床１１８は、どのような建物又は材料表面でもよく、例えば削片板や木質複合材や合板やコンクリート、砂礫、金属又は他の種類の室内又は室外構造及び建築材料を含むが、これらに限定するものではない。絶縁層１５４は、１つの実施例において、中に絶縁凹部１５８を形成した発泡ポリスチレン（EPS）シートからなる絶縁パネルである。幾つかの実施例において、各絶縁凹部１５８は、発泡ポリスチレンの離散断面によって形成され、その端部は接触せず、むしろその間に間隙（図示せず）を形成している。熱交換器１０は、全体的に絶縁層１５４の上に設けられている。熱交換器１０は、ヒート・スプレッダ１８とライナー２２を備えている。ライナー２２は、熱素子１４を収容するための形状をした少なくとも1つのライナー凹部２４を備えている。ライナー凹部２４を囲む各ライナー領域は、絶縁凹部１５８に収容され、ライナー２２が全体的に絶縁層１５４の表面形状に合致している。ヒート・スプレッダ１８は、少なくとも一枚のグラファイト材料を備えており、ライナー２２に対して設けられている。幾つかの実施例において、ヒート・スプレッダ１８は接着剤で、又は熱接着的にライナー２２と結合している。ヒート・スプレッダ１８には、熱素子１４を収容するための形状をしたスプレッダ凹部２６が形成されている。熱素子１４はスプレッダ凹部２６に挿入される。外表面１５２がヒート・スプレッダ１８の上に設けられる。幾つかの実施例において、追加の層が外表面１５２とヒート・スプレッダ１８の間に設けられる。例えば、1つの実施例において、ヒート・スプレッダ１８がカーペット又は木製フローリング材料で、追加の発泡クッション層を外表面１５２とヒート・スプレッダ１８の間に設けることができる。幾つかの用途において、外表面１５２は部屋又は周囲とのいかなる境界面でもよく、例えば壁、天井、車道、歩道などである。また図１０に示すように、幾つかの実施例において、熱素子１４を固定するために、延長タブ３０がタブ隙間空間３２と位置合わせされている。外表面１５２は種々の材料で構成することができ、例えば床材料として、タイル、木材、カーペット、コンクリート、石材、大理石等があり、又は壁材料として、石積み壁、石膏ボード、木製パネル、織物、ボール紙などがあるが、これらに限定されるものではない。図１１の部分切断斜視図に示すように、各コンポーネントは組み合わされて、床アセンブリ、壁アセンブリ、又は天井アセンブリ１５０を形成する。
【００３４】
図１０の例示的実施例に示すように、床アセンブリ１５０に含まれるライナー２２は、ヒート・スプレッダ表面全体を実質的に裏張りする熱可塑性材料からなる単一のライナー２２である。他の実施例において、ライナー２２は熱可塑性材料の連続的な１枚でなく、図６、７や１２に示すように、代わりに複数の細長いライナー２２である。この実施例の各ライナー２２は、スプレッダ幅より小さなライナー幅を備え、そこに形成されたライナー凹部２４を備えている。幾つかの実施例において、ライナー凹部２４はライナー２２内に熱成形される。他の実施例において、ライナー２２は押出し成形でライナー凹部２４を含む形状になる。ライナー２２は、ヒート・スプレッダ１８の凹部領域と係合する形状のライナー凹部２４を含んだ細長い帯状をしている。図１３に示すように、幾つかの実施例において、ライナーフランジ１４２が各ライナー凹部２４から外側にフランジ幅１４４だけ水平方向に延在している。1つの実施例において、フランジ幅１４４は約５から約２００ｍｍの範囲にある。他の実施例において、フランジ幅は約１５から約４０ｍｍの間である。この構成を用いることで、個々のライナー凹部２４間に延在する余分なライナー材料が除去されるので、ライナー材料コストと全体的なシステムコストの両方を削減できる。ライナー凹部２４を形成するライナー領域は、全体的に絶縁層１５４の絶縁凹部１５８に嵌合する。図１２に示すように、幾つかの実施例において、絶縁層１５４は各絶縁凹部１５８の各側面に隣接した絶縁溝１６０を備えている。各絶縁溝１６０は、ライナー２２、具体的にはライナーフランジ１４２を収容する形状を有しており、ライナー２２が各絶縁凹部１５８と絶縁溝１６０に挿入された時に、絶縁層１５４の取り付け面１４８と略同一平面を構成するようになっている。各ライナー２２を収容するための絶縁溝１６０を設けたことによって、図１３に示すように絶縁層１５４とライナー２２が組み合わされた時に、ヒート・スプレッダ１８を設けるための略平坦な基板を形成する。この構成は、均一にフローリング又は他の表面を取り付けるための、又は壁アセンブリと係合するための、略均一なヒート・スプレッダ表面を形成する。
【００３５】
次に図１４を参照して、1つの実施例において、熱交換器１０はヒート・スプレッダ１８の上に設けられたシート層又はカプセル封止層を備えている。幾つかの実施例において、ごみやほこりを含んだグラファイト粒子材料が、ヒート・スプレッダ１８の表面上又は端部に存在する。幾つかの用途において、この粒子材料はヒート・スプレッダ１８が取り付けられた環境を汚染する望ましくない破片やちりを発生させる。シート層５０をヒート・スプレッダ１８の表面に設けることで、熱交換器１０の取り付け時や使用時に、グラファイト粒子材料によって環境が汚染されるのを防ぐことができる。この実施例において、図１６に示すように、ヒート・スプレッダ１８は第一面１０２と第二面１０４を備えている。ライナー２２はヒート・スプレッダ１８の第一面１０２に取り付けられ、シート層５０はヒート・スプレッダ１８の第二面１０４に取り付けられる。シート層５０はシート層厚５２を備えている。1つの実施例において、シート層厚５２は約１０から約５０ミクロンである。また別の実施例において、シート層厚５２は約１２ミクロン以上である。幾つかの実施例において、約１２．７ミクロンのシート層厚５２が、構造的完全性を犠牲にすることなくヒート・スプレッダ１８上に粒子状のごみを含ませないための十分なカプセル効果が発揮できる最小厚さである。幾つかの実施例において、シート層５０は実質的に透明なポリエステル（ＰＥＴ）シート又はフィルムである。シート層５０はヒート・スプレッダ１８の第二面１０４と同様の広がりをもち、図１５に示すように、幾つかの実施例において、スプレッダ凹部２６にまで延在するシート層凹部１０６を形成している。シート層凹部１０６は全体的に熱素子１４を収容するための形状をしている。図示しない別の実施例において、シート層５０はスプレッダ凹部２６を横断して、熱素子１４とヒート・スプレッダ１８の両方をカプセル封止する。
【００３６】
ヒート・スプレッダ１８をライナー２２とシート層５０の間に完全に封入するために、シート層５０はライナー２２に対して封止することができる。1つの実施例において、図１７Ａに示すように、ヒート・スプレッダ１８は第一外周縁６０を備えている。図１７Ｂと１８Ａに示すように、ライナー２２は距離Ａだけ第一外周縁６０を越えて延在する第二外周縁６２を備えている。図１７Ｂと１８Ａに示すように、シート層５０も距離Ｂだけ第一外周縁６０を越えて延在する第三外周縁６４を備えている。幾つかの実施例において、距離Ａは距離Ｂより長い。第三外周縁６４は第二外周縁６２の内側に延在し、ライナー表面４８に対して下向きに押圧されて、シート層５０をライナー２２に対して封止する。1つの実施例において、シート層５０はライナー表面４８及び／又はシート層表面７０に置かれた接着剤によってライナー２２と結合する。また、1つの実施例において、ライナー２２とシート層５０の間の空間を真空にすることができ、ヒート・スプレッダ１８周りの封止性能を向上させることができる。別の実施例において、シート層５０は熱成形工程の間にライナー２２と熱結合される。幾つかの実施例において、距離Ａは約５から８ｍｍの間であり、距離Ｂは約３から約６ｍｍの間である。また別の実施例において、距離Ａを距離Ｂで割った比は、約１．１から約１．４の間である。幾つかの実施例において、シート層５０はヒート・スプレッダ１８を囲む連続的な封止を形成する。
【００３７】
次に図１９Ａを参照して、ヒート・スプレッダ１８とライナー２２を備えた改良された熱交換器１０の１つの実施例を全体的に示す。ヒート・スプレッダ１８はスプレッダ凹部２６を備えている。熱素子１４がスプレッダ凹部２６に設けられている。熱素子１４は直径Ｄを有している。幾つかの実施例において、特に熱素子１４がポリマー又は金属のチューブの場合、直径Ｄは熱素子１４の外径である。スプレッダ凹部２６の内底からヒート・スプレッダ１８の外表面１０４まで、スプレッダ凹部２６は高さＨを有する。熱交換器１０は、全体的に高さＨで直径Ｄを割ったもの又はＤ／Ｈに等しい凹部干渉比を有している。図１９Ａに示した実施例において、凹部干渉比は１未満であり、熱素子１４の外表面はヒート・スプレッダ１８の外表面１０４を越えない。この実施例において、基板又は他の材料（図示せず）がヒート・スプレッダ１８の外表面１０４に対向して設けられた場合に、基板は熱素子１４と直接的に接触しない。他の実施例において、凹部干渉比Ｄ割るＨが約１．０に等しく、基板（図示せず）は、熱素子１４と線接触する。また別の実施例において、図１９Ｂに示すように、スプレッダ凹部２６の高さＨが熱素子１４の直径Ｄより小さく、凹部干渉比が１．０より大きい。この実施例において、熱素子１４は縦方向オフセット距離８８の分だけヒート・スプレッダ１８の外表面１０４より高くなっている。１つの実施例において、縦方向オフセットは約０．２５から約１．５ｍｍの間である。また別の実施例において、凹部干渉比は約１５から約３０の間である。
【００３８】
１．０より大きな凹部干渉比D割るHを有する熱交換器１０では、熱素子１４が表面面１０４上に設けられた追加の層によって、全体的に圧縮されることになる。例えば、１つの実施例において、図１９Cに示すように、基板１１０が１．０より大きな凹部干渉比を有するヒート・スプレッダ１８の表面１０４の上に位置している。基板１１０は、壁アセンブリで、床パネルが下張り床の上にある構成で、熱交換器１０は下張り床の上に設けられている。他の実施例において、基板１１０は下張り床であり、下にくる構成であって、熱交換器１０は床受け梁の間の下張り床の下に設けられる。また別の実施例において、基板１１０は例えば発泡クッション層のような中間層であり、熱交換器１０と床層の間に位置する。図１９Cに示すように、熱素子１４は、初期位置１１２から圧縮位置１１４まで基板１１０によって圧縮される。熱素子１４の圧縮は、熱素子１４が変形可能なチューブ、例えばプラスチック又はポリマーチューブで、圧縮性を有する実施例において可能である。基板１１０による熱素子１４の圧縮は、熱素子１４をヒート・スプレッダ１８に対して押圧することによって、熱素子１４とヒート・スプレッダ１８の間の熱伝達を向上させる。例えば、幾つかの実施例において、熱素子１４は、熱素子１４の全長にわたってスプレッダ凹部２６の形状に沿って延在せず、代わりに局所的な間隙や分離領域（図示せず）が、熱素子１４又はスプレッダ凹部２６の幾何学的なばらつきによって生じる。しかし、１．０より大きな凹部干渉比によって基板１１０で熱素子１４を圧縮することで、熱素子１４を間隙や分離領域内に圧入することになり、熱素子１４とヒート・スプレッダ１８の接触面積を増加させる。増加した接触面積は、少なくとも熱素子１４とヒート・スプレッダ１８の間の熱流束の流れを増大させることによって、ヒート・スプレッダ性能を向上させる。また、熱素子１４の圧縮は、熱素子１４と基板１１０の間の接触面積も増加させ、熱流束の所望の方向への熱伝達をさらに増大させる。
【００３９】
幾つかの実施例において、ヒート・スプレッダ１８はライナー２２上に設けられ、ライナー２２は延長タブ３０を備えているが、ヒート・スプレッダ１８は図１Bに示すタブ隙間凹部を備えていない。代わりに、幾つかの実施例において、ヒート・スプレッダ１８はライナー凹部２４に挿入されて、全体的にヒート・スプレッダ１８の輪郭に一致する。ヒート・スプレッダ１８にタブ隙間空間３２を備えることなくヒート・スプレッダ１８をライナー凹部２４に挿入する理由は、熱素子１４とヒート・スプレッダ１８の間で熱伝達を提供する一方で、熱素子１４をスプレッダ凹部２６に保持するための固定手段を提供するためである。例えば、図１Bと図２に示すタブ隙間空間３２を備えた一つの実施例では、タブ隙間空間３２が延長タブ３０の侵入を可能にするために、ヒート・スプレッダ１８の一部を除去することが必要である。ヒート・スプレッダ１８の一部を除去することは、幾つかの用途において、局所的に熱素子１４からヒート・スプレッダ１８への熱伝達を減少させる。幾つかの用途において、そこで望まれるのは、ライナー２２から突出した熱素子１４を固定するための延長タブ３０が、ヒート・スプレッダ１８の大きな部分を除去することなく延長タブ３０のための間隙を提供することである。次に図２０Ａを参照して、ヒート・スプレッダ１８はライナー凹部２４の輪郭に合致するように設けられたスプレッダ凹部２６を備えている。ヒート・スプレッダ１８の下の延長タブ３０は、ヒート・スプレッダ１８をスプレッダ凹部２６に向かって押圧して、スプレッダ・タブ２８を形成している。図２０Ａの線２０Ｂ−２０Ｂに沿った断面図として、図２０Ｂはヒート・スプレッダ１８とライナー２２の間の間隙１３０を示している。これは、ヒート・スプレッダ１８が延長タブ３０の近傍で完全にはライナー凹部２４を埋めることができないからである。間隙１３０を取り除くために、長手方向の細穴又は切り込み４６をヒート・スプレッダ１８のスプレッダ凹部２６に形成することができる。図２０Ｃに示すように、細穴４６はヒート・スプレッダ１８がより完全にライナー２２の輪郭に沿うことを許容する。図２０Ｃと図２０Ｃの線２０Ｄ−２０Ｄに沿った断面図である図２０Ｄに示すように、延長タブ３０の近傍でライナー２２に対して局所的にヒート・スプレッダ１８を押圧すると、細穴間隙８６が形成される。図２０Ｃに示すように、細穴間隙８６からライナー２２の小さな領域が露出する。図２０Ｅに示すように、ヒート・スプレッダ１８がスプレッダ・タブ２８の近傍でライナー２２との接触を維持しながら、熱素子１４をスプレッダ凹部２６に挿入することができる。図２０Ｅの線２０Ｆ−２０Ｆに沿った断面図である図２０Ｆを参照して、熱素子１４がスプレッダ凹部２６内に設けられると、ヒート・スプレッダ１８は延長タブ３０とスプレッダ・タブ２８の下の領域で、熱素子１４とライナー２２に挟まれる。従って、延長タブ３０周りの領域で、ヒート・スプレッダ１８は熱素子１４との熱的接触を維持し、幾つかの用途で熱交換性能が向上する。
【００４０】
同様に、次に図２１Ａ〜２１Ｆに示した実施例を参照して、Ｕ字状切り込み４２を、ヒート・スプレッダ１８の延長タブ３０と重なった領域に形成することができる。この実施例において、Ｕ字状切り込み４２は延長タブ３０の周囲に延在し、Ｕ字状切り込み４２の長手方向部分は、スプレッダ凹部２６の内部に位置している。図２１Ｃと図２１Ｃの線２１Ｄ−２１Ｄに沿った断面図である図２１Ｄに示すように、Ｕ字状切り込み４２にはヒート・スプレッダ１８に取り付けられ、延長タブ３０と重ね合わされるフラップ４４が形成される。図２１Ｅに示すように、熱素子１４をスプレッダ凹部２６内に設けた時に、フラップ４４は熱素子１４とライナー２２の間に挟まれる。図２１Ｅの線２１Ｆ−２１Ｆに沿った断面図である図２１Ｆに示すように、フラップ間隙８４がスプレッダ凹部２６に形成され、熱素子１４が挿入された時に部分的にライナー２２を露出させる。この構成において、図２１Ｆに示すように、ヒート・スプレッダ１８は延長タブ３０の近傍で熱素子１４との熱的接触を維持し、幾つかの用途において熱交換器１０の熱的性能が向上する。幾つかの用途において、取り付け時に、ユーザーによって細穴４６やＵ字状切り込み４２は形成することができる。ここに記載し、図２０Ａ〜２０Ｆ又は図２１Ａ〜２１Ｆに示した熱交換器構成の実施例は、図４〜１９Ｃに示した実施例も含めて、これまでに示した熱交換器の実施例に置き換えて使用可能である。
【００４１】
次に図２２Ａを参照して、熱交換器パネル２００の１つの実施例を全体的に示す。熱交換器パネル２００は、第一表面溝２０６が形成された第一ベース２０２を備えている。幾つかの実施例において、第一ベース２０２は木材又は木質複合材料で構成されている。他の実施例において、第一ベース２０２は他の固形材料、例えば積層合板やプラスチック又はポリスチレン・フォームなどを含めることができるが、これらに限定するものではない。第一表面溝２０６は、溝かんな、のこぎり、又は他の切断道具を用いて第一ベース２０２に形成することができる。２つのベース部材の間に間隙を形成することによっても、第一表面溝２０６を形成することができる。１つの実施例において、図２２Ａと２２Ｂに示すように、第一表面溝２０６は矩形断面の溝形状を備えることができる。丸状や湾曲状など、他の第一表面溝２０６形状を用いることもでき、例えば第一表面溝２０６は、ヒート・スプレッダ１８の輪郭に沿う必要はない。
【００４２】
図２２Ａに示すように、特定の実施例において、第一ライナー２０４が第一ベース２０２に設けられる。幾つかの実施例において、第一ライナー２０４は約０．２５ｍｍから約５ｍｍの間の厚さを有する熱成形プラスチック・シートである。第一ライナー２０４は、第一ベース２０２上の第一ライナー２０４に延在する第一突出領域２０８を備えている。幾つかの実施例において、図２２Ｂに示すように、第一突出領域２０８は、第一表面溝２０６を部分的にのみ埋めている。第一ライナー２０４の第一突出領域２０８には、第一ライナー凹部２１０が形成されている。
【００４３】
第一ヒート・スプレッダ２１２が、第一ライナー２０４上に設けられている。第一ヒート・スプレッダ２１２は、少なくとも１枚の膨張黒鉛の圧縮粒子を備えている。１つの実施例において、第一ヒート・スプレッダ２１２は約０．６ｇ／ｃｃより大きな密度と約１０ｍｍ未満の厚さの可撓性グラファイト・シートを備えている。幾つかの実施例において、第一ヒート・スプレッダ２１２は、第一ヒート・スプレッダ２１２の両側に設けられた第一と第二封止層を備えている。幾つかの実施例において、各封止層は、約１０から約１００ミクロンの厚さを有し、第一ヒート・スプレッダ２１２の各側に積層されるポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを備えている。また別の実施例において、第一と第二封止層はそれぞれ約２５ミクロンの平均厚さを有するＰＥＴシートを備えている。第一ヒート・スプレッダ２１２は、第一ライナー２０４に接着剤で結合することができる。図２２Ｂに示すように、第一ヒート・スプレッダ２１２は第一ライナー凹部に延在する第二突出領域２１４を備えている。幾つかの実施例において、第二突出領域２１４は、実質的に第一ライナー凹部２１０の形状に沿う形状をしている。他の実施例において、第二突出領域２１４は、完全に第一ライナー凹部を埋めることなく、分離間隙が第一ヒート・スプレッダ２１２と第一ライナー２０４の間に存在することを許容している。図２２Ａに示すように、第二突出領域２１４に第一スプレッダ凹部２１６が形成されている。図２２Ｂに示すように、第一スプレッダ凹部２１６は、全体的に熱素子１４を収容するための形状をしている。幾つかの実施例において、特に第一表面溝２０６に隣接した領域で第一ライナー２０４は第一ベース２０２に完全に接触してはおらず、第一ベース２０２と第一ライナー２０４の間に間隙が形成されている。幾つかの実施例において、第一ライナー２０４には弾性熱可塑性材料を含めることができて、第一ヒート・スプレッダ２１２の上にフローリング面が設けられた時に、第一ライナー２０４は２０２に対して下向きに押圧されて、第一ライナー２０４の弾性力が第一ヒート・スプレッダ２１２を第一ライナー２０４から遠ざける向きに押圧して、第一ヒート・スプレッダ２１２とその上に設けられたフローリング面との間の熱的接触を向上させる。第一ヒート・スプレッダ２１２と第一ライナー２０４は、例えば釘、針、ねじ又は接着剤を含む様々な固定部材によって、第一ベース２０２に取り付けることができる。
【００４４】
熱交換器パネル２００の一態様は、構造的な負荷を支持可能な木材又は類似の材料からなる第一ベース２０２を提供する。１つの用途において、熱交換器パネル２００は床受け梁に直接取り付けられるモジュラーパネルを提供して、直接搭載された熱交換器を有する下張り床を形成する。また別の実施例において、熱交換器パネル２００は既存の下張り床に、下張り床の上に搭載する構成で、直接取り付けることができる。熱交換器パネル２００は、構造的な負荷に耐える部材を提供する第一ベース２０２を備えたモジュラー・アセンブリを設けることができるので、このような装置を用いることで、時間と取り付けコストの節約を実現することができる。
【００４５】
再び図２２Ａを参照して、幾つかの実施例において、少なくとも１つのスナップ・タブ２１８が第一ライナー２０４に一体形成されている。幾つかの実施例において、スナップ・タブ２１８は熱成形プラスチックで、第一ライナー２０４と一体成形されている。スナップ・タブ２１８は、第一ライナー２０４から外向きに第一ヒート・スプレッダ２１２に向かって突出している。１つの実施例において、第一ヒート・スプレッダ２１２にスナップ・タブ２１８と位置合わせされた第一タブ間隙空間２２０が形成されており、スナップ・タブ２１８は第一タブ間隙空間２２０を通って第一スプレッダ凹部２１６まで延在している。スナップ・タブ２１８は、全体的に熱素子１４を第一スプレッダ凹部２１６内に固定するための形状をしている。幾つかの実施例において、細穴４６やＵ字状切り込み４２を、少なくとも１つの第一タブ間隙空間２２０の代わりに用いることができる。同様に、幾つかの実施例において、細穴４６やＵ字状切り込み４２と共に、第一タブ間隙空間２２０を用いることができる。
【００４６】
さらに図２２Ａを参照して、第二ベース２２８を枢軸可能に第一ベース２０２に取り付けて、折り畳み可能な熱交換器パネル２００を形成することができる。幾つかの実施例において、第二ベース２２８は上述の第一ベース２０２を構成する材料と同様の材料で構成することができる。１つの実施例において、図２２Ｆに示すように、第二ベース２２８は、第一と第二ベース２０２，２２８の間を延在するブリッジによって、第一ベース２０２に対して折り曲げることができる。折り畳んだ熱交換器パネル２００は、下張り床の上に設置するタイプや下張り床の下に設置するタイプの流体輻射加熱及び冷却用途を含めた、様々な用途で利用可能である。熱交換器パネル２００を折り畳むことは、パネル装置全体の寸法を削減することによって、船積み、取り扱い、取り付け性能を向上させることができる。第一と第二ベース２０２，２２８は、第一と第二ベース２０２，２２８の間に延在するヒンジ又はブリッジによって、互いに対して折り畳み可能である。１つの実施例において、図２２Ｃに示すように、第一ヒート・スプレッダ２１２は第一と第二ベース２０２，２２８の間の間隙を横断するように延在して、ヒート・スプレッダ・ブリッジ２２４を形成する。幾つかの実施例において、ヒート・スプレッダ・ブリッジ２２４は第一ヒート・スプレッダ２１２の可撓性グラファイトを備えている。幾つかの実施例において、熱交換器パネル２００の折り畳みと曲げ戻しが容易になるように、グラファイト・シートは第一と第二ベース２０２，２２８の間の領域で予め曲げられている。また、幾つかの実施例において、追加の柔軟性又は強度を付与するために、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）の第一と第二層が、第一ヒート・スプレッダ２１２の両側に設けられている。また、図２２Ｃに示すように、第二ライナー２２６を第二ベース２２８と第一ヒート・スプレッダ２１２の間の第二ベース２２８に設けることができる。この実施例において、第一ヒート・スプレッダ２１２は、第一と第二ベース２０２、２２８を連続的に横断している。幾つかの実施例において、第二ベース２２８には第二表面溝２３４が形成されて、その中を第二ライナー２２６が延在している。第二スプレッダ凹部２３２が全体的に熱素子１４を収容するための形状をして、第二表面溝２３４内に延在している。次に図２２Ｄを参照して、別の実施例において、ヒンジ層２２２が第一と第二ベース２０２、２０８の間に延在している。幾つかの実施例において、ヒンジ層２２２は、可撓性の織物又は布材料を備えている。図２２Dに示した実施例において、ヒンジ層２２２はヒート・スプレッダ・ブリッジ２２４の下に設けられているか、又は第一ヒート・スプレッダ２１２と第一、第二ベース２０２、２０８の間に設けられている。図２２Eに示すように、別の実施例において、第二ヒート・スプレッダ２３０が第二ベース２２８上の第二ライナー２２６の上に位置し、ヒンジ層２２２が第一と第二ベース２０２、２２８の間の枢軸接続を提供する。この実施例において、第一ヒート・スプレッダ２１２は第一と第二ベース２０２、２２８の間の連続的なブリッジを提供しない。また別の実施例において（図示せず）、ヒンジ層２２２は第一と第���ライナー２０４、２２６に接着されて、第一と第二ベース２０２、２２８の間で折り曲げ可能な接続を提供している。図２２Dに示すように、熱交換器パネル２００は自身に対して折り曲げ可能である。図２２Dに示す折り曲げ可能なパネルの１つの態様は、折り曲げられた時に、第一と第二ベース２０２、２２８が折り曲げられたパネルの外表面を形成する。この構成は、梱包や船積み、貯蔵及び／又は取り付け時に、第一ヒート・スプレッダ２１２を保護することができる。熱交換器パネル２００の１つの実施例は、第一ヒート・スプレッダ２１２を第一ベース２０２の上部に持ってくることで、第一ベース２０２の厚みを最大化して、第一ベース２０２が熱絶縁材料からなる場合に、その第一ベース２０２の絶縁効果をさらに向上させる。ベース間に設けた追加のヒンジ層によって、追加のベースを枢軸自在に設けることができ、そのようなアコーディオン・スタイル構成において、各ヒンジ層は隣接したヒンジ層に対して折り曲げることができて、輸送や取り扱い及び／又は取り付けを容易にする。
【００４７】
ヒート・スプレッダを予備形成する方法
本発明の別の実施例は、熱交換器装置で用いるためのヒート・スプレッダの製造方法を提供する。１つの実施例において、グラファイト・シートが熱可塑性ライナーに取り付けられる前に、上述のヒート・スプレッダの形状に予備形成される。１つの実施例において、グラファイト・シート又はスプレッダ・ブランクは、一枚の膨張黒鉛の圧縮粒子を備えている。幾つかの実施例において、グラファイト・シートは約１０ｍｍより小さい厚さを備えており、他の実施例において、約５ｍｍより小さい厚さを備えている。１つの実施例において、グラファイト・シートは約２ｍｍより小さい厚さである。全体的に図２３に示すように、グラファイト・シート又はスプレッダ・ブランク３１２は、雄型真空金型３１４と対応する雌型金型３１６の間に設けられている。図２３は、部分的斜視図であって、実際のスプレッダ・ブランクと成形装置は、より大きな長手方向及び／又は横方向の寸法を有している。
【００４８】
雄型真空金型３１４は、全体的に雄型真空金型３１４の本体から外側に延在した１つ以上のスプレッダ溝形成部分３１８を備えている。雄型真空金型３１４は、そこからスプレッダ溝形成部分３１８が延在する1つ以上の真空又は圧力ポートを金型の側面に備えている。各真空ポートは、スプレッダ・ブランク３１２を雄型真空金型３１４の表面に保持するためにスプレッダ・ブランク３１２に対して局所的に加えられる吸引力や減圧力を通す開口部を備えている。図２３に示すように、一つの実施例において、スプレッダ・ブランク３１２は予備形成前にスプレッダ・ブランク３１２に形成された予備形成タブ間隙空間３３２を備えている。次に図２４を参照して、グラファイト・ヒート・スプレッダを予備形成するために用いられる雌型金型３１６の1つの実施例を、展開した又は分離した位置で全体的に示す。雌型金型３１６は、５つの部分を備えている：中央金型３２０、第一内側チューブ金型３２２、第二内側チューブ金型３２４、第一外側チューブ金型３２６、そして第二外側チューブ金型３２８である。各部分は、全体的にスプレッダ溝形成部分３１８が延在する雄型真空金型３１４の表面に対して垂直な方向に移動自在になっている。雌型金型３１６の各部分は、全体的に垂直方向に動くが、水平方向には動かない。一つの実施例において、雌型金型３１６の各部分は、油圧シリンダー及び／又は圧縮バネを用いて移動自在になっている。
【００４９】
グラファイト・ヒート・スプレッダを形成する方法は、幾つかの工程から構成される。図２３に示すように、スプレッダ・ブランク３１２が雄型真空金型３１４と雌型金型３１６の間に位置付けられる。1つの実施例において、スプレッダ・ブランク３１２は予め切断された表面にギザギザのあるグラファイト・スプレッダ材料である。スプレッダ・ブランク３１２は、その中に切り抜き又はタブ間隙空間３３２を備えている。1つの実施例において、スプレッダ・ブランク３１２を各金型と位置合わせするために、中央金型３２０の中心線に沿って設けられた位置合わせピン（図示せず）が用いられる。次に金型は一体に移動して、各金型が全体的にスプレッダ・ブランク３１２の表面と接触するようにする。幾つかの実施例において実質的に平坦で、他の実施例において湾曲した輪郭や他の幾何学的特徴を備えた中央金型３２０が上方に移動して、スプレッダ・ブランク３１２をスプレッダ溝形成部分３１８の間で雄型真空金型３１４に対して押圧する。図２５に示すように、中央部分が平坦に押圧されると、自由端部が金型空間に引き込まれる。切り離し工程において、２つの内側チューブ金型３２２、３２４が上方に移動して、スプレッダ・ブランク３１２を各スプレッダ溝形成部分３１８の側面や底面に対して押圧し、自由端部が金型空間にさらに引き込まれるようになる。切り離し工程において、各外側チューブ金型３２６、３２８は雄型真空金型３１４に向かって移動して、グラファイト・ヒート・スプレッダを形成し、予備形成工程を完了する。次に、真空又は減圧が雄型真空金型３１４上の1つ以上のポートを通して加えられて、雄型真空金型３１４に対してヒート・スプレッダを保持しつつ、雌型金型３１６の各部分がヒート・スプレッダ表面から離脱して、図２６に示すように解放自在の真空シールによって雄型真空金型３１４に固定された予備形成されたヒート・スプレッダが得られる。また図２６に示すように、予備形成されたヒート・スプレッダ３３４は、そこに形成されたタブ隙間空間３３２を備えている。1つの実施例において、雄型真空金型３１４は各タブ隙間空間３３２と位置合わせした切り抜き隙間も備えていて、次に続く工程の間、各延長タブに隙間を許容している。
【００５０】
ライナーを熱成形する方法
本発明のまた別の実施例は、開示された熱交換器に用いるためのライナーの形成方法を提供する。全体的に図２７を参照して、ライナーを形成するための工程は、ライナー・ブランク４０２を雌型熱成形金型４０４の上に置くことを提供する。幾つかの実施例において、雌型熱成形金型４０４はその上に設けられた1つ以上の真空又は圧力ポートを備えている。各真空ポートは、開放自在にライナー・ブランク４０２を雌型熱成形金型４０４の表面に保持するための吸引力又は減圧力がそこを通ってライナー・ブランク４０２に加えられる開口部を備えている。雌型熱成形金型４０４は、1つ以上のライナー凹部チャネル４０６も備えている。各ライナー凹部チャネル４０６は、全体的に図１Aに示すライナー凹部２４を形成するための所望の形状を有している。幾つかの実施例において、雌型熱成形金型４０４は、図１Bに例を示す各延長タブ３０を形成するための1つ以上のタブ形成部４０８も備えている。
【００５１】
ライナーを形成するための方法は、ライナー・ブランク４０２を雌型熱成形金型４０４に対して位置付ける工程を提供する。ライナー・ブランク４０２は、雌型熱成形金型４０４の表面上の1つ以上の真空ポート（図示せず）を通って加えられる減圧によって保持される。ライナー形成工程の１実施例において、個別の成形構造がライナー・ブランク４０２に対して押圧され、ライナー・ブランク材料が各成形凹部に押し込められて、熱交換器のためのライナーの所望の形状を形成する。ライナー形成工程の別の実施例において、ライナー・ブランク４０２と雌型熱成形金型４０４の間に加えられた負圧が、さらに減圧されて、ライナー・ブランク４０２を変形させ、各ライナー凹部チャネル４０６のほうへ引っ張ることによって、熱素子を収容するための形状をした１つ以上のライナー凹部を備えた所望の形状を有するライナーが形成される。幾つかの実施例において、ライナー・ブランクは、熱成形工程の前、又はその間に所定の材料の軟化温度まで加熱することができて、ライナー・ブランク４０２の所望の形状への塑性変形を容易にする。ライナー・ブランク４０２は、ポリスチレン、ポリエチレン、又は他の熱可塑性材料を含むが、これらに限定されるものではない先に議論したライナー材料のどれかを備えることができる。１つの実施例において、ライナー・ブランク４０２は変形工程前に約６０℃から約１８０℃の成形温度にまで予備加熱され、ここで成形温度はライナー・ブランク材料の軟化点を示している。また別の実施例において、ライナー・ブランク４０２は約１００℃から約１５０℃の成形温度にまで予備加熱される。
【００５２】
熱可塑性ライナーを形成する方法の1つの実施例で用いられる雌型熱成形金型４０４は、図２７に示すタブ形成部４０８を備えている。図１Bに示すように、全体的にライナー・ブランク４０２が塑性変形してライナー凹部チャネル４０６を埋めると、ライナー・ブランク材料がタブ形成部４０８を包んで、ライナー２２内に延長タブ３０が一体成形される。ライナー・ブランク材料がタブ形成部４０８の裏面まで形状に沿って延在すると、タブ形成部４０８は延長タブ３０の裏側まで延在しているので、完成したライナーをライナー凹部チャネル４０６から引き離すのが困難になる。この問題を克服するために、移動自在のタブ形成部４０８を有する雌型熱成形金型をここに開示する。図２８Aを参照して、タブ形成部４０８がタブ形成部溝４１４を通って雌型熱成形金型４０４に延在している。図２８Aに示すように、タブ形成部４０８は第一の成形位置を備えている。成形位置において、タブ形成部４０８はライナー凹部チャネル４０６にまで延在している。ライナーの熱成形時に、図２８Bに示すように、タブ形成部４０８はライナー凹部チャネル４０６から離れる方向に回転して、延長タブ３０が一体形成されたライナー又はライナーを有する熱交換器装置を取り外すことができるようになっている。幾つかの実施例において、タブ形成部４０８はバネによってタブ形成部溝４１４内の成形位置に弾性的に位置し、熱成形されたライナー又は熱交換器を取り外す時に、図２８Aに示す成形位置にまで戻るようになっている。
【００５３】
再び図２７を参照して、1つの実施例において、ライナー・ブランク４０２は、均一なライナー・ブランク厚さ４１６を有する熱可塑性材料である。ライナー・ブランク４０２を雌型熱成形金型４０４内で熱成形すると、均一に平坦なライナー材料が圧力下で変形して、図２９に示す熱成形ライナー凹部４２４を形成する。1つの実施例において、約０．２５ｍｍから約２．０ｍｍの間の均一な厚みを有する実質的に平坦なライナー・ブランク４０２が熱成形されて熱成形ライナー４２２を形成すると、各熱成形ライナー凹部４２４には略平坦なライナー本体厚さ４１６より薄い最小ライナー凹部厚さ４２６が形成される。例えば、1つの実施例において、略平坦なライナー・ブランク４０２の均一な厚さ４１６は、約１．０から約１．５ｍｍの間であり、ライナー熱成形工程後の最小凹部厚さ４２６は、約０．５から約０．９ｍｍの間である。
【００５４】
一般的に、最小ライナー凹部厚さ４２６は、ヒート・スプレッダと熱素子を支持するために十分な厚さでなければならない。従って、適切な最小ライナー凹部厚さ４２６を得るために、熱成形ライナー４２２の略平坦な領域より多くのライナー材料が必要である。平坦な領域がライナー材料の比較的大きな割合を占めるので（幾つかの実施例において、総ライナー材料の最大９０％）、幾つかの用途において、略平坦なライナー本体の厚さを減らす一方で、ヒート・スプレッダと熱素子を支持するために十分な最小ライナー凹部厚さ４２６を得ることが望ましい。
【００５５】
図３０を参照して、非均一な厚さを有するライナー・ブランク４０２を示す。ライナー・ブランク４０２は、略平坦なライナー本体を形成する領域に対応した第一厚さ４１６と、各熱成形ライナー凹部４２４を形成するより厚い領域４２０に対応した第二厚さ４１８を有している。この実施例において、ライナー・ブランク４０２は所望の第一と第二厚さ４１６、４１８を有するように形成される押出し熱可塑性材料を備えている。一般的に、第一厚さ４１６より厚い第二厚さ４１８を有するライナー・ブランク４０２を用いて、より厚い領域は各ライナー凹部チャネル４０６と位置合わせされることで、最小ライナー凹部厚さ４２６と略等しい第一厚さ４１６を有する熱成形ライナー４２２を得ることができる。1つの実施例において、第一厚さ４１６が約０．４ｍｍから約０．８ｍｍの間で、第二厚さ４１８が約１．０ｍｍから約１．５ｍｍの間のものを用いて、第一厚さ４１６が最小ライナー凹部厚さ４２６と略等しい熱成形ライナー４２２を得ることができ、その時の両方の厚さは、約０．４ｍｍから０．８ｍｍの間である。また別の実施例において、第一厚さ４１６を第二厚さ４１８で割った比が約０．４から約０．６の間のライナー・ブランク４０２が用いられる。この構成は、ライナー材料コストと廃棄材料を低減する一方で、ヒート・スプレッダと熱素子の両方を支持するために十分な剛性を提供する。様々な初期厚さを有するライナー・ブランクを用いた熱可塑性ライナーを形成するこの方法は、図３Ａに示すライナー２２が完全にヒート・スプレッダ１８の背面を覆う構成と、図１２に示すライナー２２がヒート・スプレッダ１８の背面を部分的にのみ覆う構成の両方に適用することができる。
【００５６】
熱成形ライナー４２２の最適な実施例では、熱成形ライナー凹部４２４に熱素子を保持するために設けられた一つ以上のクリップを備えている。このクリップは、ライナー２２に一体成形されるか、熱成形ライナー４２２に取り付けられるか、熱成形ライナー４２２の内面に隣接して設けられるか、又はこれらの組み合わせから構成される。代替的に、クリップは延長タブ３０に沿って設けられるか、又は延長タブ３０の代わりに設けられる。また追加の実施例は、クリップに隣接して設けられるか、より好ましくはクリップに取り付けられる、好ましくは膨張黒鉛の圧縮粒子からなるグラファイト・ヒート・スプレッダの一切れを備えている。
【００５７】
熱交換器の結合方法
本発明の別の実施例は、全体的に図３Ａに示す熱交換器１０の形成方法を提供する。より具体的には、図２６に示す予備形成されたヒート・スプレッダ３３４を、図２９に示す熱成形ライナー４２２と結合させる工程を提供する。再び図２６を参照して、減圧力によって脱着自在に雄型真空金型３１４に固定された予備形成されたヒート・スプレッダ３３４を示す。熱成形ライナー４２２を雌型熱成形金型４０４から取り外すに先立って、予備形成されたヒート・スプレッダ３３４がまだ固定されている雄型真空金型３１４を、図３１に示すように、対向する雌型熱成形金型４０４と位置合わせする。この構成から、ヒート・スプレッダは少なくとも２つの方法でライナーと結合することができる。第一に、予備形成されたヒート・スプレッダ３３４が熱成形ライナー４２２を構成する熱可塑性材料の軟化点近傍まで加熱される。幾つかの実施例において、雄型真空金型３１４も加熱することができて、例えば予備形成されたヒート・スプレッダ３３４と雄型真空金型３１４のアセンブリを、雌型熱成形金型４０４との位置合わせに先立って、オーブンに共に配置することができる。
【００５８】
さらに熱結合工程を用いて、雄型真空金型３１４を雌型熱成形金型４０４に対して押圧しながら、予備形成されたヒート・スプレッダ３３４と熱成形ライナー４２２の両方を熱可塑性ライナー材料の軟化点近傍まで加熱することによって、予備形成されたヒート・スプレッダ３３４を熱成形ライナー４２２に結合することができる。圧縮されたアセンブリを冷却することによって、予備形成されたヒート・スプレッダ３３４は熱成形ライナー４２２と熱結合し、例えば流体輻射下張り床上又は下張り床下の加熱及び冷却といった熱伝達用途に適した熱交換器の１つの実施例を形成する。
【００５９】
また、ヒート・スプレッダをライナーに結合させるために、図３１の構成から始める接着剤結合工程も採用することができる。接着剤結合工程の１つの実施例において、予備形成されたヒート・スプレッダ３３４の露出された表面に、脱着自在に雄型真空金型３１４に保持されながら、接着剤が塗布される。続いて、雄型真空金型３１４が雌型熱成形金型４０４に対して押圧されて、接着剤でヒート・スプレッダがライナーと結合する。
【００６０】
上述の方法と対応する図面は、全体的に熱可塑性ライナーが完全にヒート・スプレッダ１８の背面を覆っているが、これらの方法は、図１２に例示的に示すような熱可塑性ライナーがヒート・スプレッダの背面を部分的にのみ覆っているような他の実施例にも等しく適用可能である。
【００６１】
次に図３２に示す１つの実施例を参照して、本発明の熱交換器パネル２００は、上にベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２を有するベース・パネル１２２を備えている。幾つかの実施例において、ベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２は、可撓性グラファイトを一枚備えている。幾つかの実施例において、ベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２は、密度が約０．６ｇ／ｃｃより大きく、厚さが約１０ｍｍ未満の膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一枚以上のシートを備えている。幾つかの実施例において、ベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２は、接着剤、針、釘、ねじ、又は他の様々な機械的又は接着的固定手段を用いて、ベース・パネル１２２に固定することができる。第一と第二チャネル・パネル１２４、１２６がベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２の上に設けられて、チャネル・パネル間隙１３８が第一と第二チャネル・パネル１２４、１２６の間に形成される。幾つかの実施例において、各チャネル・パネル１２４、１２６は、釘、ネジ、又は針によって直接チャネル・パネル１２４、１２６からベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２を貫通してベース・パネル１２２へ接続することによって、ベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２に取り付けることができる。幾つかの実施例において、ベース・パネル１２２、第一チャネル・パネル１２４、又は第二チャネル・パネルは、合板を含めた木材又は木質複合材料を備えている。他の実施例において、ベース・パネル１２２、第一チャネル・パネル１２４、又は第二チャネル・パネルは、コンクリート、石、プラスチック又は他の複合材料を含めた、但しこれらに限定されない構造的又は建築的材料を備えることができる。幾つかの実施例において、第一と第二チャネル・パネル１２４、１２６は、パネル溝１３８を有する一枚の連続的なパネルから延在することができる。図３２に示すように、熱素子１４はパネル溝１３８内に設けて、ベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２と接触させることができる。
【００６２】
次に、図３３に示す熱交換器パネル２００の１つの実施例を参照して、ベース・パネル１２２が、その上に設けられたベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２を備えている。１つの実施例において、ベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２は可撓性グラファイト・シートである。第一チャネル・パネル１２４がベース・パネル１２２の上に設けられている。第一チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３４が第一チャネル・パネル１２４とベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２の間の第一チャネル・パネル１２４に設けられて、第一チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３４がベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２と熱的に接触するようになっている。同様に、１つの実施例において、第二チャネル・パネル１２６が第二チャネル・パネル１２６とベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２の間に設けられた第二チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３６を備えていて、第二チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３６がベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２と熱的に接触するようになっている。図３３の１つの実施例に示すように、第一チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３４は第一チャネル・パネル１２４の第一間隙端１６２の周りに延在して、第一チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３４がチャネル・パネル間隙１３８と略対向するようになっている。別の実施例において、第二チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３６が第二チャネル・パネル１２６の第二間隙端１６４周りに延在して、第二チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３６がチャネル・パネル間隙１３８と略対向するようになっている。また図３３に示すように、熱素子１４がベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２、第一チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３４、及び／又は第二チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３６と熱的に接触している。幾つかの実施例において、図１９Ｂと図１９Ｃに示すように、熱素子１４は圧縮されるように設けることができる。幾つかの実施例において、ベース・パネル・ヒート・スプレッダ１３２、第一チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３４、及び／又は第二チャネル・パネル・ヒート・スプレッダ１３６は、例えばポリエチレン又はポリエチレン・テレフタレートのようなポリマー材料からなり、少なくとも約１０ミクロン厚で少なくとも１つの表面上に設けられた少なくとも一層を備えている。
【００６３】
このように、本発明に係る新規で有用な熱交換器と方法の特定の実施例を記載してきたが、このような内容は、以下の請求項を除き、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
【図１Ａ】
0003183582.tif 000003
【図１Ｂ】
0003183582.tif 000004
【図１Ｃ】
0003183582.tif 000005
【図２】
0003183582.tif 000006
【図３Ａ】
0003183582.tif 000007
【図３Ｂ】
0003183582.tif 000008
【図４】
0003183582.tif 000009
【図５Ａ】
0003183582.tif 000010
【図５Ｂ】
0003183582.tif 000011
【図６】
0003183582.tif 000012
【図７】
0003183582.tif 000013
【図８】
0003183582.tif 000014
【図９】
0003183582.tif 000015
【図１０】
0003183582.tif 000016
【図１１】
0003183582.tif 000017
【図１２】
0003183582.tif 000018
【図１３】
0003183582.tif 000019
【図１４】
0003183582.tif 000020
【図１５】
0003183582.tif 000021
【図１６】
0003183582.tif 000022
【図１７Ａ】
0003183582.tif 000023
【図１７Ｂ】
0003183582.tif 000024
【図１８Ａ】
0003183582.tif 000025
【図１８Ｂ】
0003183582.tif 000026
【図１９Ａ】
0003183582.tif 000027
【図１９Ｂ】
0003183582.tif 000028
【図１９Ｃ】
0003183582.tif 000029
【図２０Ａ】
0003183582.tif 000030
【図２０Ｂ】
0003183582.tif 000031
【図２０Ｃ】
0003183582.tif 000032
【図２０Ｄ】
0003183582.tif 000033
【図２０Ｅ】
0003183582.tif 000034
【図２０Ｆ】
0003183582.tif 000035
【図２１Ａ】
0003183582.tif 000036
【図２１Ｂ】
0003183582.tif 000037
【図２１Ｃ】
0003183582.tif 000038
【図２１Ｄ】
0003183582.tif 000039
【図２１Ｅ】
0003183582.tif 000040
【図２１Ｆ】
0003183582.tif 000041
【図２２Ａ】
0003183582.tif 000042
【図２２Ｂ】
0003183582.tif 000043
【図２２Ｃ】
0003183582.tif 000044
【図２２Ｄ】
0003183582.tif 000045
【図２２Ｅ】
0003183582.tif 000046
【図２２Ｆ】
0003183582.tif 000047
【図２３】
0003183582.tif 000048
【図２４】
0003183582.tif 000049
【図２５】
0003183582.tif 000050
【図２６】
0003183582.tif 000051
【図２７】
0003183582.tif 000052
【図２８Ａ】
0003183582.tif 000053
【図２８Ｂ】
0003183582.tif 000054
【図２９】
0003183582.tif 000055
【図３０】
0003183582.tif 000056
【図３１】
0003183582.tif 000057
【図３２】
0003183582.tif 000058
【図３３】
0003183582.tif 000059
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月17日(2012.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
約０．６ｇ／ｃｃ以上の密度と約１０ｍｍ未満の厚さを有する膨張黒鉛の圧縮粒子の少なくとも１枚からなり、スプレッダ凹部を形成するヒート・スプレッダと、
前記ヒート・スプレッダに取り付けられたライナーと、
前記ライナーから前記ヒート・スプレッダに向かって突出する延長タブと、
を備えた、熱素子と壁アセンブリの間で熱移動をさせるための熱交換器であって、
前記延長タブが、前記熱素子を前記スプレッダ凹部に保持するように位置決めされていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
約１．０Ｗ／ｍ＊Ｋ未満の熱伝導度を有し、熱素子を収容するためのパネル溝を備えたパネルと、
パネル上に設けられ、少なくとも約１４０Ｗ／ｍ＊Ｋより大きい平面方向の熱伝導度を有する膨張黒鉛の圧縮粒子の少なくとも１枚からなり、前記パネル溝と結合するためのスプレッダ溝が形成されたヒート・スプレッダと、
前記パネルと前記ヒート・スプレッダの間に位置決めされ、前記スプレッダ溝に向かって突出した延長タブを有する熱可塑性のライナーと、
を備えた前記熱素子からの熱エネルギーを周囲に分配するための熱交換器。
【請求項３】
ベース・パネルと、
約０．６ｇ／ｃｃより大きい密度と約１０ｍｍ未満の厚さを有する膨張黒鉛の圧縮粒子の少なくとも１枚からなり、前記ベース・パネル上に設けられたベース・パネル・ヒート・スプレッダと、
チャネル・パネル間隙を形成し、前記ヒート・スプレッダ上に設けられたチャネル・パネルと、
を備えた熱交換器パネル装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
0003183582.tif 000060
【図１Ｂ】
0003183582.tif 000061
【図１Ｃ】
0003183582.tif 000062
【図２】
0003183582.tif 000063
【図３Ａ】
0003183582.tif 000064
【図３Ｂ】
0003183582.tif 000065
【図４】
0003183582.tif 000066
【図５Ａ】
0003183582.tif 000067
【図５Ｂ】
0003183582.tif 000068
【図６】
0003183582.tif 000069
【図７】
0003183582.tif 000070
【図８】
0003183582.tif 000071
【図９】
0003183582.tif 000072
【図１０】
0003183582.tif 000073
【図１１】
0003183582.tif 000074
【図１２】
0003183582.tif 000075
【図１３】
0003183582.tif 000076
【図１４】
0003183582.tif 000077
【図１５】
0003183582.tif 000078
【図１６】
0003183582.tif 000079
【図１７Ａ】
0003183582.tif 000080
【図１７Ｂ】
0003183582.tif 000081
【図１８Ａ】
0003183582.tif 000082
【図１８Ｂ】
0003183582.tif 000083
【図１９Ａ】
0003183582.tif 000084
【図１９Ｂ】
0003183582.tif 000085
【図１９Ｃ】
0003183582.tif 000086
【図２０Ａ】
0003183582.tif 000087
【図２０Ｂ】
0003183582.tif 000088
【図２０Ｃ】
0003183582.tif 000089
【図２０Ｄ】
0003183582.tif 000090
【図２０Ｅ】
0003183582.tif 000091
【図２０Ｆ】
0003183582.tif 000092
【図２１Ａ】
0003183582.tif 000093
【図２１Ｂ】
0003183582.tif 000094
【図２１Ｃ】
0003183582.tif 000095
【図２１Ｄ】
0003183582.tif 000096
【図２１Ｅ】
0003183582.tif 000097
【図２１Ｆ】
0003183582.tif 000098
【図２２Ａ】
0003183582.tif 000099
【図２２Ｂ】
0003183582.tif 000100
【図２２Ｃ】
0003183582.tif 000101
【図２２Ｄ】
0003183582.tif 000102
【図２２Ｅ】
0003183582.tif 000103
【図２２Ｆ】
0003183582.tif 000104
【図２３】
0003183582.tif 000105
【図２４】
0003183582.tif 000106
【図２５】
0003183582.tif 000107
【図２６】
0003183582.tif 000108
【図２７】
0003183582.tif 000109
【図２８Ａ】
0003183582.tif 000110
【図２８Ｂ】
0003183582.tif 000111
【図２９】
0003183582.tif 000112
【図３０】
0003183582.tif 000113
【図３１】
0003183582.tif 000114
【図３２】
0003183582.tif 000115
【図３３】
0003183582.tif 000116