(57)【要約】      （修正有）【課題】熱伝達が均一で、効率的な熱交換システムを提供する。【解決手段】表面を有する熱的要素１１４と、密度が約０．６ｇ／ｃｃ以上で且つ厚さが約１０ｍｍより小さい一以上の黒鉛シートを有するヒートスプレッダ１１６と、黒鉛を含む基板１１８と、熱的要素の基板と反対の側に配置されたエネルギー収集パネル１１２とが設けられる。ヒートスプレッダは、第一表面及び第二表面を有し、ヒートスプレッダが熱的要素の表面の一部と熱伝達関係を有するよう、ヒートスプレッダが少なくとも部分的に前記熱的要素の周りを包み、基板は、基板がヒートスプレッダと熱伝達関係を有するようヒートスプレッダに対して配置されている。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）表面を有する熱的要素と、（ｂ）密度が約０．６ｇ／ｃｃ以上で且つ厚さが約１０ｍｍより小さい一以上の黒鉛シートを有するヒートスプレッダと、（ｃ）黒鉛を含む基板と、が設けられた熱交換システムであって、
前記ヒートスプレッダは、第一表面及び第二表面を有し、
前記ヒートスプレッダが前記熱的要素の表面の一部と熱伝達関係を有するよう、前記ヒートスプレッダが少なくとも部分的に前記熱的要素の周りを包み、
前記基板は、該基板が前記ヒートスプレッダと熱伝達関係を有するよう前記ヒートスプレッダに対して配置されている
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項２】
前記基板には、前記熱的要素を収容する寸法を有する凹部が設けられ、
前記基板は、前記ヒートスプレッダが前記熱的要素と前記基板との間に配置されるよう前記ヒートスプレッダに隣接して配置され、
前記基板の熱伝導率が約１５０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記ヒートスプレッダが第一部品と第二部品の二つの部品を有し、前記ヒートスプレッダの前記第一部品は前記熱的要素と前記基板との間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換システム。
【請求項４】
前記熱交換システムにはエネルギー収集パネルが設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の熱交換システム。
【請求項５】
前記ヒートスプレッダが第一部品と第二部品の二つの部品を有し、前記ヒートスプレッダの前記第二部品が前記熱的要素とエネルギー収集パネルとの間に位置するよう、前記ヒートスプレッダの前記第二部品が前記凹部全体に伸びていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項６】
前記黒鉛シートが、膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシート、黒鉛化ポリイミドからなる一以上のシート及びそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の熱交換システム。
【請求項７】
前記熱交換システムには前記熱的要素の表面の一部と熱伝達関係にある表面を有する構造要素が設けられ、前記構造要素が一以上の人造黒鉛の層を有していることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の熱交換システム。
【請求項８】
前記基板が一以上の人造黒鉛の層を有していることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の熱交換システム。
【請求項９】
前記熱交換システムには第一表面及び第二表面を有する保護層が設けられ、前記保護層の第一表面がエネルギー源と前記熱的要素の間に配置されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の熱交換システム。
【請求項１０】
前記熱交換システムが太陽エネルギー受容体を有していることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の熱交換システム。
【請求項１１】
（ａ）第一表面及び第二表面を有する黒鉛の第一層と、（ｂ）前記黒鉛の第一層の第二表面の下側に配置された黒鉛の第二層と、（ｃ）前記黒鉛の第一層と前記黒鉛の第二層との間に配置された熱的要素と、（ｄ）密度が約０．６ｇ／ｃｃ以上で且つ面内熱伝導率が約１４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有するヒートスプレッダと、が設けられた熱交換システムであって、
前記ヒートスプレッダは、前記黒鉛の第一層、前記黒鉛の第二層及び前記熱的要素と熱伝達関係を有するよう配置されている
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項１２】
前記膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートの面内熱伝導率が約２２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換システム。
【請求項１３】
前記黒鉛の第一層の面内熱伝導率が約１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換システム。
【請求項１４】
（ａ）一以上の黒鉛の層と、（ｂ）前記一以上の黒鉛の層を横切るよう設けられた、熱伝達流体を内部に収容する一以上の熱的通路と、（ｃ）密度が約０．６ｇ／ｃｃ以上で且つ面内熱伝導率が約１４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートを少なくとも一つ有するヒートスプレッダと、が設けられた熱交換システムであって、
前記ヒートスプレッダは、前記一以上の黒鉛の層及び前記熱的通路の両方と熱伝達関係を有するよう配置されている
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項１５】
前記熱交換システムには第一表面及び第二表面を有する保護層が設けられ、前記保護層の第一表面がエネルギー源と前記熱的要素との間に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は改善された高温熱交換装置に関し、特に太陽熱プロセスに使用される黒鉛エネルギー受容体であって太陽熱発電システムの構成要素としてより大きくより均一な熱交換を提供する黒鉛エネルギー受容体に関する。黒鉛熱交換装置には熱伝達流体を含む熱的要素が設けられ、これにより太陽熱を生成するために伝達流体に効率的な熱伝達を提供する。熱交換装置にはヒートスプレッダが設けられ、該ヒートスプレッダは熱的要素と熱的関係を有し、さらに熱的要素への熱伝達を改善するよう構成された膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有する。
【背景技術】
【０００２】
環境、燃料源の減少及びエネルギー効率性に対する関心が高まっていることから、太陽熱発電所は全世界的な注目を集めている。従来の太陽熱発電所は塔状の構造を有し、ヘリオスタットのフィールドによって太陽光が塔構造に設けられた太陽熱受容体に反射される。太陽熱受容体又は熱交換装置上に集められた太陽エネルギーによって、熱交換装置内の水素、ヘリウム、油又は融解塩などの流体が高温に加熱される。例えば、太陽熱発電塔において、約３００℃の「冷たい」融解塩が５６５℃に加熱され、その後タンクに送られて貯蔵される。
【０００３】
発電するために、融解塩又はヘリウムなどの熱伝達流体が蒸気発生装置に送られ、従来のランキンサイクルタービン装置用の蒸気が生成され、これにより電力が生じる。熱伝達流体として油を用いる場合も同様のプロセスが採用される。太陽熱発電塔の効率を最大化するために発電プロセス全体の太陽エネルギー取得、貯蔵及び伝達を促進するために、黒鉛などの熱伝導性の高い材料を用いることが有益である。
【０００４】
したがって、一以上の炭素及び黒鉛製品、特に例えば膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートなどの柔軟な黒鉛シートの異方性を利用することにより熱伝達流体を含む熱的要素に与えられる熱流束であって熱伝達の均一性を改善し環境エネルギーから得られる又は環境エネルギーに運ばれる熱流束を改善する熱交換装置即ち太陽熱受容体が所望される。理想的には、そのような太陽熱受容体は、高温及び温度サイクリングの両方に対して耐性があり、且つ太陽エネルギー利用度を最大限に高めると同時に対流及び放射に起因する熱損失を低減することが可能である。
【考案の概要】
【０００５】
本考案の一実施形態において、熱交換システムは、伝達流体を含む導管又は通路などの熱的要素とヒートスプレッダとを有し、前記ヒートスプレッダは膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートなどの柔軟な黒鉛シートを少なくとも一つ有している。
【０００６】
本考案の別の実施形態において、熱伝達が生じるエネルギー収集パネルと熱的要素との間の熱流束を最大限にするためにヒートスプレッダが熱的要素と熱的に接触するよう構成されている。
【０００７】
さらに別の実施形態において、ヒートスプレッダはエネルギー収集パネルから熱的要素への熱流束を最大限にするために熱的要素の「下面」と接触するよう設けられている（下面とは加熱される表面に対して用いられ、つまり下面とはエネルギー源にさらされる表面と反対の表面を指す）。
【０００８】
さらに別の実施形態において、熱的要素への熱流束を改善することにより熱的要素がさらに多くの熱エネルギーを吸収できるヒートスプレッダを提供する。
【０００９】
本考案のさらに別の実施形態において、ヒートスプレッダは密度が約０．６グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｃ）以上の膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有し、ヒートスプレッダは、熱的要素と熱伝達が生じる熱交換システムの表面、例えばエネルギー収集パネル、との両方と熱的に接触するよう配置されている。
【００１０】
別の実施形態において、ヒートスプレッダの密度は約１．１ｇ／ｃｃ以上、最も好ましくは約１．５ｇ／ｃｃ以上であり、及び／又は厚さが約１０ｍｍよりも小さい。
【００１１】
さらに別の実施形態では、ヒートスプレッダは膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有し、該シートの主表面に平行な熱伝導率は約１４０ワット／メータ・ケルビン（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上である。ヒートスプレッダは熱的要素と熱的に接触するよう配置され、太陽により加熱されるエネルギー収集パネルとも接触してもよい。
【００１２】
本考案のさらに別の実施形態では、ヒートスプレッダの熱伝導率は約２００Ｗ／ｍ・Ｋであり、より好ましくは約３００Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００１３】
本考案の別の実施形態では、太陽熱発電システムの熱交換装置の（複数の）熱的要素がエネルギー収集パネルと人造黒鉛基板との間に形成された溝又は穴内に配置され、ヒートスプレッダがエネルギー収集パネルと人造黒鉛基板との間に配置される。
【００１４】
熱交換装置のさらに別の実施形態では、ヒートスプレッダは第一部品と第二部品の二以上の部品を有する。ヒートスプレッダの第一部品は熱的要素と黒鉛基板との間に配置される。ヒートスプレッダの第二部品は別の場所に配置されてもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態において、黒鉛基板には熱的要素を収容する寸法の凹部が設けられている。ヒートスプレッダは基板と共同して基板スプレッダ凹部を形成してもよい。
【００１６】
他の実施形態では、熱交換システムは黒鉛の層を含み、熱的要素が層間に配置される。そのような実施形態は様々な黒鉛の層及び熱的要素と熱伝達関係を有するように配置されたヒートスプレッダを含んでもよい。
【００１７】
別の実施形態において、熱交換システムは熱伝達流体を内部に含む熱的通路が横切る黒鉛の層を有してもよい。この実施形態は、黒鉛及び熱的通路と熱伝達関係を有するよう配置されたヒートスプレッダを有する。
【００１８】
熱交換装置の各実施形態は太陽エネルギー受容体を有してもよい。
【００１９】
一実施形態において、熱交換システムは基板、好ましくは人造黒鉛で形成された基板を有してもよく、該基板には熱的要素を収容する寸法の凹部が設けられている。基板はヒートスプレッダの第二面に近接して配置され、これによりヒートスプレッダは熱的要素と基板との間に配置される。基板の熱伝導率は約１２０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい。さらに、いくつかの実施形態において、ヒートスプレッダは第一部品と第二部品の二つの部品を有する。ヒートスプレッダの第一部品は熱的要素と基板との間に配置される。特定の実施形態において、ヒートスプレッダの第二部品は凹部にわたって伸び、これによりヒートスプレッダの第二部品が凹部の位置で熱的要素とエネルギー収集パネルとの間に配置される。
【００２０】
本考案の別の側面は、凹部が設けられた基板と、密度が約０．６ｇ／ｃｃ以上で且つ厚さが約１０ｍｍよりも小さい膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有するヒートスプレッダと、が設けられた熱交換システムに関する。ヒートスプレッダが基板の凹部内に伸びることにより熱的要素を収容する寸法の基板／ヒートスプレッダ凹部を形成する。換言すれば、ヒートスプレッダは基板の凹部内に設けられ、したがってヒートスプレッダが基板の凹部内に置かれるようにヒートスプレッダによって凹部が形成され、これによりいわゆる基板／スプレッダ凹部が形成される。ヒートスプレッダは第一要素と第二要素の二つの要素から形成されてもよく、ヒートスプレッダの第一要素は基板と共同して基板スプレッダ凹部を形成する。
【００２１】
別の側面において、本考案は、第一表面及び第二表面を有する構造要素と、第一表面及び第二表面が設けられた保護層と、前記構造要素の第二表面に隣接して設けられ、前記構造要素の第二表面の近くに配置された部分と前記構造要素から離れて配置された部分とを有する熱的要素と、膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有するヒートスプレッダと、が設けられた熱交換システムに関する。ヒートスプレッダは構造要素の第二表面及び熱的要素の両方と熱伝達関係を有するよう配置される。さらにヒートスプレッダは構造要素の第二表面から離れで配置された熱的要素の部分と熱伝達関係を有するよう配置される。
【００２２】
本考案の別の側面は、（ａ）第一表面及び第二表面を有する構造要素と、（ｂ）前記構造要素の第二表面に隣接して配置され、前記構造要素の第二表面の近くに配置された部分と前記構造要素から離れて配置された部分とを有する熱的要素と、（ｃ）膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有するヒートスプレッダと、が設けられた熱交換システムを提供する。ヒートスプレッダは構造要素の第二表面及び熱的要素の両方と熱伝達関係を有するよう配置される。さらにヒートスプレッダは構造要素の第二表面から離れで配置された熱的要素の部分と熱伝達関係を有するよう配置される。
【００２３】
ヒートスプレッダの一実施形態において、ヒートスプレッダは膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有し、そのうちの一つのシートは熱的要素の全表面と熱伝達関係を有する。好ましくは、前記膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートの密度は約０．６ｇ／ｃｃ以上、より好ましくは約１．１ｇ／ｃｃ以上、又は１．５ｇ／ｃｃでもよい。さらに、膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートの面内熱伝導率は約１４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、より好ましくは２２０Ｗ／ｍ・Ｋであり、又は３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上でもよい。
【００２４】
熱伝達システムには、ヒートスプレッダが基板と構造要素との間に配置されるよう構造要素の第二表面の近くに配置された基板が設けられ、該基板は熱伝導性が高く、該基板の面内方向熱伝導率は約１２０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、より好ましくは約１５０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい。
【００２５】
熱交換装置の別の側面は、（ａ）第一表面及び第二表面を有する構造要素を有するエネルギー収集パネルと、（ｂ）前記構造要素の第一表面に隣接して配置され、前記構造要素の第一表面に近い部分と前記構造要素から離れた部分とを有する保護コーティングと、（ｃ）密度が約０．６ｇ／ｃｃ以上で且つ面内熱伝導率が約１４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートを少なくとも一つ有するヒートスプレッダと、が設けられた、太陽熱発電塔のための熱交換システムを提供する。ヒートスプレッダは構造要素の第二表面と熱伝達関係を有するよう配置され、さらにヒートスプレッダは熱的要素と熱伝達関係を有するよう配置される。
【００２６】
上記の及びその他の実施形態は、以下の記載を読むことにより当業者にとって明らかとなるとともに、表面を有する熱的要素と柔軟な黒鉛ヒートスプレッダとを有する熱交換システムを提供することにより達成され、特に柔軟な黒鉛ヒートスプレッダは、膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有し、密度が約０．６ｇ／ｃｃ以上、好ましくは１．１ｇ／ｃｃ以上で且つ厚さが約１０ｍｍより小さく、さらに第一面と第二面を有する。また、前記ヒートスプレッダの第一面が前記熱的要素の表面の一部と熱伝達関係を有するように前記ヒートスプレッダが少なくとも部分的に前記熱的要素の周りを包むよう、前記ヒートスプレッダが熱的要素に対して配置される。
【００２７】
前述の一般的な記載及び後述の詳細な記載は、本考案の実施形態を説明するとともに、実用新案登録請求の範囲に記載される本考案の性質及び特徴を理解するための概要及び枠組みを提供することを意図している。添付の図面は本考案のさらなる理解のために用いられ、本明細書に組み込まれるとともにその一部を構成する。図面は本考案の様々な実施形態を描写し、本明細書の記載と併せて本考案の原理および動作を説明する。本考案の他の及びさらなる特徴並びに利点は、添付の図面を参照して本明細書を読むことにより当業者に直ぐに明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本考案に係る熱交換装置の一実施形態の斜視図である。
【図２】図１の熱交換装置の部分断面図である。
【図３】図２の熱交換装置の断面図である。
【図４】図３の熱交換装置の部分断面図である。
【図５】本明細書に記載される種々の実施形態に基づく黒鉛熱交換装置の部分断面図である。
【図６】本明細書に記載される種々の実施形態に基づく黒鉛熱交換装置の部分断面図である。
【図７】本明細書に記載される種々の実施形態に基づく黒鉛熱交換装置の部分断面図である。
【図８】本明細書に記載される種々の実施形態に基づく黒鉛熱交換装置の部分断面図である。
【図９】本明細書に記載される種々の実施形態に基づく黒鉛熱交換装置の部分断面図である。
【図１０】黒鉛層の一実施形態の部分断面図である。
【図１１】ヒートスプレッダを含む黒鉛層の一実施形態の部分断面図である。
【図１２】ヒートスプレッダ及び熱的通路を含む黒鉛層の一実施形態の部分断面図である。
【図１３】熱交換装置に含まれる（複数の）黒鉛層の実施形態の展開部分断面図である。
【図１４】ヒートスプレッダとともに熱交換装置に含まれる（複数の）黒鉛層の一実施形態の部分断面図である。
【図１５】熱交換装置に含まれ得る（複数の）オフセットされた黒鉛層の展開部分断面図である。
【図１６】ヒートスプレッダとともに熱交換装置に含まれ得るオフセットされた黒鉛層の一実施形態の部分断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００２９】
上記したように、熱交換システムは、有利には、膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートなどの一以上の柔軟な黒鉛シートと、黒鉛から構成されてもよいエネルギー収集パネルと、一実施形態においては人造黒鉛から構成されてもよい基板と、を有するように形成される。
【００３０】
本明細書は高温太陽熱交換システムの観点から記載されるものの、本明細書は、壁又は天井システム、抵抗システム及び床下固定システムなどの放射床暖房システム並びに本明細書に教示されるコンセプトが適用されるさまざまな冷却システムなどを含む他の種類の熱交換装置システムにも関連することは明らかである。
【００３１】
特定の実施形態における上記の膨張黒鉛の圧縮粒子、好ましい実施形態では天然黒鉛を用いて形成されたもの、を含むヒートスプレッダとは異なり、基板及びエネルギー収集パネルはアイソスタティック成形された特に微細粒子から作成された人造黒鉛、これは人工又は製造黒鉛とも呼ばれる、から構成されることが好ましい。いくつかの実施形態において人造黒鉛は押出し成形により形成されてもよい。基板及びエネルギー収集パネルの形成に用いられる黒鉛は天然物質として採鉱されるよりも炭素系材料から製造される。
【００３２】
上記したとおり、本開示は、膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートなどの一以上の柔軟な黒鉛シートを含むヒートスプレッダが設けられた熱交換装置に関する。ヒートスプレッダの密度は約０．６ｇ／ｃｃ以上、より好ましくは１．１ｇ／ｃｃ以上、最も好ましくは１．５ｇ／ｃｃ以上である。実用的な観点から、黒鉛シートヒートスプレッダの密度の上限は約２．０ｇ／ｃｃである。ヒートスプレッダ（膨張黒鉛の圧縮粒子からなる複数のシートから構成されている場合も含む）の厚さは約１０ｍｍ以下、より好ましくは約２ｍｍ以下、最も好ましくは約１ｍｍ以下であるべきである。
【００３３】
本開示の実用において、複数の黒鉛シートを重ねて単一物品としてヒートスプレッダとして用いてもよく、このように重ねたヒートスプレッダについても上記した密度及び厚さの要件を満たすべきである。膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートは、間に感圧又は熱活性接着剤などの適切な接着剤を用いて重ねることができる。選択された接着剤は、結合強度と厚さの最小化とが両立し、且つ必要な熱伝達が起こる使用温度において適切な結合を維持するものであるべきである。適切な接着剤は当業者に周知であり、アクリル樹脂及びフェノール樹脂を含む。
【００３４】
ヒートスプレッダを構成する（複数の）黒鉛シートのシート面に平行な熱伝導率（「面内熱伝導率」と呼ばれる）は、効果的な使用のためには約１４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるべきである。より有利には（複数の）黒鉛シートの面に平行な熱伝導率は約２２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より有利には約３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。特定の実施形態において、ヒートスプレッダの面内熱伝導率は約５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。別の実施形態において、面内熱伝導率は約１５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってもよい。適切な黒鉛シートの一例は、オハイオ州パルマにあるＧｒａｆＴｅｃｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｈｏｌｄｉｎｇｓ  Ｉｎｃ．から市販されているｅＧｒａｆ（登録商標）材料である。
【００３５】
当然ながら、面内熱伝導率が大きいほどヒートスプレッダの熱拡散特性の効果が大きい。実用的な観点から、膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートの面内熱伝導率は約６００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であれば十分である。「シート面に平行な熱伝導率」及び「面内熱伝導率」の表現は、膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートが二つの主表面を有しこれがシート面を形成しているとしてみなされる。したがって、「シート面に平行な熱伝導率」及び「面内熱伝導率」とは、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率を意味する。
【００３６】
他の実施形態に基づくヒートスプレッダは、熱分解黒鉛又は熱分解黒鉛と天然黒鉛との複合物を含む黒鉛シートを有してもよく、該黒鉛シートの面内熱伝導率は６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、実際には１５００Ｗ／ｍ・Ｋという高い熱伝導率が得られる。特定の実施形態において、「熱分解黒鉛」は炭化高分子膜から形成された黒鉛材料を指す。例えば、いくつかの実施形態に基づく熱分解黒鉛の製造において、最初にポリイミド薄膜などの薄膜を切断して形を作った後に炭化段階で縮小させる。炭化中、薄膜から大量の一酸化炭素が発生し、その結果薄膜が大幅に縮小する。炭化は二段階工程で起こり、第一段階は第二段階よりも非常に低い温度で起こる。ポリイミド薄膜の炭化の第一段階中、重量損失は主にポリイミド薄膜のイミド部分のカルボニル基の切断が原因である。特に、第一段階の最後にエーテル酸素が失われると考えられる。炭化の第二段階において、薄膜のイミド基の分解中に窒素ガスが放出される。黒鉛化処理は、炭素原子の配列を変える温度での高温熱処理を含む。得られる熱分解黒鉛はシートの表面に垂直なＣ軸の好ましい結晶方位の割合が高く、したがって得られる熱分解黒鉛は非常に異方性が高い。実際、熱交換装置１００の任意の構造要素は、熱分解黒鉛又は熱分解黒鉛を含む複合黒鉛から構成されてもよい。
【００３７】
同様に、熱交換装置は高温熱吸収プレート（エネルギー収集プレートとも呼ばれる）と基板とを有し、各々が人造黒鉛から構成されてもよい。一実施形態において、人造黒鉛は中粒の黒鉛でもよい。中粒の黒鉛とは本開示においてコークス粒子サイズが最大約１．０ｍｍ、より好ましくは約０．６ｍｍから約０．９ｍｍのものとして定義される。別の実施形態において、熱吸収プレート及び基板を形成する人造黒鉛はコークス粒子サイズが平均０．０２４ｍｍ以下の微細粒の黒鉛である。エネルギー収集パネル及び黒鉛基板を構成する人造黒鉛は、粒子の熱伝導率が約１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。さらに熱交換装置のいくつかの実施形態において、熱吸収プレート及び／又は基板は押出成形黒鉛を含んでもよく、これにより各々が異方性を有し、したがってヒートスプレッダに向けて熱を移動させて熱交換装置内における熱の効果的な伝達を促進する。
【００３８】
本考案の熱交換装置は主に太陽熱発電システムに関連して記載されているが、当然ながら、本明細書に記載された原理を他の同様の任意の熱交換システムに搭載された加熱又は冷却装置に応用することが可能である。
【００３９】
図面を参照すると、図１は高温熱交換装置１００を概略的に示す。高温熱交換装置１００は、保護コーティング１１０が設けられたエネルギー収集パネル１１２を有し、熱交換装置１００が太陽光にさらされたときにこの保護コーティングを介して熱が吸収される。熱的要素１１４は、加熱若しくは冷却要素又は具体的な応用に依存して任意の熱伝達流体用通路であってもよく、熱収集パネル１１２と熱伝達関係を有する。熱伝達関係を有するとは、熱エネルギーが一つの部品から伝達された又は全体的に伝達されたことを意味する。
【００４０】
以下、主に加熱要素としての熱的要素１１４について記載する。熱的要素１１４が冷却要素を含んでもよいことは明らかである。熱的要素１１４はより一般的には加熱又は冷却可能な熱伝達要素とも呼ばれる。熱交換装置１００において熱的要素１１４は周囲から加熱される。また熱的要素１１４は、熱交換装置１００のさまざまな他の構造特徴間の利用可能な空間として定義される、熱伝達流体を運ぶための凹部、空洞又は通路を有してもよい。
【００４１】
熱的要素１１４は、熱伝達流体又は気体を運ぶための導管又は管網を含む、しかしこれらに限定されない、任意の利用可能な種類の熱伝達要素でもよい。「熱伝達流体」とは、熱エネルギーの伝達に適した全ての流体、気体、ジェル及び／又は相変化媒体を含む。
【００４２】
保護コーティング１１０は、太陽熱システムにおける使用に適した酸化保護に用いられる任意の従来材料でもよい。適切な熱的要素１１４及びパネル１１２について以下にさらに詳しく記載する。
【００４３】
膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有するヒートスプレッダ１１６は、エネルギー収集パネル１１２と熱伝達関係にあり、したがってエネルギー収集パネル１１２と熱的に係合する。「熱的に係合」とは、伝導性、対流又は放射の関係を含んでもよい（後者二つの関係に関する実施形態では以下に詳しく記載するようにヒートスプレッダ１１６がエネルギー収集パネル１１２と物理的に接触しなくともよい）。以下により詳しく記載される人造黒鉛基板１１８はエネルギー収集パネル１１２の下側に配置され、ヒートスプレッダ１１６が黒鉛基板１１８とエネルギー収集パネル１１２の間に配置される。
【００４４】
エネルギー収集パネル１１２は、ヒートスプレッダ１１６と直接係合する必要はなく、黒鉛又は他の材料からなる種々の層によりヒートスプレッダ１１６から分離して設けられてもよい。したがって、熱交換装置１００の一つの材料の層が別のものに重なると記載した場合、特に記載のない限り互いに物理的に接触してなくてもよい。実際には、熱交換装置１００の任意の構成要素は、互いに物理的に接触することなく互いに熱伝達関係又は熱交換関係を有してもよい。
【００４５】
エネルギー収集パネル１１２で太陽エネルギーの光熱転換が行われると、エネルギー収集パネル１１２は非常に高い温度まで加熱され、この高温により酸化が促進する。エネルギー収集パネル１１２の寿命を延ばすため、保護コーティング１１０を設けて酸化速度を低減させる。保護コーティング１１０は、黒鉛を酸化から保護することにより高温における黒鉛の使用寿命を増大させる石英又は石英と同等の性質の材料などの任意の従来の材料であってもよい。
【００４６】
ヒートスプレッダ１１６はさらに熱的要素１１４と熱伝達関係を有する。熱的要素１１４は、例えば従来の熱交換システムに典型的に用いられる伝達材料又は装置でもよい。例えば熱的要素１１４は電線要素又は融解塩又はヘリウムなどの熱伝達流体を運ぶための管網を有する種類のものでもよい。太陽熱発電塔におけるそのような管システムには通常チタニウム製又はステンレススチール管が用いられる。またそのようなシステムには耐腐食性を有する他の熱伝導性管材が用いられてもよい。
【００４７】
熱的要素１１４の管組織は、太陽熱受容体を介してヘリウム又は別の相変化媒体又は熱移送不活性気体を移送可能な一連の不浸透性、半浸透性又は浸透性黒鉛管を含んでもよい。そのような黒鉛管は、一連の樹脂含浸を用いて不浸透性又は半浸透性に製造されてもよい。熱的要素１１４として黒鉛管を用いることにより、本考案に係る高温熱交換装置１００を構成するのに用いられるさまざまな材料のぞれぞれの熱膨張係数のミスマッチを軽減できる。
【００４８】
例えば一部の黒鉛管においてそうであるように、熱的要素１１４からなる管が不浸透性でない場合、浸透性又は半浸透性の管即ち浸透性又は半浸透性の熱的要素１１４からの気体損失を最小限にするために、熱交換装置１００にヘリウム又は他の熱伝達気体を用いて正の圧力がかけられる。また、熱的要素１１４は断面が全体的に丸形であるものの、長円形、正方形、四角形などの他の断面形状でもよい。
【００４９】
ヒートスプレッダ１１６は、熱吸収性を向上させるために、つやのある上質な表面を有する即ち粒子サイズが小さな黒鉛を含んでもよい。表面の仕上げがより良いと、管の直径を小さくすることができるとともに熱伝達流体の速度がより速くなり、したがってヒートスプレッダ１００を通る熱の流れが全体的に向上する。
【００５０】
熱交換装置１００のいくつかの実施形態において、図１、３及び４−９に示すように、基板１１８は人造黒鉛材料を含んでもよい。人造黒鉛は例えば、ＧｒａｆＴｅｃｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｈｏｌｄｉｎｇｓ  Ｉｎｃ．が製造するＳＬＸ（登録商標）黒鉛のような高温の応用に優れる高強度の中粒黒鉛でもよい。基板１１８の面内方向の熱伝導性は、製造された場合又は人造黒鉛材料が用いられた場合、約１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは約１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるべきである。必須ではないが微細粒黒鉛を用いることが好ましい。そのようにして、黒鉛基板１１８は、エネルギー収集パネル１１２から熱的要素１１４へ可能な限り高い熱エネルギーを伝達するのを確保する手伝いをする。
【００５１】
上記したように、ヒートスプレッダ１１６は、膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有し、基板１１８とエネルギー収集パネル１１２の間に配置されてもよい。このような構成によりヒートスプレッダ１１６は熱的要素１１４とエネルギー収集パネル１１２の両方と熱伝達関係を有するので、ヒートスプレッダ１１６はエネルギー収集パネル１１２から熱的要素１１４へ又は熱的要素１１４からより均一に熱エネルギーを拡散（加熱又は冷却を介してもよい）する。
【００５２】
最も有利には、ヒートスプレッダ１１６は熱的要素１１４の外表面全体と熱伝達関係を有する。しかしながら、別の実施形態では、ヒートスプレッダ１１６は、熱的要素１１４のエネルギー収集パネル１１２から最も遠い部分とも熱伝達関係にある。言い換えれば、図１−４に示す配置でみると、ヒートスプレッダ１１６は熱的要素１１４の周囲を少なくとも部分的に覆い、したがって熱的要素１１４の表面の少なくとも一部、好ましくは熱的要素１１４の全表面又は一部分と熱伝達関係にある（最も好ましくは実際に物理的に接触する）。
【００５３】
このようにして、ヒートスプレッダ１１６は、熱的要素１１４のエネルギー収集パネル１１２と最も遠い（即ち最も物理的に離れた）熱伝達関係にある表面又は一部分からの熱エネルギー用の通路を提供し、これにより熱的要素１１４への熱の流れが向上する。さらに、ヒートスプレッダ１１６の柔軟性及び適合性によってエネルギー収集パネル１１２との熱伝達が向上し、このことは効率性の観点から重要な利点である。さらに、ヒートスプレッダ１１６は比較的均一な断面厚さ及び密度を有しているので、ヒートスプレッダ１１６の有利な物性はその全領域にわたって均一となる。
【００５４】
図５に示す熱交換装置１００の一実施形態において、ヒートスプレッダ１１６の形成に用いられる膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートは柔軟性を有する。したがってヒートスプレッダ１１６は基板１１８とエネルギー収集パネル１１２の間に配置されるとともに熱的要素１１４の下に伸びる（「下」との表現はエネルギー収集パネル１１２から離れた方向を向く熱的要素１１４の部分を指す）。あるいは、ヒートスプレッダ１１６は、図２及び３に示すように、第一ヒートスプレッダ１１６ａ及び第二ヒートスプレッダ１１６ｂの二つの別々の部品であってもよい。第一ヒートスプレッダ１１６ａは、上記したように膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有し、基板１１８とエネルギー収集パネル１１２の間に配置されるが熱的要素１１４の下には伸びない。第一ヒートスプレッダ１１６ａは、図６に示すように熱的要素１１４が配置された領域内には伸びない。あるいは、第一ヒートスプレッダ１１６ａは熱的要素１１４の上表面を完全に横切って伸び、したがって熱的要素１１４の上部分との熱的な接触が良好となる。
【００５５】
第二ヒートスプレッダ１１６ｂは分離した部品であり、熱的要素１１４と熱的に（有利には物理的に）接触するとともに熱的要素１１４の周囲又は表面、熱的要素１１４の下側部分及び側面部分を含む、を少なくとも部分的に包み、且つ図２及び３に示すように第一ヒートスプレッダ１１６ａと熱的に接触（最も好ましくは物理的に接触）する。第二ヒートスプレッダ１１６ｂは、膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートから形成されてもよく、あるいはアルミニウムのような金属などの等方性材料などの他の材料から形成されてもよい。第二ヒートスプレッダ１１６ｂは第一ヒートスプレッダ１１６ａとは異なる密度でもよく、及び／又は第一ヒートスプレッダ１１６ａよりも低い面内伝導性を有していてもよい。いくつかの実施形態において、熱損失を低減するために第二ヒートスプレッダ１１６ｂの面内伝導性は第一ヒートスプレッダ１１６ａよりも低い。例えばいくつかの実施形態では、基板１１８への熱損失を最小化するために第二ヒートスプレッダ１１６ｂはいくらかの遮蔽を提供する。
【００５６】
いくつかの配置では、有利には、第二ヒートスプレッダ１１６ｂを熱的要素１１４の側面のみを部分的に囲む（図示せず）ように配置し、熱的要素１１４を第二ヒートスプレッダ１１６ｂに設置及び／又は取り付けた後第一ヒートスプレッダ１１６ａに設置又は取り付ける。
【００５７】
さらに別の実施形態では、図８に示すように、第二ヒートスプレッダ１１６ｂと第一ヒートスプレッダ１１６ａの熱伝達関係（最も有利には実際に物理的に接触する）が維持されるよう、第二ヒートスプレッダ１１６ｂが熱的要素１１４を完全に囲む、あるいは第二ヒートスプレッダ１１６ｂが熱的要素１１４の周囲に伸びる。
【００５８】
別の実施形態では、基板１１８又はエネルギー収集パネル１１２は、一連の積み重ねられた熱伝導性の高い黒鉛プレートを有する。黒鉛プレートは、重ねられた天然黒鉛、例えば熱伝導性が５００Ｗ／ｍ・ＫであるＧｒａｆＴｅｃｈ（登録商標）ＳＳ５００、から構成されてもよい。あるいは一連の積み重ねられた人造黒鉛プレートを用いてもよい。理想的には、ヒートスプレッダ１００の表面から熱的要素１１４に熱を素早く移動させるために熱伝導性の高い黒鉛を用いて積み重ねられたプレートを形成する。
【００５９】
さらに別の実施形態では、基板１１８又はエネルギー収集パネル１１２は、熱的受容体として作用する多孔質炭素又は伝導性黒鉛発泡体ブロックから構成される。いくつかの実施形態において、基板として用いられる黒鉛発泡体の熱伝導率は室温で約１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは約２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。熱伝達流体は多孔質の基板又は基板を横切る通路を通るように方向づけられる。基板を通る通路の向き及び数は、必要とされる受容体を通る圧力損失に依存する。気体の流れに対して垂直に配置される一連の導管は基板に組み入れられてもよく、これにより多効率が改善されるとともに基板を通る圧力損失が減少する。一実施形態では、導電性黒鉛発泡体ブロックは大気から遮断される。
【００６０】
エネルギー収集パネル１１２は、非多孔質炭素又は黒鉛ブロックを有してもよい。基板は、室温での熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上又は１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の、アノードコークスから得られる安価な黒鉛から構成されてもよい。
【００６１】
熱交換装置１００において、ヒートスプレッダ１１６を使用してヒートスプレッダ１１６と加熱要素との熱的な接触をより増大させることによって、エネルギー収集パネル１１２から熱的要素１１４への熱の流れを大きく向上させることができる。したがって、加熱システムの加熱要素はより互いに近づけて配置でき、及び／又は管を通って流れる伝達流体の温度が高くなり、結果としてエネルギー効率を大幅に改善できる。
【００６２】
熱交換装置１００の一実施形態において、図９に示すように、熱的要素１１４は一連の黒鉛加工ブロック１２０であってもよく、一連の黒鉛加工ブロック１２０はブロック１２０間に気体又は流体流路を作成するよう直接又は間接的に互いにセメントで固められる又は固定される。通路１２２が熱的要素１１４に相当する。一実施形態において、ヘリウムなどの熱伝達流体は制限されることなく通路１２２を通って流れて熱交換装置１００へ又は熱交換装置１００から熱を伝達する。図９において熱的要素１１４は黒鉛ブロック１２０間の通路１２２として定義される。
【００６３】
いくつかの実施形態において、ブロック１２０の形成に使用される黒鉛を樹脂含浸してもよく、これによりブロックの浸透性が低下する。高温黒鉛セメントを用いて黒鉛ブロック１２０を互いにセメントで固めてもよい。さらに、熱交換装置１００全体にヘリウム又は別の熱伝達流体を用いて正の圧力を加えてもよく、これにより通路１２２からの気体損失が最小化される。熱交換装置１００を加圧することは、ブロック１２０及び通路１２２を形成する黒鉛が不浸透性でない場合に特に有益である。
【００６４】
熱交換装置１００の一部に圧力をかける場合は熱伝達流体としてヘリウムがよく利用される。ヘリウムは熱容量が高いことから不活性気体として有用であるが、代替的に別の相変化媒体を用いて熱交換装置１００を加圧してもよい。
【００６５】
図１０−１２に示す別の実施形態において、熱的要素１１４は、黒鉛ブロックプレナムを形成するようカットされた一連の事前加工された通路１２６を有する一以上の黒鉛ブロック１２４から形成されてもよい。黒鉛ブロック１２４は「黒鉛の層」、「黒鉛のシート」又は「黒鉛の片」とも呼ばれる。図１０に示される事前加工された通路１２６は、一部の実施形態に基づく熱交換装置１００の熱的要素１１４に相当する。
【００６６】
図１１に示すように、通路１２６即ち熱的要素１１４はヒートスプレッダ１１６として機能する黒鉛の層と一列に並んで配置されてもよい。実際には、熱的要素への熱伝達を改善するために、熱的要素と熱伝達関係を有する膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシート即ちヒートスプレッダ１１６と、通路１２６を、全体的又は部分的に一列に配置してもよい。
【００６７】
さらに、図１２に示すように、膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートである熱的通路１１７が黒鉛ブロック１２４を横断する又は黒鉛ブロック１２４内に含まれる又は通路１２６間を通ってもよく、これにより通路１２６への均一で効率的な熱伝達が促進される。図１２は特定の配向に配置された熱的通路１１７を含む一実施形態を示すが、熱的通路１１７の配置は通路１２６の形状変動に基づいて異なってもよく、例えば通路１２６内を通るように配置されてもよい。
【００６８】
熱的通路１１７は、熱伝導率が約５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、一部の実施形態では熱伝導率が約１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の人造又は天然黒鉛材料で構成されてもよい。黒鉛ブロックを含む熱交換装置１００の各実施形態を加圧することにより熱伝達を促進させて熱損失を防止してもよい。
【００６９】
図１３に示す別の実施形態において、熱的要素１１４を第一黒鉛ブロック１２８と第二黒鉛ブロック１３０とを結合することにより形成してもよく、第一黒鉛ブロック１２８と第二黒鉛ブロック１３０の各々が少なくとも一方から切り取られた半分溝を少なくとも一つ有する。一つの半分溝の形状は半円筒状でもよい。したがって、第一黒鉛ブロック１２８及び第二黒鉛ブロック１３０が互いに結合されると、図１４に示すように、二つのブロック１２８及び１３０は熱交換装置１００を通って流れるヘリウム又は他の熱伝達流体のための一連の通路１２２を形成する。これらブロックは互いにボルトで固定される又は高温黒鉛セメントを用いてセメントで固められる又は周知の手段を用いて結合されてもよい。結果として得られる熱的要素１１４に似た通路１２６は、任意の数の黒鉛ブロック１２８、１３０の間に定められる。
【００７０】
保護層１１０と熱的要素１１４の間の熱的通路の長さを短くするために、黒鉛ブロック１２８、１３０の厚さを最小化してもよい。また、図１４に示すように、天然又は人造黒鉛から構成されるヒートスプレッダ１１６を用いて通路１２６の内側を覆ってもよく、これにより通路の各周囲で最大熱流量が確保される。ヒートスプレッダ１１６は、例えば膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有してもよい。ヒートスプレッダ１１６は、通路１２６を部分的又は完全に覆ってもよい。ヒートスプレッダ１１６は加熱することにより膨張してもよく、これにより収容される熱伝達流体の膨張が相殺される。
【００７１】
通路１２６の寸法は、熱交換装置１００の熱伝達流体入口と熱伝達流体出口の間で増大してもよい。この通路の寸法の増大は、熱交換装置１００を通る熱伝達流体の通路に沿って増大する。熱伝達流体が熱交換装置１００を通って移動するにしたがって、通路１２６の寸法が増大する。通路の寸法の増大は熱交換装置を通る圧力損失の低減を助け、これにより例えば熱交換装置１００の通路１２６を通って移動する際にヘリウムなどの熱伝達流体が熱くなり膨張する。黒鉛の使用は、ヒートスプレッダ１００を通って移動する熱伝達流体のための安定した構造を高温においても提供する。
【００７２】
さらに、通路１２６の数はさまざまでもよい。例えば、少数のより大きな穴の代わりに多数のより小さな直径の通路を薄い黒鉛ブロックにわたって形成してもよい。より小さな穴はより多くの単位体積当たりの表面積を有し、これにより黒鉛から熱伝達流体への熱の流れが最大化される。より小さな穴の場合、圧力損失が増大するが、従来のモデリングを用いてブロックの本来の強度に対する穴数を最適化することができる。
【００７３】
さらに、図１５に示すように、複数層の一連の通路１２６を用いて熱伝達を最大化してもよい。複数の黒鉛ブロック１２８及び１３０を重ねて通路１２６を形成することができ、積み重ねられたブロック１２８及び１３０により作成された通路１２６を互いにオフセットされた位置に配置することにより熱伝達をさらに促進することができる。通路１２６のオフセットに関係なく、各ブロック１２８及び１３０の端部は互いに一列に並び且つ同一面内に配置されてもよい。
【００７４】
図１６に示すように、通路１２６の種々の層を一列ごとに互いにオフセットしてもよく、これにより黒鉛厚さが最小化され、ヒートスプレッダ１００の外表面から熱的要素１４４即ち通路１２６への熱的通路が減少し、したがって熱伝達流体への熱的通路が減少する。ここで、再度、図１６に示すように、ヒートスプレッダ１１６は部分的又は完全に通路１２６を覆ってもよく、これにより温度勾配が最小化される。
【００７５】
本出願に引用された全ての特許及び刊行物は本明細書に参照することにより盛り込まれる。
【００７６】
本明細書に記載された考案を様々な形に変更してもよいことは明白である。そのような修正及びバリーションの全ては任意の適切な組み合わせで実施されてもよい。そのような修正及びバリエーションは、本考案の精神及び範囲に含まれ、そして当業者に明らかとなる全てのそのような修正及びバリエーションは添付の実用新案登録請求の範囲に含まれる。
【図１】
0003176537.tif 000003
【図２】
0003176537.tif 000004
【図３】
0003176537.tif 000005
【図４】
0003176537.tif 000006
【図５】
0003176537.tif 000007
【図６】
0003176537.tif 000008
【図７】
0003176537.tif 000009
【図８】
0003176537.tif 000010
【図９】
0003176537.tif 000011
【図１０】
0003176537.tif 000012
【図１１】
0003176537.tif 000013
【図１２】
0003176537.tif 000014
【図１３】
0003176537.tif 000015
【図１４】
0003176537.tif 000016
【図１５】
0003176537.tif 000017
【図１６】
0003176537.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月13日(2012.2.13)
【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】
（ａ）表面を有する熱的要素と、（ｂ）密度が約０．６ｇ／ｃｃ以上で且つ厚さが約１０ｍｍより小さい一以上の黒鉛シートを有するヒートスプレッダと、（ｃ）黒鉛を含む基板と、（ｄ）前記熱的要素の前記基板と反対の側に配置されたエネルギー収集パネルと、が設けられた熱交換システムであって、
前記ヒートスプレッダは、第一表面及び第二表面を有し、
前記ヒートスプレッダが前記熱的要素の表面の一部と熱伝達関係を有するよう、前記ヒートスプレッダが少なくとも部分的に前記熱的要素の周りを包み、
前記基板は、該基板が前記ヒートスプレッダと熱伝達関係を有するよう前記ヒートスプレッダに対して配置されている
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項２】
前記基板には、前記熱的要素を収容する寸法を有する凹部が設けられ、
前記基板は、前記ヒートスプレッダが前記熱的要素と前記基板との間に配置されるよう前記ヒートスプレッダに隣接して配置され、
前記基板の熱伝導率が約１５０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記ヒートスプレッダが第一部品と第二部品の二つの部品を有し、前記ヒートスプレッダの前記第一部品は前記熱的要素と前記基板との間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換システム。
【請求項４】
前記ヒートスプレッダが第一部品と第二部品の二つの部品を有し、前記ヒートスプレッダの前記第二部品が前記熱的要素と前記エネルギー収集パネルとの間に位置するよう、前記ヒートスプレッダの前記第二部品が前記凹部全体に伸びていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項５】
前記黒鉛シートが、膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシート、黒鉛化ポリイミドからなる一以上のシート及びそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の熱交換システム。
【請求項６】
前記熱交換システムには前記熱的要素の表面の一部と熱伝達関係にある表面を有する構造要素が設けられ、前記構造要素が一以上の人造黒鉛の層を有していることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の熱交換システム。
【請求項７】
前記基板が一以上の人造黒鉛の層を有していることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の熱交換システム。
【請求項８】
前記熱交換システムには第一表面及び第二表面を有する保護層が設けられ、前記保護層の第一表面がエネルギー源と前記熱的要素の間に配置されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の熱交換システム。
【請求項９】
前記熱交換システムが太陽エネルギー受容体を有していることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の熱交換システム。
【請求項１０】
（ａ）第一表面及び第二表面を有する黒鉛の第一層と、（ｂ）前記黒鉛の第一層の第二表面の下側に配置された黒鉛の第二層と、（ｃ）前記黒鉛の第一層と前記黒鉛の第二層との間に配置された熱的要素と、（ｄ）密度が約０．６ｇ／ｃｃ以上で且つ面内熱伝導率が約１４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートを有するヒートスプレッダと、が設けられた熱交換システムであって、
前記ヒートスプレッダは、前記黒鉛の第一層、前記黒鉛の第二層及び前記熱的要素と熱伝達関係を有するよう配置されている
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項１１】
前記膨張黒鉛の圧縮粒子からなる一以上のシートの面内熱伝導率が約２２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換システム。
【請求項１２】
前記黒鉛の第一層の面内熱伝導率が約１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換システム。
【請求項１３】
（ａ）一以上の黒鉛の層と、（ｂ）前記一以上の黒鉛の層を横切るよう設けられた、熱伝達流体を内部に収容する一以上の熱的通路と、（ｃ）密度が約０．６ｇ／ｃｃ以上で且つ面内熱伝導率が約１４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の膨張黒鉛の圧縮粒子からなるシートを少なくとも一つ有するヒートスプレッダと、が設けられた熱交換システムであって、
前記ヒートスプレッダが前記一以上の黒鉛の層及び前記熱的通路の両方と接触している
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項１４】
前記熱交換システムには第一表面及び第二表面を有する保護層が設けられ、前記保護層の第一表面がエネルギー源と前記熱的要素との間に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の熱交換システム。