KR20120002258U - High temperature graphite heat exchanger - Google Patents

High temperature graphite heat exchanger Download PDF

Info

Publication number
KR20120002258U
KR20120002258U KR2020127000003U KR20127000003U KR20120002258U KR 20120002258 U KR20120002258 U KR 20120002258U KR 2020127000003 U KR2020127000003 U KR 2020127000003U KR 20127000003 U KR20127000003 U KR 20127000003U KR 20120002258 U KR20120002258 U KR 20120002258U
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphite
heat
heat exchanger
heat spreader
thermal
Prior art date
Application number
KR2020127000003U
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR200475201Y1 (en
Inventor
브래들리 이. 레이스
마크 세거
Original Assignee
그라프텍 인터내셔널 홀딩스 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 그라프텍 인터내셔널 홀딩스 인코포레이티드 filed Critical 그라프텍 인터내셔널 홀딩스 인코포레이티드
Publication of KR20120002258U publication Critical patent/KR20120002258U/en
Application granted granted Critical
Publication of KR200475201Y1 publication Critical patent/KR200475201Y1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F24S10/75—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/10—Details of absorbing elements characterised by the absorbing material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S2080/01—Selection of particular materials
    • F24S2080/014—Carbone, e.g. graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Abstract

그라파이트계 열 교환기(100)로서, 특히 태양 발전 시스템에서의 열적인 프로세스의 일부로서 태양 에너지 수용기로 사용되는 열 교환기로서, 에너지 수집 패널(112), 열 확산기(116), 및 열적인 요소(114)를 포함하며, 상기 열 확산기는 밀도가 약 0.6 g/cc 이상이고 두께가 약 10 mm 미만인 가요성 그라파이트로 형성되고, 그리고 상기 열 확산기는 제 1 측면 및 제 2 측면을 도 포함하고, 상기 열 확산기는 상기 열적인 요소와 열 전달 관계를 가지며, 상기 에너지 수집 패널은 그라파이트로 이루어진 하나 이상의 시트 또는 블록을 포함한다. Graphite-based heat exchanger 100, in particular as a heat exchanger used as a solar energy receiver as part of a thermal process in a solar power system, includes an energy collection panel 112, a heat spreader 116, and a thermal element 114. Wherein the heat spreader is formed of flexible graphite having a density of at least about 0.6 g / cc and a thickness of less than about 10 mm, and the heat spreader also includes a first side and a second side; The diffuser has a heat transfer relationship with the thermal element, and the energy collection panel includes one or more sheets or blocks of graphite.

Description

고온 그라파이트 열 교환기{HIGH TEMPERATURE GRAPHITE HEAT EXCHANGER}High Temperature Graphite Heat Exchanger {HIGH TEMPERATURE GRAPHITE HEAT EXCHANGER}

본원 고안은 개선된 고온 그라파이트 열 교환기에 관한 것이고, 특히 태양 발전 시스템의 요소들로서 보다 많은 그리고 보다 균일한 열 전달을 제공하는, 태양열 프로세스에서 사용하기 위한 그라파이트 에너지 수용기(receptor)에 관한 것이다. 그라파이트 열 교환기는 열 전달 유체를 포함하는 열적인(thermal) 요소를 포함하고, 그리고 태양 발전을 위한 전달 유체로의 효율적인 열 전달을 제공한다. 열 교환기는 열 확산기(spreader)를 더 포함할 수 있고, 그러한 열 확산기는 열 전달을 개선하기 위해서 열적인 요소와 열적으로 관련되는 박리형(exfoliated) 그라파이트의 압축된 입자들로 이루어진 하나 이상의 시트를 포함한다.
The present invention relates to an improved high temperature graphite heat exchanger, and in particular to a graphite energy receptor for use in solar processes that provides more and more uniform heat transfer as elements of a solar power system. Graphite heat exchangers include thermal elements, including heat transfer fluids, and provide efficient heat transfer to transfer fluids for solar power generation. The heat exchanger may further comprise a heat spreader, which heat spreader comprises one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite that are thermally associated with the thermal element to improve heat transfer. Include.

환경, 연료 공급원의 감소, 및 에너지 효율에 대한 관심이 계속적으로 높아지고 있기 때문에, 태양 발전 설비가 세계적으로 관심의 대상이 되고 있다. 통상적인 태양 발전 설비는 타워-형상의 구성을 가지며, 그러한 구성에서 헬리오스탯(heliostat; 일광 반사 장치)의 필드(field)는 타워 구조물에 장착된 태양 수용기로 태양광을 반사시킨다. 수용기에서의, 또는 열 교환기에서의 집중된 태양 에너지는 수소, 헬륨, 오일 또는 용융 염(molten salt)과 같은 내부의 유체를 높은 온도로 가열한다. 예를 들어, 태양 발전 타워에서, 약 300 ℃의 "저온(cold)" 용융 염이 565 ℃로 가열되고 그리고 이어서 저장용 탱크로 펌핑된다.
Solar power installations are of global interest because of the ever-increasing interest in the environment, the reduction of fuel sources, and energy efficiency. Conventional solar power plants have a tower-shaped configuration, in which a field of heliostat (sunlight reflector) reflects sunlight into a solar receiver mounted to the tower structure. Concentrated solar energy at the receiver, or at the heat exchanger, heats the fluid inside, such as hydrogen, helium, oil or molten salt, to a high temperature. For example, in a solar power tower, a “cold” molten salt of about 300 ° C. is heated to 565 ° C. and then pumped to a storage tank.

발전을 위해서, 용융 염 또는 헬륨과 같은 열 전달 유체가 증기 발생 시스템으로 펌핑되어 통상적인 랜킨(Rankine)-사이클 터빈 시스템을 위한 증기를 생성하고, 그러한 터빈 시스템은 다시 전기를 생산한다. 열 전달 유체로서 오일이 사용될 때, 유사한 프로세스가 채용된다. 태양열 타워의 효율을 최대화하기 위해서, 높은 열 전도성의 물질, 예를 들어 그라파이트가 발전 프로세스를 통해서 태양 에너지를 획득, 저장 및 전달하는 것을 보조하는데 있어서 유리하다.
For power generation, a heat transfer fluid such as molten salt or helium is pumped into the steam generating system to produce steam for a conventional Rankine-cycle turbine system, which in turn produces electricity. When oil is used as the heat transfer fluid, a similar process is employed. In order to maximize the efficiency of solar towers, it is advantageous to assist high thermally conductive materials such as graphite to obtain, store and transfer solar energy through the power generation process.

따라서, 하나 또는 둘 이상의 탄소 또는 그라파이트의, 특히, 예를 들어, 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 시트와 같은 가요성 그라파이트 시트의 이방성(anisotropic) 성질을 이용할 수 있게 함으로써, 열 전달 유체를 수용하는 열적인 요소로 제공되는 열 전달의 균일도를 개선하기 위한, 그리고 환경적 에너지로부터 획득되고 그리고 전달되는 열 플럭스를 개선하기 위한, 열 교환기 즉, 태양열 수용기가 요구되고 있다. 이상적으로, 그러한 태양 에너지 수용기는 높은 온도 및 열적인 사이클링에 대해서 내성을 가지고, 그리고 대류 및 복사에 기인할 수 있는 열 손실을 줄이면서도 태양 에너지의 이용을 최대화할 수 있다. Thus, it is possible to take advantage of the anisotropic properties of flexible graphite sheets, such as sheets of compressed particles of, for example, exfoliated graphite, of one or more carbons or graphite, to accommodate heat transfer fluids. There is a need for a heat exchanger, ie a solar receiver, to improve the uniformity of heat transfer provided by the thermal element and to improve the heat flux obtained and transferred from environmental energy. Ideally, such solar energy receptors are resistant to high temperatures and thermal cycling, and can maximize the use of solar energy while reducing heat losses that may be due to convection and radiation.

본원 고안의 일 실시예에서, 열 교환기 시스템은 전달 유체를 수용하는 도관 또는 통로와 같은 열적인 요소, 그리고 열 확산기를 포함하고, 상기 열 확산기는 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트와 같은 하나 이상의 가요성 그라파이트 시트를 포함한다.
In one embodiment of the present invention, a heat exchanger system includes a thermal element, such as a conduit or passageway to receive a transfer fluid, and a heat spreader, wherein the heat spreader is such as one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite. One or more flexible graphite sheets.

본원 고안의 다른 실시예에서, 열 확산기가 열적인 요소와 열적으로 접촉하여, 열 전달을 발생시키는 에너지 수집 패널과 열적인 요소 사이의 열 플럭스를 최대화한다.
In another embodiment of the present invention, the heat spreader is in thermal contact with the thermal element, maximizing the heat flux between the thermal element and the energy collection panel that generates heat transfer.

또 다른 실시예에서, 열 확산기는 열적인 요소의 "하부 측면(underside)"(하부 측면은 가열되는 표면과 관련하여 사용되었다; 다시 말해서, 하부 측면은 에너지 공급원에 노출되는 표면의 반대쪽 표면을 지칭한다)와 접촉하여, 에너지 수집 패널로부터 열적인 요소로의 열 플럭스를 최대화한다.
In another embodiment, the heat spreader was used in relation to the "underside" (the bottom side of the thermal element) of the thermal element; in other words, the bottom side refers to the surface opposite the surface exposed to the energy source. To maximize the heat flux from the energy collection panel to the thermal element.

또 다른 실시예는 열적인 요소로의 열 플럭스를 개선하는 열 확산기를 제공하고, 그에 따라 상기 열 확산기는 보다 많은 열적 에너지가 열적인 요소에 의해서 흡수될 수 있게 한다.
Yet another embodiment provides a heat spreader that improves the heat flux to the thermal element, whereby the heat spreader allows more thermal energy to be absorbed by the thermal element.

또 다른 본원 고안의 실시예에서, 밀도가 입방 센티미터당 약 0.6 그램(0.6 g/cc) 이상인 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하는 열 확산기는 열적인 요소, 그리고 에너지 수집 패널과 같이 열 전달이 발생되는 열 교환기 시스템의 표면 모두와 열적으로 접촉하도록 배치된다.
In another embodiment of the present invention, a heat spreader comprising at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite having a density of at least about 0.6 grams (0.6 g / cc) per cubic centimeter is provided with a thermal element and an energy collection panel. Likewise arranged to thermally contact all of the surfaces of the heat exchanger system where heat transfer takes place.

다른 실시예에서, 열 확산기는 약 0.1 g/cc 이상의, 가장 바람직하게는 약 1.5 g/cc 이상의 밀도를 가지며, 및/또는 약 10 mm 미만의 두께를 가진다.
In other embodiments, the heat spreader has a density of at least about 0.1 g / cc, most preferably at least about 1.5 g / cc, and / or has a thickness of less than about 10 mm.

또 다른 실시예에서, 주요(major) 표면들에 평행한 열 전도도가 미터-캘빈 당 약 140 와트(140 W/m-K) 이상인 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하는 열 확산기는 열적인 요소와 열적으로 접촉되는 상태로 배치되고, 그리고 또한 일반적으로 태양에 의해서 가열되는 에너지 수집 패널과도 접촉할 수 있다.
In yet another embodiment, a heat spreader comprising at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite having a thermal conductivity parallel to major surfaces of at least about 140 Watts per meter-kelvin (140 W / mK) It may be placed in thermal contact with an element and also in contact with an energy collection panel that is generally heated by the sun.

본원 고안의 또 다른 실시예는 열 전도도가 약 220 W/m-K 이상인, 그리고 보다 바람직하게 약 300 W/m-K 이상인 열 확산기를 포함한다.
Another embodiment of the present invention includes a heat spreader having a thermal conductivity of at least about 220 W / mK, and more preferably at least about 300 W / mK.

본원 고안의 다른 실시예에서, 태양 발전 시스템을 위한 열 교환기의 열적인 요소(들)이 에너지 수집 패널과 합성 그라파이트 기판 사이에 형성된 홈 또는 슬롯 내에 배치되며, 열 확산기가 에너지 수집 패널과 합성 그라파이트 기판 사이에 위치된다.
In another embodiment of the present invention, the thermal element (s) of a heat exchanger for a solar power system is disposed in a groove or slot formed between the energy collection panel and the composite graphite substrate, and the heat spreader is disposed in the energy collection panel and the composite graphite substrate. Is located between.

열 교환기의 또 다른 실시예에서, 열 확산기는 둘 이상의 성분(component), 즉 제 1 성분 및 제 2 성분을 포함하고, 상기 열 확산기의 제 1 성분이 열적인 요소와 그라파이트 기판 사이에 위치된다. 열 확산기의 제 2 성분은 다른 곳에 위치될 수 있다.
In another embodiment of the heat exchanger, the heat spreader comprises at least two components, namely a first component and a second component, wherein the first component of the heat spreader is positioned between the thermal element and the graphite substrate. The second component of the heat spreader may be located elsewhere.

일부 실시예에서, 그라파이트 기판은 열적인 요소를 수용하도록 크기가 결정되는 리세스(recess)를 포함한다. 열 확산기가 기판과 협력하여 기판 확산기 리세스를 형성할 수 있다.
In some embodiments, the graphite substrate includes a recess sized to receive a thermal element. The heat spreader may cooperate with the substrate to form a substrate diffuser recess.

다른 실시예에서, 열 교환기 시스템은 그라파이트의 층들을 포함할 수 있고, 그러한 그라파이트의 층들 사이에는 열적인 요소가 위치된다. 그러한 실시예는 또한 열적인 요소 및 그라파이트의 여러 층들과 열 전달 관계로 위치되는 열 확산기를 포함할 수 있다.
In another embodiment, the heat exchanger system may comprise layers of graphite, with thermal elements located between the layers of graphite. Such an embodiment may also include a heat spreader positioned in a heat transfer relationship with the thermal elements and the various layers of graphite.

다른 실시예에서, 열 교환기 시스템은 열 전달 유체를 내부에 포함하는 열적인 통로가 가로지르는 그라파이트의 층을 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 또한 그라파이트 및 열적인 통로와 열 전달 관계로 위치되는 열 확산기를 포함할 수 있다.
In another embodiment, the heat exchanger system may comprise a layer of graphite traversed by a thermal passage that includes a heat transfer fluid therein. Such an embodiment may also include a heat spreader positioned in a heat transfer relationship with the graphite and thermal passages.

열 교환기의 각각의 실시예가 태양열 에너지 수용기를 포함할 수 있다.
Each embodiment of the heat exchanger may comprise a solar energy receiver.

일 실시예에서, 열 교환기 시스템은 또한, 바람직하게 합성 그라파이트로 형성되고, 열적인 요소를 수용하는 크기를 가지는 리세스를 구비하는 기판을 포함할 수 있고, 상기 기판은 열 확산기의 제 2 측면에 인접하여 배치되며, 그에 따라 열 확산기가 열적인 요소와 기판 사이에 위치되며, 그리고 상기 기판은 약 120 W/m-K 보다 큰 열 전도도를 가진다. 또한, 일부 실시예에서, 열 확산기는 두 개의 성분 즉, 제 1 성분 및 제 2 성분을 포함할 수 있고, 상기 열 확산기의 제 1 성분은 열적인 요소와 기판 사이에 위치된다. 특정 실시예들에서, 열 확산기의 제 2 성분이 리세스를 가로질러 연장하며, 그에 따라 열 확산기의 제 2 성분이 리세스에서 에너지 수집 패널과 열적인 요소 사이에 위치된다.
In one embodiment, the heat exchanger system may also comprise a substrate, preferably formed of synthetic graphite, having a recess sized to receive the thermal element, the substrate being connected to the second side of the heat spreader. Disposed adjacent, whereby a heat spreader is positioned between the thermal element and the substrate, and the substrate has a thermal conductivity greater than about 120 W / mK. Further, in some embodiments, the heat spreader may comprise two components, a first component and a second component, wherein the first component of the heat spreader is positioned between the thermal element and the substrate. In certain embodiments, a second component of the heat spreader extends across the recess, such that the second component of the heat spreader is positioned between the energy collection panel and the thermal element in the recess.

본원 고안의 다른 양태는 리세스를 포함하는 기판; 및 열 확산기를 가지는 열 교환기 시스템에 관한 것으로서, 상기 열 확산기는 밀도가 약 0.6 g/cc 이상이고 두께가 약 10 mm 미만인 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하며, 상기 열 확산기가 기판의 리세스 내로 연장하여 열적인 요소를 수용할 수 있는 크기를 가지는 기판/확산기 리세스를 형성한다. 다시 말해, 열 확산기가 기판의 리세스 내에 위치되고, 그에 따라, 열 확산기가 기판의 리세스 내에 안착될 때 열 확산기에 의해서 리세스가 형성되어, 기판/확산기 리세스라고 지칭되는 것을 형성한다. 열 확산기는 2개의 성분 즉, 제 1 성분 및 제 2 성분으로 형성될 수 있고, 상기 열 확산기의 제 1 성분이 기판과 협력하여 기판 확산기 리세스를 형성한다.
Another aspect of the invention is a substrate comprising a recess; And a heat exchanger system having a heat spreader, wherein the heat spreader comprises at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite having a density of at least about 0.6 g / cc and a thickness of less than about 10 mm. It extends into the recess of the substrate to form a substrate / diffuser recess sized to accommodate the thermal element. In other words, when the heat spreader is located in a recess of the substrate, a recess is formed by the heat spreader when the heat spreader is seated in the recess of the substrate, forming what is referred to as a substrate / diffuser recess. The heat spreader may be formed of two components, a first component and a second component, wherein the first component of the heat spreader cooperates with the substrate to form a substrate diffuser recess.

다른 양태에서, 본원 고안은 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 구조적 요소; 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 보호 층; 상기 구조적 요소의 제 2 표면에 근접하여 위치되고, 그리고, 서로에 대해서, 상기 구조적 요소의 제 2 표면을 향해서 배치되는 부분 및 상기 구조적 요소로부터 멀어지는 쪽으로 배치된 부분을 가지는 열적인 요소; 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하는 열 확산기를 구비하는 열 교환기 시스템에 관한 것으로서, 이때 상기 열 확산기는 구조적 요소의 제 2 표면 및 열적인 요소 모두와 열 전달 관계로 위치되고, 그리고 또한 상기 열 확산기는 상기 구조적 요소의 제 2 표면으로부터 멀어지는 방향으로 배치된 열적인 요소의 부분과 열 전달 관계로 위치된다.
In another aspect, the present invention provides a structural element having a first surface and a second surface; A protective layer having a first surface and a second surface; A thermal element positioned proximate the second surface of the structural element and having relative to each other a portion disposed toward the second surface of the structural element and a portion disposed away from the structural element; A heat exchanger system having a heat spreader comprising at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite, wherein the heat spreader is positioned in a heat transfer relationship with both the second surface and the thermal element of the structural element, And the heat spreader is also located in a heat transfer relationship with a portion of the thermal element disposed in a direction away from the second surface of the structural element.

본원 고안의 다른 양태는 열 교환기 시스템을 제공하는 것을 포함하며, 그러한 열 교환기 시스템은: (a) 제 1 표면 및 제 2 표면을 구비하는 구조적 요소; (b) 상기 구조적 요소의 제 2 표면에 인접하여 위치되고 그리고, 서로에 대해서, 상기 구조적 요소의 제 2 표면을 향해서 배치된 부분 및 상기 구조적 요소로부터 멀어지는 방향으로 배치된 부분을 구비하는 열적인 요소; 및 (c) 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하는 열 확산기로서, 상기 열 확산기는 구조적 요소의 제 2 표면 및 열적인 요소 모두와 열 전달 관계로 위치되고, 그리고 또한 상기 열 확산기는 상기 구조적 요소의 제 2 표면으로부터 멀어지는 방향으로 배치된 열적인 요소의 부분과 열 전달 관계로 위치되는 열 확산기를 포함한다.
Another aspect of the present invention includes providing a heat exchanger system, the heat exchanger system comprising: (a) a structural element having a first surface and a second surface; (b) a thermal element positioned adjacent to a second surface of the structural element and having a portion disposed relative to each other toward the second surface of the structural element and a portion disposed in a direction away from the structural element ; And (c) at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite, wherein the heat spreader is positioned in a heat transfer relationship with both the second surface and the thermal element of the structural element, and also the heat spreader And a heat spreader positioned in a heat transfer relationship with a portion of the thermal element disposed in a direction away from the second surface of the structural element.

열 교환기의 일 실시예에서, 열 확산기는 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하고, 그러한 시트들 중 하나의 시트는 열적인 요소의 전체 표면과 열 전달되는 관계를 가진다. 바람직하게, 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트는 약 0.6 g/cc 이상, 보다 바람직하게 약 1.1 g/cc 이상, 또한 1.5 g/cc 의 밀도를 가진다. 또한, 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트는 약 140 W/m-K 이상, 보다 바람직하게 약 220 W/m-K 이상, 또는 300 W/m-K 정도로 높은 또는 그 초과의 평면내(in-plane) 열 전도도를 가질 수 있다.
In one embodiment of the heat exchanger, the heat spreader comprises one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite, one of which has a heat transfer relationship with the entire surface of the thermal element. Preferably, the at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite has a density of at least about 0.6 g / cc, more preferably at least about 1.1 g / cc and also 1.5 g / cc. In addition, at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite may have at least about 140 W / mK, more preferably at least about 220 W / mK, or as high as 300 W / mK in-plane heat. Can have conductivity.

열 전달 시스템은 또한 열 확산기가 기판과 구조적 요소 사이에 위치되도록 구조적 요소의 제 2 표면에 근접하여 배치된 기판을 포함할 수 있으며, 기판은 높은 전도도를 가지며 즉, 기판은 약 120 W/m-K 보다 큰, 보다 바람직하게 약 150 W/m-K 보다 큰 평면내 방향(in-plane direction)의 열 전도도를 가진다.
The heat transfer system may also include a substrate disposed proximate to the second surface of the structural element such that the heat spreader is positioned between the substrate and the structural element, the substrate having high conductivity, ie, the substrate being greater than about 120 W / mK. Greater in thermal conductivity in the in-plane direction, more preferably greater than about 150 W / mK.

열 교환기 시스템의 다른 양태는 태양열 타워를 위한 열 교환기 시스템을 제공하는 것을 포함하고, 상기 열 교환기 시스템은: (a) 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 구조적 요소를 구비하는 에너지 수집 패널; (b) 상기 구조적 요소의 제 1 표면에 인접하여 위치되고 그리고, 서로에 대해서, 상기 구조적 요소의 제 1 표면을 향해서 배치되는 부분 및 상기 구조적 요소로부터 멀어지는 쪽으로 배치된 부분을 가지는 보호 코팅; (c) 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하는 열 확산기로서, 상기 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트는 약 0.6 g/cc 이상의 밀도 및 약 140 W/m-K 이상의 평면내 열 전도도를 가지며, 상기 열 확산기는 상기 구조적 요소의 제 2 표면과 열 전달 관계로 위치되고, 그리고 또한 상기 열 확산기는 열적인 요소와 열 전달 관계로 위치되는, 열 확산기를 포함한다.
Another aspect of a heat exchanger system includes providing a heat exchanger system for a solar tower, the heat exchanger system comprising: (a) an energy collection panel having a structural element having a first surface and a second surface; (b) a protective coating positioned adjacent to the first surface of the structural element and having relative to each other a portion disposed toward the first surface of the structural element and a portion disposed away from the structural element; (c) a heat spreader comprising at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite, wherein at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite has a density of at least about 0.6 g / cc and an in-plane at least about 140 W / mK Having a thermal conductivity, the heat spreader is positioned in a heat transfer relationship with the second surface of the structural element, and also the heat spreader is located in a heat transfer relationship with the thermal element.

이하의 상세한 설명으로부터 소위 당업자가 명확하게 이해할 수 있는 이러한 실시예들 및 기타 실시예들이 열 교환기 시스템의 제공에 의해서 획득될 수 있고, 그러한 열 교환기 시스템은 표면을 포함하는 열적인 요소; 및 가요성 그라파이트 열 확산기, 특히 약 0.6 g/cc 이상의 밀도, 바람직하게 약 1.1 g/cc 이상의 밀도, 그리고 약 10 mm 미만의 두께를 가지고, 그리고 또한 제 1 측면 및 제 2 측면을 포함하는 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하는 열 확산기를 포함하며, 상기 열 확산기가 상기 열적인 요소 주위를 적어도 부분적으로 둘러싸서 상기 열 확산기의 제 1 측면이 상기 열적인 요소 표면의 일부와 열 전달 관계를 가지도록, 상기 열 확산기가 상기 열적인 요소에 대해서 상대적으로 위치된다.
These and other embodiments, which can be clearly understood by those skilled in the art from the following detailed description, can be obtained by providing a heat exchanger system, such heat exchanger system comprising a thermal element comprising a surface; And a flexible graphite heat spreader, in particular a release type having a density of at least about 0.6 g / cc, preferably at least about 1.1 g / cc, and a thickness of less than about 10 mm, and also comprising a first side and a second side A heat spreader comprising one or more sheets of compressed particles of graphite, the heat spreader at least partially surrounding the thermal element such that the first side of the heat spreader is in contact with a portion of the thermal element surface. To have a transfer relationship, the heat spreader is positioned relative to the thermal element.

전술한 전반적인 설명 및 후술하는 구체적인 설명 모두는 본원 고안의 실시예들을 제시하고, 그리고 청구범위에 기재된 본원 고안의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개관 또는 골격을 제공하기 위한 것임을 이해할 수 있을 것이다. 첨부 도면들은 본원 고안의 추가적인 이해를 제공하기 위해서 포함된 것이고 그리고 본원 명세서에 포함되고 그 일부를 구성한다. 도면들은 본원 고안의 여러 실시예들을 도시하고, 그리고 상세한 설명과 함께, 본원 고안의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다. 소위 당업자는, 첨부 도면과 관련하여 이하의 설명을 참조할 때 본원 고안의 다른 그리고 추가적인 특징들 및 이점들을 용이하고도 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
It will be understood that both the foregoing general description and the specific description hereinafter are intended to present embodiments of the invention and to provide an overview or framework for understanding the nature and properties of the invention as described in the claims. The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the subject innovation and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate various embodiments of the subject innovation, and together with the description serve to explain the principles and operations of the subject innovation. Those skilled in the art will readily and clearly understand other and additional features and advantages of the present invention when referring to the following description in conjunction with the accompanying drawings.

도 1은 본원 고안에 따른 열 교환기의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 열 교환기의 부분적인 단면도이다.
도 3은 도 2의 열 교환기의 단면도이다.
도 4는 도 3의 열 교환기의 부분적인 단면도이다.
도 5-9는 본원 명세서에서 설명된 다양한 실시예들에 다른 그라파이트 열 교환기의 부분적인 단면도이다.
도 10은 그라파이트 층의 일 실시예를 도시한 부분적인 단면도이다.
도 11은 열 확산기를 포함하는 그라파이트 층의 일 실시예의 부분적인 단면도이다.
도 12는 열 확산기 및 열적인 하이웨이(highway)를 포함하는 그라파이트 층의 일 실시예의 부분적인 단면도이다.
도 13은 열 교환기 내에 포함된 그라파이트 층(들)의 실시예를 분해하여 도시한 부분적인 단면도이다.
도 14는 열 확산기와 함께 열 교환기에 포함되는 그라파이트 층(들)의 일 실시예의 부분적인 단면도이다.
도 15는 열 교환기 내에 포함될 수 있는 오프셋(offset) 그라파이트 층(들)을 분해하여 도시한 부분적인 단면도이다.
도 16은 열 확산기와 함께 열 교환기에 포함될 수 있는 오프셋 그라파이트 층들의 일 실시예의 부분적인 단면도이다. 1 is a perspective view showing an embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
2 is a partial cross-sectional view of the heat exchanger of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view of the heat exchanger of FIG. 2.
4 is a partial cross-sectional view of the heat exchanger of FIG. 3.
5-9 are partial cross-sectional views of graphite heat exchangers that are different from the various embodiments described herein.
10 is a partial cross-sectional view illustrating one embodiment of a graphite layer.
11 is a partial cross-sectional view of one embodiment of a graphite layer including a heat spreader.
12 is a partial cross-sectional view of one embodiment of a graphite layer including a heat spreader and a thermal highway.
13 is an exploded partial cross-sectional view of an embodiment of the graphite layer (s) included in the heat exchanger.
14 is a partial cross-sectional view of one embodiment of graphite layer (s) included in a heat exchanger with a heat spreader.
15 is an exploded partial cross-sectional view of offset graphite layer (s) that may be included in a heat exchanger.
16 is a partial cross-sectional view of one embodiment of offset graphite layers that may be included in a heat exchanger with a heat spreader.

전술한 바와 같이, 열 교환기 시스템은 바람직하게 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트와 같은 가요성 그라파이트의 하나 이상의 시트 및 그라파이트로 이루어질 수 있는 에너지 수집 패널을 포함하고, 그리고, 일 실시예에서, 합성 그라파이트로 이루어질 수 있는 기판을 포함하도록 형성된다.
As mentioned above, the heat exchanger system preferably comprises an energy collection panel, which may consist of one or more sheets of flexible graphite and graphite, such as one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite, and in one embodiment It is formed to include a substrate that can be made of synthetic graphite.

이러한 본원 고안이 고온 태양 열 교환 시스템과 관련하여 설명되어 있지만, 본원 고안이 벽 또는 천장(ceiling) 시스템, 저항(resistance) 시스템, 언더-플로어 스테이플 업(under-floor staple up) 시스템과 같은 복사 바닥 가열 시스템; 및 본원 고안의 개념이 또한 적용될 수 있는 여러 가지 냉각 시스템을 포함하는 다른 타입의 열 교환기 시스템과도 관련된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
While this invention is described in connection with a high temperature solar heat exchange system, the present invention is a radiant floor such as a wall or ceiling system, a resistance system, an under-floor staple up system. Heating system; And it is to be understood that the concepts of the present invention also relate to other types of heat exchanger systems, including various cooling systems to which they can be applied.

특정 실시예에서, 바람직한 실시예에서 천연 그라파이트를 이용하여 형성된, 전술한 박리형 그라파이트의 압축된 입자를 포함하는 열 확산기와 달리, 기판 및 에너지 수집 패널은, 정압적으로(isostatically) 몰딩된, 미립자로부터 프로세싱된, 특히 미세-입자의 미립자로부터 프로세싱된 바람직하게 인공 또는 제조된 그라파이트라고도 지칭되는 합성 그라파이트로 이루어진다. 일부 실시예에서, 합성 그라파이트는 또한 압출 몰딩에 의해서 형성될 수 있다. 기판 및 에너지 수집 패널을 형성하기 위해서 이용되는 그라파이트는, 천연 물질로서 채광되는 것이 아니라, 탄소-계 물질로부터 제조된다.
In certain embodiments, in contrast to heat spreaders comprising compressed particles of exfoliated graphite described above, which are formed using natural graphite in a preferred embodiment, the substrate and energy collection panel are particulates that are isostatically molded. Consisting of synthetic graphite, also referred to as graphite, preferably artificial or manufactured, processed from, in particular, microparticles of micro-particles. In some embodiments, synthetic graphite may also be formed by extrusion molding. The graphite used to form the substrate and energy collection panel is made from carbon-based materials, not mined as natural materials.

전술한 바와 같이, 본원 고안은 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트와 같은 가요성 그라파이트를 포함하는 열 확산기를 포함하는 열 교환기에 관한 것이다. 열 확산기는 약 0.6 g/cc 이상, 보다 바람직하게 약 1.1 g/cc 이상, 가장 바람직하게 약 1.5 g/cc 이상의 밀도를 가져야 한다. 실질적인 관점에서, 그라파이트 시트 열 확산기의 밀도에 대한 상한선은 약 2.0 g/cc이다. 열 확산기(박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 초과의 시트로 제조되었다고 하더라도)는 두께가 약 10 mm 이하이어야 하고, 보다 바람직하게 약 2 mm 미만이어야 하고 그리고 가장 바람직하게 약 1 mm 미만이어야 한다.
As noted above, the present invention relates to a heat exchanger comprising a heat spreader comprising flexible graphite, such as one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite. The heat spreader should have a density of at least about 0.6 g / cc, more preferably at least about 1.1 g / cc and most preferably at least about 1.5 g / cc. In practical terms, the upper limit for the density of the graphite sheet heat spreader is about 2.0 g / cc. The heat spreader (even if made from more than one sheet of compressed particles of exfoliated graphite) should have a thickness of about 10 mm or less, more preferably less than about 2 mm and most preferably less than about 1 mm.

본원 고안의 실제 적용시에, 복수의 그라파이트 시트의 적층체(laminate)가 전술한 밀도 및 두께 요건을 충족시키기만 한다면, 복수의 그라파이트 시트가 열 확산기로서 사용하기 위해서 단일 물품으로 적층될 수 있을 것이다. 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 시트들이 그 사이에 위치된 압력 감응식 접착제 또는 열 활성화 접착제와 같은 적합한 접착제에 의해서 적층될 수 있을 것이다. 선택되는 접착제는 결합 강도와 두께 최소화 사이에서 균형을 이루어야 하고, 그리고 열 전달이 의도되는 서비스 온도에서 적절한 결합을 유지할 수 있어야 할 것이다. 적합한 접착제는 소위 당업자들에게 공지되어 있을 것이고, 그리고 아크릴계 수지 및 페놀계 수지를 포함한다.
In practical application of the present invention, a plurality of graphite sheets may be laminated into a single article for use as a heat spreader, provided that the laminate of the plurality of graphite sheets meets the above density and thickness requirements. . Sheets of compressed particles of exfoliated graphite may be laminated by a suitable adhesive, such as a pressure sensitive adhesive or a heat activated adhesive positioned therebetween. The adhesive chosen should balance the bond strength and thickness minimization and be able to maintain adequate bonding at the service temperatures at which heat transfer is intended. Suitable adhesives will be known to those skilled in the art and include acrylic resins and phenolic resins.

열 확산기를 구성하는 그라파이트 시트(들)는 실제 사용 중에 약 140 W/m-K 이상의 시트 평면에 평행한 열 전도도("평면내(in-plane) 열 전도도" 라고 지칭된다)를 가져야 할 것이다. 보다 바람직하게, 그라파이트 시트(들)의 평면에 평행한 열 전도도는 약 220 W/m-K 이상, 보다 바람직하게 약 300 W/m-K 이상이다. 특정 실시예에서, 열 확산기는 약 500 W/m-K 이상의 평면내 열 전도도를 가진다 다른 실시예에서, 평면내 열 전도도는 약 1500 W/m-K 이상이 될 수 있을 것이다. 적합한 그라파이트 시트의 하나의 예로서, 미국 오하이오 파르마에 소재하는 GrafTech International Holdings Inc.로부터 입수할 수 있는 Graf？ 물질이 있다.
The graphite sheet (s) constituting the heat spreader should have thermal conductivity parallel to the sheet plane (referred to as "in-plane thermal conductivity") at least about 140 W / mK during practical use. More preferably, the thermal conductivity parallel to the plane of the graphite sheet (s) is at least about 220 W / mK, more preferably at least about 300 W / mK. In certain embodiments, the heat spreader has an in-plane thermal conductivity of at least about 500 W / mK. In other embodiments, the in-plane thermal conductivity may be at least about 1500 W / mK. One example of a suitable graphite sheet is Graf® material, available from GrafTech International Holdings Inc., Parma, Ohio.

물론, 평면내 열 전도도가 높을수록, 열 확산기의 열 확산 특성이 보다 효율적이 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 실질적인 관점에서, 약 600 W/m-K 까지의 평면내 열 전도도를 가지는 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 시트면 충분하다(all that are necessary). "시트의 평면에 평행한 열 전도도" 및 "평면내 열 전도도"라는 표현은 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 시트가 2개의 주요 표면을 가진다는 것을 나타내며, 그러한 표면은 시트의 평면을 형성한다고 할 수 있을 것이며; 그에 따라, "시트의 평면에 평행한 열 전도도" 및 "평면내 열 전도도"는 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 시트의 주요 표면들을 따른 열 전도도를 구성할 것이다.
Of course, it will be appreciated that the higher the in-plane thermal conductivity, the more efficient the thermal diffusion properties of the heat spreader. In practical terms, all that are necessary is a sheet of compressed particles of exfoliated graphite having an in-plane thermal conductivity of up to about 600 W / mK. The expressions "thermal conductivity parallel to the plane of the sheet" and "in-plane thermal conductivity" indicate that the sheet of compressed particles of exfoliated graphite has two major surfaces, which surface form the plane of the sheet. Could be; Thus, "thermal conductivity parallel to the plane of the sheet" and "in-plane thermal conductivity" will constitute thermal conductivity along the major surfaces of the sheet of compressed particles of exfoliated graphite.

열 확산기의 다른 실시예에는 열분해(pyrolytic) 그라파이트 또는 천연 그라파이트와 열분해 그라파이트의 복합체를 포함할 수 있는 그라파이트 시트를 포함할 수 있고, 그러한 그라파이트 시트는 600 W/m-K 또는 그 초과의 평면내 열 전도도를 제공할 수 있고; 사실상, 1500 W/m-K 정도로 높은 열 전도도가 얻어질 수 있다. 특정 실시예에서, "열분해 그라파이트"는 탄화 폴리머 필름으로부터 형성된 그라파이트 물질을 지칭한다. 예를 들어, 열분해 그라파이트의 일부 실시예의 제조시에, 폴리이미드 필름과 같은 필름이 탄화 단계 중에 후속하는 수축을 예상하여 먼저 컷팅되고 그리고 성형된다. 탄화 동안에, 통상적으로 많은 양의 일산화 탄소가 필름으로부터 방출되고, 그에 따라 필름의 상당한 수축이 초래된다. 탄화는 2 단계 프로세스로서 발생되며, 제 1 단계는 제 2 단계 보다 상당히 낮은 온도에서 이루어진다. 폴리이미드 필름 탄화의 제 1 단계 중에, 중량 손실은 주로 폴리이미드 필름의 이미드 부분내의 카르보닐 그룹에서의 단절(breakage)에 기인한다. 구체적으로, 에테르 산소가 제 1 단계의 말기에 손실되는 것으로 보인다. 탄화의 제 2 단계에서, 필름의 이미드 그룹의 분해 중에 질소 가스가 방출된다. 그라파이트화 프로세스는 탄소 원자의 다른 정렬을 초래하는 열처리 온도를 이용하는 고온 열처리를 포함한다. 결과적인 열분해 그라파이트는 시트의 표면에 수직인 c-축의 바람직한 결정학적 배향의 정도가 높고(high degree), 그리고 결과적으로, 매우 이방적이 된다(anisotropic). 사실상, 열 교환기(100)의 구조적 요소들 중 어느 것도 열분해 그라파이트 또는 열분해 그라파이트를 포함하는 복합 그라파이트를 포함할 수 있을 것이다.
Another embodiment of a heat spreader may include a graphite sheet, which may include pyrolytic graphite or a composite of natural graphite and pyrolytic graphite, such graphite sheets having an in-plane thermal conductivity of 600 W / mK or more. Can provide; In fact, thermal conductivity as high as 1500 W / mK can be obtained. In certain embodiments, "pyrolytic graphite" refers to a graphite material formed from a carbonized polymer film. For example, in the production of some examples of pyrolytic graphite, a film, such as a polyimide film, is first cut and shaped in anticipation of subsequent shrinkage during the carbonization step. During carbonization, large amounts of carbon monoxide are typically released from the film, resulting in significant shrinkage of the film. Carbonization occurs as a two step process, where the first step is at a significantly lower temperature than the second step. During the first stage of polyimide film carbonization, the weight loss is mainly due to breakage in the carbonyl groups in the imide portion of the polyimide film. Specifically, ether oxygen appears to be lost at the end of the first stage. In the second stage of carbonization, nitrogen gas is released during the decomposition of the imide group of the film. Graphitization processes include high temperature heat treatments utilizing heat treatment temperatures that result in different alignment of carbon atoms. The resulting pyrolytic graphite has a high degree of preferred crystallographic orientation of the c-axis perpendicular to the surface of the sheet and, consequently, is very anisotropic. In fact, any of the structural elements of heat exchanger 100 may comprise pyrolytic graphite or composite graphite comprising pyrolytic graphite.

유사하게, 열 교환기는 고온 열 흡수 플레이트(종종 에너지 수집 플레이트라고 지칭된다) 및 기판을 포함하며, 그러한 플레이트 및 기판의 각각은 합성 그라파이트를 포함할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 합성 그라파이트는 중간-입자(medium-grain) 그라파이트일 수 있고, 그러한 중간 입자 그라파이트는, 본원 고안의 목적을 위해서, 최대 약 1.0 mm의, 바람직하게는 약 0.6 mm 내지 약 0.9 mm의 코크스(coke) 입자 크기를 가지는 것으로 규정된다. 다른 실시예에서, 열 흡수 플레이트 및 기판을 형성하는 합성 그라파이트는 코크스 입자 크기가 평균적으로 0.024 mm 또는 그 미만인 미세-입자 그라파이트이다. 에너지 수집 패널 및 그라파이트 기판을 포함하는 합성 그라파이트는 열 전도도가 약 120 W/m-K 이상인 입자를 가진다. 또한, 열 교환기의 일부 실시예에서, 열 흡수 플레이트 및/또는 기판이 압출된 그라파이트를 포함할 수 있으며, 그에 따라 그 각각이 이방성을 제공할 수 있고 그에 따라 열 확산기로 열을 지향시킴으로써 열 교환기 내에서의 열 전달을 효과적으로 지원할 수 있다.
Similarly, the heat exchanger includes a high temperature heat absorbing plate (often referred to as an energy collection plate) and a substrate, each of which may comprise synthetic graphite. In one embodiment, the synthetic graphite may be medium-grain graphite, and such intermediate particle graphite may, for the purposes of the present invention, have a maximum of about 1.0 mm, preferably about 0.6 mm to about 0.9 mm It is defined as having a coke particle size of. In another embodiment, the synthetic graphite forming the heat absorbing plate and substrate is fine-particle graphite having an average coke particle size of 0.024 mm or less. Synthetic graphite, including an energy collection panel and a graphite substrate, has particles having a thermal conductivity of about 120 W / mK or more. In addition, in some embodiments of the heat exchanger, the heat absorbing plate and / or substrate may comprise extruded graphite, so that each of them may provide anisotropy and thus direct heat to the heat spreader in the heat exchanger. Can effectively support heat transfer from the

본원 고안의 열 교환기가 주로 태양열 발전 시스템에 관한 내용으로 기술되어 있지만, 본원 고안의 원리가 임의의 다른 유사한 열 교환기 시스템에 구현된 가열 또는 냉각 시스템에도 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
Although the heat exchanger of the present invention is described primarily with regard to solar thermal power generation systems, it will be appreciated that the principles of the present invention may be applied to heating or cooling systems implemented in any other similar heat exchanger system.

첨부 도면들을 참조하면, 도 1은 고온 열 교환기(100)를 개략적으로 도시한다. 고온 열 교환기(100)는 보호 코팅(110)을 가지는 에너지 수집 패널(112)을 포함하며, 상기 열 교환기(100)가 태양광에 노출되었을 때 열은 상기 보호 코팅을 통해서 흡수된다. 특정 용도에 따라서, 가열 또는 냉각 요소일 수 있고, 또는 그 대신에 열 전달 유체를 위한 통로일 수 있는, 열적인 요소(114)가 에너지 수집 패널(112)과 열 전달 관계를 가진다. 열 전달 관계는 열 에너지가 하나의 물품 또는 독립체(entity)로부터 다른 것으로 전달되는 것을 의미한다.
Referring to the accompanying drawings, FIG. 1 schematically shows a high temperature heat exchanger 100. The high temperature heat exchanger 100 includes an energy collection panel 112 having a protective coating 110, wherein heat is absorbed through the protective coating when the heat exchanger 100 is exposed to sunlight. Depending on the particular application, the thermal element 114 has a heat transfer relationship with the energy collection panel 112, which may be a heating or cooling element, or instead a passage for the heat transfer fluid. A heat transfer relationship means that heat energy is transferred from one article or entity to another.

이하의 설명은 주로 열적인 요소(114)로서 가열 요소에 관한 것이다. 열적인 요소(114)가 또한 냉각 요소를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 열적인 요소(114)는 보다 일반적으로 가열 또는 냉각할 수 있는 열 전달 요소로서 지칭될 수 있을 것이다. 열 교환기(100)에서, 열적인 요소(114)는 그 주변부에 의해서 가열된다. 또한, 열적인 요소(114)는 열 전달 유체를 이송하기 위한 것으로서 열 교환기(100)의 여러 가지 다른 구조적 특징부들 사이의 가용 공간으로서 형성되는 리세스, 공동(cavity), 또는 통로를 포함할 수 있다.
The description below relates primarily to the heating element as thermal element 114. It will be appreciated that the thermal element 114 may also include a cooling element. Thermal element 114 may be referred to more generally as a heat transfer element that may heat or cool. In the heat exchanger 100, the thermal element 114 is heated by its periphery. Thermal element 114 may also include a recess, cavity, or passageway for transporting heat transfer fluid and formed as an available space between various other structural features of heat exchanger 100. have.

열적인 요소(114)는 또한, 열 전달 유체 또는 가스를 이송하기 위한 도관 또는 튜브 네트워크를 포함하는 임의의 이용가능한 타입의 열 전달 요소일 수 있으나, 그러한 도관 또는 튜브 네트워크로 제한되는 것은 아니다. "열 전달 유체"라는 문구는 모든 유체, 가스, 겔 및/또는 열 에너지 전달에 적합한 상 변태 매체를 포함할 수 있을 것이다.
Thermal element 114 may also be any available type of heat transfer element, including, but not limited to, a conduit or tube network for transferring heat transfer fluid or gas. The phrase "heat transfer fluid" may include phase change media suitable for all fluids, gases, gels and / or thermal energy transfer.

보호 코팅(110)은 태양열 시스템 내에서 사용하기에 적합한 타입으로서 산화 방지를 위해서 이용되는 통상적인 임의 물질일 수 있다. 적합한 열적인 요소(114) 및 패널(112)에 대해서 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
Protective coating 110 may be any material conventional for use in the prevention of oxidation as a type suitable for use in solar systems. Suitable thermal elements 114 and panels 112 are described in greater detail below.

박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하는 열 확산기(116)가 에너지 수집 패널(112)과 열 전달 관계를 가지며, 그에 따라, 에너지 수집 패널(112)과 열적으로 결합된다. "열적인 결합"이라는 문구는, 전도, 대류, 또는 복사 관계(후자의 2가지의 관계는, 이하에서 추가적으로 설명하는 바와 같이, 열 확산기(116)가 에너지 수집 패널(112)과 물리적으로 접촉할 필요가 없는 실시예들을 포함한다)를 포함할 수 있다는 것을 주지하여야 한다. 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같이, 합성 그라파이트 기판(118)은 에너지 수집 패널(112)의 아래쪽에 놓이고, 이때 열 확산기(116)는 그라파이트 기판(118)과 에너지 수집 패널(112) 사이에 위치된다.
A heat spreader 116 comprising one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite has a heat transfer relationship with the energy collection panel 112 and is thus thermally coupled with the energy collection panel 112. The phrase “thermal coupling” refers to a conduction, convection, or radiation relationship (the latter two relationships are described in which the heat spreader 116 is in physical contact with the energy collection panel 112. It is to be noted that it may include embodiments that are not required. As will be described in more detail below, the synthetic graphite substrate 118 lies underneath the energy collection panel 112, with the heat spreader 116 between the graphite substrate 118 and the energy collection panel 112. Is located.

에너지 수집 패널(112)이 열 확산기(116)와 직접적으로 결합될 필요가 없고 그리고 그라파이트 또는 기타 물질로 이루어진 다양한 층들에 의해서 그로부터 분리될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그에 따라, 열 교환기(100) 내의 물질의 하나의 층이 다른 것의 위쪽에 놓이는 것으로 설명되었을 때, 추가적인 특별한 언급이 없다면, 그 층들이 서로 물리적으로 접촉하여야 한다는 것은 아니다. 사실상, 열 교환기(100)의 성분들 중 임의의 성분이 다른 성분과 서로 물리적인 접촉이 없이 열 전달 관계 또는 열 교환 관계를 가질 수 있을 것이다.
It will be appreciated that the energy collection panel 112 need not be coupled directly with the heat spreader 116 and can be separated therefrom by various layers of graphite or other material. Thus, when one layer of material in heat exchanger 100 is described as being placed on top of another, it is not necessary that the layers must be in physical contact with each other, unless further noted. In fact, any of the components of the heat exchanger 100 may have a heat transfer relationship or heat exchange relationship without physical contact with each other.

에너지 수집 패널(112)이 태양 에너지의 광열(photothermal) 변환과 연관되기 때문에, 그러한 패널은 매우 높은 온도까지 가열되며, 그리고 이들 온도는 산화를 촉진한다. 에너지 수집 패널(112)의 수명을 연장하기 위해서, 보호 코팅(110)이 산화 속도(rate)를 늦추도록 제공된다. 보호 코팅(110)은, 그라파이트를 산화로부터 보호함으로써, 높은 온도에서 그라파이트의 수명을 연장시킬 수 있는 임의 의 통상적인 물질, 예를 들어, 석영 또는 석영과 유사한 성질을 가지는 물질일 수 있을 것이다.
Because energy collection panel 112 is associated with photothermal conversion of solar energy, such panels are heated to very high temperatures, and these temperatures promote oxidation. In order to extend the life of the energy collection panel 112, a protective coating 110 is provided to slow down the oxidation rate. Protective coating 110 may be any conventional material, such as quartz or quartz, that may extend the life of graphite at high temperatures by protecting graphite from oxidation.

열 확산기(116)는 또한 열적인 요소(114)와 열 전달 관계를 가진다. 열적인 요소(114)는, 예를 들어, 통상적인 열 교환기 시스템에서 통상적으로 찾아 볼 수 있는 열 전달 물질 또는 장치일 수 있을 것이다. 예를 들어, 열적인 요소(114)는 전기적 배선 요소일 수 있고 또는 용융 염 또는 헬륨과 같은 열 전달 유체를 이송하기 위한 튜브 네트워크를 포함하는 타입일 수 있다. 태양 발전 타워에서, 그러한 튜브 시스템은 일반적으로 티타늄 또는 스테인리스 스틸 튜브를 이용한다. 그러한 시스템들은 또한 내식성의 기타 열-전도성 튜브 물질을 이용할 수 있을 것이다.
Heat spreader 116 also has a heat transfer relationship with thermal element 114. Thermal element 114 may be, for example, a heat transfer material or device commonly found in conventional heat exchanger systems. For example, thermal element 114 may be an electrical wiring element or may be of a type that includes a tube network for transporting a heat transfer fluid such as molten salt or helium. In solar power towers, such tube systems typically use titanium or stainless steel tubes. Such systems may also utilize other heat-conductive tube materials that are corrosion resistant.

열적인 요소(114)의 튜브는 또한 일련의 불침투성, 반-침투성, 또는 투과성 그라파이트 튜브를 포함할 수 있을 것이며, 그러한 튜브는 태양열 수용기를 통해서 헬륨이나 다른 상 변태 매체 또는 열-이송 불활성 가스를 안내할 수 있다. 그러한 그라파이트 튜브는 일련의 수지가 함침(impregnation)된 불침투성 또는 반-불침투성으로 제조될 수 있을 것이다. 열적인 요소(114)로서 그라파이트 튜브를 이용하는 것은 본원 고안에 따라서 고온 열 교환기(100)를 구성하는데 이용되는 여러 가지 물질의 각각의 열팽창 계수의 임의 편차를 완화시킬 수 있을 것이다.
The tube of thermal element 114 may also include a series of impermeable, semi-permeable, or permeable graphite tubes, which tube may be helium or other phase transformation medium or heat-transfer inert gas through the solar receiver. I can guide you. Such graphite tubes may be made of impermeable or semi-impermeable impregnated with a series of resins. Using graphite tubes as the thermal element 114 may mitigate any variation in the coefficient of thermal expansion of each of the various materials used to construct the high temperature heat exchanger 100 according to the present invention.

일부 그라파이트 튜브에서와 같이, 만약 열적인 요소(114)를 포함하는 튜브가 불침투성이 아니라면, 투과성 또는 반-투과성 튜브로부터 즉, 투과성 또는 반-투과성 열적인 요소(114)로부터의 가스 손실을 최소화하기 위해서 열 교환기(100)가 헬륨 또는 기타 열 전달 가스로 양압으로 가압될 수 있을 것이다. 또한, 단면에서 전체적으로 둥글게 도시되어 있지만, 열적인 요소(114)가 또한 타원형, 정사각형, 직사각형 등과 같은 다른 단면 형상을 가질 수도 있을 것이다.
As with some graphite tubes, if the tube comprising the thermal element 114 is not impermeable, minimizing gas loss from the permeable or semi-permeable tube, ie from the permeable or semi-permeable thermal element 114. The heat exchanger 100 may be pressurized to positive pressure with helium or other heat transfer gas. In addition, although shown as round in the cross section, the thermal element 114 may also have other cross-sectional shapes, such as oval, square, rectangular, and the like.

열 흡수도(absorptivity)를 개선하기 위해서, 열 확산기(116)가 폴리싱(연마)된 매끄러운(fine) 표면 마감을 가지는 즉, 작은 입자 크기를 가지는 그라파이트를 포함할 수 있을 것이다. 표면 마감이 양호할수록 보다 작은 직경의 튜브 및 보다 높은 열 전달 유체 속도가 구현될 수 있고, 이는 다시 열 확산기(116)를 통한 열적 유동을 전체적으로 개선한다.
To improve thermal absorption, heat spreader 116 may include graphite having a polished fine surface finish, ie, having a small particle size. The better the surface finish, the smaller the diameter of the tube and the higher the heat transfer fluid velocity can be realized, which in turn improves the overall thermal flow through the heat spreader 116.

열 교환기(100)의 일부 실시예에서, 도 1, 3 및 4-9에 도시된 바와 같이, 기판(118)은 GrafTech International Holdings Inc.에 의해서 생산되는 SLX？Graphite와 같은 고온 용도에서 우수한 고강도 특성을 가지는 중간-입자(medium-grain) 그라파이트와 같은 합성 그라파이트 물질을 포함한다. 기판(118)의 열 전도도는, 제조된 또는 합성 그라파이트 물질이 사용될 때, 평면내 방향으로 약 120 W/m-K 이상, 보다 바람직하게 약 150 W/m-K 이상이 되어야 한다. 바람직하게, 미세-입자 그라파이트가 또한 사용될 수 있으나, 이러한 것이 필수적인 것은 아니다. 그와 같은 경우에, 그라파이트 기판(118)은 가능한 한 많은 열 에너지가 에너지 수집 패널(112)로부터 열적인 요소(114)로 전달될 수 있게 하는 것을 도울 수 있다.
In some embodiments of the heat exchanger 100, as shown in FIGS. 1, 3, and 4-9, the substrate 118 has excellent high strength properties in high temperature applications such as SLX® Graphite produced by GrafTech International Holdings Inc. Synthetic graphite materials, such as medium-grain graphite. The thermal conductivity of the substrate 118 should be at least about 120 W / mK, more preferably at least about 150 W / mK in the in-plane direction when manufactured or synthetic graphite material is used. Preferably, fine-particle graphite may also be used, but this is not essential. In such cases, the graphite substrate 118 may help to allow as much heat energy as possible to be transferred from the energy collection panel 112 to the thermal element 114.

주지하는 바와 같이, 열 확산기(116)가 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하고, 그리고 기판(118)과 에너지 수집 패널(112) 사이에 위치될 수 있을 것이다. 그와 같은 경우에, 열 확산기(116)가 열적인 요소(114) 및 에너지 수집 패널(112) 모두와 열 전달 관계를 가지기 때문에, 열 확산기(116)는 열 에너지를 에너지 수집 패널(112)의 표면으로부터 보다 균일하게 열적인 요소(114)의 내외로 확산시킬 것이다(가열 또는 냉각을 통해서 이루어질 것이다).
As noted, the heat spreader 116 may comprise one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite and may be positioned between the substrate 118 and the energy collection panel 112. In such a case, since the heat spreader 116 has a heat transfer relationship with both the thermal element 114 and the energy collection panel 112, the heat spreader 116 transmits heat energy to the energy collection panel 112. It will diffuse more uniformly from the surface into and out of the thermal element 114 (via heating or cooling).

가장 바람직하게, 열 확산기(116)가 열적인 요소(114)의 전체 외측 표면과 열 전달 관계를 가진다. 그러나, 다른 실시예에서, 열 확산기(116)는 또한 에너지 수집 패널(112)로부터 가장 멀리 있는 열적인 요소(114)의 부분과 열 전달 관계를 가질 수 있을 것이다. 다시 말해서, 도 1-4의 방향에서 볼 때, 열 확산기(116)는 열적인 요소(114) 주위를 적어도 부분적으로 둘러싸여야 할 것이고, 그에 따라 열적인 요소(114)의 적어도 일부와, 바람직하게는 열적인 요소(114)의 전체 표면과, 그러나 그 대신에 단지 열적인 요소(114)의 일부와 열 전달 관계(가장 바람직하게, 실제적인 물리적 접촉)를 가져야 할 것이다.
Most preferably, heat spreader 116 has a heat transfer relationship with the entire outer surface of thermal element 114. However, in other embodiments, the heat spreader 116 may also have a heat transfer relationship with the portion of the thermal element 114 that is furthest from the energy collection panel 112. In other words, when viewed in the direction of FIGS. 1-4, the heat spreader 116 should be at least partially surrounded around the thermal element 114, and thus preferably with at least a portion of the thermal element 114. Should have a heat transfer relationship (most preferably, actual physical contact) with the entire surface of the thermal element 114, but instead only with a portion of the thermal element 114.

이러한 방식에서, 열 확산기(116)는, 에너지 수집 패널(112)로부터 가장 먼 열 전달 관계를 가지는(즉, 가장 물리적으로 분리된) 열적인 요소(114)의 부분들 또는 표면들로부터의 열 에너지를 위한 경로를 제공함으로써, 열적인 요소(114)에 대한 열 플럭스를 개선한다. 또한, 열 확산기(116)의 가요성 및 순응성(conformability)은 에너지 수집 패널(112)과의 열 전달을 개선할 수 있고, 이는 효율성 측면에서 중요한 이점이 된다. 또한, 열 확산기(116)가 비교적 균일한 단면 두께 및 밀도를 가지기 때문에, 열 확산기(116)의 바람직한 물리적인 성질은 전체 표면에 걸쳐서 균일하게 된다.
In this manner, the heat spreader 116 heats energy from portions or surfaces of the thermal element 114 having the heat transfer relationship farthest from the energy collection panel 112 (ie, most physically separated). By providing a path for, improve the heat flux to the thermal element 114. In addition, the flexibility and conformability of the heat spreader 116 can improve heat transfer with the energy collection panel 112, which is an important advantage in terms of efficiency. In addition, since the heat spreader 116 has a relatively uniform cross-sectional thickness and density, the desirable physical properties of the heat spreader 116 are uniform over the entire surface.

도 5에 도시된 열 교환기(100)의 일 실시예에서, 열 확산기(116)를 형성하기 위해서 사용된 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 시트가 가요성 성질을 가진다면, 열 확산기(116)는 기판(118)과 에너지 수집 패널(112) 사이에 위치될 수 있고, 그리고 열적인 요소(114)의 아래쪽에서 연장할 수 있다("아래쪽"이라는 용어는 에너지 수집 패널(112)로부터 멀어지는 쪽을 향하는 열적인 요소(114)의 부분을 지칭한다는 것을 이해할 수 있을 것이다). 그 대신에, 열 확산기(116)는 2개의 구분되는 성분들 즉, 도 2 및 3에 도시된 바와 같은, 제 1 열 확산기 성분(116a) 및 제 2 열 확산기 성분(116b)으로 형성될 수 있을 것이다. 제 1 열 확산기 성분(116a)은, 전술한 바와 같이, 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하고, 그리고 기판(118)과 에너지 수집 패널(112) 사이에 위치되나, 열적인 요소(114)의 아래쪽으로 연장하지 않는다. 그 대신에, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 열 확산기 성분(116a)은 열적인 요소(114)가 위치되는 영역 내로 연장하지 않고; 또는 제 1 열 확산기 성분(116a)은 열적인 요소(114)의 상부 표면을 완전히 가로질러 연장하고, 그에 따라, 열적인 요소(114)의 상부 부분과 열적으로 양호하게 접촉한다.
In one embodiment of the heat exchanger 100 shown in FIG. 5, if the sheet of compressed particles of exfoliated graphite used to form the heat spreader 116 has flexible properties, the heat spreader 116 may be It may be located between the substrate 118 and the energy collection panel 112, and may extend below the thermal element 114 (the term “down” is facing away from the energy collection panel 112). It will be understood to refer to a portion of thermal element 114). Instead, heat spreader 116 may be formed of two distinct components, namely first heat spreader component 116a and second heat spreader component 116b, as shown in FIGS. 2 and 3. will be. The first heat spreader component 116a comprises one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite, as described above, and is located between the substrate 118 and the energy collection panel 112, but with a thermal element. It does not extend below 114. Instead, as shown in FIG. 6, the first heat spreader component 116a does not extend into the region where the thermal element 114 is located; Or the first heat spreader component 116a extends completely across the top surface of the thermal element 114, and thus is in good thermal contact with the upper portion of the thermal element 114.

제 2 열 확산기 성분(116b)은 열적인 요소(114) 또는 그 표면 주위에 대해서 열적으로(그리고, 바람직하게 물리적으로) 접촉하고 그리고 적어도 부분적으로 둘러싸는 구분되는(discrete) 성분이며, 열적인 요소(114)의 하부측 또는 측부의 부분들을 포함하며, 그리고 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 제 1 열 확산기 성분(116a)과 열적으로 접촉한다(가장 바람직하게는 물리적으로 접촉한다). 제 2 열 확산기 성분(116b)은 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트로 형성될 수 있고, 또는 알루미늄과 같은 금속과 같은 이방성 물질과 같은 다른 물질로 이루어질 수 있다. 제 2 열 확산기 성분(116b)은 제 1 열 확산기 성분(116a)과 상이한 밀도 및/또는 낮은 평면-관통(through-plane) 전도도를 가질 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 제 2 열 확산기 성분(116b)은 열 손실을 줄이기 위해서 제 1 열 확산기 성분(116a) 보다 낮은 평면-관통 전도도를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제 2 열 확산기 성분(116b)은 열 손실을 최소화하기 위해서 일부 차폐부(shielding)를 기판(118)에 제공할 수 있을 것이다.
The second heat spreader component 116b is a discrete component that thermally (and preferably physically) contacts and at least partially surrounds the thermal element 114 or its surface. And portions of the bottom or side of 114, and are in thermal contact (most preferably physically) with the first heat spreader component 116a, as shown in FIGS. 2 and 3. The second heat spreader component 116b may be formed from one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite, or may be made of another material, such as an anisotropic material, such as a metal such as aluminum. The second heat spreader component 116b may have a different density and / or lower through-plane conductivity than the first heat spreader component 116a. In some embodiments, second heat spreader component 116b may have a lower planar-through conductivity than first heat spreader component 116a to reduce heat loss. For example, in some embodiments, the second heat spreader component 116b may provide some shielding to the substrate 118 to minimize heat loss.

일부 구성에서, 열적인 요소(114)의 측부들을 부분적으로만 둘러싸는 제 2 열 확산기 성분(116b)을 가지는 것이 또한 바람직할 수 있고(도시하지 않음), 그에 따라 열적인 요소(114)가 제 2 열 확산기 성분(116b)에 설치 및/또는 부착될 수 있게 허용하며, 그러한 제 2 열 확산기 성분은 다시 제 1 열 확산기 성분(116a)에 설치 또는 부착된다.
In some configurations, it may also be desirable to have a second heat spreader component 116b that only partially surrounds the sides of the thermal element 114 (not shown), so that the thermal element 114 may And may be installed and / or attached to the second heat spreader component 116b, which in turn is installed or attached to the first heat spreader component 116a.

또 다른 실시예에서, 제 2 열 확산기 성분(116b)이 제 1 열 확산기 성분(116a)과 열 전달 관계(그리고, 가장 바람직하게, 실질적인 물리적 접촉)를 유지한다면, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 열 확산기 성분(116b)이 열적인 요소(114) 주위를 완전히 둘러싸거나 그 주위로 연장될 수 있다.
In another embodiment, if the second heat spreader component 116b maintains a heat transfer relationship (and, most preferably, substantial physical contact) with the first heat spreader component 116a, as shown in FIG. 8, The second heat spreader component 116b may completely surround or extend around the thermal element 114.

다른 실시예에서, 기판(118) 또는 에너지 수집 패널(112)이 연속적으로 적층된 높은 열 전도도의 그라파이트 플레이트를 포함한다. 그라파이트 플레이트는, 예를 들어, 열 전도도가 500 W/m-K인 GrafTech？SS500과 같은 적층된 천연 그라파이트를 포함할 수 있을 것이다. 그 대신에, 연속하여 적층된 합성 그라파이트 플레이트가 이용될 수 있을 것이다. 이상적으로는, 열 확산기(116)의 표면으로부터 열적인 요소(114)로 열을 신속하게 이동시키기 위해서, 열 전도도가 높은 그라파이트를 이용하여 적층된 플레이트들을 형성한다.
In another embodiment, the substrate 118 or energy collection panel 112 comprises a high thermal conductivity graphite plate that is stacked in succession. The graphite plate may comprise stacked natural graphite, such as, for example, GrafTech® SS500 having a thermal conductivity of 500 W / mK. Instead, synthetic graphite plates stacked in succession may be used. Ideally, in order to quickly transfer heat from the surface of the heat spreader 116 to the thermal element 114, the laminated plates are formed using high thermal conductivity graphite.

또 다른 실시예에서, 기판(118) 또는 에너지 수집 패널(112)은 다공성 탄소 또는 전도성 그라파이트 포옴 블록(foam block) 을 포함하며, 이는 열적인 수용기로서 작용한다. 일부 실시예에서, 상온에서 열 전도도가 약 120 W/m-K 이상인, 바람직하게는 약 200 W/m-K 이상인 그라파이트 포옴이 기판으로 이용된다. 열 전달 유체가 다공성 기판을 통해서 또는 기판을 통과하는(cut through) 통로를 통해서 지향될 수 있을 것이다. 기판을 통한 통로들의 배향 및 개체수는 수용기에 걸친 필요 압력 강하에 따라서 달라진다. 가스 유동에 대해서 수직으로 정렬될 수 있는 일련의 도관들이 기판을 컷팅하여 다공도를 개선할 수 있고 그리고 기판에 걸친 압력 강하를 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 전도성 그라파이트 포옴 블록이 대기로부터 밀봉될 수 있을 것이다.
In another embodiment, substrate 118 or energy collection panel 112 includes a porous carbon or conductive graphite foam block, which acts as a thermal receptor. In some embodiments, a graphite foam having a thermal conductivity of at least about 120 W / mK, preferably at least about 200 W / mK at room temperature, is used as the substrate. The heat transfer fluid may be directed through the porous substrate or through a passage through the substrate. The orientation and population of the passages through the substrate depend on the required pressure drop across the receiver. A series of conduits that can be aligned perpendicular to the gas flow can cut the substrate to improve porosity and reduce the pressure drop across the substrate. In one embodiment, the conductive graphite foam block may be sealed from the atmosphere.

에너지 수집 패널(112)은 또한 비-다공성 탄소 또는 그라파이트 블록을 포함할 수 있을 것이다. 기판은 상온에서 열 전도도가 100 W/m-K 또는 그 초과인, 심지어는 150 W/m-K 또는 그 초과인 애노드 그레이드 코크스(anode grade cokes)로부터의 저렴한 그라파이트를 포함할 수 있다.
The energy collection panel 112 may also include non-porous carbon or graphite blocks. The substrate may comprise inexpensive graphite from anode grade cokes having a thermal conductivity of 100 W / mK or more, even 150 W / mK or more at room temperature.

열 확산기가 가열 요소와 보다 더 열적으로 접촉하는 상태에서 열 확산기(116)를 열 교환기(100)에서 사용하는 것은 에너지 수집 패널(112)로부터 열적인 요소(114)로의 열 플럭스를 상당히 개선할 수 있다. 따라서, 가열 시스템을 위한 가열 요소들을 서로 보다 더 근접하여 정렬시킬 수 있으며, 및/또는 튜브를 통해서 유동하는 전달 유체의 온도를 더 높일 수 있으며, 그 결과로서 에너지 효율이 상당히 개선된다.
Using the heat spreader 116 at the heat exchanger 100 with the heat spreader in more thermal contact with the heating element can significantly improve the heat flux from the energy collection panel 112 to the thermal element 114. have. Thus, it is possible to align the heating elements for the heating system closer to each other and / or to raise the temperature of the delivery fluid flowing through the tube, as a result of which the energy efficiency is significantly improved.

열 교환기(100)의 일 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 열적인 요소(114)가 블록(120)들 사이에서 가스 또는 유체 유동 통로(122)를 생성하기 위해서 서로 체결되거나 직접적으로 또는 간접적으로 접합되는(cemented) 연속적인 그라파이트 가공형 블록(machined blocks; 120)에 의해서 형성될 수 있고, 상기 통로(122)는 열적인 요소(114)와 균등하다. 일 실시예에서, 헬륨과 같은 열 전달 유체가 통로(122)를 통해서 방해받지 않고 유동할 수 있게 허용되어 열 교환기(100)의 내외로 열을 전달할 수 있을 것이다. 도 9에서, 열적인 요소(114)는 그라파이트 블록(120)들 사이의 통로(122)로서 형성된다.
In one embodiment of the heat exchanger 100, as shown in FIG. 9, the thermal elements 114 are fastened or directly connected to each other to create a gas or fluid flow passage 122 between the blocks 120. Or indirectly cemented continuous graphite machined blocks 120, the passages 122 being equivalent to the thermal element 114. In one embodiment, a heat transfer fluid, such as helium, may be allowed to flow unobstructed through the passageway 122 to transfer heat into and out of the heat exchanger 100. In FIG. 9, the thermal element 114 is formed as a passageway 122 between the graphite blocks 120.

일부 실시예에서, 블록(120)을 형성하기 위해서 사용되는 그라파이트는 블록들의 투과도 감소를 위해서 수지 함침될 수 있을 것이다. 고온 그라파이트 시멘트를 이용하여 그라파이트 블록(120)들을 함께 접합할 수 있을 것이다. 또한, 전체 열 교환기(100)가 헬륨 또는 그 대신에 다른 열 전달 유체를 이용하여 양압으로 가압되어, 통로(122)로부터의 가스 손실을 최소화할 수 있을 것이다. 열 교환기(100)를 가압하는 것은 블록(120) 및 통로(122)를 형성하는 그라파이트가 불침투성이 아닐 때 특히 유리하다.
In some embodiments, the graphite used to form the block 120 may be resin impregnated to reduce the transmittance of the blocks. The high temperature graphite cement may be used to bond the graphite blocks 120 together. In addition, the entire heat exchanger 100 may be pressurized to positive pressure using helium or other heat transfer fluid, thereby minimizing gas loss from the passage 122. Pressurizing the heat exchanger 100 is particularly advantageous when the graphite forming the block 120 and the passageway 122 is not impermeable.

열 교환기(100)의 일부가 가압될 때, 헬륨이 종종 열 전달 유체로서 이용된다. 헬륨은 불활성 가스로서 높은 열 용량을 가짐으로써 유용하나; 그러나, 열 교환기(100)를 가압하기 위해서 다른 상 변태 매체가 대안적으로 사용될 수 있을 것이다.
When part of the heat exchanger 100 is pressurized, helium is often used as the heat transfer fluid. Helium is useful as it has a high heat capacity as an inert gas; However, other phase transformation media may alternatively be used to pressurize the heat exchanger 100.

도 10-12에 도시된 다른 실시예에서, 열적인 요소(114)는 블록으로부터 컷팅되어 그라파이트 블록 플리넘(plenum)을 형성하는 일련의 미리 가공된 통로(126)를 가지는 하나 이상의 그라파이트 블록(124)에 의해서 형성될 수 있을 것이다. 그라파이트 블록(124)은 또한 "그라파이트의 층", "그라파이트의 시트", 또는 "그라파이트의 피스(piece)"로 지칭될 수 있을 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 가공된 통로(126)는 열 교환기(100)의 일부 실시예에서 열적인 요소(114)를 형성한다.
In another embodiment shown in FIGS. 10-12, the thermal element 114 is one or more graphite blocks 124 having a series of prefabricated passageways 126 that are cut from the block to form a graphite block plenum. It may be formed by). Graphite block 124 may also be referred to as a “layer of graphite”, “sheet of graphite”, or “piece of graphite”. As shown in FIG. 10, the machined passageway 126 forms a thermal element 114 in some embodiments of the heat exchanger 100.

도 11에 의해서 도시된 바와 같이, 통로(126), 및 그에 따른 열적인 요소(114)가 그라파이트의 층으로 라이닝될 수 있고(lined), 이는 열 확산기(116)로서 기능한다. 사실상, 통로(126)가 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트, 열 확산기(116)로 전체적으로 또는 부분적으로 라이닝될 수 있고, 이는 열적인 요소에 대한 열 전달을 개선하기 위해서 열적인 요소와 열 전달 관계를 가진다.
As shown by FIG. 11, the passage 126, and thus the thermal element 114, can be lined with a layer of graphite, which functions as the heat spreader 116. In fact, the passage 126 may be lined in whole or in part with one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite, the heat spreader 116, which may be combined with the thermal element to improve heat transfer to the thermal element. Has a heat transfer relationship.

또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트 즉, 열적 하이웨이(117)가 그라파이트 블록(124)을 횡단할 수 있고, 그라파이트 블록(124) 내에 수용될 수 있으며, 또는 통로(126)들 사이에서 연장하여 그에 대한 열 전달을 균일하고 효율적이 되게 도울 수 있다. 도 12는 특별하게 배향된 열적 하이웨이(117)를 포함하는 일 실시예를 도시하나; 그러나, 열적 하이웨이(117)는 통로(126)의 기하학적 형태의 변화에 따라서 그와 달리 위치될 수 있고 그리고 통로(126)를 통해서 연장하도록 위치될 수도 있을 것이다.
In addition, as shown in FIG. 12, one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite, ie, the thermal highway 117, may cross the graphite block 124 and may be housed within the graphite block 124. Or extend between the passages 126 to help make heat transfer thereon uniform and efficient. 12 illustrates one embodiment including a specially oriented thermal highway 117; However, the thermal highway 117 may be positioned otherwise and may extend to extend through the passage 126 in accordance with the change in geometry of the passage 126.

열적 하이웨이(117)는 열 전도도가 약 50 W/m-K 이상인; 일부 실시예에서 열 전도도가 약 150 W/m-K 이상 또는 초과인 합성 또는 천연 그라파이트 물질을 포함한다. 그라파이트 블록을 포함하는 열 교환기(100)의 각각의 실시예는 열 전달을 돕기 위해서 그리고 열 손실을 방지하기 위해서 가압될 수 있을 것이다.
Thermal highway 117 has a thermal conductivity of at least about 50 W / mK; In some embodiments include synthetic or natural graphite materials having a thermal conductivity of at least about 150 W / mK or more. Each embodiment of the heat exchanger 100 comprising a graphite block may be pressurized to aid in heat transfer and to prevent heat loss.

도 13에 도시된 다른 실시예에서, 열적인 요소(114)는 제 1 그라파이트 블록(128)과 제 2 그라파이트 블록(130)을 연결함으로써 형성될 수 있고, 상기 각각의 블록은 하나 이상의 블록(128, 130)으로부터 컷팅된 하나 이상의 절반형 슬롯(half slot)을 구비한다. 하나의 절반형 슬롯은 반-원통형 형상이 될 수 있을 것이다. 그에 따라, 제 1 그라파이트 블록(128) 및 제 2 그라파이트 블록(130)이 서로 연결되었을 때, 두 개의 블록(128 및 130)은, 도 14에 도시된 바와 같이, 열 교환기(100)를 통해서 헬륨 또는 기타 열 전달 유체가 유동할 수 있게 하는 일련의 통로(122)를 형성한다. 블록들은 함께 볼트로 체결될 수 있고, 고온 그라파이트 시멘트를 이용하여 함께 접합될 수 있고, 또는 당업계에 공지된 다른 임의 수단에 의해서 연결될 수 있을 것이다. 열적인 요소(114)와 유사한 결과적인 통로(126)가 임의 수의 그라파이트 블록(128, 130)들 사이에 형성될 수 있을 것이다.
In another embodiment shown in FIG. 13, the thermal element 114 may be formed by connecting the first graphite block 128 and the second graphite block 130, each block having one or more blocks 128. At least one half slot cut from 130. One half slot may be a semi-cylindrical shape. Thus, when the first graphite block 128 and the second graphite block 130 are connected to each other, the two blocks 128 and 130 are helium through the heat exchanger 100, as shown in FIG. 14. Or a series of passages 122 that allow other heat transfer fluid to flow. The blocks may be bolted together, joined together using high temperature graphite cement, or may be connected by any other means known in the art. The resulting passage 126, similar to the thermal element 114, may be formed between any number of graphite blocks 128, 130.

보호 층(110)과 열적인 요소(114) 사이의 열적 경로 길이를 줄이기 위해서, 그라파이트 블록(128, 130)의 두께가 최소화될 수 있을 것이다. 또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 통로의 각각의 둘레 주위에서의 최대 열 유동을 보장하기 위해서, 천연 또는 합성 그라파이트를 포함하는 열 확산기(116)를 이용하여 통로(126)의 내측을 라이닝할 수 있을 것이다. 열 확산기(116)는, 예를 들어, 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함할 수 있을 것이다. 열 확산기(116)는 통로(126)를 부분적으로 또는 완전히 라이닝 할 수 있을 것이다. 수용된 열 전달 유체의 임의 팽창을 상쇄(offset)시키기 위해서, 열 확산기(116)가 가열시에 팽창될 수 있을 것이다.
In order to reduce the thermal path length between the protective layer 110 and the thermal element 114, the thickness of the graphite blocks 128, 130 may be minimized. In addition, as shown in FIG. 14, in order to ensure maximum heat flow around each circumference of the passage, a heat spreader 116 containing natural or synthetic graphite may be used to line the inside of the passage 126. Could be. The heat spreader 116 may, for example, comprise one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite. Heat spreader 116 may partially or completely line passage 126. In order to offset any expansion of the received heat transfer fluid, the heat spreader 116 may be expanded upon heating.

통로(126)의 크기는 열 교환기(100)의 열 전달 유체 유입구와 열 전달 유체 배출구 사이에서 증대될 수 있을 것이다. 이러한 통로 크기의 증대는 열 교환기(100)를 통한 열 전달 유체의 경로를 따라서 진행될 수 있을 것이다. 열 교환 유체가 열 교환기(100)를 통해서 이동하고 그리고 가열됨에 따라, 통로(126)의 크기가 증대된다. 통로 크기의 증대는 열 교환기에 걸친 압력 강하를 감소시키는데 도움이 되고, 이는, 예를 들어, 헬륨과 같은 열 전달 유체가 열 교환기(100)의 통로(126)를 통해서 이동할 때 열 전달 유체의 가열 및 팽창을 초래한다. 그라파이트의 이용은 열 전달 유체가 높은 온도에서도 열 확산기(116)를 통해서 이동할 수 있게 하는 구조적으로 견고한 경로를 제공한다.
The size of the passage 126 may be increased between the heat transfer fluid inlet and the heat transfer fluid outlet of the heat exchanger 100. This increase in passage size may proceed along the path of the heat transfer fluid through the heat exchanger 100. As the heat exchange fluid moves through the heat exchanger 100 and is heated, the size of the passage 126 increases. Increasing the passage size helps to reduce the pressure drop across the heat exchanger, which, for example, heats the heat transfer fluid as the heat transfer fluid, such as helium, moves through the passage 126 of the heat exchanger 100. And swelling. The use of graphite provides a structurally robust path that allows the heat transfer fluid to move through the heat spreader 116 even at high temperatures.

또한, 통로(126)의 수는 가변적이 될 수 있을 것이다. 예를 들어, 보다 적은 수의 큰 홀들 대신에, 다수의 작은 직경의 통로들이 얇은 그라파이트 블록을 통해서 보어링(bored)될 수 있을 것이다. 작은 홀들은 단위 부피당 보다 넓은 표면적을 가질 것이며, 그에 따라 그라파이트로부터 열 전달 유체로의 열 유동을 최대화할 수 있을 것이다. 작은 홀들에서 압력 강하가 더 커질 것이나, 통상적인 모델링(modeling)을 이용하여 홀의 개체수 대 블록의 고유 강도를 최적화할 수 있을 것이다.
In addition, the number of passages 126 may be variable. For example, instead of fewer large holes, many smaller diameter passageways may be bored through a thin graphite block. Small holes will have a larger surface area per unit volume, thus maximizing the heat flow from graphite to the heat transfer fluid. The pressure drop will be greater in small holes, but conventional modeling may be used to optimize the hole's population versus the block's inherent strength.

추가적으로, 도 15에 도시된 바와 같이, 복수의 층을 이루는 일련의 통로(126)를 이용하여 열 전달을 최대화할 수 있을 것이다. 복수의 그라파이트 블록(128 및 130)이 층을 형성하여 통로(126)를 형성할 수 있을 것이고, 그리고 적층된 블록(128 및 130)에 의해서 생성된 통로(126)가 서로 오프셋되어 열 전달을 보다 더 촉진할 수 있을 것이다. 통로(126)들의 오프셋과 관계 없이, 각 블록(128 및 130)의 말단부들이 정렬(line up)될 수 있고 그리고 서로 같은 높이를 가질 수 있을 것이다(flush).
Additionally, as shown in FIG. 15, a plurality of layered series of passages 126 may be used to maximize heat transfer. A plurality of graphite blocks 128 and 130 may be layered to form passages 126, and passages 126 created by stacked blocks 128 and 130 are offset from each other to provide heat transfer. You will be able to promote it further. Regardless of the offset of the passages 126, the distal ends of each block 128 and 130 may be lined up and flush with each other.

도 16에 도시된 바와 같이, 통로(126)의 여러 층들이 열(row) 만큼 서로로부터 오프셋되어, 그라파이트 두께를 최소화하고 그리고 열 확산기(116)의 외부 표면으로부터 열적인 요소(114)로의 즉, 통로(126)로의 열적인 경로 그리고 결과적으로 열 전달 유체에 대한 열적인 경로를 감소시킬 수 있을 것이다. 여기에서, 다시, 도 16에 도시된 바와 같이, 열적 구배를 최소화하기 위해서, 열 확산기(116)가 통로(126)를 부분적으로 또는 완전히 라이닝할 수 있을 것이다.
As shown in FIG. 16, the various layers of the passage 126 are offset from each other by a row, minimizing graphite thickness and, ie, from the outer surface of the heat spreader 116 to the thermal element 114. The thermal path to the passage 126 and consequently the thermal path to the heat transfer fluid may be reduced. Here, again, as shown in FIG. 16, the heat spreader 116 may partially or completely line the passage 126 to minimize thermal gradients.

본원에서 언급된 모든 인용 특허들 및 공보들은 본원 명세서에서 참조로서 포함된다.
All cited patents and publications mentioned herein are incorporated herein by reference.

이상과 같이 본원 고안을 설명하였지만, 본원 고안이 여러 가지 방식으로 변화될 수 있다는 것을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 모든 그러한 변형 실시예 및 변경 실시예들은 임의의 적절한 조합으로 실행될 수 있을 것이다. 그러한 변형 실시예 및 변경 실시예들은 본원 고안의 사상 및 범위를 벗어난 것으로 간주되지 않으며, 그리고 그러한 모든 변형 실시예 및 변경 실시예들은, 당업자에게 자명한 바와 같이, 실용신안등록 청구범위의 범주에 포함될 것이다.
Although the present invention has been described above, it will be clearly understood that the present invention can be changed in various ways. All such variations and modifications may be implemented in any suitable combination. Such modifications and variations are not to be regarded as outside the spirit and scope of the present invention, and all such modifications and variations are intended to be included within the scope of utility model registration claims, as will be apparent to those skilled in the art. will be.

Claims (15)

열 교환기 시스템으로서:
(a) 표면을 포함하는 열적인 요소;
(b) 밀도가 약 0.6 g/cc 이상이고 두께가 약 10 mm 미만이며, 그리고 제 1 표면 및 제 2 표면을 더 포함하는 그라파이트의 하나 이상의 시트를 포함하는 열 확산기로서, 상기 열 확산기가 상기 열적인 요소 주위를 적어도 부분적으로 둘러싸서 상기 열 확산기가 상기 열적인 요소 표면의 일부와 열 전달 관계를 가지도록 상기 열 확산기가 열적인 요소에 대해서 상대적으로 위치되는, 열 확산기; 그리고
(c) 그라파이트를 포함하는 기판으로서, 상기 기판이 상기 열 확산기와 열 전달 관계를 가지도록 상기 기판이 상기 열 확산기에 대해서 상대적으로 위치되는, 기판; 을 포함하는
열 교환기 시스템.
As a heat exchanger system:
(a) a thermal element comprising a surface;
(b) a heat spreader comprising at least one sheet of graphite having a density of at least about 0.6 g / cc, a thickness of less than about 10 mm, and further comprising a first surface and a second surface, wherein the heat spreader comprises: A heat spreader, wherein the heat spreader is positioned relative to the thermal element such that the heat spreader has a heat transfer relationship with a portion of the thermal element surface at least partially surrounding the thermal element; And
(c) a substrate comprising graphite, wherein the substrate is positioned relative to the heat spreader such that the substrate has a heat transfer relationship with the heat spreader; Containing
Heat exchanger system.
제 1 항에 있어서,
상기 기판이 열적인 요소를 수용하는 크기를 가지는 리세스를 포함하고, 상기 기판이 상기 열 확산기에 인접하여 배치되며, 그에 따라 상기 열 확산기가 상기 열적인 요소와 상기 기판 사이에 위치되며, 상기 기판은 약 150 W/m-K 보다 큰 열 전도도를 가지는
열 교환기 시스템.
The method of claim 1,
The substrate includes a recess sized to receive a thermal element, the substrate being disposed adjacent the heat spreader, such that the heat spreader is positioned between the thermal element and the substrate, and the substrate Has a thermal conductivity greater than about 150 W / mK
Heat exchanger system.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 열 확산기가 제 1 성분 및 제 2 성분의 2개의 성분을 포함하고, 또한 상기 열 확산기의 제 1 성분이 상기 열적인 요소와 상기 기판 사이에 위치되는
열 교환기 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The heat spreader comprises two components of a first component and a second component, and wherein a first component of the heat spreader is located between the thermal element and the substrate
Heat exchanger system.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
에너지 수집 패널을 더 포함하는
열 교환기 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Further comprising an energy collection panel
Heat exchanger system.
제 2 항에 있어서,
상기 열 확산기가 제 1 성분 및 제 2 성분의 2개의 성분을 포함하고, 또한 상기 열 확산기의 제 2 성분이 상기 리세스를 가로질러 연장하며, 그에 따라 상기 열 확산기의 제 2 성분이 상기 열적인 요소와 에너지 수집 패널 사이에 위치되는
열 교환기 시스템.
The method of claim 2,
The heat spreader comprises two components of a first component and a second component, and a second component of the heat spreader extends across the recess, whereby a second component of the heat spreader Located between the element and the energy collection panel
Heat exchanger system.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그라파이트의 시트는 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트, 그라파이트화된 폴리이미드의 하나 이상의 시트, 또는 양자의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는
열 교환기 시스템.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The sheet of graphite is selected from the group consisting of one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite, one or more sheets of graphitized polyimide, or a combination of both
Heat exchanger system.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열적인 요소 표면의 일부와 열 전달 관계에 있는 표면을 포함하는 구조적 요소를 더 포함하고, 상기 구조적 요소는 합성 그라파이트의 하나 이상의 층을 포함하는
열 교환기 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 6,
And further comprising a structural element comprising a surface in heat transfer relationship with a portion of the thermal element surface, the structural element comprising one or more layers of synthetic graphite.
Heat exchanger system.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판이 합성 그라파이트의 하나 이상의 층을 포함하는
열 교환기 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 7,
Wherein the substrate comprises one or more layers of synthetic graphite
Heat exchanger system.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 보호 층을 더 포함하고, 상기 보호 층의 제 1 표면이 에너지 공급원과 상기 열적인 요소 사이에 위치되는
열 교환기 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 8,
And a protective layer having a first surface and a second surface, wherein the first surface of the protective layer is positioned between an energy source and the thermal element.
Heat exchanger system.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
태양 에너지 수용기를 포함하는
열 교환기 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 9,
Containing solar energy receptor
Heat exchanger system.
열 교환기 시스템으로서:
(a) 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 그라파이트의 제 1 층;
(b) 상기 그라파이트의 제 1 층의 제 2 표면 아래쪽에 위치되는 그라파이트의 제 2 층;
(c) 상기 그라파이트의 제 1 층과 상기 그라파이트의 제 2 층 사이에 위치되는 열적인 요소; 그리고
(d) 밀도가 약 0.6 g/cc 이상이고 평면내 열 전도도가 약 140 W/m-K 이상인 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하는 열 확산기로서, 상기 열 확산기가 상기 그라파이트의 제 1 층, 상기 그라파이트의 제 2 층, 및 상기 열적인 요소와 열 전달 관계를 가지도록 위치되는, 열 확산기; 를 포함하는
열 교환기 시스템.
As a heat exchanger system:
(a) a first layer of graphite having a first surface and a second surface;
(b) a second layer of graphite located below the second surface of the first layer of graphite;
(c) a thermal element located between the first layer of graphite and the second layer of graphite; And
(d) a heat spreader comprising at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite having a density of at least about 0.6 g / cc and an in-plane thermal conductivity of at least about 140 W / mK, the heat spreader being the first of the graphite; A heat spreader positioned to have a heat transfer relationship with the layer, the second layer of graphite, and the thermal element; Containing
Heat exchanger system.
제 11 항에 있어서,
상기 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트가 약 220 W/m-K 이상의 평면내 열 전도도를 가지는
열 교환기 시스템.
The method of claim 11,
At least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite has an in-plane thermal conductivity of at least about 220 W / mK.
Heat exchanger system.
제 11 항에 있어서,
상기 그라파이트의 제 1 층이 약 120 W/m-K 이상의 평면내 열 전도도를 가지는
열 교환기 시스템.
The method of claim 11,
The first layer of graphite has an in-plane thermal conductivity of at least about 120 W / mK.
Heat exchanger system.
열 교환기 시스템으로서:
(a) 하나 이상의 그라파이트의 층;
(b) 열 전달 유체를 내부에 수용하기 위한 하나 이상의 열적인 통로로서, 상기 열적인 통로는 하나 이상의 그라파이트의 층을 가로지르는, 열적인 통로;
(c) 상기 그라파이트의 제 1 층과 상기 그라파이트의 제 2 층 사이에 위치되는 열적인 요소; 그리고
(d) 밀도가 약 0.6 g/cc 이상이고 평면내 열 전도도가 약 140 W/m-K 이상인 박리형 그라파이트의 압축된 입자의 하나 이상의 시트를 포함하는 열 확산기로서, 상기 열 확산기가 상기 하나 이상의 그라파이트의 층 및 상기 열적인 통로 모두와 열 전달 관계를 가지도록 위치되는, 열 확산기; 를 포함하는
열 교환기 시스템.
As a heat exchanger system:
(a) one or more layers of graphite;
(b) one or more thermal passages for receiving a heat transfer fluid therein, the thermal passages passing through one or more layers of graphite;
(c) a thermal element located between the first layer of graphite and the second layer of graphite; And
(d) a heat spreader comprising at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite having a density of at least about 0.6 g / cc and an in-plane thermal conductivity of at least about 140 W / mK, wherein the heat spreader is formed of the at least one graphite A heat spreader positioned to have a heat transfer relationship with both the layer and the thermal passageway; Containing
Heat exchanger system.
제 14 항에 있어서,
제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 보호 층을 더 포함하고, 상기 보호 층의 제 1 표면이 에너지 공급원과 열적인 요소 사이에 위치되는
열 교환기 시스템.
The method of claim 14,
A protective layer having a first surface and a second surface, wherein the first surface of the protective layer is positioned between the energy source and the thermal element
Heat exchanger system.
KR2020127000003U 2009-06-12 2010-06-11 High temperature graphite heat exchanger KR200475201Y1 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18667809P 2009-06-12 2009-06-12
US61/186,678 2009-06-12
US12/723,651 US20100314081A1 (en) 2009-06-12 2010-03-14 High Temperature Graphite Heat Exchanger
US12/723,651 2010-03-14
PCT/US2010/038374 WO2010144841A1 (en) 2009-06-12 2010-06-11 High temperature graphite heat exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120002258U true KR20120002258U (en) 2012-03-27
KR200475201Y1 KR200475201Y1 (en) 2014-11-27

Family

ID=43305393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR2020127000003U KR200475201Y1 (en) 2009-06-12 2010-06-11 High temperature graphite heat exchanger

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20100314081A1 (en)
EP (1) EP2440873A4 (en)
JP (1) JP3176537U (en)
KR (1) KR200475201Y1 (en)
CN (1) CN203053283U (en)
WO (1) WO2010144841A1 (en)

Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090101306A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-23 Reis Bradley E Heat Exchanger System
CA2786157C (en) * 2009-12-31 2017-06-20 Sgl Carbon Se Device for temperature control of a room
US9404665B1 (en) * 2010-08-30 2016-08-02 Khart Panels LLC Radiant panel system having increased efficiency
KR20130006565U (en) * 2011-01-28 2013-11-13 그라프텍 인터내셔널 홀딩스 인코포레이티드 Thermal bridge for led luminaires
CN103429982B (en) * 2011-02-04 2016-06-29 洛克希德马丁公司 There is the heat exchanger of foam fin
WO2012106605A2 (en) * 2011-02-04 2012-08-09 Lockheed Martin Corporation Staged graphite foam heat exchangers
US9513059B2 (en) 2011-02-04 2016-12-06 Lockheed Martin Corporation Radial-flow heat exchanger with foam heat exchange fins
EP2544246B1 (en) * 2011-07-06 2017-12-20 INOTECH Kunststofftechnik GmbH Combo solar module
ES2417079B1 (en) * 2011-08-01 2014-09-22 Carlos GALDÓN CABRERA SOLAR RADIATION RECEIVER
US9343784B2 (en) 2011-08-14 2016-05-17 Graftech International Holdings Inc. Battery pack assembly having thermal transfer sheets and heat sink
KR20130065174A (en) * 2011-12-09 2013-06-19 현대자동차주식회사 Heat exchanger for vehicle
KR20130064936A (en) * 2011-12-09 2013-06-19 현대자동차주식회사 Heat exchanger for vehicle
KR20130065173A (en) * 2011-12-09 2013-06-19 현대자동차주식회사 Heat exchanger for vehicle
CN204128420U (en) * 2011-12-30 2015-01-28 格拉弗技术国际控股有限公司 Battery heat exchanger
US20150082792A1 (en) * 2012-03-08 2015-03-26 Graphite Energy N.V. Solar and renewable/waste energy powered turbine with two stage heating and graphite body heat exchanger
US20130276777A1 (en) * 2012-04-20 2013-10-24 Bradley E. Reis Solar Absorber
US20150122244A1 (en) * 2012-06-08 2015-05-07 Graphite Energy N.V. Solar energy receiver
GB2503494A (en) * 2012-06-29 2014-01-01 Bae Systems Plc Heat exchanger comprising a fibre reinforced polymer composite
DE202012103540U1 (en) * 2012-09-17 2013-12-20 Uponor Innovation Ab Heat conducting plate, in particular for cooling or heating a building
WO2014055045A1 (en) * 2012-10-03 2014-04-10 Technická Univerzita V Košiciach Flow profile with debossed boundaries
US20140146477A1 (en) * 2012-11-28 2014-05-29 Illinois Tool Works Inc. Hybrid sheet materials and methods of producing same
US20150096719A1 (en) * 2013-10-04 2015-04-09 Specialty Minerals (Michigan) Inc. Apparatus for Dissipating Heat
WO2015126483A2 (en) * 2013-11-18 2015-08-27 General Electric Company Monolithic tube-in matrix heat exchanger
TWI542851B (en) * 2013-12-11 2016-07-21 Heat transfer catalytic heat dissipation method
WO2015149124A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-08 Graphite Energy N.V. Use of stored heat energy in a combined cycle gas turbine power generating system
US20160187013A1 (en) * 2014-12-29 2016-06-30 Hy-Save Limited Air Conditioning with Thermal Storage
US9874412B2 (en) * 2015-02-08 2018-01-23 Ronald Keith Cummins Reinforced cross drilled block
US20160262284A1 (en) * 2015-03-03 2016-09-08 Asia Vital Components (China) Co., Ltd. Cold plate structure
CN107289810B (en) * 2017-07-20 2024-03-22 天津宝坻紫荆科技有限公司 Heat exchange plate for plate-type heat exchange type graphene electric heater
US9989271B1 (en) 2017-08-14 2018-06-05 Calvin Becker Air conditioning with thermal storage
DE102017118977A1 (en) 2017-08-18 2019-02-21 Ullrich Buff Heat exchanger element and method for its production
US10556482B2 (en) * 2017-09-15 2020-02-11 GM Global Technology Operations LLC Vascular structures and methods for thermal control
ES2735303B2 (en) * 2018-06-15 2020-12-28 Univ Madrid Carlos Iii OUTDOOR TOWER SOLAR RECEIVER
US11592145B2 (en) 2019-01-10 2023-02-28 Hisense Laser Display Co., Ltd. Laser light source and laser projection device
US11570411B2 (en) * 2019-01-10 2023-01-31 Hisense Laser Display Co., Ltd. Laser light source and laser projection device
EP3953647A1 (en) * 2019-04-10 2022-02-16 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Heat exchanger module and methods of using thereof
US11320206B2 (en) * 2019-10-04 2022-05-03 Hamilton Sundstrand Corporation Pressure vessel with barrier layer
US11519655B2 (en) 2020-07-31 2022-12-06 Photon Vault, Llc Thermal energy storage and retrieval systems and methods
US11428476B2 (en) 2020-09-04 2022-08-30 Photon Vault, Llc Thermal energy storage and retrieval system
US20220146151A1 (en) * 2020-11-09 2022-05-12 Photon Vault, Llc Multi-temperature heat collection system
EP4304849A1 (en) * 2021-03-10 2024-01-17 Battelle Memorial Institute Composites, systems and methods of making the same
KR102542478B1 (en) 2021-05-28 2023-06-14 주식회사 카본가람 Method of pfa impregnation for block type graphite heat exchanger
US11952920B2 (en) * 2021-07-08 2024-04-09 Guy James Daniel Energy recovery system and methods of use
CN114353345B (en) * 2022-01-13 2023-06-02 南京工业大学 Ultra-supercritical tower type solar heat absorber
WO2023250461A2 (en) * 2022-06-24 2023-12-28 Battelle Memorial Institute Thermal protection systems having ceramic coatings optionally with metal carbide coatings
WO2024050211A1 (en) * 2022-08-29 2024-03-07 Photon Vault, Llc Thermal energy storage and retrieval system

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2663551A (en) * 1949-08-16 1953-12-22 Heat X Changer Co Inc Plate cooler
US3129703A (en) * 1959-04-16 1964-04-21 Harry Zvi Tabor Surfaces for collectors of solar radiation
GB991581A (en) * 1962-03-21 1965-05-12 High Temperature Materials Inc Expanded pyrolytic graphite and process for producing the same
US4026272A (en) * 1975-06-13 1977-05-31 Bottum Edward W Solar collector
US4074706A (en) * 1975-07-30 1978-02-21 Enthone, Incorporated Solar collector having selective film of improved stability to liquid water condensate
US4088120A (en) * 1976-09-02 1978-05-09 Suntec Systems, Inc. Solar concentrator-collector
US4284072A (en) * 1978-10-26 1981-08-18 Occidental Research Corp. Solar collectors with solar panels having a particulate ferro-alloy surface
US4459976A (en) * 1981-01-15 1984-07-17 Speros Philip C Heat exchanger or solar collector
US4895713A (en) * 1987-08-31 1990-01-23 Union Carbide Corporation Intercalation of graphite
JPH05134067A (en) * 1991-11-14 1993-05-28 Toshiba Corp Manufacture of heat-receiving plate having cooling structure
US5902762A (en) * 1997-04-04 1999-05-11 Ucar Carbon Technology Corporation Flexible graphite composite
WO2000064808A1 (en) * 1999-04-07 2000-11-02 Ucar Graph-Tech Inc. Flexible graphite article and method of manufacture
US6269864B1 (en) * 2000-02-18 2001-08-07 Intel Corporation Parallel-plate/pin-fin hybrid copper heat sink for cooling high-powered microprocessors
US6482520B1 (en) * 2000-02-25 2002-11-19 Jing Wen Tzeng Thermal management system
US8382004B2 (en) * 2001-04-04 2013-02-26 Graftech International Holdings Inc. Flexible graphite flooring heat spreader
US7166912B2 (en) * 2001-04-05 2007-01-23 Advanced Energy Technology Inc. Isolated thermal interface
US6673289B2 (en) * 2001-05-30 2004-01-06 Advanced Energy Technology Inc. Manufacture of materials from graphite particles
US20040026525A1 (en) * 2002-05-20 2004-02-12 Joachim Fiedrich In radiant wall and ceiling hydronic room heating or cooling systems, using tubing that is fed hot or cold water, the tubing is embedded in gypsum or cement wallboard in intimate thermal contact therewith so that the wallboard heats or cools the room
US8584738B2 (en) * 2002-06-14 2013-11-19 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for extracting heat from a device
DE10341255B4 (en) * 2003-09-04 2005-06-16 Sgl Carbon Ag Heat conducting plates made of expanded graphite and process for their preparation
US7276273B2 (en) * 2003-10-14 2007-10-02 Advanced Energy Technology Inc. Heat spreader for display device
US7292441B2 (en) * 2003-11-25 2007-11-06 Advanced Energy Technology Inc. Thermal solution for portable electronic devices
US6982874B2 (en) * 2003-11-25 2006-01-03 Advanced Energy Technology Inc. Thermal solution for electronic devices
EP1688684A1 (en) * 2005-01-12 2006-08-09 Sgl Carbon Ag Absorber part for a solarthermical flat type collector
US7306847B2 (en) * 2005-01-28 2007-12-11 Graftech International Holdings Inc. Heat spreader for display device
US7385819B1 (en) * 2005-06-27 2008-06-10 Graftech International Holdings Inc. Display device
US7365988B2 (en) * 2005-11-04 2008-04-29 Graftech International Holdings Inc. Cycling LED heat spreader
US20070158050A1 (en) * 2006-01-06 2007-07-12 Julian Norley Microchannel heat sink manufactured from graphite materials
US7420810B2 (en) * 2006-09-12 2008-09-02 Graftech International Holdings, Inc. Base heat spreader with fins
US20080086965A1 (en) * 2006-10-16 2008-04-17 Metz Timothy W Composite structural panel
US7939747B2 (en) * 2007-04-06 2011-05-10 Bradley Owen Stimson Solar heating method and apparatus
US20090101306A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-23 Reis Bradley E Heat Exchanger System

Also Published As

Publication number Publication date
EP2440873A4 (en) 2014-12-10
KR200475201Y1 (en) 2014-11-27
US20100314081A1 (en) 2010-12-16
EP2440873A1 (en) 2012-04-18
CN203053283U (en) 2013-07-10
JP3176537U (en) 2012-06-28
WO2010144841A1 (en) 2010-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR200475201Y1 (en) High temperature graphite heat exchanger
US20110271951A1 (en) Composite material compositions, arrangements and methods having enhanced thermal conductivity behavior
CN102607200B (en) Inorganic high-efficiency flat superconducting flat-plate solar collector
JP2012507680A (en) MICRO HEAT PIPE ARRAY HAVING FINE TUBE ARRAY, ITS MANUFACTURING METHOD, AND HEAT EXCHANGE SYSTEM
CN105101753A (en) Aluminum profile, loop heat pipe system thereof and electrical cooling backplane
JPH11503816A (en) Heat exchanger consisting of parallel plates made of carbon-carbon composite
CN211012603U (en) Ultrathin flexible flat heat pipe
SG185829A1 (en) Apparatus lens and back support plate for cooling solar energy collectors and method of fabrication thereof
CN102062488B (en) Combined condensation type straight-through heat collecting pipe and installation method thereof
US20110265973A1 (en) Passive Heat Exchanger Comprising Thermally Conductive Foam
CN202581864U (en) Inorganic high-efficiency flat superconducting flat-plate solar energy heat collector
CN109768285B (en) Proton exchange membrane fuel cell bipolar plate with uniform heat conduction
WO2012019548A1 (en) Solar thermal collector apparatus and curtain wall provided with the same
CN214534883U (en) Polymer modified plastic pipeline for production
CN102278823B (en) Large-scale solar heat collector capable of integrating heat conveying and heat collection and method for manufacturing large-scale solar heat collector
JP2016529465A (en) Energy storage system
CN201050897Y (en) Solar heat-collecting tube
CN218066019U (en) Air source heat pump refrigerant directly-expanding heater
CN219611723U (en) Photovoltaic module and heat dissipation system
CN204168232U (en) A kind of photovoltaic and photothermal solar integration energy converting structure
CN220981601U (en) Solar heat absorption system of separated heat pipe absorber
CN220732726U (en) Photovoltaic passive heat abstractor
CN211509016U (en) High-efficiency solar power generation heat collection and radiation refrigeration paraboloid type device
CN214038999U (en) High-efficiency heat-preservation solar water heater
CN215809384U (en) Solar heat collecting pipe and solar heat collector thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
REGI Registration of establishment
LAPS Lapse due to unpaid annual fee