CN101953241B - 热交换装置 - Google Patents

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Abstract

一种热交换装置(1)，包括：散热器(3)，与发热体(2)接触；和电子放出元件(4)，与散热器(3)分离配置，经由该分离部分的空气向散热器(3)提供电子。电子放出元件(4)具有：电极基板(7)；薄膜电极(9)；电源(10)，在电极基板(7)和薄膜电极(8)之间施加电压；以及电子加速层(8)，通过由电源(10)施加的电压使电子在其内部加速并从薄膜电极(9)放出，电子加速层(8)的至少一部分由绝缘体构成。由此，热交换装置(1)与电场容易集中的结构无关地能够维持并提高热交换性能。

Description

热交换装置
技术领域
本发明涉及一种热交换装置。
背景技术
以往，作为冷却发热体的机构，一般使用旋转叶片式气流产生装置(以下记为风扇)。但是，在使用风扇进行冷却的情况下，存在动作时噪声大的问题。为了解决该问题，代替风扇冷却，提出了通过利用电晕放电的离子风进行冷却(例如参照专利文献1、专利文献2)。通过使用该离子风，由于没有风扇特有的风噪声，因此能够减少噪声。进而，还判断出通过将离子风对准热源(发热体)，得到了比只使用风扇时的冷却更好的冷却效果(非专利文献1)。在非专利文献2中，记载了用于稳定地产生电晕放电的必要条件。
以下，说明与只使用风扇的气流进行的冷却相比较的离子风的冷却效果。在此，考虑只将风扇的气流接触到热源来进行冷却的情况和将风扇的气流和离子风接触到热源来进行冷却的情况。
只将风扇的气流接触到热源来进行冷却的情况下，很难去除存在于热源附近的气体分子。这是因为，风扇的气流的情况下，表面为层流，因此流体力学上热源表面的气体分子的流速为0。因此，只将风扇的气流接触到热源来进行冷却的情况下，流体力学上热源附近的气体分子停留而不能去除。
另一方面，将风扇的气流和离子风接触到热源来进行冷却的情况下，具有电荷的离子沿着电力线到达热源表面附近。热源表面附近的分子动量较大的气体分子被混合。其结果，能够高效地冷却热源。已知一种利用该现象通过散热器的冷却风扇之间的金属丝放电产生离子风的离子风冷却装置(例如参照专利文献3)。
专利文献1：日本特开昭60-020027号公报(1985年2月1日公开)
专利文献2：日本特开2006-100758号公报(2006年4月13日公开)
专利文献3：日本特开平9-252068号公报(1997年9月22日公开)
非专利文献1：David B.Go，Suresh V.Garimella，and Timothy S.Fisher，J.Appl.Phys.，102，053302(2007)
非专利文献2：電子写真技術の基礎と応用，電子写真学会編、コロナ社，(1988)p.213
发明内容
但是，专利文献3所公开的离子风冷却装置的金属丝放电(电晕放电)中会产生以下问题。
即，如在专利文献2中记载的那样，为了稳定地产生电晕放电，放电电压必须为6～8kV，且电极间距离必须为10mm左右。因此，在利用电晕放电的冷却装置中，存在由高电压引起的危险性。进而，若加大电极间距离，则存在冷却装置变大的问题。
为了使冷却装置小型化，需要缩小电极间距离。但是，在缩小(缩窄)电极间距离的情况下，容易产生流光式电晕放电，引起局部温度上升。该温度上升会引起金属丝电极的断线、热源的损伤。因此，缩窄电极间距离的冷却装置缺乏实用性。
并且，为了不改变电极间距离且使冷却装置小型化，需要减少放电部(通过金属丝电极和放电用电极的组合进行放电的部分)的数量。因此，存在不能维持及提高冷却性能的问题。
并且，在专利文献3所公开的离子风冷却装置中，形成了被称为散热器的冷却风扇的电场容易集中的结构。如此，在电场容易集中的冷却风扇间进行金属丝放电来产生离子风的结构，很难持续且稳定地供给离子风。
此外，上述问题不仅存在于通过离子风对作为热交换体的热源进行冷却的冷却装置，还存在于通过离子风对热交换体进行升温或加热的加热装置中。即，上述问题是在利用离子风来在热交换体和与热交换体接触的接触部件之间进行热交换的所有热交换装置中产生的问题。
本发明是鉴于上述的问题而作出的，其目的在于，实现一种热交换装置，能够与电场容易集中的结构无关地维持并提高热交换性能。
本发明人发现如下所述的技术而完成了本发明：代替现有的金属丝放电元件，将能够通过内部电场放出电子(不需要外部电场)的电子放出元件与接触到热交换体的接触部件相对(分离)配置，由此即使附近配置有散热器的风扇等电场容易集中的结构，也能稳定地在大气中供给电荷并形成离子风。
即，为了解决上述课题，本发明的一种热交换装置，包括：导电性的接触部件，与热交换体接触；和电子放出元件，与该接触部件分离配置，经由该分离部分的空气向所述接触部件提供电子，所述热交换装置的特征在于，所述电子放出元件具有：电极基板；薄膜电极；第一电压施加机构，在电极基板和薄膜电极之间施加电压；以及电子加速层，通过由第一电压施加机构施加的电压使电子在其内部加速并从该薄膜电极放出，所述电子加速层的至少一部分由绝缘体构成。
本发明的热交换装置具有与接触到热交换体的导电性的接触部件分离地配置的电子放出元件。该电子放出元件具有：电极基板；薄膜电极；第一电压施加机构，在电极基板和薄膜电极之间施加电压；以及电子加速层，通过由第一电压施加机构施加的电压使电子在其内部加速并从该薄膜电极放出，上述电子加速层的至少一部分由绝缘体构成。通过该结构，能够实现能够通过内部电场放出电子的电子放出元件。即，电子放出元件经由与接触部件的分离部分中存在的空气向接触部件提供电子。该电子与存在于分离部分的空气分子发生碰撞。通过该碰撞，空气分子被离子化。被离子化的空气分子沿着电场移动，产生离子风，该离子到达接触部件，从而热源表面的空气分子被混合。
如此，根据上述的结构，代替现有的金属丝放电元件，能够通过内部电场放出电子的电子放出元件与接触部件分离配置。由此，即使在接触部件附近配置电场容易集中的结构，电子放出元件也能稳定地在大气中供给电子，产生离子风。进而，即使接触部件的形状复杂，也能稳定地供给离子风。换言之，本发明的热交换装置，通过能用内部电场放出电子的电子放出元件产生离子风，而不是通过现有的被称为金属丝放电的电晕放电来产生离子风。因此，无需像现有的离子风冷却装置那样，为了使装置小型化减少放电部的数量。进而，无需缩小金属丝放电用电极间的距离。因此，根据上述的结构，不会带来金属丝放电用电极间的距离等基于现有的电晕放电的离子风冷却装置中所存在的问题。因此，例如作为接触部件使用散热器的情况下，根据上述的结构，与现有的离子风产生装置相比，在使装置小型化时，即使装置尺寸相同，也能够增加风扇数量，能够提高热交换能力。
如上所述，根据上述的结构，能够实现一种热交换装置，能够与电场容易集中的结构无关地维持并提高热交换性能。
本发明的其他目的、特征及优点可通过以下所述的记载充分获知。并且，本发明的益处可通过参照附图进行的下述说明了解。
附图说明
图1为表示本发明一个实施方式的热交换装置(冷却装置)的优选例子的剖视图。
图2为将图1所示的热交换装置的散热器及电子放出元件的一部分放大的主要部分放大图。
图3为将图1所示的热交换装置的电子加速层放大的主要部分放大剖视图。
图4为表示图1所示的热交换装置的电子放出元件的微粒层(电子加速层)的能带的图。
图5为表示实施例1中使用的热交换装置的结构的剖视图。
图6为表示使用实施例1的热交换装置验证冷却效果的结果的图表。
图7为表示本发明的其他实施方式的热交换装置(冷却装置)的电子放出元件的结构的剖视图。
图8为表示本发明的其他实施方式的热交换装置(冷却装置)所具有的旋转叶片式气流产生器的结构的俯视图。
图9为表示本发明的其他实施方式的热交换装置(冷却装置)的电子放出元件的结构的透视图。
标号说明
1热交换装置(热交换装置、冷却装置)
2发热体(热交换体)
3散热器(接触部件)
4、16电子放出元件
5电源(第二电压施加机构)
6接地
7电极基板
8电子加速层
9薄膜电极
10电源(第一电压施加机构)
11绝缘体微粒(第二电介质物质)
12金属微粒(由周围存在第一电介质物质的导体构成的导电微粒)
13送风管
14风扇
15温度测定端子
17基板薄膜电极
18挠性基材
19旋转叶片式气流产生器
20叶片
20a表面
21电子放出元件
22网格基材
22a表面
30离子
具体实施方式
本发明的热交换装置是一种利用离子风在热交换体和与热交换体接触的接触部件之间进行热交换的装置。该热交换包含使热从温度相对高的接触部件向温度相对低的热交换体移动的升温、加热及使热从温度相对高的热交换体向温度相对低的接触部件移动的冷却。在以下实施方式中，作为本发明的热交换装置，例示冷却发热体的冷却装置进行说明。其中，以下的实施方式所记载的热交换装置可以应用到对热交换体进行升温、加热的加热装置，这是显而易见的。
第一实施方式
以下，根据图1至图9，对本发明的一个实施方式进行说明。其中，以下叙述的结构只是本发明的一个具体例子，本发明不限于此。图1为表示本实施方式的热交换装置(冷却装置)1的一个优选的例子的剖视图。
热交换装置1为将从发热体(热交换体)2发出的热散发到外部的装置，具有散热器(接触部件)3、电子放出元件4和电源(第二电压施加机构)5。散热器3由导电材料构成，与发热体2接触。与散热器3中的发热体2侧相反的一侧的表面3a与空气接触，在其至少一部分区域形成有多个凸部3b。并且，电子放出元件4与散热器3的表面3a相对地配置。该电子放出元件4与散热器3的表面3a分离，经由该分离部的空气，向散热器3提供电子。并且，散热器3和电子放出元件4与电源5连接。通过该电源5，在散热器3和电子放出元件4之间施加电压。此时，从电子放出元件4放出电子。该电子与存在于散热器3和电子放出元件4的分离部的空气分子发生碰撞。通过该碰撞，空气分子被离子化。通过离子化的空气分子顺着图1中的箭头方向(沿着散热器3和电子放出元件4之间的电场)移动，产生离子风。该离子到达散热器3，从而经由发热器2发热的在散热器3表面存在的空气分子被混合。并且，由于离子到达散热器3，因此散热器被充电。在热交换装置1中，为了抑制该充电，进行了接地6。
图2为将图1所示的热交换装置1中的散热器3及电子放出元件4的一部分放大的主要部分放大图。如该图2所示，电子放出元件4具有电极基板7、电极加速层8、薄膜电极9和电源(第一电压施加机构)10。电子加速层8被电极基板7和薄膜电极9所夹持。并且，电源10在电极基板7和薄膜电极9之间施加电压。电子加速层8其至少一部分由绝缘体构成。电子放出元件4通过在电极基板7和薄膜电极9之间施加电压，在电极基板7和薄膜电极9之间(即电极加速层8)对电子进行加速，从薄膜电极9放出电子。
如上所述，热交换装置1具有两个电源5、10，电源10用于使电子在电子放出元件4中的电子加速层8加速并使电子从薄膜电极9放出。另一方面，电源5用于向散热器3提供从薄膜电极9放出的电子。
散热器3和薄膜电极9的分离距离，只要是能够向散热器3提供从薄膜电极9放出的电子的距离，则无特别的限制。例如，分离距离优选的是100μm～50cm，更为优选的是100μm～10mm，特别优选的是100μm～1mm。
在热交换装置1中，电子放出元件4的电极基板7可以为例如SUS、Ti、Cu等金属基板，或还可以为例如Si、Ge、GaAs等半导体基板。并且，若使用如玻璃基板这样的绝缘体基板，则通过在其电子加速层8侧的分界面附着金属等导电性物质作为电极，能够作为电极基板7使用。
薄膜电极9用于在电子加速层8内施加电压。因此，只要是能施加电压的材料，则可以无特别限制。但是，出于使在电子加速层8内被加速而成为高能量的电子尽可能地无能量损失地透过并放出的观点，如果是功函数低且能形成薄膜的材料，则能期待更好的效果。作为这种材料，例如有金、碳、钛、镍、铝等。
电子加速层8包含由周围存在第一电介质物质的导体构成的导电微粒和比上述导电微粒的大小大的第二电介质物质即可。在本实施方式中，上述第一电介质物质为对上述导电微粒进行被膜的被膜物质，对于上述导电微粒，用被绝缘被膜的金属微粒12进行说明。并且，在本实施方式中，对于上述第二电介质物质，用平均直径比被绝缘被膜的金属微粒12的平均直径大的微粒即绝缘体的微粒11进行说明。但是，电子加速层8的结构不限于此，例如还可以为如下所述的形态，上述第二电介质物质以薄板状层叠在电极基板7上，并且具有贯通层叠方向的多个开口部，在该开口部中收容有通过被膜物质覆盖有电介质的导电微粒。
图3为将热交换装置1中的电子加速层8放大的主要部分放大剖视图。如该图3所示，在电子加速层8中包含作为第二电介质物质的绝缘体微粒11和作为由周围存在第一电介质物质的导体构成的导电微粒12。如此，电子加速层8所包含的微粒存在两种，一种为绝缘体微粒11，另一种为金属微粒12。
在此，作为被绝缘被膜的金属微粒12的金属种类，若从生成弹道电子(Ballistic electron)的动作原理上考虑，可以使用任意一种金属。但是出于避免大气压下动作时的氧化、劣化为目的，优选的是耐氧化的金属，例如有金、银、铂、镍、钯等材料。并且，作为被绝缘被膜的金属微粒12的绝缘被膜，在从生成弹道电子的动作原理上考虑，可以使用任意一种绝缘被膜。但是，用金属微粒的氧化被膜作为绝缘被膜使用时，由于大气中的氧化、劣化而存在氧化被膜的厚度变厚到所希望的膜厚以上的可能性，因此出于避免大气压下动作时的氧化、劣化为目的，优选的是由有机材料构成的绝缘被膜，例如包括醇化物、脂肪酸、烷硫醇等材料。对于弹道电子的生成原理，在后文中详细记载，但是若根据该原理考虑，重点在于，被绝缘被膜的金属微粒12的直径在10nm以下，可以说其绝缘被膜的厚度越薄越有利。
绝缘体微粒11的材料，只要是具有绝缘性的材料，则可以无特别限制。但是，绝缘体微粒11相对于构成电子加速层8的整个材料的比例优选的是80～95w％。并且，绝缘体微粒11和金属微粒12的个数比为，对一个绝缘体微粒11，金属微粒12为2个到300个左右，即在1∶2～300时，得到了适度的电阻率和散热效果。并且，优选的是，绝缘体微粒11的直径为5～1000nm。因此，作为绝缘体微粒11的材料，实用的有SiO2、Al2O3、TiO2等。或者可以为有机聚合物。
电子加速层8越薄电场越强，因此虽然施加低电压能使电子加速，但是不能变得比绝缘体微粒11的平均直径薄，因此其厚度优选的是5～1000nm。
接着，对电子放出的原理进行说明。如图3所示，在电子加速层8中，被绝缘被膜的金属微粒12以某种程度接触连接，在该部分中，绝缘体和导电体交替存在。在此处施加电压时，能带图如图4。
如图4所示，通过电场从电极基板7进入电子加速层8的电子通过隧道进入绝缘体。由于绝缘体内施加了高电压，因此电子被加速而获得能量。突破绝缘体的电子进入下一导体内。在此，导体为金属。金属内的电子的平均自由程为10nm以上，但由于被绝缘被膜的金属微粒12的半径在10nm以下，因此电子不会与金属原子发生碰撞，而无散射地通过，并且通过下一绝缘体。通过重复这个过程，电子获得高能量而成为弹道原子。最终，电子到达薄膜电极9。此时，当电子获得薄膜电极9的功函数以上的能量时，电子通过薄膜电极9而被放出。通过这种原理，电子放出元件4能够放出电子。
如此，在热交换装置1中，电子放出元件4在大气压中产生气流。然后，将该气流通过电场送至与发热体2接触的散热器3。如此，在热交换装置1中，不是在真空中产生气流，因此离子风的气流速度增加，冷却效果增大。
并且，热交换装置1中的散热器3在至少一部分上具有凹部或者凸部。若在散热器中至少一部分上存在凹部或者凸部，则能够对更多的气体分子传递热，因此散热效果增大。在此，通过将电子放出元件4与散热器3平行地设置，电子放出元件内电场不会集中，能够将离子风传递给散热器3。由此，能够去除从散热器3的整个散热面发热的气体分子，散热效果增大。
并且，通过电源5施加在散热器3和电子放出元件4的薄膜电极9之间的电压无特别的限定，只要是使具有负电荷的离子到达发热体2即可。该电压优选的是，其下限比0V大。例如，优选的是在+10V以上，更为优选的是在+100V以上，特别优选的是在+200V以上。并且，施加的电压的上限也无特点的限定。实际应用时，考虑到后文所述的电场强度的限制，优选的是在+10kV以下，更为优选的是在+1kV以下。
并且，散热器3和电子放出元件4的薄膜电极9之间的电场强度无特别的限定，但是例如在1V/m以上，优选的是在10V/m以上，更为优选的是在1000V/m以上。并且，为了防止产生臭氧，电场强度的上限优选的是在107V/m以下，更为优选的是106V/m。由此，不会产生以臭氧、氮氧化物为代表的有害物质。
本发明优选的是，在将从电子放出元件4放出的气流照射到与发热体2接触的散热器3之前，将散热器3接地。由此，能够防止发热体2带电。
并且，可以将从电子放出元件4产生的气流和旋转叶片式气流产生器的气流组合，或者可以不使用旋转叶片式气流产生器。
在热交换装置1中，散热器3和电子放出元件4的薄膜电极9的电子放出面所相对的角度无特别的限定，例如优选的是0°～90°，更为优选的是0°～45°，特别优选的是0°～10°。由此，在散热器3和电子放出元件4之间的电力线不会集中。因此，能够回避在作为电子源元件的电子放出元件4内通电的危险性。
(实施例1)
作为实施例，使用图5及图6说明对本发明的热交换装置进行散热效果的验证的实验。并且，该实验为实施的一个例子，并不限制本发明的内容。
在本实施例中，使用图5所示的热交换装置进行实验。在图5所示的热交换装置中，设置风扇14(气流产生装置)，使气流吹向散热器3。作为热源的发热体2通过开关的接通断开来切换发热，断开开关时，发热停止。在本实施例中，通过温度测定端子15开始测定温度的同时，停止发热体2的发热(断开开关)。温度测定端子15由通过接触的方式测定散热器3的表面温度的热电偶构成。
在本实施例中，在停止发热体2的发热后，进行以下所示的第一及第二实验，随时间流逝测定发热体2的温度。通过比较两个实验中发热体2的温度随时间流逝的变化，进行散热效果的验证。
在第一实验中，在电源5上不施加电压(即，在散热器3和电子放出元件4之间不施加电压)的状态下，只用风扇(气流产生装置)14的气流冷却发热体2。在第二实验中，在电源5上施加电压的状态下，通过风扇14的气流及从电子放出元件4放出的离子30的组合，使发热体2冷却。
并且，在第一及第二实验中使用的热交换装置中，设置送风管13，从而即使混合风扇14的气流和离子30，也使气流的流量不变。并且，在第一及第二实验中，流量设为9L/min。在第二实验中，伴随施加电压时的电子放出而在散热器3回收的电流为10～14μA。
用第一实验及第二实验测定的发热体2的温度随时间流逝而产生的变化的结果表示在图6中。从图6可知，第二实验中的发热体2的温度比第一实验急剧降低。进而，可以清楚地看出，在温度测定60秒后，第二实验所冷却的温度降低幅度为第一实验所冷却的温度降低幅度的约767％。
第二实施方式
以下，根据图7对本发明的其他实施方式进行说明。
本实施方式的热交换装置的基本结构及驱动原理与上述第一实施方式的热交换装置相同，因此省略对相同结构及驱动原理的说明。在本实施方式的热交换装置中，与第一实施方式的热交换装置的不同点在于电子放出元件的结构。图7为表示本实施方式的热交换装置的电子放出元件的周边结构的图。
如图7所示，电子放出元件16的特征在于具有挠性(Flexible)。电子放出元件16具有挠性基板18、基板薄膜电极17、电子加速层8和薄膜电极9。基板薄膜电极17和薄膜电极9与电源10相连。电子放出元件16通过在基板薄膜电极17与薄膜电极9之间施加电压，在基板薄膜电极17与薄膜电极9之间(即电子加速层8)对电子进行加速，使电子从薄膜电极9放出。
第三实施方式
以下，根据图8对本发明的另一实施方式进行说明。
本实施方式的热交换装置的基本结构及驱动原理与上述第一实施方式的热交换装置相同，因此省略对相同结构及驱动原理的说明。在本实施方式的热交换装置中，与第一实施方式的热交换装置的不同点在于，在旋转叶片式气流产生器上设置了电子放出元件。图8为表示本实施方式的热交换装置的旋转叶片式气流产生器19的图。
如该图8所示，旋转叶片式气流产生器19具有叶片20，通过使该叶片20旋转，将气流送往发热体(热交换体)。并且，在图8中，通过叶片20向旋转方向R(图中的箭头方向)旋转，气流从纸面的背面侧被送往表面侧(近前)。在图8中，用气流送风方向S表示。
在本实施方式的热交换装置中，与旋转叶片式气流产生器19的叶片20的表面20a相对地设有散热器3。该散热器3与发热体2接触。
在本实施方式的热交换装置中，在该旋转叶片式气流产生器19上具有第一实施方式的电子放出元件4或第二实施方式的电子放出元件16。即，在叶片20的表面20a上，设有电极基板7或挠性基材18。
由此，能够将来自旋转叶片式气流产生器19的气流和来自电子放出元件4(或16)的具有电荷的气流(离子)，同时送往安装在发热体2上的散热器3。
第四实施方式
以下，根据图9对本发明的另一实施方式进行说明。
本实施方式的热交换装置的基本结构及驱动原理与上述第一实施方式的热交换装置相同，因此省略对相同结构及驱动原理的说明。在本实施方式的热交换装置中，与第一实施方式的热交换装置的不同点在于，电子放出元件具有网格结构。图9为表示本实施方式的热交换装置的电子放出元件的图。在图9中，使气流从纸面的背面侧送往表面(近前)侧，并用气流送风方向S′表示。
如该图9所示，电子放出元件21为网格状。电子放出元件21具有网格基材22。该网格基材22具有沿气流送风方向S′贯通的多个开口部22b。并且，在本实施方式的热交换装置中，与网格基材22的表面22a相对地设有散热器3。该散热器3与发热体2接触。因此，吹向气流送风方向S′的气流经由开口部22b送往散热器3。
在本实施方式的热交换装置中，在该网格基材22上具有第一实施方式的电子放出元件4或第二实施方式的电子放出元件16。即，在网格基材22的表面22a上设有电极基板7或挠性基板18。
如上所述，本发明的热交换装置即使缩小电极间距离，也能稳定地放出离子风，因此能够使冷却装置小型化。
由于能够将作为电子源元件的电子放出元件通过涂布法形成在挠性表面、存在凹凸的表面，因此还能使电视机的机壳具有冷却功能，能够同时进行液晶电视的薄型化和电视机的发热部的冷却。
并且，由于即使缩小距离也不会带来放电，因此能够不产生臭氧、氮氧化物地搭载到家电中。例如在电冰箱的制冷剂中，通过增加自然散热时的冷却效果，降低耗电量，实现压缩机的小型化。并且，利用如图5所示的快速去除热源附近的热的特点，向空调、暖风机的热源提供离子风，由此还能够向用户迅速提供暖风。同时，由于能有效地送出暖风，加热器输出降低，由此能够降低耗电量。并且，在洗衣烘干机中，能够快速地将暖风吹向湿润的衣物类，因此能够通过降低加热器的输出来降低耗电量，实现装置的小型化。在洗衣烘干机的情况下，由于将离子吹向衣物类，因此能够抑制衣物类的由摩擦带电引起的衣物类的缠绕，提高烘干效率，减少烘干时间。
如上所述，本发明的一种热交换装置，包括：导电性的接触部件，与热交换体接触；和电子放出元件，与该接触部件分离配置，经由该分离部分的空气向所述接触部件提供电子，所述热交换装置的特征在于，所述电子放出元件具有：电极基板；薄膜电极；第一电压施加机构，在电极基板和薄膜电极之间施加电压；以及电子加速层，通过由第一电压施加机构施加的电压使电子在其内部加速并从该薄膜电极放出，所述电子加速层的至少一部分由绝缘体构成。
在本发明的热交换装置中，优选的是，在所述电子加速层中包含：导电微粒，由周围存在第一电介质物质的导体构成；和第二电介质物质，大于所述导电微粒的大小。
根据上述结构，电子加速层能够通过由周围存在第一电介质物质的导体构成的导电微粒的集合形成多层MIM结构，并通过在电极基板和薄膜电极之间施加电压，加速通过上述电子加速层的电子而形成弹道电子，使其通过薄膜电极并将电子放出。
并且，上述第二电介质物质能够调整电子加速层的电阻值。进而，上述第二电介质物质具有避免放出电子反复通过被绝缘被膜的金属微粒的过程中产生的热等作用，因此能够防止电子放出元件因热而破坏。
本发明的热交换装置由于包括具有上述结构的电子加速层，因此即使电极间距离窄，也能以低电压稳定地放出电子并使空气分子离子化。因此，根据上述的结构，实现了热交换装置的小型化。进而，由于电子以面状放出，因此不会产生电场集中，稳定性优越。进而，由于没有电场集中，因此也不会因电弧放电而对接触部件及热交换体带来损伤。
在本发明的热交换装置中，优选的是，构成所述导电微粒的导体包含金、银、铂、镍及钯中的至少一种。
如此，由于构成上述导电微粒的导体包含金、银、铂、镍及钯中的至少一种，因此能够防止导电微粒被大气中的氧所氧化等元件劣化。因此能够实现电子放出元件的长寿命化。
在本发明的热交换装置中，优选的是，所述第一电介质物质包含醇化物、脂肪酸及烷硫醇中的至少一种。
如此，由于上述第一电介质物质包含醇化物、脂肪酸及烷硫醇中的至少一种，因此能够防止导电微粒由于被大气中的氧所氧化引起的第一电介质物质的生长等元件劣化。因此，能够更有效地实现电子放出元件的长寿命化。
在本发明的热交换装置中，优选的是，所述第二电介质物质包含SiO2、Al2O3及TiO2中的至少一种，或包含有机聚合物。
当上述上述第二电介质物质包含SiO2、Al2O3及TiO2中的至少一种或包含有机聚合物时，由于这些物质的绝缘性高，因此能够将上述电子加速层的电阻值调整到任意范围。
在本发明的热交换装置中，优选的是，所述薄膜电极包含金、碳、镍、钛及铝中的至少一种。
上述薄膜电极包含金、碳、镍、钛及铝中的至少一种，由于这些物质的功函数低，因此使在微粒层中被加速的电子高效地通过，能够将更多的高能量的电子放出到电子放出元件外。
在本发明的热交换装置中，优选的是，所述第一电介质物质为对所述导电微粒被膜的被膜物质，该被膜物质以比所述导电微粒的平均直径小的膜厚进行被膜，所述第二电介质物质为平均直径比通过所述被膜物质覆盖有电介质的导电微粒的平均直径大的微粒。该情况下，优选的是，作为所述第二电介质物质的微粒的平均直径为30～1000nm。通过将作为上述第二电介质物质的微粒的平均直径设为30～1000nm，能有效避免电子反复通过被电介质被膜的导电微粒时产生的热，能够防止电子放出元件因热破坏。进而，能够容易进行上述电子加速层的电阻值调整。
在本发明的热交换装置中，优选的是，所述第一电介质物质为对所述导电微粒被膜的被膜物质，该被膜物质以比所述导电微粒的平均直径小的膜厚进行被膜，所述第二电介质物质以薄板状层叠在所述电极基板上，且具有沿层叠方向贯通的多个开口部，在所述开口部中收容有通过所述被膜物质覆盖有电介质的导电微粒。
并且，优选的是，覆盖有电介质的所述导电微粒的平均直径在10nm以下。当覆盖有电介质的导电微粒的平均直径在10nm以下时，该导电微粒的平均直径为导体中的电子平均自由程以下，因此电子在微粒中不发生散射地通过。其结果，变成弹道电子，且具有高能量。
在本发明的热交换装置中，优选的是，所述电子加速层中第二电介质物质的比例为80～95w％的重量比。
当上述电子加速层中的第二电介质物质的比例为80～95w％的重量比时，能够适度提高上述电子加速层内的电阻值，且能防止大量电子一次性地射出而破坏电子放出元件。
在本发明的热交换装置中，优选的是，上述电子加速层的层厚为30～1000nm。
通过将上述电子加速层的层厚设为30～1000nm，能够反复通过适当次数。因此，能够更有效地放出电子。
上述热交换装置可以是冷却装置，对作为热交换体的发热体进行冷却。
在本发明的热交换装置中，优选的是，所述接触部件为在与所述电子放出元件相对的面上形成有凹凸部的散热器。并且，优选的是，该电子放出元件沿着散热器的凹凸形状平行地配置。
由此，相比现有的离子风产生装置，在使装置小型化时，虽然装置尺寸相同，但能增加凹凸部的凸部分的数量，能提高热交换能力。
在本发明的热交换装置中，优选的是，所述电子放出元件在大气压中产生气流。
根据上述的结构，电子放出元件在大气压中产生气流，在真空中不动作。因此，离子风的气流速度增加，热交换效果增大。
在本发明的热交换装置中，优选的是，还包括平面状或曲面状的基材，所述电子放出元件形成在所述基材上。进而，优选的是，上述电子放出元件具有挠性。
根据上述的结构，例如能够在曲面状的热交换对象的热交换体上沿着该曲面形状平行地设置电子放出元件。因此，能够防止元件内的电场集中，防止元件内通电。进而，根据上述的结构，电子放出元件以面状放出电子。由于具有电荷的气流(离子风)以面状放出，因此热交换效果增加。
在本发明的热交换装置中，优选的是，具有旋转叶片式气流产生器，该旋转叶片式气流产生器具有与所述接触部件相对配置的叶片，通过该叶片的旋转将气流送往所述接触部件，在所述叶片的与接触部件相对的面上，设置有所述电子放出元件。
根据上述的结构，由于电子放出元件设在旋转叶片式气流产生器的叶片的与接触部件相对的面上，因此由从电子放出元件放出的电子的碰撞而产生的离子，随着送往上述接触部件的气流到达接触部件。即，离子在没有空气流的阻力的状态下到达接触部件。因此，根据上述的结构，不仅风力增加且由具有电荷的气流带来的热交换效果增加，还能实现装置的小型化，降低耗电量。
在本发明的热交换装置中，优选的是，上述电子放出元件为网格结构。
根据上述的结构，容易从电极基板的后方吸入空气，因此能够容易地从整个面向接触部件送入气流。其结果，风量增加，热交换效果增加。
在本发明的热交换装置中，优选的是，具有第二电压施加机构，在所述接触部件和所述电子放出元件之间施加电压，由所述第二电压施加机构施加的电压大于0V且为+10kV以下。
根据上述的结构，具有在上述接触部件和上述电子放出元件之间施加电压的第二电压施加机构，且由上述第二电压施加机构施加的电压大于0V且为+10kV以下，即，由第二电压施加机构施加的电压大于由上述第一电压施加机构施加的电压。因此，根据上述的结构，带负电荷的离子能到达上述接触部件，能够进行发热体的散热。
在本发明的热交换装置中，优选的是，在上述接触部件和上述电子放出元件之间产生的电场的电场强度为1V/m～107V/m。
根据上述的结构，能够以低于氧的分解能即低于6电子伏特的能量向上述空气分子中的氧分子提供电子。因此，能够防止产生臭氧、氮氧化物等有害物质。即，大气压中的电子的平均自由程为0.1μm，因此例如在电场强度为107V/m的情况下，电子的能量在与空气分子发生碰撞之前为1电子伏特。因此，通过设成比107V/m低的电场强度，能够防止臭氧、氮氧化物的产生。
在本发明的热交换装置中，优选的是，上述接触部件接地。
由此，能够防止热交换体带电。
根据本发明的热交换装置，优选的是，所述接触部件被配置为相对于所述电子放出元件的薄膜电极的电子放出面成0°～90°的角度。
根据上述的结构，由于所述接触部件被配置为相对于所述电子放出元件的薄膜电极成0°～90°的角度，因此，接触部件和电子放出元件之间的电力线不会集中。因此，能够回避作为电子源元件的电子放出元件内产生通电的危险性。
根据本发明的热交换装置，优选的是，上述接触部件和上述电子放出元件的分离距离为100μm～50cm。
由此，由于能使与热交换体接触的接触部件接近电子放出元件，因此热交换效果变高。并且，通过由耐氧化的材料构成上述电子放出元件，能够在高温物体的附近长时间驱动。
以上的发明的详细说明中的具体的各实施方式及实施例只是用于清楚地说明本发明的技术内容，而不只是限定于这种具体的例子，不应进行狭义的解释，可以在本发明的主旨和权利要求书的范围内进行各种变更并实施。并且，除本说明书中表示的数值范围以外，只要是不违反本发明的主旨的合理的范围，均包含于本发明，这是显而易见的。
工业实用性
本发明的热交换装置，即使电极间距离窄，也能稳定地放出离子风，因此能够使冷却装置小型化。并且能够利用到需要在狭窄空间内进行有效的冷却且需要抑制风扇的风噪声的液晶电视、笔记本电脑上。

Claims (24)

1.一种热交换装置，包括：
导电性的接触部件，与热交换体接触；和
电子放出元件，与该接触部件分离配置，经由所分离的部分的空气向所述接触部件提供电子，
所述热交换装置的特征在于，
所述电子放出元件具有：
电极基板；
薄膜电极；
第一电压施加机构，在电极基板和薄膜电极之间施加电压；以及
电子加速层，通过由第一电压施加机构施加的电压使电子在其内部加速并从该薄膜电极放出，
所述电子加速层的至少一部分由绝缘体构成。
2.如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，
在所述电子加速层中包含：
导电微粒，由周围存在第一电介质物质的导体构成；和
作为第二电介质物质的绝缘体微粒，平均直径大于所述导电微粒的平均直径。
3.如权利要求2所述的热交换装置，其特征在于，
构成所述导电微粒的导体包含金、银、铂、镍及钯中的至少一种。
4.如权利要求2所述的热交换装置，其特征在于，
所述第一电介质物质包含醇化物、脂肪酸及烷硫醇中的至少一种。
5.如权利要求2～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述第二电介质物质包含SiO2、Al2O3及TiO2中的至少一种，或包含有机聚合物。
6.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述薄膜电极包含金、碳、镍、钛及铝中的至少一种。
7.如权利要求2～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述第一电介质物质为对所述导电微粒被膜的被膜物质，该被膜物质以比所述导电微粒的平均直径小的膜厚进行被膜。
8.如权利要求2～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述第一电介质物质为对所述导电微粒被膜的被膜物质，该被膜物质以比所述导电微粒的平均直径小的膜厚进行被膜，
所述第二电介质物质以薄板状层叠在所述电极基板上，且具有沿层叠方向贯通的多个开口部，
在所述开口部中收容有被所述被膜物质覆盖的导电微粒。
9.如权利要求7所述的热交换装置，其特征在于，
作为所述第二电介质物质的微粒的平均直径为30～1000nm。
10.如权利要求7所述的热交换装置，其特征在于，
覆盖有电介质的所述导电微粒的平均直径在10nm以下。
11.如权利要求2～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述电子加速层中第二电介质物质的比例为80～95w％的重量比。
12.如权利要求2～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述电子加速层的层厚为30～1000nm。
13.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
该热交换装置为冷却装置，对作为所述热交换体的发热体进行冷却。
14.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述接触部件为在与所述电子放出元件相对的面上形成有凹凸部的散热器。
15.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述电子放出元件在大气压中产生气流。
16.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述热交换装置还包括平面状或曲面状的基材，
所述电子放出元件形成在所述基材上。
17.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述电子放出元件具有挠性。
18.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述热交换装置还包括旋转叶片式气流产生器，该旋转叶片式气流产生器具有与所述接触部件相对配置的叶片，通过该叶片的旋转将气流送往所述接触部件，
在所述叶片的与接触部件相对的面上设置有所述电子放出元件。
19.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述电子放出元件为网格结构。
20.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述热交换装置还包括第二电压施加机构，在所述接触部件和所述电子放出元件之间施加电压，
由所述第二电压施加机构施加的电压大于0V且为+10kV以下。
21.如权利要求20所述的热交换装置，其特征在于，
在所述接触部件和所述电子放出元件之间产生的电场的电场强度为1V/m～107V/m。
22.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述接触部件接地。
23.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述接触部件被配置为相对于所述电子放出元件的薄膜电极的电子放出面成0°～90°的角度。
24.如权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，
所述接触部件和所述电子放出元件的分离距离为100μm～50cm。
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