CN102110561A

CN102110561A - 热交换装置

Info

Publication number: CN102110561A
Application number: CN2010105471351A
Authority: CN
Inventors: 岩松正
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2011-06-29
Also published as: JP2011100945A; US20110108249A1; JP4927152B2

Abstract

本发明涉及热交换装置，为了抑制热交换性能的降低，实现热交换性能的进一步提高，本发明的热交换装置具备：散热片；及电子放射元件，其与散热片分离配置，隔着该分离部的空气对散热片提供电子。电子放射元件具备：电极基板；薄膜电极；电源，其对电极基板和薄膜电极之间施加电压；及电子加速层，其通过电源施加电压在其内部使电子加速，并使之从薄膜电极放出，电子加速层的至少一部分由绝缘体物质构成，热交换装置备有空气过滤器，空气经由该空气过滤器，流入到薄膜电极的表面。由此，可以抑制由附着在电子放射元件的表面的灰尘而引起的热交换性能的降低，从而可以长期得到高热交换性能。

Description

热交换装置

技术区域

本发明涉及热交换装置。

背景技术

作为使用了电子放射元件的热交换装置，现有提出有在专利文献1中所记载的热交换装置。该热交换装置(发热体散热装置1)具备与发热体2接触的散热片3；与散热片3分离设置的、并隔着该分离部分的空气向散热片3提供电子的电子放射元件4。电子放射元件4，具备电极基板7；薄膜电极9；对电极基板7和薄膜电极9之间施加电压的电源10；及电子加速层8，其通过电源10施加电压，在其内部使电子加速，从薄膜电极9放射出电子。电子加速层8的至少一部分由绝缘体物质构成。由此，不依赖于电场容易集中的构造，可以维持和提高热交换性能。

另外，在专利文献2中，公开了作为在真空中使用电子放射元件的前处理，把元件暴露在甲烷中，对元件通电，改变电特性的技术。

专利文献1：日本国专利公报“特许第4314307号(2009年8月12日发行)”；

专利文献2：日本国公开专利公报“特开2001-195973号(2001年7月19日公开)。

可是，在上述专利文献1中记载的热交换装置遗留有以下的问题。

即，在上述热交换装置中，虽然通过使用电子放射元件，使热交换性能得到了提高，但是需要进一步提高热交换性能。另外，作为电子放射元件，在使用上下的电极间的电子加速层的一部分用绝缘体构成的电子放射元件的情况下，还遗留有在电子放射元件的表面附着空气流中的灰尘，逐渐降低热交换性能(冷却效果)的问题。

另外，还遗留有由于电子放射元件的表面附着微量的气体，使热交换性能降低的问题。需要说明的是，作为由于微量气体，使电子放射元件的性能发生变化或者劣化的例子，可以举出以下的例子。即，在制作电子放射元件时作为有机溶剂使用的甲苯或乙醇类，在溶剂的挥发不充分的情况下，电子放射元件的性能有很大的变动、劣化。另外，对与制做成的电子放射元件，使其暴露在乙醇或水蒸汽当中时，其元件的性能有很大的变动、劣化。另外，在专利文献2中公开的电子放射元件，是详细的机理不清楚的、由于微量气体使元件的特性发生变化的例子。

发明内容

本发明是鉴于上述问题做出的发明，其目的在于实现一种抑制热交换性能的降低，可以使热交换性能得到进一步提高的热交换装置。

本发明的热交换装置，为了解决上述问题，具备：电子放射元件，其与导电性的被加热交换体分离配置，隔着该分离部的空气向上述被加热交换体提供电子，该热交换装置进行上述被加热交换体和空气之间的热交换，其特征在于，上述电子放射元件，具备：电极基板；薄膜电极；第一电压施加单元，其对电极基板和薄膜电极之间施加电压；及电子加速层，其通过第一电压施加单元施加电压在其内部使电子加速，并使该电子从该薄膜电极放出，上述电子加速层，至少一部分由绝缘体物质构成，而且，还备有空气过滤器，空气经由该空气过滤器流入到上述电子放射元件的表面。

本发明的热交换装置，是具备与导电性的被加热交换体分离配置，隔着该分离部的空气向上述被加热交换体提供电子的电子放射元件，与上述被加热交换体进行热交换的结构。而且，该电子放射元件具备由电极基板；薄膜电极；向电极基板和薄膜电极之间施加电压的第一电压施加单元；及电子加速层，其通过第一电压施加单元施加电压在其内部使电子加速，从该薄膜电极中放出电子。上述电子加速层至少一部分由绝缘体物质构成。根据该构成，可以实现在内部电场中能够放射出电子的电子放射元件。即，电子放射元件隔着存在于与被加热交换体之间的分离部中的空气向被加热交换体放射电子。该电子碰撞并附着在分离部中存在的空气分子上。通过该碰撞、附着，使空气分子离子化。而且，被离子化后的空气分子沿着电场移动而产生离子风，该离子到达被加热交换体，由此搅拌在被加热交换体表面的被加热后的空气分子，在被加热交换体和被加热交换体表面的空气之间发生热交换。其结果，被加热交换体被冷却。

根据上述构成，在内部电场可以放射出电子的电子放射元件，是与被加热交换体分离地配置的结构。由此，电子放射元件，可以稳定地对大气中供给电子，产生离子风，获得优良的热交换性能。

而且，根据上述构成，上述热交换装置还具备空气过滤器，因为空气经由该空气过滤器流入到上述薄膜电极的表面，所以可以防止灰尘附着到电子放射元件的表面。因此，可以抑制由于附着在电子放射元件的灰尘而引起的热交换性能(冷却效率)的降低，从而可以长期地获得高的热交换性能(冷却效率)。

如上所述，根据上述构成，可以实现一种抑制热交换性能的降低，进一步提高热交换性能的热交换装置。

本发明的其他的目的、特征以及优点，根据以下的记载可以充分地理解。另外，本发明的优点，参照参考附图，根据以下的说明可以理解。

发明的效果

根据本发明，作为电子放射元件，由于使用设置电子加速层后的电子放射元件，该电子加速层的电极基板和薄膜电极之间至少有一部分由绝缘体物质构成，由此可以得到优良的热交换性能。而且，由于上述热交换装置具备空气过滤器，空气经由该空气过滤器流入到上述薄膜电极的表面，所以抑制由元件表面附着的灰尘引起的热交换性能的降低，从而可以长期地得到高的热交换性能。由此，可以实现一种抑制热交换性能的降低，进一步提高热交换性能的热交换装置。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的热交换装置(冷却装置)的优选的一例的剖面图。

图2是在图1中所示的热交换装置的散热片以及电子放射元件部分被放大后的要部放大图。

图3是图1所示的热交换装置中的电子加速层被放大后的要部放大剖面图。

图4是表示在实施例1中使用的发热体散热装置的结构的剖面图。

图5是表示使用实施例1中的发热体散热装置来检证冷却效果的结果的曲线图。

图6是表示本发明其他实施方式的热交换装置(冷却装置)的电子放射元件的结构的剖面图。

图7是表示本发明另一实施方式的热交换装置(冷却装置)中具备的旋转叶片式空气流发生器的结构的俯视图。

图8是表示本发明另一实施方式的热交换装置(冷却装置)的电子放射元件的结构的立体图。

图9是表示本发明另一实施方式的热交换装置的剖面图。

图中符号说明：

1 发热体散热装置(热交换装置、冷却装置)

2 发热体

2’ 发热体

3 散热片(被加热交换体)

4 电子放射元件

5 电源(第二电压施加单元)

5’ 电源(第二电压施加单元)

6 接地线

7 电极基板

8 电子加速层

9 薄膜电极

10 电源(第一电压施加单元)

11 绝缘体微粒子(绝缘体物质)

12 金属微粒子(导电微粒子)

13 送风管

14 风机

15 温度测量端子

16 离子

17 挠性基材

18 薄膜电极

19 旋转叶片式空气流发生器

20 叶片

20a 表面

21 电子放射元件

22 网格基材

22a 表面

23 风机(向薄膜电极的表面提供空气流的风机)

24 空气过滤器

具体实施方式

本发明的热交换装置是把离子风吹向被加热交换体，在被加热交换体和该表面的空气之间进行热交换的装置。该热交换是安装下述进行的。产生离子风，并将该离子风输送到被加热交换体，由此搅拌在被加热交换体的表面被加热后的空气分子，在被加热交换体和被加热交换体表面的空气之间发生热交换。

需要说明的是，在上述热交换中，包含从相对温度高的被加热交换体向相对温度低的空气的热量转移的交换，以及从相对温度高的空气向相对温度低的被加热交换体的热量转移的交换。在以下的实施方式中，作为本发明的热交换装置，例举了从相对温度高的被加热交换体向相对温度低的空气进行热量转移的交换的发热体散热装置(冷却装置)进行说明。

另外，在本发明中所谓“被加热交换体”是指电子放射元件放射电子的电子放射对象。在以下的实施方式中，对使用散热片作为“被加热交换体”，由离子风冷却散热片，间接地冷却与散热片直接接触的发热体的装置进行说明。即，在以下的实施方式中，热交换是在散热片和散热片表面的空气之间进行的，进而，在散热片和发热体之间进行。

需要说明的是，作为“被加热交换体”的“发热体”也可以是由离子风直接冷却的结构。

(实施方式1)

以下，基于图1或图9对本发明的实施方式一进行说明。

需要说明的是，以下所述的结构不过是本发明的一个具体的例子，本发明并不局限于此。图1是本实施方式的发热体散热装置(冷却装置)1的优选的一例的剖面图。

发热体散热装置1，是把发热体2放出的热量散热到外部的装置，具备：散热片(被加热交换体)3；电子放射元件4；电源(第二电压施加单元)5。散热片3由导电材料构成，并与发热体2接触。而且，与散热片3的发热体2侧的相反侧的表面3a与空气接触，其至少一部分区域形成多个凸部3b。另外，电子放射元件4与散热片3的表面3a对置配置。该电子放射元件4与散热片3的表面3a分离，隔着该分离部的空气，向散热片3提供电子。需要说明的是，空气经由未图示的空气过滤器流向电子放射元件4和散热片3的表面3a之间的分离部。另外，散热片3和电子放射元件4与电源5连接。通过该电源5对散热片3和电子放射元件4之间施加电压。这时，从电子放射元件4中放射出电子。并且，该电子冲撞附着于在散热片3和电子放射元件4之间的分离部中存在的空气分子上。由于该碰撞、附着，使空气分子离子化。并且，被离子化后的空气分子，沿着图1中的箭头的方向(沿着发热体3和电子放射元件4之间的电场)移动，由此形成离子风。并且，该离子到达散热片3，由此被发热体2加热，与在散热片3的表面存在的空气分子搅拌、交换。另外，由于离子到达散热片3，所以使散热片3充电。为了抑制该充电，发热体散热装置1与接地线6连接。

图2是图1所示的发热体散热装置1中的散热片3及电子放射元件4的部分被放大后的要部放大图。如该图所示，电子放射元件4具备：电极基板7；电子加速层8；薄膜电极9；电源(第一电压施加单元)10。电子加速层8被电极基板7和薄膜电极9夹持着。另外，电源10对电极基板7和薄膜电极9之间施加电压。电子加速层8的至少一部分由绝缘体物质构成。电子放射元件4通过对电极基板7和薄膜电极9之间施加电压，在电子基本7和薄膜电极9之间(即，电子加速层8)使电子加速，并使电子从薄膜电极9中放射出去。

如上所述，发热体散热装置1具备两个电源即电源5以及电源10，电源10用于在电子放射元件4的电子加速层8中使电子加速，并使电子从薄膜电极9中放射出去。另一方面，电源5被使用于将从薄膜电极9中放射出的电子附着到散热片3上。

另外，发热体散热装置1具备：风机23，其作为空气供给单元，向散热片3和电子放射元件4之间的分离部提供空气；和空气过滤器24。空气过滤器24是配置在分离部和风机23之间，该分离部在散热片3和电子放射元件4之间。由风机23提供的空气流23a经由空气过滤器24流入到散热片3和电子放射元件4之间的分离部。空气过滤器24是收集、过滤空气流23a中的灰尘的过滤器。

这样，根据发热体散热装置1，空气流23a经由空气过滤器24流入到散热片3和电子放射元件4之间的分离部。由此，被除去了灰尘后的空气流23a流入到薄膜电极9的表面。因此，发热体散热装置1可以防止在薄膜电极9的表面附着灰尘。所以，根据这样的发热体散热装置1，可以抑制电子放射元件4的表面附着的灰尘所引起的冷却效率的降低，从而长期获得高的冷却效果。

另外，空气过滤器24也可以是收集、过滤大气中微量气体的过滤器。在这里所说的「大气中的微量气体」，是指具有挥发性的有机化合物(VOC(volatile organic compounds))、臭氧、水蒸汽等。所谓VOC是具有挥发性、在大气中是气体的有机化合物的总称，可以举出甲苯、二甲苯、乙酸乙酯等多种多样的物质。这样，因为空气过滤器24是收集、过滤大气中的微量气体的过滤器，所以起到了减轻该灰尘吸附到电子放射元件4上的作用，并收到了防止由于微量气体吸附到元件上而引起的电子放射元件4性能的劣化的效果。如上所述，为了收集、过滤大气中的微量气体，空气过滤器24优选含有活性炭、二氧化物锰以及氧化钛中当中至少一种。活性炭吸收各种微量气体，二氧化物锰主要对臭氧的分解有效，氧化钛对VOC的分解有效。

如发热体散热装置1那样，在大气中的热交换中利用了电子放射元件4的情况下，由于空气过滤器24除去大气中的微量气体，对长期地维持电子放射元件4的性能有效。

散热片3和薄膜电极9的分离距离，只要是从薄膜电极9放射出的电子能够附着到散热片3上的距离，就没有特别的限制。例如，分离距离优选是100μm～50cm，更优选是100μm～10mm，特别优选是100μm～1mm。

在发热体散热装置1中，电子放射元件4的电极基板7，也可以是例如SUS、Ti、Cu等金属基板，还可以是例如Si、Ge、GaAs等半导体基板。另外，如果是使用例如玻璃基板那样的绝缘体基板的情况下，也可以通过将金属等导电性物质作为电极附着到电子加速层8侧的界面上，作为电极基板7使用。

薄膜电极9是对电子加速层8内施加电压的装置。因此，只要是能够施加电压的材料，就没有特别的限制。但是，如果从将电子加速层8内被加速的具有高能量的电子尽量无能量损失地通过并放射出的观点来看，使用功函数低的且能够形成薄膜的材料，会得到更好的效果。作为这样的材料，可以举出金、碳、钛、镍、钨、铝等。

电子加速层8，其至少一部分由绝缘体物质构成即可。另外，优选在构成电子加速层8的至少一部分的绝缘体物质中含有粒子形状的绝缘性微粒子。通过这样的构成，电子放射元件4，由于对电极基板7和薄膜电极9之间施加电压，所以在电子基板7和薄膜电极9之间(即，电子加速层8)电子被加速，可以使电子从薄膜电极9放射出去。

需要说明的是，在以下的本实施方式中，作为电子加速层8的构成例，使用在周围存在第一电解质物质的导电体构成的导电微粒子和比上述导电微粒子的大小大的第二电解质物质的结构进行说明。在这里，上述第一电解质物质是形成上述导电微粒子膜的覆膜物质，上述导电微粒子以被覆上绝缘膜的金属微粒子12进行说明。另外，上述第二电解质物质是作为比被覆绝缘膜的金属微粒子12的平均粒径大的平均粒径的绝缘体的微粒子11进行说明。可是，电子加速层8的结构不限定于上述内容，例如，也可以是上述绝缘体物质以片状层叠在电极基板7上，而且，在层叠的方向上有贯通的多个开口部，而且，在该开口部中收纳由覆膜物质介电被覆的导电微粒子。

图3是发热体散热装置1中的电子加速层8被放大后的要部的放大剖面图。如图所示，在电子加速层8中，含有作为第二电解质物质的绝缘体的微粒子11，和由在周围存在着第一电解质物质的导电体构成的作为导电微粒子的金属微粒子12。这样，在电子加速层8含有的微粒子存在两种，一种是微粒子11，另一种是金属微粒子12。

在这里，作为被覆绝缘膜的金属微粒子12的金属种类，按照产生弹道电子的动作原理，可以使用任何种金属。但是，从使其在大气中动作避免氧化、劣化的目的出发，优选难以氧化的金属，例如，金、银、白金、镍、钯这样的材料。另外，被覆绝缘膜的金属微粒子12的绝缘被覆膜，根据弹道电子生成的动作原理，可以使用任何绝缘被覆膜。但是，由金属微粒子的氧化被覆膜构成绝缘包膜的情况下，由于在大气中的氧化、劣化而使氧化被覆膜的厚度有可能达不到期望的膜厚以上，因此，从避免在大气中动作时被氧化、劣化的目的出发，优选使用有机材料构成的绝缘被覆膜，例如醇化物、脂肪酸、烷烃这样的材料。关于弹道电子的生成的原理在后面详细的描述，根据该原理重要在于绝缘被覆后的金属微粒子12的直径在10nm以下，该绝缘被覆膜的厚度薄的情况下比较好。

绝缘体微粒子11的材料，只要是有绝缘性的材料，没有特别限制，均可使用。但是，绝缘体微粒子11对于构成电子加速层8的全部材料的重量比例优选为80％～95％。另外，微粒子11和金属微粒子12的个数比，相对于微粒子11是1个的情况下，金属微粒子12是2个到300个左右，即为1∶2～300时，可以得到适度的电阻率和散热效果。另外，微粒子11的大小，相对于金属微粒子12为了得到有意义的放热效果，因此优选比金属微粒子12的直径大。优选绝缘体微粒子11的直径为(平均粒径)10～1000nm。由此，绝缘体微粒子11的材料使用SiO₂、Al₂O₃、TiO₂这样的材料比较实用。

电子加速层8越薄形成的电场就越强，用低电压可以使电子加速，但不能比绝缘体微粒子11的平均粒径薄，因此其厚度优选为5～1000nm。

需要说明的是，虽然对在金属微粒子11的周围存在着第一电解质物质的结构进行了说明，但是金属微粒子11并不限定于该构成。在发热体散热装置1中，可以使在金属微粒子的周围不存在第一电解质物质的结构，或者还可以是第一电解质物质不被覆在金属微粒子11的周围，点状分布地附着的结构。既是这样的构成，在电极基板7和薄膜电极9之间(即，电子加速层8)对电子加速，可以从薄膜电极9中放射出电子。

另外，电子加速层8的至少一部分由绝缘体物质结构即可，也可以是不含有金属微粒子12的结构。作为这样的电子加速层8，可以例举比如有在日本特愿2009-121455(在申请时未公开)中记载的含有绝缘粒子和盐基性分散剂的构成、在日本特愿2009-121454(在申请时未公开)中记载的只含有绝缘粒子的构成。

接着，对电子放射的原理进行说明。比如在像二氧化硅这样的绝缘材料的表面，由于有结晶的缺陷或实施表面处理，在二氧化硅的表面存在电阻低的部分，从而流过电子。并且，二氧化硅表面的电子以热传导的形式流过，形成具有高能量的热电子，到达薄膜电极9，但这时，如果得到了能量超过构成薄膜电极9的材料(例如，金)的功函数时，可以认为电子被放射到电子放射元件4的外部，但是还不能断定。

这样在发热体散热装置1中，从电子放射元件4放射到大气中的电子，瞬间和气体分子反复冲撞，在短时间内主要附着到氧分子上(电子附着)，形成氧负离子。在电子放射元件4的外部空间中，在电子放射元件4侧是负极性，在散热片3侧是正极性的点位梯度时，氧负离子沿着电场从电子放射元件4向发热体3移动。这时，氧负离子和周围的中性分子(不带电的氮分子以及氧分子)碰撞，因此中性分子也沿着电场移动。该氧负离子和中性分子的混合体沿着电场移动而形成离子风。因此，在发热体散热装置1中，由于在电子放射元件4的外部空间设置电位梯度(对发热体3施加相对于电子放射元件4为正的电压)，因此可以产生离子风。电场越强，产生的离子风越强，热交换的效果就越好。

该发热体散热装置1，因为在真空中不产生气流，所以离子风的气流速度增加，冷却的效果增大。需要说明的是，在离子风的气流速度不充分的情况下，如图2所表示，也可以一并使用风机23。

另外，在发热体散热装置1中的散热片3，至少有一部分有凹部或凸部。因为在散热片中至少有一部分中存在凹部或者凸部，能够向更多的气体分子传递热量，所以增大了放热效果。在这里由于电子放射元件4和散热片3平行地设置，在电子放射元件内部电场不必集中，便可以使离子风传递到散热片3。由此，可以除去在散热片3的放热面全体放热后的气体分子，增大放热效果。

另外，由电源5向散热片3与电子放射元件4的薄膜电极9之间施加的电压，没有特别的限制，只要是把带有负电荷的离子传送到发热体2的电压即可。该电压，优选其下限比0V大。例如，优选为+10V以上，更优选为+100V以上，特别优选为+200V以上。另外，施加的电压的上限也没有特别的限制。在实际使用上，如后述的考虑电场强度的限制则优选为+10kV以下，更优选为+1kV以下。

另外，在散热片3与电子放射元件4的薄膜电极9之间的电场强度，虽然没有特别的限制，例如1V/m以上，优选为10V/m以上，更优选为1000V/m以上。另外电场强度的上限，为了防止发生臭氧，优选为107V/m以下，更优选为106V/m。由此，臭氧、氮氧化物有代表性有害物质就不会发生。

本发明，优选在把从电子放射元件4放射出的气流输送到与发热体2接触的散热片3之前，将散热片3与接地线连接。由此可以防止发热体2带电。

另外，也可以将从电子放射元件4发生的气流和由旋转式空气流发生器19产生的空气流组合起来，也可以不使用旋转叶片式空气流发生器19。

(实施例1)

作为实施例，在本实施方式的发热体散热装置中，用图4以及图5来说明放热效果的检证实验。需要说明的是，该实验是实施的一例，不限制本发明的内容。

在本实施例中，使用图4所示的发热体散热装置进行实验。在图4所示的热交换装置中设置了风机14，把空气流输送到散热片3。作为热源的发热体2，是根据开关的开与关来切换发热的构造，把开关断开时，发热体就不发热。在本实施例中，与温度测量端子15开始测量温度的同时，切断(打开)发热体2。温度测量端子15是不接触散热片3的表面来测量散热片3的表面温度。

在本实施例中，切断发热体2之后，进行以下所示的第一以及第二实验，随着时间的经过测量发热体2的温度。在两个实验中，通过比较发热体2的温度随着时间的变化，由此来检证放热效果。

在第一实验中，在电源5不施加电压(即，在散热片3和电子放射元件4之间不施加电压)的状态下，只用风机(空气流发生装置)14的气流来冷却发热体2。在第二实验中，在对电源5施加电压的状态下，由风机14的气流以及从电子放射元件4放射出的离子16的组合来冷却发热体2。

需要说明的是，在第一和第二实验所使用的装置中，按照即使混合风机14的气流和离子16，气流的流量也是一定的方式，设置送风管13。另外，在第一以及第二实验中，把流量设定在9L/min。而且，在第二实验中，伴有施加电压时的电子放射的散热片3中的回收电流为10μA～14μA。

图5表示在第一实验以及第二实验中，发热体2的温度随着时间变化的测量结果。如图5所示可知，在第二实验中的发热体2的温度比第一实验急速降低。而且，在温度测量60秒后，在第二实验中的冷却温度降低幅度是第一实验中的冷却温度降低幅度的767％左右。

(实施方式2)

关于本发明的其他实施方式，根据图6进行说明，如下所述。

本实施方式的发热体散热装置的基本驱动概念，与上述第1实施方式相同，因此说明省略。在本实施方式的发热体散热装置中，与第1实施方式的不同点在于，电子放射元件的结构。图6是表示本实施方式的发热体散热装置中的电子放射元件周边的结构的图。

如图6所示，电子放射元件16，具有挠性(flexible)的特征。电子放射元件16具备：挠性基材17；基板薄膜电极18；电子加速层8；薄膜电极9。基板薄膜电极18和薄膜电极9与电源10连接。对电子放射元件16来说，通过对基板薄膜电极18和薄膜电极9之间施加电压，在基板薄膜电极18和薄膜电极9之间(即，电子加速层8)使电子加速，从薄膜电极9中放射出电子。

(实施方式3)

关于本发明的其他的实施方式，根据图7进行说明，如下所述。

本实施方式的发热体散热装置的基本驱动概念，与上述第1实施方式相同，因此省略说明。在本实施方式的发热体散热装置中，与第1实施方式的不同点在，在旋转叶片式空气流发生器中设置了电子放射元件。图7表示本实施方式的发热体散热装置中的旋转叶片式空气流发生器19的图。

如图所示，旋转叶片式空气流发生器19具备叶片20，通过使该叶片20旋转，将空气流输送到发热体。需要说明的是，在图7中，通过叶片20沿着旋转方向R(图中箭头的方向)转动，从纸的背面侧将空气流送到纸的前面。在图7中，空气流的输送方向表示为S。

而且，在本实施方式的发热体散热装置中，与旋转叶片式空气流发生器19的旋转叶片20的表面20a对置地设置有散热片3。该散热片3与发热体2接触。

在本实施方式的发热体散热装置中，该旋转叶片式空气流发生器19具备实施方式1的电子放射元件4或者实施方式2的电子放射元件16。即，在叶片20的表面20a设置有电极基板7或者挠性基材17。

由此，可以把来自旋转叶片式空气流发生器19的空气流与来自电子放射元件4(或者16)的带有电荷的气流(离子)同时地向安装于发热体2中的导电部输送。

(实施方式4)

关于本发明的其他实施方式，根据图8进行说明，如下所述。

本实施方式的发热体散热装置的基本驱动概念，与上述第1实施方式相同，说明省略。在本实施方式的发热体散热装置中，与第1实施方式的不同点在于，电子放射元件为网格状的构造。图8是表示本实施方式的发热体散热装置中的电子放射元件的图。需要说明的是，在图8中，从纸的背面侧向纸的前面(正表面)侧输送空气流，将空气流输送方向表示为S’。

如该图所示，电子放射元件21呈网格状。电子放射元件21具备网格基材22。该网格基材22备有在空气流输送方向S’贯通的多个开口部22b。而且，在本实施方式的发热体散热装置中，与网格基材22的表面22a对置地设置有散热片3。该散热片3与发热体2接触。由此，在空气流输送方向S’上输送空气流，通过开口部22b被输送到散热片3。

在本实施方式的发热体散热装置中，该网格基材22上装备实施方式1的电子放射元件4或者实施方式2的电子放射元件16。即，在网格基材22的表面22a设置电极基板7或者挠性基材17。

如上所述，本发明的热交换装置，因为即使电极间距离缩小也可以稳定地施放出离子风，所以可以使冷却装置小型化。

作为电子源的元件的电子放射元件，通过涂布方法形成于挠性的表面或存在凹凸的表面，也可以在电视机的信号接收部搭载该冷却功能，可以同时进行电视机的薄型化和电视机的发热部位的冷却。

而且，即使缩小距离也不放电，所以不会产生臭氧、氮氧化物，可以搭载到生活家电上。例如，在电冰箱的制冷剂中，通过增加自然放热时的冷却效果可以使减少消耗电量，使压缩机小型化。另外，如图4所示可以利用迅速地除去在热源旁边的热量的功能，对空调机、暖风机提供离子风，可以迅速地给客户提供暖风。同时有效率地输出暖风，降低加热器的输出，减少消费的电力。而且，在洗涤干燥器中，由于可以给潮湿的衣服迅速地吹上暖风，所以可以降低加热器的输出而实现减少电力消耗，使装置小型化。在为洗涤干燥器的情况下，由于给衣服吹拂离子，抑制衣服的摩擦带电而产生的衣服缠绕，提高干燥效率，减少干燥时间。

(实施方式5)

关于本发明的其他实施方式，根据图9进行说明，如下所述。

在本实施方式的发热体散热装置中电子放射元件以及空气过滤器的构成，与上述第1实施方式相同，省略其说明。在本实施方式的发热体散热装置中，与第1实施方式不同的点在于，具备作为“被加热交换体”的“发热体”，在发热体和发热体表面的空气之间进行热交换，由离子风直接冷却。即，本实施方式的发热体散热装置不具备散热片装置。图9是本实施方式的发热体散热装置的概略构成图。

如该图所示，发热体散热装置1是把从发热体2’中产生的热量排放到外部的装置，具备电子放射元件4；电源(第二电压施加单元)5’；对电子放射元件4的电极基板7和薄膜电极9之间施加电压的电源(第一电压施加单元)10。

电子放射元件4与发热体2’的表面2a’分离，隔着该分离部的空气，将电子提供给发热体2’。另外，发热体2’和电子放射元件4与电源5连接。经由该电源5对发热体2’和电子放射元件4之间施加电压。这时，从电子放射元件4中放射出电子。而且，该电子与存在于发热体2’和电子放射元件4之间的分离部中的空气分子碰撞、附着。通过该碰撞、附着，空气分子被离子化。而且，被离子化后的空气分子，沿着发热体2’和电子放射元件4之间的电场移动，由此产生离子风。而且，由于该离子到达发热体2’，与发热体2’的表面存在的空气分子搅拌、交换。另外，由于离子到达发热体2’，发热体2’被充电。在发热体散热装置1中，为了抑制该充电，发热体2’与接地线6连接。

如上所述，发热体散热装置1，具备两个电源即电源5和电源10。电源10用于在电子放射元件4中的电子加速层8内使电子加速，并从薄膜电极9中放出电子。另一方面，电源5用于把从薄膜电极9中放射出的电子附着到发热体2’上。

另外，发热体散热装置1具备：作为空气供给单元的风机23，其对发热体2’和电子放射元件4之间的分离部提供空气流；空气过滤器24。空气过滤器24配置在发热体2’和电子放射元件4的分离部与风机23之间。由风机23供给的空气流23a，经由空气过滤器24，流入到发热体2’和电子放射元件4之间的分离部。

如此，由于发热体散热装置1，空气流23a经由空气过滤器24流入到散热片3和电子放射元件4之间的分离部。由此，除去灰尘后的空气流23a流入到薄膜电极9的表面。因而，发热体散热装置1可以防止灰尘或微量气体附着在薄膜电极9的表面。

(关于本发明的热交换装置的加热装置的使用)

在上述实施方式中被记载的离子风的发生原理，在加热装置中也可以适用。在这里关于本发明的热交换的加热装置的使用进行说明。

把本发明的热交换装置作为加热装置使用的情况下，作为热交换装置的构成，例举高效率地产生热风来加热低温体的构成(i)，以及用高温的空气加热低温的导电固体的构成(ii)。

在为高效率地产生热风加热低温体的构成(i)的情况下，是和上述发热体散热装1完全相同的构成，把高效率地热交换后的空气以正常的方式进行输送，可以用来加热。即，在上述发热体散热装置1中，在被加热交换体(散热片3或者发热体2)和被加热交换体表面的空气之间发生热交换，因此，冷却被加热交换体。另一方面，从被加热交换体放出热量，使被加热交换体和电子放射元件4之间的空气升温。构成(i)是利用该被加热交换体和电子放射元件4之间的高温空气来加热低温体的构成。作为该构成的加热装置的用途，例如有高效率地产生暖风的加热送风机等用途。

另外，在为使用高温的空气来加热低温的导电固体(被加热交换体)的构成(ii)的情况下，例如，把在燃烧炉中产生的高温废气作为热源，可以使用于暖气这样的系统。如果在该系统中同样地使用电子放射元件和具有导电性的被加热交换体，可以高效率地实现废气再利用的暖气系统。

本发明不限定于上述各实施方式以及实施例，在权利要求书的范围中，可以进行各种变更，对不同实施方式中分别公开的技术手段进行组合而得到的实施方式也包括在本发明的技术范围内。

本发明的热交换装置，如上所述，上述电子放射元件，具备：电极基板；薄膜电极；第一电压施加单元，其对电极基板和薄膜电极之间施加电压；及电子加速层，其通过第一电压施加单元施加电压在其内部使电子加速，并使该电子从该薄膜电极放出，上述电子加速层，至少一部分由绝缘体物质构成，上述热交换装置还备有空气过滤器，空气经由该空气过滤器流入到上述电子放射元件的表面。

在本发明的热交换装置中，上述空气过滤器优选为收集、过滤灰尘的过滤器。由此，可以可靠地防止在电子放射元件的表面附着灰尘。

在本发明的热交换装置中，上述空气过滤器也可以为收集、过滤大气中的微量气体的过滤器。在这里所说的“大气中的微量气体”是指有挥发性的有机化合物(VOC(volatile organic compounds))、臭氧、水蒸气等。所说的VOC是有挥发性的、在大气中为气体的有机化合物的总称，可以举出有甲苯、二甲苯、乙酸乙酯等多种多样的物质。这样，由于空气过滤器24是收集、过滤大气中的微量气体的过滤器，所以起到了减轻该微量气体吸着于电子放射元件的功能，收到防止由微量气体吸附而引起的电子放射元件的性能劣化的效果。如上所述，为了收集、过滤大气中的微量气体，优选空气过滤器24至少含有活性炭、二氧化锰及氧化钛中的一种。活性炭吸着各种微量气体，二氧化锰主要对臭氧的分解有效，氧化钛对VOC的分解有效。

在本发明的热交换装置中，优选在构成上述电子加速层的至少一部分的绝缘体物质中含有粒子状的绝缘性微粒子。

根据上述构成，由于在构成上述电子加速层的至少一部分的绝缘体物质中含有粒子状的绝缘性微粒子，所以可以较容易地进行在上述电子加速层中的电阻值的调整。

在本发明的热交换的装置中，优选构成上述电子加速层的至少一部分的绝缘体物质，含有SiO₂、Al₂O₃以及TiO₂中至少一种，或者含有有机聚合物。

上述绝缘体物质，含有SiO₂、A1₂O₃、TiO₂中至少一种，或者含有有机聚合物，则由于这些物质的绝缘性高，可以把上述电子加速层的电阻值调整到任意的范围内。

在本发明的热交换装置中，优选上述薄膜电极含有金、碳、镍、钛、钨、铝中的一种。

由此，由于上述薄膜电极含有金、碳、镍、钛、钨、铝中的一种，这些物质的功函数较低，所以可以使在微粒子层中被加速的电子高效率地通过，在电子放射元件的外部可以放出更多的高热量的电子。

在本发明的热交换装置中，上述绝缘性微粒子的平均粒径为10nm～1000nm。在该情况下，粒子径的分散状态也可以比平均粒径更宽泛，比如平均粒径50nm的微粒子其粒子径分布在20nm～100nm的区域里也没有问题。

由于把上述绝缘性微粒子的平均粒径分布在10nm～1000nm，从比上述绝缘体物质的大小小的导电微粒子的内部向外部高效率地传导热量，在元件内部流动电流时发生的焦耳热可以高效率地放射掉，由此可以防止电子放射元件因为热量而被破坏。而且，可以容易地进行上述电子加速层中电阻值的调整。

上述热交换装置，也可以是冷却被加热交换体的发热体的冷却装置。

在本发明的热交换装置中，上述被加热交换体，也可以是在与上述电子放射元件对置的面形成凹凸部的散热片。让该散热片和装置的热交换对象物接触，进行散热片和热交换对象物的热交换，实现热交换的效果的提高。

在本发明的热交换装置中，上述电子放射元件在大气中产生气流。

根据上述构成，电子放射元件在大气压中产生气流，由此，增加离子风的气流速度，增大热交换效果。

在本发明的热交换装置中，优选具备对上述薄膜电极的表面供给空气流的风机。

由此，即使由于在离子风的气流速度不充分的情况下(上述外部空间的电场较弱，离子风比较弱的情况下)，也可以增大热交换效果。

在本发明的热交换装置中，具有旋转叶片式空气流发生器，该旋转叶片式空气流发生器具有与上述被加热交换体对置地设置的叶片，通过该叶片的旋转把空气流输送到上述被加热交换体，在上述叶片的与被加热交换体对置的面中设置上述电子放射元件。

根据上述构成，由于电子放射元件被设置在旋转叶片式空气流发生器的叶片的与被加热交换体对置的面，所以通过电子放射元件放出电子的碰撞所产生的离子，载置于向上述被加热交换体输送的空气流，到达被加热交换体。即，离子在没有空气流的阻挡的状态下，到达被加热交换体。因此，根据上述构成增加风力，不仅增大具有电荷的气流的热交换效果，而且使装置小型化，消费电力低。

在本发明的热交换装置中，优选上述电子放射元件为网格构造。

根据上述构成，由于从电极基板的后面容易吸进空气，从整面上容易地把气流送到接触部件。其结果，增加风量，提高热交换效果。

在本发明的热交换装置中，具备对上述被加热体和电子放射元件之间施加电压的第二电压施加单元，由上述第二电压施加单元施加的电压大于0V且为+10KV以下。

根据上述构成，备有对上述被加热交换体和上述电子放射元件之间施加电压的第二电压施加单元，由上述第二电压施加单元施加的电压比0V大且为+10KV以下，即，由第二电压施加单元施加的电压，比由上述第一电压施加单元施加的电压大。由此，根据上述构成，带负电的离子能够到达上述被加热交换体，使被加热交换体放热。

在本发明的热交换装置中，优选在上述被加热交换体和上述电子放射元件之间产生的电场强度为1V/m～107V/m。

根据上述构成，因为是比氧分子的分解能6电子伏特低的热量，可以给上述空气分子中的氧分子提供电子。因此，可以防止臭氧、氮氧化物等的有害物质的发生。总之，由于在大气中的电子的平均自由行程是0.1μm，比如电场强度在10⁷V/m的情况下，电子的能量与空气分子碰撞之前是1电子伏特。因此，在比10⁷V/m低的电场强度下可以防止臭氧、氮氧化合物的发生。

在本发明的热交换装置中，优选上述被加热交换体与接地线连接。

由此，可以防止被加热交换体带电。

在本发明的热交换装置中，优选上述被加热交换体和上述电子放射元件之间的分离距离为100μm～50cm。

由此，因为使上述被加热交换体和电子放射元件接近，提高了热交换效果。另外，由于上述电子放射元件用难以氧化的材料构成，即使在高温物体的旁边也可以长时间地驱动。

产业上的应用的可能性

在本发明的热交换装置中，由于即使电极之间的距离比较狭窄的情况下，也可以稳定地放出离子风，所以可以使冷却装置小型化。另外，可以用于在狭窄的空间里需要有效率地冷却并且需要抑制风机的风噪音的液晶电视机，笔记本电脑。

Claims

1.一种热交换装置，具备：电子放射元件，其与导电性的被加热交换体分离配置，隔着该分离部的空气向上述被加热交换体提供电子，该热交换装置进行上述被加热交换体和空气之间的热交换，其特征在于，

上述电子放射元件，具备：电极基板；薄膜电极；第一电压施加单元，其对电极基板和薄膜电极之间施加电压；及电子加速层，其通过第一电压施加单元施加电压在其内部使电子加速，并使该电子从该薄膜电极放射出，

上述电子加速层的至少一部分由绝缘体物质构成，

还备有空气过滤器，空气经由该空气过滤器流入到上述电子放射元件的表面。

2.根据权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，

上述空气过滤器是收集、过滤灰尘的过滤器。

3.根据权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，

上述空气过滤器是具有收集、过滤大气中的微量气体的过滤器。

4.根据权利要求3所述的热交换装置，其特征在于，

上述空气过滤器含有活性炭、二氧化锰以及氧化钛中的至少一种。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，

在构成上述电子加速层的至少一部分的绝缘体物质中，含有粒子形状的绝缘性微粒子。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，

构成上述电子加速层的至少一部分的绝缘体物质，含有SiO₂、Al₂O₃及TiO₂中至少一种，或者含有有机聚合物。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，上述薄膜电极至少含有金、碳、镍、钛、钨以及铝中的至少一种。

8.根据权利要求5所述的热交换装置，其特征在于，

上述绝缘性微粒子的平均粒径为10nm～1000nm。

9.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，

上述热交换装置是用于使作为上述被加热交换体的发热体冷却的冷却装置。

10.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，

上述被加热交换体是在与上述电子放射元件对置的面形成有凹凸部的散热片。

11.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，

上述电子放射元件在大气中产生气流。

12.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，

具备对上述薄膜电极的表面供给空气流的风机。

13.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，

备有旋转叶片式空气流发生器，该旋转叶片式空气流发生器具有与上述被加热交换体对置配置的叶片，通过该叶片的转动把空气流输送到被加热交换体，

在上述叶片的与被加热交换体对置的面设置有上述电子放射元件。

14.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，

上述电子放射元件呈网格结构。

15.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，

具备对上述被加热交换体和上述电子放射元件之间施加电压的第二电压施加单元，

由上述第二电压施加单元施加的电压比0V大且为+10kV以下。

16.根据权利要求15所述的热交换装置，其特征在于，

在上述被加热交换体和上述电子放射元件之间发生的电场的电场强度是在1V/m～10⁷V/m。

17.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，

上述被加热交换体与接地线连接。

18.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换装置，其特征在于，

上述被加热交换体与上述电子放射元件之间的分离距离为100μm～50cm。