專利名稱：Heat exchanger的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱交換裝置。
背景技術：
以往，作為冷卻發熱體的機構，一般使用旋轉葉片式氣流產生裝置(以下記為風 扇)。但是，在使用風扇進行冷卻的情況下，存在動作時噪聲大的問題。為了解決該問題，代 替風扇冷卻，提出了通過利用電暈放電的離子風進行冷卻(例如參照專利文獻1、專利文獻 2)。通過使用該離子風，由于沒有風扇特有的風噪聲，因此能夠減少噪聲。進而，還判斷出 通過將離子風對準熱源(發熱體)，得到了比只使用風扇時的冷卻更好的冷卻效果(非專利 文獻1)。在非專利文獻2中，記載了用于穩定地產生電暈放電的必要條件。以下，說明與只使用風扇的氣流進行的冷卻相比較的離子風的冷卻效果。在此，考 慮只將風扇的氣流接觸到熱源來進行冷卻的情況和將風扇的氣流和離子風接觸到熱源來 進行冷卻的情況。只將風扇的氣流接觸到熱源來進行冷卻的情況下，很難去除存在于熱源附近的氣 體分子。這是因為，風扇的氣流的情況下，表面為層流，因此流體力學上熱源表面的氣體分 子的流速為0。因此，只將風扇的氣流接觸到熱源來進行冷卻的情況下，流體力學上熱源附 近的氣體分子停留而不能去除。另一方面，將風扇的氣流和離子風接觸到熱源來進行冷卻的情況下，具有電荷的 離子沿著電力線到達熱源表面附近。熱源表面附近的分子動量較大的氣體分子被混合。其 結果，能夠高效地冷卻熱源。已知一種利用該現象通過散熱器的冷卻風扇之間的金屬絲放 電產生離子風的離子風冷卻裝置(例如參照專利文獻3)。專利文獻1 日本特開昭60-020027號公報(1985年2月1日公開)專利文獻2 日本特開2006-100758號公報(2006年4月13日公開)專利文獻3 日本特開平9-252068號公報(1997年9月22日公開)非專利文獻 1:David B. Go, Suresh V. Garimella, and Timothy S. Fisher, J. Appl. Phys.，102，053302 (2007)非專利文獻2:電子寫真技術O基礎i応用，電子寫真學會編、二 at社，(1988) p. 21
發明內容
但是，專利文獻3所公開的離子風冷卻裝置的金屬絲放電(電暈放電)中會產生 以下問題。S卩，如在專利文獻2中記載的那樣，為了穩定地產生電暈放電，放電電壓必須為 6 8kV，且電極間距離必須為10mm左右。因此，在利用電暈放電的冷卻裝置中，存在由高 電壓引起的危險性。進而，若加大電極間距離，則存在冷卻裝置變大的問題。為了使冷卻裝置小型化，需要縮小電極間距離。但是，在縮小(縮窄)電極間距離的情況下，容易產生流光式電暈放電，引起局部溫度上升。該溫度上升會引起金屬絲電極的 斷線、熱源的損傷。因此，縮窄電極間距離的冷卻裝置缺乏實用性。并且，為了不改變電極間距離且使冷卻裝置小型化，需要減少放電部(通過金屬 絲電極和放電用電極的組合進行放電的部分)的數量。因此，存在不能維持及提高冷卻性 能的問題。并且，在專利文獻3所公開的離子風冷卻裝置中，形成了被稱為散熱器的冷卻風 扇的電場容易集中的結構。如此，在電場容易集中的冷卻風扇間進行金屬絲放電來產生離 子風的結構，很難持續且穩定地供給離子風。此外，上述問題不僅存在于通過離子風對作為熱交換體的熱源進行冷卻的冷卻裝 置，還存在于通過離子風對熱交換體進行升溫或加熱的加熱裝置中。即，上述問題是在利用 離子風來在熱交換體和與熱交換體接觸的接觸部件之間進行熱交換的所有熱交換裝置中 產生的問題。本發明是鑒于上述的問題而作出的，其目的在于，實現一種熱交換裝置，能夠與電 場容易集中的結構無關地維持并提高熱交換性能。本發明人發現如下所述的技術而完成了本發明代替現有的金屬絲放電元件，將 能夠通過內部電場放出電子(不需要外部電場)的電子放出元件與接觸到熱交換體的接觸 部件相對(分離)配置，由此即使附近配置有散熱器的風扇等電場容易集中的結構，也能穩 定地在大氣中供給電荷并形成離子風。S卩，為了解決上述課題，本發明的一種熱交換裝置，包括導電性的接觸部件，與熱 交換體接觸；和電子放出元件，與該接觸部件分離配置，經由該分離部分的空氣向所述接 觸部件提供電子，所述熱交換裝置的特征在于，所述電子放出元件具有電極基板；薄膜電 極；第一電壓施加機構，在電極基板和薄膜電極之間施加電壓；以及電子加速層，通過由第 一電壓施加機構施加的電壓使電子在其內部加速并從該薄膜電極放出，所述電子加速層的 至少一部分由絕緣體構成。本發明的熱交換裝置具有與接觸到熱交換體的導電性的接觸部件分離地配置的 電子放出元件。該電子放出元件具有電極基板；薄膜電極；第一電壓施加機構，在電極基 板和薄膜電極之間施加電壓；以及電子加速層，通過由第一電壓施加機構施加的電壓使電 子在其內部加速并從該薄膜電極放出，上述電子加速層的至少一部分由絕緣體構成。通過 該結構，能夠實現能夠通過內部電場放出電子的電子放出元件。即，電子放出元件經由與接 觸部件的分離部分中存在的空氣向接觸部件提供電子。該電子與存在于分離部分的空氣分 子發生碰撞。通過該碰撞，空氣分子被離子化。被離子化的空氣分子沿著電場移動，產生離 子風，該離子到達接觸部件，從而熱源表面的空氣分子被混合。如此，根據上述的結構，代替現有的金屬絲放電元件，能夠通過內部電場放出電子 的電子放出元件與接觸部件分離配置。由此，即使在接觸部件附近配置電場容易集中的結 構，電子放出元件也能穩定地在大氣中供給電子，產生離子風。進而，即使接觸部件的形狀 復雜，也能穩定地供給離子風。換言之，本發明的熱交換裝置，通過能用內部電場放出電子 的電子放出元件產生離子風，而不是通過現有的被稱為金屬絲放電的電暈放電來產生離子 風。因此，無需像現有的離子風冷卻裝置那樣，為了使裝置小型化減少放電部的數量。進而， 無需縮小金屬絲放電用電極間的距離。因此，根據上述的結構，不會帶來金屬絲放電用電極間的距離等基于現有的電暈放電的離子風冷卻裝置中所存在的問題。因此，例如作為接觸 部件使用散熱器的情況下，根據上述的結構，與現有的離子風產生裝置相比，在使裝置小型 化時，即使裝置尺寸相同，也能夠增加風扇數量，能夠提高熱交換能力。如上所述，根據上述的結構，能夠實現一種熱交換裝置，能夠與電場容易集中的結 構無關地維持并提高熱交換性能。本發明的其他目的、特征及優點可通過以下所述的記載充分獲知。并且，本發明的 益處可通過參照附圖進行的下述說明了解。
圖1為表示本發明一個實施方式的熱交換裝置(冷卻裝置)的優選例子的剖視 圖。圖2為將圖1所示的熱交換裝置的散熱器及電子放出元件的一部分放大的主要部 分放大圖。圖3為將圖1所示的熱交換裝置的電子加速層放大的主要部分放大剖視圖。圖4為表示圖1所示的熱交換裝置的電子放出元件的微粒層(電子加速層)的能 帶的圖。圖5為表示實施例1中使用的熱交換裝置的結構的剖視圖。圖6為表示使用實施例1的熱交換裝置驗證冷卻效果的結果的圖表。圖7為表示本發明的其他實施方式的熱交換裝置(冷卻裝置)的電子放出元件的 結構的剖視圖。圖8為表示本發明的其他實施方式的熱交換裝置(冷卻裝置)所具有的旋轉葉片 式氣流產生器的結構的俯視圖。圖9為表示本發明的其他實施方式的熱交換裝置(冷卻裝置)的電子放出元件的 結構的透視圖。標號說明1熱交換裝置(熱交換裝置、冷卻裝置)2發熱體(熱交換體)3散熱器(接觸部件)4、16電子放出元件5電源(第二電壓施加機構)6 接地7電極基板8電子加速層9薄膜電極10電源(第一電壓施加機構)11絕緣體微粒(第二電介質物質)12金屬微粒(由周圍存在第一電介質物質的導體構成的導電微粒)13送風管14 風扇
15溫度測定端子17基板薄膜電極18撓性基材19旋轉葉片式氣流產生器20 葉片20a 表面21電子放出元件22網格基材22a 表面30 離子
具體實施例方式本發明的熱交換裝置是一種利用離子風在熱交換體和與熱交換體接觸的接觸部 件之間進行熱交換的裝置。該熱交換包含使熱從溫度相對高的接觸部件向溫度相對低的熱 交換體移動的升溫、加熱及使熱從溫度相對高的熱交換體向溫度相對低的接觸部件移動的 冷卻。在以下實施方式中，作為本發明的熱交換裝置，例示冷卻發熱體的冷卻裝置進行說 明。其中，以下的實施方式所記載的熱交換裝置可以應用到對熱交換體進行升溫、加熱的加 熱裝置，這是顯而易見的。第一實施方式以下，根據圖1至圖9，對本發明的一個實施方式進行說明。其中，以下敘述的結構 只是本發明的一個具體例子，本發明不限于此。圖1為表示本實施方式的熱交換裝置(冷 卻裝置)1的一個優選的例子的剖視圖。熱交換裝置1為將從發熱體(熱交換體)2發出的熱散發到外部的裝置，具有散熱 器(接觸部件)3、電子放出元件4和電源(第二電壓施加機構)5。散熱器3由導電材料構 成，與發熱體2接觸。與散熱器3中的發熱體2側相反的一側的表面3a與空氣接觸，在其 至少一部分區域形成有多個凸部3b。并且，電子放出元件4與散熱器3的表面3a相對地配 置。該電子放出元件4與散熱器3的表面3a分離，經由該分離部的空氣，向散熱器3提供 電子。并且，散熱器3和電子放出元件4與電源5連接。通過該電源5，在散熱器3和電子 放出元件4之間施加電壓。此時，從電子放出元件4放出電子。該電子與存在于散熱器3 和電子放出元件4的分離部的空氣分子發生碰撞。通過該碰撞，空氣分子被離子化。通過 離子化的空氣分子順著圖1中的箭頭方向(沿著散熱器3和電子放出元件4之間的電場) 移動，產生離子風。該離子到達散熱器3，從而經由發熱器2發熱的在散熱器3表面存在的 空氣分子被混合。并且，由于離子到達散熱器3，因此散熱器被充電。在熱交換裝置1中，為 了抑制該充電，進行了接地6。圖2為將圖1所示的熱交換裝置1中的散熱器3及電子放出元件4的一部分放大 的主要部分放大圖。如該圖2所示，電子放出元件4具有電極基板7、電極加速層8、薄膜電 極9和電源(第一電壓施加機構)10。電子加速層8被電極基板7和薄膜電極9所夾持。 并且，電源10在電極基板7和薄膜電極9之間施加電壓。電子加速層8其至少一部分由絕 緣體構成。電子放出元件4通過在電極基板7和薄膜電極9之間施加電壓，在電極基板7和薄膜電極9之間(即電極加速層8)對電子進行加速，從薄膜電極9放出電子。如上所述，熱交換裝置1具有兩個電源5、10，電源10用于使電子在電子放出元件 4中的電子加速層8加速并使電子從薄膜電極9放出。另一方面，電源5用于向散熱器3提 供從薄膜電極9放出的電子。散熱器3和薄膜電極9的分離距離，只要是能夠向散熱器3提供從薄膜電極9放 出的電子的距離，則無特別的限制。例如，分離距離優選的是100 y m 50cm，更為優選的是 100 ii m 10mm，特別優選的是100 ii m 1mm。在熱交換裝置1中，電子放出元件4的電極基板7可以為例如SUS、Ti、Cu等金屬 基板，或還可以為例如Si、Ge、GaAs等半導體基板。并且，若使用如玻璃基板這樣的絕緣體 基板，則通過在其電子加速層8側的分界面附著金屬等導電性物質作為電極，能夠作為電 極基板7使用。薄膜電極9用于在電子加速層8內施加電壓。因此，只要是能施加電壓的材料，則 可以無特別限制。但是，出于使在電子加速層8內被加速而成為高能量的電子盡可能地無 能量損失地透過并放出的觀點，如果是功函數低且能形成薄膜的材料，則能期待更好的效 果。作為這種材料，例如有金、碳、鈦、鎳、鋁等。電子加速層8包含由周圍存在第一電介質物質的導體構成的導電微粒和比上述 導電微粒的大小大的第二電介質物質即可。在本實施方式中，上述第一電介質物質為對上 述導電微粒進行被膜的被膜物質，對于上述導電微粒，用被絕緣被膜的金屬微粒12進行說 明。并且，在本實施方式中，對于上述第二電介質物質，用平均直徑比被絕緣被膜的金屬微 粒12的平均直徑大的微粒即絕緣體的微粒11進行說明。但是，電子加速層8的結構不限 于此，例如還可以為如下所述的形態，上述第二電介質物質以薄板狀層疊在電極基板7上， 并且具有貫通層疊方向的多個開口部，在該開口部中收容有通過被膜物質覆蓋有電介質的 導電微粒。圖3為將熱交換裝置1中的電子加速層8放大的主要部分放大剖視圖。如該圖3 所示，在電子加速層8中包含作為第二電介質物質的絕緣體微粒11和作為由周圍存在第一 電介質物質的導體構成的導電微粒12。如此，電子加速層8所包含的微粒存在兩種，一種為 絕緣體微粒11，另一種為金屬微粒12。在此，作為被絕緣被膜的金屬微粒12的金屬種類，若從生成彈道電子(Ballistic electron)的動作原理上考慮，可以使用任意一種金屬。但是出于避免大氣壓下動作時的氧 化、劣化為目的，優選的是耐氧化的金屬，例如有金、銀、鉬、鎳、鈀等材料。并且，作為被絕緣 被膜的金屬微粒12的絕緣被膜，在從生成彈道電子的動作原理上考慮，可以使用任意一種 絕緣被膜。但是，用金屬微粒的氧化被膜作為絕緣被膜使用時，由于大氣中的氧化、劣化而 存在氧化被膜的厚度變厚到所希望的膜厚以上的可能性，因此出于避免大氣壓下動作時的 氧化、劣化為目的，優選的是由有機材料構成的絕緣被膜，例如包括醇化物、脂肪酸、烷硫醇 等材料。對于彈道電子的生成原理，在后文中詳細記載，但是若根據該原理考慮，重點在于， 被絕緣被膜的金屬微粒12的直徑在lOnm以下，可以說其絕緣被膜的厚度越薄越有利。絕緣體微粒11的材料，只要是具有絕緣性的材料，則可以無特別限制。但是，絕緣 體微粒11相對于構成電子加速層8的整個材料的比例優選的是80 95w%。并且，絕緣 體微粒11和金屬微粒12的個數比為，對一個絕緣體微粒11，金屬微粒12為2個到300個
8左右，即在1 2 300時，得到了適度的電阻率和散熱效果。并且，優選的是，絕緣體微粒 11的直徑為5 lOOOnm。因此，作為絕緣體微粒11的材料，實用的有Si02、Al203、Ti02等。 或者可以為有機聚合物。電子加速層8越薄電場越強，因此雖然施加低電壓能使電子加速，但是不能變得 比絕緣體微粒11的平均直徑薄，因此其厚度優選的是5 lOOOnm。接著，對電子放出的原理進行說明。如圖3所示，在電子加速層8中，被絕緣被膜 的金屬微粒12以某種程度接觸連接，在該部分中，絕緣體和導電體交替存在。在此處施加 電壓時，能帶圖如圖4。如圖4所示，通過電場從電極基板7進入電子加速層8的電子通過隧道進入絕緣 體。由于絕緣體內施加了高電壓，因此電子被加速而獲得能量。突破絕緣體的電子進入下一 導體內。在此，導體為金屬。金屬內的電子的平均自由程為lOnm以上，但由于被絕緣被膜 的金屬微粒12的半徑在lOnm以下，因此電子不會與金屬原子發生碰撞，而無散射地通過， 并且通過下一絕緣體。通過重復這個過程，電子獲得高能量而成為彈道原子。最終，電子到 達薄膜電極9。此時，當電子獲得薄膜電極9的功函數以上的能量時，電子通過薄膜電極9 而被放出。通過這種原理，電子放出元件4能夠放出電子。如此，在熱交換裝置1中，電子放出元件4在大氣壓中產生氣流。然后，將該氣流 通過電場送至與發熱體2接觸的散熱器3。如此，在熱交換裝置1中，不是在真空中產生氣 流，因此離子風的氣流速度增加，冷卻效果增大。并且，熱交換裝置1中的散熱器3在至少一部分上具有凹部或者凸部。若在散熱器 中至少一部分上存在凹部或者凸部，則能夠對更多的氣體分子傳遞熱，因此散熱效果增大。 在此，通過將電子放出元件4與散熱器3平行地設置，電子放出元件內電場不會集中，能夠 將離子風傳遞給散熱器3。由此，能夠去除從散熱器3的整個散熱面發熱的氣體分子，散熱 效果增大。并且，通過電源5施加在散熱器3和電子放出元件4的薄膜電極9之間的電壓無 特別的限定，只要是使具有負電荷的離子到達發熱體2即可。該電壓優選的是，其下限比0V 大。例如，優選的是在+10V以上，更為優選的是在+100V以上，特別優選的是在+200V以 上。并且，施加的電壓的上限也無特點的限定。實際應用時，考慮到后文所述的電場強度的 限制，優選的是在+10kV以下，更為優選的是在+lkV以下。并且，散熱器3和電子放出元件4的薄膜電極9之間的電場強度無特別的限定，但 是例如在lV/m以上，優選的是在10V/m以上，更為優選的是在1000V/m以上。并且，為了防 止產生臭氧，電場強度的上限優選的是在107V/m以下，更為優選的是106V/m。由此，不會產 生以臭氧、氮氧化物為代表的有害物質。本發明優選的是，在將從電子放出元件4放出的氣流照射到與發熱體2接觸的散 熱器3之前，將散熱器3接地。由此，能夠防止發熱體2帶電。并且，可以將從電子放出元件4產生的氣流和旋轉葉片式氣流產生器的氣流組 合，或者可以不使用旋轉葉片式氣流產生器。在熱交換裝置1中，散熱器3和電子放出元件4的薄膜電極9的電子放出面所相 對的角度無特別的限定，例如優選的是0° 90°，更為優選的是0° 45°，特別優選的 是0° 10°。由此，在散熱器3和電子放出元件4之間的電力線不會集中。因此，能夠回避在作為電子源元件的電子放出元件4內通電的危險性。(實施例1)作為實施例，使用圖5及圖6說明對本發明的熱交換裝置進行散熱效果的驗證的 實驗。并且，該實驗為實施的一個例子，并不限制本發明的內容。在本實施例中，使用圖5所示的熱交換裝置進行實驗。在圖5所示的熱交換裝置 中，設置風扇14(氣流產生裝置)，使氣流吹向散熱器3。作為熱源的發熱體2通過開關的 接通斷開來切換發熱，斷開開關時，發熱停止。在本實施例中，通過溫度測定端子15開始測 定溫度的同時，停止發熱體2的發熱(斷開開關)。溫度測定端子15由通過接觸的方式測 定散熱器3的表面溫度的熱電偶構成。在本實施例中，在停止發熱體2的發熱后，進行以下所示的第一及第二實驗，隨時 間流逝測定發熱體2的溫度。通過比較兩個實驗中發熱體2的溫度隨時間流逝的變化，進 行散熱效果的驗證。在第一實驗中，在電源5上不施加電壓(S卩，在散熱器3和電子放出元件4之間不 施加電壓)的狀態下，只用風扇(氣流產生裝置)14的氣流冷卻發熱體2。在第二實驗中， 在電源5上施加電壓的狀態下，通過風扇14的氣流及從電子放出元件4放出的離子30的 組合，使發熱體2冷卻。并且，在第一及第二實驗中使用的熱交換裝置中，設置送風管13，從而即使混合風 扇14的氣流和離子30，也使氣流的流量不變。并且，在第一及第二實驗中，流量設為9L/ min。在第二實驗中，伴隨施加電壓時的電子放出而在散熱器3回收的電流為10 14yA。用第一實驗及第二實驗測定的發熱體2的溫度隨時間流逝而產生的變化的結果 表示在圖6中。從圖6可知，第二實驗中的發熱體2的溫度比第一實驗急劇降低。進而，可 以清楚地看出，在溫度測定60秒后，第二實驗所冷卻的溫度降低幅度為第一實驗所冷卻的 溫度降低幅度的約767%。第二實施方式以下，根據圖7對本發明的其他實施方式進行說明。本實施方式的熱交換裝置的基本結構及驅動原理與上述第一實施方式的熱交換 裝置相同，因此省略對相同結構及驅動原理的說明。在本實施方式的熱交換裝置中，與第一 實施方式的熱交換裝置的不同點在于電子放出元件的結構。圖7為表示本實施方式的熱交 換裝置的電子放出元件的周邊結構的圖。如圖7所示，電子放出元件16的特征在于具有撓性(Flexible)。電子放出元件 16具有撓性基板18、基板薄膜電極17、電子加速層8和薄膜電極9。基板薄膜電極17和薄 膜電極9與電源10相連。電子放出元件16通過在基板薄膜電極17與薄膜電極9之間施 加電壓，在基板薄膜電極17與薄膜電極9之間(即電子加速層8)對電子進行加速，使電子 從薄膜電極9放出。第三實施方式以下，根據圖8對本發明的另一實施方式進行說明。本實施方式的熱交換裝置的基本結構及驅動原理與上述第一實施方式的熱交換 裝置相同，因此省略對相同結構及驅動原理的說明。在本實施方式的熱交換裝置中，與第一 實施方式的熱交換裝置的不同點在于，在旋轉葉片式氣流產生器上設置了電子放出元件。
10圖8為表示本實施方式的熱交換裝置的旋轉葉片式氣流產生器19的圖。如該圖8所示，旋轉葉片式氣流產生器19具有葉片20，通過使該葉片20旋轉，將 氣流送往發熱體(熱交換體)。并且，在圖8中，通過葉片20向旋轉方向R(圖中的箭頭方 向)旋轉，氣流從紙面的背面側被送往表面側(近前)。在圖8中，用氣流送風方向S表示。在本實施方式的熱交換裝置中，與旋轉葉片式氣流產生器19的葉片20的表面20a 相對地設有散熱器3。該散熱器3與發熱體2接觸。在本實施方式的熱交換裝置中，在該旋轉葉片式氣流產生器19上具有第一實施 方式的電子放出元件4或第二實施方式的電子放出元件16。S卩，在葉片20的表面20a上， 設有電極基板7或撓性基材18。由此，能夠將來自旋轉葉片式氣流產生器19的氣流和來自電子放出元件4 (或16) 的具有電荷的氣流(離子)，同時送往安裝在發熱體2上的散熱器3。第四實施方式以下，根據圖9對本發明的另一實施方式進行說明。本實施方式的熱交換裝置的基本結構及驅動原理與上述第一實施方式的熱交換 裝置相同，因此省略對相同結構及驅動原理的說明。在本實施方式的熱交換裝置中，與第一 實施方式的熱交換裝置的不同點在于，電子放出元件具有網格結構。圖9為表示本實施方 式的熱交換裝置的電子放出元件的圖。在圖9中，使氣流從紙面的背面側送往表面(近前) 側，并用氣流送風方向S'表示。如該圖9所示，電子放出元件21為網格狀。電子放出元件21具有網格基材22。 該網格基材22具有沿氣流送風方向S'貫通的多個開口部22b。并且，在本實施方式的熱 交換裝置中，與網格基材22的表面22a相對地設有散熱器3。該散熱器3與發熱體2接觸。 因此，吹向氣流送風方向S'的氣流經由開口部22b送往散熱器3。在本實施方式的熱交換裝置中，在該網格基材22上具有第一實施方式的電子放 出元件4或第二實施方式的電子放出元件16。即，在網格基材22的表面22a上設有電極基 板7或撓性基板18。如上所述，本發明的熱交換裝置即使縮小電極間距離，也能穩定地放出離子風，因 此能夠使冷卻裝置小型化。由于能夠將作為電子源元件的電子放出元件通過涂布法形成在撓性表面、存在凹 凸的表面，因此還能使電視機的機殼具有冷卻功能，能夠同時進行液晶電視的薄型化和電 視機的發熱部的冷卻。并且，由于即使縮小距離也不會帶來放電，因此能夠不產生臭氧、氮氧化物地搭載 到家電中。例如在電冰箱的制冷劑中，通過增加自然散熱時的冷卻效果，降低耗電量，實現 壓縮機的小型化。并且，利用如圖5所示的快速去除熱源附近的熱的特點，向空調、暖風機 的熱源提供離子風，由此還能夠向用戶迅速提供暖風。同時，由于能有效地送出暖風，加熱 器輸出降低，由此能夠降低耗電量。并且，在洗衣烘干機中，能夠快速地將暖風吹向濕潤的 衣物類，因此能夠通過降低加熱器的輸出來降低耗電量，實現裝置的小型化。在洗衣烘干機 的情況下，由于將離子吹向衣物類，因此能夠抑制衣物類的由摩擦帶電引起的衣物類的纏 繞，提高烘干效率，減少烘干時間。如上所述，本發明的一種熱交換裝置，包括導電性的接觸部件，與熱交換體接觸；
11和電子放出元件，與該接觸部件分離配置，經由該分離部分的空氣向所述接觸部件提供電 子，所述熱交換裝置的特征在于，所述電子放出元件具有電極基板；薄膜電極；第一電壓 施加機構，在電極基板和薄膜電極之間施加電壓；以及電子加速層，通過由第一電壓施加機 構施加的電壓使電子在其內部加速并從該薄膜電極放出，所述電子加速層的至少一部分由 絕緣體構成。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，在所述電子加速層中包含導電微粒，由周 圍存在第一電介質物質的導體構成；和第二電介質物質，大于所述導電微粒的大小。根據上述結構，電子加速層能夠通過由周圍存在第一電介質物質的導體構成的導 電微粒的集合形成多層MIM結構，并通過在電極基板和薄膜電極之間施加電壓，加速通過 上述電子加速層的電子而形成彈道電子，使其通過薄膜電極并將電子放出。并且，上述第二電介質物質能夠調整電子加速層的電阻值。進而，上述第二電介質 物質具有避免放出電子反復通過被絕緣被膜的金屬微粒的過程中產生的熱等作用，因此能 夠防止電子放出元件因熱而破壞。本發明的熱交換裝置由于包括具有上述結構的電子加速層，因此即使電極間距離 窄，也能以低電壓穩定地放出電子并使空氣分子離子化。因此，根據上述的結構，實現了熱 交換裝置的小型化。進而，由于電子以面狀放出，因此不會產生電場集中，穩定性優越。進 而，由于沒有電場集中，因此也不會因電弧放電而對接觸部件及熱交換體帶來損傷。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，構成所述導電微粒的導體包含金、銀、鉬、鎳 及鈀中的至少一種。如此，由于構成上述導電微粒的導體包含金、銀、鉬、鎳及鈀中的至少一種，因此能 夠防止導電微粒被大氣中的氧所氧化等元件劣化。因此能夠實現電子放出元件的長壽命 化。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，所述第一電介質物質包含醇化物、脂肪酸及 烷硫醇中的至少一種。如此，由于上述第一電介質物質包含醇化物、脂肪酸及烷硫醇中的至少一種，因此 能夠防止導電微粒由于被大氣中的氧所氧化引起的第一電介質物質的生長等元件劣化。因 此，能夠更有效地實現電子放出元件的長壽命化。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，所述第二電介質物質包含Si02、Al203及Ti02 中的至少一種，或包含有機聚合物。當上述上述第二電介質物質包含Si02、A1203及Ti02中的至少一種或包含有機聚 合物時，由于這些物質的絕緣性高，因此能夠將上述電子加速層的電阻值調整到任意范圍。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，所述薄膜電極包含金、碳、鎳、鈦及鋁中的至 少一種。上述薄膜電極包含金、碳、鎳、鈦及鋁中的至少一種，由于這些物質的功函數低，因 此使在微粒層中被加速的電子高效地通過，能夠將更多的高能量的電子放出到電子放出元 件外。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，所述第一電介質物質為對所述導電微粒被 膜的被膜物質，該被膜物質以比所述導電微粒的平均直徑小的膜厚進行被膜，所述第二電 介質物質為平均直徑比通過所述被膜物質覆蓋有電介質的導電微粒的平均直徑大的微粒。該情況下，優選的是，作為所述第二電介質物質的微粒的平均直徑為30 lOOOnm。通過將 作為上述第二電介質物質的微粒的平均直徑設為30 lOOOnm，能有效避免電子反復通過 被電介質被膜的導電微粒時產生的熱，能夠防止電子放出元件因熱破壞。進而，能夠容易進 行上述電子加速層的電阻值調整。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，所述第一電介質物質為對所述導電微粒被 膜的被膜物質，該被膜物質以比所述導電微粒的平均直徑小的膜厚進行被膜，所述第二電 介質物質以薄板狀層疊在所述電極基板上，且具有沿層疊方向貫通的多個開口部，在所述 開口部中收容有通過所述被膜物質覆蓋有電介質的導電微粒。并且，優選的是，覆蓋有電介質的所述導電微粒的平均直徑在lOnm以下。當覆蓋 有電介質的導電微粒的平均直徑在lOnm以下時，該導電微粒的平均直徑為導體中的電子 平均自由程以下，因此電子在微粒中不發生散射地通過。其結果，變成彈道電子，且具有高
能量°在本發明的熱交換裝置中，優選的是，所述電子加速層中第二電介質物質的比例 為80 95w%的重量比。當上述電子加速層中的第二電介質物質的比例為80 95w%的重量比時，能夠 適度提高上述電子加速層內的電阻值，且能防止大量電子一次性地射出而破壞電子放出元 件。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，上述電子加速層的層厚為30 lOOOnm。通過將上述電子加速層的層厚設為30 lOOOnm，能夠反復通過適當次數。因此， 能夠更有效地放出電子。上述熱交換裝置可以是冷卻裝置，對作為熱交換體的發熱體進行冷卻。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，所述接觸部件為在與所述電子放出元件相 對的面上形成有凹凸部的散熱器。并且，優選的是，該電子放出元件沿著散熱器的凹凸形狀 平行地配置。由此，相比現有的離子風產生裝置，在使裝置小型化時，雖然裝置尺寸相同，但能 增加凹凸部的凸部分的數量，能提高熱交換能力。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，所述電子放出元件在大氣壓中產生氣流。根據上述的結構，電子放出元件在大氣壓中產生氣流，在真空中不動作。因此，離 子風的氣流速度增加，熱交換效果增大。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，還包括平面狀或曲面狀的基材，所述電子放 出元件形成在所述基材上。進而，優選的是，上述電子放出元件具有撓性。根據上述的結構，例如能夠在曲面狀的熱交換對象的熱交換體上沿著該曲面形狀 平行地設置電子放出元件。因此，能夠防止元件內的電場集中，防止元件內通電。進而，根 據上述的結構，電子放出元件以面狀放出電子。由于具有電荷的氣流(離子風)以面狀放 出，因此熱交換效果增加。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，具有旋轉葉片式氣流產生器，該旋轉葉片式 氣流產生器具有與所述接觸部件相對配置的葉片，通過該葉片的旋轉將氣流送往所述接觸 部件，在所述葉片的與接觸部件相對的面上，設置有所述電子放出元件。根據上述的結構，由于電子放出元件設在旋轉葉片式氣流產生器的葉片的與接觸部件相對的面上，因此由從電子放出元件放出的電子的碰撞而產生的離子，隨著送往上述 接觸部件的氣流到達接觸部件。即，離子在沒有空氣流的阻力的狀態下到達接觸部件。因 此，根據上述的結構，不僅風力增加且由具有電荷的氣流帶來的熱交換效果增加，還能實現 裝置的小型化，降低耗電量。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，上述電子放出元件為網格結構。根據上述的結構，容易從電極基板的后方吸入空氣，因此能夠容易地從整個面向 接觸部件送入氣流。其結果，風量增加，熱交換效果增加。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，具有第二電壓施加機構，在所述接觸部件和 所述電子放出元件之間施加電壓，由所述第二電壓施加機構施加的電壓大于0V且為+10kV 以下。根據上述的結構，具有在上述接觸部件和上述電子放出元件之間施加電壓的第二 電壓施加機構，且由上述第二電壓施加機構施加的電壓大于0V且為+10kV以下，S卩，由第二 電壓施加機構施加的電壓大于由上述第一電壓施加機構施加的電壓。因此，根據上述的結 構，帶負電荷的離子能到達上述接觸部件，能夠進行發熱體的散熱。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，在上述接觸部件和上述電子放出元件之間 產生的電場的電場強度為lV/m 107V/m。根據上述的結構，能夠以低于氧的分解能即低于6電子伏特的能量向上述空氣分 子中的氧分子提供電子。因此，能夠防止產生臭氧、氮氧化物等有害物質。即，大氣壓中的 電子的平均自由程為0. 1 y m，因此例如在電場強度為107V/m的情況下，電子的能量在與空 氣分子發生碰撞之前為1電子伏特。因此，通過設成比107V/m低的電場強度，能夠防止臭 氧、氮氧化物的產生。在本發明的熱交換裝置中，優選的是，上述接觸部件接地。由此，能夠防止熱交換體帶電。根據本發明的熱交換裝置，優選的是，所述接觸部件被配置為相對于所述電子放 出元件的薄膜電極的電子放出面成0° 90°的角度。根據上述的結構，由于所述接觸部件被配置為相對于所述電子放出元件的薄膜電 極成0° 90°的角度，因此，接觸部件和電子放出元件之間的電力線不會集中。因此，能 夠回避作為電子源元件的電子放出元件內產生通電的危險性。根據本發明的熱交換裝置，優選的是，上述接觸部件和上述電子放出元件的分離 距離為lOOym 50cm。由此，由于能使與熱交換體接觸的接觸部件接近電子放出元件，因此熱交換效果 變高。并且，通過由耐氧化的材料構成上述電子放出元件，能夠在高溫物體的附近長時間驅動。以上的發明的詳細說明中的具體的各實施方式及實施例只是用于清楚地說明本 發明的技術內容，而不只是限定于這種具體的例子，不應進行狹義的解釋，可以在本發明的 主旨和權利要求書的范圍內進行各種變更并實施。并且，除本說明書中表示的數值范圍以 外，只要是不違反本發明的主旨的合理的范圍，均包含于本發明，這是顯而易見的。工業實用性本發明的熱交換裝置，即使電極間距離窄，也能穩定地放出離子風，因此能夠使冷
14卻裝置小型化。并且能夠利用到需要在狹窄空間內進行有效的冷卻且需要抑制風扇的風噪 聲的液晶電視、筆記本電腦上。
權利要求
一種熱交換裝置，包括導電性的接觸部件，與熱交換體接觸；和電子放出元件，與該接觸部件分離配置，經由該分離部分的空氣向所述接觸部件提供電子，所述熱交換裝置的特征在于，所述電子放出元件具有電極基板；薄膜電極；第一電壓施加機構，在電極基板和薄膜電極之間施加電壓；以及電子加速層，通過由第一電壓施加機構施加的電壓使電子在其內部加速并從該薄膜電極放出，所述電子加速層的至少一部分由絕緣體構成。
2.如權利要求1所述的熱交換裝置，其特征在于， 在所述電子加速層中包含導電微粒，由周圍存在第一電介質物質的導體構成；和 第二電介質物質，大于所述導電微粒的大小。
3.如權利要求2所述的熱交換裝置，其特征在于，構成所述導電微粒的導體包含金、銀、鉬、鎳及鈀中的至少一種。
4.如權利要求2所述的熱交換裝置，其特征在于，所述第一電介質物質包含醇化物、脂肪酸及烷硫醇中的至少一種。
5.如權利要求2 4中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于，所述第二電介質物質包含Si02、Al2O3及TiO2中的至少一種，或包含有機聚合物。
6.如權利要求1 5中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 所述薄膜電極包含金、碳、鎳、鈦及鋁中的至少一種。
7.如權利要求2 6中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于，所述第一電介質物質為對所述導電微粒被膜的被膜物質，該被膜物質以比所述導電微 粒的平均直徑小的膜厚進行被膜，所述第二電介質物質為平均直徑比通過所述被膜物質覆蓋有電介質的導電微粒的平 均直徑大的微粒。
8.如權利要求2 6中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于，所述第一電介質物質為對所述導電微粒被膜的被膜物質，該被膜物質以比所述導電微 粒的平均直徑小的膜厚進行被膜，所述第二電介質物質以薄板狀層疊在所述電極基板上，且具有沿層疊方向貫通的多個 開口部，在所述開口部中收容有通過所述被膜物質覆蓋有電介質的導電微粒。
9.如權利要求7所述的熱交換裝置，其特征在于，作為所述第二電介質物質的微粒的平均直徑為30 lOOOnm。
10.如權利要求7 9中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 覆蓋有電介質的所述導電微粒的平均直徑在IOnm以下。
11.如權利要求2 10中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 所述電子加速層中第二電介質物質的比例為80 95w%的重量比。
12.如權利要求2 11中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 所述電子加速層的層厚為30 lOOOnm。
13.如權利要求1 12中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 該熱交換裝置為冷卻裝置，對作為所述熱交換體的發熱體進行冷卻。
14.如權利要求1 13中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 所述接觸部件為在與所述電子放出元件相對的面上形成有凹凸部的散熱器。
15.如權利要求1 14中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 所述電子放出元件在大氣壓中產生氣流。
16.如權利要求1 15中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 所述熱交換裝置還包括平面狀或曲面狀的基材，所述電子放出元件形成在所述基材上。
17.如權利要求1 15中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 所述電子放出元件具有撓性。
18.如權利要求1 17中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于，所述熱交換裝置還包括旋轉葉片式氣流產生器，該旋轉葉片式氣流產生器具有與所述 接觸部件相對配置的葉片，通過該葉片的旋轉將氣流送往所述接觸部件， 在所述葉片的與接觸部件相對的面上設置有所述電子放出元件。
19.如權利要求1 18中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 所述電子放出元件為網格結構。
20.如權利要求1 19中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于，所述熱交換裝置還包括第二電壓施加機構，在所述接觸部件和所述電子放出元件之間 施加電壓，由所述第二電壓施加機構施加的電壓大于OV且為+IOkV以下。
21.如權利要求20所述的熱交換裝置，其特征在于，在所述接觸部件和所述電子放出元件之間產生的電場的電場強度為lV/m 107V/m。
22.如權利要求1 21中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 所述接觸部件接地。
23.如權利要求1 22中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于，所述接觸部件被配置為相對于所述電子放出元件的薄膜電極的電子放出面成0° 90°的角度。
24.如權利要求1 23中任一項所述的熱交換裝置，其特征在于， 所述接觸部件和所述電子放出元件的分離距離為100 μ m 50cm。
全文摘要
文檔編號H05K7/20GK101953241SQ200980105968
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月19日 優先權日2008年2月21日
發明者Kanda Hirofumi, Hirakawa Hiroyuki, Iwamatsu Tadashi, Ichii Yoshio 申請人:Sharp Kk