JP5756728B2 - Heat exchange device and its use - Google Patents

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Description

この発明は、熱交換装置およびその用途に関する。この発明の熱交換装置は、ことに冷却装置または加熱装置に利用するのに有用である。   The present invention relates to a heat exchange device and its use. The heat exchange device of the present invention is particularly useful for use in a cooling device or a heating device.

この発明に関連する背景技術として、以下のような熱交換装置の構成の一例が提案されている。図２に示すように、この熱交換装置１ａは、被熱交換体２と接触するヒートシンク３と、ヒートシンク３と距離１００だけ離れて配置され、ヒートシンク３との間の空気中に電子を付与する電子放出素子４とを備えている。電子放出素子４は、電極基板７と、薄膜電極９と、電極基板７と薄膜電極９との間に第１電圧印加部１０により第１電圧を印加して電極基板７と薄膜電極９との間に電界を生じさせ、電極基板７で生成された電子を内部で加速させて薄膜電極９から放出させる電子加速層８とを備える。なお、電極基板７はアース６に接続されている。   As a background art related to the present invention, an example of the configuration of the heat exchange device as described below has been proposed. As shown in FIG. 2, this heat exchanging device 1 a is arranged with a distance of 100 from the heat sink 3 in contact with the heat exchanger 2 and the heat sink 3, and gives electrons to the air between the heat sink 3. The electron-emitting device 4 is provided. The electron-emitting device 4 applies a first voltage by the first voltage applying unit 10 between the electrode substrate 7, the thin film electrode 9, and the electrode substrate 7 and the thin film electrode 9. There is provided an electron acceleration layer 8 that generates an electric field therebetween, accelerates electrons generated in the electrode substrate 7 inside, and emits them from the thin film electrode 9. The electrode substrate 7 is connected to the ground 6.

薄膜電極９から放出された電子は、空気分子に衝突する。この衝突により、空気分子がイオン化されて負イオンが発生する。そして負イオンは、薄膜電極９とヒートシンク３との間に第２電圧印加部５により第２電圧を印加し、薄膜電極９とヒートシンク３との間に形成される電界に沿って移動することによりヒートシンク３に向かうイオン風２０１が生成され、そのイオン風２０１がヒートシンク３に到達することにより、ヒートシンク３の表面の空気中の分子が攪拌され、ヒートシンク３表面の空気中の分子との間の熱交換が起こり、最終的にヒートシンク３を介した被熱交換体２との熱交換が行われるようになっている（例えば、特許文献１を参照）。   The electrons emitted from the thin film electrode 9 collide with air molecules. By this collision, air molecules are ionized and negative ions are generated. The negative ions are applied along the electric field formed between the thin film electrode 9 and the heat sink 3 by applying a second voltage between the thin film electrode 9 and the heat sink 3 by the second voltage applying unit 5. An ion wind 201 directed toward the heat sink 3 is generated, and when the ion wind 201 reaches the heat sink 3, molecules in the air on the surface of the heat sink 3 are agitated, and heat between the air molecules on the surface of the heat sink 3 is heated. The exchange occurs, and finally heat exchange with the heat exchanger 2 via the heat sink 3 is performed (for example, refer to Patent Document 1).

特開２００９−２００２５２号公報JP 2009-200252 A

従来の熱交換装置においては、薄膜電極とヒートシンクとの間に電界形成することによりイオン風を生成するため、その電界特性は電極の一方であるヒートシンクのサイズに依存する。しかしながら、ヒートシンクのサイズによっては、強いイオン風が生成されず、高い熱交換性能を発揮できない場合がある。例えば、ヒートシンク表面の面積が対向する薄膜電極表面の面積よりも大きい場合、薄膜電極から出た電界はヒートシンクに近づくにつれ広がるため、電界に沿って生成されるイオン風の流れも拡散し、熱交換効果が低減する。一方、ヒートシンク表面の面積が薄膜電極表面の面積よりも小さい場合、薄膜電極から出た電界はヒートシンクに近づくにつれ集中するため、イオン風も集中により強まるが、その反面、ヒートシンク表面の面積が小さいため、空気中の分子との熱交換による放熱効果が低減する。また、ヒートシンクを用いずに被熱交換体を電極として電界形成した場合においても、被熱交換体のサイズや形状に依存して電界形成されるため、同様の問題が生じる。それゆえ、ヒートシンクによらずにイオン風生成のための電界形成を行い、いかなるサイズや形状の被熱交換体に対しても高い熱交換性能を発揮する熱交換装置およびその冷却装置または加熱装置への利用が求められていた。   In the conventional heat exchange device, an ion wind is generated by forming an electric field between the thin film electrode and the heat sink, so that the electric field characteristics depend on the size of the heat sink as one of the electrodes. However, depending on the size of the heat sink, a strong ion wind may not be generated, and high heat exchange performance may not be exhibited. For example, when the heat sink surface area is larger than the opposing thin film electrode surface area, the electric field emitted from the thin film electrode spreads as it approaches the heat sink, so the flow of ion wind generated along the electric field diffuses and heat exchange The effect is reduced. On the other hand, when the area of the heat sink surface is smaller than the area of the thin film electrode surface, the electric field emitted from the thin film electrode concentrates as it approaches the heat sink, so the ion wind also increases due to concentration, but on the other hand, the area of the heat sink surface is small The heat radiation effect by heat exchange with molecules in the air is reduced. In addition, even when an electric field is formed by using the heat exchanger as an electrode without using a heat sink, the same problem occurs because the electric field is formed depending on the size and shape of the heat exchanger. Therefore, to a heat exchanging device that performs electric field formation for generating an ion wind without using a heat sink and exhibits high heat exchanging performance for a heat exchanger of any size and shape, and its cooling device or heating device The use of was demanded.

この発明は、電極基板と薄膜電極とそれらの間に挟まれた電子加速層とを有する電子放出素子と、前記薄膜電極から離れて前記薄膜電極に対向し、少なくとも１つの貫通孔を有するホール電極とを備え、前記電子放出素子と前記ホール電極とを空気中に設置して、前記電極基板と前記薄膜電極との間に第１電圧を印加し、前記薄膜電極と前記ホール電極との間に第２電圧を印加したとき、前記第１電圧によって、前記電極基板で生成された電子が前記電子加速層で加速されて前記薄膜電極から空気中に放出され負イオンを生成し、前記第２電圧によって前記負イオンからなるイオン風が生成されて前記貫通孔を通過して被熱交換体へ放出されるように構成された熱交換装置を提供するものである。   The present invention relates to an electron-emitting device having an electrode substrate, a thin-film electrode, and an electron acceleration layer sandwiched between them, and a hall electrode having at least one through-hole facing the thin-film electrode away from the thin-film electrode The electron-emitting device and the hole electrode are installed in the air, a first voltage is applied between the electrode substrate and the thin film electrode, and the thin film electrode and the hole electrode are When a second voltage is applied, the first voltage causes electrons generated in the electrode substrate to be accelerated in the electron acceleration layer and emitted from the thin film electrode into the air to generate negative ions. Thus, an ion wind consisting of the negative ions is generated, passes through the through-hole, and is released to the heat exchange body.

この発明によれば、薄膜電極側とホール電極との間に電界形成することによりイオン風を生成し、ホール電極の貫通孔を通過して被熱交換体へ放出するため、ヒートシンクによらずにイオン風生成のための電界形成がなされ、いかなるサイズや形状の被熱交換体に対しても高い熱交換性能が発揮される。   According to the present invention, an ion wind is generated by forming an electric field between the thin film electrode side and the hole electrode, and the ion wind passes through the through hole of the hole electrode and is released to the heat exchanger. An electric field is formed to generate an ion wind, and high heat exchange performance is exhibited for a heat exchanger of any size and shape.

この発明の第１実施形態に係る熱交換装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the heat exchange apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 従来技術の熱交換装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the heat exchange apparatus of a prior art. この発明の第１実施形態に係る電子放出素子の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the electron-emitting device concerning a 1st embodiment of this invention. この発明の第１実施形態に係るホール電極およびその変形例の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the Hall electrode which concerns on 1st Embodiment of this invention, and its modification. この発明の第２実施形態に係る熱交換装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the heat exchange apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. この発明の第２実施形態に係る熱交換装置の変形例の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the modification of the heat exchange apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. この発明の第３実施形態に係る熱交換装置およびその変形例の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the heat exchange apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention, and its modification. この発明の第４実施形態に係る電子放出素子の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the electron-emitting device concerning 4th Embodiment of this invention. この発明の第５実施形態に係る熱交換装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the heat exchange apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. この発明の第６実施形態に係る熱交換装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the heat exchange apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention. この発明の第６実施形態に係る電子放出素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electron emission element which concerns on 6th Embodiment of this invention. この発明の第７実施形態に係る熱交換装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the heat exchange apparatus which concerns on 7th Embodiment of this invention. この発明の第８実施形態に係る冷却装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the cooling device which concerns on 8th Embodiment of this invention. この発明の第９実施形態に係る加熱装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the heating apparatus which concerns on 9th Embodiment of this invention.

この発明は、電極基板と薄膜電極とそれらの間に挟まれた電子加速層とを有する電子放出素子と、前記薄膜電極から離れて前記薄膜電極に対向し、少なくとも１つの貫通孔を有するホール電極とを備え、前記電子放出素子と前記ホール電極とを空気中に設置して、前記電極基板と前記薄膜電極との間に第１電圧を印加し、前記薄膜電極と前記ホール電極との間に第２電圧を印加したとき、前記第１電圧によって、前記電極基板で生成された電子が前記電子加速層で加速されて前記薄膜電極から空気中に放出され負イオンを生成し、前記第２電圧によって前記負イオンを含むイオン風が生成されて前記貫通孔を通過して被熱交換体へ放出されるように構成された熱交換装置を提供するものである。   The present invention relates to an electron-emitting device having an electrode substrate, a thin-film electrode, and an electron acceleration layer sandwiched between them, and a hall electrode having at least one through-hole facing the thin-film electrode away from the thin-film electrode The electron-emitting device and the hole electrode are installed in the air, a first voltage is applied between the electrode substrate and the thin film electrode, and the thin film electrode and the hole electrode are When a second voltage is applied, the first voltage causes electrons generated in the electrode substrate to be accelerated in the electron acceleration layer and emitted from the thin film electrode into the air to generate negative ions. Thus, an ion wind containing the negative ions is generated, passes through the through hole, and is released to the heat exchanger.

この発明による熱交換装置において、前記ホール電極は、前記薄膜電極の電子放出面のサイズよりも小さいサイズを有するように構成されたものであってもよい。
このようにすれば、薄膜電極からホール電極へ向かって集中する不平等電界が形成されるため、電界に沿って生成されたイオン風の集中によって、被熱交換体の表面において強いイオン風を発生させることができ、高い熱交換性能が実現できる。 In the heat exchange device according to the present invention, the hole electrode may be configured to have a size smaller than the size of the electron emission surface of the thin film electrode.
In this way, an unequal electric field that concentrates from the thin film electrode toward the hole electrode is formed, so that a strong ion wind is generated on the surface of the heat exchanger due to the concentration of the ion wind generated along the electric field. And high heat exchange performance can be realized.

ここで、「被熱交換体」とは、空気（イオン風）を介して熱交換をすべき対象物であり、「熱交換」には、相対的に高温の対象物から低温の空気へ熱を移動させる交換（すなわち、対象物の冷却）と、相対的に高温の空気から低温の対象物へ熱を移動させる交換（すなわち、対象物の加熱）とが含まれる。   Here, the “heat exchanger” is an object to be heat exchanged through air (ionic wind), and “heat exchange” is a heat from a relatively high temperature object to low temperature air. Exchange (ie, cooling of the object) and exchange (ie, heating of the object) that transfers heat from relatively hot air to a cold object.

「サイズ」とは、薄膜電極とホール電極との間に形成される電界の集中や広がりを判定するための基準となる尺度である。例えば、ホール電極が図４（Ａ）に示すようなリング状の形状を有する場合、ホール電極のサイズ１０４は、リングの外周の直径を表すものとする。また、ホール電極が図４（Ｂ）に示すような矩形状の形状を有する場合、ホール電極のサイズ１０４ａは、矩形の一辺の長さを表すものとする。同様に、ホール電極が図４（Ｃ）に示すような矩形状の形状を有する場合、ホール電極のサイズ１０４ｂは、矩形の一辺の長さを表すものとする。
また、薄膜電極についても同様に、例えば、薄膜電極が円状の形状を有する場合、薄膜電極のサイズは、円の直径（外径）を表し、薄膜電極が矩形状の形状を有する場合、薄膜電極のサイズは、矩形の一辺の長さを表すものとする。
その他、面積や対角線等、薄膜電極とホール電極との間に形成される電界の集中や広がりを判定することができる尺度であれば、薄膜電極およびホール電極のサイズとして、どのような定義を行ってもよい。 “Size” is a scale serving as a reference for determining the concentration and spread of the electric field formed between the thin film electrode and the hole electrode. For example, when the hole electrode has a ring shape as shown in FIG. 4A, the hole electrode size 104 represents the diameter of the outer periphery of the ring. When the hole electrode has a rectangular shape as shown in FIG. 4B, the size 104a of the hole electrode represents the length of one side of the rectangle. Similarly, when the hole electrode has a rectangular shape as shown in FIG. 4C, the size 104b of the hole electrode represents the length of one side of the rectangle.
Similarly, for the thin film electrode, for example, when the thin film electrode has a circular shape, the size of the thin film electrode represents the diameter (outer diameter) of the circle, and when the thin film electrode has a rectangular shape, The size of the electrode represents the length of one side of the rectangle.
In addition, as long as it is a scale that can determine the concentration and spread of the electric field formed between the thin film electrode and the hole electrode, such as area and diagonal line, what kind of definition is made as the size of the thin film electrode and the hole electrode? May be.

この発明による熱交換装置において、前記ホール電極は、リング状、パンチングメタル状またはメッシュ状のいずれか１つの形状を有するものであってもよい。
適切な形状のホール電極を用いて電界形成を行うことにより、発熱領域の個数や広がりに応じた適切なイオン風を生成することができるため、高い熱交換性能を実現できる。 In the heat exchange apparatus according to the present invention, the hole electrode may have any one of a ring shape, a punching metal shape, and a mesh shape.
By forming an electric field using an appropriately shaped Hall electrode, it is possible to generate an appropriate ion wind according to the number and extent of the heat generation regions, and thus high heat exchange performance can be realized.

例えば、図４（ａ）に示すように、ホール電極がリング状の形状を有する場合、薄膜電極のサイズよりもホール電極のサイズを小さくすることで、薄膜電極からホール電極へ向かうほど集中する不平等電界が形成される。それゆえ、単一の発熱領域に集中的に放出されるイオン風を生成することができ、また、ホール電極の電極部（金属部分）の面積が小さくイオン風の流れを妨げないため、一層効率的な熱交換が可能となる。リング状のホール電極は、特に単一の発熱領域に対して集中して熱交換を行う場合に有効である。   For example, as shown in FIG. 4A, when the hole electrode has a ring shape, the size of the hole electrode is made smaller than the size of the thin film electrode so that the hole electrode concentrates toward the hole electrode. An equal electric field is formed. Therefore, it is possible to generate ion wind that is intensively emitted to a single heat generation region, and the area of the electrode part (metal part) of the hole electrode is small, so that the flow of the ion wind is not hindered. Heat exchange is possible. The ring-shaped hole electrode is particularly effective when heat exchange is concentrated on a single heat generation region.

一方、発熱領域が複数存在する場合、図４（ｂ）に示すように、複数の発熱領域に対応する複数個の貫通孔を有するパンチングメタル状のホール電極を設置することで、リング状のホール電極を複数個設置する場合と比べて設置の手間が省け、また一層小さい印加電圧で高い熱交換効果が得られる。   On the other hand, when there are a plurality of heat generating regions, as shown in FIG. 4B, a ring-shaped hole is formed by installing a punching metal-shaped hole electrode having a plurality of through holes corresponding to the plurality of heat generating regions. Compared to the case where a plurality of electrodes are installed, the installation work can be saved, and a high heat exchange effect can be obtained with a smaller applied voltage.

発熱領域が多数存在する場合や発熱領域が一様に広がっている場合、図４（ｃ）に示すように、メッシュ状のホール電極を設置することで、リング状のホール電極を多数設置する場合または多数の貫通孔を有するパンチングメタル状のホール電極を設置する場合と比べて設置の手間が省け、また一層小さい印加電圧で高い熱交換効果が得られる。   When there are a large number of heat generation areas or when the heat generation areas are spread uniformly, as shown in FIG. 4 (c), when a large number of ring-shaped hole electrodes are installed by installing mesh-shaped hole electrodes Or, compared with the case of installing a punching metal-like hole electrode having a large number of through holes, installation work can be saved, and a high heat exchange effect can be obtained with a smaller applied voltage.

この発明による熱交換装置において、前記薄膜電極と前記ホール電極との間に絶縁性の第１フードをさらに備え、前記第１フードは、前記薄膜電極から前記ホール電極に近づくに従って先細りになった内面を有するように構成されるものであってもよい。
このようにすれば、第１フードの内面でイオン風の拡散を防ぎつつ、先細りになった内面により気流を集中させることで、被熱交換体において特に発熱量が大きい領域にイオン風を集中的に送ることができ、効率よく被熱交換体と熱交換できるため、熱交換性能が向上できる。 In the heat exchange device according to the present invention, an insulating first hood is further provided between the thin film electrode and the hole electrode, and the first hood tapers toward the hole electrode from the thin film electrode. It may be configured to have.
In this way, the ion wind is concentrated on the heat exchanger in a region where the heat generation amount is particularly large by concentrating the air flow on the tapered inner surface while preventing the diffusion of the ion wind on the inner surface of the first hood. Since the heat exchange with the heat exchanger can be efficiently performed, the heat exchange performance can be improved.

また、第１フードは絶縁性の材料で構成されるため、誘電分極によるチャージアップが生じた場合、正極たるホール電極と反対の極性（すなわち負極）に帯電する。これはイオン風を構成する負イオンと同じ極性であるため、イオン風と第１フードとの反発が生じ、第１フードの出口付近での粘性によるイオン風の失速が緩和される。それゆえ、高い熱交換性能が可能となる。   In addition, since the first hood is made of an insulating material, when charge-up occurs due to dielectric polarization, the first hood is charged to a polarity (that is, a negative electrode) opposite to the positive hole electrode. Since this has the same polarity as the negative ions constituting the ion wind, repulsion between the ion wind and the first hood occurs, and the stall of the ion wind due to the viscosity near the outlet of the first hood is alleviated. Therefore, high heat exchange performance is possible.

この発明による熱交換装置において、前記ホール電極と前記被熱交換体との間に絶縁性の第２フードをさらに備え、前記第２フードは、前記ホール電極から前記被熱交換体に近づくに従って末広がりになった内面を有するように構成されるものであってもよい。
このようにすれば、第２フードの末広がりになった内面に沿ってイオン風を放出することにより、ホール電極を通り抜けた後、イオン風の圧力が急速に解放されることによってイオン風が必要以上に拡散し流速が遅くなることを抑制でき、高い熱交換効果が可能となる。 The heat exchange apparatus according to the present invention further includes an insulating second hood between the hole electrode and the heat exchange body, and the second hood spreads toward the heat exchange body from the hole electrode. It may be configured to have an inner surface.
In this way, by releasing the ion wind along the inner surface of the second hood that has spread toward the end, the ion wind is released more than necessary by rapidly releasing the pressure of the ion wind after passing through the hole electrode. It is possible to suppress the diffusion and the slow flow rate, and a high heat exchange effect is possible.

この発明による熱交換装置において、前記薄膜電極および前記ホール電極間に発生する電界の電界強度は、１ｋＶ／ｍ以上であってもよい。
このようにすれば、薄膜電極とホール電極との間に十分に強いイオン風を発生させることができるため、熱交換効果が高くなる。 In the heat exchange device according to the present invention, the electric field strength of the electric field generated between the thin film electrode and the hole electrode may be 1 kV / m or more.
In this way, a sufficiently strong ion wind can be generated between the thin film electrode and the hole electrode, so that the heat exchange effect is enhanced.

この発明による熱交換装置において、前記薄膜電極と前記ホール電極との間の距離は、１０μｍ〜５０ｃｍであってもよい。
このようにすれば、薄膜電極とホール電極とを近づけることができるため、熱交換装置のサイズを小さくでき、また熱交換効果も高くなる。 In the heat exchange apparatus according to the present invention, a distance between the thin film electrode and the hole electrode may be 10 μm to 50 cm.
In this way, since the thin film electrode and the hole electrode can be brought close to each other, the size of the heat exchange device can be reduced, and the heat exchange effect can be enhanced.

この発明による熱交換装置において、前記電子加速層は、絶縁体微粒子とその隙間に点在する導電体微粒子から形成されるものであってもよい。
このようにすれば、電子加速層の少なくとも一部に粒子状の絶縁体微粒子が含まれているため、電子加速層における抵抗値の調整を行いやすくすることができる。 In the heat exchange apparatus according to the present invention, the electron acceleration layer may be formed of insulating fine particles and conductive fine particles scattered in the gaps.
In this way, since the particulate insulating fine particles are included in at least a part of the electron acceleration layer, the resistance value in the electron acceleration layer can be easily adjusted.

この発明による熱交換装置において、前記絶縁体微粒子は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＴｉＯ2のうちの少なくとも１つか、または有機ポリマーを有するものであってもよい。
前記絶縁体微粒子が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＴｉＯ2のうちの少なくとも１つを含んでいるか、あるいは、有機ポリマーを含んでいる場合、これら物質の絶縁性が高いことにより、前記電子加速層の抵抗値を任意の範囲に調整することが可能となる。 In the heat exchange apparatus according to the present invention, the insulating fine particles may include at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 and TiO 2 , or an organic polymer.
When the insulating fine particles contain at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 and TiO 2 , or contain an organic polymer, the electron acceleration is caused by the high insulating properties of these substances. The resistance value of the layer can be adjusted to an arbitrary range.

この発明による熱交換装置において、前記絶縁体微粒子の平均径は、１０〜１０００ｎｍであってもよい。
絶縁体微粒子の平均径を、１０〜１０００ｎｍとすることにより、絶縁体微粒子の大きさよりも小さい導電体微粒子の内部から外部へと効率よく熱伝導させて、素子内を電流が流れるときに発生するジュール熱を効率よく逃すことができ、電子放出素子が熱で破壊されることを防ぐことができる。また、電子加速層における抵抗値の調整を行いやすくすることが可能になる。 In the heat exchange device according to the present invention, the insulating fine particles may have an average diameter of 10 to 1000 nm.
When the average diameter of the insulating fine particles is set to 10 to 1000 nm, the conductive fine particles that are smaller than the size of the insulating fine particles are efficiently thermally transferred from the inside to the outside, and the current flows in the element. Joule heat can be efficiently released and the electron-emitting device can be prevented from being destroyed by heat. In addition, the resistance value in the electron acceleration layer can be easily adjusted.

この発明による熱交換装置において、前記薄膜電極は、金、炭素、ニッケル、チタン、タングステンおよびアルミニウムのうちの少なくとも１つを有するものであってもよい。
このようにすれば、薄膜電極が、金、炭素、ニッケル、チタン、タングステンおよびアルミニウムのうちの少なくとも１つを有することによって、これら物質の仕事関数の低さから、電子加速層で加速された電子を効率よくトンネルさせ、電子放出素子外に高エネルギーの電子をより多く放出させることができる。 In the heat exchange apparatus according to the present invention, the thin film electrode may have at least one of gold, carbon, nickel, titanium, tungsten, and aluminum.
In this way, the thin film electrode has at least one of gold, carbon, nickel, titanium, tungsten, and aluminum, so that electrons accelerated in the electron acceleration layer can be obtained from the low work function of these materials. Can be efficiently tunneled, and more high-energy electrons can be emitted outside the electron-emitting device.

この発明による熱交換装置において、前記薄膜電極と前記被熱交換体との間に前記イオン風の方向を横切る方向に空気流を形成する第１ファンをさらに備えたものであってもよい。
このようにすれば、薄膜電極と被熱交換体との間の空気を交換、冷却することができるため、被熱交換体の熱交換効果を一層増大させることができる。 The heat exchange apparatus according to the present invention may further include a first fan that forms an air flow in a direction crossing the direction of the ion wind between the thin film electrode and the heat exchanger.
If it does in this way, since the air between a thin film electrode and a heat exchanger can be exchanged and cooled, the heat exchange effect of a heat exchanger can be increased further.

この発明による熱交換装置において、前記電子放出素子は、前記電極基板の表面から前記薄膜電極の表面まで貫通して空気流を通す複数の開口部を有するものであってもよい。
このようにすれば、電極基板の表面から前記薄膜電極の表面まで貫通する複数の開口部を通してイオン風発生に必要な空気を薄膜電極の表面に供給できるため、イオン風を効率的に発生させることができ、高い熱交換効果が発揮される。 In the heat exchanging device according to the present invention, the electron-emitting device may have a plurality of openings through which an air flow passes from the surface of the electrode substrate to the surface of the thin film electrode.
In this way, the air necessary for generating the ion wind can be supplied to the surface of the thin film electrode through a plurality of openings penetrating from the surface of the electrode substrate to the surface of the thin film electrode, thereby efficiently generating the ion wind. And a high heat exchange effect is exhibited.

この発明による熱交換装置において、前記電極基板に対向し前記電極基板から前記薄膜電極の方向に前記開口部を通過する空気流を形成する第２ファンをさらに備えたものであってもよい。
このようにすれば、第２ファンにより、複数の開口部を通して薄膜電極と被熱交換体との間の空気を交換、冷却することができるため、被熱交換体の熱交換効果を一層増大させることができる。 The heat exchange apparatus according to the present invention may further include a second fan that forms an air flow that faces the electrode substrate and passes through the opening in the direction of the thin film electrode from the electrode substrate.
If it does in this way, since the air between a thin film electrode and a to-be-heat-exchanged body can be exchanged and cooled with a 2nd fan through several opening part, the heat exchange effect of a to-be-heated exchange body is increased further. be able to.

この発明は、前記熱交換装置と、前記ホール電極に対向し前記被熱交換体に接触するヒートシンクとを備え、前記ヒートシンクは、前記ホール電極に対向する放熱面に凹凸を有し、前記放熱面に前記ホール電極から前記イオン風が放出されるように構成された冷却装置を提供するものである。   The present invention includes the heat exchange device and a heat sink that faces the hole electrode and contacts the heat exchange body, the heat sink has irregularities on a heat radiation surface facing the hole electrode, and the heat radiation surface Further, the present invention provides a cooling device configured to discharge the ion wind from the hole electrode.

この発明による冷却装置によれば、被冷却体としての被熱交換体にヒートシンクを接触させ、ヒートシンクと被熱交換体との間で熱交換を行う構成とすることにより、ホール電極から放出されたイオン風をヒートシンクの凹凸を有する放熱面に放出して、より多くの空気中の分子に対して熱を伝達することができるため、放熱効果が増大し、冷却効果を向上できる。また、ヒートシンクによらずイオン風生成のための電界形成を行うため、いかなるサイズや形状の被熱交換体に対しても高い冷却効果を発揮する冷却装置を実現できる。   According to the cooling device of the present invention, the heat sink is brought into contact with the heat exchange body as the body to be cooled, and the heat exchange is performed between the heat sink and the heat exchange body. Since the ion wind can be emitted to the heat dissipation surface having the unevenness of the heat sink and heat can be transferred to more molecules in the air, the heat dissipation effect is increased and the cooling effect can be improved. In addition, since the electric field is generated for generating the ion wind regardless of the heat sink, it is possible to realize a cooling device that exhibits a high cooling effect on a heat exchanger of any size and shape.

前記熱交換装置と、前記ホール電極を前記被熱交換体よりも高温に加熱する加熱部とを備え、前記加熱部によって加熱された前記ホール電極の貫通孔に前記イオン風を通過させることにより前記被熱交換体よりも高温のイオン風を生成し、前記高温のイオン風が前記被熱交換体に放出されるように構成された加熱装置を提供するものである。   The heat exchange device and a heating unit that heats the hole electrode to a temperature higher than that of the heat exchanger, and the ion wind is passed through the through hole of the hole electrode heated by the heating unit. The present invention provides a heating apparatus configured to generate an ion wind having a temperature higher than that of the heat exchanger and to release the high temperature ion wind to the heat exchanger.

この発明による加熱装置によれば、被熱交換体よりも高温に加熱されたホール電極の貫通孔にイオン風を通過させることにより高温のイオン風を生成するため、高い加熱効果を発揮する加熱装置を実現できる。   According to the heating device of the present invention, a high temperature ion wind is generated by passing the ion wind through the through hole of the hole electrode heated to a higher temperature than the heat exchanger, and thus a heating device that exhibits a high heating effect. Can be realized.

〔第１実施形態〕
この発明の第１実施形態に係る熱交換装置について図１，図３，図４に基づいて説明すると以下の通りである。なお、以下に記述する構成は、この発明の具体的な一例に過ぎず、この発明はこれに限定されるものではない。図１は、この発明の第１実施形態に係る熱交換装置１の構成を示す断面図である。 [First Embodiment]
The heat exchange apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The configuration described below is only a specific example of the present invention, and the present invention is not limited to this. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat exchange device 1 according to the first embodiment of the present invention.

熱交換装置１は、被熱交換体２から発する熱を外部へ放熱する装置であり、電極基板７と薄膜電極９とそれらの間に挟まれた電子加速層８とを有する電子放出素子４と、前記薄膜電極９から距離１０１、被熱交換体２から距離１０２だけ離れて前記薄膜電極９に対向し、少なくとも１つの貫通孔を有するホール電極１１とを備える。なお、電極基板７はアース６に接続されている。   The heat exchange device 1 is a device that radiates the heat generated from the heat exchanger 2 to the outside, and includes an electron-emitting device 4 having an electrode substrate 7, a thin film electrode 9, and an electron acceleration layer 8 sandwiched between them. And a hole electrode 11 having a distance of 101 from the thin film electrode 9 and a distance of 102 from the heat exchanger 2 and facing the thin film electrode 9 and having at least one through hole. The electrode substrate 7 is connected to the ground 6.

図１に示すように、電子放出素子４とホール電極１１とを距離１００離れて空気中に設置し、電極基板７と薄膜電極９との間に第１電圧印加部１０により第１電圧を印加して電極基板７と薄膜電極９との間に電界を生じさせ、薄膜電極９とホール電極１１との間に第２電圧印加部５により第２電圧を印加して薄膜電極９とホール電極１１との間に電界を生じさせ、第１電圧によって、電極基板７で生成された電子が電子加速層８で加速されて薄膜電極９から空気中に放出される。   As shown in FIG. 1, the electron-emitting device 4 and the hole electrode 11 are placed in the air at a distance of 100, and a first voltage is applied between the electrode substrate 7 and the thin film electrode 9 by the first voltage application unit 10. Then, an electric field is generated between the electrode substrate 7 and the thin film electrode 9, and a second voltage is applied between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11 by the second voltage applying unit 5, so that the thin film electrode 9 and the hole electrode 11 are applied. An electric field is generated between them, and electrons generated on the electrode substrate 7 are accelerated by the electron acceleration layer 8 by the first voltage and emitted from the thin film electrode 9 into the air.

薄膜電極９から空気中に放出された電子は、空気分子に衝突・付着して、負イオンを生成し、第２電圧によって負イオンからなるイオン風２０１が生成される。イオン風２０１は、ホール電極１１の貫通孔を通過して被熱交換体２へ向けて放出される。   Electrons emitted from the thin film electrode 9 into the air collide and adhere to air molecules to generate negative ions, and an ion wind 201 composed of negative ions is generated by the second voltage. The ion wind 201 passes through the through hole of the hole electrode 11 and is discharged toward the heat exchange body 2.

なお、薄膜電極９と被熱交換体２との間の距離１００、薄膜電極９とホール電極１１との間の距離１０１、およびホール電極１１と被熱交換体２との間の距離１０２は、イオン風２０１が被熱交換体２へ到達しうる距離であれば、特に制限されない。   The distance 100 between the thin film electrode 9 and the heat exchanger 2, the distance 101 between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11, and the distance 102 between the hole electrode 11 and the heat exchanger 2 are: There is no particular limitation as long as the ion wind 201 can reach the heat exchanger 2.

例えば、薄膜電極９と被熱交換体２との間の距離１００は、好ましくは１００μｍ〜５０ｃｍであり、より好ましくは１００μｍ〜１０ｍｍである。また、両者の距離を５ｍｍ以上離すことで、薄膜電極９と被熱交換体２との間に被熱交換体２よりも温度の低い空気層ができるため、熱交換効果が高くなる。
また、薄膜電極９とホール電極１１との間の距離１０１は、好ましくは１０μｍ〜５０ｃｍ、より好ましくは１０μｍ〜５ｃｍである。
なお、薄膜電極９およびホール電極１１を酸化しにくい材料で構成することで、高温物体の近傍においても長時間駆動することができる。 For example, the distance 100 between the thin film electrode 9 and the heat exchange body 2 is preferably 100 μm to 50 cm, more preferably 100 μm to 10 mm. Moreover, since the air layer whose temperature is lower than the heat exchanger 2 is formed between the thin film electrode 9 and the heat exchanger 2 by separating the distance between them by 5 mm or more, the heat exchange effect is enhanced.
The distance 101 between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11 is preferably 10 μm to 50 cm, more preferably 10 μm to 5 cm.
Note that the thin film electrode 9 and the hole electrode 11 can be driven for a long time even in the vicinity of a high-temperature object by being made of a material that is not easily oxidized.

熱交換装置１において、電極基板７は、例えば、Ｔｉ、Ｃｕ等の金属基板やＳＵＳ等の合金基板であってもよいし、ＳｉやＧｅ、ＧａＡｓ等の半導体基板であってもよい。また、例えばガラス基板のような絶縁体基板を用いるのであれば、その電子加速層８側の界面に金属などの導電性物質を電極として付着させることによって、電極基板７として用いることができる。   In the heat exchange device 1, the electrode substrate 7 may be, for example, a metal substrate such as Ti or Cu, an alloy substrate such as SUS, or a semiconductor substrate such as Si, Ge, or GaAs. Further, if an insulator substrate such as a glass substrate is used, it can be used as the electrode substrate 7 by attaching a conductive substance such as a metal as an electrode to the interface on the electron acceleration layer 8 side.

薄膜電極９は、電子加速層８内に第１電圧を印加して電界を生じさせるものである。そのため、電圧の印加が可能となるような材料であれば特に制限なく用いることができる。ただし、電子加速層８内で加速され高エネルギーとなった電子をなるべくエネルギーロス無く透過させて放出させるという観点から、仕事関数が低くかつ薄膜を形成することが可能な材料であれば、より高い効果が期待できる。このような材料として、例えば、金、炭素、チタン、ニッケル、タングステン、アルミニウムなどが挙げられる。   The thin film electrode 9 is used to generate an electric field by applying a first voltage in the electron acceleration layer 8. Therefore, any material that can be applied with voltage can be used without particular limitation. However, from the standpoint that electrons accelerated and increased in the electron acceleration layer 8 are transmitted with as little energy loss as possible and emitted, the material is higher if the material has a low work function and can form a thin film. The effect can be expected. Examples of such a material include gold, carbon, titanium, nickel, tungsten, and aluminum.

図３は、第１実施形態に係る電子放出素子４の拡大断面図である。電子加速層８は、少なくとも一部に、絶縁体物質が含まれていることが好ましい。このような構成とすることにより、電子放出素子４は、電極基板７と薄膜電極９との間に第１電圧が印加されることで、電極基板７から電子加速層８に注入された電子が電子加速層８の絶縁体物質中で加速されて弾道電子となるため、２０Ｖ程度の第１電圧の印加で電極基板７と薄膜電極９との間の電子加速層８で電子を加速し、薄膜電極９から電子を放出させることができる。   FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the electron-emitting device 4 according to the first embodiment. The electron acceleration layer 8 preferably contains an insulator material at least partially. With this configuration, the electron-emitting device 4 is configured such that electrons injected from the electrode substrate 7 into the electron acceleration layer 8 are applied by applying a first voltage between the electrode substrate 7 and the thin film electrode 9. Since electrons are accelerated in the insulator material of the electron acceleration layer 8 to become ballistic electrons, electrons are accelerated in the electron acceleration layer 8 between the electrode substrate 7 and the thin film electrode 9 by applying a first voltage of about 20 V, and the thin film Electrons can be emitted from the electrode 9.

図３に示すように、第１実施形態に係る電子加速層８には、２種類の微粒子、すなわち、第１の誘電体物質が周囲に形成された導電体（例えば、金属等）からなる導電体微粒子１３と、第２の誘電体物質としての絶縁体微粒子１２とが含まれている。第１の誘電体物質は導電体微粒子１３を被膜する被膜物質であり、導電体微粒子１３は、絶縁被膜された導電体微粒子である。また、絶縁体微粒子１２は、絶縁被膜された導電体微粒子１３の平均径よりも大きい平均径を有する。   As shown in FIG. 3, the electron acceleration layer 8 according to the first embodiment has a conductive material composed of a conductor (for example, a metal) having two kinds of fine particles, that is, a first dielectric material formed around it. Body fine particles 13 and insulator fine particles 12 as a second dielectric substance are included. The first dielectric material is a coating material that coats the conductive fine particles 13, and the conductive fine particles 13 are conductive fine particles coated with an insulating film. The insulating fine particles 12 have an average diameter larger than the average diameter of the conductive fine particles 13 with insulating coating.

なお、電子加速層８の構成は、当該構成に限定されず、例えば、絶縁体物質が、シート状で電極基板７に積層されており、かつ、積層方向に貫通する複数の開口部を有しており、そして、この開口部には、誘電被膜された導電体微粒子１３が収容されていている、というような構成であってもよい。   Note that the configuration of the electron acceleration layer 8 is not limited to this configuration, and for example, an insulating material is laminated in a sheet shape on the electrode substrate 7 and has a plurality of openings that penetrate in the stacking direction. The opening may contain a conductive fine particle 13 coated with a dielectric film.

ここで、絶縁被膜された導電体微粒子１３の金属種としては、弾道電子を生成するという動作原理の上ではどのような金属種でも用いることができる。ただし、大気圧動作させた時の酸化劣化を避ける目的から、酸化しにくい金属が好ましく、例えば、金、銀、白金、ニッケル、パラジウムいった材料が挙げられる。また、絶縁被膜された導電体微粒子１３の絶縁被膜としては、弾道電子を生成するという動作原理の上ではどのような絶縁被膜でも用いることができる。ただし、絶縁被膜を導電体微粒子１３の酸化被膜によって賄った場合、大気中での酸化劣化により酸化皮膜の厚さが所望の膜厚以上に厚くなってしまうおそれがあるため、大気圧動作させた時の酸化劣化を避ける目的から、有機材料による絶縁被膜が好ましく、例えば、アルコラート、脂肪酸、アルカンチオールといった材料が挙げられる。弾道電子の生成の原理については後段で詳しく記載するが、その原理に従って考えると、絶縁被膜された導電体微粒子１３の直径は１０ｎｍ以下であることが重要であり、その絶縁被膜の厚さは薄いほうが有利である。   Here, any metal species can be used as the metal species of the conductive fine particles 13 with the insulating coating on the operation principle of generating ballistic electrons. However, for the purpose of avoiding oxidative degradation when operated at atmospheric pressure, a metal that is difficult to oxidize is preferable, and examples thereof include materials such as gold, silver, platinum, nickel, and palladium. In addition, any insulating coating can be used as the insulating coating of the conductive fine particles 13 coated with an insulating coating on the principle of operation of generating ballistic electrons. However, when the insulating film is covered with the oxide film of the conductive fine particles 13, the thickness of the oxide film may be increased beyond the desired thickness due to oxidative degradation in the atmosphere. In order to avoid oxidative degradation at the time, an insulating film made of an organic material is preferable, and examples thereof include materials such as alcoholate, fatty acid, and alkanethiol. The principle of the generation of ballistic electrons will be described in detail later, but considering the principle, it is important that the diameter of the conductive fine particles 13 with the insulating coating is 10 nm or less, and the thickness of the insulating coating is thin. Is more advantageous.

なお、導電体微粒子１３の周囲に第１の誘電体物質が存在する構成について説明したが、導電体微粒子１３は、この構成に限定されるものではない。熱交換装置１においては、第１の誘電体物質が導電体微粒子１３の周囲に存在しない構成、または第１の誘電体物質が導電体微粒子１３の周囲に被膜せず、点在して付着した構成であってもよい。このような構成であっても、電極基板７と薄膜電極９との間（すなわち、電子加速層８）で電子を加速し、薄膜電極９から電子を放出させることができる。   Although the configuration in which the first dielectric substance is present around the conductive fine particles 13 has been described, the conductive fine particles 13 are not limited to this configuration. In the heat exchange device 1, the first dielectric material does not exist around the conductive fine particles 13, or the first dielectric material does not coat around the conductive fine particles 13 and adheres in a scattered manner. It may be a configuration. Even with such a configuration, electrons can be accelerated between the electrode substrate 7 and the thin film electrode 9 (that is, the electron acceleration layer 8), and electrons can be emitted from the thin film electrode 9.

絶縁体微粒子１２の材料は、絶縁性も有する材料であれば特に制限なく用いることができる。ただし、電子加速層８を構成する全材料に対する絶縁体微粒子１２の重量割合は８０〜９５％であることが望ましい。また、絶縁体微粒子１２と導電体微粒子１３との個数比は、絶縁体微粒子１２が１個に対し、導電体微粒子１３が２個から３００個程度である、すなわち、１：２〜３００であるときに、適度な抵抗率と放熱効果が得られる。また、絶縁体微粒子１２の大きさは、導電体微粒子１３に対して有意な放熱効果を得るため、導電体微粒子１３の直径よりも大きいことが好ましい。絶縁体微粒子１２の直径（平均径）は１０〜１０００ｎｍであることが好ましい。従って、絶縁体微粒子１２の材料はＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2といったものが実用的となる。この場合、粒子径の分散状態は、平均粒径に対してブロードであってもよく、例えば平均粒径５０ｎｍの微粒子は、２０〜１００ｎｍの領域にその粒子径分布を有していても問題ない。 The material of the insulating fine particles 12 can be used without particular limitation as long as it is a material that also has insulating properties. However, it is desirable that the weight ratio of the insulating fine particles 12 to the entire material constituting the electron acceleration layer 8 is 80 to 95%. The number ratio of the insulating fine particles 12 to the conductive fine particles 13 is about 2 to 300 conductive fine particles 13 with respect to one insulating fine particle 12, that is, 1: 2 to 300. Sometimes a moderate resistivity and heat dissipation effect is obtained. In addition, the size of the insulating fine particles 12 is preferably larger than the diameter of the conductive fine particles 13 in order to obtain a significant heat dissipation effect with respect to the conductive fine particles 13. The diameter (average diameter) of the insulating fine particles 12 is preferably 10 to 1000 nm. Therefore, the material of the insulator fine particles 12 is practically SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 . In this case, the dispersion state of the particle size may be broad with respect to the average particle size. For example, fine particles having an average particle size of 50 nm may have a particle size distribution in the region of 20 to 100 nm. .

電子加速層８は薄いほど強電界がかかるため低電圧印加で電子を加速させることが出来るが、絶縁体微粒子１２の平均径よりも薄くはならないため、その厚さは５〜１０００ｎｍであるのが好ましい。   As the electron acceleration layer 8 is thinner, a stronger electric field is applied, and thus electrons can be accelerated by applying a low voltage. However, since the electron acceleration layer 8 is not thinner than the average diameter of the insulating fine particles 12, the thickness is 5 to 1000 nm. preferable.

ここで、電子加速層８に導電体微粒子１３が含まれる電子放出素子の電子放出の原理について、図３を用いて説明する。図３に示すように、電子加速層８は、その大部分が絶縁体微粒子１２で構成され、その隙間に少数の導電体微粒子１３が点在している。絶縁体微粒子１２は絶縁性であるが、その隙間に点在した導電体微粒子１３が、電荷の受け渡しを行うことで、電子加速層８は半導電性を有する。したがって、電子加速層８へ電圧を印加すると、電子加速層８に微弱な電流が流れる。電子加速層８の電圧電流特性は所謂バリスタ特性を示し、印加電圧の上昇に伴い急激に電流値を増加させる。この電流の一部は、印加電圧が形成する電子加速層８の強電界により弾道電子となり、薄膜電極９を透過あるいはその隙間を通過して電子放出素子４の外部へ放出される。   Here, the principle of electron emission of the electron-emitting device in which the conductive fine particles 13 are included in the electron acceleration layer 8 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, most of the electron acceleration layer 8 is composed of insulating fine particles 12, and a small number of conductive fine particles 13 are scattered in the gaps. The insulating fine particles 12 are insulative, but the conductive fine particles 13 scattered in the gaps transfer charges, so that the electron acceleration layer 8 has semiconductivity. Therefore, when a voltage is applied to the electron acceleration layer 8, a weak current flows through the electron acceleration layer 8. The voltage-current characteristic of the electron acceleration layer 8 shows a so-called varistor characteristic, and the current value is rapidly increased as the applied voltage increases. Part of this current becomes ballistic electrons due to the strong electric field of the electron acceleration layer 8 formed by the applied voltage, and is transmitted through the thin film electrode 9 or passed through the gap to be emitted to the outside of the electron-emitting device 4.

弾道電子の形成過程は、電子が電界方向に加速されつつトンネルすることによるものと考えられている。金属内における平均自由行程は１０ｎｍ以上であり、平均粒径が１０ｎｍ以下の導電体微粒子１３を用いることで、電子は、金属原子によって散乱されることなく導電体微粒子１３の導電体部分を通過し、また、高電界を有する導電体微粒子１３の絶縁被膜をトンネルし、絶縁被膜内で加速されつつ高エネルギーを得ることで、弾道電子が効率よく生成される。   The formation process of ballistic electrons is thought to be due to electrons tunneling while being accelerated in the direction of the electric field. By using the conductive fine particles 13 having an average free path in the metal of 10 nm or more and an average particle size of 10 nm or less, electrons pass through the conductive portion of the conductive fine particles 13 without being scattered by metal atoms. Moreover, tunneling the insulating coating of the conductive fine particles 13 having a high electric field, and obtaining high energy while being accelerated in the insulating coating, ballistic electrons are efficiently generated.

なお、電子加速層８は、少なくとも一部が絶縁体微粒子１２で構成されていればよく、導電体微粒子１３を含まない構成であってもよい。このような電子加速層８としては、例えば特開２０１０−２７２２５５に記載の絶縁体微粒子と塩基性分散剤とを含む構成や、特開２０１１−００３５２１に記載の絶縁体微粒子のみを含む構成が挙げられる。この場合、例えばシリカのような絶縁材料の表面において、結晶の欠陥や表面処理が施されることにより、シリカ表面に電気抵抗が低い部分が存在し、電子が流れると考えられる。そして、シリカ表面の電子は、ホッピング伝導のような形で流れて、エネルギーが高いホットエレクトロンが形成され、薄膜電極９へ到達する。   The electron acceleration layer 8 only needs to be at least partially composed of the insulating fine particles 12, and may be configured not to include the conductive fine particles 13. Examples of such an electron acceleration layer 8 include a configuration including insulator fine particles described in JP-A 2010-272255 and a basic dispersant, and a configuration including only insulator fine particles described in JP-A 2011-003521. It is done. In this case, it is considered that, for example, when a crystal defect or surface treatment is performed on the surface of an insulating material such as silica, a portion having a low electric resistance exists on the silica surface, and electrons flow. Then, electrons on the silica surface flow in the form of hopping conduction, hot electrons having high energy are formed, and reach the thin film electrode 9.

ここで、電子放出素子４の製造方法について、その好ましい一例を以下に説明する。   Here, a preferable example of the method for manufacturing the electron-emitting device 4 will be described below.

まず、絶縁体微粒子１２と、導電体微粒子１３とを分散溶媒に分散させた分散液を得る。ここで、分散溶液に用いる溶媒としては、絶縁体微粒子１２と、導電体微粒子１３とを分散でき、かつ塗布後に乾燥できれば、特に制限なく用いることができる。例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、ヘキサン、テトラデカン等を用いることができる。また、導電体微粒子１３の分散性を向上させる目的で、事前処理としてアルコラート処理を施すとよい。   First, a dispersion liquid in which the insulating fine particles 12 and the conductive fine particles 13 are dispersed in a dispersion solvent is obtained. Here, the solvent used in the dispersion solution can be used without particular limitation as long as the insulating fine particles 12 and the conductive fine particles 13 can be dispersed and dried after coating. For example, toluene, benzene, xylene, hexane, tetradecane, or the like can be used. Further, for the purpose of improving the dispersibility of the conductive fine particles 13, an alcoholate treatment may be performed as a pretreatment.

次に、絶縁体微粒子１２と、導電体微粒子１３との分散液を電極基板７上にスピンコート法を用いて塗布し、電子加速層８を形成する。スピンコート法による成膜、乾燥を複数回繰り返すことで所定の膜厚にすることができる。なお、電子加速層８は、スピンコート法以外に、例えば、滴下法、スプレーコート法等の方法でも形成することができる。   Next, a dispersion liquid of the insulating fine particles 12 and the conductive fine particles 13 is applied onto the electrode substrate 7 by using a spin coating method to form the electron acceleration layer 8. A predetermined film thickness can be obtained by repeating film formation and drying by a spin coating method a plurality of times. The electron acceleration layer 8 can also be formed by a method such as a dropping method or a spray coating method other than the spin coating method.

電子加速層８の形成後、電子加速層８上に薄膜電極９を成膜する。薄膜電極９の成膜には、例えば、マグネトロンスパッタ法を用いればよい。また、薄膜電極９は、例えば、インクジェット法、スピンコート法、蒸着法等を用いて成膜してもよい。   After the formation of the electron acceleration layer 8, a thin film electrode 9 is formed on the electron acceleration layer 8. For example, a magnetron sputtering method may be used to form the thin film electrode 9. Further, the thin film electrode 9 may be formed by using, for example, an inkjet method, a spin coating method, a vapor deposition method, or the like.

なお、電子加速層８内で加速された高エネルギーの弾道電子が薄膜電極９に到達したとき、薄膜電極９を構成する材料（例えば金）の仕事関数を超えたエネルギーを得ていると、電子は電子放出素子４の外部へ放出される。   Note that when high-energy ballistic electrons accelerated in the electron acceleration layer 8 reach the thin film electrode 9, if energy exceeding the work function of the material (for example, gold) constituting the thin film electrode 9 is obtained, Is emitted to the outside of the electron-emitting device 4.

このようにして、薄膜電極９から電子放出素子４の外部へ放出された電子は、薄膜電極９とホール電極１１との間に存在する空気中の分子と衝突を繰り返し、短時間で主に空気分子に付着（電子付着）し、負イオンを形成する。ここで、薄膜電極９とホール電極１１との間に第２電圧を印加すると、負イオンは薄膜電極９とホール電極１１との間に形成された電界（電位勾配）に沿ってホール電極１１へ向かって移動する。このとき、負イオンは、周辺の中性分子（帯電していない窒素分子および酸素分子などの空気分子）と衝突して、中性分子も電界に沿って移動することにより、電界に沿った空気の流れが生じる。この負イオンと中性分子との混合体の電界に沿った動きがイオン風２０１である。したがって、熱交換装置１では、電子放出素子４の外部空間に電位勾配を設ける（すなわち、電子放出素子４とホール電極１１との間に電界を発生させる）ことにより、イオン風２０１を発生させることができる。そして、イオン風２０１が被熱交換体２に到達することにより被熱交換体２の表面に存在する空気中の分子が攪拌・交換され、熱交換が行われる。なお、電界が強いほど、強いイオン風２０１を発生でき、効果的な熱交換が可能となる。   Thus, the electrons emitted from the thin film electrode 9 to the outside of the electron-emitting device 4 repeatedly collide with the molecules in the air existing between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11, and mainly air in a short time. It adheres to molecules (electron attachment) and forms negative ions. Here, when a second voltage is applied between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11, negative ions are transferred to the hole electrode 11 along an electric field (potential gradient) formed between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11. Move towards. At this time, negative ions collide with surrounding neutral molecules (air molecules such as uncharged nitrogen molecules and oxygen molecules), and the neutral molecules also move along the electric field. The flow of The movement along the electric field of the mixture of negative ions and neutral molecules is an ion wind 201. Therefore, in the heat exchange device 1, the ion wind 201 is generated by providing a potential gradient in the external space of the electron-emitting device 4 (that is, generating an electric field between the electron-emitting device 4 and the hole electrode 11). Can do. Then, when the ion wind 201 reaches the heat exchange body 2, molecules in the air existing on the surface of the heat exchange body 2 are stirred and exchanged, and heat exchange is performed. Note that the stronger the electric field, the stronger the ion wind 201 can be generated, and the effective heat exchange becomes possible.

薄膜電極９のサイズとホール電極１１のサイズおよび電界強度により異なるが、電子付着により生成された負イオンの多くは、薄膜電極９とホール電極１１との間に形成された電界に沿ってホール電極１１へ向かって移動し、そのままホール電極１１に付着する。ホール電極１１に付着した負イオンはホール電極１１へ電子を受け渡して再び空気分子となり、ホール電極１１から脱離する。脱離した空気分子は周囲のイオン風２０１の流れに沿って移動する。ホール電極１１への電気的引力よりも負イオンの運動の慣性のほうが支配的であるか、または電場の形状の影響でホール電極１１よりも被熱交換体２のほうが負イオンが移動しやすい位置にある場合、負イオンは、ホール電極１１と衝突せずにホール電極１１を通り抜け、被熱交換体２まで移動して付着する場合がある。それゆえ、このような負イオンによる被熱交換体２の帯電を防ぐため、電圧印加に先立って、被熱交換体２をアースに接続するのが好ましい。   Although it differs depending on the size of the thin film electrode 9 and the size of the hole electrode 11 and the electric field strength, most of the negative ions generated by the electron attachment are generated along the electric field formed between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11. 11, and adheres to the hole electrode 11 as it is. The negative ions attached to the hole electrode 11 deliver electrons to the hole electrode 11 to become air molecules again and desorb from the hole electrode 11. The desorbed air molecules move along the flow of the surrounding ion wind 201. Position where inertia of negative ion movement is more dominant than electric attractive force to Hall electrode 11, or position where negative ions move more easily in heat exchanger 2 than Hall electrode 11 due to the influence of electric field shape In this case, the negative ions may pass through the hole electrode 11 without colliding with the hole electrode 11 and move to the heat exchanger 2 to be attached. Therefore, in order to prevent charging of the heat exchanger 2 due to such negative ions, it is preferable to connect the heat exchanger 2 to the ground prior to voltage application.

このように熱交換装置１において、第１電圧印加部１０の印加電圧を大きくすることにより、電子加速層８内の電流量が増加し、薄膜電極９から放出される電子量が増加する。これに伴い、気流を動かす原動力となるイオン量が増加するため、強いイオン風２０１を発生させ、熱交換量の増大が可能になる。また、このように熱交換装置１において、第２電圧印加部５の印加電圧を大きくすることにより、電界強度を増大させイオンの移動速度が速くなる。それに伴い気流の移動速度も速くなるため、強いイオン風２０１を発生させ、熱交換量の増大が可能になる。   As described above, in the heat exchange device 1, by increasing the applied voltage of the first voltage applying unit 10, the amount of current in the electron acceleration layer 8 increases and the amount of electrons emitted from the thin film electrode 9 increases. Along with this, the amount of ions serving as a driving force for moving the airflow increases, so that a strong ion wind 201 is generated and the amount of heat exchange can be increased. Further, in this way, in the heat exchange device 1, by increasing the applied voltage of the second voltage applying unit 5, the electric field strength is increased and the ion moving speed is increased. Along with this, the moving speed of the air current increases, so that a strong ion wind 201 is generated, and the amount of heat exchange can be increased.

第２電圧印加部５によりホール電極１１と電子放出素子４の薄膜電極９との間に電界を生じさせる第２電圧は、特に制限されないが、マイナスの電荷を持ったイオンを被熱交換体２に到達させる電圧であればよい。この電圧は、その下限は０Ｖよりも大きいことが好ましい。例えば、好ましくは１０Ｖ以上であり、より好ましくは１００Ｖ以上であり、特に好ましくは２００Ｖ以上である。また、印加する電圧の上限も特に制限されない。実用上、後述するような電界強度の制限を考慮すると１０ｋＶ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｋＶ以下である。   The second voltage that causes the second voltage application unit 5 to generate an electric field between the hole electrode 11 and the thin film electrode 9 of the electron-emitting device 4 is not particularly limited, but ions having a negative charge are exchanged with the heat exchanger 2. Any voltage can be used as long as the voltage reaches. The lower limit of this voltage is preferably greater than 0V. For example, it is preferably 10 V or higher, more preferably 100 V or higher, and particularly preferably 200 V or higher. Further, the upper limit of the voltage to be applied is not particularly limited. Practically, it is preferably 10 kV or less, more preferably 1 kV or less in consideration of the limitation of electric field strength as described later.

なお、第１電圧印加部５および第２電圧印加部１０により印加される電圧は、定電圧の直流電圧に限らない。パルス状の電圧印加（パルス駆動）であってもよい。なお、パルス波形の電圧を用いた電子放出素子としては、例えば特開２０１１−１１９０７１に記載の構成が挙げられる。この明細書では、直流電圧印加の例を挙げて説明するが、パルス駆動その他の電圧印加を行ってもよい。   Note that the voltage applied by the first voltage application unit 5 and the second voltage application unit 10 is not limited to a constant DC voltage. Pulsed voltage application (pulse drive) may be used. An example of an electron-emitting device using a pulse waveform voltage is a configuration described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-119071. In this specification, an example of DC voltage application will be described. However, pulse driving or other voltage application may be performed.

また、ホール電極１１と電子放出素子４の薄膜電極９との間の電界強度は、特に制限されないが、例えば１Ｖ／ｍ以上であり、より好ましくは１ｋＶ／ｍ以上である。電界強度を１ｋＶ／ｍ以上にすることで、イオンが電場により加速され移動速度が大きくなるため、イオン風２０１の気流速度が増大し、高い熱交換効果を発揮する。また電界強度の上限は、オゾンの発生を防ぐために、１０7Ｖ／ｍ以下であることが好ましく、より好ましく１０6Ｖ／ｍである。これによって、オゾンや窒素酸化物に代表される有害物質が発生しなくなる。 The electric field strength between the hole electrode 11 and the thin film electrode 9 of the electron-emitting device 4 is not particularly limited, but is, for example, 1 V / m or more, and more preferably 1 kV / m or more. By setting the electric field strength to 1 kV / m or more, ions are accelerated by the electric field and the moving speed is increased, so that the air velocity of the ion wind 201 is increased and a high heat exchange effect is exhibited. Moreover, in order to prevent generation | occurrence | production of ozone, it is preferable that the upper limit of an electric field strength is 10 < 7 > V / m or less, More preferably, it is 10 < 6 > V / m. As a result, no harmful substances such as ozone and nitrogen oxides are generated.

図４は、第１実施形態に係るホール電極およびその変形例の構成を示す斜視図である。図４（ａ）に示すように、ホール電極１１はイオン風２０１が通過するリング状の貫通孔１１ｈを有する。なお、イオン風２０１が通過する貫通孔１１ｈを有していれば、ホール電極１１の形状はリング状に限られず、パンチングメタル状のホール電極１１ａ、メッシュ状のホール電極１１ｂ、またそれ以外の形状であってよい。   FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the hole electrode according to the first embodiment and a modification thereof. As shown in FIG. 4A, the hole electrode 11 has a ring-shaped through hole 11h through which the ion wind 201 passes. Note that the shape of the hole electrode 11 is not limited to the ring shape as long as it has the through hole 11h through which the ion wind 201 passes, and the punching metal-shaped hole electrode 11a, the mesh-shaped hole electrode 11b, and other shapes. It may be.

リング状のホール電極１１は、被熱交換体２の発熱領域に合わせて、電子放出素子４または被熱交換体２に対して１つまたは複数個配置される。また、電極の大きさを変化させることで電界が変化し、イオン風２０１の生成に影響を及ぼす。例えば、リング状のホール電極１１において、電子放出素子４の電子放出面である薄膜電極９のサイズよりもホール電極１１のサイズを小さくすることで、薄膜電極９からホール電極１１へ向かうにつれ電界を集中する不平等電界を形成することができる。イオン風２０１は電界の流れに沿って生成されることから、ホール電極１１へ向かうにつれ集中した気流が生じ、被熱交換体２の表面において、強いイオン風２０１を生成し、効率よく被熱交換体２と熱交換することが可能となる。   One or a plurality of ring-shaped hole electrodes 11 are arranged on the electron-emitting device 4 or the heat exchanger 2 in accordance with the heat generation region of the heat exchanger 2. In addition, changing the size of the electrode changes the electric field, which affects the generation of the ion wind 201. For example, in the ring-shaped hole electrode 11, the electric field is increased from the thin film electrode 9 toward the hole electrode 11 by making the size of the hole electrode 11 smaller than the size of the thin film electrode 9 that is the electron emission surface of the electron emitter 4. A concentrated unequal electric field can be formed. Since the ion wind 201 is generated along the flow of the electric field, a concentrated air flow is generated toward the hole electrode 11, and a strong ion wind 201 is generated on the surface of the heat exchanger 2 to efficiently perform heat exchange. Heat exchange with the body 2 becomes possible.

図４（ａ）に示すように、ホール電極がリング状の形状を有する場合、薄膜電極９のサイズよりもリング状のホール電極１１のサイズ１０４を小さくすることで、薄膜電極９からホール電極１１へ向かうほど集中する不平等電界が形成される。それゆえ、被熱交換体の単一の発熱領域にイオン風２０１を集中的に放出することができ、また、ホール電極１１の電極部（金属部分）の面積が小さくイオン風２０１の流れを妨げないため、一層効率的な熱交換が可能となる。それゆえ、リング状のホール電極１１は、単一の発熱領域に対して集中して熱交換を行う場合に特に有効である。   As shown in FIG. 4A, when the hole electrode has a ring shape, the size 104 of the ring-shaped hole electrode 11 is made smaller than the size of the thin film electrode 9, whereby the thin film electrode 9 to the hole electrode 11. An unequal electric field that concentrates toward the surface is formed. Therefore, the ion wind 201 can be intensively discharged to a single heat generating region of the heat exchanger, and the area of the electrode portion (metal portion) of the hole electrode 11 is small, thereby obstructing the flow of the ion wind 201. Therefore, more efficient heat exchange is possible. Therefore, the ring-shaped hole electrode 11 is particularly effective when heat exchange is concentrated on a single heat generating region.

一方、発熱領域が複数存在する場合、それに応じてリング状のホール電極１１を複数個設置すると、リングの個数が増えるほど１つ１つの貫通孔１１ｈに電界が集中しにくくなる。それゆえ、リング状のホール電極１１の代わりに、図４（ｂ）に示すようにパンチングメタル状のホール電極１１ａを設置することで、薄膜電極９とホール電極１１ａとの間の電界強度が一様にかかるため、リング状のホール電極１１を複数個設置する場合と比較して、設置の手間が省け、また一層小さい印加電圧で高い熱交換効果が得られる。   On the other hand, when there are a plurality of heat generation regions, if a plurality of ring-shaped hole electrodes 11 are installed accordingly, the electric field is less likely to concentrate in each through-hole 11h as the number of rings increases. Therefore, instead of the ring-shaped hole electrode 11, as shown in FIG. 4B, a punching metal-shaped hole electrode 11 a is installed, so that the electric field strength between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11 a is reduced. Therefore, as compared with the case where a plurality of ring-shaped hole electrodes 11 are installed, the installation work can be saved, and a high heat exchange effect can be obtained with a smaller applied voltage.

なお、パンチングメタル状の形状を有するホール電極１１ａを設置する場合、リング状のホール電極１１と比較して電極部の面積が大きい分、被熱交換体２へのイオン風２０１の流れを妨げるため、熱交換効率がリング状のホール電極１１と比較して小さくなる場合がある。したがって、イオン風２０１の妨げにならないように、電極部が蜂の巣状になっているなど、電極部の面積が極力小さい方が好ましい。   When the hole electrode 11a having a punching metal shape is provided, the area of the electrode portion is larger than that of the ring-shaped hole electrode 11, so that the flow of the ion wind 201 to the heat exchanger 2 is hindered. The heat exchange efficiency may be smaller than that of the ring-shaped hole electrode 11. Therefore, it is preferable that the area of the electrode portion is as small as possible so that the ion wind 201 does not hinder the electrode portion.

発熱領域が多数存在する場合や発熱領域が一様に広がっている場合、それに応じてリング状のホール電極１１のリング径を大きくすると、リングの中心部ほど薄膜電極９とリング状のホール電極１１との間の電界強度が弱まるため、リングの中心部ほどイオン風２０１も弱まる。
それゆえ、リング状のホール電極１１の代わりに、図４（ｃ）に示すようにメッシュ状のホール電極１１ｂを設置することで、薄膜電極９とホール電極１１ｂとの間の電界強度が一様にかかるため、リング状のホール電極１１を多数設置する場合と比較して、設置の手間が省け、また一層小さい印加電圧で高い熱交換効果が得られる。 When there are a large number of heat generating regions or when the heat generating regions are spread uniformly, if the ring diameter of the ring-shaped hole electrode 11 is increased accordingly, the thin film electrode 9 and the ring-shaped hole electrode 11 become closer to the center of the ring. Therefore, the ion wind 201 is weakened toward the center of the ring.
Therefore, instead of the ring-shaped hole electrode 11, the mesh-shaped hole electrode 11b is provided as shown in FIG. 4C, so that the electric field strength between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11b is uniform. Therefore, as compared with the case where a large number of ring-shaped hole electrodes 11 are installed, the installation work can be saved, and a high heat exchange effect can be obtained with a smaller applied voltage.

なお、メッシュ状の形状を有するホール電極１１ｂを設置する場合、パンチングメタル状のホール電極１１ａと比較して電極部の面積が小さいため、イオン風２０１の流れが妨げにくくなる。しかしながら、メッシュの目開きが小さくなるのに伴い、メッシュの前後での圧力損失の増加やメッシュの目詰まりなどが発生する場合がある。その場合、メッシュの目開きや線径の最適化を行うことが好ましい。   When the hole electrode 11b having a mesh shape is installed, the area of the electrode portion is smaller than that of the punching metal hole electrode 11a, so that the flow of the ion wind 201 is hardly hindered. However, as the mesh opening becomes smaller, an increase in pressure loss before and after the mesh and clogging of the mesh may occur. In that case, it is preferable to optimize mesh openings and wire diameters.

〔第２実施形態〕
次に、この発明の第２実施形態に係る熱交換装置１ｂについて、図５に基づいて説明すると以下の通りである。
なお、第２実施形態に係る熱交換装置１ｂの基本的な駆動概念は、第１実施形態に係る熱交換装置１と同様であるので、説明を省略する。また、第１実施形態に係る熱交換装置１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する（以下の実施形態についても同様）。 [Second Embodiment]
Next, a heat exchange device 1b according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
In addition, since the fundamental drive concept of the heat exchange apparatus 1b which concerns on 2nd Embodiment is the same as that of the heat exchange apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted. Moreover, it is similar to the heat exchange apparatus 1 according to the first embodiment, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted (the same applies to the following embodiments).

図５に示すように、ホール電極１１ｓは、薄膜電極９の電子放出面のサイズ１０３よりも小さいサイズ１０４を有する。それゆえ、ホール電極に向かうほど集中する不平等電界が形成され、電界に沿ってイオン風２０１を被熱交換体２に集中させることができるため、被熱交換体２の表面において強いイオン風２０１を生成することができ、効率的な熱交換が可能となる。   As shown in FIG. 5, the hole electrode 11 s has a size 104 smaller than the size 103 of the electron emission surface of the thin film electrode 9. Therefore, an unequal electric field that concentrates toward the hole electrode is formed, and the ion wind 201 can be concentrated on the heat exchanger 2 along the electric field, so that the strong ion wind 201 on the surface of the heat exchanger 2 can be obtained. And efficient heat exchange is possible.

〔変形例〕
次に、この発明の第２実施形態に係る熱交換装置の変形例１ｃについて、図６に基づいて説明すると以下の通りである。熱交換装置１ｃにおいて第２実施形態に係る熱交換装置１ｂと異なる点は、ヒートシンク３がさらに設けられている点である。 [Modification]
Next, a modification 1c of the heat exchange device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The heat exchange device 1c is different from the heat exchange device 1b according to the second embodiment in that a heat sink 3 is further provided.

図６に示すように、ホール電極１１ｓに対向するようにヒートシンク３を被熱交換体２に接触させ、ホール電極１１ｓに対向するヒートシンク３の放熱面２２にホール電極１１ｓからイオン風２０１を放出することによって、ヒートシンク３を介して間接的に被熱交換体２と熱交換を行う。   As shown in FIG. 6, the heat sink 3 is brought into contact with the heat exchanger 2 so as to face the hole electrode 11s, and the ion wind 201 is discharged from the hole electrode 11s to the heat radiation surface 22 of the heat sink 3 facing the hole electrode 11s. Thus, heat exchange with the heat exchange body 2 is performed indirectly via the heat sink 3.

ヒートシンク３は、イオン風２０１生成のための電界形成に直接関係しないため、ヒートシンク３のサイズ１０５は、薄膜電極９のサイズ１０３およびホール電極１１ｓのサイズ１０４とは独立に設定可能である。また、薄膜電極９に対するホール電極１１ｓの相対的な位置や傾き等を制御する制御部を設けることにより、ヒートシンク３上の任意の領域にイオン風２０１を集中して放出するように制御することができるため、高い熱交換効果を実現できる。   Since the heat sink 3 is not directly related to the formation of an electric field for generating the ion wind 201, the size 105 of the heat sink 3 can be set independently of the size 103 of the thin film electrode 9 and the size 104 of the hole electrode 11s. Further, by providing a control unit that controls the relative position and inclination of the hole electrode 11 s with respect to the thin film electrode 9, the ion wind 201 can be controlled to be concentrated and emitted to an arbitrary region on the heat sink 3. Therefore, a high heat exchange effect can be realized.

なお、ヒートシンク３へ付着するイオン量が多い場合、ヒートシンク３がチャージアップしてしまうことがある。このような事態を避けるために、ヒートシンク３をアース６に接続することにより、ヒートシンク３のチャージアップを防ぐことが可能となる。また、ホール電極１１ｓとヒートシンク３との間に高電位差がある場合、被熱交換体２の絶縁破壊を防止すべくヒートシンク３と被熱交換体２との間に絶縁物を挿入する構成であってもよい。   Note that when the amount of ions adhering to the heat sink 3 is large, the heat sink 3 may be charged up. In order to avoid such a situation, it is possible to prevent the heat sink 3 from being charged up by connecting the heat sink 3 to the ground 6. In addition, when there is a high potential difference between the hole electrode 11s and the heat sink 3, an insulator is inserted between the heat sink 3 and the heat exchanger 2 to prevent dielectric breakdown of the heat exchanger 2. May be.

〔第３実施形態〕
次に、この発明の第３実施形態に係る熱交換装置１ｄおよびその変形例１ｅについて、図７（Ａ）〜（Ｂ）に基づいて説明すると以下の通りである。 [Third Embodiment]
Next, a heat exchange device 1d according to a third embodiment of the present invention and a modification 1e thereof will be described with reference to FIGS. 7 (A) to 7 (B).

第３実施形態に係る熱交換装置１ｄにおいて、第２実施形態に係る熱交換装置１ｂと異なる点は、薄膜電極９とホール電極１１ｓとの間の部分に絶縁性の第１フード１４ａを有している点である。図７（Ａ）に示すように、第１フード１４ａは、薄膜電極９からホール電極１１ｓに近づくに従って先細りになった内面を有するように構成され、第１フード１４ａに穿った孔を通して、若しくは第１フード１４ａに沿って配線された導線を用いて、第２電圧印加部５によりホール電極１１ｓの金属部分へ電圧を印加する。第１フード１４ａに孔を穿った場合、イオン風２０１の流れが第１フード１４ａから漏れないようにするため、配線後は導線と孔との隙間を埋める。   The heat exchange device 1d according to the third embodiment is different from the heat exchange device 1b according to the second embodiment in that an insulating first hood 14a is provided between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11s. It is a point. As shown in FIG. 7A, the first hood 14a is configured to have an inner surface that tapers from the thin film electrode 9 toward the hole electrode 11s, and the first hood 14a passes through a hole formed in the first hood 14a, or A voltage is applied to the metal portion of the hole electrode 11s by the second voltage application unit 5 using a conductive wire wired along the one hood 14a. When a hole is made in the first hood 14a, the gap between the conductive wire and the hole is filled after wiring so that the flow of the ion wind 201 does not leak from the first hood 14a.

熱交換装置１ｄは、被熱交換体２において特に発熱量が大きい部分に集中的にイオン風２０１を当て、さらにイオン風２０１の拡散を防ぎ気流を集中させることで、効率よく被熱交換体２と熱交換することが可能となる。   The heat exchange device 1d efficiently applies the ion wind 201 to a portion of the heat exchange body 2 where the heat generation amount is particularly large, and further prevents the diffusion of the ion wind 201 and concentrates the air flow, thereby efficiently performing the heat exchange body 2. It is possible to exchange heat with.

なお、第１フード１４ａは絶縁性の材料で構成されるため、誘電分極によるチャージアップが生じた場合、ホール電極１１ｓと反対の極性（負極）に帯電する。これはイオン風２０１を構成する負イオンと同じ極性であり、第１フード１４ａとイオン風２０１との反発が生じる。
このように第１フード１４ａとイオン風２０１の反発が生じることで、第１フード１４ａの出口付近において粘性によるイオン風２０１の失速が緩和されることが予測され、より熱交換効率の高いイオン風２０１を被熱交換体２に送ることが可能となる。さらに第１フード１４ａは絶縁性材料で構成されているため電子放出素子４や被熱交換体２に接していてもよい。電子放出素子４や被熱交換体２に接することにより、イオン風２０１の拡散を抑制することができるため、一層効率的な熱交換が可能となる。 Since the first hood 14a is made of an insulating material, when charge-up occurs due to dielectric polarization, the first hood 14a is charged to a polarity (negative electrode) opposite to that of the hole electrode 11s. This is the same polarity as the negative ions constituting the ion wind 201, and repulsion between the first hood 14a and the ion wind 201 occurs.
As a result of the repulsion between the first hood 14a and the ionic wind 201 in this manner, it is predicted that the stall of the ionic wind 201 due to viscosity is reduced near the outlet of the first hood 14a, and the ionic wind having higher heat exchange efficiency is expected. 201 can be sent to the heat exchanger 2. Further, since the first hood 14a is made of an insulating material, the first hood 14a may be in contact with the electron-emitting device 4 or the heat exchange body 2. Since the diffusion of the ion wind 201 can be suppressed by contacting the electron-emitting device 4 and the heat exchange body 2, more efficient heat exchange can be performed.

〔変形例〕
次に、第３実施形態に係る熱交換装置の変形例１ｅについて、図７（Ｂ）を用いて説明する。
熱交換装置１ｅは、ホール電極１１ｓと被熱交換体２との間に絶縁性の第２フード１４ｂをさらに有する。図７（Ｂ）に示すように、第２フード１４ｂは、第１フード１４ａとは対称的に、ホール電極１１から被熱交換体２に近づくに従って末広がりになった内面を有するように構成され、ホール電極１１ｓにおいて一部分がくびれた形状を有する。 [Modification]
Next, Modification 1e of the heat exchange device according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
The heat exchange device 1 e further includes an insulating second hood 14 b between the hole electrode 11 s and the heat exchange body 2. As shown in FIG. 7 (B), the second hood 14b is configured to have an inner surface that becomes divergent as it approaches the heat exchange body 2 from the hole electrode 11, in contrast to the first hood 14a. A part of the hole electrode 11s is constricted.

第２フード１４ｂの末広がりになった内面に沿ってイオン風２０１を放出することにより、ホール電極１１ｓを通り抜けた後、イオン風２０１の圧力が急速に解放されることによってイオン風２０１が必要以上に拡散し流速が遅くなることを抑制できるため、高い熱交換効果が可能となる。   By releasing the ion wind 201 along the inner surface of the second hood 14b that has spread toward the end, the ion wind 201 is unnecessarily released by the rapid release of the pressure of the ion wind 201 after passing through the hole electrode 11s. Since it is possible to suppress diffusion and slow flow, a high heat exchange effect is possible.

また、図７（Ｃ）に示すように、ホール電極１１ｓと被熱交換体２との間に第３電圧印加部２１を接続してもよい。第３電圧の印加により、ホール電極１１ｓを介して、第２フード１４ｂの末広がりになった内面に沿ってイオン風２０１を被熱交換体２へ向けて誘導することが可能となる。   Further, as shown in FIG. 7C, a third voltage application unit 21 may be connected between the hole electrode 11 s and the heat exchange body 2. By applying the third voltage, it is possible to guide the ion wind 201 toward the heat exchanger 2 along the inner surface of the second hood 14b that is widened through the hole electrode 11s.

〔実施例〕
表１は、図７（Ｂ）に示すこの発明の第３実施形態に係る熱交換装置１ｅにおける冷却効果の検証実験の結果である。なお、この実験は実施の一例であって、この発明の内容を制限するものではない。 〔Example〕
Table 1 shows the result of the verification experiment of the cooling effect in the heat exchange device 1e according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 7B. In addition, this experiment is an example of implementation and does not limit the content of the present invention.

この実施例では、薄膜電極９とホール電極１１ｓとの間の電界強度を変化させたときの、被熱交換体２の冷却効果の検証を行った。具体的には、薄膜電極９とリング状のホール電極１１ｓとの間に印加する電圧を第２電圧印加部５により５０Ｖから１０００Ｖの範囲で変化させ（第１電圧印加部１０は３０Ｖで一定）、また薄膜電極９とホール電極１１ｓとの間の距離１０１を１ｃｍから５０ｃｍまで変化させることにより、電界強度を０．１ｋＶ／ｍから１００ｋＶ／ｍの範囲で変化させた。   In this example, the cooling effect of the heat exchanger 2 when the electric field strength between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11s was changed was verified. Specifically, the voltage applied between the thin film electrode 9 and the ring-shaped hole electrode 11s is changed by the second voltage application unit 5 in the range of 50V to 1000V (the first voltage application unit 10 is constant at 30V). Further, the electric field strength was changed in the range of 0.1 kV / m to 100 kV / m by changing the distance 101 between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11s from 1 cm to 50 cm.

表１において、薄膜電極９とホール電極１１ｓとの間の電界強度が０．１ｋＶ／ｍでは冷却効果の確認ができなかった。しかし、１ｋＶ／ｍ以上の電界強度では冷却効果が確認でき、また５０ｋＶ／ｍ以上の電界強度では良好な冷却効果が確認された。   In Table 1, the cooling effect could not be confirmed when the electric field strength between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11s was 0.1 kV / m. However, a cooling effect could be confirmed at an electric field strength of 1 kV / m or higher, and a good cooling effect was confirmed at an electric field strength of 50 kV / m or higher.

〔第４実施形態〕
次に、この発明の第４実施形態に係る熱交換装置の電子放出素子４ａについて、図８に基づいて説明すると以下の通りである。 [Fourth Embodiment]
Next, the electron-emitting device 4a of the heat exchange device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図８に示すように、電子放出素子４ａは、可撓性（フレキシブル）を有することを特徴とする。電子放出素子４ａは、フレキシブル基材１９上に形成された基板薄膜電極２０と、薄膜電極９と、それらの間に挟まれた電子加速層８とを備える。基板薄膜電極２０と薄膜電極９とは、第１電圧印加部１０に接続されている。電子放出素子４ａは、基板薄膜電極２０と薄膜電極９との間に第１電圧を印加することで、基板薄膜電極２０で生成された電子を基板薄膜電極２０と薄膜電極９との間（すなわち、電子加速層８）で加速し、薄膜電極９から電子を放出させる。   As shown in FIG. 8, the electron-emitting device 4a is characterized by having flexibility. The electron-emitting device 4a includes a substrate thin film electrode 20 formed on a flexible substrate 19, a thin film electrode 9, and an electron acceleration layer 8 sandwiched between them. The substrate thin film electrode 20 and the thin film electrode 9 are connected to the first voltage application unit 10. The electron-emitting device 4a applies a first voltage between the substrate thin film electrode 20 and the thin film electrode 9, thereby causing electrons generated by the substrate thin film electrode 20 to flow between the substrate thin film electrode 20 and the thin film electrode 9 (that is, , The electron acceleration layer 8) accelerates and electrons are emitted from the thin film electrode 9.

このように、電子放出素子４ａをフレキシブルな表面によって形成することにより、テレビのキャビネット部に熱交換機能を搭載することも可能であり、液晶テレビの薄型化とテレビの発熱部の熱交換とを同時に行うことができる。   In this way, by forming the electron-emitting device 4a with a flexible surface, it is possible to mount a heat exchange function in the cabinet of the television, and the thinning of the liquid crystal television and the heat exchange of the heat generating portion of the television can be achieved. Can be done simultaneously.

〔第５実施形態〕
次に、この発明の第５実施形態に係る熱交換装置１ｆについて、図９に基づいて説明すると以下の通りである。 [Fifth Embodiment]
Next, a heat exchange device 1f according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図９に示すように、第１ファン１７ａとエアフィルタ１８とを併用してもよい。第１ファン１７ａは、エアフィルタ１８とともに送風管１５内に設置され、エアフィルタ１８を介して空気流２０２ａを薄膜電極９と被熱交換体２との間の空気中に送風する。空気流２０２ａの送風方向は、イオン風２０１の送風方向を横切る方向である。エアフィルタ１８は、空気流２０２ａ中のダストを捕集・濾過するフィルタである。このように、第１ファン１７ａとエアフィルタ１８とを併用することで、薄膜電極９と被熱交換体２との間の部分の空気層を交換することができるため、効率よく被熱交換体２と熱交換することが可能となる。同時に、第１ファン１７ａにより供給された空気は、イオン風２０１発生のための空気の供給源となる。   As shown in FIG. 9, the first fan 17a and the air filter 18 may be used in combination. The first fan 17 a is installed in the blow pipe 15 together with the air filter 18, and blows the air flow 202 a into the air between the thin film electrode 9 and the heat exchanger 2 through the air filter 18. The blowing direction of the air flow 202a is a direction that crosses the blowing direction of the ion wind 201. The air filter 18 is a filter that collects and filters dust in the air flow 202a. Thus, since the air layer of the part between the thin film electrode 9 and the heat exchanger 2 can be replaced | exchanged by using the 1st fan 17a and the air filter 18 together, it is efficient. 2 and heat exchange. At the same time, the air supplied by the first fan 17a becomes an air supply source for generating the ion wind 201.

〔第６実施形態〕
次に、この発明の第６実施形態に係る熱交換装置１ｇについて、図１０、図１１に基づいて説明すると以下の通りである。 [Sixth Embodiment]
Next, a heat exchange device 1g according to a sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

熱交換装置１ｇは、複数の開口部１６ｂを有する電子放出素子４ｂを用いる以外は、第１実施形態に係る熱交換装置１と同じ構造を有する。
熱交換装置１ｇは、図１０に示すようにホール電極１１に対向する複数の開口部１６ｂを有する電子放出素子４ｂを備え、薄膜電極９ｂとホール電極１１との間に生じたイオン風２０１をホール電極１１に送りやすくするため、電極基板７の表面から開口部１６ｂを介して空気流２０２ｂを吸い込み、薄膜電極９ｂと被熱交換体２の間の部分の空気層を交換する。 The heat exchange device 1g has the same structure as the heat exchange device 1 according to the first embodiment except that the electron-emitting device 4b having a plurality of openings 16b is used.
As shown in FIG. 10, the heat exchange device 1 g includes an electron-emitting device 4 b having a plurality of openings 16 b facing the hole electrode 11, and the ion wind 201 generated between the thin film electrode 9 b and the hole electrode 11 is evacuated. In order to make it easy to send to the electrode 11, the airflow 202b is sucked from the surface of the electrode substrate 7 through the opening 16b, and the air layer in the portion between the thin film electrode 9b and the heat exchange body 2 is exchanged.

図１１は、複数の開口部１６ｂからなるメッシュ構造１６を有する電子放出素子４ｂを示す斜視図である。図１１に示すように、電子放出素子４ｂの薄膜電極９ｂから放出された電子と空気中の空気分子との衝突により発生したイオン風２０１は、ホール電極１１の貫通孔１１ｈを通って被熱交換体２に到達する。一方、電子放出素子４ｂ、複数の開口部１６ｂを有しており、このようなイオン風２０１の流れによって、開口部１６ｂを介して電極基板７の表面から空気流２０２ｂが吸い込まれる。このようにして開口部１６ｂから吸い込まれた空気流２０２ｂは、開口部１６ｂを通過した後、薄膜電極９の表面から放出され、薄膜電極９ｂと被熱交換体２の間の部分の空気を交換するだけでなく、イオン風２０１発生のための空気の供給源にもなる。   FIG. 11 is a perspective view showing an electron-emitting device 4b having a mesh structure 16 composed of a plurality of openings 16b. As shown in FIG. 11, the ion wind 201 generated by the collision between the electrons emitted from the thin film electrode 9b of the electron-emitting device 4b and the air molecules in the air passes through the through-hole 11h of the hole electrode 11 and exchanges heat. Reach body 2. On the other hand, the electron-emitting device 4b has a plurality of openings 16b, and the airflow 202b is sucked from the surface of the electrode substrate 7 through the openings 16b by such a flow of the ion wind 201. The air flow 202b sucked from the opening 16b in this way passes through the opening 16b and is then released from the surface of the thin film electrode 9 to exchange the air in the portion between the thin film electrode 9b and the heat exchanger 2. In addition to this, it also serves as a supply source of air for generating the ion wind 201.

〔第７実施形態〕
次に、第７実施形態に係る熱交換装置１ｈについて、図１２を用いて説明する。
図１２に示すように、電極基板７に接続した送風管１５内に電極基板７に対向し電極基板７から薄膜電極９ｂの方向に開口部１６ｂを通過する空気流を形成する第２ファン１７ｂが設置されている。このように、第２ファン１７ｂを用いることで、開口部１６ｂを通して薄膜電極９ｂと被熱交換体２の間の部分の空気層を交換することができるため、効率よく被熱交換体２と熱交換することが可能となり、またイオン風２０１発生のための空気の供給源にもなる。さらに、イオン風２０１による気流速度が不十分である場合、すなわち、薄膜電極９ｂとホール電極１１との間の電界が弱く、イオン風２０１が弱い場合であっても、空気流２０２ｂに乗ってイオン風２０１の風力が増加するため、熱交換効果を増大させることができる。 [Seventh Embodiment]
Next, a heat exchange device 1h according to a seventh embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 12, a second fan 17b that forms an air flow that faces the electrode substrate 7 and passes through the opening 16b in the direction from the electrode substrate 7 to the thin film electrode 9b is disposed in the air duct 15 connected to the electrode substrate 7. is set up. Thus, since the air layer of the part between the thin film electrode 9b and the heat exchanger 2 can be exchanged through the opening 16b by using the second fan 17b, the heat exchanger 2 and the heat can be efficiently exchanged. It can be exchanged, and also serves as an air supply source for generating the ion wind 201. Further, even when the air velocity by the ion wind 201 is insufficient, that is, even when the electric field between the thin film electrode 9b and the hole electrode 11 is weak and the ion wind 201 is weak, the ion wind 201 rides on the air stream 202b. Since the wind force of the wind 201 increases, the heat exchange effect can be increased.

〔第８実施形態〕
（この発明の熱交換装置の冷却装置としての利用について）
この発明の第１〜第７実施形態に係る熱交換装置は、冷却装置に適用できる。このような構成の加熱装置の用途としては、液晶テレビやノートパソコン、冷蔵庫等の生活家電のような用途が挙げられる。特に、ヒートシンクによらずにイオン風発生のための電界形成を行い、いかなるサイズや形状の冷却対象に対しても高い冷却性能が発揮されるため、装置の小型化が可能になる。ここでは、図５に示される熱交換装置１ｂを冷却装置として利用した実施形態について説明する。 [Eighth Embodiment]
(About use of the heat exchange device of the present invention as a cooling device)
The heat exchange device according to the first to seventh embodiments of the present invention can be applied to a cooling device. Applications of the heating device having such a configuration include applications such as household appliances such as liquid crystal televisions, notebook computers, and refrigerators. In particular, an electric field is generated for generating an ion wind without using a heat sink, and a high cooling performance is exhibited for a cooling target of any size and shape, so that the apparatus can be miniaturized. Here, an embodiment in which the heat exchange device 1b shown in FIG. 5 is used as a cooling device will be described.

この発明の冷却装置の例としては、例えば、液晶テレビのキャビネット部に第２実施形態に係る熱交換装置１ｂを搭載する場合が挙げられる。この場合、被冷却体３１としての液晶テレビの発熱部に接触させたヒートシンク３ａの放熱面２２に対向するように熱交換装置１ｂを設置して、ホール電極１１ｓを介してイオン風２０１をヒートシンク３ａに放出することによって、被冷却体３１としての液晶テレビの発熱部とヒートシンク３ａとの間で熱交換することで冷却可能となる。   As an example of the cooling device of this invention, the case where the heat exchange apparatus 1b which concerns on 2nd Embodiment is mounted in the cabinet part of a liquid crystal television, for example is mentioned. In this case, the heat exchange device 1b is installed so as to face the heat radiating surface 22 of the heat sink 3a brought into contact with the heat generating part of the liquid crystal television as the cooled body 31, and the ion wind 201 is sent through the hole electrode 11s to the heat sink 3a. By discharging to the heat sink 3a, the heat can be cooled by exchanging heat between the heat generating portion of the liquid crystal television as the cooled object 31 and the heat sink 3a.

図１３は、この発明の第８実施形態に係る冷却装置３０１の構成を示す断面図である。冷却装置３０１は、電極基板７と薄膜電極９とそれらの間に挟まれた電子加速層８とを有する電子放出素子４と、薄膜電極９から離れて薄膜電極９に対向し、少なくとも１つの貫通孔を有するホール電極１１ｓと、ホール電極１１ｓと被冷却体３１との間に被冷却体３１に接触し、ホール電極１１ｓに対向する放熱面２２に凹凸を有するヒートシンク３ａとを備える。冷却装置３０１において、電子放出素子４は、薄膜電極９から空気中に電子を放出して、負イオンを生成し、第２電圧によって負イオンからなるイオン風２０１を生成する。イオン風２０１は、ホール電極１１ｓの貫通孔を通過してヒートシンク３ａの放熱面２２へ放出され、被冷却体３１を冷却する。   FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of a cooling device 301 according to the eighth embodiment of the present invention. The cooling device 301 includes an electron-emitting device 4 having an electrode substrate 7, a thin-film electrode 9, and an electron acceleration layer 8 sandwiched between them, and faces the thin-film electrode 9 away from the thin-film electrode 9, and at least one penetration A hole electrode 11s having a hole, and a heat sink 3a that is in contact with the object to be cooled 31 between the hole electrode 11s and the object to be cooled 31 and has unevenness on the heat radiation surface 22 facing the hole electrode 11s are provided. In the cooling device 301, the electron-emitting device 4 emits electrons from the thin film electrode 9 into the air to generate negative ions, and generates an ion wind 201 made of negative ions by the second voltage. The ion wind 201 passes through the through hole of the hole electrode 11 s and is discharged to the heat radiation surface 22 of the heat sink 3 a to cool the cooled object 31.

このように、被冷却体３１に放熱面２２を有するヒートシンク３ａを接触させて、ヒートシンク３ａと被冷却体３１との間で熱交換を行う構成とすることにより、ホール電極１１ｓから放出されたイオン風２０１をヒートシンク３ａの放熱面２２に放出して、より多くの空気中の分子に対して熱を伝達することができるため、放熱効果が増大し、被冷却体３１の冷却効果を向上できる。   As described above, the heat sink 3a having the heat radiating surface 22 is brought into contact with the cooled body 31 so that heat exchange is performed between the heat sink 3a and the cooled body 31. Since the wind 201 can be emitted to the heat radiation surface 22 of the heat sink 3a and heat can be transmitted to more molecules in the air, the heat radiation effect is increased and the cooling effect of the cooled object 31 can be improved.

一方、従来のファンによる送風のみでは、被冷却体３１表面の空気流の流速が０となり、最も熱を逃がしたい部分の空気が置換されず、冷却効率が悪い場合がある。しかしながら、イオン風２０１として送られる空気の中に負イオンのような荷電粒子が含まれていると、被熱冷却体３１近傍に近づいたときにイオン風２０１が電気的な力によって被冷却体３１の表面に引き寄せられるため、被冷却体３１の表面近傍においてもイオン風２０１の流速が０とはならず、被冷却体３１の表面近傍の空気を効率よく入れ替えることが可能となる。それゆえ、従来のファンによる送風と比べ、この発明に係る冷却装置３０１は、冷却効率が格段に上がる。   On the other hand, the air flow velocity on the surface of the object to be cooled 31 becomes 0 only by the air blow by the conventional fan, and the air in the portion where heat is most desired to be released is not replaced, and the cooling efficiency may be poor. However, when charged particles such as negative ions are contained in the air sent as the ion wind 201, the ion wind 201 is electrically cooled by the electric force when approaching the vicinity of the heat cooled body 31. Therefore, even in the vicinity of the surface of the cooled object 31, the flow velocity of the ion wind 201 does not become zero, and the air in the vicinity of the surface of the cooled object 31 can be replaced efficiently. Therefore, the cooling efficiency of the cooling device 301 according to the present invention is significantly increased as compared with the air blowing by the conventional fan.

冷却装置３０１は、ヒートシンク３ａによらずにイオン風２０１生成のための電界形成を行うため、それによって形成された電界は、薄膜電極９のサイズ１０３とホール電極１１ｓのサイズ１０４との相対的な関係によって決まるため、ヒートシンク３ａのサイズ１０５によらず、薄膜電極９からホール電極１１ｓに向かって集中する電界形成が可能となり、強いイオン風２０１を常に生成することができる。また、薄膜電極９に対するホール電極１１ｓの相対的な位置や傾き等を制御する制御部を設けることにより、ヒートシンク３ａ上の任意の領域にイオン風２０１を集中して放出することができるため、発熱領域の変化に対応した効果的な冷却が可能となる。   Since the cooling device 301 forms an electric field for generating the ion wind 201 without using the heat sink 3a, the electric field formed thereby is relative to the size 103 of the thin film electrode 9 and the size 104 of the hole electrode 11s. Since it depends on the relationship, it is possible to form an electric field concentrated from the thin film electrode 9 toward the hole electrode 11s regardless of the size 105 of the heat sink 3a, and a strong ion wind 201 can always be generated. Further, by providing a control unit that controls the relative position and inclination of the hole electrode 11 s with respect to the thin film electrode 9, the ion wind 201 can be concentrated and emitted to an arbitrary region on the heat sink 3 a. Effective cooling corresponding to the change of the region is possible.

〔第９実施形態〕
（この発明の熱交換装置の加熱装置としての利用について）
この発明の第１〜第７実施形態に係る熱交換装置は、冷却装置だけでなく加熱装置にも適用できる。このような構成の加熱装置の用途としては、例えば、効率よく温風を発生するファンヒーターや、焼却炉で発生し廃熱となる高温気体を熱源として暖房に利用するような廃熱利用暖房システムのような用途が挙げられる。特に、ヒートシンクによらずイオン風発生のための電界形成を行い、いかなるサイズや形状の熱源を用いても高い加熱性能を発揮されるため、装置の小型化が可能になる。 [Ninth Embodiment]
(Regarding the use of the heat exchange device of the present invention as a heating device)
The heat exchange device according to the first to seventh embodiments of the present invention can be applied not only to a cooling device but also to a heating device. Applications of the heating device having such a configuration include, for example, a fan heater that efficiently generates hot air, and a waste heat utilization heating system that uses a high-temperature gas generated in an incinerator as waste heat for heating. Applications such as In particular, since an electric field for generating an ion wind is generated regardless of a heat sink and a high heating performance is exhibited regardless of the heat source of any size and shape, the apparatus can be miniaturized.

この発明の加熱装置の構成としては、例えば、効率よく熱風を発生させて低温体を加熱する構成（ｉ）および高温の空気で低温の導電固体を加熱する構成（ii）が挙げられる。   Examples of the configuration of the heating device of the present invention include a configuration (i) in which hot air is efficiently generated to heat a low-temperature body and a configuration (ii) in which a low-temperature conductive solid is heated with high-temperature air.

効率よく熱風を発生させて低温体を加熱する構成（Ｉ）の場合、この発明の第５実施形態に係る熱交換装置１ｆと同じ構成で、効率よく熱交換した高温の空気を送風して、加熱に利用することができる。すなわち、図９に示される熱交換装置１ｆにおいて、イオン風２０１により発熱部としての被熱交換体２の表面近傍の空気との間で熱交換を行うことで被熱交換体２を冷却する一方で、被熱交換体２の表面から熱が放出されるため、被熱交換体２の表面近傍の空気は高温になる。構成（ｉ）は、この被熱交換体２の表面近傍の高温の空気を、第１ファン１７ａに対向する位置に設置された低温体に向けて送風することにより、低温体を効率よく加熱できる。   In the case of the configuration (I) that efficiently generates hot air and heats the low temperature body, in the same configuration as the heat exchange device 1f according to the fifth embodiment of the present invention, the hot air that is efficiently heat exchanged is blown, It can be used for heating. That is, in the heat exchange device 1f shown in FIG. 9, the heat exchanger 2 is cooled by exchanging heat with the air near the surface of the heat exchanger 2 as a heat generating portion by the ion wind 201. Since heat is released from the surface of the heat exchanger 2, the air in the vicinity of the surface of the heat exchanger 2 has a high temperature. The configuration (i) can efficiently heat the low-temperature body by blowing high-temperature air near the surface of the heat exchange body 2 toward the low-temperature body installed at a position facing the first fan 17a. .

一方、高温の空気で低温体を加熱する構成（ii）の場合、この発明の第６実施形態に係る熱交換装置１ｇと同じ構成を用いることができる。すなわち、図１０に示される熱交換装置１ｇにおいて、例えば、焼却炉で発生し廃熱となる高温気体を熱源として、電極基板７の表面から高温の空気流２０２ｂを吸い込み、薄膜電極９と被熱交換体２との間に供給する。構成（ii）は、薄膜電極９とホール電極１１との間に供給された高温の空気から生成された高温のイオン風２０１を、ホール電極１１を介して、被熱交換体２としての低温体に送風することにより、低温体を効率よく加熱できる。このように、この発明の熱交換装置を加熱装置に利用すれば、ファンを用いることなく、非常に効率のよい廃熱利用暖房システムが実現可能となる。   On the other hand, in the case of the configuration (ii) in which the low-temperature body is heated with high-temperature air, the same configuration as the heat exchange device 1g according to the sixth embodiment of the present invention can be used. That is, in the heat exchanging apparatus 1g shown in FIG. 10, for example, a high-temperature gas generated in an incinerator and used as waste heat is used as a heat source, and a high-temperature air stream 202b is sucked from the surface of the electrode substrate 7 to It supplies between the exchange bodies 2. In the configuration (ii), a high-temperature ion wind 201 generated from high-temperature air supplied between the thin film electrode 9 and the hole electrode 11 is converted into a low-temperature body as the heat exchanger 2 via the hole electrode 11. The low temperature body can be efficiently heated by blowing air. Thus, if the heat exchange apparatus of this invention is utilized for a heating apparatus, a highly efficient waste heat utilization heating system can be realized without using a fan.

さらに、メッシュ状のホール電極１１ｂそのものを熱源として利用することにより、狭いスペースで効率よく熱風を発生させて低温体を加熱することもできる。ここでは、第９実施形態に係る加熱装置３０２について、図１４に基づいて説明する。   Furthermore, by using the mesh-shaped hole electrode 11b itself as a heat source, it is possible to efficiently generate hot air in a narrow space to heat the low-temperature body. Here, the heating apparatus 302 according to the ninth embodiment will be described with reference to FIG.

図１４は、この発明の第９実施形態に係る加熱装置の構成を示す断面図である。加熱装置３０２は、電子放出素子４と、薄膜電極９から離れて薄膜電極９に対向し、複数の貫通孔を有するメッシュ状のホール電極１１ｂとを備える。ここで（図示しない）加熱部によりホール電極１１ｂを被熱交換体２よりも高温に加熱し、複数の貫通孔１１ｈにイオン風２０１を通過させることにより、高温のイオン風が生成される。このようにして生成された高温のイオン風２０１を被熱交換体２に放出し、被熱交換体２の表面近傍の空気との間で熱交換を行うことで、効率的に被熱交換体２を加熱できる。このように、この発明の熱交換装置を加熱装置に利用することにより、狭いスペースで効率の高い加熱装置が実現可能となる。   FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the heating apparatus according to the ninth embodiment of the present invention. The heating device 302 includes the electron-emitting device 4 and a mesh-shaped hole electrode 11b that is separated from the thin film electrode 9 and faces the thin film electrode 9 and has a plurality of through holes. Here, the heating unit (not shown) heats the hole electrode 11b to a temperature higher than that of the heat exchanger 2, and passes the ion wind 201 through the plurality of through holes 11h, thereby generating a high-temperature ion wind. The high-temperature ion wind 201 generated in this way is discharged to the heat exchanger 2, and heat exchange is performed with the air in the vicinity of the surface of the heat exchanger 2, thereby efficiently performing the heat exchanger. 2 can be heated. Thus, by using the heat exchange device of the present invention for a heating device, a highly efficient heating device can be realized in a narrow space.

また、薄膜電極９に対するホール電極１１ｂの相対的な位置や傾き等を制御する制御部を設けることにより、被熱交換体２上の任意の領域に高温のイオン風２０１を集中して放出されるように制御することもできるため、効果的な加熱が可能となる。なお、ホール電極１１ｂの形状はメッシュ状に限らず、イオン風２０１が貫通孔１１ｈを通過することによりホール電極１１ｂから熱を受容できるのであれば、どのような形状であってもよい。   Further, by providing a control unit for controlling the relative position and inclination of the hole electrode 11b with respect to the thin film electrode 9, the high-temperature ion wind 201 is concentrated and released in an arbitrary region on the heat exchanger 2. Therefore, effective heating is possible. The shape of the hole electrode 11b is not limited to a mesh shape, and may be any shape as long as the ion wind 201 can receive heat from the hole electrode 11b by passing through the through hole 11h.

この発明は上述した各実施形態および変形例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についてもこの発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made within the scope of the claims, and obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Embodiments to be made are also included in the technical scope of the present invention.

この発明の熱交換装置は、電極間距離を狭くしても安定的にイオン風２０１を放出することが可能であるため、装置を小型化できる。また狭いスペースで効率的に冷却することが必要であり、かつファンの風切騒音を抑制することが必要な、液晶テレビ、ノートパソコン等の冷却装置や、効率よく温風を発生するファンヒーター、焼却炉で発生し廃熱となる高温気体を熱源として暖房に利用するような廃熱利用暖房システムのような用途に利用可能である。   Since the ion exchange 201 can be stably discharged even if the distance between the electrodes is narrowed, the heat exchange device of the present invention can be downsized. In addition, cooling devices such as LCD TVs and notebook computers that require efficient cooling in a small space and must suppress wind noise from the fans, fan heaters that generate hot air efficiently, It can be used in applications such as a waste heat utilization heating system in which a high-temperature gas generated in an incinerator and used as waste heat is used as a heat source for heating.

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ：熱交換装置
２：被熱交換体
３，３ａ：ヒートシンク
４，４ａ，４ｂ：電子放出素子
５：第２電圧印加部
６：アース
７：電極基板
８：電子加速層
９，９ｂ：薄膜電極
１０：第１電圧印加部
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｓ：ホール電極
１１ｈ：貫通孔
１２：絶縁体微粒子
１３：導電体微粒子
１４ａ：第１フード
１４ｂ：第２フード
１５：送風管
１６：メッシュ構造
１６ｂ：開口部
１７ａ：第１ファン
１７ｂ：第２ファン
１８：エアフィルタ
１９：フレキシブル基材
２０：基板薄膜電極
２１：第３電圧印加部
２２：放熱面
１００：薄膜電極と被熱交換体またはヒートシンクとの間の距離
１０１：薄膜電極とホール電極との間の距離
１０２：ホール電極と被熱交換体またはヒートシンクとの間の距離
１０３：薄膜電極の電子放出面のサイズ
１０４，１０４ａ，１０４ｂ：ホール電極のサイズ
１０５：ヒートシンクのサイズ
２０１：イオン風
２０２ａ，２０２ｂ：空気流
３０１：冷却装置
３０２：加熱装置 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h: heat exchange device 2: heat exchanger 3, 3a: heat sink 4, 4a, 4b: electron-emitting device 5: second voltage application unit 6: Earth 7: Electrode substrate 8: Electron acceleration layer 9, 9b: Thin film electrode 10: First voltage application unit 11, 11a, 11b, 11s: Hall electrode 11h: Through hole 12: Insulator fine particle 13: Conductor fine particle 14a: No. 1 hood 14b: second hood 15: blower pipe 16: mesh structure 16b: opening 17a: first fan 17b: second fan 18: air filter 19: flexible substrate 20: substrate thin film electrode 21: third voltage application unit 22: Heat radiation surface 100: Distance between thin film electrode and heat exchanger or heat sink 101: Distance between thin film electrode and hole electrode 102: Between hole electrode and heat exchanger or heat sink Distance 103: the size of the electron emitting surface of the thin-film electrode 104, 104a, 104b: the size of the hole electrode 105: the size of the heat sink 201: ion wind 202a, 202b: airflow 301: Cooling unit 302: heating device

Claims (16)

電極基板と薄膜電極とそれらの間に挟まれた電子加速層とを有する電子放出素子と、
前記薄膜電極から離れて前記薄膜電極に対向し、少なくとも１つの貫通孔を有するホール電極とを備え、
前記ホール電極は、前記薄膜電極の電子放出面のサイズよりも小さいサイズを有するように構成され、
前記電子放出素子と前記ホール電極とを空気中に設置して、前記電極基板と前記薄膜電極との間に第１電圧を印加し、前記薄膜電極と前記ホール電極との間に第２電圧を印加したとき、
前記第１電圧によって、前記電極基板で生成された電子が前記電子加速層で加速されて前記薄膜電極から空気中に放出され負イオンを生成し、前記第２電圧によって前記負イオンを含むイオン風が生成されて前記貫通孔を通過して被熱交換体へ放出されるように構成された熱交換装置。 An electron-emitting device having an electrode substrate, a thin-film electrode, and an electron acceleration layer sandwiched between them,
A hole electrode facing the thin film electrode away from the thin film electrode and having at least one through hole;
The Hall electrode is configured to have a size smaller than the size of the electron emission surface of the thin film electrode,
The electron-emitting device and the hole electrode are installed in the air, a first voltage is applied between the electrode substrate and the thin film electrode, and a second voltage is applied between the thin film electrode and the hole electrode. When applied
Electrons generated on the electrode substrate are accelerated by the electron acceleration layer by the first voltage and released from the thin film electrode into the air to generate negative ions, and an ion wind containing the negative ions by the second voltage. Is generated, passes through the through hole, and is discharged to the heat exchanger. 電極基板と薄膜電極とそれらの間に挟まれた電子加速層とを有する電子放出素子と、An electron-emitting device having an electrode substrate, a thin-film electrode, and an electron acceleration layer sandwiched between them,
前記薄膜電極から離れて前記薄膜電極に対向し、少なくとも１つの貫通孔を有するホール電極とを備え、A hole electrode facing the thin film electrode away from the thin film electrode and having at least one through hole;
前記電子放出素子と前記ホール電極とを空気中に設置して、前記電極基板と前記薄膜電極との間に第１電圧を印加し、前記薄膜電極と前記ホール電極との間に第２電圧を印加したとき、The electron-emitting device and the hole electrode are installed in the air, a first voltage is applied between the electrode substrate and the thin film electrode, and a second voltage is applied between the thin film electrode and the hole electrode. When applied
前記第１電圧によって、前記電極基板で生成された電子が前記電子加速層で加速されて前記薄膜電極から空気中に放出され負イオンを生成し、前記第２電圧によって前記負イオンを含むイオン風が生成されて前記貫通孔を通過して被熱交換体へ放出されるように構成され、Electrons generated on the electrode substrate are accelerated by the electron acceleration layer by the first voltage and released from the thin film electrode into the air to generate negative ions, and an ion wind containing the negative ions by the second voltage. Is generated and passed through the through hole and discharged to the heat exchanger,
前記薄膜電極と前記ホール電極との間に絶縁性の第１フードをさらに備え、An insulating first hood is further provided between the thin film electrode and the hole electrode,
前記第１フードは、前記薄膜電極から前記ホール電極に近づくに従って先細りになった内面を有するように構成される熱交換装置。The first hood is a heat exchange device configured to have an inner surface that is tapered from the thin film electrode toward the hole electrode. 前記ホール電極は、リング状、パンチングメタル状またはメッシュ状のいずれか１つの形状を有する請求項１または２に記載の熱交換装置。   The heat exchange apparatus according to claim 1 or 2, wherein the hole electrode has any one of a ring shape, a punching metal shape, and a mesh shape. 前記薄膜電極と前記ホール電極との間に絶縁性の第１フードをさらに備え、
前記第１フードは、前記薄膜電極から前記ホール電極に近づくに従って先細りになった内面を有するように構成される請求項１または３に記載の熱交換装置。 An insulating first hood is further provided between the thin film electrode and the hole electrode,
The heat exchange device according to claim 1 or 3 , wherein the first hood is configured to have an inner surface that is tapered from the thin film electrode toward the hole electrode. 前記ホール電極と前記被熱交換体との間に絶縁性の第２フードをさらに備え、
前記第２フードは、前記ホール電極から前記被熱交換体に近づくに従って末広がりになった内面を有するように構成される請求項２ないし４のいずれか１つに記載の熱交換装置。 An insulating second hood is further provided between the hall electrode and the heat exchanger,
The second hood, the heat exchange apparatus according to any one of the the preceding claims 2 configured to have an inner surface that has become divergent in accordance with the hole electrode approaches the exposed heat exchanger 4. 前記薄膜電極および前記ホール電極間に発生する電界の電界強度は、１ｋＶ／ｍ以上である請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換装置。   The heat exchange apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein an electric field strength of an electric field generated between the thin film electrode and the hole electrode is 1 kV / m or more. 前記薄膜電極と前記ホール電極との間の距離は、１０μｍ〜５０ｃｍである請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換装置。   The heat exchange device according to any one of claims 1 to 6, wherein a distance between the thin film electrode and the hole electrode is 10 m to 50 cm. 前記電子加速層は、絶縁体微粒子とその隙間に点在する導電体微粒子から形成される請求項１ないし７のいずれか１つに記載の熱交換装置。   The heat exchange apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the electron acceleration layer is formed of insulating fine particles and conductive fine particles interspersed between the insulating fine particles. 前記絶縁体微粒子は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＴｉＯ2のうちの少なくとも１つか、または有機ポリマーを含む請求項８に記載の熱交換装置。 The heat exchanger according to claim 8, wherein the insulating fine particles include at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 and TiO 2 , or an organic polymer. 前記絶縁体微粒子の平均径は、１０〜１０００ｎｍである請求項８または９に記載の熱交換装置。   The heat exchange device according to claim 8 or 9, wherein the insulating fine particles have an average diameter of 10 to 1000 nm. 前記薄膜電極は、金、炭素、ニッケル、チタン、タングステンおよびアルミニウムのうちの少なくとも１つを有する請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の熱交換装置。   The heat exchange apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the thin film electrode includes at least one of gold, carbon, nickel, titanium, tungsten, and aluminum. 前記薄膜電極と前記被熱交換体との間に前記イオン風の方向を横切る方向に空気流を形成する第１ファンをさらに備えた請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の熱交換装置。   The heat exchange device according to any one of claims 1 to 11, further comprising a first fan that forms an air flow in a direction across the direction of the ion wind between the thin film electrode and the heat exchange body. . 前記電子放出素子は、前記電極基板の表面から前記薄膜電極の表面まで貫通して空気流を通す複数の開口部を有する請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の熱交換装置。   13. The heat exchange device according to claim 1, wherein the electron-emitting device has a plurality of openings that penetrate the air flow from the surface of the electrode substrate to the surface of the thin-film electrode. 前記電極基板に対向し前記電極基板から前記薄膜電極の方向に前記開口部を通過する空気流を形成する第２ファンをさらに備えた請求項１３に記載の熱交換装置。   The heat exchange device according to claim 13, further comprising a second fan that faces the electrode substrate and forms an air flow that passes through the opening in the direction from the electrode substrate to the thin film electrode. 請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の熱交換装置と、前記ホール電極に対向し前記被熱交換体に接触するヒートシンクとを備え、
前記ヒートシンクは、前記ホール電極に対向する放熱面に凹凸を有し、前記放熱面に前記ホール電極から前記イオン風が放出されるように構成された冷却装置。 A heat exchange device according to any one of claims 1 to 14, and a heat sink that faces the hole electrode and contacts the heat exchange body,
The heat sink is a cooling device configured such that a heat radiating surface facing the hole electrode has irregularities, and the ion wind is emitted from the hole electrode to the heat radiating surface. 請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の熱交換装置と、前記ホール電極を前記被熱交換体よりも高温に加熱する加熱部とを備え、
前記加熱部によって加熱された前記ホール電極の貫通孔に前記イオン風を通過させることにより前記被熱交換体よりも高温のイオン風を生成し、前記高温のイオン風が前記被熱交換体に放出されるように構成された加熱装置。 A heat exchange device according to any one of claims 1 to 14, and a heating unit that heats the Hall electrode to a temperature higher than that of the heat exchanger,
By passing the ion wind through the hole of the hole electrode heated by the heating unit, an ion wind having a temperature higher than that of the heat exchanger is generated, and the hot ion wind is discharged to the heat exchanger. A heating device configured to be.
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