(57)【要約】【課題】  消費電力量を大幅に低減した空調装置を提供することにある。【解決手段】  この発明の空調装置は、室内を冷却または加熱する冷温ユニット２０を備える。この冷温ユニット２０は、真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置を備えるので、ペルチェ素子の冷却機構よりも消費電力を大幅に減らすことができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
区画された空間内の空気を調和する装置であって、
上記空間内の空気を吸引し、この吸引された空気を冷却または加熱し、この冷却または加熱された空気を上記空間内に排出する冷温ユニットを備え、
この冷温ユニットは、上記吸引された空気を、直接的にまたは間接的に、冷却または加熱すると共に吸熱側と放熱側とが熱的に分離された真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置を有することを特徴とする空調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空調装置において、
上記冷温ユニットは、
上記電子ヒートポンプ装置に熱的に連結された熱交換フィンと、
この熱交換フィンに空気を導くと共にこの熱交換フィンを介して冷却または加熱された空気を排出するファンと
を有することを特徴とする空調装置。
【請求項３】
請求項２に記載の空調装置において、
上記冷温ユニットは、上記熱交換フィンに対向して配置されると共にこの熱交換フィンに対向する対向面が凹凸形状である熱交換攪拌部材を有することを特徴とする空調装置。
【請求項４】
請求項１に記載の空調装置において、
上記冷温ユニットは、
熱媒体が流れる循環流路と、
この循環流路に設けられて上記熱媒体を循環させるポンプと、
上記循環流路に設けられると共に上記電子ヒートポンプ装置に熱的に連結される第１の熱交換器と、
上記循環流路に設けられると共に上記熱媒体と上記空気とを熱交換する第２の熱交換器と、
この第２の熱交換器に上記空気を導くと共にこの第２の熱交換器を介して冷却または加熱された空気を排出するファンと
を有することを特徴とする空調装置。
【請求項５】
請求項１に記載の空調装置において、
上記電子ヒートポンプ装置における上記吸熱側と上記放熱側との間には、上記吸熱側と上記放熱側とを熱的に分離するための熱的に絶縁性のスペーサ部が存在することを特徴とする空調装置。
【請求項６】
請求項１に記載の空調装置において、
上記電子ヒートポンプ装置は、
第１の電極基板と、
この第１の電極基板に、電気および熱が伝導可能なように、一面が連結された第１の半導体基板と、
この第１の半導体基板の他面に設けられた第１の内部電極と、
第２の電極基板と、
この第２の電極基板に、電気および熱が伝導可能なように、一面が連結された第２の半導体基板と、
この第２の半導体基板の他面に設けられた第２の内部電極と
を備え、
上記第１の内部電極と上記第２の内部電極とは、隙間をあけて対向するように配置され、
かつ、上記第１の半導体基板と上記第２の半導体基板との内の少なくとも一方には、上記第１の内部電極と上記第２の内部電極との間の上記隙間を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性のスペーサ部が一体に形成されており、
さらに、上記第１の電極基板と上記第２の電極基板との間に配置されて上記第１の電極基板と上記第２の電極基板との間隔を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性の間隔保持部材と、
上記第１の電極基板と上記第２の電極基板との間の真空を維持する封止部材と
を備えることを特徴とする空調装置。
【請求項７】
請求項６に記載の空調装置において、
上記第１の電極基板および上記第２の電極基板は、それぞれ、中空部を有することを特徴とする空調装置。
【請求項８】
請求項６に記載の空調装置において、
上記第１の電極基板および上記第２の電極基板は、それぞれ、中実であることを特徴とする空調装置。
【請求項９】
請求項８に記載の空調装置において、
上記第１の電極基板および上記第２の電極基板は、それぞれ、略直方体状であることを特徴とする空調装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の空調装置において、
上記電子ヒートポンプ装置は、複数存在し、この複数の電子ヒートポンプ装置は、電気的に接続されて、モジュール化されていることを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、室内や車内等に設置される空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の第１の空調装置では、図１７に示すように、圧縮機（コンプレッサ）１２０１、第１の熱交換器１２０２、膨張弁１２０３および第２の熱交換器１２０４が、順次、環状に連結されて冷凍サイクルを形成し、冷媒を圧縮または放熱した際の吸熱または放熱温度を利用していた（特開平９−１９６４１５号公報：特許文献１参照）。
【０００３】
上記圧縮機１２０１を用いることで、冷媒の温度差を発生させ、上記圧縮機１２０１と上記第１の熱交換器１２０２との間の流路、および、上記圧縮機１２０１と上記第２の熱交換器１２０４との間の流路に設けられた四方弁１２０５により、室内と室外への冷媒搬送方向を切り替えることで、冷房と暖房を切り替えていた。
【０００４】
すなわち、図１８Ａに示すように、上記四方弁１２０５の流路を切り替えることで、室内は冷房される一方、図１８Ｂに示すように、上記四方弁１２０５の流路を切り替えることで、室内は暖房される。ここで、図中、上記四方弁１２０５において、（ｉ）は、上記圧縮機１２０１の吐出側に連結され、（ｉｖ）は、上記圧縮機１２０１の吸込側に連結され、（ｉｉ）は、上記第１の熱交換器１２０２に連結され、（ｉｉｉ）は、上記第２の熱交換器１２０４に連結される。
【０００５】
具体的に述べると、図１８Ａに示す場合では、低温中圧の冷媒が、上記圧縮機１２０１にて高温高圧液になり、（ｉ）から（ｉｉ）へ流れて、室外の上記第１の熱交換器（凝縮器）１２０２にて放熱される。そして、この第１の熱交換器１２０２にて放熱されて低温高圧液になった冷媒は、上記膨張弁１２０３を通って膨張し、低温低圧液になる。その後、この低温低圧液の冷媒は、室内の上記第２の熱交換器（蒸発器）１２０４で蒸発し、室内から熱を奪って、中温低圧ガスになり、（ｉｉｉ）から（ｉｖ）へ流れて、上記圧縮機１２０１へ流入する。
【０００６】
一方、図１８Ｂに示す場合では、低温中圧の冷媒が、上記圧縮機１２０１にて高温高圧液になり、（ｉ）から（ｉｉｉ）へ流れて、室内の上記第２の熱交換器（凝縮器）１２０４にて放熱される。そして、この第２の熱交換器１２０４にて放熱されて低温高圧液になった冷媒は、上記膨張弁１２０３を通って膨張し、低温低圧液になる。その後、この低温低圧液の冷媒は、室外の上記第１の熱交換器（蒸発器）１２０２で蒸発し、室外から熱を奪って、中温低圧ガスになり、（ｉｉ）から（ｉｖ）へ流れて、上記圧縮機１２０１へ流入する。
【０００７】
従来の第２の空調装置では、図１９に示すように、ペルチェ素子１３０１を室外機の冷媒強制巡回の流路に介在させ、このペルチェ素子１３０１の一方の面と室外側の第１の熱交換器１３０２とを流路を介して接続し、このペルチェ素子１３０１の他方の面と室内側の第２の熱交換器１３０３とを流路を介して接続していた。なお、上記ペルチェ素子１３０１への電圧電流印加方向を逆方向にすることで、冷房と暖房との切り替えが可能になる（特開平９−１５９２４２号公報：特許文献２参照）。
【０００８】
従来の第３の空調装置では、図２０に示すように、ペルチェ素子１４０１を室内機内の送風ファン１４０２の周囲に近接させ、この送風ファン１４０２にて室内への送風を行なっていた。この場合も、上記ペルチェ素子１４０１への電圧電流印加方向を逆方向にすることで、冷房暖房の切り替えが可能になる（特開平６−１４７５２４号公報：特許文献３参照）。
【０００９】
従来の第４の空調装置では、図２１に示すように、ペルチェ素子１５０１の一面に第１のヒートシンク１５０２を接続し、ペルチェ素子１５０１の他面に第２のヒートシンク１５０３を接続していた。そして、上記ペルチェ素子１５０１の上方で送風ファン１５０４を動作させることで、下方に冷風と温風を排出していた（特開２００２−１３７５７号公報：特許文献４参照）。
【００１０】
従来の第５の空調装置は、図２２に示すように、一般的な構造のカーエアコンであり、このカーエアコンの冷却空調の仕組みを説明すると、コンプレッサ１６０１にて圧縮された冷媒（エアコンガス）が高温高圧の半液体の状態でコンデンサ１６０２に入り、ファン１６０３で冷却されることで液体になり、レシーバ１６０４にて液化されなかった液冷媒と分離され、乾燥剤やストレーナによって水分や不純物を除去され、エキスパンションバルブ１６０５からエバポレータ１６０６内へ液化冷媒を噴射して一気に気化させることで、上記エバポレータ１６０６を冷却し、上記送風ファン１６０３で車内へ冷風を取り込む。
【００１１】
しかしながら、上記従来の第１から第５の空調装置には、以下の問題があった。
【００１２】
上記従来の第１の空調装置では、上記圧縮機１２０１の動作時に発生する振動からなる騒音が問題となっていた。
【００１３】
また、上記従来の第２、第３および第４の空調装置では、上記ペルチェ素子１３０１，１４０１，１５０１にて室内の冷房または暖房を行っているので、例えば、上記ペルチェ素子１３０１，１４０１，１５０１にて室内を冷却する場合、このペルチェ素子１３０１，１４０１，１５０１の冷却効率は低く、冷却に必要な吸熱量の数倍のエネルギーを投入しなければ十分な冷却性能を得ることができなかった。
【００１４】
これは、図２３に示すように、上記ペルチェ素子１００１の構造が、第１の金属電極１１２１ａ、ｐ型半導体１１０６、第２の金属電極１１２１ｂ、ｎ型半導体１１０７および第３の金属電極１１２１ｃが順に電気的に直列に接続している構造であり、上記ｐ型半導体１１０６から上記ｎ型半導体１１０７に電子が移動するように外部から電圧を加えた場合に、上記第１の金属電極１１２１ａから上記ｐ型半導体１１０６、および、上記ｎ型半導体１１０７から上記第３の金属電極１１２１ｃに電子が移動する接合面では発熱が起こり、逆に、上記ｐ型半導体１１０６から上記第２の金属電極１１２１ｂ、および、上記第２の金属電極１１２１ｂから上記ｎ型半導体１１０７に電子が移動する接合面では吸熱が起こり、上記ｐ型半導体１１０６および上記ｎ型半導体１１０７の両端に温度差が発生するペルチェ効果を応用した素子であるが、上記ｐ型半導体１１０６および上記ｎ型半導体１１０７の内部を、熱伝導による矢印１１２２にて示す熱流があるために、熱変換効率が劣り、所定の冷却能力を得ようとすると、消費電力が大きくなる課題があった。
【００１５】
また、上記ペルチェ素子１３０１，１４０１，１５０１は、有害物質のテルルを材料として使用しており、取扱いを誤ると環境へ悪影響を及ぼす危険性があった。
【００１６】
また、上記従来の第２の空調装置では、室外に上記ペルチェ素子１３０１を設けているため、暴露およびガス汚染によるｐ型半導体とｎ型半導体の変質が生じて、結果として、熱電変換効率が低下する問題があった。
【００１７】
また、上記従来の第３の空調装置では、上記従来の第２の空調装置と比べると、暴露およびガス汚染の影響は低減するが、室外機の狭い空間に上記ペルチェ素子１４０１が搭載されているため、結露によるｐ型半導体とｎ型半導体の変質が生じ、結果として、熱電変換効率が低下する問題があった。
【００１８】
また、上記従来の第４の空調装置では、トイレ等の小空間において冷風と温風を異なる風向に排出できるが、同一の空間に冷風と温風が混在するため、この空間内としては冷房効果が得られない問題があった。
【００１９】
また、上記従来の第５の空調装置では、車載と言う厳しい温度環境の上に、冷媒を高温高圧にして取り扱うため、個々の部品に応力が生じやすく、冷媒の漏れが生じやすい課題があった。また、温度を調整するために、上記エキスパンションバルブ１６０５の噴射量を調整しているが、調整が数段階での調整しかできないため、調整温度の起伏が大きくなる課題があった。
【特許文献１】特開平９−１９６４１５号公報（図３）
【特許文献２】特開平９−１５９２４２号公報（図１）
【特許文献３】特開平６−１４７５２４号公報（図１）
【特許文献４】特開２００２−１３７５７号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
そこで、この発明の課題は、消費電力量を大幅に低減した空調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、この発明の空調装置は、
区画された空間内の空気を調和する装置であって、
上記空間内の空気を吸引し、この吸引された空気を冷却または加熱し、この冷却または加熱された空気を上記空間内に排出する冷温ユニットを備え、
この冷温ユニットは、上記吸引された空気を、直接的にまたは間接的に、冷却または加熱すると共に吸熱側と放熱側とが熱的に分離された真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置を有することを特徴としている。
【００２２】
ここで、上記区画された空間とは、例えば、建物の部屋、浴室、床下、天井、車両、列車、船舶、飛行機、倉庫または収納庫等の内部をいう。また、上記真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置とは、例えば、二つの電極間をナノレベル（例えば、１ｎｍ〜１０ｎｍ）の距離に近づけて真空ギャップを形成し、電圧を印加することでエミッタ側からコレクタ側へ電子トンネル効果を利用した電子放出により、冷却および加熱を行う装置をいう。
【００２３】
この発明の空調装置によれば、吸熱側と放熱側とが熱的に分離された真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置を備えるので、機械的可動部がなくて、従来の圧縮機にあった騒音がない。また、ペルチェ効果を応用しないで、ペルチェ素子の冷却加熱機構よりも消費電力を大幅に減らすことができる。また、ペルチェ素子の材料となる有害物質を使用しないので、環境にやさしいものになる。
【００２４】
また、一実施形態の空調装置では、
上記冷温ユニットは、
上記電子ヒートポンプ装置に熱的に連結された熱交換フィンと、
この熱交換フィンに空気を導くと共にこの熱交換フィンを介して冷却または加熱された空気を排出するファンと
を有する。
【００２５】
この一実施形態の空調装置によれば、上記熱交換フィンを介して空気を効率的に冷却または加熱でき、上記ファンにより、上記空間を迅速に冷却または加熱できる。
【００２６】
また、一実施形態の空調装置では、上記冷温ユニットは、上記熱交換フィンに対向して配置されると共にこの熱交換フィンに対向する対向面が凹凸形状である熱交換攪拌部材を有する。
【００２７】
この一実施形態の空調装置によれば、上記冷温ユニットは、上記熱交換攪拌部材を有するので、上記熱交換フィンと上記熱交換攪拌部材との間に流入する空気を攪拌滞留させ、熱交換効率を高めることができる。具体的に述べると、上記熱交換フィンと上記熱交換攪拌部材との間に空気が流れ込む際、上記熱交換攪拌部材の上記対向面の凹部から凸部に沿って流れる空気は、流速が変わり、かつ、偏向されて上記熱交換フィンの方へ導入される。さらに、上記熱交換攪拌部材の凹部においては、上記熱交換フィンで冷却または加熱された空気が滞留する。このように、上記電子ヒートポンプ装置からの熱をより効率的に熱伝達することができる。
【００２８】
また、一実施形態の空調装置では、
上記冷温ユニットは、
熱媒体が流れる循環流路と、
この循環流路に設けられて上記熱媒体を循環させるポンプと、
上記循環流路に設けられると共に上記電子ヒートポンプ装置に熱的に連結される第１の熱交換器と、
上記循環流路に設けられると共に上記熱媒体と上記空気とを熱交換する第２の熱交換器と、
この第２の熱交換器に上記空気を導くと共にこの第２の熱交換器を介して冷却または加熱された空気を排出するファンと
を有する。
【００２９】
この一実施形態の空調装置によれば、上記熱媒体を介して熱移動を行うので、一層効率のよい熱交換が可能になる。
【００３０】
また、一実施形態の空調装置では、上記電子ヒートポンプ装置における上記吸熱側と上記放熱側との間には、上記吸熱側と上記放熱側とを熱的に分離するための熱的に絶縁性のスペーサ部が存在している。
【００３１】
この一実施形態の空調装置によれば、上記吸熱側と上記放熱側との間のスペーサ部にて、上記吸熱側と上記放熱側とを熱的に分離しているので、例えば、エミッタとコレクタとを熱的に分離するための機構等を別途設ける必要がなくて、小型化および軽量化を図ることができる。
【００３２】
また、一実施形態の空調装置では、上記電子ヒートポンプ装置は、
第１の電極基板と、
この第１の電極基板に、電気および熱が伝導可能なように、一面が連結された第１の半導体基板と、
この第１の半導体基板の他面に設けられた第１の内部電極と、
第２の電極基板と、
この第２の電極基板に、電気および熱が伝導可能なように、一面が連結された第２の半導体基板と、
この第２の半導体基板の他面に設けられた第２の内部電極と
を備え、
上記第１の内部電極と上記第２の内部電極とは、隙間をあけて対向するように配置され、
かつ、上記第１の半導体基板と上記第２の半導体基板との内の少なくとも一方には、上記第１の内部電極と上記第２の内部電極との間の上記隙間を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性のスペーサ部が一体に形成されており、
さらに、上記第１の電極基板と上記第２の電極基板との間に配置されて上記第１の電極基板と上記第２の電極基板との間隔を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性の間隔保持部材と、
上記第１の電極基板と上記第２の電極基板との間の真空を維持する封止部材と
を備える。
【００３３】
ここで、上記第１の電極基板および上記第２の電極基板は、電気的および熱的に伝導性を有するものである。上記第１の半導体基板および上記第２の半導体基板としては、例えば、ｎ型のＳｉ基板（ウエハ）を用いる。上記間隔保持部材としては、例えば、絶縁性のワッシャや、樹脂製のボルト等を用いる。上記封止部材としては、電気的および熱的に絶縁性であり、例えば、低融点のガラスを用いる。上記第１の内部電極は、例えば、上記第１の半導体基板の表面に、導電性材料を薄膜状に形成してなるものである。上記第２の内部電極は、例えば、上記第２の半導体基板の表面に、導電性材料を薄膜状に形成してなるものである。上記隙間は、真空状態において、エミッタ側からコレクタ側に移動する高エネルギー電子をフィルタリングする。上記半導体基板に上記スペーサ部が一体に形成されているとは、例えば、上記半導体基板がＳｉ基板である場合、この基板表面に、例えば、熱酸化を施してＳｉＯ2膜を形成し、このＳｉＯ2膜をエッチングすることで、上記スペーサ部が形成される。
【００３４】
この一実施形態の空調装置によれば、上記第１の半導体基板と上記第２の半導体基板との内の少なくとも一方には、上記隙間を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性のスペーサ部が一体に形成されているので、部品数を減少した簡単な構成で、熱の逆流を防止しつつ、真空ギャップを所定の間隔に確保できる。具体的に述べると、エミッタとコレクタとを熱的に分離するための機構等を別途設ける必要がなくて、部品数を減少でき、小型化、軽量化およびコスト削減を図ることができる。
【００３５】
また、一実施形態の空調装置では、上記第１の電極基板および上記第２の電極基板は、それぞれ、中空部を有する。
【００３６】
ここで、上記第１の電極基板および上記第２の電極基板は、例えば、ＣｕまたはＣｕ合金からなるステムである。
【００３７】
この一実施形態の空調装置によれば、上記第１の半導体基板、上記第２の半導体基板、上記第１の内部電極および上記第２の内部電極は、上記両方の電極基板の中空部に挟まれているので、大気圧の応力影響を受けるのは、上記両方の電極基板の最外部のみとなり、直接に、上記第１の半導体基板、上記第２の半導体基板、上記第１の内部電極および上記第２の内部電極に応力を加えることが無くなって、圧力たわみによる変形および破壊が生じない構造の電子ヒートポンプ装置が実現可能となる。
【００３８】
また、一実施形態の空調装置では、上記第１の電極基板および上記第２の電極基板は、それぞれ、中実である。
【００３９】
ここで、上記第１の電極基板および上記第２の電極基板としては、例えば、タングステン、タングステンカーバイト、銅、シリコン等の材料からなる。
【００４０】
この一実施形態の空調装置によれば、上記第１の電極基板および上記第２の電極基板は、中実であるので、この電子ヒートポンプ装置を薄く小型にできて、空調装置の一層の小型化を図ることができる。
【００４１】
また、一実施形態の空調装置では、上記第１の電極基板および上記第２の電極基板は、それぞれ、略直方体状である。
【００４２】
この一実施形態の空調装置によれば、この電子ヒートポンプ装置を略直方体チップ形状にできて、例えば、新たな、または、既存の空調装置の内部に組み込み易くなる。
【００４３】
また、一実施形態の空調装置では、上記電子ヒートポンプ装置は、複数存在し、この複数の電子ヒートポンプ装置は、電気的に接続されて、モジュール化されている。
【００４４】
この一実施形態の空調装置によれば、大きな上記空間内を迅速に冷却または加熱することができる。
【００４５】
また、一実施形態の空調装置では、上記封止部材は、上記第１の電極基板と上記第２の電極基板とに接触し、電気的および熱的に絶縁性である。なお、上記封止部材は、上記第１の電極基板と上記第２の電極基板とを封止する一つの部材であってもよく、あるいは、上記第１の電極基板と上記間隔保持部材との間を封止する部分と、上記第２の電極基板と上記間隔保持部材との間を封止する部分との別体であってもよい。
【００４６】
また、一実施形態の空調装置では、上記第１の内部電極の仕事関数は、上記第２の内部電極の仕事関数と略等しい。
【００４７】
ここで、「仕事関数」とは、一般に、ある材料に何らかのエネルギー（例えば、熱や電界印加等）を与えて、その材料表面から外部のエネルギー障壁（例えば、真空）を超えて電子を取り出す場合における、その材料の電子放出能力を示す物性値であり、低い仕事関数の方が電子の放出量が多いとされる。
【００４８】
上記第１の内部電極および上記第２の内部電極は、導電性の複合材料からなり、例えば、Ａｇ、Ｔｉ、Ａｕ薄膜の表面を酸化セシウムが覆っている構成である。
【００４９】
この一実施形態の空調装置によれば、上記第１の内部電極の仕事関数が、上記第２の内部電極の仕事関数と略等しいので、電流供給の方向を逆方向にすることで、熱の移動方向を容易に反転できる。
【発明の効果】
【００５０】
この発明の空調装置によれば、吸熱側と放熱側とが熱的に分離された真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置を備えるので、ペルチェ素子の冷却加熱機構よりも消費電力を大幅に低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５２】
（第１の実施形態）
図１は、この発明の空調装置の一実施形態である斜視図を示し、図２は、この発明の空調装置の概略構成断面図を示している。この空調装置５は、建物の室内に設置され、室内を冷房または暖房する。なお、室内と室外とは、壁Ｗにて仕切られている。
【００５３】
上記空調装置５は、上記室内に配置されたケース本体１０と、このケース本体１０の内部に収容された冷温ユニット２０とを備える。上記ケース本体１０は、空気が流れる第１の通路１１および第２の通路１２を有する。
【００５４】
上記第１の通路１１は、上記室内に開口して上記室内の空気を吸入する第１の吸入口１１ａと、上記室内に開口して上記室内に空気を吐出する第１の吐出口１１ｂとを有する。
【００５５】
上記第２の通路１２は、上記室内に開口して上記室内の空気を吸入する第２の吸入口１２ａと、上記室外に開口して上記室外に空気を吐出する第２の吐出口１２ｂとを有する。すなわち、上記第２の通路１２は、上記壁Ｗを貫通し、上記第２の吐出口１２ｂは、上記室外に臨む。
【００５６】
上記第１の吸入口１１ａおよび上記第２の吸入口１２ａは、上記ケース本体１０の下側に開口しており、上記第１の吐出口１１ｂおよび上記第２の吐出口１２ｂは、上記ケース本体１０の上側に開口している。
【００５７】
上記冷温ユニット２０は、上記室内の空気を吸引し、この吸引された空気を冷却または加熱し、この冷却または加熱された空気を上記室内に排出するように構成されている。
【００５８】
具体的に述べると、上記冷温ユニット２０は、上記吸引された空気を冷却または加熱する略板状の電子ヒートポンプモジュール１と、この電子ヒートポンプモジュール１の両面（一面と他面）のそれぞれに熱的に連結された熱交換フィン２１，２１と、この二つの熱交換フィン２１，２１のそれぞれに空気を導くと共にこの熱交換フィン２１，２１を介して冷却または加熱された空気を排出するファン２２，２２と、上記二つの熱交換フィン２１，２１のそれぞれに対向して配置されると共にこの熱交換フィン２１，２１に対向する対向面が凹凸形状である熱交換攪拌部材２３，２３とを有する。
【００５９】
すなわち、上記電子ヒートポンプモジュール１の一面、および、この電子ヒートポンプモジュールの一面に対向する上記熱交換攪拌部材２３等にて、上記第１の通路１１が形成される。また、上記電子ヒートポンプモジュール１の他面、および、この電子ヒートポンプモジュールの他面に対向する上記熱交換攪拌部材２３等にて、上記第２の通路１２が形成される。要するに、上記第１の通路１１と上記第２の通路１２との間に、上記電子ヒートポンプモジュール１が配置される。
【００６０】
上記第１の通路１１の上記第１の吐出口１１ｂに、空気を送風するための送風用のファン２２が配置され、上記第２の通路１２の上記第２の吐出口１２ｂに、空気を排気するための排気用のファン２２が配置される。
【００６１】
上記熱交換攪拌部材２３は、例えば、板状であり、上記熱交換フィン２１に対向する対向面が凹凸形状である。すなわち、上記熱交換フィン２１の対向面は、上記通路における上記吸入口から上記吐出口の方向に沿った波形である。
【００６２】
上記熱交換攪拌部材２３と上記ケース本体１０との間には、ウレタン等の断熱材２４が設けられ、この断熱材２４により、上記ケース本体１０の内部と外部との熱的伝達を遮断することができる。
【００６３】
上記電子ヒートポンプモジュール１は、図示しない電源から電圧を印加されることで、上記電子ヒートポンプモジュール１の一面（上記第１の通路１１側の面）が吸熱（冷却）する一方、上記電子ヒートポンプモジュール１の他面（上記第２の通路１２側の面）が発熱（加熱）し、または、上記電子ヒートポンプモジュール１の上記一面が発熱する一方、上記電子ヒートポンプモジュール１の上記他面が吸熱する。
【００６４】
このとき、上記電子ヒートポンプモジュール１に供給される電流の向きを切り替える（図示しない）電流切り替え手段を設け、上記電子ヒートポンプモジュール１の上記一面を、容易に、冷却または加熱に切り替えできるようにしてもよい。
【００６５】
上記電流切り替え手段としては、例えば、切り替えスイッチを用い、この切り替えスイッチを「冷房」にすることで、上記電子ヒートポンプモジュール１の上記一面の温度が下がると共に上記電子ヒートポンプモジュール１の上記他面の温度が上がるようにしてもよい。一方、上記切り替えスイッチを「暖房」にすることで、上記電子ヒートポンプモジュール１の上記一面の温度が上がると共に上記電子ヒートポンプモジュール１の上記他面の温度が下がるようにしてもよい。
【００６６】
次に、上記空調装置の使用方法および作用を説明する。
【００６７】
上記切り替えスイッチを「冷房」にした場合、上記電子ヒートポンプモジュール１の上記一面の温度が下がって、上記電子ヒートポンプモジュール１は、上記熱交換フィン２１を介して、この熱交換フィン２１に接触している空気を冷却する。
【００６８】
さらに、上記送風用のファン２２の作動により、上記室内の空気を、矢印ａに示すように、上記第１の通路１１の上記第１の吸入口１１ａから吸引し、この吸引された空気を、上記熱交換フィン２１を通過させて冷却し、この冷却した空気を、上記送風用のファン２２を通して、矢印ｃに示すように、上記第１の通路１１の上記第１の吐出口１１ｂから上記室内へ排出する。
【００６９】
一方、上記電子ヒートポンプモジュール１の上記他面の温度は上がり、上記排気用のファン２２の作動により、上記室内の空気を、矢印ｂに示すように、上記第２の通路１２の上記第２の吸入口１２ａから吸引し、この吸引された空気を、上記熱交換フィン２１を通過させて加熱し、この加熱した空気を、上記排気用のファン２２を通して、矢印ｄに示すように、上記第２の通路１２の上記第２の吐出口１２ｂから上記室外へ排出する。
【００７０】
上記切り替えスイッチを「暖房」にした場合、上記電子ヒートポンプモジュール１の上記一面の温度は上がり、上記送風用のファン２２の作動により、上記室内の空気を、上記第１の通路１１の上記第１の吸入口１１ａから吸引し、この吸引された空気を、上記熱交換フィン２１を通過させて加熱し、この加熱した空気を、上記送風用のファン２２を通して、上記第１の通路１１の上記第１の吐出口１１ｂから上記室内へ排出する。
【００７１】
一方、上記電子ヒートポンプモジュール１の上記他面の温度は下がり、上記排気用のファン２２の作動により、上記室内の空気を、上記第２の通路１２の上記第２の吸入口１２ａから吸引し、この吸引された空気を、上記熱交換フィン２１を通過させて冷却し、この冷却した空気を、上記排気用のファン２２を通して、上記第２の通路１２の上記第２の吐出口１２ｂから上記室外へ排出する。
【００７２】
このとき、上記熱交換攪拌部材２３における上記熱交換フィン２１に対向する対向面が凹凸形状であるので、上記第１の通路１１および上記第２の通路１２において、上記熱交換フィン２１と上記熱交換攪拌部材２３との間に流入する空気を攪拌滞留させ、熱交換効率を高めることができる。具体的に述べると、上記熱交換フィン２１と上記熱交換攪拌部材２３との間に空気が流れ込む際、上記熱交換攪拌部材２３の上記対向面の凹部から凸部に沿って流れる空気は、流速が変わり、かつ、偏向されて上記熱交換フィンの方へ導入される。さらに、上記熱交換攪拌部材２３の凹部においては、上記熱交換フィン２１で冷却または加熱された空気が滞留する。このように、上記電子ヒートポンプモジュール１からの熱をより効率的に熱伝達することができる。
【００７３】
また、上記電子ヒートポンプモジュール１の下側（上記第１の吸入口１１ａおよび上記第２の吸入口１２ａ側）には、上記電子ヒートポンプモジュール１の吸熱面（冷却面）から滴下するドレイン水を捕集するドレイン受け２５を設けている。なお、上記ドレイン水を、上記電子ヒートポンプモジュール１の放熱側に誘導するようにしてもよく、上記ドレイン水を、加熱蒸発の上排気風と共に排気することができて、従来必要であったドレインホースが不要になる。
【００７４】
上記電子ヒートポンプモジュール１は、図３に示すように、例えばＳｉＯ2を主成分とする箱型の絶縁断熱材４６と、この絶縁断熱材４６に埋め込まれた複数の真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置１００とを備える。この複数の電子ヒートポンプ装置１００は、直列または並列または直並列混載に、電気的に接続されている。
【００７５】
このように、上記複数の電子ヒートポンプ装置１００がモジュール化されているので、単一素子で対応できない冷却または加熱能力が必要な場合、モジュール化することで、広い面積での冷却または加熱パネルが実現でき、上記室内を迅速に冷却または加熱することができる。
【００７６】
上記電子ヒートポンプ装置１００は、吸熱側と放熱側とが熱的に分離された構造であり、ペルチェ効果を応用しない電子ヒートポンプ機構になる。また、上記電子ヒートポンプ装置１００における上記吸熱側と上記放熱側との間には、上記吸熱側と上記放熱側とを熱的に分離するための熱的に絶縁性のスペーサ部が存在しており、例えば、エミッタとコレクタとを熱的に分離するための機構等を別途設ける必要がなくて、簡素な構成にできる。
【００７７】
上記電子ヒートポンプ装置１００は、略円盤形状であり、例えば、上記電子ヒートポンプ装置１００に流れる電流の向きを切り替えることで、上記電子ヒートポンプ装置１００の一面を吸熱側にすると共に上記電子ヒートポンプ装置１００の他面を放熱側にし、または、上記電子ヒートポンプ装置１００の一面を放熱側にすると共に上記電子ヒートポンプ装置１００の他面を吸熱側にする。
【００７８】
以下、上記電子ヒートポンプモジュール１（上記電子ヒートポンプ装置１００）が、上記室内を冷却する状態にあるものとして、説明する。
【００７９】
上記電子ヒートポンプ装置１００は、図４の斜視図、図５の縦断面図および図６の要部拡大図に示すように、電気的および熱的に伝導性の第１の電極基板１０３と、この第１の電極基板１０３に電気および熱が伝導可能なように一面が連結された第１の半導体基板１１０と、この第１の半導体基板１１０の他面に設けられた第１の内部電極１１１と、電気的および熱的に伝導性の第２の電極基板１０４と、この第２の電極基板１０４に電気および熱が伝導可能なように一面が連結された第２の半導体基板１２０と、この第２の半導体基板１２０の他面に設けられた第２の内部電極１２１と、上記第１の電極基板１０３と上記第２の電極基板１０４との間に配置されて上記第１の電極基板１０３と上記第２の電極基板１０４との間隔を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性の間隔保持部材１０６と、上記第１の電極基板１０３と上記第２の電極基板１０４との間の真空を維持する封止部材１０７とを備える。
【００８０】
この場合、上記第１の半導体基板１１０および上記第１の内部電極１１１にて、電子を放出するエミッタ１０１を形成し、上記第２の半導体基板１２０および上記第２の内部電極１２１にて、電子を受け取るコレクタ１０２を形成する。
【００８１】
ここで、上記第１の電極基板１０３は、（図２に示す）上記第1の通路１１にある上記熱交換フィン２１に熱的に接触するものとする。
【００８２】
上記第１の電極基板１０３および上記第２の電極基板１０４は、それぞれ、中空部を有するステムであり、以下、上記第１の電極基板１０３を第１のステム１０３とよび、上記第２の電極基板１０４を第２のステム１０４とよぶ。
【００８３】
上記エミッタ１０１と上記コレクタ１０２とは、対向して配置され、上記エミッタ１０１と上記コレクタ１０２との間には、隙間（真空ギャップ）Ｇを有する。上記第１のステム１０３と上記第２のステム１０４とは、電源１０８に接続される。
【００８４】
この電子ヒートポンプ装置１００の作用を説明すると、図４と図７に示すように、上記電源１０８から上記第１のステム１０３および上記第２のステム１０４に電流を流すことで、電子が、矢印に示すように、上記エミッタ１０１から上記コレクタ１０２へ移動する。このとき、上記電子は、運動エネルギーが小さいけれども、物理的ギャップが狭いために、「電子トンネル効果」と呼ばれる現象で、上記隙間（障壁）Ｇをすり抜けて、上記コレクタ１０２側へ移動できる。また、運動エネルギー(熱エネルギー)を持った電子(障壁を移動する電子)が、上記エミッタ１０１から上記コレクタ１０２に移動することで、上記エミッタ１０１のエネルギー不足が起こり、上記エミッタ１０１側では吸熱による冷却が起こる。このような現象によって、上記エミッタ１０１側（上記第１のステム１０３）が、冷却（吸熱）側になり、上記コレクタ１０２側（上記第２のステム１０４）が、放熱（加熱）側になる。
【００８５】
図４、図５および図６に示すように、上記第１の内部電極１１１は、上記第１の半導体基板１１０の他面の略全体的に設けられ、上記第２の内部電極１２１は、上記第２の半導体基板１２０の他面の一部を除いた全体的に設けられる。
【００８６】
上記エミッタ１０１と上記コレクタ１０２とは、上記第１の内部電極１１１と上記第２の内部電極１２１とを上記隙間Ｇをあけて対向するように配置される。
【００８７】
上記第２の半導体基板１２０には、上記第１の内部電極１１１と上記第２の内部電極１２１との間の上記隙間Ｇを一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性のスペーサ部１０５が一体に形成されている。
【００８８】
要するに、複数の上記スペーサ部１０５は、上記第２の半導体基板１２０に一体に形成されると共に上記第１の内部電極１１１に接触し、さらに、上記複数のスペーサ部１０５は、互いに間隔をもって、上記第２の半導体基板１２０の全面に、略一様に分布して整列されており、上記第１の内部電極１１１と上記第２の内部電極１２１との間の上記隙間Ｇを一定に保ち、上記スペーサ部１０５の厚みにて、上記隙間Ｇの大きさが決定される。
【００８９】
具体的には、上記第１と第２の半導体基板１１０，１２０として、例えば、ｎ型のＳｉ基板（ウエハ）を用いた場合、上記第２の半導体基板１２０の表面に熱酸化を施してＳｉＯ2膜を形成し、このＳｉＯ2膜をエッチングして上記スペーサ部１０５が形成される。
【００９０】
上記第１の内部電極１１１の表面および上記第２の内部電極１２１の表面における最大高さ粗さＲｚの値は、上記第１の内部電極１１１と上記第２の内部電極１２１との間隔の最小値の１／２以下、好ましくは１／４以下である。
【００９１】
このように、上記最大高さ粗さＲｚの値が、上記第１の内部電極１１１と上記第２の内部電極１２１との間隔の最小値の１／２以下であるので、上記両方の内部電極１１１，１２１の表面を平滑にして、上記両方の内部電極１１１，１２１の表面の凹凸による荒れによって発生する不具合を低減する。
【００９２】
例えば、表面の凸部同士の対向における上記両方の内部電極１１１，１２１の接触による短絡不良を低減し、表面の凹部同士の対向における間隔（真空ギャップ）の広がりによる電子放出量の減少および冷却量の減少を低減する。
【００９３】
すなわち、上記最大高さ粗さＲｚの値が、上記間隔の最小値の１／２を越えると、表面の凹部同士の対向や反りによる間隔（真空ギャップ）の広がりによって、上記エミッタ１０１からの電子放出量が減少して冷却量が減少する一方、表面の凸部同士の対向によって、上記両方の内部電極１１１，１２１が接触して短絡不良が生じるおそれがある。
【００９４】
上記第１の内部電極１１１および上記第２の内部電極１２１は、単一金属、金属合金、金属と非金属との化合物、半導体材料および不純物ドープ半導体材料の内の何れか一つであり、上記両方の内部電極１１１，１２１の表面の平滑性と上記エミッタ１０１からの電子放出とを効果的に実現することができる。
【００９５】
上記第１の内部電極１１１および上記第２の内部電極１２１の内の少なくとも上記第１の内部電極１１１（エミッタ側の電極）は、セシウム（Ｃｓ）、カーボン（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、アルミ（Ａｌ）の内の少なくとも一つを含む材料からなる。
【００９６】
このように、少なくとも上記第１の内部電極１１１（エミッタ側の電極）が、仕事関数の低い材料からなり、上記エミッタ１０１側からの電子放出を高め、電圧印加の量を低減でき、消費電力の低減が可能となる。
【００９７】
上記第１の内部電極１１１（エミッタ側の電極）の仕事関数は、上記第２の内部電極１２１（コレクタ側の電極）の仕事関数と略等しいか、もしくは、上記第２の内部電極１２１（コレクタ側の電極）の仕事関数よりも低い。
【００９８】
このように、上記第１の内部電極１１１の仕事関数が、上記第２の内部電極１２１の仕事関数と略等しい場合、電流供給の方向を逆方向にすることで、熱の移動方向を容易に反転できる。他方、上記第１の内部電極１１１の仕事関数が、上記第２の内部電極１２１の仕事関数よりも低い場合、上記両方の内部電極１１１，１２１に温度差が生じたとき、上記コレクタ側の加熱による熱電子放出量を低減でき、かつ、電圧印加の量を低減できて、特に、この空調装置を冷却用として使用する場合に、消費電力の低減が可能となる。
【００９９】
上記第１のステム１０３および上記第２のステム１０４は、それぞれ、中空部１３０，１４０を有し、この両方の中空部１３０，１４０と、上記第１の内部電極１１１と上記第２の内部電極１２１との間の上記隙間Ｇとは、真空であり、上記両方の中空部１３０，１４０と上記隙間Ｇとは、上記第１のステム１０３および上記第２のステム１０４に設けられた通気孔１３２ａ，１４２ａを介して、同じ真空度である。
【０１００】
具体的に述べると、上記第１のステム１０３は、銅製容器体１３１と、この容器体１３１を蓋すると共に上記通気孔１３２ａが設けられた銅製平板１３２とを有する。上記容器体１３１と上記平板１３２にて囲まれた空間にて、上記中空部１３０を形成し、この中空部１３０と上記第１のステム１０３の外部とが、上記通気孔１３２ａを介して、連通する。
【０１０１】
同様に、上記第２のステム１０４は、銅製容器体１４１と、この容器体１４１を蓋すると共に上記通気孔１４２ａが設けられた銅製平板１４２とを有し、上記容器体１４１と上記平板１４２にて上記中空部１４０を形成し、この中空部１４０と上記第２のステム１０４の外部とが、上記通気孔１４２ａを介して、連通する。
【０１０２】
そして、上記エミッタ１０１および上記コレクタ１０２は、上記第１のステム１０３の平板１３２と上記第２のステム１０４の平板１４２とに挟まれる。
【０１０３】
このように、上記エミッタ１０１および上記コレクタ１０２は、上記両方のステム１０３，１０４の中空部１３０，１４０に挟まれているので、大気圧の応力影響を受けるのは、上記両方のステム１０３，１０４の最外部（上記容器体１３１，１４１）のみとなり、直接に、上記エミッタ１０１および上記コレクタ１０２に応力を加えることが無くなって、圧力たわみによる変形および破壊が生じない。
【０１０４】
上記第１のステム１０３および上記第２のステム１０４は、それぞれ、ＣｕまたはＣｕ合金からなるので、上記エミッタ１０１および上記コレクタ１０２にて生じた熱を、効果的にかつ効率的に、外部の熱伝導部へ伝えることができる。
【０１０５】
上記間隔保持部材１０６は、上記第１のステム１０３の上記平板１３２と上記第２のステム１０４の上記平板１４２との間に介在する。上記間隔保持部材１０６は、ＳｉＯ2を主成分する材料であり、上記エミッタ１０１および上記コレクタ１０２の熱膨張係数と同等以下である。
【０１０６】
このように、上記間隔保持部材１０６は、上記電子ヒートポンプ装置１００の製造において、上記エミッタ１０１、上記コレクタ１０２および上記両方のステム１０３，１０４における振動および傾き等の外部応力で、上記スペーサ部１０５に急峻で致命的な破壊応力が加わらないように、上記両方のステム１０３，１０４を一定間隔に維持および応力分散する作用を有し、かつ、真空封止作業で、上記封止部材１０７が、上記第１の内部電極１１１および上記第２の内部電極１２１に至らないように保護する作用を有する。
【０１０７】
上記封止部材１０７は、上記第１のステム１０３の外周と上記第２のステム１０４の外周とを覆うように接触し、電気的および熱的に絶縁性である。具体的には、上記封止部材１０７は、上記第１のステム１０３の上記平板１３２と上記第２のステム１０４の上記平板１４２との間に介在すると共に、上記第１のステム１０３の上記平板１３２の外周縁と上記第２のステム１０４の上記平板１４２の外周縁とを覆っている。上記封止部材１０７としては、例えば、低融点のガラスを用いる。
【０１０８】
上記構成の電子ヒートポンプ装置１００によれば、上記第１の内部電極１１１と上記第２の内部電極１２１との間に上記隙間Ｇ（真空ギャップ）を有するので、この電子ヒートポンプ装置１００を真空ギャップダイオード構造にできて、熱の逆流を防止して、ペルチェ素子よりも消費電力を少なくできる。
【０１０９】
また、上記第２の半導体基板１２０には、上記隙間Ｇを一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性の上記スペーサ部１０５が一体に形成されているので、簡単な構成で、熱の逆流を防止しつつ、真空ギャップを所定の間隔に確保できる。具体的に述べると、エミッタとコレクタとを熱的に分離するための機構等を別途設ける必要がなくて、部品数を減少でき、小型化、軽量化およびコスト削減を図ることができる。
【０１１０】
また、上記スペーサ部１０５の厚みを調整して、上記隙間Ｇをナノレベル（例えば、１ｎｍ〜１０ｎｍ）に近づけることで、障壁高さを低減でき、上記エミッタ１０１の電子放出の効果を高めることが可能になる。
【０１１１】
なお、図示しないが、上記電子ヒートポンプ装置１００にて上記室内を加熱する場合、上記第１のステム１０３および上記第２のステム１０４に逆方向の電流を流せばよい。この場合、上記第１の半導体基板１１０および上記第１の内部電極１１１にて、電子を受け取るコレクタを形成し、上記第２の半導体基板１２０および上記第２の内部電極１２１にて、電子を放出するエミッタを形成する。
【０１１２】
上記構成の空調装置によれば、吸熱側と放熱側とが熱的に分離された上記真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置１００を備えるので、ペルチェ素子の冷却加熱機構よりも消費電力を大幅に減らすことができ、さらに、ペルチェ素子の材料となる有害物質を使用しないので、環境にやさしいものになる。
【０１１３】
また、機械的可動部がないため、圧縮機のような騒音が発生しない空調装置が実現できる。また、上記電子ヒートポンプ装置１００は、冷却部となるエミッタと加熱部となるコレクタとが装置内部に形成されているため、ペルチェ素子のように外部環境からの暴露およびガス汚染の影響がなく、信頼性の高い電熱変換装置からなる空調装置が実現できる。
【０１１４】
（第２の実施形態）
次に、図８、図９および図１０に、上記電子ヒートポンプ装置の他の実施形態を示す。この電子ヒートポンプ装置２００は、電気的および熱的に伝導性を有する略直方体状の第１の電極基板２０３と、この第１の電極基板２０３に電気および熱が伝導可能なように一面が連結された第１の半導体基板２１０と、この第１の半導体基板２１０の他面に設けられた第１の内部電極２１１と、電気的および熱的に伝導性を有する略直方体状の第２の電極基板２０４と、この第２の電極基板２０４に電気および熱が伝導可能なように一面が連結された第２の半導体基板２２０と、この第２の半導体基板２２０の他面に設けられた第２の内部電極２２１と、上記第１の電極基板２０３と上記第２の電極基板２０４との間に配置されて上記第１の電極基板２０３と上記第２の電極基板２０４との間隔を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性の間隔保持部材２０６と、上記第１の電極基板２０３と上記第２の電極基板２０４との間の真空を維持する封止部材２０７とを備える。
【０１１５】
以下、上記電子ヒートポンプ装置２００にて上記室内を冷却するとして、説明する。この場合、上記第１の半導体基板２１０および上記第１の内部電極２１１にて、電子を放出するエミッタ２０１を形成し、上記第２の半導体基板２２０および上記第２の内部電極２２１にて、電子を受け取るコレクタ２０２を形成する。
【０１１６】
ここで、上記第１の電極基板２０３は、（図２に示す）上記第1の通路１１にある上記熱交換フィン２１に熱的に接触するものとする。
【０１１７】
上記第１の電極基板２０３および上記第２の電極基板２０４は、それぞれ、中実である。
【０１１８】
上記エミッタ２０１と上記コレクタ２０２とは、対向して配置され、上記エミッタ２０１と上記コレクタ２０２との間には、隙間（真空ギャップ）Ｇを有する。上記第１の電極基板２０３と上記第２の電極基板２０４とは、電源２０８に接続される。
【０１１９】
この電子ヒートポンプ装置２００の作用を説明すると、上記電源２０８から上記第１の電極基板２０３および上記第２の電極基板２０４に電流を流すことで、上記エミッタ２０１および上記コレクタ２０２に電圧が印加されて電子が供給される。そして、上記エミッタ２０１側（上記第１の電極基板２０３）が、冷却（吸熱）側になり、上記コレクタ２０２側（上記第２の電極基板２０４）が、放熱（加熱）側になる。
【０１２０】
上記第１の内部電極２１１は、上記第１の半導体基板２１０の他面の略全体的に設けられている。具体的に述べると、上記第１の半導体基板２１０は、導電性を得るために表面研磨されたｎ型シリコン基板であり、上記第１の内部電極２１１は、上記ｎ型シリコン基板の表面研摩された面に、セシウムが表面を被覆したＴｉ薄膜である。上記エミッタ２０１は、略直方体形状である。
【０１２１】
上記第２の内部電極２２１は、上記第２の半導体基板２２０の他面の一部を除いた全体的に設けられる。上記第２の半導体基板２２０には、電気的および熱的に絶縁性のスペーサ部２０５が一体に形成されている。
【０１２２】
具体的に述べると、上記第２の半導体基板２２０は、導電性を得るために表面研磨されたｎ型シリコン基板であり、このｎ型シリコン基板の表面研磨された面に、熱酸化膜を形成し、フォトエッチングによりパターニングして、正方形格子状に配置した酸化シリコンのスペーサ部２０５が形成される。このスペーサ部２０５の周囲を除いてパターニングしたＴｉ薄膜にて第２の内部電極２２１が形成される。上記コレクタ２０２は、略直方体形状であり、上記スペーサ部２０５の厚みと、Ｔｉ薄膜の上記第２の内部電極２２１の膜厚との差が、上記隙間Ｇとなる。
【０１２３】
複数の上記スペーサ部２０５は、上記第２の半導体基板２２０に一体に形成されると共に上記第１の内部電極２１１に接触し、さらに、上記複数のスペーサ部２０５は、互いに間隔をもって、上記第２の半導体基板２２０の全面に、略一様に分布して整列されており、上記第１の内部電極２１１と上記第２の内部電極２２１との間の上記隙間Ｇを一定に保ち、上記スペーサ部２０５の厚みにて、上記隙間Ｇの大きさが決定される。
【０１２４】
上記第１の電極基板２０３および上記第２の電極基板２０４は、上記間隔保持部材２０６が、上記第１の電極基板２０３の外周部と上記第２の電極基板２０４の外周部とに接触している状態において、外部の大気圧と内部の真空とによる圧力差から生じる圧縮応力に対して、上記第１の内部電極２１１と上記第２の内部電極２２１とが接触しないような剛性、ヤング率および厚みを有する。
【０１２５】
具体的に述べると、上記第１の電極基板２０３および上記第２の電極基板２０４は、圧縮応力による応力変形で、上記隙間Ｇが短絡しないよう、剛性の高い材料としてタングステンからなる。なお、上記第１の電極基板２０３および上記第２の電極基板２０４の材料として、タングステン以外でもタングステンカーバイトや銅やシリコンを用いてもよく、上記第１の電極基板２０３および上記第２の電極基板２０４の厚みを調整すればよい。
【０１２６】
このように、上記構成の空調装置によれば、上記第１の電極基板２０３および上記第２の電極基板２０４は、それぞれ、中実であるので、上記電子ヒートポンプ装置２００を薄く小型にできて、空調装置の一層の小型化を図ることができる。
【０１２７】
また、上記第１の電極基板２０３および上記第２の電極基板２０４は、それぞれ、略直方体状であるので、上記電子ヒートポンプ装置２００を略直方体チップ形状にできて、例えば、新たな、または、既存の空調装置の内部に組み込み易くなる。
【０１２８】
なお、上記電子ヒートポンプ装置２００において、その他の構造および効果は、上記第１の実施形態の電子ヒートポンプ装置１００と同じであるので、その説明を省略する。
【０１２９】
なお、図示しないが、上記電子ヒートポンプ装置２００にて上記室内を加熱する場合、上記第１の電極基板２０３および上記第２の電極基板２０４に逆方向の電流を流せばよい。この場合、上記第１の半導体基板２１０および上記第１の内部電極２１１にて、電子を受け取るコレクタを形成し、上記第２の半導体基板２２０および上記第２の内部電極２２１にて、電子を放出するエミッタを形成する。
【０１３０】
（第３の実施形態）
図１１と図１２は、この発明の空調装置の第３の実施形態を示している。この空調装置３０５は、（図２に示す）上記第１の実施形態の空調装置５と比べて、送風および排気の構造が相違する。
【０１３１】
すなわち、この第3の実施形態の空調装置３０５では、第１の吸入口３１１ａ、第２の吸入口３１２ａおよび第２の吐出口３１２ｂは、ケース本体３１０の上側に開口しており、第１の吐出口３１１ｂは、上記ケース本体３１０の下側に開口している。
【０１３２】
また、冷温ユニット３２０は、折曲状に連設された二つの電子ヒートポンプモジュール３０１，３０１を有する。第１の通路３１１と第２の通路３１２とは、下方の上記電子ヒートポンプモジュール３０１の下側にあるドレイン受け３２５にて連通している。
【０１３３】
また、空気を送風するための送風用のファン３２２は、上記第１の通路３１１の中途部に配置され、空気を排気するための排気用のファン３２２は、上記第２の吸入口３１２ａの近くに配置される。
【０１３４】
次に、上記空調装置３０５の作用を説明する。
【０１３５】
上記送風用のファン３２２の作動により、上記室内の空気を、矢印ｅに示すように、上記第１の吸入口３１１ａから吸引し、この吸引された空気を、上記二つの電子ヒートポンプモジュール３０１，３０１の上記一面の上記熱交換フィン３２１，３２１を通過させて冷却（または加熱）し、この冷却（または加熱）した空気を、矢印ｇに示すように、上記第１の吐出口３１１ｂから上記室内へ排出する。
【０１３６】
一方、上記排気用のファン３２２の作動により、上記室内の空気を、矢印ｆに示すように、上記第２の吸入口３１２ａから吸引し、この吸引された空気を、上記二つの電子ヒートポンプモジュール３０１，３０１の上記他面の上記熱交換フィン３２１，３２１を通過させて加熱（または冷却）し、この加熱（または冷却）した空気を、矢印ｈに示すように、上記第２の吐出口３１２ｂから上記室外へ排出する。
【０１３７】
（第４の実施形態）
図１３と図１４は、この発明の空調装置の第4の実施形態を示している。この空調装置４０５は、トイレのような小さい空間内で用いられ、（図２に示す）上記第１の実施形態の空調装置５と比べて、第２の通路の構造が相違する。
【０１３８】
なお、この第4の実施形態の空調装置４０５における、電子ヒートポンプモジュール４０１、ケース本体４１０、第１の通路４１１、第１の吸入口４１１ａ、第１の吐出口４１１ｂ、上記電子ヒートポンプモジュール４０１の一面に連結された熱交換フィン４２１、送風用のファン４２２、熱交換攪拌部材４２３、断熱材４２４およびドレイン受け４２５は、上記第1の実施形態の空調装置５と同じであるため、その説明を省略する。
【０１３９】
上記第4の実施形態の空調装置４０５の第２の通路４１２において、第２の吸入口４１２ａは、上記ケース本体４１０の下側に開口しており、第２の吐出口４１２ｂは、上記ケース本体４１０の上側に開口している。
【０１４０】
上記第２の吸入口４１２ａは、（本管から分岐された）水道配管４３２に接続され、上記第２の吐出口４１２ｂは、便器４３０の後方に設けられた洗浄タンク４３１に接続される。
【０１４１】
上記第２の通路４１２の内部には、上記電子ヒートポンプモジュール４０１の他面に熱的に連結された熱交換器４３３が設けられている。この熱交換器４３３には、熱的に連結された熱伝達部材４３４が設けられている。この熱伝達部材４３４は、例えば、金属板やヒートパイプ等であり、上記水道配管４３２に熱的に接触している。これは、上記水道配管４３２は、放熱材として大きな放熱容量を有している部位であって、安定した放熱が可能になるので、上記熱伝達部材４３４は、上記水道配管４３２に熱的に接続している。
【０１４２】
次に、上記空調装置４０５の作用を説明する。
【０１４３】
上記送風用のファン４２２の作動により、上記室内の空気を、矢印ｉに示すように、上記第１の吸入口４１１ａから吸引し、この吸引された空気を、上記電子ヒートポンプモジュール４０１の上記一面の上記熱交換フィン４２１を通過させて冷却（または加熱）し、この冷却（または加熱）した空気を、矢印ｋに示すように、上記第１の吐出口４１１ｂから上記室内へ排出する。
【０１４４】
一方、上記水道配管４３２の水道水を、矢印ｊに示すように、上記第２の吸入口４１２ａから吸入し、この吸入された水道水を、上記電子ヒートポンプモジュール４０１の上記他面の上記熱交換器４３３を通過させて加熱（または冷却）し、この加熱（または冷却）した水道水を、矢印ｌに示すように、上記第２の吐出口４１２ｂから上記洗浄タンク４３１へ手洗い水として排出する。
【０１４５】
したがって、上記構成の冷温ユニット４２０を有する空調装置によれば、トイレのような小さい空間容量の場所でも、上記実施形態と同様に静音で、従来のような冷風と温風が混在するという問題を回避することができる。
【０１４６】
（第５の実施形態）
図１５は、この発明の空調装置の第５の実施形態を示している。この空調装置５０５は、車内に用いられ、この空調装置５０５の冷温ユニット５２０は、電子ヒートポンプモジュール５０１の一面側に設けられると共に熱媒体が流れる第1の循環流路５１１と、この第1の循環流路５１１に設けられて上記熱媒体を循環させるポンプ５２５と、この第1の循環流路５１１に設けられると共に上記電子ヒートポンプモジュール５０１に熱的に連結される第１の熱交換器５２１と、この第1の循環流路５１１に設けられると共に上記熱媒体と空気とを熱交換する第２の熱交換器５２２と、この第２の熱交換器５２２に上記空気を導くと共にこの第２の熱交換器５２２を介して冷却（または加熱）された空気を、車内に、排出するファン５２６とを有する。
【０１４７】
さらに、この空調装置５０５は、電子ヒートポンプモジュール５０１の他面側に設けられると共に熱媒体が流れる第２の循環流路５１２と、この第２の循環流路５１２に設けられて上記熱媒体を循環させるポンプ５２５と、この第２の循環流路５１２に設けられると共に上記電子ヒートポンプモジュール５０１に熱的に連結される第３の熱交換器５２３と、この第２の循環流路５１２に設けられると共に上記熱媒体と空気とを熱交換する第４の熱交換器５２４と、この第４の熱交換器５２４に上記空気を導くと共にこの第４の熱交換器５２４を介して加熱（または冷却）された空気を、車外に、排出するファン５２６とを有する。
【０１４８】
次に、上記空調装置５０５の作用を説明する。
【０１４９】
車内を冷房する場合、上記電子ヒートポンプモジュール５０１の上記一面を吸熱させ、上記第1の循環流路５１１の上記ポンプ５２５の動作により、上記熱媒体（冷媒）を介して、上記第２の熱交換器５２２を冷却し、この第２の熱交換器５２２に送風することで、車内に冷風が導入される。
【０１５０】
一方、上記電子ヒートポンプモジュール５０１の上記他面は発熱され、上記第２の循環流路５１２の上記ポンプ５２５の動作により、上記熱媒体（冷媒）を介して、上記第４の熱交換器５２４を加熱し、この第４の熱交換器５２４に送風することで、車外に温風が排出される。
【０１５１】
すなわち、上記第２の熱交換器５２２は、エバポレータとなり、上記第4の熱交換器５２４は、コンデンサとなる。
【０１５２】
車内を暖房する場合、上記電子ヒートポンプモジュール５０１の上記一面を発熱させ、上記第1の循環流路５１１の上記ポンプ５２５の動作により、上記熱媒体（冷媒）を介して、上記第２の熱交換器５２２を加熱し、この第２の熱交換器５２２に送風することで、車内に温風が導入される。
【０１５３】
一方、上記電子ヒートポンプモジュール５０１の上記他面は吸熱され、上記第２の循環流路５１２の上記ポンプ５２５の動作により、上記熱媒体（冷媒）を介して、上記第４の熱交換器５２４を冷却し、この第４の熱交換器５２４に送風することで、車外に冷風が排出される。
【０１５４】
すなわち、上記第２の熱交換器５２２は、コンデンサとなり、上記第4の熱交換器５２４は、エバポレータとなる。
【０１５５】
したがって、上記構成の空調装置によれば、従来機械的振動を生じていたコンプレッサをなくし、燃料電池車・電気自動車時代に向けて静音カーエアコンが実現できる。また、従来の高温高圧動作していた冷媒配管及びエキスパンションバルブがなくなり、信頼性の向上が期待できるカーエアコンが実現できる。また、大気圧に近い冷媒循環で個々の部品に応力負荷が生じ難く、空調温度調整を電子ヒートポンプ装置の電流調整又は、冷媒搬送ポンプの流量調整によりきめ細かな温度調整が可能となるカーエアコンが実現できる。
【０１５６】
（第６の実施形態）
図１６は、この発明の空調装置の第６の実施形態を示している。この空調装置６０５としては、例えば、除湿機またはスポットクーラ等であり、ケース本体１０の下部に、除湿タンク６４０が設けられている。なお、図１６中の部材において、上記第１の実施形態（図２）の符号と同一のものは、同様の構成であるので、その説明を省略する。
【０１５７】
したがって、上記構成の空調装置によれば、上記電子ヒートポンプモジュール１の冷却面（吸熱面）で生じるドレイン水を、上記除湿タンク６４０に溜めることができて、除湿機またはスポットクーラとして最適になる。
【０１５８】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、上記電子ヒートポンプ装置を、モジュール化せずに、単体（単一素子）にしてもよい。また、上記第１の半導体基板と上記第２の半導体基板との内の少なくとも一方に、上記スペーサ部を一体に形成すればよい。また、上記電子ヒートポンプ装置を動作させる制御構造や、上記電子ヒートポンプ装置の配置および大きさは、特に限定されるものではない。また、上記空調装置は、例えば、浴室、床下、天井、列車、船舶、飛行機、倉庫または収納庫等にも空調または換気の装置として適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１５９】
【図１】本発明の空調装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】空調装置の概略構成断面図である。
【図３】電子ヒートポンプ装置を搭載した電子ヒートポンプモジュールを示す斜視図である。
【図４】電子ヒートポンプ装置を示す斜視図である。
【図５】電子ヒートポンプ装置の縦断面図である。
【図６】図５のＡ部拡大断面図である。
【図７】電子ヒートポンプ装置の作用説明図である。
【図８】他の電子ヒートポンプ装置を示す斜視図である。
【図９】他の電子ヒートポンプ装置の縦断面斜視図である。
【図１０】他の電子ヒートポンプ装置の要部拡大断面図である。
【図１１】本発明の空調装置の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１２】他の空調装置の概略構成断面図である。
【図１３】本発明の空調装置の別の実施形態を示す斜視図である。
【図１４】別の空調装置の概略構成断面図である。
【図１５】本発明の空調装置のさらに他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１６】本発明の空調装置のさらに別の実施形態を示す概略構成断面図である。
【図１７】従来の第1の空調装置を示す概略構成図である。
【図１８Ａ】空調装置の冷房運転時における四方弁の状態を示す説明図である。
【図１８Ｂ】空調装置の暖房運転時における四方弁の状態を示す説明図である。
【図１９】従来の第２の空調装置を示す概略構成図である。
【図２０】従来の第３の空調装置を示す概略構成図である。
【図２１】従来の第４の空調装置を示す概略構成図である。
【図２２】従来の第５の空調装置を示す概略構成図である。
【図２３】ペルチェ素子の作用説明図である。
【符号の説明】
【０１６０】
１，３０１，４０１，５０１  電子ヒートポンプモジュール
５，３０５，４０５，５０５，６０５  空調装置
２０，３２０，４２０，５２０  冷温ユニット
２１，３２１，４２１  熱交換フィン
２２，３２２，４２２  ファン
２３，４２３  熱交換攪拌部材
５１１  第1の循環流路
５２１  第1の熱交換器
５２２  第２の熱交換器
５２５  ポンプ
５２６  ファン
１００，２００  電子ヒートポンプ装置
１０１，２０１  エミッタ
１１０，２１０  第１の半導体基板
１１１，２１１  第１の内部電極
１０２，２０２  コレクタ
１２０，２２０  第２の半導体基板
１２１，２２１  第２の内部電極
１０３  第１のステム（第１の電極基板）
１３０  中空部
１０４  第２のステム（第２の電極基板）
１４０  中空部
２０３  第１の電極基板
２０４  第２の電極基板
１０５，２０５  スペーサ部
１０６，２０６  間隔保持部材
１０７，２０７  封止部材
Ｇ  隙間
【図１】
2005180882.tif 000003
【図２】
2005180882.tif 000004
【図３】
2005180882.tif 000005
【図４】
2005180882.tif 000006
【図５】
2005180882.tif 000007
【図６】
2005180882.tif 000008
【図７】
2005180882.tif 000009
【図８】
2005180882.tif 000010
【図９】
2005180882.tif 000011
【図１０】
2005180882.tif 000012
【図１１】
2005180882.tif 000013
【図１２】
2005180882.tif 000014
【図１３】
2005180882.tif 000015
【図１４】
2005180882.tif 000016
【図１５】
2005180882.tif 000017
【図１６】
2005180882.tif 000018
【図１７】
2005180882.tif 000019
【図１８Ａ】
2005180882.tif 000020
【図１８Ｂ】
2005180882.tif 000021
【図１９】
2005180882.tif 000022
【図２０】
2005180882.tif 000023
【図２１】
2005180882.tif 000024
【図２２】
2005180882.tif 000025
【図２３】
2005180882.tif 000026