(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置された陰極（21）及び陽極（22）と、
該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを備え、
上記陰極（21）と陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）と陽極（22）との間に熱又は電気エネルギを加えて熱と電気エネルギとを変換する
ことを特徴とする熱電気素子。
【請求項２】
請求項１において、
上記陰極（21）と陽極（22）との間の電圧印加により、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）からから陽極（22）に向う電子の電界放出によって陰極（21）に冷却部を形成し、陽極（22）に加熱部を形成して電気エネルギを熱に変換することを特徴とする熱電気素子。
【請求項３】
請求項１において、
上記陰極（21）を加熱し、陽極（22）を冷却し、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）から陽極（22）に向う熱電子放出を生起させて熱を電気エネルギに変換する
ことを特徴とする熱電気素子。
【請求項４】
請求項１、２又は３において、
上記ナノ構造体（23）は、ナノチューブであって、該ナノチューブの先端は、切除されて開口端（24）に構成されていることを特徴とする熱電気素子。
【請求項５】
請求項１、２又は３において、
上記ナノ構造体（23）は、カーボンナノチューブであって、表面修飾が施されていることを特徴とする熱電気素子。
【請求項６】
空調を行う熱電気装置であって、
ケーシング（11）と、
該ケーシング（11）内に設けられ、熱電気素子（20）を有する熱交換手段（12）と、
上記ケーシング（11）の内部に形成されて第１空気が流れる１次側の通路（15）及び第２空気が流れる２次側の通路（16）とを備え、
上記熱交換手段（12）の熱電気素子（20）は、互いに対向して配置される陰極（21）及び陽極（22）と、該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを有し、上記陰極（21）及び陽極（22）が通路（15，16）に面して配置され、上記陰極（21）と陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加し、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）から陽極（22）に向う電子の電界放出によって陰極（21）を冷却し、陽極（22）を加熱し、１次側通路（15）の第１空気及び２次側通路（16）の第２空気を冷却又は加熱するように構成されている
ことを特徴とする熱電気装置。
【請求項７】
空気を除湿する熱電気装置であって、
ケーシング（31）と、
該ケーシング（31）内に設けられ、熱電気素子（20）を有する除湿手段（32）と、
上記ケーシング（31）の内部に形成されて空気が流れる空気通路（36）とを備え、
上記除湿手段（32）の熱電気素子（20）は、互いに対向して配置される陰極（21）及び陽極（22）と、該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを有し、上記陰極（21）が空気通路（36）に面して配置され、上記陰極（21）と陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加し、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）から陽極（22）に向う電子の電界放出によって陰極（21）を冷却し、陽極（22）を加熱し、空気通路（36）の空気を冷却して除湿するように構成されている
ことを特徴とする熱電気装置。
【請求項８】
請求項７において、
上記熱電気素子（20）の陰極（21）で冷却された空気が流れて該空気中の臭気物質を吸着する脱臭手段（33）が設けられている
ことを特徴とする熱電気装置。
【請求項９】
発電を行う熱電気装置であって、
熱電気素子（20）を有する変換手段（45）と、
該変換手段（45）の片側に配置された加熱手段（42）と、
上記変換手段（45）の他の片側に配置された冷却手段（46）とを備え、
上記熱電気素子（20）は、互いに対向して配置された陰極（21）及び陽極（22）と、該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを有し、上記陰極（21）及び陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）を加熱手段（42）によって加熱すると共に、陽極（22）を冷却手段（46）によって冷却し、陰極（21）から陽極（22）へ向かう熱電子の放出によって熱を電気エネルギに変換して負荷（47）に電力を供給するように構成されている
ことを特徴とする熱電気装置。
【請求項１０】
発電手段（40）及び空調手段（10）とを備えた熱電気装置であって、
上記発電手段（40）は、熱電気素子（20）を有する変換手段（45）と、該変換手段（45）の片側に配置された加熱手段（42）と、上記変換手段（45）の他の片側に配置された冷却手段（46）を備え、
上記空調手段（10）は、熱電気素子（20）を有する熱交換手段（12）と、ケーシング（11）の内部で且つ熱交換手段（12）の片側に形成された第１空気の１次側の通路（15）と、上記ケーシング（11）の内部で且つ熱交換手段（12）の他の片側に形成された第２空気の２次側の通路（16）とを備え、
上記発電手段（40）の熱電気素子（20）は、互いに対向して配置された陰極（21）及び陽極（22）と、該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを有し、上記陰極（21）及び陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）を加熱手段（42）によって加熱すると共に、陽極（22）を冷却手段（46）によって冷却し、陰極（21）から陽極（22）へ向かう熱電子の放出によって熱を電気エネルギに変換して空調手段（10）の熱交換手段（12）に電力を供給するように構成され、
上記空調手段（10）の熱電気素子（20）は、互いに対向して配置される陰極（21）及び陽極（22）と、該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを有し、上記陰極（21）及び陽極（22）が各通路（15，16）に面して配置され、上記陰極（21）と陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加し、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）から陽極（22）に向う電子の電界放出によって陰極（21）を冷却し、陽極（22）を加熱し、１次側通路（15）の第１空気及び２次側通路（16）の第２空気を冷却又は加熱するように構成されている
ことを特徴とする熱電気装置。
【請求項１１】
請求項６、７、９又は１０において、
上記ナノ構造体（23）は、ナノチューブであって、該ナノチューブの先端は、切除されて開口端（24）に構成されていることを特徴とする熱電気装置。
【請求項１２】
請求項６、７、９又は１０において、
上記ナノ構造体（23）は、カーボンナノチューブであって、表面修飾が施されていることを特徴とする熱電気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電気素子及び該熱電気素子を備えた熱電気装置に関し、特に、ナノ構造体を用いたものに係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、熱電気素子には、例えば、ペルチェ効果を利用し、熱を電気エネルギに直接変換したり、又は電気エネルギを熱に変換するものがある。このペルチェ効果を利用した熱電気素子は、空気調和装置や発電装置などの各種の熱電気装置に用いられている。例えば、熱電気素子を用いた空気調和装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける圧縮機などを設ける必要がないことから、地球環境に優しいという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した熱電気素子は、電子放出の材料として最適な物質が用いられておらず、内部の抵抗が大きく、熱と電気エネルギの間の変換効率が低いという問題があった。
【０００４】
一方、上記熱電気素子には、例えば、Boralis社のクールチップがある。しかし、このクールチップは、電界放出に必要な電界を小さくするために、つまり、仕事関数を小さくするために最外殻電子のイオン化エネルギを下げるようにしている。したがって、上記クールチップは、電極材料の強度不足を招き、発熱に弱く、大電流を流すことができない可能性があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、斯かる点に鑑みて成されたもので、熱と電気エネルギの間の変換効率が高い熱電気素子及び該熱電気素子を備えた熱電気装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
具体的に、図２に示すように、第１の発明は、互いに対向して配置された陰極（21）及び陽極（22）と、該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを備えている。そして、上記陰極（21）と陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）と陽極（22）との間に熱又は電気エネルギを加えて熱と電気エネルギとを変換する。
【０００７】
また、第２の発明は、上記第１の発明において、上記陰極（21）と陽極（22）との間の電圧印加により、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）からから陽極（22）に向う電子の電界放出によって陰極（21）に冷却部を形成し、陽極（22）に加熱部を形成して電気エネルギを熱に変換する構成である。
ことを特徴とする熱電気素子。
【０００８】
また、第３の発明は、上記第１の発明において、上記陰極（21）を加熱し、陽極（22）を冷却し、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）から陽極（22）に向う熱電子放出を生起させて熱を電気エネルギに変換する構成である。
【０００９】
また、第４の発明は、上記第１、第２又は第３の発明において、上記ナノ構造体（23）がナノチューブであって、該ナノチューブの先端が切除されて開口端（24）に構成されている。
【００１０】
また、第５の発明は、上記第１、第２又は第３の発明において、上記ナノ構造体（23）がカーボンナノチューブであって、表面修飾が施されている。
【００１１】
また、第６の発明は、空調を行う熱電気装置であって、ケーシング（11）と、該ケーシング（11）内に設けられ、熱電気素子（20）を有する熱交換手段（12）と、上記ケーシング（11）の内部に形成されて第１空気が流れる１次側の通路（15）及び第２空気が流れる２次側の通路（16）とを備えている。そして、上記熱交換手段（12）の熱電気素子（20）は、互いに対向して配置される陰極（21）及び陽極（22）と、該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを有し、上記陰極（21）及び陽極（22）が各通路（15，16）に面して配置され、上記陰極（21）と陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加し、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）から陽極（22）に向う電子の電界放出によって陰極（21）を冷却し、陽極（22）を加熱し、１次側通路（15）の第１空気及び２次側通路（16）の第２空気を冷却又は加熱するように構成されている。
【００１２】
また、第７の発明は、空気を除湿する熱電気装置であって、ケーシング（31）と、該ケーシング（31）内に設けられ、熱電気素子（20）を有する除湿手段（32）と、上記ケーシング（31）の内部に形成されて空気が流れる空気通路（36）とを備えている。そして、上記除湿手段（32）の熱電気素子（20）は、互いに対向して配置される陰極（21）及び陽極（22）と、該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを有し、上記陰極（21）が空気通路（36）に面して配置され、上記陰極（21）と陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加し、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）から陽極（22）に向う電子の電界放出によって陰極（21）を冷却し、陽極（22）を加熱し、空気通路（36）の空気を冷却して除湿するように構成されている。
【００１３】
また、第８の発明は、上記第７の発明において、上記熱電気素子（20）の陰極（21）で冷却された空気が流れて該空気中の臭気物質を吸着する脱臭手段（33）が設けられている。
【００１４】
また、第９の発明は、発電を行う熱電気装置であって、熱電気素子（20）を有する変換手段（45）と、該変換手段（45）の片側に配置された加熱手段（42）と、上記変換手段（45）の他の片側に配置された冷却手段（46）とを備えている。そして、上記熱電気素子（20）は、互いに対向して配置された陰極（21）及び陽極（22）と、該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを有し、上記陰極（21）及び陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）を加熱手段（42）によって加熱すると共に、陽極（22）を冷却手段（46）によって冷却し、陰極（21）から陽極（22）へ向かう熱電子の放出によって熱を電気エネルギに変換して負荷（47）に電力を供給するように構成されている。
【００１５】
また、第１０の発明は、発電手段（40）及び空調手段（10）とを備えた熱電気装置であって、上記発電手段（40）は、熱電気素子（20）を有する変換手段（45）と、該変換手段（45）の片側に配置された加熱手段（42）と、上記変換手段（45）の他の片側に配置された冷却手段（46）を備え、上記空調手段（10）は、熱電気素子（20）を有する熱交換手段（12）と、ケーシング（11）の内部で且つ熱交換手段（12）の片側に形成された第１空気の１次側の通路（15）と、上記ケーシング（11）の内部で且つ熱交換手段（12）の他の片側に形成された第２空気の２次側の通路（16）とを備えている。そして、上記発電手段（40）の熱電気素子（20）は、互いに対向して配置された陰極（21）及び陽極（22）と、該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを有し、上記陰極（21）及び陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）を加熱手段（42）によって加熱すると共に、陽極（22）を冷却手段（46）によって冷却し、陰極（21）から陽極（22）へ向かう熱電子の放出によって熱を電気エネルギに変換して空調手段（10）の熱交換手段（12）に電力を供給するように構成されている。加えて、上記空調手段（10）の熱電気素子（20）は、互いに対向して配置される陰極（21）及び陽極（22）と、該陰極（21）及び陽極（22）の双方の対向面又は何れか一方の対向面に配置された電導性物質より成るナノ構造体（23）とを有し、上記陰極（21）及び陽極（22）が各通路（15，16）に面して配置され、上記陰極（21）と陽極（22）との間を真空に保持し、上記陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加し、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）から陽極（22）に向う電子の電界放出によって陰極（21）を冷却し、陽極（22）を加熱し、１次側通路（15）の第１空気及び２次側通路（16）の第２空気を冷却又は加熱するように構成されている。
【００１６】
また、第１１の発明は、上記第６、第７、第９又は第１０の発明において、上記ナノ構造体（23）がナノチューブであって、該ナノチューブの先端が切除されて開口端（24）に構成されている。
【００１７】
また、第１２の発明は、上記第６、第７、第９又は第１０の発明において、上記ナノ構造体（23）がカーボンナノチューブであって、表面修飾が施されている。
【００１８】
本発明が上述したナノ構造体（23）を用いた基本原理は次の通りである。従来、例えば、蒸気圧縮式冷凍サイクルのヒートポンプ装置は、冷媒として気体又は液体を用いると共に、圧縮機を用いている。したがって、従来のヒートポンプ装置は、可動部の存在、振動、騒音、摺動部分の摩耗、圧縮機自体の発熱、圧縮機の重量及び大型化という問題を有していた。また、従来のヒートポンプ装置の効率は、カルノーサイクルの効率の３０％〜５０％であり、人工冷媒ガスを利用しているものでは地球環境を阻害するという問題があった。
【００１９】
そこで、本願発明者は、永年の研究の結果、特徴的なナノ構造を有し、電導性を有する構造材料を用い、電子の電界放出又は熱電子の放出による熱電気素子を開発したものである。
【００２０】
具体的に、ナノ構造体（23）であるカーボンナノチューブの電子放出特性の良好性は、軸方向の非常に高い電気伝導性とナノスケールの極微の直径に起因する。カーボンナノチューブは、単相及び多層を問わず、高い構造安定性を有し、鋭い先端、つまり、高いアスペクト比を有している。このことから、例えば、陰極（21）と陽極（22）との間に電界が作用すると、カーボンナノチューブの先端に電界が集中し、より低い印加電圧でもって効率的に電子がトンネリングして放出される。
【００２１】
また、上記カーボンナノチューブは、化学的に安定し、且つ高温状態においても安定し（例えば、真空中で２８００℃）、電界放出材料とし望ましい性質を有している。その上、上記カーボンナノチューブは、電流密度も多くとれるという特徴を有している。本発明は、斯かる点に着目してナノ構造体（23）を用いるようにしたものである。
【００２２】
すなわち、第２の発明では、陰極（21）と陽極（22）とを対面して配置し、高真空下において１ｖ／ｍｍ〜１０ｋｖ／ｍｍの電場、又は０．１ｖ〜１００ｖの電圧をかけると、電子がナノ構造体（23）の先端から真空中にトネンリングして放出される。この際、電子は、陰極（21）から運動エネルギを奪って陽極（22）に到達する。この結果、電子を放出する陰極（21）が冷却される一方、電子を受け取る陽極（22）が加熱される。尚、上記陰極（21）と陽極（22）との間に印加する電圧は、低いほどＣＯＰ（成績係数）がよい。
【００２３】
上記ナノ構造体（23）は、アスペクト比の高さから低電圧で効率よく電子を放出するので、より消費電力が少なく、電子クーリングが行われる。
【００２４】
また、第４の発明では、ナノ構造体（23）であるカーボンナノチューブの先端を開口端（24）にすると、エッジの部分に電界が集中することから電界放出がより良好となる。
【００２５】
また、第５の発明では、ナノ構造体（23）に表面修飾を施すと、仕事関数を減少させることができる。
【００２６】
具体的に、第６の発明は、熱電気素子（20）によって空気調和を行うものである。つまり、第１空気はケーシング（11）に吸い込まれ、１次側通路（15）を流れる。上記第１空気は、熱交換手段（12）における熱電気素子（20）の陰極（21）（冷却部）で熱交換して冷却され、冷却空気の調和空気となる。この調和空気は、１次側通路（15）流れ、室内に吹き出し、室内を冷房する。
【００２７】
また、第２空気はケーシング（11）に吸い込まれ、２次側通路（16）を流れる。そして、上記室外空気は、熱交換手段（12）における熱電気素子（20）の陽極（22）（加熱部）で熱交換して加熱され、排熱空気となる。この排熱空気は、２次側通路（16）流れ、室外に吹き出る。
【００２８】
一方、暖房運転を行う場合、熱交換手段（12）における熱電気素子（20）は、陽極（22）が１次側通路（15）に面し、熱電気素子（20）の陰極（21）が２次側通路（16）に面するように陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加する。そして、冷房運転時とは逆に、第１空気は１次側通路（15）を流れて加熱され、加熱空気の調和空気となって室内に吹き出し、室内を暖房する。一方、第２空気は２次側通路（16）を流れて冷却され、排熱空気となって室外に吹き出る。
【００２９】
また、第７及び第８の発明では、熱電気素子（20）によって除湿を行うものである。つまり、除湿手段（32）における熱電気素子（20）は、空気通路（36）に面する陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加する。空気はケーシング（31）に流入し、空気通路（36）を流れる。そして、上記空気は、除湿手段（32）における熱電気素子（20）の陰極（21）（冷却部）で熱交換して冷却されて除湿され、乾燥した調和空気となる。この調和空気は、脱臭手段（33）を流れ、臭気物質が吸着除去され、空気の除湿及び脱臭が行われる。
【００３０】
また、第９の発明では、熱電気素子（20）によって発電を行うものである。つまり、例えば、加熱手段（42）でガスを燃焼させる。この燃焼によって変換手段（45）における熱電気素子（20）の陰極（21）が加熱される。一方、１次側通路（15）には、冷却手段（46）によって変換手段（45）における熱電気素子（20）の陽極（22）が冷却される。上記変換手段（45）の熱電気素子（20）は、陰極（21）が所定温度以上に加熱されると、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）から陽極（22）に向かって熱電子が放出される。この電子放出によって陰極（21）と陽極（22）との間に電位差が生じ、発電が行われる。この変換部で発生した電力が負荷（47）に供給される。
【００３１】
また、第１０の発明では、熱電気素子（20）によって発電及び空気調和を行うものである。つまり、変換手段（45）における熱電気素子（20）の陰極（21）が加熱され、陽極（22）が冷却されるので、ナノ構造体（23）を介して陰極（21）から陽極（22）に向かって放出される。この結果、陰極（21）と陽極（22）との間に電位差が生じる。
【００３２】
上記変換手段（45）における熱電気素子（20）の陽極（22）から電子が熱交換手段（12）の熱電気素子（20）の陰極（21）に流れる。この熱交換手段（12）の熱電気素子（20）には、所定電圧が印可されているので、熱電気素子（20）の陰極（21）から電界放出によって電子が陽極（22）に放出される。この結果、陰極（21）が冷却され、第１空気が冷却されて調和空気となる。この調和空気は、室内に供給される。
【００３３】
上記熱交換手段（12）の熱電気素子（20）の陽極（22）に流れた電子は、変換手段（45）における熱電気素子（20）の陰極（21）に流れ、上述の動作が繰り返される。
【００３４】
また、暖房運転を行う場合、上記変換手段（45）における熱電気素子（20）と熱交換手段（12）の熱電気素子（20）との接続を逆にすればよい。
【００３５】
【発明の効果】
したがって、本発明によれば、ナノ構造体（23）を有する電子放出型デバイスで熱電気素子（20）を構成するようにしたために、電子の散乱がなく、電気エネルギと熱とを高効率で変換することができる。
【００３６】
また、上記ナノ構造体（23）は、アスペクト比の高さから低電圧で効率よく電子を放出するので、より消費電力が少なく、電子クーリングを行うことができる。
【００３７】
また、上記ナノ構造体（23）をカーボンナノチューブで形成し、該カーボンナノチューブの先端を開口端（24）にすると、エッジの部分に電界が集中することから電界放出がより良好となる。
【００３８】
また、上記ナノ構造体（23）に表面修飾を施すと、仕事関数を減少させることができる。
【００３９】
また、上記熱電気素子（20）を設けて空気調和を行うようにすると、蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成するものに比して冷媒及び圧縮機を設ける必要がないので、脱人工冷媒を図ることができ、地球環境に優しいものとすることができる。
【００４０】
また、振動及び騒音の低減を図ることができると共に、機械的摺動部がないので、機械的摩耗がなく、しかも、圧縮機の発熱、重量及び容積に関する制約を解消することができる。
【００４１】
また、蒸気圧縮式冷凍サイクルの効率より高効率とすることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態１】
以下、本発明の実施形態１を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４３】
図１に示すように、空気調和装置（10）は、熱電気素子（20）を備えた熱電気装置であって、冷房運転を行うように構成されている。
【００４４】
上記空気調和装置（10）は、ケーシング（11）と、熱交換手段である熱交換機構（12）とを備えている。上記ケーシング（11）は、前面ケース（11a）と背面ケース（11b）とを備え、上記前面ケース（11a）の内側中央部にコア（11c）が設けられている。
【００４５】
上記前面ケース（11a）には、コア（11c）の上方に位置して室内空気を吸い込む室内吸込口（13a）が形成されると共に、コア（11c）の下方に位置して調和空気を吹き出す室内吹出口（13b）が形成されている。一方、上記背面ケース（11b）には、上部に室外空気を吸い込む室外吸込口（14a）が形成されると共に、下部に排熱空気を吹き出す室外吹出口（14b）が形成されている。更に、上記背面ケース（11b）の上部及び下部には、前方に突出した突起（11d）が形成されている。
【００４６】
上記ケーシング（11）の内部には、室内吸込口（13a）と室内吹出口（13b）とを繋ぐ１次側通路（15）が形成されると共に、室外吸込口（14a）と室外吹出口（14b）とを繋ぐ２次側通路（16）が形成されている。
【００４７】
上記熱交換機構（12）は、１次側通路（15）と２次側通路（16）との区画壁を形成し、複数の熱電気素子（20）によって構成され、室内吸込口（13a）の上方から室内吹出口（13b）の下方に亘って形成されている。
【００４８】
上記１次側通路（15）には、コア（11c）に近接して室内ファン（17a）が設けられている。一方、上記２次側通路（16）には、室外吸込口（14a）に吸込ファン（17b）が、室外吹出口（14b）に吹出ファン（17c）が配置されている。
【００４９】
上記熱交換機構（12）は、複数の熱電気素子（20）が縦横に並列に配列された平板状に形成されている。上記各熱電気素子（20）は、電界放出型デバイスであって、図２に示すように、陰極（21）と陽極（22）とより成る一対の電極と、該陰極（21）と陽極（22）とにそれぞれ設けられたナノ構造体（23）とを備えている。
【００５０】
上記ナノ構造体（23）は、図３に示すように、カーボンナノチューブで構成され、陰極（21）と陽極（22）との双方の対向面に配置されている。そして、上記カーボンナノチューブは、炭素繊維より構成され、先端が切除されて先端が開口端（24）に形成されている。
【００５１】
上記ナノ構造体（23）は、直径が１ｎｍ〜４０ｎｍで、アスペクト比が１０以上になるように形成されている。したがって、上記ナノ構造体（23）は、例えば、高さが１０ｎｍに形成されている。
【００５２】
また、上記カーボンナノチューブは、単相のものであってもよく、多層のものであってもよい。しかしながら、上記カーボンナノチューブは、２層のものが好ましい。
【００５３】
上記熱電気素子（20）における陰極（21）と陽極（22）との間は、真空に保持され、該陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加することにより、陽極（22）のナノ構造体（23）と陰極（21）のナノ構造体（23）との間に電界が生じ、電界強度が所定値以上になると陰極（21）のナノ構造体（23）から陽極（22）のナノ構造体（23）に電子が放出されて電界放出が生じる。そして、この電界放出によって上記陰極（21）が冷却部に形成され、陽極（22）が加熱部に形成されることになる。
【００５４】
上記熱交換機構（12）は、陰極（21）と陽極（22）とがそれぞれ１次側通路（15）及び２次側通路（16）に面している。つまり、例えば、冷房運転を行う場合、熱電気素子（20）の陰極（21）が１次側通路（15）に面し、熱電気素子（20）の陽極（22）が２次側通路（16）に面するように陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加する。暖房運転を行う場合、印加電圧を逆にし、熱電気素子（20）の陽極（22）が１次側通路（15）に面し、熱電気素子（20）の陰極（21）が２次側通路（16）に面するように陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加する。
【００５５】
また、上記熱電気素子（20）は、電場が１０ｋｖ／ｍｍ以下になるように、又は電圧が１００ｖ以下になるように設定され、電界放出電流密度が１μＡ／ｃｍ2になるように設定されている。更に、上記陰極（21）と陽極（22）との間の真空度が１０-3Ｔｏｒｒになるように設定され、陰極（21）と陽極（22）との間の間隙が１ｍｍ以下になるように設定されている。
【００５６】
〈作用〉
次に、上述した空気調和装置（10）の空気調和動作について説明する。
【００５７】
先ず、冷房運転を行う場合、熱交換機構（12）における熱電気素子（20）は、陰極（21）が１次側通路（15）に面し、熱電気素子（20）の陽極（22）が２次側通路（16）に面するように陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加する。この電圧の印加によって陰極（21）のナノ構造体（23）と陽極（22）のナノ構造体（23）との間に電界が生じ、陰極（21）のナノ構造体（23）から電子が陽極（22）のナノ構造体（23）に向かって放出される。この電界放出によって陰極（21）が冷却され、陽極（22）が加熱される。
【００５８】
つまり、高真空下（１０-3Ｔｏｒｒ以下）において、対向配置された陰極（21）と陽極（22）との間に１ｖ／ｍｍ〜１０ｋｖ／ｍｍの電場、又は０．１ｖ〜１００ｖの電圧をかけると、電子がナノ構造体（23）の先端から真空中にトネンリングして放出される。この際、電子は、陰極（21）から運動エネルギを奪って陽極（22）に到達する。この結果、電子を放出する陰極（21）が冷却される一方、電子を受け取る陽極（22）が加熱される。
【００５９】
一方、室内ファン（17a）を駆動すると、室内空気が室内吸込口（13a）よりケーシング（11）に吸い込まれ、１次側通路（15）を流れる。上記室内空気は、熱交換機構（12）における熱電気素子（20）の冷却部である陰極（21）で熱交換して冷却され、冷却空気の調和空気となる。この調和空気は、１次側通路（15）流れ、室内吹出口（13b）より室内に吹き出し、室内を冷房する。
【００６０】
更に、吸込ファン（17b）及び吹出ファン（17c）を駆動すると、室外空気は室外吸込口（14a）よりケーシング（11）に吸い込まれ、２次側通路（16）を流れる。上記室外空気は、熱交換機構（12）における熱電気素子（20）の加熱部である陽極（22）で熱交換して加熱され、排熱空気となる。この排熱空気は、２次側通路（16）流れ、室外吹出口（14b）より室外に吹き出る。
【００６１】
また、暖房運転を行う場合、熱交換機構（12）における熱電気素子（20）は、陽極（22）が１次側通路（15）に面し、熱電気素子（20）の陰極（21）が２次側通路（16）に面するように陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加する。そして、冷房運転時とは逆に、室内空気は１次側通路（15）を流れて加熱され、加熱空気の調和空気となって室内に吹き出し、室内を暖房する。一方、室外空気は２次側通路（16）を流れて冷却され、排熱空気となって室外に吹き出る。
【００６２】
〈実施形態１の効果〉
以上のように、本実施形態によれば、ナノ構造体（23）を有する電界放出型デバイスで熱電気素子（20）を構成するようにしたために、電子の散乱がなく、電気エネルギと熱とを高効率で変換することができる。
【００６３】
また、蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成するものに比して冷媒及び圧縮機を設ける必要がないので、脱人工冷媒を図ることができ、地球環境に優しいものとすることができる。
【００６４】
また、振動及び騒音の低減を図ることができると共に、機械的摺動部がないので、機械的摩耗がなく、しかも、圧縮機の発熱、重量及び容積に関する制約を解消することができる。
【００６５】
また、蒸気圧縮式冷凍サイクルの効率より高効率とすることができる。
【００６６】
また、上記ナノ構造体（23）は、アスペクト比の高さから低電圧で効率よく電子を放出するので、より消費電力が少なく、電子クーリングが行われる。
【００６７】
また、上記ナノ構造体（23）の先端を開口端（24）にすると、エッジの部分に電界が集中することから電界放出がより良好となる。
【００６８】
−変形例１−
上記ナノ構造体（23）は、開口端（24）を有しないものであってもよく、また、上記ナノ構造体（23）は、カーボンナノチューブの代えて次のものであってもよい。
【００６９】
つまり、上記ナノ構造体（23）は、図５に示すように、炭素繊維よりなり、中実に形成されたカーボンナノファイバで構成してもよい。
【００７０】
また、ナノ構造体（23）は、図６に示すように、炭素繊維よりなり、螺旋状に形成されたカーボンナノコイルで構成してもよい。
【００７１】
また、ナノ構造体（23）は、図７に示すように、炭素繊維よりなり、コーン状に形成されたカーボンナノコーンで構成してもよい。
【００７２】
また、上記ナノ構造体（23）は、酸化物ナノチューブであってもよく、また、グラファイトナノファイバで構成してもよい。
【００７３】
また、上記ナノ構造体（23）は、表面修飾を施したもでもよく、例えば、カーボンナノチューブの表面官能基としては、−ＯＨ、ｓｐ3炭素、−ＣＯＯＨなどが有る。
【００７４】
−変形例２−
上記熱電気素子（20）は、図８及び図９に示すように、シリコン基板又はアルミ基板の陰極（21）及び陽極（22）である電極上にカーボンナノチューブを成長させるようにしてもよい。例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって陰極（21）及び陽極（22）上にカーボンナノチューブが剣山のように垂直に成長させてもよい。その際、作動時の熱応力を吸収するために、酸化シリコン（ＳiＯ2）より成る区画部（25）を電極状に形成するようにしてもよい。そして、区画内にカーボンナノチューブを成長させる。この結果、カーボンナノチューブの配向が良好に調整され、電力量の低減を図ることができる。
【００７５】
−変形例３−
上記熱電気素子（20）は、図１０及び図１１に示すように、シリコン基板又はアルミ基板の陰極（21）及び陽極（22）である電極上にカーボンナノチューブを印刷法により形成するようにしてもよい。つまり、ドラム（26）に形成したナノ構造体（23）を電極板上に固定するようにしてもよい。尚、この印刷法の場合、カーボンナノチューブの配向は調整されない。
【００７６】
【発明の実施の形態２】
以下、本発明の実施形態２を図面に基づいて詳細に説明する。
【００７７】
本実施形態は、図１２に示すように、実施形態１の空気調和装置（10）に代えて、熱電気装置である脱臭除湿装置（30）に熱電気素子（20）を用いたものである。
【００７８】
上記脱臭除湿装置（30）は、室内と押入との間の仕切部材（34）に取り付けられている。該脱臭除湿装置（30）は、ケーシング（31）と除湿手段である除湿機構（32）と脱臭手段である脱臭機構（33）とを備えている。
【００７９】
上記仕切部材（34）には、空気の流入口（34a）が形成されると共に、該流入口（34a）の上方位置に空気の流出口（34b）が形成されている。上記ケーシング（31）は、流入口（34a）と流出口（34b）とを覆うように仕切部材（34）に取り付けられている。
【００８０】
また、上記ケーシング（31）の内部には、仕切部材（34）における流入口（34a）の上辺からケーシング（31）内に延びる隔壁（35）が設けられている。該隔壁（35）の先端には、下方に向かって延びる板状の除湿機構（32）が設けられている。
【００８１】
そして、上記ケーシング（31）の内部には、空気通路（36）が形成されている。該空気通路（36）は、流入口（34a）から仕切部材（34）と除湿機構（32）との間で形成される１次側通路（36a）と、該１次側通路（36a）に連通し、ケーシング（31）と除湿機構（32）との間で形成され且つ流出口（34b）に至る２次側通路（36b）とを備えている。
【００８２】
上記除湿機構（32）は、図示しないが、実施形態１と同様な熱電気素子（20）を備え、該熱電気素子（20）は、冷却部である陰極（21）が１次側通路（36a）に面し、加熱である陽極（22）が２次側通路（36b）に面するように配置されている。そして、上記除湿機構（32）は、押入から流入する空気を１次側通路（36a）で冷却して除湿した後、この除湿された空気を２次側通路（36b）で加熱して押入に戻すように構成されている。
【００８３】
上記ケーシング（31）内の下部には、脱臭機構（33）が１次側通路（36a）に位置して配置されている。該脱臭機構（33）は、臭気物質の吸着剤である活性炭を有し、冷却された空気の流通によって臭気物質を吸着除去するように構成されている。
【００８４】
上記ケーシング（31）の下部には、開口（31a）が形成されると共に、該開口（31a）の下方には、水滴受け（31b）が設けられている。
【００８５】
〈作用〉
次に、上述した脱臭除湿装置（30）の脱臭除湿動作である空気調和動作について説明する。
【００８６】
先ず、除湿機構（32）における熱電気素子（20）は、陰極（21）が１次側通路（36a）に面し、熱電気素子（20）の陽極（22）が２次側通路（36b）に面するように陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加する。押入空気は流入口（34a）よりケーシング（31）に流入し、１次側通路（36a）を流れる。そして、上記押入空気は、除湿機構（32）における熱電気素子（20）の冷却部である陰極（21）で熱交換して冷却されて除湿され、乾燥した調和空気となる。この調和空気は、脱臭機構（33）を流れ、臭気物質が吸着除去される。
【００８７】
その後、上記調和空気は、２次側通路（36b）を流れ、除湿機構（32）における熱電気素子（20）の加熱部である陽極（22）で熱交換して加熱され、流出口（34b）から押入に戻り、該押入の除湿及び脱臭が行われる。その他の構成、作用及び効果は実施形態１と同様である。
【００８８】
【発明の実施の形態３】
以下、本発明の実施形態３を図面に基づいて詳細に説明する。
【００８９】
本実施形態は、図１３乃至図１５に示すように、実施形態１の空気調和装置（10）に代えて、熱電気装置である発電装置（40）に熱電気素子（20）を用いたものである。
【００９０】
上記発電装置（40）は、熱電気素子（20）の熱電子放出によって発電を行うように構成されている。つまり、上記熱電気素子（20）は、実施形態１の熱電気素子（20）と同様に構成されているが、実施形態１が熱電気素子（20）の陰極（21）と陽極（22）との間に所定電圧を印加したのに代わり、熱電気素子（20）の陰極（21）を加熱し、陽極（22）を冷却するようにしたものである。上記熱電気素子（20）の陰極（21）を所定温度に加熱すると、該陰極（21）のナノ構造体（23）から電子が陽極（22）のナノ構造体（23）に向かって放出され、陰極（21）と陽極（22）との間に所定の電位差が生じ、熱が電気エネルギに直接変換されて発電が行われる。
【００９１】
上記発電装置（40）は、熱電気素子（20）の熱電気の変換機能を利用したもので、発電機構（41）と燃料部（42）とを備えている。該燃料部（42）は、ガスボンベで構成され、ガス管（42a）が接続されている。
【００９２】
上記発電機構（41）は、ケーシング（43）と加熱手段である燃焼部（44）と変換手段である変換部（45）とを備えている。該ケーシング（43）は、円筒状に形成されて一端が開口されている。
【００９３】
上記燃焼部（44）は、両端が閉鎖されると共に、多数の燃焼孔（44a）が形成された円筒状の燃焼筒で構成されている。該燃焼部（44）は、上記ケーシング（43）の中央部に、該ケーシング（43）と同心上に配置されている。そして、上記燃焼部（44）は、一端にガス管（42a）が接続されて、燃料ガスが燃料部（42）より供給されている。
【００９４】
上記変換部（45）は、実施形態１と同様な熱電気素子（20）を備え、両端が開口された円筒状に形成されている。該変換部（45）は、燃焼部（44）とケーシング（43）との間に位置し、それぞれ燃焼部（44）とケーシング（43）との間に所定の間隔が形成されている。そして、上記ケーシング（43）と変換部（45）との間は、外気が流れて冷却手段を構成する１次側通路（46）に形成されている。一方、上記変換部（45）と燃焼部（44）との間は、排気ガスが流れる２次側通路（46a）に形成されている。上記１次側通路（46）と２次側通路（46a）とは、ケーシング（43）の閉塞端側で連通している。
【００９５】
上記変換部（45）は、熱電気素子（20）の陰極（21）が２次側通路（46a）に面し、陽極（22）が１次側通路（46）に面している。そして、上記上記熱電気素子（20）の陰極（21）が燃焼部（44）のガス燃焼によって加熱され、陽極（22）が外気によって冷却される。この加熱及び冷却によって熱電気素子（20）が発電を行う。
【００９６】
一方、上記変換部（45）には、負荷（47）が配線（47a）を介して接続されている。
【００９７】
〈作用〉
次に、上述した発電装置（40）の発電動作について説明する。
【００９８】
先ず、燃料部（42）より燃料ガスを燃焼部（44）に供給し、該燃焼部（44）でガスを燃焼させる。この燃焼によって変換部（45）における熱電気素子（20）の陰極（21）が加熱される。一方、１次側通路（46）には、外気が供給されて該外気が１次側通路（46）を流れるので、変換部（45）における熱電気素子（20）の陽極（22）が冷却される。この１次側通路（46）を流れた室外空気は、２次側通路（46a）流れ、ガスの燃焼に寄与した後、排気される。
【００９９】
上記変換部（45）の熱電気素子（20）は、陰極（21）が所定温度以上に加熱されると、陰極（21）のナノ構造体（23）から陽極（22）のナノ構造体（23）に向かって熱電子が放出される。この電子放出によって陰極（21）と陽極（22）との間に電位差が生じ、発電が行われる。この変換部（45）で発生した電力が負荷（47）に供給される。
【０１００】
〈実施形態３の効果〉
以上のように、本実施形態によれば、ナノ構造体（23）を有する電子放出型デバイスで熱電気素子（20）を構成するようにしたために、電子の散乱がなく、熱と電気エネルギとを高効率で変換することができる。その他の熱電気素子（20）などの構成、作用及び効果は実施形態１と同様である。
【０１０１】
【発明の実施の形態４】
以下、本発明の実施形態４を図面に基づいて詳細に説明する。
【０１０２】
本実施形態は、図１６に示すように、実施形態１の空気調和装置（10）に代えて、熱電気装置であるガスヒートポンプ装置（50）に熱電気素子（20）を用いたものである。
【０１０３】
上記ガスヒートポンプ装置（50）は、発電手段である実施形態３の発電装置（40）と空調手段である実施形態１の空気調和装置（10）とを組み合わせたものであり、実施形態３の負荷（47）として実施形態１の熱交換機構（12）が接続されて電気回路（51）が形成されている。
【０１０４】
そして、上記実施形態１の２次側通路（16）より吹き出た排出空気が実施形態３の２次側通路（46a）に供給されている。この場合、実施形態３における１次側通路（46）を流れた空気はそのまま排出されている。
【０１０５】
したがって、本実施形態では、実施形態３の変換部（45）における熱電気素子（20）の陰極（21）が加熱され、陽極（22）が冷却されるので、陰極（21）のナノ構造体（23）から電子が陽極（22）に向かって放出される。この結果、陰極（21）と陽極（22）との間に電位差が生じる。
【０１０６】
そして、図１６の矢符で示すように、上記変換部（45）における熱電気素子（20）の陽極（22）から電子が空気調和装置（10）における熱交換機構（12）の熱電気素子（20）の陰極（21）に流れる。この空気調和装置（10）の熱電気素子（20）には、所定電圧が印可されているので、熱電気素子（20）の陰極（21）から電界放出によって電子が陽極（22）に放出される。この結果、陰極（21）が冷却され、室内空気が冷却されて調和空気となる。この調和空気は、室内に供給される。
【０１０７】
一方、上記空気調和装置（10）における熱交換機構（12）の熱電気素子（20）の陽極（22）に流れた電子は、図１６の矢符で示すように、発電装置（40）の変換部（45）における熱電気素子（20）の陰極（21）に流れ、上述の動作が繰り返される。
【０１０８】
尚、暖房運転を行う場合、上記発電装置（40）の変換部（45）における熱電気素子（20）と空気調和装置（10）における熱交換機構（12）の熱電気素子（20）との接続を逆にすればよい。その際、発電装置（40）の燃焼部（44）には、外気を供給することになる。その他の熱電気素子（20）などの構成、作用及び効果は実施形態１及び実施形態３と同様である。
【０１０９】
【発明の他の実施の形態】
上記各実施形態においては、熱電気素子（20）の陰極（21）と陽極（22）とのそれぞれにナノ構造体（23）を設けるようにしたが、本発明におけるナノ構造体（23）は、陰極（21）と陽極（22）の何れかに設けるものであってもよい。つまり、ナノ構造体（23）は、陽極（22）に対面する陰極（21）の対向面にのみ設けるものであってもよく、また、陰極（21）に対面する陽極（22）の対向面にのみ設けるものであってもよい。
【０１１０】
また、本実施形態は、空気調和装置（10）や発電装置（40）等について説明したが、本発明は、熱電気素子（20）のみであってもよく、この熱電気素子（20）は、空気調和装置（10）や発電装置（40）等に限られず、各種の装置に適用してもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の空気調和装置を示す概略断面図である。
【図２】カーボンナノチューブを示す斜視図である。
【図３】先端が開口されたカーボンナノチューブを示す斜視図である。
【図４】カーボンナノファイバを示す斜視図である。
【図５】カーボンナノコイルを示す斜視図である。
【図６】カーボンナノコーンを示す斜視図である。
【図７】熱電気素子を示す斜視図である。
【図８】他の熱電気素子を示す斜視図である。
【図９】図８の熱電気素子を示す断面図である。
【図１０】他の熱電気素子の製造過程を示す概略構成図である。
【図１１】図１０に基づき製造された熱電気素子を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態２の除湿脱臭装置を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施形態３の発電装置を示す概略構成図である。
【図１４】本発明の実施形態３の発電装置の横断面を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施形態３の発電装置の縦断面を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施形態４のガスヒートポンプ装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
10            空気調和装置（熱電気装置）
11            ケーシング
12            熱交換機構（熱交換手段）
15            １次側通路
16            ２次側通路
20            熱電気素子
21            陰極
22            陽極
23            ナノ構造体
24            開口端
30            脱臭除湿装置（熱電気装置）
31            ケーシング
32            除湿機構（除湿手段）
33            脱臭機構（脱臭手段）
36            空気通路
36a           １次側通路
36b           ２次側通路
40            発電装置（熱電気装置）
41            発電機構
44            燃焼部（加熱手段）
45            変換部（変換手段）
46            １次側通路（冷却手段）
46a           ２次側通路
47            負荷
50            ガスヒートポンプ装置（熱電気装置）
【図１】
0003966056.tif 000002
【図２】
0003966056.tif 000003
【図３】
0003966056.tif 000004
【図４】
0003966056.tif 000005
【図５】
0003966056.tif 000006
【図６】
0003966056.tif 000007
【図７】
0003966056.tif 000008
【図８】
0003966056.tif 000009
【図９】
0003966056.tif 000010
【図１０】
0003966056.tif 000011
【図１１】
0003966056.tif 000012
【図１２】
0003966056.tif 000013
【図１３】
0003966056.tif 000014
【図１４】
0003966056.tif 000015
【図１５】
0003966056.tif 000016
【図１６】
0003966056.tif 000017