用于制冷系統(tǒng)的按需微型膨脹閥的制作方法
【專利說明】用于制冷系統(tǒng)的按需微型膨脹閥
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年6月25日提交的美國臨時申請編號61/839，187的權(quán)益，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體涉及制冷系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及一種包括膨脹設(shè)備的改進(jìn)的制冷系統(tǒng)，所述膨脹設(shè)備具有微型閥。
【背景技術(shù)】
[0004]MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))是一類實體上較小的系統(tǒng)，其具有尺寸在微米范圍內(nèi)(即大約ΙΟμπι或更小)的構(gòu)件。這些系統(tǒng)既具有電氣部件又具有機(jī)械部件。術(shù)語“微機(jī)械加工”通常被理解為是指MEMS設(shè)備的三維結(jié)構(gòu)和運動部件的生產(chǎn)。MEMS最初使用改良的集成電路(計算機(jī)芯片)制造技術(shù)(諸如化學(xué)蝕刻)和材料(諸如硅半導(dǎo)體材料)微機(jī)械加工這些非常小的機(jī)械部件。如今，更多的微機(jī)械加工技術(shù)和材料是可用的。如本申請中所使用的，術(shù)語“微機(jī)械加工設(shè)備”指的是具有尺寸為約ΙΟμπι或更小的構(gòu)件的設(shè)備，并且由此按照定義是至少部分地通過微機(jī)械加工形成的。更具體地，如本申請中所使用的，術(shù)語“微型閥”指的是具有尺寸為約ΙΟμπι或更小的構(gòu)件的閥，并且由此按照定義是至少部分地通過微機(jī)械加工形成的。如本申請中所使用的，術(shù)語“微型閥設(shè)備”指的是包括微型閥并且還可包括其他部件的微機(jī)械加工的設(shè)備。應(yīng)當(dāng)注意的是，如果不是微型閥的部件包括在所述微型閥設(shè)備內(nèi)，這些其他部件可以是微機(jī)械加工部件或者是標(biāo)準(zhǔn)尺寸(更大)部件。類似地，微機(jī)械加工設(shè)備可既包括微機(jī)械加工部件又包括標(biāo)準(zhǔn)尺寸(更大)部件。
[0005]多種微型閥結(jié)構(gòu)已被提出用于控制流體在流體回路內(nèi)的流動。一種典型的微型閥結(jié)構(gòu)包括可移動構(gòu)件或閥部件，其通過主體可移動地支撐，用于在關(guān)閉位置與全開位置之間運動。當(dāng)置于關(guān)閉位置時，所述閥部件基本上堵塞或關(guān)閉了否則會與第二流體端口流體連通的第一流體端口，從而防止流體在流體端口之間的流動。當(dāng)閥部件從關(guān)閉位置移動到全開位置時，流體被逐漸允許在流體端口之間流動。
[0006]美國專利編號6，523，560,6, 540, 203和6，845，962描述了由多層材料組成的微型閥，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。所述多個層是微機(jī)械加工的，并粘結(jié)在一起以形成微型閥主體，并且包括中間機(jī)械層的各種微型閥部件包含在其中，所述中間機(jī)械層包括微型閥的可移動部分。所述可移動部分是通過從中間機(jī)械層去除材料(通過已知的微機(jī)械加工設(shè)備制造技術(shù)，諸如但不限于深反應(yīng)離子刻蝕)以創(chuàng)建可移動閥元件而形成的，所述可移動閥元件通過類似彈簧的元件保持附接到部件的其余部分。一般來說，所述材料通過創(chuàng)建貫穿該材料的狹槽圖案而去除以實現(xiàn)預(yù)期形狀?？梢苿娱y元件因而將能夠在一個或者多個方向上移動大致等于狹槽寬度的量。
[0007]美國專利編號7，156，365描述了一種控制微型閥的致動器的方法，其公開內(nèi)容也通過引用并入本文。在所公開的方法中，控制器供給初始電壓到所述致動器，其實施以致動微型閥。然后，控制器提供脈沖電壓到致動器，其實施以繼續(xù)微型閥的致動。
[0008]制冷通常是通過不斷地在整個封閉系統(tǒng)中循環(huán)、蒸發(fā)、冷凝固定供給的制冷劑而實現(xiàn)的。蒸發(fā)在較低的溫度和低壓下發(fā)生，而冷凝在較高的溫度和高壓下發(fā)生。由此，制冷系統(tǒng)可起到將熱量從低溫區(qū)域(例如冰箱內(nèi)部)轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)域(例如冰箱所在的廚房)的功能。
[0009]一種普通類型的制冷系統(tǒng)通常被稱為固定節(jié)流孔制冷系統(tǒng)。在固定節(jié)流孔制冷系統(tǒng)中，來自冷凝器的制冷劑穿過包括固定尺寸節(jié)流孔的膨脹設(shè)備。這種固定節(jié)流孔的尺寸一般是根據(jù)制冷系統(tǒng)預(yù)期的正常運行條件而選擇的。一種公知類型的固定節(jié)流孔膨脹設(shè)備是毛細(xì)管，所述毛細(xì)管通常實施為細(xì)長的中空圓柱形管，其具有預(yù)定的長度，其內(nèi)部通道具有預(yù)定尺寸。毛細(xì)管類型的膨脹設(shè)備是期望的，因為它們是非常簡單且便宜的。
[0010]如上面所提到的，已知的毛細(xì)管具有尺寸固定的節(jié)流孔，并且該尺寸一般根據(jù)制冷系統(tǒng)的預(yù)期正常運行條件而確定。然而，當(dāng)在特定瞬時條件(諸如制冷負(fù)載需求較快地增長)下運行時，固定節(jié)流孔類型的制冷系統(tǒng)可能在非最佳狀態(tài)下運行。其結(jié)果是，固定節(jié)流孔類型的制冷系統(tǒng)可能會花費不期望的較長時間才能達(dá)到所需的目標(biāo)制冷溫度。一些瞬時條件的例子包括:(I)在新制冷器第一次安裝并開啟時；(2) —件或者多件溫?zé)嵛锲贩胖迷谥评淦髦袝r；(3)制冷器門在使用中被打開或者關(guān)閉時；及⑷制冷器門不小心地長時間未關(guān)閉時(或者至少未完全關(guān)閉)。由此，所期望的是提供一種用于制冷系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其可以容易地響應(yīng)一種或多種瞬時條件而適應(yīng)，以便不管這樣的瞬時條件連續(xù)地以最佳的方式運行，而仍然保持較簡單和便宜。
[0011]當(dāng)考慮附圖閱讀時，本發(fā)明的其他優(yōu)點從以下詳細(xì)描述中對本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明涉及一種用于制冷系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其可以容易地響應(yīng)一種或多種瞬時條件而適應(yīng)，以便不管這樣的瞬時條件連續(xù)地以最佳的方式運行，而仍然保持較簡單和便宜。
[0013]當(dāng)考慮附圖閱讀時，本發(fā)明的各種方面從優(yōu)選實施例的以下詳細(xì)描述中對本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0014]圖1是用于制冷系統(tǒng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖，所述制冷系統(tǒng)包括固定節(jié)流孔類型的膨脹設(shè)備。
[0015]圖2是用于根據(jù)本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的第一實施例的框圖。
[0016]圖3是能夠在圖2所示的制冷系統(tǒng)的第一實施例中使用的微型閥的透視圖。
[0017]圖4是用于根據(jù)本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的第二實施例的框圖。
[0018]圖5是能夠在圖4所示的制冷系統(tǒng)的第二實施例中使用的微型閥的透視圖。
[0019]圖6是用于根據(jù)本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的第三實施例的框圖。
[0020]圖7是用于根據(jù)本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的第四實施例的框圖。
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)在參考附圖，在圖1中示出了用于制冷系統(tǒng)(整體以10表示)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)10包括蒸發(fā)器12，諸如蒸發(fā)器螺旋管。該蒸發(fā)器12可以是本領(lǐng)域中常規(guī)的，并構(gòu)造為在其進(jìn)口處接收相對低壓的液體制冷劑。諸如空氣的相對溫暖的流體流過蒸發(fā)器12，導(dǎo)致在蒸發(fā)器12中流動的相對低壓的液體制冷劑膨脹，吸收來自流過蒸發(fā)器12的流體的熱量，并且在蒸發(fā)器12內(nèi)蒸發(fā)。由此，制冷劑從在蒸發(fā)器12的入口處的相對低壓液體變成在蒸發(fā)器12的出口處的相對低壓氣體。蒸發(fā)器12的出口連接到壓縮機(jī)14的入口。
[0022]壓縮機(jī)14可以是本領(lǐng)域中常規(guī)的，并且被構(gòu)造為壓縮來自蒸發(fā)器12的低壓氣體制冷劑，并移動制冷劑通過制冷系統(tǒng)10。
[0023]相對高壓的氣體被從壓縮機(jī)14的出口排出到冷凝器16的入口。冷凝器16可以是本領(lǐng)域中常規(guī)的，并且被構(gòu)造為在相對高壓的氣體通過那里時，移除所述氣體的熱量。其結(jié)果是，高壓氣體冷凝并變成相對高壓的液體。
[0024]高壓液體從冷凝器16的出口移動到膨脹設(shè)備18，諸如毛細(xì)管。其他的膨脹設(shè)備，例如固定節(jié)流孔，可以在制冷系統(tǒng)10中代替毛細(xì)管使用。膨脹設(shè)備18構(gòu)造為限制流體通過那里的流動，并且其結(jié)果是，流體壓力隨著流體離開膨脹設(shè)備18而變低。然后，相對低壓的流體又重新回到蒸發(fā)器12的入口，并重復(fù)之前的制冷循環(huán)。制冷系統(tǒng)10還可以包含各種其他公知的部件，以便利于并且優(yōu)化所述過程。
[0025]圖2是用于根據(jù)本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的第一實施例(整體用20表示)的框圖。改進(jìn)的制冷系統(tǒng)20包括蒸發(fā)器12、壓縮機(jī)14、冷凝器16和膨脹設(shè)備18。構(gòu)造為下述微型膨脹閥22的微型膨脹設(shè)備與膨脹設(shè)備18并行連接。諸如過熱傳感器/控制器24的控制機(jī)構(gòu)可流體地連接到流體管路或吸入管路，所述管路連接蒸發(fā)器12與壓縮機(jī)14。外置傳感器26也附接到吸入管路。電信號傳輸線(未示出)將外置傳感器26、過熱控制器24與微型膨脹閥22連接起來。Arunasalam等人在2012年7月31日提交的美國專利申請13/563，017描述了過熱傳感器、控制器和處理器以及它們的操作，其通過引用以其整體并入本文。外置傳感器26可以是任何所期望的傳感器，例如溫度傳感器、壓力傳感器、或者溫度和壓力傳感器的組合。
[0026]圖3是在圖2所示的制冷系統(tǒng)的第一實施例中使用的微型膨脹閥22的透視圖。所示的膨脹閥22包括蓋板152、中間板154以及基板156。
[0027]蓋板152包括用于使各自電線從其中通過的電路端口 158，所述電線連接到形成在中間板154的隔開部分上的各自焊盤(未示出)，從而在連接到電源(未示出)并且施加電力時允許電流流過其間。蓋板152還包括共用流體端口 160。
[0028]中間板154包括致動器162，其具有以人字形模式形成的多個致動器肋164。肋164的中央肋區(qū)域166接合到可移動中央脊168