用于制冷系统的按需微型膨胀阀的制作方法
【专利说明】用于制冷系统的按需微型膨胀阀
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年6月25日提交的美国临时申请编号61/839，187的权益，其公开内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明总体涉及制冷系统。特别地，本发明涉及一种包括膨胀设备的改进的制冷系统，所述膨胀设备具有微型阀。
【背景技术】
[0004]MEMS (微机电系统)是一类实体上较小的系统，其具有尺寸在微米范围内(即大约ΙΟμπι或更小)的构件。这些系统既具有电气部件又具有机械部件。术语“微机械加工”通常被理解为是指MEMS设备的三维结构和运动部件的生产。MEMS最初使用改良的集成电路(计算机芯片)制造技术(诸如化学蚀刻)和材料(诸如硅半导体材料)微机械加工这些非常小的机械部件。如今，更多的微机械加工技术和材料是可用的。如本申请中所使用的，术语“微机械加工设备”指的是具有尺寸为约ΙΟμπι或更小的构件的设备，并且由此按照定义是至少部分地通过微机械加工形成的。更具体地，如本申请中所使用的，术语“微型阀”指的是具有尺寸为约ΙΟμπι或更小的构件的阀，并且由此按照定义是至少部分地通过微机械加工形成的。如本申请中所使用的，术语“微型阀设备”指的是包括微型阀并且还可包括其他部件的微机械加工的设备。应当注意的是，如果不是微型阀的部件包括在所述微型阀设备内，这些其他部件可以是微机械加工部件或者是标准尺寸(更大)部件。类似地，微机械加工设备可既包括微机械加工部件又包括标准尺寸(更大)部件。
[0005]多种微型阀结构已被提出用于控制流体在流体回路内的流动。一种典型的微型阀结构包括可移动构件或阀部件，其通过主体可移动地支撑，用于在关闭位置与全开位置之间运动。当置于关闭位置时，所述阀部件基本上堵塞或关闭了否则会与第二流体端口流体连通的第一流体端口，从而防止流体在流体端口之间的流动。当阀部件从关闭位置移动到全开位置时，流体被逐渐允许在流体端口之间流动。
[0006]美国专利编号6，523，560,6, 540, 203和6，845，962描述了由多层材料组成的微型阀，其公开内容通过引用并入本文。所述多个层是微机械加工的，并粘结在一起以形成微型阀主体，并且包括中间机械层的各种微型阀部件包含在其中，所述中间机械层包括微型阀的可移动部分。所述可移动部分是通过从中间机械层去除材料(通过已知的微机械加工设备制造技术，诸如但不限于深反应离子刻蚀)以创建可移动阀元件而形成的，所述可移动阀元件通过类似弹簧的元件保持附接到部件的其余部分。一般来说，所述材料通过创建贯穿该材料的狭槽图案而去除以实现预期形状。可移动阀元件因而将能够在一个或者多个方向上移动大致等于狭槽宽度的量。
[0007]美国专利编号7，156，365描述了一种控制微型阀的致动器的方法，其公开内容也通过引用并入本文。在所公开的方法中，控制器供给初始电压到所述致动器，其实施以致动微型阀。然后，控制器提供脉冲电压到致动器，其实施以继续微型阀的致动。
[0008]制冷通常是通过不断地在整个封闭系统中循环、蒸发、冷凝固定供给的制冷剂而实现的。蒸发在较低的温度和低压下发生，而冷凝在较高的温度和高压下发生。由此，制冷系统可起到将热量从低温区域(例如冰箱内部)转移到高温区域(例如冰箱所在的厨房)的功能。
[0009]一种普通类型的制冷系统通常被称为固定节流孔制冷系统。在固定节流孔制冷系统中，来自冷凝器的制冷剂穿过包括固定尺寸节流孔的膨胀设备。这种固定节流孔的尺寸一般是根据制冷系统预期的正常运行条件而选择的。一种公知类型的固定节流孔膨胀设备是毛细管，所述毛细管通常实施为细长的中空圆柱形管，其具有预定的长度，其内部通道具有预定尺寸。毛细管类型的膨胀设备是期望的，因为它们是非常简单且便宜的。
[0010]如上面所提到的，已知的毛细管具有尺寸固定的节流孔，并且该尺寸一般根据制冷系统的预期正常运行条件而确定。然而，当在特定瞬时条件(诸如制冷负载需求较快地增长)下运行时，固定节流孔类型的制冷系统可能在非最佳状态下运行。其结果是，固定节流孔类型的制冷系统可能会花费不期望的较长时间才能达到所需的目标制冷温度。一些瞬时条件的例子包括:(I)在新制冷器第一次安装并开启时；(2) —件或者多件温热物品放置在制冷器中时；(3)制冷器门在使用中被打开或者关闭时；及⑷制冷器门不小心地长时间未关闭时(或者至少未完全关闭)。由此，所期望的是提供一种用于制冷系统的改进结构，其可以容易地响应一种或多种瞬时条件而适应，以便不管这样的瞬时条件连续地以最佳的方式运行，而仍然保持较简单和便宜。
[0011]当考虑附图阅读时，本发明的其他优点从以下详细描述中对本领域技术人员将变得显而易见。
【发明内容】
[0012]本发明涉及一种用于制冷系统的改进结构，其可以容易地响应一种或多种瞬时条件而适应，以便不管这样的瞬时条件连续地以最佳的方式运行，而仍然保持较简单和便宜。
[0013]当考虑附图阅读时，本发明的各种方面从优选实施例的以下详细描述中对本领域技术人员将变得显而易见。
【附图说明】
[0014]图1是用于制冷系统的传统结构的框图，所述制冷系统包括固定节流孔类型的膨胀设备。
[0015]图2是用于根据本发明的制冷系统的改进结构的第一实施例的框图。
[0016]图3是能够在图2所示的制冷系统的第一实施例中使用的微型阀的透视图。
[0017]图4是用于根据本发明的制冷系统的改进结构的第二实施例的框图。
[0018]图5是能够在图4所示的制冷系统的第二实施例中使用的微型阀的透视图。
[0019]图6是用于根据本发明的制冷系统的改进结构的第三实施例的框图。
[0020]图7是用于根据本发明的制冷系统的改进结构的第四实施例的框图。
【具体实施方式】
[0021]现在参考附图，在图1中示出了用于制冷系统(整体以10表示)的传统结构的框图。传统的制冷系统10包括蒸发器12，诸如蒸发器螺旋管。该蒸发器12可以是本领域中常规的，并构造为在其进口处接收相对低压的液体制冷剂。诸如空气的相对温暖的流体流过蒸发器12，导致在蒸发器12中流动的相对低压的液体制冷剂膨胀，吸收来自流过蒸发器12的流体的热量，并且在蒸发器12内蒸发。由此，制冷剂从在蒸发器12的入口处的相对低压液体变成在蒸发器12的出口处的相对低压气体。蒸发器12的出口连接到压缩机14的入口。
[0022]压缩机14可以是本领域中常规的，并且被构造为压缩来自蒸发器12的低压气体制冷剂，并移动制冷剂通过制冷系统10。
[0023]相对高压的气体被从压缩机14的出口排出到冷凝器16的入口。冷凝器16可以是本领域中常规的，并且被构造为在相对高压的气体通过那里时，移除所述气体的热量。其结果是，高压气体冷凝并变成相对高压的液体。
[0024]高压液体从冷凝器16的出口移动到膨胀设备18，诸如毛细管。其他的膨胀设备，例如固定节流孔，可以在制冷系统10中代替毛细管使用。膨胀设备18构造为限制流体通过那里的流动，并且其结果是，流体压力随着流体离开膨胀设备18而变低。然后，相对低压的流体又重新回到蒸发器12的入口，并重复之前的制冷循环。制冷系统10还可以包含各种其他公知的部件，以便利于并且优化所述过程。
[0025]图2是用于根据本发明的制冷系统的改进结构的第一实施例(整体用20表示)的框图。改进的制冷系统20包括蒸发器12、压缩机14、冷凝器16和膨胀设备18。构造为下述微型膨胀阀22的微型膨胀设备与膨胀设备18并行连接。诸如过热传感器/控制器24的控制机构可流体地连接到流体管路或吸入管路，所述管路连接蒸发器12与压缩机14。外置传感器26也附接到吸入管路。电信号传输线(未示出)将外置传感器26、过热控制器24与微型膨胀阀22连接起来。Arunasalam等人在2012年7月31日提交的美国专利申请13/563，017描述了过热传感器、控制器和处理器以及它们的操作，其通过引用以其整体并入本文。外置传感器26可以是任何所期望的传感器，例如温度传感器、压力传感器、或者温度和压力传感器的组合。
[0026]图3是在图2所示的制冷系统的第一实施例中使用的微型膨胀阀22的透视图。所示的膨胀阀22包括盖板152、中间板154以及基板156。
[0027]盖板152包括用于使各自电线从其中通过的电路端口 158，所述电线连接到形成在中间板154的隔开部分上的各自焊盘(未示出)，从而在连接到电源(未示出)并且施加电力时允许电流流过其间。盖板152还包括共用流体端口 160。
[0028]中间板154包括致动器162，其具有以人字形模式形成的多个致动器肋164。肋164的中央肋区域166接合到可移动中央脊168