KR20050055451A - Micro-valve for air conditioner - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화기용 마이크로 밸브에 관한 것으로, The present invention relates to a microvalve for an air conditioner,

본 발명에 따른 마이크로 밸브는 유체가 유동되도록 내부에 공동이 형성되고, 상기 공동과 연결되어 유체를 소통시키는 제 1, 2 개구부가 형성된 바디와; 상기 바디의 공동에 소정간격 이격되도록 형성되고, 전하에 의해 자화되어 상기 제 1 개구부를 개폐시키는 개폐수단과; 상기 개폐수단에 전하를 공급하는 전하공급수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며, 자기력의 인력 및 척력을 사용하여 캔틸레버 플레이트를 조정함으로써 구조가 단순할 뿐만 아니라, 유체의 압력이 크고 작음에 따라 적절히 사용될 수 있는 이점을 가지고 있다. The microvalve according to the present invention includes a body having a cavity formed therein so as to flow a fluid and having first and second openings connected to the cavity to communicate the fluid; Opening and closing means formed in the cavity of the body to be spaced apart at a predetermined interval and magnetized by charge to open and close the first opening; It is characterized in that it comprises a charge supply means for supplying charge to the opening and closing means, by adjusting the cantilever plate using the attraction force and repulsive force of the magnetic force is not only simple structure, but also appropriately as the pressure of the fluid is large and small Has the advantage that can be used.

Description

공기조화기용 마이크로밸브{micro-valve for air conditioner} Micro-valve for air conditioner

본 발명은 마이크로 전자기계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전기력을 사용하여 구동되는 마이크로 체크밸브에 관한 것이다. The present invention relates to microelectromechanical and, more particularly, to a micro check valve driven using electrostatic force.

마이크로 전자기계 시스템(MEMS)는 실리콘 웨이터상에 2차원 혹은 3차원 기계구조를 반도체 가공기술을 응용하여 제작하는 것으로, 주 응용분야는 micro-fluid, Bio-tech, RF(radio frequency) 소자 제작 등이 있다. Micro-fluid 분야에는 초소형 펌프, 밸브 등 주로 미세유량 및 압력조절 소자, Bio-tech와 결합된 lab on a chip 소자 개발에 많은 연구가 진행중이며, 상대적으로 air conditioning system에 대한 응용은 거의 전무한 실정이다. Micro electromechanical system (MEMS) is a two-dimensional or three-dimensional mechanical structure on a silicon waiter by applying semiconductor processing technology, the main applications are micro-fluid, bio-tech, radio frequency (RF) device manufacturing, etc. There is this. In the field of micro-fluid, many researches are underway on the development of lab-on-a-chip devices combined with micro-fluid and pressure regulating devices, such as micro pumps and valves, and Bio-tech, and there are relatively few applications for air conditioning systems. .

그리고 마이크로 밸브나 펌프의 구동 시 사용되는 원리는 상이한 전극사이의 정전기력을 이용한 정전형과, 압전물질을 이용한 압전형과, 재료의 열적 팽창을 이용하거나 제한된 공간에 갇혀 있는 공기의 열팽창을 이용하는 열구동형과, 형상기억 합금을 이용하는 것 등이 있다. Principles used in the operation of micro valves and pumps include electrostatic using electrostatic forces between different electrodes, piezoelectric using piezoelectric materials, and thermal drive using thermal expansion of materials or thermal expansion of air trapped in confined spaces. And shape memory alloys.

도 6은 종래 기술에 따른 마이크로 밸브의 단면도이고, 도 7은 도 6의 작동도이며, 도 6, 7에 도시된 종래의 마이크로 밸브는 1990년에 Michael A. Huff외 3명에 의해 IEEE에 소개된 'Typical micro valve using electrostatic force'이다. 6 is a cross-sectional view of a microvalve according to the prior art, FIG. 7 is an operation of FIG. 6, and the conventional microvalve shown in FIGS. 6 and 7 is introduced to the IEEE by Michael A. Huff and 3 others in 1990. 'Typical micro valve using electrostatic force'.

종래의 마이크로 밸브는 유체가 유입되는 유입구(1a)와, 유체가 배출되는 배출구(1b)가 형성된 바디(1)와, 상기 배출구(1b)를 정전기력에 의해 개폐시키는 개폐수단(2)으로 구성된다. The conventional microvalve is composed of an inlet (1a) through which the fluid is introduced, a body (1) formed with an outlet (1b) through which the fluid is discharged, and opening and closing means (2) for opening and closing the outlet (1b) by electrostatic force. .

상기 바디(1)는 절연체(3)에 의해 상부(4)와 하부(5)로 구분되고, 상기 상부(4) 및 하부(5)에는 전하가 공급되어 자화되며, 상기 개폐수단(2)은 자화된 자기력에 의해 상기 하부(5)로 이동된다. 그래서 상기와 같은 구조의 마이크로 펌프는 상기 하부(5)에 음전하를 공급하고, 상기 상부(4)에 양전하를 공급하면, 상기 개폐수단(2)이 상기 하부(5)로 이동되면서 상기 유입구(1a)를 통해 유입된 유체를 상기 배출구(1b)를 통해 배출시키게 된다. The body 1 is divided into an upper part 4 and a lower part 5 by an insulator 3, and the upper part 4 and the lower part 5 are supplied with a magnetized charge, and the opening and closing means 2 is It is moved to the lower part 5 by the magnetized magnetic force. Thus, the micro pump having the structure as described above supplies negative charges to the lower part 5, and supplies positive charges to the upper part 4, while the opening and closing means 2 is moved to the lower part 5 while the inlet 1a. The fluid introduced through) is discharged through the outlet 1b.

그런데 종래의 개폐수단(2)의 형상은 'H' 빔의 형상으로 형성되어 상기와 같은 구조로 개폐수단(3)을 형성시키기 어려운 문제점을 가지고 있다. By the way, the shape of the conventional opening and closing means (2) is formed in the shape of the 'H' beam has a problem that it is difficult to form the opening and closing means (3) in the structure as described above.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 보다 단순한 형태로 개폐수단이 형성된 공기조화기의 마이크로 밸브를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a micro-valve of the air conditioner has a simple opening and closing means is formed.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기의 마이크로밸브는 유체가 유동되도록 내부에 공동이 형성되고, 상기 공동과 연결되어 유체를 소통시키는 제 1, 2 개구부가 형성된 바디와; 상기 바디의 공동에 소정간격 이격되도록 형성되고, 전하에 의해 자화되어 상기 제 1 개구부를 개폐시키는 개폐수단과; 상기 개폐수단에 전하를 공급하는 전하공급수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The microvalve of the air conditioner according to the present invention for solving the above technical problem has a cavity formed therein so that the fluid flows, the body is formed with a first opening and a second opening connected to communicate with the cavity; Opening and closing means formed in the cavity of the body to be spaced apart at a predetermined interval and magnetized by charge to open and close the first opening; It characterized in that it comprises a charge supply means for supplying charge to the opening and closing means.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 실시예로서 공기조화기의 마이크로밸브 단면도이고, 도 2는 도 1의 제 1 사용 예시도이며, 도 3은 도 2의 작동도이다. 1 is a cross-sectional view of a microvalve of an air conditioner according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating a first use of FIG. 1, and FIG. 3 is an operation diagram of FIG. 2.

본 발명에 따른 마이크로 밸브는 공기조화기의 증발기에 형성되어 유량을 조절하며 냉매를 증발시키기 위한 것으로, 제 1, 2 개구부(12)(14)가 형성된 바디(10)와, 상기 바디(10) 내부에 장착되어 유동되는 냉매를 단속하는 개폐수단(20)과, 상기 개폐수단(20)에 전하를 공급하는 전하공급수단(30)을 포함하여 구성된다. The microvalve according to the present invention is formed in the evaporator of the air conditioner to adjust the flow rate and evaporate the refrigerant, the body 10 having the first and second openings 12 and 14 and the body 10. It is configured to include an opening and closing means 20 for regulating the refrigerant flowing therein and the charge supply means 30 for supplying charge to the opening and closing means 20.

상기 바디(10)는 'ㄷ' 자 형상으로 형성되고, 상기 제 1 개구부(12)는 상면(11)에 형성되고, 상기 제 2 개구부(14)는 일측 측면(13)에 형성되며, 상기 개구부(12)(14)는 공동(18)으로 연결된다. The body 10 is formed in a 'c' shape, the first opening 12 is formed on the upper surface 11, the second opening 14 is formed on one side surface 13, the opening (12) 14 are connected to the cavity 18.

상기 개폐수단(20)은 상기 개구부(12)(14)를 통해 유동하는 냉매를 개폐하기 위한 것으로, 전하에 의해 자화되는 자성체로 형성되고, 상기 제 1 개구부(12)를 개폐하는 캔틸레버 플레이트(22)와, 상기 캔틸레버 플레이트(22)와 소정간격 이격되어 상기 바디(10)의 하면(15) 내측에 고정되는 고정판(24)을 포함하여 구성된다. The opening and closing means 20 is for opening and closing the refrigerant flowing through the openings 12 and 14, and formed of a magnetic material magnetized by electric charges, and a cantilever plate 22 for opening and closing the first opening 12. ) And a fixing plate 24 fixed to the inside of the lower surface 15 of the body 10 by a predetermined distance from the cantilever plate 22.

상기 캔틸레버 플레이트(22)는 일단(22a)이 상기 바디(10)의 타측 측면(16)의 내측에 고정되고, 상기 고정판(24)은 상기 바디(10)의 하면(15) 내측에 고정된다. 그리고 상기 캔틸레버 플레이트(22) 및 상기 고정판(24)은 상기 전하공급장치(30)와 연결되고 상기 전하공급장치(30)로부터 전하를 공급받아 자화된다. One end 22a of the cantilever plate 22 is fixed to the inside of the other side surface 16 of the body 10, and the fixing plate 24 is fixed to the inside of the lower surface 15 of the body 10. The cantilever plate 22 and the fixing plate 24 are connected to the charge supply device 30 and are magnetized by receiving charge from the charge supply device 30.

상기 제 1, 2 개구부(12)(14)는 유체의 흐름 방향에 따라 냉매를 소통시키는 유입구 또는 배출구로 사용되나, 상기 캔틸레버 플레이트(22)는 유체의 흐름방향에 무관하게 공히 상기 제 1 개구부(12)를 개폐시킨다. The first and second openings 12 and 14 may be used as inlets or outlets for communicating refrigerant according to the flow direction of the fluid, but the cantilever plate 22 may be connected to the first openings regardless of the flow direction of the fluid. 12) Open and close.

도 4는 도 1의 제 2 사용 예시도이며, 도 5는 도 4의 작동도이다. 4 is a diagram illustrating a second use of FIG. 1, and FIG. 5 is an operation diagram of FIG. 4.

이하 본 발명에 따른 실시예의 작동과정을 도2 내지 도 5를 중심으로 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the operation of the embodiment according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 5.

먼저, 상기 제 1 개구부(12)가 유입구로 사용되고, 상기 제 2 개구부(14)가 배출구로 사용되는 경우를 살펴보면, 상기 캔틸레버 플레이트(22)와 상기 고정판(24)은 같은 종류의 전하로 자화되고, 같은 극성을 가진 전하를 밀치는 척력이 상기 캔틸레버 플레이트(22)와 상기 고정판(24)에 작용되어 상기 캔틸레버 플레이트(22)는 상기 제 1 개구부(22)를 폐쇄시킨다. 이후 유체를 이동시키기 위해서 상기 전하공급수단(30)은 상기 캔틸레버 플레이트(22)와 상기 고정판(24)에 상이한 전하를 공급하고, 상기 캔틸레버 플레이트(22)와 상기 고정판(24)은 다른 극성을 끌어당기는 인력이 작용하여 상기 캔틸레버 플레이트(22)는 상기 고정판(24)으로 휘게 된다. 이때 상기 캔틸레버 플레이트(22)에 의해 차단되었던 냉매는 상기 제 1 개구부(12)를 통해 유입되고 상기 공동(18)을 거쳐 상기 제 1 개구부(14)를 통해 배출된다. 이후 상기 유동흐름을 차단하기 위해서는 상기 캔틸레버 플레이트(22) 및 고정판(24)에 동종의 전하를 공급하면 된다. First, when the first opening 12 is used as the inlet and the second opening 14 is used as the outlet, the cantilever plate 22 and the fixed plate 24 are magnetized with the same kind of charge. Repulsive force for pushing charges having the same polarity is applied to the cantilever plate 22 and the fixed plate 24 so that the cantilever plate 22 closes the first opening 22. Then, the charge supply means 30 supplies different charges to the cantilever plate 22 and the fixed plate 24 to move the fluid, and the cantilever plate 22 and the fixed plate 24 attract different polarities. The pulling force acts so that the cantilever plate 22 is bent to the fixing plate 24. At this time, the refrigerant blocked by the cantilever plate 22 is introduced through the first opening 12 and discharged through the first opening 14 via the cavity 18. Thereafter, in order to block the flow, the same kind of charge may be supplied to the cantilever plate 22 and the fixed plate 24.

다음으로, 상기 제 1 개구부(12)가 배출구로 사용되고, 상기 제 2 개구부(14)가 유입구로 사용되는 경우를 살펴보면, 유체는 상기 제 2 개구부(14)를 통해 유입되나 상기 캔틸레버 플레이트(22)의 의해 차단되어 유동이 발생되지 않는다. 이때 상기 캔틸레버 플레이트(22)와 상기 고정판(24)에 서로 상이한 전하를 공급하면 전술한 바와 같이 상기 캔틸레버 플레이트(22)가 상기 고정판(24)으로 휘면서 유체는 상기 제 1 개구부(12)를 통해 배출되고, 상기 캔틸레버 플레이트(22)와 상기 고정판(24)에 동종의 전하를 공급하면 상기 캔틸레버 플레이트(22)는 척력에 의해 상기 제 1 개구부(12)를 폐쇄시킨다. Next, referring to the case where the first opening 12 is used as the outlet and the second opening 14 is used as the inlet, the fluid is introduced through the second opening 14 but the cantilever plate 22 is used. Blocked by, no flow occurs. In this case, when different charges are supplied to the cantilever plate 22 and the fixing plate 24, the cantilever plate 22 is bent to the fixing plate 24 as described above, and the fluid passes through the first opening 12. When the same type of electric charge is supplied to the cantilever plate 22 and the fixed plate 24, the cantilever plate 22 closes the first opening 12 by repulsive force.

상기 제 1 사용예는 유입구로 사용되는 상기 제 1 개구부(12)에 가해지는 유체의 압력이 적은 경우에 적당하고, 상기 제 2 사용예는 상기 제 1 개구부(12)가 배출구는 사용되는 바, 상기 제 1 사용예에 비하여 유체의 압력이 더 클 경우에도 유체를 소통시키지 않고 보다 기밀하게 폐쇄시킨다. 그래서 상기 제 1 사용예는 유체를 소통시키는 목적으로 사용될 경우에 보다 적합하고 상기 제 2 사용예는 유체를 폐쇠시키는 목적으로 사용되는 경우에 보다 적합하다. The first use case is suitable when the pressure of the fluid applied to the first opening 12 used as the inlet is low, the second use case is the first opening 12 is used as the outlet, When the pressure of the fluid is greater than that of the first use example, the fluid is closed more tightly without communicating the fluid. The first use is thus more suitable when used for the purpose of communicating fluids and the second use is more suitable when used for the purpose of closing the fluid.

더불어 본 발명에 따른 마이크로밸브는 상기 캔틸레버 플레이트(22) 및 상기 고정판(24)에 공급되는 전하의 종류를 소정시간 주기적으로 변화시키는 것을 통해 공급되는 유체의 양을 미세하게 조정할 수 있다. In addition, the microvalve according to the present invention can finely adjust the amount of fluid supplied through periodically changing the type of charge supplied to the cantilever plate 22 and the fixed plate 24.

본 발명에 의한 공기조화기의 마이크로 밸브는 자기력의 인력 및 척력을 사용하여 캔틸레버 플레이트를 조정함으로써 구조가 단순할 뿐만 아니라, 유체의 압력이 크고 작음에 따라 적절히 사용될 수 있는 이점을 가지고 있다. The microvalve of the air conditioner according to the present invention has an advantage that the cantilever plate is not only simple by adjusting the cantilever plate by using the attractive force and the repulsive force of magnetic force, but also can be suitably used as the pressure of the fluid is large and small.

도 1은 본 발명에 따른 실시예로서 공기조화기의 마이크로밸브 단면도1 is a cross-sectional view of a microvalve of an air conditioner as an embodiment according to the present invention.

도 2는 도 1의 제 1 사용 예시도Figure 2 is a first use example of Figure 1

도 3은 도 2의 작동도3 is an operation diagram of FIG.

도 4는 도 1의 제 2 사용 예시도4 is a second example of use of FIG.

도 5는 도 4의 작동도5 is an operation diagram of FIG.

도 6은 종래 기술에 따른 마이크로 밸브의 단면도6 is a cross-sectional view of a microvalve according to the prior art

도 7은 도 6의 작동도 7 is an operation of FIG. 6

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>

10 : 바디 11 : 상면10: body 11: upper surface

12 : 제 1 개구부 13 : 측면12: first opening 13: side

14 : 제 2 개구부 15 : 하면14 second opening 15 bottom surface

18 : 공동 20 : 개폐수단18: cavity 20: opening and closing means

22 : 캔틸레버 플레이트 24 : 고정판22 cantilever plate 24 fixed plate

30 : 전하공급수단 30: charge supply means

Claims (10)

유체가 유동되도록 내부에 공동이 형성되고, 상기 공동과 연결되어 유체를 소통시키는 제 1, 2 개구부가 형성된 바디와; A body having a cavity formed therein so as to flow the fluid and having first and second openings connected to the cavity to communicate the fluid; 상기 바디의 공동에 소정간격 이격되도록 형성되고, 전하에 의해 자화되어 상기 제 1 개구부를 개폐시키는 개폐수단과; Opening and closing means formed in the cavity of the body to be spaced apart at a predetermined interval and magnetized by charge to open and close the first opening; 상기 개폐수단에 전하를 공급하는 전하공급수단Charge supply means for supplying charge to the opening and closing means 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 마이크로밸브 Micro-valve for air conditioners, characterized in that comprising a 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 개폐수단은 상기 공동의 일측면에 일단이 고정되어 상기 제 1 개구부를 개폐시키는 캔틸레버 플레이트와; The opening and closing means may be fixed to one side of the cavity cantilever plate for opening and closing the first opening; 상기 캔틸레버 플레이트와 소정간격 이격되고, 상기 바디의 내측에 고정되는 고정판A fixed plate spaced apart from the cantilever plate by a predetermined interval and fixed inside the body 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 마이크로밸브 Micro valve of the air conditioner, characterized in that comprises a 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 개구부는 유체가 유입되는 유입구이고, 상기 제 2 개구부는 유체가 배출되는 배출구인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 마이크로밸브 The first opening is an inlet through which fluid is introduced, and the second opening is a microvalve of the air conditioner, wherein the fluid is discharged through. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 개구부는 유체가 배출되는 배출구이고, 상기 제 2 개구부는 유체가 유입되는 유입구인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 마이크로밸브 The first opening is a discharge port through which the fluid is discharged, the second opening is a microvalve of the air conditioner, characterized in that the fluid inlet 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 바디는 'ㄷ' 자 형상으로 형성되어, 상면에 제 1 개구부가 형성되고, 측면에 제 2 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 마이크로밸브 The body is formed of a 'c' shape, the first opening is formed on the upper surface, the second valve is formed on the side of the air conditioner micro-valve 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 개폐수단은 일단이 상기 바디의 좌측 내면에 고정되어 상기 제 1 개구부를 개폐시키는 캔틸레버 플레이트와; 상기 캔틸레버 플레이트와 평행하게 상기 바디의 하면 내측에 고정되는 고정판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 마이크로밸브 The opening and closing means may be a cantilever plate, one end of which is fixed to the left inner surface of the body to open and close the first opening; The microvalve of the air conditioner, characterized in that it comprises a fixed plate fixed to the inside of the lower surface of the body in parallel with the cantilever plate 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 캔틸레버 플레이트는 전하에 의해 자화되는 자성체인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 마이크로밸브 The cantilever plate is a microvalve of the air conditioner, characterized in that the magnetic material is magnetized by the electric charge 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전하공급수단은 상기 캔틸레버 플레이트와 상기 고정판에 상이한 전하를 공급하여 상기 제 1 개구부를 개방시키고, 상기 캔틸레버 플레이트와 고정판에 동종의 전하를 공급하여 상기 제 1 개구부를 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 마이크로밸브 The charge supply means supplies different charges to the cantilever plate and the fixed plate to open the first opening, and supplies the same kind of charge to the cantilever plate and the fixed plate to close the first opening. Qi microvalve 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 바디는 공기조화기의 열교환기에 형성되고, 상기 유체는 냉매인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 마이크로밸브 The body is formed in the heat exchanger of the air conditioner, the fluid is a microvalve of the air conditioner, characterized in that the refrigerant 제 1항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 바디는 실리콘으로 형성된 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 마이크로밸브The body is a microvalve of the air conditioner, characterized in that the wafer formed of silicon
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