CN102954639A - 温控装置及其温控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种温控装置和温控方法，用于控制流经外部装置的循环液的温度。温控装置包括制冷装置、循环液回路单元和控制器。制冷装置包括蒸发装置和冷凝装置。循环液回路单元包括电动三通阀和温度传感器。循环液通过电动三通阀进入蒸发装置和冷凝装置。当温度传感器感测到循环液的温度高于设定值，控制器控制电动三通阀增大循环液流经冷凝装置的比例，当循环液的温度低于设定值，减少循环液流经冷凝装置的比例。本发明提出的温控装置和温控方法，既避免了为防止压缩机排气温度过高而采取的两路旁通回路引起的控制复杂性，又因减少采用压缩机制冷系统而达到节能的目的。

Description

温控装置及其温控方法

技术领域

本发明涉及一种温控装置，且特别涉及一种采用工艺冷却水在高温环境下进行循环液冷却的温控装置，一种温控方法也一并涉及。

背景技术

半导体行业对温度控制范围、精度要求越来越高，尤其是刻蚀机、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)等半导体加工设备。刻蚀工艺分为等离子刻蚀、金属刻蚀、介质膜刻蚀、反应离子刻蚀等等。不同的刻蚀工艺温控范围在-60℃～200℃各不相同。这就对温控装置提出了更高的设计指标：既能满足多刻蚀工艺要求的温控范围，又能在保证装置正常运行情况下达到节能、环保、经济的多项指标。

在已知的温控装置中，具有恒温液回路、冷冻回路和控制部分，其中冷冻回路部分由变频压缩机所包含的主制冷回路、热气旁通回路和冷凝旁通回路组成。

当此装置应用于介质膜刻蚀高温工艺时，冷冻回路蒸发温度相应增加，制冷量增加更为显著。而一般情况下，用户要求的制冷量会逐渐减小。这将加剧两者之间的供需矛盾。为解决这一问题，热气旁通回路电子膨胀阀开启一定的开度。然而这样会导致压缩机排气温度过高，为此冷凝旁通回路电子膨胀阀又需要开启一定的开度。

这样虽然解决了上述供需矛盾和排气温度过高两大问题，但是随之带来控制系统的复杂性、难度性、不稳定性，并且会影响调试时间，这样会增加成本。

发明内容

本发明提出一种温控装置和温控方法，能够解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明提出一种温控装置，用于控制流经外部装置的循环液的温度，温控装置包括：

制冷装置：包括

蒸发装置；

冷凝装置，用于带走蒸发装置的冷凝热和循环液的热负荷；以及

温度传感器，位于外部装置的循环液入口处；以及

循环液回路单元，包括：

电动三通阀，循环液通过电动三通阀进入蒸发装置和冷凝装置，再流回外部装置；

控制器，电性连接至电动三通阀；

其中温度传感器感测外部装置入口处的循环液的温度，当循环液的温度高于设定值，控制器控制电动三通阀增大循环液流经冷凝装置的比例，当循环液的温度低于设定值，减少循环液流经冷凝装置的比例。

进一步说，循环液回路单元还包括加热装置和泵，循环液自加热装置和泵进入外部装置。

进一步说，控制器电性连接至加热装置和泵，当循环液的温度高于设定值，控制器非致能加热装置以及增加泵的功率，当循环液的温度低于设定值，致能加热装置以及减少泵的功率。

进一步说，循环液回路单元还包括变频装置，电性连接至泵和控制器，控制器控制变频装置来调节泵的功率。

进一步说，循环液回路单元还包括电磁阀，设置在电动三通阀和冷凝装置之间，并电性连接至控制器，当循环液的温度高于设定值，控制器控制电磁阀处于全开状态，当循环液的温度低于设定值，控制器控制电磁阀的开关时间，以减少循环液的流量。

本发明还提供一种温控方法，用于控制流经外部装置的循环液的温度，循环液连接至电动三通阀，并通过电动三通阀连接时冷凝装置和蒸发装置，再流回外部装置，包括以下步骤：

感测外部装置入口处的循环液的温度；

判断循环液的温度与设定值的关系；以及

当循环液的温度高于设定值，控制器控制电动三通阀增大循环液流经冷凝装置的比例，当循环液的温度低于设定值，减少循环液流经冷凝装置的比例。

进一步说，循环液自加热装置和泵进入外部装置，其特征是，温控方法还包括：

当循环液的温度高于设定值，控制器非致能加热装置以及增加泵的功率，当循环液的温度低于设定值，致能加热装置以及减少泵的功率。

进一步说，泵电性连接至变频装置，其特征是，温控方法还包括：控制器控制变频装置来调节泵的功率。

进一步说，电磁阀设置在电动三通阀和冷凝装置之间，并电性连接至控制器，其特征是，温控方法还包括：

当循环液的温度高于设定值，控制器控制电磁阀处于全开状态，当循环液的温度低于设定值，控制器控制电磁阀的开关时间，以减少循环液的流量。

本发明提出的温控装置和温控方法，在高温工艺时，较多地采用工艺冷却水来冷却循环液，而减少采用压缩机制冷系统来冷却循环液，这样既避免了为防止压缩机排气温度过高而采取的两路旁通回路引起的控制复杂性，又因减少采用压缩机制冷系统而达到节能的目的。

附图说明

图1所示为本发明第一实施例温控装置的功能方块图。

图2所示为本发明第一实施例中温度控制的步骤流程图。

图3所示为本发明第二实施例温控装置的功能方块图。

图4所示为本发明第二实施例中温度控制的步骤流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

请参看图1，图1所示为本发明第一实施例温控装置的功能方块图。

本发明提出一种温控装置，用于控制流经外部装置12的循环液的温度。

温控装置包括制冷装置13、循环液回路单元14和控制器11。

制冷装置13主要包含冷凝装置1、膨胀装置2、压缩机3、蒸发装置4。冷凝装置1既可以带走蒸发装置4的冷凝热，又可以带走外部装置12传给循环液的热负荷。膨胀装置2可以采用热力膨胀阀、电子膨胀阀或孔板。

冷凝装置1、膨胀装置2、压缩机3、蒸发装置4之间循环有冷却液，通过制冷装置13中冷却液的循环，能够调节流经蒸发装置4的循环液的温度。

值得注意的，冷凝装置1还可以接通工艺冷却水(Process Cooling Water，PCW)，当循环液流经冷凝装置1时，工艺冷却水能够冷却循环液。这种冷却方式无需压缩机制冷系统，能够节省能源，同时，也能够防止压缩机排气温度过高而采取的两路旁通回路引起的控制复杂性。

循环液回路单元14包含电动三通阀5、加热装置6、泵7。电动三通阀5分别连接循环液、蒸发装置4和冷凝装置1。循环液依次流经三通阀5、制冷装置13、加热装置6、以及泵7，再进入外部装置12中。循环液回路单元14还可以包含变频装置9，电性连接至泵7，用以调节泵7的功率。

加热装置6可以包含控温控水箱、膨胀水箱、液位开关和加热装置，用于回收和加热被泵7输送到外部装置的循环液。

控制器11电性连接至电动三通阀5、泵7。控制器11控制这些装置以调节循环液的温度和流量。

循环液回路单元14还包含温度传感器8，用于感测外部装置12入口处的循环液的温度，传递感测信号至控制器11。

控制器11还可以电性连接至膨胀装置2和压缩机3，用以在循环液温度发生变化时，调整冷却液的流量和压缩强度。

请结合参考图2，图2所示为本发明第一实施例中温度控制的步骤流程图。

步骤S201：感测外部装置12入口处的循环液的温度。温度传感器12设置在外部装置的循环液入口处，感测循环液的温度。

步骤S202：判断循环液的温度与一设定值的关系。根据使用需要，该设定值能够有使用者进行设定。当循环液的温度高于设定值，执行步骤S203，当循环液的温度低于设定值，执行步骤S204。

步骤S203：增大循环液流经冷凝装置1的比例。控制器11通过控制电动三通阀5能够增大循环液流经冷凝装置1的比例，减少循环液流经蒸发装置4的比例，以降低排气量，节约能源。

步骤S204：减少循环液流经冷凝装置1的比例。

步骤S205：非致能加热装置6以及增加泵7的功率。加热装置6不再加热循环液，同时，泵7增加循环液进入制冷装置13的流量，从而降低循环液的温度，最终使得循环液的温度值接近设定值。控制器11可以通过控制变频装置9来控制泵7的功率。

步骤S206：致能加热装置6以及减少泵7的功率。加热装置6提高循环液的温度、减少循环液的流量以保证循环管路中循环液压力相应减小，以使得循环液的温度快速升高至设定值。

图3所示为本发明第二实施例温控装置的功能方块图。图4所示为本发明第二实施例中温度控制的步骤流程图。请结合参考图3、4。

本实施例与第一实施例不同之处在于，循环液回路单元14还包括电磁阀10，连接于电动三通阀5和制冷装置13之间。控制器11电性连接至电磁阀10。

步骤S401：感测外部装置12入口处的循环液的温度。温度传感器12放置在外部装置的循环液入口处，感测循环液的温度。

步骤S402：判断循环液的温度与一设定值的关系。根据使用需要，该设定值能够有使用者进行设定。当循环液的温度高于设定值，执行步骤S403，当循环液的温度低于设定值，执行步骤S404。

步骤S403：增大循环液流经冷凝装置1的比例。控制器11通过控制电动三通阀5能够增大循环液流经冷凝装置1的比例，减少循环液流经蒸发装置4的比例，以降低排气量，节约能源。

步骤S404：减少循环液流经冷凝装置1的比例。

步骤S405：非智能加热装置，使电磁阀10处于全开状态。这一步骤是为了增加流经冷凝装置的循环液流量，但是同时也避免电磁阀10高频率进行开关动作而导致水击现象。

步骤S406：致能加热装置，控制电磁阀10的开关时间，以减少循环液的流量。在此步骤中，为了使循环液的温度快速接近设定，应当将流经制冷装置13的循环液的流量大于外部装置需要的最小流量值，但保持较低的流量。同时，加热装置也可以处于全开状态，以减少温度调节时间。

电动三通阀7比较难在较小的开度进行流量控制，但是由于利用电磁阀10的开关时间来进行小流量的控制，所以，能够使循环液的流量达到最佳状态，提高电动三通阀的使用寿命和循环液的温度稳定性。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种温控装置，用于控制流经外部装置的循环液的温度，其特征在于，所述温控装置包括：

制冷装置：包括

蒸发装置；以及

冷凝装置，用于带走所述蒸发装置的冷凝热和所述循环液的热负荷；

循环液回路单元，包括：

电动三通阀，所述循环液通过所述电动三通阀进入所述蒸发装置和所述冷凝装置，再流回所述外部装置；

温度传感器，位于所述外部装置的循环液入口处；

控制器，电性连接至所述电动三通阀；

其中所述温度传感器感测所述外部装置入口处的所述循环液的温度，当所述循环液的温度高于设定值，所述控制器控制所述电动三通阀增大所述循环液流经所述冷凝装置的比例，当所述循环液的温度低于所述设定值，减少所述循环液流经所述冷凝装置的比例。

2.根据权利要求1所述的温控装置，其特征是，所述循环液回路单元还包括加热装置和泵，所述循环液自所述加热装置和所述泵进入所述外部装置。

3.根据权利要求2所述的温控装置，其特征是，所述控制器电性连接至所述加热装置和所述泵，当所述循环液的温度高于所述设定值，所述控制器非致能所述加热装置以及增加所述泵的功率，当所述循环液的温度低于所述设定值，致能所述加热装置以及减少所述泵的功率。

4.根据权利要求2所述的温控装置，其特征是，所述循环液回路单元还包括变频装置，电性连接至所述泵和所述控制器，所述控制器控制所述变频装置来调节所述泵的功率。

5.根据权利要求1所述的温控装置，其特征是，所述循环液回路单元还包括电磁阀，设置在所述电动三通阀和所述冷凝装置之间，并电性连接至所述控制器，当所述循环液的温度高于所述设定值，所述控制器控制所述电磁阀处于全开状态，当所述循环液的温度低于所述设定值，所述控制器控制所述电磁阀的开关时间，以减少所述循环液的流量。

6.一种温控方法，用于控制流经外部装置的循环液的温度，所述循环液连接至电动三通阀，并通过所述电动三通阀连接时冷凝装置和蒸发装置，再流回所述外部装置，其特征是，包括以下步骤：

感测所述外部装置入口处的所述循环液的温度；

判断所述循环液的温度与设定值的关系；以及

当所述循环液的温度高于设定值，所述控制器控制所述电动三通阀增大所述循环液流经所述冷凝装置的比例，当所述循环液的温度低于所述设定值，减少所述循环液流经所述冷凝装置的比例。

7.根据权利要求6所述的温控方法，所述循环液自加热装置和泵进入所述外部装置，其特征是，所述温控方法还包括：

当所述循环液的温度高于所述设定值，所述控制器非致能所述加热装置以及增加所述泵的功率，当所述循环液的温度低于所述设定值，致能所述加热装置以及减少所述泵的功率。

8.根据权利要求7所述的温控方法，所述泵电性连接至变频装置，其特征是，所述温控方法还包括：所述控制器控制所述变频装置来调节所述泵的功率。

9.根据权利要求7所述的温控方法，电磁阀设置在所述电动三通阀和所述冷凝装置之间，并电性连接至所述控制器，其特征是，所述温控方法还包括：

当所述循环液的温度高于所述设定值，所述控制器控制所述电磁阀处于全开状态，当所述循环液的温度低于所述设定值，所述控制器控制所述电磁阀的开关时间，以减少所述循环液的流量。

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