CN107918419B - 基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置 - Google Patents

基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107918419B
CN107918419B CN201711047282.0A CN201711047282A CN107918419B CN 107918419 B CN107918419 B CN 107918419B CN 201711047282 A CN201711047282 A CN 201711047282A CN 107918419 B CN107918419 B CN 107918419B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fluid
temperature
fluctuation suppression
pipeline
temperature fluctuation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711047282.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107918419A (zh
Inventor
陆叶盛
崔俊宁
谭久彬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201711047282.0A priority Critical patent/CN107918419B/zh
Publication of CN107918419A publication Critical patent/CN107918419A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107918419B publication Critical patent/CN107918419B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)

Abstract

基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置属于精密温控技术领域，针对现有流体温度波动抑制装置无法满足动态温度控制性能需求的问题，提出了一种基于动态跟踪的流体温度波动抑制装置，流体一分为二同时流入一个换热装置的两侧通路，一侧通路中的流体直接流过，同时采用温度传感器来获取流体温度设定点变化情况，并以此来控制安装在另一侧通路入口处电控阀的开闭，从而截取一部分流体存储于该通路中作为温度波动抑制的热容滤波介质并保证介质温度与流体温度设定值一致，实现热容滤波介质温度对流体温度设定值的跟随，最终实现针对动态流体温度波动的抑制，为具有动态高精度温度需求的流体温度控制系统提供了有效的技术方案。

Description

基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置
技术领域
本发明属于精密温控技术领域，主要涉及一种基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置。
背景技术
随着超精密测量、加工精度的不断提高，热污染逐渐凸显成为制约测量、加工精度和性能进一步提高的关键因素之一。目前，普遍采用以空气、水或复合冷却液等为循环介质的循环流体温度控制系统来实现对温度敏感零部件、区域的高精度温度控制，并采用流体温度波动抑制装置串联在循环流体温度控制系统中的形式来进一步提高流体温度稳定性，以实现mK甚至更高量级的循环流体温度稳定性来满足超精密测量、加工的需求。以半导体加工的核心设备光刻机为例：采用循环冷却水通过电机水道的方式来带走电机运动时产生的热量，将电机表面温升抑制在0.1K以内；同时采用循环恒温空气产生的气浴来控制激光干涉测量系统光路所在的空间温度，使其长期温度波动不超过±0.01K。上述性能指标均是通过具有mK级温度稳定性的循环水或空气来实现的。
针对循环流体温度波动抑制问题，K.M.Lawton等提出了两类技术方案(1.Precision Temperature Control of High-Throughput Fluid Flows:Theoreticaland Experimental Analysis，第一作者：Lawton,K.M.，期刊：Journal of Heat Transfer,2001年123卷4期；2.Direct contact packed bed thermal gradient attenuators:Theoretical analysis and experimental observations.第一作者：Lawton,K.M，期刊：Review of Science Instruments，2003年74卷5期)：1)将一个换热器的一侧通道内密封充满水作为热容滤波介质，并让循环流体通过另一侧通道，循环流体温度波动时，介质就会依靠自身的热容来吸收或释放热量，以此来抑制循环流体的温度波动。2)在一个容器中充满不锈钢球，让循环流体从容器的一端流入经过不锈钢球后从另一端流出，以不锈钢球的热容来吸收或释放热量，从而抑制循环流体温度波动。这两类技术方案能有效工作的核心前提是介质温度必须处于循环流体温度波动范围之内。
同时，有采用相变材料作为介质的技术方案被提出(1.Experimentalinvestigation of stabilization of flowing water temperature with a water-PCMheat exchanger，第一作者：Vít,
Figure GDA0002364883580000021
会议：EPJ Web of Conferences.2014年；2.Thermal Storage as a Way to Attenuate Fluid-Temperature Fluctuations:Sensible-Heat Versus Latent-Heat Storage Materials，第一作者：Pavel Charvat，期刊：Materials and Technology，2014年48卷3期；3.Temperature regulator unit forfluid flow in a channel using phase change material，第一作者：Alawadhi,E.M.，期刊：Applied Thermal Engineering，2005年25卷2期)：以相变材料为热容滤波介质并包裹在铜管外壁，循环流体自管内流过，构成套管换热结构。并利用相变材料在相变过程中能吸收或释放巨大的热能且自身温度几乎维持不变的特性来实现对管内循环流体温度波动的抑制功能。这类技术方案能有效工作的核心前提是流体温度波动范围在相变材料的相变温度范围之内，才能有效利用相变材料的潜热容。
上述几类技术方案，采用不同的结构和热容滤波介质实现了循环流体的温度波动抑制，但都存在同一共性问题：不具备跟随循环流体温度设定点变化的动态温度波动抑制能力，具体地：
(1)以水、金属球或相变材料为介质的技术方案，由于水、金属球或相变材料都是静止且无源的，不具备调节自身温度的能力，因此装置工作前都需要将水或金属球的温度提前设置到循环流体温度点或提前制备相应的相变材料；
(2)同样由于水、金属球或相变材料不具备调节自身温度的能力，因此散热等因素会使水、金属球或相变材料等介质的温度随时间逐渐发生漂移，此时介质不但无法有效抑制循环流体温度波动，反而会导致循环流体温度随介质温度一起漂移；
(3)如果在工作过程中循环流体温度设定值发生了改变，则会出现循环流体温度与介质温度不匹配的现象，即循环流体和介质之间存在超过循环流体自身温度波动峰值的温差，此时介质非但无法有效抑制循环流体的温度波动，还会使得循环流体温度偏离设定点，成为一个干扰源，需要重新调节介质温度；而相变材料只有在相变温度范围内才具有极大的热容，而相变温度通常是一个极窄的温度范围，因此一种相变材料只能对温度设定点在该相变温度范围之内的循环流体温度波动进行抑制，当循环流体温度设定值为其他温度时，需要重新配置与之相匹配的相变材料才能实现循环流体温度波动抑制效果。
综上所述，现有的技术方案无法解决实时跟随流体温度设定点的动态循环流体温度波动抑制问题。而目前用以制备高精度恒温循环冷却水的循环冷水机的温度调整时间一般在分钟量级，具有一定的动态性能。所以，当采用现有的循环流体温度波动抑制装置技术方案与恒温循环冷水机串联构成循环流体温度控制系统时，虽然可以提高循环流体的温度稳定性却极大地限制了循环流体温度控制系统的动态性能。
发明内容
本发明的目的是针对具有动态高精度温度需求的流体温度控制系统提供了有效的流体温度波动抑制技术方案。本发明的技术解决方案是：
一种基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，包括入口管路、温度波动抑制模块和出口管路，入口管路的一端与温度波动抑制模块的入口连接，出口管路的一端与温度波动抑制模块的出口连接，流体由入口管路流入，经过温度波动抑制模块后由出口管路流出，所述温度波动抑制模块由入口支管路A、入口支管路B、出口支管路A、出口支管路B、温度传感器、电控阀和换热装置组成，换热装置由工作流体通路和滤波介质通路组成；入口支管路A一端连接入口管路，另一端连接工作流体通路的入口；入口支管路B一端连接入口管路，另一端连接滤波介质通路的入口；出口支管路A一端连接出口管路，另一端连接工作流体通路的出口；出口支管路B一端连接出口管路，另一端连接滤波介质通路的出口；两个温度传感器分别设置在入口管路和出口支管路B中，电控阀设置在入口支管路B中；两个温度传感器分别与控制器的信号输入端连接，电控阀与控制器的信号输出端连接。
所述的换热装置采用套管式换热结构、管壳式换热结构或板式换热结构。
所述的电控阀采用电动开关阀。
所述流体为水、空气、油或加工冷却液。
所述换热装置为螺旋板式换热结构。
所述的电控阀是电磁开关阀。
所述换热装置采用交叉流换热形式。
本发明的技术创新性及产生的良好效果在于：
(1)本发明提出的基于动态热容滤波的流体温度波动抑制技术方案，直接利用循环流体自身作为热容滤波介质，不需要额外准备其它热容滤波介质，并且由于利用循环流体自身作为热容滤波介质，无需提前单独调节热容滤波介质的温度。
(2)本发明提出的流体温度波动抑制技术方案，通过温度传感器实时监测热容滤波介质的温度，可以及时发现热容滤波介质温度由于散热等因素而产生的漂移，从而及时更新热容滤波介质，杜绝了外部干扰通过温度波动抑制装置对循环流体温度稳定性的影响。从而获得传统方案所不具备的动态跟踪滤波和动态响应能力。
(3)本发明提出的流体温度波动抑制技术方案，可实现温度波动抑制模块中热容滤波介质的自动更新，使温度波动抑制模块具备现有技术方案、现有产品所不具备的动态响应能力；采用温度传感器配合控制器监测循环流体温度变化，并控制电控阀开闭从而实现热容滤波介质随循环流体温度变化而实时更新，进一步提高流体温度控制系统的温度稳定性，同时获得非常突出的动态响应性能。
附图说明
图1为基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置结构示意图。
图2为基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置控制原理图。
图中件号说明：1入口管路，2出口管路，3入口支管路A，4入口支管路B，5出口支管路A，6出口支管路B，7温度传感器，8电控阀，9换热装置，9a工作流体通路，9b滤波介质通路，10温度波动抑制模块，11控制器，12流体。
具体实施方式
下面结合附图1、2给出本发明的具体实施例：
一种基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，包括入口管路1、温度波动抑制模块10和出口管路2，入口管路1的一端与温度波动抑制模块10的入口连接，出口管路2的一端与温度波动抑制模块10的出口连接，流体12由入口管路1流入，经过温度波动抑制模块10后由出口管路2流出，所述温度波动抑制模块10由入口支管路A 3、入口支管路B 4、出口支管路A 5、出口支管路B 6、温度传感器7、电控阀8和换热装置9组成，换热装置9由工作流体通路9a和滤波介质通路9b组成；入口支管路A 3一端连接入口管路1，另一端连接工作流体通路9a的入口；入口支管路B 4一端连接入口管路1，另一端连接滤波介质通路9b的入口；出口支管路A 5一端连接出口管路2，另一端连接工作流体通路9a的出口；出口支管路B6一端连接出口管路2，另一端连接滤波介质通路9b的出口；两个温度传感器7分别设置在入口管路1和出口支管路B 6中，电控阀8设置在入口支管路B 4中；两个温度传感器7分别与控制器11的信号输入端连接，电控阀8与控制器11的信号输出端连接。
所述的换热装置9采用套管式换热结构、管壳式换热结构或板式换热结构。
所述的电控阀8采用电动开关阀。
所述流体12为水、空气、油或加工冷却液。
所述换热装置9为螺旋板式换热结构。
所述的电控阀8是电磁开关阀。
所述换热装置9采用交叉流换热形式。
装置工作时：两个温度传感器7分别反馈对应位置温度值给控制器11，控制器11判断是否更新换热装置9的滤波介质通路9b中的滤波介质。本实施例中，换热装置9为板式换热结构，电控阀8为电磁开关阀，流体12为水。
该实施例中，换热装置9直接利用流体12自身作为热容滤波介质，不需要额外准备其他热容滤波介质，无需提前单独调节热容滤波介质的温度；同时通过对应位置的温度传感器7实时监测热容滤波介质的温度，可以及时发现热容滤波介质温度随外界干扰而产生的漂移，从而及时更新热容滤波介质，杜绝了外部干扰通过换热装置9对流体12温度稳定性的影响；还实现了滤波介质通路9b中热容滤波介质的自动实时更新，使换热装置9具备了与流体12的温度控制系统相匹配的动态响应能力；在进一步提高流体12温度稳定性的同时也满足了流体12的温度控制系统的动态响应需求。

Claims (7)

1.一种基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，包括入口管路(1)、温度波动抑制模块(10)和出口管路(2)，入口管路(1)的一端与温度波动抑制模块(10)的入口连接，出口管路(2)的一端与温度波动抑制模块(10)的出口连接，流体(12)由入口管路(1)流入，经过温度波动抑制模块(10)后由出口管路(2)流出，其特征在于：所述温度波动抑制模块(10)由入口支管路A(3)、入口支管路B(4)、出口支管路A(5)、出口支管路B(6)、温度传感器(7)、电控阀(8)和换热装置(9)组成，换热装置(9)由工作流体通路(9a)和滤波介质通路(9b)组成；入口支管路A(3)一端连接入口管路(1)，另一端连接工作流体通路(9a)的入口；入口支管路B(4)一端连接入口管路(1)，另一端连接滤波介质通路(9b)的入口；出口支管路A(5)一端连接出口管路(2)，另一端连接工作流体通路(9a)的出口；出口支管路B(6)一端连接出口管路(2)，另一端连接滤波介质通路(9b)的出口；两个温度传感器(7)分别设置在入口管路(1)和出口支管路B(6)中，电控阀(8)设置在入口支管路B(4)中；两个温度传感器(7)分别与控制器(11)的信号输入端连接，电控阀(8)与控制器(11)的信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，其特征在于：所述的换热装置(9)采用套管式换热结构、管壳式换热结构或板式换热结构。
3.根据权利要求1所述的基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，其特征在于：所述的电控阀(8)采用电动开关阀。
4.根据权利要求1所述的基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，其特征在于：所述流体(12)为水、空气、油或加工冷却液。
5.根据权利要求1所述的基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，其特征在于：所述换热装置(9)为螺旋板式换热结构。
6.根据权利要求3所述的基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，其特征在于：所述的电控阀(8)是电磁开关阀。
7.根据权利要求1所述的基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，其特征在于：所述换热装置(9)采用交叉流换热形式。
CN201711047282.0A 2017-10-31 2017-10-31 基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置 Active CN107918419B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711047282.0A CN107918419B (zh) 2017-10-31 2017-10-31 基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711047282.0A CN107918419B (zh) 2017-10-31 2017-10-31 基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107918419A CN107918419A (zh) 2018-04-17
CN107918419B true CN107918419B (zh) 2020-04-21

Family

ID=61895841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711047282.0A Active CN107918419B (zh) 2017-10-31 2017-10-31 基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107918419B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101563155A (zh) * 2006-12-19 2009-10-21 阿尔法拉瓦尔股份有限公司 分段流装置
CN103176370A (zh) * 2013-03-13 2013-06-26 华中科技大学 一种用于浸没式光刻的浸液温控系统
JP5938506B1 (ja) * 2015-09-17 2016-06-22 株式会社日立国際電気 基板処理システム、半導体装置の製造方法、プログラム及び記録媒体
CN205811263U (zh) * 2016-06-27 2016-12-14 华中科技大学 一种适用于准分子激光器的恒温控制系统
CN107110514A (zh) * 2014-09-18 2017-08-29 英国气体贸易有限公司 用于热电联产的方法和装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101563155A (zh) * 2006-12-19 2009-10-21 阿尔法拉瓦尔股份有限公司 分段流装置
CN103176370A (zh) * 2013-03-13 2013-06-26 华中科技大学 一种用于浸没式光刻的浸液温控系统
CN107110514A (zh) * 2014-09-18 2017-08-29 英国气体贸易有限公司 用于热电联产的方法和装置
JP5938506B1 (ja) * 2015-09-17 2016-06-22 株式会社日立国際電気 基板処理システム、半導体装置の製造方法、プログラム及び記録媒体
CN205811263U (zh) * 2016-06-27 2016-12-14 华中科技大学 一种适用于准分子激光器的恒温控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN107918419A (zh) 2018-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Analysis and active control of pressure-drop flow instabilities in boiling microchannel systems
Liu et al. Prediction of the onset of nucleate boiling in microchannel flow
JP7266400B2 (ja) 冷却システム並びにその制御方法、制御プログラム、及び廃熱利用システム
CN204438841U (zh) 具有预冷装置的高温闭式冷却塔
Taiwo et al. Impact of heat generation/absorption on transient natural convective flow in an annulus filled with porous material subject to isothermal and adiabatic boundaries
Li et al. Correlations for boiling heat transfer characteristics of high-velocity circular jet impingement on the nano-characteristic stagnation zone
CN113406141B (zh) 超临界二氧化碳微通道换热实验系统
CN107918419B (zh) 基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置
CN107992127B (zh) 基于动态热容滤波的高精度恒温循环冷却水装置
KR20050091766A (ko) 흡수식 냉각기용 피드포워드 제어
WO2023142314A1 (zh) 一种飞行器分布式泵驱两相冷却系统
CN114206058A (zh) 一种控温系统、通讯设备及温度控制方法
CN208254049U (zh) 一种冷却水集中供冷多温区恒温处理装置
Tian et al. Effect analysis on thermohydraulic characteristics of microchannel direct liquid cooling under swing condition
Hua et al. Experimental study on the flow/heat transfer performance of micro-scale pin fin coating with super-hydrophobic surface adding Nano particle
CN106705540A (zh) 一种基于相变蓄冷机制的高精度液冷掺流控温装置及方法
Rajarathinam et al. Effect of partial open on natural convection heat transfer of CNT–water nanofluid in a square cavity with magnetic field
CN105446386A (zh) 一种适用于机床温度场差异化控制的温控装置
Leachman et al. Thermophysical property modeling of a hydrogenic pellet production system
Yang et al. Model predictive control of vapor compression cycle for large transient heat flux cooling
CN210890030U (zh) 一种风电齿轮箱高效散热系统
Fu et al. Gas-assisted evaporation and boiling in minichannels
CN204141905U (zh) 一种用于采用蒸汽压缩循环制冷方式的冷液机组能量调节的装置
CN104515339B (zh) 冷却系统
CN115408875B (zh) 基于Modelica语言的溴化锂吸收式制冷系统动态仿真方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant