CN111495263B - 热介质的混合装置及冷却装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种热介质的混合装置及冷却装置。本发明公开了一种在维持制造工序所需的热介质的流量或压力的同时通过PID控制可实现精密温度控制的热介质的混合装置。所述混合装置包括：冷却通道阀门，连接于冷却装置的冷却通道而供给或回收热介质；加热通道阀门，连接于加热通道而供给或回收热介质；以及循环泵，设置于由朝向制造设备的供给线和来自所述制造设备的回收线而形成的闭环，其中，供给至所述制造设备的热介质的流量和压力借由所述循环泵而得到维持，温度借由所述各阀门的开启率而得到调整。

Description

热介质的混合装置及冷却装置
技术领域
本发明涉及一种热介质的混合装置，尤其涉及一种在维持制造工序中所需要的热介质的流量或压力的同时通过比例微积分(PID)控制实现精密温度控制的技术。
背景技术
在半导体或显示面板制造工序中，通常是将热介质温度维持在预定温度的情形下提供，然而随着最近制造工序的多样化而且所需的控制要求变高，热介质应可以使用于多种温度区段，并且还需要如下温度控制装置：除了将热介质温度维持在预定温度以外，而且可以使其迅速变更。
现有技术中存在多种缩短温度反应性的技术。
图1的(a)和图1的(b)是分别示出现有的温度控制的示意图。
图1的(a)示出了PID控制，冷却器10位于与腔室20接近的位置，并借被控制器15所控制。供给至腔室20的热介质通过组合加热器12和冷却器11而被控制，从而温度在容量范围内自由地得到变更和控制，但是与此相反，当迅速变化温度时，由于直接调节加热和冷却，因此存在反应速度较慢的缺点。
图1的(b)示出了转换控制，热介质在借由冷却器10的冷却通道12和加热通道11提前冷却和加热的状态下，利用转换箱30的三向阀门32转换的方式。
据此方式，虽然反应速度快，然而只能使用两个通道中的一个通道的温度(例如，冷却通道12是-10℃，而加热通道11是90℃)，从而存在并不适合于多种工序，并且当转换时流量及压力发生变动的缺点。
换句话说，由于没有自循环泵，所以为了通过三向阀门32循环热介质，以适量比率开关阀门，因此存在在混合冷却的热介质和加热的热介质的过程中发生的热冲击问题导致无法使用PID控制的缺点，并且，因这种结构，当进行PID控制时会频繁发生负脉冲和超调量，从而存在可能发生温度控制和流量及压力变化的危险要素。
最终，半导体及显示面板制造工序中所需的温度多样，因此没有应用PID控制的控制存在局限性，并且需要可以在半导体及显示面板工序中维持所需的流量和压力的同时将热冲击最小化，还可以实现PID控制的新型混合装置。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在维持制造工序中所需的热介质的流量或压力的同时通过PID控制实现精密温度控制的热介质的混合装置。
本发明的另一目的在于提供一种无需配备混合热介质的单独的罐，从而结构简单的热介质的混合装置。
本发明的又一目的在于提供一种应用上述的热介质的混合装置的温度控制系统。
根据本发明的一侧面，提供一种热介质的混合装置，设置于冷却装置和制造设备之间且将来自所述冷却装置的冷却通道(cooling channel)和加热通道(heatingchannel)的热介质独立地或混合而供给至所述制造设备，其特征在于，包括：冷却通道阀门，连接于所述冷却通道而供给或回收热介质；加热通道阀门，连接于所述加热通道而供给或回收热介质；以及循环泵，设置于由朝向所述制造设备的供给线和来自所述制造设备的回收线形成的闭环，其中，供给至所述制造设备的热介质的流量和压力借由所述循环泵而得到维持，温度借由所述各阀门的开启率而得到调整。
优选地，所述冷却通道阀门和所述加热通道阀门可以分别以一对双向阀门构成而被相同地控制，或可以是单一的三向阀门。
优选地，在所述冷却通道阀门和所述加热通道阀门的各输出端之间可设置有冷却控制温度传感器，并且可以基于所述冷却控制温度传感器的测量温度控制所述冷却通道阀门。
优选地，在所述循环泵的输出端设置有加热控制温度传感器，并且可基于所述加热控制温度传感器的测量温度控制所述加热通道阀门。
根据本发明的另一侧面，提供一种冷却装置，其特征在于，以应用冷却循环的冷却通道和利用冷却水而进行加热的加热通道为一对将彼此不同温度的热介质供给至混合装置，所述冷却通道将通过压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器的组合冷却的热介质经过第一热介质罐通过第一热介质循环泵而供给至所述混合装置，所述加热通道将通过热交换器和冷却水控制阀门以及加热用加热器加热的热介质经过第二热介质罐通过第二热介质循环泵供给至所述混合装置，所述混合装置包括：冷却通道阀门，连接于所述冷却通道而供给或回收热介质；加热通道阀门，连接于所述加热通道而供给或回收热介质；以及循环泵，设置于由朝向所述制造设备的供给线和来自所述制造设备的回收线而形成的闭环，其中，所述混合装置将来自所述冷却通道和所述加热通道的热介质独立地或混合而供给至制造设备，并且，供给至所述制造设备的热介质的流量和压力借由所述循环泵而得到维持，温度借由所述各阀门的开启率而得到调整。
优选地，在所述冷却通道和所述加热通道各自的供给线和回收线之间设置有旁通阀门，且可通过调整所述旁通阀门的开启来将供给的热介质的压力维持在预定程度，所述冷却通道的热介质罐和所述加热通道的热介质罐之间可以彼此连接，从而即使热介质水位差达到极限点，也不会发生溢出。
优选地，所述热介质罐之间设置有借由冷却水(PCW)而冷却或加热的热交换器，从而可以最小化热冲击。
根据本发明，在混合装置内部，通过循环泵形成自身流量和压力而进行循环，从而可以最小化在热介质的混合过程中产生的热介质的流量或压力变动。
并且，当控制连接于冷却装置的冷却通道的供给阀门和回收阀门而将其使用为用于降低温度的冷却源，并且控制连接于加热通道的供给阀门和回收阀门而将其使用为用于提升温度的加热源时，可以单独控制冷却源和加热源，而且可以以彼此不同的比率进行控制，从而相比于以预定比率开启的现有方式，可以缓和热冲击，因此可以最小化当PID控制时发生的下冲(undershoot)和过冲(overshoot)。
并且，在冷却装置中冷却的热介质一直以较低的温度所供给，加热的热介质一直以较高的温度所供给，从而使冷却装置的罐温度维持为彼此不同，并且当迅速变化制造工序所需的热介质的温度时，可以仅变更混合装置的阀门开启率来迅速提升或降低温度，从而可实现转换控制。
并且，在现有的应用三向阀门的结构中，由于以预定比率开启的特性而导致热冲击较大，因此需要进行单独的加热和冷却，然而本发明中，在回收线并不需要单独的装置，因此可以完全使用冷却装置的冷却和加热，从而可提高效率。
附图说明
图1的(a)和图1的(b)是分别示出现有的温度控制的示意图。
图2是示出根据本发明的热介质的混合装置的概括图。
图3是示出应用图2的混合装置的温度控制系统的示意图。
图4是关于本发明和现有技术的冷却装置的温度升降比较的结果曲线图。
符号说明：
100：冷却装置
110：冷却通道
120：加热通道
200：热介质的混合装置
201：供给线
202：回收线
210：冷却通道供给阀门
212：冷却通道回收阀门
220：加热通道供给阀门
222：加热通道回收阀门
230、231、232：温度传感器
233：压力传感器
234：流量计
具体实施方式
本发明中使用的技术性术语仅是用于说明特定实施例而使用的，并不旨在限定本发明。并且，只要没有在本发明中特别定义为其他含义，本发明中使用的技术性术语应当被解释为本发明所属技术领域具有普通知识的人员通常理解的含义，不应被解释为过度概括的含义或者过度局限的含义。
图2是示出根据本发明的热介质的混合装置的概括图，图3是示出应用图2的混合装置的温度控制系统的示意图。
混合装置(mixing box)200作为设置于半导体及显示面板制造设备附件的热介质混合装置，将冷却的热介质和冷却的热介质供给至制造设备20。
根据本发明，在混合装置200内部通过循环泵240形成自身流量和压力而使其循环，从而针对在热介质的混合过程中产生的热介质的流量或压力变动进行了改善。
并且，控制连接于冷却装置100的冷却通道110的供给阀门和回收阀门而将其使用为用于降低温度的冷却源，并且控制连接于加热通道120的供给阀门和回收阀门而将其使用为用于提升温度的加热源。
可以单独控制冷却源和加热源，而且可以以彼此不同的比率控制，从而相比于以预定比率开启的现有方式，可以缓和热冲击，因此可以最小化当PID控制时发生的下冲(undershoot)和过冲(overshoot)。
再次参照图2，混合装置与冷却装置100的冷却通道(cooling channel)110和加热通道(heating channel)120连接，并通过供给线201和回收线202连接于制造设备20。
混合装置200包括冷却通道供给阀门210和冷却通道回收阀门212、加热通道供给阀门220和加热通道回收阀门222的四个双向阀门，在回收线202依次设置有温度传感器231和流量计234，并且在供给线201依次设置有循环泵240和压力传感器233及温度传感器232，而且冷却通道供给阀门210和加热通道供给阀门220的各输出端之间设置有温度传感器230。
虽然，在此实施例中，应用冷却通道供给阀门210和冷却通道回收阀门212、加热通道供给阀门220和加热通道回收阀门222的四个双向阀门而构成，然而当然也可以构成为将冷却通道供给阀门210和冷却通道回收阀门212代替为一个冷却通道三向阀门，将加热通道供给阀门220和加热通道回收阀门222代替为一个加热通道三向阀门。
据此结构，构成以供给线201-制造设备20-回收线202-循环泵240-供给线201形成的闭环，并基于在循环泵240的输出端设置的压力传感器233的测量压力而控制循环泵240，从而可以以在制造设备20中进行的工序所需的流量和压力供给热介质。
因此，为了调整供给至制造设备20的热介质的流量和压力，完全无需调整冷却通道供给阀门210和冷却通道回收阀门212、加热通道供给阀门220和加热通道回收阀门222开启率。况且，通过最小化各阀门的开启率而使回收的热介质的量较小，因此无需在各通道110、120设置单独的加热装置或冷却装置。
并且，将在温度传感器230、231、232测量的温度与基准温度进行比较而分别控制加热通道供给阀门220和加热通道回收阀门222、冷却通道供给阀门210和冷却通道回收阀门212，从而可以使在温度传感器230、231、232测量的温度稳定化。
具体地进行说明，冷却控制是如下结构：借由以温度传感器230为基准在PID函数计算的MV％(被控变量：Manipulate Variable)，控制冷却通道供给阀门210和冷却通道回收阀门212，并且与冷却通道供给阀门210开启而供给的热介质的量相对应的热介质从冷却通道回收阀门212排出，从而最小化热介质因通过制造设备20循环而发生的压力和流量变动。
并且，加热控制是如下结构：借由以温度传感器232为基准在PID函数计算的MV％(Manipulate Variable)，控制加热通道供给阀门220和加热通道回收阀门222，并且与加热通道供给阀门220开启而供给的热介质的量相对应的热介质从冷却通道回收阀门222排出，从而最小化热介质通过制造设备20循环而发生的压力和流量变动。
此时，由于分别独立进行冷却控制和加热控制，因此可最小会热冲击，并且，由于无需配备用于混合热介质的单独的罐，因此结构简单，而且通过组合冷却控制和加热控制，可以较快地并准确地控制供给至制造设备20的热介质的温度。
参照图3，冷却装置100以如下方式构成，将应用冷冻循环的冷却通道110和利用冷却水而进行加热的加热通道120作为一对，可以供给彼此不同温度的热介质。
冷却装置110将通过组合压缩机114、冷凝器114a、膨胀阀115以及蒸发器113的组合而经由冷冻循环冷却的热介质，经热介质罐112通过热介质循环泵111供给至混合装置200。
当将热介质供给至混合装置200时，需要将由压力传感器117测量的热介质的压力维持为预定压力，因此控制旁通阀门119，使得当压力较高时，开启旁通阀门119而使热介质的压力降低，而当热介质的压力较低时，关闭旁通阀门119而使热介质的压力升高，从而可以通过PID控制函数精密地控制。
加热通道120将通过热交换机123和冷却水控制阀门125以及加热用加热器122a加热的热介质，经热介质罐122通过热介质循环泵121供给至混合装置200。
与冷却通道相同，当将热介质供给至混合装置200时，需要将由压力传感器127测量的热介质的压力维持为预定压力，因此控制旁通阀门129，使得当压力较高时，开启旁通阀门129而使热介质的压力降低，而当热介质的压力较低时，关闭旁通阀门129而使热介质的压力升高，从而可以通过PID控制函数精密地控制。
冷却通道110的罐112和加热通道120的罐122连接，从而即使热介质的水位差达到极限点，也不会发生溢出，并且为了在此过程中最小化热冲击，设置有热交换器130使得溢出的热介质借由冷却水(PCW)而被冷却或加热。
对此进行如下具体说明。
根据混合装置200的冷却通道供给阀门210和冷却通道回收阀门212、加热通道供给阀门220和加热通道回收阀门222的开启的状态(即，阀门的开启度)，在冷却通道罐112和加热通道罐122将产生热介质水位差。换言之，若冷却通道供给阀门210和冷却通道回收阀门212为开启50％的状态，并且加热通道供给阀门220和加热通道回收阀门222为开启50％的状态下，则在构成上各罐112、122之间并不会产生热介质的水位差。
然而，若在比率上，冷却通道供给阀门210和冷却通道回收阀门212比加热通道供给阀门220和加热通道回收阀门220开启更多，则冷却通道罐112的水位将逐渐降低，加热通道罐122的水位将逐渐上升，并且若此状态持续，则加热通道罐122的水位将上升而发生溢出。
此时，如上所述，将各罐112、122通过排管彼此连接，使得只要任何一侧到达极限，则使热介质朝相反方向流入，从而可以防止发生水位差。
为了最小化在此过程中发生的热冲击，热介质经过在连接罐112、122的排管的中间布置且与冷却水(PCW)连接的热交换器130，从而例如热介质从加热通道罐122移动至冷却通道罐112时，可以使热介质的温度降低至冷却水的温度，而在相反情况下，可以使热介质的温度升高至冷却水的温度，从而可以减少热冲击。
根据本发明的混合装置200，在需要迅速降低热介质的温度的情况下，若100％开启冷却通道供给阀门210及冷却通道回收阀门212并0％关闭加热通道供给阀门220及加热通道回收阀门222，则仅在冷却装置100的冷却通道110中冷却的热介质可以流动，从而可以非常迅速降低热介质的温度。相反，在需要迅速提升热介质的温度的情况下，若100％开启加热通道供给阀门220及加热通道回收阀门222并0％关闭冷却通道供给阀门210及冷却通道回收阀门212，则仅在加热通道120中加热的热介质可以流动，从而可以非常迅速提升温度，因此由于可实现切换(转换)操作，可以在多种工序中使用。
并且，在混合装置200中使用循环泵240形成自身流量和压力，因此各阀门210、212、220、222并不会按比率开启，从而可以最小化冷却的热介质和加热的热介质的使用量，而且通过各不相同的传感器单独控制冷却控制和加热控制，从而可以防止因控制干涉导致的下冲(undershoot)和过冲(overshoot)，因此可实现稳定的PID控制。
图4是关于本发明和现有技术的冷却装置的温度升降比较的结果曲线图。
此曲线图是说明本发明的效果的简单的例子，曲线并不是针对本发明的效果的绝对的性能，并根据冷却及加热通道的温度和热介质的罐容量而其效果可以发生改变。
参照图4，可以得知的是，相比于现有的冷却装置，当在5℃至40℃之间的温度区间上升时，时间缩短了75％，下降时缩短了54％。
以上针对本发明以实施例为例并包括图示进行了说明。并且针对在现有技术中难以应用的PID控制和防止当混合热介质时发生的流量、压力变动，以及有效地去除热冲击的方法进行了描述，而且若通过核心技术进行变形，则可以以多种方式变形，从而可以灵活地接近变化急剧的半导体及显示面板制造工序。

Claims (4)

1.一种冷却装置，以应用冷却循环的冷却通道和利用冷却水进行加热的加热通道为一对将彼此不同温度的热介质供给至混合装置，
其特征在于，
所述冷却通道， 将通过压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器的组合而冷却的热介质，经过第一热介质罐通过第一热介质循环泵而供给至所述混合装置，
所述加热通道，将通过热交换器和冷却水控制阀门以及加热用加热器加热的热介质，经过第二热介质罐通过第二热介质循环泵而供给至所述混合装置，
所述冷却通道的第一热介质罐和所述加热通道的第二热介质罐之间彼此连接，从而即使热介质水位差达到极限点，也不会发生溢出，
所述热介质罐之间设置有借由冷却水而冷却或加热的热交换器，从而最小化热冲击，
所述混合装置包括：
冷却通道阀门，连接于所述冷却通道而供给或回收热介质；
加热通道阀门，连接于所述加热通道而供给或回收热介质；以及
循环泵，设置于由朝向制造设备的供给线和来自所述制造设备的回收线而形成的闭环，
其中，所述混合装置将来自所述冷却通道和所述加热通道的热介质独立地或混合而供给至所述制造设备，并且，供给至所述制造设备的热介质的流量和压力借由所述循环泵而得到维持，温度借由所述各阀门的开启率而得到调整。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，
在所述冷却通道和所述加热通道各自的供给线和回收线之间设置有旁通阀门，且通过调整所述旁通阀门的开启来将供给的热介质的压力维持在预定程度。
3.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，
在所述冷却通道阀门和所述加热通道阀门的各输出端之间设置有冷却控制温度传感器，
基于所述冷却控制温度传感器的测量温度控制所述冷却通道阀门。
4.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，
在所述循环泵的输出端设置有加热控制温度传感器，
基于所述加热控制温度传感器的测量温度控制所述加热通道阀门。
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