CN218033809U - 温控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及温控技术领域，本实用新型提供一种温控装置，第一温控通道、第二温控通道、切换装置和第一换热器，第一温控通道包括第一循环液回路和第一制冷系统，第一制冷系统包括依次换热的多级制冷回路；第二温控通道包括第二循环液回路和与第二循环液回路换热的第二制冷系统；切换装置连接第一循环液回路与第二循环液回路，并适于切换第一循环液回路与负载装置的通断，以及适于切换第二循环液回路与负载装置的通断；第一换热器包括相换热的第一换热通路和第二换热通路，第一换热通路与其中一级制冷回路连通，第二换热通路与第二制冷系统连通。本实用新型提供的温控装置，通过多级制冷回路逐级降温，降低温控装置的功耗，提升能量利用率。

Description

温控装置

技术领域

本实用新型涉及热交换技术领域，尤其涉及一种温控装置。

背景技术

在半导体制造领域的刻蚀工艺过程中，射频装置会产生大量热量，晶圆温度变化会影响刻蚀精度，所以晶圆加工过程中需要对加工腔的温度进行精确控制，一般采用使用制冷系统的温控装置持续往加工平台内通入换热介质，及时带走产生的热量，实现对晶圆加工环境的温度控制。而在刻蚀过程的不同的加工步骤中，所需的加工环境温度差别较大，晶圆需要等待换热介质调整至新的目标温度后才能进行下一个加工步骤。为了缩短换热介质升降温时间，提高晶圆加工效率，最新的温控装置均采用双通道设计，一路通道提供低温介质，一路提供高温介质，当加工腔需要高温或低温时，选择相应温度的通道连通加工腔，另外一个通道进出口管路短接。

与加工腔连通的通道需要及时带走加工腔内热量，其制冷系统处于热负荷持续变化的工况，而另一通道没有外部热负荷，处于空负荷运行状态，其制冷系统仅需要输出少量冷量维持循环液温度恒定即可。

相关技术中，双通道温控装置的低温通道温控可达到-70℃或更低，一般使用多级复叠制冷系统达到制冷目标温度；高温通道温控在 10℃左右，一般使用单级制冷系统实现。由于复叠制冷系统的能效比低，导致低温通道的功耗高、能效低。同时，处于空负荷状态的通道为了维持空负荷时的控温稳定，需要压缩机处于部分卸载状态运行，也造成了能量的浪费。

实用新型内容

本实用新型提供一种温控装置，用以解决现有技术中低温系统中单级降温的功耗高、能效低的缺陷，通过多级制冷回路逐级降温，降低温控装置的功耗，提升能量利用率。

本实用新型提供一种温控装置，包括：

第一温控通道，包括第一循环液回路和与所述第一循环液回路换热的第一制冷系统，所述第一制冷系统包括依次换热的多级制冷回路；

第二温控通道，包括第二循环液回路和与所述第二循环液回路换热的第二制冷系统；

切换装置，连接所述第一循环液回路与所述第二循环液回路，并适于切换所述第一循环液回路与负载装置的通断，以及适于切换所述第二循环液回路与负载装置的通断；

第一换热器，包括相换热的第一换热通路和第二换热通路，所述第一换热通路与其中一级制冷回路连通，所述第二换热通路与所述第二制冷系统连通。

根据本实用新型提供的一种温控装置，所述第一换热器为罐式换热器，所述罐式换热器包括壳体和设于所述壳体内的换热管，所述第一换热通路为所述壳体与所述换热管之间的空间，所述第二换热通路为所述换热管内的空间。

根据本实用新型提供的一种温控装置，所述换热管为螺旋形盘管。

根据本实用新型提供的一种温控装置，所述第二制冷系统包括连通为循环回路的第二压缩机、第二冷凝器、第二节流件和第二蒸发器，所述第二冷凝器的出口端与所述第二换热通路的进口端之间设置有第四节流件，所述第二换热通路的出口端位于所述第二压缩机的进口端。

根据本实用新型提供的一种温控装置，所述第二蒸发器的出口端设置有调压阀。

根据本实用新型提供的一种温控装置，所述制冷回路包括第一级制冷回路和第二级制冷回路，所述第一级制冷回路与所述第二级制冷回路适于相换热，所述第二级制冷回路与所述第一循环液回路适于换热，所述第一换热通路与所述第一级制冷回路或所述第二级制冷回路连通。

根据本实用新型提供的一种温控装置，所述第一换热通路与所述第一级制冷回路连通，所述第二制冷系统的第二压缩机与第二蒸发器之间设置有第一压力传感器。

根据本实用新型提供的一种温控装置，所述第一换热通路与所述第二级制冷回路连通，所述第二换热通路的出口端设置有第二压力传感器。

根据本实用新型提供的一种温控装置，所述第一换热通路位于所述制冷回路的节流件的入口之前。

根据本实用新型提供的一种温控装置，所述第一换热通路的入口端和/或出口端设置有第一温度传感器。

本实用新型提供的温控装置，包括第一温控通道、第二温控通道、切换装置和第一换热器，切换装置连接第一温控通道的第一循环液回路，切换装置还连接第二温控通道的第二循环液回路，以调控温控装置输出不同温度的循环液，第一换热器的第一换热通路与第一制冷系统连通，第一换热器的第二换热通路与第二制冷系统连通，通过第一换热器，将第二制冷系统中的冷量提供给第一制冷系统，为第一制冷系统降温，充分利用第二制冷系统中的冷量，结构简单，且冷量利用率高；同时，第一制冷系统设置多级制冷回路，多级制冷回路复叠降温，逐级降温，进一步提升冷量利用率，降低温控装置的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的一种温控装置的结构示意图；

图2是本实用新型提供的另一种温控装置的结构示意图。

其中，图1示意了第一制冷系统包括两级制冷回路，第一换热器与第一级制冷回路连通；图2示意了第一制冷系统包括两级制冷回路，第一换热器与第二级制冷回路连通；

图3是本实用新型提供的温控方法的流程示意图之一；

图4是本实用新型提供的温控方法的流程示意图之二

图5是本实用新型提供的温控方法的流程示意图之三

图6是本实用新型提供的温控方法的流程示意图之四；

图7是本实用新型提供的温控方法的流程示意图之五；

图8是本实用新型提供的温控方法的流程示意图之六。

附图标记：

1、第一压缩机；2、第一冷凝器；3、第一节流件；4、冷凝蒸发器；5、第一温度传感器；6、第三压缩机；7、第三节流件；8、第一蒸发器；9、第一水箱；10、第一循环泵；11、第二温度传感器；12、切换装置；13、第一换热器；14、第二压缩机；15、第二冷凝器；16、第二节流件；17、第二蒸发器；18、第二水箱；19、第二循环泵；20、第三温度传感器；21、第四节流件；22、调压阀；23、第四温度传感器；24、第一压力传感器；25、第二压力传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

在对本实用新型的实施例进行说明之前，对制冷系统中的能效比进行说明。制冷系统能效比的定义：(制)冷量/电功耗，所以能效比越高越节能。假设单级制冷循环能效比是2，就是说高温通道的制冷系统压缩机功率是1kw，那此制冷系统中蒸发器里制冷量就有2kw。

这同样适用于复叠的单个制冷回路，如果第一蒸发器8的制冷量是2kw，那么第三压缩机6功率就需要1kw；此时冷凝蒸发器4的制冷量需要是第三压缩机6加第一蒸发器8的和，即3kw，所以第一压缩机1功率需要是1.5kw。那么低温通道里，进入循环液的制冷量是2kw，但总压缩机功率是1.5+1＝2.5kw，所以复叠制冷系统的能效比是2/2.5＝0.8，能效比比单级的制冷系统低了很多。

本实用新型的实施例，结合图1和图2所示，提供一种温控装置，包括：第一温控通道、第二温控通道、切换装置12和第一换热器13。

其中，第一温控通道与第二温控通道可以理解为，换热温度范围不同的两个温控系统，本实施例以及下述实施例，以第一温控通道为低温通道，第二温控通道为高温通道为例进行说明，此处低温通道与高温通道的区别在于，低温通道所能达到的最低温度范围低于高温通道所能达到的最低温度范围，如低温通道所能达到的最低温度可为 -70℃，高温通道所能达到的最低温度可为-10℃，高温通道所能达到的最高温度可为90℃。

第一温控通道包括第一循环液回路和与第一循环液回路换热的第一制冷系统，第二温控通道包括第二循环液回路和与第二循环液回路换热的第二制冷系统；切换装置12连接第一循环液回路与第二循环液回路，切换装置12适于切换第一循环液回路与负载装置的通断，切换装置12适于切换第二循环液回路与负载装置的通断。

第一温控通道、第二温控通道与切换装置12配合，在负载设备需要供给低温循环液时，切换装置12控制第一循环液回路与负载装置连通并形成循环回路，此时，负载装置控制第二循环液回路短接(第二循环液回路形成循环回路)；同理，在负载设备需要供给高温循环液时，切换装置12控制第二循环液回路与负载装置连通并形成循环回路，此时，负载装置控制第一循环液回路短接(第一循环液回路形成循环回路)。即在任一时刻，有且仅有一个循环液回路与负载装置连通，会出现热负荷变化，另外一个通道必然处于空负荷状态。

一些情况下，第一温控通道包括第一循环液回路和与第一循环液回路换热的第一制冷系统，第一制冷系统包括依次换热的多级制冷回路。第一制冷系统为第一循环液回路提供冷量，以使循环液降温，第一制冷系统包括多级制冷回路，多级制冷回路依次换热，并结合使用不同的制冷剂，逐级降低蒸发温度，也就是逐级降低第一制冷系统所能达到的最低温度，以使最后一级制冷回路的制冷剂所提供的蒸发温度满足第一循环液回路中循环液的换热需求。通过逐级换热来满足制冷需求的方式，所能达到的温度更低，拓宽了制冷温区，使得第一温控通道所能达到温度更低。

第一制冷系统使用复叠系统，基于复叠系统中制冷量逐级减少，上一级制冷量＝下一级制冷量+下一级压缩机发热量。所以随着复叠系统级数增加，系统能效比会下降。复叠系统主要应用是在单一制冷剂无法满足要求的情况下，使用不同种类的制冷剂实现更低的温度需求。

第一温控通道使用复叠系统，最主要的原因是实际应用中，第一循环液回路的循环液设定温度太低，无法使用单一制冷剂实现，只能使用多级复叠系统。采用几级的依据是温度，一般-40℃到-80℃的话，使用两级复叠，如果低于-80℃就用三级复叠，也可能使用四级复叠。

本实施例的温控装置，第一制冷系统中设置多级制冷回路，可以降低第一制冷系统中压缩机的容量，降低了温控装置的整体功耗，进而降低温控装置的成本。当然，第一制冷系统包括多级的制冷回路，第一换热器13包括相换热的第一换热通路和第二换热通路，第一换热通路与第一制冷系统的其中一级制冷回路连通，第二换热通路与第二制冷系统连通。

第一制冷系统与第二制冷系统通过第一换热器13连通，第一换热器13可分流第二制冷系统中的一部分制冷剂。当系统采用定频压缩机，压缩机输气量固定，当第二蒸发器17的换热量需求不高时，即第二蒸发器17内制冷剂流量小，多余的制冷剂流量通过第二制冷系统中的制冷剂在第一换热器13的第二换热通路中吸热，也能提高第二压缩机14的吸气压力，降低第二压缩机14的功耗。

当然，当第一制冷系统设置单级的制冷回路，仍可以设置第一换热器13，也就是第一换热器13的第一换热通路与第一制冷系统的制冷回路连通，第二换热通路与第二制冷系统连通。

在一些实施例中，参考图1和图2所示，第一换热器13为蓄冷器，第一换热通路为蓄冷通路，第二换热通路为吸热通路。通过蓄冷器为其所连接的制冷回路中的制冷剂进行过冷，过冷后可提高此制冷回路的制冷能力，进而提高第一制冷该系统的制冷能力。

当第一制冷系统设置多级制冷回路，每级制冷回路均可通过第一换热器与第二制冷系统进行换热(图中未示意)，也就是，第一换热器设置多个，第二制冷系统与多个第一换热器的第二换热通路连通，第一制冷系统的每级制冷回路均与一个第一换热器的第一换热通路连通。

参考图1和图2所示，以第一制冷系统包括两级制冷回路为例进行说明，两级制冷回路可称为第一级制冷回路和第二级制冷回路。第一级制冷回路包括连接形成循环回路的第一冷凝器2、第一节流件3、冷凝蒸发器4及第一压缩机1，第二级制冷回路包括连接形成循环回路的第三压缩机6、冷凝蒸发器4、第三节流件7和第一蒸发器8。第一级制冷回路可理解为高温级制冷回路，第二级制冷回路可理解为低温级制冷回路。

第一级制冷回路与第二级制冷回路适于相换热，第二级制冷回路与第一循环液回路适于换热，第一换热通路与第一级制冷回路或第二级制冷回路连通，第一换热器13可灵活设置。

如图1所示，第一换热器13的第一换热通路连接于第一冷凝器 2与第一节流件3之间，第一换热通路对第一级制冷回路(可理解为高温级制冷回路)的制冷剂进行过冷，制冷剂过冷后提高了高温级制冷回路的制冷能力，进而提第一制冷系统总的制冷能力。

如图2所示，第一换热器13的第一换热通路连接于冷凝蒸发器 4与第三节流件7之间，第一换热通路对第二级制冷回路(可理解为低温级制冷回路)的制冷剂进行液体过冷，提高低温级制冷回路的制冷能力，进而提第一制冷系统总的制冷能力。

如图1和图2所示，第一换热器13为罐式换热器，罐式换热器包括壳体和设于壳体内的换热管，第一换热通路为壳体与换热管之间的空间，第二换热通路为换热管内的空间。罐式换热器的结构简单且蓄冷效果好。

第二制冷系统中多余的制冷能力，通过罐式换热器，将罐体内第一制冷系统中制冷剂液体进行额外的过冷，液体过冷后提高了此制冷回路的制冷能力，即提高了第一制冷系统总的制冷能力。

在一些实施例中，换热管为螺旋形盘管，螺旋形盘管的换热面积更大，换热效果更好。

在一些实施例中，参考图1和图2所示，第二制冷系统包括连通为循环回路的第二压缩机14、第二冷凝器15、第二节流件16和第二蒸发器17，第二冷凝器15的出口端与第二换热通路的进口端之间设置有第四节流件21，第二换热通路的出口端位于第二压缩机14的进口端。第二换热通路在第二制冷系统中起到蒸发吸热的作用，进而对第一制冷系统中的制冷剂进行过冷。

在一些实施例中，参考图2所示，第二蒸发器17的出口端设置有调压阀22。通过设置调压阀22，使第二蒸发器17的出口端的压力保持稳定。

参考图1所示，第二蒸发器17的出口端并未设置调压阀22，在温控装置运行的过程中，第二蒸发器17的出口端的蒸汽压力与第二换热通路的出口端的蒸汽压力在预设范围内，也就是冷凝蒸发器4与第二蒸发器17所能达到的最低温度在预设温度范围内，则可不对第二蒸发器17的出口端的蒸汽压力进行调节。

需要说明的是，图1所示的第二蒸发器17的出口端也可以设置调压阀22。当图1所示的第一级制冷回路的运行工况调节后，调压阀22可保证第二压缩机14的稳定运行。

在一些实施例中，参考图1所示，第一换热通路与第一级制冷回路连通，第二制冷系统的第二压缩机14与第二蒸发器17之间设置有第二压力传感器25。第二压力传感器25用于检测第二压缩机14的进口端的压力。

根据第二压力传感器25的测量值和目标值的差值，调用PID(比例积分微分)算法调整第四节流件21的开度，来控制第一换热器13 内的换热量。

在一些实施例中，参考图2所示，第一换热通路与第二级制冷回路连通，第二换热通路的出口端设置有第一压力传感器24。第一压力传感器24用于检测第二压缩机14的进口端的蒸汽压力。

根据第一压力传感器24的测量值和目标值的差值，调用PID(比例积分微分)算法调整第四节流件21的开度，来控制第一换热器13 内的换热量。

如图2所示，第一压力传感器24与调压阀22配合，使得第二压缩机14的进口端的蒸汽压力满足工况要求。

在一些实施例中，第一换热通路位于制冷回路的节流件的入口之前。参考图1和图2所示，第一换热通路与第一冷凝器2串联，制冷剂通过两级换热进行过冷。

在一些实施例中，如图2所示，第一换热通路的入口端设置有第一温度传感器5，以检测流入第一换热通路的制冷剂的温度，也就是检测制冷剂过冷前的温度，以根据此温度调节第二换热通路供给的冷量，保证过冷效果。

其中，图1中第一温度传感器5也可以设置在第一换热通路的入口端。

参考图1和图2所示，第二压缩机14的进口端设置有第四温度传感器23。

参考图1和图2所示，第一循环液回路包括第一水箱9、第一循环泵10和第二温度传感器11，第一水箱9中的循环液在第一循环泵 10的作用下流向切换装置12，第一水箱9中的循环液适于流入第一蒸发器8并与第一蒸发器8内的制冷剂进行换热，第一循环泵10可设置在第一蒸发器8的上游或下游，具体可根据需要选择，第二温度传感器11设置在切换装置12的入口端。

当然，第一循环液回路还可以设置第一加热器，第一加热器设置在第一蒸发器8的出口端与切换装置12的入口端之间，以对第一循环液回路中的循环液的温度进行精确调节。

第二循环液回路包括第二水箱18、第二循环泵19和第三温度传感器20，第二水箱18中的循环液在第二循环泵19的作用下流向切换装置12，第二水箱18中的循环液适于流入第二蒸发器17并与第二蒸发器17内的制冷剂进行换热，第二循环泵19可设置在第二蒸发器17的上游或下游，具体可根据需要选择，第三温度传感器20设置在切换装置12的入口端。

当然，第二循环液回路还可以设置第二加热器，第二加热器设置在第二蒸发器17的出口端与切换装置12的入口端之间，以对第二循环液回路中的循环液的温度进行精确调节。

上述的第一节流件3、第二节流件16和第三节流件7可以选用热力膨胀阀或电子膨胀阀。

基于上述的温控装置，结合图1至图4所示，提供一种温控方法，包括：

步骤110，获取第一换热通路的进口端的第一温度以及第一换热通路与第二换热通路的设定温差；

参考图2所示，第一温度可为第一温度传感器5的测量值为T1，第一换热通路与第二换热通路的设定温差，可以为系统中设定的数值，如10℃、15℃、20℃。第一换热通路与第二换热通路具有温差，以使得第一换热通路与第二换热通路之间进行换热。

步骤120，确定第二换热通路的出口端蒸发温度的目标值Tesv，其中，目标值Tesv为第一温度与设定温差之差；

目标值Tesv为根据第一温度T1确定，以保证第一换热通路与第二换热通路的换热温差，保证第一换热通路与第二换热通路的换热效率，以提高第一换热器的蓄冷量。

步骤130，获取第二压缩机进口端的过热度SH，第二压缩机位于第二换热通路的出口端；

第二换热通路中的制冷剂流向第二压缩机，第二换热通路中的制冷剂会影响第二压缩机进口端的过热度。

其中，过热度SH是指过热蒸汽温度减去对应压力下的饱和温度。

采集第一压力传感器24或者第二压力传感器25的测量值，此测量值为对应压力，再根据第二制冷系统的制冷剂种类的特性，计算得到该压力对应的蒸发温度。采集第四温度传感器23的测量值，此测量值为过热蒸汽温度。基于两个测量值，可以计算得到过热度SH。

步骤140，确定过热度SH超出第一设定阈值，控制目标值Tesv 升高或降低。

第一设定阈值为数值范围，如8℃～15℃，过热度SH超出第一设定阈值分为过热度大于第一设定阈值的上限(15℃)，以及过热度SH 小于第一设定阈值的下限(8℃)。在过热度SH大于第一设定阈值的上限时，控制目标值Tesv升高，使得第一换热通路与第二换热通路之间的温差增大，提升第一换热通路与第二换热通路之间的换热效率；在过热度SH小于第一设定阈值的下限时，控制目标值Tesv降低。

以图1和图2所示的结构为例，在第二换热通路与第一换热通路的换热量一定的情况下，第二换热通路中制冷剂流量较小时，第二压缩机进口端的过热度SH较大，第二换热通路中的制冷剂流量较大时，第二压缩机进口端的过热度SH较小。

基于过热度SH可以用于表征制冷剂的换热是否充分。通过过热度SH调整第二压缩机的进口端的蒸发温度目标值Tesv，可保证换热效率以及蓄冷量。

上述过程举例说明：假定此刻第二换热通道蒸发温度目标值Tesv 为-20℃，当第一制冷系统负荷较高时，第一换热通道内液体可以冷却至-10℃。当第一制冷系统负荷降低后，第一换热通道内液体冷却至-15℃，由于第一换热器的两侧温差过小，导致无法继续换热，第二制冷系统内多余冷量无法继续储存在第一换热通道内。此时需要降低蒸发温度目标值Tesv，假定目标值Tesv降低至-25℃，则第一换热通道与第二换热通道的换热温差提高，可以继续将第一换热通道内液体降低至-20℃，即提高了蓄冷量。

但由于随着蒸发温度目标值Tesv的降低，第二制冷系统的效率下降，会导致蓄冷速率降低，所以当第一制冷系统负荷需求提高时，需要提高蒸发温度目标值Tesv，使蓄冷速率提高。

在上述的温控方法的基础上，也就是在步骤140中，也就是确定过热度SH超出第一设定阈值，控制目标值Tesv升高或降低的步骤中，包括：

步骤141，确定过热度SH大于第一阈值，第一阈值为第一设定阈值的上限；

如第一阈值为15℃，但不限于15℃，具体可根据实际需要进行设置。

步骤142，控制目标值Tesv升高第一设定值，获取第一预设时长内的过热度SH；

第一设定值可以为1℃、2℃等，具体可根据需要设置。

第一预设时长可以为10秒、20秒、30秒等，具体可根据需要设置。

控制目标值Tesv升高第一设定值的目的为，降低过热度SH。

步骤143，确定过热度SH均大于第一阈值，则循环执行控制目标值Tesv升高第一设定值，获取第一预设时长内的过热度SH的步骤；

控制目标值Tesv升高第一设定值一次，在第一预设时长内获取到的过热度SH全部大于第一阈值，则控制控制目标值Tesv再次升高第一设定值，再次确认第一预设时长内获取到的过热度SH全部大于第一阈值，则循环前述的“控制目标值Tesv升高第一设定值，并获取第一预设时长内的过热度”，以使过热度SH降低到第一设定阈值的范围内。

步骤144，直至第一预设时长内的过热度SH小于等于第一阈值。

在“控制目标值Tesv升高第一设定值，并获取第一预设时长内的过热度”的步骤中，若第一预设时长内的至少一个过热度SH小于等于第一阈值，则停止上述的循环，即目标值Tesv不需要再升高，完成了一次目标值Tesv的调节。

需要说明的是，第一预设时长内的至少一个过热度SH小于等于第一阈值，则可表明过热度SH在第一阈值上下浮动，即过热度SH 接近第一设定阈值，并不严格限定过热度SH的具体数值。

与上述的步骤141～步骤144不同的实施例，步骤140中，也就是确定过热度SH超出第一设定阈值，控制目标值Tesv升高或降低的步骤中，还包括：

步骤145，确定过热度SH小于第二阈值，第二阈值为第一设定阈值的下限；

如第一阈值为8℃，但不限于8℃，具体可根据实际需要进行设置。

步骤146，控制目标值Tesv降低第二设定值，获取第二预设时长内的过热度SH；

第二设定值可以与第一设定值相同或不同，如第二设定值为1℃、 2℃，具体可根据需要选择。

第二预设时长可以与第一预设时长相同或不同，如10秒、20秒或30秒，具体可根据需要选择。

步骤147，确定过热度SH均小于第二阈值，循环执行控制目标值Tesv降低第二设定值，获取第二预设时长内的过热度SH的步骤，

控制目标值Tesv降低第二设定值一次，在第二预设时长内获取到的过热度SH全部小于第二阈值，则控制控制目标值Tesv再次降低第二设定值，再次确认第二预设时长内获取到的过热度SH全部小于第二阈值，则循环前述的“控制目标值Tesv降低第二设定值，并获取第二预设时长内的过热度”，以使过热度SH升高到第一设定阈值的范围内。

步骤148，直至第二预设时长内的过热度SH大于等于第二阈值。

在“控制目标值Tesv降低第二设定值，并获取第二预设时长内的过热度”的步骤中，若第二预设时长内的至少一个过热度SH大于等于第二阈值，则停止上述的循环，即目标值Tesv不需要再降低，完成了一次目标值Tesv的调节。

需要说明的是，第二预设时长内的至少一个过热度SH大于等于第二阈值，则可表明过热度SH在第二阈值左右浮动，即过热度SH 接近第一设定阈值，并不严格限定过热度SH的具体数值。

需要说明的是，步骤141～步骤144，与步骤145～步骤148为并列的方案，为并列的方案，根据需要执行其中之一，并不按照步骤编号的顺序执行。一个温控方法的实施例，如图4所示，包括：根据第一换热通路的入口端温度值T1，计算得到第二换热通路的出口端蒸发温度目标值Tesv，并根据第二压缩机14进口端的过热度SH调整目标值Tesv。

其中，采集第一温度传感器5的测量值为T1，第一换热通路与第二换热通路的设定温差为15℃，计算得到第二换热通路出口端蒸发温度目标值Tesv＝T1-15。

设定过热度SH的合适范围，比如设定第一设定阈值为8-15℃，当过热度SH>15℃时，第一预设时长为30秒，每持续30秒时间，将目标值Tesv值增加1℃，直至30秒内至少有一个过热度SH不高于 15℃时停止调整；当过热度SH<8℃时，第二预设时长为30秒，每持续30秒时间，将目标值Tesv值减小1℃，直至30秒内至少有一个过热度SH不低于8℃时停止调整。

结合图5所示，温控方法还包括：

步骤210，基于第二循环液回路的运行温度，确定目标值Tesv 的上限值；

步骤220，控制目标值Tesv小于等于上限值。

基于第二循环液回路的运行温度，确定目标值的上限值，并控制目标值小于等于此上限值。

第二循环液回路的运行温度，可以为温度范围，如第二循环液回路的运行温度在10℃-90℃，当前的温度范围为20℃～30℃。

在第二循环液回路当前的温度范围运行的过程中，第二压缩机的进口端的压力值对应的制冷剂的蒸发温度Teh，蒸发温度可作为目标值Tesv的上限值，并控制目标值Tesv小于等于此上限值。

在其他调整此目标值Tesv的温控方法中，均需要保证目标值Tesv 小于等于此上限值，也就是在目标值Tesv小于等于此上限值的前提下，通过其他方法调整目标值Tesv，以对制冷系统的效率、蓄冷量以及循环系统的运行稳定性加以优化。

此温控方法，可在不设置调压阀的温控装置中应用。

在上述实施例的基础上，步骤210中，也就是基于第二循环液回路的运行温度，确定目标值的上限值的步骤中，

步骤211，基于第二循环液回路的温度范围处于第二设定阈值，第二设定阈值按照设定间距划分为若干温度区段；

例如，第二设定阈值为10℃-90℃，设定间距为10℃，将其每10℃划分为一个区段，共计8个区段，当前的温度区段为20℃～30℃。

步骤212，控制运行温度处于当前温度区段中的最小值，断开第二换热通路，获取第二压缩机的进口端的压力值以及压力值对应的制冷剂的蒸发温度Teh，确定蒸发温度Teh为上限值。

控制第二循环液回路的运行温度处于20℃～30℃中的最小值，也就是，运行温度处于20℃，并控制第二换热通路断开，停止蓄冷，此时获取第二压缩机的进口端的压力值，并根据此压力值获取到此压力值对应的制冷剂的蒸发温度Teh，将此蒸发温度Teh作为目标值 Tesv的上限值。

如图6所示，适用于图1所示的系统，即没有设置调压阀22的系统，包括：根据第二循环液回路的运行温度，给定第二换热通路出口端蒸发温度目标值Tesv的上限值。

其中，将第二循环液回路出口温度的运行范围划分为若干区段，在每个区段内以最低温度运行，关闭第四节流件21，以使第二循环液回路稳定运行额定负荷量，记录此时第二压力传感器25的测量值，根据第二压力传感器25的测量值和制冷剂的种类，换算得到的制冷剂的蒸发温度Teh，即为此温度区段内对应的第二换热通路的出口端蒸发温度目标值Tesv的上限值。在其他温控方法对目标值Tesv的调节中，需要保证目标值Tesv<＝制冷剂的蒸发温度Teh。

上述方法举例说明：设定第二循环液回路的温度范围是10℃ -90℃，将其每5℃划分为一个区段，共计16个区段。对于20℃-25℃的温度区段，运行此温度区段的最小温度20℃，关闭第四节流件21，以使第二循环液回路加载额定负荷量稳定运行后，测量第二压力传感器25测得的压力值为0.5MPa，假定第二制冷系统制冷剂为R404A，则在0.5MPa的压力下，R404A的蒸发温度为-6℃。那么此时第二换热通路的出口端蒸发温度目标值Tesv的上限值即为-6℃，在根据第一温度传感器5测得的第一温度T1和过热度SH计算后的Tesv，如高于-6℃，则Tesv恒定为-6℃。

其中，步骤212中，为在机台生产调试过程中进行的，可控制第二循环液回路在设定负荷下运行，此时，需要将第二循环回路不连接切换装置，而是连接一个加热器，使用加热器输出一定的热负荷，此热负荷可根据需要调节，即设定负荷，一些情况下，设定负荷可为第二循环液回路设计的额定负荷。

结合图7和图8所示，温控方法还包括：

步骤310，获取第二压缩机的进口端的压力值；

压力值可通过图1中所示的第二压力传感器25测得，或者，图 2所示的第二压力传感器24测得。

步骤320，基于压力值与第二压缩机的进口端的制冷剂种类，确定制冷剂的蒸发温度Tepv；

如，在第二压力传感器25测得的压力值为0.5MPa的情况下，制冷剂R404A的蒸发温度Tepv为-6℃，-6℃即为蒸发温度Tepv。

步骤330，基于蒸发温度Tepv与目标值Tesv的差值，通过PID 算法，调节第二换热通路中制冷剂的流量。

通过PID算法控制第二换热通路中制冷剂的流量，也就是第四节流件21的开度，以使目标值Tesv接近蒸发温度Tepv。

其中，本实施例中，蒸发温度Tepv与上述实施例中蒸发温度The 的获取方式相同，区别在于，本实施例中，不限定具体的运行工况。

温控方法的实施例，如图8所示，包括：根据第二换热通路的出口端的蒸发温度目标值Tesv和第二压缩机14的进口端的蒸发温度 Tepv的差值，其中，第二压缩机14的进口端的蒸发温度Tepv为与第二压力传感器25测得的压力值对应的蒸发温度，调用PID算法控制第二换热通路(第四节流件21)的开度，从而控制第一换热器13 内的换热量。

其中，蒸发温度目标值Tesv的取值方法可以采用上述的温控方法。

以温控装置用于调控加热腔的温度为例，循环泵用于将循环液泵入切换装置12中，其中一路循环进入刻蚀设备加工腔内吸收刻蚀过程中的热量，使加工腔内温度恒定，循环液再通过切换装置12返回原循环通道；另一路循环液直接在切换装置12中返回原循环系统。

当第一循环液回路(低温)中的循环液进入加工腔控温时，第二循环液回路(高温)无热负荷或低热负荷运行。在第二循环液回路(高温)的蒸发器17内换热量满足需求的前提下，可以将第二制冷系统中第四节流件21开启，使第一换热器13的第二换热通道与第一换热通道进行换热，实现对第一制冷系统中的某个制冷回路内液体制冷剂进行过冷，一方面将第二制冷系统多余的冷量转移到第一制冷系统内，并将第一换热通道位于第一换热器13内的液体制冷剂，作为蓄冷介质，将第二制冷系统多余冷量储存起来；另一方面，过冷后的制冷剂液体，提高了第一制冷系统的制冷量输出，以满足高负荷需求。

由于第一制冷系统的负荷根据工况不同会发生波动，当第一制冷系统负荷也不高的时刻，第一换热器13内的蓄冷消耗量减少。为了保证第二制冷系统能持续将多余冷量储存在第一换热器13内，需要将第二换热通道内蒸发温度降低，即能使第一换热通道内液体温度冷却至更低温度，蓄冷过程可以持续进行。

基于上述的温控装置，还提供另一种温控方法，包括：

根据第一循环液回路的第一出口温度测量值PV1，以及第一循环液回路的第一出口温度设定值SV1，获得第一温度差值△T1，根据第一温度差值△T1调节第一制冷系统中各级制冷回路中节流件(如图1 和图2中第一节流件3和第三节流件7)的开度，调节各级制冷回路中蒸发器(如图1和图2中冷凝蒸发器4和第一蒸发器8)的换热量，从而实现第一温控通道的出口温度的精确控制。

其中，△T1＝SV1-PV1。各节流件的开度依据PID算法调节。

另一种温控方法，包括：根据第二循环液回路的第二出口温度测量值PV2，以及第二循环液回路的第二出口温度设定值SV2，获得第二温度差值△T2，根据第二温度差值△T2调节第二制冷系统中第二节流件16的开度，调节第二蒸发器17的换热量，从而实现第二温控通道的出口温度的精确控制。

其中，△T2＝SV2-PV2。第二节流件16的开度依据PID算法调节。

另一种温控方法，包括：获取过热度的预设温度以及实际过热度，实际过热度为各个制冷回路中蒸发器的出口端与压缩机的进口端之间的制冷剂的过热度，根据实际过热度与预设温度的偏差调节节流件的开度。

其中，预设温度可以为点数值或数值范围。

如图1和图2所示，第一级制冷回路中，冷凝蒸发器4的出口端与第一压缩机1的进口端之间，根据第一实际过热度与第一预设温度的偏差调节第一节流件3的开度。

第二级制冷回路中，第一蒸发器8的出口端与第三压缩机6的进口端之间，根据第二实际过热度与第二预设温度的偏差调节第三节流件7的开度。

第二制冷系统中，第二蒸发器17的出口端与第二压缩机14的进口端之间，根据第三实际过热度与第三预设温度的偏差调节第二节流件16的开度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种温控装置，其特征在于，包括：

第一温控通道，包括第一循环液回路和与所述第一循环液回路换热的第一制冷系统，所述第一制冷系统包括依次换热的多级制冷回路；

第二温控通道，包括第二循环液回路和与所述第二循环液回路换热的第二制冷系统；

切换装置，连接所述第一循环液回路与所述第二循环液回路，并适于切换所述第一循环液回路与负载装置的通断，以及适于切换所述第二循环液回路与负载装置的通断；

第一换热器，包括相换热的第一换热通路和第二换热通路，所述第一换热通路与其中一级制冷回路连通，所述第二换热通路与所述第二制冷系统连通。

2.根据权利要求1所述的温控装置，其特征在于，所述第一换热器为罐式换热器，所述罐式换热器包括壳体和设于所述壳体内的换热管，所述壳体与所述换热管之间的空间形成所述第一换热通路，所述换热管内的空间形成所述第二换热通路。

3.根据权利要求2所述的温控装置，其特征在于，所述换热管为螺旋形盘管。

4.根据权利要求1所述的温控装置，其特征在于，所述第二制冷系统包括连通为循环回路的第二压缩机、第二冷凝器、第二节流件和第二蒸发器，所述第二冷凝器的出口端与所述第二换热通路的进口端之间设置有第四节流件，所述第二换热通路的出口端位于所述第二压缩机的进口端。

5.根据权利要求4所述的温控装置，其特征在于，所述第二蒸发器的出口端设置有调压阀。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的温控装置，其特征在于，多级所述制冷回路包括第一级制冷回路和第二级制冷回路，所述第一级制冷回路与所述第二级制冷回路适于相换热，所述第二级制冷回路与所述第一循环液回路适于换热，所述第一换热通路与所述第一级制冷回路或所述第二级制冷回路连通。

7.根据权利要求6所述的温控装置，其特征在于，所述第一换热通路与所述第一级制冷回路连通，所述第二制冷系统的第二压缩机与第二蒸发器之间设置有第一压力传感器。

8.根据权利要求6所述的温控装置，其特征在于，所述第一换热通路与所述第二级制冷回路连通，所述第二换热通路的出口端设置有第二压力传感器。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的温控装置，其特征在于，所述第一换热通路位于所述制冷回路的节流件的入口之前。

10.根据权利要求1至5中任意一项所述的温控装置，其特征在于，所述第一换热通路的入口端和/或出口端设置有第一温度传感器。

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