JP6931093B2 - 液体温度制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は冷凍分野に関し、特に、液体温度制御装置及び方法に関する。

リソグラフィーマシン内における従来の液体温度制御システムの精度は加熱器のデューティ比を利用して実現されるが、加熱器を利用するため、省エネ性能は普通である。冷凍産業にも凝縮熱回収システムがあり、その一般的な方法は、冷凍ユニットの内部圧縮機の出口とコンデンサーとの間にコンデンサーをさらに追加して熱を回収し、この回収された熱は通常簡単に熱供給に用いられ、通常精度は±1℃である。高精度の制御を実現するためには、冷凍ユニットの内部により複雑な制御―冷媒フロー構造を追加する必要があるが、このようにすると、その構造が複雑になり、容量が大きくなり、信頼性が低下する。

本発明は従来技術において冷凍ユニットが高精度の制御を行う場合、構造が複雑すぎるという問題を解決するために、液体温度制御装置及び方法を提供する。

上記の技術問題を解決するために、本発明は、
冷却対象物に温熱及び冷熱を提供する循環冷凍ユニットと、
前記循環冷凍ユニットに連結されて、冷却対象物を冷却する循環冷却ユニットと、
前記循環冷凍ユニットと前記循環冷却ユニットとの間の熱交換に用いられる熱交換ユニットと、
前記循環冷凍ユニット及び前記循環冷却ユニットの温度を監視制御する温度検出制御ユニットと、を含む液体温度制御装置を提供する。

好ましくは、前記循環冷凍ユニットの熱出力端は前記循環冷却ユニットに温熱を供給する。

好ましくは、前記熱交換ユニットは第１熱交換モジュール及び第２熱交換モジュールを含み、前記循環冷凍ユニット及び前記第１熱交換モジュールは、前記循環冷却ユニットに冷熱を提供し、前記循環冷凍ユニット及び前記第２熱交換モジュールは前記循環冷却ユニットに温熱を提供する。

好ましくは、前記循環冷凍ユニットの熱出力端に三方弁が連結され、前記三方弁の一方の水出力端は第２熱交換モジュールに連結され、前記三方弁の他方の水出力端をバイパス管とする。

好ましくは、前記温度検出制御ユニットは前記三方弁を制御することにより循環冷凍ユニットの温熱の供給の制御を実現する。

好ましくは、前記温度検出制御ユニットは前記循環冷凍ユニットの熱出力端及び/または冷却端に設けられる。

好ましくは、前記温度検出制御ユニットは前記循環冷却ユニットに設けられて、前記冷却対象物に対する冷却を検出して制御する。

好ましくは、前記循環冷凍ユニットは順次に直列連結されたコンデンサー、膨張弁、第１熱交換モジュール及び圧縮機を含み、その中、前記コンデンサーの出口端には第２熱交換モジュールが設けられ、前記膨張弁は前記温度検出制御ユニットに連結され、前記第１熱交換モジュールは前記循環冷却ユニットに連結される。

好ましくは、前記コンデンサーの出口端及び/または入口端はバイパス管を用いる。

好ましくは、前記温度検出制御ユニットは、前記膨張弁を制御することにより循環冷凍ユニットの冷熱の供給を制御する。

好ましくは、前記循環冷却ユニットは、水タンクと、前記水タンクと冷却対象物との間に設けられる水ポンプとを含み、前記水ポンプは冷媒を循環冷却ユニットの中で循環させる。

本発明は、循環冷凍ユニット、循環冷却ユニット、熱交換ユニット、温度検出制御ユニットを提供するステップ；
前記熱交換ユニットを通じて前記循環冷凍ユニットにより前記循環冷却ユニットに温熱及び冷熱を提供するステップ；
前記温度検出制御ユニットを通じて温度データを検出し、前記循環冷却ユニットに提供される温熱と冷熱の配合比率を制御するステップ；を含む液体温度制御方法をさらに提供する。

好ましくは、前記熱交換ユニットは、第１熱交換モジュール及び第２熱交換モジュールを含み、前記第１熱交換モジュールは、前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに冷熱を提供するのに用いられ、前記第２熱交換モジュールは前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに温熱を提供するのに用いられる。

好ましくは、前記温度検出制御ユニットは、冷却対象物に流入した冷媒の温度を検出して制御する第１温度検出制御モジュールを含む。

好ましくは、前記温度検出制御ユニットは、前記循環冷却装置が冷却された後の冷媒の温度を検出して制御する第２温度検出制御モジュールをさらに含む。

好ましくは、 前記温度検出制御ユニットの制御方式は、冷却対象物の入口端の温度が要件を充足するまで、前記温度検出制御ユニットに対して第１温度検出制御モジュールを通じて冷却対象物の入口端の温度を検出して、前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに供給する温熱と冷熱の配合比率を調節する。

好ましくは、前記温度検出制御ユニットの制御方式は、冷却対象物の入口端の温度が要件を充足するまで、前記温度検出制御ユニットに対して第１温度検出制御モジュールを通じて冷却対象物の入口端の温度を検出して、前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに供給する温熱を調節し、前記温度検出制御ユニットは第２温度検出制御モジュールを通じて循環冷却ユニットが冷却された後の冷媒の温度を検出して、前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに供給する冷熱を調節する。

好ましくは、前記循環冷凍ユニットの熱出力端に三方弁が連結されて、前記温度検出制御ユニットは前記三方弁を制御することにより前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに供給する温熱の調節を実現する。

従来技術に比べて、本発明は以下の利点がある。
１．本発明は最も基本的な循環冷凍ユニットを採用しているので、循環冷凍ユニットに構成要素を溶接して追加する必要がなく、また循環冷凍ユニット内の溶接点が少なく、冷媒が漏れる虞がないとともに、信頼性が相対的に向上する。
２．循環冷凍ユニットの熱を利用しない場合、直接工場側のチラーに戻るため、負荷が大きいが、本発明ではコンデンサーの熱を回収するので、チラーの負担がある程度軽減され、小型システムにおいて、１時間当たり１〜２ＫＷを回収すると計算すれば、毎年８７６０〜１７５２０ＫＷの電力を節約する。
３．本発明は、温度検出制御ユニットを用いて液体温度制御装置内の流量分布をフィードバックするので、従来の熱回収精度（±１℃）よりも高い高精度（±０．１℃より優れる）の温度制御を実現することができる。
４．本発明は循環冷凍ユニットにおけるコンデンサー出口の温熱と第１熱交換モジュールの出口の冷熱との熱交換により、凝縮熱の回収を実現し、従来の電気加熱器の代わりに回収した凝縮熱を用いるので、エネルギーを節約する。
５．本発明はコンデンサーの出口端に三方弁を追加することにより、第２熱交換モジュールに入る温熱を制御して、高精度の制御を実現する。

本発明の実施例１における液体温度制御装置の構造を示す図である。 本発明の実施例１における液体温度制御装置の制御原理図である。 本発明の実施例２における液体温度制御装置の制御原理図である。

以下、本発明の上記目的、特徴及び長所をより明らかで容易に理解するために、図面を結合して本発明の具体的な実施例についてさらに詳しく説明する。説明の便宜上、冷凍を冷熱を提供することと説明し、加熱は温熱を提供することと説明することに留意すべきである。なお、本発明の図面は、簡易化した形式を採用し、且つ正確ではない比率を使用しており、本発明の実施例を容易かつ明確に説明することを補助するために用いられることに留意すべきである。

図１に示すように、本実施例の液体温度制御装置は、循環冷凍ユニットと、循環冷却ユニットと、温度検出制御ユニットと、熱交換ユニットとを含む。前記循環冷凍ユニットは、前記循環冷却ユニットに温熱及び冷熱を提供し、前記熱交換ユニットは、前記循環冷凍ユニットと前記循環冷却ユニットとの間の熱交換を実現し、温度検出制御ユニットは、冷媒の温度を検出して温熱と冷熱の供給比を制御して、冷却対象物に対する高精度な冷却を実現する。

さらに、前記循環冷凍ユニットは前記循環冷却ユニットを冷却した後、その温熱も取り去り、温度検出制御ユニットの検出により制御し、この温熱を利用して循環冷却ユニット内の冷媒に対して熱を補償して循環冷却ユニットにおける冷媒の温度に対する精密な制御を実現する。

引き続き、図１によれば、熱交換ユニットは、第１熱交換モジュール４及び第２熱交換モジュール９を含み、第１熱交換モジュール４において、循環冷凍ユニットは循環冷却ユニット内の冷媒に冷熱を提供してそれを冷却する。第２熱交換モジュール９において、循環冷凍ユニットは循環冷却ユニット内の冷媒に温熱を提供して、それに対して熱補償を実現する。

さらに、第１熱交換モジュール４は蒸発器であってもよく、第２熱交換モジュール９は熱交換器であってもよい。

引き続き、図１によれば、前記装置は、循環冷凍ユニットの熱出力端及び第２熱交換モジュール９にそれぞれ連結された三方弁８を含む。前記三方弁８の第３経路はバイパス管で、過剰な温熱を持つ冷却水を排出するために用いる。

ここで、温度検出制御ユニットは、第１温度センサー１２、第２温度センサー１３及び制御ユニット１１を含む。前記第１温度センサー１２は、温度検出のためのフィードバック制御のためのパラメータの測定のため、または、単に循環冷却ユニット内の冷媒の温度を検出するために用いることができる。温度検出制御ユニットは検出された温度パラメータによって熱交換ユニットを調節制御して、冷却される装置に対する精密な温度制御を実現する。温度検出制御ユニットは、三方弁８及び循環冷凍ユニットを制御することにより熱交換ユニットを制御する。循環冷凍ユニットには膨張弁３が設けられており、循環冷凍ユニットで第１熱交換モジュール４に流入したキャリア冷媒の量は膨張弁３のデューティ比によって決められる。温度検出制御ユニットは膨張弁３を制御することにより循環冷凍ユニットに対する制御を実現する。具体的には、前記第１温度センサー１２は、前記循環冷却ユニット及び第１熱交換モジュール４の出口端に設けられて、第１熱交換モジュール４の出口端の温度を検出し、温度データを前記制御ユニット１１に伝送する。前記第２温度センサー１３は冷却対象物５の入口端に位置して、前記冷却対象物５の入口端の温度を検出し、同時に冷媒の温度をリアルタイムで検出及び調節して、対象物５に入った冷媒の温度の安定を確保する。

さらに、本実施例の液体温度制御装置は、循環冷凍ユニットと、循環冷却ユニットと、三方弁８と、熱交換器と、温度検出制御ユニットとを含む。ここで、前記循環冷凍ユニットは循環冷却ユニットに温熱及び冷熱を提供し、前記三方弁８は前記循環冷凍ユニットの熱出力端に設けられ、循環冷却ユニットは前記循環冷凍ユニットに連結されて、冷却対象物５の循環冷却に用いられる。前記熱交換器は循環冷凍ユニットの温熱と冷熱を混合した後、前記循環冷却ユニットに提供する。前記温度検出制御ユニットは前記循環冷凍ユニット及び前記循環冷却ユニットの温度を監視して制御する。前記制御ユニット１１は前記循環冷凍ユニット、三方弁８及び温度検出制御ユニットにそれぞれ連結されて冷却対象物５の冷却温度を正確に制御する。

引き続き、図１に示すように、前記循環冷凍ユニットは、圧縮機１、コンデンサー２、膨張弁３及び第１熱交換モジュール４を含み、前記コンデンサー２の出口端は前記三方弁８に連結されて、前記循環冷却ユニットに温熱を提供する。前記第1熱交換モジュール4は前記循環冷却ユニットに冷熱を提供し、その出口温度は前記膨張弁3のデューティ比によって温度検出制御ユニットによって制御される。

前記循環冷却ユニットは、水タンク７と、前記水タンク７と冷却対象物５との間に設けられた水ポンプ６とを含み、前記水ポンプ６は、冷媒を循環冷却ユニット内で循環するようにする。具体的には、水ポンプ６は、冷媒を水タンク７から前記冷却対象物５に入るように駆動し、前記冷却対象物５の熱を取り去った後、前記第１熱交換モジュール４に入って冷却され、その後、前記熱交換器、つまり第２熱交換モジュール９に入り、前記第２熱交換モジュール９の他の入口は前記三方弁８とさらに連通され、第２熱交換モジュール９はコンデンサー２から媒体が流出された温熱を第１熱交換モジュール４によって冷却された循環冷媒に補給し、さらに、前記水タンク７に提供して循環を完成する。

前記コンデンサー２の出口及び入口はバイパス管１０を採用して、コンデンサー２の出入り口の流量が変化せず、熱放散効果が影響されないように保証することに留意すべきである。

さらに、図２によれば、図１を結合して、本実施例では液体温度制御方法をさらに提供し、具体的には、
冷却対象物５の循環冷却のために、循環冷却ユニットとして水タンク７及び水ポンプ６を設置するステップと、
前記循環冷却ユニットに温熱及び冷熱を提供するように、循環冷凍ユニットとしてコンデンサー２、膨張弁３、第１熱交換モジュール４及び圧縮機１を設置するステップと、
循環冷凍ユニットの前記コンデンサー２の出口端に三方弁８を設置するステップと、
循環冷凍ユニットの温熱と冷熱を混合した後、前記循環冷却ユニットに提供する熱交換ユニットを設置するステップと、
前記循環冷却ユニットの温度を監視及び制御するように温度検出制御ユニットを設置するステップであって、具体的には、前記温度検出制御ユニットは、前記循環冷却ユニットと第１熱交換モジュール４の出口端に設けられる第1温度センサー１２と、冷却対象物５の入口端に位置する第２温度センサー１３及び制御ユニット１１を含む、温度検出制御ユニットを設置するステップとを含む。

具体的には、図２に示すように、前記液体温度制御方法は次の通りである。
前記制御ユニット１１は第２温度センサー１３を通じて冷却対象物５の入口端の温度を検出して要件を充足するか否かを確認する。要件を充足すれば、まず、前記第１温度センサー１２を通じて循環冷凍ユニットの冷却端、つまり第１熱交換モジュール４の出口端の温度を測定し、再び、前記温度に応じて前記膨張弁３のデューティ比を調節することによって、第１熱交換モジュール４の出口端の温度を調節し、さらに、前記循環冷凍ユニットの冷熱を調節する目的に達する。次に、再び前記三方弁８を通じて前記循環冷凍ユニットの温熱、つまり、コンデンサー３の出口端から第２熱交換モジュール９に提供される温熱を調節する。最後に、第２温度センサー１３を利用して冷却対象物５の入口端の温度を測定して、冷却対象物５の入口端の温度が要件に達するようにする。

本実施例は、前記制御ユニット１１の制御方式が異なる点で実施例１と区別される。

図３に示すように、本実施例における第１温度センサー１２の検出データはフィードバックには用いられず、温度監視のみに用いられる。即ち、本実施例では、第２温度センサー１３のみを用いて、膨張弁３と三方弁８の開度を同時にフィードバックし、制御ユニット１１を通じて精密な温度制御を実現する。具体的には、前記制御ユニット１１の制御方式は、前記第２温度センサー１３によって冷却対象物５の入口端の温度が要件を充足するか否かを検出し、充足しない場合、三方弁８と膨張弁３を同時に調節することにより冷却対象物５の入口端の温度が要件に達するようにする。

本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は本発明について各種変更及び変形を行うことができ、これらは本発明の精神及び範囲を逸脱しないことは明らかである。このように、本発明のこれらの修正及び変形は本発明の特許請求範囲及びそれら同等な技術範囲内に属するとする場合、本発明はこれらの修正及び変形を含むものとする。

１：圧縮機、２：コンデンサー、３：膨張弁、４：第一熱交換モジュール、５：冷却対象物、６：水ポンプ、７：水タンク、８：三方弁、９：第二熱交換モジュール、１０：バイパス管、１１：制御ユニット、１２：第一温度センサー、１３：第二温度センサー

Claims (16)

1. 冷却対象物に温熱及び冷熱を提供する循環冷凍ユニットと、
   前記循環冷凍ユニットに連結されて、冷却対象物を冷却する循環冷却ユニットと、
   前記循環冷凍ユニットと前記循環冷却ユニットとの間の熱交換に用いられる熱交換ユニットと、
   前記循環冷凍ユニット及び前記循環冷却ユニットの温度を監視して制御する温度検出制御ユニットと、を含み、
   前記循環冷凍ユニットの熱出力端に三方弁が連結されて、前記温度検出制御ユニットは前記三方弁を制御することにより前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに供給する温熱の調節を実現することを特徴とする液体温度制御装置。
2. 前記循環冷凍ユニットの熱出力端は前記循環冷却ユニットに温熱を供給することを特徴とする請求項１に記載の液体温度制御装置。
3. 前記熱交換ユニットは第２熱交換モジュールを含み、前記循環冷凍ユニット及び前記第２熱交換モジュールは前記循環冷却ユニットに温熱を提供することを特徴とする請求項１に記載の液体温度制御装置。
4. 前記三方弁の一方の水出力端は第２熱交換モジュールに連結され、前記三方弁の他方の水出力端をバイパス管とすることを特徴とする請求項３に記載の液体温度制御装置。
5. 前記温度検出制御ユニットは前記循環冷凍ユニットの熱出力端及び/または冷却端に設けられることを特徴とする請求項１に記載の液体温度制御装置。
6. 前記温度検出制御ユニットは前記循環冷却ユニットに設けられて、前記冷却対象物に対する冷却を検出して制御することを特徴とする請求項１に記載の液体温度制御装置。
7. 前記循環冷凍ユニットは順次に直列連結されたコンデンサー、膨張弁、第１熱交換モジュール及び圧縮機を含み、その中、前記コンデンサーの出口端には第２熱交換モジュールが設けられ、前記膨張弁は前記温度検出制御ユニットに連結され、前記第１熱交換モジュールは前記循環冷却ユニットに連結され、
   前記第１熱交換モジュールは、前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに冷熱を提供するのに用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載の液体温度制御装置。
8. 前記コンデンサーの出口端及び/または入口端はバイパス管を用いることを特徴とする請求項７に記載の液体温度制御装置。
9. 前記温度検出制御ユニットは、前記膨張弁を制御することにより循環冷凍ユニットの冷熱の供給を制御することを特徴とする請求項７に記載の液体温度制御装置。
10. 前記循環冷却ユニットは、水タンクと、前記水タンクと冷却対象物との間に設けられる水ポンプとを含み、前記水ポンプは冷媒を循環冷却ユニットの中で循環させることを特徴とする請求項１に記載の液体温度制御装置。
11. 循環冷凍ユニット、循環冷却ユニット、熱交換ユニット、温度検出制御ユニットを提供するステップ；
    前記熱交換ユニットを通じて前記循環冷凍ユニットにより前記循環冷却ユニットに温熱及び冷熱を提供するステップ；
    前記温度検出制御ユニットを通じて温度データを検出し、前記循環冷却ユニットに提供される温熱と冷熱の配合比率を制御するステップ；を含み、
    前記循環冷凍ユニットの熱出力端に三方弁が連結されて、前記温度検出制御ユニットは前記三方弁を制御することにより前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに供給する温熱の調節を実現することを特徴とする液体温度制御方法。
12. 前記熱交換ユニットは、第２熱交換モジュールを含み、前記第２熱交換モジュールは前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに温熱を提供するのに用いられることを特徴とする請求項１１に記載の液体温度制御方法。
13. 前記温度検出制御ユニットは、冷却対象物に流入した冷媒の温度を検出して制御する第２温度検出制御モジュールを含むことを特徴とする請求項１１に記載の液体温度制御方法。
14. 前記温度検出制御ユニットは、前記循環冷却ユニットで冷却された後の冷媒の温度を検出して制御する第１温度検出制御モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の液体温度制御方法。
15. 前記温度検出制御ユニットの制御方式は、
    冷却対象物の入口端の温度が要件を充足するまで、前記温度検出制御ユニットに対して第２温度検出制御モジュールを通じて冷却対象物の入口端の温度を検出して、前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに供給する温熱と冷熱の配合比率を調節することを特徴とする請求項１４に記載の液体温度制御方法。
16. 前記温度検出制御ユニットの制御方式は、
    冷却対象物の入口端の温度が要件を充足するまで、前記温度検出制御ユニットに対して第２温度検出制御モジュールを通じて冷却対象物の入口端の温度を検出して、前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに供給する温熱を調節し、前記温度検出制御ユニットは第１温度検出制御モジュールを通じて循環冷却ユニットで冷却された後の冷媒の温度を検出して、前記循環冷凍ユニットが前記循環冷却ユニットに供給する冷熱を調節することを特徴とする請求項１４または１５に記載の液体温度制御方法。
    
    

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