TWI675263B - 液體溫控裝置和方法 - Google Patents

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Ming Wang
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杜留洋
Liuyang DU
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Shanghai Micro Electronics Equipment(Group)Co., Ltd.
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Abstract

本發明揭露一種液體溫控裝置和方法，該液體溫控裝置包括：循環製冷單元，用於為待冷卻對象提供熱能量和冷量；循環用冷單元，與該循環製冷單元連接，用於為待冷卻對象循環供冷量；熱交換單元，用於該循環製冷單元與該循環用冷單元進行熱交換；以及溫度檢測控制單元，用於監控該循環製冷單元和該循環用冷單元的溫度。本發明採用最基礎的循環製冷單元，無需在循環製冷單元中焊接添加元件，循環製冷單元內的焊點少，製冷劑無洩漏風險，可靠性相對提高。

Description

液體溫控裝置和方法
本發明涉及製冷領域，特別涉及一種液體溫控裝置和方法。
光刻機內現有的液體溫控系統精度是藉由應用加熱器占空比來實現的，由於使用加熱器，節能性能一般。製冷行業內也有冷凝熱回收的系統，其一般的做法是在製冷單元的內部壓縮機出口與冷凝器之間再增加一個冷凝器來回收熱量，此回收的熱量一般簡單用於熱供給，精確度一般為±1℃；要實現高精確度控制，就必須在製冷單元內增加更加複雜的控制-製冷劑流量結構，這樣會使得其結構變得複雜、容量變大、可靠性降低。
本發明提供一種液體溫控裝置和方法，以解決習知技術中製冷單元進行高精確度控制時結構過於複雜的問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種液體溫控裝置，包括：循環製冷單元，用於為待冷卻對象提供熱能量和冷量；循環用冷單元，與該循環製冷單元連接，用於冷卻待冷卻對象；熱交換單元，用於該循環製冷單元與該循環用冷單元之間的熱交換；以及溫度檢測控制單元，用於監控該循環製冷單元和該循環用冷單元的溫度。
較佳地，該循環製冷單元的出熱端為該循環用冷單元提供熱能量。
較佳地，該熱交換單元包括第一熱交換模組和第二熱交換模組，該循環製冷單元與該第一熱交換模組為該循環用冷單元提供冷量，該循環製冷單元與該第二熱交換模組為該循環用冷單元提供熱能量。
較佳地，該循環製冷單元的出熱端連接有三通閥，該三通閥的一出水端與第二熱交換模組相連，該三通閥的另一出水端作為旁通管路。
較佳地，該溫度檢測控制單元藉由控制該三通閥實現循環製冷單元的熱能量的供給調控。
較佳地，該溫度檢測控制單元設置在該循環製冷單元的出熱端和/或出冷端。
較佳地，該溫度檢測控制單元設置在該循環用冷單元中，以檢測控制對該待冷卻對象的製冷。
較佳地，該循環製冷單元包括依次串聯的：冷凝器、膨脹閥、第一熱交換模組和壓縮機，其中，該冷凝器的出口端設有第二熱交換模組，該膨脹閥與該溫度檢測控制單元連接，該第一熱交換模組與該循環用冷單元連接。
較佳地，該冷凝器的出口端和/或入口端採用旁通管。
較佳地，該溫度檢測控制單元藉由控制該膨脹閥實現循環製冷單元的冷量的供給調控。
較佳地，該循環用冷單元包括：水箱和設置在該水箱與待冷卻對象之間的水泵，該水泵帶動冷卻介質在循環用冷單元中循環。
本發明還提供一種液體溫控方法，包括：提供循環製冷單元、循環用冷單元、熱交換單元、溫度檢測控制單元；藉由該循環製冷單元經該熱交換單元為該循環用冷單元提供熱能量和冷量；藉由該溫度檢測控制單元檢測溫度數據並控制為該循環用冷單元提供的熱能量與冷量的配比。
較佳地，該熱交換單元包括第一熱交換模組和第二熱交換模組，該第一熱交換模組用於該循環製冷單元為該循環用冷單元提供冷量，該第二熱交換模組用於該循環製冷單元為該循環用冷單元提供熱能量。
較佳地，該溫度檢測控制單元包括：檢測控制進入待冷卻對象的冷卻介質溫度的第一溫度檢測控制模組。
較佳地，該溫度檢測控制單元還包括：檢測控制該循環用冷裝置被冷卻後的冷卻介質溫度的第二溫度檢測控制模組。
較佳地，該溫度檢測控制單元的控制方式為：該溫度檢測控制單元藉由第一溫度檢測控制模組檢測待冷卻對象的入口端溫度，調節該循環製冷單元為該循環用冷單元供應的熱能量與冷量的配比，至待冷卻對象入口端的溫度達到要求。
較佳地，該溫度檢測控制單元的控制方式為：該溫度檢測控制單元藉由第一溫度檢測控制模組檢測待冷卻對象的入口端溫度，調節該循環製冷單元為該循環用冷單元供應的熱能量，該溫度檢測控制單元藉由第二溫度檢測控制模組檢測循環用冷單元被冷卻後冷卻介質的溫度，調節該循環製冷單元為該循環用冷單元供應的冷量，至待冷卻對象的入口端溫度達到要求。
較佳地，該循環製冷單元出熱端連接有三通閥，該溫度檢測控制單元藉由控制該三通閥實現對該循環製冷單元為該循環用冷單元供應的熱能量的調節。
與習知技術相比，本發明具有以下優點：
1、本發明採用最基礎的循環製冷單元，無需在循環製冷單元中焊接添加元件，循環製冷單元內的焊點少，製冷劑無洩漏風險，可靠性相對提高。
2、循環製冷單元中的熱量，若不做利用，即直接回到廠務側的冷水機組中，負荷大，而本發明回收冷凝器中的熱量，一定程度上減輕了冷水機組的負擔，小型系統以每小時回收1~2KW來計算，每年節約8760~17520度電。
3、本發明使用溫度檢測控制單元回饋液體溫控裝置中的流量分配，可實現高精確度(優於±0.1℃)溫控，比傳統熱量回收精確度(±1℃)高。
4、本發明利用循環製冷單元中冷凝器出口的熱能量與第一熱交換模組出口的冷量換熱，實現冷凝熱回收，用回收的冷凝熱替代了傳統的電加熱器供熱，節省能源。
5、本發明藉由在冷凝器出口端增加三通閥，控制進入第二熱交換模組內的熱能量，實現高精確度控制。
1‧‧‧壓縮機
2‧‧‧冷凝器
3‧‧‧膨脹閥
4‧‧‧第一熱交換模組
5‧‧‧待冷卻對象
6‧‧‧水泵
7‧‧‧水箱
8‧‧‧三通閥
9‧‧‧第二熱交換模組
10‧‧‧旁通管
11‧‧‧控制單元
12‧‧‧第一溫度傳感器
13‧‧‧第二溫度傳感器
第1圖為本發明實施例1中液體溫控裝置的結構示意圖。
第2圖為本發明實施例1中液體溫控裝置的控制原理圖。
第3圖為本發明實施例2中液體溫控裝置的控制原理圖。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，將製冷描述為提供冷量，制熱描述為提供熱能量以方便描述。另本發明附圖均採用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、清晰地輔助說明本發明實施例的目的。
實施例1
如第1圖所示，本實施例的液體溫控裝置包括：循環製冷單元、循環用冷單元、溫度檢測控制單元和熱交換單元。其中，該循環製冷單元用於為該循環用冷單元提供熱能量和冷量，該熱交換單元用於實現該循環製冷單元與該循環用冷單元之間的熱交換，溫度檢測控制單元用於檢測冷卻介質的溫度以控制熱能量與冷量的供應配比，從而實現對待冷卻對象的高精確度冷卻。
進一步的，該循環製冷單元對該循環用冷單元製冷後，還帶走其熱能量，藉由溫度檢測控制單元的檢測控制，利用此熱能量重新對循環用冷單元中的冷卻介質進行熱補償，實現對循環用冷單元中冷卻介質溫度的精密控制。
繼續參照第1圖，熱交換單元包括第一熱交換模組4和第二熱交換模組9，第一熱交換模組4中，循環製冷單元為循環用冷單元中的冷卻介質提供冷量，以對其製冷，第二熱交換模組9中，循環製冷單元為循環用冷單元中的冷卻介質提供熱能量，對其實現熱補償。
進一步的，第一熱交換模組4可以是蒸發器，第二熱交換模組9可以是換熱器。
繼續參照第1圖，該裝置包括一個三通閥8，三通閥8分別與循環製冷單元出熱端和第二熱交換模組9相連，該三通閥8的第三條路為旁通管路，用以排出攜帶多餘熱能量的冷卻水。
其中，溫度檢測控制單元包括第一溫度傳感器12、第二溫度傳感器13及控制單元11，其中，該第一溫度傳感器12可用作溫度檢測回饋控制的參數考量或僅作為對循環用冷單元內冷卻介質溫度的檢測。溫度檢測控制單元根據檢測的溫度參數調控熱交換單元以實現對待冷卻裝置的精密溫控。溫度檢測控制單元對熱交換單元的控制借助對三通閥8和循環製冷單元的控制而實現。循環製冷單元內設有膨脹閥3，循環製冷單元流入第一熱交換模組4的載冷介質的量由膨脹閥3的占空比決定，溫度檢測控制單元對循環製冷單元的控制藉由對膨脹閥3的控制實現。具體地，該第一溫度傳感器12設置在該循環用冷單元與第一熱交換模組4的出口端，用於檢測第一熱交換模組4的出口端溫度，並將溫度數據傳遞給該控制單元11，該第二溫度傳感器13位於待冷卻對象5入口端，檢測該待冷卻對象5的入口端溫度，同時實時發現和調節冷卻介質的溫度，確保進入待冷卻對象5的冷卻介質溫度穩定。
進一步的，本實施例的液體溫控裝置包括：循環製冷單元、循環用冷單元、三通閥8、換熱器和溫度檢測控制單元。其中，該循環製冷單元用於為循環用冷單元提供熱能量和冷量，該三通閥8設置在該循環製冷單元的出熱端；循環用冷單元與該循環製冷單元連接，用於為待冷卻對象5循環供冷；該換熱器用於將循環製冷單元的熱能量和冷量進行混合後，提供給該循環用冷單元；該溫度檢測控制單元用於監控該循環製冷單元和該循環用冷單元的溫度； 該控制單元11分別與該循環製冷單元、三通閥8和溫度檢測控制單元連接，從而精確控制待冷卻對象5的供冷溫度。
繼續參照第1圖，該循環製冷單元包括壓縮機1、冷凝器2、膨脹閥3和第一熱交換模組4；其中，該冷凝器2的出口端與該三通閥8連接，用於為該循環用冷單元提供熱能量；該第一熱交換模組4用於為該循環用冷單元提供冷量，其出口溫度由溫度檢測控制單元藉由所述膨脹閥3的占空比控制。
該循環用冷單元包括：水箱7和設置在該水箱7與待冷卻對象5之間的水泵6，該水泵6帶動冷卻介質在循環用冷單元中循環。具體地，水泵6驅動冷卻介質從水箱7進入該待冷卻對象5中，帶出該待冷卻對象5的熱量後，進入到該第一熱交換模組4中冷卻後，進入到該換熱器也即是第二熱交換模組9中，該第二熱交換模組9的另一入口還與該三通閥8連通，第二熱交換模組9將從冷凝器2流出介質的熱能量，補償給已經過第一熱交換模組4冷卻的循環用冷介質，再提供給該水箱7，完成循環。
需要說明的是，該冷凝器2的出、入口端採用旁通管10，保證冷凝器2進出口的流量不變，確保不影響其散熱效果。
進一步的，請參照第2圖，結合第1圖，本實施例還提供一種液體溫控方法，具體包括：設置水箱7和水泵6作為循環用冷單元，用於為待冷卻對象5循環供冷；設置冷凝器2、膨脹閥3、第一熱交換模組4和壓縮機1作為循環製冷單元，用於為該循環用冷單元提供熱能量和冷量；在循環製冷單元於該冷凝器2的出口端設置三通閥8；設置熱交換單元，該熱交換單元於將循環製冷單元的熱能量和冷量進行混合後提供給該循環用冷單元；設置溫度檢測控制單元，用於監控控制該循環用冷單元的溫度；具體地，該溫度檢測控制單元包括設置 在該循環用冷單元與第一熱交換模組4的出口端的第一溫度傳感器12和位於待冷卻對象5入口端的第二溫度傳感器13以及控制單元11。
具體如第2圖所示，該液體溫控的方法為：該控制單元11藉由第二溫度傳感器13檢測確認待冷卻對象5入口端的溫度是否符合要求，若未符合要求，則先藉由該第一溫度傳感器12測量循環製冷單元出冷端即第一熱交換模組4出口端的溫度，再根據該溫度調節該膨脹閥3的占空比，從而調節第一熱交換模組4出口端的溫度，進而達到調節該循環製冷單元的冷量的目的，接著，再藉由該三通閥8調節該循環製冷單元的熱能量，也即是冷凝器2出口端向第二熱交換模組9提供的熱能量，最後，再次利用第二溫度傳感器13測量待冷卻對象5入口端的溫度，使待冷卻對象5入口端的溫度達到要求。
實施例2
本實施例與實施例1的區別點在於，該控制單元11的控制方式不同。
如第3圖所示，本實施例中的第一溫度傳感器12的檢測數據不用於回饋，僅作為溫度監測使用。也即是說，本實施例僅使用第二溫度傳感器13來同時回饋膨脹閥3與三通閥8的開度，藉由控制單元11實現精確溫度控制。具體地，該控制單元11的控制方式為：藉由該第二溫度傳感器13檢測待冷卻對象5入口端溫度是否符合要求，若未符合要求，則同時調節三通閥8和膨脹閥3，使待冷卻對象5入口端的溫度達到要求。
顯然，本領域的具有通常知識者可以對發明進行各種修改和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬本發明 申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些修改和變型在內。

Claims (18)

  1. 一種液體溫控裝置，其包括：循環製冷單元，用於為待冷卻對象提供熱能量和冷量；循環用冷單元，與該循環製冷單元連接，用於冷卻該待冷卻對象；熱交換單元，用於該循環製冷單元與該循環用冷單元之間的熱交換；該熱交換單元包括第一熱交換模組和第二熱交換模組，該循環製冷單元與該第一熱交換模組為該循環用冷單元製冷，該第二熱交換模組用於將該循環製冷單元的熱能量和冷量進行混合後，提供給該循環用冷單元；以及溫度檢測控制單元，用於監控該循環製冷單元和該循環用冷單元的溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的液體溫控裝置，其中該循環製冷單元的出熱端為該循環用冷單元提供熱能量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的液體溫控裝置，其中該熱交換單元包括該第一熱交換模組和該第二熱交換模組，該循環製冷單元與該第一熱交換模組為該循環用冷單元提供冷量，該循環製冷單元與該第二熱交換模組為該循環用冷單元提供熱能量。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的液體溫控裝置，其中該循環製冷單元的出熱端連接有三通閥，該三通閥的一出水端與該第二熱交換模組相連，該三通閥的另一出水端作為旁通管路。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的液體溫控裝置，其中該溫度檢測控制單元藉由控制該三通閥實現該循環製冷單元的熱能量的供給調控。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的液體溫控裝置，其中該溫度檢測控制單元設置在該循環製冷單元的出熱端和/或出冷端。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的液體溫控裝置，其中該溫度檢測控制單元設置在該循環用冷單元中，以檢測控制對該待冷卻對象的製冷。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的液體溫控裝置，其中該循環製冷單元包括依次串聯的：冷凝器、膨脹閥、該第一熱交換模組和壓縮機，其中，該冷凝器的出口端設有該第二熱交換模組，該膨脹閥與該溫度檢測控制單元連接，該第一熱交換模組與該循環用冷單元連接。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的液體溫控裝置，其中該冷凝器的出口端和/或入口端採用旁通管。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的液體溫控裝置，其中該溫度檢測控制單元藉由控制該膨脹閥實現該循環製冷單元的冷量的供給調控。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的液體溫控裝置，其中該循環用冷單元包括：水箱和設置在該水箱與該待冷卻對象之間的水泵，該水泵帶動冷卻介質在該循環用冷單元中循環。
  12. 一種液體溫控方法，其包括：提供循環製冷單元、循環用冷單元、熱交換單元及溫度檢測控制單元；藉由該循環製冷單元經該熱交換單元為該循環用冷單元提供熱能量和冷量；藉由該溫度檢測控制單元檢測溫度數據並控制為該循環用冷單元提供的熱能量與冷量的配比。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的液體溫控方法，其中該熱交換單元包括第一熱交換模組和第二熱交換模組，該第一熱交換模組用於該循環製冷單元為該循環用冷單元提供冷量，該第二熱交換模組用於該循環製冷單元為該循環用冷單元提供熱能量。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的液體溫控方法，其中該溫度檢測控制單元包括：檢測控制進入待冷卻對象的冷卻介質溫度的第一溫度檢測控制模組。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的液體溫控方法，其中該溫度檢測控制單元更包括：檢測控制循環用冷裝置被冷卻後的該冷卻介質溫度的第二溫度檢測控制模組。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的液體溫控方法，其中該溫度檢測控制單元的控制方式為：該溫度檢測控制單元藉由該第一溫度檢測控制模組檢測該待冷卻對象的入口端溫度，調節該循環製冷單元為該循環用冷單元供應的熱能量與冷量的配比，至該待冷卻對象的入口端溫度達到要求。
  17. 如申請專利範圍第15項或第16項所述的液體溫控方法，其中該溫度檢測控制單元的控制方式為：該溫度檢測控制單元藉由該第一溫度檢測控制模組檢測該待冷卻對象的入口端溫度，調節該循環製冷單元為該循環用冷單元供應的熱能量，該溫度檢測控制單元藉由該第二溫度檢測控制模組檢測該循環用冷單元被冷卻後的該冷卻介質溫度，調節該循環製冷單元為該循環用冷單元供應的冷量，至該待冷卻對象的入口端溫度達到要求。
  18. 如申請專利範圍第12項所述的液體溫控方法，其中該循環製冷單元的出熱端連接有三通閥，該溫度檢測控制單元藉由控制該三通閥實現對該循環製冷單元為該循環用冷單元供應的熱能量的調節。
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