一种温度控制系统及温度控制方法与流程

本技术涉及温度控制，具体而言，涉及一种温度控制系统及温度控制方法。

背景技术：

1、半导体温控装置作为半导体集成电路制造过程中的重要设备，在集成电路制造的过程中为工艺设备的工艺腔提供所需温度的循环液来保持设备工艺腔的温度。半导体温控装置在实际使用中通过制冷、加热环节对温度进行精确控制。工艺设备腔在整个工艺制程中需要不同的温度来满足生产工艺，有些工艺腔需要温度在-80℃到20℃内周期性切换，负荷变化较大而且对控制精度要求高。这就需要设计低温半导体温控装置，低温半导体温控装置的传统设计方式中会设计热气旁通阀，采用控制热气旁通阀的开度来控制吸气过热度平衡系统运行状态，防止液态制冷剂被吸入压缩机从而造成液击损坏。

2、然而，现有技术中为了维持系统稳定状态的这部分热气增加了压缩机的能耗，降低了系统的制冷效率，系统中制冷剂充装多，用于制冷的制冷剂利用率低，而且为了增加低温状态下的带载量此种方法压缩机的选型要大，从而使设备体积增大，不利于设备小型化。不仅生产成本高而且能耗大。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种温度控制系统及温度控制方法，以克服现有技术中的问题。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种温度控制系统，所述系统包括制冷装置和循环装置；所述制冷装置包括压缩机、冷凝器、蒸发器、气液分离器、换热器和过冷储液器；

3、所述压缩机出口端连接所述冷凝器中第一换热通道的入口端，所述冷凝器中第一换热通道的出口端连接所述过冷储液器的入口端，所述过冷储液器的出口端连接所述蒸发器中第一换热通道的入口端，所述蒸发器中第一换热通道的出口端连接所述气液分离器的入口端，所述气液分离器的出口端经所述换热器连接所述压缩机的入口端；

4、所述过冷储液器还设置有外部冷却管路，所述外部冷却管路的入口端连接所述冷凝器中第一换热通道的出口端，所述外部冷却管路的出口端连接所述气液分离器的入口端，所述外部冷却管路设置于所述过冷储液器中储液空间的外部，用于对所述储液空间内储存的制冷剂进行冷却；

5、所述换热器中第一换热通道连接于所述气液分离器的出口端与所述压缩机的入口端之间，所述换热器中第二换热通道连接外部热源；

6、所述蒸发器中第二换热通道的入口端连接所述循环装置的出口端，所述循环装置的入口端连接所述蒸发器中第二换热通道的出口端，以使所述循环装置中的循环液与所述蒸发器中第一换热通道内的制冷剂进行热交换；

7、其中，所述过冷储液器对制冷剂进行过冷处理并储存，所述换热器利用所述外部热源对所述气液分离器输出的制冷剂进行加热，以控制所述压缩机的吸气过热度，维持系统稳定运行。

8、在本技术一些技术方案中，上述外部热源为厂务循环水，所述换热器中第二换热通道的入口端连接厂务循环水供水管路，所述换热器中第二换热通道的出口端连接厂务循环水回水管路；所述换热器中第二换热通道的入口端还设置有换热阀，用于调节流入所述第二换热通道的厂务循环水的流量。

9、在本技术一些技术方案中，上述外部热源为所述压缩机出口端排出的高温高压气态制冷剂；所述换热器中第二换热通道的入口端连接所述压缩机的出口端，所述换热器中第二换热通道的出口端连接所述冷凝器的入口端；

10、所述第二换热通道的入口端还设置有换热三通阀，所述换热三通阀的第一端口连接所述压缩机的出口端，第二端口连接所述换热器中第二换热通道的入口端，第三端口连接所述冷凝器中第一换热通道的入口端；

11、所述换热三通阀用于调节分流至所述换热器中第二换热通道的高压热气的流量，以控制所述压缩机的吸气过热度。

12、在本技术一些技术方案中，上述制冷装置还包括膨胀阀、过冷阀和旁通阀；

13、所述膨胀阀设置于所述过冷储液器的出口端与所述蒸发器中第一换热通道的入口端之间；

14、所述过冷阀设置于所述冷凝器中第一换热通道的出口端与所述外部冷却管路的入口端之间；

15、所述旁通阀设置于所述压缩机的出口端与所述蒸发器中第一换热通道的入口端之间。

16、在本技术一些技术方案中，上述系统还包括控制器；

17、所述控制器用于：

18、根据目标温度设定值和所述循环液的实际温度值之间的差值，通过pid控制算法计算所述膨胀阀的开度；

19、根据吸气压力目标值和采集的吸气压力实际值之间的差值，通过pid控制算法计算所述过冷阀的开度；

20、根据吸气温度目标值和采集的吸气温度实际值之间的差值，通过pid控制算法计算换热阀的开度。

21、第二方面，本技术实施例提供了一种温度控制方法，应用于上述的温度控制系统；所述方法包括：

22、根据接收到的负载设备的温度调节指令，控制所述温度控制系统中各阀门，使得所述制冷装置中的制冷剂在所述压缩机、冷凝器、过冷储液器、蒸发器、气液分离器和换热器中进行循环；通过所述蒸发器使所述制冷剂与所述循环装置中的循环液进行热交换，以调节所述循环液的温度，从而对所述负载设备进行温度控制；其中，在所述制冷剂循环过程中，利用所述过冷储液器对制冷剂进行过冷处理并储存，并利用所述换热器中的外部热源对所述气液分离器输出的制冷剂进行加热，以控制所述压缩机的吸气过热度，维持系统稳定运行。

23、在本技术一些技术方案中，上述外部热源为厂务循环水，所述换热器中第二换热通道的入口端连接厂务循环水供水管路，所述换热器中第二换热通道的出口端连接厂务循环水回水管路；所述换热器中第二换热通道的入口端还设置有换热阀，用于调节流入所述第二换热通道的厂务循环水的流量；

24、所述方法还包括：根据吸气温度目标值和采集的吸气温度实际值之间的差值，通过pid控制算法计算所述换热阀的开度，以调节流入所述第二换热通道的厂务循环水的流量。

25、在本技术一些技术方案中，上述外部热源为所述压缩机出口端排出的高温高压气态制冷剂；所述换热器中第二换热通道的入口端连接所述压缩机的出口端，所述换热器中第二换热通道的出口端连接所述冷凝器的入口端；所述第二换热通道的入口端还设置有换热三通阀，所述换热三通阀的第一端口连接所述压缩机的出口端，第二端口连接所述换热器中第二换热通道的入口端，第三端口所述冷凝器中第一换热通道的入口端；

26、所述方法还包括：根据吸气温度目标值和采集的吸气温度实际值之间的差值，通过pid控制算法计算所述换热三通阀的开度，以调节分流至所述换热器中第二换热通道的高压热气的流量。

27、在本技术一些技术方案中，上述制冷装置还包括膨胀阀、过冷阀和旁通阀；所述膨胀阀设置于所述过冷储液器的出口端与所述蒸发器中第一换热通道的入口端之间；所述过冷阀设置于所述冷凝器中第一换热通道的出口端与所述外部冷却管路的入口端之间；所述旁通阀设置于所述压缩机的出口端与所述蒸发器中第一换热通道的入口端之间；

28、所述方法还包括：在所述系统低负荷或空载时，控制所述旁通阀开启，将部分制冷剂旁通至所述蒸发器中第一换热通道的入口端，以维持所述系统的吸气压力稳定。

29、在本技术一些技术方案中，上述系统还包括控制器；所述控制器用于执行以下步骤：

30、根据目标温度设定值和所述循环液的实际温度值之间的差值，通过pid控制算法计算所述膨胀阀的开度；

31、根据吸气压力目标值和采集的吸气压力实际值之间的差值，通过pid控制算法计算所述过冷阀的开度；

32、根据吸气温度目标值和采集的吸气温度实际值之间的差值，通过pid控制算法计算换热阀的开度。

33、本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

34、本技术实施例提供一种温度控制系统，所述系统包括制冷装置和循环装置；所述制冷装置包括压缩机、冷凝器、蒸发器、气液分离器、换热器和过冷储液器；所述压缩机出口端连接所述冷凝器中第一换热通道的入口端，所述冷凝器中第一换热通道的出口端连接所述过冷储液器的入口端，所述过冷储液器的出口端连接所述蒸发器中第一换热通道的入口端，所述蒸发器中第一换热通道的出口端连接所述气液分离器的入口端，所述气液分离器的出口端经所述换热器连接所述压缩机的入口端；所述过冷储液器还设置有外部冷却管路，所述外部冷却管路的入口端连接所述冷凝器中第一换热通道的出口端，所述外部冷却管路的出口端连接所述气液分离器的入口端，所述外部冷却管路设置于所述过冷储液器中储液空间的外部，用于对所述储液空间内储存的制冷剂进行冷却；所述换热器中第一换热通道连接于所述气液分离器的出口端与所述压缩机的入口端之间，所述换热器中第二换热通道连接外部热源；所述蒸发器中第二换热通道的入口端连接所述循环装置的出口端，所述循环装置的入口端连接所述蒸发器中第二换热通道的出口端，以使所述循环装置中的循环液与所述蒸发器中第一换热通道内的制冷剂进行热交换；其中，所述过冷储液器对制冷剂进行过冷处理并储存，所述换热器利用所述外部热源对所述气液分离器输出的制冷剂进行加热，以控制所述压缩机的吸气过热度，维持系统稳定运行。

35、本技术通过在制冷装置中设置换热器并利用外部热源对气液分离器输出的制冷剂进行加热以控制压缩机的吸气过热度，替代了传统采用热气旁通阀维持系统稳定运行的方式，使得压缩机排出的制冷剂的能量得到充分利用，避免了热气的能量浪费，有效提高了系统的制冷效率并降低了运行能耗；同时，本技术利用过冷储液器对制冷剂进行过冷处理并储存，有效提升了低温状态下的带载能力，使得在无需增大压缩机、冷凝器和蒸发器功率的情况下即可满足制冷需求，并且减少了制冷剂的充装量，有利于设备小型化，从而降低了投入成本和运行成本。

36、为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。