一种压缩气体控制装置的制作方法

本技术涉及压缩气体温控，尤其是涉及一种压缩气体控制装置。

背景技术：

1、压缩气体恒温供给装置在半导体晶圆存储、激光加工及光学检测等精密工业领域具有广泛应用，此类设备对气体温度的稳定性要求日益提高；目前，常见的气体温控方案多采用半导体制冷片配合电加热器实现升温和降温，该方案结构相对紧凑，响应速度较快，可满足一般工业场景的使用需求。

2、然而，半导体制冷片在实际应用中的制冷功率有限，难以应对压缩空气这种持续大流量、大热负荷的换热需求，导致在大工况下控温能力严重不足；同时，半导体制冷片控温系统具有典型的非线性和时变特性，在负载波动或环境温度变化时易产生温度过冲与振荡，控温稳定性较差；因此，半导体制冷片的气体温控装置的控温精度较低，难以满足更高的控温精度需求。

技术实现思路

1、为了实现对压缩气体的更高控温精度，本技术提供一种压缩气体控制装置。

2、本技术提供的一种压缩气体控制装置采用如下的技术方案：

3、一种压缩气体控制装置，包括气体处理系统和水处理系统，所述水处理系统包括冷却装置和多级加热装置，所述冷却装置和所述加热装置之间、以及相邻两个所述加热装置之间均设置有缓冲装置，所述水处理系统的末端连接有储水罐，所述气体处理系统的出气端和所述储水罐的出水端共同连接有换热装置。

4、通过采用上述技术方案，设置独立的气体处理装置与水处理装置，二者协同工作，压缩气体先经气体处理系统完成预处理，去除杂质、稳定气流状态，水处理系统依托冷却装置、多级加热装置实现水体精准温控，并搭配多级缓冲结构保障水温均匀稳定，使循环水具备较高的温度精度，后续高精度恒温循环水与预处理后的压缩气体进行换热，依托稳定的水体温度基准，从换热源头提升压缩气体的温控精度。

5、可选的，所述冷却装置包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，所述压缩机、所述冷凝器、所述节流阀和所述蒸发器依次循环连接，所述蒸发器内设置有制冷剂流道和循环水流道，制冷剂与循环水于所述蒸发器内进行热交换，降低循环水的温度。

6、通过采用上述技术方案，冷却装置采用压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器组成完整闭环制冷循环，制冷流程连续且稳定，制冷剂在压缩机内由低温低压气态被压缩为高温高压气体，随后流入冷凝器完成散热冷凝，转变为高温高压液态制冷剂；再经节流阀节流降压，形成低温低压的气液混合物；最终进入蒸发器与循环水进行充分热交换，快速吸收水体热量实现水温降低，吸热后的制冷剂重新变为气态，循环回流至压缩机持续工作，整套闭环制冷结构换热效率高、工况稳定性强，可满足大流量水体持续降温需求。

7、可选的，所述多级加热装置包括一级加热器和二级加热器，所述一级加热器包括外层套管和内层螺纹管，所述内层螺纹管内设置有加热元件，并且填充有加热介质，所述外层套管的两端分别设置有进水口和出水口；所述二级加热器的结构与所述一级加热器的结构相同。

8、通过采用上述技术方案，多级加热装置中的一级加热器采用外层套管与内层螺纹管的复合结构，内层螺纹管内部集成加热元件并填充加热介质，水体从外层套管与内层螺纹管之间流过，工作时，加热元件对内部加热介质进行加热，热量通过内层螺纹管壁均匀传递至流通水体，螺纹结构大幅增大水体换热接触面积，保证水体加热均匀、升温平稳，同时加热元件完全内置在螺纹管内部，不与水体直接接触，避免加热元件锈蚀、损耗产生的杂质污染循环水体，保障换热水体洁净。

9、可选的，所述缓冲装置包括一级缓冲罐和二级缓冲罐，所述一级缓冲罐与所述二级缓冲罐的结构相同，所述一级缓冲罐位于所述冷却装置与所述一级加热器之间，所述二级缓冲罐位于所述一级加热器与所述二级加热器之间。

10、通过采用上述技术方案，在冷却装置与一级加热器之间设置一级缓冲罐，一级加热器与二级加热器之间设置二级缓冲罐，形成两级缓冲结构，冷却降温后的水体以及一级加热后的水体可分别进入对应缓冲罐进行静置缓冲，有效消除水体在降温、逐级加热过程中产生的局部温差与水流脉动波动，让水体充分混合、温度趋于一致，避免因水体温度不均造成气体换热后温度偏移、振荡，为精准控温奠定基础。

11、可选的，所述换热装置包括换热箱，所述换热箱内设置有若干组第一换热板组和第二换热板组，所述第一换热板组和所述第二换热板组交错设置，所述第一换热板组和所述第二换热板组之间自然形成气体流通通道，每组所述第一换热板组包括两个第一波纹换热板，每组所述第二换热板组包括两个第二波纹换热板，相邻两个所述第一波纹换热板之间、以及相邻两个所述第二波纹换热板之间均为液体流通通道，所述气体流通通道和所述液体流通通道的流向互相垂直。

12、通过采用上述技术方案，换热装置内部设置多组交错排布的第一换热板组与第二换热板组，每组第一换热板组由两个第一波纹换热板构成，板间形成液体流通通道；每组第二换热板组由两个第二波纹换热板构成，板间同样形成独立液体流通通道；交错布置的两类换热板组之间自然形成多条气体流通通道，且气体流通通道与液体流通通道的介质流向相互垂直，大幅提升气液接触面积与换热扰动效果，让压缩气体与恒温水体进行全方位、高效率热交换，换热更充分、温控更均匀。

13、可选的，所述气体处理系统还包括纯化装置、干燥装置、除油装置和稳压储气罐，所述稳压储气罐的出口处设置有流量控制装置；所述纯化装置包括纯化圆筒，所述纯化圆筒内由外而内依次同轴设置有第一过滤层和第二过滤层，所述纯化圆筒与所述第一过滤层之间设置有第一进气口，所述第二过滤层内设置有第一出气口，所述第一过滤层采用不锈钢烧结滤芯，所述第二过滤层采用超细玻璃纤维，所述纯化圆筒和所述第一过滤层之间设置有第一环形倾斜挡板和第二环形倾斜挡板，所述第一环形倾斜挡板与所述纯化圆筒内壁相连接，所述第二环形倾斜挡板与所述第一过滤层相连接，并且所述第一环形倾斜挡板和所述第二环形倾斜挡板的另一端均向下倾斜；

14、所述纯化圆筒的底部沿其径向开设有排污口，所述排污口位于所述纯化圆筒内壁与所述第二过滤层外壁之间，所述纯化圆筒底部设置有旋转挡盘，所述纯化圆筒底部沿其外周面设置有环形凹槽，所述环形凹槽上相对设置有两个卡接槽，所述卡接槽的一端与所述环形凹槽相连通，另一端延伸至所述纯化圆筒的底部，所述旋转挡盘内壁上相对设置有两个卡接凸起，所述卡接凸起与所述卡接槽一一对应，所述卡接凸起可以通过所述卡接槽滑动至所述环形凹槽内，使得所述旋转挡盘与所述纯化圆筒转动连接并且完全覆盖所述纯化圆筒的底部，所述旋转挡盘内设置有挡片，所述挡片能够跟随所述旋转挡盘同步旋转，所述挡片与所述排污口适配并且能够完全封堵所述排污口。

15、通过采用上述技术方案，气体处理系统依次设置纯化装置、干燥装置和除油装置对压缩气体进行除杂以及预处理，并且设置稳压储气罐以及流量控制装置对气体进行暂存以及流量控制，保证气体换热的稳定流量输入；纯化装置设置第一过滤层和第二过滤层进行过滤，第一过滤层采用不锈钢烧结滤芯对较大杂质颗粒进行拦截，第二过滤层采用超细玻璃纤维，对油滴进行初步处理；纯化圆筒与第一过滤层之间设置的第一环形倾斜挡板和第二环形倾斜挡板对大型颗粒进行阻拦，液态水与大颗粒杂质与第一环形倾斜挡板和第二环形倾斜挡板碰撞后重力沉降预先分离，汇集在纯化装置底部；

16、纯化圆筒与第一过滤层，以及第一过滤层和第二过滤层之间的杂质汇集于底部，可以从排污口处排出，纯化圆筒底部通过环形凹槽、卡接槽和旋转挡盘上设置的卡接凸起可拆卸转动连接有旋转挡盘，旋转挡盘内设置有挡片，通过旋转挡盘内部的挡片可灵活封堵或开启排污口，当旋转挡盘旋转后，挡片与排污口错位，排污口开放，杂质落入旋转挡盘内，当旋转挡盘继续旋转至卡接槽与卡接凸起一一对应时，旋转挡盘能够从纯化圆盘上取下，便于对旋转挡盘进行清理，拆装维护简单便捷。

17、可选的，所述干燥装置包括干燥圆筒，所述干燥圆筒内设置有螺旋通道，所述螺旋通道内设置有干燥剂，所述螺旋通道的通道壁为多孔结构，所述螺旋通道的入口处位于所述干燥圆筒的顶部并且设置有第一封盖，所述螺旋通道的出口处位于所述干燥圆筒的底部并且设置有第二封盖，所述干燥圆筒底部设置有第二进气口，顶部设置有第二出气口，相邻两层所述螺旋通道之间设置有隔断挡板，所述隔断挡板沿所述干燥圆筒的径向设置。

18、通过采用上述技术方案，干燥圆筒内设置螺旋通道，并于螺旋通道内填充干燥剂，利用干燥剂对压缩气体进行干燥，螺旋通道通道壁设置为多孔结构，使压缩气体能够穿过螺旋通道的通道壁，与干燥剂进行接触；相邻两层螺旋通道之间通过径向设置的隔断挡板相互隔离，形成多层独立且上下分布的干燥层通道，杜绝气体直通短路，压缩气体整体流向为自下而上，气体从干燥圆筒底部进入后，从下至上依次穿过每一层螺旋通道，逐层与各层通道内的干燥剂充分接触，层层递进完成深度干燥；同时，干燥圆筒顶部设置第一封盖、底部设置第二封盖，可快速开启，干燥剂可顺着螺旋通道直接流下，方便工作人员对多层螺旋通道内的干燥剂进行排出、添加和更换，提升设备日常维护的便捷性。

19、可选的，所述除油装置包括除油圆筒，所述除油圆筒内同轴设置有过滤筒体，所述过滤筒体采用硼硅酸盐玻璃纤维制成，所述除油圆筒上设置有第三进气口和第三出气口，所述第三进气口与所述过滤筒体内部相连通，所述第三出气口设置在所述过滤筒体与所述除油圆筒之间，并与所述过滤筒体与所述除油圆筒之间的环形通道相连接，所述过滤筒体底部可拆卸连接有集油盘。

20、通过采用上述技术方案，除油装置内部同轴设置硼硅酸盐玻璃纤维材质的过滤筒体，压缩气体从除油圆筒的第三进气口进入过滤筒体内部，穿透过滤筒体完成除油净化后，从过滤筒体与除油圆筒之间的环形通道经由第三出气口排出，气体中的油雾、油滴被有效截留于过滤筒体内部，实现精准除油，同时过滤筒体底部设置可拆卸集油盘，可集中收集截留的油污，定期拆卸集油盘进行油污清理和设备维护，有效避免油污堆积造成气体二次污染，持续保障压缩气体洁净度。

21、可选的，所述稳压储气罐上设置有第四进气口和第四出气口，所述稳压储气罐顶部设置有安全阀，底部设置有排污阀，所述稳压储气罐内还设置有压力传感器，所述压力传感器连接有压力表。

22、通过采用上述技术方案，稳压储气罐设置专用第四进气口与第四出气口，可对预处理后的压缩气体进行集中暂存，有效缓冲前端气流压力、流量波动，实现稳定供气，罐体配备压力传感器与压力表，可实时监测罐内压力，实现压力可视化管控；顶部设置安全阀，可在罐内压力异常超标时自动泄压，避免设备超压损坏，提升运行安全性；底部设置排污阀，可定期排出罐内气体析出的冷凝水与微量杂质，避免水汽、杂质残留影响气体品质，进一步稳定供气参数。

23、可选的，所述除油装置与所述稳压储气罐之间设置有活性炭吸附装置，所述活性炭吸附装置的两端分别设置有第五进气口和第五出气口，所述第五进气口与所述第三出气口相连通，所述第五出气口与所述第四进气口相连通。

24、通过采用上述技术方案，在除油装置与稳压储气罐之间增设活性炭吸附装置，作为气体净化的终端精净化处理，经过除油、干燥、纯化后的压缩气体，可通过活性炭吸附装置完成最后一道精净化处理，有效吸附气体中残留的微量油分子、细微粉尘、异味杂质等，进一步提升压缩气体洁净度，避免微量杂质附着于换热装置内部，防止换热效率下降和温控精度偏移，长期保障设备恒温换热性能。

25、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

26、1.通过设置气体处理系统与水处理系统协同配合的一体化结构，先通过气体处理系统对压缩气体进行预处理以稳定气源状态，再由水处理系统依托闭环制冷、多级加热及多级缓冲结构实现水体高精度恒温调控，最终利用恒温水与压缩气体换热，提升压缩气体的整体控温精度与温度稳定性，可满足大负荷、高精度的工业供气需求；

27、2.水处理系统配置冷却装置、多级加热装置和多级缓冲装置，可有效消除水体升降温过程中产生的局部温差与水流波动，保证循环水体温度均匀、工况稳定，为气液精准换热提供稳定的温度基准，有效规避气体换热后温度偏移、振荡的问题；

28、3.设置多级递进式气体净化结构，集成纯化、深度干燥、除油及活性炭终端吸附功能，可逐级去除压缩气体中的大颗粒杂质、油滴、水汽及微量细微杂质，全方位提升压缩气体洁净度，避免杂质附着换热结构影响换热效率与控温精度；

29、4.干燥装置采用带隔断挡板的多层独立螺旋通道结构，压缩气体自下而上逐层穿透各层通道完成递进式干燥，杜绝气流短路问题，大幅延长气体干燥接触行程，实现压缩气体深度均匀干燥，同时可拆卸封盖结构便于干燥剂快速更换，设备维护便捷性高；

30、5.配置稳压储气罐及配套检测、防护、排污结构，可有效缓冲气流压力与流量波动，实现压缩气体恒压恒流输出，同时具备压力实时监测、超压防护、冷凝水排污功能，大幅提升设备运行稳定性与安全性，保障供气参数持续稳定。