温控设备及温控方法与流程

1.本发明涉及温度调控技术领域，尤其涉及一种温控设备及温控方法。


背景技术：

2.在集成电路制造行业，需要用到控制温度25℃以上的高温型温控设备，对需要维持一定高温的部位进行温度控制或者需要高温液体及低温液体进行温度混合。目前的高温要求基本在20～100℃范围内，一些工艺制程需要用到100℃以上的高温，采用目前的温控设备会带来整个循环系统高温烫伤的风险并且对高温器件的要求高，需要付出较大的代价来满足。
3.相关技术中，采用单循环系统，单循环系统中，水箱、换热器、加热器和负载串联；或，采用双循环系统，双循环系统中，水箱与换热器串联，水箱、加热器和负载串联，以形成两个循环回路。在集成电路专用温控设备中由于需要液体回收功能，水箱体积一般较大，因此带来整个设备内部的高温烫伤风险，且对内部电器件及电箱温度都存在负面影响，对设备的寿命影响较大。基于前述，在高温区间使用时水箱内液体都是高温液体，单循环系统和双循环系统均存在水箱温度较高、液位传感器及保温材料耐高温性能不佳等问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种温控设备及温控方法，用以解决现有技术中水箱及相关部件耐高温性能差的缺陷，通过设置具有第一出口和第二出口的第一阀体，通过第二出口为第二循环系统调控流体温度，无需使水箱中的流体温度达到第二循环系统的温度，降低了对水箱及相关部件的耐高温能力要求，可延长水箱及相关部件的使用寿命。
5.本发明第一方面实施例提供一种温控设备，包括：水箱、第一阀体和第一泵体，所述第一阀体设置有入口、第一出口和第二出口，所述水箱、第一阀体的入口和第一阀体的第一出口适于连通形成第一循环系统，所述第一泵体与负载装置连通形成第二循环系统，所述入口、所述第二出口和所述第二循环系统适于连通。
6.根据本发明提供的一种温控设备，所述第一泵体与所述负载装置的出口端之间设置有第一调节阀。
7.根据本发明提供的一种温控设备，所述第一调节阀关闭，所述水箱、所述入口、所述第二出口、所述第一泵体、所述负载装置连通形成第三循环系统。
8.根据本发明提供的一种温控设备，所述第三循环系统包括第二调节阀，所述第二调节阀位于所述水箱与所述负载装置的出口端之间。
9.根据本发明提供的一种温控设备，所述第一循环系统包括换热器，所述换热器的放热管路位于所述水箱与所述入口之间。
10.根据本发明提供的一种温控设备，所述第二循环系统包括加热器，所述加热器位于所述负载装置的进口端与所述第二出口之间。
11.根据本发明提供的一种温控设备，所述第一阀体的入口端设置有第三温度传感
器，所述加热器的进口端设置有第四温度传感器，所述加热器的出口端设置有第一温度传感器。
12.本发明第二方面实施例的温控方法，应用于如上所述的温控设备，包括：
13.获取所述负载装置的进口端的目标温度和实际温度；
14.确定所述目标温度小于所述实际温度，所述第一阀体的入口、第二出口和所述第二循环系统连通。
15.根据本发明提供的一种温控方法，所述第一阀体的入口、第二出口和所述第二循环系统连通的步骤中，
16.根据所述负载装置的进口端的流体的第一流量和第四温度，获取所述负载装置的进口端的流体的第一热量；
17.根据所述负载装置的出口端向进口端提供的流体的第二流量和第二温度，获取所述负载装置的出口端向进口端提供的第二热量；
18.获取所述入口的流体的第三流量和第三温度；
19.根据所述第一热量等于所述第二热量与所述第二出口提供的第四热量之和，获取所述第二出口提供的第四流量；
20.根据所述第四流量与所述第三流量的比值确定所述第二出口的开度。
21.根据本发明提供的一种温控方法，所述确定所述目标温度小于所述实际温度，所述第一阀体的入口、第二出口和所述第二循环系统连通的步骤之后，还包括，
22.获取所述入口的流体的第三温度；
23.确定所述第三温度小于所述目标温度，则控制所述第三温度降低，或，控制所述第二出口的开度增大。
24.本发明提供的温控设备，通过设置具有第一出口和第二出口的第一阀体，使得温控设备包括第一循环系统和第二循环系统，第一循环系统与水箱连通，第二循环系统与负载装置连接，第一循环系统中的流体温度低于第二循环系统中流体温度，第一阀体的第二出口连通水箱与第二循环系统，以使水箱中的流体可通过第二出口供给到第二循环系统，水箱中的流体与第二循环系统中的流体混合，以调节第二循环系统中流体温度，使得调节第二循环系统中流体温度的过程，无需将第二循环系统中的流体与水箱中的全部流体进行整体循环，则水箱内的流体温度无需达到第二循环系统中所需的流体温度，可减小第二循环系统中高温流体给水箱带来的风险，降低水箱的液位传感器、保温材料以及第一循环系统中其他部件的耐高温能力的要求，满足第二循环系统中负载装置的高温温控要求，也就是满足主工艺设备的高温温控要求，温控设备还可安全可靠运行。
25.本发明提供的温控方法，根据负载装置的进口端的目标温度小于实际温度，第一阀体的第二出口与第二循环系统连通，以通过水箱中的流体为第二循环系统中的流体降温，以使第二循环系统中的流体达到目标温度，无需将第二循环系统中的流体与水箱中的全部流体进行整体循环，则水箱内的流体温度无需达到第二循环系统中所需的流体温度，可减小第二循环系统中高温流体给水箱带来的风险，降低水箱的液位传感器、保温材料以及第一循环系统中其他部件的耐高温能力的要求。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
27.图1是本发明提供的温控设备的结构示意图之一；
28.图2是本发明提供的温控设备的结构示意图之二；
29.附图标记：
30.tank、水箱；lg、液位传感器；pump1、第一泵体；con、换热器；pcw、冷却水管路；mv1、第一阀体；a、第一出口；b、第二出口；mv2、第二阀体；pump2、第二泵体；ht、加热器；fs1、第一流量计；fs2、第二流量计；fs3、第三流量计；fs4、第四流量计；p、压力传感器；loading、负载装置；
31.sv1、第一调节阀；sv2、第二调节阀；v1、第三阀体；v2、第四阀体；
32.ts1、第一温度传感器；ts2、第二温度传感器；ts3、第三温度传感器；ts4、第四温度传感器。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
34.此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。
35.本发明的实施例，结合图1和图2，提供一种温控设备，包括：水箱tank、第一阀体mv1和第一泵体pump1，第一阀体mv1设置有入口、第一出口a和第二出口b，水箱tank、第一阀体mv1的入口和第一阀体mv1的第一出口a适于连通形成第一循环系统，第一泵体pump1与负载装置loading连通形成第二循环系统，入口、第二出口b和第二循环系统适于连通。
36.第一循环系统中，水箱tank中流出的流体经过第一阀体mv1再回流到水箱tank中，可以理解为水箱tank的内循环系统。在一些情况下，第一循环系统中设置有换热器con，水箱tank中的流体流经换热器con，再通过第一阀体mv1回流到水箱tank中，换热器con为水箱tank中的流体进行温度调节。但第一循环系统中，不限定设置换热器con，还可以通过其他部件为水箱tank中的流体换热。
37.第二循环系统中，第一泵体pump1驱动第二循环系统中的流体循环流入负载装置loading；第二循环系统中的流体温度不能满足负载装置loading的换热需求，可打开第一阀体mv1的第二出口b，以将第一循环系统中的流体供给到第二循环系统中，通过第一循环系统中的流体调节第二循环系统中流体温度，以使第二循环系统中的流体满足负载装置loading的换热需求。
38.第一循环系统和第二循环系统均设置为连通，温控设备可理解为双循环系统。第二循环系统中流体温度高于第一循环系统中流体温度。第一阀体mv1可为三通阀。
39.基于前述，第一循环系统与第二循环系统的配合，使得第二循环系统中的流体与水箱tank中的流体不形成整体的循环，对水箱tank中流体的温度影响小。由于第二循环系统中负载装置loading所需的换热温度可能为动态变化的，一些情况下，第二循环系统中的流体为较高温度的流体(当第二循环系统中的流体温度大于等于100℃，可称之为高温流体)，第二循环系统中的流体需要降低温度，此时，可通过第一阀体mv1的第二出口b连通第一循环系统和第二循环系统，通过第一循环系统中温度较低的流体为第二循环系统中温度较高的流体降温，无需将第二循环系统中的流体与水箱tank中的全部流体进行整体循环，则水箱tank内的流体温度无需达到第二循环系统中所需的流体温度，可减小第二循环系统中高温流体给水箱tank带来的风险，降低水箱tank的液位传感器lg、保温材料以及第一循环系统中其他部件的耐高温能力的要求，满足第二循环系统中负载装置loading的高温温控要求，也就是满足主工艺设备的高温温控要求，温控设备还可安全可靠运行。
40.本发明实施例的温控设备，可作为100℃以上的半导体专用的耐高温的温控设备，能够解决水箱tank耐高温能力差的难题。
41.可以理解的是，第一泵体pump1与负载装置loading的出口端之间设置有第一调节阀sv1，第一调节阀sv1可控制第二循环系统的通断。当第一调节阀sv1打开，则第二循环系统连通，第一泵体pump1驱动第二循环系统中的流体循环流动，此时第二出口b可以打开或关闭，具体可根据需要选择。当第一调节阀sv1关闭，第二调节阀sv2打开，负载装置loading的出口端与第一泵体pump1断开连接，则负载装置loading的出口端可与其他部件连通，如负载装置loading的出口端与水箱tank连通，负载装置loading的出口端的流体可回流到水箱tank，此时，可以理解为，第二循环系统中的流体清空并回流到水箱tank，或者，第二循环系统与水箱tank连通形成第三循环系统。
42.其中，第二循环系统与水箱tank连通形成第三循环系统，可以理解为，第一调节阀sv1关闭，水箱tank、第一阀体mv1的入口、第一阀体mv1的第二出口b、第一泵体pump1、负载装置loading连通形成第三循环系统。
43.当第三循环系统连通，可理解为，温控设备形成单循环系统。在负载装置loading的换热温度在水箱tank等部件可承受的温度范围内，可连通第三循环系统，流体在负载装置loading与水箱tank之间循环。
44.需要说明的是，第三循环系统连通的情况下，并不限定第一出口a的通断状态。
45.第三循环系统包括第二调节阀sv2，第二调节阀sv2位于水箱tank与负载装置loading的出口端之间。第二调节阀sv2关闭，第三循环系统断开，可停止系统运行。
46.当第二循环系统连通，第二调节阀sv2的开闭状态不作限定，当第二调节阀sv2关闭，避免第二循环系统中的流体流入水箱tank，但即便第二调节阀sv2打开，由于第二循环系统中第一泵体pump1的驱动作用，可保证流体在第二循环系统中流动，避免第二循环系统中的流体回流到水箱tank。
47.第一循环系统包括换热器con，换热器con的放热管路位于水箱tank与第一阀体mv1的入口之间，水箱tank中的流体在放热管路中放热，以降低第一循环系统中流体温度。
48.其中，换热器con的吸热管路可与制程冷却水管路pcw连通，或者，换热器con的放热管路通过冷却风扇进行冷却。当换热器con的吸热管路与制程冷却水管路pcw连通，通过第二阀体mv2控制冷却水流量或控制冷却水通断。第二阀体mv2可以但不限于为电磁阀。
49.第二循环系统包括加热器ht，加热器ht位于负载装置loading的进口端与第二出口b之间，加热器ht可为第二循环系统中的流体进行加热，以实现第二循环系统中流体温度的精确调控。
50.第一阀体mv1的入口端设置有第三温度传感器ts3，以测得流入第一阀体mv1的流体温度。
51.在第一循环系统包括换热器con的情况下，第三温度传感器ts3位于换热器con的放热管路的出口端与第一阀体mv1的入口之间。
52.加热器ht的进口端设置有第四温度传感器ts4，加热器ht的出口端设置有第一温度传感器ts1，以使加热器ht根据第一温度传感器ts1与第四温度传感器ts4测得的温差调节加热器ht的加热功率，以实现精确控温。
53.第一循环系统中设置第二泵体pump2，第二泵体pump2在第一阀体mv1的入口之前；参考图1所示，第二泵体pump2位于水箱tank的出口端与换热器con的放热管路的进口端之间。
54.负载装置loading的出口端设置第二温度传感器ts2，以根据第二温度传感器ts2和负载装置loading的进口端的目标温度，调节第一阀体mv1的第二出口b的开度以及加热器ht的功率。
55.第二循环系统中还设置有流量传感器，以获知第二循环系统中流体的流量。
56.第二循环系统中还设置有压力传感器p，以检测第二循环系统的压力范围，方便进行安全监控。
57.负载装置loading的进口端设置有第三阀体v1，负载装置loading的出口端设置有第四阀体v2，以调节负载装置loading的通断。
58.参考图1和图2所示，温控设备包括第一循环系统和第二循环系统，第一循环系统和第二循环系统均为循环换热系统。第一循环系统包括水箱tank、第二泵体pump2、换热器con、第一阀体mv1及第三温度传感器ts3，第一循环系统的换热器con通过冷却系统进行冷却降温。第二循环系统包括第三阀体v1、第四阀体v2、第一泵体pump1、加热器ht、流量计、压力传感器p及第一温度传感器ts1、第二温度传感器ts2和第四温度传感器ts4。
59.冷却系统由冷却水pcw作为冷源或者可以采用冷却风扇对换热器con进行冷却，由第二阀体mv2控制冷却水流量或换成电磁阀控制冷却水通断。loading为负载装置，控制好温度的高温循环液体经过负载装置loading后回到第二循环系统内部，流体经过水箱tank下口但不进入水箱tank，根据第四温度传感器ts4位置的目标温度控制第一阀体mv1的第二出口b的开度，来调节水箱tank中的流体进入第二循环系统，混合后的液体经过第一泵体pump1，进入加热器ht进行高精度温度控制，之后经过流量、压力、温度一系列传感器后输出到主工艺设备的负载装置loading，完成一个循环。
60.在实现液体回收功能时，关闭设备电源，将第三阀体v1关闭，在第三阀体v1的出口外注入氮气或压缩空气将第二循环系统及负载装置loading中的流体经水箱tank下口回收到水箱tank，再次使用时打开第三阀体v1，开启设备，即可将水箱tank内的流体输送至负载装置loading。
61.参考图2所示，通过打开第二调节阀sv2，关闭第一调节阀sv1，将第一阀体mv1的第二出口b调至100％开度，使第一阀体mv1的第一出口a关闭，流体不会通过第一出口a进入水
箱tank，而是完全进入第一泵体pump1，经过负载装置loading后回流到水箱tank，实现将双循环系统转换为单循环系统，应用于较低温度区间。
62.本发明另一方面的实施例，提供一种温控方法，应用于上述实施例中的温控设备，包括：
63.步骤110，获取负载装置loading的进口端的目标温度和实际温度；
64.当目标温度与实际温度不同，则第二循环系统的流体需要进行温度调节。
65.步骤120，确定目标温度小于实际温度，第一阀体mv1的入口、第二出口b和第二循环系统连通。
66.水箱tank中的一部分流体通过第一阀体mv1的第二出口b供给到第二循环系统中，以通过水箱tank中的流体为第二循环系统中的流体降温，以使第二循环系统中的流体达到目标温度。
67.一般情况下，水箱tank中流体的温度低于第二循环系统中流体温度。
68.本发明实施例的温控方法，通过第一阀体mv1将水箱tank中的部分流体通入第二循环系统，无需将整个水箱tank中的流体与第二循环系统形成循环，则水箱tank中的流体温度无需达到第二循环系统中流体温度，减少第二循环系统中高温流体给水箱tank带来的风险，降低水箱tank的液位传感器lg、保温材料以及第一循环系统中其他部件的耐高温能力的要求，满足第二循环系统中负载装置loading的高温温控要求，也就是满足主工艺设备的高温温控要求，温控设备可安全可靠运行，有助于降低温度设备的成本，延伸温控设备的寿命。
69.步骤120中，第一阀体mv1的入口、第二出口b和第二循环系统连通的步骤中，
70.步骤210，根据负载装置loading的进口端的流体的第一流量和第四温度，可获得负载装置loading的进口端的流体的第一热量；
71.此时，可理解为负载装置loading的进口端未设置加热器ht，当负载装置loading的进口端设置加热器ht，第四温度为加热器ht的进口端流体温度。
72.步骤220，根据负载装置loading的出口端的流体的第二流量和第二温度，可获得负载装置loading的出口端的流体的第二热量；
73.其中，第二流量为负载装置loading的出口端的流体流向加热器的流量。
74.步骤230，获取第一阀体mv1的入口的流体的第三流量和第三温度；其中，第三温度也为第二出口b的温度；
75.步骤240，根据第一热量等于第二热量与第二出口b提供的第四热量之和，以及第二出口b的温度为第三温度，获取第二出口b提供的第四流量；
76.步骤250，根据第四流量与第三流量的比值确定第二出口b的开度。
77.其中，第一流量为q1(通过第一流量计fs1测得)，第四温度为t4(通过第四温度传感器ts4测得)，第二流量为q2(通过第二流量计fs2测得)，第二温度为t2(通过第二温度传感器ts2测得)，第三流量为q3(通过第三流量计fs3测得)，第三温度为t3(通过第三温度传感器ts3测得)，第四流量为q4(通过第四流量计fs4测得)，第二出口b的开度为cout。
78.根据热量守恒，t2*q2 t3*q4＝t4*q1；
79.根据质量守恒，q2 q4＝q1；
80.第二出口b的开度，cout＝q4/q3。
81.可以理解的是，在第二出口b与负载装置loading的进口端之间设置有加热器ht的情况下，第四温度为加热器ht的进口端温度；
82.步骤310，获取加热器ht的出口端的第一温度，根据第四温度与第一温度的差值，确定加热器ht的加热功率，以使第一温度达到目标温度。
83.第四温度小于第一温度，通过加热器ht加热流体，以使加热器ht的出口端的流体达到第一温度，有助于精确控制加热器ht的出口端达到第一温度。
84.可以理解的是，获取入口的流体的第三温度，确定第三温度小于目标温度，则控制所述第三温度降低，或，控制所述第二出口的开度增大。
85.当目标温度大于第三温度，目标温度为负载装置loading的进口端的目标温度，则可调节第三温度和第四温度。将第三温度作为控制目标，降低第一阀体mv1的入口端的第三温度，则控制第二阀体mv2动作，将第一循环系统中的流体控制到一个较低的初始温度，作为示例，可以设定第三温度的范围在25～50℃之间。将第四温度作为控制目标，调节第二出口b的开度，通过第二出口b的流体与负载装置loading的出口端流体混合，实现高低温液体混合，来达到第四温度。将加热器ht的加热功率作为控制目标，当第一温度小于目标温度，通过控制加热器ht的加热功率，达到最终的负载装置loading的进口端的目标温度。
86.当目标温度小于第三温度，可将第三循环系统连通，也就是，打开第一阀体mv1的第二出口b，第二出口b的开度调整为100％，打开第一调节阀sv1，关闭第二调节阀sv2，切换为单循环系统进行温度控制，通过换热器con为流体进行降温。
87.可以理解的是，获取加热器ht的进口端的第四温度，根据第四温度与加热器ht进口端的目标温度的差值，基于比例积分微分控制(pid控制)调控第二出口b的开度，以使第四温度达到加热器ht进口端的目标温度。
88.通过pid控制使得加热器ht进口端达到其目标温度，调控方式简单。
89.本发明提出的温控设备和温控方法，能够较大程度的降低循环系统中水箱tank的温度，降低液位传感器lg及保温材料等的耐高温要求，提高设备安全性及可靠性；并采用双循环系统，第二循环系统(高温部分)运行高温时不参与水箱循环，第一循环系统(低温部分)控制水箱内液体温度；通过第一阀门控制低温液体与高温液体混合以达到目标温度，还可以选择设置加热器进行高精度温度控制；还能够实现液体回收功能。
90.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。