一种热泵系统的制作方法

本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种热泵系统。

背景技术：

光刻机在曝光过程中对湿度有较严格的要求，湿度低于40％会产生静电容易将电路击穿，湿度大于60％容易产生氧化膜，因此在曝光过程中需要控制光刻机内的湿度。

目前光刻机采用的加湿技术主要是蒸汽加湿和超声波加湿，以蒸汽加湿为例，光刻机内35％湿度若被加湿到55％的湿度，风量3000m³/h大概需要10KW的加热量和6kg/h的来自FAB厂(制造厂)的水，消耗了大量的资源。

因此有必要在加湿过程中，减少资源的消耗，而这种技术问题目前还没有的到很好的解决。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种热泵系统，以解决在现有控温控湿过程中资源消耗大的问题。

一种热泵系统，用于对目标室进行控温控湿，包括压缩机、膨胀阀、供水单元、第一换热单元、第二换热单元、第三换热单元、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀和加热器；其中：

所述膨胀阀连接第一换热单元和第二换热单元

所述第一换向阀分别连接所述第一换热单元、第二换热单元和压缩机；

所述第二换向阀分别连接所述第一换热单元、第二换热单元和供水单元；

所述第三换向阀分别连接所述第一换热单元、第二换热单元和加热器；

所述第四换向阀分别连接所述第一换热单元、第二换热单元及第三换热单元；

所述第一换热单元分别连接所述压缩机、第二换热单元及供水单元；

所述第二换热单元分别连接所述压缩机、供水单元及加热器；

所述第三换热单元分别连接所述第一换热单元、第二换热单元、加热器及目标室。

可选的，所述第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀和第四换向阀均为四通阀。

可选的，所述第一换热单元包括相连接的第一换热器和第三换热器，所述第二换热单元包括相连接的第二换热器和第四换热器，所述第三换热单元包括相连接的风机和第五换热器；

所述第一换向阀的第一端口连接所述第一换热器、第二端口连接所述第二换热器、第三端口和第四端口均与所述压缩机连接；

所述第二换向阀的第一端口连接所述第一换热器、第二端口连接所述第二换热器、第三端口和第四端口均与所述供水单元连接；

所述第三换向阀的第一端口连接所述第三换热器、第二端口连接所述第四换热器、第三端口连接所述加热器、第四端口连接所述供水单元；

所述第四换向阀的第一端口连接所述风机、第二端口连接所述第三换热器、第三端口连接所述目标室、第四端口连接所述第四换热器；所述膨胀阀位于所述第一换热器和所述第二换热器之间。

可选的，所述第三换热器表面具有吸水材料层。

可选的，所述第四换热器表面具有吸水材料层。

可选的，所述供水单元包括水箱、水泵和冷却水循环供给厂，所述水泵连接第二换向阀的第三端口和水箱，所述水箱与第五换热器连接，所述冷却水循环供给厂与所述第二换向阀的第四端口及所述第三换向阀的第四端口连接。

可选的，所述第一换向阀的第一端口连接第四端口，所述第一换向阀的第二端口连接第三端口；

所述第二换向阀的第一端口连接第四端口，所述第二换向阀的第二端口连接第三端口；

所述第三换向阀的第一端口连接第四端口，所述第三换向阀的第二端口连接第三端口；

所述第四换向阀的第一端口连接第二端口，所述第四换向阀的第四端口连接第三端口。

可选的，所述第一换向阀的第一端口连接第三端口，所述第一换向阀的第二端口连接第四端口；

所述第二换向阀的第一端口连接第三端口，所述第二换向阀的第二端口连接第四端口；

所述第三换向阀的第一端口连接第三端口，所述第三换向阀的第二端口连接第四端口；

所述第四换向阀的第一端口连接第四端口，所述第四换向阀的第二端口连接第三端口。

相应的，本实用新型还提供一种利用上述热泵系统进行控温控湿的光刻机。

本实用新型提供的热泵系统主要应用于光刻装备中，也可应用于所有需要控湿的装备中，通过换向阀的改变方向，使第一换热单元和第二换热单元分别充当冷凝和蒸发的角色，从而实现了液态水和水蒸气的循环，有效的解决了能源消耗大的问题。

本实用新型的其他技术特征，将结合附图在实施例中具体说明。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中热泵系统的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例中热泵系统的除湿过程图；

图3是本实用新型一实施例中热泵系统的加湿过程图。

图中标号:

1-压缩机；3-工厂(FAB)；4-膨胀阀；5-风机；6-目标室；7-水泵；8-水箱；9-加热器；11-第一换热器；12-第二换热器；13-第三换热器；14-第四换热器；15-第五换热器；21-第一换向阀；22-第二换向阀；23-第三换向阀；24-第四换向阀；a-第一换向阀的第四端口、b-第一换向阀的第一端口、c-第一换向阀的第三端口、d-第一换向阀的第二端口；e-第二换向阀的第四端口、f-第二换向阀的第一端口、h-第二换向阀的第二端口、g-第二换向阀的第三端口；i-第三换向阀的第一端口、j-第三换向阀的第四端口、m-第三换向阀的第二端口、k-第三换向阀的第三端口；n-第四换热器的第二端口、p-第四换热器的第三端口、r-第四换热器的第四端口、q-第四换向阀的第一端口。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的控温控湿的热泵系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

一种热泵系统，用于对目标室进行控温控湿，其特征在于，包括压缩机、膨胀阀、供水单元、第一换热单元、第二换热单元、第三换热单元、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀和加热器；其中：

所述膨胀阀连接第一换热单元和第二换热单元；

所述第一换向阀分别连接所述第一换热单元、第二换热单元和压缩机；

所述第二换向阀分别连接所述第一换热单元、第二换热单元和供水单元；

所述第三换向阀分别连接所述第一换热单元、第二换热单元和加热器；

所述第四换向阀分别连接所述第一换热单元、第二换热单元及第三换热单元；

所述第一换热单元分别连接所述压缩机、第二换热单元及供水单元；

所述第二换热单元分别连接所述压缩机、供水单元及加热器；

所述第三换热单元分别连接所述第一换热单元、第二换热单元、加热器及目标室。

图1为本实用新型的控温控湿的热泵系统的结构图，所述热泵系统包括压缩机1、膨胀阀4、风机5、水泵7、水箱8、加热器9、第一换热器11、第二换热器12、第三换热器13(表面涂有吸水材料)、第四换热器14(表面涂有吸水材料)、第五换热器15、第一换向阀21、第二换向阀22、第三换向阀23、第四换向阀24；其中所述第一换热器11和第三换热器13构成第一换热单元，第二换热器12和第四换热器14组成第二换热单元，风机5和第五换热器15组成第三换热单元，所述膨胀阀4连接第一换热单元和第二换热单元，所述水箱8和水泵7构成供水单元；所述第一换向阀21连接第一换热单元、第二换热单元和压缩机1；所述第二换向阀22连接第一换热单元、第二换热单元和供水单元；所述第三换向阀23连接第一换热单元、第二换热单元和加热器；所述第四换向阀24连接第一换热单元、第二换热单元及第三换热单元。

具体的，第一换向阀21的第四端口a和第三端口c分别连接压缩机1两端、第一端口b连接第一换热器11、第二端口d连接第二换热器12，第二换向阀22的第四端口e连接工厂(FAB)3，第一端口f连接第一换热器11、第二端口h连接第二换热器12、第三端口g连接水泵7，第三换向阀23的第四端口j连接工厂(FAB)3、第一端口i连接第三换热器13、第二端口m连接第四换热器14、第三端口k连接加热器9，第四换向阀24的第二端口n连接第三换热器13、第四端口r连接第四换热器14、第一端口q连接风机5、第三端口p连接目标室6，膨胀阀4在第一换热器11和第二换热器12的中间，水箱8连接水泵7和第五换热器15，加热器9连接第五换热器15，第一换热器11与第三换热器12相连接，第二换热器12和第四换热器14相连接。

第三换热器13和第四换热器14表面都涂有吸水材料，该吸水材料可以是高分子材料，也可以是其它具有吸水性能的材料，可以吸附空气中的冷凝水。

以下以除湿和加湿过程为例，说明该系统的控湿控温的工作过程。

除湿控温过程：

如图2所示，此时第一换向阀21的第四端口a连接第一端口b，第三端口c连接第二端口d，第二换向阀22的第四端口e连接第一端口f，第二端口h连接第三端口g，第三换向阀23的第一端口i连接第四端口j，第二端口m连接第三端口k，第四换向阀24的第二端口n连接第一端口q，第四端口r连接第三端口p。

按照上述结构连接的系统可以形成两条水路回路W1、W2和一条空气回路A1，如图2所示。

水路回路W1：冷却水路经由工厂(FAB)3流经第二换向阀22的第四端口e，从第一端口f出来，流向第一换热器11，此时第一换热器11在充当冷凝器的角色，冷却水流经第一换热器11后被加热，然后流向第三换热器13，此时高温的水与外界的空气换热，换热后的水流向第三换向阀23的第一端口i，从第四端口j流出，流回工厂(FAB)3，构成一个冷却水的回路。

水路回路W2：水箱8中的水由水泵7送到第二换向阀22的第三端口g，从第二端口h流出，流向第二换热器12，换热后的水流向第四换热器14，再流向第三换向阀23的第二端口m，从第三端口k流出，流向加热器9，被加热到预定温度后的水再流向第五换热器15，与空气换热后流回水箱，构成一个水的回路。

空气回路A1：外界的空气在风机5的驱动下，经由第四换向阀14的第二端口n流入，从第一端口q流出后送到换热器15，换热后的空气送到目标室6内，之后经目标室6内的回风口流向第四换向阀24的第三端口p，从第四端口r流向第四换热器24后排出。

工作时，首先打开工厂(FAB)3循环冷却水，开启水泵7，压缩机1运转，制冷剂从第一换向阀21的第四端口a流向第一端口b后流向第一换热器11，此时高温高压的制冷剂蒸汽在第一换热器11中被来自工厂(FAB)的水冷却，冷却水被加热后流向第三换热器13，与第三换热器13外界的空气换热后，冷却水重新回到工厂(FAB)3，被加热后的空气在风机5驱动下流向第五换热器15，与换热器15内的水换热后，被送到目标室6内，换热后的空气通过第四换向阀24进入第四换热器14。制冷剂在第一换热器11冷却后在膨胀阀的节流作用下变成低温低压的气液两相流，流入第二换热器12，与被水泵7从水箱8打出来的水换热，此时制冷剂蒸发吸热变成气体然后回到压缩机1，水被吸热后变成低温的液体，流向第四换热器14，低温的液体与来自于目标室6内的回风进行换热，该回风遇到冷的液体会凝出水份，凝出的水份被第四换热器14表面涂的吸水材料吸附，析水后的干燥空气被排出，与空气换热后的水通过第三换向阀23继续流入加热器9，控制到设定温度，然后送入到第五换热器15，与前面风机5送来的风换热，使得进入目标室6内的空气温度达到设定温度，起到控温的效果，同时从目标室6内流出的回风起到除湿的作用，此时完成一个对目标室6除湿控温过程。

加湿控温过程：

如图3所示，此时第一换向阀21的第四端口a连接第二端口d，第三端口c连接第一端口b，第二换向阀22的第四端口e连接第二端口h，第一端口f连接第三端口g，第三换向阀的第一端口i连接第三端口k，第二端口m连接第四端口j，第四换向阀24的第二端口n连接第三端口p，第四端口r连接第一端口q。

按照上述结构连接的系统可以形成两条水路回路V1、V2和一条空气回路A2，如图3所示。

水路回路V1：工厂(FAB)3的冷却水从第二换向阀22的第四端口e流入，第二端口h流出，流向第二换热器12，此时第二换热器12充当冷凝器角色，被加热后的水流向第四换热器14，换热后的水流进第三换向阀23的第二端口m，从第四端口j流出，回到工厂(FAB)3，构成水的另一条回路，如图3所示。

水路回路V2：水箱8中的水由水泵7送到第二换向阀22的第三端口g，从f口流出，流向第一换热器11，加热后的水流向第三换热器13，换热后的水再流向换向阀23的i口，从k口流向加热器9，加热后的水再流向第五换热器15，与空气换热后最后流回水箱，构成水的另一条回路，如图3所示。

空气回路A2：空气在风机5的驱动下，经由第四换向阀14的第四端口r，从第一端口q流出后送到换热器15，然后送到目标室6内，后经目标室6内的回风口流向第四换向阀14的第三端口p，从第二端口n流向第四换热器14后排出。

除湿工作时目标室6流出的回风遇到冷的液体凝出水份被第四换热器14表面涂的吸水材料吸附，当第四换热器14的含湿量达到设定值后，四个换向阀同时换向，如图3所示，此时制冷剂的流向逆流，使第一换热器11变成冷源，第二换热器12变成热源，工厂(FAB)3的水在第二换向阀22的作用下流进第二换热器12，同样与高温高压的制冷剂蒸汽换热，被加热后送到第四换热器14，此时与该路换热的空气不是来自目标室6的回风，而是在四通换向风阀的作用下，来自于外界的新风，由于第四换热器14的外表面含有上一过程析出的水，在热水的加热下，会很快蒸发，并随着新风被送到目标室6内部，实现加湿的功能。

水箱8中的水在冷源第一换热器11的作用下被送到第三换热器13与目标室6内的回风换热，使回风析出水份，吸附在第三换热器13表面，同时，与空气换热后的水通过第三换向阀23继续流入加热器9，控制到设定温度，然后送入到第五换热器15，与前面风机5送来的新风换热，使得进入目标室6内的新风温度达到设定温度，起到控温的效果。当第三换热器13表面的含水量达到设定值后，四个换向阀再次换向，这样就构成了一个完整的加湿除湿循环。

相应的，本实用新型还提供一种光刻机，利用上述热泵系统来进行控温控湿。

综上所述，本实用新型所提供的热泵系统和光刻机在进行控温控湿时，能够将水资源循环利用，从而到达节约能源的目的。

上述实施例中的换向阀以四通换向阀为例，本领域技术人员容易想到的是用其他换向阀替代也可以产生同样效果，也属于本实用新型的保护范围。

上述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。