旋流装置及温度控制装置的制作方法

1.本技术涉及温度控制技术领域，特别涉及一种旋流装置及温度控制装置。


背景技术：

2.对于以光刻机为代表的超精密加工设备环境控制，出于设备置于高级洁净室外，设备内部微环境还需有独立的温控设备，如浸没冷却，空气冷却等。空气冷却由于其布局简单，可以利用洁净室冷冻水换热的方便性而被广泛采用。但是由于空气本身的比热容小，在环境微调节中很容易波动和产生局部不均匀性，所以对于超精密温控设备来说，内部每一环节都需要做好稳定控制和温度流场分布均匀的设计。
3.对于超精密温控设备通常需要把进风处理，经过冷却单元将稳定处理到目标温度以下，然后通过加热器进行pid调节使得温度达到目标值。由于进风经过了冷却和加热，这种换热环节容易造成流场温度不均匀性，所以需要设计一些混流结构把冷却加热后的空气快速打散搅拌混合，使得整个平面的温度分布均匀。
4.现有超高精密温控设备加热器后端采用旋流风口进行混合搅拌均匀，然而实际应用中，经过旋流风口的空气的旋流均匀性并不高，且在经过旋流风口后会出现风量减小的现象。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提出一种提升旋流均匀性、减小风量损失的旋流装置及温度控制装置。
6.一方面，本技术提供一种旋流装置，包括初级旋流风口组件和混流板，所述混流板设于所述初级旋流风口组件的出风侧，包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域靠近所述初级旋流风口组件的中部设置，所述第一区域的过流面积小于第二区域的过流面积。
7.在其中一实施例中，所述第一区域和所述第二区域上均开设有多个开孔，所述第二区域位于所述第一区域的至少一侧且相对远离所述初级旋流风口组件的中部，所述第一区域的所述开孔的分布密度小于所述第二区域的所述开孔的分布密度。
8.在其中一实施例中，所述初级旋流风口组件包括旋流风口底板及设置在所述旋流风口底板上的多个旋流部件；多个所述旋流部件均匀分布在旋流风口底板上，或者所述旋流风口底板两侧设置所述旋流部件，或者所述旋流风口底板的中间部位的旋流部件的口径小于相对两侧的旋流部件的口径。
9.在其中一实施例中，2个或2个以上的所述旋流部件在所述旋流风口底板上平行阵列布置或者错位布置。
10.在其中一实施例中，还包括二级旋流风口组件，所述二级旋流风口组件设于所述混流板背离所述初级旋流风口组件的一侧。
11.在其中一实施例中，所述二级旋流风口组件包括安装板以及设置在所述安装板上的旋流风机，所述旋流风机靠近所述安装板的几何中心设置。
12.另一方面，本技术提供一种温度控制装置，包括：
13.箱体，所述箱体设有进风口和出风口，且所述箱体内设有连通所述进风口和所述出风口的气体流通通道；以及
14.如前文所述的旋流装置，所述旋流装置设置在所述气体流通通道中。
15.在其中一实施例中，还包括固定设置于所述箱体内且依次设置于所述气体流通通道中的所述旋流装置上游的：
16.循环动力风机，用于驱动气体从所述进风口进入所述气体流通通道；
17.风机出风均流板，用于提供流经的气体流通阻力以气体流速均匀化；
18.冷却盘管，用于对流经的气体进行冷却；以及
19.加热器，用于对流经的气体进行加热。
20.在其中一实施例中，所述箱体内设有分隔板，以将所述箱体内空间分隔成呈u形的所述气体流通通道；所述加热器包括初级加热器和精密调节加热器，所述初级加热器设置在所述气体流通通道内且沿气体流向位于所述冷却盘管的下游，所述精密调节加热器设置在所述气体流通通道内且位于所述初级加热器与所述旋流装置之间，所述精密调节加热器设置在所述分隔板上的缺口内。
21.在其中一实施例中，还包括稳流均匀板，所述稳流均匀板设置在所述气体流通通道内且位于所述旋流装置与所述出风口之间，以降低流经的气体的速度波动；所述稳流均匀板包括一级或多级筛网，或者所述稳流均匀板包括一级或多级孔板。
22.本技术提供的旋流装置及温度控制装置至少具有以下有益效果：旋流装置中，混流板设于初级旋流风口组件的出风侧，混流板中间部位的过流面积小于两侧的过流面积，采用通过减小初级旋流风口组件下游的混流板的中间的过流面积的方式，能够加大中间的气流流通阻力，使得从经过的气流能够均匀分布流向初级旋流风口组件，充分利用初级旋流风口组件的混合作用，使得气流的流场分布均匀，从而达到目标出风温度精度和均匀性要求；在此同时，也可保证初级旋流风口组件的过流面积，减小阻力损失，有利于出风风量的保证。
附图说明
23.图1为本技术一实施例的温度控制装置的结构示意图；
24.图2为本技术一实施例的初级旋流风口组件的结构示意图；
25.图3为本技术另一实施例的初级旋流风口组件的结构示意图；
26.图4为本技术又一实施例的初级旋流风口组件的结构示意图；
27.图5为本技术一实施例的二级旋流风口组件的结构示意图；
28.图6为本技术一实施例的混流板的结构示意图；
29.图7为本技术另一实施例的混流板的结构示意图；
30.图8为本技术又一实施例的混流板的结构示意图；
31.图9为本技术再一实施例的混流板的结构示意图。
32.图中各元件标号如下：
33.箱体10(其中，进风口11，出风口12、侧板13、分隔板14)；循环动力风机20；风机出风均流板30；冷却盘管40；初级加热器50；精密调节加热器60；旋流装置70(其中，初级旋流
风口组件71、二级旋流风口组件72、混流板73；旋流部件711、旋流风口底板712；选流风机721、安装板722；第一区域731、第二区域732、开孔733)；稳流均匀板80；温度控制装置100。
具体实施方式
34.在详细描述实施例之前，应该理解的是，本技术不限于本技术中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本技术可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描“一个某元件”时，本技术并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。
35.目前，主流光刻机的节点尺寸已经达到20nm以下，套刻精度达到3nm甚至更低，并且12nm芯片成功运用于商业生产中。光刻机在工作时，所处局部环境在空间上的不均匀或者随时间波动、漂移均会对最终的光刻定位精度、套刻精度等产生影响，具体有工件台关键零部件由于温度的空间分布不均匀和波动、漂移产生形变，从而导致运动误差；以激光干涉仪为代表的超精密传感、测量装置由于温度、湿度、压力的空间分布不均匀和波动、漂移产生测量误差。由此可见以光刻机为代表的超精密加工设备不仅对外界大环境有要求，对于本身内部的微环境更是有着非常苛刻的要求来保证加工精度。
36.通过对现有超高精密温控设备加热器研究，其后端的旋流风口采用多级布局方式且最后一级通常为一个大口径的旋流风口居中布置，如此会导致气流经过上一级旋流风口组件时直接从中间的旋流风口进入流向下一级，这样两侧的旋流风口则会气流减小甚至是没有气流流过，弱化了旋流风口的均匀作用，且由于大部分风从中间流过，过流面积减小增加了旋流这一层的阻力损失，使得整个系统风量减小。
37.针对现有的旋流风口的结构导致的弱化旋流风口的均匀作用、增加阻力损失的问题，本技术提供一种旋流装置及温度控制装置，设置在待温控设备所在的环境旁，对待温控设备所在的环境进行温度调控，从而满足待温控设备对温度的环境控制要求。
38.本技术提供的温度控制装置100包括箱体10以及旋流装置70，箱体10设有进风口11和出风口12，且箱体10内设有连通进风口11 和出风口12的气体流通通道；旋流装置70设置在气体流通通道中。旋流装置70包括初级旋流风口组件71和混流板73，混流板73设于初级旋流风口组件71的出风侧，混流板73包括第一区域731和第二区域732，其中第一区域731靠近初级旋流风口组件71的中部设置，第一区域731的过流面积小于第二区域732的过流面积。这里，混流板73呈板状且位于气体流通通道上，混流板73垂直于气体流通方向设置以形成空气流通截面，混流板73的第一区域731可以为靠近混流板73的几何中心的区域，第二区域732为第一区域731两侧的区域或外围的区域，相对远离初级旋流风口组件71的中部。
39.请参阅图1，本技术一实施例的温度控制装置100可以包括箱体 10及设置在箱体10内的循环动力风机20、风机出风均流板30、冷却盘管40、初级加热器50、精密调节加热器60、旋流装置70和稳流均匀板80。
40.可以理解的是，在其它实施例中，温度控制装置100还可以省去精密调节加热器60，减少旋流装置70的旋流风口级数，减少稳流均匀板80的数量；在另外的实施例中，温度控制装置100也可以根据需要增加加热器的级数、旋流装置70的旋流风口级数或稳流均匀板的级数其中一个或多个。
41.箱体10的周侧由保温材料制成的侧板13围合而成，且在箱体10 顶部上设有进风口11和出风口12，进风口11接收待温控设备环境中的气体进入箱体10内，出风口12输送箱体10内的气体进入待温控设备中。箱体10内在两平行的侧板13之间设有分隔板14，将进风口 11和出风口12分隔开，且形成自进风口11至出风口12的气体流通通道。气体流通通道定义气体流通通道中气体的流向(如图1中箭头方向所示)，由进风口11进入箱体10内部的气体在气体流通通道内沿气体流向进行流动至出风口12。在图示实施例中，箱体10上设有两个进风口11和两个出风口12，分隔板14底部设有缺口以安装精密调节加热器60并供气流经过，气体流通通道呈u形。
42.循环动力风机20设置在气体流通通道内靠近进风口11处，由进风口11进入的气体进入循环动力风机20，循环动力风机20提供气体循环的动力，提供流经的气体沿气体流通通道流动的动力，为箱体10 持续提供正压，减少外界气体(尤其是不洁净气体)渗入风险。
43.风机出风均流板30设置在气体流通通道内且沿气体流向位于循环动力风机20的下游。风机出风均流板30提供流经的气体流通阻力以使流经的气体流速均匀化。风机出风均流板30可为开孔率一定的产生阻力的部件，起到使流经的气流的速度更加均匀的作用。
44.冷却盘管40设置在气体流通通道内且沿气体流向位于风机出风均流板30的下游，对流经气体进行冷却。冷却盘管40通过管内流经冷冻水使流经管外的气流温度降低到某一设定温度。
45.初级加热器50设置在气体流通通道内且沿气体流向位于冷却盘管40的下游，对流经气体进行初次加热。精密调节加热器60设置在气体流通通道内，且设置在初级加热器50与旋流装置70之间，以对流经的气体进行二次加热。
46.如图1中所示，气体流通通道内设有二级加热器，初级加热器50、精密调节加热器60分别为粗调加热器和精调加热器，通过多级加热功率控制使气体总体平均温度满足设定要求。精密调节加热器60安装在分隔板14底部与底板之间的缺口处。初级加热器50、精密调节加热器60可为镂空的板式加热器、丝网加热器或者管网式加热器等空气加热器。在优选实施例中，初级加热器50、精密调节加热器60 可采用电热丝式加热器。
47.旋流装置70设置在气体流通通道内且沿气体流向位于精密调节加热器60的下游，使流经的气体产生偏转和涡流。旋流装置70包括设置在气体流通通道内的初级旋流风口组件71、二级旋流风口组件 72及混流板73，混流板73置于初级旋流风口组件71、二级旋流风口组件72之间。初级旋流风口组件71、混流板73、二级旋流风口组件 72高速旋转将气流打散，使得气流充分混合均匀，采用多级布置，逐级提高气流的温度均匀性。
48.稳流均匀板80设置在气体流通通道内且位于旋流装置70与出风口12之间，以降低流经的气体的速度波动，从而保证出风的稳定。在一些实施例中，稳流均匀板80为在气体流通通道内设置的一级或多级筛网；在其它实施例中，稳流均匀板80为在所述气体流通通道内设置的一级或多级孔板。在图示实施例中，稳流均匀板80设有三级且等间隔布置在旋流装置70与出风口12之间。
49.上述温度控制装置100中，分隔板14将箱体10内的空间分隔为与气体进口11同侧的第一风室和与出风口12同侧的第二风室，两个风室通过分隔板14底部的缺口(精密调节加热器60)连通，使整体上构成一个u形的气体流通通道。从待温控设备环境中的抽出气体经过箱体10上的进风口11进入内部的第一风室，后经过循环动力风机 20、风机出风均流板
30成为速度相对均匀的气流；流经冷却盘管40 后变成低于设定温度的气流，再经过初级加热器50、精密调节加热器 60加热到设定的温度；气流再进入第二风室，经旋流装置70产生旋转的涡流结构使气流掺混达到温度均匀，再经过稳流均匀板80使速度均匀下来，最后通过出风口12送入待温控设备中，完成整个温度控制过程。
50.请参阅图2，其为初级旋流风口组件71的一个实施例的示意图，初级旋流风口组件71与图5或图6中所示的混流板73搭配完成气流初步混合，使得流场温度分布趋于均匀。初级旋流风口组件71采用多个旋流风口组合，其包括设置在旋流风口底板712上的多个旋流部件711，旋流部件711均匀分布在旋流风口底板712上。更具体地，旋流风口底板712的中间设置一个旋流部件711，口径相等的旋流部件711分布在中间的旋流部件711的两侧。
51.请参阅图3，其为初级旋流风口组件71另一个实施例的示意图。初级旋流风口组件71中，旋流风口底板712的中间不设置旋流风口，两侧设置旋流部件711，使得气流能够从整个平面经过，发挥混合均匀作用。
52.请参阅图4，其为初级旋流风口组件71又一个实施例的示意图。初级旋流风口组件71中，旋流风口底板712的中间设置相对两侧口径小的旋流部件711，使得气流能够从整个平面经过，发挥混合均匀作用。
53.需指出的是，初级旋流风口组件71所用的旋流部件711不限于图 2至图4中所示的2个或者3个，可以是多个旋流部件711平行阵列布置，或者错位布置。
54.请参阅图5，类似地，二级旋流风口组件72包括安装板722以及设置在安装板722上的旋流风机721，旋流风机721靠近安装板722 的几何中心设置在安装板722上。
55.请参阅图6和图7，其分别为混流板73的两个实施例的示意图。混流板73为矩形，第一区域731靠近混流板73的中间设置，第二区域732位于第一区域731的两侧，混流板73上开设有多个开孔733。开孔733在混流板73上呈阵列分布，且使混流板73中间的第一区域 731的过流面积小于两侧的第二区域732的过流面积。具体地，在混流板73中间的第一区域731，开孔733的分布密度相对稀疏；在混流板73两侧的第二区域732，开孔733的分布密度相对密集，从而使得中间的第一区域731的过流面积小于两侧第二区域732的过流面积。
56.混流板73中，开孔733可以是如图6所示的圆形孔或者如图7 所示的方形孔，也可以是未图示的其它形状，如椭圆形孔、棱形孔、三角形孔等，只要能实现减小混流板73正中间过流面积使得气流能够均匀的从整个初级旋流风口组件71流向下级，保证这一环节的气流混合作用即可。混流板73可以为矩形板，也可以为其它形状的板，可以根据实际需要进行选择。
57.请参阅图8和图9，其分别为混流板73的另外两个实施例的示意图。混流板73还可以是圆形或者椭圆形，第一区域731靠近混流板73的几何中心设置，第二区域732环设第一区域732的周侧设置，混流板73上开设有多个开孔733。开孔733在混流板73上呈阵列分布，且使混流板73中间的第一区域731的过流面积小于外围的第二区域 732的过流面积。具体地，在混流板73中间的第一区域731，开孔733 的分布密度相对稀疏；在外围的第二区域732，开孔733的分布密度相对密集，从而使得中间的第一区域731的过流面积小于外围的第二区域732的过流面积。
58.混流板73中，第一区域731的开孔733和第二区域732的开孔 733可以是如图8所示的同样孔径大小，也可以是如图9中所示的第一区域731的开孔733的孔径大于第二区域732
的开孔733的孔径，也可以是未图示的第一区域的开孔的孔径小于第二区域的开孔的孔径，只要能实现减小混流板73的正中间过流面积使得气流能够均匀的从整个初级旋流风口组件71流向下级，保证这一环节的气流混合作用即可。
59.在温度控制装置100的运行过程中，空气经过冷却、加热后进入旋流装置70。气流在初级旋流风口组件71、混流板73、二级旋流风口组件72高速旋转打散混合，通过调整减小混流板73的中间的第一区域731的过流面积(开孔面积)，从而加大中间的阻力，使得从精密调节加热器60过来的气流能够均匀分布流向初级旋流风口组件71，充分利用初级旋流风口组件71的混合作用。在此同时，保证初级旋流风口组件71的过流面积，减小阻力损失，也有利于出风的风量的保证。然后，气流流向二级旋流风口组件72进一步旋转混合，最后经过稳流均匀板80的作用形成稳定的流动，使得满足目标控制精度和均匀性的气流从出风口12送往目标点。
60.综上所述，本技术提供的旋流装置及温度控制装置，采用减小初级旋流风口组件下游的混流板中间的过流面积的方式，从而调整超精密温控装置冷却加热到目标温度后能够充分混合均匀，使得进入稳流板前整个气流的流场分布均匀，从而达到目标出风温度精度和均匀性要求。
61.本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本技术的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。