一种温度控制系统的制作方法

本发明涉及温度控制领域，尤其涉及一种温度控制系统。

背景技术：

半导体设备对温度控制的要求相当严格，预处理、上片、刻蚀、下片等工艺过程所产生的热耗差别很大，刻蚀腔体的温度变化已扩展到-20℃～80℃，而且对温度控制的精度越来越高，需高于±0.5℃，当前国内的温度控制系统很难满足这一需求，而专注这一技术的研究，几乎是空白，因此，宽温区、高精度控制、节能是温度控制领域关注的热点。

目前，国内的精密温控系统采用常规制冷系统的制冷器和加热器，共同作用实现循环液温度控制，但该系统复杂，成本高，能耗大，很难满足在低温工况下足够制冷量的输出，且制冷系统产生的热量通过水冷或者风冷间接排放，未能利用，造成非常大的能量浪费。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种温度控制系统，通过热气旁通单元将压缩器输出的部分气体通入蒸发器，对蒸发器内的循环介质进行加热，控制循环介质的温度，能够提高能源利用率，达到节能效果，降低运行成本。

本发明实施例提供了一种温度控制系统，包括：

外部循环单元，与外接设备连接，用于对所述外接设备进行温度控制；

制冷单元，所述制冷单元包括设置于制冷回路上的压缩器、冷凝器和蒸发器；

热气旁通单元，连通所述压缩器的出口端和所述蒸发器的制冷剂进口端，所述热气旁通单元用于将所述压缩器输出的部分气体通入所述蒸发器；

控制单元，与所述热气旁通单元电连接，用于控制所压缩器通入所述蒸发器的气体流量。

可选的，所述热气旁通单元包括第一膨胀阀，所述第一膨胀阀的进口端与所述压缩器的出口端连接，所述第一膨胀阀的出口端与所述蒸发器的制冷剂进口端连接，所述第一膨胀阀的控制端与所述控制单元电连接。

可选的，温度控制系统还包括喷液冷却单元，连通所述冷凝器的出口端和所述压缩器的进口端，所述喷液冷却单元用于将所述冷凝器输出的部分液体通入所述压缩器。

可选的，所述喷液冷却单元包括第二膨胀阀，所述第二膨胀阀的进口端与所述冷凝器的出口端连接，所述第二膨胀阀的出口端与所述压缩器的进口端连接，所述第二膨胀阀的控制端与所述控制单元电连接。

可选的，所述外部循环单元包括储液箱和泵机；

所述储液箱的出口端与所述泵机的进口端连接，所述外接设备连接在所述泵机的出口端和所述蒸发器的循环介质进口端之间。

可选的，所述制冷单元还包括第三膨胀阀，所述第三膨胀阀的进口端与所述冷凝器的出口端连接，所述第三膨胀阀的出口端与所述蒸发器的制冷剂进口端连接，所述第三膨胀阀的控制端与所述控制单元电连接。

可选的，所述外部循环单元还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别设置于所述外接设备的进口端和出口端，所述第一温度传感器和第二温度传感器分别与所述控制单元电连接；

所述控制单元根据所述第一温度传感器和第二温度传感器采集的温度信息，分别调节所述第一膨胀阀和所述第三膨胀阀的开度。

可选的，所述制冷单元还包括气液分离器，所述气液分离器的进口端与所述蒸发器的制冷剂出口端连接，所述气液分离器的出口端与所述压缩器的进口端连接，所述第二膨胀阀的出口端与所述气液分离器的进口端连接。

可选的，所述制冷单元还包括第三温度传感器和第四温度传感器；

所述第三温度传感器和所述第四温度传感器分别设置于所述压缩器的进口端和出口端，所述第三温度传感器和第四温度传感器分别与所述控制单元电连接；

所述控制单元根据所述第三温度传感器和第四温度传感器采集的温度信息，协同调节所述第二膨胀阀的开度。

可选的，所述制冷单元还包括储液罐、干燥器和视液镜，所述储液罐、所述干燥器和所述视液镜依次连接在所述冷凝器出口端和所述蒸发器的制冷剂进口端之间的管路上。

可选的，温度控制系统还包括热交换器和第四膨胀阀，所述热交换器的第一进口端与所述压缩器的出口端连接，所述热交换器的第一出口端与所述蒸发器的制冷剂进口端连接；所述第四膨胀阀的进口端与所述冷凝器的出口端连接，所述第四膨胀阀的出口端与所述热交换器的第二进口端连接，所述热交换器的第二出口端与所述压缩器的进口端连接，所述第四膨胀阀的控制端与所述控制单元电连接。

可选的，所述外部循环单元还包括压力传感器和流量传感器，所述压力传感器和所述流量传感器依次设置于所述泵机和所述外接设备之间的管路上。

可选的，所述制冷单元还包括第一压力表、第二压力表和压力保护开关，所述第一压力表和所述第二压力表分别设置于所述压缩器的进口端和出口端，所述压力保护开关设置于所述压缩器的出口端。

本发明实施例提供的温度控制系统，通过热气旁通单元连通压缩器的出口端和蒸发器的制冷剂进口端，将压缩器输出的部分高温高压的气态制冷剂通入蒸发器，以对蒸发器中的循环介质进行加热，对循环介质的温度进行调节，实现对外接设备的工作温度的精确控制。由于无需额外设置电加热器，简化了系统结构，降低了设备成本，此外，提高了能源利用率，达到节能效果，降低了系统运行成本。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种温度控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种温度控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种温度控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种温度控制系统，用于对外接设备进行温度控制，可选的，外接设备可以包括半导体制造设备。图1为本发明实施例提供的一种温度控制系统的结构示意图，如图1所示，该温度控制系统包括外部循环单元100、制冷单元200、热气旁通单元300和控制单元400。其中，外部循环单元100与外接设备500通过管路连接，用于对外接设备500进行温度控制。制冷单元200包括设置于制冷回路上的压缩器210、冷凝器220和蒸发器230，制冷单元200用于外部循环单元100中的循环介质进行冷却。其中，压缩器210的出口端与冷凝器220的进口端连接，冷凝器220的出口端与蒸发器230的制冷剂进口端连接，蒸发器230的制冷剂出口端与压缩器210的进口端连接。外接设备500通过管路连接在蒸发器230的循环介质进口端和循环介质出口端之间，外部循环单元100中的循环介质流经蒸发器230，循环介质和制冷剂在蒸发器230内进行非接触式的热交换，以对循环介质进行冷却。示例性的，外部循环单元100的管路中流通有循环介质，该循环介质可以是空气或冷却水等其他循环介质；制冷单元200的管路中流通有制冷剂。压缩器210用于将制冷剂压缩成高温高压的气态，并输送给冷凝器220，冷凝器220对进入其内的气态制冷剂进行冷却，将气态制冷剂转变为低温的液态，并输送给蒸发器230，液态制冷剂在蒸发器230中蒸发为气态，吸收蒸发器230中循环介质的热量，进而实现对蒸发器230中的循环介质冷却，经蒸发器230后，气态的制冷剂重新由压缩器210的进口端进入压缩器210，如此，形成制冷回路。

热气旁通单元300连通压缩器210的出口端和蒸发器230的制冷剂进口端，热气旁通单元300用于将压缩器210输出的部分高温高压的气态制冷剂通入蒸发器230，以对蒸发器230中的循环介质进行加热，实现对循环介质的温度进行调节。现有的温度控制系统中，通常在系统中增加额外的电加热器，对外部循环单元100中的循环介质加热，达到调节循环介质温度的目的。而在本发明实施例中，通过热气旁通单元300将压缩器210输出的部分高温高压的气态制冷剂通入蒸发器230，以对蒸发器230中的循环介质进行加热，实现对循环介质的温度进行调节。本发明实施例无需额外设置电加热器，简化了系统结构，降低了设备成本，此外，提高了能源利用率，达到节能效果，降低了系统运行成本。

控制单元400与热气旁通单元300电连接，用于控制压缩器210通入蒸发器230的高温高压的气态制冷剂的流量，以控制外部循环单元100中的循环介质的温度，实现对外接设备500的工作温度的精确控制。当然，控制单元400也可以与外部循环单元100和制冷单元200电连接，以控制外部循环单元100管路中的循环介质的流量和制冷单元200管路中制冷剂的流量，以精准控制外部循环单元100中的循环介质的温度，实现对外接设备500的工作温度的精确控制。

本发明实施例提供的温度控制系统，通过热气旁通单元连通压缩器的出口端和蒸发器的制冷剂进口端，将压缩器输出的部分高温高压的气态制冷剂通入蒸发器，以对蒸发器中的循环介质进行加热，对循环介质的温度进行调节，实现对外接设备的工作温度的精确控制。由于无需额外设置电加热器，简化了系统结构，降低了设备成本，此外，提高了能源利用率，达到节能效果，降低了系统运行成本。

可选的，上述实施例中，压缩器210可以是数码涡旋压缩机、定频压缩机、或变频压缩机，用于连接的管路可以是铜管。

可选的，热气旁通单元300包括第一膨胀阀310，第一膨胀阀310的进口端通过管路与压缩器210的出口端连接，第一膨胀阀310的出口端通过管路与蒸发器230的制冷剂进口端连接。第一膨胀阀310可以是电子膨胀阀、热力膨胀阀或孔板阀，在本发明实施例中，第一膨胀阀310为电子膨胀阀，第一膨胀阀310的控制端与控制单元400电连接。控制单元400根据控制指令，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，以控制阀门开度，进而控制压缩器210通入蒸发器230的高温高压的气态制冷剂的流量，以控制外部循环单元100中的循环介质的温度，实现对外接设备500的工作温度的精确控制。

本发明实施例提供了另一种温度控制系统，图2为本发明实施例提供的另一种温度控制系统的结构示意图，如图2所示，在上述实施例的基础上，可选的，本实施例提供的温度控制系统还包括喷液冷却单元600，喷液冷却单元600连通冷凝器220的出口端和压缩器210的进口端，喷液冷却单元600用于将冷凝器220输出的部分低温的液态制冷剂通入压缩器210。压缩器210在工作时，实际输出的制冷剂的流量是随工况变化的，高温工况下输出的制冷剂的流量是低温工况下的好几倍，在高温工况下，为了保证压缩器210输出制冷剂流量，压缩器210处于高负荷运行状态，其工作温度较高。本发明实施例通过喷液冷却单元600将冷凝器220输出的部分低温的液态制冷剂通入压缩器210的进口端，低温的液态制冷剂在压缩器210进口端喷出时，迅速汽化，吸收降低压缩器210的进口端的热量，降低进气温度，避免压缩器210温度过高导致压缩器210使用寿命下降。

可选的，喷液冷却单元600包括第二膨胀阀610，第二膨胀阀610的进口端与冷凝器220的出口端连接，第二膨胀阀610的出口端与压缩器210的进口端连接，第二膨胀阀610可以是电子膨胀阀、热力膨胀阀或孔板阀，在本发明实施例中，第二膨胀阀610为电子膨胀阀，第二膨胀阀610的控制端与控制单元电连接。控制单元400根据控制指令，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，以控制阀门开度，进而控制冷凝器220通入压缩器210的低温液态制冷剂的流量，以控制压缩器210的进口端的进气温度。

可选的，参考图1和图2，外部循环单元100包括储液箱110和泵机120，可选的，本发明实施例中，外部循环单元100的管路中的循环介质可以为冷却水。储液箱110的出口端与泵机120的进口端连接，外接设备500连接在泵机出口端和蒸发器230的循环介质进口端之间，蒸发器230的循环介质出口端与储液箱110的进口端连接。泵机120从储液箱110中泵出冷却水，并输送给外接设备500，冷却水流经外接设备500，在外接设备500内与外接设备进行非接触式的热交换，对外接设备进行温度控制，冷却水流经外接设备500后流向蒸发器230，在蒸发器230内和制冷剂进行非接触式的热交换后回流至储液箱110中，形成外部循环回路。

可选的，制冷单元200还包括第三膨胀阀240，第三膨胀阀240的进口端与冷凝器220的出口端连接，第三膨胀阀240的出口端与蒸发器230的制冷剂进口端连接，第三膨胀阀240可以是电子膨胀阀，其控制端与控制单元400电连接。第三膨胀阀240用于根据控制单元400的控制指令，调节阀门开度，以控制冷凝器220向蒸发器230输入的液态制冷剂的流量，进而控制外部循环单元100的管路中循环介质的温度。

可选的，外部循环单元100还包括第一温度传感器131和第二温度传感器132，第一温度传感器131和第二温度传感器132分别设置于外接设备500的进口端和出口端，第一温度传感器131和第二温度传感器132分别与控制单元400电连接。第一温度传感器131和第二温度传感器132分别采集外接设备500的进口端和出口端的循环介质的温度信息，并反馈给控制单元，控制单元400根据第一温度传感器131采集的温度信息，调节第一膨胀阀310的开度，进而控制压缩器210通入蒸发器230的高温高压的气态制冷剂的流量，以控制外部循环单元100中的循环介质的温度，实现对外接设备500的工作温度的精确控制。控制单元400根据第二温度传感器132采集的温度信息，调节第三膨胀阀240的开度，以控制冷凝器220向蒸发器230输入的液态制冷剂的流量，进而控制外部循环单元100的管路中循环介质的温度。示例性的，如果第一温度传感器131采集的温度低于设定温度，可以增大第一膨胀阀310的开度，增大压缩器210通入蒸发器230的高温高压的气态制冷剂的流量。如果第二温度传感器132采集的温度高于设定温度，可以增大第三膨胀阀240的开度，以增大冷凝器220向蒸发器230输入的液态制冷剂的流量。

可选的，当制冷回路中制冷剂的流量过大，蒸发器230的制冷剂出口端可能输出部分液态制冷剂，液态制冷剂自压缩器210的进口端被吸入压缩器210，对压缩器210造成损坏，即通常所说的液击现象。为了避免液击现象，制冷单元200还包括气液分离器250，气液分离器250的进口端与蒸发器230的制冷剂出口端连接，气液分离器250的出口端与压缩器210的进口端连接，第二膨胀阀610的出口端与气液分离器250的进口端连接，气液分离器250用于分离液态和气态制冷剂，避免液态制冷剂被吸入压缩器210。

可选的，制冷单元200还包括第三温度传感器261和第四温度传感器262，第三温度传感器261和第四温度传感器262分别设置于压缩器210的进口端和出口端，第三温度传感器261和第四温度传感器262分别与控制单元400电连接。控制单元400根据第三温度传感器261和第四温度传感器262采集的温度信息，协同调节第二膨胀阀610的开度，以控制冷凝器220通入压缩器210的低温液态制冷剂的流量，以控制压缩器210的进口端的进气温度。

可选的，如图1和图2所示，制冷单元200还包括储液罐270、干燥器280和视液镜290，储液270罐、干燥器280和视液镜290依次连接在冷凝器220出口端和蒸发器230的制冷剂进口端之间的管路上，第二膨胀阀610的进口端与储液罐270的出口端连接，第二膨胀阀610的出口端与气液分离器250的进口端连接。第三膨胀阀240的进口端与视液镜290的出口端连接，第三膨胀阀240的出口端与蒸发器230的制冷剂进口端连接。储液罐270用于存储制冷剂，干燥器280用于对制冷剂干燥，去除制冷剂中的水分，视液镜280用于观察制冷回路管路中的制冷剂。

本发明实施例提供了又一种温度控制系统，图3为本发明实施例提供的又一种温度控制系统的结构示意图，如图3所示，在图2所示的实施例的基础上，可选的，温度控制系统还包括热交换器700和第四膨胀阀800，热交换器700的第一进口端与第一膨胀阀310的出口端连接，热交换器700的第一出口端与蒸发器230的制冷剂进口端连接；第四膨胀阀800的进口端与储液罐270的出口端连接，第四膨胀阀800的出口端与热交换器700的第二进口端连接，热交换器700的第二出口端与气液分离器250的进口端连接，第四膨胀阀800可以为电子膨胀阀，其控制端与控制单元400电连接。压缩器210输出的高温气态制冷剂和冷凝器220输出的低温液态制冷剂在热交换器700个进行非接触式的热交换后，分别进入蒸发器230和压缩器210的进口端，通过热交换器700控制压缩器210通入蒸发器230的气态制冷剂的温度，以及冷凝器220通入压缩器210进口端的液态制冷剂的温度，进而精确控制外部循环单元100中循环介质的温度和压缩器210的进口端的温度。第四膨胀阀800配合第三膨胀阀240，控制冷凝器220经过热交换器700通入压缩器210的进口端的液态制冷剂的流量和冷凝器220直接通入压缩器210的进口端的液态制冷剂的流量的比值，进而精确控制压缩器210的进口端的温度。

可选的，参考图1、2和3，在上述实施例的基础上，外部循环单元100还包括压力传感器101和流量传感器102，压力传感器101和流量传感器102依次设置于泵机120和外接设备500之间的管路上。压力传感器101用于监测外部循环单元100的管路中循环介质的液压，并反馈给控制单元400。流量传感器102用于监测外部循环单元100的管路中循环介质的流量，并反馈给控制单元400。外部循环单元100还包括流量控制阀103和104，分别设置于外接设备500的进口端和出口端，用于控制外部循环单元100管路中的循环介质的流量。

可选的，参考图1、2和3，在上述实施例的基础上，制冷单元200还包括第一压力表201、第二压力表202和压力保护开关203，第一压力表201和第二压力表202分别设置于压缩器210的进口端和出口端，压力保护开关203设置于压缩器210的出口端。第一压力表201、第二压力表202分别用于监测制冷单元200中压缩器210的进口端和出口端的气压，压力保护开关203在压缩器210出口端气压达到预设值时，打开排气阀进行泄压，避免管路中气压过大引起安全事故。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。