本發(fā)明屬于控溫設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于半導(dǎo)體工藝控溫設(shè)備的石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置，更詳細(xì)地涉及具有利用壓縮機(jī)排氣廢熱，通過(guò)石蠟相變蓄熱，對(duì)載冷劑進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的裝置。

背景技術(shù)：

在芯片、晶元、液晶面板、集成電路等半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)加工過(guò)程中，半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)主工藝設(shè)備對(duì)加工溫度有著很苛刻的要求。主工藝設(shè)備在半導(dǎo)體產(chǎn)品加工過(guò)程中，需要維持恒定的環(huán)境溫度，如果配套控溫設(shè)備溫度波動(dòng)過(guò)大就會(huì)造成廢品和殘次品，引起不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。現(xiàn)在主流的給主工藝設(shè)備配套的控溫設(shè)備溫控能力可以達(dá)到空載狀態(tài)下溫度波動(dòng)不超過(guò)±0.05℃，帶載狀態(tài)下不超過(guò)±0.5℃。目前常用的控溫方式為間接制冷系統(tǒng)，是利用控溫設(shè)備的制冷系統(tǒng)冷卻載冷劑，再經(jīng)過(guò)電加熱器進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，持續(xù)不斷地向主工藝設(shè)備端供應(yīng)恒溫載冷劑，通過(guò)載冷劑與主工藝設(shè)備熱交換腔進(jìn)行熱量交換，維持半導(dǎo)體主工藝設(shè)備的恒溫狀態(tài)。

目前半導(dǎo)體行業(yè)為主工藝設(shè)備進(jìn)行控溫的設(shè)備，主要采用上述控溫方式。該控溫方式所用控溫設(shè)備的結(jié)構(gòu)及原理如圖1，此類設(shè)備的控溫工作方式包括制冷控制工作方式及載冷劑控制工作方式，其中：

制冷控制工作方式時(shí)，該設(shè)備由壓縮機(jī)1、冷凝器2、電子膨脹閥3、蒸發(fā)器4、冷凝器進(jìn)水管8、冷凝器出水管9、壓縮機(jī)排氣管10、冷凝器出液管11、蒸發(fā)器進(jìn)液管12、壓縮機(jī)回氣管13等部件組成。工作原理敘述如下：壓縮機(jī)1在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下通過(guò)做功將低溫低壓的制冷劑蒸汽轉(zhuǎn)化為高溫高壓的制冷劑氣體，壓縮機(jī)1高溫高壓排氣通過(guò)壓縮機(jī)排氣管10進(jìn)入冷凝器2內(nèi)，廠務(wù)水經(jīng)由冷凝器進(jìn)水管8進(jìn)入冷凝器2內(nèi)對(duì)壓縮機(jī)1排氣進(jìn)行冷凝換熱，吸收排氣廢熱后廠務(wù)水由冷凝器出水管9輸送至廠務(wù)水冷水機(jī)進(jìn)行冷卻循環(huán)；冷凝器2將高壓高溫蒸汽冷凝為高溫高壓的液體制冷劑，經(jīng)由冷凝器出液管11進(jìn)入電子膨脹閥3進(jìn)行節(jié)流降溫降壓；經(jīng)過(guò)節(jié)流降溫降壓后的低溫制冷劑液體經(jīng)由蒸發(fā)器進(jìn)液管12進(jìn)入蒸發(fā)器4內(nèi)，并通過(guò)吸收載冷劑的熱量蒸發(fā)為飽和制冷劑蒸汽；制冷劑低溫低壓飽和蒸汽經(jīng)由壓縮機(jī)回氣管13回到壓縮機(jī)1進(jìn)行做功，進(jìn)而再進(jìn)入下一個(gè)制冷循環(huán)。

載冷劑控制工作方式時(shí)，該設(shè)備由蒸發(fā)器4、溶液泵5、電加熱器6、主工藝設(shè)備端7、載冷劑出液管14、載冷劑回液管15等部件組成。工作原理敘述如下：載冷劑經(jīng)過(guò)主工藝設(shè)備端7進(jìn)行熱交換后，經(jīng)由載冷劑回液管15輸送至蒸發(fā)器4內(nèi)進(jìn)行降溫冷卻，經(jīng)冷卻的載冷劑經(jīng)由載冷劑出液管14進(jìn)入溶液泵5進(jìn)行循環(huán)泵送；經(jīng)冷卻的載冷劑低于主工藝設(shè)備端7的要求溫度，需經(jīng)過(guò)電加熱器6進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，滿足要求后送入主工藝設(shè)備端7進(jìn)行換熱，從而完成一個(gè)完整的換熱循環(huán)。

上述半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)主工藝設(shè)備所配屬的控溫設(shè)備主要存在以下問(wèn)題：

1、該控溫設(shè)備主要通過(guò)電子膨脹閥3的開度來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)蒸發(fā)器4內(nèi)制冷劑的多少，從而冷卻載冷劑所帶來(lái)的熱量，該載冷劑經(jīng)蒸發(fā)器4降溫后一般要低于半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)主工藝設(shè)備要求的工作溫度，因此需要通過(guò)電加熱器6對(duì)過(guò)冷的載冷劑再進(jìn)行加熱調(diào)溫，一方面壓縮機(jī)1由于需將載冷劑帶來(lái)的熱量降下去因而需多耗費(fèi)一定量的電能，另一方面使用電加熱器6進(jìn)行熱量平衡又將耗費(fèi)大量的電能，導(dǎo)致所配屬設(shè)備電功率增大，電流也較大，電器選型及電纜均為相應(yīng)增大，加之平時(shí)高昂的運(yùn)行成本，對(duì)半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一種巨大負(fù)擔(dān)。

2、冷凝器2所需的廠務(wù)水均是半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)配屬專用的冷水機(jī)對(duì)壓縮機(jī)排氣所產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行冷凝，經(jīng)冷凝后的廠務(wù)水帶走的熱量需要耗費(fèi)一定量的電能，也是一種能量浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品主工藝設(shè)備所配屬的溫控設(shè)備配備電加熱器耗能大和廠務(wù)水冷水機(jī)能耗兩方面問(wèn)題，提出一種石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置。一方面利用壓縮機(jī)排氣的廢熱通過(guò)石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置來(lái)代替常規(guī)配置的電加熱器，對(duì)載冷劑進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，另一方面因一部分壓縮機(jī)排氣無(wú)需經(jīng)過(guò)冷凝器進(jìn)行冷凝，所以減少了廠務(wù)水所需帶走的熱量，進(jìn)而降低了半導(dǎo)體企業(yè)冷水機(jī)的耗電，從而起到節(jié)能的作用，大幅減低半導(dǎo)體企業(yè)的運(yùn)行成本。

本發(fā)明提出的一種用于半導(dǎo)體工藝控溫設(shè)備的石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，包括外殼以及位于該外殼內(nèi)的多個(gè)溫度調(diào)節(jié)單元，相鄰兩個(gè)溫度調(diào)節(jié)單元之間、以及溫度調(diào)節(jié)單元與外殼之間均設(shè)有壓縮機(jī)排氣換熱腔；每個(gè)溫度調(diào)節(jié)單元均包括中部的載冷劑換熱腔及位于該載冷劑換熱腔兩側(cè)的石蠟蓄熱腔；各石蠟蓄熱腔的上、下端分別均通過(guò)石蠟連通管連通，各載冷劑換熱腔的一端分別均設(shè)有載冷劑出液管接口、另一端分別均設(shè)有載冷劑進(jìn)液管接口，各壓縮機(jī)排氣換熱腔一端分別均設(shè)有壓縮機(jī)排氣進(jìn)氣管接口、另一端分別均設(shè)有壓縮機(jī)排氣出液管接口。

本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果：

1、石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置中利用石蠟相變特性蓄熱，可以避免半導(dǎo)體工藝控溫設(shè)備采用壓縮機(jī)排氣直接換熱導(dǎo)致溫升過(guò)大而難以實(shí)現(xiàn)控溫的弊端，可以實(shí)現(xiàn)溫度平衡，穩(wěn)定控溫；

2、石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置利用壓縮機(jī)排氣廢熱，不需要多耗費(fèi)額外電能，節(jié)能環(huán)保，而且可以減少通過(guò)冷凝器帶走的熱量，減少半導(dǎo)體企業(yè)廠務(wù)水冷水機(jī)的能耗；

3、石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置壓縮機(jī)排氣流向和載冷劑流向?yàn)槟嫦蛄鲃?dòng)，可以和石蠟充分換熱，換熱效率高，熱量穩(wěn)定；

4、石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)可充分考慮液化石蠟流動(dòng)的熱穩(wěn)定性和相變余積，安全可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為已有控溫設(shè)備的結(jié)構(gòu)及控溫方式的原理示意圖。

圖2為本發(fā)明石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為采用本發(fā)明石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置的控溫設(shè)備的結(jié)構(gòu)及控溫方式的原理示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的一種用于半導(dǎo)體工藝控溫設(shè)備的石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明如下：

本發(fā)明提出的一種用于半導(dǎo)體工藝控溫設(shè)備的石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置16，是利用石蠟的相變特性，液化吸熱，凝固放熱，利用相變潛熱來(lái)蓄熱，代替如圖1所示已有控溫設(shè)備中的電加熱器使用，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，該溫度調(diào)節(jié)器包括外殼25以及位于該外殼內(nèi)的多個(gè)溫度調(diào)節(jié)單元；相鄰兩個(gè)溫度調(diào)節(jié)單元之間、以及溫度調(diào)節(jié)單元與外殼之間均設(shè)有壓縮機(jī)排氣換熱腔22；每個(gè)溫度調(diào)節(jié)單元均包括中部的載冷劑換熱腔24及位于該載冷劑換熱腔兩側(cè)的石蠟蓄熱腔23，載冷劑換熱腔24、石蠟蓄熱腔23及壓縮機(jī)排氣換熱腔22內(nèi)分別填充有載冷劑、石蠟和壓縮機(jī)排氣；各石蠟蓄熱腔23的上、下端分別均通過(guò)石蠟連通管26連通，各載冷劑換熱腔24的一端分別均設(shè)有載冷劑出液管18接口、另一端分別均設(shè)有載冷劑進(jìn)液管17接口，各壓縮機(jī)排氣換熱腔22一端分別均設(shè)有壓縮機(jī)排氣進(jìn)氣管19接口、另一端分別均設(shè)有壓縮機(jī)排氣出液管20接口；外殼和各換熱腔的腔壁均采用優(yōu)良導(dǎo)熱材料制成,導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)237w/(m·k)。

所述單個(gè)溫控調(diào)節(jié)單元的換熱面積分別有0.014m²、0.020m²、0.026m²、0.050m²、0.095m²多種可供選擇，根據(jù)不同換熱面積需要，確定所需要溫控調(diào)節(jié)單元數(shù)量。

應(yīng)用本發(fā)明石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置16構(gòu)成的溫控設(shè)備結(jié)構(gòu)示意如圖3所示，該控溫設(shè)備的控溫工作方式同樣包括制冷控制工作方式及載冷劑控制工作方式，與圖1所示控溫設(shè)備不同的是：

制冷控制工作方式時(shí)，在冷凝器2的進(jìn)、出口端分別增加壓縮機(jī)排氣進(jìn)氣管19和壓縮機(jī)排氣出液管20；石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置16中的各壓縮機(jī)排氣換熱腔22一端均通過(guò)壓縮機(jī)排氣進(jìn)氣管接口與壓縮機(jī)排氣進(jìn)氣管19連通、另一端均通過(guò)壓縮機(jī)排氣出液管接口與壓縮機(jī)排氣出液管20連通，在壓縮機(jī)排氣進(jìn)氣管19上設(shè)有電磁閥21；

載冷劑控制工作方式時(shí)，石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置16中各載冷劑換熱腔的載冷劑出液管接口均通過(guò)載冷劑出液管18與主工藝設(shè)備端7的進(jìn)口端相連、載冷劑進(jìn)液管接口均通過(guò)載冷劑進(jìn)液管17與溶液泵5一端相連。

采用本發(fā)明構(gòu)成控溫設(shè)備的制冷控制工作方式和載冷劑控制工作方式的工作原理與圖1所示控溫設(shè)備大體相似，不同點(diǎn)在于：本發(fā)明利用壓縮機(jī)的排氣對(duì)載冷劑進(jìn)行加熱調(diào)溫，代替原來(lái)的電加熱器；分流了一部分壓縮機(jī)排氣不經(jīng)過(guò)冷凝器，從而減少了半導(dǎo)體企業(yè)所配屬冷水機(jī)的工作負(fù)荷；兩方面均減少了耗電，節(jié)約了運(yùn)行成本。具體控制原理敘述如下：

壓縮機(jī)1在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下通過(guò)做功將低溫低壓的制冷劑蒸汽轉(zhuǎn)化為高溫高壓的制冷劑氣體，壓縮機(jī)高溫高壓排氣通過(guò)壓縮機(jī)排氣管10分為兩個(gè)支路，一個(gè)支路進(jìn)入冷凝器2內(nèi)，另一個(gè)支路經(jīng)由與石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置相連的壓縮機(jī)排氣進(jìn)氣管19，通過(guò)電磁閥21控制進(jìn)氣流量后進(jìn)入石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置16的壓縮機(jī)排氣換熱腔22內(nèi)，并與相鄰石蠟蓄熱腔23內(nèi)的石蠟進(jìn)行熱量交換，熱量通過(guò)石蠟相變特性進(jìn)行存儲(chǔ)，制冷劑排氣被冷凝成高溫高壓的液體，經(jīng)由與石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置相連的壓縮機(jī)排氣出液管20與來(lái)自冷凝器2的液體一起經(jīng)由冷凝器出液管11輸送至電子膨脹閥3進(jìn)行節(jié)流降溫降壓。

經(jīng)蒸發(fā)器4冷卻后的載冷劑經(jīng)由載冷劑出液管14進(jìn)入溶液泵5進(jìn)行泵送，載冷劑再經(jīng)由與石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置相連的載冷劑進(jìn)液管17進(jìn)入石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置的載冷劑換熱腔24內(nèi)與石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置中石蠟蓄熱腔23內(nèi)的石蠟進(jìn)行熱量交換，載冷劑被加熱成所需要的溫度后，經(jīng)由與石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置相連的載冷劑出液管18輸送至主工藝設(shè)備端7循環(huán)。

通過(guò)石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置中載冷劑出液管接口的溫度反饋來(lái)調(diào)節(jié)控制電磁閥21開啟關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)度(溫度越高，開啟時(shí)間越短，溫度越低，開始時(shí)間越長(zhǎng))，從而控制進(jìn)入石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置16內(nèi)的高溫高壓排氣量，以此維持石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置內(nèi)熱量的平衡。

設(shè)置在石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置各石蠟儲(chǔ)熱腔端部的石蠟連通管26用于液化石蠟的流動(dòng)，保持石蠟的溫度平衡和相變體積余積。

本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)在于利用壓縮機(jī)排氣廢熱，通過(guò)石蠟相變蓄熱溫度調(diào)節(jié)裝置，將壓縮機(jī)排氣廢熱中的熱量存儲(chǔ)在石蠟中，石蠟在相變的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)載冷劑的加熱調(diào)溫，代替了原來(lái)能耗高、電流大、存在火災(zāi)隱患的電加熱器，使溫控設(shè)備更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保節(jié)能；同時(shí)通過(guò)分流壓縮機(jī)排氣，減少了經(jīng)過(guò)冷凝器的壓縮機(jī)排氣廢熱，可以降低半導(dǎo)體企業(yè)所配屬冷水機(jī)的負(fù)荷，從而減少能耗；這兩個(gè)方面均能有效地降低能耗，減少日常運(yùn)行成本，而且安全可靠環(huán)保。