現(xiàn)的能量輸入相比)，以便如果溫度將被提高相對(duì)小的量，則穩(wěn)定性和精度可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。在這種情況下，增強(qiáng)的后冷凝的應(yīng)用在高壓力下有效地改變純氣體介質(zhì)的流動(dòng)速率，以便溫度的控制變得更精確，特別是在較高溫度下，其中可能需要替代地加熱和冷卻以便控制溫度。流動(dòng)路徑中的熱交換器和壓力降閥通過(guò)平滑溫度增加變化率和確保熱力學(xué)平衡來(lái)補(bǔ)償非線性的熱能交換。因此，在TDSF環(huán)境下應(yīng)用EPC確保較高的、穩(wěn)定的溫度水平可以被更迅速地獲得，而不管涉及的變化增量和功率水平。
[0015]圖3圖示說(shuō)明重栗機(jī)構(gòu)(repumping mechanism)，其由管道連接在蒸汽循環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器的輸入和輸出之間的止回閥和栗組成。栗在期望或需要增加蒸發(fā)器內(nèi)的熱傳遞系數(shù)時(shí)被使用。當(dāng)栗未被打開(kāi)時(shí)，蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的功能好像未安裝重栗系統(tǒng)。在圖4中，重栗系統(tǒng)與增強(qiáng)的后冷凝都被使用。在組合的系統(tǒng)中，當(dāng)蒸發(fā)器處的輸出從一個(gè)溫度迅速地變到另一個(gè)溫度時(shí)，重栗被打開(kāi)。在這種傾斜過(guò)程中，增加效率的增強(qiáng)的后冷凝可能不增加傾斜速度，特別是對(duì)于已經(jīng)改裝有包括較小的壓縮機(jī)的EPC系統(tǒng)的蒸汽循環(huán)系統(tǒng)。這是因?yàn)檩^小的壓縮機(jī)將減少蒸發(fā)器兩端的流質(zhì)量，并且因此具有較小的熱傳遞系數(shù)，特別是當(dāng)負(fù)載溫度正在被改變時(shí)。
[0016]圖5示出記錄關(guān)于使用制冷劑R22(其是其他制冷劑的代表)的蒸汽循環(huán)制冷器的蒸發(fā)器或熱栗內(nèi)熱傳遞系數(shù)的數(shù)據(jù)的圖表。該數(shù)據(jù)示出增強(qiáng)的后冷凝怎樣增加蒸汽循環(huán)效率。EPC的功能是使用大約百分之八十(80%)或更多的兩相特性消除熱傳遞系數(shù)的急劇下降。如圖5所示，熱傳遞系數(shù)對(duì)蒸發(fā)器中的質(zhì)量速度非常敏感。圖5中所示的曲線特性圖示說(shuō)明了速度的影響。當(dāng)液體被煮沸為氣體時(shí)，由于氣相密度相當(dāng)?shù)偷氖聦?shí)，故速度增加。因此，圖5示出當(dāng)由于液體被煮沸為氣體特性增加直到該特性超出80%時(shí)，熱傳遞系數(shù)單調(diào)增加。此后，熱傳遞特性急劇下降，從而變?yōu)榕c常規(guī)蒸發(fā)器的出口處的純氣體的熱傳遞特性等同。
[0017]蒸汽循環(huán)被用作諸如上述討論的溫度控制單元中的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?；谏鲜鲇懻摰拿绹?guó)專利N0.7，178，353和美國(guó)專利N0.7，415，835中討論的原理的溫度控制系統(tǒng)涉及直接傳遞飽和流體或TDSF。TDSF又是美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/651，631 (如上所述)中闡述的受限斜坡(TR)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。也就是說(shuō)，用于加熱靜電吸盤(pán)迅速達(dá)到高溫度的受限斜坡系統(tǒng)基于使用在靜電吸盤(pán)中冷凝、從所述靜電吸盤(pán)流過(guò)閥的熱高壓力氣體流的TDSF，該閥在輸入溫度上升時(shí)打開(kāi)(0RIT閥或“0RIT”)，該閥此后調(diào)節(jié)靜電吸盤(pán)的溫度。由于飽和流體的固有性質(zhì)，該系統(tǒng)通過(guò)控制壓力調(diào)節(jié)溫度。
[0018]因?yàn)槭芟扌逼孪到y(tǒng)被用于迅速加熱(傾斜上升)負(fù)載，所以在0RIT達(dá)到調(diào)節(jié)溫度之前的壓力下，冷凝氣體將不流過(guò)。這可以引起流體返回到負(fù)載內(nèi)，由此減小了可用于冷凝氣體的區(qū)域。因此，加熱速度減慢。重栗系統(tǒng)抵消了這種減速。當(dāng)重栗的栗激活時(shí)，其強(qiáng)迫流通過(guò)負(fù)載，在這種情況下流通過(guò)靜電吸盤(pán)。轉(zhuǎn)而，這種動(dòng)作允許進(jìn)來(lái)的熱氣體在其穿過(guò)靜電吸盤(pán)時(shí)冷凝，因此允許更迅速的加熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]當(dāng)檢測(cè)到受控斜坡系統(tǒng)從較低溫度增加至較高溫度時(shí)(傾斜上升)，顯而易見(jiàn)初始斜坡速率接近計(jì)算的斜坡速率(制冷功率加上壓縮機(jī)功率加熱測(cè)量的ESC，大約5°C /秒)，斜坡速率迅速降低并且表現(xiàn)方式難以解釋。確定斜坡上升與負(fù)載ESC中的制冷劑冷凝一起被執(zhí)行，直到所述入口溫度上升時(shí)打開(kāi)(0RIT)閥同時(shí)允許制冷劑流通過(guò)所述0RIT閥，并且先于0RIT調(diào)節(jié)制冷劑在其兩相狀態(tài)中的溫度。只有在壓力/溫度先于0RIT達(dá)到設(shè)計(jì)的最終高溫度和高壓力之后，才能發(fā)生流通過(guò)0RIT。上述表明流中斷響應(yīng)于斜坡速率的放緩。在靜電吸盤(pán)內(nèi)聚集的液體停止冷凝，無(wú)論液體在哪里被阻止流動(dòng)。本發(fā)明增加靜電吸盤(pán)下游的體積容量，以允許液體被收集該容量?jī)?nèi)。當(dāng)壓力達(dá)到其目標(biāo)值時(shí)，按照設(shè)計(jì)流被布置通過(guò)0RIT。在優(yōu)選的實(shí)施例中，流體熱敏電阻和Δ壓力閥都被包括到系統(tǒng)中。
[0020]為了避免系統(tǒng)內(nèi)流體的聚集，0RIT在加熱階段期間必須被控制為逐漸地打開(kāi)，以允許流體逐漸地進(jìn)入容器(capacitor)。本發(fā)明將可控斜率引進(jìn)到0RIT閥的操作，從而阻止在加熱階段期間液態(tài)制冷劑的聚集。例如，0RIT閥可以被編程以在起始溫度下的制冷劑的壓力和最終溫度下的制冷劑的壓力之間線性打開(kāi)。通過(guò)在加熱階段期間在壓力范圍內(nèi)逐漸地和持續(xù)地打開(kāi)0RIT閥，在傾斜上升模式或傾斜下降模式中將不會(huì)累積質(zhì)量。
[0021]結(jié)合下面闡述的附圖和優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些改進(jìn)以及其他優(yōu)勢(shì)將被更好的理解。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是受限斜坡溫度控制系統(tǒng)的原理圖；
[0023]圖2是蒸汽循環(huán)的原理圖；
[0024]圖3是帶有重栗的蒸汽循環(huán)的原理圖；
[0025]圖4是帶有重栗和增強(qiáng)的后冷凝的蒸汽循環(huán)的原理圖；
[0026]圖5是示出熱傳遞系數(shù)特征的圖形；
[0027]圖6是在0RIT閥上游帶有流體收集和在0RIT閥出口帶有液體檢測(cè)的溫度控制系統(tǒng)的原理圖；以及
[0028]圖7是在受限斜坡系統(tǒng)中帶有流體收集和液體檢測(cè)的受限斜坡溫度控制系統(tǒng)的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1圖示說(shuō)明了溫度控制系統(tǒng)，其特征為受限斜坡技術(shù)。溫度控制系統(tǒng)利用四種模式:傾斜上升、調(diào)節(jié)、等待和傾斜下降。參考圖1，這些模式中的每種均在下面被較詳細(xì)地闡述。雖然該操作的完整描述在美國(guó)專利公布N0.2013/0036753中被公開(kāi)(其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此)，但是與本發(fā)明有關(guān)的細(xì)節(jié)將在下面討論。
[0030]在圖1中，系統(tǒng)包括蒸汽循環(huán)制冷系統(tǒng)，其具有常規(guī)壓縮機(jī)150，壓縮機(jī)150將高壓力高溫度輸出作為加壓氣體饋送至冷凝器130。在環(huán)境溫度或接近環(huán)境溫度下，冷凝器130將制冷劑溫度降低至主要液體狀態(tài)。冷凝器130可以是液冷式或氣冷式，并且可以使用調(diào)節(jié)的冷卻劑控制或不被調(diào)節(jié)。來(lái)自冷凝器130的液化的加壓產(chǎn)物被輸入到外部平衡的熱膨脹閥(下文被稱為T(mén)XV) 125。TXV 125具有常規(guī)內(nèi)隔膜(diaphragm)(未示出)，內(nèi)隔膜的位置決定通過(guò)TXV 125的流量。
[0031]膨脹的TXV 125輸出作為一個(gè)輸入被傳遞到通向蒸發(fā)器的制冷劑路徑中的子HEX135，該蒸發(fā)器是負(fù)載100。在子HEX 135中，來(lái)自TXV的膨脹的流體流動(dòng)與從系統(tǒng)負(fù)載(蒸發(fā)器)100返回的制冷劑熱交換，其中系統(tǒng)負(fù)載最終將吸入輸入管路饋送至壓縮機(jī)150。返回管路從負(fù)載100通過(guò)HEX135到壓縮機(jī)150輸入，因此形成子熱交換回路的一部分，該子熱交換回路的一部分被配置且被操作以提供改進(jìn)的熱傳遞。在到蒸發(fā)器100的子回路中，來(lái)自TXV125的流出物首先穿過(guò)HEX 135，然后穿過(guò)壓力閥145。壓力閥145引進(jìn)溫度降，溫度降接近蒸發(fā)的制冷劑和冷卻的負(fù)載之間的溫度差，因?yàn)檎舭l(fā)器100過(guò)熱是穩(wěn)定操作的關(guān)鍵因素。
[0032]在操作中，圖1的系統(tǒng)提供蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的基本壓縮和冷凝功能，將液化的加壓制冷劑饋送至TXV 125，然后控制膨脹，因此控制制冷劑主冷卻量。具有固定孔和壓力降的毛細(xì)管可以可替換地被使用，但是TXV 125在被設(shè)計(jì)為高效率的系統(tǒng)中發(fā)揮更大的功能。
[0033]在EPC HEX 135中，熱動(dòng)力循環(huán)經(jīng)歷由通常循環(huán)而產(chǎn)生的基本變化，在來(lái)自蒸發(fā)器100的返回流和到蒸發(fā)器100的輸入流之間交換熱能。那么，當(dāng)制冷劑穿過(guò)鄰近的壓力閥145時(shí)，輸入流溫度被降低。在子熱交換回路內(nèi)，輸出流和返回流的熱能有效地大致相等。然而，這使增強(qiáng)的后冷凝成為可能。沸騰的制冷劑液體提供足夠冷卻以冷凝HEX 135的另一側(cè)上的液體，以降低輸入制冷劑的焓(enthalpy)。熱傳遞由溫度差驅(qū)動(dòng)，溫度差由壓力降閥145的效應(yīng)產(chǎn)生。閥145的壓力降降低溫度。HEX 135和閥145的組合效應(yīng)降低傳遞到負(fù)載100的制冷劑的特性(蒸汽質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比)。
[0034]1.傾斜上升模式:
[0035]打開(kāi)電磁閥1SC，2SC，6SC且關(guān)閉3S。，4S。，7S。，“負(fù)載ESC”100被傾斜上升到高溫度。這將壓縮機(jī)輸出直接傳到ESC 100，在ESC 100中壓縮機(jī)輸出冷凝。隨著傾斜上升的開(kāi)始，“E-0RIT”100已經(jīng)同時(shí)被設(shè)定到以ESC100為目標(biāo)的高溫度。在來(lái)自“冷凝器”130的冷卻水已經(jīng)