热交换器温控方法及温控系统

摘要

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种热交换器温控方法及温控系统，热交换器温控方法包括：获取当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值和制冷量标准差；确定制冷量标准差小于或等于第一阈值；确定当前周期输出的制冷量大于或等于制冷量平均值与第二阈值之差，且小于或等于制冷量平均值与第二阈值之和；设定当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值。通过对制冷量输出的统计分析修正被控对象参数，即通过对PID控制器输出制冷量的统计分析，根据其标准差的大小判定水箱入口温度状态，同时修正实际制冷量的输出，进而满足高低温段宽温区及空载负载状态的高精度温控需求。

权利要求

1.一种热交换器温控方法，其特征在于：包括：

获取当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值和制冷量标准差；

确定制冷量标准差小于或等于第一阈值；

确定当前周期输出的制冷量大于或等于制冷量平均值与第二阈值之差，且小于或等于制冷量平均值与第二阈值之和；所述第二阈值为制冷量标准差与制冷量标准差的修正系数之积；

设定当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值。

2.根据权利要求1所述的热交换器温控方法，其特征在于：第n个周期获取的前i个周期输出的制冷量平均值其中，Cn为第n个周期输出的制冷量。

3.根据权利要求2所述的热交换器温控方法，其特征在于：第n个周期获取的前i个周期输出的制冷量标准差

4.根据权利要求1所述的热交换器温控方法，其特征在于：在当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值的情况下，PID参数中积分系数和微分系数由原始修改为0。

5.根据权利要求1所述的热交换器温控方法，其特征在于：还包括：确定当前周期输出的制冷量小于制冷量平均值与第二阈值之差，或大于制冷量平均值与第二阈值之和；

当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期输出的制冷量。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的热交换器温控方法，其特征在于：还包括：确定当前周期的前i个周期输出的制冷量标准差大于第一阈值；

当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期输出的制冷量。

7.根据权利要求6所述的热交换器温控方法，其特征在于：在当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期输出的制冷量的情况下，PID参数中积分系数和微分系数为原始参数。

8.根据权利要求1所述的热交换器温控方法，其特征在于：在所述获取当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值和制冷量标准差的步骤前还包括：根据水箱的入口温度和入口目标温度，启用PID控制器；

记录各周期输出的制冷量。

9.一种应用权利要求1至8任意一项所述的热交换器温控方法进行温控的温控系统，其特征在于：包括热交换器、水箱和泵体，所述热交换器的吸热通路用于与制冷系统连通形成制冷回路，所述热交换器的放热通路、所述水箱、所述泵体和负载连通形成循环回路，所述水箱的入口处设置第一温度传感器，所述热交换器的吸热通路的进口处设有电动两通阀。

说明书

热交换器温控方法及温控系统

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种热交换器温控方法及温控系统。

背景技术

[0002] 热交换器温控系统用来在集成电路制造工艺中提供稳定流量、稳定温度的循环液体。设备在实际工艺中以制冷为主，加热为辅，对于空载及负载状态时的温控精度要求较
高，同时需要兼顾整个设备的能耗效率。

发明内容

[0003] 本发明提供一种热交换器温控方法及温控系统，用以解决现有技术中热交换器温控系统对于空载及负载状态时的温控精度难以达到需求的缺陷，实现满足20℃时负载能
力，及高低温段宽温区及空载负载状态的高精度温控需求的效果。

[0004] 本发明提供一种热交换器温控方法，包括：

[0005] 获取当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值和制冷量标准差；

[0006] 确定制冷量标准差小于或等于第一阈值；

[0007] 确定当前周期输出的制冷量大于或等于制冷量平均值与第二阈值之差，且小于或等于制冷量平均值与第二阈值之和；

[0008] 设定当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值。

[0009] 根据本发明提供的一种热交换器温控方法，第n个周期获取的前i个周期输出的制冷量平均值

[0010]

[0011] 其中，Cn为第n个周期输出的制冷量。

[0012] 根据本发明提供的一种热交换器温控方法，第n个周期获取的前i个周期输出的制冷量标准差

[0013]

[0014] 根据本发明提供的一种热交换器温控方法，所述第二阈值c＝b×σn，其中b为制冷量标准差的修正系数。

[0015] 根据本发明提供的一种热交换器温控方法，在当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值的情况下，PID参数中积分系数和微分系数由
原始修改为0。

[0016] 根据本发明提供的一种热交换器温控方法，还包括：

[0017] 确定当前周期输出的制冷量小于制冷量平均值与第二阈值之差，或大于制冷量平均值与第二阈值之和；

[0018] 当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期输出的制冷量。

[0019] 根据本发明提供的一种热交换器温控方法，还包括：

[0020] 确定当前周期的前i个周期输出的制冷量标准差大于第一阈值；

[0021] 当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期输出的制冷量。

[0022] 根据本发明提供的一种热交换器温控方法，在当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期输出的制冷量的情况下，PID参数中积分系数和微分系数为原始参数。

[0023] 根据本发明提供的一种热交换器温控方法，在所述获取当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值和制冷量标准差的步骤前还包括：

[0024] 根据水箱的入口温度和入口目标温度，启用PID控制器；

[0025] 记录各周期输出的制冷量。

[0026] 本发明还提供一种应用上述热交换器温控方法进行温控的温控系统，包括热交换器、水箱和泵体，所述热交换器的吸热通路用于与制冷系统连通形成制冷回路，所述热交换
器的放热通路、所述水箱、所述泵体和负载连通形成循环回路，所述水箱的入口处设置第一
温度传感器，所述热交换器的吸热通路的进口处设有电动两通阀。

[0027] 本发明实施例的热交换器温控方法，PID控制器根据循环回路上水箱的入口温度和入口目标温度对应输出制冷量，进一步控制制冷回路上电动两通阀的开度值，制冷量和
开度值成比例关系，且制冷量和开度值的范围均为0‑100。在确定下一周期输出的制冷量
时，获取当前周期之前的i个周期输出的制冷量平均值CAn和制冷量标准差σn，对应的第1个
周期输出制冷量为C1，第n个周期输出制冷量为Cn，将下一周期输出的制冷量设定为C输出，在
PID控制器运行后，经过i个周期后的每个周期内，持续计算得到前i个周期输出的制冷量平
均值CAn和制冷量标准差σn，当制冷量处于恒定波动的状态，同时水箱的入口温度和水箱的
入口目标温度越接近时，PID控制器对制冷量的输出控制越平缓和收敛，设定第一阈值a，判
断σn≤a后，通过判定当前周期输出的制冷量Cn、当前周期的前i周期输出的制冷量平均值
CAn和第二阈值c之间的关系为CAn‑c≤Cn≤CAn+c，当Cn满足上述关系累计时间t1＝d×t时，
制冷量输出趋于稳定，为了避免由于制冷量的微小波动造成温控精度超过±0.1℃，则下个
周期开始制冷量修正为当前周期的前i周期输出的制冷量平均值CAn，即C输出＝CAn。由此通过
下个周期输出的制冷量控制电动两通阀的开度，控制经过热交换器的吸热通路的制冷剂的
流量，进而控制由热交换器的放热通路流出进入水箱的循环液的温度。

[0028] 本发明热交换器温控方法设计的温控系统结构简单，负载能力强，是一种宽温度范围的热交换器的控制方法。通过电动两通阀在PCW侧控制厂务水的流量控制水箱入口温
度，满足20℃时负载能力。通过对制冷量输出的统计分析修正被控对象参数，即通过对PID
控制器输出制冷量的统计分析，根据其标准差的大小判定水箱入口温度状态，同时修正实
际制冷量的输出，进而满足高低温段宽温区及空载负载状态的高精度温控需求，实现了热
交换装置满足20℃‑90℃的温度范围，同时20℃有较强的制冷能力。

[0029] 除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的
优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。

[0031] 图1是本发明提供的热交换器温控方法的流程示意图；

[0032] 图2是本发明提供的温控系统的结构示意图。

[0033] 附图标记：

[0034] 100：热交换器；200：水箱；300：泵体；400：负载；500：第一温度传感器；600：电动两通阀；700：第二温度传感器；800：第三温度传感器；900：流量传感器；210：加热器。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

[0036] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0037] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；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。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实施例中的具体含义。

[0038] 在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第
一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或
仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”
可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特
征。

[0039] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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实施例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
表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可
以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领
域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征
进行结合和组合。

[0040] 如图1和图2所示，本发明实施例提供的热交换器温控方法，包括：

[0041] 获取当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值和制冷量标准差；

[0042] 确定制冷量标准差小于或等于第一阈值；

[0043] 确定当前周期输出的制冷量大于或等于制冷量平均值与第二阈值之差，且小于或等于制冷量平均值与第二阈值之和；

[0044] 设定当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值。

[0045] 本发明实施例的热交换器温控方法，PID控制器根据循环回路上水箱200的入口温度和入口目标温度对应输出制冷量，进一步控制制冷回路上电动两通阀600的开度值，制冷
量和开度值成比例关系，且制冷量和开度值的范围均为0‑100。在确定下一周期输出的制冷
量时，获取当前周期之前的i个周期输出的制冷量平均值CAn和制冷量标准差σn，对应的第1
个周期输出制冷量为C1，第n个周期输出制冷量为Cn，将下一周期输出的制冷量设定为C输出，
在PID控制器运行后，经过i个周期后的每个周期内，持续计算得到前i个周期输出的制冷量
平均值CAn和制冷量标准差σn，当制冷量处于恒定波动的状态，同时水箱200的入口温度和水
箱200的入口目标温度越接近时，PID控制器对制冷量的输出控制越平缓和收敛，设定第一
阈值a，判断σn≤a后，通过判定当前周期输出的制冷量Cn、当前周期的前i周期输出的制冷量
平均值CAn和第二阈值c之间的关系为CAn‑c≤Cn≤CAn+c，当Cn满足上述关系累计时间t1＝d
×t时，制冷量输出趋于稳定，为了避免由于制冷量的微小波动造成温控精度超过±0.1℃，
则下个周期开始制冷量修正为当前周期的前i周期输出的制冷量平均值CAn，即C输出＝CAn。由
此通过下个周期输出的制冷量控制电动两通阀600的开度，控制经过热交换器100的吸热通
路的制冷剂的流量，进而控制由热交换器100的放热通路流出进入水箱200的循环液的温
度。

[0046] 本发明热交换器温控方法设计的温控系统结构简单，负载能力强，是一种宽温度范围的热交换器100的控制方法。通过电动两通阀600在PCW侧控制厂务水的流量控制水箱
200的入口温度，满足20℃时负载能力。通过对制冷量输出的统计分析修正被控对象参数，
即通过对PID控制器输出制冷量的统计分析，根据其标准差的大小判定水箱200的入口温度
状态，同时修正实际制冷量的输出，进而满足高低温段宽温区及空载负载状态的高精度温
控需求，实现了热交换装置满足20℃‑90℃的温度范围，同时20℃有较强的制冷能力。

[0047] 根据本发明提供的一个实施例，第n个周期获取的前i个周期输出的制冷量平均值

[0048]

[0049] 其中，Cn为第n个周期输出的制冷量。

[0050] 本实施例中，以周期T为单位统计分析制冷量，T＝i×t。对应的在第n个周期即当前周期，可以得到前i个周期输出的制冷量平均值CAn。

[0051] 根据本发明提供的一个实施例，第n个周期获取的前i个周期输出的制冷量标准差

[0052]

[0053] 本实施例中，根据第n个周期前i个周期输出的制冷量平均值CAn可以得到对应输出的制冷量标准差σn。

[0054] 根据本发明提供的一个实施例，第二阈值c＝b×σn，其中b为制冷量标准差的修正系数。本实施例中，第二阈值为制冷量标准差σn与制冷量标准差的修正系数之积，即当前周
期的前i个周期输出的制冷量标准差σn、前i个周期输出的制冷量平均值CAn和当前周期输出
的制冷量三者之间的关系为CAn‑b×σn≤Cn≤CAn+b×σn，

[0055] 根据本发明提供的一个实施例，在当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值的情况下，PID参数中积分系数和微分系数由原始修改为
0。本实施例中，当当前周期的下一周期输出的制冷量C输出＝CAn时，为避免PID参数中积分系
数I和微分系数D对制冷量的持续修正，将积分系数I和微分系数D修改为0。

[0056] 根据本发明提供的一个实施例，本发明实施例的热交换器温控方法还包括：

[0057] 确定当前周期输出的制冷量小于制冷量平均值与第二阈值之差，或大于制冷量平均值与第二阈值之和；

[0058] 当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期输出的制冷量。

[0059] 本实施例中，设定第一阈值a，判断当前周期的前i周期输出的制冷量标准差σn≤a后，通过判定当前周期输出的制冷量Cn、当前周期的前i周期输出的制冷量平均值CAn和当前
周期的前i周期输出的制冷量标准差σn之间的关系为CnCAn+b×σn，当前周
期的下一周期输出的制冷量为当前周期输出的制冷量，即C输出＝Cn，即当Cn的波动范围超出
标准差的范围较多时，下一周期维持当前周期输出的制冷量，满足温控需要。

[0060] 根据本发明提供的一个实施例，本发明实施例的热交换器温控方法还包括：

[0061] 确定当前周期的前i个周期输出的制冷量标准差大于第一阈值；

[0062] 当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期输出的制冷量。

[0063] 本实施例中，当水箱200的入口温度与入口目标温度之间偏差变大时，制冷量持续变化，此时判定当前周期的前i个周期输出的制冷量标准差σn＞a，对应当前周期的下个周
期开始输出的制冷量恢复为当前周期输出的制冷量，即C输出＝Cn，满足正常控温的需要。

[0064] 根据本发明提供的一个实施例，在当前周期的下一周期输出的制冷量为当前周期输出的制冷量的情况下，PID参数中积分系数和微分系数为原始参数。本实施例中，当当前
周期的下个周期输出的制冷量恢复为C输出＝Cn时，将PID参数中积分系数I和微分系数D恢复
为原始参数。

[0065] 根据本发明提供的一个实施例，在获取当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值和制冷量标准差的步骤前还包括：

[0066] 根据水箱200的入口温度和入口目标温度，启用PID控制器；

[0067] 记录各周期输出的制冷量。

[0068] 本实施例中，通过温度传感器检测循环回路上流经热交换器100后流入水箱200的循环液的温度，作为水箱200的入口温度，通过与已设定的水箱200的入口目标温度SV的比
较判定，控制PID控制器的启动。在PID控制器的启动后，以固定的周期t记录PID输出的制冷
量，而后获取当前周期的前i个周期输出的制冷量平均值和制冷量标准差，进行温控调整。

[0069] 如图2所示，本发明实施例还提供一种应用上述实施例的热交换器温控方法进行温控的温控系统，包括热交换器100、水箱200和泵体300，热交换器100的吸热通路用于与制
冷系统连通形成制冷回路，热交换器100的放热通路、水箱200、泵体300和负载400连通形成
循环回路，水箱200的入口处设置第一温度传感器500，热交换器100的吸热通路的进口处设
有电动两通阀600。

[0070] 本发明实施例的温控系统，制冷回路中流通制冷剂，循环回路中流通循环液，制冷系统为厂务冷却水系统，电动两通阀600在制冷回路上控制进入热交换器100的吸热通路的
制冷剂的流量，从而控制制冷量的输出。热交换器100为蒸发器，水箱200内设置加热器210，
水箱200中的循环液由泵体300泵入负载400，热交换器100的放热通路与水箱200的入口连
通的管路上设置第一温度传感器500、负载400与热交换器100的放热通路连通的管路上设
置第二温度传感器700，泵体300与负载400连通的管路上设置第三温度传感器800，第三温
度传感器800后的管路上设置流量传感器900。

[0071] 电动两通阀600控制厂务水作为制冷剂在蒸发器内与循环回路流入蒸发器的循环液进行换热，循环液制冷降温。循环回路外部连接主设备，主设备在进行工艺制程时会造成
蒸发器的回口温度升高，控制水箱200的入口温度在一定温度波动，加热器210控制水箱200
的出口温度稳定在给定的目标温度，保证出口温度的控温精度。第一温度传感器500用于检
测水箱200的入口温度，第二温度传感器700用于检测热交换器100的放热通路的回口温度。

[0072] 本实施例中，为了满足温控系统在20℃有较强的制冷能力，同时考虑装置的经济性，电动两通阀600可选用常规的球阀，选型规格需要对应的放大。由于常规球阀的控制精
度偏低，全量程内在1％‑2％。在低温段制冷量输出偏大，可以满足空载和负载400的温控精
度，而在高温段时空载需要输出的制冷量很小，球阀的控制精度难以满足±0.1℃的温控精
度，因此通过本发明通过电动两通阀600在PCW侧控制厂务水的流量控制水箱200入口温度，
满足20℃时负载能力。通过对制冷量输出的统计分析修正被控对象参数，即通过对PID控制
器输出制冷量的统计分析，根据其标准差的大小判定水箱200入口温度状态，同时修正实际
制冷量的输出，进而满足高低温段宽温区及空载负载状态的高精度温控需求，实现了热交
换装置满足20℃‑90℃的温度范围，同时20℃有较强的制冷能力。

[0073] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。