基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置制造方法及图纸

基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置属于精密温控技术领域，针对现有流体温度波动抑制装置无法满足动态温度控制性能需求的问题，提出了一种基于动态跟踪的流体温度波动抑制装置，流体一分为二同时流入一个热容滤波装置的两侧通路，一侧通路中的流体直接流过，同时采用温度传感器来获取流体温度设定点变化情况，并以此来控制安装在另一侧通路入口处电控阀的开闭，从而截取一部分流体存储于该通路中作为温度波动抑制的热容滤波介质并保证介质温度与流体温度设定值一致，实现热容滤波介质温度对流体温度设定值的跟随，最终实现针对动态流体温度波动的抑制，为具有动态高精度温度需求的流体温度控制系统提供了有效的技术方案。

Fluid temperature fluctuation suppression device based on dynamic tracking heat capacity filtering

Dynamic fluid temperature fluctuation tracking filter capacity suppression device belongs to the technical field of precision temperature control based on the existing fluid temperature fluctuation suppression device cannot meet the dynamic temperature control performance requirements, proposed a dynamic tracking based on fluid temperature fluctuation suppression device, the fluid flows into a heat filter One divides into two. at both sides of the device directly through the pathway. The fluid side pathway, while using the temperature sensor to obtain the fluid temperature set point changes, and in order to control the installation in the open and close the other side of the entrance to the channel electric control valve, intercepting a portion of the fluid stored in this pathway as heat medium temperature fluctuation suppression filtering and ensure the medium temperature and fluid temperature settings consistent the heat capacity of filter medium temperature on fluid temperature to follow, and ultimately to The suppression of the temperature fluctuation of the dynamic fluid provides an effective technical scheme for the fluid temperature control system with dynamic and high precision temperature demand.

【技术实现步骤摘要】
基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置
本专利技术属于精密温控
，主要涉及一种基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置。
技术介绍
随着超精密测量、加工精度的不断提高，热污染逐渐凸显成为制约测量、加工精度和性能进一步提高的关键因素之一。目前，普遍采用以空气、水或复合冷却液等为循环介质的循环流体温度控制系统来实现对温度敏感零部件、区域的高精度温度控制，并采用流体温度波动抑制装置串联在循环流体温度控制系统中的形式来进一步提高流体温度稳定性，以实现mK甚至更高量级的循环流体温度稳定性来满足超精密测量、加工的需求。以半导体加工的核心设备光刻机为例：采用循环冷却水通过电机水道的方式来带走电机运动时产生的热量，将电机表面温升抑制在0.1K以内；同时采用循环恒温空气产生的气浴来控制激光干涉测量系统光路所在的空间温度，使其长期温度波动不超过±0.01K。上述性能指标均是通过具有mK级温度稳定性的循环水或空气来实现的。针对循环流体温度波动抑制问题，K.M.Lawton等提出了两类技术方案(1.PrecisionTemperatureControlofHigh-ThroughputFluidFlows:TheoreticalandExperimentalAnalysis，第一作者：Lawton,K.M.，期刊：JournalofHeatTransfer,2001年123卷4期；2.Directcontactpackedbedthermalgradientattenuators:Theoreticalanalysisandexperimentalobservations.第一作者：Lawton,K.M，期刊：ReviewofScienceInstruments，2003年74卷5期)：1)将一个换热器的一侧通道内密封充满水作为热容滤波介质，并让循环流体通过另一侧通道，循环流体温度波动时，介质就会依靠自身的热容来吸收或释放热量，以此来抑制循环流体的温度波动。2)在一个容器中充满不锈钢球，让循环流体从容器的一端流入经过不锈钢球后从另一端流出，以不锈钢球的热容来吸收或释放热量，从而抑制循环流体温度波动。这两类技术方案能有效工作的核心前提是介质温度必须处于循环流体温度波动范围之内。同时，有采用相变材料作为介质的技术方案被提出(1.Experimentalinvestigationofstabilizationofflowingwatertemperaturewithawater-PCMheatexchanger，第一作者：Vít,会议：EPJWebofConferences.2014年；2.ThermalStorageasaWaytoAttenuateFluid-TemperatureFluctuations:Sensible-HeatVersusLatent-HeatStorageMaterials，第一作者：PavelCharvat，期刊：MaterialsandTechnology，2014年48卷3期；3.Temperatureregulatorunitforfluidflowinachannelusingphasechangematerial，第一作者：Alawadhi,E.M.，期刊：AppliedThermalEngineering，2005年25卷2期)：以相变材料为热容滤波介质并包裹在铜管外壁，循环流体自管内流过，构成套管换热结构。并利用相变材料在相变过程中能吸收或释放巨大的热能且自身温度几乎维持不变的特性来实现对管内循环流体温度波动的抑制功能。这类技术方案能有效工作的核心前提是流体温度波动范围在相变材料的相变温度范围之内，才能有效利用相变材料的潜热容。上述几类技术方案，采用不同的结构和热容滤波介质实现了循环流体的温度波动抑制，但都存在同一共性问题：不具备跟随循环流体温度设定点变化的动态温度波动抑制能力，具体地：(1)以水、金属球或相变材料为介质的技术方案，由于水、金属球或相变材料都是静止且无源的，不具备调节自身温度的能力，因此装置工作前都需要将水或金属球的温度提前设置到循环流体温度点或提前制备相应的相变材料；(2)同样由于水、金属球或相变材料不具备调节自身温度的能力，因此散热等因素会使水、金属球或相变材料等介质的温度随时间逐渐发生漂移，此时介质不但无法有效抑制循环流体温度波动，反而会导致循环流体温度随介质温度一起漂移；(3)如果在工作过程中循环流体温度设定值发生了改变，则会出现循环流体温度与介质温度不匹配的现象，即循环流体和介质之间存在超过循环流体自身温度波动峰值的温差，此时介质非但无法有效抑制循环流体的温度波动，还会使得循环流体温度偏离设定点，成为一个干扰源，需要重新调节介质温度；而相变材料只有在相变温度范围内才具有极大的热容，而相变温度通常是一个极窄的温度范围，因此一种相变材料只能对温度设定点在该相变温度范围之内的循环流体温度波动进行抑制，当循环流体温度设定值为其他温度时，需要重新配置与之相匹配的相变材料才能实现循环流体温度波动抑制效果。综上所述，现有的技术方案无法解决实时跟随流体温度设定点的动态循环流体温度波动抑制问题。而目前用以制备高精度恒温循环冷却水的循环冷水机的温度调整时间一般在分钟量级，具有一定的动态性能。所以，当采用现有的循环流体温度波动抑制装置技术方案与恒温循环冷水机串联构成循环流体温度控制系统时，虽然可以提高循环流体的温度稳定性却极大地限制了循环流体温度控制系统的动态性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对具有动态高精度温度需求的流体温度控制系统提供了有效的流体温度波动抑制技术方案。本专利技术的技术解决方案是：一种基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，包括入口管路、温度波动抑制模块和出口管路，入口管路的一端与温度波动抑制模块的入口连接，出口管路的一端与温度波动抑制模块的出口连接，流体由入口管路流入，经过温度波动抑制模块后由出口管路流出，所述温度波动抑制模块由入口支管路A、入口支管路B、出口支管路A、出口支管路B、温度传感器、电控阀和热容滤波装置组成，热容滤波装置由工作流体通路和滤波介质通路组成；入口支管路A一端连接入口管路，另一端连接工作流体通路的入口；入口支管路B一端连接入口管路，另一端连接滤波介质通路的入口；出口支管路A一端连接出口管路，另一端连接工作流体通路的出口；出口支管路B一端连接出口管路，另一端连接滤波介质通路的出口；两个温度传感器分别设置在入口管路和出口支管路B中，电控阀设置在入口支管路B中；两个温度传感器分别与控制器的信号输入端连接，电控阀与控制器的信号输出端连接。所述的热容滤波装置采用套管式换热结构、管壳式换热结构、交叉流换热结构、板式换热结构或螺旋板式换热结构。所述的电控阀采用电磁开关阀或电动开关阀。所述流体为水、空气、油或加工冷却液。本专利技术的技术创新性及产生的良好效果在于：(1)本专利技术提出的基于动态热容滤波的流体温度波动抑制技术方案，直接利用循环流体自身作为热容滤波介质，不需要额外准备其它热容滤波介质，并且由于利用循环流体自身作为热容滤波介质，无需提前单独调节热容滤波介质的温度。(2)本专利技术提出的流体温度波动抑制技术方案，通过温度传感器实时监测热容滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，包括入口管路(1)、温度波动抑制模块(10)和出口管路(2)，入口管路(1)的一端与温度波动抑制模块(10)的入口连接，出口管路(2)的一端与温度波动抑制模块(10)的出口连接，流体(12)由入口管路(1)流入，经过温度波动抑制模块(10)后由出口管路(2)流出，其特征在于：所述温度波动抑制模块(10)由入口支管路A(3)、入口支管路B(4)、出口支管路A(5)、出口支管路B(6)、温度传感器(7)、电控阀(8)和热容滤波装置(9)组成，热容滤波装置(9)由工作流体通路(9a)和滤波介质通路(9b)组成；入口支管路A(3)一端连接入口管路(1)，另一端连接工作流体通路(9a)的入口；入口支管路B(4)一端连接入口管路(1)，另一端连接滤波介质通路(9b)的入口；出口支管路A(5)一端连接出口管路(2)，另一端连接工作流体通路(9a)的出口；出口支管路B(6)一端连接出口管路(2)，另一端连接滤波介质通路(9b)的出口；两个温度传感器(7)分别设置在入口管路(1)和出口支管路B(6)中，电控阀(8)设置在入口支管路B(4)中；两个温度传感器(7)分别与控制器(11)的信号输入端连接，电控阀(8)与控制器(11)的信号输出端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于动态跟踪热容滤波的流体温度波动抑制装置，包括入口管路(1)、温度波动抑制模块(10)和出口管路(2)，入口管路(1)的一端与温度波动抑制模块(10)的入口连接，出口管路(2)的一端与温度波动抑制模块(10)的出口连接，流体(12)由入口管路(1)流入，经过温度波动抑制模块(10)后由出口管路(2)流出，其特征在于：所述温度波动抑制模块(10)由入口支管路A(3)、入口支管路B(4)、出口支管路A(5)、出口支管路B(6)、温度传感器(7)、电控阀(8)和热容滤波装置(9)组成，热容滤波装置(9)由工作流体通路(9a)和滤波介质通路(9b)组成；入口支管路A(3)一端连接入口管路(1)，另一端连接工作流体通路(9a)的入口；入口支管路B(4)一端连接入口管路(1)，另一端连接滤波介质通路(9b)的入口；出口支管路A(5)一端连接出口管路(2)，另...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆叶盛，崔俊宁，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23