CN116412605A - 供冷系统及供冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种供冷系统及供冷方法，涉及供冷技术领域，本供冷系统借用现有的新风空调作为主要的冷源，利用新风空调的换热段对水进行冷却，而将制冷机组作为补充的冷源，在新风空调的冷却效果不能满足用水设施的需求时配合新风空调对水进行冷却，这样就可以减少制冷机组的运行次数、功率、时长等，从而降低制冷机组的能耗，延长制冷机组的使用寿命。同时，本供冷系统设置第一水泵、第二水泵及水流检测件，水流检测件与第一水泵和制冷机组并联。对应的供冷方法可以根据水流检测件所在的分支管路的水流方向和水流流量调节第一水泵和第二水泵的频率，从而在保证满足用水设施需求的同时实现节能。

Description

供冷系统及供冷方法

技术领域

本发明涉及供冷技术领域，具体而言，涉及一种供冷系统及供冷方法。

背景技术

作为第三代半导体材料的代表，碳化硅(SiC)具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高饱和电子迁移率等特点，因此采用碳化硅材料制备的半导体器件适用于高电压、大电流、高温、高频等场景，前景十分广阔。

碳化硅衬底、外延及器件的加工的过程中，通常需要大量的冷却水供应。但是，现有的供冷系统中，用水设施直接与制冷机组连通，所需的冷却水依靠制冷机组进行制冷，普遍存在能耗高，寿命短的问题。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种供冷系统和供冷方法，其能够有效降低制冷机组的能耗，延长制冷机组的寿命。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供了一种供冷系统，其包括：

新风空调，所述新风空调包括依次设置的进风段、换热段以及出风段，所述换热段设置有换热盘管，所述换热盘管位于所述换热段内且两端伸出所述换热段以分别形成进水口和出水口；

用水设施，所述用水设施的进口通过第一管路与所述出水口连通，出口通过第二管路与所述进水口连通；

制冷机组，所述制冷机组设置于所述第一管路。

在可选的实施方式中，供冷系统还包括第一水泵、第二水泵及分支管路，所述第一水泵和所述第二水泵串联设置于所述第一管路，所述分支管路的第一端连接于所述第一管路且位于所述第一水泵和所述新风空调之间，所述分支管路的第二端连接于所述第一管路且位于所述第一水泵和所述第二水泵之间，所述分支管路设置有水流检测件，所述水流检测件与所述第一水泵和所述制冷机组并联，用于检测所述分支管路的水流方向和水流流量。

在可选的实施方式中，沿所述第一管路的水流方向，所述第一水泵、所述制冷机组及第二水泵依次串联。

在可选的实施方式中，供冷系统还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器设置于所述第一管路，用于检测所述第一管路的水流温度，所述控制器同时与所述温度传感器、所述水流检测件、所述制冷机组、所述第一水泵以及所述第二水泵电连接，用于根据所述水流方向、所述水流流量及所述水流温度控制所述制冷机组、所述第一水泵及所述第二水泵的工况。

在可选的实施方式中，供冷系统还包括冷却塔和换热器，所述换热器包括能相互进行热交换的热管和冷管，所述热管与所述第一管路连通，所述冷管与所述冷却塔连通。

在可选的实施方式中，所述冷管的进口通过第三管路与所述冷却塔的出口连通，出口通过第四管路与所述冷却塔的进口连通，所述第三管路上设置有第三水泵。

在可选的实施方式中，所述用水设施包括干冷盘管、空调盘管、工艺冷却水系统水管中的至少一个。

在可选的实施方式中，所述新风空调的数量为多个且多个所述新风空调的换热盘管相互并联。

第二方面，本发明还提供了一种基于前述供冷系统的供冷方法，其包括：

获取所述分支管路的水流方向和水流流量；

根据所述分支管路的水流方向和水流流量调节所述第一水泵和所述第二水泵的频率。

在可选的实施方式中，所述根据所述分支管路的水流方向和水流流量调节所述第一水泵和所述第二水泵的频率的步骤具体包括：

在所述水流方向为第一方向且所述水流流量大于第一阈值时，控制所述第一水泵的频率升高，直至所述水流流量小于或者等于所述第一阈值；

在所述水流方向为第二方向且所述水流流量大于第二阈值时，控制所述第一水泵的频率降低，直至所述水流流量小于或者等于所述第二阈值；

其中，所述第一方向为从所述第一端到所述第二端的方向，所述第二方向为从所述第二端到所述第一端的方向。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本供冷系统包括新风空调、用水设施以及制冷机组，新风空调包括依次设置的进风段、换热段以及出风段，换热段设置有换热盘管，换热盘管位于换热段内且两端伸出换热段以分别形成进水口和出水口，用水设施的进口通过第一管路与出水口连通，出口通过第二管路与进水口连通，制冷机组设置于第一管路。本供冷系统借用厂房或者厂区现有的新风空调作为主要的冷源，利用新风空调的换热段对水进行冷却，而将制冷机组作为补充的冷源，在新风空调的冷却效果不能满足用水设施的需求时配合新风空调对水进行冷却，这样就可以减少制冷机组的运行次数、功率、时长等，从而降低制冷机组的能耗，延长制冷机组的使用寿命。

同时，本供冷系统设置第一水泵、第二水泵及水流检测件，水流检测件与第一水泵和制冷机组并联。对应的供冷方法可以根据水流检测件所在的分支管路的水流方向和水流流量调节第一水泵和第二水泵的频率，从而在保证满足用水设施需求的同时实现节能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的供冷系统的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的新风空调的结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的供冷系统的控制框图；

图4为本发明第二实施例提供的供冷方法的流程图；

图5为本发明第二实施例提供的步骤S200的子步骤流程图。

图标：100-新风空调；102-进风段；104-换热段；106-出风段；108-换热盘管；1082-进水口；1084-出水口；110-第一管路；112-第一水泵；114-第二水泵；116-制冷机组；120-第二管路；130-分支管路；200-用水设施；300-水流检测件；400-冷却塔；410-第三管路；412-第三水泵；420-第四管路；500-换热器；600-控制器；610-温度传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

第一实施例：

请参考图1和图2，本发明提供了一种供冷系统，可以用于给碳化硅衬底、外延及器件加工所需的用水设施200供应冷却水，以保证碳化硅正常加工的同时降低能耗。

详细地，本供冷系统包括新风空调100、用水设施200以及制冷机组116，新风空调100包括依次设置的进风段102、换热段104以及出风段106，换热段104设置有换热盘管108，换热盘管108位于换热段104内且两端伸出换热段104以分别形成进水口1082和出水口1084。用水设施200的进口通过第一管路110与出水口1084连通，出口通过第二管路120与进水口1082连通，制冷机组116设置于第一管路110。

其中，新风空调100的数量为多个，比如三个、四个、五个、六个等。多个新风空调100的换热盘管108相互并联，可以同时工作。

采用多个新风空调100并联的方式可以尽可能地提高对水的冷却效果，一般来说碳化硅生产的厂区或者厂房对新风的需求特别大，通常都会设置较多的新风空调100，这些新风空调100分散在厂区或者厂房各个位置。本供冷系统借用这些现有的新风空调100，通过管路将它们并联在一起，这样水可以分流进入多个新风空调100，分别在多个新风空调100的换热盘管108内与经过换热段104的新风热交换实现自我冷却，然后从多个新风空调100流出并在第一管路110内汇流，这样可以有效提高冷却效果。

用水设施200包括干冷盘管、空调盘管、工艺冷却水系统水管中的至少一个，具体可以根据需求进行选择，本实施例中，用水设施200包括干冷盘管、空调盘管和工艺冷却水系统水管，且三者并联。这样可以避免三者之间用水相互影响。其它实施例中，用水设施200也可以为干冷盘管、空调盘管、工艺冷却水系统水管三者中的任意两个或者任意一个；此外，用水设施200也可以为清洗设备等。

为了进一步地提高对水的冷却效果，本实施例中，供冷系统还包括冷却塔400和换热器500，换热器500包括能相互进行热交换的热管(图中未示出)和冷管(图中未示出)，热管与第一管路110连通，冷管与冷却塔400连通，用于流通冷却塔400供应的冷却水。详细地，冷管的进口通过第三管路410与冷却塔400的出口连通，出口通过第四管路420与冷却塔400的进口连通。

冷却塔的数量一般为多个且相互并联，以提高冷却效果。换热器500可以根据需要采用不同的结构，本实施例中，换热器500为板式换热器。板式换热器500是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换，具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。

为了保证冷却塔400和换热器500之间的水流动力，本实施例中，第三管路410上设置有第三水泵412，用于为第三管路410和第四管路420内的水流提供动力。进一步地，第三管路410上还设置有两个截止阀，两个截止阀分别位于第三水泵412的两侧，以便用户根据需求控制第三管路410的通断。

通过设置冷却塔400和换热器500，可以进一步地实现对水的冷却，提高供冷系统的冷却效果。尤其是在冬季，冷却塔400普遍存在闲置的情况，可以充分利用。

进一步地，供冷系统还包括第一水泵112、第二水泵114及分支管路130，第一水泵112和第二水泵114串联设置于所述第一管路110，详细地，沿第一管路110内的水流方向(即从新风空调100到用水设施200的方向)，第一水泵112、制冷机组116及第二水泵114依次串联。

所述分支管路130的第一端连接于所述第一管路110且位于所述第一水泵112和所述新风空调100之间(具体位于第一水泵112和换热器500之间)，所述分支管路130的第二端连接于所述第一管路110且位于所述第一水泵112和所述第二水泵114之间(具体位于制冷机组116和第二水泵114之间)。所述分支管路130设置有水流检测件300，所述水流检测件300与所述第一水泵112和所述制冷机组116并联，用于检测所述分支管路130的水流方向和水流流量。

水流检测件300可以包括流量传感器和流向传感器，用于分别检测水流的流量和流向。

第一水泵112和第二水泵114共同为整个供冷系统的水流提供动力，使冷却水在新风空调100、用水设施200、制冷机组116之间循环流动。一般来说，二者需要同时运行，因为整个供冷系统的管路行程很长，二者择一运行无法提供足够的水流动力，相应地无法提供足够的水流流量，自然也无法满足用水设施200的需求。当然，在一些特殊的情况下，用水设施200的需求降低时，二者也可以择一运行，比如仅第一水泵112运行。

进一步地，请参照图3，本供冷系统还包括温度传感器610和控制器600，温度传感器610设置于第一管路110，用于检测第一管路110的水流温度。控制器600同时与温度传感器610、水流检测件300、制冷机组116、第一水泵112以及第二水泵114电连接，用于根据水流方向、水流流量及水流温度控制制冷机组116、第一水泵112及第二水泵114的工况。

本供冷系统的工作原理和过程具体如下：

第一水泵112和第二水泵114共同启动，驱动整个供冷系统的管路内的水循环流动。第一管路110内的冷却水从用水设施200的进口进入，流经用水设施200后，经过与用水设施200热交换后升温(升温幅度根据实际情况确定，比如从14°上升至21°)，从而冷却用水设施200，实现对用水设施200的冷量供应。

然后升温后的冷却水从用水设施200的出口流出，流经第二管路120后通过进水口1082进入新风空调100的换热盘管108，在流经换热盘管108的过程中与经过换热段104的新风进行热交换而降温(降温幅度根据实际情况确定，比如从21°下降至16°)，这样可以加热换热盘管108，防止换热盘管108在冬季被冻裂，同时可以加热新风空调100内经过换热段104的新风，提高新风空调100的温度调节效率。

之后降温后的冷却水从出水口1084流出，沿着第一管路110流动，在经过换热器500的热管时，与冷管的冷却水(也即冷却塔400通过第三管路410和第四管路420向冷管提供的冷却水)进行热交换而进一步降温(降温幅度根据实际情况确定，比如从16°下降至14°)，之后再次降温后的冷却水继续沿第一管路110流动，而冷管内升温的水回到冷却塔400重新冷却。

如果经过新风空调100和冷却塔400降温后的冷却水的温度已经可以满足用水设施200的需求，则制冷机组116不启动，从而降低制冷机组116的能耗，延长其寿命，冷却水沿着第一管路110依次流经第一水泵112、不运行的制冷机组116及第二水泵114后，重新回到用水设施200，以实现对用水设施200的供冷。

如果经过新风空调100和冷却塔400降温后的冷却水的温度不能满足用水设施200的需求，则需要开启制冷机组116，冷却水流经制冷机组116时会被进一步制冷，使得第一管路110内的冷却水的温度进一步降低，以满足用水设施200的需求。

另外，水流检测件300可以通过检测分支管路130内的水流方向和水流流量判断第一水泵112和第二水泵114的频率匹配度，从而调节第一水泵112的流量以使其与第二水泵114的频率匹配，从而使得两个水泵提供的水流动力和流量匹配，保证第一管路110内的冷却水的高效流动，在满足用水设施200需求的同时尽可能降低能耗。

综上，本供冷系统借用现有的新风空调100作为主要的冷源，利用新风空调100的换热段104对水进行冷却，而将制冷机组116作为补充的冷源，在新风空调100的冷却效果不能满足用水设施200的需求时配合新风空调100对水进行冷却，这样就可以减少制冷机组116的运行次数、功率、时长等，从而降低制冷机组116的能耗，延长制冷机组116的使用寿命。同时，本供冷系统设置水流检测件300与第一水泵112和制冷机组116并联，通过检测分支管路130的水流方向和水流流量可以判断第一水泵112和第二水泵114的频率的匹配度，从而调节第一水泵112的频率使其与第二水泵114的频率匹配，进而在保证满足用水设施200需求的同时实现节能。

第二实施例：

请参照图4和图5，本实施例提供了一种基于第一实施例的供冷系统的供冷方法，其包括以下步骤：

步骤S100:获取分支管路130的水流方向和水流流量。其中，水流方向和水流流量由水流检测件300检测后发送给控制器600，以供控制器600获取。

步骤S200:根据分支管路130的水流方向和水流流量调节第一水泵112和第二水泵114的频率。第二水泵114的频率一般由用户根据用水设施200的实际需求确定，因此一般情况下不调节第二水泵114的频率，而调节第一水泵112的频率，使得第一水泵112的频率与第二水泵114的频率匹配。当然，在一些情况下，比如第一水泵112的频率无法进一步调节时，也可以调节114的频率使其与第一水泵112的频率匹配。

进一步地，步骤S200(即根据分支管路130的水流方向和水流流量调节第一水泵112和第二水泵114的频率)具体包括：

步骤S210:在水流方向为第一方向且水流流量大于第一阈值时，控制第一水泵112的频率升高，直至水流流量小于或者等于所述第一阈值。

其中，第一方向为从第一端到第二端的方向(此时第一端为进水端，第二端为出水端)，第一阈值由用户根据实际需求和经验设置于控制器600内。当分支管路130内的水流从第一端流向第二端时，说明第一水泵112的频率明显低于第二水泵114的频率，即二者的频率不匹配，第一水泵112提供的水流动力和流量偏小，此时需要控制第一水泵112升频，使其频率接近第二水泵114的频率，直至分支管路130内的水流流量低于第一阈值，即分支管路130内基本没有水流通过(理想情况是分支管路130的流量为0)，此时第一水泵112和第二水泵114的频率匹配，可以满足用水设施200的冷量需求。

以及步骤S220:在所述水流方向为第二方向且所述水流流量大于第二阈值时，控制所述第一水泵112的频率降低，直至所述水流流量小于或者等于所述第二阈值。

其中，所述第二方向为从所述第二端到所述第一端的方向(此时第二端为进水端，第一端为出水端)，第二阈值由用户根据实际需求和经验设置于控制器600内，其可以等于第一阈值，也可以不等于第一阈值。当分支管路130内的水流从第二端流向第一端时，说明第一水泵112的频率明显高于第二水泵114的频率，即二者的频率不匹配，第一水泵112提供的水流动力和流量偏大，此时需要控制第一水泵112降频，使其频率接近第二水泵114的频率，直至分支管路130内的水流流量低于第二阈值，即分支管路130内基本没有水流通过(理想情况是分支管路130的流量为0)，此时第一水泵112和第二水泵114的频率匹配，可以在满足用水设施200的冷量需求的同时，实现能耗最小化。

综上，本供冷方法根据分支管路130的水流方向和水流流量调节第一水泵112和第二水泵114的频率，当分支管路130内基本没有水流时，二者的频率匹配，这样就可以在保证满足用水设施200需求的情况下实现节能。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种供冷系统，其特征在于，包括：

新风空调(100)，所述新风空调(100)包括依次设置的进风段(102)、换热段(104)以及出风段(106)，所述换热段(104)设置有换热盘管(108)，所述换热盘管(108)位于所述换热段(104)内且两端伸出所述换热段(104)以分别形成进水口(1082)和出水口(1084)；

用水设施(200)，所述用水设施(200)的进口通过第一管路(110)与所述出水口(1084)连通，出口通过第二管路(120)与所述进水口(1082)连通；

制冷机组(116)，所述制冷机组(116)设置于所述第一管路(110)。

2.根据权利要求1所述的供冷系统，其特征在于，供冷系统还包括第一水泵(112)、第二水泵(114)及分支管路(130)，所述第一水泵(112)和所述第二水泵(114)串联设置于所述第一管路(110)，所述分支管路(130)的第一端连接于所述第一管路(110)且位于所述第一水泵(112)和所述新风空调(100)之间，所述分支管路(130)的第二端连接于所述第一管路(110)且位于所述第一水泵(112)和所述第二水泵(114)之间，所述分支管路(130)设置有水流检测件(300)，所述水流检测件(300)与所述第一水泵(112)和所述制冷机组(116)并联，用于检测所述分支管路(130)的水流方向和水流流量。

3.根据权利要求2所述的供冷系统，其特征在于，沿所述第一管路(110)的水流方向，所述第一水泵(112)、所述制冷机组(116)及第二水泵(114)依次串联。

4.根据权利要求2所述的供冷系统，其特征在于，供冷系统还包括温度传感器(610)和控制器(600)，所述温度传感器(610)设置于所述第一管路(110)，用于检测所述第一管路(110)的水流温度，所述控制器(600)同时与所述温度传感器(610)、所述水流检测件(300)、所述制冷机组(116)、所述第一水泵(112)以及所述第二水泵(114)电连接，用于根据所述水流方向、所述水流流量及所述水流温度控制所述制冷机组(116)、所述第一水泵(112)及所述第二水泵(114)的工况。

5.根据权利要求1所述的供冷系统，其特征在于，供冷系统还包括冷却塔(400)和换热器(500)，所述换热器(500)包括能相互进行热交换的热管和冷管，所述热管与所述第一管路(110)连通，所述冷管与所述冷却塔(400)连通。

6.根据权利要求5所述的供冷系统，其特征在于，所述冷管的进口通过第三管路(410)与所述冷却塔(400)的出口连通，出口通过第四管路(420)与所述冷却塔(400)的进口连通，所述第三管路(410)上设置有第三水泵(412)。

7.根据权利要求1所述的供冷系统，其特征在于，所述用水设施(200)包括干冷盘管、空调盘管、工艺冷却水系统水管中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的供冷系统，其特征在于，所述新风空调(100)的数量为多个且多个所述新风空调(100)的换热盘管(108)相互并联。

9.一种基于权利要求2所述的供冷系统的供冷方法，其特征在于，包括：

获取所述分支管路(130)的水流方向和水流流量；

根据所述分支管路(130)的水流方向和水流流量调节所述第一水泵(112)和所述第二水泵(114)的频率。

10.根据权利要求9所述的供冷方法，其特征在于，所述根据所述分支管路(130)的水流方向和水流流量调节所述第一水泵(112)和所述第二水泵(114)的频率的步骤具体包括：

在所述水流方向为第一方向且所述水流流量大于第一阈值时，控制所述第一水泵(112)的频率升高，直至所述水流流量小于或者等于所述第一阈值；

在所述水流方向为第二方向且所述水流流量大于第二阈值时，控制所述第一水泵(112)的频率降低，直至所述水流流量小于或者等于所述第二阈值；

其中，所述第一方向为从所述第一端到所述第二端的方向，所述第二方向为从所述第二端到所述第一端的方向。

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