一种具有冷热回收功能的洁净室及其冷热回收方法

文章来源:http://www.iwuchen.com/  2023年11月03日  点击数:797
一种具有冷热回收功能的洁净室及其冷热回收方法

技术领域

本发明涉及半导体洁净室技术领域,特别是涉及一种具有冷热回收功能的洁净室及其冷热回收方法。

背景技术

集成电路和薄膜晶体液晶显示器为代表的电子工厂能耗巨大,其洁净室需要控制室内的温度、湿度、洁净度、压力、噪音振动、照度、静电在设定范围内,并根据工艺需求将工艺机台产生的有害气体、微粒子等污染物排出室外。

通常洁净室内系统由新风系统内MAU机组处理好新风,新风经过初中效过滤、预冷、预热、水洗段、再冷段、再热段,高效,化学段处理后送入洁净室内。洁净室内DCC系统对各区域内空气显热进行处理,FFU系统维持洁净室内空气循环,并对循环空气进行过滤,保证室内洁净度和吊顶内微正压。室内各功能区机台生产运行,会产生有害气体和微粒子,需要工艺排气系统对各区域进行排气,来保证洁净室内人员和机台设备正常运营环境。工艺排气在排走废气同时也会排走大部分洁净空气,该部分空气温度约在23℃。

现有技术中,直接通过MAU机组处理新风至设定温度、湿度、洁净度的新风,送至洁净室内。经过排气系统排放工艺机台产生的废气和微颗粒,同时将室内洁净空气部分带出,经排气系统洗涤塔、风机、过滤塔及二次风机及排放烟囱排放至大气环境中。新风与排气共同维持半导体洁净室内微正压环境,同时排气系统受工艺机台排气口需稳定负压环境,工艺排气系统稳定安全生产限制,允许压力波动值小。排气在洗涤塔处理过程中会受环境影响,排气温度随大气环境温度变化不稳定。

根据洁净室的运行条件和环境可知,为了维持洁净室的正常环境,必须进行排气,而排气会造成热量或冷量的散失,造成能量浪费,因此,如何能够利用这部分能量、降低洁净室的能耗,是本领域面临的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有冷热回收功能的洁净室及其冷热回收方法,以解决上述现有技术存在的问题,通过设置冷热回收系统,利用换热器吸收排气系统的热量或冷量,并将吸收的热量或冷量应用到新风系统,能够对洁净室正常工作所排放的热量或冷量进行回收,同时,将回收的能量再应用到洁净室,从而能够减少能量浪费,降低洁净室的能量损耗。

为实现上述目的,本发明提供了如下方案:

本发明提供一种具有冷热回收功能的洁净室,包括新风系统、排气系统和冷热回收系统,所述冷热回收系统包括换热器、循环管路和循环泵组,所述换热器中一换热通路连接所述循环管路,所述换热器中另一换热通路连接所述排气系统,所述换热器用于将所述循环管路内的循环水与所述排气系统的排气进行热交换,所述循环管路连通所述新风系统的预热盘管,通过所述循环泵组驱动所述循环水流动,将所述排气的冷量或热量传递到所述预热盘管。

优选地,包括洗涤塔前旁通管路和集管旁通管路,所述洗涤塔前旁通管路和所述集管旁通管路分别包括排气管旁通管路,所述换热器安装在所述排气管旁通管路上,所述排气管旁通管路上设置有排气温度传感器。

优选地,所述循环管路上设置有水管上温度传感器,所述水管上温度传感器位于所述换热器的出水侧。

优选地,所述循环管路通过旁通形式或直接连通形式连接所述预热盘管。

优选地,所述新风系统包括按照进风方向顺次设置的初效过滤段、中效过滤段、预热段、预冷段、加湿水洗段、再冷段、再热段、风机段、第一高效过滤段、第二高效过滤段、化学过滤段和风阀,所述风阀通过风管通向洁净室内,所述风管上设置有开关风阀,所述风管的出口处设置有调节风阀。

优选地,所述新风系统的进风口处设置有新风温度传感器。

优选地,所述排气系统包括酸废气处理系统、碱废气处理系统、有机废气处理系统、粉尘废气处理系统、含砷废气处理系统和一般废气处理系统,所述冷热回收系统连接所述酸废气处理系统、所述碱废气处理系统和/或所述一般废气处理系统。

优选地,所述碱废气处理系统包括按照废气流通方向顺次设置的洗涤塔、除雾器和排放烟囱,所述洗涤塔通过排气管路连接洁净室,所述洗涤塔和所述除雾器之间通过一次风机连接,所述除雾器和所述排放烟囱之间通过二次风机连接。

本发明还提供一种用于如前文记载的所述的具有冷热回收功能的洁净室的冷热回收方法,室外温度高于27℃时,为夏季工况,冷热回收系统利用排气的冷量;室外温度低于18℃时,为冬季工况,冷热回收系统利用排气的热量;室外温度介于18~27℃时,为过渡季工况,冷热回收系统停止运行。

优选地,夏季工况,当室外温度>27℃时,开启循环泵组,循环水在循环管路内进行循环,在换热器内循环水与排气进行换热,降低循环水的温度,降温后的循环水通入新风系统;检测换热后的循环水的水温,水温高于25℃时,降低循环频率,水温低于25℃时,提高循环频率;冬季工况,当室外温度<18℃时,开启循环泵组,循环水在循环管路内进行循环,在换热器内循环水与排气进行换热,提高循环水的温度,升温后的循环水通入新风系统;检测换热后的循环水的水温,水温高于22℃时,提升循环频率,水温低于22℃时,降低循环频率;过渡季工况,当温度介于18~27℃时,循环泵组停止运行或循环泵组停止运行且排气管旁通管路切出。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:

(1)本发明通过设置冷热回收系统,利用换热器吸收排气系统的热量或冷量,并将吸收的热量或冷量应用到新风系统,能够对洁净室正常工作所排放的热量或冷量进行回收,同时,将回收的能量再应用到洁净室,从而能够减少能量浪费,降低洁净室的能量损耗;

(2)本发明在洁净室已有装置的基础上增设有冷热回收系统,不需要对原有系统进行大幅变化,能够降低设备的投入成本,并在此基础上有效的进行能量回收和利用,最终解决了排气造成的冷热浪费问题,实现了良好的经济效益;

(3)本发明选择将冷热回收系统连接酸废气处理系统、碱废气处理系统和/或一般废气处理系统,上述酸废气、碱废气和一般废气约占排气总量的70%,可回收量大,利于洁净室整体降低能耗;

(4)本发明根据室外温度状况以及冷热回收系统的运行状况,划分为夏季工况、冬季工况和过渡季工况,能够在室外温度高于27℃或低于18℃时,对排气的能量有效进行回收利用,并在18℃~27℃时,采取停泵运行,进一步降低运行能耗;

(5)本发明换热器安装在排气管旁通管路上,在对排气进行能量回收时利用排气管旁通管路进行,排气系统通常风机选型时考虑裕量,风机性能曲线能覆盖住新增盘管的影响,新增阻力不大,在过渡季采用旁通切换,排气系统正常运行,即在不回收时不会新增能耗。

附图说明

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。

图1为本发明整体结构示意图;

图2为图1中新风系统结构示意图;

图3为图2中旁通形式安装的新风系统示意图;

图4为图2中直接连通形式安装的新风系统示意图;

图5为图1中控制箱和循环泵组连接示意图;

图6为图1中排气系统结构示意图;

图7为图6中换热器在洗涤塔前旁通管路安装示意图;

图8为图6中换热器在集管旁通管路安装示意图;

图9为图1中洁净室内布置结构示意图;

其中,

Ⅰ、洗涤塔前旁通管路;Ⅱ、集管旁通管路;

A、旁通形式;B、直接连通形式;

100、新风系统;200、循环风系统;300、排气系统;400、冷热回收系统;

1、初效过滤段;2、中效过滤段;3、预热段;4、预冷段;5、加湿水洗段;6、再冷段;7、再热段;8、风机段;9、第一高效过滤段;10、第二高效过滤段;11、化学过滤段;12、检修门和观察窗;13、风阀;14、开关风阀;15、调节风阀;16、水洗控制阀组;17、风机过滤器单元;18、干盘管;19、排气开关阀;20、排气管路;21、控制阀及手动阀门;22、洗涤塔;23、一次风机;24、除雾器;25、二次风机;26、排放烟囱;27、换热器;28、排气温度传感器;29、控制箱;30、循环泵组;31、MAU预热盘管控制阀组;32、排气管旁通管路;33、新风温度传感器;34、水管上温度传感器;35、循环管路;36、风管。

具体实施方式

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,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的目的是提供一种具有冷热回收功能的洁净室及其冷热回收方法,以解决现有技术存在的问题,通过设置冷热回收系统,利用换热器吸收排气系统的热量或冷量,并将吸收的热量或冷量应用到新风系统,能够对洁净室正常工作所排放的热量或冷量进行回收,同时,将回收的能量再应用到洁净室,从而能够减少能量浪费,降低洁净室的能量损耗。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1~9所示,本发明提供一种具有冷热回收功能的洁净室,包括新风系统100、排气系统300和冷热回收系统400,其中新风系统100和排气系统300可以采用洁净室原有的为维持洁净室正常工作状态所设置的系统,实际上,洁净室还可以包括有循环风系统200以及防排烟、内装系统、消防系统等,洁净室各系统在运行中主要能耗在新风系统100、循环风系统200和排气系统300。结合图9所示,循环风系统200由风机过滤器单元17、干盘管18及相应高架地板孔板等组成。冷热回收系统400为本发明所设置的主要功能系统,在与新风系统100和排气系统300相关联后实现冷量和热量回收利用的目的。具体的,冷热回收系统400包括换热器27、循环管路35和循环泵组30,换热器27可以采用翅片式或管式等结构形式,其中一换热通路连接循环管路35,循环管路35内流通循环水,换热器27中另一换热通路连接排气系统300,用以流通排气系统300的排气。通过换热器27的设置,能够将循环管路35内的循环水与排气系统300的排气进行热交换,利用循环水吸收排气的热量或冷量。循环管路35连通新风系统100的预热盘管,通过循环泵组30驱动循环水流动,将排气的冷量或热量传递到预热盘管,进而为新风系统100的运行降低能量消耗。综上所述,本发明通过设置冷热回收系统400,利用换热器27吸收排气系统300的热量或冷量,并将吸收的热量或冷量应用到新风系统100,能够对洁净室正常工作所排放的热量或冷量进行回收,同时,将回收的能量再应用到洁净室,从而能够减少能量浪费,降低洁净室的能量损耗。

如图1和图6~8所示,换热器27安装位置在洗涤塔22前,具体为洗涤塔22入口管道或各功能区集管上,以避免大气环境对冷热回收的影响。包括洗涤塔前旁通管路Ⅰ和集管旁通管路Ⅱ,洗涤塔前旁通管路Ⅰ和集管旁通管路Ⅱ采用相同的设置形式,分别包括排气管旁通管路32,排气管旁通管路32为主路外增设的旁支,需要进行换热时,排气经过排气管旁通管路32,不需要进行换热时,可以切换关闭排气管旁通管路32,排气经主路运行。换热器27安装在排气管旁通管路32上,排气管旁通管路32上设置有排气温度传感器28,排气温度传感器28用于检测冷热回收后排气温度,与原有系统风量进行冷热回收计量,在主路上设置有控制阀及手动阀门21。通过将换热器27安装在排气管旁通管路32上,在对排气进行能量回收时利用排气管旁通管路32进行,需要说明的是:排气系统300通常风机选型时考虑裕量,风机性能曲线能覆盖住新增盘管的影响,新增阻力不大,在过渡季采用旁通切换,排气系统300正常运行,即在不回收时不会新增能耗。采用间接冷热量回收,具有设备占地面积小的优点,相应设备维修简单方便,控制程序简单,系统稳定可靠。

如图1和图5所示,循环管路35上设置有水管上温度传感器34,水管上温度传感器34位于换热器27的出水侧,利用水管上温度传感器34可以检测经换热器27换热后的水温。

如图1~4所示,循环管路35通过旁通形式A或直接连通形式B连接预热盘管。

如图2~4和图9所示,新风系统100包括按照进风方向顺次设置的初效过滤段1、中效过滤段2、预热段3、预冷段4、加湿水洗段5、再冷段6、再热段7、风机段8、第一高效过滤段9、第二高效过滤段10、化学过滤段11和风阀13,风阀13通过风管36通向洁净室内,风管36上设置有开关风阀14,风管36的出口处设置有调节风阀15。新风系统100上在化学过滤段11与风阀13之间还设置有检修门和观察窗12。预热段3连接有热水回水和热水给水,预冷段4连接有中温冰水回水和中温冰水给水,加湿水洗段5连接有给水(RO或DI水),再冷段6连接有低温冰水回水和低温冰水给水,再热段7连接有热水回水和热水给水,各段冷热盘管均设置有水洗控制阀组16。

本发明通过利用原有MAU系统中预热盘管,在洁净室已有装置的基础上增设有冷热回收系统400,不需要对原有系统进行大幅变化,能够降低设备的投入成本,并在此基础上有效的进行能量回收和利用,最终解决了排气造成的冷热浪费问题,实现了良好的经济效益。在夏季,回收部分冷量,来达到预冷段4中温冰水使用量,在冬季,回收部分热量,来达到预热段3中热水使用量。对原有新风系统100阻力无影响,同时也不会影响新风系统100稳定性。系统整体新增投资小,经测算回收周期约3年,回报见效快。

如图3所示,新风系统100的进风口处设置有新风温度传感器33,利用新风温度传感器33能够检测进风温度,即室外温度。

如图1和图9所示,排气系统300包括酸废气处理系统、碱废气处理系统、有机废气处理系统、粉尘废气处理系统、含砷废气处理系统和一般废气处理系统。采用翅片式换热器27时,酸废气和碱废气系统中应为耐腐蚀翅片式换热器27,如钛合金翅片式换热器27。经测量,有机废气温度约40℃,不适合进行回收。酸废气、碱废气、有机废气、粉尘废气、含砷废气排气温度为洁净室温度+1.5~2℃。含砷废气和有机废气存在粉尘污染和堵塞问题,同时排气量小,不考虑进行回收。酸、碱和一般废气系统结构类似,冷热回收系统400连接酸废气处理系统、碱废气处理系统和/或一般废气处理系统。上述酸废气、碱废气和一般废气约占排气总量的70%,可回收量大,利于洁净室整体降低能耗。

如图1和图6所示,碱废气处理系统包括按照废气流通方向顺次设置的洗涤塔22、除雾器24和排放烟囱26,洗涤塔22通过排气管路20连接洁净室的排气开关阀19,洗涤塔22和除雾器24之间通过一次风机23连接,除雾器24和排放烟囱26之间通过二次风机25连接。

结合图1和图5所示,包括有控制箱29及其控制线路,控制箱29连接有MAU预热盘管控制阀组31、循环泵组30、水管上温度传感器34以及排气温度传感器28等,控制箱29能够控制循环泵组30启停及转速和排气管路20及MAU预热盘管管路切换、循环泵组30和MAU预热盘管控制阀组31、排气管旁通管路32用于冷热量回收循环等。

再次结合图1~9所示,本发明还提供一种用于如前文记载的具有冷热回收功能的洁净室的冷热回收方法,洁净室全年运行,按照室外温度划分为三个工况。当室外温度高于27℃(可调整设置,例如可以设置为29℃)时,为夏季工况,此时冷热回收系统400利用排气系统300的排气的冷量;当室外温度低于18℃(可调整设置,例如可以设置为16℃)时,为冬季工况,此时冷热回收系统400利用排气系统300的排气的热量;当室外温度介于18~27℃时,为过渡季工况,此时冷热回收系统400停止运行。

更具体的,在夏季工况,利用新风温度传感器33检测室外温度,并将信号传至控制箱29,当室外温度>27℃时,利用控制箱29对应切换至MAU预热盘管控制阀组31和排气管旁通管路32,同时,开启循环泵组30,循环水在循环管路35内进行循环,在换热器27内循环水与排气进行换热,降低循环水的温度,降温后的循环水通入新风系统100。利用水管上温度传感器34检测换热后的循环水的水温,水温高于25℃时,降低循环频率,水温低于25℃时,提高循环频率。利用排气温度传感器28收集排气温度,结合原有系统排气量,计量冷量回收。

在冬季工况,利用新风温度传感器33检测室外温度,并将信号传至控制箱29,当室外温度<18℃时,利用控制箱29对应切换至MAU预热盘管控制阀组31和排气管旁通管路32,同时,开启循环泵组30,循环水在循环管路35内进行循环,在换热器27内循环水与排气进行换热,提高循环水的温度,升温后的循环水通入新风系统100。利用水管上温度传感器34检测换热后的循环水的水温,水温高于22℃时,提升循环频率,水温低于22℃时,降低循环频率。利用排气温度传感器28收集排气温度,结合原有系统排气量,计量冷量回收。

过渡季工况,利用新风温度传感器33检测室外温度,并将信号传至控制箱29,当温度介于18~27℃时,利用控制箱29控制循环泵组30停止运行或循环泵组30停止运行且排气管旁通管路32切出。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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