专利名称：一种加热台恒温系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度控制技术，具体是一种适用于碲化镉(CdTe )薄膜太阳能电池生产线中使用的加热台恒温系统。
背景技术：
当前，薄膜太阳能电池已成为光伏市场发展的新趋势和热点。CdTe薄膜太阳能电池因其材料的高效、稳定、廉价，已经成为国外诸多发达国家研究开发的主要对象，并已批量投产。目前我国CdTe薄膜太阳能电池处于实验室基础研究阶段，尚未实现大规模的产业化，核心设备主要依赖进口。在CdTe薄膜太阳能电池生产线中加热台的功能是在衬底玻璃进入沉积室之前在真空环境下将导电玻璃加热到沉积需要的衬底温度，是实现连续沉积CdTe，保证电池质量的关键装置。经分析，现有设备中加热台存在的主要问题是由于热量损失造成温度波动大，从而影响产品质量。通过分析系统中加热环境的温度波动的主要原因是加热台装置中缺少有效的恒温系统。目前的加热台的恒温环境主要依靠加热台的内壁与外壁之间填充隔热性能较好材料或者物质形成保温层来减少加热台系统内部的热量的散失。这种维持加热环境恒温的措施是被动得，不能及时地对加热台耗散到环境中的热量进行补偿，进而造成加热系统中的温度较大波动，最终影响到产品的质量。在申请人对恒温系统以及保温系统等相近关键字的进行检索范围内，检索出的发明专利文献是一种恒温系统(申请号201010246215. 3)，其公开了一种用于溶液恒温的带有循环加热装置的恒温系统，这一系统采用热水作为热介质，将热水通过容器壁外的循环管道，来对容器中的溶液进行加热与保温；发明专利一种多晶硅锭炉保温系统(申请号200910304187. 3)，公开了一种利用多晶硅铸锭炉的保温系统，这种系统主要在加热炉体外部增加了莫来纤维板，利用这种材料的隔热特性来实现炉体内部的保温；发明专利一种井式炉的节能炉衬保温系统(申请号201010542448. 8)，它公开了一种井式炉的节能炉衬保温系统，设有炉体和设置在炉`体内的电阻丝，利用陶瓷纤维板和陶瓷纤维毯作为隔热材料，通过填充物中的电阻丝通电发热来保持炉体内的温度；发明专利一种保温系统(申请号201110140054. 4)所公开的保温系统主要是针对胶的加热与保温的应用场合，采用的技术方案是利用夹层中的热水来实现对热胶的保温；还有实用新型专利盘管式恒温系统(申请号200920048365. 6)，它所述及的盘管式恒温系统采用导热性能好的材料制成盘状导管，将地下水通入到导管中，用来构成较低温度的恒温系统，是构成地下水空调的核心部件。综合上述分析，尚未发现薄膜太阳能电池生产加热台可应用的技术方案，如果沿用传统的单纯添加保温材料隔热层方法(如申请号200910304187. 3、申请号201010542448. 8专利所提供的方案)通过被动的方式维持恒温很难实现保持加热系统的温度恒定，同时由于填充物隔热层的引入会增大设备的外部尺寸，增大了整个设备的体积以及生产成本。而其余专利中所涉及的中间空腔通入热介质的方法来补充系统热损耗的主动恒温方法，可以较好地减少系统的热波动，但是现有技术和结构主要是利用热水作为热介质来传递热量，这种技术方案无法满足薄膜太阳能电池生产加热台600摄氏度正常工作范围的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的问题是，提出一种加热台恒温系统，该恒温系统采用在加热装置内壁使用太空绝热瓷层，这种反射性绝热涂料有效地减少了热量损耗，且设置绝热空腔，并根据需要可以在绝热空腔内通入高温SF6这种热稳定好，无毒害，且热效应高的温室气体对系统热损耗进行补偿，可以从根本上消除薄膜太阳能电池生产加热阶段由于热量损耗造成的温度波动，同时具备较高的自动化程度，较高的能量利用率，较低的制造成本，不会对环境造成污染，不会对使用者的人身安全造成危害等优点。本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种加热台恒温系统，其特征在于该系统包括两大部分由隔热装置和温室气体伺服供给系统组成的机械装置部分，及由电气控制系统、电气执行系统组成的电气装置部分；机械装置部分的隔热装置与温室气体伺服供给系统通过气路连接为一体；电气装置部分安装在隔热装置的电气元件柜中，通过电路连接机械装置中的被控元件；所述隔热装置是垂直截面的上部为圆弧顶下部为矩形组合构成的双层空腔体，包括隔热层外壁、隔热层内壁、温室气体充气空腔和连接内外壁的上连接板和下连接板，所述上连接板和下连接板上都开有均匀分布的通孔，使整个隔热层外壁和隔热层内壁之间的充气空腔具有连通性，且隔热层外壁和隔热层内壁的内壁分别覆盖有太空绝热瓷涂层；所述温室气体伺服供给系统包括储气装置箱、通气管道、储气瓶；出泵换向阀、抽气泵、安全阀、入泵换向阀和单向阀；热电偶感应开关、停机按钮和启动按钮；以及高频电加热器和密封圈；所述储气装置箱安装在隔热层外壁的外侧壁上，储气装置箱内分布有系列卡槽，系列卡槽中的每个卡槽与相应的温室气体伺服系统的元件相配合通气管道从储气装置箱伸出，通过隔热层外壁上的配合孔通入到温室气体充气空腔中，在隔热层外壁的配合孔中安置轴向密封圈，所述储气瓶 通过通气管道依次与入泵换向阀、抽气泵、出泵换向阀、高频电加热器连通，构成温室气体充气装置的主通道，出泵换向阀通过通气管道与单向阀形成的气体回路，通入到储气瓶中，入泵换向阀通过通气管道与安全阀构成的气体回路，也通入到储气瓶中；所述停机按钮及启动按钮分别布置在隔热层外壁的外表面上；热电偶感应开关布置于隔热层内壁的内表面上；所述停机按钮、启动按钮以及热电偶感应开关构成温室气体的控制系统，用来对出泵换向阀、入泵换向阀、抽气泵和高频电加热器的工作状态进行控制；所述电气控制系统由控制开关部分、控制继电器开关部分及控制电源部分三部分构成；包括温度耦合开关、常闭开关和启动按钮；充气控制常开开关、充气开关线圈、抽气开关线圈、出泵换向阀的电磁线圈、入泵换向阀的电磁线圈、电路控制触点线圈和线圈自锁开关及控制电源；所述温度耦合开关的左侧触点一端串联充气开关线圈，另一端连接控制电源负极，右侧触点一端串联抽气开关线圈，另一端连接控制电源负极，将充气开关线圈及抽气开关线圈未与温度耦合开关相连的一端连接控制电源正极；充气控制常开开关一端连接控制电源负极，另一端同时连接出泵换向阀的电磁线圈的一端和入泵换向阀的电磁线圈的一端，将出泵换向阀的电磁线圈、入泵换向阀的电磁线圈的未与充气控制常开开关相连的一端连接控制电源正极；启动按钮与线圈自锁开关并联后，一端串联控制电源负极，另一端串联常闭开关，串联常闭开关的另一端串联电路控制触点线圈的一端，另一端连接控制电源的正极；所述电气执行系统由继电器触点开关部分、电气执行器件部分、执行电源及保护装置四部分构成，包括充气开关常开触点、抽气开关常开触点、电路控制触点和充气控制常闭开关；高频加热器的电加热元件和抽气泵电机，及交流电源和串联在电气执行系统电路中的熔断丝；所述充气开关常开触点与抽气开关常开触点并联后，一端连接交流电源，另一端串联熔断丝，熔断丝再依次与抽气泵电机和电加热元件串联，充气控制常闭开关与电加热元件并联后，串联电路控制触点的一端，电路控制触点的另一端连接交流电源，构成电气执行系统电流回路。与现有技术相比，本发明加热台恒温系统的有益效果为利用新型太空绝热瓷层这种涂层材料替代原有的隔热填充物，可以节约成本，由于材料较好的隔热效果，可以将原有系统中的冷却装置去掉，减少设备系统的复杂性，这种涂层一般厚度仅为6_便可以满足相应的隔热需求，可以减小装置体积，降低设备的制造成本。温室气体热补偿系统引入，从根本上解决了系统加热器输出变化引起的加热系统温度波动问题，提高了恒温系统热效率和加热系统整体可靠性。除此还具有自动化程度高，能源利用率高，环境无污染，不会给使用者带来安全隐患等优点。
图1为本发明加热台恒温系统一种实施例的整体主视结构示意图。图2为本发明加热台恒温系统一种实施例的整体左视结构示意图。图3为本发明加热台恒温系统一种实施例的电气控制原理结构示意图。图4为本发明加热台恒温系统一种实施例的电气执行原理结构示意图。图5为本发明加热 台恒温系统一种实施例的气动原理结构不意图。
具体实施例方式下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。本发明设计的加热台恒温系统(简称系统，参见图1一5)，其特征在于该系统由两大部分组成，包括由隔热装置I和温室气体伺服供给系统2组成的机械装置部分，及由电气控制系统3、电气执行系统4组成的电气装置部分。隔热装置I与温室气体伺服供给系统2通过气路连接为一体；电气装置部分安装在隔热装置I的电气元件柜1. 8中(参见图1、2)。所述隔热装置I是垂直截面的上部为圆弧顶下部为矩形组合构成的双层空腔体，包括由隔热层外壁1.1、隔热层内壁1. 4、温室气体充气空腔1. 6组成的隔热腔壁部分；由太空绝热瓷层外涂层1. 3、太空绝热瓷层内涂层1. 5组成的太空绝热瓷层涂层部分；以及由内外壁上连接板1. 2、内外壁下连接板1. 7组成的连接板部分。隔热装置I中还包括为电气控制系统3及电气执行系统4中的电气元件提供安装空间的电气元件柜1. 8。隔热层外壁1.1与隔热层内壁1. 4通过内外壁上、下连接板1. 2、1. 7连接，内外壁上、下连接板1. 2、1. 7通过隔热层外壁1.1与隔热层内壁1. 4上的板槽相互配合连接，实现隔热层内壁1.4的支撑；隔热层外壁1.1与隔热层内壁1. 4之间的空隙形成温室气体充气空腔1. 6 ;为保证温室气体充气空腔1. 6整体的连通性，在内外壁上、下连接板1. 2、1. 7上都开有均匀分布的通孔，保证温室气体在隔热层内外壁之间的整个充气空腔的连通性。隔热层外壁1.1的内表面涂抹太空绝热瓷层涂料，实施例的涂抹或涂层厚度为5mm，形成太空绝热瓷层外涂层1. 3，在隔热层内壁1. 4的内表面涂抹太空绝热瓷层涂料，实施例的涂抹或涂层厚度为7mm，形成太空绝热瓷层内涂层1. 5 (参见图1)。所述温室气体伺服供给系统2构成元件包括由储气装置箱2. 2、通气管道2. 4、储气瓶2. 9组成的温室气体气路管道部分；由出泵换向阀2. 6、抽气泵2. 7、安全阀2. 8、入泵换向阀2. 12和单向阀2. 13组成的气路控制系统部分；由热电偶感应开关2. 3、停机按钮
2.10和启动按钮2. 11组成的伺服控制器部分；以及实现加热的高频电加热器2. 5，保证通气管道2. 4与隔热装置I连接密封性的密封圈2.1 (参见图1、2)。所述储气装置箱2. 2安装在隔热层外壁1.1的外侧面，储气装置箱2. 2内分布有系列卡槽，系列卡槽中的每个卡槽与相应的温室气体伺服系统的元件相配合储气瓶2. 9与储气瓶卡槽相配合，入泵换向阀2. 12与入泵换向阀卡槽相配合，抽气泵2. 7与抽气泵卡槽相配合，出泵换向阀2. 6与出泵换向阀卡槽相配合，高频电加热器2. 5与高频电加热器槽相配合。通气管道2. 4从储气装置箱2. 2伸出，通过隔热层外壁1.1上的配合孔通入到温室气体充气空腔1. 6中。为保证温室气体充气空腔1. 6的密封性，在隔热层外壁1.1的配合孔中安置轴向密封圈2. 1，有效防止了温室气体充气空腔1. 6中的温室气体外泄。所述恒温系统中的储气瓶2. 9通过通气管道2. 4依次与入泵换向阀2. 12、抽气泵2. 7、出泵换向阀
2.6、高频电加热器2. 5连通构成温室气体充气装置的主通道，出泵换向阀2. 6通过通气管道2. 4与单向阀2. 13形成气体回路通入到储气瓶2. 9中，入泵换向阀2. 12通过通气管道
2.4与安全阀2. 8 构成气体回路通入到储气瓶2. 9中。停机按钮2. 10、启动按钮2. 11以及热电偶感应开关2. 3构成温室气体的控制系统，用来对出泵换向阀2. 6、入泵换向阀2. 12、抽气泵2. 7，高频电加热器2. 5的工作状态进行控制。热电偶感应开关2. 3布置于隔热层内壁1. 3内侧测量加热台的工作温度。停机按钮2. 10及启动按钮2. 11布置在隔热层外壁
1.1上方便设备使用者操作(参见图1、2)。所述电气装置部分中的电气控制系统3由控制开关部分、控制继电器开关部分及控制电源部分三部分构成。所述控制开关部分包括温度耦合开关3.1、常闭开关3. 9和常开开关3. 11 ;控制继电器开关部分包括充气控制常开开关3. 3、充气开关线圈3. 4、抽气开关线圈3. 5、出泵换向阀2. 6的电磁线圈3. 6、入泵换向阀2. 12的电磁线圈3. 7、电路控制触点线圈3. 8和线圈自锁开关3. 10 ;控制电源部分包括控制电源3. 2。所述电气控制系统3中的电路连接关系是温度耦合开关3.1的左侧触点一端串联充气开关线圈3. 4，另一端连接控制电源3. 2负极，右侧触点一端串联抽气开关线圈3. 5，另一端连接控制电源3. 2负极，将充气开关线圈3. 4及抽气开关线圈3. 5未与温度耦合开关3.1相连的一端连接控制电源
3.2正极；充气控制常开开关3. 3 一端连接控制电源3. 2负极，另一端同时连接出泵换向阀
2.6的电磁线圈3. 6的一端和入泵换向阀2. 12的电磁线圈3. 7的一端，将出泵换向阀2. 6的电磁线圈3. 6、入泵换向阀2. 12的电磁线圈3. 7的未与充气控制常开开关3. 3相连的一端连接控制电源3. 2正极；常开开关3. 11与线圈自锁开关3. 10并联后一端串联控制电源
3.2负极另一端串联常闭开关3. 9,串联常闭开关3. 9的另一端串联电路控制触点线圈3. 8,电路控制触点线圈3. 8未与常闭开关3. 9连接的一端连接控制电源3. 2正极(参见图3)。
所述电气装置部分中的电气执行系统4由继电器触点开关部分、电气执行器件部分、执行电源及保护装置四部分构成。所述继电器触点开关部分包括充气开关常开触点
4.1、抽气开关常开触点4. 2、电路控制触点4. 5和充气控制常闭开关4. 7 ;电气执行器件部分包括高频加热器2. 5的电加热元件4. 6和抽气泵电机4. 8 ;执行电源包括交流电源4. 3，保护装置指串联在电气执行系统电路中的熔断丝4. 4。所述电气执行系统4中的电路连接关系是充气开关常开触点4.1与抽气开关常开触点4. 2并联后，一端连接交流电源4. 3，另一端串联熔断丝4. 4，熔断丝4. 4再串联抽气泵电机4. 8，抽气泵电机4. 8与电加热元件
4.6串联，充气控制常闭开关4. 7与电加热元件4. 6并联后串联电路控制触点4. 5，电路控制触点4. 5的另一端连接交流电源4. 3构成电气执行系统电流回路(参见图4)。本发明系统的使用方法及工作原理过程如下I高温温室气体的热量正补偿过程。本发明系统的高温温室气体的热量正补偿过程是使用者按下启动按钮2. 11，常开开关3. 11闭合，电路控制触点线圈3. 8通电，线圈自锁开关3. 10闭合形成自锁。电气执行过程是(参见图4):电路控制触点4. 5闭合，温室气体充气系统进入待机状态。电热偶开关2. 3可以检测隔热腔内壁的温度，如果温度值低于系统的设定值，需要充入热的温室气体进行热量补偿，则温度耦合开关3.1左侧闭合，右侧断开，则充气开关线圈3. 4通电，充气开关常开触点4.1闭合抽气泵电机4. 8接通，抽气泵2. 7开始工作。充气控制常闭开关4. 7断开，高频加热器2. 5的电加热元件4. 6通电并正常工作。充气控制常开开关3. 3闭合，出泵换向阀2. 6的电磁线圈3. 6、入泵换向阀2. 12的电磁线圈3. 7通电，阀芯移动。本发明系统的高温温室气体的气动原理过程是(参见图5):在抽气泵2. 7的作用下，温室气体(SF6)自储气瓶2. 9，经入泵换向阀2. 12，依次经出泵换向阀2. 6和高频电加热器2. 5加热，通入到充气空腔1. 6中。随着高温温室气体(SF6)的通入，热量不断的补充会令隔热层内腔中温度升高，直到回升到正常工作温 度。当充气空腔1. 6中的高温温室气体(SF6)的压力达到安全阀2. 8的设定气压值后，充气空腔1. 6中的高温温室气体(SF6)会通过安全阀2. 8溢出回流到储气瓶2. 9中，但高温温室气体(SF6)充气过程仍可以实现热补偿，直到充气空腔1. 6中的温度回升至正常。为保证整个充气过程的安全，气路中设置安全阀2. 8，但气腔中压力达到预设值后过量的SF6气体会经安全阀2. 8后流回到储气瓶2. 9中。除此，整个系统设置停机按钮
2.10，按下停机按钮2. 10后，常闭开关3. 9断开，电路控制触点线圈3. 8断电，线圈自锁开关3. 10及电路控制触点4. 5断开，抽气泵电机4. 8断开，抽气泵2. 7停止工作。高频电加热器2. 5的电加热元件4. 6断电，并停止工作。为防止电气执行系统回路短路后发生危险，在电气执行系统回路中串联有熔断丝4. 4。2高温温室气体的热量逆补偿过程。高温温室气体的热量逆补偿过程的电气控制实现过程是(参见图3):如果温度值高于电热偶开关2. 3的设定值，需要进行高温温室气体的热量逆补偿过程，则温度耦合开关3.1左侧断开，右侧闭合，则充气开关线圈3. 4断电，抽气开关线圈3. 5通电。本发明系统的热量逆补偿过程的电气执行过程(参见图4)是充气开关常开触点4.1断开，抽气开关常开触点4. 2闭合，抽气泵电机4. 8接通，抽气泵2. 7开始工作。充气控制常闭开关3. 10闭合，高频电加热器2. 5的电加热元件4. 6被短接而停止工作。充气控制常开开关3. 3断开，出泵换向阀2. 6电磁线圈3. 6、入泵换向阀2. 12电磁线圈3. 7断电，阀芯复位。本发明系统的热量逆补偿过程的气动原理过程(参见图5)是在抽气泵2. 7的作用下，温室气体(SF6)自充气空腔1. 6，依次经入泵换向阀2. 12、出泵换向阀2. 6和单向阀2. 13，通入到储气瓶2. 9中。随着充气空腔1. 6中的高温温室气体(SF6)的浓度的减少，气腔中热量不断的减少，随着系统向环境中热量的耗散，会令隔热层内腔温度降低，直到降至到正常工作温度。本发明所述的恒温系统通过两层太空绝热瓷层的隔热作用以及高温温室气体(SF6)的热量正、逆补偿过程来实现其有益效果。本发明未述及之 处适用于现有技术。
权利要求
1.一种加热台恒温系统，其特征在于该系统包括两大部分由隔热装置和温室气体伺服供给系统组成的机械装置部分，及由电气控制系统、电气执行系统组成的电气装置部分；机械装置部分的隔热装置与温室气体伺服供给系统通过气路连接为一体；电气装置部分安装在机械装置部分的电气元件柜中，通过电路连接机械装置中的被控元件； 所述隔热装置是垂直截面的上部为圆弧顶下部为矩形组合构成的双层空腔体，包括隔热层外壁、隔热层内壁、温室气体充气空腔和连接内外壁的上连接板和下连接板，所述上连接板和下连接板上都开有均匀分布的通孔，使整个隔热层外壁和隔热层内壁之间的充气空腔具有连通性，且隔热层外壁和隔热层内壁的内壁分别覆盖有太空绝热瓷涂层； 所述温室气体伺服供给系统包括储气装置箱、通气管道、储气瓶；出泵换向阀、抽气泵、安全阀、入泵换向阀和单向阀；热电偶感应开关、停机按钮和启动按钮；以及高频电加热器和密封圈；所述储气装置箱安装在隔热层外壁的外侧壁上，储气装置箱内分布有系列卡槽，系列卡槽中的每个卡槽与相应的温室气体伺服系统的元件相配合通气管道从储气装置箱伸出，通过隔热层外壁上的配合孔通入到温室气体充气空腔中，在隔热层外壁的配合孔中安置轴向密封圈，所述储气瓶通过通气管道依次与入泵换向阀、抽气泵、出泵换向阀、高频电加热器连通，构成温室气体充气装置的主通道，出泵换向阀通过通气管道与单向阀形成的气体回路，通入到储气瓶中，入泵换向阀通过通气管道与安全阀构成的气体回路，也通入到储气瓶中；所述停机按钮及启动按钮分别布置在隔热层外壁的外表面上；热电偶感应开关布置于隔热层内壁的内表面上；所述停机按钮、启动按钮以及热电偶感应开关构成温室气体的控制系统，用来对出泵换向阀、入泵换向阀、抽气泵和高频电加热器的工作状态进行控制； 所述电气控制系统由控制开关部分、控制继电器开关部分及控制电源部分三部分构成；包括温度耦合开关、常闭开关和启动按钮；充气控制常开开关、充气开关线圈、抽气开关线圈、出泵换向阀的电磁线圈、入泵换向阀的电磁线圈、电路控制触点线圈和线圈自锁开关及控制电源；所述温度耦合开关的左侧触点一端串联充气开关线圈，另一端连接控制电源负极，右侧触点一端串联抽气开关线圈，另一端连接控制电源负极，将充气开关线圈及抽气开关线圈未与温度耦合开关相连的一端连接控制电源正极；充气控制常开开关一端连接控制电源负极，另一端同时连接出泵换向阀的电磁线圈的一端和入泵换向阀的电磁线圈的一端，将出泵换向阀的电磁线圈、入泵换向阀的电磁线圈的未与充气控制常开开关相连的一端连接控制电源正极；启动按钮与线圈自锁开关并联后，一端串联控制电源负极，另一端串联常闭开关，串联常闭开关的另一端串联电路控制触点线圈的一端，另一端连接控制电源的正极； 所述电气执行系统由继电器触点开关部分、电气执行器件部分、执行电源及保护装置四部分构成，包括充气开关常开触点、抽气开关常开触点、电路控制触点和充气控制常闭开关；高频加热器的电加热元件和抽气泵电机，及交流电源和串联在电气执行系统电路中的熔断丝；所述充气开关常开触点与抽气开关常开触点并联后，一端连接交流电源，另一端串联熔断丝，熔断丝再依次与抽气泵电机和电加热元件串联，充气控制常闭开关与电加热元件并联后，串联电路控制触点的一端，电路控制触点的另一端连接交流电源，构成电气执行系统电流回路。
2.根据权利要求1所述的加热台恒温系统，其特征在于所述隔热层外壁内表面的太空绝热瓷 层的涂层厚度为5mm，在隔热层内壁内表面的太空绝热瓷层的涂层厚度为7mm。
全文摘要
本发明公开一种加热台恒温系统，其特征在于该系统包括由隔热装置和温室气体伺服供给系统组成的机械装置部分，及由电气控制系统、电气执行系统组成的电气装置部分；机械装置部分的隔热装置与供给系统通过气路连接；电气装置部分安装在隔热装置的电气元件柜中，通过电路连接被控元件；隔热装置是垂直截面的上部为圆弧顶下部为矩形组合构成的双层空腔体，包括隔热层外壁、内壁、充气空腔和连接内外壁的上、下连接板，整个充气空腔具有连通性，且隔热层外、内壁的内壁分别覆盖有太空绝热瓷涂层；电气控制系统由控制开关、控制继电器开关及控制电源三部分构成；电气执行系统由继电器触点开关、电气执行器件、执行电源及保护装置四部分构成。
文档编号C23C16/46GK103060776SQ201210583178
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者曹国忠, 刘伟, 郭海霞, 檀润华 申请人:河北工业大学