干燥炉中热风循环温控系统的设计

干燥炉中热风循环温控系统的设计

黄帅１，赵梁博２，朱林涛１

(1.中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176；

2.阿德莱德大学电子与电气工程学院，澳大利亚阿德莱德)

摘要：热风循环温控系统主要应用于干燥炉中，为被干燥对象提供所需的高品质温控环境。目前，大多数干燥炉的温度控制偏差在5℃以上，同时热气流不均匀造成不同区域的干燥效果不尽相同。通过对以往干燥炉温控系统的总结与优化，提出了一种更为精确、全面的控制方案。该热风循环温控系统主要包括温控系统与风机系统两大部分，通过优化的温控算法整合成PID温控调节模块以实现温度的快速准确响应；同时引入风机系统，优化机械结构设计来改善气流的均匀性。通过温控系统与风机系统的有效整合，实现了分布均匀、温度可控的干燥环境。经过实际测试使用，该系统达到了设计要求，为干燥炉中温控系统的设计提供了一种可靠地选择。

关键词：干燥炉；温度调节模块；热风循环

中图分类号：TN605文献标识码：B文章编号：1004-4507(2013)07-0052-05 The Hot Air Circulation and Thermostat System

Used to Drying Oven

HUANG Shuai1，ZHAO Liangbo2，ZHU Lintao1

(1.The45th Research Institute of CETC，Beijing100176，China

2.The university of Adelaide，Electronics and Wlectrical Engineering，Adelaide)

Abstract:Temperature control system of hot air circulation is mainly applied in the drying oven, drying temperature control object is to provide high-quality environment needed.At present,most of the drying furnace temperature control deviation in more than five degrees Celsius,while hot air flow caused by uneven drying effect of different regions are not the same.Through summarizing and optimization of the drying furnace temperature control system,puts forward a more accurate, comprehensive control scheme.The hot air circulating temperature control system mainly includes two parts of temperature control system with the fan system,fast and accurate response to temperature through the temperature control algorithm are integrated into the PID control module;the fan system, optimal design of mechanical structure to improve the uniformity of airflow.Through the effective integration of temperature control system with the fan system,realizes the uniform distribution of dry environment,temperature controlled.Through the use of actual test,the system has achieved the design 收稿日期：2013-04-12

长期以来，干燥炉被广泛的应用于各领域。这些干燥炉根据各自的功能特点分别被应用于食品、医疗、服装、电子等各行业。本文所探讨的干燥炉主要是指应用在电子行业如太阳能电池片、陶瓷基片等产品的干燥设备。该类干燥设备，按照外

观，大致可以分为箱式干燥炉、网带干燥炉、回旋干燥炉（如图1所示）；按照热源，大致可分为电阻热风干燥炉、红外干燥炉、微波干燥炉等。其中大多需要用到热风循环温控系统，以提高干燥效率、增强被加热目标与周围环境气体的接触均匀性。

1应用背景

干燥炉，是用来为需要干燥的对象提供高温环境的设备。

有些干燥炉工作温度在400℃以下，此时的干燥炉常被称为烘干炉；而有些干燥炉的工作温度达到500℃以上，根据工艺区分，这种干燥炉通常被称为烧结炉。在太阳能电池晶硅片以及各种陶瓷基片的生产工艺中都有烘干或烧结流程。本文讨论的干燥设备以太阳能电池晶硅片生产工艺中使用的烘干或烧结炉为原型。

常规太阳能电池晶硅片生产工艺中有三道印刷工序，每次印刷后须经过一次烘干工序，使浆料中的水份蒸发掉，以便下一道工序的印刷。在经过三次印刷之后，进入烧结炉。烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却3个阶段。预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基片上。

在烘干或烧结过程中，需要热风循环系统来提高热效率以便满足整个生产线的生产效率，同时，热风循环能改善炉内气体均匀性且能够及时排出腔内蒸发出的杂质物质。

2系统组成

干燥炉热风循环系统由温控系统和风机系统两大部分组成。

温控系统主要包括温度控制模块、红外灯管加热、热电偶反馈、过热保护等(见图2)。风机系统主要包括变频器、引风机、吹风机等(见图3)。

图1箱式干燥炉、网带干燥炉、回旋干燥炉示意图

加热区

T 1T 2T 3T 4

T 1

T 2T 3

T 4图2温控系统工作流程示意图

温控模块

加热管热电偶

过热保护

图3风机系统工作流程示意图

热流风机

引风机

吹风机

变频器A

变频器B 变频器

上位机模拟量输出

requirements,provides a reliable choice for the design of temperature control system of drying furnace.Keywords:Dying oven ；Thermostat ；Variable-frequency drive ；Hot air circulation