CN105676574B - 一种液冷散热系统及激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种液冷散热系统及激光投影设备，涉及液冷散热领域，能够减少管道内部的气泡，避免汽蚀现象的发生，并且降低系统噪声，提高系统性能。所述液冷散热系统包括通过管道连接的吸热装置、驱动装置、散热装置和储液箱，所述储液箱中冷却液的液面高度高于所述液冷散热系统的其它部分的液面高度。本发明用于设备散热。

Description

一种液冷散热系统及激光投影设备

技术领域

本发明涉及液冷散热领域，尤其涉及一种液冷散热系统及激光投影设备。

背景技术

液冷散热系统的工作原理是利用液体吸收热量并再传给散热器，然后用风冷或者被动散热的方式将热量从散热器散出到环境中。因液体的热容量大，能够带走大量的热量，散热效率高，使得系统温升慢，而传统的风冷散热系统，在工作时很快达到一个极限温度，与环境间的温差相对较大，因此当额定工作温度与环境温度相差较小时需要使用液冷散热。另外，液冷散热系统可以不提高热源部件内部的温度即可把热量传导给散热器，而不是利用液体来冷却热源，只要能提高散热器向空气中排放散热管所传导的热量的冷却性能，就能够通过降低冷却散热器的风扇转速或者采用无扇设计来实现静音设计。

现有技术中，如图1所示，液冷散热系统一般包括通过管道连接的吸热装置01、驱动泵02、散热装置03和储液箱04，其散热流程如图2所示，整个液冷散热系统中冷却液传送的动力是靠驱动泵02来完成的。参考图2所示，由于吸热装置01与待散热设备接触，待散热设备上的热量会传导到吸热装置01中，当冷却液流过吸热装置01时，冷却液会带走吸热装置01中的热量，然后冷却液流到散热装置03中时，冷却液中的热量会传导到散热装置03中，散热装置03再将热量排出所述系统，至此实现了待散热设备的液冷散热。为了防止液冷散热系统内的液体流出，同时防止外界的空气进入，现有技术中的液冷散热系统一般为封闭系统。然而，即使尽可能的做到密封，液冷散热系统的相关节点、管道接头等部位还会存在缝隙，这些缝隙会成为空气流通的通道，液冷散热系统在工作的过程中，管道中的冷却液会从管壁或者缝隙处挥发到外界的空气中，导致系统管道或驱动泵02等处的内部压强小于系统外部压强时，即液冷散热系统内部产生负压时，这时外界空气会从所述缝隙处进入液冷散热系统中，空气进入到液冷散热系统的冷却液中会形成气泡，气泡随着冷却液一起在液冷散热系统中循环时会导致液冷散热系统产生较大的振动和噪声，并且较易引起汽蚀现象，降低驱动泵02的性能，严重时还会破坏驱动泵02的部件。

发明内容

本发明的实施例提供一种液冷散热系统及激光投影设备，能够减少管道内部的气泡，避免汽蚀现象的发生，并且降低系统噪声，提高系统性能。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种液冷散热系统，包括通过管道连接的吸热装置、驱动装置、散热装置和储液箱，

所述储液箱中冷却液的液面高度高于所述液冷散热系统的其它部分的液面高度。

另一方面，本发明实施例提供一种激光投影设备，包括上述任一种所述的液冷散热系统。

本发明实施例提供的液冷散热系统及激光投影设备，所述液冷散热系统包括通过管道连接的吸热装置、驱动装置、散热装置和储液箱，储液箱中冷却液的液面高度高于液冷散热系统的其它部分的液面高度。相较于现有技术，本发明实施例提供的液冷散热系统中通过设置储液箱中冷却液的液面高度高于液冷散热系统的其它部分的液面高度，由于空气的密度小于冷却液的密度，相比于冷却液，空气会向上运动，所以当液冷散热系统的管道中存在空气时，空气会朝向液面高度最高的储液箱运动，最后聚集在储液箱的液面的上方区域，从而减少了在液冷散热系统的管道中循环的冷却液中的空气，进而减少了管道内部的气泡，避免了汽蚀现象的发生，并且降低了系统噪声，提高了系统性能。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为现有技术提供的一种液冷散热系统的结构示意图；

图2为现有技术提供的一种液冷散热系统的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种储液箱的结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的一种储液箱的结构示意图；

图5为本发明又一实施例提供的一种储液箱的结构示意图；

图6为本发明再一实施例提供的一种储液箱的结构示意图；

图7为本发明又另一实施例提供的一种储液箱的结构示意图；

图8为本发明又再一实施例提供的一种储液箱的结构示意图。

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。

本发明实施例提供一种液冷散热系统，包括通过管道连接的吸热装置、驱动装置、散热装置和储液箱，储液箱中冷却液的液面高度高于所述液冷散热系统的其它部分的液面高度。

在实际应用中，可以将储液箱安装在整个液冷散热系统的最高位置处，以使得储液箱中冷却液的液面高度高于所述液冷散热系统的其它部分的液面高度。需要说明的是，考虑到液冷散热系统的管道不适合发生较大的高度迂回，影响管道内部冷却液的流速，因而较佳的，将储液箱安装在驱动装置的附近，可以尽可能的减少高度迂回对管道内部冷却液的流速的影响。其中，驱动装置一般为泵。

这样一来，相较于现有技术，本发明实施例提供的液冷散热系统中通过设置储液箱中冷却液的液面高度高于液冷散热系统的其它部分的液面高度，由于空气的密度小于冷却液的密度，相比于冷却液，空气会向上运动，所以当液冷散热系统的管道中存在空气时，空气会朝向液面高度最高的储液箱运动，最后聚集在储液箱的液面的上方区域，从而减少了在液冷散热系统的管道中循环的冷却液中的空气，进而减少了管道内部的气泡，避免了汽蚀现象的发生，并且降低了系统噪声，提高了系统性能。

需要说明的是，在实际应用中，吸热装置里面的冷却液被加热以后，会因自身的体积膨胀驱动内循环，使得冷却液在液冷散热系统的管道中流动，因而可以将液冷散热系统中的驱动装置省略掉，或者在液冷散热系统运行的初期，不启动驱动装置，这样可以节省能源。

进一步的，参考图3所示，储液箱10包括盛放有冷却液的液体区域11，以及位于液体区域11上部的气体区域12；气体区域12的压强小于液体区域11的压强。

在实际应用中，可以通过抽出储液箱10的气体区域12中的空气，使得气体区域12的压强小于液体区域11的压强。由于气体区域12的压强较小，因而当液冷散热系统的管道中存在空气时，空气更容易朝向储液箱10的气体区域12运动，而最终聚集在气体区域12中，这样进一步减少了在液冷散热系统的管道中循环的冷却液中的气泡。需要说明的是，虽然气体区域12中的压强小于外界压强，即气体区域12为负压状态，外界的空气可能会进入所述气体区域12中，但由于空气密度比冷却液的密度小，因而空气会向上运动，而储液箱10的气体区域12位于整个液冷散热系统的最高点，因而溶解在冷却液里面的空气也会慢慢聚集在气体区域12处，而不会进入到液冷散热系统的冷却液中，这样不会额外增加液冷散热系统的冷却液中的气泡。

进一步的，参考图3所示，储液箱10包括盛放有冷却液的液体区域11，以及位于液体区域11上部的气体区域12；气体区域12的压强大于液体区域11的压强。

在实际应用中，可以通过向储液箱10的气体区域12中填充气体，使得气体区域12的压强大于液体区域11的压强。由于气体区域12的压强大于液体区域11的压强，从而气体区域12的气体会挤压液体区域11的冷却液，使得液体区域11的压强增大，最终气体区域12的压强和液体区域11的压强达到平衡，平衡后的储液箱10的气体区域12和液体区域11的压强均大于液冷散热系统的管道外部的压强。由于储液箱10通过进液口101和出液口102连接在液冷散热系统中，因而储液箱10的液体区域11的压强增大，即表示液冷散热系统的管道内部的压强增大，因而液冷散热系统的管道内部的压强大于了管道外部的压强，即液冷散热系统的管道内部为正压，这样使得管道外部的空气无法通过管道接口等缝隙处进入到管道内部，减少了管道内部的气泡。需要说明的是，填充到气体区域12中的气体可以为多种，示例的，可以是H₂、N₂、NO、CO、CH₄、C₂H₄或C₂H₂等气体，本发明实施例对此不做限定，一般需要气体的溶解度小于或者等于0.004g，即在标准大气压下，常温状态时，100g所述冷却液中气体的溶解量小于或者等于0.004g，这样使得气体较难溶于冷却液，避免增多液冷散热系统中的气泡。

需要说明的是，本发明实施例中的冷却液可以为多种，示例的，可以是水，或者是水与乙二醇的混合液，还可以是盐水或一些有机液体等，本发明实施例对此不做限定。由于水在0℃以下时容易结冰，影响液冷散热系统的循环效率，因而较佳的，本发明实施例中采用水与乙二醇的混合液作为液冷散热系统的冷却液。由于氮气性质比较稳定，易获取且较难溶于水，因而在实际应用中，一般会选用氮气做为填充的气体。

较佳的，参考图4至图7所示，储液箱10内设置有与储液箱10的侧壁13配合的活塞14，活塞14的一侧与冷却液的液面接触；活塞14上设置有施力物15，施力物15可向活塞14施力，使得活塞14挤压冷却液。

本发明实施例对于活塞14的形状、大小、厚度等均不做限定，只要活塞14能够与储液箱10的侧壁13配合形成活塞结构即可，在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定。

参考图4至图7所示，由于活塞14上设置有施力物15，活塞14的一侧与储液箱10中的冷却液接触，施力物15可向活塞14施力，从而挤压储液箱10中的冷却液，进而使得液冷散热系统的管道内部的压强增大。由于初始时液冷散热系统的管道内部的压强与管道外部的压强相同，当施力物15向活塞14施加压力使得液冷散热系统的管道内部的压强增大后，液冷散热系统的管道内部的压强大于了管道外部的压强，即液冷散热系统的管道内部为正压，这样使得管道外部的空气无法进入到管道内部，减少了管道内部的气泡。其中，对于施力物15向活塞14施加的力的大小，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做限定。

可选的，参考图4和图5所示，施力物15位于活塞14远离冷却液的一侧；施力物15为压缩气体；储液箱10还包括与侧壁13固定的顶板16，顶板16与侧壁13围成封闭气室；所述压缩气体填充在所述封闭气室中。

参考图4和图5所示，顶板16上设置有进气口17，充气时，打开进气口17，压缩气体通过进气口17进入所述封闭气室中，在将压缩气体充进所述封闭气室中后，关闭进气口17。图4示出了所述封闭气室未填充压缩气体时的状态，图5示出了所述封闭气室填充了压缩气体后的状态，对比图4和图5可知，随着压缩气体充进所述封闭气室中，封闭气室内的压强会大于活塞14另一侧的冷却液的压强，此时压缩气体推动活塞14向下运动，从而挤压活塞14另一侧的冷却液，减小冷却液的容纳空间，即增大了活塞14另一侧的冷却液的压强，活塞14的向下运动使得活塞14两侧的压强趋于一致，且均大于外界大气压强。由于活塞14另一侧的冷却液就是液冷散热系统中循环的冷却液，因而随着液冷散热系统中冷却液的循环，液冷散热系统中各个部分的管道内部的压强均增大，使得液冷散热系统的管道内部的压强大于管道外部的压强，进而使得管道外部的空气无法进入到管道内部，进而减少了管道内部的气泡，避免了汽蚀现象的发生。

可选的，参考图6所示，施力物15位于活塞14远离冷却液的一侧；施力物15为弹性件；储液箱10还包括与侧壁13固定的顶板16，弹性件的一端与顶板16固定，弹性件的另一端与活塞14固定；所述弹性件处于压缩状态。

其中，弹性件可以为弹簧或者弹片，当弹性件为弹簧时，所述弹簧可以为气压弹簧、金属弹簧或橡胶弹簧等；当弹性件为弹片时，所述弹片可以为金属弹片或塑料弹片等，本发明实施例对此均不做限定。参考图6所示，弹性件为弹簧，弹簧的一端与顶板16固定，弹簧的另一端与活塞14固定，弹簧处于压缩状态，这样弹簧会给活塞14一个向下的推力，推动活塞14向下移动，进而挤压活塞14下方的冷却液，使得活塞14下方的冷却液的压强增大，这样导致液冷散热系统的管道内部的压强大于管道外部的压强，使得管道外部的空气无法进入到管道内部，进而减少了管道内部的气泡，避免了汽蚀现象的发生。

需要说明的是，利用弹性件作为施力物15，来向活塞14施力以挤压冷却液的方式还有多种，示例的，可以将弹性件的两端分别固定在储液箱10相对的两个侧壁13上，弹性件与活塞14之间设置支撑件，支撑件的一端与活塞14表面中心抵靠，支撑件的另一端与弹性件的中部抵靠，弹性件处于拉伸状态，类似于弓箭的弦被拉开的状态，弹性件通过支撑件施加给活塞14一个压力，使得活塞14挤压冷却液，进而实现增大液冷散热系统内部压强的目的。

在实际应用中，还可以利用弹力绳、橡皮筋等拉动活塞14来挤压冷却液。具体的，参考图8所示，施力物15位于活塞14接触所述冷却液的一侧；施力物15为弹性件；储液箱10还包括与侧壁13固定的底板18，弹性件的一端与活塞14固定，弹性件的另一端与底板18固定；弹性件处于拉伸状态。弹性件通过拉动活塞15来挤压冷却液，实现增大液冷散热系统内部压强的目的。

可选的，参考图7所示，施力物15位于活塞14远离所述冷却液的一侧；施力物15为重量大于或等于预设重量的物体。其中，所述预设重量为预先设置的一个重量值，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做限定。

采用具有一定重量的物体下压活塞14，使得活塞14挤压另一侧的冷却液，从而增大液冷散热系统的管道内部的压强，这样使得管道外部的空气无法进入到管道内部，减少了管道内部的气泡。在实际应用中，一般选用实心的金属块来作为施力物15。

需要说明的是，当施力物15向活塞14施力后，液冷散热系统的管道内部的压强会增大，此时液冷散热系统的管道内部的压强大于管道外部的压强，即实现了管道外部的空气无法进入到管道内部，减少管道内部的气泡的目的，本发明实施例对于具体的施加压力的大小不做限定，也就是说对于管道内部的压强高于管道外部的压强的程度不做限定。一般情况下，管道内部的压强比管道外部的压强高0.6KPa～300KPa。这样使得施力物15施加的压力不必过大，实现起来比较容易，且能获得较好避免管道外部的空气进入管道内部的效果。

在液冷散热系统运行的过程中，由于液冷散热系统中的冷却液会发生气化现象而产生气泡，使得在液冷散热系统中运行的冷却液中具有较多的气泡，容易发生汽蚀现象。而在冷却液为水，或者为水和乙二醇的混合液时，当管道内部的压强比管道外部的压强高20KPa～60KPa时，就会减少冷却液的气化现象，从而减少冷却液中的气泡，避免汽蚀现象的发生。因而，较佳的，管道内部的压强比管道外部的压强高20KPa～60KPa。

本发明实施例提供的液冷散热系统，包括通过管道连接的吸热装置、驱动装置、散热装置和储液箱，储液箱中冷却液的液面高度高于液冷散热系统的其它部分的液面高度。相较于现有技术，本发明实施例提供的液冷散热系统中通过设置储液箱中冷却液的液面高度高于液冷散热系统的其它部分的液面高度，由于空气的密度小于冷却液的密度，相比于冷却液，空气会向上运动，所以当液冷散热系统的管道中存在空气时，空气会朝向液面高度最高的储液箱运动，最后聚集在储液箱的液面的上方区域，从而减少了在液冷散热系统的管道中循环的冷却液中的空气，进而减少了管道内部的气泡，避免了汽蚀现象的发生，并且降低了系统噪声，提高了系统性能。

本发明另一实施例提供一种激光投影设备，包括上述任一种所述的液冷散热系统。本发明上述实施例中的液冷散热系统可以应用在激光投影设备中。

相比于传统的风冷散热系统，由于液冷散热系统的液体的热容量大，能够带走大量的热量，散热效率高，使得投影设备温升慢，从而光源，光机，镜头，电路板等各部件处于相对稳定或者温升幅度较小的工作环境下，减少因为高温造成的荧光轮转换效率降低，镜片变形等不良问题。

以双色激光光源为例，激光投影设备光源包括蓝色激光器和红色激光器，激光器可以为多组，形成阵列排列方式。以及，通过荧光轮部件受激发出荧光组成激光光源部件。

由于红色激光器半导体器件对于温度相对蓝色激光器半导体器件更为敏感，当温度过高时，可能造成发射光谱变化，因此需要及时控制其温升幅度，以及整个光源系统工作温度不超过45℃，以保证红色激光器正常工作。而蓝色激光器的耐温性能要高于红色激光器。

本发明实施例中，通过将液冷散热系统应用到双色激光光源的投影设备中，能够满足红色激光器的工作温度要求，同时也满足蓝色激光器的工作温度要求。具体的，液冷散热系统中的吸热装置包括至少一个内部留有冷却液通道的金属块，通常称为水冷块或水冷头，当应用于激光器阵列模块，比如红色激光器阵列模块的散热时，通过将水冷块或水冷头与红色激光器阵列模块的壳体接触，使得红色激光器工作时发出的热量传导到水冷块或水冷头中，在驱动装置即驱动泵的驱动下，当冷却液流过水冷块或水冷头时，冷却液会带走水冷块或水冷头中的热量，然后吸收了热量的冷却液流到散热装置中，散热装置一般由冷排和风扇组成，冷却液把热量传导到冷排的散热片后，再通过风扇把热量强制的排到激光投影设备外部，冷却液温度降低后再回到储液箱中，至此实现对红色激光器阵列模块的液冷散热，同理可以应用到对荧光轮，光机部分的散热，因此本发明实施例激光投影设备能够实现高效的散热，满足设备工作要求，同时，由于液冷散热系统的散热效率高，可以减少风扇的使用，从而减少因为风扇转动造成的噪声。

本发明实施例激光投影设备中的液冷散热系统通过设置储液箱中冷却液的液面高度高于液冷散热系统的其它部分的液面高度，由于空气的密度小于冷却液的密度，相比于冷却液，空气会向上运动，所以当液冷散热系统的管道中存在空气时，空气会朝向液面高度最高的储液箱运动，最后聚集在储液箱的液面的上方区域，从而减少了在液冷散热系统的管道中循环的冷却液中的空气，进而减少了管道内部的气泡，避免了汽蚀现象的发生，延长了液冷散热系统的使用寿命，而不必因为汽蚀现象造成部件损坏或系统内异响问题而需要对散热系统进行频繁维修或更换。由于激光投影设备为精密仪器，不便于经常拆卸，因此应用本发明前述实施例提供的液冷散热系统，可以减少液冷散热系统维修更换的次数，避免经常拆卸激光投影设备，也降低了维护成本，提高了用户体验。

上述激光投影设备可以是激光投影仪，或者激光影院，或者激光电视。

以上所述，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种液冷散热系统，包括通过管道连接的吸热装置、驱动装置、散热装置和储液箱，其特征在于，

所述储液箱中冷却液的液面高度高于所述液冷散热系统的其它部分的液面高度；

所述储液箱包括盛放有所述冷却液的液体区域，以及位于所述液体区域上部的气体区域；所述气体区域的压强大于所述液体区域的压强。

2.根据权利要求1所述的液冷散热系统，其特征在于，所述储液箱内设置有与所述储液箱的侧壁配合的活塞，所述活塞的一侧与所述冷却液的液面接触；所述活塞上设置有施力物，所述施力物可向所述活塞施力，使得所述活塞挤压所述冷却液。

3.根据权利要求2所述的液冷散热系统，其特征在于，所述施力物位于所述活塞远离所述冷却液的一侧；所述施力物为压缩气体；

所述储液箱还包括与所述侧壁固定的顶板，所述顶板与所述侧壁围成封闭气室；

所述压缩气体填充在所述封闭气室中。

4.根据权利要求2所述的液冷散热系统，其特征在于，所述施力物位于所述活塞远离所述冷却液的一侧；所述施力物为弹性件；

所述储液箱还包括与所述侧壁固定的顶板，所述弹性件的一端与所述顶板固定，所述弹性件的另一端与所述活塞固定；

所述弹性件处于压缩状态。

5.根据权利要求2所述的液冷散热系统，其特征在于，所述施力物位于所述活塞接触所述冷却液的一侧；所述施力物为弹性件；

所述储液箱还包括与所述侧壁固定的底板；所述弹性件的一端与所述活塞固定，所述弹性件的另一端与所述底板固定；

所述弹性件处于拉伸状态。

6.根据权利要求2所述的液冷散热系统，其特征在于，所述施力物位于所述活塞远离所述冷却液的一侧；所述施力物为重量大于或者等于预设重量的物体。

7.根据权利要求1或2所述的液冷散热系统，其特征在于，所述管道内部的压强比所述管道外部的压强高0.6KPa～300KPa。

8.根据权利要求7所述的液冷散热系统，其特征在于，所述管道内部的压强比所述管道外部的压强高20KPa～60KPa。

9.根据权利要求4或5所述的液冷散热系统，其特征在于，所述弹性件为弹簧。

10.一种激光投影设备，其特征在于，包括权利要求1～9中任一项所述的液冷散热系统。