CN107290915A - 投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种投影设备，包括同色的至少两组光源组，其中一组光源组与液冷散热系统接触换热而散热，并通过导热装置连接其他光源组，其他光源组通过所述导热装置将热量传递给所述液冷散热系统；所述液冷散热系统设有供冷却液循环的循环通道，所述冷却液吸收各所述光源组的热量并将热量传递至外部空气中；所述导热装置包括多根间隔排布的热管，所述热管两端分别与两所述光源组进行热交换；多根所述热管的总传热能力大于其所连接的任一组光源组的功率。本发明可在不提高液冷散热系统复杂性的条件下，满足大功率光源的散热需求，提高散热效果，减少液冷散热系统的安装复杂性，有效提高系统的可靠性。

Description

投影设备

技术领域

本发明涉及投影领域，特别涉及一种投影设备。

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散出热量到环境中。液冷散热系统中所采用的冷却液主要成分为水，也称为“水冷散热系统”。因液体的热容量大，尤其是水的比热容最大，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，利用风扇散热时很快达到一个极限温度，温差无法进一步缩小，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，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。鉴于液冷散热系统的优良散热性能，其在多个领域得到了广泛应用，如汽车、拖拉机、坦克等发动机的散热，医疗设备、台式电脑和笔记本电脑的高端的散热，炼钢行业，加速器等散热，在国外水冷系统也被应用到新兴行业，如日本福岛和隆文在年开发了用于日本新干线电动车组主变流装置的冷却系统。

随着投影机技术的发展以及制造成本的不断降低，投影机价格越来越便宜，同时投影机市场也出现了分化，高中低端各种机型针对不同的客户，满足了各种用户的需求。工矿企业，军事，教育等行业需要的高端投影机要求亮度高，清晰度好，能长时间运行，这就对投影机的散热系统提出了更高的要求。为了适应这一要求，现有的部分高端投影机中应用了液冷散热系统进行散热。

如图1所示，投影机液冷散热系统一般主要包括通过管道连接的循环泵30、吸热装置10、换热装置20和储液箱50，另外还设有报警及控制装置等。其中，吸热装置10为内部设有冷却液通道的金属块，常称为液冷头10，在投影机中，液冷头10与热源(如投影机的光源部件)接触。机器正常工作时，冷却液被输送到液冷头10内，并在循环泵30的动力推动下流过整个液冷头10，带走热源发出的大部分热量，而后冷却液再进入换热装置20中，换热装置20主要由冷排和风扇组成，冷却液把热量传导至冷排的散热片后，再通过风扇把热量强制排到投影机外部，冷却液温度降低后回到储液箱50内。冷却液在吸热装置10、循环泵30、储液箱50、换热装置20之间来回循环，不断地将热源发出的热量转移至换热装置20并排到外部，使投影机内部温度降低。某些结构中，储液箱50也可以省略。

采用液冷散热系统可以有效提高投影设备的散热性能，但其也存在一些缺点：当投影设备需要的亮度较高时，往往配备有多组光源模块，采用现有的液冷散热系统散热时，受结构限制，并非所有的光源模块都能直接与液冷头接触换热，使得离液冷头较远的光源模块温升较快，存在温度超出光源耐受温度的风险；而如果针对各光源模块分别配备液冷头，将使得液冷散热系统中管路部件增加，占用体积相对较大，同时，由于管路两头均需要通过接头与器件相连接，接头越多，系统的可靠性也将越低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投影设备，以提高具有多组光源的投影设备的散热效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种投影设备，包括同色的至少两组光源组，其中一组光源组与液冷散热系统接触换热而散热，并通过导热装置连接其他光源组，其他光源组通过所述导热装置将热量传递给所述液冷散热系统；所述液冷散热系统设有供冷却液循环的循环通道，所述冷却液吸收各所述光源组的热量并将热量传递至外部空气中；所述导热装置包括多根间隔排布的热管，所述热管两端分别与两所述光源组进行热交换；多根所述热管的总传热能力大于其所连接的任一组光源组的功率。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：本发明的投影设备中，利用导热装置中热管优异的导热性能，使远离液冷散热系统的光源组产生的热量也能快速传递至液冷散热系统，在不提高液冷散热系统复杂性的条件下，满足大功率光源的散热需求，提高散热效果。同时，由于将同色的光源组采用一套液冷散热系统进行散热，各光源组所处的环境温度可控制在基本一致的范围，保持光源部件高效率的工作；对于液冷散热系统而言，温度控制要求单一，使得液冷散热系统的设计简单，简化管路，缩小体积，减少安装复杂性，有效提高系统的可靠性。

附图说明

图1是现有技术投影机液冷散热系统的原理示意图。

图2是本发明投影设备第一实施例的原理示意图。

图3是本发明投影设备第一实施例中两换热器的布置示意图。

图4是本发明投影设备第二实施例的原理示意图。

图5是本发明投影设备第二实施例中加压补液器第一种结构的示意图。

图6是本发明投影设备第二实施例中加压补液器第二种结构的示意图。

附图标记说明如下：1、红色激光光源；11、第一红色激光光源组；12、第二红色激光光源组；2、蓝色激光光源；21、第一蓝色激光光源组；22、第二蓝色激光光源组；4、导热装置；41、热管；42、第一导热块；43、第二导热块；6、第一液冷散热系统；61、第一液冷头；62、第一换热器；621、第一冷排；622、第一散热风扇；63、第一循环泵；7、第二液冷散热系统；71、第二液冷头；72、第二换热器；721、第二冷排；722、第二散热风扇；73、第二循环泵；8、加压补液器；81、外壳；82、活塞；83、弹性件；86、气体腔；87、储液腔；871、出液口。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供一种投影设备，该投影设备可以为具有投影功能的投影仪、电视等。本发明的投影设备中具有多组光源，本发明的投影设备中针对该多组光源进行散热设计，具有良好的散热效果，以下通过几个实施例详细说明。

第一实施例：

如图2所示，本实施例的投影设备中配备有红色激光光源1和蓝色激光光源2。

红色激光光源1分为第一红色激光光源组11和第二红色激光光源组12，两红色激光光源组11、12均可由一个或多个红色激光模块构成，每一红色激光模块均包括多个红色激光器，各红色激光器封装于支架上形成阵列形式。第一红色激光光源组11和第二红色激光光源组12根据投影设备的光路设计进行合理排布。

红色激光光源1通过第一液冷散热系统6进行散热，具体地，第一红色激光光源组11与第一液冷散热系统6直接接触换热而散热，第二红色激光光源组12通过一导热装置4与第一红色激光光源组11连接，并通过导热装置4将热量传递给第一液冷散热系统6。导热装置4包括多根间隔排布的热管41，热管41两端分别与两红色激光光源组11、12进行热交换；多根热管41的总传热能力大于两红色激光光源组11、12中任一组的功率。其中，关于第一红色激光光源组11与第一液冷散热系统6的接触换热，可以是通过导热介质来实现，即，可在两者的接触面之间设置如导热垫片或导热硅脂之类的导热介质，使接触面能更好地贴合，从而改善接触换热效果，以下涉及“接触换热”的描述均与此类同。

较优地，本实施例中，导热装置4还包括第一导热块42和第二导热块43。热管41的两端分别镶嵌于第一导热块42和第二导热块43中，热管41与第一导热块42、第二导热块43可通过焊接工艺或滚压工艺连接固定。第一导热块42与第一红色激光光源组11、第一液冷散热系统6接触换热，第二导热块43与第二红色激光光源组12接触换热。第一导热块42与第一红色激光光源组11可通过紧固件连接固定，同样，第二导热块43与第二红色激光光源组12通过紧固件连接固定。通过导热块增加接触面积，提高换热效率。第一导热块42和第二导热块43可以采用铜、铝或银等材质。

蓝色激光光源2同样分为第一蓝色激光光源组21和第二蓝色激光光源组22，两蓝色激光光源组21、22均可由一个或多个蓝色激光模块构成，每一蓝色激光模块均包括多个蓝色激光器，各蓝色激光器封装于支架上形成阵列形式。第一蓝色激光光源组21和第二蓝色激光光源组22根据投影设备的光路设计进行合理排布。

蓝色激光光源2通过第二液冷散热系统7进行散热，其中，第二液冷散热系统7与第一液冷散热系统6的运行相互独立。与红色激光光源1相同地，对于蓝色激光光源2，第一蓝色激光光源组21与第二液冷散热系统7直接接触换热而散热，第二蓝色激光光源组22通过导热装置4与第一蓝色激光光源组21连接，并通过导热装置4将热量传递给第二液冷散热系统7。导热装置4的结构组成与红色激光光源1中所采用的导热装置4相同，但热管41的数量根据蓝色激光光源2的功率进行合理设计，第一导热块42和第二导热块43的形状也可依据蓝色激光光源2的结构进行适当调整。

第一液冷散热系统6和第二液冷散热系统7的结构组成相同，以第一液冷散热系统6为例进行详细介绍。

第一液冷散热系统6包括通过管道连接形成循环系统的第一液冷头61、第一换热器62和第一循环泵63。

第一液冷头61内部设有供冷却液流过的通道，第一液冷头61可由铜或铝制成，或者由铜或铝制作热交换部分。第一液冷头61与第一红色激光光源组11、第一导热块42接触换热。

第一换热器62包括固定连接的第一冷排621和第一散热风扇622，冷却液在第一冷排621中流动时将热量传递到第一冷排621表面的散热片上，再通过第一散热风扇622将热量强制排入外界空气中。

第一液冷头61的进口与第一冷排621的出口通过管道相连通，第一液冷头61的出口与第一冷排621的进口通过管道相连通，从而形成供冷却液循环的循环通道。

第一循环泵63设置在该循环通道内提供冷却液循环流动的动力，第一循环泵63可以设置在由第一液冷头61的出口至第一冷排621入口的管道中，也可以设置在由第一冷排621出口至第一液冷头61进口的管道中，还可以设置于第一冷排621的进口或出口处与第一冷排621固定连接形成一个整体，或者设置于第一液冷头61的进口或出口处与第一液冷头61形成一个整体。

第二液冷散热系统7包括通过管道连接形成循环系统的第二液冷头71、第二换热器72和第二循环泵73，第二换热器72包括第二冷排721和第二散热风扇722，具体结构及连接关系参照第一液冷散热系统6，不再重复表述。

本实施例的工作原理为：

对于红色激光光源1而言，第一红色激光光源组11与第一液冷头61接触换热，第一红色激光光源组11中红色激光器产生的热量可以直接传递给流经第一液冷头61的冷却液；第二红色激光光源组12中红色激光器产生的热量经第二导热块43传递至热管41，再由热管41本身的导热能力将热量传至另一端，最后通过第一导热块42传递至第一液冷头61。借由热管41优异的导热能力，且多根热管41总传热能力满足两红色激光光源组11、12的散热需求，使第二红色激光光源组12的热量也可迅速传递给流经第一液冷头61的冷却液。冷却液吸收热量后，在第一循环泵63的动力推动下，进入第一换热器62中将热量排入外界空气。冷却液不断循环，带走第一红色激光光源组11和第二红色激光光源组12的热量，使红色激光器工作在耐受温度范围内。

对于蓝色激光光源2而言，同样地，第一蓝色激光光源组21的热量直接传递给流经第二液冷头71的冷却液，第二蓝色激光光源组22的热量借由热管41的导热能力亦可快速传递给流经第二液冷头71的冷却液。冷却液吸收热量后，在第二循环泵73的动力推动下，进入第二换热器72中将热量排入外界空气。冷却液不断循环，带走第一蓝色激光光源组21和第二蓝色激光光源组22的热量，使蓝色激光器工作在耐受温度范围内。

本实施例中，利用热管41优异的导热性能，并通过设置多根热管41满足远离液冷头的第二红色激光光源组12和第二蓝色激光光源组22的散热需求，使得各光源组产生的热量均能通过液冷散热系统带走，最优情况下，两同色的光源组之间的温差基本上可以维持在2℃左右，可以认为同色的两光源组所处的环境温度范围基本一致，同色的激光器的工作效率基本相当，使投影设备性能更稳定。

导热装置4中，热管41的数量可根据以下公式计算并向上取整：总传热能力＝热管根数×热管直径²×(35％～40％)。

其中，总传热能力按导热装置4所连接的两光源组中较大功率确定，例如，单个激光模块的功率为50W，其中一个光源组由一个激光模块构成，其功率为50W，而另一个光源组中具有两个激光模块，功率为100W，则热管41的总传热能力需≥100W。

本发明中，同色的两光源组之间的距离不远，根据发明人的经验数据，连接于两光源组之间的单根热管的传热能力大致地为其直径的平方，例如6mm直径热管的传热能力约为36W，由热管制成导热装置后的效率损耗至约为35％～40％，本发明通过上述公式即可快速计算所需的热管41数量，满足散热需求。

更进一步地，本实施例中，红色激光光源1和蓝色激光光源2各通过一套液冷散热系统进行散热，两者互不影响，能够单独进行温度控制，同时满足红色激光光源1和蓝色激光光源2的散热要求，保证两种光源对应的激光器工作的可靠性，两种激光器均位于可高效率工作的温度条件下，提高投影设备的性能。

根据两套液冷散热系统6、7的温度控制区别，可对第一液冷头61、第二液冷头71、第一换热器62、第二换热器72的结构进行分别设计，第一循环泵63和第二循环泵73亦可根据实际需求选型。

在一较优的结构中，第一换热器62和第二换热器72均采用新风散热。投影设备上可以针对第一换热器62和第二换热器72分别设有进风口，从各进风口进入的外部空气(即新风)分别直接引流至第一换热器62和第二换热器72，或者投影设备上仅设置一个进风口，但从进风口处进入的外部空气在投影设备中分为两股分别直接吹向第一换热器62和第二换热器72。空气吸收各换热器中冷却液的热量后，在投影设备内流动，带走投影设备内其他部件的热量，最终从投影设备上设置的出风口吹出。第一换热器62和第二换热器72可以上下排布或左右排布，根据投影设备的结构灵活设置。第一换热器62和第二换热器72均采用新风换热，换热效果好。

参阅图3，在另一较优的结构中，第一换热器62和第二换热器72沿投影设备内的空气流动路径排布，第一换热器62设置于靠近投影设备的进风口处，第二换热器72排布于第一换热器62的下游并靠近投影设备的出风口处。从投影设备的进风口处进入的外部空气先经过第一换热器62的第一冷排621，带走第一冷排621中冷却液的热量，而后可以对投影设备内的其他部件进行散热，最后再进入第二换热器72，带走第二换热器72的第二冷排721中冷却液的热量后排到外界。这种结构中，空气在投影设备内部的流动可以满足不同温控要求的各部件的散热，有效利用空气散热。

本实施例中，同色的激光光源分为两组，在其他可行的方式中，同一种颜色的激光光源还可以分为更多组，不同组的光源组之间通过导热装置相连并利用一套液冷散热系统散热。

本实施例的投影设备具有两种颜色的光源，在仅具有一种颜色光源的投影设备中，仍可基于本发明的技术构思，利用导热装置将同颜色但分为多组的光源组相连接，利用一套液冷散热系统散热，提高大功率光源的散热效果，且不增加散热系统的复杂性。

另外，本实施例的投影设备采用激光光源作为光源，在其他实施例中，激光光源也可以替换为普通光源。

第二实施例：

参阅图4，本实施例的投影设备与第一实施例的区别为：本实施例的投影设备还包括加压补液器8，用于向液冷散热系统中补充冷却液。图4中仅示意了红色激光光源1及其对应的第一液冷散热系统6，加压补液器8与第一液冷散热系统6相连通而在必要时向第一液冷散热系统6内补充冷却液。

图5示意了加压补液器8的一较优结构形式，加压补液器8包括外壳81、活塞82和弹性件83。外壳81内部中空；活塞82与外壳81内截面适配，可滑动地设置于外壳81内，将外壳81内部分隔为气体腔86和储液腔87，气体腔86内填充气体，储液腔87内存储冷却液；弹性件83位于气体腔86内，两端分别连接活塞82和气体腔86腔壁，弹性件83处于压缩状态。储液腔87设有出液口871，该出液口871与第一液冷散热系统6中冷却液的循环通道相连通，在第一液冷散热系统6中冷却液减少时，气体腔86与储液腔87之间的压力差改变，弹性件83恢复形变而伸长，推动活塞82向储液腔87方向移动，从而将储液腔87内的冷却液注入第一液冷散热系统6内，实现自动补液。

图6示意了加压补液器8另一较优的结构形式，加压补液器8同样包括外壳81、活塞82和弹性件83。外壳81内部通过活塞82分隔为气体腔86和储液腔87，弹性件83位于储液腔87内，两端分别连接活塞82和储液腔87腔壁，弹性件83处于拉伸状态。在第一液冷散热系统6中冷却液减少时，弹性件83恢复形变而收缩，拉动活塞82向储液腔87方向移动，从而将储液腔87内的冷却液注入第一液冷散热系统6内，同样实现自动补液。

在加压补液器8的这两种结构中，弹性件83较优地可为弹簧。

加压补液器8可以设置在第一液冷散热系统6的任一管道处，也可以设置在第一液冷头61或第一换热器62的进/出口处，还可以与第一循环泵63、第一液冷头61或第一换热器62整合为一个部件。

通过加压补液器8的设置，可以在需要时对第一液冷散热系统6进行自动补液，使第一液冷散热系统6内压力保持在设定范围内，使第一液冷散热系统6长期处于高效散热的工况条件下，同时可以免于人工进行补液，达到在寿命期间免维护的效果。

对于蓝色激光光源2所对应的第二液冷散热系统7，投影设备同样可适应性地增加加压补液器8，具体结构及连接方式参照上述针对第一液冷散热系统6的相关结构。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种投影设备，其特征在于，包括同色的至少两组光源组，其中一组光源组与液冷散热系统接触换热而散热，并通过导热装置连接其他光源组，其他光源组通过所述导热装置将热量传递给所述液冷散热系统；

所述液冷散热系统设有供冷却液循环的循环通道，所述冷却液吸收各所述光源组的热量并将热量传递至外部空气中；

所述导热装置包括多根间隔排布的热管，所述热管两端分别与两所述光源组进行热交换；多根所述热管的总传热能力大于其所连接的任一组光源组的功率。

2.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述热管的数量根据以下公式计算并向上取整：

总传热能力(W)＝热管根数×热管直径(mm)²×(35％～40％)。

3.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述导热装置还包括两导热块，两所述导热块分别将所述热管的两端嵌于其内；

两所述导热块分别与两所述光源组接触换热，其中一所述导热块还与所述液冷散热系统接触换热。

4.根据权利要求3所述的投影设备，其特征在于，所述热管与所述导热块通过焊接工艺或滚压工艺连接固定。

5.根据权利要求3所述的投影设备，其特征在于，所述导热块与所述光源组通过紧固件连接固定。

6.根据权利要求1-5任一项所述的投影设备，其特征在于，所述液冷散热系统包括液冷头、换热器和循环泵；所述液冷头与所述换热器通过管道相连形成供冷却液循环的所述循环通道，所述循环泵设置于该循环通道内以提供冷却液循环的动力；所述液冷头与所述光源组接触换热而吸收热量，所述换热器与外部空气换热而将热量传递至空气中。

7.根据权利要求6所述的投影设备，其特征在于，所述投影设备还包括加压补液器；

所述加压补液器内设有通过活塞相分隔的气体腔和储液腔，所述活塞上连接有一具有形变的弹性件；

所述储液腔的出液口与所述液冷散热系统相连通，在所述液冷散热系统中冷却液减少时，所述弹性件恢复形变驱动所述活塞向所述储液腔方向移动而将所述储液腔内的冷却液注入所述液冷散热系统中。

8.根据权利要求7所述的投影设备，其特征在于，所述弹性件位于所述气体腔内，所述弹性件两端分别连接所述气体腔腔壁和所述活塞，所述弹性件处于压缩状态。

9.根据权利要求7所述的投影设备，其特征在于，所述弹性件位于所述储液腔内，所述弹性件两端分别连接所述储液腔腔壁和所述活塞，所述弹性件处于拉伸状态。

10.根据权利要求1-5任一项所述的投影设备，其特征在于，所述投影设备包括至少两组由红色激光器构成的红色光源组和至少两组由蓝色激光器构成的蓝色光源组；

两组所述红色光源组之间通过一所述导热装置相连，并通过一套所述液冷散热系统散热；

两组所述蓝色光源组之间通过一所述导热装置相连，并通过一套所述液冷散热系统散热；

所述红色光源组对应的所述液冷散热系统和所述蓝色光源组对应的所述液冷散热系统的运行相互独立。