CN114025142B - 一种液冷散热冷头、液冷散热系统及激光电视 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液冷散热冷头、液冷散热系统及激光电视，其中液冷散热冷头包括壳体，壳体上设置有液体工质入口和液体工质出口，壳体内设置有泡沫金属以及锯齿状的歧管式通道，歧管式通道固定于泡沫金属上并形成供液体工质流动的通道；液体工质在外部压力的推动下依次进入液体工质入口、开口面向液体工质入口的歧管式通道、泡沫金属、开口面向液体工质出口的歧管式通道、液体工质出口。本发明采用了歧管式通道和泡沫金属相结合的散热方式，具有流动阻力较小和均温性好的特性。相比较于传统歧管式直微通道，本发明加工方便，泡沫金属孔密度和孔隙率等参数易于调节，直接焊接组装，特别是微米级尺度下通道，加工更具有成本优势，可快速大规模应用。

Description

一种液冷散热冷头、液冷散热系统及激光电视
技术领域
本发明涉及激光电视散热技术领域，尤其涉及一种液冷散热冷头、液冷散热系统及激光电视。
背景技术
作为新一代的显示技术，激光电视具有画面尺寸大，易搬运和长时间观看不伤眼等优点，具有较大市场前景。激光电视的核心部件之一为激光光源，激光光源在工作时会产生大量的热，热量聚集会引起激光光源温度升高，会降低激光光效，减少使用寿命，更严重的导致激光光源损坏，因此对激光光源进行散热十分有必要。尤其是当激光电视采用三色激光光源后，红色激光光源对温度的要求更高，散热更难。
液冷是一种利用液体流动来带走热量的高效散热方式，液冷系统主要包括冷头、循环泵、冷排、储液罐、液体工质和水管等。其中冷头直接同激光光源接触，冷头中流动的液体工质带走激光光源产生的大量热量。现有液冷散热技术中，冷头中一般加工有平行的微小通道，液体在平行的微小通中流动，从而带走热量，但冷却通道上的压降会随着通道的长度的增加而急剧升高。微小宽度的微流体通道可以提高激光光源的散热面积，然而冷头的压降却随之增加，这意味着需要大功率泵，从而增加了能耗和成本。另外一个缺点则是在液体的流动方向上，激光光源会产生较高的温度梯度。专利CN201610196677.6和CN201710882519.0都存在这样的问题。
歧管式微通道冷却系统在降低泵输送功率和激光光源温度梯度方面具有巨大的潜力。在歧管式微通道系统中，这种3D分层歧管(一个具有多个用于分配冷却剂的端口的通道部件)为嵌入式微通道提供了多个入口和出口，从而将冷却剂传输路径分成多个平行部分。专利CN201811088661.9和CN202010760271.2都是通过歧管式微通道来强化换热，但这种结构在加工工艺和成本上都有较高要求，同时歧管式微通道的换热面积受到通道和肋厚度及深度影响，换热能力仍然受到一定限制。
发明内容
本发明提供了一种液冷散热冷头、液冷散热系统及激光电视，以解决上述问题。
本发明采用的技术方案是：提供一种液冷散热冷头，包括壳体，所述壳体上设置有液体工质入口和液体工质出口，所述壳体内设置有泡沫金属以及锯齿状的歧管式通道，所述歧管式通道固定于所述泡沫金属上并形成供液体工质流动的通道；液体工质在外部压力的推动下依次进入液体工质入口、开口面向液体工质入口的歧管式通道、泡沫金属、开口面向液体工质出口的歧管式通道、液体工质出口。
作为液冷散热冷头的一种优选方式，所述壳体包括冷板和冷头盖板，所述冷板与所述冷头盖板固定连接、且两者接触面之间设置有密封机构从而形成密封腔体；
所述液体工质入口和液体工质出口设置于所述冷头盖板上；
所述歧管式通道固定在所述冷头盖板内；
所述泡沫金属固定在所述冷板上，所述冷板上还设置有激光器安装槽。
作为液冷散热冷头的一种优选方式，所述密封机构包括设置在所述冷头盖板和/或冷板上的密封槽以及密封圈。
作为液冷散热冷头的一种优选方式，所述泡沫金属为泡沫铜、泡沫铝或泡沫镍，所述冷板为铜或铝材质。
作为液冷散热冷头的一种优选方式，所述歧管式通道开口端的宽度为0.5-5mm，歧管式通道肋厚为0.2-1mm、高度为1-10mm。
作为液冷散热冷头的一种优选方式，所述泡沫金属为一整块，其孔密度为20-130PPI、孔隙率为0.5-0.98、厚度为1-10mm。
作为液冷散热冷头的一种优选方式，所述泡沫金属包括若干泡沫金属块和金属肋片，所述金属肋片与所述泡沫金属块间隔设置。
作为液冷散热冷头的一种优选方式，所述金属肋片与所述歧管式通道相互垂直；所述金属肋片的厚度为0.1-5mm；所述泡沫金属块孔密度为20-130PPI、孔隙率为0.5-0.98、厚度为1-10mm、宽度为0.03-5mm。
本发明还公开一种液冷散热系统，包括工质输送管道、循环泵、冷排、风扇、储液罐以及上述的液冷散热冷头，液冷散热冷头、循环泵和冷排由工质输送管道串联起来形成回路，所述风扇安装在冷排上。
本发明还公开一种激光电视，其包括上述的液冷散热系统。
本发明的有益效果是：
(1)、本发明采用了歧管式通道和泡沫金属相结合的散热方式，具有流动阻力较小和均温性好的特性。
(2)、本发明中采用的泡沫金属方便调节系统流动阻力和散热能力，可以利用已有的不同孔隙率和孔密度的泡沫金属调节系统流动阻力和散热能力。
(3)、泡沫金属比表面积大，可强化液体工质在冷头中的换热能力。
(4)、金属肋片的加入可进一步提高泡沫金属的导热能力，提升散热系统的换热能力。
(5)、相比较于传统歧管式直微通道，本发明加工方便，泡沫金属孔密度和孔隙率等参数易于调节，直接焊接组装，特别是微米级尺度下通道，加工更具有成本优势，可快速大规模应用。
附图说明
图1是本发明实施例1公开的液冷散热冷头的结构示意图。
图2是本发明实施例1公开的冷头盖板的结构示意图。
图3是本发明实施例1公开的液冷散热冷头内部液体工质流动正剖面图。
图4是本发明实施例1公开的液冷散热冷头内部液体工质流动侧剖面图。
图5是本发明实施例2公开的冷板的结构示意图。
图6是本发明实施例2公开的液冷散热冷头内部液体工质流动正剖面图。
图7是本发明实施例3公开的液冷散热系统的结构示意图。
附图标记：1、冷头；11、冷板；111、固定孔；112、激光器安装槽；12、泡沫金属；121、泡沫金属块；122、金属肋片；13、冷头盖板；131、螺纹孔；132、液体工质入口；133、液体工质出口；134、密封槽；14、歧管式通道；2、工质输送管道；3、循环泵；4、冷排；5、风扇。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
参见图1-4，本实施例公开一种液冷散热冷头，包括壳体，壳体上设置有液体工质入口132和液体工质出口133，壳体内设置有泡沫金属以及锯齿状的歧管式通道14，歧管式通道14固定于泡沫金属12上并形成供液体工质流动的通道。液体工质在外部压力的推动下依次进入液体工质入口、开口面向液体工质入口132的歧管式通道14、泡沫金属12、开口面向液体工质出口133的歧管式通道14、液体工质出口133。
为了进一步说明液体工质的流动方向，参见图3-4，液体工质通过液体工质入口132进入壳体内部，液体工质首先沿着歧管式通道14流动，然后液体工质朝下流入泡沫金属12内部，接着朝两边流动，如图4所示，再朝上进入歧管式通道14，沿着歧管式通道14一直流到液体工质出口133，进而流出壳体。本发明同已有装置相比，具有流动阻力较小和均温性好的特性。
壳体的形式多种多样，作为一种优选方式，本实施的壳体包括冷板11和冷头盖板13。冷板11上开设有固定孔111，冷头盖板13上设置有螺纹孔131，冷板11与冷头盖板13通过螺栓固定连接。冷板11与冷头盖板13两者接触面之间设置有密封槽134以及密封圈从而形成密封腔体，防止液体泄漏。液体工质入口132和液体工质出口133设置于冷头盖板13上。参见图2，歧管式通道14固定在冷头盖板13内。参见图1，泡沫金属12通过钎焊固定在冷板11上。冷板11上还设置有激光器安装槽112，激光器安装于激光器安装槽112内，界面处涂敷导热硅脂，用螺钉固定。
具体的，泡沫金属12可以为泡沫铜、泡沫铝、泡沫镍或泡沫金属合金。冷板11可采用铜或铝材质。液体工质选用去离子水与乙二醇混合溶液或者非导电制冷剂。
在本实施例中，泡沫金属12为一整块，其孔密度为20-130PPI、孔隙率为0.5-0.98、厚度为1-10mm。歧管式通道14开口端的宽度为0.5-5mm，歧管式通道14肋厚为0.2-1mm、高度为1-10mm。
本发明散热系统由于歧管式通道的结构设计可以使激光光源温度分布更为均匀，而泡沫金属代替微通道可以进一步增加换热面积，提高换热能力。同时整个系统加工制作也更为方便，成本也更为低廉。
实施例2
本实施例公开一种液冷散热冷头，在实施例1中，整块泡沫金属12与冷板11焊接在一起形成多孔流道，虽然泡沫金属12比表面积大，但与金属块相比其有效导热系数仍然较低，热源的热量难以传递到整个泡沫金属上，因此，在本实施例中，将实施例1中的整块泡沫金属12切割成了若干泡沫金属块121，泡沫金属块之间增设金属肋片122，用于强化换热，如图5所示。
图6为实施例2装置的流动示意图，由于金属肋片122的存在，换热会进一步强化，同时金属肋片122导致液体工质仅可在泡沫金属块121内部流动，而不会像实施例1中那样在整个泡沫金属块121中流动。
在本实施例中，泡沫金属块121孔密度为20-130PPI，孔隙率为0.5-0.98，厚度为1-10mm，宽度为0.03-5mm，金属肋片122厚度为0.1-5mm。
实施例3
参见图7，一种液冷散热系统，包括工质输送管道2、循环泵3、冷排4、风扇5以及实施例1或2所述的液冷散热冷头。冷头1、工质输送管道2、循环泵3、冷排4和风扇5。冷头1、循环泵3和冷排4由工质输送管道2串联起来形成回路。本装置中，循环泵3提供液体工质循环动力，风扇5向冷排4吹风同液体工质进行换热。
实施例4
本实施例公开一种激光电视，其包括实施例3所述的液冷散热系统。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种液冷散热冷头，包括壳体，所述壳体上设置有液体工质入口和液体工质出口，其特征在于，所述壳体内设置有泡沫金属以及锯齿状的歧管式通道，所述歧管式通道固定于所述泡沫金属上并形成供液体工质流动的通道；液体工质在外部压力的推动下依次进入液体工质入口、开口面向液体工质入口的歧管式通道、泡沫金属、开口面向液体工质出口的歧管式通道、液体工质出口；
所述泡沫金属包括若干泡沫金属块和金属肋片，所述金属肋片与所述泡沫金属块间隔设置，且形成一个整体；所述金属肋片与所述歧管式通道相互垂直。
2.根据权利要求1所述的液冷散热冷头，其特征在于，所述壳体包括冷板和冷头盖板，所述冷板与所述冷头盖板固定连接、且两者接触面之间设置有密封机构从而形成密封腔体；
所述液体工质入口和液体工质出口设置于所述冷头盖板上；
所述歧管式通道固定在所述冷头盖板内；
所述泡沫金属固定在所述冷板上，所述冷板上还设置有激光器安装槽。
3.根据权利要求2所述的液冷散热冷头，其特征在于，所述密封机构包括设置在所述冷头盖板和/或冷板上的密封槽以及密封圈。
4.根据权利要求2所述的液冷散热冷头，其特征在于，所述泡沫金属为泡沫铜、泡沫铝或泡沫镍，所述冷板为铜或铝材质。
5.根据权利要求1所述的液冷散热冷头，其特征在于，所述管式通道自开口端至闭合端的流通面积由大变小且连续变化；所述歧管式通道开口端的宽度为0.5-5mm，歧管式通道肋厚为0.2-1mm、高度为1-10mm。
6.根据权利要求1所述的液冷散热冷头，其特征在于，所述金属肋片的厚度为0.1-5mm；所述泡沫金属块孔密度为20-130PPI、孔隙率为0.5-0.98、厚度为1-10mm、宽度为0.03-5mm。
7.一种液冷散热系统，包括工质输送管道、循环泵、冷排、风扇、储液罐，其特征在于，还包括权利要求1-6中任意一项所述的液冷散热冷头，液冷散热冷头、循环泵和冷排由工质输送管道串联起来形成回路，所述风扇安装在冷排上。
8.一种激光电视，其特征在于，包括权利要求7所述的液冷散热系统。
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