CN1892414A - 用于投影显示装置的一次流过强制气冷散热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于投影显示装置的一次流过强制气冷散热器，其包括：散热器部件，其被构造为附接于要被冷却的物体；以及鼓风机，用于将冷却空气引入到散热器部件中。该散热器部件包括：进气口；出气口；以及散热片，用于利用由鼓风机供给的冷却空气来散失物体中的热量。该进气口、出气口和散热片这样布置，即冷却空气以一次流过模式被从进气口引入，然后冷却散热片并向出气口流动。本发明的一次流过强制气冷散热器具有低噪音、小尺寸和高冷却效率，特别适于冷却小型投影显示装置中的反射型显示设备。

Description

用于投影显示装置的一次流过强制气冷散热器

本申请基于2005年7月4日提交的日本申请No.2005-195164，并要求其优先权，其公开内容在此全部引用作为参考。

技术领域

本发明涉及一种散热器和使用该散热器的投影显示装置，特别涉及一种强制气冷散热器。

背景技术

由于要求更高的性能和小尺寸，电子设备会产生大量的热。因此，已经提出各种方法用于有效地冷却这种电子设备。例如，日本专利未决公开No.2004-193389中公开了一种使用制冷剂的散热器。为了提高热传递特性并将每个电子设备冷却至均匀的温度，具有在其内流动的制冷剂的散热器的热传递系数沿着流动路径的位置而不同，其依赖于需要冷却的电子设备的布置。日本专利未决公开No.115156/95公开了一种使用制冷剂的散热器，用于冷却集成电路。为了提高冷却效率并减少压力损失，在散热器的底部形成排列在制冷剂喷嘴下面的凸起，并切除角部区域以消除死水区域。在日本专利未决公开No.159070/95中公开的冷却装置中，在冷却装置内设置有相互平行延伸的通孔，并且这些彼此相邻的通孔通过U形连接管连接在一起以形成连续的制冷剂流动路径。

在这种使用制冷剂的液体冷却散热器中，通常形成封闭回路以使制冷剂能够从泵循环到受热壳体(heat receiving jacket)(散热器)、散热体(radiator)，并返回到泵中。为了补给冷却水的泄漏和蒸发，需要时还可以使用贮存器箱。在液体冷却散热器中，热量是通过散热体散发的。由于散热体是一种在其外表面上具有散热片的气冷散热器，所以与传统的散热器相似，需要从周围供给冷却空气。换句话说，制冷剂仅仅将热量从要被冷却的设备传递到散热体，其实际上并不冷却设备。因此，气冷散热器系统越来越多的被用于冷却电子设备，因为其利用鼓风机直接冷却电子设备的散热器，并且其结果促进了冷却构造的简化。

另一方面，家用电器要求减少噪音，用于减小噪音的技术已经得到发展。这种技术不限于用于家用电器，还扩展到通用的电子设备。尤其在与个人电脑相关的装置的领域中，对于诸如投影显示装置的电脑系统的外部设备、以及诸如磁盘驱动器、CPU(中央处理单元)冷却器和电源冷却器等电脑系统的元件，不论装置的尺寸如何，都非常需要减小噪音。

由于投影显示装置配备有产生特别大量的热的元件，这些发热元件需要被冷却以确保性能和可靠性。冷却系统大致被分为两类，即，气冷系统和液体冷却(水冷却)系统。用于冷却电子设备的气冷系统进一步分为自然空气冷却系统和强制空气冷却系统，因为前者由于低的冷却效率而需要宽广的热传递区域，所以通常使用后者。在强制空气冷却中，鼓风机将冷却空气吹向要被冷却的物体，或者排出在装置中已经被加热的冷却空气，其中鼓风机可以是各种类型的。可提供散热器以冷却被加热到特别高温度的光学元件。为了加强电子设备的冷却效果，需要使用较大的冷却鼓风机或者增加鼓风机的转速。然而，这样会导致冷却鼓风机的噪音增加，并且对于配备有产生大量热的元件的电子设备，噪音的增加也会较大。此外，噪音的增加对于小型便携设备更大，因为需要提高转速以限制鼓风机的尺寸。

在投影显示装置中使用的传统散热器中，通过在气流中布置散热器、并且利用气流散发从物体传递到散热器的热量，来冷却物体。为了以这种方法冷却物体，需要允许冷却空气在散热器周围流动的空间。冷却空气被加热至高温，并导致装置中的温度升高。由于散热器的散热效率受环境温度的影响，被加热的空气需要被排放到装置外部。此外，需要大表面积以提高散热器的散热效率，这导致了散热片的高度增加。在传统投影显示装置中，既要求减小装置的尺寸，又要求冷却性能和噪音减小(降低噪音)之间的协调。

然而，使用散热器的上述传统空气冷却技术具有以下缺点。第一，在小型投影显示装置中，必需以高转速来操作安装在装置中的鼓风机，以便确保冷却具有产生大量热的元件的投影显示装置所必需的流量。因为普通的转速对于小型鼓风机确保足够的流量是不够的，所以要求提高转速以增加流量和气压。然而，转速的增加会导致噪音增大。此外，以较高转速旋转的鼓风机会产生刺耳的噪音。因此，即使保持低的噪音水平，该噪音的水平似乎还是较高的，因为噪音是刺耳的。

第二，与较大的装置相比，较小的投影显示装置对于装置中的元件的布置具有局限的灵活性，导致了难以使用从装置外部引入冷却空气的自然空气冷却。

第三，与较大的装置相比，由于在较小的投影显示装置的情况下，元件占用了内部空间的较大比例，所以由于在装置内部通风阻力的增加而难以将热量排放到装置外部。不得不在装置中的气流不足的条件下来冷却装置。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种强制气冷散热器，其具有低噪音、小尺寸、并显示出高冷却效率。特别地，本发明的目的是提供一种强制气冷散热器，其适于冷却小型投影显示装置中的反射型显示设备。

根据本发明的一次流过强制气冷散热器包括：散热器部件，其被构造成附接于要被冷却的物体；以及鼓风机，用于将冷却空气引入到散热器部件中。散热器部件包括：进气口；出气口；散热片，用于利用鼓风机供给的冷却空气来散失物体中的热量。进气口、出气口和散热片这样布置：冷却空气以一次流过模式从进气口被引入，然后冷却散热片，并流动到出气口。因此，散热器能够有效地冷却要被冷却的物体而不影响周围环境。

鼓风机可通过气管与进气口连接。或者，鼓风机可通过气管与出气口连接。

散热片优选由多组构成，每组都具有与其它组构造不同的散热片。第一散热片组可布置在靠近进气口的区域，并具有适于将从进气口引入的冷却空气分配到其它组的构造和排列。

第一组的每个散热片可具有面向冷却空气流动方向的顶端，并且第一组的散热片可排列成交错形式。

第二组可包括多个板状(plate-like)散热片，它们相互平行排列以引导冷却空气，使得冷却空气在散热片之间沿着散热片的纵向侧流动。第三组可包括多个板状散热片，它们排列成交错形式以引导冷却空气，使得冷却空气在散热片之间流动并沿着交错路径流动。第三组优选布置成比第二组更靠近出气口。

根据本发明的另一个实施例，一种电子装置包括要被冷却的元件，和附接于该元件的上述一次流过强制气冷散热器。典型的电子装置是投影显示装置。

根据在散热器中的位置，散热片具有不同的构造。因此，能够利用进入到散热器部件的具有加速度的冷却空气来有效地冷却散热片，并有效地冷却全部散热片。

由于冷却空气经过排气管被排放到外部，所以散热器中的热量不会影响周围的环境。由于散热器的外表面覆盖有热绝缘体，所以散热器不会被周围环境的热量影响。

本发明的一次流过强制气冷散热器具有这样的优点，即能够容易地实现装置尺寸的减小，因为即使散热器的尺寸小且流量受限，也能够获得冷却空气的所需速度。此外，由于受限的流量而能够使用小尺寸的吸气管，能够容易地用隔音材料覆盖高静压鼓风机。因此，本发明的一次流过强制气冷散热器能够进一步减小噪音水平，并还减小了具有刺耳频率的噪音。

散热片可这样排列，使得散热片阻挡冷却空气以一次流过方式从进气口向出气口流动的流动路径的一部分。

散热片还可防止冷却空气的流速减小。

本发明的上述和其它目的、特征和优点将通过参考说明本发明的实施例的附图的如下说明而变得更加明显。

附图说明

图1为根据本发明的第一实施例的一次流过强制气冷散热器的示意性分解透视图；

图2A为示出了图1中的一次流过强制气冷散热器的主体的内部构造的顶部平面图；

图2B为沿图2A中的线A-A截取的截面图；

图3为根据本发明的第二实施例的一次流过强制气冷散热器的示意性分解透视图；

图4为示出了根据本发明的第三实施例的投影显示装置的构造的示意图；

图5A至5B为示出了根据本发明的第四实施例的一次流过强制气冷散热器的主体的内部构造的示意说明图；以及

图6为根据本发明的第五实施例的一次流过强制气冷散热器的示意性透视图。

具体实施方式

本发明的一次流过强制气冷散热器具有散热器部件和与散热器部件连通的鼓风机。散热器部件具有进气口和出气口，并在散热器部件内部具有用于散失热量的散热片。冷却空气通过鼓风机从进气口被引入，冷却散热散热片，并以一次流过流动模式从出气口排放。散热片由构造分别不同的散热片组构成。第一散热片组布置成靠近进气口，具有适于将从进气口引入的冷却空气分布到其它散热片组的构造和排列。其它组的散热片具有适合于根据每组的位置利用引入的冷却空气有效地进行冷却、并且适合于从出气口平稳地排放空气的构造和排列。散热片这样排列，使得散热片阻挡沿着冷却空气以一次流过方式从进气口流向出气口的流动路径的一部分。

参照图1至2B，将说明根据本发明的第一实施例的一次流过强制气冷散热器。一次流过强制气冷散热器10由散热器部件20和具有吸气管32和供气管31的高静压鼓风机30组成。散热器部件20包括内部具有散热片和冷却空气的流动路径24的主体21、散热器盖22和热绝缘体42。主体21具有与要被冷却的设备，诸如投影显示装置的DMD(数字微镜设备)接触的后表面，以允许要被冷却的设备中的热量传递到散热片。由于散热器部件20的温度会因周围温度而升高，所以用热绝缘体42覆盖散热器部件20，如图1所示，以便防止外部热量通过散热器盖22进入散热器部件20，从而限制散热器部件20的温度增加。由于散热器部件20内部的冷却空气的流动，结果，冷却空气的温度增加被限制，从而提高了要被冷却的设备的冷却效率。如果周围温度对散热器部件20的影响小，那么热绝缘体42可被省略。在这种情况下，也能实现散热器的功能。如果散热器部件20与要被冷却的设备仅仅在小区域内接触，那么热绝缘体42也可以位于散热器部件20的除了与该设备接触的区域之外的侧面，如图3所示。该构造提供了更加可靠的热绝缘构造，其受周围温度的影响小。

供气喷嘴25设置在主体21的进气口处。高静压鼓风机30通过供气管31与主体21相连，以便将冷却空气供给到主体21的流动路径24。根据质量守恒定律，其表明流量能够通过将流速与面积相乘来计算，高静压鼓风机30供给的流量Q由Q＝A·v给出，其中A表示具有内径a的供气管31的内部截面积，v表示流速。由于利用高静压鼓风机30经过供气管31供给冷却空气，以使流动通道的区域(供气管31)的截面积减小，所以即使对于小流量也能增加流速。流动通道的截面积进一步被散热器部件20的供气喷嘴25减小，以允许冷却空气以较高的速度进入散热器部件30。此外，流动路径24在散热器部件20内部具有窄的宽度。因此，冷却空气流过流动路径24而不会降低速度。从散热片传递到冷却空气的热量与温差和散热片上的冷却空气的流速相关。每单位时间传递的热量随着散热片上的冷却空气的流速增加而增加。如果不使用供气管31，则由于流动通道的截面积增加，流速将减小。另外，进气口33也可减小尺寸，因为供气管31能够用非常低的流量实现冷却。

任何小尺寸的且提供高静压的鼓风机都可被用作高静压鼓风机30。例如，通过电机的旋转依次压缩多个膜片的泵型鼓风机能提供50kPa或更多的压力。还可使用多级轴流泵。鼓风机30可具有任何大小的排放压力。例如，鼓风机30的排放压力可小于10kPa，或者大于100kPa。

冷却空气围绕散热片流动以冷却散热片，并沿着预定的一次流过路径流向如图2B所示的排气端口26，并排放到外部。如图2B所示，多个排气端口26有助于排放在散热器部件20内的流动路径24中被加热的冷却空气。由于这些被加热的冷却空气不长时间保留在流动路径24中，所以能够提高设备的冷却效率。

如图1所示，排气管41可与排气端口26中的一个连接，其余的排气端口26可被关闭或除去。要被排放的空气能够通过排气管41被转移到以被加热的排除空气影响小的场所。

本发明的几个散热器可串联连接。例如，第一个散热器的出气口(排气端口)可与第二个散热器的进气口通过排气管相连。能够使用单个鼓风机来冷却用于多个设备的多个散热器。

如图2A所示，散热片的构造彼此不相同的第一散热片组23a、第二散热片组23b和第三散热片组23c被排列在主体21内部的流动路径24中。进气供给喷嘴25和多个排气端口26设置在主体21的相对侧表面。当散热器盖22附接于主体21时，散热器部件20中除了进气供给喷嘴25和排气端口26之外没有任何开口。主体21的背面与要被冷却的设备接触。因此，第一散热片组23a、第二散热片组23b和第三散热片组23c这样构成和排列，使得通过高静压鼓风机30供给的冷却空气流经与要被冷却的设备接触的主体21的全部流动路径24。散热片能够防止冷却空气的流速减小。

接下来，将给出第一散热片组23a、第二散热片组23b和第三散热片组23c的说明。接下来的说明仅仅是举例，这些散热片的构造和排列不限于下列实施例，只要经过供气喷嘴25引入的冷却空气均匀地冷却散热片，并且在冷却之后从排气端口26排放到外部。第四实施例也是本实施例的示范性应用。

通过高静压鼓风机30供给的冷却空气以在供气喷嘴25处增加的流速被引入到散热器部件20中。最靠近供气喷嘴25的第一散热片组23a起到将以高流速从供气喷嘴25引入的冷却空气均匀分配到全部散热片的作用。第一散热片23a具有一个顶点指向供气喷嘴25的倒三角形状。第一散热片23a以交错模式排列在散热器部件20内靠近供气喷嘴25的区域中。具有高静压的冷却空气向每个散热片23a的包括所述顶点的两侧流动，并通过流动路径24被分配，如图2A中的箭头所示。第一散热片23a的构造不限于倒三角。可以替换地，第一散热片23a还可以具有例如朝向供气喷嘴25的弯曲的L型构造，只要其起到将以高流速引入的冷却空气均匀分配到全部散热片的作用即可。

第二散热片组23b排列成与第一散热片组23a相邻。如图2A所示，第二散热片23b具有板状拉长的矩形构造。由第一散热片组23a分配的冷却空气沿着该板状表面流动，然后返回至流动路径24。由于散热片的构造，仅仅低静压的冷却空气在该区域中流动，选择这种构造是为了减小阻力。

第三散热片组23c排列在第一散热片组23a的上部区域中，如图所示，即靠近排气端口26。如图2A所示，第三散热片23c具有板状拉长的矩形构造。由第一散热片组23a分配的冷却空气沿着最低行中的散热片23c的较长侧限定的表面流动，如图中所示，然后经过散热片23c之间沿着下一行中的散热片23c流动，然后在从排气端口26排放之前，重复沿着下一行散热片流动并在该散热片之间穿过。冷却空气在该区域会损失一些流速，虽然其还具有高静压。因此，第三散热片23c在散热器部件20中形成具有小宽度的流动通道以防止流速减小。第三散热片23c以交错模式排列以促进冷却空气的分配。

接下来参照图3，将说明根据本发明的第二实施例的一次流过强制气冷散热器。由于除了高静压鼓风机的位置之外，根据第二实施例的一次流过强制气冷散热器在构造和操作上与第一实施例相同，所以将省略相同元件的说明。

一次流过强制气冷散热器11与根据第一实施例的一次流过强制气冷散热器10相似，具有散热器部件20和高静压鼓风机35。与第一实施例中高静压鼓风机30布置在散热器部件20的进气口一侧不同，高静压鼓风机35布置在散热器部件20的出气口一侧。根据该改进，吸气管37与高静压鼓风机35的进气侧相连而不与第一实施例中的排气管41相连，排气管46与高静压鼓风机35的出气侧相连。用于接收冷却空气的供气管36与主体21的供气喷嘴25相连。一次流过强制气冷散热器11在其它构造上与根据第一实施例的一次流过强制气冷散热器10相同。

高静压鼓风机35经由吸气管37与一个排气端口26相连，以将冷却空气吸到散热器部件20中。冷却空气经由供气管36和供气喷嘴25被从外部引入到散热器部件20中。冷却空气以与第一实施例中相同的方式对散热器部件20中的散热片进行冷却，并被高静压鼓风机35吸取以从排气端口26排放到外部。在第二实施例中能够获得与第一实施例相似的效果。此外，由于冷却空气不会被高静压鼓风机30中的温度上升而加热，所以散热片受温度的影响很小。

这样，高静压鼓风机能够布置在进气侧或出气侧，使得提高了布置一次流过强制气冷散热器的灵活性。如果在冷却空气的吸入点和冷却空气排放的点远离一次流过强制气冷散热器10，则高静压鼓风机30可设置在进气口侧，并且高静压鼓风机35可设置在出气口侧。在图3中，热绝缘体47设置在散热器部件20的前表面上，热绝缘体48设置在散热器部件20的后表面上。然而，热绝缘体的布置不限于如上所述的实施例。

接下来参照图4，将说明作为本发明的第三实施例的投影显示装置。投影显示装置1具有根据第一或第二实施例的一次流过强制气冷散热器10或11。接下来的说明将给出有关的实例，其中根据第一或第二实施例的一次流过强制气冷散热器10或11用于冷却作为光学调制设备的DMD 59。然而，例如，本发明的一次流过强制气冷散热器可用于冷却冷光镜(cold mirror)，其布置在光源灯51的发射侧并消除照明系统中包括的和由光源灯51产生的红外线。可以替换地，散热器部件20可用于其它发热元件，诸如光源灯51的反射器。虽然处于说明的目的，给出了该投影显示装置作为实例，但本发明的一次流过强制气冷散热器不限于该投影显示装置，其还可应用于各种需要冷却的电子设备的元件。

如图4所示，在投影显示装置1中，从光源灯51发出的光被反射器52反射，并会聚到色轮53上的一点，其中色轮53具有组合的滤色片，以允许红、绿和蓝光选择性地通过。透射的光被设置在棒状积分器盒54中的未示出的光隧均匀化，然后穿过第一聚光透镜55和第二聚光透镜56，然后被镜57反射到另一个方向。被反射到另一个方向的光经由TIR(全内反射)棱镜58被照射到DMD 59，得到的图像光或被DMD 59反射的光经过投影透镜60被投射到未示出的屏幕上。

一次流过强制气冷散热器10与DMD 59接触，从而这两个元件相互热耦合。如图1、2所示，冷却空气从高静压鼓风机30的吸入端口33被吸入，并经由布置在一次流过强制气冷散热器10的散热器部件20的进气口的供气管31和供气喷嘴25供给到散热器部件20中的流动路径24中。在冷却散热器部件20中的散热片之后，冷却空气从排气端口26被排出。还可设置根据第二实施例的一次流过强制气冷散热器11来替代一次流过强制气冷散热器10。

接下来参照图5A，将给出根据本发明的第四实施例的一次流过强制气冷散热器的说明。由于除了散热片的构造和排列之外，根据第四实施例的一次流过强制气冷散热器在构造上与根据第一实施例的一次流过强制气冷散热器10相同，所以将省略相同元件的说明。主体71中的全部散热片73具有相同的圆柱形状，并且以交错的模式排列在冷却空气流动路径74中。可以替换地，散热器可具有菱形散热片73a，如图5B所示。从供气喷嘴75引入的冷却空气经过流动路径74。具有该构造和排列的散热片的一次流过强制气冷散热器也能显示出与根据第一实施例的一次流过强制气冷散热器10的相似效果。

接下来参照图6，将给出根据本发明的第五实施例的一次流过强制气冷散热器的说明。由于除了高静压鼓风机30覆盖有隔音材料43和隔音盖44之外，根据第五实施例的一次流过强制气冷散热器在构造上与根据第一实施例的一次流过强制气冷散热器10相同，所以将省略相同元件的说明。一次流过强制气冷散热器10的高静压鼓风机30覆盖有隔音材料43和隔音盖44，如图6所示。用于隔音的这种结构能够减小由高静压鼓风机30产生的噪音以及刺耳的声音。用于隔音的该结构也能应用于第二实施例中的高静压鼓风机35。

由于根据第三实施例的小型投影显示装置使用本发明的一次流过强制气冷散热器，所以能够减小冷却DMD所需的散热器的尺寸，从而减小了对散热器能够在电子装置中所处的位置的限制。此外，在减小噪音水平并限制产生具有刺耳的频率的声音的同时，高静压鼓风机的使用能够提高冷却效率。

虽然已经示出并详细说明了本发明的一定优选实施例，但本领域技术人员应当明白，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和改进。

Claims (16)

1.一种一次流过强制气冷散热器，包括：

散热器部件，其被构造为附接于要被冷却的物体；以及

鼓风机，用于将冷却空气引入到所述散热器部件中，

其中所述散热器部件包括：

进气口；

出气口；以及

散热片，用于利用由所述鼓风机供给的冷却空气来散失所述物体中的热量，并且

其中所述进气口、所述出气口和所述散热片这样布置，使得冷却空气以一次流过模式被从所述进气口引入，然后冷却所述散热片并流向所述出气口。

2.根据权利要求1的散热器，其中所述鼓风机通过气管与所述进气口相连。

3.根据权利要求1的散热器，其中所述鼓风机通过气管与所述出气口相连。

4.根据权利要求1的散热器，

其中所述散热片由多组构成，每组都具有与其它组不同构造的散热片，并且

其中第一组所述散热片排列在靠近所述进气口的区域中，并且具有适合于将从所述进气口引入的冷却空气分配到其它组的构造和排列。

5.根据权利要求4的散热器，其中所述第一组的每个散热片都具有面向冷却空气流动方向的顶部，并且所述第一组的所述散热片以交错模式排列。

6.根据权利要求2的散热器，其中所述进气口包括具有比所述气管小的截面积的喷嘴。

7.根据权利要求4的散热器，其中所述其它组包括：

第二组，其包括多个板状散热片，它们相互平行排列以便这样引导冷却空气，即冷却空气在所述散热片之间沿着所述散热片的纵向侧流动；以及

第三组，其包括多个板状散热片，它们以交错模式排列以便这样引导冷却空气，即冷却空气在所述散热片之间流动并沿着交错路径流动，

其中所述第三组布置成比所述第二组更靠近所述出气口。

8.根据权利要求1的散热器，其中设置多个所述出气口。

9.根据权利要求2的散热器，

其中设置单个进气口，并且

进一步包括排气管，其一端与所述排气口相连，其另一端布置在预定位置处，以将冷却空气排放到外部。

10.根据权利要求1的散热器，其中所述散热器部件的外部表面的至少一部分覆盖有热绝缘体。

11.根据权利要求1的散热器，其中所述鼓风机是高静压鼓风机。

12.根据权利要求1的散热器，其中所述鼓风机覆盖有隔音材料。

13.一种包括要被冷却的元件的电子装置，其中根据权利要求1的一次流过强制气冷散热器附接于所述元件。

14.根据权利要求13的电子装置，其中所述电子装置是投影显示装置。

15.根据权利要求1的散热器，其中所述散热片这样排列，即所述散热片阻挡冷却空气从所述进气口向所述出气口以一次流过方式流动的流动路径的一部分。

16.根据权利要求1的散热器，其中所述散热片防止冷却空气的流速减小。

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