一种激光光源散热系统及激光投影设备的制作方法

本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种激光光源散热系统及激光投影设备。

背景技术：

激光器的应用非常广泛，在激光显示领域中，整个激光显示系统包括光源系统，光机系统，电源等，其中，光源系统又可以包括激光器，光路转换，波长转换(通常是荧光轮)转换部分，合光系统部分等几个重要组成部分。

现有的激光显示系统为敞开式系统，很难防止灰尘的进入。另外，激光显示系统在工作过程中，每一部分都会产生热量，尤其是光源系统中的激光器在工作时，会产生大量的热，导致整个光源系统内部温度升高，与外界容易形成气流交换，从而使得灰尘非常容易进入光源系统内部，并附着在一些面型较大的光学镜片上，引起镜片的穿透率降低以及透过光的衰减，以致引起整个激光显示系统的光衰、色温偏移等问题。

同时，设备工作环境温度的升高也会直接影响激光器的光学性能，并且，有些光学镜片也会在高温下降低光学性能，从而引起整个激光显示系统的工作稳定性的降低。因此，在整个激光显示系统中，防尘和散热成为亟待解决的问题。

目前，对敞开式的激光显示系统一般采用风扇与散热器的结合将热量导出，但这种方法散热效率有限，且存在风扇噪音，同时不利于防尘。

综上所述，现有技术针对激光显示系统还无法有效的达到防尘和散热的双重目的。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种激光光源散热系统及激光投影设备，用以解决现有技术中存在的激光显示系统在使用过程中无法有效防尘及散热的问题。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

一种激光光源散热系统，包括：激光显示系统，密封壳体，以及压缩制冷系统，其中，

所述激光显示系统至少包括光源系统，且所述激光显示系统密封在所述密封壳体内部；

所述压缩制冷系统，与所述密封壳体连接，用于对所述激光显示系统进行散热。

较佳地，所述激光显示系统至少还包括光机系统、镜头、电源板。

较佳地，所述光源系统至少包括激光器阵列、光束整形模组、荧光转换模组。

较佳地，所述压缩制冷系统包括蒸发器和冷凝器，其中，

所述蒸发器，通过制冷剂管道嵌套在所述密封壳体内部，用于吸收所述激光显示系统产生的热量；

所述冷凝器，置于所述密封壳体外部，用于将吸收的所述激光显示系统产生的热量向所述密封壳体外部散发。

较佳地，所述压缩制冷系统至少还包括压缩机和膨胀机构，其中，

所述压缩机的输入端通过制冷剂管道与所述蒸发器的第一端连通，输出端通过制冷剂管道与所述冷凝器的输入端连通，所述压缩机用于吸收来自所述蒸发器的高温制冷剂蒸汽，并将所述高温制冷剂蒸汽压缩成高温高压制冷剂蒸汽，以及将所述高温高压制冷剂蒸汽送往所述冷凝器；

所述冷凝器，输出端通过制冷剂管道与所述膨胀机构的第一端相连，用于吸收所述高温高压制冷剂蒸汽，在所述高温高压制冷剂蒸汽转变为高压饱和制冷剂液体后，将所述高压饱和制冷剂液体送往所述膨胀机构；

所述膨胀机构的第二端通过制冷剂管道与所述蒸发器的第二端相连，所述膨胀机构用于降低所述高压制冷剂饱和液体的压强，以进一步降低所述高压制冷剂饱和液体的温度，得到低温制冷剂液体；

所述蒸发器，通过制冷剂管道嵌套在所述密封壳体内部，用于吸收所述低温制冷剂液体，并通过所述低温制冷剂液体汽化吸收所述激光显示系统散发的热量，生成高温制冷剂蒸汽，以及将所述高温制冷剂蒸汽通过制冷剂管道向所述压缩机输送。

较佳地，所述压缩机置于所述密封壳体的内部或外部，所述膨胀机构置于所述密封壳体的内部或外部。

较佳地，还包括：

散热器，置于所述激光器阵列的背面，与所述激光器阵列紧密贴合，用于将所述激光器阵列产生的热量导出。

较佳地，还包括：

第一风扇，设置在所述冷凝器的一侧，用于向所述冷凝器吹入冷空气。

第二风扇，设置在所述蒸发器和所述散热器之间，用于将吸入的来自所述蒸发器的冷空气吹向所述散热器。

较佳地，所述冷凝器位于所述第一风扇的出风口处，所述蒸发器位于所述第二风扇的进风口处，所述散热器位于所述第二风扇的出风口处。

本发明实施例还提供一种激光投影设备，包括上述任一种所述的激光光源散热系统。

本发明实施例中，通过将整个激光显示系统利用密封壳体包围，防止灰尘进入到激光显示系统内部，避免了由于灰尘附着在激光器或光学镜片等部件上而造成的整个激光显示系统的光衰、色温偏移等问题。同时，本发明实施例将压缩制冷系统与密封壳体连接，将激光显示系统产生的热量向密封壳体外部散发，在对激光显示系统有效防尘的基础上，满足对密封壳体内部的激光显示系统的散热需求，从而实现激光显示系统防尘和散热的双重目的。

附图说明

图1a-图1g为本发明实施例一激光光源散热系统示意图；

图1h为本发明实施例二激光光源散热系统示意图；

图2a为本发明实施例激光光源散热系统结构图；

图2b为本发明实施例中压缩制冷循环系统示意图；

图2c为本发明实施例中冷凝器或蒸发器的结构图；

图3为本发明实施例三激光投影设备结构图。

具体实施方式

为了解决现有技术存在的激光显示系统在使用过程中不能有效防尘及散热的问题，本发明实施例对激光显示系统采用封闭式结构构的密封壳体包围，对灰尘进行防护，再通过将蒸发器作为冷源置于密封壳体内部，冷凝器置于密封壳体外部，将激光显示系统产生的热量通过媒介在压缩制冷系统内的相变过程中散发出去，以达到激光显示系统防尘和散热的双重目的。

下面结合附图对本发明实施例优选的方案进行详细说明。

实施例一、

参阅图1a所示，本发明实施例一提供的激光光源散热系统包括激光显示系统100、密封壳体110以及压缩制冷系统120，其中：

激光显示系统100，至少包括光源系统，且激光显示系统100密封在密封壳体110内部。

具体地，密封壳体110，采用封闭式架构，置于激光显示系统100的外围，用于防止灰尘进入激光显示系统100内。

压缩制冷系统120，与密封壳体110连接，用于对激光显示系统100进行散热。

实际应用中，参阅图1b所示，激光显示系统100至少包括光源系统130、 光机系统、镜头、电源板等，为使整个图更加简洁清晰，方便参阅，光机系统、镜头、电源等其他装置在图1b中不予显示。

参阅图1c所示，光源系统130又至少包括激光器阵列1301、光束整形模组1302以及荧光转换模组1303。其中，激光器阵列1301即发光源，用于发出激光；光束整形模组1302即光学镜片组合，由反光镜、凸透镜和凹透镜组成，激光器阵列1301所发出的激光通过光学镜片组合后被整理成束；荧光转换模组1303主要包括荧光轮，其作用是吸收激光器阵列1301所发出的光，并转换成不同波长的荧光。

本发明实施例将整个激光显示系统100用密封壳体110包围起来，密封壳体110采用封闭式架构，可防止灰尘等微小颗粒进入到激光显示系统内，以达到激光显示系统防尘的目的。

但由于密封壳体110采用全封闭式架构，必然导致激光显示系统100中的光源系统130部分产生的热量无法使用传统的敞开式系统通用的散热方法散出，本发明实施例采用压缩制冷系统120与密封壳体110相连接，置于光源系统130的背面，将光源系统130产生的热量通过媒介在压缩制冷循环系统内的相变散发出去，最终达到激光显示系统100既防尘，又散热的目的。

参阅图1d所示，压缩制冷系统120包括蒸发器1201和冷凝器1202，其中，

蒸发器1201，通过制冷剂管道嵌套在密封壳体110内部，用于吸收激光显示系统100产生的热量；

冷凝器1202，置于密封壳体110外部，用于将吸收的激光显示系统100产生的热量向密封壳体110外部散发。

另外，参阅图1e所示，压缩制冷系统至少还包括压缩机1203和膨胀机构1204。

具体地，压缩机1203，置于密封壳体110的内部或外部，输入端通过制冷剂管道与蒸发器1201的第一端连通，输出端通过制冷剂管道与冷凝器1202的输入端连通，压缩机1203用于吸收来自蒸发器1201的高温制冷剂蒸汽，并将 高温制冷剂蒸汽压缩成高温高压制冷剂蒸汽，以及将高温高压制冷剂蒸汽送往冷凝器1202。

冷凝器1202，置于密封壳体110的外部，输入端通过制冷剂管道与压缩机的输出端相连，输出端通过制冷剂管道与膨胀机构1204的第一端相连，冷凝器1202用于吸收高温高压制冷剂蒸汽，在高温高压制冷剂蒸汽转变为高温高压饱和制冷剂液体后，将高温高压饱和制冷剂液体送往膨胀机构1204。

其中，参阅图1f所示，本发明实施例的激光光源散热系统还包括第一风扇140，设置在冷凝器1202的一侧，一般来说，可将冷凝器1202置于第一风扇140的出风口处，第一风扇140的作用是向冷凝器吹入冷空气。冷凝器1202吸收的高温高压制冷剂蒸汽为过热蒸汽，经过与第一风扇140吹入的冷空气进行热交换，温度降低，先变为饱和蒸汽，饱和蒸汽继续与第一风扇140吹入的冷空气冷却，则析出水分，变为湿蒸汽，再进一步持续被第一风扇140吹入的冷空气冷却后，最终变为饱和液，即高温高压饱和制冷剂液体。

若得到的高温高压饱和制冷剂液体的温度比外界温度高，则高温高压饱和制冷剂液体会通过与外界的热传导而进一步被冷却，变为过冷制冷剂液体(或称为高压饱和制冷剂液体)。

膨胀机构1204，置于密封壳体110的内部或外部，膨胀机构1204的第一端通过制冷剂管道与冷凝器1202的输出端相连，第二端通过制冷剂管道与蒸发器1201的第二端相连，膨胀机构1204用于将降低高压饱和制冷剂液体的压强，以使得进一步降低高压饱和制冷剂液体的温度，得到低温制冷剂液体。

具体地，膨胀机构1204为毛细管或者膨胀阀，是一种狭窄通路的节流机构，经冷凝器1202流出的高压饱和制冷剂液体，在经过膨胀机构1204时，因膨胀机构1204的狭窄的通路的阻力使得高压饱和制冷剂液体的压力下降，由于制冷剂具有压力下降温度也下降的性质，因而变为低温制冷剂液体，进入蒸发器1201内。

蒸发器1201，通过制冷剂管道嵌套在密封壳体110内部，且置于光源系统 130背面，用于吸收低温制冷剂液体，并通过低温制冷剂液体汽化吸收激光显示系统100散发的热量，生成高温制冷剂蒸汽，以及将高温制冷剂蒸汽通过制冷剂管道向压缩机1203输送。

蒸发器1201作为冷源置于密封壳体110的内部，通过制冷剂管道嵌套在密封壳体110内。

另外，由于激光显示系统100中的光源系统130对防尘的要求非常高，本发明实施例在密封壳体110对激光显示系统100对灰尘等微小颗粒进行一次防护的基础上，针对光源系统130对灰尘进行二次防护的设计。参阅图1g所示，激光光源散热系统还包括光源外壳150，光源外壳150采用封闭式结构，置于光源系统130外围，且置于密封壳体110内，用于进一步防止灰尘进入光源系统130内。

需要说明的是，本发明实施例中对光源外壳150的设计，是在密封壳体110防尘的基础上进行的优化设计，本发明实施例设计的激光光源散热系统可以采用光源外壳，也可以不采用光源外壳。

激光显示系统100还包括散热器160，散热器160置于激光器阵列1301的背面，与激光器阵列1301紧密贴合，用于将激光器阵列1301产生的热量导出。

在蒸发器1201和散热器160之间设置有第二风扇170，第二风扇170用于将吸入的来自蒸发器1201的冷空气吹向散热器160。

由于液体在气液两相的变化过程中会吸取大量的潜热，蒸发器1201吸收的低温制冷剂液体在剧烈汽化的过程中会吸收空气中大量的热量，从而散热器160散发的热量会被蒸发器吸收，导致散热器160的温度降低。在此过程中，蒸发器1201中的低温制冷剂液体变化为气态物质(即蒸汽)，在蒸发器1201的出口变成无液态成份的饱和蒸汽(或过热蒸汽)。

从蒸发器1201流出的过热蒸汽通过压缩机1203的吸气管被吸入压缩机1203内，再重复经过压缩机1203的压缩，冷凝器1202的冷凝，膨胀机构1204 的减压降温，以及再回到蒸发器1201中，这样，通过反复循环的一个压缩-冷凝-膨胀-蒸发的过程，使得光源系统130产生的热量持续的被导出，达到散热的目的。

一般来说，蒸发器1201位于第二风扇170的进风口，冷凝器1202位于第二风扇170的出风口，这样设置的目的是，蒸发器1201由于相变吸收周围的热量，使得周围产生冷空气，利于第二风扇170抽风抽到产生的冷空气，并将冷空气吹向散热器160，这样的气流流向能够使散热器的各个鳍片上得到均匀的冷空气，从而达到均匀散热的目的。反过来说，如果蒸发器1201位于第二风扇170的出风口，虽然散热器160周围的热空气可以向低温空气流动，但是第二风扇170进风口处也容易抽到散热器160周围的热空气，而不能保证散热器160各个鳍片的热量能够被均匀的抽出，作为散热器160这样一个集中式的热源，散热效率就会降低。

散热器160设置有多个鳍片，蒸发器1201以及冷凝器1202均设置有多个肋片，目的都是可以增大散热面积，提高散热效率，可以均匀散热。

第二风扇170在散热器160和蒸发器1201之间的作用是，固定散热器160所散出热量的流路，实现由散热器160所散发热量与蒸发器1201之间的强制热量交换，使光源系统130所产生的热量能更好的发散出去。

散热器160与激光器阵列1301紧密结合，将激光器阵列1301所产生的热量迅速的扩散至散热器160的每一片鳍片上，快速的将光源系统130中的激光器阵列1301在产生激发光的同时所放出的热量散发出去，这部分热量经由第二风扇170与蒸发器1201之间进行强制换热，最终经由压缩制冷循环系统散出系统外。

本发明实施例一中，通过将整个激光显示系统利用密封壳体包围，可以防止灰尘等微小颗粒进入到激光显示系统内部，避免了由于灰尘附着在激光器或光学镜片等部件上而造成的整个激光显示系统的光衰、色温偏移等问题，同时，本发明实施例一将压缩制冷系统与密封壳体连接，通过在密封壳体内部设置蒸 发器作为冷源，以及在热量比较集中的激光器阵列背面设置散热器，快速将激光器阵列产生的热量扩散至散热器的每一片鳍片上，并通过在散热器与蒸发器之间设置风扇，可以固定散热器所散出热量的流路，将散热器与蒸发器之间进行强制热量交换，以及利用媒介进行相变过程中能大量吸收潜热的特性进行能量的转移，将激光显示系统产生的热量向密封壳体外部散发，在对激光显示系统有效防尘的基础上，满足对密封壳体内部的激光显示系统的散热需求，从而实现激光显示系统防尘和散热的双重目的。

以上是本发明实施例激光光源散热系统的结构的一种示例，本发明实施例不对蒸发器，风扇，压缩机，冷凝器，膨胀机构等部件的个数设置作限制，任何本领域技术人员在参照本发明实施例后对上述部件的个数所做的变动，仍应属于本发明保护的范畴。下面对本发明实施例二设计的激光光源散热系统的结构作举例说明。

实施例二、

本发明实施例二在本发明实施例一中的图1g的基础上作了变动，参阅图1h所示，本发明实施例二中，激光显示系统100还可包括散热器160’，蒸发器1201’，第三风扇170’。

其中，散热器160’置于荧光转换模组1303中的荧光轮背面，与荧光轮紧密贴合，用于将荧光轮产生的热量导出；

蒸发器1201’，通过制冷剂管道嵌套在密封壳体110内部，且置于荧光轮的背面，蒸发器1201’的第一端通过制冷剂管道与蒸发器1201的第一端相连，蒸发器1201’的第二端通过制冷剂管道与蒸发器1201的第二端相连，蒸发器1201’的第二端吸收来自膨胀机构的低温制冷剂液体，并通过低温制冷剂液体汽化主要吸收激光显示系统100中的荧光轮散发的热量，生成高温制冷剂蒸汽，以及将高温制冷剂蒸汽通过制冷剂管道向压缩机1203输送。可以理解为，蒸发器1201与蒸发器1201’通过制冷剂管道并联连接，蒸发器1201的第二端与蒸发器1201’的第二端共同吸收来自膨胀机构的低温制冷剂液体，由蒸发器 1201的第一端与蒸发器1201’的第一端共同输出的高温制冷剂蒸汽向压缩机1203输送。

在蒸发器1201’与散热器160’之间设置有第三风扇170’，第三风扇170’用于将吸入的来自蒸发器1201’的冷空气吹向散热器160’。

本发明实施例二中，通过将整个激光显示系统利用密封壳体包围，可以防止灰尘等微小颗粒进入到激光显示系统内部，避免了由于灰尘附着在激光器或光学镜片等部件上而造成的整个激光显示系统的光衰、色温偏移等问题，同时，本发明实施例二将压缩制冷系统与密封壳体连接，通过在密封壳体内部设置蒸发器作为冷源；以及在热量比较集中的激光器阵列背面设置散热器，快速将激光器阵列产生的热量扩散至散热器的每一片鳍片上，并通过在激光器阵列背面的散热器与蒸发器之间设置风扇，可以固定散热器所散出热量的流路，将散热器与蒸发器之间进行强制热量交换；另外，还在热量比较集中的荧光轮背面设置散热器，快速将荧光轮产生的热量扩散至散热器的每一片鳍片上，并通过在荧光轮背面的散热器与蒸发器之间设置风扇，可以固定散热器所散出热量的流路，将散热器与蒸发器之间进行强制热量交换。这样通过设置两个蒸发器并联连接，以及两个散热器分布在激光器阵列和荧光轮背面，以及各在两对蒸发器与散热器之间设置风扇，可以将光源系统产生的热量迅速导出，并利用媒介进行相变过程中能大量吸收潜热的特性进行能量的转移，将激光显示系统产生的热量向密封壳体外部散发，在对激光显示系统有效防尘的基础上，满足对密封壳体内部的激光显示系统的散热需求，从而实现激光显示系统防尘和散热的双重目的。

下面结合具体结构对本发明实施例提供的激光光源冷却系统作进一步详细说明。

图2a为本发明实施例提供的一种激光光源散热系统的示例。图中各部分分别为：第一风扇201、冷凝器202、制冷剂管道203、压缩机204、蒸发器205、第二风扇206、散热器207、激光器208、光学镜片209、荧光轮210、膨胀机 构211、密封壳体212、光源外壳213。

其中，光源外壳213包围着光源系统，光源系统包括激光器208、光学镜片209以及荧光轮210，光源外壳213的作用是防止灰尘进入激光光源内，并附着在光学镜片209以及荧光轮210上，而引起光学镜片209的穿透率降低，以及荧光轮210的转换效率降低，最终引起激光显示系统的光衰问题。为了进一步防止灰尘等细小颗粒进入整个激光显示系统内，采用封闭式结构的密封壳体212对整个激光显示系统进行包围，激光显示系统不仅包括光源系统，还包括光机系统、镜头，电源板等，为了简洁清晰，在图2a中并未显示光机系统、镜头、电源板等装置的部分。

在激光器208背面，在光源外壳213上紧密贴合有散热器207，散热器207设置有多个鳍片，便于散热，蒸发器205作为冷源置于密封壳体212内部，并且在蒸发器205与散热器207之间设置有第二风扇206，第二风扇206将散热器207散发出的热量与蒸发器205之间实现强制热量的交换。

蒸发器为压缩制冷系统中的一个部分，整个压缩制冷循环过程可参见图2b所示。

图2b中各部分分别为：第一风扇201、冷凝器202、压缩机204、蒸发器205、第二风扇206、散热器207、激光器208、膨胀机构211、低温制冷剂液体214、低温饱和制冷剂液体215、饱和蒸汽216、过热蒸汽217。激光器208在使用过程中，发出激发光的同时会产生大量的热量，散热器207与激光器208背面紧密贴合，可将激光器208产生的热量迅速的扩散至散热器207的每一片鳍片上，快速的将激光器208产生的热量散发出去，并且通过第二风扇206将鳍片上的热量迅速与蒸发器之间进行强制交换。

压缩机204通过自身的抽气口将过热蒸汽217吸入，并进行压缩，变为高温高压制冷剂蒸汽，送往冷凝器202，在冷凝器202中，完成从高温高压制冷剂蒸汽到饱和蒸汽，再到湿蒸汽，再到高温高压饱和液的状态变化，之后如果与外界有温差的话，再进一步被冷却，温度少许下降。这种高温高压饱和液在 经过膨胀机构211后，压力下降，温度也随之下降，变成低温制冷剂液体214，低温制冷剂液体214再进一步冷却后，在蒸发器205入口处变为低温饱和制冷剂液体215，低温饱和制冷剂液体215在进入蒸发器205后，发生气液两相变化，吸收大量热量，变为饱和蒸汽216，饱和蒸汽216在蒸发器出口处变为无液态成份的饱和蒸汽(即过热蒸汽217)，过热蒸汽217进入压缩机204后，重复上述过程。从而反复循环，达到制冷的目的。

图2c为本发明实施例冷凝器或者蒸发器的结构图，图中各部分分别为：冷凝器202(或者蒸发器205)、制冷剂管道203、肋片218、冷凝器(或蒸发器)外壳219、冷凝器(或蒸发器)腔体220。

实施例三、

此外，本发明实施例三还提供一种激光投影设备，包括上述实施例一或实施例二任一种激光光源散热系统。

参阅图3所示，本发明实施例三中，激光投影设备至少包括激光光源散热系统300以及屏幕310。其中，激光光源散热系统300至少包括压缩制冷系统301，密封壳体302，以及光源系统303、光机系统304、镜头305。

本发明实施例三中的激光光源散热系统300的结构及发明构思与本发明实施例一或本发明实施例二中的激光光源散热系统相同，重复之处在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例通过将整个激光显示系统利用密封壳体包围，防止灰尘进入到激光显示系统内部，避免了由于灰尘附着在激光器或光学镜片等部件上而造成的整个激光显示系统的光衰、色温偏移等问题。同时，本发明实施例将压缩制冷系统与密封壳体连接，通过在密封壳体内部设置冷源，并利用媒介进行相变过程中能大量吸收潜热的特性进行能量的转移，将激光显示系统产生的热量向密封壳体外部散发，在对激光显示系统有效防尘的基础上，满足对密封壳体内部的激光显示系统的散热需求，从而实现激光显示系统防尘和散热的双重目的。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。