一种激光显示设备的散热系统的制作方法

本实用新型涉及激光显示设备技术领域，尤其涉及一种激光显示设备的散热系统。

背景技术：

激光显示技术具有色彩饱和度高、使用周期长、显示亮度高、能源转换效率高等优势，相比于氙灯等传统光源，显著改善了投影成像的效果。目前半导体激光的应用范围逐步扩大，在影院放映、工程投影等领域受到青睐。伴随着高亮度输出，激光显示设备的发热量日趋增大，这给设备的散热设计提出了更高的要求。激光显示设备中的关键器件包括LCD(Liquid Crystal Display，激光显示器)、激光器(Laser diode)等，其中LCD的作用是接收激光器的出射激光，通过信号与电压的改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否，从而达到显示目的。根据其显示原理，在显示不同图像时，LCD处的光透过率会发生大幅改变，在显示画面的亮度较低时，LCD处会有较高能量的光聚集，导致其温度快速上升。而LCD对温度非常敏感，温度过高会导致成像变形、镜片损坏。

考虑到LCD镜片的排列方式与透光特性，其散热系统只能采用风冷的方式，为了得到低温空气，当前针对LCD的散热系统多采用TEC(Thermo Electric Cooler，热电制冷器)与空气循环系统相结合的方式，该方式在TEC的制冷面与散热面分别安装一个翅片散热器及风扇，从而在制冷面一侧得到低温空气，在散热面一侧将LCD处的热量散发到环境中。但是这种散热方式效率较低，低温空气的温度往往不能满足高亮度显示的要求，且风扇的振动会对显示设备的稳定性造成不利影响，此外箱体内部长期高速的空气流通会有积聚灰尘损坏设备的风险。因此现有的激光显示设备普遍存在的稳定性及寿命均较低的问题

综上所述，如何解决激光显示设备普遍存在的稳定性及寿命均较低的问题已经成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种激光显示设备的散热系统，以解决激光显示设备普遍存在的稳定性及寿命均较低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种激光显示设备的散热系统，包括第一箱体和第二箱体，所述第一箱体内设置有光学器件和用于对所述光学器件进行液冷的液冷板，所述第一箱体的箱壁上设置有进液口和出液口，所述液冷板的进口与所述进液口连通，所述液冷板的出口与所述出液口连通；

所述第二箱体内设置有冷液供应装置和用于对所述冷液供应装置内的液体进行风冷的风冷装置，所述第二箱体的箱壁上设置有与所述冷液供应装置的出口连通的供液口、与所述冷液供应装置的进口连通的回液口和用于所述风冷装置进排气的进气口与排气口，且所述供液口与所述进液口连通，所述出液口与所述回液口连通。

优选地，所述冷液供应装置包括依次串接在所述回液口与所述供液口之间的储液罐及泵体。

优选地，所述泵体是由直流无刷电机驱动的小型高压头直驱泵。

优选地，所述储液罐为透明罐体，又或所述储液罐上设置有液位传感器。

优选地，所述风冷装置包括第一风液换热器和用于对所述第一风液换热器进行风冷的第一风扇。

优选地，所述第一风液换热器设置于所述泵体与所述供液口之间和/或设置于所述回液口与所述储液罐之间。

优选地，所述第一风液换热器上设置有多个水道和密布的散热翅片。

优选地，所述第一风液换热器所对应的第一风扇的数量为多个，且所述第一风液换热器的迎风面积不小于其对应的所述第一风扇的总截面积。

优选地，所述第一风扇为轴流散热风扇。

优选地，所述光学器件包括激光显示器和激光器，所述液冷板包括用于对所述激光显示器进行冷却的第一液冷板和用于对所述激光器进行冷却的第二液冷板。

优选地，所述第一液冷板与所述第二液冷板串接在所述进液口与所述出液口之间。

优选地，所述第一液冷板与所述第二液冷板并联连接在所述进液口与所述出液口之间。

优选地，所述第一箱体内还设置有内循环风冷装置，所述内循环风冷装置包括内循环风道、设置在所述内循环风道内的第二风扇及第二风液换热器；

所述第二风液换热器，用于使所述第一液冷板与所述内循环风道内的空气完成热交换；所述内循环风道，用于将与所述第一液冷板完成热交换后的低温空气输送至激光显示器。

优选地，所述第一液冷板与所述第二风液换热器之间还设置有热电制冷器，且所述热电制冷器的散热面与所述第一液冷板接触，所述热电制冷器的制冷面与所述第二风液换热器的基板接触，所述第二风液换热器的散热翅片位于所述内循环风道内。

优选地，所述热电制冷器、所述第二风液换热器和所述液冷板的热交换面上均设置有导热涂层。

优选地，所述第二风扇为离心风机。

优选地，所述进气口处还设置有过滤网。

优选地，所述供液口与所述进液口之间和所述出液口与所述回液口之间均采用快速接头连接。

相比于背景技术介绍内容，上述激光显示设备的散热系统，包括第一箱体和第二箱体，第一箱体内设置有光学器件和用于对光学器件进行液冷的液冷板，第一箱体的箱壁上设置有进液口和出液口，液冷板的进口与进液口连通，液冷板的出口与出液口连通；第二箱体内设置有冷液供应装置和用于对冷液供应装置内的液体进行风冷的风冷装置，第二箱体的箱壁上设置有与冷液供应装置的出口连通的供液口、与冷液供应装置的进口连通的回液口和用于风冷装置进排气的进气口与排气口，且供液口与进液口连通，出液口与回液口连通。上述散热系统在实际工作过程中，通过第二箱体内的冷液供应装置向第一箱体内的液冷板提供冷却的液体，从而第一箱体内的液冷板能够对光学器件进行液冷，实现冷却的目的，冷却效率相比于风冷效率更高，同时第二箱体内还布置有风冷装置，通过风冷装置与冷液供应装置进行换热实现对冷却供应装置所供应的液体保持持续的较低温度的液体，从而能够实现风冷与液冷相耦合的方式对激光显示设备进行冷却，高效率地降低光学器件的工作温度。而上述散热系统通过第一箱体和第二箱体将光学器件与风冷装置分离开来，从而能够避免风扇的振动影响激光显示设备的光学元件的稳定性，同时避免了设置有光学器件的第一箱体内产生长期高速的空气流，从而能够避免积聚灰尘损坏设备的风险，也即提升了激光显示设备的寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的激光显示设备的散热系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的第一风液换热器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的第一风扇(轴流风扇)的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的过滤网的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的内循环风冷装置的原理结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的第二风液换热器、液冷板及电热制冷器布置位置示意图；

图7为本实用新型实施例提供的第二风扇(离心风机)的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的镜片的布置位置示意图；

图9为本实用新型实施例提供的内循环风冷装置中的内循环风道及其冷风入口的位置示意图。

上图1-图9中，

第一箱体1、第二箱体2、冷液供应装置3、储液罐31、泵体32、风冷装置4、第一风液换热器41、水道411、散热翅片412、第一风扇42、激光显示器5、镜头51、镜片510、激光器6、第一液冷板7、第一液冷板的进口71、第一液冷板的出口72、内循环风冷装置8、内循环风道81、冷风入口810、第二风扇82、第二风液换热器83、热电制冷器9、过滤网10、快速接头11、光纤12、连接管路13。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种激光显示设备的散热系统，以解决激光显示设备普遍存在的稳定性及寿命均较低的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1-图9所示，本实用新型实施例提供的一种激光显示设备的散热系统，包括第一箱体1和第二箱体2，第一箱体1内设置有光学器件和用于对光学器件进行液冷的液冷板，第一箱体1的箱壁上设置有进液口和出液口，液冷板的进口与进液口连通，液冷板的出口与出液口连通；第二箱体2内设置有冷液供应装置3和用于对冷液供应装置3内的液体进行风冷的风冷装置4，第二箱体2的箱壁上设置有与冷液供应装置3的出口连通的供液口、与冷液供应装置3的进口连通的回液口和用于风冷装置4进排气的进气口与排气口，且供液口与进液口连通，出液口与回液口连通。

上述散热系统在实际工作过程中，通过第二箱体内的冷液供应装置向第一箱体内的液冷板提供冷却的液体，从而第一箱体内的液冷板能够对光学器件进行液冷，实现冷却的目的，冷却效率相比于风冷效率更高，同时第二箱体内还布置有风冷装置，通过风冷装置与冷液供应装置进行换热实现对冷却供应装置所供应的液体保持持续的较低温度的液体，从而能够实现风冷与液冷相耦合的方式对激光显示设备进行冷却，高效率地降低光学器件的工作温度。而上述散热系统通过第一箱体和第二箱体将光学器件与风冷装置分离开来，从而能够避免风扇的振动影响激光显示设备的光学元件的稳定性，同时避免了设置有光学器件的第一箱体内产生长期高速的空气流，从而能够避免积聚灰尘损坏设备的风险，也即提升了激光显示设备的寿命。

这里需要说明的是，一般来说，第一箱体1和第二箱体2均采用钣金、铝等材质制作而成，当然也可以采用本领域技术人员常用的其他机械性能优良的材质制作而成，以保证在吊装、叠装等场景下能够满足强度要求，不发生变形。此外，需要说明的是，对于液冷板的结构来说，为了更好的实现其制冷降温功能，其材质一般采用铜或铝材质，内部有曲折的串联水道或并联水道。还需要说明的是，各个接口之间的连接均需采用连接管路13进行连接。

在一些具体的实施方案中，上述冷液供应装置3包括依次串接在回液口与供液口之间的储液罐31及泵体32。通过泵体为冷却液体循环提供动力，同时布置储液罐的目的是为了防止出现连接管路中出现不充盈的现象。需要说明的是，泵体的数量可以是一个也可以是多个，并且可以使用多个泵体并联或者串联的形式来提升液体循环流量，实际应用过程中，可以根据实际需求进行设定。此外，对于储液罐内的液体工质可以采用去离子水或乙二醇水溶液，均具有较好的换热性质，且可以防止发生器件的氧化腐蚀。当然也可以采用本领域技术人员常用的其他冷却用液体工质。

另外需要说明的是，该泵体32一般选用由直流无刷电机驱动的小型高压头直驱泵。当然也可以采用本领域技术人员常用的其他泵体，只要能够实现液体的动力输送即可。此外，为了方便观察储液罐31内的液体的液位，上述储液罐31可以采用透明罐体，又或者是储液罐31上设置有液位传感器。

进一步的实施方案中，上述风冷装置4的具体结构包括第一风液换热器41和用于对第一风液换热器41进行风冷的第一风扇42。通过第一风扇将第二箱体2的进气口进入的空气与第一风液换热器的散热翅片进行热交换，从而实现对流过第一风液换热器的液体工质进行冷却。并且，在实际应用布置当中，上述第一风液换热器41可以设置于泵体32与供液口之间，也可以是设置于回液口与储液罐31之间，亦或者是同时设置在泵体32与供液口之间和回液口与储液罐31之间。本实用新型实施例优选采用同时设置在泵体32与供液口之间和回液口与储液罐31之间，这样能够实现液体工质的回液冷却，同时还能够实现供液前进行二次冷却，增强了对液体工质的冷却效果，从而进一步提升了液冷板的冷却能力。

这里需要说明的是，一般来说，第一风液换热器41上设置有多个水道411和密布的散热翅片412，并且该第一风液换热器一般采用铜或铝材质，其水道数量大于十个，其边框设置有与第一风扇结构相对应的固定螺钉孔位。当然本领域技术人员都应能够理解的是，第一风液换热器41上的水道与散热翅片为了能够实现良好的散热效果，二者应该均为导热性能良好的材质制作而成，一般选择金属材质，比如铝或者铜等金属材质。上述结构的第一风液换热器41通过水道将液体工质的热量传导至散热翅片上，然后通过第一风扇进行风冷冷却，从而实现对液体工质的降温冷却效果。

此外需要说明的是，为了保证第一风液换热器41整体的换热的均匀性，一般来说，上述第一风液换热器41所对应的第一风扇42的数量为多个，且第一风液换热器41的迎风面积不小于其对应的第一风扇42的总截面积。当然第一风扇的具体数量还需要根据第一风液换热器的具体面积进行设定选取。

另外需要说明的是，一般来说，上述第一风扇42优选为轴流散热风扇，当然实际应用过程中，还可以采用本领域技术人员常用的其他风扇类型，只不过本实用新型优选采用轴流散热风扇而已。

在一些更加具体的实施方案中，上述光学器件一般具体包括激光显示器5和激光器6，液冷板包括用于对激光显示器5进行冷却的第一液冷板7和用于对激光器进行冷却的第二液冷板。第一液冷板7应该具有进液接口71和出液接口72，第二液冷板也应具有相应的进液接口和出液接口；此外，需要说明的是，激光显示器一般包括镜头51，而激光显示器5与激光器6之间一般通过光纤12连接，当然也可以采用本领域技术人员常用的其他光的传播介质连接，比如，也可以使用光棒来将激光输入到激光显示器(LCD)中去。对于本领域技术人员来说，都应该能够知晓的是，激光器内部有半导体激光发生器，可产生白色激光，激光器采用液冷散热方式，其对应的第二水冷板也应有对应的进出液体接口；并且一般来说，激光器6的数量可以是一个也可以是多个，实际应用中可以根据实际需求进行配置，一般激光器的数量为1-3个。另外还需要说明的是，上述第一液冷板7与第二液冷板可以串接在进液口与出液口之间，也可以是并联连接在进液口与出液口之间。

在一些更加具体的实施方案中，为了更好的实现对光学器件进行冷却降温，上述第一箱体1内还设置有内循环风冷装置8，内循环风冷装置8包括内循环风道81、设置在内循环风道81内的第二风扇82及第二风液换热器83；第二风液换热器83，用于使第一液冷板7与内循环风道81内的空气完成热交换；内循环风道81，用于将与第一液冷板7完成热交换后的低温空气输送至激光显示器5。需要说明的是，这里输送至激光显示器，主要是是指对激光显示5的镜头51内的镜片510进行降温。而LCD一般包含三组镜片，且一般呈“品”字形排布，镜片510处需透光，因此其附近有内循环风道81的壳体形成的空腔作为光路，此处不安装散热组件，但是有冷风入口810及热风出口，冷风入口810正对LCD，便于气流与镜片发生对流换热。除此之外，为了避免与环境发生气体交换，内循环风道81的边缘一般需要使用密封条或密封胶进行密封。

更进一步的实施方案中，为了使得第一液冷板与第二风液换热器之间进行热交换的效果更好，一般在第一液冷板7与第二风液换热器83之间还设置有热电制冷器9，且热电制冷器9的散热面与第一液冷板7接触，热电制冷器9的制冷面与第二风液换热器83的基板接触，第二风液换热器83的散热翅片位于内循环风道81内。并且对于热电制冷器9的具体数量，需要根据实际制冷量进行选择，一般来说，热电制冷器9的单片最大制冷量高于80W，通常情况下，放置1至4片热电制冷器即可满足需求。此外，需要说明的是，第二风液换热器83用于风冷的散热翅片的材质一般选用铜、铝等具有高导热系数的金属，以降低该处的温度梯度，加强换热；而对应散热翅片的具体形态可以是平直平行排布，还可以是柱状阵列翅片、波纹翅片、折弯翅片等形态，且翅片尺寸、间距可以根据实际布置需求做出调整。

为了进一步提升热传导的效率，提升散热能力，在热电制冷器9、第二风液换热器83和液冷板7的热交换面上均设置有导热涂层。具体地，该导热涂层可以是导热硅脂、固态导热垫、液态金属等。

更进一步的实施方案中，上述第二风扇82优选为离心风机，当然实际应用过程中，还可以采用本领域技术常用的其他风机类型，只不过本实用新型优选采用离心风机而已。

在一些更加具体的实施方案中，为了防止灰尘及油滴等杂质进入第二箱体，上述进气口处还设置有过滤网10。需要说明的是，过滤网的具体结构形式可以选用折叠纤维、金属滤网、袋式过滤器等，只要能够起到过滤灰尘及油滴效果的过滤材质即可。

为了更加方便地将两个箱体进行分离维护，便于系统的在线升级，优选两个箱体的水路使用快速接头连接，也即供液口与进液口之间和出液口与回液口之间均采用快速接头11连接。

为了本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合激光显示设备的散热系统的优选方案的整个工作过程进行简要说明：

在第二箱体中，运行之前需在储液罐中充注液体工质(一般以水为溶剂的工质)，并使工质循环充满各个液冷部件(这里主要指液冷板及其连接管路13)。运行过程中，回液口处的快速接头处流入高温液体，液体进入第一个第一风液换热器进行一次换热，此处空气与液体分别有独立的通路，二者不发生接触，但是会通过金属水道及翅片发生热量交换，从而降低液体的温度，此后液体进入水箱，在水泵形成的压力差作用下进入水泵入口，水泵通过叶轮的旋转为液体增压，高压液体进入第二个第一风液换热器，液体被进一步降温，此后低温水通过供液口快速接头流出第二箱体。由于在第二箱体中，空气通过过滤网后才能进入第二箱体内，因此空气中的杂质被滤除，在第一风扇的作用下提升流速，并通过第一风液换热器的翅片吸收热量，再经过箱壁上设置的供液口流出箱体。从第二箱体内流出的液体进入第一箱体内，在第一箱体中，液体通过进液口处快速接头流入经过低温液体(降温后的液体)，液体流经激光器及激光显示器(LCD)所对应的液冷板，吸收光源及镜片的热量，为其降温，此后液体温度升高，经过出液口出的快速接头进入第二箱体，此时完成一次液冷循环降温流程。第一箱体的内部并不发生空气流动，在第一箱体内的内循环风冷装置内的内循环风道81(该风道为密闭的风道系统)中，内部空气通过离心风机获得循环的动力，经过离心风机出口后流经独立风道，在冷风入口810处提升风速，与高温的LCD进行对流换热，此后进入散热翅片的间隙，将热量传递给翅片及基板，再被离心风机吸入，完成一个风冷循环。该过程中散热翅片及基板将热量传递给热电制冷器(TEC)的制冷面，液冷板与TEC散热面接触，通过热传导的方式吸收热量，再与内部流动的液体进行换热。经过这一循环后，LCD的热量被传递到液体中，此时完成了一个风液耦合散热循环。

上述散热系统，首先，采用了液冷与TEC风冷相耦合的散热方式，有效降低LCD处的空气温度，提升了系统的散热效率，可以有效提高显示设备的稳定性及寿命，杜绝输出图像变形的情况，提升显示效果；其次，主要容纳散热部件的第二箱体与主要容纳光学器件的第一箱体相分离，第一箱体中无水泵、风扇等器件，大大降低了液体泄露的风险，防止液体对光学器件产生不利影响；再次，第一箱体不与外界发生气体交换，避免灰尘、沙土等杂质的积聚影响器件稳定性，从而可以在地铁等环境恶劣的工程投影场景使用；此外，第一箱体和第二箱体之间采用快速接头连接，可以方便地将两个箱体进行分离维护，便于系统的在线升级；最后，LCD散热装置中使用高制冷量TEC，保证光源的高亮度输出，且有LCD的独立密闭风道，在LCD处流速较高，使用高压头离心风机，可以克服风道内部的流动阻力，为LCD提供高速直吹气流，强化该处对流散热。

以上对本实用新型所提供的激光显示设备的散热系统进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。