一种具备热超导材料散热的投影机的制作方法

1.本发明涉及投影机技术领域，尤其涉及一种具备热超导材料散热的投影机。


背景技术：

2.根据公知，相变抑制(phasechangeinhibited，简称pci，后同)传热技术是一种通过控制密闭腔体(或传热通道、热流通道等)中传热工作介质微结构“相”(phase)的状态而实现高效传热的新兴技术，具有极高的传热速率、能传递极高的热流密度和面内极高的均温性等特性，因而广泛应用于对一些高能量密度的发热源进行高效散热(包括但不限于传热、扩散等)的领域，pci(板)器件的一般外形参见图12所示。图12中：11'为传热工质的罐装封口，12'为传热通道，13'为金属基板，通常金属基板13'由上基板和下基板对合而成。pci的制作工艺已相对较为成熟，在传热材料领域具有较突出的性能优势。pci机理(尽管还不为人类完全所知)、应用和结构等可参见中国专利公开号如cn211630690u、cn105140149b等介绍。pci相比于热管，就单方向传热而言，导热系数是低于热管的(披露数据约为热管的三分之一)，但pci可以在二维面内、三维任意方向传热，所以pci的整体传热速度和能承受的热流密度，就比热管优异太多了。如人们用1300℃的火焰对pci(基板为铝质)进行局部单点加热，超高能量密度和超高的火焰温度，也能被pci迅速扩散开而不至烧坏，很显然，普通热管和现有的其它相变传热材料就难以具有这样的特殊性能，因而pci在业内也有“热超导材料”的美称。
3.对当前的国产lcd投影机，通常使用了大功率的led光源，在结构上对光学系统进行密封(俗称密闭光机或光机等，后同)。现有技术针对密闭光机内部的空气进行换热时，一个流行的趋势是采用热管换热器，参见图15和16所示的一款密封光机的热管换热器，热管14'自身会造成较大的风阻(挡风和形成扰流等)，以及如鳍片15'(一般为扣fin)的端部(如a'点)到热管14'的这段距离，因为鳍片很薄，所以热阻也非常大，进而显著地降低了换热效能。同理，针对于led光源采用的热管散热器，也存在上述问题。而pci极高的传热速度和面内高均温性等特性，通过合理的设计和制作，除极好地克服了热管技术的不足外，比之现有的如直肋型材换热器(如图17所示)等成熟技术方式，同样具有显著的性能优越性。
4.现有对投影光源(如led或激光)和密闭光机的散热，基本是通过热管进行传热，通过连接在热管上的鳍片进行扩热，这些技术已经严重落后于市场发展对产品的期待，所以探索并创新找到对光机和投影光源更加快捷有效的散热方式，便是本发明要实现的目的。


技术实现要素：

5.本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种具备热超导材料散热的投影机，本发明光源散热器和光机换热器的散热能力远优于现有的散热结构形式，且显著地或本质地改善了现有散热结构形式存在的如热阻、风阻和扰流等问题，本发明散热能力强，散热效率高。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种具备热超导材料散热的投影机，包括投影机
外壳，以及位于所述投影机外壳内部的光机壳体、热超导材料散热装置、外风机、内循环风机、投影光源和lcd光阀；所述投影光源的正面安装于所述光机壳体一端的光源安装口处。
7.所述热超导材料散热装置包括光源散热器和光机换热器。
8.所述光源散热器包括第一pci板、第一翅片组和第二翅片组；所述第一pci板折弯呈u型结构；所述第一pci板u型结构一端的内壁与所述第一翅片组贴合连接，所述第一pci板u型结构另一端的内壁与所述第二翅片组贴合连接；所述投影光源的背面与所述第一pci板u型结构的中间相贴合。
9.或者所述光源散热器包括第一翅片组、第二翅片组、第三pci板、第四pci板、第五pci板、第一转接块和第二转接块；所述第一转接块和所述第二转接块的材质为金属；且所述第一转接块和所述第二转接块至少有两个相邻的面为平面；所述投影光源的背面贴合在所述第四pci板的中间，所述第四pci板水平安装于所述投影机外壳内；所述第三pci板和所述第五pci板垂直安装于所述投影机外壳内；所述第四pci板的两端分别和所述第一转接块和所述第二转接块的平面相连接；所述第三pci板的下端和所述第一转接块的平面相连接，所述第五pci板的下端和所述第二转接块的平面相连接；所述第三pci板与所述第一翅片组贴合连接，所述第五pci板与所述第二翅片组贴合连接。
10.所述外风机和所述光源散热器位置相对；所述外风机对所述光源散热器进行抽风。
11.所述光机换热器包括第一放热翅片组、第二放热翅片组、吸热翅片组、第六pci板和第七pci板；所述第六pci板和所述第七pci板呈平行布置；所述第一放热翅片组、所述吸热翅片组和所述第二放热翅片组依次并列设置，且夹设于所述第六pci板和所述第七pci板的中间，并和所述第六pci板和所述第七pci板相对的两个内壁面贴合连接。
12.所述光机壳体的内部设有内循环风道，所述内循环风机、所述lcd光阀和所述吸热翅片组置于所述内循环风道中；所述内循环风机吹风将所述lcd光阀产生的热量经所述内循环风道送至所述吸热翅片组，经所述吸热翅片组冷却后的空气再经所述内循环风道送回至所述内循环风机的进风口。
13.所述投影机外壳的内壁和所述光机壳体的外壁之间围成散热通风道，所述第一翅片组、所述第二翅片组、所述第一放热翅片组和所述第二放热翅片组位于所述散热通风道中；所述散热通风道的两端分别对准所述投影机外壳两侧开设的通风孔，所述外风机置于所述散热通风道的一端并进行抽风，进而将所述第一翅片组、所述第二翅片组、所述第一放热翅片组和所述第二放热翅片组的热量排出至所述投影机外壳之外。
14.优选地，所述外风机为轴流风扇。
15.优选地，所述内循环风机为涡轮风机，数量为一个或者多个；当所述内循环风机的数量为多个时，多个所述内循环风机采用并列设置。
16.优选地，所述第一翅片组、所述第二翅片组、所述第一放热翅片组、所述第二放热翅片组、所述吸热翅片组的结构为直肋型或者波浪形。
17.可选地，所述投影机还包括聚光镜、第一透镜、照明反射镜、第二透镜、场镜、成像反射镜和投影镜头；所述投影光源、聚光镜、第一透镜、照明反射镜、第二透镜、lcd光阀、场镜、成像反射镜和投影镜头按光线行进方向依次设置；所述聚光镜、第一透镜、照明反射镜、第二透镜、场镜和成像反射镜安装于所述光机壳体的内部；所述投影镜头安装于所述光机
壳体另一端的镜头安装口处。
18.本发明的有益效果：本发明光源散热器和光机散热器均包括pci板，而pci板的整体传热速度和能承受的热流密度，远优于现有的热管和直肋型材散热等结构，使得本发明的光源散热器和光机换热器的散热能力远优于现有的散热结构形式，且显著地或本质地改善了现有散热结构形式存在的如热阻、风阻和扰流等问题，得到了一种全新的具备热超导材料的投影机，本发明散热能力强，散热效率高。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明投影机外部结构的立体展示图；
21.图2为本发明投影机的剖切示意图；
22.图3为本发明投影机风道的示意图；
23.图4为图1拆掉投影机外壳后的立体展示图；
24.图5为图4另一角度的立体展示图；
25.图6为图4的剖切图；
26.图7为本发明光源散热器的立体展示图；
27.图8为图7另一角度的立体展示图；
28.图9为本发明光机换热器的立体展示图；
29.图10为本发明光源散热器的另一种实施例的立体展示图；
30.图11为本发明光机换热器的另一种实施例的立体展示图；
31.图12为pci板的立体展示图；
32.图13为pci板的一种内部传热通道示意图；
33.图14为pci板的另一种内部传热通道示意图；
34.图15为现有技术光机的热管换热器示意图；
35.图16为图15的进一步说明示意图；
36.图17为现有技术直肋型材光机换热器的示意图。
具体实施方式
37.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
39.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的
装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
41.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.实施例一：
43.参见图1-图9所示，本实施例提供的一种具备热超导材料散热的投影机，包括投影机外壳15，以及位于所述投影机外壳15内部的光机壳体10、热超导材料散热装置、外风机13、内循环风机14、投影光源21和lcd光阀26；所述投影光源21的正面安装于所述光机壳体10一端的光源安装口处。
44.所述热超导材料散热装置包括光源散热器11和光机换热器12。所述光源散热器11包括第一pci板110、第一翅片组111和第二翅片组112；所述第一pci板110折弯呈u型结构；所述第一pci板110u型结构一端的内壁与所述第一翅片组111贴合连接，所述第一pci板110u型结构另一端的内壁与所述第二翅片组112贴合连接；所述投影光源21的背面与所述第一pci板110u型结构的中间相贴合。所述外风机13和所述光源散热器11位置相对；所述外风机13对所述光源散热器11进行抽风。本实施例中，外风机13为轴流风扇。
45.本实施例中，投影光源21产生的热量经第一pci板110内部传热通道中的相变抑制微结构工质(参见图12-图14所示)快速传递至第一翅片组111和第二翅片组112进行扩热，通过外风机13对光源散热器11进行抽风，以将第一翅片组111和第二翅片组112的热量快速扩散入大气中，以实现投影光源21的快速散热。
46.本实施例中，所述光机换热器12包括第一放热翅片组121、第二放热翅片组122、吸热翅片组123、第六pci板126和第七pci板127；所述第六pci板126和所述第七pci板127呈平行布置；所述第一放热翅片组121、所述吸热翅片组123和所述第二放热翅片122组依次并列设置，且夹设于所述第六pci板126和所述第七pci板127的中间，并和所述第六pci板126和所述第七pci板127相对的两个内壁面贴合连接(具体可通过回流焊实现，不再赘述)。
47.所述光机壳体10的内部设有内循环风道(参见图2和图6中光机壳体10内部的箭头所示)，所述内循环风机14、所述lcd光阀26和所述吸热翅片组123置于所述内循环风道中；所述内循环风机14吹风将所述lcd光阀26产生的热量经所述内循环风道送至所述吸热翅片组123，经所述吸热翅片组123冷却后的空气再经所述内循环风道送回至所述内循环风机14的进风口，如此不断闭合自循环。光机换热器12换热时，吸热翅片组123有效快速吸收内循环风道中的热量，经第六pci板126和第七pci板127快速传递至第一放热翅片组121和第二放热翅片组122。本实施例中，所述内循环风机14为涡轮风机，数量为一个或者多个；当所述内循环风机14的数量为多个时，多个所述内循环风机14采用并列设置。
48.继续参见图1-图3所示，所述投影机外壳15的内壁和所述光机壳体10的外壁之间围成散热通风道(参见图3中的箭头所示)，所述第一翅片组111、所述第二翅片组112、所述第一放热翅片组121和所述第二放热翅片组122位于所述散热通风道中；所述散热通风道的两端分别对准所述投影机外壳15两侧开设的通风孔，所述外风机13置于所述散热通风道的一端并进行抽风，外部的冷空气(iin)自所述投影机外壳15一侧开设的通风孔进入，进而将所述第一翅片组111、所述第二翅片组112、所述第一放热翅片组121和所述第二放热翅片组122的热量排出至所述投影机外壳15之外(iout)，以实现投影光源21和lcd光阀26等投影机壳体15内部各材料的快速散热。
49.本实施例中，由于pci板的整体传热速度和能承受的热流密度，远优于现有的热管和直肋型材散热等结构，因此本实施例的光源散热器11和光机换热器12的散热能力远优于现有技术的光源散热器和光机换热器结构，散热效率高得多；而本实施例光源散热器11和光机换热器12就pci板和扩热翅片的连接结构来说，比现有技术热管和扩热翅片连接时的接触面积、连接方式等都简单合理并可靠得多，所以这些技术手段对本质性降低散热系统的热阻，都有积极帮助；同时，对投影光源21使用大功率cob阵列led光源的场合，pci板的优异均温性对局部温度过高如存在“抢功率”的个别led晶片，有极大的导热改善作用，这非常有利于延长led光源的寿命。
50.参见图15、图16所示的现有(光机的)热管换热器，图中14'为热管，15'为吸热部鳍片，16'为放热部鳍片，通常为扣fin结构。把吸热部鳍片15'置于光机的内循环风道上，光机内部的热空气将热量传递给吸热部鳍片15'，并通过吸热部鳍片15'传递给热管14'，再由热管14'传递给放热部鳍片16'，进而将光机内循环风道的热量，扩散入大气中。这个过程会存在一些工程局限：热管14'的冷热端自身始终会存在较大的温差(维持工质的循环启动)，一般至少＞3℃-5℃；热量从吸热部鳍片15'传递到放热部鳍片16'，往往之间的传热距离较长而影响传热效率，如从图15中的a'点到热管14'的距离；而与热管14'同心的虚线圈17'，越靠近热管14'，热流密度越大而热阻也相应越大；热管14'还会产生较大的风阻(参见图16中风流i'在热管14'的迎风面和出风面附近所产生的涡旋(湍流等)示意，而期待于缩小a'点到热管14'的距离，必然需要增加热管14'的数量，进而增加风阻和成本，或者减小吸热部鳍片15'和放热部鳍片16'的尺寸，进而换热面积又降低了，这具有一定的技术矛盾性；热管14'和吸热部鳍片15'、放热部鳍片16'的接触面积和接触热阻，对热管换热器的性能影响也不容忽视。很显然，参见图9和图11所示本发明的所述光机换热器12，针对现有热管换热器存在的问题如热阻、风阻和扰流等已取得了显著地或者本质的改善。同理，针对于现有投影光源采用的热管散热器，也存在上述问题，本发明的光源散热器11针对现有光源散热器存在的问题已取得了显著地或者本质的改善。
51.图17为一种现有的直肋型材结构的光机换热器示意图。通常由两个直肋型材散热器18'、19'背靠背贴合而构成(也有干脆采用铝合金压铸为一体的)，这种设计除在一些低亮度输出(意味着热功率也较低)的产品适合使用外，因跟不上用户对投影机亮度(功率)的需求，业内已经逐步将其淘汰。
52.图2和图3中，50为音箱，51为扬声器，52为投影机开机按钮，这些都是当下投影机的标配，不再赘述。
53.实施例二：
54.如图1-6和图10所示，本实施例与实施例一的区别在于：光源散热器11的结构不同。具体地，所述光源散热器11包括第一翅片组111、第二翅片组112、第三pci板113、第四pci板114、第五pci板115、第一转接块116和第二转接块117；所述第一转接块116和所述第二转接块117的材质为金属，优选但不限于为高导热系数的铝、铝合金或者红铜等材料。所述第一转接块116和所述第二转接块117至少有两个相邻的面为平面，以方便于所述第三pci板113和第四pci板114的连接、以及第四pci板114和第五pci板115的连接。
55.所述投影光源21的背面贴合在所述第四pci板114的中间，所述第四pci板114水平安装于所述投影机外壳15内；所述第三pci板113和所述第五pci板115垂直安装于所述投影机外壳15内；所述第四pci板114的两端分别和所述第一转接块116和所述第二转接块117的一个平面相连接；所述第三pci板113的下端和所述第一转接块116相邻的另一个平面相连接，所述第五pci板115的下端和所述第二转接块117相邻的另一个平面相连接；所述第三pci板113与所述第一翅片组111贴合连接，所述第五pci板115与所述第二翅片组112贴合连接。
56.参见实施例一的图2、图4-图8所示，光源散热器11的第一pci板110需要折弯成u型，这对当前的pci板制作工艺而言，传热通道在折弯时候对成型的速度要求非常精准才不至于破坏传热通道的微结构，所以第一pci板110产品成本会受到一定的影响。为解决上述问题，本实施例经过以上改进，光源散热器11变得制作相对简单，而导热性能取决于所述第一转接块116和所述第二转接块117的材质(导热系数)以及对应的结构设计，相应的连接制作过程比如焊接或者锁螺钉等等工艺都可方便实现，原理也都比较简单，故不再赘述。
57.所述光源散热器11的所述第一翅片组111、所述第二翅片组112、所述光机换热器12的所述第一放热翅片组121、所述第二放热翅片组122、所述吸热翅片组123的结构不仅仅可以制作成如图7-图10所示的直肋型，还可以制作成图11所示的波浪形，进而通过如钎焊方式和pci板进行贴合连接。
58.波浪形相比直肋型的翅片结构，在流体力学方面具有非常多的优越性，如风阻更低、流体边界可得到有效破坏、层流效应等等指标都非常优异；在单位体积换热面积(m2/m3)方面更具有显著的优越性，直肋型翅片的单位体积换热面积往往＜1000m2/m3，而波浪形翅片的单位体积换热面积往往很容易就＞2000m2/m3，最高可＞4600m2/m3。这些特性在具体工程应用时，都非常有利于提升所述光源散热器11和所述光机换热器12的性能，最终选择直肋型和波浪形翅片结构，取决投影机整机的设计需求。
59.实施例一和实施例二中，所述投影机还包括聚光镜22、第一透镜23、照明反射镜24、第二透镜25、场镜27、成像反射镜28和投影镜头29；所述投影光源21、聚光镜22、第一透镜23、照明反射镜24、第二透镜25、lcd光阀26、场镜27、成像反射镜28和投影镜头29按光线行进方向依次设置，形成投影机的光学系统，这也是当前市面上较高性能的单lcd投影机的典型光学系统，可参见如中国专利公开号cn114047664a的“附图2”所示，并结合如中国专利公开号cn113156754a增加了照明反射镜24。所述聚光镜22、第一透镜23、照明反射镜24、第二透镜25、场镜27和成像反射镜28安装于所述光机壳体10的内部；所述投影镜头29安装于所述光机壳体10另一端的镜头安装口处。这些都是全密封光机的基本结构，不再赘述。
60.需要说明的是，参见图12-图14所示：11'为传热工质的罐装封口，12'为传热通道，13'为金属基板。通常金属基板13'由上基板和下基板对合而成；图13所示结构的pci板比较
常见，具有制作容易相对价廉的优势，但pci板上没有适合安装热源和扩热装置的平面；图14所示传热通道12'和图13不同，pci板可以提供单面的平面(简称单平面pci板)131'。所述平面131'可方便用于安装热源和其它扩热、导热等设施，相应地，也是本发明所述第一pci板110、所述第三pci板113、所述第四pci板114、所述第五pci板115、所述第六pci板126和所述第七pci板127的优选方案。
61.另外，当所述光机换热器12的第一放热翅片组121、第二放热翅片组122和吸热翅片组123的肋高≤15mm-20mm时，所述第六pci板126和第七pci板127可以省掉一片以降低成本，此时pci板还可通过折弯(如u型、l型)等手段，以适应不同内部堆叠结构的投影机产品。这些都是根据本发明可以演变的技术方式，不再赘述。
62.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。