一种单LCD投影机密封光机的光阀散热装置

技术领域

本发明涉及投影机技术领域，尤其涉及一种单LCD投影机密封光机的光阀散热装置。

背景技术

当前来说，单LCD投影机的光阀对自然光的透射率通常只有5％-8％左右，因而照射LCD光阀的光线，大部分被LCD光阀吸收而转化成了焦耳热，业内最常见的方式是强迫风冷对LCD光阀进行散热。

当LCD光阀尺寸较大(≥4.5寸)时，使用横流风机对LCD光阀散热是相对最合理的选择。二十多年来不乏应用横流风机的单LCD投影机产品案例：如约2001年面市的奥图码(Optoma)EP585(LCD光阀6.4寸)，同期市场上还有北京奥视(其时“澳柯玛视美乐”公司简称)ASP2150等(6.4寸)、香港鸿合(HiteVision)科技的产品(6.4寸)等，2005年长沙创荣公司面市的CR680(7寸)等。

奥图码EP585、奥视ASP2150投影机的光学系统、散热风道非常类似，参见图8所示，图中Ai'为横流风机4'的进风(来自机外的冷空气)，Ao'为散热风道的出风(直接排入机外大气中)，横流风机4'包括导流壳(guiding plate)44'、涡舌(vortex tongue)45'和叶轮46'等部件。按光线行进方向，59'为反光碗，60'为投影光源(奥图码EP585为350W金卤灯)，61'为非球面透镜，66'为照明反射镜，2'为前菲镜，1'为LCD光阀，3'为后菲镜，70'为钣金风道，光线从投影光源60'发出，经反光碗59'和非球面透镜61'聚光，经照明反射镜66'反射，经前菲镜2'准直，经LCD光阀1'调制，经后菲镜3'射出后，还有一片成像反射镜和投影镜头(和本发明展示技术无关，故图8中未画出)。横流风机4'的出风口紧贴并对着LCD光阀1'和前菲镜2'之间形成的A风道、LCD光阀1'和后菲镜3'之间形成的B风道吹风，带走LCD光阀1'(还有设于A风道内独立的入射偏光片，设于B风道内独立的出射偏振片，图8中未画出)的热量，经钣金风道70'，进一步对反光碗59'、投影光源60'和非球面透镜61'散热后排出至大气中。其中奥视2150和奥图码EP585的区别为：在钣金风道70'的出口和投影机外壳7'的出风口之间，奥视ASP2150还设有并列的两只轴流风机(图8中未画出)抽风，以利于热空气更加顺畅排出机外。

可以负责任地说，自上述CR680投影机在2006年停产后，市场上(京东、天猫、亚马逊等线上电商平台和全渠道线下市场)至今未有一台单LCD投影机使用了横流风机，这是有技术原因的，并不是一旦使用了横流风机之后，现有的涡轮风机存在的一些工程技术问题就迎刃而解了，很多时候并不能取得所期待的效果。所以参照过去经验并结合当下实际情况，如何应用好横流风机并真正发挥其积极效果，便是本发明之目的。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种单LCD投影机密封光机的光阀散热装置，本发明能有效杜绝现有涡轮风机对LCD光阀风冷散热存在的换热死区，通过横流风机和五个风道的风阻匹配，实现了更高的换热效率和降低风机噪音，能有效提升LCD光阀的散热效果，且保持散热装置的体积更加小巧。

为实现上述目的，本发明提供了一种单LCD投影机密封光机的光阀散热装置，包括前菲镜、光阀模组、后菲镜、光机壳体、横流风机、第三风道、第四风道、第五风道、第一换热器和第二换热器。

所述光阀模组包括LCD光阀和结构支架，所述LCD光阀嵌入在所述结构支架上；所述前菲镜、光阀模组和后菲镜位于所述光机壳体内，且所述前菲镜、所述光阀模组和所述后菲镜按光线行进方向依次设置。

所述前菲镜和所述光阀模组之间与所述光机壳体的侧壁之间围成第一风道；所述光阀模组和所述后菲镜之间与所述光机壳体的侧壁之间围成第二风道。

所述第三风道的入口与所述第一风道的出口相对接，且所述第三风道的出口与所述第二风道的入口相对接；所述第四风道的出口与所述第一风道的入口相对接，且所述第四风道的入口与所述横流风机的出风口相对接；所述第五风道的入口与所述第二风道的出口相对接，且所述第五风道的出口与所述横流风机的进风口相对接。

所述第一风道的出口和所述第二风道的入口相邻，风流在所述第一风道内的流动方向为从所述LCD光阀的一个长边流向另一个长边，风流在所述第二风道内的流动方向为从LCD光阀的所述另一个长边流向所述一个长边。

所述第一换热器包括第一吸热部、第一传热部和第一放热部，所述第一传热部的两端分别连接所述第一吸热部和第一放热部；所述第二换热器包括第二吸热部、第二传热部和第二放热部，所述第二传热部的两端分别连接所述第二吸热部和第二放热部。

所述第一吸热部设于所述第四风道中；所述第二吸热部设于所述第五风道中；所述第一放热部和第二放热部设于所述光机壳体的外部。

优选地，所述第一传热部和第二传热部为热管、热管和金属板的组合或者相变抑制板中的任一种。

优选地，所述第一吸热部和第二吸热部为直肋型材、扣F i n或者波浪形翅片中的任一种。

本发明的有益效果如下：

本发明能有效杜绝现有涡轮风机对LCD光阀风冷散热存在的换热死区，通过横流风机和五个风道的风阻匹配，实现了更高的换热效率和降低风机噪音，能有效提升LCD光阀的散热效果，且保持散热装置的体积更加小巧。

附图说明

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。

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中第一风道和第二风道的结构示意图；

图3为本发明实施例中横流风机的结构和流场立体展示图；

图4为本发明第一换热器的立体展示图；

图5为本发明实施例中横流风机与第一吸热部的风流分析示意图；

图6为现有涡轮风机的结构和流场示意图；

图7为现有涡轮风机和换热器的吸热部风流分析示意图；

图8为早期采用横流风机的单LCD投影机散热风道示意图。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

鉴于目前业内的绝大多从业者都没有经历过国产投影机较早期时代，所以有必要对行业技术背景做进一步补充。国产单LCD投影机已经走过二十多年(如以奥视量产推出ASP2150时算作开始)，对LCD光阀的散热，经历了横流风机(见前述背景技术)、轴流风机(约2002-2009)、涡轮风机(约2009-至今)等时代。其中轴流风机对LCD光阀散热在业内已极少使用，故不再赘述。

采用一只或多只涡轮风机，实践证明对≥4.5寸以上的LCD光阀进行散热都不是优选。涡轮风机对所述第一风道11或者第二风道12(参见图1所示)鼓风时，具有非常复杂的流场机理，而且实际产品中LCD光阀必存在换热死区(参见中国专利公开号CN115079494A所分析)，已落后于市场对≥4.5寸LCD光阀高效、低噪散热的期待。

参见图6和图7所示，图中21'为涡轮风机，41'为换热器的隔板，42'为换热器的吸热扣Fin(类似结构的换热器可参见中国专利申请号CN202220500634.3等)，涡轮风机21'对吸热扣Fin42'鼓风时(参见图7中箭头所示)，由于N2'的极大存在，所以自然会在吸热扣Fin42'的内部即相邻肋片之间的狭长缝隙内产生多次撞击和反弹，表面上看因为撞击的增加而提升了风流和吸热扣Fin42'的传热几率，实际上增加的巨大风阻导致风压迅速损失，进而风量严重受损，难以对LCD光阀产生更有效的散热，这也是该类技术目前存在的通病。另外由于N1'(向前鼓风的力)、N2'和N3'(在风机轴向膨胀的力)具有复杂的流场关系，再加上宽口式(当前99％的投影机均采用)涡轮风机21'的出风口(截面呈矩形状)在N1'方向的长度往往不足5mm，所以涡轮风机21'无法在出风口提供均匀的流束，这会成倍地增加吸热扣Fin42'的设计制作难度(如长度L'，扣F i n的间隔W'等参数)。

参见图3和图5所示，横流风机4(业内也称滚筒风机、贯流风机等)广泛应用于人们生产、生活相关的产品中，如家用空调的室内挂机便是横流风机典型应用之一。横流风机4包括马达41、右侧板42、左侧板43、蜗壳44、蜗舌45和叶轮46等主要部件，这些都是现有技术，不再赘述。

参见图3和图5所示的横流风机4与第一换热器的第一吸热部211的分析，图5中箭头表示风流，第一吸热部211为扣Fin结构。N1、N2和N3为速度场的三个基本力的矢量，N1是向前吹的力，N2是绕横流风机4转轴旋转的轴向力，N3是出风口长度方向(马达41轴向)风压膨胀(或收缩)的力，通常来说N3在自由状态或者装机后风道的截面长度(如图2中的L1相对于L4的尺寸)不被显著缩短的情况下，负面影响可以忽略；而N2相比于涡轮风机的N2'分量，N2的量极为轻微。

横流风机4和涡轮风机21'有一些流体力学共性，但进、出风方式(空气经过风机时)完全不同进而导致性能表现有着本质的不同，安装方式不同也会带来进一步的效果差异，如横流风机4和涡轮风机21'的叶轮即便是同等直径和转速，N2也比N2'小得多得多，所以在第一吸热部211处相邻肋片间的狭长缝隙内，风流自身导致的风阻低得多，风流几乎可以非常顺畅地流出第一吸热部211的狭长缝隙，即风压和流量损失极低，这有利用对LCD光阀1的有效散热，同时也几乎不产生额外的噪音。

图3中，横流风机4在出风口长度(L4)方向的流束分布均匀且N2极小，而单LCD投影机如图1、图2所示的第一风道11、第二风道12等均为狭长状，通常风阻较大，所以通过设计该风道的风阻使之与横流风机4所需要的风阻相匹配，有利于减小、抵消横流风机4的喘振现象并工作在最佳工况。

现实中的横流风机4的出风口宽度W4(一般12mm-15mm)和现实中LCD投影机的所述第一风道11、第二风道12的宽度(如图2中的W1，通常10-12mm)具有与生俱来的良好匹配性；而如横流风机4的出风口长度L4一般在98mm-250mm范围内可灵活定制，所以对图2中的L1同样具有优良的匹配性。这毫无疑问会带来更好的散热效率。

实施例：

参见图1-5所示，本实施例提供的一种单LCD投影机密封光机的光阀散热装置，包括前菲镜2、光阀模组、后菲镜3、光机壳体5、横流风机4、第三风道13、第四风道14、第五风道15、第一换热器和第二换热器。

所述光阀模组包括LCD光阀1和结构支架6，所述LCD光阀1嵌入在所述结构支架6上，因为LCD光阀1往往是裸玻璃，在投影机上很难直接进行装配，需要做一个框架(结构支架6)固定LCD光阀1以便于装配，这是LCD投影机结构常识。

所述前菲镜2(按光线行进方向，通常业内把LCD光阀1入射侧的菲涅尔透镜称为“前菲镜”，同理，把LCD光阀1出射侧的菲涅尔透镜称为“后菲镜”)、光阀模组和后菲镜3位于所述光机壳体5内，且所述前菲镜2、所述光阀模组和所述后菲镜3按光线行进方向依次设置。

所述前菲镜2和所述光阀模组之间与所述光机壳体5的侧壁之间围成第一风道11；所述光阀模组和所述后菲镜3之间与所述光机壳体5的侧壁之间围成第二风道12，这也是LCD投影机的通风散热基本结构，不再赘述。

所述第三风道13的入口与所述第一风道11的出口(在光机壳体5上)相对接，且所述第三风道13的出口与所述第二风道12的入口(在光机壳体5上)相对接；所述第四风道14的出口与所述第一风道11的入口(在光机壳体5上)相对接，且所述第四风道14的入口与所述横流风机4的出风口相对接；所述第五风道15的入口与所述第二风道12的出口(在光机壳体5上)相对接，且所述第五风道15的出口与所述横流风机4的进风口相对接。参见图1中的箭头所示，进而完成了横流风机4(的出风口)、第四风道14、第一风道11、第三风道13、第二风道12、第五风道15和横流风机4(的入风口)的闭环空气循环通道。

所述第一风道11的出口和所述第二风道12的入口相邻，风流在所述第一风道11内的流动方向为从所述LCD光阀1的一个长边流向另一个长边，如图1中为“自下往上”方向，风流在所述第二风道12内的流动方向为从LCD光阀1的所述另一个长边流向所述一个长边，如图1中为“自上往下”方向。LCD光阀1因为存在宽高比且≠1，如4:3、16：9、16：10等，所以所述LCD光阀1的长边、短边都是非常具体的对象，不再赘述。

所述第一换热器包括第一吸热部211、第一传热部212和第一放热部213，所述第一传热部212的两端分别连接所述第一吸热部211和第一放热部213；所述第二换热器包括第二吸热部221、第二传热部222和第二放热部，所述第二传热部222的两端分别连接所述第二吸热部221和第二放热部。由于该类换热器已经是业内较为通用的设计，不再赘述。

参见图4所示，本实施例所述第一传热部212优选相变抑制板。

本实施例中，所述第一吸热部211和第二吸热部221为直肋型材、扣Fin或者波浪形翅片(关于波浪形翅片可参见中国专利公开号CN218122453U所述)中的任一种。

本实施例中，所述第一放热部213和第二放热部为型材、扣Fin或者波浪形翅片中的任一种。

本实施例中，所述第一传热部212和第二传热部222优选但不限于为相变抑制板，关于相变抑制(Phase Change Inhibited)板的基本原理可参见中国专利公开号CN115576161A所述；所述第一吸热部211、第二吸热部221、第一放热部213和第二放热部优选但不限于为扣Fin。

所述第一换热器的第一吸热部211设于所述第四风道14中；所述第二换热器的第二吸热部221设于所述第五风道15中；所述第一换热器的第一放热部213、所述第二换热器的第二放热部设于所述光机壳体5的外部。

当来自投影光源和聚光装置(图中均未画出，此为单LCD投影机光学系统的常规配备光学器件)的光线照射所述前菲镜2并经前菲镜2准直后(绝大多数光线能穿过前菲镜2)，照射在所述光阀模组上，此时绝大部分的光线被所述LCD光阀1吸收而转化成焦耳热。如果不对所述LCD光阀1进行散热，一般约10s-30s后(视投影光源的功率和环境温度等因素而定)，LCD光阀1温度会快速上升到＞75℃-100℃以上，进而LCD光阀1失效。

全密封光机通常是将投影机的光学器件装于光机壳体5内，使光学器件和大气保持气密性。在光机壳体5的内部设有内循环风道和内循环风机以及换热器。将LCD光阀1、换热器的吸热部、内循环风机置于内循环风道中，通过内循环风机运转，内循环风道内强迫循环的空气带走LCD光阀1的热量，再将该热量传递给换热器的吸热部，并通过换热器的放热部(置于光机壳体5的外部)，将该热量扩散入大气中。此为全密封LCD投影光机的基本原理，产品已经在行业内占有不少的市场份额，不再赘述。

横流风机4运转后，风流依次经所述第四风道14、第一风道11、第三风道13、第二风道12、第五风道15回到横流风机4。在此过程中，LCD光阀1的入射面置于所述第一风道11中，出射面置于所述第二风道12中，风流和LCD光阀1的两个表面进行换热，所述LCD光阀1的热量传递给风流，进而传递给第一换热器的第一吸热部211和第二换热器的吸热部221。

所述第一换热器的第一吸热部211将热量传递给所述第一传热部212，再传递给置于光机壳体5外部的第一放热部213；所述第二换热器的第二吸热部221将热量传递给所述第二传热部222，进而传递给置于光机壳体5外部的所述第二放热部。

通常来说，LCD投影机密封光机的外部，必然还设于外部风机(如对投影光源进行散热)，将所述第一放热部213和第二放热部置于外部风机的风道中，便完成对全密封光机的散热过程。

本实施例中，所述LCD光阀1的尺寸优选但不限于为京东方或友达光电制作的4.5寸、5寸、5.8寸光阀之中的一种，也可选择京东方公司鄂尔多斯B6产线生产的最新6.37寸4K光阀等。

当LCD光阀1为4.5寸时，市面上横流风机4具有标准件(L4长度约98mm-102mm)且能极好地匹配。

当LCD光阀1为5寸时，L4长度优选约110mm-115mm，需要定做。

当LCD光阀1为6.37寸时，市面上横流风机4具有标准件(L4的长度约145mm-148mm)且能较好匹配。

很显然，横流风机4就外部速度场而言，比轴流风机和涡轮风机简单得多，但横流风机4内部的流体速度场，就复杂多了。同时，任何风机实际装配入投影机，在具有实际参数的风道工作时，它的参数和直接放置于大气中自由运行是有本质区别的，所以人们研发时可能会发现LCD光阀1的散热风道畅通无阻，而马达运转也正常，但散热效果却并不理想，这也是近十几年来市面上国产LCD投影机不采用横流风机的原因之一。

如图1、图2所示的第一风道11和第二风道12在散热设计时可优化的维度极少，因为要同步考虑光学性能。而第三风道13、第四风道14和第五风道15的合理设置，便为横流风机4最佳运行工况的风阻设计创造了条件。所以通过设计该三个风道(13、14、15)的风阻使之与横流风机4所需要的运行风阻相匹配，能减小、抵消横流风机4的喘振、失速等现象而工作在最佳工况。而横流风机4对所述LCD光阀1的无死区散热，风流高效通过所述第一换热的吸热部211等的优越散热性能便能客观地体现出来。

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。