教室投影机散热解决方案

教室投影机散热解决方案林文霞郭英歌任宝金刘洪宁（中国海洋大学信息科学与工程学院物理系，青岛）摘要：教室投影机由于环境灰尘多，其进风口过滤网容易被阻塞，致使投影机内部温度升高，达到热保护温度而自动关机，影响正常教学活动。夏季时期热保护现象更是频繁发生。针对该问题，介绍了与教室投影机匹配的自动除尘风扇和半导体冷风机两套设计和具体实现方案。两套设计方案具有简单可靠、效果显著、易于在教学环境推广的特点。关键词：教室投影机；热保护；自动除尘风扇；半导体冷风机0引言日常生活使用的投影机分为LCD和DLP两种类型。学校教学使用的投影机要求高流明度，其使用频率高，且时间长，热量产生大。教学中使用的LCD投影机，大多是采用风冷方式降温散热。在LCD投影机进风口上加有过滤网，进风时气流很大，不可避免地将空气中的灰尘带入机内。投影机内部风扇带有静电，对进入机箱的灰尘具有吸附作用。吸附的灰尘积累会阻塞进风口和出风口，造成进入的空气流减弱，投影机产生的热量就不能及时被带出去，致使内部元件温度急剧升高，由于投影机设有热保护装置，内部在灯泡附近安装有温度传感器，能够即时监控投影机内部空气的温度变化，当温度达到设置的保护温度时会引起自动关机。夏天时，投影机热保护现象更为严重，其中一个重要的原因是：一般学校的投影机使用吊背箱悬挂教室上方。夏天外界气温高（室内顶部温度已经达到三十多度），投影机内温度与外界温度温差小，热交换慢，机内温度降得慢，使得热量不能及时散失到外界，内部温度很快就达到了热保护设置的温度点，导致关机。因而夏天热保护现象发生频率高。针对这一问题，通过模拟教室投影机工作环境来具体探究教室投影机自动关机现象及温度变化，设计相关方案进行解决。1探究教室投影机自动关机现象及温度变化1.1实验目的模拟教室投影机工作环境，探究教室投影机自动关机与哪些因素有关，测出投影机自动关机时的温度。1.2实验器材教室投影机、温度传感器、数字温度计、暖风机、不同致密性的过滤网、投影机箱等。1.3实验步骤及结果（一）对投影机内部构造进行认识。（二）用温度传感器测试投影机在室温下（20℃）正常工作的温度，然后使用热吹风使投影机周围环境温度上升，使之达到热保护关机，测试此时的温度，以及投影机风扇关闭时的温度。实验结果如下表：（单位：℃）室温20.1℃正常工作时最高温度热保护时的温度风扇关闭时的温度第一次测量45.080.565.9第二次测量43.983.166.8第三次测量44.179.968.0第四次测量45.181.469.2平均值44.581.265.5（三）利用三种疏密不同的滤网来模拟教室灰尘附着情况，进行探究。1、使用1号滤网（孔稀疏），分别贴到投影机后部的进风口、底部滤网处以及两处，探测影响投影机散热的位置。实验结果如下表：（单位：℃）1号滤网贴的位置实验次数工作时最高温度风扇关闭时的温度进风口位置147.542.7247.543.8347.943.2444.940.2547.642.9平均值47.142.6镜头底部过滤网位置146.842.0245.541.3345.741.4446.942.4546.742.1平均值46.341.8进风口和底部过滤网处147.542.7244.537.8347.642.8447.543.9547.743.7平均值47.042.22、明确了影响投影机散热的是进风口通风情况，然后分别使用另外两种疏密不同的滤网（2号滤网（孔较密）和3号滤网（孔密集））来进行实验。注：无灰尘附着时投影机平均最高工作温度为44.5℃。灰尘附着量不同（三种滤网模拟结果）的实验数据如下表：（单位：℃）不同灰尘量的模拟实验次数工作时最高温度风扇关闭时的温度1号过滤网147.542.7247.543.8347.943.2444.940.2547.642.9平均值47.142.62号过滤网149.544.9250.946.8351.046.9450.746.4551.446.8平均值50.746.53号过滤网153.549．0251.346.3351.946.9451.445.6550.143.8平均值51.646.3（四）模拟夏季高温环境。将投影机放在玻璃罩内，使玻璃罩内温度达到三十三摄氏度左右，然后重复实验。进风口加3号滤网模拟灰尘阻塞情况，实验结果如下表：（单位：℃）实验次数玻璃罩内模拟的夏季温度工作时最高温度关风扇时的温度134.652.947.1236.553.848.6334.356.150.9434.955.349.8平均值35.154.549.1（五）探究外加风扇给投影机进行散热的效果影响。分别在以下两种情况下进行探究：一是有外加风扇进行吹风测温，然后移走风扇再次测投影机工作时的最高温度；二是无外加风扇时测投影机工作时的最高温度，然后外加风扇进行吹风测温。实验结果如下表：（单位：℃）实验次数外加风扇工作时最高温度移走外加风扇时工作温度126.443.1226.343.2327.843.7平均值26.843.3（单位：℃）实验次数无外加风扇时工作温度外加风扇后工作温度减至结果144.132245.629342.327445.229.8544.427.2平均值44.329.01.4实验结论1．在室温下，教室投影机正常工作时平均最高温度为44.5℃，达到热保护时的温度平均为81.2℃。2．影响投影机散热的位置与投影机底部滤网处无关，而是投影机进风口通风情况影响其散热。3．投影机的进风口被模拟灰尘阻塞时，投影机的工作温度升高。阻塞越严重，温度升高越大。4．在夏季高温环境下，会使投影机工作温度略有升高，其主要影响投影机温度升高因素还是进风口被灰尘阻塞。5．在投影机进风口处进行被动风冷散热，能使投影机内部温度显著降低，可低至26.8℃-29.0℃。这不仅使投影机不能发生热保护自动关机，而且能使投影机内部元件使用寿命变长。2与教室投影机匹配的自动除尘风扇设计与试验2.1设计要求自动除尘风扇能为教室投影机提供清洁无尘风流，能有效解决教室投影机进风口过滤网阻塞问题，不需人工拆洗投影机过滤网和自动除尘风扇，或是大大延长拆洗周期，节省人力财力。2.2设计思想将风扇放到密闭盒子中，密闭盒子为风扇开一个出风口，其出风口紧贴投影机进风口，使投影机进风源唯一来自风扇提供的风。将盒子另一端也开口并加除尘网，使之成为风扇进风口。教室空气除尘后经密闭盒子从出风口进入投影机内。为使之能自动除尘，每次在投影机启动工作的同时，利用电动机带动刷子工作，刷动盒子进风口除尘网上积累的灰尘，同时利用盒子内部的小风扇逆向吹风，将灰尘吹离除尘网，使之不阻塞。工作一段时间后，除尘刷和小风扇停止工作，为投影机提供风力的强力风扇工作。两部分先后工作的控制转换是由时间继电器实现的。2.3实验设计的原材料220V交流风扇1个、12V直流小风扇2个、密闭盒子1个、时间继电器1个、12V直流电动机1个、电源适配器1个、除尘过滤网1个、除尘刷1个、电线若干。2.4模型图内部图外观图1外观图22.5测试实验1.利用烟尘粗略测试两个直流小风扇的吹尘风力。2.在进风口利用彩色粉笔末营造多灰尘的空气环境，在除尘刷工作后，从出风口检测除尘效果，多次重复进行。对比结果发现自动除尘风扇能有效为教室投影机提供无尘空气，减轻除尘网易被灰尘阻塞问题，不需频繁拆洗，达到了设计要求。2.6自动除尘风扇优缺点1.优点：设计简单，无复杂传动机械装置，且效果好。易于推广应用。2.缺点：过滤网和过滤刷的材质选择要求高：过滤网要能有效阻挡灰尘通过，过滤刷能够将过滤网上的灰尘刷动起来，使在吹尘风扇工作下能将灰尘吹离除尘网。3与教室投影机匹配的半导体冷风机设计与试验3.1设计要求半导体冷风机能为教室投影机提供低温风流，能有效解决夏季教室投影机周围温度过高引起投影机过热保护从而投影机自动关闭的问题。3.2设计思想热空气由半导体冷风机入口进入冷风机内部，经过密集的导冷片进行降温，得到冷空气由出风口风扇吹出，出风口风扇正对投影机的进风口，从而达到对投影机降温的目的。3.3实验设计的原材料12V10A开关电源一个，12V大风扇两个（90×90×25mm），12V小风扇三个（40×40mm），防水盒一个，大号铝制散热片两个，中号铝制散热片两个，导冷片两个，半导体制冷片（TEC1-12706）两个，隔热棉若干，电线若干，导热硅胶，水封胶3.4设计步骤1.利用半导体片的帕尔贴效应设计制冷散热系统：散热片与散热扇组合用来将制冷片热面的热量尽快的散失掉，导冷片与冷面相贴，增大空气与冷片的接触面积增大降温速率，散热片、导冷片与半导体片需要涂导热硅胶，以便快速导热，导冷。2.加工大导冷片（散热片），做成往返风道，增大空气与导冷片的接触面积和时间。3.将两套半导体制冷系统固定于密封盒上，密封盒与制冷系统热面用隔热棉进行隔热，将大号导冷片植入密闭盒中对风路四周进行如上密封，密封盒四周进行隔热密封处理。4.模型外观图3.5测试实验利用暖风机改变半导体冷风机周围温度，通过测试半导体冷风机入风口温度和出风口温度，测试半导体冷风机的效果。测试结果如下：入风口温度（单位：℃）出风口温度（单位：℃）高温环境50.432.448.035.542.033.339.233.238.131.634.331.6室温环境25.323.424.220.122.419.921.418.83.6实验结论半导体冷风机对于高温空气（温度超过30℃）制冷效果更明显，能使出风口温度降低到32.9℃左右。对于室温空气（温度20℃左右），也能起到降温效果，可使温度降低3℃左右。因而，半导体冷风机能有效解决夏季教室投影机周围温度过高引起投影机过热保护的问题。3.7实验设计优缺点及改进1．优点：半导体制冷片为固体器件，无运动部件，可靠性高；半导体冷风机能有效将空气流温度降低，制作相对简单，利于在教学环境下推广使用。2．实物产品存在的缺点：空气流在冷风机内需要缓缓回旋流过以达到降温效果，要求抽气风扇风力不能太强，这就导致给投影机提供的风力有可能不足。3．改进：可以使用强力风扇，但产品的风道需要改变，使空气在密闭制冷盒子内回折运动风道变长，可以加大盒子体积，同时加多半导体制冷片。4结语自动除尘风扇能够自动除尘，减少进入投影机内部的灰尘，使得投影机内部各元件寿命增长，不需定期人工拆洗过滤网，给投影机维护人员带来方便，节省了人力物力财力。半导体冷风机利用固体部件制冷，无运动器件，故障率低。采用回旋风路，增大了空气与冷源的接触时间，利于空气降温。与教室投影机匹配的自动除尘风扇和半导体冷风机，能有效解决教室投影机散热问题，且只需在现有的投影机设备的外部吊背箱上进行组装配置，而不是对其内部工作原理重新设计，利于在教学环境下推广和应用，而不需要学校更换投影机。