一种带有散热组件的可穿戴视觉增强设备

1.本发明涉及视觉增强设备领域，具体涉及一种带有散热组件的可穿戴视觉增强设备。


背景技术：

2.视觉增强技术包括在虚拟现实(vr)、增强现实(ar)或混合现实(mr)技术，随着视觉算法和通信技术的发展，对应的可穿戴视觉增强设备也在不断进步，比如vr眼镜、ar眼镜等。与此同时带来的是可穿戴视觉增强设备整机总功耗的不断上升，设备的发热问题也越来越严重，散热系统设计不合理直接影响了设备的性能，还会影响穿戴者的使用体验。
3.为了改善此问题，常通过将发热量大的计算芯片等与可穿戴部分分离布置，中间通过数据线进行连接，导致整体设备占地区域过大；由于目前可穿戴视觉增强设备朝着轻量化方向发展，计算芯片等发热量大的芯片也要集成在可穿戴部分，在小体积、轻重量的限制下，对可穿戴视觉增强设备的重量限制和人体直接接触的温度限制更为严苛，现有技术中采用液冷、风冷或混合散热的方式对热源区域进行散热，只能一定程度上缓解温度问题，仍无法满足热源对散热组件的散热需求；可穿戴视觉增强设备运行过程中直接接触人体表面，在温度影响下会产生水雾而阻碍视线；大体积的散热组件会使得可穿戴视觉增强设备的重量、体积大幅增加，无法达到于轻量化的要求；限制了轻量化可穿戴视觉增强设备的性能释放，难以满足穿戴者的使用体验需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种带有散热组件的可穿戴视觉增强设备，采用热源分布位置相匹配的蒸发器与热源进行换热，并将冷凝器布置在头带位置与蒸发器相隔离，将散热组件分离布置在可穿戴设备的各个部分，优化重量分布提高穿戴舒适度，并能够减少热量集中以提高散热组件的散热性能。
5.为了实现上述目的，采用以下方案：
6.一种带有散热组件的可穿戴视觉增强设备，包括眼镜本体、头带和环路热管，环路热管包括依次连通形成闭合环路的补偿器、蒸发器和冷凝器，蒸发器对应眼镜本体内的热源布置，并与热源形成热交换；冷凝器安装于头带；补偿器、蒸发器内均设有毛细芯，以驱动环路热管循环。
7.进一步地，所述蒸发器设有并列的多个，且均连通冷凝器，每个蒸发器至少对应眼镜本体内的一个热源，蒸发器与对应的热源形成热交换。
8.进一步地，所述蒸发器与补偿器一一对应连通，每个蒸发器与对应补偿器形成一条散热支路，所有蒸发器结合补偿器形成多条并行的散热支路。
9.进一步地，所述蒸发器内包括依次连通的内补偿腔、蒸汽槽道、集气槽和蒸发腔，内补偿腔安装有毛细芯，且通过毛细芯连通蒸汽槽道，蒸发器内的导热片一侧朝向热源，另一侧接触蒸汽槽道、集气槽和蒸发腔。
10.进一步地，所述蒸发腔靠近热源的一侧设有多个凸起部，凸起部连接导热片形成辅助换热结构。
11.进一步地，所述导热片贴附于热源，内补偿腔连接补偿器，蒸发腔通过管路连接冷凝器。
12.进一步地，所述补偿器内设有外补偿腔，外补偿腔一端连接冷凝器，另一端连接蒸发器。
13.进一步地，所述外补偿腔安装有毛细芯，以使冷凝器、补偿器和蒸发器形成单向循环。
14.进一步地，所述蒸发器通过气体管路连接冷凝器，冷凝器通过液体管路连接补偿器，环路热管内填充有介质，并沿环路热管循环相变换热。
15.进一步地，所述冷凝器布置在头带内，连接冷凝器的管路沿头带布置。
16.与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
17.(1)针对目前可穿戴视觉增强设备散热组件分布不合理、散热性能差的问题，采用热源分布位置相匹配的蒸发器与热源进行换热，并将冷凝器布置在头带位置与蒸发器相隔离，将散热组件分离布置在可穿戴设备的各个部分，优化重量分布提高穿戴舒适度，并能够减少热量集中以提高散热组件的散热性能。
18.(2)针对可穿戴视觉增强设备空间狭小、热流密度大的特点，将需要散发热量的冷凝器与热源位置相离设置，采用与其热源分布相匹配的多个蒸发器进行换热，实现对覆盖范围内多个热源的同时散热或依次散热；同时，环路热管的各个组成部分采用管路连通，整体布局满足狭小空间的散热需求。
19.(3)蒸发器内设置有蒸汽槽道、集气槽和蒸发腔共同与导热片接触，并且蒸发腔的体积大于蒸汽槽道、集气槽，并且，蒸发腔与导热片的接触面积也大于蒸汽槽道和集气槽，保障散热过程持续稳定运行，蒸发腔能够进一步提高热交换效率，避免热源初始温度较高导致设备以较低功率启动，并且降低了热源的温度波动，提高设备运行稳定性。
20.(4)设置补偿器与蒸发器连通，并且补偿器连通蒸发器的内补偿腔，内置补偿腔所需体积小，相应的内表面积下降，蒸发器受热后热量经侧壁向补偿腔传导量得以降低，降低了侧壁漏热；外补偿腔位置略高于蒸发器，可及时向蒸发器内部补充液体，杜绝了内补偿腔干烧现象，保证了系统的稳定性；且外补偿腔在高负荷工况下可以提高环路热管的介质充灌率，从而增加环路热管内存储的介质质量，进而改善长距离热传输时供液不足的问题。
21.(5)毛细芯提供环路热管驱动力的同时，也作为介质循环的单向阀，使得介质沿补偿器、蒸发器和冷凝器依次循环流动，使眼镜本体内的热量转移至头带进行散热，减少热量集中实现热量分散，提高眼镜本体接触人体部分的舒适性。
附图说明
22.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
23.图1为本发明实施例1中环路热管的结构示意图；
24.图2为本发明实施例1中蒸发器、补偿器的连通关系示意图；
25.图3为本发明实施例1中眼镜本体内热源位置的分布示意图；
26.图4为本发明实施例1中眼镜本体连接头带的结构示意图。
27.图中，1：蒸发器，1-1：内补偿腔，1-2：一次毛细芯，1-3：导热片，1-4：蒸汽槽道，1-5：集气槽，1-6：热源，2：蒸发腔，3：连接软管，4：补偿器，4-1：外补偿腔，4-2：二次毛细芯，5：液体支路，6：接头，7：液体管路，8：冷凝器，9：气体管路，10：气体支路，11：第一热源，12：眼镜本体，13：第二热源，14：头带外侧，15：头带内侧。
具体实施方式
28.实施例1
29.本发明的一个典型实施例中，如图1-图4所示，给出一种带有散热组件的可穿戴视觉增强设备。
30.如图1、图2所示的带有散热组件的可穿戴视觉增强设备，采用可穿戴结构，包括眼镜本体12和头带，头带连接眼镜本体12，眼镜本体12和头带上布置有环路热管，从而对眼镜本体12内的热源1-6进行散热，提高整个设备的散热性能。
31.由于可穿戴视觉增强设备里安装有多种芯片，在芯片工作的同时会产生大量的热量而形成多个热源1-6，解决多热源1-6散热系统复杂、分布不均的问题，在本实施例中，采用环路热管对可穿戴视觉增强设备的热源1-6进行散热，并且，将环路热管与热源1-6分布位置相匹配，针对设计复杂、高热流密度下的芯片等元器件进行高效散热，从而避免可穿戴视觉增强设备使用过程中高温接触人体，从而提高使用感受，并提高可穿戴视觉增强设备的性能。
32.具体的，结合图1、图2，环路热管包括依次连通形成闭合环路的补偿器4、蒸发器1和冷凝器8，其内部填充有介质，介质与外部进行热量交换，并能够发生相变，蒸发器1对应眼镜本体12内的热源1-6布置，并与热源1-6形成热交换；冷凝器8安装于头带；补偿器4、蒸发器1内均设有毛细芯，以驱动环路热管循环。
33.同时，蒸发器1设有并列的多个，且均连通冷凝器8，每个蒸发器1至少对应眼镜本体12内的一个热源1-6，蒸发器1与对应的热源1-6形成热交换；蒸发器1与补偿器4一一对应连通，每个蒸发器1与对应补偿器4形成一条散热支路，所有蒸发器1结合补偿器4形成多条并行的散热支路。
34.另外，蒸发器1位于可穿戴视觉增强设备的前段的眼镜本体12内，并根据热源1-6分布位置进行树杈状分布，冷凝器8位于可穿戴增强设备的后段的头带位置。
35.蒸发器1内包括依次连通的内补偿腔1-1、蒸汽槽道1-4、集气槽1-5和蒸发腔2，内补偿腔1-1安装有毛细芯，且通过毛细芯连通蒸汽槽道1-4，蒸发器1内的导热片1-3一侧朝向热源1-6，另一侧接触蒸汽槽道1-4、集气槽1-5和蒸发腔2。
36.可以理解的是，在本实施例中，为了提高运行稳定性，将蒸发腔2与蒸发器1本体分离布置，使得蒸发槽道、集气槽1-5能够通过导热片1-3与热源1-6进行热交换，蒸发腔2也能够通过导热片1-3与热源1-6进行热交换，两组热交换过程可以同时进行，从而解决换热系数小、运行稳定性低的问题。
37.蒸发腔2作为外置蒸发腔2，其与集气槽1-5通过内置气体管路9对应连接，蒸发器1底部产生的蒸汽进入集气槽1-5，再通过内置气体管路9进入外置蒸发腔2入口；外置蒸发腔2出口与冷凝器8的入口通过气体管路9相连接。
38.需要指出的是，蒸发腔2为方柱型空腔，蒸发腔2靠近热源1-6的一侧设有多个凸起部，凸起部连接导热片1-3形成辅助换热结构。凸起部为设置在蒸发腔2底部的用于强化沸腾换热的柱状微结构，增加汽化核心数。
39.补偿器4内设有外补偿腔4-1，外补偿腔4-1一端连接冷凝器8，另一端连接蒸发器1，外补偿腔4-1安装有毛细芯，以使冷凝器8、补偿器4和蒸发器1形成单向循环。
40.在本实施例中，环路热管为分离式热管，即将热管的蒸发段和冷凝段分别独立为蒸发器1和冷凝器8，中间通过管路连接，结构设计更加灵活，且内部毛细芯使气液分离，传热性能优越；如图1所示，内补偿腔1-1内设置的毛细芯为一次毛细芯1-2，外补偿腔4-1内设置的毛细芯为二次毛细芯4-2。通过增设具有二次毛细芯4-2的外补偿腔4-1，能够保证换热介质的供给，能够满足长距离热传输或多热源1-6散热的需求。
41.补偿腔与蒸发器1通过连接软管3一一对应连接，并设于蒸发器1的进口处，连接软管3连通外补偿腔4-1和蒸发器1的内补偿腔1-1。外补偿腔4-1内壁以及连接软管3内壁均设置有二次毛细芯4-2，且外补偿腔4-1的进口高于出口。外补偿腔4-1的进口与冷凝器8出口通过液体管路7相连接。
42.设置补偿器4与蒸发器1连通，并且补偿器4连通蒸发器1的内补偿腔1-1，内置补偿腔所需体积小，相应的内表面积下降，蒸发器1受热后热量经侧壁向补偿腔传导量得以降低，降低了侧壁漏热。
43.同时，外补偿腔4-1位置略高于蒸发器1，可及时向蒸发器1内部补充液体，杜绝了内补偿腔1-1干烧现象，保证了系统的稳定性；且外补偿腔4-1在高负荷工况下可以提高环路热管的介质充灌率，从而增加环路热管内存储的介质质量，进而改善长距离热传输时供液不足的问题
44.在本实施例中，毛细芯采用双层不锈钢丝网结构，上层为300目，下层为500目；在其他实施方式中，还可以选择其他形式的毛细芯，能够满足循环需求。
45.毛细芯提供环路热管驱动力的同时，也作为介质循环的单向阀，使得介质沿补偿器4、蒸发器1和冷凝器8依次循环流动，使眼镜本体12内的热量转移至头带进行散热，减少热量集中实现热量分散，提高眼镜本体12接触人体部分的舒适性。
46.如图1所示，冷凝器8布置在头带内，连接冷凝器8的管路沿头带布置，冷凝器8冷却方式可以采用套管式液冷或者翅片式风冷等。
47.如图3、图4所示，以头戴式ar眼镜为例进行介绍，头戴式ar眼镜的主要热源1-6包括cpu、hpu、外围芯片等，多位于ar眼镜顶部，如图3中所示的第一热源111-6和第二热源131-6，第一热源111-6为5g模块组件，功率为14w，高峰期30w；第二热源131-6为其他模块组件，比如hpu模块、display光学模块等芯片，总功率约为10w。
48.在热源1-6上布置导热片1-3，眼镜本体12一侧布置液体管路7，另一侧布置气体管路9，对应ar眼镜两侧的镜腿位置；蒸发器1通过气体管路9连接冷凝器8，冷凝器8通过液体管路7连接补偿器4，环路热管内填充有介质，并沿环路热管循环相变换热。
49.相变冷却利用液体潜热实现热量转移，是一种高效的散热技术，目前主要有微通道，微射流，微喷雾，浸没式液冷，热管等方式，相变冷却利用液体工质相变过程中的潜热，能够带走大量的热量，且气液混合物的温度能够保持不变。
50.结合补偿器4和蒸发器1，多个蒸发器1与多个补偿器4对应连接，内补偿腔1-1入口
与外补偿腔4-1出口相连接；蒸发器1底部集气槽1-5与蒸发腔2入口相连接。多个蒸发器1并联排出气体后进入冷凝器8冷凝成液体后再进入外补偿腔4-1。
51.多个蒸发器1产生蒸汽后进入与之对应的多个气体支路10，多个气体支路10最后通过一个接头6汇合到气体管路9进入冷凝器8，经过冷凝器8冷凝后的液体进入液体管路7，在到达多个补偿器4前通过另一个接头6分流到多个液体支路5中，然后再进入补偿器4、蒸发器1完成循环。
52.考虑到ar眼镜对配重和穿戴平衡感的需求，本实施例将热源1-6组件分配至左右两端，采取并联式散热。各支路通过节点汇合后进入总管路，通过气体支路10汇合到气体管路9，保证了气体混合的稳定性，通过液体管路7分散到各液体支路5内，有利于液体的均匀分流。
53.如图4所示，眼镜本体12和头带形成环形穿戴结构，与人体皮肤直接接触的一侧为亲肤面，对应头带内侧15和眼镜本体12内侧，相应的远离亲肤面的一侧为头带外侧14和眼镜本体12外侧。
54.由于头戴式ar眼镜设备的内侧与人体头部、耳朵等部位直接接触，当设备运行功率过高时，所产生的高热量会影响使用者的体验，严重时可能导致烫伤。因此，在ar眼镜散热系统内侧设置隔热垫，防止热量向靠近人体一端流动，亲肤面上覆盖有隔热垫，避免热量散发过程中与人体的直接接触。
55.隔热垫可以选用气凝胶毡，比如硅系纤维气凝胶毡，该气凝胶孔隙率为95％，密度为3kg/m3，热导率为0.012w/m
·
k；具有高孔隙率、高比表面积、低密度、低热导率等特点，提高其隔热效果。
56.具体的，导热片1-3为高导热垫片，可以选用镁锂合金(密度为1.57g/cm3，热导率为75w/m
·
k)，能快速将热传递到蒸发器1组件上，其超轻密度满足ar眼镜在配重上的需求。
57.环路热管内填充的介质可以选用甲醇，毛细芯采用双层不锈钢丝网结构，上层为300目，下层为500目。在毛细芯上布置了一层粗网隔板，用于提高刚度，支撑丝网毛细芯结构，并且粗网隔板的孔隙较毛细芯的不锈钢丝网结构大，不影响毛细芯的工作，粗网隔板和蒸汽槽道1-4将毛细芯进行固定。
58.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。