CN104807191B - 使用光检测器检测温度的加热装置及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用光检测器检测温度的加热装置及其保护方法，该加热装置包含有一内部有一流道的外壳、一设于流道内的加热器、一光导杆、一导光元件及一光检测器。光导杆具有一透明本体、一第一端部及位于外壳内部的第二端部，导光元件位于该第二端部且面向加热器，以将加热器发出的光往第一端部的方向导引。光检测器位于该第一端部并面向第二端部，以通过透明本体间接地接收加热器照射于导光元件的光。由此，该光检测器可用于检测该加热器的温度，且因反应速度快而能对该加热器达到有效的过热保护，该光检测器可避免因处在高温差环境而易损坏的问题，且该加热装置在空间配置上相当有弹性。

Description

使用光检测器检测温度的加热装置及其保护方法

技术领域

本发明与加热装置有关，特别是指一种使用光检测器（photodetector）检测温度的加热装置及其保护方法。

背景技术

习用的加热装置主要包含有一内部具有一流道的壳体，以及一设于该流道内的加热器，用于供流体（通常为空气）自该壳体的一入口进入并在通过该流道后自该壳体的一出口排出，流体经过该加热器时因带走加热器的热量而升温，因此该加热装置可通过排出高温流体而对位于该出口外的对象进行加热。

加热装置的出口外通常设有一温度传感器，例如热电偶（thermocouple）、双金属恒温器（bimetal thermostat）等等，该温度传感器用于感测加热装置所排出的流体温度，并将感测讯号传送至一控制器，使得该控制器可依据流体温度控制该加热器。然而，若加热装置的出、入口被遮蔽，或者提供流体的装置故障，该加热器因热量无法适度地被流体带走而会持续升温，但该温度传感器却不会感测到温度上升，如此容易造成该加热器因温度过高而损坏。

即使在加热装置的流道内设置如前述的温度传感器，但加热器在前述状况下升温速度相当快，尤其是低质量、高功率的钨加热器，因此，流道内的温度传感器很可能因反应速度不够快而无法让控制器及时地使该加热器停止加热，如此仍容易造成该加热器因温度过高而损坏。

本案的发明人认为，若加热装置能采用反应速度相当快的光检测器，例如光电二极管（photodiode），来检测加热器的温度，将可解决前述问题。虽然利用光检测器接收光线时产生的电讯号推算出光源的温度属于习知技术，例如，美国专利公开号为US2011/0008737A1的专利案中便有相关的应用。然而，为了避免光检测器在高温差环境下容易损坏的问题，在习知的应用中，光检测器并非设置于光源周围而是通过导光元件（例如透镜、石英管等等）接收光线，而为了让光源发出的光线能传递至光检测器，光检测器隔着导光元件与光源相对，如此的设计在小体积的装置内有空间配置上的困难，因此难以应用于加热装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种加热装置，其使用反应速度相当快的光检测器检测加热器的温度，且该加热装置在空间配置上较有弹性。

为达到上述目的，本发明所提供的一种使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于包含有：一外壳，其内部具有一用于供流体通过的流道；一加热器，设置于所述流道内；一光导杆，具有一透明本体、一第一端部，以及一位于所述外壳内部的第二端部；一导光元件，位于所述光导杆的第二端部且面向所述加热器，用于接收所述加热器所发出的光并将光往所述光导杆第一端部的方向导引；一光检测器，位于所述光导杆的第一端部并面向所述光导杆的第二端部，以通过所述光导杆的透明本体间接地接收照射于所述导光元件的所述加热器所发出的光。

其中，所述导光元件为一位于所述透明本体的非完全透明表面。

所述非完全透明表面为一雾面。

所述光导杆具有一外周面及相对的第一、二端面，所述非完全透明表面位于邻近所述第二端面的所述外周面的一部分，所述光检测器邻近并面向所述第一端面。

所述非完全透明表面更位于所述第二端面。

所述第二端面为一非垂直于所述外周面的斜面且朝向所述加热器。

所述光导杆具有一外周面及相对的第一、二端面，且所述第二端面为一非垂直于所述外周面的斜面，而所述非完全透明表面位于所述第二端面；所述光检测器邻近并面向所述第一端面。

所述导光元件为一反射镜，以将所述加热器所发出的光反射至所述光导杆。

所述导光元件具有一弯曲透明本体，以及分别位于所述弯曲透明本体二端的一接收面及一发射面，所述接收面面向所述加热器，所述发射面面向所述光导杆且实质上垂直于所述光导杆的长轴向。

所述光导杆的第二端部位于所述流道内。

所述光导杆外更套设一保护管。

所述流道能定义出一流动方向，所述流道内的流体实质上沿着所述流动方向经过所述加热器，所述光导杆为一直杆且实质上平行于所述流动方向。

所述外壳具有一顶部及一底部，所述光导杆穿设于所述顶部，所述流道的一出口位于所述底部。

所述加热器由一不透明管所包围，且所述不透明管具有一透光部，所述导光元件隔着所述不透明管的透光部与所述加热器相对。

所述加热器与不透明管之间更设置一透明管。

所述加热器由一透明管所包围，所述加热器隔着所述透明管与所述导光元件相对。

所述光导杆的第一端部位于所述外壳的外部。

本发明的另一目的在于提供一种加热装置的保护方法，其能有效地对加热装置进行过热保护。

为达到上述目的，本发明所提供的前述该加热装置的保护方法，包含有下列步骤：a、利用所述光检测器的检测讯号计算所述加热器的温度；b、若所述加热器的温度高于一预定温度，将所述加热器的电源关闭。

采用上述技术方案，光检测器的检测讯号可用来推算出加热器的温度，以回馈控制该加热器的运行，进而对该加热器达到有效的过热保护。而且，该光检测器不需设置于邻近该加热器之处，因而可避免因处在高温差环境而易损坏的问题。再者，该光检测器不需要直接面向该加热器，因此该加热装置在空间配置上较有弹性。

附图说明

图1是本发明一第一较佳实施例所提供的使用光检测器检测温度的加热装置的剖视示意图；

图2是本发明一第二较佳实施例所提供的使用光检测器检测温度的加热装置的剖视示意图；

图3是本发明一第三较佳实施例所提供的使用光检测器检测温度的加热装置的剖视示意图；

图4是本发明一第四较佳实施例所提供的使用光检测器检测温度的加热装置的剖视示意图；

图5是本发明一第五较佳实施例所提供的使用光检测器检测温度的加热装置的剖视示意图；

图6是本发明一第六较佳实施例所提供的使用光检测器检测温度的加热装置的剖视示意图；

图7是本发明一第七较佳实施例所提供的使用光检测器检测温度的加热装置的剖视示意图；

图8是本发明一第八较佳实施例所提供的使用光检测器检测温度的加热装置的剖视示意图；

图9类同于图1，但该加热装置的一光导杆的一端面为斜面。

具体实施方式

为了详细说明本发明的详细结构、特点、组装或使用方式，现举以下较佳实施例并配合附图说明如下。

申请人首先在此说明，在以下将要介绍的实施例以及图式中，相同的参考号码，表示相同或类似的元件或其结构特征。其次，当述及一元件设置于另一元件上时，代表前述元件为直接设置在该另一元件上，或者前述元件为间接地设置在该另一元件上，即，二元件之间还设置有一个或多个其他元件。

如图1所示，本发明一第一较佳实施例所提供的加热装置11包含有一外壳20、一透明管30、一不透明管40、一加热器50、一光导杆60、一保护管70、一光检测器80，以及一导光元件91。

外壳20可以（但不限于）是利用不锈钢制成的空心圆柱体，具有一顶部21、一底部22及一侧壁23，顶部21供光导杆60及保护管70穿设，底部22及侧壁23分别设有一出口24及一入口25，用于供流体（通常为空气，也可以是其他气体或液体）自入口25进入外壳20再从出口24排出。

透明管30、不透明管40及加热器50设置于外壳20内，透明管30可（但不限于）利用石英制成，不透明管40具有一利用不透明材料（例如不锈钢）制成的本体42，以及一利用透明材料（例如玻璃）制成且嵌设于本体42的透光部44，或者，透光部44也可以是一穿孔。加热器50可为低质量、高功率的钨加热器（Tungsten heater），或者其他种类的加热器。

不透明管40套设于透明管30外，并固接于外壳20的底部22，透明管30在外壳20内形成一供流体通过的流道26的一部份，且流道26的出口即为出口24，加热器50受透明管30及不透明管40所包围并设置于流道26内。由此，外壳20内的流体从出口24排出之前会先通过流道26并流经加热器50，同时因带走加热器50的热量而升温，因此加热装置11可通过排出高温流体而对位于出口24外的物件进行加热。

光导杆60具有一透明本体62，可（但不限于）为一直线状的石英杆，透明本体62具有一位于外壳20外部的第一端部63，以及一位于外壳20内部的第二端部64。保护管70可（但不限于）利用不锈钢制成，套设于光导杆60外，并固接于外壳20的顶部21。保护管70位于外壳20内的一端及保护管70的内壁可分别设一密封件72，例如O型油封(O-ring)，来防止外壳20内的流体进入保护管70，甚至逸出外壳20。光检测器80可（但不限于）为光电二极管，设于保护管70的一端，位于外壳20的外部且位于光导杆60的第一端部63并面向光导杆60的第二端部64。

导光元件91设于光导杆60的第二端部64且面向加热器50，用于接收加热器50所发出的光，并将光往光导杆60第一端部63的方向导引，使得光检测器80能通过光导杆60的透明本体62而间接地接收照射于导光元件91的加热器50所发出的光。

在本实施例中，导光元件91为一位于透明本体62的非完全透明表面，非完全透明表面91可为利用研磨材料（例如砂纸）磨擦透明本体62的第二端部64外表面所形成的雾面。详而言之，光导杆60具有一外周面66及第一、二端面67、68，光检测器80的受光部（图中未示）与第一端面67相对，非完全透明表面91位于邻接第二端面68的外周面66的一部分，且非完全透明表面91的一部分为面向不透明管40的透光部44与加热器50。换言之，加热器50隔着透明管30与不透明管40的透光部44而与非完全透明表面91相对。由此，非完全透明表面91可接收加热器50发出的光线，并使其光波在透明本体62内传递至第一端面67，进而被光检测器80接收。

除此之外，非完全透明表面91也可更位于第二端面68，意即，非完全透明表面91一部分位于外周面66，另一部分位于第二端面68，如此可避免加热器50发出的光线由第二端面68透出。而且，如图9所示，第二端面68也可为一非垂直于外周面66的斜面且朝向加热器50，如此一来，非完全透明表面91位于第二端面68的部分，也可接收加热器50发出的光线。当然，非完全透明表面可以全部设置在倾斜且面对加热器的第二端面上，而单单利用位于前述第二端面上的非完全透明表面，来接收加热器50发出的光线。

由于加热器50的工作温度不同，所发出的光线的波长就会随之改变，因此，光检测器80的检测讯号可用于传送至一控制器（图中未示），以推算出加热器50的温度，若加热器50的温度高于一预定温度（可设定为加热器50安全工作温度的上限）时，控制器就自动将加热器50的电源关闭，则可避免加热器50因温度过高而损坏。

由于光检测器80的反应速度相当快，利用光检测器80的检测讯号回馈控制加热器50的运行，可对加热器50起到有效的过热保护。而且，光检测器80通过光导杆60间接地接收加热器50发出的光波，因此光检测器80不需设置于邻近加热器50之处，如此可避免光检测器80因处在高温差环境而易损坏的问题。

更重要的是，光导杆60是利用非完全透明表面91使加热器50发出的光波停留在透明本体62内并传递至可供光检测器80接收之处，因此光导杆60的设置方式，不需要使其第二端面68面向加热器50，使得面向第一端面67的光检测器80也直接面向加热器50来接收加热器所发出的光线，换言之，因光检测器80不需要直接面对加热器50，故光导杆60的设置方式可随需求而变化，以致加热装置11在空间配置上较有弹性。

事实上，由于外壳20内需具有流道26，以供流体实质上沿着一流动方向D经过加热器50，因此外壳20的形状是沿着流动方向D呈纵长状，在本实施例中，光导杆60为一直杆，且其设置的方位实质上是平行于流动方向D，如此可避免加热装置11因设置光导杆60而大幅增加体积。

值得一提的是，光导杆60外也可不套设保护管70，但是设有保护管70可使光导杆60较不易损坏，且方便将光导杆60固定于外壳20，并方便装设光检测器80。此外，非完全透明表面91不限为雾面，且其位置亦无限制，只要能使加热器50发出的光波不会直接穿透过光导杆60而会在透明本体62内传递即可，然而，非完全透明表面91以设置在邻近光导杆60的第二端面68为较佳，以方便对准不透明管40的透光部44与加热器50并有助于减少整体长度。

如图2所示的本发明一第二较佳实施例所提供的加热装置12，透明管30外也可不套设如第一较佳实施例所示的不透明管40，但设有不透明管40可使透明管30较不易损坏，并方便将透明管30固定于外壳20。

如图3所示的本发明一第三较佳实施例所提供的加热装置13，外壳20内也可不设置如第一较佳实施例所示的透明管30，而由不透明管40形成流道26。或者，如图4所示的本发明一第四较佳实施例所提供的加热装置14，流道26也可由外壳20本身形成，透明管30与不透明管40均可不设置。

如图5及图6所示，图5及图6分别显示本发明第五及第六较佳实施例所提供的加热装置15、16，其与前述的第一较佳实施例所提供的加热装置11的差别在于导光元件92。

各加热装置15、16的导光元件92为一反射镜，具有一面向加热器50及光导杆60第二端面68的反射面922，反射面922用于将加热器50所发出的光反射至第二端面68，使得光检测器80能通过光导杆60的透明本体62间接地接收加热器50所发出的光。如图5所示，反射镜92可固定于光导杆60，图5仅示意地表示反射镜92与光导杆60连接，实际上可采用任何习知的连接方式。或者，反射镜92也可固定于保护管70或外壳20，图6即显示反射镜92固定于外壳20的形态。

如图7及图8所示，图7及图8分别显示本发明第七及第八较佳实施例所提供的加热装置17、18，其与前述的第一较佳实施例所提供的加热装置11的主要差别在于导光元件93。

各加热装置17、18的导光元件93具有一弯曲透明本体932，弯曲透明本体932可（但不限于）为一呈L形的石英杆，导光元件93具有分别位于弯曲透明本体932二端的一接收面934及一发射面936，接收面934面向加热器50，发射面936面向光导杆60且实质上垂直于光导杆60的长轴向。由此，接收面934可接收加热器50所发出的光，弯曲透明本体932可将光导引至发射面936，因此，加热器50所发出的光可自发射面936发射至光导杆60，使得光检测器80能通过光导杆60的透明本体62间接地接收加热器50所发出的光。导光元件93可嵌入光导杆60的第二端部64（如图7所示），或套设于光导杆60的第二端部64（如图8所示），或者利用其他方式设置于光导杆60。

值得一提的是，在前述的第一至第七较佳实施例中，流体在外壳20内会经过光导杆60的第二端部64，即第二端部64位于流道26内。然而，光导杆60的第二端部64也可不位于流道26内，如图8所示。

最后，必须再次说明，本发明在前述实施例中所揭示的构成元件，仅为举例说明，并非用来限制本案的范围，其他等效元件的替代或变化，亦应为本案的申请专利范围所涵盖。

Claims (18)

1.一种使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于包含有：

一外壳，其内部具有一用于供流体通过的流道；

一电加热器，设置于所述流道内；

一光导杆，具有一透明本体、一第一端部，以及一位于所述外壳内部的第二端部；

一导光元件，位于所述光导杆的第二端部且面向所述电加热器，用于接收所述电加热器所发出的光并将光往所述光导杆第一端部的方向导引；

一光检测器，位于所述光导杆的第一端部并面向所述光导杆的第二端部，以通过所述光导杆的透明本体间接地接收照射于所述导光元件的所述电加热器所发出的光。

2.如权利要求1所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述导光元件为一位于所述透明本体的非完全透明表面。

3.如权利要求2所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述非完全透明表面为一雾面。

4.如权利要求2所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述光导杆具有一外周面及相对的第一、二端面，所述非完全透明表面位于邻近所述第二端面-的所述外周面的一部分，所述光检测器邻近并面向所述第一端面。

5.如权利要求4所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述非完全透明表面更位于所述第二端面。

6.如权利要求5所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述第二端面为一非垂直于所述外周面的斜面且朝向所述电加热器。

7.如权利要求2所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述光导杆具有一外周面及相对的第一、二端面，且所述第二端面为一非垂直于所述外周面的斜面，而所述非完全透明表面位于所述第二端面；所述光检测器邻近并面向所述第一端面。

8.如权利要求1所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述导光元件为一反射镜，以将所述电加热器所发出的光反射至所述光导杆。

9.如权利要求1所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述导光元件具有一弯曲透明本体，以及分别位于所述弯曲透明本体二端的一接收面及一发射面，所述接收面面向所述电加热器，所述发射面面向所述光导杆且实质上垂直于所述光导杆的长轴向。

10.如权利要求1所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述光导杆的第二端部位于所述流道内。

11.如权利要求1所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述 光导杆外更套设一保护管。

12.如权利要求1所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述流道能定义出一流动方向，所述流道内的流体实质上沿着所述流动方向经过所述电加热器，所述光导杆为一直杆且实质上平行于所述流动方向。

13.如权利要求1所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述外壳具有一顶部及一底部，所述光导杆穿设于所述顶部，所述流道的一出口位于所述底部。

14.如权利要求1所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述电加热器由一不透明管所包围，且所述不透明管具有一透光部，所述导光元件隔着所述不透明管的透光部与所述电加热器相对。

15.如权利要求14所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述电加热器与不透明管之间更设置一透明管。

16.如权利要求1所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述电加热器由一透明管所包围，所述电加热器隔着所述透明管与所述导光元件相对。

17.如权利要求1所述的使用光检测器检测温度的加热装置，其特征在于：所述光导杆的第一端部位于所述外壳外部。

18.一种如权利要求1至17项中任一项所述的使用光检测器检测温度的加热装置的保护方法，包含有下列步骤：

a、利用所述光检测器的检测讯号计算所述电加热器的温度；

b、若所述电加热器的温度高于一预定温度，将所述电加热器的电源关闭。