JP2012093851A - 温度制御装置及び温度制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】装置内の部品を温度変動から保護し、装置の性能を保証する。
【解決手段】温度制御装置は、温度変動からの保護対象となる保護部１１と、前記保護部を収容する筐体内の温度を測定する装置内温度測定部１３と、前記筐体内の温度を調整する温度調整部１と、天候情報を取得する天候情報取得部１４と、前記天候情報を解析し、保護部１１が保証する温度変動を超える温度変動が生じると予測した場合には、天候の変化が生じるよりも早いタイミングで温度調整部１２を制御して、前記筐体内の温度勾配が緩やかになるように制御する制御部１６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体内の温度制御を行う、屋外に設置された温度制御装置及び温度制御システムに関するものである。

屋外に設置された装置の内部の温度は、一定の温度で飽和する。飽和温度は、周囲の環境条件が変化するか、又は装置の発熱量が変化しない限り一定である。一方、降雨や降雪があると、発熱量と放熱量との関係に変化が生じ、装置内の温度は、飽和温度から急激に低下する。この場合に、装置内に急激な温度変動により性能が劣化する部品（回路）があると、装置の性能劣化につながる。

図５は、従来の屋外に設置された装置の筐体内の温度変動を示す図である。温度Ｔ１は、装置の起動から一定時間経過後の、筐体内の飽和温度を示している。晴天又は曇の場合には、飽和温度Ｔ１は装置の外気温に特定のオフセット温度を加えた温度となる。降雨又は降雪により装置の筐体に接する熱吸収率が大きくなると、筐体内の温度は、その熱吸収に応じて急激に低下する。図５では、時刻ｔ１で降雨又は降雪が発生して筐体内の温度が急激に低下し、時刻ｔ２に温度Ｔ２まで下がる様子を示している。

温度変動により特性が変化するＯＣＸＯ（Oven Controlled Crystal Oscillator：恒温槽付水晶発振器）等の部品を有する装置（例えば、基地局）においては、急激に温度が変動すると、性能を保証できなくなる場合がある。なお、ＯＣＸＯは内部の温度を一定に保つ機能を有しているが、急激な温度変動が生じた場合には、内部の温度を一定に保つことができない。

従来、天候によりモデルを選択するモデル選択部と、これを外気温で補正するモデル補正部により、外部環境に合わせて自動的にモデルを更新するモデル予測制御システムや（例えば、特許文献１参照）、過去の気象情報又は将来の気象情報に基づいて車両のパッド又はロータへの氷雪の将来における付着可能性を推定する車両の制動制御装置が知られており（例えば、特許文献２参照）、装置内の部品を温度変動から保護するためにこれらの技術を適用することが考えられる。

特開２０００−０９９１０７号公報 特開２００９−１１９８８９号公報

しかし、特許文献１に記載のモデル予測制御システムにおいては、天候モデルに応じた制御のみであるため、降雨量や降雪量に応じた温度変動に適応できないという問題や、内部の温度勾配（温度変化レート）を事前に制御することができないという問題があった。また、特許文献２に記載の制動制御装置においても、天候の変化に応じて装置内の温度を制御することできないという問題があった。

本発明の目的は、上記問題を解決するため、装置内の部品を急激な温度変動から保護し、装置の性能を保証することができる温度制御装置及び温度制御システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る温度制御装置は、温度変動からの保護対象となる保護部と、前記保護部を収容する筐体内の温度を測定する装置内温度測定部と、前記筐体内の温度を調整する温度調整部と、天候情報を取得する天候情報取得部と、前記天候情報を解析し、前記保護部が保証する温度変動を超える温度変動が生じると予測した場合には、天候の変化が生じるよりも早いタイミングで前記温度調整部を制御して、前記筐体内の温度勾配が緩やかになるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る温度制御装置において、当該温度制御装置が設置されるエリアの気温、及び降水量又は降雪量と、筐体内の温度勾配速度とを対応付けた温度勾配テーブルを記憶する記憶部を更に備え、前記制御部は、前記温度勾配テーブルを用いて前記保護部が保証する温度変動を超える温度変動が生じるか否かを予測することを特徴とする。

また、本発明に係る温度制御装置において、当該温度制御装置の外気温を測定する表面温度測定部を更に備えることを特徴とする。

さらに、上記課題を解決するため、本発明に係る温度制御システムは、複数の温度制御装置と、天候情報を取得する天候情報取得部と、前記複数の温度制御装置を管理する管理部と、を備え、前記温度制御装置は、温度変動からの保護対象となる保護部と、前記保護部を収容する筐体内の温度を測定する装置内温度測定部と、前記筐体内の温度を調整する温度調整部と、前記天候情報取得部によって取得した天候情報を解析し、前記保護部が保証する温度変動を超える温度変動が生じると予測した場合には、天候の変化が生じるよりも早いタイミングで、前記温度調整部を制御して前記筐体内の温度を温度勾配が緩やかになるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る温度制御システムにおいて、前記複数の温度制御装置のうちの少なくとも１つは温度勾配測定用の温度制御装置として指定されており、前記管理部は、天候の変化が生じた時に、天候の変化が生じたエリア又は該エリアに近隣するエリアに配置された前記温度勾配測定用の温度制御装置から、前記筐体内の温度勾配を取得するとともに、前記天候情報取得部から取得した天候情報を解析して次に天候の変化が発生するエリアを推定し、該推定したエリアに設置された温度制御装置の制御部へ前記温度勾配情報を送信することを特徴とする。

また、本発明に係る温度制御システムにおいて、前記管理部は、当該温度制御装置が設置されるエリアの気温、及び降水量又は降雪量と、筐体内の温度勾配速度とを対応付けた温度勾配テーブルを記憶し、前記制御部は、前記温度勾配テーブルを用いて前記保護部が保証する温度変動を超える温度変動が生じるか否かを予測することを特徴とする。

また、本発明に係る温度制御システムにおいて、前記温度制御装置は、当該温度制御装置が設置されるエリアの気温、及び降水量又は降雪量と、筐体内の温度勾配速度とを対応付けた温度勾配テーブルを記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記温度勾配テーブルを用いて前記保護部が保証する温度変動を超える温度変動が生じるか否かを予測することを特徴とする。

また、本発明に係る温度制御システムにおいて、前記温度制御装置は、当該温度制御装置の外気温を測定する表面温度測定部を更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、事前に天候の変化を予測し、装置内の温度を制御することで、装置内の部品を急激な温度変動から保護し、装置の性能を保証することができる。また、部品への要求仕様を緩和できるので、急激な温度変動に耐え得る高価な部品を用いなくても済むようになり、コストダウンを図ることができる。

本発明による第１の実施形態の温度制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明による実施形態の温度制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明による実施形態の温度制御装置の筐体内の温度変動を示す図である。 本発明による第２の実施形態の温度制御装置の構成を示すブロック図である。 従来の屋外に設置された装置の筐体内の温度変動を示す図である。

以下、本発明による温度制御装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の温度制御装置の構成を示すブロック図である。温度制御装置１は、ＯＣＸＯ１１と、温度調整部１２と、装置内温度測定部１３と、天候情報取得部１４と、記憶部１５と、制御部１６と、表面温度測定部１７とを備える。なお、本実施形態では記憶部１５と制御部１６とを独立して備える構成としているが、制御部１６が記憶部１５を有する構成とすることができるのは勿論である。

ＯＣＸＯ１１は、温度変化からの保護の対象となる部品である。本実施形態では保護対象部品としてＯＣＸＯを例に説明するが、これに限られるものではない。

温度調整部１２は、温度変動により影響を及ぼす部品（本実施形態ではＯＣＸＯ１１）の熱変動を緩和させる。温度調整部１２は、ファン、クーラー、ヒータ等によって構成され、発熱、放熱、空気の対流等の方法により温度を調整する。

装置内温度測定部１３は、ＯＣＸＯ１１を収容する筐体（以下、単に筐体と称する）内の温度を測定する。装置内温度測定部１３は、例えば、接触式の白金測温抵抗体、サーミスタ、熱電対等、又は非接触式の放射温度計等によって構成される。

天候情報取得部１４は、例えばアメダス（地域気象観測システム）により、少なくとも温度制御装置１が接地されるエリアに近隣するエリアの気温、降雨量又は降雪量、風向、風速、及び観測位置等の天候情報を取得し、記憶部１５に出力する。

記憶部１５は、天候情報取得部１４から近隣エリアの天候情報を取得し、一時的に記憶する。また、記憶部１５は、事前に取得した温度勾配テーブルを記憶する。温度勾配テーブルとは、温度制御装置１が設置されるエリアの気温、及び降水量又は降雪量と、筐体内の温度勾配速度とを対応付けたテーブルである。温度勾配テーブルの一例を下記の表１に示す。

表面温度測定部１７は、温度制御装置１の外気（筐体の表面又は筐体近傍）の温度を測定する。温度制御装置１は表面温度測定部１７を備えなくてもよいが、表面温度測定部１７により測定した温度を用いて温度勾配テーブル作成することで、温度勾配テーブルをより正確なものとすることができる。

制御部１６は、記憶部１５から天候情報を取得して解析し、将来（数時間後に）、当該温度制御装置１の設置場所の天候が変化し、筐体内の温度変動がＯＣＸＯ１１の保証する温度変動を超えるか否かを予測する。制御部１６は、ＯＣＸＯ１１が保証する温度変動を超える温度変動が生じると予測した場合には、当該温度制御装置１の設置場所において実際に天候の変化（筐体内の温度変動）が生じるよりも早いタイミングで、温度調整部１２を制御して筐体内の温度を変化させることにより、温度勾配が緩やかになるように温度の上昇及び下降を制御する。

図２は、制御部１６の動作を示すフローチャートである。制御部１６は、記憶部１５に記憶された近隣エリアの天候情報を読み出し、近隣エリアの天候に変化があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。天候の変化とは、降雨、降雪、降水量又は降雪量の増減等である。

制御部１６は、近隣エリアの天候に変化があると判定した場合には、記憶部１５に記憶された温度勾配テーブルを参照し、天候情報に含まれる気温、及び降雨量又は降雪量に対応付けられた温度勾配速度を取得する（ステップＳ１０２）。そして、制御部１６は、取得した温度勾配速度がＯＣＸＯ１１の温度変動保証範囲を超えているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

制御部１６は、温度勾配速度がＯＣＸＯ１１の温度変動保証範囲を超えていると判定した場合には、記憶部１５から取得した天候情報に含まれる風向、風速、及び天候の観測位置と、温度制御装置１の設置位置の情報とから、温度制御装置１の設置場所における天候が近隣エリアの天候に推移するまでの予測時間を算出する（ステップＳ１０４）。温度制御装置１の設置位置は、予め記憶部１５に記憶しておいてもよいし、位置情報検出部（図示せず）により取得するようにしてもよい。

なお、天候情報取得部１４は、天気分布予報等により事前に推定された天候情報を取得し、制御部１６は、該天候情報を用いて筐体内の温度変動を予測してもよい。

制御部１６は、温度を上昇させる場合には、温度調整部１２を発熱させるとともに、装置内温度測定部１３により筐体内の温度を検出し、温度上昇が所定の勾配になるように温度調整部１２を調整する。同様に、温度を下降させる場合には、温度調整部１２を放熱させるとともに、装置内温度測定部１３により筐体内の温度を検出し、温度下降が所定の勾配になるように温度調整部１２を調整する。なお、この時、ファン等により筐体内の空気を循環させ、温度変動が偏らないようにしてもよい。

具体的には、ＯＣＸＯ１１が温度勾配１０℃／ｈまでの温度変動を保証する場合に、制御部１６が天候情報により、これから雨が降り、筐体内の温度が５０℃から１時間後に３０℃になる、すなわち、２０℃／ｈで下降すると予測した場合には、筐体内の温度が、温度勾配１０℃／ｈ以下の傾きで下降するように、５０℃から３０℃になるまでの温度下降時間の２倍以上前のタイミングで、温度調整部１２により制御する。

図３は、本実施形態の温度制御装置１の、筐体内の温度変動を示す図である。図５の時刻ｔ１，ｔ２と図３の時刻ｔ１、ｔ２は同じ時刻を示している。従来の屋外装置では、図５に示すように時刻ｔ１，ｔ２間に、温度は、（Ｔ１−Ｔ２）だけ降下する。一方、温度制御装置１では、図３に示すように、事前に温度勾配と飽和時間を算出できるため、性能保証可能な時間に合わせ、時刻ｔ１より前の時刻ｔ３から、温度調整部１２によって温度を徐々に下降させておくことで、時刻ｔ１，ｔ２間での温度下降は、（Ｔ３−Ｔ２）となり、従来の屋外装置と比較して、温度変動時の温度勾配の角度を緩やかにすることができる。

温度下降時を例に説明したが、温度上昇時の制御時も同様に温度勾配の角度を緩やかにすることができる。例えば、降雨から快晴に天候が変化した際には、温度制御装置１の温度は、筐体に接する熱吸収率が小さくなるため上昇する。このとき、温度勾配の角度が急激であると、温度下降時と同様にＯＣＸＯ１１の性能を保証できなくなることがある。そこで、温度下降時と同様に、温度調整部１２によって前もって温度を徐々に上昇させておくことで、温度勾配が急にならないよう制御する。

このように、本実施形態の温度制御装置１によれば、温度制御装置１が設置された場所の天候の推移を事前に予測し、筐体内の温度変動を緩和させることにより、ＯＣＸＯ１１を保護し、温度制御装置１の性能を保証することができる。また、事前に温度変動タイミングを知ることで、制御遅れによる補正遅延を少なくし、速応性を向上させることができる。

また、本実施形態の温度制御装置１によれば、温度勾配テーブルを用いることにより、ＯＣＸＯ１１が保証する温度変動を超える温度変動が生じるか否かの予測、及び正確な温度制御が可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明による第２の実施形態の温度制御システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。

図２は、第２の実施形態の温度制御システムの構成を示すブロック図である。各温度制御システム３は、複数の温度制御装置２（２−１，２−２，・・・，２−ｎ）と、天候情報取得部１４と、管理部１８とを備える。温度制御装置２は、ＯＣＸＯ１１と、温度調整部１２と、装置内温度測定部１３と、記憶部１５と、制御部１６と、表面温度測定部１７とを備える。第２の実施形態の温度制御装置２は、第１の実施形態の温度制御装置１と比較して、天候情報取得部１４を備えない点が相違する。天候情報取得部１４は、温度制御システム３全体に１つ備えられる。

温度制御システム３においては、温度勾配測定用の温度制御装置２−ｋを予め１つ以上指定しておく。天候の変化が生じた場合には、温度制御装置２−ｋは筐体内の温度勾配を測定し、測定した温度勾配を管理部１８に送信する。管理部１８は、天候情報取得部１４から取得した風向、風速等から次にその天候の変化が発生するエリアを推定し、推定したエリアに設置された温度制御装置２の制御部１６へ温度勾配情報を送信する。

制御部１６は、温度勾配情報を取得すると、実際に天候の変化（筐体内の温度変動）が生じるよりも早いタイミングで、温度調整部１２を制御して筐体内の温度を変化させ、温度勾配が緩やかになるように温度の上昇及び下降を制御する。

温度制御装置２−ｋは事前に温度変動を予測することができないため、温度変動の影響の少ない装置を温度制御装置２−ｋとして指定し、かつ、温度制御装置２−ｋは測定した温度勾配が大きい場合には、温度調整部１２により温度勾配の傾きを小さくする方向に、温度制御装置２−ｋの筐体内の温度を調整するのが好適である。

また、管理部１８は、事前に取得した各温度制御装置２の温度勾配テーブルを記憶するようにしてもよい。この場合、管理部１８は、天候情報から天候の変化が生じると予測したエリアに温度勾配測定用の温度制御装置２−ｋが存在しないときには、該エリアに設置された温度制御装置２の制御部１６に対して、温度勾配テーブルを用いて筐体内の温度制御を行うように指示する。なお、第１の実施形態の温度制御装置１と同様に、各温度制御装置２の記憶部１５が温度勾配テーブルを記憶するようにしてもよい。

このように、本実施形態の温度制御システム３によれば、温度勾配テーブルを用いることなく、複数の温度制御装置２の性能を保証することができる。また、温度勾配テーブルと併用することで、天候情報から天候の変化が生じると予測したエリアに温度勾配測定用の温度制御装置２−ｋが存在しないときでも、正確な温度制御を行うことができる。

上述の各実施形態は、個々に代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。従って、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、第１の実施形態の温度制御装置１において、制御部１６は、天候の変化を予測した場合に、温度勾配テーブルを用いずに、筐体内の温度変動が小さくなるように温度調整をしてもよい。

１，２ 温度制御装置
１１ ＯＣＸＯ
１２ 温度調整部
１３ 装置内温度測定部
１４ 天候情報取得部
１５ 記憶部
１６ 制御部
１７ 表面温度測定部
１８ 管理部
３ 温度制御システム

Claims (8)

1. 温度変動からの保護対象となる保護部と、
   前記保護部を収容する筐体内の温度を測定する装置内温度測定部と、
   前記筐体内の温度を調整する温度調整部と、
   天候情報を取得する天候情報取得部と、
   前記天候情報を解析し、前記保護部が保証する温度変動を超える温度変動が生じると予測した場合には、天候の変化が生じるよりも早いタイミングで前記温度調整部を制御して、前記筐体内の温度勾配が緩やかになるように制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする温度制御装置。
2. 当該温度制御装置が設置されるエリアの気温、及び降水量又は降雪量と、筐体内の温度勾配速度とを対応付けた温度勾配テーブルを記憶する記憶部を更に備え、
   前記制御部は、前記温度勾配テーブルを用いて前記保護部が保証する温度変動を超える温度変動が生じるか否かを予測することを特徴とする、請求項１に記載の温度制御装置。
3. 当該温度制御装置の外気温を測定する表面温度測定部を更に備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の温度制御装置。
4. 複数の温度制御装置と、
   天候情報を取得する天候情報取得部と、
   前記複数の温度制御装置を管理する管理部と、を備え、
   前記温度制御装置は、
   温度変動からの保護対象となる保護部と、
   前記保護部を収容する筐体内の温度を測定する装置内温度測定部と、
   前記筐体内の温度を調整する温度調整部と、
   前記天候情報取得部によって取得した天候情報を解析し、前記保護部が保証する温度変動を超える温度変動が生じると予測した場合には、天候の変化が生じるよりも早いタイミングで、前記温度調整部を制御して前記筐体内の温度を温度勾配が緩やかになるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする温度制御システム。
5. 前記複数の温度制御装置のうちの少なくとも１つは温度勾配測定用の温度制御装置として指定されており、
   前記管理部は、天候の変化が生じた時に、天候の変化が生じたエリア又は該エリアに近隣するエリアに配置された前記温度勾配測定用の温度制御装置から、前記筐体内の温度勾配を取得するとともに、前記天候情報取得部から取得した天候情報を解析して次に天候の変化が発生するエリアを推定し、該推定したエリアに設置された温度制御装置の制御部へ前記温度勾配情報を送信することを特徴とする、請求項４に記載の温度制御御システム。
6. 前記管理部は、当該温度制御装置が設置されるエリアの気温、及び降水量又は降雪量と、筐体内の温度勾配速度とを対応付けた温度勾配テーブルを記憶し、
   前記制御部は、前記温度勾配テーブルを用いて前記保護部が保証する温度変動を超える温度変動が生じるか否かを予測することを特徴とする、請求項５に記載の温度制御御システム。
7. 前記温度制御装置は、当該温度制御装置が設置されるエリアの気温、及び降水量又は降雪量と、筐体内の温度勾配速度とを対応付けた温度勾配テーブルを記憶する記憶部を更に備え、
   前記制御部は、前記温度勾配テーブルを用いて前記保護部が保証する温度変動を超える温度変動が生じるか否かを予測することを特徴とする、請求項５に記載の温度制御御システム。
8. 前記温度制御装置は、当該温度制御装置の外気温を測定する表面温度測定部を更に備えることを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載の温度制御御システム。