JP2004186183A

JP2004186183A - 冷却方法

Info

Publication number: JP2004186183A
Application number: JP2002347760A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Inahashi; 敦稲橋
Original assignee: NEC Saitama Ltd
Current assignee: NEC Saitama Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP4454220B2

Abstract

【課題】多数のファンからなるシステムによって大規模な電気機器等を冷却する場合に、さらに低消費電力化、低騒音化を推し進めることができる冷却方法を提供する。
【解決手段】電気機器１は、温度センサ５１〜５５とファン４１〜４５の複数のペアを備え、センサが検出した温度にもとづいてファンの回転数制御を行う。回転数制御はヒステリシスを有する複数の制御関数から１つを選択して冷却を行う。複数の制御関数は、それぞれファンの稼動温度範囲が異なる。そして、各温度において稼動しているファンの数が必要最小限になるように、ファンの制御関数を選択する。選択図においては、ファン４２と４４は、高温でファンを稼動させる制御関数により回転数制御されるため、低温では稼動していない。また、ファンとラック２の間に、ファンが稼動していない領域の空気の吸入も可能にするスペース３を設けることにより、さらに消費電力や騒音の低減を図る。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファンを用いた電気機器等の冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器等の冷却においては、使用するファンの騒音や消費電力の低減が大きな問題となる。そこで、周囲温度に応じてファンの回転数を変えることが必要になる。また、回転数切り替え頻度を少なくし、うなりを伴う騒音を減らして寿命を長くするために、ファンに対して、周囲温度に関してヒステリシスを有する回転数制御を行うことが提案されている（例えば、特許文献１または２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１１２５７４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、もっぱら個別のファンの制御をいかに行うかについて検討されているのみであり、多数のファンからなるシステムにおいて、さらに消費電力や騒音の低減を推し進める点については何ら言及されていない。
【０００５】
そこで本発明の目的は、多数のファンからなるシステムによって大規模な電気機器等を冷却する場合に、さらに低消費電力化、低騒音化を推し進めることができる冷却方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、温度センサとファンの複数のペアを備え、センサが検出した温度にもとづいてファンの回転数制御を行い、回転数制御はヒステリシスを有する複数の制御関数から１つを選択して冷却を行う。
【０００７】
複数の制御関数は、それぞれファンの稼動温度範囲が異なる。そして、各温度において稼動しているファンの数が必要最小限になるように、ファンの制御関数を選択する。
【０００８】
また、被冷却物の実装情報をもとに各前記ファンの前記制御関数を選択するようにしてもよい。
【０００９】
以上により、ファンの消費電力や騒音の低減を図ることが可能となる。
【００１０】
また、ファンと被冷却物の間に、ファンが稼動していない領域の空気の吸入も可能にするスペースを設けることにより、さらにファンの消費電力や騒音の低減を図ることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１を参照すると、本発明の一実施形態の冷却方法が適用された電気機器１の内部構成が示されている。電気機器１は、基地局無線装置などに代表される比較的大規模な電気機器である。ラック２は、無線パネルや、電子制御を行なう、機能単位の電気回路を有するパネル６ａ〜６ｍを実装する。パネル数は、機能部に応じた数量や、トラフィック量に対応した数量が実装される。ファン４１〜４５は、ラック２に実装されたパネル６ａ〜６ｍを冷却し、外部信号からその回転数が制御される。温度センサ５１〜５５は、ファン４１〜４５により吸入されたパネル６ａ〜６ｍからの廃熱温度を検出する。スペース３は、ファン４１〜４５とパネル６ａ〜６ｍの間に設けられた間仕切りの無い廃風空間を示す。この空間は、高さ的にファンの半径より大きく、実装されたパネルの高さより小さいことが望ましい。これは、隣接するファン同士が、稼動−非稼動の場合には非稼動側風流を誘導させ、また、稼動−稼動の場合にはファン間の空気の流入を防ぐ効果を持たせるためである。ファン回転数制御部７は、温度センサ５１〜５５からの各所の温度検出情報２ｂをもとに、ファン回転数制御部７の内部に有するファン回転数制御情報に従い、ファン４１〜ファン４５を各々個別にファンの回転数を制御する信号２ａを送出する。
【００１３】
パネル６ａ〜６ｍにて発生した熱量は、上部に設けられたファン４１〜４５により吸入され電気機器１の外に排出される。ファンの実装位置については、廃熱設計上、電気機器下部や側面に設けられることもあるが、本実施形態においてはそのどちらにおいても適用が可能であるため、ここでは上部に設置されているものとして説明する。ファンの数量は装置の発生する熱量排熱面積により通常任意に選択される。
【００１４】
ここで、パネル６ａ〜６ｃ近傍を冷却するファンをファン４１、ファン４１の回転数制御を行なうために温度検出を行なう温度センサを温度センサ５１（ペア１とする）、パネル６ｃ〜６ｅ近傍を冷却するファンをファン４２、ファン４２の回転数制御を行なうために温度検出を行なう温度センサを温度センサ５２（ペア２とする）、パネル６ｅ〜６ｈ近傍を冷却するファンをファン４３、ファン４３の回転数制御を行なうために温度検出を行なう温度センサを温度センサ５３（ペア３とする）、パネル６ｈ〜６ｊ近傍を冷却するファンをファン４４、ファン４４の回転数制御を行なうために温度検出を行なう温度センサを温度センサ５４（ペア４とする）、パネル６ｊ〜６ｍ近傍を冷却するファンをファン４５、ファン４５の回転数制御を行なうために温度検出を行なう温度センサを温度センサ５５（ペア５とする）としている。それぞれのファン、温度センサ、パネルは、ほぼ１対１の関係を有しているが、冷却するファンの物理的な大きさや、温度範囲により必ずしも１対１である必要は無く、相関する組み合わせにより任意に設定して制御を行なうことも可能である。
【００１５】
図２は、ファン回転制御部７の詳細図を示す。温度センサ５１〜５５から入力された温度検出情報２ｂは、ファン回転数制御回路７ｂに入力される。ファン回転数制御回路７ｂは、ＣＰＵやＤＳＰに代表される制御ＩＣにより実現することが可能である。メモリ７ａは、温度検出情報に対応したファン回転数値をメモリしており、基本的には図３ですヒステリシス制御値を有する。回転数制御回路７ｂは、あらかじめメモリされているこのヒステリシス情報をもとに、検出された温度検出情報２ｂに対応した回転数を制御する回転数制御信号２ａを、ファン４１〜ファン４５へ各々個別に送出する。メモリ７ａに蓄えられた温度−回転数の情報は、ヒステリシスを有した制御情報を複数持ち、ファン回転による温度急低下、ファン停止による急上昇などのファン制御のバタツキを回避するデータを保持する。タイマ７ｃは後述するように、２４時間などの長期スパンの信号パルスをファン回転数制御回路７ｂに供給する。パネル実装箇所情報７ｄは、後述するように、電気機器１に実装されるパネルの実装位置情報を、不図示の電気機器１内の制御部からファン回転数制御回路７ｂに供給される。
【００１６】
図３を参照すると、ファン回転数制御の制御関数のプロファイルが示されている。温度センサ５１〜５５により検出された温度（横軸）に対する、ファン４１〜４５の回転数（縦軸）を示す。ファン４１〜４５の回転数はこのプロファイルに基づき検出された温度に対応する回転数制御を受ける。第１のヒステリシスは、比較的低温から起動する場合のプロファイルを、第２のヒステリシスは比較的高温から起動する場合のプロファイルを示す。各々のプロファイルはヒステリシス特性を有しており、ファンの起動、停止に伴う回転数の急激なバタツキ現象を防止する。ただし、前記２つのヒステリシスカーブは、後述する理由により起動する点が異なる。プロファイルの数は希望する制御方法により複数の任意の数で良いが、ここでは２つのカーブを用い説明する。
【００１７】
第１のヒステリシスは、比較的温度範囲の広いヒステリシス幅を有する。第１のヒステリシスは、本制御による冷却を受けるパネルの実装箇所において、発生する熱量が多いこと、または、温度上昇を速やかに冷却する必要のある箇所に適用される。第２のヒステリシスは、比較的温度範囲の狭いヒステリシス幅を有する。第２のヒステリシスは、本制御による冷却を受けるパネルの実装箇所において、発生する熱量が少ないこと、または、ある程度の温度上昇が生じても部品信頼度の確保が可能な箇所に適用される。したがって、第２のヒステリシスによる制御を受けるファンを可及的に増やすことによって、ファンの消費電力や騒音を減らすことが可能である。本図では、温度と共に回転数が変化する特性を有しているが、ファンの回転数の制御については特開平０９−２５０４８９号公報または特開平０６−０４２４９４号公報に代表される方法を適用できる。徐々に回転数を変化させる特性は、ヒステリシス特性をより効果的に実現、運用する上で効果的である。
【００１８】
図４は、図３のｔ０からｔ６の区間における回転数制御を行なった場合のラック２内の風の流れを示す図である。図４は、パネル６ｃ〜６ｅ近辺、パネル６ｈ〜６ｊ近辺の電力負荷が小さい（温度上昇が小さい）ため、低温では部品信頼度劣化が少なく、冷却のためのファン風量が少なくてもよい場合を仮定している。この場合、ファン４２とファン４４に適用される回転数制御フローは、第２のヒステリシスで良いことになる。一方ファン４１とファン４３とファン４５は第１のヒステリシス制御を受ける。
【００１９】
ｔ０〜ｔ６の区間においては、ファン４１とファン４３とファン４５のみが稼動し該当部分の冷却を行なう。図中、風の流れは下から上への線にて示される。ファン４１とファン４３とファン４５の稼動によりその下部に配置されているパネルの冷却が行なわれることになる。このため、停止中のファンにより本来発生する消費電力や騒音を低減させることができる。
【００２０】
またスペース３は、その効果を向上させることに寄与できる。スペース３は各々のファンの直下などの位置は問わず仕切りのない空間のため、停止制御中のファン４２、ファン４４の直下の空気も稼動中のファンに吸入され、空気の流れを生じさせる。このことは、停止中のファン直下のパネルについても若干の風の流れが誘起されてパネルを冷却するため、停止制御中のファンのヒステリシスの稼動開始点を高温側に移動させる効果を有する。このことはファン稼動により発生する消費電力や騒音の低減をより向上させる。
【００２１】
図５は、図３におけるｔ６からｔ５以上の温度の区間における回転数制御を行なった場合のラック２内の風の流れを示す図である。ただし、ｔ６からｔ８の区間においては、若干ながら図４の傾向を示す場合もある。
【００２２】
ｔ６からｔ５の区間については、第１、第２のヒステリシス制御により全てのファンが稼動する。パネル間に生じた発熱は、パネル本体の形状により方向性を持たされた空気の流れに沿って、それぞれがファンにより電気機器１の外に排出される。このとき、あらかじめ配置されているスペース３が有るため空気の排出には若干の乱れが生じるが、各ファンの回転数が共通の場合、空気を吸入する力が隣接するファンとほぼ等しく、パネル本体の形状により方向性を持たされた空気の流れが維持したまま吸入されるため、その多くはパネル直上のファンに吸入されることになる。以上により、電気機器１のフル稼働時における冷却動作を強力におこなうことができる。
【００２３】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
【００２４】
本発明の他の実施形態は、その基本的構成は上記の通りであるが、各々のファンを独立して回転数制御を行なうファン回転数制御部７の特性を生かすことにより、ファンの消費電力や騒音の低減についてさらに工夫している。
【００２５】
表１は、対応する温度センサとファンのペアごとに適用されるヒステリシスを、タイマ７ｃの報告するタイミング（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３…）ごとに切り替えるパターン図を示す。これにより、一定の時間区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３…）ごとにファンの駆動箇所を切り替え、ファンの寿命を平均化させることができる。パネル内の冷却必要量が空間的に均一の場合、パネルの性能を保持できる温度上限を超さない範囲でそのヒステリシスを交代制御する。
【００２６】
ファン回転数制御回路７ｂにタイマ７ｃの信号が入力される。タイマ７ｃとしては、任意の周期の信号を分周してパルス信号を出力する分周器などを用いることができる。任意の時間をカウントしその信号をファン回転数制御回路７ｂへ送出する機能を有する。１日の温度プロファイルが日々共通であると考えると、その設定周期は２４時間を例として設定することができる。Ｔ１は最初の２４時間、Ｔ２を次の２４時間…と設定することができる。ヒステリシスを交代させることにより、装置内に使用するファンの稼働時間を均一化することができ使用するファンの寿命を平均化することができる。このことは稼働時間の長い箇所のファンの寿命によるメンテナンス機会を引き延ばすことができる効果を有する。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表２は、対応する温度センサとファンのペアごとに適用されるヒステリシスを、ラック２に実装されているパネル位置ごとに適応的に切り替えるパターン図を示す。このことにより、冷却動作が必要なラック２の実装領域のみ適応的に高温部に適用されるヒステリシス（第１のヒステリシス）を適用し、かつ、冷却動作が不要なラック２の実装領域の冷却動作を最小化（第２のヒステリシス）し、消費電力や発生する騒音の低減に寄与し効率的な運用を提供することがすることができる。
【００２９】
仮にファン４１と温度センサ５１とパネル６ａ〜６ｃを組とする組み合わせをペア１とし、その箇所のみにパネルが実装されている場合とすると、ペア１の部分のみ通常冷却を行なう第１のヒステリシスを割り当て、他の箇所には第２のヒステリシスの割り当て制御を行なう。同様にペア２以降も設定し制御できることは明白である。この割り当て制御は任意の複数箇所に割り当てることも可能で、２箇所以上ペアの部分のパネル実装においても制御が可能であることも明白である。
【００３０】
図示しない制御部において、パネル実装箇所をリアルタイムに把握可能な場合は、その情報（パネル実装箇所情報７ｄ）をファン回転数制御回路７ｂに入力し、よりフレキシブルに適用領域を変化させることも可能である。
【００３１】
【表２】

【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低温でのファンの稼動が不要な箇所には、高温でのみファンが稼動する制御を行うことにより、消費電力や騒音の低減を達成することができる。
【００３３】
また、ファンとパネルの間にスペースを設けることにより、より効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数のファン４１〜４５および温度センサ５１〜５５が備えられた電機機器１の内部の構成を示す図である。
【図２】ファン回転数制御部７の内部の構成を示す図である。
【図３】ファンの回転数制御の制御関数プロファイルの一例を示す図である。
【図４】ファン４１、４３、４５が稼動しているときの電気機器１の内部の空気の流れを示した図である。
【図５】すべてのファンが稼動しているときの電気機器１の内部の空気の流れを示した図である。
【符号の説明】
１電気機器
２ラック
２ａ回転数制御信号
２ｂ温度検出情報
３スペース
４１〜４５ファン
５１〜５５温度センサ
６ａ〜６ｍパネル
７ファン回転数制御部
７ａメモリ
７ｂファン回転数制御回路
７ｃタイマ
７ｄパネル実装箇所情報
ｔ０〜ｔ９温度

Claims

温度センサとファンの複数のペアを備え、前記センサが検出した温度にもとづいて前記ファンの回転数制御を行い、前記回転数制御はヒステリシスを有する複数の制御関数から１つを選択して行う冷却方法。
前記複数の制御関数は、それぞれ前記ファンの稼動温度範囲が異なる、請求項１に記載の冷却方法。
各温度において稼動している前記ファンの数が必要最小限になるように、各前記ファンの前記制御関数を選択する、請求項１または２に記載の冷却方法。
被冷却物の実装情報をもとに各前記ファンの前記制御関数を選択する、請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却方法。
前記ファンと前記被冷却物の間に、前記ファンが稼動していない領域の空気の吸入も可能にするスペースを設ける、請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却方法。