JP2005057119A - 空冷方法および電子機器用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却ファンの異常発生又は発熱部品等の追加搭載により内部温度が異常上昇するのを阻止し、信頼性を維持する冷却方法および電子機器用冷却装置を提供する。
【解決手段】情報処理装置等の電子機器１０の筺体内部に収納されシステムボード２０の発熱部品２２、２４を搭載するＣＰＵカード２１、２３の近傍に複数の冷却ファン３０Ａおよび３０Ｂを設ける。各ファン３０は、ファンモータ３１Ａ、回転数制御回路３１Ｂおよびアラーム通知回路３１Ｃを含むファンユニット３１および電源制御回路３２を備える。これらのファン３０は、ファンアラーム検出回路２６および冗長ファン制御回路２７を有する異常検出回路２５を介してホストに接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は空冷システムに関し、特にコンピュータを含む情報処理装置等の電子機器又は電子応用機器の内部で発生する熱を、冷却ファンを使用して外部に放熱して内部温度を強制的に低下させる空冷方法および電子機器用冷却装置に関する。

各種電子機器又は電子応用機器（以下、これらの機器を総称して電子機器という）は、一般に回路基板に搭載された多数の半導体集積回路等の能動デバイスおよび抵抗、コンデンサ（又はキャパシタ）等の受動素子を使用して形成され、各種の信号処理を行う電子回路のみならず、これら電子回路の動作電力を供給する電源ユニット、データやプログラム等を記憶するハードディスクユニットやフロッピーディスク装置等の各種ユニットを筺体内に収納して形成される。

斯かる電子回路を構成する各種デバイスおよび上述の如き各種ユニットは、動作時には不可避的に発熱を伴う。この発熱は、電子機器筺体の内部の温度を上昇させる。内部温度が上昇すると、使用する各種デバイス等の信頼性が低下するのが一般的である。そこで、電子機器の内部温度が所定値を超えて上昇しないように制御するために種々の放熱装置又は手段が採用されている。

電子機器内部の温度を所定値以下になるようにするための一般的な放熱手段は、大きな発熱を伴う部品にヒートシンクと称される放熱装置を使用すると共に筺体の壁面に多数の開口等を設け、電子機器の内部と外部との間で空気を対流又は循環させ、即ち内部の高温を外部の比較的低温の空気により冷却する自然空冷（冷却）がある。しかし、この自然空冷では、放熱量に限界があり、特に大きな発熱を伴うデバイス等を効果的に冷却することが困難である。

そこで、電子機器の筺体内部に１個又は複数の冷却ファンを設け、電子機器の外部の比較的冷たい空気を電子機器内部に吸い込み、発熱を伴うデバイス又はユニットに吹き付ける。または、電子機器筺体内部の高温の空気を外部に吐き出し、外部から比較的冷たい空気を電子機器筺体内部に吸い込む。この空気流により強制的に冷却する強制空冷システムが採用されている。これにより、冷却効率を高め、多数の電子回路又はユニットの高密度実装を可能にする。

最近の電子機器は、益々高速且つ高性能化し、斯かる強制空冷システムの採用により多数の電子回路およびユニット等を高密度に実装している。しかし、何らかの原因で冷却ファン又はその制御システムに異常が発生し、冷却ファンの回転が停止すると、電子機器筺体の内部温度が異常上昇し、内部の高価なデバイス等を回復不能に破損してしまい、場合によっては発火等を生じる危険がある。

そこで、従来の電子機器では、実働用および予備用の２種類の空気移動装置（冷却ファン）を設け、万一実働用に異常が発生し内部温度が異常に上昇すると、予備用を動作させて、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）等の高価なデバイス等の破壊を防止する強制空冷システムおよび冗長記憶サブシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−２０９１７７号公報（第３−４頁、第１図）

しかし、最近の情報処理装置等の電子機器にあっては、予め筺体内に実装されるユニット等が固定ではなく、予算又は当初に必要とする性能に応じて必要最低限の電子回路およびユニットを実装し、その後に順次増設して将来必要とする性能又は要求に備えることが一般的になっている。上述した、従来技術では、斯かる要求に十分に対処できない。即ち、将来予想される最大性能に合わせて冷却システムを用意すると、オーバースペックとなり、更に最大性能に増設しない場合には不当に大きな消費電力を消費するという課題を有する。

前述の課題を解決するため、本発明による空冷方法および電子機器用冷却装置は、次のような特別な構成を採用している。

（１）電子機器筺体の内部に複数のファンを備え、前記電子機器の内部に搭載される部品等が発生する熱を強制冷却する冷却方法において、
前記複数のファンの少なくとも１つのファンの状態を検出すること、および該検出結果に応じて前記ファンによる風量を制御することよりなる冷却方法。

（２）前記複数のファンのうち少なくとも１つのファンは、予備用であり、他のファンに異常が生じた際に使用される上記（１）の冷却方法。

（３）前記複数のファンは、通常状態下では全て動作して、前記複数のファンのうち何れかのファンに異常が生じた際に残りのファンの風量を制御する上記（１）の冷却方法。

（４）前記複数のファンの何れかに異常が発生すると、該異常の記録としてログを格納する上記（１）、（２）又は（３）の冷却方法。

（５）発熱部品等が筺体内部に搭載された電子機器の前記筺体内部の温度を複数のファンにより強制冷却する電子機器用冷却装置において、
前記各ファンは、ファンモータ、該ファンモータの回転数を制御する回転数制御回路および前記ファンモータの異常を通知するアラーム通知回路を有するファンユニットと、該ファンユニットの動作電源を制御する電源制御回路とを備える電子機器用冷却装置。

（６）前記複数のファンは、前記ファンのアラームを検出するファンアラーム検出回路および前記複数のファンのうちの冗長ファンを制御する冗長ファン制御回路を有する異常検出回路を介してホストに接続される上記（５）の電子機器用冷却装置。

（７）前記電子機器は、情報処理装置であって、前記発熱部品等を追加搭載可能に構成され、前記複数のファンのうち少なくとも１つのファンの風量を制御して前記電子機器内部の温度を制御する上記（５）又は（６）の電子機器用冷却装置。

本発明によると、電子機器内部に複数のファンを設け、それらのファンの少なくとも１つのファンの回転数等を制御して、その風量を制御するので、例えば将来発熱量の大きい部品等（デバイス又はユニット等）を電子機器内部に追加搭載した際に、冷却能力を最適値に調整して内部温度の異常上昇による高価なデバイス等の信頼性低下又は破損を確実に回避することが可能である。

以下、本発明による冷却方法および電子機器用冷却装置の好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。

先ず、図１は、本発明による電子機器用冷却装置又は冷却機能付き電子機器の好適実施形態である情報処理装置の構成図である。この情報処理装置１０は、典型的な筺体内の所定位置に取付配置されたシステムボード２０および入力装置や補助記憶装置等の各種補助装置（又は補助ユニット）４０を含んで構成される。

システムボード２０には、それぞれ例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）２２、２４を有する複数のＣＰＵカード２１、２３および異常検出回路２５を含んでいる。このシステムボード２０のＣＰＵカード２１、２３に搭載されるＣＰＵ２２、２４は、一般に高価であり且つ温度に敏感であり、高温となると信頼性が低下する虞がある。そこで、その近傍に冗長性を持たせて複数のファン３０Ａおよび３０Ｂを配置し、通常状態では、これらのうちの一方、例えばファン３０Ａを動作させて空気を循環させて強制空冷で冷却する。尚、図１中には、２個のＣＰＵカードのみを示すが、３個以上のＣＰＵカードを有してもよく、またユーザのニーズに応じてＣＰＵカードは適宜増設可能である。

何らかの原因で、このファン３０Ａが故障して、その回転が停止する場合が考えられる。その場合には、システムボード２０の内部、特にＣＰＵカード２１、２３に搭載されたＣＰＵ２２、２４が高温に晒され、誤動作又は熱破壊する虞がある。そこで、ファン３０Ａから通知される異常を異常検出回路２５が検出して、予備ファン、例えば３０Ｂを直ちに動作させる。これにより、ＣＰＵカード２１、２３に搭載されたＣＰＵ２２、２４の温度が異常上昇するのを効果的に回避する。

次に、図２は、図１中のファン３０Ａおよび３０Ｂとその関連回路の詳細を示すブロック図である。図２に示す如く、各ファン３０Ａおよび３０Ｂは、それぞれファンユニット３１および電源制御回路３２を有する。また、ファンユニット３１は、複数の送風ブレードを有するモータ３１Ａ、このモータ３１Ａの回転数制御回路３１Ｂおよびモータ３１Ａの異常を検出するアラーム通知回路３１Ｃを含んでいる。

これらのファン３０Ａおよび３０Ｂは、異常検出回路２５に接続されている。この異常検出回路２５は、ファンアラーム検出回路２６および冗長ファン制御回路２７を含んでいる。ファンアラーム検出回路２６は、ファン３０Ａおよび３０Ｂを構成するファンユニット３１のアラーム通知回路３１Ｃに接続され、それらのファンの動作異常を検出する。そして、冗長ファン制御回路２７は、ファン３０Ａ（又は３０Ｂ）に動作異常が生じた際に、直ちに予備ファン３０Ｂ（又は３０Ａ）を回転始動させる。また、異常検出回路２５は、ホストバス２８を介してホスト（図示せず）に接続される。

次に、図３に示すフローチャートを上述した図１および図２と共に参照して、本発明の第２実施例である電子機器の冷却方法を説明する。先ず、初期設定を行う（ステップＳ１）。次に、ファン３０Ａ又は３０Ｂのアラーム通知回路３１Ｃからの異常通知を受ける（ステップＳ２）。この異常通知があると、ホストバス２８を介してホストに対して異常を通知する（ステップＳ３）。この異常通知を受けると、そのログを記憶装置（図示せず）に格納する（ステップＳ４）。

次に、ファン３０Ｂ（又は３０Ａ）の状態を判断する（ステップＳ５）。この冗長ファンが動作中の場合には、回転数制御回路３１Ｂに制御信号を送って制御することにより、そのファンの回転数を上昇する（ステップＳ６）。他方、冗長ファンが停止（又は待機）中の場合には、電源制御回路３２に電源を供給し、その冗長ファンを回転始動させる（ステップＳ７）。そして、異常の発生したファンを停止させる（ステップＳ８）。最後に、異常ファンの状態を判断する（ステップＳ９）。異常ファン３０Ｂ（又は３０Ａ）が交換済みであれば、上述したステップＳ２へ戻る。他方、未交換であれば、ステップＳ９へ戻り、交換の完了を待つ。

上述の如く、本発明によると、ファン３０Ａおよび３０Ｂは、電源制御方式および回転数制御方式の２つの制御方式で制御されることを特徴とする。即ち、電源制御方式の場合には、複数の強制空冷用ファン３０Ａおよび３０Ｂのうちの何れかが異常を通知してくると、異常検出回路２５がインタフェースを介して受け取る。このとき、異常検出回路２５は、ホストバス２８を介してホスト側に異常を通知し、ホスト側では異常記録としてログを格納する。また、ホスト側は、現状のシステム構成から冗長ファンが存在し且つその冗長ファンが動作していないことを確認すると、ホストバス２８を介して冗長ファン制御回路２７に対して電源投入指示を送る。この指示を受けた冗長ファン制御回路２７は、ファン（例えば３０Ｂ）の電源制御回路３２に対してインタフェースを介して電源投入信号を送る。この電源投入指示を受け取った電源制御回路３２は、冗長ファンに対して電源を供給し、冷却能力を確保する。尚、異常を通知してきたファン（例えば３０Ａ）に対して電源供給を遮断（又は停止）する。

他方、回転数制御方式の場合には、複数の強制冷却用ファン３０Ａおよび３０Ｂのうちの何れかが異常を通知してくると、それを異常検出回路２５がインタフェースを介して受け取る。このとき、異常検出回路２５は、ホスト側に異常を通知し、ホスト側では異常記録としてログを格納する。また、ホスト側は、現状のシステム構成から冗長ファンが存在し且つ低速回転で動作していることを確認すると、ホストバス２８を介して冗長ファン制御回路２７に対して回転数上昇の指示を送る。この指示を受けた冗長ファン制御回路２７は、冗長ファン内部の回転数制御回路３１Ｂに対してインタフェースを介して回転数上昇の信号を送る。回転数上昇指示を受け取った冗長ファンは、この指示に従い回転数を上昇させて冷却能力を確保する。また、異常を通知したファンに対して電源供給を遮断する。

このように、本発明にあっては、複数の冷却ファンの電源のＯＮ／ＯＦＦ制御のみならず、回転数も制御するので、将来発熱量の大きな部品又はユニット等を搭載又は増設しても柔軟に対応できるので、冷却能力の不足による信頼性の低下又は高価なデバイスの破損等を回避することが可能である。

尚、上述の実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。例えば、上述した実施例では、複数（２個）の冷却ファンの一方を現用ファン、他方を予備用ファンとしていたが、複数のファンを同時に動作させ、その一部のファンの回転数を可変させて風量を制御する構成にしてもよい。

本発明による電子機器用冷却装置又は冷却機能付き電子機器の好適実施形態である情報処理装置の構成図である。 図１中のファン３０Ａおよび３０Ｂとその関連回路の詳細を示すブロック図である。 本発明の第2実施例である電子機器の冷却方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ 電子機器（情報処理装置）
２０ システムボード
２５ 異常検出回路
２６ ファンアラーム検出回路
２７ 冗長ファン制御回路
３０Ａ、３０Ｂ 冷却ファン
３１ ファンユニット
３１Ａ ファンモータ
３１Ｂ 回転数制御回路
３１Ｃ アラーム通知回路
３２ 電源制御回路
４０ 電子機器

Claims (7)

1. 電子機器筺体の内部に複数のファンを備え、前記電子機器の内部に搭載される部品等が発生する熱を強制冷却する冷却方法において、
   前記複数のファンの少なくとも１つのファンの状態を検出すること、および該検出結果に応じて前記ファンによる風量を制御することよりなることを特徴とする冷却方法。
2. 前記複数のファンのうち少なくとも１つのファンは、予備用であり、他のファンに異常が生じた際に使用されることを特徴とする請求項１に記載の冷却方法。
3. 前記複数のファンは、通常状態下では全て動作して、前記複数のファンのうち何れかのファンに異常が生じた際に残りのファンの風量を制御することを特徴とする請求項１に記載の冷却方法。
4. 前記複数のファンの何れかに異常が発生すると、該異常の記録としてログを格納することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の冷却方法。
5. 発熱部品等が筺体内部に搭載された電子機器の前記筺体内部の温度を複数のファンにより強制冷却する電子機器用冷却装置において、
   前記各ファンは、ファンモータ、該ファンモータの回転数を制御する回転数制御回路および前記ファンモータの異常を通知するアラーム通知回路を有するファンユニットと、該ファンユニットの動作電源を制御する電源制御回路とを備えることを特徴とする電子機器用冷却装置。
6. 前記複数のファンは、前記ファンのアラームを検出するファンアラーム検出回路および前記複数のファンのうちの冗長ファンを制御する冗長ファン制御回路を有する異常検出回路を介してホストに接続されることを特徴とする請求項５に記載の電子機器用冷却装置。
7. 前記電子機器は、情報処理装置であって、前記発熱部品等を追加搭載可能に構成され、前記複数のファンのうち少なくとも１つのファンの風量を制御して前記電子機器内部の温度を制御することを特徴とする請求項５又は６に記載の電子機器用冷却装置。

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