JP2014098523A - 冷却システム及びエアフィルタの目詰まり検出方法 - Google Patents

冷却システム及びエアフィルタの目詰まり検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 設置環境によらず、エアフィルタの目詰まりを正確に検出できる冷却システム及びエアフィルタの目詰まり検出方法を提供する。
【解決手段】 冷却システムは、エアフィルタを介して吸気し、1以上の電子部品に送風する冷却ファンと、前記1以上の電子部品の温度をそれぞれ検出する1以上の第1温度検出部と、前記1以上の第1温度検出部によりそれぞれ検出された温度に基づいて、前記冷却ファンの回転数を制御する回転制御部と、前記回転制御部により制御された回転数が、基準回転数より多いとき、前記エアフィルタの目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出する目詰まり検出部とを有する。
【選択図】図2

Description

本件は、冷却システム及びエアフィルタの目詰まり検出方法に関する。
例えば、信号を伝送する伝送装置は、多くの電子部品が実装されており、装置規模が大きくなるに伴って、電子部品の発熱量が増大している。電子部品を冷却するため、伝送装置は、冷却ファンを有する冷却システムを備えている。
冷却ファンの回転数は、例えば、温度センサなどにより検出した環境温度に基づいて制御される。装置全体の消費電力のうち、冷却に要する消費電力が占める割合は、例えば20(%)程度であるので、冷却システムの消費電力の改善は、装置全体の低消費電力化に寄与する。
また、冷却ファンは、送風によって装置内に塵などが入ることを防止するため、吸気口にエアフィルタが設けられている。エアフィルタは、目詰まりすると、冷却システムの能力が低下するため、定期的(例えば六か月ごと)に交換される。
冷却システムに関し、例えば特許文献1には、発熱デバイスの温度に応じて冷却ファンの回転速度を制御する点が開示されている。特許文献2には、装置内温度と冷却ファンの回転数とを検出し、冷却ファンの回転数が正常である場合、一定時間、装置内温度が閾値以上であるときに、冷却ファンの防塵用エアフィルタの目詰まりが発生したと判断する点が記載されている。特許文献3には、装置内温度、冷却ファンの回転数、及び気圧を検出し、気圧により温度を補正して、補正した温度に基づいて回転数を制御する点が記載されている。
特開2011−199205号公報 特開2004−263989号公報 特開2000−194072号公報
伝送装置の設置環境として、例えば標高1000〜2000(m)級の高地が選ばれることがある。標高0(m)の低地の気圧は、約1013(hPa)であるのに対して、標高1000(m)の高地の気圧は、約904(hPa)であり、高地の空気密度は、低地より低い。
したがって、冷却システムの冷却能力は、低地の環境を基準として冷却ファンを運転した場合、高地の環境において不足する。冷却能力は、エアフィルタが目詰まりすると、さらに不足するため、装置内温度が、低地の環境の場合より早く上昇して、電子部品が故障するという問題がある。逆に、高地の環境を基準として冷却ファンを運転した場合、冷却システムの冷却能力が過剰となり、必要以上に消費電力が増加する。
これに対し、例えば、エアフィルタの交換周期を早めると、使用可能な状態であるエアフィルタを交換することもあり得るため、装置の運用上、不経済である。また、上記の特許文献2には、エアフィルタの目詰まりの検出手段が開示されているが、装置の設置環境まで考慮された検出手段の開示はない。なお、このような問題は、伝送装置に限られず、他の装置についても同様に存在する。
そこで本件は上記の課題に鑑みてなされたものであり、設置環境によらず、エアフィルタの目詰まりを正確に検出できる冷却システム及びエアフィルタの目詰まり検出方法を提供することを目的とする。
本明細書に記載の冷却システムは、エアフィルタを介して吸気し、1以上の電子部品に送風する冷却ファンと、前記1以上の電子部品の温度をそれぞれ検出する1以上の第1温度検出部と、前記1以上の第1温度検出部によりそれぞれ検出された温度に基づいて、前記冷却ファンの回転数を制御する回転制御部と、前記回転制御部により制御された回転数が、基準回転数より多いとき、前記エアフィルタの目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出する目詰まり検出部とを有する。
本明細書に記載のエアフィルタの目詰まり検出方法は、1以上の電子部品の温度、環境温度、及び気圧をそれぞれ検出し、エアフィルタを介して吸気し、前記1以上の電子部品に送風する冷却ファンの回転数を、検出された前記温度に基づいて制御し、環境温度、気圧、及び基準回転数の関係を示すテーブルを参照し、前記回転数が、検出された前記環境温度、及び検出された前記気圧に対応する前記基準回転数より多いとき、前記エアフィルタの目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出する方法である。
本明細書に記載の冷却システム及びエアフィルタの目詰まり検出方法は、設置環境によらず、エアフィルタの目詰まりを正確に検出できるという効果を奏する。
伝送装置の一例を示す正面図である。 実施例に係る冷却システムの機能構成を示す構成図である。 PWM(Pulse Width Modulation)信号のデューティー比に対する冷却ファンの回転数を示すグラフである。 電子部品の温度パラメータを示す表である。 部品温度条件に対応する動作を示す表である。 気圧が一定である場合における環境温度に対する基準回転数を示すグラフである。 回転数が一定である場合における環境温度に対する部品温度の変化の一例を示すグラフである。 環境温度に対する回転数の変化の一例を示すグラフである。 気圧変化に対する基準回転数の変化の一例を示すグラフである。 基準回転数のテーブルの一例を示す表である。 気圧変化に対する基準回転数の変化の他例を示すグラフである。 回転数の制御処理を示すフローチャートである。 エアフィルタの目詰まりの検出処理を示すフローチャートである。
図1は、伝送装置の一例を示す正面図である。伝送装置は、制御ユニット1と、複数の通信処理ユニット2〜211と、複数のファンユニット3〜3と、配線接続基板4と、筐体5と、エアフィルタ6とを有する。なお、本明細書では、冷却システムの適用例として伝送装置を挙げるが、これに限定されず、冷却を要する他の装置であってもよい。
制御ユニット1及び複数の通信処理ユニット2〜211は、図1中のY―Z平面に広がるプリント回路基板を有し、直方体形状の筐体5内に、Z方向に沿って設けられた複数のスロットにそれぞれ収容される。複数の通信処理ユニット2〜211は、複数の通信回線の信号伝送処理をそれぞれ行う。制御ユニット1は、複数の通信処理ユニット2〜211及び複数のファンユニット3〜3の制御を行い、また、警報の検出処理などを行う。制御ユニット1及び複数の通信処理ユニット2〜211は、それぞれ、機能を実行するための1以上の電子部品がプリント回路基板に実装されている。
配線接続基板4は、図1中のX−Z平面に広がり、伝送装置の背面側に設けられている。配線接続基板4は、電気コネクタなどの接続手段を介して、制御ユニット1と、複数の通信処理ユニット2〜211と、複数のファンユニット3〜3とに接続される。これにより、各ユニット1,2〜211,3〜3は、互いに電気的に接続され、給電及び装置内通信が可能となる。
複数のファンユニット3〜3は、制御ユニット1及び複数の通信処理ユニット2〜211の下部のスロットにそれぞれ収容される。複数のファンユニット3〜3は、制御ユニット1による制御に従って、制御ユニット1及び複数の通信処理ユニット2〜211に送風する。これにより、制御ユニット1及び複数の通信処理ユニット2〜211に設けられた電子部品は冷却される。
複数のファンユニット3〜3は、それぞれ、符号Ainで示されるように、下部に設けられたエアフィルタ6を介して吸気し、符号Aoutで示されるように、伝送装置の上部に向かって送風する。したがって、冷却風は、エアフィルタ6を通って装置内に入り、制御ユニット1及び複数の通信処理ユニット2〜211の板面に沿って(図1中のZ方向)、伝送装置の上部へと吹き抜ける。伝送装置の下部(底板)及び上部(天板)には、図示しない吸気口及び排気口がそれぞれ設けられている。
エアフィルタ6は、図1中のX−Y平面に広がるように吸気口に設けられ、複数のファンユニット3〜3の吸気によって塵などが装置内に入ることを防止する。エアフィルタ6としては、例えば、ポリウレタンフォームを採用することができるが、これに限定されず、防塵効果を備える他のフィルタを用いてもよい。
エアフィルタ6は、許容量を超える塵などを吸収すると、目詰まりする。エアフィルタ6が目詰まりすると、ファンユニット3〜3が十分に吸気できなくなるため、ファンユニット3〜3の冷却能力が低下する。このため、制御ユニット1は、エアフィルタ6の目詰まりを検出し、目詰まり警報を出力することにより、使用者にエアフィルタ6の交換を促す。
制御ユニット1、複数の通信処理ユニット2〜211、及び複数のファンユニット3〜3は、筐体5に対して着脱自在である。このため、複数のファンユニット3〜3は、それぞれ、筐体5内の収納状態に応じて、主要な冷却対象が異なる。図1において、例えば、ファンユニット3は、制御ユニット1及び通信処理ユニット2〜2を主に冷却するが、通信処理ユニット2が収納されていないとき、制御ユニット1及び通信処理ユニット2〜2が主な冷却対象となる。各ファンユニット3〜3の間の処理に相違はないので、以降の説明では、ファンユニット3の冷却システムについて述べる。
図2は、実施例に係る冷却システムの機能構成を示す構成図である。上述したように、制御ユニット1、通信処理ユニット2〜211、及びファンユニット3〜3は、配線接続基板4を介して通信する。通信手段としては、例えばI2C(Inter Integrated Circuit)が挙げられるが、これに限定されず、LAN(Local Area Network)を用いてもよい。
制御ユニット1は、プロセッサ10と、第1メモリ11と、第1温度センサ(第2温度検出部)12と、気圧センサ(気圧検出部)13とを有する。プロセッサ10は、例えばCPU(Central Processing Unit)であり、所定のプログラム(ソフトウェア)に従って動作する。第1メモリ11は、プロセッサ10を駆動するプログラムなどを記憶する。プロセッサ10は、第1メモリ11からプログラムを読み込むと、冷却システムに関する機能として、目詰まり検出部100及び回転制御部101が形成される。
目詰まり検出部100は、エアフィルタ6の目詰まりを検出し、目詰まりの発生を、ネットワークNWを介してオペレーションシステム9に出力する。オペレーションシステム9は、例えば、伝送装置を管理するネットワーク管理装置である。また、回転制御部101は、ファンユニット3〜3の冷却ファンの回転数を制御する。
第1温度センサ12は、伝送装置の外部の温度(以下、環境温度と表記する)を検出して、目詰まり検出部100及び回転制御部101に通知する。第1温度センサ12は、例えば、ファンユニット3〜3からの冷却風の流入口の近傍に設置される。なお、第1温度センサ12は、制御ユニット1に限られず、通信処理ユニット2〜211、配線接続基板4、またはファンユニット3〜3に設けられてもよい。
気圧センサ13は、気圧を検出して、目詰まり検出部100及び回転制御部101に通知する。検出された気圧は、上記の環境温度とともに、後述するように、エアフィルタ6の目詰まりの検出及び回転数の初期値の決定に用いられる。なお、気圧センサ13は、制御ユニット1に限られず、通信処理ユニット2〜211、配線接続基板4、またはファンユニット3〜3に設けられてもよい。
通信処理ユニット2〜211は、それぞれ、複数の電子部品A,B,C20〜20と、複数の第2温度センサ(第1温度検出部)21〜21と、第2メモリ22とを有する。複数の電子部品A,B,C20〜20は、それぞれ、通信処理デバイスなどであり、通信処理ユニット2〜211の機能を実行する。
複数の第2温度センサ21〜21は、複数の電子部品A,B,C20〜20の温度(以下、部品温度と表記する)をそれぞれ検出して、回転制御部101に通知する。複数の第2温度センサ21〜21は、例えば、複数の電子部品A,B,C20〜20の実装位置に対して、ファンユニット3〜3の冷却風の風下に設置される。なお、複数の第2温度センサ21〜21は、このように複数の電子部品A,B,C20〜20から独立して設けられるものに限定されず、複数の電子部品A,B,C20〜20に内蔵されるものであってもよい。また、第2温度センサ21〜21は、通信処理ユニット2〜211内の全ての電子部品A,B,C20〜20に対応して設けられてもよいが、比較的に発熱量が高い電子部品のみに対応して設けられてもよい。
第2メモリ(第2記憶部)22は、後述するように、複数の電子部品A,B,C20〜20の温度パラメータを記憶する。回転制御部101は、第2メモリから読み出した温度パラメータと、第2温度センサ21〜21により検出された部品温度とに基づいて、ファンユニット3〜3の回転数を制御する。
ファンユニット3〜3は、冷却ファン30と、第3メモリ(第1記憶部)31とを有する。冷却ファン30は、ファン制御部300及びファンモータ301を有する。ファン制御部300は、回転制御部101から通知された回転数に従って、ファンモータ301を制御する。
ファン制御部300は、例えばPWM信号をファンモータ301に出力し、PWM信号のデューティー比を調整することにより、ファンモータ301を所望の回転数で回転させる。図3は、PWM信号のデューティー比に対する冷却ファン30の回転数を示すグラフである。
本例において、ファンモータ301の回転数Rは、0〜最大回転数の範囲を16分割して得られるステップ(1)〜(16)により定義される。回転制御部101は、このステップ(1)〜(16)を単位として回転数Rの制御を行う。なお、全ステップ数は16に限られず、また、回転数Rは、このようなステップ単位の制御に限られず、例えば制御信号の電圧値に基づいて線形的に制御されてもよい。
以下に、回転数Rの制御処理について説明する。回転制御部101は、1以上の第2温度センサ21〜21によりそれぞれ検出された部品温度tcに基づいて、冷却ファン30の回転数Rを制御する。回転制御部101は、回転数Rの制御のため、第2メモリ22から各電子部品A,B,C20〜20の温度パラメータを読み出す。
図4は、電子部品A,B,C20〜20の温度パラメータを示す表である。温度パラメータは、電子部品A,B,C20〜20にそれぞれ対応する耐久温度Tmax1〜Tmax3、上限温度Tup1〜Tup3、及び下限温度Tdown1〜Tdown3を含む。このうち、耐久温度Tmax1〜Tmax3が最も高く、下限温度Tdown1〜Tdown3が最も低い。
耐久温度Tmax1〜Tmax3は、電子部品A,B,C20〜20の温度の絶対最大定格である。すなわち、電子部品A,B,C20〜20の部品温度が、各々の耐久温度Tmax1〜Tmax3を上回ると、電子部品A,B,C20〜20は故障し得る。
また、上限温度Tup1〜Tup3及び下限温度Tdown1〜Tdown3は、電子部品A,B,C20〜20の動作保証された温度範囲にそれぞれ規定する。上限温度Tup1〜Tup3及び下限温度Tdown1〜Tdown3の間の温度幅は、例えば10(℃)程度であり、電子部品A,B,C20〜20ごとに異なっていても同一であってもよい。回転制御部101は、全ての電子部品A,B,C20〜20の部品温度が、各々の上限温度Tup1〜Tup3をそれぞれ上回らないように、回転数Rを制御する。
図5は、部品温度条件に対応する動作を示す表である。回転制御部101は、第2メモリ22から読み出した温度パラメータと、第2温度センサ21〜21から通知された部品温度tcとに基づいて、図6に示された部品温度条件の成否を電子部品A,B,C20〜20ごとに判定する。図6中、Tmax,Tup,Tdownは、上記の耐久温度Tmax1〜Tmax3、上限温度Tup1〜Tup3、及び下限温度Tdown1〜Tdown3を、それぞれ代表して示すものである。以下の説明では、ファンユニット3〜3の冷却対象が通信処理ユニット2のみであると仮定する。
回転制御部101は、電子部品A,B,C20〜20のうち、少なくとも1つの電子部品の部品温度tcが、当該電子部品の耐久温度Tmaxより大きい場合(Tmax<tcが成立する場合)、ユニット故障を検出する。このとき、回転制御部101は、ネットワークNWを介してオペレーションシステム9に、ユニット故障を通知する警報を出力する。ただし、この場合、回転数Rが最大回転数、つまり、図3の例ではステップ(16)に相当する回転数であることが追加条件となる。
また、電子部品A,B,C20〜20のうち、少なくとも1つの電子部品の部品温度tcが、当該電子部品に対応する上限温度(第1閾値)Tupより大きい場合(Tup<tcが成立する場合)、回転制御部101は、回転数Rを増加させる。すなわち、回転制御部101は、全ての電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcが、各々の上限温度Tup1〜Tup3以下となるように、回転数Rを制御する。なお、回転数の増加量は、図3の1ステップ分に限られず、例えば上限温度Tup及び下限温度Tdownの間の温度幅に応じて、複数ステップ分としてもよい。
また、電子部品A,B,C20〜20のうち、少なくとも1つの電子部品の部品温度tcが、当該電子部品の上限温度Tup及び下限温度Tdownの範囲内である場合(Tdown≦tc≦Tupが成立する場合)、回転制御部101は、回転数Rを維持する。ただし、この場合、全ての電子部品A,B,C20〜20についてTup<tcが成立しないことが追加条件となる。
また、全ての電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcが、それぞれ、当該電子部品に対応する下限温度(第2閾値)Tdownより低い場合(tc<Tdownが成立する場合)、回転制御部101は、回転数Rを減少させる。このため、全ての電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcが、各々の上限温度Tupに対して十分に低い場合、ファンユニット3〜3の消費電力が低減される。
このように、回転制御部101は、回転数Rの増加、維持、及び減少の順に優先して制御を行う。したがって、上限温度Tupに対するマージンが最も少ない電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcが、上限温度Tup及び下限温度Tdownの間の範囲に収まる。このため、全ての電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcが、動作保証された温度範囲内となり、また、冷却ファン30の回転数Rが低減される。なお、回転制御部101は、全ての電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcではなく、何れか1つの電子部品の部品温度tcに基づいて制御を行ってもよい。
1つのファンユニット3〜3の冷却対象が複数の通信処理ユニット2〜211である場合、回転制御部101は、各通信処理ユニット2〜211について、上述した電子部品ごとの部品温度条件の判定を行う。そして、回転制御部101は、各通信処理ユニット2〜211についての判定結果の動作(図5参照)のうち、回転数Rの増加を最も優先し、その次に回転数Rの維持を優先し、回転数Rの減少を最低優先とする。
例えば、ファンユニット3の冷却対象は、通信処理ユニット2〜211である。回転制御部101は、通信処理ユニット2〜211のうち、少なくとも1つの通信処理ユニットについての判定結果の動作が、回転数Rの増加である場合、回転数Rを増加させる。また、通信処理ユニット2,210についての判定結果の動作が、回転数Rの維持であり、他の通信処理ユニット2,210についての判定結果の動作が、回転数Rの減少である場合、回転制御部101は、回転数Rを維持する。さらに、回転制御部101は、全ての通信処理ユニット2〜211についての判定結果の動作が、回転数Rの減少である場合、回転数Rを減少させる。
なお、回転制御部101は、伝送装置に収容された全ての通信処理ユニット2〜211について上記の判定処理を行い、ファンユニット3〜3の各回転数Rを、共通に制御してもよい。また、回転制御部101は、制御ユニット1についても、通信処理ユニット2〜211と同様の判定処理を行ってもよい。この場合、制御ユニット1は、通信処理ユニット2〜211と同様に、実装された電子部品の部品温度を検出する温度センサと、当該電子部品の各々に対応する温度パラメータを記憶するメモリとが設けられる。
電子部品A,B,C20〜20及び第2メモリ22は、着脱自在な共通の通信処理ユニット2〜211に設けられている。第2メモリ22に記憶された温度パラメータは、通信処理ユニット2〜211単位の電子部品A,B,C20〜20の固有値である。
したがって、通信処理ユニット2〜211が故障などのために交換されても、新たな通信処理ユニット2〜211の電子部品A,B,C20〜20に応じた温度パラメータが用いられる。よって、回転制御部101は、通信処理ユニット2〜211が交換されても、問題なく、回転数Rを制御できる。
次に、エアフィルタ6の目詰まりの検出処理について説明する。第3メモリ31は、気圧及び基準回転数の対応関係を、環境温度tの範囲ごとに示すテーブルを記憶する。図6は、気圧が一定である場合における環境温度t(℃)に対する基準回転数Ro(rpm)を示すグラフである。
基準回転数Roは、冷却システムの放熱設計(冷却ファン30の風力など)において、各電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcを、各々の上限温度Tup1〜Tup3以下とするために十分であると想定される回転数である。基準回転数Roは、環境温度tの範囲(0〜20(℃)、20〜30(℃)、30〜50(℃))ごとに定められている。なお、図6に示された環境温度tの範囲は一例である。
各電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcは、冷却ファン30の回転数Rが基準回転数Roより少なくても、それぞれ、上限温度度Tup1〜Tup3以下になると想定されている。例えば、環境温度tが20(℃)である場合、冷却ファン30の回転数RがRa1であれば、部品温度tcは上限温度Tup以下になると想定される(符号Pa参照)。また、環境温度tが30(℃)及び50(℃)である場合、冷却ファン30の回転数RがそれぞれRa2及びRa3であれば、部品温度tcは上限温度Tup以下になると想定される(符号Pb、Pc参照)。
基準回転数Roは、冷却能力に余裕を持たせるため、エアフィルタ6が、所定量の塵などを吸収した状態(例えば、特定の密度で塵が浮遊した状態において6か月間運転した状態など)を前提として決定される。また、基準回転数Roは、ファンモータ301が発する騒音も考慮して決定される。
回転制御部101は、上記の基準回転数Roを、第1温度センサ12により検出された環境温度tに応じて選択し、回転数Rの初期値とする。図6中の基準回転数Ra1,Ra2,Ra3が、図3中のステップ(5),(7),(9)にそれぞれ相当する場合、伝送装置の起動後、回転制御部101は、環境温度tが0〜20(℃)のとき、回転数Rがステップ(5)となるように制御する。また、回転制御部101は、環境温度tが20〜30(℃)のとき、回転数Rがステップ(7)となるように制御し、環境温度tが30〜50(℃)のとき、回転数Rがステップ(9)となるように制御する。したがって、回転数Rの初期値が、環境温度tに応じた最適値となり、回転数Rが安定するまでに要する制御量が低減されるので、消費電力が抑えられる。
一方、目詰まり検出部100は、基準回転数Roを、エアフィルタ6の目詰まりを検出するための閾値として用いる。エアフィルタ6が目詰まりした場合、冷却ファンの回転数Rが基準回転数Roであっても冷却能力が不足するため、各電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcは、上限温度Tup1〜Tup3を超えて上昇する。このとき、回転制御部101は、部品温度tcを上限温度Tup1〜Tup3より低くするために回転数Rを増加させるので、回転数Rは、基準回転数Roより多くなる。
したがって、目詰まり検出部100は、ファン制御部300から回転数Rを取得し、取得した回転数Rが基準回転数Roより多いとき、エアフィルタ6の目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出する。つまり、目詰まり検出部100は、回転制御部101により制御された回転数Rが、エアフィルタ6の目詰まりの程度が問題ないときに十分な冷却能力を発揮すると想定される基準回転数Roを上回った場合、エアフィルタ6の目詰まりが発生したと判定する。
次に、図7及び図8を参照して、エアフィルタ6の目詰まり検出処理に対する、伝送装置の設置環境の影響について述べる。図7は、回転数Rが一定である場合における環境温度tに対する部品温度tcの変化の一例を示すグラフである。図7において、実線は、伝送装置が低地に設置された場合の部品温度tcを示し、点線は、伝送装置が高地に設置された場合の部品温度tcを示す。なお、図7は、一例として、環境温度tが20〜30(℃)の範囲の変化を示すが、他の範囲についても同様である。
部品温度tcは、概ね、環境温度tに比例して増加する。高地の場合、低地よりも空気の密度が低く、冷却ファン30の冷却能力が低下するので、同一の回転数Rの場合、高地の場合の部品温度tcは、低地の場合の部品温度tcより高くなる(矢印参照)。
図8は、環境温度tに対する回転数Rの変化の一例を示すグラフである。図8において、実線は、伝送装置が低地に設置された場合の回転数Rを示し、点線は、伝送装置が高地に設置された場合の回転数Rを示す。
回転制御部101は、上述したように、全ての電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcが動作保障された温度範囲内となるように、回転数Rを制御する。このため、回転数Rは、環境温度tが上昇するほど、増加する。高地の場合、冷却ファン30の冷却能力が低下するので、回転数Rは、低地の場合より増加し(矢印参照)、その結果、基準回転数Ra2を上回る(符号Pf参照)。したがって、仮に、基準回転数Ra2を閾値とすると、目詰まり検出部100は、エアフィルタ6が目詰まりしていない場合であっても、誤って目詰まりを検出し得る。
そこで、実施例に係る冷却システムは、伝送装置の設置環境によらず、同一程度の目詰まりを検出するため、閾値である基準回転数Roを気圧pに応じて選択する。図9は、気圧変化に対する基準回転数Roの変化の一例を示すグラフである。図9において、実線は、低地(標高0〜1000(m))の気圧(904〜1013(hPa))における基準回転数Roを示し、点線は、高地(標高1000〜2000(m))の気圧(804〜904(hPa))における基準回転数Roを示す。
例えば、環境温度tの0〜20(℃)の範囲の基準回転数Roは、低地においてRa1であるが、高地においてRb1(>Ra1)となる。同様に、20〜30(℃)及び30〜50(℃)の範囲の基準回転数Roは、それぞれ、低地においてRa2及びRa3であるが、高地においてRb2(>Ra2)及びRb3(>Ra3)となる。なお、各範囲の基準回転数Rb1〜Rb3は、例えば、図3のステップ(6)、(8)、(10)の回転数にそれぞれ対応する。
これにより、目詰まり検出部100は、気圧pに応じた最適な閾値を選択するので、エアフィルタ6が目詰まりを、誤って検出することがない。
図10は、基準回転数Roのテーブルの一例を示す表である。この例では、気圧pを、0〜804(hPa)、804〜904(hPa)、及び904〜1013(hPa)の範囲に分け、範囲ごとに基準回転数Roが定められている。基準回転数Roは、ファンモータ301ごとの固有の特性に応じて定められる。なお、気圧pの0〜804(hPa)の範囲は、標高2000(m)以上の高地に相当する。
このテーブルは、ファンユニット3〜3の第3メモリ31に記憶されており、第3メモリ31及び冷却ファン30は、着脱自在な共通のファンユニット3〜3に設けられている。したがって、ファンユニット3〜3が故障などのために交換されても、新たなファンユニット3〜3のファンモータ301の固有の特性に応じたテーブルが用いられるので、問題なく、エアフィルタ6の目詰まりが検出される。
目詰まり検出部100は、第3メモリ31から、図10に示されたテーブルを読み出して参照する。目詰まり検出部100は、気圧センサ13により検出された気圧p、及び第1温度センサにより検出された環境温度tに対応する基準回転数Roを選択する。例えば、気圧が700(hPa)であり、環境温度が10(℃)であるとき、目詰まり検出部100は、Rc1を基準回転数Ro、つまり目詰まり検出処理の閾値として選択する。
そして、目詰まり検出部100は、回転制御部101により制御された回転数Rが、選択した基準回転数Roより多いとき、エアフィルタ6の目詰まりの発生を検出する。したがって、実施例に係る冷却システムによると、伝送装置の設置環境によらず、エアフィルタ6の目詰まりを正確に検出することができる。また、実施例に係る冷却システムは、低地及び高地の両方の設置環境に対応することができるので、両方の設置環境に共通の放熱構造の使用を可能とし、装置コストを低減する。
また、回転制御部101は、基準回転数Roのテーブルを参照し、気圧センサ13により検出された気圧pに対応する基準回転数Roを、回転数Rの初期値とする。したがって、回転数Rの初期値は、環境温度tだけでなく、気圧pにも応じた最適値となり、回転数Rが安定するまでに要する制御量が低減されるので、消費電力が抑えられる。
気圧pに応じた基準回転数Roの変化の形態は、図9に示される例に限定されない。図11は、気圧変化に対する基準回転数Roの変化の他例を示すグラフである。図11において、実線は、低地(標高0〜1000(m))の気圧(904〜1013(hPa))における基準回転数Roを示し、点線は、高地(標高1000〜2000(m))の気圧(804〜904(hPa))における基準回転数Roを示す。
図11の例では、気圧の変化に伴い、基準回転数Ra2に対応する環境温度tの範囲が、20〜30(℃)から15〜25(℃)に変更され、基準回転数Ra3に対応する環境温度tの範囲が、30〜50(℃)から25〜50(℃)に変更されている。言い換えれば、環境温度tの範囲15〜20(℃)の基準回転数Roが、Ra1からRa2に増加し、環境温度tの範囲25〜30(℃)の基準回転数Roが、Ra2からRa3に増加している。
したがって、本例においても、目詰まり検出部100は、気圧pに応じた基準回転数Roを閾値として用いることができるので、エアフィルタ6の目詰まりを正確に検出することができる。なお、本例に対応するテーブルは、図10の例と同様に、環境温度tの範囲0〜15(℃)、15〜20(℃)、20〜25(℃)、25〜30(℃)、30〜50(℃)ごとに、気圧p及び基準回転数Roの対応関係を示すものとなる。
次に、冷却ファン30の回転数Rの制御方法を説明する。図12は、回転数Rの制御処理を示すフローチャートである。図12において、丸で囲まれた「A」の部分は、互いに接続される箇所を示す。なお、図12のフローは、ファンユニット3〜3の主要な冷却対象が1つの通信処理ユニット2であるものとして示されている。
まず、回転制御部101は、各電子部品A,B,C20〜20の耐久温度Tmax1〜Tmax3、上限温度Tup1〜Tup3、及び下限温度Tdown1〜Tdown3を読み出す(処理St1)。このとき、回転制御部101は、第2メモリ22から温度パラメータを読み出す。
次に、回転制御部101は、第3メモリ31から基準回転数Roのテーブルを読み出す(処理St2)。次に、回転制御部101は、第1温度センサ12により環境温度tを検出する(処理St3)。このとき、第1温度センサ12は、環境温度tを検出して、回転制御部101に通知する。
次に、回転制御部101は、気圧センサ13により気圧pを検出する(処理St4)。このとき、気圧センサ13は、気圧pを検出して、回転制御部101に通知する。
次に、回転制御部101は、基準回転数Roのテーブルを参照し、回転数Rの初期値を決定する(処理St5)。このとき、回転制御部101は、気圧センサ13により検出された気圧p、及び、第1温度センサ12により検出された環境温度tに対応する基準回転数Roを、回転数Rの初期値とする。したがって、回転数Rの初期値は、環境温度t及び気圧pに応じた最適値となり、回転数Rが安定するまでに要する制御量が低減されるので、消費電力が抑えられる。
次に、回転制御部101は、回転数Rの初期値を、ファン制御部300に通知する(処理St6)。次に、ファン制御部300は、回転制御部101から通知された回転数Rに従ってファンモータ301を制御する(処理St7)。ファンモータ301の制御は、例えば、図3に示されるようにPWM信号に基づいてステップ単位で行われる。
次に、回転制御部101は、各電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcを検出する(処理St8)。このとき、第2温度センサ21〜21は、各電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcをそれぞれ検出して、回転制御部101に通知する。
次に、回転制御部101は、電子部品A,B,C20〜20のうち、tc>Tupを満たす電子部品の有無を判定する(処理St9)。tc>Tupを満たす電子部品がある場合(処理St9のYes)、回転制御部101は、回転数Rを増加させ、該回転数Rをファン制御部300に通知する(処理St12)。増加の幅は、1ステップでもよいし、複数ステップでもよい。
一方、tc>Tupを満たす電子部品がない場合(処理St9のNo)、回転制御部101は、全ての電子部品A,B,C20〜20について、tc<Tdownが成立するか否かを可否を判定する(処理St10)。tc<Tdownが成立する場合(処理10のYes)、回転制御部101は、回転数Rを減少させ、該回転数Rをファン制御部300に通知する(処理St13)。減少の幅は、1ステップでもよいし、複数ステップでもよい。
tc<Tdownが成立しない場合(処理10のNo)、回転制御部101は、現在の回転数Rをファン制御部300に通知する(処理St11)。このとき、ファンモータ301は、現在の回転数Rを維持する。このように、回転制御部101は、回転数Rの増加を最優先として制御するので、全ての電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcが、動作保証された温度範囲内となる。
次に、回転制御部101は、回転数Rが最大回転数であるか否かを判定する(処理St14)。最大回転数は、図3の例ではステップ(16)の回転数に相当する。
回転数Rが最大回転数である場合(処理St14のYes)、回転制御部101は、電子部品A,B,C20〜20のうち、tc>Tmaxを満たす電子部品の有無を判定する(処理St15)。tc>Tmaxを満たす電子部品がある場合(処理St15のYes)、回転制御部101は、ネットワークNWを介してオペレーションシステム9に、ユニット故障を通知する警報を出力する(処理St16)。
そして、回転制御部101は、制御処理を継続する場合(処理St17のNo)、再び処理St7を行う。また、処理St14及びSt15の判定結果が否定である場合(処理St14及びSt15のNo)も同様である。このようにして、冷却ファン30の回転数Rの制御が行われる。
次に、エアフィルタ6の目詰まり検出方法を説明する。図13は、エアフィルタ6の目詰まりの検出処理を示すフローチャートである。
まず、目詰まり検出部100は、第3メモリ31から基準回転数Roのテーブルを読み出す(処理St21)。次に、目詰まり検出部100は、第1温度センサ12により環境温度tを検出する(処理St22)。このとき、第1温度センサ12は、環境温度tを検出して、目詰まり検出部100に通知する。
次に、目詰まり検出部100は、気圧センサ13により気圧pを検出する(処理St23)。このとき、気圧センサ13は、気圧pを検出して、目詰まり検出部100に通知する。
次に、目詰まり検出部100は、基準回転数Roのテーブルを参照し、基準回転数Roを決定する(処理St24)。このとき、目詰まり検出部100は、基準回転数Roのテーブルから、気圧センサ13により検出された気圧p、及び、第1温度センサ12により検出された環境温度tに対応する基準回転数Roを選択する。
次に、目詰まり検出部100は、ファン制御部300から回転数Rを取得する(処理St25)。次に、目詰まり検出部100は、R≦Roが成立するか否かを判定する(処理St26)。
R≦Roが成立しない場合(処理St26のNo)、目詰まり検出部100は、目詰まり警報をオペレーションシステム9に出力する(処理St27)。つまり、目詰まり検出部100は、回転制御部101により制御された回転数Rが、気圧センサ13により検出された気圧p、及び第1温度センサ12により検出された環境温度tに対応する基準回転数Roより多いとき、エアフィルタ6の目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出する。したがって、目詰まり検出部100は、気圧p及び環境温度tに応じた閾値を用いて、正確に目詰まりを検出できる。
そして、目詰まり検出部100は、検出処理を継続する場合(処理St28のNo)、再び処理St22を行う。処理St26における判定結果が肯定である場合(処理St26のYes)も同様である。このようにして、エアフィルタ6の目詰まりは検出される。
これまで述べたように、実施例に係る冷却システムは、冷却ファン30と、第1温度センサ12と、1以上の第2温度センサ21〜21と、気圧センサ13と、回転制御部101と、第3メモリ31と、目詰まり検出部100とを有する。冷却ファン30は、エアフィルタ6を介して吸気し、1以上の電子部品A,B,C20〜20に送風する。
1以上の第2温度センサ21〜21は、1以上の電子部品A,B,C20〜20の部品温度tcをそれぞれ検出する。気圧センサ13は、気圧pを検出し、第1温度センサ12は、環境温度tを検出する。回転制御部101は、1以上の第2温度センサ21〜21によりそれぞれ検出された部品温度tcに基づいて、冷却ファン30の回転数Rを制御する。
第3メモリ31は、気圧p及び基準回転数Roの対応関係を、環境温度tの範囲ごとに示すテーブルを記憶する。つまり、テーブルは、環境温度、気圧、及び基準回転数の関係を示す。目詰まり検出部100は、テーブルを参照し、回転制御部101により制御された回転数Rが、気圧センサ13により検出された気圧p、及び第1温度センサ12により検出された環境温度tに対応する基準回転数Roより多いとき、エアフィルタ6の目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出する。
実施例に係る冷却システムによると、回転制御部101は、部品温度tcに基づいて、冷却ファン30の回転数Rを制御するから、部品温度tcが上昇すると、部品温度tcを低下させるために回転数Rが増加する。このため、エアフィルタ6が、吸気により塵などを吸収して目詰まりすると、部品温度tcが上昇し、回転数Rは増加する。
冷却ファン30の冷却能力は、送風の効果が空気密度に依存するため、設置環境(標高)に応じて異なる。このため、エアフィルタ6が目詰まりしたときの回転数Rも設置環境(標高)に応じて異なる。
目詰まり検出部100は、気圧p及び基準回転数Roの対応関係を、環境温度tの範囲ごとに示すテーブルを参照するので、気圧センサ13により検出された気圧p、及び第1温度センサ12により検出された環境温度tに対応する基準回転数Roを選択できる。そして、目詰まり検出部100は、回転制御部101により制御された回転数Rが、検出された気圧p、及び第1温度センサ12により検出された環境温度tに対応する基準回転数Roより多いとき、エアフィルタ6の目詰まりを検出するので、気圧p及び環境温度tに応じた適切な基準回転数Roにより正確な検出が可能となる。
また、実施例に係るエアフィルタの目詰まり検出方法は、以下の工程(1)〜(3)を含む。
(1)1以上の電子部品A,B,C20〜20の部品温度tc、環境温度t、及び気圧pをそれぞれ検出する工程
(2)エアフィルタ6を介して吸気し、1以上の電子部品A,B,C20〜20に送風する冷却ファン30の回転数Rを、検出された部品温度tcに基づいて制御する工程
(3)環境温度t、気圧p、及び基準回転数Roの関係を示すテーブルを参照し、回転数Rが、検出された環境温度t、及び検出された気圧pに対応する基準回転数Roより多いとき、エアフィルタ6の目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出する工程
したがって、実施例に係るエアフィルタの目詰まり検出方法によると、上記と同様の作用効果が得られる。
これまで述べた実施例において、基準回転数Roのテーブルは、環境温度tの範囲ごとに基準回転数Roを示すものであるが、これに限定されない。例えば、伝送装置が、気温変化の小さい場所に設置される場合、環境温度tの変化も小さいので、基準回転数Roのテーブルを、一定の環境温度tの範囲における基準回転数Roを示すものとしてもよい。
また、これまで述べた実施例において、目詰まり検出部100及び回転制御部101は、制御ユニット1に設けられているが、これに限定されず、通信処理ユニット2〜211またはファンユニット3〜3に設けられてもよい。
また、これまで述べた実施例において、エアフィルタ6は、複数のファンユニット3〜3に共通に設けられているが、個別に設けられてもよい。この場合、目詰まり検出部100は、エアフィルタ6ごとに目詰まりを検出してもよいし、全てのエアフィルタ6に共通する検出処理を行ってもよい。
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
(付記1) エアフィルタを介して吸気し、1以上の電子部品に送風する冷却ファンと、
前記1以上の電子部品の温度をそれぞれ検出する1以上の第1温度検出部と、
前記1以上の第1温度検出部によりそれぞれ検出された温度に基づいて、前記冷却ファンの回転数を制御する回転制御部と、
前記回転制御部により制御された回転数が、基準回転数より多いとき、前記エアフィルタの目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出する目詰まり検出部とを有することを特徴とする冷却システム。
(付記2) 気圧を検出する気圧検出部と、
気圧及び前記基準回転数の対応関係を示すテーブルを記憶する第1記憶部とを、さらに有し、
前記目詰まり検出部は、前記テーブルを参照し、前記回転制御部により制御された回転数が、前記気圧検出部により検出された気圧に対応する前記基準回転数より多いとき、前記エアフィルタの目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出することを特徴とする付記1に記載の冷却システム。
(付記3) 外部の環境温度を検出する第2温度検出部を、さらに有し、
前記テーブルは、気圧及び基準回転数の対応関係を、環境温度の範囲ごとに示し、
前記目詰まり検出部は、前記テーブルを参照し、前記回転制御部により制御された回転数が、前記気圧検出部により検出された気圧、及び前記第2温度検出部により検出された環境温度に対応する前記基準回転数より多いとき、前記エアフィルタの目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出することを特徴とする付記2に記載の冷却システム。
(付記4) 前記1以上の電子部品にそれぞれ対応する第1閾値を記憶する第2記憶部を、さらに有し、
前記回転制御部は、前記第2記憶部から前記第1閾値を読み出し、前記1以上の第1温度検出部のうち、少なくとも1つの第1温度検出部により検出された温度が、当該電子部品に対応する前記第1閾値より高いとき、前記回転数を増加させることを特徴とする付記1乃至3の何れかに記載の冷却システム。
(付記5) 前記第2記憶部は、さらに、前記1以上の電子部品にそれぞれ対応する第2閾値を記憶し、
前記回転制御部は、前記第2記憶部から前記第2閾値を読み出し、前記1以上の第1温度検出部により検出された温度が、それぞれ、当該電子部品に対応する前記第2閾値より低いとき、前記回転数を減少させることを特徴とする付記4に記載の冷却システム。
(付記6) 前記回転制御部は、前記テーブルを参照し、前記気圧検出部により検出された気圧に対応する前記基準回転数を、前記回転数の初期値とすることを特徴とする付記2乃至5の何れかに記載の冷却システム。
(付記7) 前記冷却ファン及び前記第1記憶部は、着脱自在な共通のユニットに設けられていることを特徴とする付記2乃至6の何れかに記載の冷却システム。
(付記8) 前記1以上の電子部品及び前記第2記憶部は、着脱自在な共通のユニットに設けられていることを特徴とする付記4または5に記載の冷却システム。
(付記9) 1以上の電子部品の温度、環境温度、及び気圧をそれぞれ検出し、
エアフィルタを介して吸気し、前記1以上の電子部品に送風する冷却ファンの回転数を、検出された前記温度に基づいて制御し、
環境温度、気圧、及び基準回転数の関係を示すテーブルを参照し、前記回転数が、検出された前記環境温度、及び検出された前記気圧に対応する前記基準回転数より多いとき、前記エアフィルタの目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出することを特徴とするエアフィルタの目詰まり検出方法。
(付記10) 前記1以上の電子部品のうち、少なくとも1つの電子部品の温度が、当該電子部品に対応する第1閾値より高いとき、前記回転数を増加させることを特徴とする付記9に記載のエアフィルタの目詰まり検出方法。
(付記11) 前記1以上の電子部品の温度が、それぞれ、当該電子部品に対応する第2閾値より低いとき、前記回転数を減少させることを特徴とする付記9または10に記載のエアフィルタの目詰まり検出方法。
(付記12) 前記テーブルを参照し、検出された前記環境温度、及び検出された前記気圧に対応する前記基準回転数を、前記回転数の初期値とすることを特徴とする付記9乃至11の何れかに記載のエアフィルタの目詰まり検出方法。
6 エアフィルタ
11 第1メモリ
12 第1温度センサ(第2温度検出部)
13 気圧センサ(気圧検出部)
20〜20 電子部品A,B,C
21〜21 第2温度センサ(第1温度検出部)
22 第2メモリ(第2記憶部)
30 冷却ファン
31 第3メモリ(第1記憶部)
100 目詰まり検出部
101 回転検出部
R 回転数
Ro 基準回転数
t 環境温度
tc 部品温度(温度)
p 気圧
31 演算増幅器
5 スイッチ回路
Tup1〜3 上限温度(第1閾値)
Tdown1〜3 下限温度(第2閾値)

Claims (9)

  1. エアフィルタを介して吸気し、1以上の電子部品に送風する冷却ファンと、
    前記1以上の電子部品の温度をそれぞれ検出する1以上の第1温度検出部と、
    前記1以上の第1温度検出部によりそれぞれ検出された温度に基づいて、前記冷却ファンの回転数を制御する回転制御部と、
    前記回転制御部により制御された回転数が、基準回転数より多いとき、前記エアフィルタの目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出する目詰まり検出部とを有することを特徴とする冷却システム。
  2. 気圧を検出する気圧検出部と、
    気圧及び前記基準回転数の対応関係を示すテーブルを記憶する第1記憶部とを、さらに有し、
    前記目詰まり検出部は、前記テーブルを参照し、前記回転制御部により制御された回転数が、前記気圧検出部により検出された気圧に対応する前記基準回転数より多いとき、前記エアフィルタの目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出することを特徴とする請求項1に記載の冷却システム。
  3. 外部の環境温度を検出する第2温度検出部を、さらに有し、
    前記テーブルは、気圧及び基準回転数の対応関係を、環境温度の範囲ごとに示し、
    前記目詰まり検出部は、前記テーブルを参照し、前記回転制御部により制御された回転数が、前記気圧検出部により検出された気圧、及び前記第2温度検出部により検出された環境温度に対応する前記基準回転数より多いとき、前記エアフィルタの目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出することを特徴とする請求項2に記載の冷却システム。
  4. 前記1以上の電子部品にそれぞれ対応する第1閾値を記憶する第2記憶部を、さらに有し、
    前記回転制御部は、前記第2記憶部から前記第1閾値を読み出し、前記1以上の第1温度検出部のうち、少なくとも1つの第1温度検出部により検出された温度が、当該電子部品に対応する前記第1閾値より高いとき、前記回転数を増加させることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の冷却システム。
  5. 前記第2記憶部は、さらに、前記1以上の電子部品にそれぞれ対応する第2閾値を記憶し、
    前記回転制御部は、前記第2記憶部から前記第2閾値を読み出し、前記1以上の第1温度検出部により検出された温度が、それぞれ、当該電子部品に対応する前記第2閾値より低いとき、前記回転数を減少させることを特徴とする請求項4に記載の冷却システム。
  6. 前記回転制御部は、前記テーブルを参照し、前記気圧検出部により検出された気圧に対応する前記基準回転数を、前記回転数の初期値とすることを特徴とする請求項2乃至5の何れかに記載の冷却システム。
  7. 前記冷却ファン及び前記第1記憶部は、着脱自在な共通のユニットに設けられていることを特徴とする請求項2乃至6の何れかに記載の冷却システム。
  8. 前記1以上の電子部品及び前記第2記憶部は、着脱自在な共通のユニットに設けられていることを特徴とする請求項4または5に記載の冷却システム。
  9. 1以上の電子部品の温度、環境温度、及び気圧をそれぞれ検出し、
    エアフィルタを介して吸気し、前記1以上の電子部品に送風する冷却ファンの回転数を、検出された前記温度に基づいて制御し、
    環境温度、気圧、及び基準回転数の関係を示すテーブルを参照し、前記回転数が、検出された前記環境温度、及び検出された前記気圧に対応する前記基準回転数より多いとき、前記エアフィルタの目詰まりが発生したと判定し、目詰まりを検出することを特徴とするエアフィルタの目詰まり検出方法。
JP2012251353A 2012-11-15 2012-11-15 冷却システム及びエアフィルタの目詰まり検出方法 Pending JP2014098523A (ja)

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