JP5257092B2 - モジュラー型電子装置及びその冷却ユニット - Google Patents

Description

本発明は、モジュラー型電子装置及びその冷却ユニットに関する。

近年の多機能、高性能の電子装置においては、複数の機能の組み合わせを容易化するため、あるいは配置スペースの高密度化のためにモジュラー型あるいはラックマウント型の電子装置が用いられる。従来のモジュラー型／ラックマウント型電子装置においては、装置個々の小型化ニーズに応えるため、例えばラックマウント構造に於ける１Ｕ−２Ｕ筐体のような、薄型構造を取ることを余儀なくされている。

このようにコンパクト化された電子機器の冷却については多くの技術が開示されている。特許文献１には、各デバイスから発生する熱が自然に放散されるモジュラー化コンピュータシステムが開示されている。また特許文献２には、コンバータと充電器とに共通の放熱板を設ける技術が開示されている。また、特許文献３には、複数の冷却装置を通信回線を用いて集中監視するシステムが開示されている。

特開２００７−２４１４８５号公報 特開平１１−２６６５０８号公報 特開２００６−１０５５１１号公報

従来のモジュラー型／ラックマウント型電子装置４０の構成例を図４に示す。これらにおいては、各電子装置４０内部に充分な冷却能力を有する冷却装置（例えば冷却ファン）を備える設計となっており、しかも多くの場合空冷式を取るため、小口径高速回転ファン４１を多数筐体内に実装することが多い。このため、装置の消費電力や騒音が大きくなり、装置の消費電力効率及び設置環境の悪化を招いている。元来、モジュラー型／ラックマウント型電子装置は、単体ではなく、同一または類似形態の装置をラックなどに集合的に実装してシステムとして使用することを前提に存在するものであることから、前述の問題は一層深刻である。

一方、近年では、装置を搭載するラック自体や、設置するマシン室、建屋レベルでの、集合体としての最適な空冷システムを設けるケースもあり、これに対して、装置単体で最適化された従来のモジュラー型／ラックマウント型電子装置の冷却方式は、消費電力効率の観点からは、全く対応できていない。

特許文献１に記載の技術は、特定の装置の組み合わせには有効であるが、一般的な装置の組み合わせには対応できない。特許文献２に記載の技術では、複数の装置からの放熱を共通の放熱板で除去しているが、これも特定の装置の組み合わせにのみ効果的なものであり、かつその特性上装置と放熱板を分離することはできない。特許文献３に記載の技術は、冷蔵ショーケース等の冷蔵温度管理装置であり、大掛かりな装置とコストが必要であって単に放熱だけが必要な装置の冷却には不適である。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解消又は改善することを目的とする。

本発明の１視点において、本発明に係るモジュラー型電子装置は、該電子装置の主たる機能を実現する機能部と、該機能を安定して発揮させるために該機能部を冷却する冷却部とが、構造的に分離可能に構成され、該冷却部は、該機能部によって動作制御される冷却機構（装置又は構造）を有し、該冷却部は、読み出し及び書き込み可能な記憶素子を含み、該記憶素子に記憶された情報は、該機能部が利用可能なように構成され、該機能部は、該情報をもとに該冷却機構を動作制御する制御信号を該冷却部に向けて出力し、複数の該機能部に対して１つの該冷却部を共有させて構成し、該複数の機能部の冷却要件を該記憶素子に記憶させ、該複数の機能部は、該冷却要件をもとに該制御信号を該冷却部に向けて出力し、該冷却部は、該複数の機能部のそれぞれからの該制御信号に基づいて該冷却機構の動作状態を変化させる動作制御部を有することを特徴とする。冷却機構とは、例えば冷却ファンのような機械的なもの、或いはそれに例えば単なる風洞又は整風板のような構造的なものを組み合わせたものでもよい。

本発明の他の視点において、本発明に係るモジュラー型電子装置を冷却するための冷却ユニットは、該冷却ユニットは、該モジュラー型電子装置の主たる機能を実現するモジュール化されたモジュラー式機能部とは構造的に分離可能に構成されており、１つの該冷却ユニットは、複数の該モジュラー式機能部を同時に冷却するために共有させて構成することが可能であり、かつ、該複数のモジュラー式機能部を冷却するための冷却能力を有するとともに該複数のモジュラー式機能部により動作制御される冷却機構を有し、読み出し及び書き込み可能な記憶素子を含み、該記憶素子に記憶された情報は、該複数のモジュラー式機能部が利用可能なように構成され、該複数のモジュラー式機能部のそれぞれからの制御信号に基づいて該冷却機構の動作状態を変化させる動作制御部を有することを特徴とする。

ここで「モジュラー型」又は「モジュール化された」とは、一定の寸法又は形状及び特定の機能を有するように規格化された装置を意味する。

本発明に係るモジュラー型電子装置は、機能部と冷却部とを分離可能に構成したことにより、モジュラー型電子装置の冷却を、その装置単体の物理的構造要件に縛られずに実施することができる。

好ましい実施形態によれば、例えば単体で必要な冷却要件を満たす為には、小口径高速ファンを多数設置しなければならないが、複数の筐体をまとめることで、中大口径中低速ファンを用いることができ、装置システムの消費電力効率の向上、騒音や振動などの環境条件の改善が図れる。つまり、装置外部のより効率的な冷却システムを用いる機能を持たせることで、装置単体レベルで個々に実施する場合よりも、装置システムの消費電力効率の向上、騒音や振動などの環境条件の改善が図れる。

他の実施形態によれば、装置システムの設置場所の環境によって異なる、装置の冷却要件をプログラマブル制御情報として、装置のＢＭＣが読み出し、冷却制御に用いるような形態で、装置毎に書き込み可能な機能を有することで、従来の決められた（変更できない）制御情報に基づく冷却制御よりも、より効率的な冷却が実現できる。

本発明の一実施例に係るモジュラー型電子装置の模式的構成図を示す。 本発明の他の実施例に係るモジュラー型電子装置の模式的構成図を示す。 本発明のさらに他の実施例に係るモジュラー型電子装置の模式的構成図を示す。 従来技術に係るモジュラー型電子装置の模式的構成図を示す。

前記機能部はモジュール化された機能部（モジュラー式機能部）であり、前記冷却部は複数の該機能部を冷却できる能力を有するモジュール化された冷却部（モジュラー式冷却部）であることが好ましい。

前記冷却部に、外部との通信による情報伝達を可能とする外部通信端子を有することができる。

前記冷却部の冷却機構は、複数の前記機能部と外部冷却システムとを接続するダクト及び外部冷却システムから構成することができる。

（実施例１）
図１（Ａ）に本発明の実施例１に係るモジュラー型電子装置１０の模式構成図を示す。このモジュラー型電子装置１０は、モジュラー式機能部（機能部）の筐体２と、それから分離可能に構成されたモジュラー式冷却ユニット（冷却部）１とから構成される。本実施例は一つのモジュラー式機能部筐体２に対して、１つのモジュラー式冷却ユニット１が備えられている。図１（Ｂ）は、モジュラー式機能部筐体２とモジュラー式冷却ユニット１との配置関係の１例を示したものである。このように、モジュラー式機能部筐体２の例えば背面部にモジュラー式冷却ユニット１を配置することができる。

モジュラー式機能部筐体２は、その装置本来の機能の他に、電子装置の冷却などの各種環境基盤制御を行なうベースボードマネジメントコントローラ４（以下ＢＭＣと記述）及び温度、音響、振動などを検出するセンサ部８を含む。ＢＭＣ４は、プログラマブルユニット情報部（記憶素子）５及びセンサ部８の情報を元に、冷却装置部３を動作させるか、或いは、モジュラー式冷却ユニット１の外部通信端子６を介して、装置外機器に動作要求情報を送信する。

モジュラー式冷却ユニット１は、冷却装置部（冷却機構）３、ＢＭＣ４が冷却制御を行うのに必要な情報を格納する、読み出し書き込み可能な記憶素子から構成されるプログラマブルユニット情報部５、外部通信端子６から構成される。

記憶素子であるプログラマブルユニット情報部５に記憶された情報は書き込み可能であり、必要に応じて外部から情報を書き込むことができる。例えばプログラマブルユニット情報部５には、物理的設置条件（単体設置か隣接筐体ありの複数筐体による設置か、後者であれば筐体は幾つで必要な冷却条件は何か）や、環境条件（単体筐体で冷却機能を完結させるか、複数筐体で完結させるか、ラックレベル、ルームレベルなのかなど)等のデータを記憶することができる。

冷却装置部３は、例えば冷却ファンのような機械的なもの、或いは例えば単なる風洞又は整風板のような構造的なものであり、何らかの冷却効果を生むものである。外部通信端子６は、前記ＢＭＣ４が冷却制御するにあたり装置外機器の情報（例えばラックなど）が必要な場合、その装置外機器とプログラマブルユニット情報部５を介して、ＢＭＣ４との通信を行うものである。

このような装置構成とすることにより、モジュラー式機能部筐体２ごとに、その環境や条件に応じて最適な冷却動作を行うことができる。しかしより好ましくは、以下に述べるように複数のモジュラー式機能部筐体２に対して１つの冷却ユニットを用いることができる。

（実施例２）
図２（Ａ）を参照すると、本発明の実施例２に係るモジュラー型電子装置１０は、２つのモジュラー式機能部筐体２に対して、１つのモジュラー式冷却ユニット（冷却部）１が備えられている。そのため実施例１で説明した部材のほか、モジュラー式冷却ユニット１に、ＢＭＣ４からの指令により、機械的或いは構造的な冷却装置部３を制御する動作制御部７が追加されている。図２（Ｂ）は、２つのモジュラー式機能部筐体２と１つのモジュラー式冷却ユニット１との配置関係の１例を示したものである。このように２つの積層したモジュラー式機能部筐体２の例えば背面部に、１つのモジュラー式冷却ユニット１を共用して配置することができる。

モジュラー式冷却ユニット１のその他の構成及び各モジュラー式機能部筐体２に関する構成は実施例１と同様である。

次に、図２に示すモジュラー型電子装置１０の本発明にかかる動作を説明する。本モジュラー型電子装置１０は、２つの電子装置筐体が組み合わされて１つのシステムとして所定の機能を実現するもので、２つのモジュラー式機能部筐体２と、この２つの筐体に適合した１つのモジュラー式冷却ユニット１から構成される。

モジュラー式冷却ユニット１は、１つの電子装置筐体のみに適合可能なユニットに比べ大型となるため、より大口径で回転速度の遅いファンを冷却装置部３として用い、所定の冷却要件を満たすことができる。モジュラー式冷却ユニット１のプログラマブルユニット情報部５には、このユニット１が、２つのモジュラー式機能部筐体の適合品であることが書き込まれている他、２つのモジュラー式機能部筐体の冷却制御に必要な情報（例えば設置場所固有で守るべき温度などの環境条件）をＢＭＣ４が制御情報として読み出し可能な形で、書き込み可能である。

モジュラー式機能部筐体２のＢＭＣ４は、電子装置（機能部）が稼動状態（動的電源投入状態）に遷移する前に（静態的電源投入状態で）モジュラー式冷却ユニット１のプログラマブルユニット情報部５のデータを読み出し、冷却ユニット１が存在し、機能することを確認の上、電子装置機能部の稼動を許可する。電子装置機能部が稼動すると同時に冷却ユニット１のファン（冷却装置部）３の回転を開始する信号を動作制御部７に送り、ファン３が回転を開始する。

次いで、電子装置機能部の稼動開始後、センサ部８からの温度観測情報はじめ、各種センサ情報および冷却ユニット１のプログラマブルユニット情報部５のデータから、冷却ユニット１のファン３の動作状態を遷移せしめる状態が発生した場合、適切な遷移情報信号を動作制御部７に送り、ファン３の動作状態を変化させる。

（実施例３）
本発明の他の実施例として、基本的構成は上記の通りであるが、近年増加しつつあるラック、サーバルームなどの建屋レベルで冷却を行なう場合について、その構成を図３に示す。図３において、図２と同等の部材は同じ符号で示している。

本実施例は、多数の（本実施例では３つの場合を図示している）モジュラー式機能部筐体をまとめて外部に設けた大容量冷却システムで冷却するものである。本実施例においては、冷却ユニット１は、単にダクトとして構成された冷却装置部３、プログラマブルユニット情報部５及び外部冷却システム９とから構成される。プログラマブルユニット情報部５は、外部通信端子６を介して外部冷却システム９と通信可能である。ＢＭＣ４は、電子装置（機能部）の稼動遷移前に、外部通信端子６を介して外部冷却システム９と通信し、外部冷却システム９が接続され、正しく機能していることを以って正常であると判断し、電子装置機能部の稼動を許可する。

次いで、電子装置機能部の稼動開始後、センサ部８からの温度観測情報はじめ、各種センサ情報および冷却ユニット１のプログラマブルユニット情報部５のデータから、冷却状態の遷移が必要になった場合、冷却ユニット１の外部通信端子６を介して外部冷却システム９に遷移要求信号を送る。外部冷却システム９から冷却機能停止信号を受けた場合は、電子装置（機能部）を停止させるよう機能する。

以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものではなく、本発明の範囲内で当業者であればなしうるであろう各種変形、修正を含むことはもちろんである。

１ モジュラー式冷却ユニット（冷却部）
２ モジュラー式機能部（機能部）筐体
３ 冷却装置部（冷却機構）
４ ベースボードマネジメントコントローラ（ＢＭＣ）
５ プログラマブルユニット情報部（記憶素子）
６ 外部通信端子
７ 動作制御部
８ センサ部
９ 外部冷却システム
１０ モジュラー型電子装置
４０ 電子装置
４１ 小口径高速回転ファン

Claims (5)

1. モジュラー型電子装置であって、
   該電子装置の主たる機能を実現する機能部と、該機能を安定して発揮させるために該機能部を冷却する冷却部とが、構造的に分離可能に構成され、
   該冷却部は、該機能部によって動作制御される冷却機構を有し、
   該冷却部は、読み出し及び書き込み可能な記憶素子を含み、
   該記憶素子に記憶された情報は、該機能部が利用可能なように構成され、
   該機能部は、該情報をもとに該冷却機構を動作制御する制御信号を該冷却部に向けて出力し、
   複数の該機能部に対して１つの該冷却部を共有させて構成し、
   該複数の機能部の冷却要件を該記憶素子に記憶させ、
   該複数の機能部は、該冷却要件をもとに該制御信号を該冷却部に向けて出力し、
   該冷却部は、該複数の機能部のそれぞれからの該制御信号に基づいて該冷却機構の動作状態を変化させる動作制御部を有することを特徴とする電子装置。
2. 該機能部はモジュール化されたモジュラー式機能部であり、該冷却部は複数の該機能部を冷却できる能力を有するモジュール化されたモジュラー式冷却部であることを特徴とする、請求項１に記載の電子装置。
3. 該冷却部に、外部との通信による情報伝達を可能とする外部通信端子を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の電子装置。
4. 該冷却機構は、該複数の機能部と外部冷却システムとを接続するダクト及び外部冷却システムからなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の電子装置。
5. モジュラー型電子装置を冷却するための冷却ユニットであって、
   該冷却ユニットは、該モジュラー型電子装置の主たる機能を実現するモジュール化されたモジュラー式機能部とは構造的に分離可能に構成されており、
   １つの該冷却ユニットは、複数の該モジュラー式機能部を同時に冷却するために共有させて構成することが可能であり、かつ、該複数のモジュラー式機能部を冷却するための冷却能力を有するとともに該複数のモジュラー式機能部により動作制御される冷却機構を有し、
   読み出し及び書き込み可能な記憶素子を含み、
   該記憶素子に記憶された情報は、該複数のモジュラー式機能部が利用可能なように構成され、
   該複数のモジュラー式機能部のそれぞれからの制御信号に基づいて該冷却機構の動作状態を変化させる動作制御部を有することを特徴とする冷却ユニット。

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