JP5267597B2

JP5267597B2 - 電気機器

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Publication number: JP5267597B2
Application number: JP2011039246A
Authority: JP
Inventors: 久美子鈴木; 淳横山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: US9377026B2; JP2012177968A; US9976563B2; US20120219399A1; EP2493278A3; EP2493278A2; US20150275905A1

Description

本発明は電気機器に関し、特に低温環境下での起動方法に関する。

一般に電気機器には、動作保証温度があり、動作保証温度を外れた環境では正常に動作しないことがある。例えば、動作保証温度が摂氏−５度〜４０度の電気機器の場合、４０度を超える高温帯で長時間使用を続けると、故障や誤動作を起こす可能性がある。また、−５度を下回る低温帯で起動すると、起動直後の急激な温度変化に起因して部品の破損や劣化などの問題が発生し易い。

このため、電気機器には、高温対策として、排熱ファンなどの冷却機構が備えられている。また、低温対策として、起動直後の急激な温度上昇を防止する機構を装備する電気機器が存在する。

例えば特許文献１に記載の電気機器は、高温対策として、排熱ファンと、温度センサ付きファン制御装置とを有する。温度センサ付きファン制御装置は、機器内部の温度変化に応じて排熱ファンの停止、起動を制御することにより、機器内部の温度調整を行っている。また、低温対策として、電気機器の本体（サーバ装置など）を構成するＣＰＵは、予め定められた起動温度以下の低温で起動された場合には、ＯＳを実行せずにＢＩＯＳ動作状態を維持し、暖機運転を実施する。この暖機運転中、排熱ファンは停止している。暖機運転中に機器本体が発する熱によって機器内部の温度が上昇し、起動温度に達すると、ＣＰＵはＯＳを実行し、続いてアプリケーションプログラムを実行する。

特開２００４−１８５４３９号公報

特許文献１に記載の電気機器は、電気機器本体が発する熱を利用して暖機を行うため、低温対策にヒータなどの熱源を必要としない。しかし、高温対策のための排熱ファンは暖機運転中に停止させている。これは、暖機運転中に排熱ファンを回転させると、せっかく暖まった機器内の空気（内気と称す）が機器外の空気（外気と称す）と入れ替わってしまって機器内部の温度上昇を阻害すると考えられるためである。しかしながら、この現象は、外気が内気よりも低温である場合に起こり、外気が内気より高温であれば発生しない。逆に、外気が内気より高温であれば、外気を導入することで電気機器内部の温度上昇を促進することが可能になる。

本発明の目的は、上述したような課題、すなわち、低温環境下での起動時に外気が有効に活用されていない、という課題を解決する電気機器を提供することにある。

本発明の一形態にかかる電気機器は、
起動時、機器の内気より外気の方が温度が高いことを検出し、排熱ファンを回転させる低温時制御を実施する、といった構成を採る。

本発明は上述したような構成を有するため、低温環境下での起動時に、内気より暖かい外気を有効に利用して電気機器内部の温度上昇を促進することが可能になる。

本発明の第１の実施形態のブロック図である。本発明の第２の実施形態のブロック図である。本発明の第３の実施形態のブロック図である。本発明の第４の実施形態のブロック図である。本発明の第４の実施形態における制御フローを示す図である。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[第１の実施形態]
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態にかかる電気機器１００は、機器本体１０１と、制御手段１０２と、ファン１０３と、温度センサ１０４、１０５と、これらを収納する筐体１０６とから構成される。

筐体１０６は、主に高温対策のために、外気を筐体内に導入する吸気口１０７と、内気を筐体外に排出する排気口１０８とが、互いに対向する位置に設けられている。

機器本体１０１は、電気機器１００の主たる機能を司る部分である。例えば、電気機器１００が、ＩＴ機器であれば、ＩＴ機器を構成するコンピュータが機器本体１０１に相当する。機器本体１０１は、コンピュータに限定されず、リチウムイオン電池などのバッテリ機器でもよく、コンピュータやバッテリ機器以外の機器で構成されていてもよい。

ファン１０３は、主に高温対策のために設けられる排熱用の電動ファンである。ただし、本実施形態では、ファン１０３を低温対策にも活用する。ファン１０３は、制御手段１０３からの起動時、吸気口１０７から筐体内を通って排気口１０８に向かう空気の流れを引き起こす方向に回転する。

温度センサ１０４は、筐体１０６の内部の温度、つまり内気の温度を検出するセンサである。温度センサ１０５は、筐体１０６の外部の温度、つまり外気の温度を検出するセンサである。図１では、外気の温度を検出する温度センサ１０５を筐体１０６の吸気口１０７付近の外面に設けているが、筐体１０６内部の吸気口１０７や排気口１０８の付近に設けるようにしてもよい。その理由は吸気口や排気口の付近は外気の影響を受けているためである。

制御手段１０２は、ファン１０３、温度センサ１０４、１０５、および機器本体１０１と信号線により電気的に接続されている。制御手段１０２は、温度センサ１０４、１０５による温度計測、ファン１０３の起動と停止、機器本体１０１の起動と停止などを制御する機能を有する。

次に本実施形態の動作を説明する。

図示しない起動ボタンがプッシュされる等により、電気機器１００が起動されると、制御手段１０２は、温度センサ１０４で検出される機器の内気の温度が予め設定された第１の閾値より下回っているか否かを判定する。制御手段１０２は、内気の温度が第１の閾値を下回っていなければ、低温時制御は不要と判断し、速やかに機器本体１０１を起動する。例えば機器本体１０１がＣＰＵを含むコンピュータである場合、制御手段１０２はＣＰＵにＯＳを実行させることで機器本体１０１を起動する。

他方、内気の温度が第１の閾値を下回っていれば、制御手段１０２は、低温時制御を実施する。まず、制御手段１０２は、温度センサ１０５で検出される外気の温度が温度センサ１０４で検出される内気の温度よりも高いか否かを判定する。そして、外気の温度が内気の温度よりも高ければ、制御手段１０２は、ファン１０３を回転させる。これにより、内気より暖かい外気が吸気口１０７から筐体１０６内に導入されて、機器本体１０１の温度が徐々に上昇することになる。その後、制御手段１０２は、温度センサ１０４の温度が上記第１の閾値以上となるか、或いは一定時間が経過するなどの所定の条件が成立すると、機器本体１０１の起動を行う。また、制御手段１０２は、電気機器１００の通常運転中、機器内部の温度変化に応じてファン１０３の停止、起動を制御することにより、機器内部の温度調整を行う。例えば制御手段１０２は、温度センサ１０４で検出される温度が上記第１の閾値と同じか或いはそれ以上に高温の第２の閾値より上回っていれば、ファン１０３を回転させる。

低温時制御の開始時点で、外気の温度が内気の温度よりも高くない場合の制御手段１０２の動作は任意である。例えば、機器本体１０１の温度を高める何らかの他の手段が存在していれば、その手段によって機器本体１０１の温度が第１の閾値以上に上昇するのを待って機器本体１０１を起動するようにしてもよい。あるいは制御手段１０２は、そのような他の手段がなければ、機器本体１０１の起動を行わないようにしてもよいし、機器本体１０１をあえて低温で起動するようにしてもよい。

このように本実施形態によれば、低温起動時、内気より高温な外気を利用して電気機器内部の温度上昇を促進することが可能になる。

また本実施形態によれば、排熱に使用するファン１０３をそのまま低温対策に活用することが可能である。

[第２の実施形態]
図２を参照すると、本発明の第２の実施形態にかかる電気機器２００は、図１に示した第１の実施形態にかかる電気機器１００と比較して、制御手段１０２、ファン１０３、および温度センサ１０５に代えて、制御手段２０２、ファン２０３、および温度センサ２０５を有する点で相違する。

温度センサ２０５は、筐体１０６の排気口１０８付近の外気の温度を検出するセンサである。図２では、温度センサ２０５を筐体１０６の外面に設けているが、筐体１０６内部の排気口１０８の付近に設けるようにしてもよい。その理由は排気口１０８の付近は外気の影響を受けているためである。

ファン２０３は、主に高温対策のために設けられる排熱用の電動ファンである。ただし、本実施形態では、ファン２０３を低温対策にも活用する。ファン２０３は、吸気口１０７から筐体内を通って排気口１０８に向かう空気の流れを引き起こす方向に回転することができると共に、その逆方向にも回転することができる。以下、前者を正回転、後者を逆回転と呼ぶ。

制御手段２０２は、ファン２０３、温度センサ１０４、２０５、および機器本体１０１と信号線により電気的に接続されている。制御手段２０２は、温度センサ１０４、２０５による温度計測、ファン２０３の起動と停止ならびに回転方向の制御、機器本体１０１の起動と停止などを制御する機能を有する。

次に本実施形態の動作を、主に第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図示しない起動ボタンがプッシュされる等により、電気機器２００が起動されると、制御手段２０２は、温度センサ１０４で検出される機器の内気の温度が予め設定された第１の閾値より下回っているか否かを判定する。制御手段２０２は、内気の温度が第１の閾値を下回っていなければ、低温時制御は不要と判断し、速やかに機器本体１０１を起動する。

他方、内気の温度が第１の閾値を下回っていれば、制御手段２０２は、低温時制御を実施する。まず、制御手段２０２は、温度センサ２０５で検出される外気の温度が温度センサ１０４で検出される内気の温度よりも高いか否かを判定する。そして、外気の温度が内気の温度よりも高ければ、制御手段２０２は、ファン１０３を逆回転させる。これにより、内気より暖かい外気が排気口１０８から筐体１０６内に導入されて、機器本体１０１の温度が徐々に上昇することになる。その後、制御手段２０２は、温度センサ１０４の温度が上記第１の閾値以上となるか、或いは一定時間が経過するなどの所定の条件が成立すると、機器本体１０１の起動を行う。また、制御手段２０２は、電気機器２００の通常運転中、機器内部の温度変化に応じてファン２０３の正回転の起動、停止を制御することにより、機器内部の温度調整を行う。例えば制御手段２０２は、温度センサ１０４で検出される温度が上記第１の閾値と同じか或いはそれ以上に高温の第２の閾値より上回っていれば、ファン２０３を正回転させる。

低温時制御の開始時点で、外気の温度が内気の温度よりも高くない場合の制御手段２０２の動作は、第１の実施形態における制御手段１０２と同様に任意である。

このように本実施形態によれば、低温起動時、内気より高温な外気を利用して電気機器内部の温度上昇を促進することが可能になる。特に本実施形態は、複数台の電気機器１００を同じ場所で使用する際に特に効果を発揮する。その理由は以下の通りである。

一般に電気機器２００を他の同様な電気機器と一緒に設置する場合、それらの排気口は同じ方向を向いている。例えば、複数台の電気機器を部屋の壁面に沿って一列に並べる場合、それらの排気口を壁側に向けることが多い。そのため、一部の電気機器が稼働していると、その稼働中の電気機器の排熱が排気口側に吐き出されているため、吸気口側に比べて排気口側の方が温度が高くなる傾向がある。本実施形態では、ファン２０３を逆回転させているため、吸気口側に比べて温度の高い排気口側の外気を利用して機器本体１０１を暖めることができる。

[第３の実施形態]
図３を参照すると、本発明の第３の実施形態にかかる電気機器３００は、図２に示した第２の実施形態にかかる電気機器２００と比較して、温度センサ３０５が追加されており、また制御手段２０２に代えて制御手段３０２を有する点で相違する。

温度センサ３０５は、図１の第１の実施形態における温度センサ１０５と同様に、筐体１０６の吸気口１０７付近の外気の温度を検出するセンサである。図３では、温度センサ３０５を筐体１０６の外面に設けているが、筐体１０６内部の吸気口１０７付近に設けるようにしてもよい。

制御手段３０２は、ファン２０３、温度センサ１０４、２０５、３０５、および機器本体１０１と信号線により電気的に接続されている。制御手段３０２は、温度センサ１０４、２０５、３０５による温度計測、ファン２０３の起動と停止ならびに回転方向の制御、機器本体１０１の起動と停止などを制御する機能を有する。

次に本実施形態の動作を、主に第１および第２の実施形態との相違点を中心に説明する。

図示しない起動ボタンがプッシュされる等により、電気機器３００が起動されると、制御手段３０２は、温度センサ１０４で検出される機器の内気の温度が予め設定された第１の閾値より下回っているか否かを判定する。制御手段３０２は、内気の温度が第１の閾値を下回っていなければ、低温時制御は不要と判断し、速やかに機器本体１０１を起動する。

他方、内気の温度が第１の閾値を下回っていれば、制御手段３０２は、低温時制御を実施する。まず、制御手段３０２は、温度センサ２０５で検出される吸気口側の外気の温度と、温度センサ３０５で検出される排気口側の外気の温度とを比較して、より高い方を選択する。次に、制御手段３０２は、温度センサ１０４で検出される機器の内気の温度より、上記選択した外気の温度の方が高いか否かを判定する。そして、上記選択した外気の温度が内気の温度よりも高ければ、制御手段３０２は、ファン２０３を回転させて外気を筐体１０６内に導入し、内気よりも暖かい外気によって機器本体１０１を暖める。その際、制御手段３０２は、排気口側の外気を選択したのであれば、ファン２０３を逆回転させて外気を排気口１０８から筐体１０６内に導入する。他方、吸気口側の外気を選択したのであれば、ファン２０３を正回転させて外気を吸気口１０７から筐体１０６内に導入する。その後、制御手段３０２は、温度センサ１０４の温度が上記第１の閾値以上となるか、或いは一定時間が経過するなどの所定の条件が成立すると、機器本体１０１の起動を行う。また、制御手段３０２は、電気機器３００の通常運転中、機器内部の温度変化に応じてファン２０３の正回転の起動、停止を制御することにより、機器内部の温度調整を行う。

低温時制御の開始時点で、上記選択した外気の温度が内気の温度よりも高くない場合の制御手段３０２の動作は、第１および第２の実施形態における制御手段１０２、２０２と同様に任意である。

このように本実施形態によれば、低温起動時、内気より高温な外気を利用して電気機器内部の温度上昇を促進することが可能になる。特に本実施形態は、吸気口側および排気口側のうち、より温度の高い方の外気を選択的に導入することができる。

[第４の実施形態]
[概要]
本実施形態は、コンピュータの起動時に、コンピュータ内部の温度が動作保証温度よりも低温だった場合に、コンピュータ内の温度を徐々に上昇させ、コンピュータ動作温度として安全な状態となるよう制御した後に、ＯＳを起動させることを特徴の一つとする。また本実施形態は、一般的なコンピュータ構造を殆ど変更することなく実現可能であるため、より汎用性が高いことも特徴の一つである。

[構成の説明]
図４を参照すると、本実施形態にかかるコンピュータ４００は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）４０２、ＨＤＤ近傍に取り付けられた温度センサ４０２−ａ、正回転および逆回転可能なファン４０３、ＣＰＵ４０４、ＣＰＵ近傍に取り付けられた温度センサ４０４−ａ、メモリ４０５、ＩＯ（Input Output unit）４０６、ＩＯ近傍に取り付けられた温度センサ４０６−ａ、マネジメント機構４０７、電源４０８、これらを収容する筐体４０１で構成される。筐体４０１には、前面側に吸気口（図示せず）が設けれており、背面側に排気口（図示せず）が設けられている。図４では、ＣＰＵは２台、ファンは５台、ＨＤＤは４台、メモリとＩＯと電源はそれぞれ１台であるが、これらに台数は任意である。また、筐体４０１内での各コンポーネントの配置も図示したものに限定されるものではない。

マネジメント機構７は、第１乃至第３の実施形態における制御手段１０２、２０２、３０２に相当する。マネジメント機構７は、図示しない信号線により、温度センサ４０２−ａ、４０４−ａ、４０６−ａ、ファン４０３、ＣＰＵ４０４などの他のコンポーネントと電気的に接続されている。マネジメント機構７は、マイクロプロセッサ（図示せず）を有し、図５に示される制御フローを実行するようにプログラムされている。

[動作の説明]
マネジメント機構７は、ユーザなどからコンピュータ４００に対して起動の指示が出されると（ステップＳ１）、コンピュータ内部に搭載されている各温度センサ４０２−ａ、４０４−ａ、４０６−ａで検出される温度を確認する（ステップＳ２）。そして、マネジメント機構７は、何れか一つの温度センサで検出される温度が、予めマネジメント機構７のメモリに記憶されている動作保証温度を下回っているか否かを判定する（ステップＳ３）。

マネジメント機構７は、何れか一つの温度センサで検出される温度が動作保証温度を下回っている場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、低温時の制御を開始する（ステップＳ４）。低温時の制御では、まず、マネジメント機構７は、ＣＰＵ（プロセッサ）を通常時より低い周波数のクロックで動作させて、セルフテスト動作（コンピュータ起動時に一般的に実装されている起動診断）を起動する（ステップＳ５）。

加えて、マネジメント機構７は、コンピュータの排気側の温度（温度センサ４０６−ａで検出される温度）が、コンピュータの中央もしくは吸気側の温度（温度センサ４０４−ａもしくは温度センサ４０２−ａで検出される温度）より高いか否かを判定する（ステップＳ７）。そして、マネジメント機構７は、排気側の温度が中央もしくは吸気側の温度より高い場合には（ステップＳ７でＹｅｓ）、外気を取り入れるためファン４０３を逆回転させる（ステップＳ８）。これにより、排気側の空気がコンピュータ内部に取り込まれる。一般的に、コンピュータは前面吸気、背面排気であるため、起動しようとするコンピュータが搭載されているラック（キャビネット）に稼動状態の他の装置が搭載されている場合、その廃熱が背面側（排気側）に吐き出されている。本実施形態は、このように、排気側の温度が高い可能性があることを利用するものである。

マネジメント機構７は、コンピュータのセルフテストが完了すると（ステップＳ６）、再び、各温度センサで検出される温度を確認し（ステップＳ２）、起動保証温度との比較を行う（ステップＳ３）。比較の結果、依然として起動保証温度より低温であれば、更にセルフテストを繰り返す（ステップＳ５）。これにより、コンピュータに搭載されている部品が発する熱により、コンピュータ全体の温度が徐々に上昇する。

マネジメント機構７は、各温度センサで検出される温度が、起動保証温度を上回った場合には（ステップＳ３でＮｏ）、通常のＯＳ起動プロセスへ移る。その際、マネジメント機構７は、ファン４０３が低温時の制御プロセスで逆回転に設定されていれば、正回転へ設定を戻す（ステップＳ９）。また、ＣＰＵのクロック周波数が低い状態であれば、より高い通常のクロック周波数へ変更する（ステップＳ１０）。そして、マネジメント機構７は、ＯＳをＣＰＵ上で起動し、引き続きアプリケーションプログラムを起動する（ステップＳ１１）。

[効果の説明]
本実施形態によれば、コンピュータ構造を変更することなく、低温時には、より安全に機器の温度の上昇を促進し、ＯＳ起動までを該当のコンピュータだけで実施することが可能となる。ヒーターなどの特殊な機材を備える必要がないため、余計な機器コストが発生しない。

従来は、コンピュータを連続動作せることが一般的であったが、昨今のエコロジー活動、ＣＯ２削減などの動向により、夜間はコンピュータを停止させたり、年間を通して外気を導入し、空調設備を保持しない場合など、コンピュータの運用や設置環境などに大きな変化が起きている。今後、その傾向はさらに強まり、低温時からコンピュータを稼動させるニーズが益々増大すると考えられる。本実施形態によれば、そのようなニーズに対して、低温環境から安全にコンピュータを動作させ、かつより安価な実現方法を提供することができる。

以上、本発明を幾つかの実施形態を挙げて説明したが、本発明は以上の実施形態にのみ限定されず、その他各種の付加変更が可能である。また、本発明は、必要な機能をハードウェア的に実現することは勿論、コンピュータとプログラムとで実現することができる。プログラムは、磁気ディスクや半導体メモリ等のコンピュータ可読記録媒体に記録されて提供され、コンピュータの立ち上げ時などにコンピュータに読み取られ、そのコンピュータの動作を制御することにより、そのコンピュータを前述した各実施の形態における制御手段１０２、２０２、３０２として機能させる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
起動時、機器の内気より外気の方が温度が高いことを検出し、排熱ファンを回転させる低温時制御を実施する
ことを特徴とする電気機器。
（付記２）
温度センサと、
該温度センサの出力に基づいて機器の内気より外気の方が温度が高いことを検出し、前記排熱ファンを回転させる制御手段と
を有することを特徴とする付記１に記載の電気機器。
（付記３）
前記制御手段は、前記低温時制御時には前記排熱ファンを排熱時の回転方向と逆方向に回転させる
ことを特徴とする付記２に記載の電気機器。
（付記４）
前記温度センサは、外気を機器内に導入する吸気口と機器の内気を排出する排気口とを有する筐体の前記排気口付近の内気の温度を検出する第１の温度センサと、前記排気口付近以外の内気の温度を検出する第２の温度センサとから構成され、
前記制御手段は、前記第１の温度センサで検出される温度が前記第２の温度センサで検出される温度よりも高いとき、機器の内気より外気の方が温度が高いと判定する
ことを特徴とする付記３に記載の電気機器。
（付記５）
前記制御手段は、前記第１および第２の何れかの温度センサで検出される温度が第１の閾値を超えているか否かに基づいて、前記低温時制御によって前記排熱ファンを回転させるか否かを判定する
ことを特徴とする付記４に記載の電気機器。
（付記６）
機器本体にＣＰＵを有し、
前記制御手段は、前記第１および第２の何れかの温度センサで検出される温度が前記第１の閾値を超えるまで、前記ＣＰＵを通常時よりも低い周波数のクロックで動作させる
ことを特徴とする付記５に記載の電気機器。
（付記７）
前記制御手段は、前記低い周波数のクロックで動作させた前記ＣＰＵにセルフテストを行わせる
ことを特徴とする付記６に記載の電気機器。
（付記８）
前記制御手段は、前記第１および第２の温度センサで検出される温度が前記第１の閾値を超えると、前記ＣＰＵを通常時の周波数のクロックで動作させる
ことを特徴とする付記６または７に記載の電気機器。
（付記９）
前記制御手段は、前記通常時の周波数のクロックで動作させた前記ＣＰＵにＯＳの実行を開始させる
ことを特徴とする付記８に記載の電気機器。
（付記１０）
前記制御手段は、前記第１および第２の温度センサで検出される温度が前記第１の閾値と同じか或いはそれ以上に高温の閾値を超えると、前記排熱ファンを排熱時の回転方向で回転させる
ことを特徴とする付記６乃至９の何れかに記載の電気機器。
（付記１１）
起動時、機器の内気より外気の方が温度が高いことを検出し、排熱ファンを回転させる低温時制御を実施する
ことを特徴とする電気機器の起動方法。
（付記１２）
機器を構成するコンピュータを、
起動時、機器の内気より外気の方が温度が高いことを検出し、排熱ファンを回転させる低温時制御を実施する制御手段
として機能させるためのプログラム。

１００…電気機器
１０１…機器本体
１０２…制御手段
１０３…ファン
１０４、１０５…温度センサ
１０６…筐体
１０７…吸気口
１０８…排気口

Claims

吸気口と排気口とを有する筐体と、前記筐体内に設置されるメインユニットとを有する電気機器において、
前記筐体内の温度を検出する第１の温度センサと、
前記筐体外の温度を検出する第２の温度センサと、
電動ファンと、
前記第１の温度センサによって測定される温度が予め設定された第１の閾値より低い低温起動時、前記第２の温度センサによって検出される温度が前記第１の温度センサによって検出される温度よりも高い場合に、前記電動ファンを回転させる制御手段と
を有し、
前記第２の温度センサは、前記吸気口の近傍に取り付けられた第３の温度センサと、前記排気口の近傍に取り付けられた第４の温度センサとを有し、
前記制御手段は、前記低温起動時、前記第３の温度センサと前記第４の温度センサとのうち検出されている温度が高い方の温度センサを選択し、該選択した温度センサの検出温度が前記第１の温度センサによって検出される温度よりも高い場合、前記選択した温度センサが前記第３の温度センサであれば、前記電動ファンを、前記吸気口から前記筐体内を通って前記排気口に向かう空気の流れを引き起こす方向に回転させ、前記選択した温度センサが前記第４の温度センサであれば、前記電動ファンを、前記排気口から前記筐体内を通って前記吸気口に向かう空気の流れを引き起こす方向に回転させる
電気機器。