JP6364859B2 - 流動制御装置、電子機器、流動制御方法、及び流動制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、流体の流動を制御する流動制御装置、電子機器、流動制御方法、及び流動制御プログラムに関する。

サーバやコンピュータ等の電子装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の構成部品を冷却するための冷却ファンを有することが多い。

冷却ファンの回転速度を増減することにより、冷却強度を増減することが可能である。しかしながら、冷却ファンを高速に回転させるほど、より多くの電力が消費されるという問題がある。

一方、冷却ファンの消費電力を増加させなくても、冷却ファンの送風方向を変化させることによって、冷却強度を増加させることができる。

冷却ファンの消費電力を増加させることなく、冷却強度を増加させる技術の一例が、特許文献１に開示されている。

特許文献１の冷却ファン装置は、冷却すべき位置の近くに設置された複数の温度センサと、複数の冷却ファンと、温度センサにより計測された温度情報に基づいて、冷却ファンの送風方向を制御する制御ユニットとを含む。

特許文献１の冷却ファン装置は、以下のように動作する。特許文献１の制御ユニットは、各温度センサから温度情報を受け取り、温度センサ毎に予め設定された温度よりも高い温度情報を示す温度センサを選択する。制御ユニットは、選択した温度センサが設置された位置に近い冷却ファンを選択する。制御ユニットは、選択した温度センサの示す温度情報が予め設定された温度よりも低くなるように、選択した冷却ファンの送風方向を制御する。

以上の動作の結果、特許文献１の冷却ファン装置では、冷却ファンの送風方向を変化させることにより、冷却ファンの消費電力を増加させることなく、冷却強度を増加させる。

特開２０１２−５９９８１号公報（第６ページ、図１）

特許文献１の冷却ファン装置では、冷却ファンの送風方向を変化させるために、冷却ファンを平行移動させる伸縮ユニット、または送風方向を変化させるルーバ等の、可動部を有する部品（以下、「可動部品」という。）が必要である。一般に、可動部品は故障率が高い。つまり、特許文献１の冷却ファン装置には、故障率が高いという問題がある。
（発明の目的）
本発明の目的は、信頼性を維持しつつ、流体の流動を変化させることが可能な、流動制御装置、電子機器、流動制御方法、及び流動制御プログラムを提供することにある。

本発明の流動制御装置は、第１の方向に第１の流速で流体を流動させる第１の流動発生手段と、第２の方向に第２の流速で流体を流動させる第２の流動発生手段と、第１の流速及び第２の流速のそれぞれが位相差を伴うように、第１の流動発生手段及び第２の流動発生手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明の電子機器は、第１の方向に第１の流速で流体を流動させる第１の流動発生手段と、第２の方向に第２の流速で流体を流動させる第２の流動発生手段と、第１の流速及び第２の流速のそれぞれが位相差を伴うように、第１の流動発生手段及び第２の流動発生手段を制御する制御手段とを備えた、流動制御装置を備えることを特徴とする。

本発明の流動制御方法は、第１の方向への流体の第１の流速及び第２の方向への流体の第２の流速のそれぞれが位相差を伴うように、第１の流速及び第２の流速を制御することを特徴とする。

本発明の流動制御プログラムは、第１の方向に第１の流速で流体を流動させる第１の流動発生手段及び第２の方向に第２の流速で流体を流動させる第２の流動発生手段を備えた、流動制御装置が備えるコンピュータを、第１の流速及び第２の流速のそれぞれが位相差を伴うように、第１の流動発生手段及び第２の流動発生手段を制御する制御手段として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、信頼性を維持しつつ、流体の流動を変化させることが可能であるという効果がある。

本発明の第１の実施形態における流動制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における流動制御装置の制御手段の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における流動制御装置の処理手順の具体例を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態における流動制御装置の構成の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、すべての図面において、同等の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
（第１の実施形態）
本実施形態における構成について説明する。

図１は、本実施形態における流動制御装置１００の構成の一例を示すブロック図である。

流動制御装置１００は、空気、水等、所定の流体を流動させ、外部の装置（図示されない）に流体を吹き付ける。流動制御装置１００は、外部の装置に流動制御装置１００が吹き付ける流体が届くような位置に設置される。流体として用いる材料は、冷却・加熱等に適する物質であれば任意である。また、流体は、流動が可能な材料であればよい。従って、気体、液体、あるいは紛体でもよい。

流動制御装置１００は、流体を流動させる流動発生手段１５０、１６０と、流動発生手段１５０、１６０を制御する制御手段１１０とを有する。

流動発生手段１５０、１６０は、流動制御装置１００に固定される。流動発生手段１５０は、流動制御装置１００に対して所定の方向１７０に流動を発生させる。流動発生手段１６０は、流動制御装置１００に対して別の所定の方向１８０に流動を発生させる。

方向１７０、１８０は、例えば、方向１７０と方向１８０との成す角が０度より大きく１８０度より小さい任意の方向である。流動発生手段１５０、１６０は、それぞれが発生させる流体の流動が、冷却対象において重なり合う位置に設置される。なお、流動発生手段１５０、１６０のそれぞれが発生させる流体の流動は、流動制御装置１００、冷却対象、筐体等の物理的な構造、または流動同士の相互作用等による影響を受ける。その結果として、流体の流動は、冷却対象の位置において重なり合う必要がある。

上記のように、方向１７０、１８０は、方向１７０と方向１８０との成す角が上記の条件を満たす限り任意である。ただし、上記のような流動の重なりが効果的に発生するように、適切な角度に設定されることが望ましい。従って、方向１７０、１８０は、実験的に設定されてもよい。

制御手段１１０は、流動発生手段１５０が発生させる流体の流速を第１の流速となるように制御し、流動発生手段１６０が発生させる流体の流速を第２の流速となるように制御する。その結果、２つの流動が重なり合う範囲内では、おおよそ、流動発生手段１５０による方向１７０の第１の流速と、流動発生手段１６０による方向１８０の第２の流速とが、ベクトルとして合成された向きの流速が発生する。なお、方向１７０と方向１８０との成す角は０度より大きく１８０度より小さいので、ベクトルとして合成された流速の大きさは正の値である。つまり、ベクトルとして合成された流速の向きは、方向１７０と方向１８０との間の向きである。

流動制御装置１００は、内部にＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶手段とを備えてもよい。そして、ＣＰＵが記憶手段に格納されたプログラムを実行することによって、制御手段１１０を実現してもよい。

次に、本実施形態における動作について説明する。

図２は、本実施形態における流動制御装置１００の制御手段１１０の動作を説明するためのフローチャートである。

制御手段１１０は、第１の流速で、第１の方向に流体を流動させ、第２の流速で、第２の方向に流体を流動させる（ステップＳ１１）。

制御手段１１０は、第３の流速で、第１の方向に流体を流動させ、第４の流速で、第２の方向に流体を流動させる（ステップＳ１２）。

制御手段１１０は、ステップＳ１１〜Ｓ１２の処理を繰り返し実行してもよい。

なお、第１の流速又は第２の流速の一方、及び、第３の流速又は第４の流速の一方は、ゼロでもよい。

次に、本実施形態における処理手順の具体例について説明する。

図３は、本実施形態における流動制御装置１００の処理手順の具体例を説明するための図である。

図３（ａ）に本実施例における流動発生手段１５０の流速の制御例を、図３（ｂ）に本実施例における流動発生手段１６０の流速の制御例を示す。図３（ｃ）は、図３（ａ）図３（ｂ）の制御の結果である、合成された流速の方向である。制御手段１１０は、流動発生手段１５０の流速を、時刻０〜Ｔ（Ｔは任意の正の実数）では一定値Ｖ（Ｖは任意の正の実数）で、時刻Ｔ〜２Ｔでは０である変化を繰り返すように制御する（図３（ａ））。制御手段１１０は、流動発生手段１６０の流速を、時刻０〜Ｔでは０で、時刻Ｔ〜２Ｔでは一定値Ｖである変化を繰り返すように制御する（図３（ｂ））。

次に、処理手順について説明する。

流動制御装置１００が起動されると、制御手段１１０は、流動発生手段１５０に流動の開始を指示する。その結果、方向１７０に流体の流れが発生する。流動発生手段１５０による流体の流動開始後、一定期間Ｔが経過すると、制御手段１１０は、流動発生手段１５０に流体の流動の停止を指示し、流動発生手段１６０に流体の流動の開始を指示する。その結果、方向１８０に流体の流れが発生する。この制御を繰り返すことで、流体の流れの向きが方向１７０と方向１８０との間で切り替わる。

以上説明したように、本実施形態における流動制御装置１００では、流動発生手段１５０および流動発生手段１５０が発生させる流体の流速の変化により、流体の流動方向を変化させる。すなわち、本実施形態における流動制御装置１００では、流体の流動方向を変化させるために、故障率の高い可動部品を必要としない。従って、本実施形態における流動制御装置１００では、信頼性を維持しつつ、流体の流動を変化させることができる。

また、本実施形態における流動制御装置１００では、流体を流動させる方向が異なる２つの流動発生手段１５０、１６０が、流体の流動と停止を繰り返す。つまり、流動発生手段１５０、１６０各々の運転時間は流動制御装置の運転時間の半分である。従って、本実施形態における流動制御装置１００では、流動発生手段の平均故障間隔が延長されるという効果がある。

また、本実施形態における流動制御装置１００では、流体を流動させる方向が異なる２つの流動発生手段１５０、１６０が、流体の流動と停止を繰り返す。すなわち、ある時点では、流動発生手段１５０、１６０のどちらか一方が一定の流速で運転されている。つまり、流動発生手段を一定の流速で運転するのに要する消費電力が一定である場合には、流動制御装置全体の消費電力は一定である。従って、本実施形態における流動制御装置１００では、一定の消費電力の下で、流体の流動方向を変化させることができるという効果がある。

また、本実施形態における流動制御装置１００では、流動発生手段１５０および流動発生手段１５０が発生させる流体の流速の変化により、流体の流動方向を変化させる。一般に、障害物が存在する空間において、一定の方向への一定の流動力により流体を流動させると、定常的な流動パターンが発生することが多い。定常的な流動パターンにおいては、渦等の発生により局所的に極端に流速が低い箇所が発生し得る。同じ空間において、別の一定の方向への一定の流動力により流体を流動させると、別の定常的な流動パターンが発生することが多い。別の定常的な流動パターンにおいても、渦等の発生により局所的に極端に流速が低い箇所が発生し得る。ただし、別の定常的な流動パターンでは、最初の定常的な流動パターンとは、極端に流速が低い箇所の位置が異なる。

そこで、特定の期間内に流体の流動の方向を変化させると、複数の異なる定常的な流動パターンが平均化される。つまり、特定に期間内では、極端に流速が低い箇所が減少する。従って、本実施形態における流動制御装置１００では、筐体内の各地点における流速のむらを低減することができるという効果がある。

なお、本実施形態における流動制御装置１００では、流体を流動させる方向が異なる２つの流動発生手段１５０、１６０が、流体の流動と停止を繰り返す場合について説明した。しかしながら、本実施形態の流動制御装置における流速の制御は、必ずしも流体の流動と停止に限定されない。すなわち、本実施形態における流動制御装置１００では、流体を流動させる方向が異なる２つの流動発生手段１５０、１６０において、流速を完全にゼロにすることなく流速を変動させることにより、流体を流動させてもよい。この場合には、合成される流体の流動の方向は、流動発生手段１５０、１６０のそれぞれが流体を流動させる方向を、ベクトルとして合成した方向である。

また、本実施形態では、流動制御装置１００が、流体を流動する２種類の方向のいずれかを有する２つの流動発生手段を有する場合について説明した。しかしながら、本実施形態の流動発生手段の流体を流動させる方向は、必ずしも２種類に限定されない。すなわち、本実施形態の流動発生手段の流体を流動させる方向の数は、任意の値であってもよい。この場合には、流動制御装置１００は、例えば、流動発生手段が流体を流動させる方向毎に流体の流動と停止を繰り返す。

また、本実施形態における流動制御装置１００では、流体を流動させる方向が異なる２つの流動発生手段１５０、１６０が、流体の流動と停止を繰り返す場合について説明した。しかしながら、本実施形態の１つの方向に流体を流動させる流動制御装置の個数は、必ずしも１つに限定されない。すなわち、本実施形態における流動制御装置１００では、流体を流動させる方向のグループ毎に、複数個の流動発生手段が、グループ単位で流体の流動と停止を繰り返してもよい。この場合、制御手段は、流動発生手段が流体を流動させる方向のグループ毎に、流体の流動の開始と停止を順次繰り返す。

なお、流体を流動させる同じ方向を有する複数の流動発生手段は、個々の流動発生手段が発生させる流体の流動を弱め合わないことが望ましい。従って、流体を流動させる同じ方向を有する複数の流動発生手段は、それぞれが発生させる流体の流動が並行するように配置されることが望ましい。流体を流動させる同じ方向を有する複数の流動発生手段は、例えば、流体を流動させる方向に直行する面内に配置されることが望ましい。一方、流体を流動させる方向が異なる複数の流動発生手段は、個々の流動発生手段が発生させる流体の流動が合成される必要がある。従って、流体を流動させる方向が異なる複数の流動発生手段は、例えば、流体を流動させる方向に直列に配列されることが望ましい。

以上のように、複数の流動発生手段のそれぞれが発生させる流動の方向及び流速は、適切に設定されることによって、より効率が向上する。実際の流動の方向及び流速の決定方法は本発明の本質部分ではない。複数の流動発生手段のそれぞれが発生させる流動の方向及び流速は、例えば、実験又はシミュレーション等、適当な方法で決めればよく、その決定方法は限定されない。
（第２の実施形態）
本発明の流動制御装置の例として、筐体内のＨＤＤを空冷する冷却装置の例を第２の実施形態として示す。

本実施形態における構成について説明する。

図４は、本実施形態における冷却装置１０５の構成の一例を示すブロック図である。

冷却装置１０５は、外部の筐体１２０内の外部のディスクスロット１３０に格納された外部のＨＤＤを冷却する。また、冷却装置１０５は、筐体１２０内の外部の制御装置１９０を冷却する。筐体１２０は、例えば、前面吸気、背面排気の筐体で、前面側にディスクスロット１３０を有し、背面側に冷却装置１０５が設置される。

冷却装置１０５は、ファンユニット１５１〜１５４、１６１〜１６４を有する。

ファンユニット１５１〜１５４、１６１〜１６４は、ファンケージ１４０に固定される。ファンユニット１５１〜ファンユニット１６４は、ファンケージ１４０に対して特定の角度を有する。ファンユニット１５１、１５３、１６２、１６４は、ファンケージ１４０に対して所定の角度を有する。ファンユニット１５２、１５４、１６１、１６３は、ファンケージ１４０に対して別の所定の角度を有する。破線矢印１７０は、ファンユニット１５１、１５３、１６２、１６４の風向を示し、実線矢印１８０は、ファンユニット１５２、１５４、１６１、１６３の風向を示す。

その他の構成要素については、第１の実施形態と同じである。

次に、本実施形態における動作について説明する。

冷却装置１０５に電源が投入されると、制御手段（図示されない）は、ファンユニット１５１、１５３、１６２、１６４の回転を開始する。その結果、方向１７０に風が発生する。ファンユニット１５１、１５３、１６２、１６４の回転開始後、一定期間が経過すると、制御手段（図示されない）は、ファンユニット１５１、１５３、１６２、１６４の回転を停止し、ファンユニット１５２、１５４、１６１、１６３の回転を開始する。その結果、方向１８０に風が発生する。この制御を繰り返すことで、冷却空気の風向が方向１７０と方向１８０との間で切り替わり、筐体内の冷却空気の流速のむらが低減される。

以上説明したように、本実施形態における冷却装置１０５では、ファンユニット１５１、１５２、１５３、１５４およびファンユニット１６１、１６２、１６３、１６４が発生させる流体の流速の変化により、流体の流動方向を変化させる。すなわち、本実施形態における冷却装置１０５では、流体の流動方向を変化させるために、故障率の高い可動部品を必要としない。従って、流体の流動方向を変化させる冷却装置の故障率を低減することができる。

なお、本実施形態では、ファンユニットがファンケージ１４０に対して固定される場合について説明した。しかしながら、本実施形態のファンユニットは、必ずしもファンケージ１４０に対して固定される必要はない。本実施形態のファンユニットは、ディスクスロット１３０、筐体１２０等に対して固定されてもよい。

また、冷却装置１０５の制御手段（図示されない）は、更に、ファンユニットの故障を検出可能であってもよい。制御手段は、例えば、同じグループのファンユニットのうち所定の個数が故障した場合、風向の切り替え制御を中止し、全ファンユニットを同時に回転させる。２種類の風向のいずれもが風速の増加に寄与するならば、上述のファンユニットの同時回転により、ファンユニットの故障により減少した風速を、増加させることができる。この場合、制御手段は、故障したファンユニットの交換後に、風向の切り替え制御を再開してもよい。

また、本実施形態では、筐体１２０内のディスクスロット１３０に格納されたＨＤＤや外部の制御装置１９０が冷却対象である場合について説明した。しかしながら、本実施形態の冷却対象は、限定されない。本実施形態の冷却対象は、ディスクスロット１３０に格納された外部の冷却対象装置（図示されない）、また、筐体１２０の外部の制御装置１９０の位置に配置される外部の冷却対象装置であってもよい。冷却対象装置は、ＨＤＤ、冷却装置１０５の制御回路、他の情報処理装置、他のマザーボード等である。

尚、図２の流動制御装置の各処理は、ソフトウェアによって実行されてもよい。すなわち、各処理を行うためのコンピュータプログラムが、流動制御装置が備えるＣＰＵによって読み込まれ、実行されてもよい。プログラムを用いて各処理を行っても、上述の実施形態の処理と同内容の処理を行うことができる。そして、上記のプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等、非一時的な媒体に格納されてもよい。

あるいは、各処理は、個別の回路等の構成要素によって実行されてもよい。

尚、本願発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更、変形して実施することができる。

本発明における流動制御装置は、例えば、気体又は液体による、冷却装置又は加熱装置において、冷却むら又は加熱むらを低減するために利用可能である。

また、本発明における流動制御装置は、例えば、気体、液体、又は紛体による、洗浄装置、塗装装置、混合装置、又は研磨装置において、洗浄むら、塗布むら、混合むら、又は研磨むらを低減するために利用可能である。

１００ 流動制御装置
１５０、１６０ 流動発生手段
１７０、１８０ 方向
１０５ 冷却装置
１５１、１５２、１５３、１５４ ファンユニット
１６１、１６２、１６３、１６４ ファンユニット
１４０ ファンケージ

Claims (10)

1. 第１の方向に第１の流速で流体を流動させる第１の流動発生手段と、
   前記第１の流動発生手段を通過した前記流体を第２の方向に第２の流速で流動させる第２の流動発生手段と、
   前記第１の流速及び前記第２の流速のそれぞれが位相差を伴うように、前記第１の流動発生手段及び前記第２の流動発生手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする流動制御装置。
2. 前記第１の流動発生手段及び前記第２の流動発生手段のそれぞれは、２個以上存在する
   ことを特徴とする請求項１に記載の流動制御装置。
3. 前記第１の方向に前記第１の流速で前記流体を流動させる第３の流動発生手段を更に備え、
   前記第１の流動発生手段及び前記第３の流動発生手段は、前記第１の流動発生手段及び前記第３の流動発生手段のそれぞれが発生させる流体の流動が並行する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の流動制御装置。
4. 前記制御手段は、前記第１の流速と前記第２の流速との和が所定の値以下であるように、前記第１の流速及び前記第２の流速を変動させる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流動制御装置。
5. 前記流体は、外部の対象物を冷却又は加熱するための、気体又は液体である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流動制御装置。
6. 前記流体は、外部の対象物を、洗浄、塗装、混合、加工するための、気体、液体、又は紛体である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流動制御装置。
7. 故障が発生していないときに前記第１の方向に前記第１の流速で前記流体を流動させる流動発生手段、又は故障が発生していないときに前記第２の方向に前記第２の流速で前記流体を流動させる流動発生手段のいずれか一方である、第４の流動発生手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記第４の流動発生手段が故障した際に、前記第１の流動発生手段における前記第１の流速及び前記第２の流動発生手段における前記第２の流速の位相が一致するように、前記第１の流動発生手段及び前記第２の流動発生手段を制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流動制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の流動制御装置を備えた電子機器。
9. 第１の方向に第１の流速で流体を流動させる第１の流動発生手段、及び前記第１の流動発生手段を通過した前記流体を第２の方向に第２の流速で流動させる第２の流動発生手段を備えた、流動制御装置の流動制御方法であって、
   前記第１の流速及び前記第２の流速のそれぞれが位相差を伴うように、前記第１の流速及び前記第２の流速を制御する
   ことを特徴とする流動制御方法。
10. 第１の方向に第１の流速で流体を流動させる第１の流動発生手段、及び前記第１の流動発生手段を通過した前記流体を第２の方向に第２の流速で流動させる第２の流動発生手段を備えた、流動制御装置が備えるコンピュータを、
    前記第１の流速及び前記第２の流速のそれぞれが位相差を伴うように、前記第１の流動発生手段及び前記第２の流動発生手段を制御する制御手段
    として機能させるための流動制御プログラム。

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