JPH07200070A

JPH07200070A - 低騒音化強制冷却方法及びその装置

Info

Publication number: JPH07200070A
Application number: JP33711093A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 純一佐藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-04

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、低騒音化強制冷却方法及びその装
置に関し、低騒音化、低消費電力化、信頼性の向上を達
成することを目的とする。【構成】被冷却装置の消費電力を測定する消費電力測
定手段と、消費電力に対応する被冷却装置内温度上昇分
を出力する温度上昇換算手段と、環境温度測定手段と、
温度上昇換算手段から出力された被冷却装置内温度上昇
分と環境温度測定手段から出力された環境温度値とを加
算する加算手段と、被冷却装置の温度限界値と加算手段
から出力された値との差分を出力する減算手段と、該減
算手段から出力された差分に応じた駆動を冷却ファンに
生じさせるファン駆動制御手段とを設けたことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被冷却装置で消費する
消費電力を用いて冷却ファンの回転を制御する低騒音化
強制冷却方法及びその装置に関する。

【０００２】通信分野等で使用される電子装置では、そ
こで消費する電力量がかなりの量になるので、電子装置
内の温度が上昇し、その温度上昇が電子装置の温度上昇
許容限界を超えるに至ることがある。従って、電子装置
の冷却を行わなければならない。

【０００３】そして、電子装置には、その構成法として
シェルフやモジュールの増設にも即応し得るビルディン
グ方式が用いられる。このビルディング方式により構成
される電子装置に関して電子装置を構成する構成要素
（シェルフ、モジュール等）は、自由自在な配置が可能
であり、このため、構成要素の固定的な配置方式の場合
と比し温度上昇の仕方も電子装置の配置位置により様々
に変わる。

【０００４】このような温度上昇があった場合にも、電
子装置の温度上昇をその温度上昇許容限界を超えないよ
うに、電子装置の冷却を行う必要がある。

【０００５】

【従来の技術】従来の電子装置の冷却方式は、電子装置
の構成法が前述のようなビルディング方式によるか否か
を問わず、次のような方式で冷却ファンの回転数を決定
している（以下、第１の強制冷却方式という）。即ち、
図４の（Ａ）に示すように、電子装置が設置される環境
での最高環境温度（Ｔ_{out max}）を設定し、該環境温度
が最高環境温度の条件下でしかも電子装置がビルディン
グ方式の場合、実現し得る最大規模のビルディング条件
の下にて電子装置の温度上昇が最高温度上昇分（Ｔ
_{up max}）であるとしたときにも、該最高温度上昇分が、
当該電子装置内の最高温度限界（Ｔ_max）を超えないよ
うに、ファン駆動制御装置５０により冷却ファン５６₁
〜５６_nの回転数を予め固定的に設定していた（図５参
照）。

【０００６】又、複数の冷却ファンを用いる大型の電子
装置では、該複数の冷却ファンのうちの１乃至２個の冷
却ファンの故障時にも、電子装置の最高温度上昇分が最
高温度上昇限界を超えないような温度マージン（Ｔ_m）
を見込んでファン風量（回転数）を設定している。又、
冷却ファンの回転数制御方式では、装置内温度を常時検
出し、検出温度に対応してファン回転数を制御すること
により装置を冷却制御する強制冷却方式（第２の強制冷
却方式という。）も検討されている。この場合の装置内
温度上昇分検出手段としては、温度センサーを使用する
のが一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の第１の強制冷却
方式は、最高環境温度（Ｔ_{out max}）条件下にて電子装
置の温度上昇分が最高（Ｔ_{up max}）となるような負荷を
与えた時、電子装置内の最高温度限界（Ｔ_max）を超え
ないように冷却ファンの回転数を予め設定しているた
め、装置の負荷が最大でない時でも、強制冷却ファンの
回転数は必要以上に高く、冷却ファンから発生する騒音
も大きい。これは、又冷却に消費される電力量も必要以
上に大きくなることをも意味している。

【０００８】前述の第２の強制冷却方式は、前記第１の
強制冷却方式で問題となる騒音、及び消費電力量の問題
の解決に大いに役立つが、温度分布に係る問題が、なお
残る。即ち、電子装置内に、内部モジュールの実装位
置、装置の運用状況等により装置内部温度分布に偏差が
発生することがある。更に、ビルディング方式の大型装
置では装置内のシェルフ，モジュール増設等によって実
装条件を変えた場合の温度分布偏差に顕著に現れる。事
実、シェルフ５段構成の大型装置においては、装置内温
度分布の偏差は、５〜１５°Ｃにもなることは実測済で
ある。

【０００９】従って、前記第２の強制冷却方式では、温
度センサーの設置位置、数等に制限があるため、装置内
の最高温度を充分に把握し切れず、装置の冷却ファンを
的確な回転数で制御することができない。本発明は、斯
かる技術的課題に鑑みて創作されたもので、低騒音化、
低消費電力化、信頼性の向上を達成することができる低
騒音化強制冷却方法及びその装置を提供することをその
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項３、請求
項４、請求項５及び請求項６に係る発明の原理ブロック
図を示す。図２は、請求項７に係る発明の原理ブロック
図を示す。請求項１に係る発明は、被冷却装置で消費す
る消費電力を測定し、測定された消費電力を該消費電力
での被冷却装置内温度上昇分に換算し、換算された被冷
却装置内温度上昇分と環境温度値とを加算し、加算され
た温度値と前記被冷却装置の温度上昇限界値との差分を
算出し、算出された差分に応じた駆動を冷却ファンに生
じさせることを特徴とする。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に記載さ
れる低騒音化強制冷却方法において、複数個設けられた
冷却ファンの内の一部に障害が発生したとき、障害冷却
ファン数に応じた被冷却装置内追加温度上昇分及び障害
冷却ファン識別情報を出力し、換算された被冷却装置内
温度上昇分と加算された温度値との差分及び前記出力さ
れた被冷却装置内追加温度上昇分とに応じた空冷ファン
駆動量を前記障害冷却ファン識別情報で識別される冷却
ファン以外の冷却ファンに生じさせることを特徴とす
る。

【００１２】請求項３に係る発明は、図１に示すよう
に、被冷却装置の消費電力を測定する消費電力測定手段
２と、測定された消費電力に対応する前記被冷却装置内
温度上昇分を出力する温度上昇換算手段４と、環境温度
測定手段６と、前記温度上昇換算手段４から出力された
被冷却装置内温度上昇分と前記環境温度測定手段６から
出力された環境温度値とを加算する加算手段８と、前記
被冷却装置の温度限界値と前記加算手段８から出力され
た値との差分を出力する減算手段１０と、該減算手段１
０から出力された差分に応じた駆動を冷却ファンに生じ
させるファン駆動制御手段１２とを設けたことを特徴と
する。

【００１３】請求項４に係る発明は、図１に示すよう
に、請求項３に記載される低騒音化強制冷却装置におい
て、温度上昇換算手段４は、消費電力に対応する被冷却
装置内温度上昇分を検索可能な記憶装置を含んで構成さ
れたことを特徴とする。請求項５に係る発明は、図１に
示すように、請求項４に記載される低騒音化強制冷却装
置において、記憶装置は、被冷却装置内の様々な動作条
件及び様々な実装条件の下での最高の被冷却装置内温度
上昇分を消費電力対応に記憶することを特徴とする。
請求項６に係る発明は、図１に示すように、請求項３、
請求項４、又は請求項５に記載される低騒音化強制冷却
装置において、ファン駆動制御手段１２は、リニア回転
制御手段であることを特徴とする。

【００１４】請求項７に係る発明は、図２に示すよう
に、請求項３、請求項４、請求項５、又は請求項６に記
載される低騒音化強制冷却装置において、各冷却ファン
からの障害通知信号に応答して障害ファン数に応じた被
冷却装置内追加温度上昇分及び障害発生冷却ファン識別
情報を出力する追加ファン駆動制御情報出力手段１４を
設け、ファン駆動制御手段１２を、減算手段１０からの
差分及び前記追加ファン駆動制御情報出力手段１４から
の被冷却装置内追加温度上昇分に応じた回転を前記障害
冷却ファン識別情報で識別される冷却ファン以外の冷却
ファンに生じさせるファン駆動制御手段１２Ａとして構
成したことを特徴とする。

【００１５】

【作用】請求項１に係る発明は、測定された被冷却装置
の消費電力から装置内温度上昇分を得てこの装置内温度
上昇分をそのときの環境温度に加えて被冷却装置内温度
値を求める。

【００１６】この被冷却装置内温度上昇値と前記被冷却
装置の温度限界値との差分を求め、その差分に応じた冷
却ファンの駆動を生ぜしめる。即ち、差分が負である
（即ち、前記被冷却装置内温度値が前記被冷却装置の温
度限界値を超えている）ならば、冷却ファンの駆動を生
じさせ、正ならば、冷却ファンは駆動されない。このよ
うに、冷却ファンは、差分に応じて駆動されるので、冷
却ファンの駆動量は必要最小限となり、冷却ファンから
生ずる騒音は、前述の従来方法に比して低減される。
又、消費電力の節減ともなる。

【００１７】請求項２に係る発明は、複数の冷却ファン
の内のいくつかに障害が発生しても、残りの正常な冷却
ファンに冷却効果を肩代わりさせるように制御するの
で、冷却ファンから生ずる騒音は、多少増加するが、被
冷却装置の連続動作を継続し得るので、請求項１と同様
の効果が得られるほか、被冷却装置の信頼性を更に向上
させることができる。

【００１８】請求項３に係る発明は、消費電力測定手段
２で測定された被冷却装置の消費電力から当該時刻にお
ける被冷却装置内温度上昇分が温度上昇変換手段４から
出力される。この被冷却装置内温度上昇分が環境温度値
と加算手段８で加算されて前述の当該時刻における被冷
却装置内の温度値が求められる。求められた被冷却装置
内の温度値と、被冷却装置内の温度限界値との差分が減
算手段１０で求められる。この差分に応じた駆動が、フ
ァン駆動制御手段１２によって冷却ファンに生ぜしめら
れる。

【００１９】従って、この発明においても、冷却ファン
から発生する騒音の低騒音化、低消費電力化、冷却の即
応性、被冷却装置の信頼性の向上が得られる。請求項４
に係る発明は、温度上昇換算を記憶装置を介して行うの
で、請求項３と同様の効果を享受し得る。請求項５に係
る発明は、装置内温度分布偏差を考慮して被冷却装置内
温度上昇分が偏差分布内での最高となる所の温度上昇換
算を予め記憶されている記憶装置を介して行うので、そ
れに対応して冷却ファンが駆動され、被冷却装置の最高
温度上昇部分が温度限界を超えることなく、請求項３と
同様の効果を享受し得る。

【００２０】請求項６に係る発明は、ファン駆動制御手
段１２をリニア回転制御手段としたので、冷却ファンの
回転を極限まで制限しつつ、請求項３と同様の効果を享
受することができる。請求項７に係る発明は、複数の冷
却ファンの内のいずれかに障害が発生したとき、追加フ
ァン駆動制御情報出力手段１４から被冷却装置内追加温
度上昇分及び障害発生ファン識別情報が出力される。フ
ァン駆動制御手段１２Ａは、被冷却装置内追加温度上昇
分に応じた駆動を前記障害発生ファン識別情報で識別さ
れる冷却ファン以外の冷却ファンに生ぜしめる。

【００２１】従って、冷却ファンから生ずる騒音及び消
費電力は、請求項３乃至請求項６に係る発明よりも多少
増加するが、冷却ファンに障害が発生しても被冷却装置
の連

【００２２】続動作を可能にするので、被冷却装置の信
頼性を更に向上させることができる。

【実施例】図３は、請求項１乃至請求項７に係る発明の
一実施例を示す。図３において、２０は電子装置で消費
する電力を測定する消費電力測定装置で、消費電力測定
装置２０は、例えば電子装置（図示せず）へ電力を供給
する１次側回路にシャント抵抗を挿入してシャント抵抗
の両端に生ずる電位差から装置流入電流値を判定し、該
装置流入電流値と１次側回路の電圧値とから消費電力を
検出するように構成されている。１次側回路が交流であ
る場合には、１次側の力率も考慮される。

【００２３】２２は電子装置内で消費する消費電力（Ｐ
ＯＷ）に対する装置内温度上昇分（Ｔ_UP）（各請求項に
記載の被冷却装置内温度上昇分に対応する。）を出力す
る装置内温度上昇変換装置である。２４は温度値加算器
で、温度センサー２３（図示せず）からの周囲温度（環
境温度）と装置内温度上昇変換装置２２からの装置内温
度上昇分とを加算する加算器である。２６は装置内温度
限界値を設定出力する限界値設定装置である。２８は、
限界値設定装置２６から出力された装置内温度限界値
と、前記温度加算器２４から出力される温度値（装置内
の温度）との差分、即ち温度マージン（Ｔ_M）を出力す
る減算器である。減算器２８からの温度マージンは、フ
ァン回転制御装置３２へ供給される。

【００２４】ファン回転制御装置３２は、冷却ファン３
４₁〜３４_nの回転数を減算器２８からの温度マージン
によってリニアに制御するほか、後述するファン制御情
報が入力される場合には前記温度マージンに加えて該フ
ァン制御情報をも加えて冷却ファン３４₁〜３４_nの回
転数をリニアに制御するように構成されている。温度マ
ージンだけによる冷却ファン３４₁〜３４_nの回転数の
制御は、温度マージンが負の値になるときに、その負の
値に応じた回転数に冷却ファンの回転数を設定するよう
な制御であり、温度マージンが正の値となるときには、
冷却ファン３４ ₁〜３４_nの回転を停止する制御であ
る。又、ファン制御情報によって知らされるファン障害
程度に対応し、各冷却ファンの回転数を増すような制御
である。

【００２５】冷却ファン３４₁〜３４_nの各々は、回転
障害が発生したとき、その旨を表す回転障害信号を発生
する。この回転障害信号は、例えば公知の技法による回
転障害信号発生器によって発生される。回転障害信号発
生器は、例えば、冷却ファンの１回転当たり１パルスを
発生する回路から出力されるパルスをモノマルチバイブ
レータ用パルスとして使用し、ファン回転が異常（停
止、若しくは設定以下の回転数）になったときモノマル
チバイブレータから異常出力を発生するように構成され
る。各冷却ファンから出力される回転障害信号は、ファ
ン障害検出回路３６へ供給されてファン制御情報を発生
する。ファン制御情報は、停止ファン数に応じただけ他
の冷却ファンの回転数を上げる情報（装置内追加温度上
昇分）及び障害冷却ファン識別情報であり、ファン回転
制御装置３２へ供給される。

【００２６】図３において、消費電力測定装置２０は、
図１及び図２の消費電力測定手段２に対応し、装置内温
度上昇変換装置２２は、図１及び図２の温度上昇換算手
段４に対応する。温度値加算器２４は、図１及び図２の
加算手段８に対応し、限界値設定装置２６及び減算器２
８は、図１及び図２の減算手段１０に対応する。ファン
回転制御装置３２は、図１及び図２のファン駆動制御手
段１２に対応し、ファン障害検出回路３６は、図２の追
加ファン駆動制御情報出力手段１４に対応する。

【００２７】前述のように構成される請求項１乃至請求
項７に係る発明の動作を以下に説明する。電子装置が稼
働状態にあり、そのときに電子装置で消費している電力
を消費電力測定装置２０で測定する。測定された消費電
力に対して電子装置で上昇する装置内温度上昇分、例え
ば図４の（Ｂ）に示すＴ_{UP MAX}（最大ビルディング構成
の場合）が装置内温度上昇換算装置２２で換算出力され
る。この装置内温度上昇換算は、リアルタイムで行われ
るから、冷却制御に即応性が得られる。

【００２８】その装置内温度上昇分と温度センサーから
送られて来る周囲温度、例えば図４の（Ｂ）に示すＴ
_OUT-1との和が、温度値加算器２４で求められる。温度
加算器２４から出力される値（Ｔ_OUT-1＋Ｔ_{UP MAX}）
と、装置内温度上昇限界値Ｔ_MAXとの差分、即ち温度マ
ージンＴ_M1が減算器２８から出力される。

【００２９】温度マージンＴ_M1に応答したファン回転制
御装置３２は、温度マージンＴ_M1に応じた回転数のリニ
アな駆動を各冷却ファン３４₁〜３４_nに生じさせる。
温度マージン分のみのリニアな回転制御により、冷却フ
ァンの可能な限りの低騒音化及びファン消費電力を必要
最小限に抑えることができる。前記リニアな駆動は、直
流によるリニアな回転制御が好ましい。これによれば、
冷却ファンの回転を温度マージンのみの冷却分の極限ま
で制限することができる。

【００３０】それ故、冷却ファンの回転数も、従来方式
よりも低く抑え込むことができ、冷却ファンから発生す
る騒音も、それに従い従来よりも低減させることが可能
である。更に、このことは、冷却に消費される電力も必
要最小限まで低減せしめることが可能となる。又、図４
の（ｃ）に示されるように、周囲温度がＴ_OUT-2で、装
置内温度上昇分がＴ_{UP MAX}であった場合には、これら２
つの温度値の和は装置内温度上昇限界値Ｔ_MAXよりも小
さいため、温度マージンＴ_M2は正となり、いずれの冷却
ファンを駆動せしめる必要もない。従って、この場合
は、冷却ファンから発生する騒音は無く、無音状態とな
り、低騒音化効果を遺憾なく享受し得る。

【００３１】通常装置は、最高周囲温度Ｔ_{OUT MAX}近く
の条件で使用することは稀であり、このため、本方式で
は、負となる温度マージンの値を小さく抑え込むことは
可能であり、冷却ファンは低騒音化状態で使用されるこ
とになる。冷却ファンを低騒音状態で使用可能となるこ
とは、又冷却に要する電力を低減し得るので、強制冷却
の低電力化も可能になる。

【００３２】前述したような稼働状態において、複数の
冷却ファン３４₁〜３４_nの内の１，２の冷却ファンに
障害が発生した場合には、その回転障害信号が、障害発
生の冷却ファンからファン障害検出回路３６へ通知され
て来る。ファン障害検出回路３６は、ファン制御情報を
ファン回転制御装置３２へ送る。ファン回転制御装置３
２は、温度マージンにファン制御情報を加えて障害が発
生していない冷却ファンに対してファン障害により装置
内温度が、装置内温度限界を超えないようにファン回転
数を上げる為の駆動制御を行う。この駆動は、ファン制
御情報により知らされた装置内追加温度上昇分に相当す
る回転数だけ各冷却ファンの回転数を上げることであ
る。これにより、電子装置の温度上昇を装置内温度限界
値Ｔ_MAXより低いところに抑えることが可能となる。こ
の場合、冷却ファンの回転を上げた分だけ騒音が増える
が、電子装置の連続運用が許容され、電子装置の信頼性
の向上となる。

【００３３】なお、前記実施例においては、消費電力か
ら装置内温度上昇分への変換を行うのに記憶装置を使用
しているが、該変換に他の手段を用いてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
冷却装置で消費される消費電力を装置内温度上昇分の誘
導に用いているから、被冷却装置の強制冷却に必要な風
量を極限まで減らすことができるので、装置の騒音を大
幅に抑えることができる。この制御は、最高環境温度
で、且つ最高装置内温度上昇分の下で装置を使用するこ
との稀なことと相俟って、電子装置を使用する環境を静
かな環境として提供する手段となり得る。この手段は、
又消費電力の節減に役立つ。低騒音環境で、しかも低消
費電力の下で、装置の信頼性の向上を図ることができ
る。又、冷却ファンに発生する障害を考慮に入れること
で、多少の騒音増を許容すれば、低騒音環境で電子装置
の連続運用が可能になり、電子装置の信頼性は、更に向
上となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項３乃至請求項６に係る発明の原理ブロッ
ク図である。

【図２】請求項７に係る発明の原理ブロック図である。

【図３】請求項１乃至請求項７に係る発明の一実施例を
示す図である。

【図４】図３に示す実施例と従来方式との比較を示す図
である。

【図５】従来の強制冷却方式を示す図である。

【符号の説明】

２消費電力測定手段４温度上昇換算手段６環境温度測定手段８加算手段１０減算手段１２ファン駆動制御手段１４追加ファン駆動制御情報出力手段２０消費電力測定装置２２装置内温度上昇変換装置２４温度値加算器２６限界値設定装置２８減算器３２ファン回転制御装置３４₁ 冷却ファン３４_n 冷却ファン３６ファン障害検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被冷却装置で消費する消費電力を測定
し、測定された消費電力を該消費電力での被冷却装置内温度
上昇分に換算し、換算された被冷却装置内温度上昇分と環境温度値とを加
算し、加算された温度値と前記被冷却装置の装置内温度限界値
との差分を算出し、算出された差分に応じた駆動を冷却ファンに生じさせる
ことを特徴とする低騒音化強制冷却方法。
【請求項２】請求項１に記載される低騒音化強制冷却
方法において、複数個設けられた冷却ファンの内の一部に障害が発生し
たとき、障害冷却ファン数に応じた被冷却装置内追加温
度上昇分及び障害冷却ファン識別情報を出力し、換算された被冷却装置内温度上昇分と加算された温度値
との差分及び前記出力された被冷却装置内追加温度上昇
分とに応じた駆動を前記障害冷却ファン識別情報で識別
される冷却ファン以外の冷却ファンに生じさせることを
特徴とする低騒音化強制冷却方法。
【請求項３】被冷却装置の消費電力を測定する消費電
力測定手段（２）と、測定された消費電力に対応する前記被冷却装置内温度上
昇分を出力する温度上昇換算手段（４）と、環境温度測定手段（６）と、前記温度上昇換算手段（４）から出力された被冷却装置
内温度上昇分と前記環境温度測定手段（６）から出力さ
れた環境温度値とを加算する加算手段（８）と、前記被冷却装置の温度限界値と前記加算手段（８）から
出力された値との差分を出力する減算手段（１０）と、該減算手段（１０）から出力された差分に応じた駆動量
を冷却ファンに生じさせるファン駆動制御手段（１２）
とを設けたことを特徴とする低騒音化強制冷却装置。
【請求項４】請求項３に記載される低騒音化強制冷却
装置において、温度上昇換算手段（４）は、該消費電力で被冷却装置内
温度上昇分を予め記憶しておき、これを検索することの
可能な方式で構成されたことを特徴とする低騒音化強制
冷却装置。
【請求項５】請求項４に記載される低騒音化強制冷却
装置において、記憶装置は、被冷却装置内の様々な動作条件及び様々な
実装条件の下での装置内温度分布における最高の値を示
す所の被冷却装置内温度上昇分を消費電力対応に記憶す
ることを特徴とする低騒音化強制冷却装置。
【請求項６】請求項３、請求項４、又は請求項５に記
載される低騒音化強制冷却装置において、ファン駆動制御手段（１２）は、リニア回転制御手段で
あることを特徴とする低騒音化強制冷却装置。
【請求項７】請求項３、請求項４、請求項５、又は請
求項６に記載される低騒音化強制冷却装置において、各冷却ファンからの障害通知信号に応答して障害ファン
数に応じた被冷却装置内追加温度上昇分及び障害発生冷
却ファン識別情報を出力する追加ファン駆動制御情報出
力手段（１４）を設け、ファン駆動制御手段（１２）を、減算手段（１０）から
の差分及び前記追加ファン駆動制御情報出力手段（１
４）からの被冷却装置内追加温度上昇分に応じた回転を
前記障害冷却ファン識別情報で識別される冷却ファン以
外の冷却ファンに生じさせるファン駆動制御手段（１２
Ａ）として構成したことを特徴とする低騒音化強制冷却
装置。