JP5022941B2 - 電子機器筐体のファン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種の電子部品を装着した電子回路基板などで構成される電子回路装置を収納した電子機器筐体内を冷却する冷却用ファンの台数を制御する電子機器筐体のファン制御装置に関する。

各種の電子部品を装着した基板などで構成される電子回路装置を収納したラック、盤等の電子機器筐体は、電子回路装置の動作時にＣＰＵを含んで各種の電子部品が発熱し、当該筐体内の温度が上昇する。そのため、電子機器筐体内の温度上昇を回避するために、冷却用ファンが設けられている。

通常，ノート形パソコンのような小型の電子機器は、冷却用ファンを１台設置しているが、例えば産業用計算機システム、サーバ、ディスクトップパソコン、多機能処理用のＣＰＵを含んだ電子機器等では、複数の冷却用ファンが設置されている。

このような電子機器では、常時，冷却用ファンを動作し続けることにより、筐体内の温度環境を良好な状態に保持し続けている。その結果、電子機器の使用電力量の無駄が多くなり、各企業とも年間を通して使用される電力量も相当大きな値となる。

そこで、従来、独立して動作する複数の回路パッケージを内蔵し、かつ、複数の冷却用ファンを設置した多機能化電子機器が提案されている（特許文献１）。

この電子機器は、複数の冷却用ファンを常時動作させるものではなく、回路パッケージの動作数に応じて冷却用ファンの台数を増やしたり、減らす制御を行っている。
特開平０６−２６８３８８号公報

しかしながら、以上のような特許文献の技術は、全ての回路パッケージが動作している場合には全部の冷却用ファンが動作し続けることになり、また、１つの回路パッケージが動作している場合には少なくとも１台の冷却用ファンが動作し続けることになり、前述したように使用電力量の無駄が多くなる。

また、産業用計算機システム、サーバ等の電子機器は、一日中動作していることから、冷却用ファンの台数をなかなか減らせない問題がある
さらに、複数の冷却用ファンを備えた電子機器においては、機器筐体内の温度を計測し、その計測温度に基づいて冷却用ファンの台数を制御する方法が考えられる。

しかし、この台数制御方法を採用した場合、外気の温度変化に応じて筐体内の温度が影響を受けることが多い。例えば外気温度が高いとき、機器筐体内の温度が高くなるので、その計測温度の上昇に伴って冷却用ファンを増やすが、この増やした冷却用ファンの動作によって温度が急に下がると、再び、冷却用ファンを停止させることから、ファンの追加・停止による減少が繰り返される。また、機器筐体内の対流温度の影響を受け易く、ファンの動作・停止により筐体内の温度が時々刻々変化する。その結果、冷却用ファンの増減が繰り返され、その度に冷却用ファンの動作音が間欠的に発生し、静かな環境の中で非常に耳障りな音が繰り返され、周囲の人に心理的な影響を与える問題がある。

また、機器筐体内の計測温度に基づいて冷却用ファンの台数を制御する方法は、前述したように外気や対流の影響を受けて冷却用ファンの台数を制御することから、前述同様に使用電力が無駄に使用される可能性があり、省エネ化を実現することが難しい。

近年、二酸化炭素の排出量の削減が叫ばれており、各電子機器の使用電力量の低減化、ひいては各企業に対する二酸化炭素の排出量の削減が求められている折、企業内で使用される設備機器の省電力対策が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電子機器の使用電力量の無駄を省き、電力使用量の低減化を実現する電子機器筐体のファン制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、電子回路装置の収納された電子機器筐体内を複数のファンを用いて冷却する電子機器筐体のファン制御装置であって、前記電子回路装置の使用電力を計測する電力計と、前記ファンの台数に応じた複数の電力しきい値を設定する電力しきい値設定メモリと、予め前記電子回路装置を構成する複数の電子部品のうち、耐熱温度の低い電子部品から耐熱温度の高い電子部品の近くにそれぞれ配置される前記ファンの追加順序を規定するファン動作管理部と、前記電力計で計測された使用電力に基づいて前記ファンの台数を決定し、当該ファンを動作制御する台数制御処理部とを有する台数制御コントローラとを備え、
前記台数制御処理部は、所定周期ごとに前記電力計で計測された使用電力が前記電力しきい値設定メモリに設定される電力しきい値以上となったとき、前記ファン動作管理部で規定されるファン追加の順序に従って追加するファンを決定する台数追加判断手段と、この台数追加判断手段により前記使用電力が前記電力しきい値以下となったとき、当該使用電力が前記ファン追加前の電力しきい値以下か否かを判断し、以下の場合には前記追加ファンの停止を決定し、ファン追加前の電力しきい値以下でない場合には現状のファン台数と判断する現状維持判断手段と、前記台数追加判断手段によって決定された追加ファンまたは前記現状維持判断手段によって決定された停止ファンに対して動作または停止制御信号を出力するファン増減信号出力手段とを設けた構成である。

また、本発明は、電子回路装置の収納された電子機器筐体内を複数のファンを用いて冷却する電子機器筐体のファン制御装置であって、電子回路装置の使用電力を計測する電力計と、前記ファンの台数に応じた複数の電力しきい値を設定する電力しきい値設定メモリと、予め前記電子回路装置を構成する複数の電子部品のうち、最も発熱容量の大きい電子部品から発熱容量の小さい電子部品の近くにそれぞれ配置される前記ファンの追加順序を規定するファン動作管理部と、前記電力計で計測された使用電力に基づいてファンの台数を決定し、当該ファンを動作制御する台数制御処理部とを有する台数制御コントローラとを備え、
前記台数制御処理部は、所定周期ごとに前記電力計で計測された使用電力が前記電力しきい値設定メモリに設定される電力しきい値以上となったとき、前記ファン動作管理部で規定されるファン追加の順序に従って追加するファンを決定する台数追加判断手段と、この台数追加判断手段により前記使用電力が前記電力しきい値以下となったとき、当該使用電力が前記ファン追加前の電力しきい値以下か否かを判断し、以下の場合には前記追加ファンの停止を決定し、ファン追加前の電力しきい値以下でない場合には現状のファン台数と判断する現状維持判断手段と、前記台数追加判断手段によって決定された追加ファンまたは前記現状維持判断手段によって決定された停止ファンに対して動作または停止制御信号を出力するファン増減信号出力手段とを設けた構成である。

本発明によれば、電子機器の使用電力量の無駄を省くことができ、各企業内で使用される電子機器の使用電力量を大幅に低減でき、ひいては二酸化炭素の排出量の削減にも大きく貢献できる電子機器筐体のファン制御装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る電子機器筐体のファン制御装置の一実施形態を示す構成図である。

同図において、１は各種の電子部品を装着した少なくとも１つ以上の回路基板を備えた電子回路装置、２は電子回路装置1を内蔵したラック、盤等の電子機器筐体であって、この電子機器筐体２には複数の冷却用ファン３ａ，３ｂ，３ｃ，…が設置されている。

本発明に係る電子機器筐体のファン制御装置としては、電子回路装置１の電源供給ライン等に設けられ、当該電子回路装置１の使用電力を計測する電力計４と、この電力計４で計測された使用電力に基づいて冷却用ファン３ａ，３ｂ，３ｃ，…の動作台数を増減制御するＣＰＵを備えた台数制御コントローラ５とが設けられている。

電力計４は、小形基板上に例えば変流器（ＣＴ）及び変成器（ＰＴ）などと等価な構成回路，例えば導電コイル状回路が形成され、当該コイル状の形成回路から得られる通電電流と電圧とを取り出し、電子回路装置１の使用電力を計測するワンチップ形電力計等が使用されるが、その他従来周知の種々の電力計が用いられる。

台数制御コントローラ５は、電力計４で計測された使用電力に基づいて冷却用ファン３ａ，３ｂ，３ｃ，…の動作台数を制御する機能を持っている。なお、台数制御コントローラ５は、電力計４で計測された使用電力がアナログデータである場合、デジタル的な使用電力に変換するＡ-Ｄ変換機能（図示せず）を備えている。

台数制御コントローラ５は、図２に示すようにデータ格納メモリ１１と、ＣＰＵで構成された台数制御処理部１２とが設けられ、さらにスピーカ１４や警報表示用のランプ１５が設けられている。

データ格納メモリ１１には少なくとも複数の電力しきい値データｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４（ｗ１＜ｗ２＜ｗ３＜ｗ４）を格納する電力しきい値設定部１１Ａ及び冷却用ファン３ａ，３ｂ，３ｃ，…の動作状態を管理するファン動作管理用テーブル１１Ｂとが形成されている。

電力しきい値設定部１１Ａに設定される電力しきい値データｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４は、例えば電子回路装置１を構成する各電子回路素子の動作特性を保証する温度範囲などを考慮しつつ決定され、任意に設定変更可能である。

台数制御処理部１２は、電力計４で計測された使用電力と電力しきい値設定部１１Ａに設定する所定の電力しきい値とを比較し、使用電力が所定の電力しきい値以上になったときにファンの台数を追加する判断を行う台数追加判断手段１２Ａと、使用電力が所定の電力しきい値以上でないと判断されたとき、先に追加したファンを停止するか、現状のファンの台数とするかを判断する現状維持判断手段１２Ｂと、台数追加判断手段１２Ａ及び現状維持判断手段１２Ｂにてファン追加または先に追加したファンの停止と判断されたとき、ファン増減信号となる動作・停止指令を出力するファン増減信号出力手段１２Ｃと、電力計４で計測された使用電力が全ファン３ａ，３ｂ，３ｃ，…を動作させる最大電力しきい値を超える所定の上限値に達したか否かを判断し、達したと判断されたときに異常警報を出力する異常警報出力手段１２Ｄとが設けられている。

次に、以上のような電子機器筐体のファン制御装置の作用について、図３及び図４を参照して説明する。

ファン制御装置は、動作が開始すると、台数制御処理部１２の台数追加判断手段１２Ａが実行する。台数追加判断手段１２Ａは、所定の周期ごとに電力計４で計測された電子回路装置１の使用電力を取り込んだ後、この使用電力と電力しきい値設定部１１Ａから読み出した第１の電力しきい値ｗ１とを比較し、当該使用電力が第１の電力しきい値ｗ１以上か否かを判断する（Ｓ１）。

ここで、使用電力が第１の電力しきい値ｗ１以上と判断された場合、予めファン追加の順序を規定するファン動作管理用テーブル１１Ｂを参照し、その追加順序に従ってファン３ａを追加すると決定し、ファン動作管理用テーブル１１Ｂのファン３ａに相当するエリアに例えば「１」を設定する（Ｓ２）。

なお、ファン追加の順序は、例えば同一送風容量のファンの場合には電子回路装置１に対する影響度の大きい、つまり最も冷却効果の大きいファンから徐々影響度の小さいファンを追加していく順序が望ましい。

また、異なる送風容量のファンの場合には、使用電力の削減の観点から、最も冷却効果の小さいファンから徐々大きくなるファンを追加していく順序が望ましい。なぜならば、使用電力がファン１台を追加すれば十分に足りる電力しきい値近傍にある場合が多い為である。

さらに、電子機器筐体２に複数の冷却用ファン３ａ，３ｂ，３ｃ，…が分散配置されている場合、耐熱温度の低い電子部品から高い電子部品の近くに配置される順序に従ってファンの台数を追加するとか、あるいは最も発熱容量の大きい電子部品近くのファンから順次発熱容量の小さい電子部品近くのファンの台数を追加することも考えられる。

追加するファン３ａが決定されると、ファン増減信号出力手段１２Ｃを実行する。ファン増減信号出力手段１２Ｃは、追加するファン３ａに対して駆動電力を供給する動作制御を実行し（Ｓ３）、ファン３ａを動作させる。

しかる後、台数制御処理部１２は、所定周期に達したか否かを判断し（Ｓ４）、未だ達していない場合にはファン３ａの動作を継続させる。ここで、所定周期に達したと判断された場合には、引き続き、台数追加判断手段１２Ａを実行する。すなわち、台数追加判断手段１２Ａは、電力計４で計測された使用電力を取り込んだ後、この使用電力と電力しきい値設定部１１Ａから読み出した第２の電力しきい値ｗ２とを比較し（Ｓ５）、当該使用電力が第２の電力しきい値ｗ２以上の場合には前述したＳ２，Ｓ３と同様に所定の追加順序に従ってファン３ｂを追加決定し（Ｓ６）、追加するファン３ｂに対して駆動電力を供給する動作制御を実行し（Ｓ７）、ファン３ｂを動作させる。

ところで、ステップＳ５において、使用電力が第２の電力しきい値ｗ２以上でない場合には現状維持判断手段１２Ｂを実行する。

この現状維持判断手段１２Ｂは、使用電力と前述したファン３ａ追加前の第１の電力しきい値ｗ１以下か否かを判断し（Ｓ８）、以下の場合にはファン動作管理用テーブル１１Ｂを参照し、追加ファン３ａの停止を決定した後（Ｓ９）、ファン増減信号出力手段１２Ｃを実行する。ファン増減信号出力手段１２Ｃは、停止するファン３ａに対する駆動電力を遮断する停止制御を実行し（Ｓ１０）、ファン３ａを停止させる。

一方、ステップＳ８において、使用電力が前述したファン３ａ追加前の第１の電力しきい値ｗ１以下でないと判断されたとき、現状のファン台数が適正と判断し、ステップＳ３に戻ってファン３ａの動作を継続させる。

以上のようにして、使用電力が高くなるほどファンの台数を追加し、また、使用電力が徐々に降下するに従って所定の順序でファンを停止していく。

そして、台数制御処理部１２の台数追加判断手段１２Ａが使用電力と第ｎの電力しきい値ｗｎとを比較し（Ｓ２１）、使用電力が第ｎの電力しきい値ｗｎ以上である場合には前述同様にファン３ｎ（図示せず）を追加決定し（Ｓ２２）、ファン３ｎを動作させる（Ｓ２３）。ファン３ｎを動作させた後、所定周期に達したとき、使用電力と電力しきい値設定部１１Ａなどに設定される第ｎの電力しきい値よりも高い異常と見なす所定の上限値と比較し（Ｓ２４，Ｓ２５）、使用電力が所定の上限値を超えたときには異常警報出力手段１２Ｄを実行する。

異常警報出力手段１２Ｄは、使用電力が所定の上限値を超えたときに異常と判断し、スピーカ１４から異常警報を出すか、あるいはランプ１５を点滅させるなどにより異常警報を出力し、オペレータの指示を促す（Ｓ２６）。

従って、以上のような実施の形態によれば、電力計４で計測された電子回路装置１の使用電力に基づいて冷却用ファンの動作台数を制御することから、使用電力が外気温度や筐体内の対流の影響を受け難いこと及び電子回路装置１の使用電力と電子回路装置１を構成する電子回路素子周辺の温度はほぼ比例関係を有していること等から、従来のように頻繁に冷却用ファンの動作・停止を繰り返すことが無くなり、間欠的に耳障りな音が発生するのを抑制できる。

また、電子回路装置１の使用電力は、外気温度や筐体内の対流の影響を受け難いだけでなく、電子回路装置１の動作状態に依存して変化するので、電子回路装置１の動作状態に応じて合理的に冷却用ファン３ａ，３ｂ，…の動作台数を制御でき、冷却用ファンの動作・停止を繰り返して無駄に電力を消費する問題を改善でき、電力しきい値データの値を考慮しつつ体系的ないし規則性を持たせて使用電力量を削減でき、合理的に省エネを図ることができる。

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

本発明に係る電子機器筐体のファン制御装置の一実施の形態を示す構成図。 図１に示す台数制御コントローラの一構成例を示す図。 本発明に係る電子機器筐体のファン制御装置の一連の処理手順を説明する図。 時間と使用電力との関係を示す図。

符号の説明

１…電子回路装置、２…電子機器筐体、３ａ，３ｂ，３ｃ，…冷却用ファン、４…電力計、５…台数制御コントローラ、１１…データ格納メモリ、１１Ａ…電力しきい値設定部、１１Ｂ…ファン動作管理用テーブル、１２…台数制御処理部、１２Ａ…台数追加判断手段、１２Ｂ…現状維持判断手段、１２Ｃ…ファン増減信号出力手段、１３Ｄ…異常警報出力手段、１４…スピーカ、１５…ランプ、１１…。

Claims (3)

1. 電子回路装置の収納された電子機器筐体内を複数のファンを用いて冷却する電子機器筐体のファン制御装置において、
   前記電子回路装置の使用電力を計測する電力計と、
   前記ファンの台数に応じた複数の電力しきい値を設定する電力しきい値設定メモリと、予め前記電子回路装置を構成する複数の電子部品のうち、耐熱温度の低い電子部品から耐熱温度の高い電子部品の近くにそれぞれ配置される前記ファンの追加順序を規定するファン動作管理部と、前記電力計で計測された使用電力に基づいてファンの台数を決定し、当該ファンを動作制御する台数制御処理部とを有する台数制御コントローラとを備え、
   前記台数制御処理部は、
   所定周期ごとに前記電力計で計測された使用電力が前記電力しきい値設定メモリに設定される電力しきい値以上となったとき、前記ファン動作管理部で規定されるファン追加の順序に従って追加するファンを決定する台数追加判断手段と、
   この台数追加判断手段により前記使用電力が前記電力しきい値以下となったとき、当該使用電力が前記ファン追加前の電力しきい値以下か否かを判断し、以下の場合には前記追加ファンの停止を決定し、ファン追加前の電力しきい値以下でない場合には現状のファン台数と判断する現状維持判断手段と、
   前記台数追加判断手段によって決定された追加ファンまたは前記現状維持判断手段によって決定された停止ファンに対して動作または停止制御信号を出力するファン増減信号出力手段とを備えたことを特徴とする電子機器筐体のファン制御装置。
2. 電子回路装置の収納された電子機器筐体内を複数のファンを用いて冷却する電子機器筐体のファン制御装置において、
   前記電子回路装置の使用電力を計測する電力計と、
   前記ファンの台数に応じた複数の電力しきい値を設定する電力しきい値設定メモリと、予め前記電子回路装置を構成する複数の電子部品のうち、最も発熱容量の大きい電子部品から発熱容量の小さい電子部品の近くにそれぞれ配置される前記ファンの追加順序を規定するファン動作管理部と、前記電力計で計測された使用電力に基づいてファンの台数を決定し、当該ファンを動作制御する台数制御処理部とを有する台数制御コントローラとを備え、
   前記台数制御処理部は、
   所定周期ごとに前記電力計で計測された使用電力が前記電力しきい値設定メモリに設定される電力しきい値以上となったとき、前記ファン動作管理部で規定されるファン追加の順序に従って追加するファンを決定する台数追加判断手段と、
   この台数追加判断手段により前記使用電力が前記電力しきい値以下となったとき、当該使用電力が前記ファン追加前の電力しきい値以下か否かを判断し、以下の場合には前記追加ファンの停止を決定し、ファン追加前の電力しきい値以下でない場合には現状のファン台数と判断する現状維持判断手段と、
   前記台数追加判断手段によって決定された追加ファンまたは前記現状維持判断手段によって決定された停止ファンに対して動作または停止制御信号を出力するファン増減信号出力手段とを備えたことを特徴とする電子機器筐体のファン制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電子機器筐体のファン制御装置において、
   前記台数制御コントローラは、前記電力計で計測された使用電力が全ファンを動作させる最大電力しきい値を超える所定の上限値に達したか否かを判断し、達したと判断されたときに異常警報を出力する異常警報出力手段を、さらに設けたことを特徴とする電子機器筐体のファン制御装置。

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