WO1986005013A1 - Circuit de commande de systeme de refroidissement de dispositifs electroniques - Google Patents

Description

明 細 害

電子装置の冷却系制御方式

〔技術分野〕

本発明は情報処理装置等の電子装置において、 複数の冷 却ファ ンを用いて装置內冷却を行う冷却系、 特に電子装置 の発熱量に応じて冷却ファ ンの回転数を制御するようにさ れた冷却系の制御方式の改良に関するものである。

〔背景技術〕

電子装置內に発生する熱が電子回路の構成部品に及ぼす 影響は極めて大き く 、 特に装置性能を司る半導体素子を内 蔵する半導体集積回路においてはその性能の低下ばかりで な く 、 半導体素子を破壌.する事故にもつながるこどは周知 の通りである。

装置内冷却のためには、 発生する熱を冷却ファ ンによつ て外部に放出するか、 或いは外部の空気を装置内部に送り 込む方法が通常用いられる。

しかしながら、 装置内温度条件をこれら冷却フ ァ ンの正 常な回転に依存していると、 冷却ファ ンが故障して回転を 停止した場合、 当然、 装置内温度は急速に上昇し、 半導体 素子を破壌するこ とになる。

従って、 冷却ファ ンは通常複数個設け、 その停止事故の 発生による急速な装置内温度の上昇を防止し、 危険温度に 達する迄に装置電源を切断して装置を停止せしめる等の方 法が採られている。

しかしながら、 このよう に装置の稼動中に電源を切断す ると、 当然、 電源再投入から運用開始に至るまでの時間損 失が大きい。 従って、 冷却フ ァ ンの障害に際しても出来るだけ電源切 断を避け、 しかも装置の安全を保つことができる装置冷却 の方式が要望される。

第 1図は従来の代表的電子装置の冷却系制御画路の一例 である。 、

冷却対象装置 1 は複数の冷却フ ア ン 2で装置内の熱が排 出される。 各冷却フ ァ ン 2 には、 例えば通風を感知する風 量セ ンサ 3が設けられていて、 異常検知回路 4 に接続され ている。

風量セ ンサ 3 の構成としては、 例えばヒータと感温素子 とのペアを用いて、 ファ ンが正常に！!転して通風が確保さ れていればヒータの熱は奪われているが、 通風が弱まると ヒータの熱が蓄積して感温素子からの信号が変化す.るよう なものが用いられる。

冷却フ ァ ン 2が、 例えばフ ァ ンモ ータ の加熱焼損、 或い ：-ょ回転部分への異物挿入によって換気能力を喪失した場合 ¾い 換気能力が低下した場合、 風量セ ンサ 3 O信号 O信 レ ヘル変化によつて異常検知回路 4 は冷却フ ァ ンの異常 を検知する。 '

異常検知回路 4 は監視台 5 に冷却フ ァ ン異常の簪告衷示 を行う とともに、 一方では遅延回路 6を介して、 予め設定 された--定時間の後、 電源制御回路 7 に電源切断信号を送 出する。 .

こ の ¾定時間内で稼動停止に必要なデータ の退避処理が 行われ、 電源切断信号によって装 S電源は切断され装置璣 能は停止するが、 装置内の発熱がな く なって装置の損傷が 避けられる。

以上説明したように、 冷却フ ァ ンが障害で停止しても装 置の損傷は避けられるが、 その度に装置を停止することは 電子装置の運用上大きな損失である。 しかし、 複数個の冷 却ファ ンの中例えば一個の冷却ファ ンが事故停止すること は、 县期間継続運転を必要とする電子装置にとって、 癸生 を予想し得る障害である。

また、 装置内温度は当然、 外部温度に影響されるので、 冷却ファ ンの個数は停止障害に備えるばかりでな く 、 装置 の環境温度に応じて実装する必要があり、 通常は安全を見 込んで過剰な換気能力をもって動作している。

そのため、 外部温度が充分に低い場合には、 無駄に換気 を行う ことになり、 電力消費、 モータ軸受の寿命短縮、 及 び騒音の問題を生じる。

そこで、 電子装置の食荷伏態や温度そのものを検知して それに応じて冷却ファ ンの回転数を必要最小限に制御する というアイデアも、 提案されている力く （例えば特開昭 58— 1 86998号、 特開昭 59— 55099 号など） 、 複数冷却フ ァ ンの 1 つか故障した際の処理については J_i記と同様であり、 装 は止めざるを得なかつた。 〔発明の開示

本発明の目的は以上の問題点を解消するこ とにあり、 そ のために本癸明は、 冷却フ ァ ンの回転数を制御して通常の 運転の場合には、 回転数を落として必要最小限の換気能力 で運転し、 冷却ファ ンの所定 ί囿数、 例えば一 ί固に障害が癸 生したときには事故冷却フ ァ ン以外の冷却フ ァ ンを全速回 耘に制御して、 換気能力を増加せしめて装置を継続運転す る換気能力に支障がないようにし、 且つ更に所定個数を上 回る、 例えば 2悃以上の冷却ファ ンに障害が癸生したとき には装置全体の電源を切断するようにしたものである。

〔図面の簡単な説明〕

第 1図は従来例を示すブロ ック図、 第 2図は本発明の一

実施例を示すプロ ック図、 第 3図は第 2図の一部の詳細を

示す回路図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

第 2図は、 本発明の一実施例のブロ ック図を示す。 なお、 全図を通じて同一符号は同一対象物を示し、 第 1図と同じ

符号は同じものを意味する。

正常の運転状態では、 装置外部吸気側に付設された温度

セ.ンサ 1 0 は温度モニタ回路 1 1 を介して装置外部の吸気 . 温度を信号に換え回転数制御回路 1 2 に送出する。

この温度信号によって冷却フ ァ ン 2 の回転数が制御され、 装置内は適切な換気が行われる。

温度セ ンサ i ϋ と しては、 例えばサー ミ スタ等による公

知のセ ンサでもよい。 又温度セ ンサ 1 0を幾ける位置は図

示の如く に吸気側でな く排気側又は装置内部に設けてもよ

い。 本実施例において温度セ ンサ 1 0 を吸気側に設けてい

るのは、 璟境温度によって冷却フ ァ ン 2 の回転数を制御す

るという考え方を採用しているためであり、 装置 1 の発熱

量が一定な場合はこの方式で充分である。 又排気側に温度

セ ンサを設ける場合は、 その設けた位置の近 ί旁の冷却フ ァ

ンが故障した場合に、 装置全体の温度状況が正確に把握で

きな く なるが、 吸気側に設けておけば、 このような問題は

生じない。

障害発生の場合、 異常検知回路 4が冷却ファ ン 2が障害 によって停止したことを検知.すると、 障害弁別回路 4 1 は 障害を発生した冷却フ ァ ンの数が所定個数例えば 1個か、 あるいは所定個 ¾を上回る個数かの判別を行う。

障害の冷却フ ァ ンが所定個数以内であれば、 異常検知回 路 4は監視台 5 に冷却フ ァ ン異常の饕告表示を行う。

同時に回転制御回路 1 2 は障害冷却フ ァ ンの電源を切断 し、 且つ他の冷却フ ァ ン.の回転数制御を全速回転に制御し、 障害冷却フ ァ ンの換気能力を補って、 所要の換気能力を保 つようにする。

従って、 電子装置の運耘はそのまま続行することができ る。

尚このとき、 温度センサ 1 0 により吸気の温度が所定温 度以上であつ.て、 残りの正常な冷却フ ァ ンを全速回転させ ても充分な冷却が望めない場合には、 そのまま停止処理に 入るようにしてもよい。

また、 障害弁別回路 4 1 が、 冷却ファ ンの所定 ί固数を上 回る障害が発生したことを判別すれば、 冽え：ま'遅延回路 6 を介して電源切断信号を電'源制御回路 7 に送出し、 一定時 間の後、 装置全体の電源が切断され、.装置璣能は停止する。

第 3図は第 2図における障害弁別回路 4 1及び温度モニ タ回路 1 1 の詳細回路図であり、 第 2図と同じ符号は同じ ものを意味する。 L 1 〜 L 3 は各冷却ファ ン 2 の風量セ ン サ 3 からの信号に対応する異常信号線であり、 これらの 2 本づつの組合せを夫々 A N Dゲー ト 4 1 1 〜 4 1 3 に入力 し、 それらの出力を O Rゲ一 ト 4 1 4 に入力することによ り、 2以上の冷却フ ァ ン 2が障害を生じたことを検出し、 遅延回路 6を介して停止処理を行なうようにされる。 又し 1 〜 L 3 は 0 Rゲー ト 4 1 5 に も入力され、 少く とも 1 つの 冷却ファ ンが障害となったことが検出される。 そしてその 信号と O Rゲー ト 4 1 4 の出力をィ ンバータ 4 1 7 で反転 した信号とを A N Dゲ一 ト 4 1 6 に入力することにより、 その出力は、 冷却フ ァ ン 2 の 1つのみが障害であることを 示す信号となり、 それが 11耘数制御回路 1 2へ入力される。 尚、 画転数制御回路 1 2 は、 冷却ファ ンが直流モータであ れば、 単なる可変電圧発生器 1 2 1 を舍み、 又冷却フ ァ ン 2が 流モータ の場合には、 周波数制御又は導通位相角制 御を行なう回路を舍む。 これらは公知の回路である。 そし て、 いずれの場合も障害弁別回路 4" 1からの信号を受ける と、 冷却フ ァ ン 2 の定格最大電力を与えて全速画転させる ようにする。 例えばリ レー 1 2 2等で入力電力を直接出力 へバイノヽ。スするよ にすれば.よい。 - 又、 電圧発生器 1 2 ' 1 ·の出力は、 '夫々独立に断続できる スィ ッ チ 1 2 3 〜 1 2 5を介して各冷却フ ァ ンに分配され、 信号し 1 〜 L 3によって故障した冷却フ ァ ンのス ィ ツチは 切断される。

又、. 温度モニタ回路 1 1 は、 温度セ ンサ 1 0 からの ί言号 を受信して温度に比例した信号 （ί列えば電圧信号） を出力 する受信回路 1 1 1 と、 該 1 1 1 の出力を基準値 （ R E F ) と比較して吸気温度が所定値以上であることを検出する比 較器 1 1 2 とを含んでいる。 比較器 1 1 2 の出力は異常検 出回路 4に与えられるとともに障害弁別回路 4 1 の O Rゲ 一 ト 4 1 4にも入力され、 直ちに停止 ¾理に入るようにさ れる。

以上の説明では被空冷対象装置 1 としてはプリ ン ト基板 等を想定していたが、 プリ ン ト塞板を水冷方式で冷却し、 その冷却水を空冷するシステムも近年採用されてきている。 本癸明はそのようなシステムにおける冷却水の空冷装置に ついても適用できることはいうまでもない。

この場合、 温度センサ 1 0で吸気温を測る代りに、 水温 そのものを測って冷却ファ ンの回転数を制御してもよい。 又、 いずれか 1 つの冷却ファ ンが停止したとき、 そのフ ァ ンを介して隣接のファ ンへ空気が回り込むと冷却効率が 低下する。 これを防ぐためには、 各ファ ン毎にダク トを設 けるか、 各ファ ンの間に仕切板を ¾けるのがよい。

以上の如く 、 本発明では複数の冷却フ ァ ンを回転数制御 している空冷装置において、 一部の空冷ファ ンが故障した ときに残りの空冷ファ ンの 11転数制御を解除して一律に全 速回転にすることにより、 簡単な回路で信頼性の高い冷却 が維持できる。 .

な.お、 元々被冷却装'置の温度によって空冷ファ ンの回耘 数が制御されているのであれば、 本発明の如く に一律に全 速にしな く とも、 一部のフ ァ ンが故障すればその結果温度 が上昇し、 つてそれを打消すよ ό にフ ァ ン 回転数を上 げるよう制御がなされる箬てある。

しかしながら、 被冷却装置自体の温度を正確に測るには、 装置の多数の箇所にセ ンサを設ける必要があり 、 コ ス ト高 となる。 何故ならばセンサが i つしかないと、 たまたまそ のセ ンサの付近を通風させるファ ンが故障したときはよい が、 そうでないフ ァ ンが故障したときにはそのファ ンの故 障によるその近傍での温度上昇が正確に測れないからであ る。

その点、 本願実施例の如く吸気温度を測定するようにす れば、 どのファ ンが停まっても吸気温度の場所によるバラ ツキは無視し得るので、 センサは 1 つでも十分であり、 コ ス トが低く てすむ利点がある。

又、 ファ ンの一部が故障した場合、 装置内部の空気流の 分布が変化し、 従って全ファ ンが正常なときを前提とした 画転数制御の論理をそのまま適用し続けることは危険であ る。 又回耘数制御の論理を、 一部ファ ンが故障した場合も 舍めて設計することも、 可能ではあるが、 回路が複雑化し てやはり コス ト高につながる。

このよう なことから、 本願癸明のよう に吸気温を測るよ うにするとともに、 一部のファ ンが故障したときは回転数 制御を解除してしまい、 一律に全速回転させることはコス ト、 及び信賴性の面で非常に有利である。

〔産業上の利用可能性〕

本癸明は、 電子計算機等の高密度実装、 髙信頼度の要求 - される装置の空冷系、 若し く はそれら装置を水冷する装置 の空冷系に利用して効果犬なるものである。

Claims

請 求 の 範 囲

(1) 冷却对象装置を空冷する複数の冷却ファ ンと、 該冷却 対象装置の温度、 又は吸気或いは排気の温度を検知する温 度モニタ回路と、 該温度モニタ回路の出力に応じて上記空 冷ファ ンの回耘数を制御する回転数制御回路を具えた電子 装置において、 上記各冷却ファ ンの障害を検出するセ ンサ と、 該セ ンサの出力から所定数以下の冷却ファ ンが障害で あるこ とを検出する障害弁別 11路と、 該障害弁別 II路の出 力により上記温度モニタ回路出力による回耘数制御回路の 制御を解除して、 上記障害を生じた以外の冷却ファ ンを全 速回転させる手段を設けたことを特徴とする電子装置の冷 却系制御方式。

(2) 上記温度モニタ回路は吸気温'度を測定するとともに、 該吸気温度が所定値より高いことを検出する比較器を具え るこ とを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の電子装置の冷 却系制御方式。

■•3) 障害を生じた冷却フ ァ ンの数が所定以上のとき 、 又は 吸気温度が所定値より高いときには、 回転数制御を解除す ることな く所定の手順によって電子装置の運転を停止する こ とを特徴とする請求の範囲第 1 項又は第 2項に記載の電 子装置の冷却系制 ϋ方式。