(57)【要約】【課題】この発明は、外気の方向に対する熱交換部の向きを最適に調整することができて、冷却効率をさらに高めることができる電子機器の冷却装置、電子機器の冷却制御プログラム及びターンテーブルを提供する。【解決手段】発熱素子２と熱的に結合された電子機器Ｅの筐体３に設けられ、所定方向へ外気Ｆを案内することにより発熱素子２を外気Ｆと熱交換する熱交換部４と、熱交換部４の位置およびまたは向きを外気Ｆの向きに対して変更する駆動部５と、筐体３の環境を検出するセンシング情報Ｓに基づき、駆動部５を制御して熱交換部４の向きを変更する制御部６と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
2016181565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子と熱的に結合された電子機器の表面に設けられ、所定方向へ外気を案内することにより前記発熱素子の熱を外気と熱交換する熱交換部と、
前記熱交換部の前記外気に対する位置およびまたは向きを変更する駆動部と、
前記電子機器の環境を検出した情報に基づき、前記駆動部を制御して前記熱交換部の位置およびまたは向きを変更する制御部と、を有することを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項２】
前記センシング情報は、筐体内外及び発熱素子の温度の少なくともいずれかに関する温度データ、気流の方向及び風量の少なくともいずれかに関する気流データのいずれか１つ又はそれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項３】
前記制御部は、リアルタイムのセンシング情報に基づいて前記駆動部をフィードバック制御する、又はリアルタイムのセンシング情報から過去に蓄積した制御情報を読み出し、該制御情報に基づき前記駆動部をフィードフォワード制御する、又はこれら制御の双方を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項４】
前記駆動部は、前記電子機器を回転させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項５】
前記駆動部は、前記電子機器が載置されて回転するターンテーブルであることを特徴とする請求項４に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項６】
前記駆動部は、前記電子機器を昇降させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項７】
前記駆動部は、前記電子機器を垂直または水平姿勢に対して傾斜させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項８】
前記熱交換部は、前記筐体の外面に設置された冷却フィンであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項９】
前記冷却フィンは、前記筐体の外面に沿って同一方向に向きを揃えて設けられたことを特徴とする請求項８に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項１０】
前記冷却フィンは、前記筐体の外面に沿って互いに異なる方向へ向きを揃えて設けられたことを特徴とする請求項８に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項１１】
前記駆動部は、前記熱交換部の向きを外気に対して相対的に変更することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の電子機器の冷却装置。
【請求項１２】
筐体内部に発熱素子を有する電子機器の環境についてのデータを取得する環境データ取得ステップと、
前記発熱素子を外気と熱交換する熱交換部の位置およびまたは向きを外気に対して変更する駆動部を、前記環境データ取得ステップで取得した環境データに基づき制御する制御ステップと、を有することを特徴とする電子機器の冷却制御プログラム。
【請求項１３】
発熱素子を筐体内部に有する電子機器を載置して該電子機器を回転、昇降、傾きの少なくともいずれかの自由度について移動自在に支持するテーブル部材と、該テーブル部材を前記自由度の少なくともいずれかについて移動させることにより前記発熱素子の熱を外気と熱交換するための熱交換部の外気に対する位置およびまたは向きを変更するテーブル駆動部とを有し、
前記テーブル駆動部は、前記電子機器の環境を検出した情報に基づき、前記テーブル部材を回転制御して外気に対する前記熱交換部の位置およびまたは位置を変更することを特徴とするターンテーブル。
【請求項１４】
前記テーブル駆動部には、筐体内外の気温、発熱素子の温度の少なくともいずれかに関する温度データ、筐体に対する気流の方向、風量の少なくともいずれかに関する気流データを含むセンシング情報を取り込み、かつ該センシング情報に基づき、前記テーブル部材を回転制御して外気に対する前記熱交換部の向きを変更するテーブル制御部が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載のターンテーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣ、ＢＯＸ製品であるサーバーネットワーク等の電子機器に適用されて、該電子機器からの放熱を効率良く行うことができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気製品に組み込まれる組込み機器において、高い耐環境性を得るためファンレスへの需要がある。
例えば、ファンレスＰＣ、ＢＯＸ製品といった電気製品への組込み機器では、筐体に放熱用フィンが具備された構造になっており、該放熱用フィンを介して筐体内部の熱を筐体外部へ放出することが行われている。また、放熱用フィン以外でも上記電子機器では、様々な手法により放熱が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１の放熱板には、空気の流れ方向と平行に誤差３０度以内の範囲でフィンの向きを任意に選択する構成が示され、このようなフィンによって放熱効果の向上を図っている。
また、特許文献２の電子機器には、ＭＰＵの制御に用いるデータテーブルが設けられており、このＭＰＵでは、データテーブルに記憶された関係データと各温度センサからの検出温度データとに基づいて、ファン装置の回転速度を制御するとともに、ドライバ回路による可動フィンの傾斜角度を段階的に制御するようにしている。
【０００４】
また、特許文献３の照明装置では、マイクロプロセッサは入力された傾動角検出信号が予め設定した所定の傾動角度（例えば俯角θが４５°未満または仰角φが４５°以上等）に達したとそれぞれ判断したときに、第１の冷却ファンの冷却ファンを予め設定した単位時間当たりの回転数で運転させ、これ以外の場合は冷却ファンの運転を休止させておく制御機能を具備している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２５５０８号公報
【特許文献２】特開２００１−０２４３７３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１０３０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１〜３には電子機器の様々な冷却方式が示されているが、外気に対する冷却フィンの向きが適切でない場合には、電子機器を十分に冷却することができないという問題がある。
これとともに、上記特許文献１〜３に示される冷却方式では、機器レイアウトの制約から、外気を十分に電子機器の熱交換部に導くことができないことがあり、この点において新しい技術の提供が期待されていた。
【０００７】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、外気の方向に対する熱交換部の向きを最適に調整することができて、冷却効率をさらに高めることができる電子機器の冷却装置、電子機器の冷却制御プログラム及びターンテーブルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、発熱素子と熱的に結合された電子機器の表面に設けられ、所定方向へ外気を案内することにより前記発熱素子の熱を外気と熱交換する熱交換部と、前記熱交換部の位置およびまたは向きを前記外気に対して変更する駆動部と、前記電子機器の環境を検出した情報に基づき、前記駆動部を制御して前記熱交換部の位置およびまたは向きを変更する制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、外気の方向に対する熱交換部の向きを最適に調整することができ、冷却効率をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明が適用される電子機器の冷却装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態として示された電子機器の冷却装置の概略構成図である。
【図３】冷却装置の駆動部であるターンテーブルの回転状態を示す図であって、（Ａ）は図中下方から外気が吹く場合、（Ｂ）は図中側方から外気が吹く場合の図である。
【図４】冷却装置の制御部における冷却制御プログラムを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態として示された電子機器の冷却装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態について、図１を参照して説明する。
図１は本発明が適用される電子機器Ｅの冷却装置１を示す図であって、該電子機器Ｅは、発熱素子２となるＣＰＵを筐体３の内部に有している。
筐体３は発熱素子２を内部に収納しかつ発熱素子２と熱的に結合されているものであって、該筐体３には、発熱素子２で発生した熱を外気Ｆと接触させることにより熱交換による該発熱素子２の冷却を行う熱交換部４が設けられている。
この熱交換部４は筐体３の外面に複数のフィン４Ａからなる冷却フィンを有するものであって、フィン４Ａの間に外気Ｆを通過させることで、発熱素子２を間接的に冷却する。
【００１２】
電子機器Ｅには、熱交換部４の高さおよびまたは向きを外気Ｆの向きに対して変更する駆動部５、及び該駆動部５を制御する制御部６が設けられている。
駆動部５は、例えばモータ（図示略）により回転駆動されるターンテーブル等からなるものであって、該ターンテーブル上に電子機器Ｅの筐体３を載置することで、筐体３とともに熱交換部４を矢印Ａ−Ｂ方向に回転駆動し、該熱交換部４の外気Ｆに対する向きを変更する。
制御部６は、筐体３の環境を検出するセンシング情報Ｓに基づき、駆動部５を制御して熱交換部４の向きを適宜変更するものであって、このような制御部６による駆動部５の駆動制御によって、熱交換部４のフィン４Ａの向きを、外気Ｆの向きに沿うように最適化することが可能となる。
【００１３】
図１では、実線で示す外気Ｆの流れに沿うように熱交換部４のフィン４Ａを位置させる場合について記載しているが、破線で示すように外気Ｆ´が流れる場合には、センシング情報Ｓに基づき、筐体３とともに熱交換部４を矢印Ａ方向に回転駆動し、該熱交換部４のフィン４Ａの向きを、外気Ｆ´の向きに沿うように最適化することが可能となる。
なお、筐体３の環境を検出するセンシング情報Ｓとしては、例えば、筐体３の温度データ、気流の方向及び風量といった気流データなどがある。
【００１４】
以上説明した本発明に係る電子機器Ｅの冷却装置１によれば、筐体３の環境を検出するセンシング情報Ｓに基づき、駆動部５を制御して熱交換部４の向きを変更することにより、外気Ｆの方向に対する熱交換部４の向きを最適に調整することができて、冷却効率をさらに高めることが可能となる。
【００１５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図２〜図４を参照して説明する。
図２は本発明の第１実施形態として示された電子機器Ｅの冷却装置１０を示す図であって、該電子機器Ｅは、発熱素子２となるＣＰＵを筐体３の内部に有している。
筐体３は発熱素子２を内部に収納しかつ発熱素子２と熱的に結合されているものであって、該筐体３の外面には、発熱素子２で発生した熱を外気Ｆと接触させることにより熱交換による該発熱素子２の冷却を行う熱交換部１１が設けられている。
【００１６】
第１実施形態に係る冷却装置１０は、発熱素子２の放熱を行う熱交換部１１と、熱交換部１１の向きを外気Ｆの向きに対して変更する駆動部１２と、該駆動部１２を制御する制御部１３とを具備するものである。
熱交換部１１は複数のフィン１１Ａからなる冷却フィンにより構成されているものであって、フィン１１Ａの間に外気Ｆを通過させることで、発熱素子２を間接的に冷却するものである。
駆動部１２は、例えばターンテーブル１４からなるものであって、該ターンテーブル１４上に電子機器Ｅの筐体３を載置することで、熱交換部１１の外気Ｆに対する向きを変更する。
具体的には、駆動部１２として設けられたターンテーブル１４は、電子機器Ｅを載置して該電子機器Ｅを垂直な支持軸１５Ａにより回転自在に支持するテーブル部材１５と、支持軸１５Ａを中心としてテーブル部材１５を矢印Ａ−Ｂ方向に回転させるモータ（図示略）を有して熱交換部１１の向きを変更するテーブル駆動部１６と、を具備する。
【００１７】
制御部１３は、筐体３の環境を検出するセンシング情報Ｓに基づき、駆動部１２を制御して熱交換部１１の向きを適宜変更するものであって、このような駆動部１２の駆動制御により、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように熱交換部１１のフィン１１Ａの向きを、外気Ｆの向きに沿うように最適化することが可能となる。
【００１８】
具体的には、制御部１３は、センシング情報Ｓに基づき、主に外気Ｆの風向に合わせて、熱交換部１１の放熱が最大となるようにターンテーブル駆動部１６を駆動するものであり、図３（Ａ）に示すように外気Ｆが下側から流れる場合には該外気Ｆの流れる方向に沿って熱交換部１１のフィン１１Ａを縦向きとし、図３（Ｂ）に示すように外気Ｆが側方から流れる場合には該外気Ｆの流れる方向に沿って熱交換部１１のフィン１１Ａを横向きとなるように回転駆動する。
また、図３（Ａ）〜図３（Ｂ）に示すように、外気Ｆの風向きが符号Ｆ´で示す位置に変化した場合にテーブル部材１５を矢印Ａ方向に回転駆動し、また、図３（Ｂ）〜図３（Ｂ）に示すように外気Ｆの風向きが符号Ｆ´で示す位置に変化した場合にテーブル部材１５を矢印Ｂ方向に回転駆動する。
すなわち、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、実線で示す外気Ｆから破線で示す外気Ｆ´となった場合には、センシング情報Ｓに基づき、筐体３とともに熱交換部４を矢印Ａ又はＢ方向に回転駆動させ、該熱交換部４のフィン４Ａの向きを、外気Ｆ／Ｆ´の向きに沿うように最適化することが可能となる。
なお、テーブル部材の回転に代えて、あるいはこれを併用して、テーブル部材の高さ、傾きを変更し、気流に対するフィン１１Ａの位置およびまたは向きをより精密に制御するようにしても良い。なお、筐体内部の発熱体とフィンとの間にヒートパイプが用いられた場合には、前記制御に際して、ヒートパイプの伝熱効率を適切に維持するよう傾斜角度を設定することが望ましい。
また、図示例ではフィンの方向が一方向に揃えられているが、例えば、上下面と側面とでフィンの方向を変えておけば、向きが同一に揃えられたフィンが最適な方向に向けられた場合より効率が悪くなるものの、例えば、向きの制御が適切に行われなかったり、遅れたりした場合に、様々な方向からの気流に対応して冷却性能を維持することができる。
なお、図示例では筐体の表面にフィンを設けたが、発熱素子やこれと熱的に結合された熱伝導部材に筐体を介さずに直接フィンを設けるようにしても良い。
【００１９】
また、筐体３の環境を検出するセンシング情報Ｓは、例えば、筐体３の温度データ、気流の方向及び風量といった気流データを計測するセンシング手段１７から出力される。
このセンシング手段１７では、複数のセンシング情報Ｓが計測されるが、制御部１３では、これらセンシング情報Ｓのいずれか１つ又は複数の組み合わせから、駆動部１２の駆動制御を行うものである。
センシング手段１７で検出される具体的なセンシング情報Ｓとしては、筐体３内の発熱素子３の温度を直接計測する／筐体３内の温度を計測する／筐体３自体の温度を計測する／筐体３の周辺温度（熱交換器１１からの気流温度）を計測する／筐体３が設置されている部屋（天井、窓、換気口）の温度を、所定時間毎に計測すること等で得られる温度データが使用される。それ以外のセンシング情報Ｓとしては、熱交換器１１の周囲でありかつ気流の経路に設けられた風向風量計等で得られる気流データが使用される。
【００２０】
次に、冷却装置１０の制御部１３に設定された電子機器Ｅの冷却制御プログラムについて、図４を参照して説明する。
《ステップ１》
センシング手段１７からセンシング情報Ｓを取り込む。
【００２１】
《ステップ２》
センシング情報Ｓに基づき測定温度が、予め設定された動作温度の範囲内にあるか否かを判定し、ＮＯの場合にステップ３に進み、ＹＥＳの場合にステップ５に進む。
【００２２】
《ステップ３》
ステップ２で検出したセンシング情報Ｓに基づいて駆動部１２をフィードバック制御する、又は該センシング情報Ｓから過去に蓄積した制御情報を読み出し、該制御情報に基づき駆動部１２をフィードフォワード制御する、又はこれら制御の双方を行うかを判断する。
なお、このような制御判断は、センシングした温度及び外気Ｆの風向／風量に基づきどの制御を行うのが最適かを予め制御テーブルにしておき、該制御テーブルからいずれかの制御情報を参照することにより行なうものである。
【００２３】
《ステップ４》
ステップ３で選択した最も冷却効果の高い制御情報に基づき駆動部１２を回転制御した後、先のステップ１に戻る。
【００２４】
《ステップ５》
ステップ１で得たセンシング情報Ｓに基づき、電子機器Ｅの筐体３を図３（Ａ）及び図３（Ｂ）で示すように外気Ｆに向けるべく駆動部１２を回転制御する。
【００２５】
《ステップ６》
センシング手段１７からセンシング情報Ｓを再度取り込む。
【００２６】
《ステップ７》
ステップ４及びステップ５で実行したアクチュエート制御を記憶し、この記憶に基づき、これらステップ３で参照したアクチュエート制御内容を更新する。
【００２７】
《ステップ８》
上記ステップ１〜７でのアクチュエート制御を継続するか否かを判断し、ＹＥＳの場合に先のステップ１に戻り、ＮＯの場合に本フローチャートを終了する。
なお、上記フローチャートにおいて、ステップ１及び６は電子機器Ｅの環境についてのデータを取得する「環境データ取得ステップ」に相当し、それ以外のステップは、熱交換部１１の向きを外気Ｆの向きに対して変更する駆動部１２を制御する「制御ステップ」に相当する。
【００２８】
以上詳細に説明したように第１実施形態に示される電子機器Ｅの冷却装置１０によれば、筐体３の環境を検出するセンシング情報Ｓに基づき、駆動部１２を制御して熱交換部１１の向きを変更することにより、外気Ｆの方向に対する熱交換部１１の向きを最適に調整することができて、冷却効率をさらに高めることができる。
【００２９】
特に、本実施形態に示される冷却装置１０によれば、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、センシング情報Ｓに基づき、駆動部１２であるターンテーブル１４を制御して熱交換部１１のフィン１１Ａの向きを矢印Ａ−Ｂ方向に変更することができ、外気Ｆ／Ｆ´の方向に対するフィン１１Ａの向きを最適に調整することができ、冷却効率をさらに高めることができる。
【００３０】
なお、電子機器Ｅの冷却装置１０では、ターンテーブル１４の外部に制御部１３を向けても良いが、該ターンテーブル１４のテーブル駆動部１６に、制御部１３となるテーブル制御部を一体に組み込んでも良い。
また、電子機器Ｅの冷却装置１０では、筐体３表面のフィン１１Ａを同一方向に配置することが好ましく、ターンテーブル１４によってフィン１１Ａを最適方向に回転制御するものである。
【００３１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の冷却装置２０が第１実施形態と異なる点は、センシング手段１７で検出されたセンシング情報Ｓに基づき、駆動部１２であるターンテーブル１４を矢印Ａ−Ｂ方向に回転駆動することに限定されず、ターンテーブル１４に加えて、様々な駆動部を制御する点である。
例えば、図５に示されるように、駆動部１２として、ターンテーブル１４以外に、移動装置２１、フィン回転装置２２、フィン形状変更装置２３、エアコン／送風機等の空調装置２４を設け、センシング情報Ｓで検出した温度が低下するようにこれら装置２１〜２４を駆動制御しても良い。
【００３２】
移動装置２１は、駆動部１２であるターンテーブル１４の設置箇所を移動変更するものであり、例えば、キャタピラ装置、ローラ又は車輪による台車装置などが使用される。
フィン回転装置２２は、熱交換部１１のフィン１１Ａ自体を回転させるためのものである。
フィン形状変更装置２３は、熱交換部１１のフィン１１Ａの形状を変更するためのものであって、例えば、フィン１１Ａを平面上、波型にするなどの形状変更を行う。
エアコン／送風機等の空調装置２４は、電子装置Ｅの空調を行うためのものであって、風向とともに風量及び室温の制御が可能である。
【００３３】
そして、第２実施形態の制御部２５では、図４のステップ１及び６でセンシングしたセンシング情報Ｓに基づき、駆動部１２であるターンテーブル１４を矢印Ａ−Ｂ方向に回転駆動することに加えて、移動装置２１、フィン回転装置２２、フィン形状変更装置２３、エアコン／送風機等の空調装置２４を適宜駆動する。これらターンテーブル１４及び装置２１〜２４を駆動する際の駆動条件は、上述したフローチャート（図４）のステップ３に適宜設定するものである。
【００３４】
以上詳細に説明したように第２実施形態に示される電子機器Ｅの冷却装置２０によれば、筐体３の環境を検出するセンシング情報Ｓに基づき、駆動部１２であるターンテーブル１４に加えて、移動装置２１、フィン回転装置２２、フィン形状変更装置２３、エアコン／送風機の空調装置２４を駆動制御することにより、外気Ｆに対する熱交換部１１の冷却状態を最適に調整することができて、冷却効率をさらに高めることができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、ＰＣ、ＢＯＸ製品であるサーバーネットワーク等の電子機器に適用されて、該電子機器からの放熱を効率良く行うことができる技術に関する。
【符号の説明】
【００３７】
１  冷却装置
２  発熱素子
３  筐体
４  熱交換部
４Ａ  フィン
５  駆動部
６  制御部
１０  冷却装置
１１  熱交換部
１１Ａ  フィン
１２  駆動部
１３  制御部
１４  ターンテーブル
１５  テーブル部材
１６  テーブル駆動部
１７  センシング手段
２０  冷却装置
２５  制御部
Ｅ  電子機器
Ｆ  外気
Ｆ´外気
Ｓ  センシング情報
【図１】
2016181565.tif 000003
【図２】
2016181565.tif 000004
【図３】
2016181565.tif 000005
【図４】
2016181565.tif 000006
【図５】
2016181565.tif 000007