KR100962400B1 - 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템, 이를 이용한데이터 센터의 냉각 시스템 및 그 방법 - Google Patents

뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템, 이를 이용한데이터 센터의 냉각 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 데이터 센터의 냉각 시스템은, 제 1 랙과 제 2 랙의 후면이 서로 이격하여 마주하고 이격된 사이에 복수개의 냉각팬을 구비한 결합형 랙 시스템과; 상기 결합형 랙 시스템의 상부를 연결하는 배기관과; 상기 결합형 랙 시스템과 상기 배기관을 연결하는 도킹부와; 상기 배기관과 상기 도킹부 사이에 구비되어 상기 결합형 랙 시스템의 내부 공기를 상기 배기관으로 유출하는 유출팬과; 상기 배기관의 일측에 외부 공기를 유입하는 유입구와; 상기 배기관의 타측에 내부 공기를 유출하는 배출구를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명의 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템, 데이터 센터의 냉각 시스템 및 그 방법은, 랙 시스템에서 발생되는 뜨거운 공기의 흐름을 내부의 찬 공기와 분리하여 배출시킴으로써 효율적으로 냉각할 수 있다.
냉각 시스템, 렉 시스템, 배기관, 배출팬

Description

뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템, 이를 이용한 데이터 센터의 냉각 시스템 및 그 방법{COMBINATION RACK SYSTEM FOR SEPARATING HOT AIR EXHAUST, COOLING SYSTEM OF DATACENTER USING OF THE COMBINATION RACK SYSTEM AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템, 이를 이용한 데이터 센터의 냉각 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 내부에서 발생되는 뜨거운 공기의 흐름을 내부의 찬 공기와 분리하여 배출시킴으로써 효율적으로 냉각할 수 있는 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템, 이를 이용한 데이터 센터의 냉각 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-016-01, 과제명: 저비용 대규모 글로벌 인터넷 서비스 솔루션 개발(A Development of Cost Effective and Large Scale Global Internet Service Solution)]
최근에는, 서버 등의 정보 처리 장치의 시스템 구성 및 수납 및 설치에 있어서 랙 마운트 방식이 주류가 되고 있다. 랙 마운트 방식이라 함은, 각각의 기능을 가진 장치를 특정한 규격을 기초로 하여 형성된 랙 캐비넷에 층층이 탑재하는 것으로, 각 장치의 선택 및 배치를 자유롭게 행할 수 있어 시스템 구성의 유연성 및 확장성이 우수하고, 시스템 전체의 점유 면적도 축소할 수 있다는 이점이 있다.
현재 대규모 데이터센터들은 심각한 전력문제에 직면하고 있다. 랙 당 서버의 집적도가 높아지고 단위면적당 소모전력 또한 증가하고 있다. 따라서 서버에서 발생하는 열을 식히기 위한 공조장치(HVAC:Heating Ventilating Air Conditioning)의 전력 소모도 증가하고 있다.
제1도는 일반적인 랙 마운터 서버가 장착된 랙(Rack) 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 랙(100)의 전면에는 냉각장치에서 공급되는 차가운 공기가 유입되며, 랙의 후면에는 서버를 통과하여 뜨거워진 공기가 배출된다. 따라서 랙의 뒷면에는 뜨거운 지역 즉 핫 스폿(Hotspot)이 발생하며 핫스폿의 공기는 상승하여 천장에 부딪혀 다른 지역으로 뜨거운 공기 흐름이 발생한다. 이러한 뜨거운 공기를 냉각하기 위한 냉각비용은 데이터 센터의 전력소모의 상당부분을 차지하는 문제점이 있다.
본 발명은 내부에서 발생되는 뜨거운 공기의 흐름을 내부의 찬 공기와 분리하여 배출시킴으로써 효율적으로 냉각할 수 있는 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템, 이를 이용한 데이터 센터의 냉각 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템은, 제 1 랙과 제 2 랙의 후면이 서로 마주하면서 소정 간격이 이격되도록 배치하는 결합형 랙 시스템과; 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙의 소정 간격이 이격된 사이의 하단부, 중간부 및 상단부에 배치하는 복수 개의 냉각팬과; 상기 제 1 랙 과 상기 제 2 랙의 이격된 사이를 밀폐 결합하는 결합부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙은 블랭크 마스크, 마운트 서버, 마운트 디스크 장치, 마운트 스위치 및 냉각팬 블랭크를 포함하고, 상기 제 1 랙 시스템 또는 상기 제 2 랙 시스템에 형성된 상기 냉각팬 블랭크의 어느 하나에 상기 냉각팬이 내부로 삽입되는 구조인 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 랙 데이터 센터의 냉각 시스템은, 제 1 랙 시스템과 제 2 랙 시스템의 후면이 서로 이격하여 마주하고 이격된 사이에 복수개의 냉각팬을 구비한 결합형 랙 시스템과; 상기 복수개의 결합형 랙 시스템의 상부를 연결하는 배기관과; 상기 결합형 랙 시스템과 상기 배기관 을 연결하는 도킹부와; 상기 배기관과 상기 도킹부 사이에 구비되어 상기 결합형 랙 시스템의 내부 공기를 상기 배기관으로 유출하는 유출팬과; 상기 배기관의 일측에 외부 공기를 유입하는 유입구와; 상기 배기관의 타측에 내부 공기를 유출하는 배출구를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 도킹부는 상기 결합형 랙 시스템과 상기 배기관의 연결 길이를 조절하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 랙 데이터 센터의 냉각 방법은, 후면이 마주하도록 배치된 결합형 랙 시스템에서 발생된 핫 에어를 유출하는 단계와; 상기 결합형 랙 시스템으로부터 유출된 핫 에어를 배기관으로 배출하는 단계와; 상기 배기관의 일측에 외부 공기를 유입하여 상기 결합형 랙 시스템으로부터 배출된 핫 에어를 상기 배기관의 타측을 통해 배출하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 결합형 랙 시스템은 제 1 랙 및 제 2 랙으로 분리 및 이동 가능하고, 상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙은 외부 공기의 유입이 차단되도록 결합하는 것이 바람직하다.
본 발명의 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템, 이를 이용한 데이터 센터의 냉각 시스템 및 그 방법은, 랙 시스템에서 발생되는 뜨거운 공기의 흐름을 내부의 찬 공기와 분리하여 배출시킴으로써 효율적으로 냉각할 수 있다.
또한, 결합형 랙 시스템 구조를 제안하여 데이터 센터의 랙 설치 면적을 감 소할 수 있다.
또한, 데이터센터 전체의 냉각 효율 증대 및 냉각 비용을 절감할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서, 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제2도는 본 발명에 따른 결합형 랙 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 제3도는 본 발명에 따른 결합형 랙 시스템의 각 전면을 도시한 도면이고, 제4도는 본 발명의 결합형 랙 시스템의 결합되는 측면을 도시한 도면이다.
상기 도 2 내지 상기 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 결합형 랙 시스템을 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 결합형 랙 시스템은, 제 1 랙(200)과; 상기 제 1 랙(200)과 동일한 구조를 가지며, 후면이 서로 마주하면서 소정 간격이 이격되도록 배치하는 제 2 랙(220)과; 상기 제 1 랙(200)과 상기 제 2 랙(220)의 소정 간격이 이격된 사이의 하단부, 중간부 및 상단부에 배치하는 복수 개의 냉각팬(230,231,232)과; 상기 제 1 랙(200)과 상기 제 2 랙(220)의 이격된 사이를 밀폐 결합하는 결합부를 포함하여 구성된다.
도 3과 같이, 제 1 랙 및 제 2 랙은 동일한 구조로 형성되며 블랭크 마스크(305A,305B), 마운트 서버(310A,311A,310B,311B,312B), 마운트 디스크 장 치(315A,315B), 마운트 스위치(320A,320B) 및 냉각팬 블랭크(210a,210b,210c,240a, 240b,240c)를 포함한다.
블랭크 마스크(305A,305B)는 제 1 랙(200) 및 제 2 랙(220)의 사용하지 않는 빈 슬롯에 삽입되는 장치로 외부 공기 차단막 형태의 수단으로 서버에서 배출되는 뜨거운 공기가 랙 밖으로 빠져나오지 못하게 한다.
마운트 서버(310A,311A,310B,311B,312B), 마운트 디스크 장치(315A,315B) 및 마운트 스위치(320A,320B)는 랙의 각 슬롯에 장착되는 것으로 다수 개가 설치될 수 있다. 이때, 제 1 랙(200) 및 제 2 랙(220)의 각 전면 및 후면에는 케이블링 단자 및 파워 단자를 구비하는 마운트 스위치(320A,320B)가 마련된다.
냉각팬 블랭크(210a,210b,210c,240a, 240b,240c)는 제 1 랙(200)과 제 2 랙 (220)을 분리시키고자 할 때 이격된 사이에 배치된 냉각팬을 제 1 랙(200) 또는 제 2 랙(220)에 삽입할 수 있도록 마련된 빈 슬롯이다.
도 4와 같이, 결합부(400)는 제 1 랙(200) 및 제 2 랙(220)과 착탈 구조를 갖으며, 고무 패킹 등을 이용하여 결합한다. 즉, 제 1 랙 및 제 2 랙의 후면에는 착탈될 수 있도록 가이드 구조의 결합부(400)가 형성되어 밀폐 결합 및 분리가 용이하도록 형성되는 것이 바람직하다.
제5도는 본 발명의 데이터 센터의 냉각 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 제6도는 냉각 시스템을 구비한 데이터 센터의 개략적인 개념도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 데이터 센터의 냉각 시스템은, 제 1 랙(200)과 제 2 랙(220)의 후면이 서로 이격하여 마주하고 이격된 사이에 복수개의 냉각팬을 구비 한 결합형 랙 시스템과; 상기 결합형 랙 시스템의 상부를 연결하는 배기관(520)과; 상기 결합형 랙 시스템과 상기 배기관(520)을 연결하는 도킹부(540)와; 상기 배기관(520)과 상기 도킹부(540) 사이에 구비되어 상기 결합형 랙 시스템의 내부 공기를 상기 배기관(520)으로 유출하는 유출팬(550)과; 상기 배기관(540)의 일측에 연결되어 외부 공기를 유입하는 유입구(510)와; 상기 배기관(520)의 타측에 연결되어 내부 공기를 유출하는 배출구(530)를 포함하여 구성된다. 여기서, 도 5에 도시된 바와 같이, 결합형 랙 시스템은 복수 개가 설치되어 데이터 센터를 이루고 있다.
결합형 랙 시스템은 제 1 랙(200)과 제 2 랙(220)의 후면이 마주하도록 소정간격이 이격되어 결합하고, 결합부(400)에 의해 서로 결합한다.
이때, 결합형 랙 시스템의 내부, 즉 제 1 랙(200)과 제 2 랙(220)의 후면이 마주하는 이격된 사이에는 복수 개의 냉각팬이 마련된다.
보다 상세하게는, 냉각팬(230,231,232)은 하단부(230), 중간부(231) 및 상단부(232)에 마련하여 제 1 랙(200) 및 제 2 랙(220)의 후면에서 발생되는 핫 에어를 상승시킨다. 여기서, 하단부의 냉각팬(230)은 하부에서 제공되는 찬공기를 상승시키고, 중간부의 냉각팬(231)은 핫 에어를 상부로 상승시키고, 상단부의 냉각팬(232)은 배기관으로 핫 에어를 배출시킨다.
여기서, 결합형 랙 시스템의 하부에는 별도의 쿨링 시스템의 찬공기가 제공될 수 있다.
한편, 결합형 랙 시스템은 제 1 랙(200) 및 제 2 랙(220)으로 분리 및 이동 가능하도록 마련되어 랙 시스템의 케이블 등의 수리 작업이 필요 시 분리할 수 있 으며, 제 1 랙(200) 또는 제 2 랙(220)의 호환이 가능하다.
배기관(520)은 데이터 센터내에 구비된 복수 개의 결합형 랙 시스템과 연결되어 배출되는 핫 에어를 흡입하여 외부로 배출한다. 또한, 배기관(520)은 복수 개가 마련될 수 있으며 하나의 배기관에 복수 개의 결합형 랙 시스템이 연결될 수 있다.
도킹부(540)는 각 결합형 랙 시스템과 배기관(520)사이를 외부 공기와 차단하도록 연결하는 수단으로 그 연결 길이를 조절하여 설치 가능하다. 즉, 각 결합형 랙 시스템과 배기관 사이의 높이가 달라지더라도 길이를 조절하여 연결할 수 있다.
배출팬(550)은 도킹부(540)와 배기관(550) 사이에 마련된 것으로 각 결합형 랙 시스템에서 배출되는 핫 에어가 배기관(550)으로 원활히 배출되도록 공기의 흐름을 제어한다.
배기관(520)의 일측과 연결된 유입구에는 유입팬(511)이 마련되어 외부 공기를 유입한다. 즉, 외부 공기를 배기관으로 유입하여 내부의 핫 에어의 흐름이 원활하도록 한다.
배출구(530)는 배기관(520)의 타측과 연결되어 내부의 핫 에어가 외부로 배출하는 통로이다. 즉, 외부의 공기를 유입하여 랙 데이터 센터내에서 발생된 핫 에어를 외부로 배출한다. 여기서, 배출구(530)도 복수 개로 마련하여 외부로 배출이 용이하도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 냉각 시스템은 랙 데이터 센터의 전체적인 핫 에어를 외부로 배출하여 냉각 효율을 상승시킨다.
제7도는 본 발명에 따른 랙 데이터 센터의 냉각 방법에 대한 순서도이다. 도7에 도시된 바와 같이, 먼저 후면이 마주하도록 배치된 결합형 랙 시스템에서 발생된 핫 에어를 유출한다(S701). 즉, 결합형 랙 시스템의 전면 또는 하부로부터 유입된 공기는 서버에서 발생된 열에 의해 뜨거워지면 내부에 마련된 냉각팬을 이용하여 상부로 유출한다. 여기서, 후면이 마주하도록 배치된 결합형 랙 시스템의 이격된 사이의 유출 통로는 열이 외부로 유출되지 못하도록 결합되어 있고, 빈 슬롯에는 열 유출 방지용 블랭크 마스크가 마련되어 있다.
그리고, 결합형 랙 시스템으로부터 배출된 상기 핫 에어를 배기관으로 배출한다(S702). 여기서, 결합형 랙 시스템과 배기관은 외부 공기가 유입되지 못하도록 각각 도킹되어 있으며 그 사이에 배출팬을 구비하여 결합형 랙 시스템의 내부의 핫 에어가 배기관으로 원활히 배출되도록 한다.
이어서, 배기관의 일측에 외부 공기를 유입하여 상기 결합형 랙 시스템으로부터 배출된 핫 에어를 배기관의 타측을 통해 배출한다(S703).
보다 상세하게는, 배기관의 일측에 유입구가 마련되어 있고 별도의 유입팬이 구비되어 외부 공기가 배기관 내부로 원활히 유입한다. 그리고, 유입된 외부 공기의 흐름을 이용하여 핫 에어를 외부로 배출한다. 이때, 랙 데이터 센터내의 복수 개의 결합형 랙 시스템은 배기관과 연결되어 있으며, 배기관은 각 결합형 랙 시스템에서 발생된 핫 에어를 배출한다.
따라서, 결합형 랙 시스템은 차가운 공기만을 유입하고 서버에서 발생되는 핫 에어를 완전히 배출구를 통해 외부로 배출시킴으로써 전체 냉각 효율을 향상시 킬 수 있으며, 냉각을 위해 사용되는 냉각 비용을 절감할 수 있다.
이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 실시 예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
제1도는 일반적인 랙 마운터 서버가 장착된 랙 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
제2도는 본 발명에 따른 결합형 랙 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
제3도는 본 발명에 따른 결합형 랙 시스템의 각 전면을 도시한 도면.
제4도는 본 발명의 결합형 랙 시스템의 결합되는 측면을 도시한 도면.
제5도는 본 발명의 랙 데이터 센터의 냉각 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
제6도는 냉각 시스템을 구비한 랙 데이터 센터의 개략적인 개념도.
제7도는 본 발명에 따른 랙 데이터 센터의 냉각 방법에 대한 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200, 220 --- 랙 시스템
210a, 210b, 210c, 240a, 240b, 240c --- 블랭크 마스크
510 --- 유입구
511 --- 유입팬
520 --- 배기관
530 --- 배출구
540 -- 도킹부
550 --- 배출팬

Claims (16)

  1. 제 1 랙과 제 2 랙의 후면이 서로 마주하면서 소정 간격이 이격되도록 배치하는 랙 시스템과;
    상기 제 1 랙과 상기 제 2 랙을 착탈 구조로 결합하여 상기 소정 간격의 유출 통로를 형성하는 결합부; 및
    상기 유출 통로의 하단부, 중간부 및 상단부에 각각 배치된 복수의 냉각팬으로서, 상기 하단부에 배치된 냉각팬은 하부에서 제공되는 찬 공기를 상승시키는 것을 특징으로 하는 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙은 블랭크 마스크, 마운트 서버, 마운트 디스크 장치, 마운트 스위치 및 냉각팬 블랭크를 포함하는 것을 특징으로 하는 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 랙 또는 상기 제 2 랙에 형성된 상기 냉각팬 블랭크의 어느 하나에 상기 냉각팬이 내부로 삽입되는 구조인 것을 특징으로 하는 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 블랭크 마스크는 상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙의 블랭크 슬롯 영역에 삽입되어 외부 공기와 차단하는 것을 특징으로 하는 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 결합부의 착탈 구조는 고무 패킹을 이용하는 것을 특징으로 하는 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 랙 및 상기 제 2 랙의 각 전면 및 후면에는 케이블링 단자 및 파워 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 뜨거운 공기 배출을 분리한 결합형 랙 시스템.
  8. 제 1 랙과 제 2 랙의 후면이 서로 이격하여 마주하고 이격된 사이에 복수개의 냉각팬을 구비한 결합형 랙 시스템과;
    상기 결합형 랙 시스템의 상부를 연결하는 배기관과;
    상기 결합형 랙 시스템과 상기 배기관을 연결하는 도킹부와;
    상기 배기관과 상기 도킹부 사이에 구비되어 상기 결합형 랙 시스템의 내부 공기를 상기 배기관으로 유출하는 배출팬과;
    상기 배기관의 일측에 외부 공기를 유입하는 유입구와;
    상기 배기관의 타측에 내부 공기를 유출하는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 유입구에는 외부 공기를 유입하는 유입팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 결합형 랙 시스템은 상기 제 1 랙 시스템과 상기 제 2 랙 시스템을 결합하는 결합부가 구비되는 것을 특징으로 데이터 센터의 냉각 시스템.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 결합형 랙 시스템의 복수개의 냉각팬은 하단부, 중간부 및 상단부에 마련하는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각 시스템.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 도킹부는 상기 결합형 랙 시스템과 상기 배기관의 연결 길이를 조절하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각 시스템.
  13. 후면이 마주하도록 배치된 결합형 랙 시스템에서 발생된 핫 에어를 유출하는 단계와;
    상기 결합형 랙 시스템으로부터 유출된 핫 에어를 배기관으로 배출하는 단계와;
    상기 배기관의 일측에 외부 공기를 유입하여 상기 결합형 랙 시스템으로부터 배출된 핫 에어를 상기 배기관의 타측을 통해 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 결합형 랙 시스템은 복수 개가 마련되어 상기 배기관에 연결되는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 결합형 랙 시스템은 제 1 랙 시스템 및 제 2 랙 시스템으로 분리 및 이동 가능한 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 1 랙 시스템과 상기 제 2 랙 시스템은 외부 공기의 유입이 차단되도록 결합하는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각 방법.
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