KR101188879B1 - 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치 - Google Patents

랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치에 관한 것으로, 랙 하우징의 측면패널에 열교환기를 설치하여 외부의 차가운 공기와 내부의 뜨거운 공기를 열교환시킨 후 열교환되어 냉각된 내부 공기를 랙 내부로 순환시킴으로써 서버를 냉각시키도록 한 것이다. 이러한 본 발명에 따르면, 외부의 공기를 랙 하우징 내부로 끌어들이지 않고 내부 공기를 순환 냉각시켜 랙 하우징 내부에서의 열 발생을 억제할 수 있으므로 랙 하우징 내부의 습도를 그대로 유지할 수 있는 이점이 있으며, 압축기나 복잡한 열교환기를 사용하지 않으므로 구조 및 크기가 콤팩트해지고, 전력소모량을 줄일 수 있어 운전비용을 절감할 수 있는 이점도 있다.

Description

랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치{Apparatus for Cooling Rack Mount Server System}
본 발명은 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 랙의 측면부에 열교환기를 설치하여 외부의 차가운 공기와 내부의 뜨거운 공기를 열교환시킨 후 열교환되어 냉각된 내부 공기를 랙 내부로 순환시켜 서버를 냉각시키는 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치에 관한 것이다.
최근에 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 랙에 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.
특히, 서버 관련에서는 IEC 규격(International Electrical Commission)/EIA 규격(The Electrical Industries Association)에 규정된 19인치 랙이 주류가 되어 있고, 장치를 탑재하기 위한 지지 기둥의 좌우 폭 치수가 451 ㎜, 탑재에 있어서의 높이 치수가 1 U(1 EIA) ＝ 44.45 ㎜라는 단위로 규정되어 있다.
종래의 랙 마운트 서버 시스템의 냉각 기술에 관련하여 일본 특허공개공보 제2004-063755호(2004.2.26. 공개)에 공조유닛으로부터 송풍되는 냉기를 랙 하부의 급기구에 공급하고, 이 냉기로 랙 내의 기기를 냉각하는 동시에, 기기에 의해 데워진 랙의 상부의 배기구로부터 배출되는 공기를 공조유닛으로 복귀시켜 순환시키는 랙의 냉각 구조가 개시되어 있다.
그러나, 상기 일본 특허의 랙 냉각 기술은 랙 내에 발열한 공기를 공조 유닛을 경유하여 순환시키고 있지만, 서버 및 공조 유닛으로부터 방출된 폐열에 의해 방(전산실)의 온도가 상승한다. 따라서, 방의 온도의 상승을 억제하기 위해 방용의 쿨러를 충분히 가동시킬 필요가 있다. 이 냉각 방법에서는 랙의 냉각 효율이 좋지 않아 전체적으로 전력 소비가 증가하는 문제가 있다.
또한, 기존의 다른 랙 마운트 서버 시스템의 냉각 기술은 냉매의 유동에 의해 열교환을 하는 냉각시스템을 이용하고 있지만, 이 경우 냉각시스템의 구조가 복잡하고 제작비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 전력 소모량이 많아 운전비용도 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 랙 마운트 서버 시스템이 설치된 방(전산실)의 급격한 온도 상승을 억제하고, 습도를 일정하게 유지하여 냉각 효과를 향상시킬 수 있도록 함과 더불어, 구조가 간단하여 제조비용을 절감할 수 있고, 전력소모량을 저감시켜 적은 운전비용으로 우수한 냉각성능을 얻을 수 있는 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 서버의 각 모서리 부분이 안착되는 4개의 수직한 마운트 랙과, 상기 마운트 랙의 외측에 설치되는 2개의 측면패널을 포함하며 전면부 또는 후면부가 개방된 랙 하우징을 포함하는 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치에 있어서, 상기 랙 하우징의 측면패널의 하부 및 상부에 랙 하우징 외부와 연통되게 형성되는 실외측 유입구 및 실외측 배출구와; 상기 측면패널의 내측에서 상기 실외측 유입구 및 실외측 배출구를 연결하는 실외측 연결덕트와; 상기 측면패널의 상부 및 하부에 랙 하우징 내부와 연통되게 형성되는 실내측 유입구 및 실내측 배출구와; 상기 측면패널의 내측에서 상기 실내측 유입구 및 실내측 배출구를 연결하며, 상기 실외측 연결덕트와 교차하는 실내측 연결덕트와; 상기 실외측 연결덕트 내에 설치되어 상기 실외측 유입구를 통해 외부 공기를 유입하여 실외측 배출구를 통해 배출시키는 실외측 송풍기와; 상기 실내측 연결덕트 내에 설치되어 상기 실내측 유입구를 통해 랙 하우징 내부 공기를 유입하여 실내측 배출구를 통해 배출시켜 랙 하우징 내의 공기를 순환시키는 실내측 송풍기와; 상기 실내측 연결덕트와 실외측 연결덕트의 교차 지점에 설치되며, 상기 실외측 연결덕트와 연통되어 실외에서 유입된 공기가 유동하는 제1유로와, 상기 실내측 연결덕트와 연통되어 랙 하우징 내에서 유입된 공기가 유동하는 제2유로가 서로 연접하면서 교차 형성된 열전도성 재질의 열교환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 외부의 공기를 랙 하우징 내부로 끌어들이지 않고 내부 공기를 순환 냉각시켜 랙 하우징 내부에서의 열 발생을 억제할 수 있으므로 랙 하우징 내부의 습도를 그대로 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 압축기나 복잡한 열교환기를 사용하지 않으므로 구조 및 크기가 콤팩트해지고, 전력소모량을 줄일 수 있어 운전비용을 절감할 수 있는 이점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 랙 마운트 서버 시스템의 외관 형상을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치의 구성을 나타낸 요부 종단면도이다.
도 3은 도 1의 랙 마운트 서버 시스템의 측면패널 내부에 구성된 냉각장치의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1의 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치를 구성하는 열교환기의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1의 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치를 구성하는 열교환기의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치를 나타낸다. 먼저, 도 1을 참조하면, 랙 마운트 서버 시스템(100)은 베이스(110)와, 상기 베이스(110)의 각 모서리 부분에 수직하게 설치되며 서버(S)의 각 모서리 부분이 안착되는 4개의 마운트 랙(120)과, 상기 마운트 랙(120)의 외측에 설치되는 2개의 측면패널(131)을 포함하며 전면부 및 후면부가 개방된 랙 하우징(130)을 포함한 구성으로 이루어진다.
상기 4개의 마운트 랙(120)은 서버와 같은 전산장비들이 설치되는 19인치 또는 23인치의 국제 규격(IEC, EIA, DIN)에서 정하는 규격화된 표준 랙(rack)을 구성한다.
상기 랙 하우징(130)은 상기 마운트 랙(120)들에 의해 구획되는 직육방체의 실내 공간을 밀폐시키는 작용을 하며, 랙 마운트 서버 시스템의 외관을 형성하게 된다. 이 실시예에서 상기 랙 하우징(130)은 2개의 측면패널(131)과, 상기 측면패널(131)들 중 어느 하나의 전단부에 힌지어셈블리(미도시)를 매개로 회전 가능하게 설치되어 전방면을 개폐하는 프론트도어(132)(front door)와, 상기 측면패널(131)들 중 어느 하나의 후단부에 힌지어셈블리(미도시)를 매개로 회전 가능하게 결합되어 후방면을 개폐하는 리어도어(133)(rear door)로 구성된다.
상기 측면패널(131)의 하부 및 상부에는 랙 하우징 외부와 연통되게 형성되는 실외측 유입구(141) 및 실외측 배출구(142)가 형성됨과 더불어 랙 하우징(130)의 실내와 연통되게 형성되는 실내측 배출구(152) 및 실내측 유입구(151)가 형성되어 있다. 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 실외측 유입구(141)에는 랙 마운트 서버 시스템이 설치되는 전산실 외부와 연결되어 전산실 외부의 찬 공기를 유입하는 외기유입관이 연결될 수 있고, 실외측 배출구(142)에는 전산실 외부로 열교환된 공기를 배출할 수 있는 공기배출관이 연결될 수 있다.
또한, 상기 측면패널(131)의 내측면에는 상기 실외측 유입구(141) 및 실외측 배출구(142)를 연결하는 실외측 연결덕트(143) 및, 상기 실내측 유입구(151) 및 실내측 배출구(152)를 연결하는 실내측 연결덕트(153)가 설치된다. 상기 실외측 연결덕트(143)와 실내측 연결덕트(153)는 서로 교차한다.
상기 실외측 연결덕트(143) 내에는 상기 실외측 유입구(141)를 통해 외부 공기를 유입하여 실외측 배출구(142)를 통해 배출시키는 실외측 송풍기(145)가 설치된다. 그리고, 상기 실내측 연결덕트(153)에는 상기 실내측 유입구(151)를 통해 랙 하우징(130) 내부 공기를 유입하여 실내측 배출구(152)를 통해 배출시켜 랙 하우징(130) 내의 공기를 순환시키는 실내측 송풍기(155)가 설치된다.
상기 실내측 연결덕트(153)와 실외측 연결덕트(143)의 교차 지점에는 상기 실외측 연결덕트(143)를 통해 유동하는 외부 공기와 상기 실내측 연결덕트(153)를 통해 유동하는 내부 공기를 열교환시키는 열전도성 금속 재질의 열교환기(160)가 설치된다.
상기 열교환기(160)는 도 3에 도시한 것과 같이, 상기 실외측 연결덕트(143)와 연통되어 실외에서 유입된 공기가 유동하는 제1유로(161)와, 상기 실내측 연결덕트(153)와 연통되어 랙 하우징(130) 내에서 유입된 내부 공기가 유동하는 제2유로(162)가 서로 연접하면서 교차 형성된 구조로 이루어진다.
상기 열교환기(160)의 제1유로(161) 및 제2유로(162) 내에는 열절단 성능을 향상시키기 위한 열전달핀(163)이 형성될 수 있다. 상기 열전달핀(163)은 도 3에 도시한 것과 같이 일정 간격으로 배열되어 공기와의 접촉 면적을 증대시키는 복수개의 핀(fin)으로 이루어질 수도 있지만, 도 4에 도시한 것과 같이 웨이브(wave) 또는 삼각 주름 형태의 평판으로 이루어질 수도 있을 것이다.
또한, 도 5에 도시한 것과 같이, 열전달 성능을 더욱 향상시키기 위하여 제2유로(162)의 일면에 열전소자(170)(Thermoelectric module)의 흡열부(171)를 부착하여 제2유로(162)를 유동하는 내부 공기에서 열을 흡수하여 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수도 있을 것이다. 이 때, 상기 열전소자(170)의 방열부(172)는 제1유로(161) 내에 위치하여 방열부(172)의 열이 제1유로(161)를 통해 유동하는 외부 공기와 함께 외부로 원활히 배출되도록 함이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
랙 하우징(130) 내에 설치된 서버(S)의 운용 중 열이 발생하게 되고, 이 열은 서버(S)의 성능에 악영향을 미치게 된다. 이에 지속적 또는 주기적인 냉각 작용을 위해 상기 측면패널(131) 내의 실외측 송풍기(145) 및 실내측 송풍기(155)가 작동하여 측면패널(131)의 실외측 유입구(141)를 통해 실외측 연결덕트(143) 내로 외부의 찬 공기가 유입됨과 동시에 실내측 유입구(151)를 통해 실내측 연결덕트(153) 내로 내부의 더운 공기가 유입된다.
상기 실외측 연결덕트(143) 내로 유입된 차가운 외부 공기는 열교환기(160)의 제1유로(161)를 통과하고, 실내측 연결덕트(153) 내로 유입된 더운 내부 공기는 열교환기(160)의 제2유로(162)를 통과하게 된다. 이 때, 상기 제1유로(161) 및 제2유로(162)는 서로 연접하고 있고, 제1유로(161) 및 제2유로(162) 내에는 공기와의 접촉 면적을 증대시키기 위한 다수의 열전달핀(163)이 설치되어 있으므로 상기 외부 공기 및 내부 공기가 제1유로(161) 및 제2유로(162)를 통과하는 과정에서 원활한 열교환이 발생하여 내부 공기의 온도가 하강하게 된다.
상기 열교환기(160)를 거쳐 냉각된 내부 공기는 하측의 실내측 배출구(152)를 통해 랙 하우징(130)의 실내로 유입되어 서버(S)를 냉각시킨다. 그리고, 열교환기(160)를 거쳐 가열된 외부 공기는 상측의 실외측 배출구(142)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 도 5에 도시한 것과 같이 상기 열교환기(160) 내부에 열전소자(170)가 부착되는 경우, 제2유로(162)를 통과하는 내부 공기의 온도를 더욱 하강시킬 수 있으므로 더욱 향상된 냉각 성능을 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 외부의 공기를 랙 하우징(130) 내부로 끌어들이지 않고 내부 공기를 순환 냉각시켜 랙 하우징(130) 내부에서의 열 발생을 억제할 수 있으므로 랙 하우징(130) 내부의 습도를 그대로 유지할 수 있다.
또한, 압축기나 복잡한 열교환기를 사용하지 않으므로 구조 및 크기가 콤팩트해지고, 전력소모량을 줄일 수 있어 운전비용을 절감할 수 있는 이점도 있다.
한편, 전술한 첫번째 실시예의 랙 마운트 서버 시스템(100)은 실외측 유입구(141) 및 실외측 배출구(142)가 측면패널(131)의 바닥면과 상부면에 형성되어 있으므로 다수의 랙 마운트 서버 시스템(100)들을 서로 인접되게 배열하는 경우에도 원활하게 외기를 유입할 수 있는 이점이 있다. 이와 같이 다수의 랙 마운트 서버 시스템(100)들을 서로 인접되게 배열할 필요가 없는 경우에는 실외측 유입구(141) 및 실외측 배출구(142)를 측면패널(131)의 하부 및 상부의 측면부에 형성할 수도 있다 .
도 6은 본 발명에 따른 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치는 측면패널(131)의 내측에 설치되는 열교환기(160)가 적층구조로 이루어지지 않고 단일한 플레이트가 웨이브 형태로 형성되면서 공기가 유동하는 복수개의 제1유로(161) 및 제2유로(162)가 서로 교호로 연속적으로 형성된 구조로 이루어진다. 예를 들어, 상기 웨이브 형태에 의해 형성되는 유로들중 홀수열은 외부 공기가 유동하는 제1유로(161)를 형성하고, 짝수열은 내부 공기가 유동하는 제2유로(162)형성하여, 제1유로(161)를 지나는 외부 공기와 제1유로(161)에 접하고 있는 제2유로(162)를 지나는 내부 공기가 서로 열교환될 수 있도록 한 것이다. 물론, 이와 반대로 짝수열이 제1유로(161)가 되고, 홀수열이 제2유로(162)가 될 수도 있다.
상기 제1유로(161)의 하단부 및 상단부는 개방되어 측면패널(131) 하단의 복수개의 실외측 유입구(141)를 통해 유입된 외부 공기가 제1유로(161)를 통해 유동한 다음, 측면패널(131)의 상단의 복수개의 실외측 배출구(142)를 통해 배출된다.
그리고, 상기 열교환기(160)의 제2유로(162)의 상단부 및 하단부는 폐쇄되되, 각각의 제2유로(162)의 상부 및 하부는 측면패널(131)에 형성되는 실내측 유입구(151) 및 실내측 배출구(152)와 연통된다.
도면에 도시하지는 않았으나, 상기 실외측 유입구(141) 및 실내측 유입구(151)에는 공기를 강제로 흡입하는 실외측 송풍기 및 실내측 송풍기가 설치된다.
이와 같이 구성된 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치는 열교환기(160)가 적층 구조로 이루어지지 않고 단일층 구조로 이루어지므로, 측면패널(131)의 전체 두께를 크게 증가시키지 않는 이점을 제공한다.
100 : 랙 마운트 서버 시스템 110 : 베이스
120 : 마운트 랙 130 : 랙 하우징
131 : 측면패널 141 : 실외측 유입구
142 : 실외측 배출구 143 : 실외측 연결덕트
151 : 실내측 유입구 152 : 실내측 배출구
153 : 실내측 연결덕트 160 : 열교환기
161 : 제1유로 162 : 제2유로
170 : 열전소자 171 : 흡열부
172 : 방열부 S : 서버

Claims (5)

  1. 서버의 각 모서리 부분이 안착되는 4개의 수직한 마운트 랙과, 상기 마운트 랙의 외측에 설치되는 2개의 측면패널을 포함하며 전면부 또는 후면부가 개방된 랙 하우징을 포함하는 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치에 있어서,
    상기 랙 하우징의 측면패널의 하부 및 상부에 랙 하우징 외부와 연통되게 형성되는 실외측 유입구 및 실외측 배출구와;
    상기 측면패널의 내측에서 상기 실외측 유입구 및 실외측 배출구를 연결하는 실외측 연결덕트와;
    상기 측면패널의 상부 및 하부에 랙 하우징 내부와 연통되게 형성되는 실내측 유입구 및 실내측 배출구와;
    상기 측면패널의 내측에서 상기 실내측 유입구 및 실내측 배출구를 연결하며, 상기 실외측 연결덕트와 교차하는 실내측 연결덕트와;
    상기 실외측 연결덕트 내에 설치되어 상기 실외측 유입구를 통해 외부 공기를 유입하여 실외측 배출구를 통해 배출시키는 실외측 송풍기와;
    상기 실내측 연결덕트 내에 설치되어 상기 실내측 유입구를 통해 랙 하우징 내부 공기를 유입하여 실내측 배출구를 통해 배출시켜 랙 하우징 내의 공기를 순환시키는 실내측 송풍기와;
    상기 실내측 연결덕트와 실외측 연결덕트의 교차 지점에 설치되며, 상기 실외측 연결덕트와 연통되어 실외에서 유입된 공기가 유동하는 제1유로와, 상기 실내측 연결덕트와 연통되어 랙 하우징 내에서 유입된 공기가 유동하는 제2유로가 서로 연접하면서 교차 형성된 열전도성 재질의 열교환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열교환기의 제1유로 및 제2유로 내에는 열절단 성능을 향상시키기 위한 열전달핀이 형성된 것을 특징으로 하는 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환기의 제2유로의 일면에는 열전소자의 흡열부가 부착되어 제2유로를 유동하는 공기에서 열을 흡수하며, 상기 열전소자의 방열부는 제1유로 내에 배치되어 방열부에서 방출된 열이 제1유로를 통해 유동하는 외부 공기와 함께 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실외측 유입구는 측면패널의 바닥면에 형성되고, 상기 실내측 유입구는 측면패널의 상부면에 형성된 것을 특징으로 하는 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환기는 하나의 평판이 웨이브 형태로 이루어져 복수개의 제1유로 및 제2유로가 서로 교호로 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 랙 마운트 서버 시스템의 냉각장치.
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