KR101292847B1

KR101292847B1 - 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템

Info

Publication number: KR101292847B1
Application number: KR1020130046444A
Authority: KR
Inventors: 김종필
Original assignee: (주)써모텍
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2013-08-02

Abstract

본 발명은 데이터 센터 내의 공기가 유입되기 위한 유입구와 데이터 센터에 공기를 공급하기 위한 공급구가 마련되는 냉각룸; 데이터 센터의 공기가 유입구와 공급구에 의해 냉각룸을 경유하여 데이터 센터로 순환 공급되도록 송풍력을 제공하는 제 1 송풍기; 냉각룸과 격리되도록 마련되고, 외부의 공기가 내측으로 흡입되기 위한 흡기구와 흡입된 공기를 외측으로 배출시키기 위한 배기구가 마련되는 방열룸; 외부의 공기가 흡기구와 공급구에 의해 방열룸을 경유하도록 송풍력을 제공하는 제 2 송풍기; 및 냉각룸과 방열룸에 증발부와 응축부가 각각 위치하도록 설치되고, 증발부와 응축부 각각에서 작동유체가 증발과 응축의 상변화를 반복함으로써, 냉각룸을 통과하는 공기가 증발부와 열교환에 의해 냉각되도록 하고, 방열룸을 통과하는 공기가 응축부와 열교환을 일으키도록 하는 히트파이프를 포함하도록 한 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 자연에너지를 이용하여 IT 관련 장비의 운영 환경을 최적의 상태로 유지하도록 하되, 외부 공기가 서버룸 등의 데이터 센터 내부로 직접 유입되는 것을 배제하고, 외부 오염원의 유입을 차단하며, 습기 유입에 따른 손실 방지는 물론 정밀한 시스템의 관리가 가능하도록 하고, 진정한 의미의 친환경 및 에너지 절약형 데이터 센터의 구현을 가능하도록 한다.

Description

히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템{Air conditioning system of data center using heat pipe}

본 발명은 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자연에너지를 이용하여 IT 관련 장비의 운영 환경을 최적의 상태로 유지하도록 하되, 외부 공기가 서버룸 등의 데이터 센터 내부로 직접 유입되는 것을 배제하도록 구성된 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템에 관한 것이다.

최근 들어, 극심한 이상기후 현상으로 여름에는 37~40℃를 오르내리는 극심한 폭염과 폭우를 동반한 폭풍 등으로 전력 공급에 큰 어려움을 겪고 있으며, 겨울에는 기록적인 한파가 찾아오면서 사상 유래없는 전력난으로 대규모 정전사태(Black out)의 우려가 커지고 있다. 그러나, 이러한 우려에도 불구하고, 현재로서는 전력 공급을 당장 늘릴 방법이 없어 전력 수요 관리와 절전 켐페인에 의존할 수 밖에 없는 실정이다.

한편, 기업체에서는 IT 산업의 급속한 발전과 더불어 관련 장비들의 성능 및 처리 능력이 기하 급수적으로 발전하고 있으며, 다양한 데이터 센터의 수요가 급증하는 상황이다. 이러한 데이터 센터는 사람이 거주하는 재실 공간이기보다는 IT 장비의 운영 환경을 최적의 상태로 유지시키는 것이 우선시되는 산업 건물에 가깝다.즉, 장비의 보호와 안정적인 가동 조건을 제공하기 위해 에너지 절약보다는 환경 조절에 중점을 두어 왔다. 이는 IT 장비의 에러나 고장에 의해 수반되는 경제적 손실이 에너지 비용보다 훨씬 크기 때문에 적극적인 에너지 절약 방안을 고려하지 않았다.

그러나, 전세계적인 추세에 따라 IT를 통해 지속 가능한 성장을 확보하는 것이 기업의 중요한 임무가 되었으며, 최근에는 클라우드 컴퓨팅(Cloud computing) 시장 확대로 전산 환경이 고도로 집적화되고, 엄청난 양의 서버가 가동되고 있어, 일반 건물과 비교하여 최대 40배 이상의 에너지를 소비하는 데이터 센터의 급증하는 에너지 소모량이 사회적인 이슈가 되고 있는 실정이다. 따라서, 기존 인터넷 데이터 센터(Internet data center)의 운영 방식을 친환경, 에너지 절약형 방식으로 개선한 그린 인터넷 데이터 센터(Green IDC)시스템으로 운영하는 것은 필연적인 과제로 등장하고 있다.

종래의 그린 인터넷 데이터 센터의 공조 시스템에 대해서 한국공개특허 제10-2011-0129514호의 "그린컴퓨팅 환경을 실현한 인터넷데이터센터 공조시스템"이 개시된 바 있는데, 이는 인터넷데이터센터의 실내 온도 유지를 위하여 냉방 및 환기를 위한 공기조화기와 공기조화기의 작동을 제어하는 공기조화기제어장치, 실내와 실외(지상층 및 지하층) 온도를 감지하여 공기조화기제어장치로 그 정보를 제공하는 온도감지기, 공기조화기로부터 인터넷데이터센터 내 냉방을 실시하기 위한 냉방용덕트와 서버 및 네트워크장치가 장착된 랙으로부터 발생하는 열을 효율적으로 외부로 배출하기 위한 환기용덕트와 이와 연계된 환기구가 구비된 파티션으로 이루어진다.

그러나, 이와 같은 종래의 인터넷 데이터 센터의 공조 시스템은 외기의 도입 및 환기에 있어서, 에너지 절약 방식이 전혀 고려되지 않은 문제점을 가지고 있었다.

또한, 다른 예에 따른 종래의 인터넷 데이터 센터의 냉각 방식으로는 컴퓨레서에 전력이 공급되어 냉매를 압축하고, 압축된 냉매가 응축기에서 열을 배출하고, 증발기에서 열을 흡수하는 일반적인 기계식 냉각 사이클을 사용하고 있다. 실제적으로 인터넷 데이터 센터의 내부에서 발생하는 약 35℃의 배출공기를 냉각시키기 위하여, 개별적으로 공랭식 항온항습기를 사용하거나, 외부에 냉동기를 설치하여 냉각된 냉수를 항온항습기에 공급하여 실내를 냉각하는 수냉식 방법을 사용하고 있는데, 이러한 기존의 냉각방식은 24시간 365일 항상 가동해야 하는 항온항습기의 전력사용량 중 가장 큰 비중을 차지하는 압축기에서 많은 양의 전력소비를 전제로 하고 있다는 점에서, 에너지 절약에 기여하지 못하는 문제점을 가지고 있었다.

최근에는 인터넷 데이터 센터의 에너지 효율화 방안으로 동절기에 외부의 차가운 공기를 직접 인터넷 데이터 센터의 내부에 공급하는 외기 냉방시스템을 적용하고 있다.

그러나, 이러한 외기의 직접 공급으로 인해 외부 공기중에 포함된 미세먼지 농도의 자동 감지 등을 위한 자동화 시스템이 필요하며, 외부 공기의 소음과 습도가 직접 인터넷 데이터 센터 내부에 영향을 미치기 때문에 서버의 안정성을 해칠 수 있을 뿐만 아니라, 적정 온도 및 습도의 유지를 위하여, 오히려 전기 사용량이 증가하게 되고, 외부 공기의 습도에 대한 제습 부하를 초래하는 문제점을 가지고 있었다.

상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 자연에너지를 이용하여 IT 관련 장비의 운영 환경을 최적의 상태로 유지하도록 하되, 외부 공기가 서버룸 등의 데이터 센터 내부로 직접 유입되는 것을 배제하고, 외부 오염원의 유입을 차단하며, 습기 유입에 따른 손실 방지는 물론, 정밀한 시스템의 관리가 가능하도록 하고, 진정한 의미의 친환경 및 에너지 절약형 데이터 센터의 구현을 가능하도록 하는데 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 데이터 센터 내의 공기가 유입되기 위한 유입구와 상기 데이터 센터에 공기를 공급하기 위한 공급구가 마련되는 냉각룸; 상기 데이터 센터의 공기가 상기 유입구와 상기 공급구에 의해 상기 냉각룸을 경유하여 상기 데이터 센터로 순환 공급되도록 송풍력을 제공하는 제 1 송풍기; 상기 냉각룸과 격리되도록 마련되고, 외부의 공기가 내측으로 흡입되기 위한 흡기구와 흡입된 공기를 외측으로 배출시키기 위한 배기구가 마련되는 방열룸; 외부의 공기가 상기 흡기구와 상기 공급구에 의해 상기 방열룸을 경유하도록 송풍력을 제공하는 제 2 송풍기; 및 상기 냉각룸과 상기 방열룸에 증발부와 응축부가 각각 위치하도록 설치되고, 상기 증발부와 상기 응축부 각각에서 작동유체가 증발과 응축의 상변화를 반복함으로써, 상기 냉각룸을 통과하는 공기가 상기 증발부와 열교환에 의해 냉각되도록 하고, 상기 방열룸을 통과하는 공기가 상기 응축부와 열교환을 일으키도록 하는 히트파이프를 포함하는 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템이 제공된다.

상기 냉각룸 내에서 상기 증발부의 후단에 설치되고, 상기 증발부를 통과한 공기를 냉각시키도록 냉각수가 순환 공급되는 냉각코일을 가지는 냉각부; 및 상기 공급구에 연결되고, 상기 냉각코일에 의해 냉각된 공기를 상기 데이터 센터의 바닥면에 다수로 마련되는 토출구를 통해서 분산 토출시키는 메인공급로를 더 포함할 수 있다.

상기 방열룸 내에 설치되고, 상기 응축부에 냉각 유체를 분사하기 위한 분사노즐이 다수로 마련되는 분사부를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각룸과 상기 방열룸은 수직되게 배열되도록 마련되고, 상기 히트파이프는 상기 냉각룸과 상기 방열룸에 수직되게 다수로 설치되고, 방열핀에 의해 서로 연결될 수 있다.

상기 냉각룸과 상기 방열룸은 수평되게 배열되도록 마련되고, 상기 히트파이프는 상기 냉각룸과 상기 방열룸에 수평되게 설치될 수 있다.

상기 냉각룸과 상기 방열룸은 서로 이격되도록 마련되고, 상기 히트파이프는 상기 냉각룸과 상기 방열룸을 순환하도록 절곡에 의해 순환 통로를 이루고, 방열핀이 부분적으로 서로 연결시키도록 상기 증발부와 상기 응축부 각각에 다수로 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템에 의하면, 본 발명은 자연에너지를 이용하여 IT 관련 장비의 운영 환경을 최적의 상태로 유지하도록 하되, 외부 공기가 서버룸 등의 데이터 센터 내부로 직접 유입되는 것을 배제하고, 외부 오염원의 유입을 차단하며, 습기 유입에 따른 손실 방지는 물론, 정밀한 시스템의 관리가 가능하도록 하고, 진정한 의미의 친환경 및 에너지 절약형 데이터 센터의 구현을 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템을 도시한 정면도이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템의 설치 모습을 도시한 정면도이고,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템의 설치 모습을 도시한 평면도이고,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템의 히트파이프 설치 구조의 일례를 도시한 사시도이고,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템의 히트파이프 설치 구조의 다른 예를 도시한 평면도이고,
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템의 히트파이프 설치 구조의 또 다른 예를 도시한 사시도이고,
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템의 히트파이프 설치 구조의 또 다른 예를 도시한 사시도이고,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템의 설치 모습을 도시한 정면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템을 도시한 정면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템의 설치 모습을 도시한 정면도 및 평면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템(100)은 냉각룸(110), 제 1 송풍기(120), 방열룸(130), 제 2 송풍기(140) 및 히트파이프(150)를 포함할 수 있으며, 데이터 센터(10)마다 단일로 설치되거나, 본 실시예에서처럼 다수, 예컨대 3개가 설치될 수 있고, 데이터 센터(10)의 크기에 따라 그 수를 달리할 수 있으며, 데이터 센터(10)의 일측에 마련되는 공조륨(180) 내에 위치하도록 설치될 수 있다.

냉각룸(110)은 데이터 센터(10) 내의 공기가 유입되기 위한 유입구(111)와 데이터 센터(10)에 공기를 공급하기 위한 공급구(112)가 각각 마련된다. 여기서 유입구(111)와 공급구(112)는 후술하게 될 제 1 송풍기(120)의 개수에 상응하는 개수로 이루어질 수 있다.

한편, 데이터 센터(10)는 인터넷 통신을 위한 서버 등의 IT 관련 장비들이 수용되는 인터넷 데이터 센터(Internet Data Center, IDC)뿐만 아니라, 데이터 처리 및 저장 등의 IT 장비들이 수용되는 전산실 등이 포함될 수 있다.

제 1 송풍기(120)는 데이터 센터(10)의 공기가 유입구(111)와 공급구(112)에 의해 냉각룸(110)을 경유하여 데이터 센터(10)로 순환 공급되도록 송풍력을 제공한다. 또한 제 1 송풍기(120)는 후술하게 될 히트파이프(150)의 증발부(151)와 대향되도록 냉각룸(110) 내에 수직되게 설치되는 격벽(113)에 브라켓(121)으로 고정될 수 있고, 격벽(113)에 형성되는 개구(미도시)를 통해서 송풍할 수 있다.

방열룸(130)은 냉각룸(110)과 격리되도록 마련되고, 외부의 공기가 내측으로 흡입되기 위한 흡기구(131)와 흡입된 공기를 외측으로 배출시키기 위한 배기구(132)가 각각 마련된다. 흡입구(131)와 배기구(132)는 후술하게 될 제 2 송풍기(140)의 개수에 상응하는 개수로 이루어질 수 있다. 또한 흡입구(131)는 공조룸(180)에 개구 형태로 이루어진 흡입부(181)를 통해서 외부의 공기가 흡입될 수 있으며, 배기구(132)는 배기덕트(182)에 연결됨으로써 배기덕트(182)를 통해서 방열룸(130)의 내부 공기를 외부로 배출시킬 수 있다.

제 2 송풍기(140)는 외부의 공기가 흡기구(131)와 공급구(132)에 의해 방열룸(130)을 경유하도록 송풍력을 제공한다. 또한 제 2 송풍기(140)는 후술하게 될 히트파이프(150)의 응축부(152)와 대향되도록 방열룸(130) 내에 수직되게 설치되는 격벽(133)에 브라켓(141)으로 고정될 수 있고, 격벽(133)에 형성되는 개구(미도시)를 통해서 송풍할 수 있다.

제 1 및 제 2 송풍기(120,140)는 일례로 EC-송풍기(electronically commutated fan)로 이루어질 수 있고, 전자 제어에 의해 최적의 운전 조건을 유지할 수 있으며, 통상적인 교류모터(alternating-current motors)에 비하여 30~50%의 전력 소모가 적은 고효율 모터의 사용으로 인해, 전력 사용량이 많은 데이터 센터(10)용 송풍기에 적합하도록 할 수 있다. 또한 제 1 및 제 2 송풍기(120,140)는 데이터 센터(10)의 내부 온도 조절을 위하여, 외부 공기의 온도에 따라 회전수 조절이 용이한 모터가 채용될 수 있고, 냉각룸(110)과 방열룸(130) 각각에 단일 내지 다수로 설치될 수 있다.

히트파이프(150)는 냉각룸(110)과 방열룸(130)에 증발부(151)와 응축부(152)가 각각 위치하도록 설치되고, 증발부(151)와 응축부(152) 각각에서 작동유체가 증발(evaporation)과 응축(condensation)의 상변화를 반복함으로써, 냉각룸(110)을 통과하는 공기가 증발부(151)와 열교환에 의해 냉각되도록 하고, 방열룸(130)을 통과하는 공기가 응축부(152)와 열교환을 일으키도록 한다.

히트파이프(150)는 상기한 바와 같이, 감압 내지 진공으로 밀폐된 용기 속에서 휘발성 액체인 작동유체가 증발과 응축의 상변화를 반복하면서 자연대류나 전도방식의 열전달에 비하여 1,000배 이상의 빠른 속도로 열을 전달하도록 하는데, 내부에 펠트, 발포제, 섬유, 금속망 등의 다공 구조를 가진 위크(wick)와 증기공간으로 구성될 수 있고, 증발부(151)에서 흡열로 인해 작동유체의 온도가 상승하여 증발이 촉진되고, 증발로 인한 작동유체의 증기가 증기공간을 통해서 응축부(152)로 이동하여 응축 과정을 거치면서 응축잠열을 외부로 방출하고, 응축부(152)에서 응축된 작동유체가 중력 작용 내지 위크의 모세관 현상을 이용하여 증발부(151)로 순환 이동하게 된다. 한편, 히트파이프(150)는 데이터 센터(10)로부터 유입구(111)를 통해서 공급되는 공기의 열을 열원으로 사용하거나, 별도의 가열원을 사용할 수도 있다.

냉각룸(110) 내에는 히트파이프(150)의 증발부(151) 후단에 설치되는 냉각부(170)가 마련될 수 있다. 여기서, 냉각부(170)는 증발부(151)를 통과한 공기를 냉각시키도록, 냉각기를 통해서 냉각된 냉각수가 순환펌프의 펌핑력에 의해 순환 공급되는 냉각코일(171)을 가질 수 있다. 또한 냉각코일(171)의 하부에는 공기의 냉각에 의해 생성되는 응축수를 수집하여 외부로 배출시키기 위한 수집부(172)가 설치될 수 있다.

데이터 센터(10)의 하부, 즉 플로어의 하측에는 메인공급로(190)가 설치될 수 있다. 메인공급로(190)는 냉각룸(110)의 공급구(112)에 연결되어 냉각코일(171)과의 열교환에 의해 냉각된 공기를 데이터 센터(10)의 바닥면에 다수로 마련되는 토출구(191)를 통해서 분산 토출시키기 위한 통로를 형성한다.

방열룸(130) 내에는 히트파이프(150)의 응축부(152)에 대한 냉각을 돕도록 분사부(160)가 설치될 수 있다. 여기서 분사부(160)는 응축부(152)에 냉각 유체, 예컨대 물을 분사하기 위한 분사노즐(161)이 다수로 마련될 수 있는데, 일례로 응축부(152)에 대향되도록 설치되는 파이프로 이루어지고, 분사노즐(161)이 상하 또는 좌우 방향이나, 상하 및 좌우 방향으로 다수로 배열되도록 마련될 수 있고, 외부 펌프의 펌핑력에 의해 공급되는 물을 분사노즐(161)을 통해서 응축부(152)에 분사 공급함으로써 응축부(152)를 냉각시키도록 한다.

한편, 냉각룸(110)과 방열룸(130)은 벽체(114)에 의해 서로 격리되되, 수직되게 배열되도록 마련될 수 있다. 이때, 히트파이프(150)는 증발부(151)와 응축부(152) 각각이 냉각룸(110)과 방열룸(130) 내측에 각각 위치하도록 수직되게 설치될 수 있다.

도 4를 참조하면, 히트파이프(150)는 냉각룸(110)과 방열룸(130)에 수직되도록 설치되되, 서로 나란하도록 다수로 설치될 수 있고, 상하 다수로 배열되도록 수평되게 설치되는 방열핀(153)에 의해 서로 연결될 수 있으며, 제 1 송풍기(120)에 의해 냉각룸(110)을 통과하는 공기와의 열교환 효율을 높이도록 한다. 이때 방열핀(153)은 히트파이프(150)가 각각 관통하기 위한 관통홀(미도시)이 다수로 형성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 냉각룸(210)과 방열룸(230)은 격벽(214)에 의하여 격리되되, 서로 수평되게 배열되도록 마련될 수 있다. 이때 히트파이프(250)는 냉각룸(210)과 방열룸(230)에 수평되게 설치됨으로써 증발부(251)가 냉각룸(210) 내에 위치하고, 응축부(252)가 방열룸(230) 내에 위치하게 된다. 이때, 증발부(251)는 냉각룸(210) 내의 덕트(215)에 설치될 수 있다.

도 6을 참조하면, 냉각룸과 방열룸이 수평되게 서로 이격되도록 마련된 상태에서, 히트파이프(350)는 냉각룸과 방열룸 각각에 증발부(351)와 응축부(352)가 각각 위치하도록 설치되되, 냉각룸과 방열룸을 순환하도록 절곡에 의해 순환 통로를 이루기 위해 고리 형태로 형성될 수 있고, 방열핀(353)이 부분적으로 연결시키도록 증발부(351)와 응축부(352) 각각에 다수로 설치될 수 있다. 방열핀(353)은 증발부(351)와 응축부(352) 각각에 히트파이프(350)를 부분적으로 서로 연결시키기 위하여, 본 실시예에서처럼 히트파이프(350)에서 증발부(351)와 응축부(352) 각각을 이루는 "ㄷ"자 형상을 가지는 부위에 상하로 마주보는 부분을 서로 연결시키도록 수직되게 나란히 다수로 설치될 수 있다. 또한 히트파이프(350)에는 작동유체의 주입 및 배출을 위한 개폐부(354)가 마련될 수 있다.

도 7을 참조하면, 냉각룸과 방열룸이 수평 및 수직으로 서로 이격되도록 마련된 상태에서, 히트파이프(450)는 냉각룸과 방열룸 각각에 증발부(451)와 응축부(452)가 각각 위치하도록 설치되되, 냉각룸과 방열룸을 순환하도록 절곡에 의해 순환 통로를 이루기 위해 고리 형태로 형성될 수 있고, 방열핀(453)이 부분적으로 연결시키도록 증발부(451)와 응축부(452) 각각에 다수로 설치될 수 있다. 방열핀(453)은 증발부(451)와 응축부(452) 각각에 히트파이프(450)를 부분적으로 서로 연결시키기 위하여, 본 실시예에서처럼 히트파이프(450)에서 증발부(451)와 응축부(452) 각각을 이루는 "ㄷ"자 형상을 가지는 부위에 상하로 마주보는 부분을 서로 연결시키도록 수직되게 나란히 다수로 설치될 수 있다. 또한 히트파이프(450)에는 작동유체의 주입 및 배출을 위한 개폐부(454)가 마련될 수 있고, 절곡에 의해 형성되는 절곡부(455)에 의하여 증발부(451)와 응축부(452)의 이격 위치를 다양하게 정할 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템(500)은 제 1 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템(100)과 마찬가지로, 유입구(511)와 공급구(512)를 가지는 냉각룸(510), 제 1 송풍기(520), 흡기구(531)와 배기구(532)를 가지는 방열룸(530), 제 2 송풍기(540) 및 히트파이프(550)를 포함하되, 제 1 송풍기(520)는 냉각룸(510) 내에서 증발부(551)의 하측에 위치하는 격벽(513)의 하측에 위치하도록 데이터 센터의 플로어(11) 하측에 설치될 수 있고, 제 2 송풍기(540)는 방열룸(530) 내에서 응축부(552)의 상측에 위치하는 격벽(533)의 상측에 위치하도록 배기덕트(534) 측에 설치될 수 있다. 여기서, 격벽(513,533)은 공기의 통과를 위하여 개구(513a,533a)가 형성될 수 있다.

또한 본 실시예에서, 냉각룸(510)의 내측에는 통과하는 공기로부터 이물질을 필터링하기 위한 필터(514)가 설치될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템의 작용을 설명하기로 한다.

본 발명에 따르면, 많은 전력을 사용하는 기존의 컴프레셔를 사용하지 않고, 작동유체의 증발과 응축의 상변화를 반복하여 우수한 열전달 효과를 발휘하는 히트파이프(150)를 이용하여, 데이터 센터(10)에 순환 공급되는 공기를 냉각시키게 된다. 즉, 제 1 송풍기(120)의 구동에 의해 데이터 센터(10) 내부의 32~35℃의 따뜻한 공기는 냉각룸(110)을 경유하여 히트파이프(150)의 증발부(151)를 통과하게 되고, 제 2 송풍기(140)의 구동에 의해 외부의 차가운 공기는 방열룸(130)을 경유하여 히트파이프(150)의 응축부(152)를 통과하게 되는데, 증발부(151)에서의 증발과 응축부(152)에서의 응축에 의한 작동유체의 상변화에 의해, 냉각룸(110)을 통과하는 공기는 증발부(151)와의 열교환에 의해 냉각되고, 방열룸(130)을 통과하는 외부의 공기는 응축부(152)와 열교환을 실시하게 된다.

이와 같은 간접적인 열교환 방식은 외부 공기와 데이터 센터(10) 내부의 서버 등이 직접적으로 접촉하지 않으므로, 외부 공기 속에 포함된 오염원이 데이터 센터(10) 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있고, 외부 공기 중에 포함된 습기가 데이터 센터(10) 내측으로 유입되는 것을 억제하여 습기 제거를 위한 추가 에너지 손실을 방지할 수 있으며, 이로 인해 정밀한 데이터 센터(10)의 관리가 가능하도록 한다.

또한 데이터 센터(10)의 건축 구조상 층고 높이가 제한되어 있을 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이, 히트파이프(250)의 증발부(251)와 응축부(252)를 수평되게 배열할 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 히트파이프(350)의 증발부(351)와 응축부(352)의 수평 분리 설치가 가능하며, 도 7에 도시된 바와 같이, 히트파이프(450)의 증발부(451)와 응축부(452)의 수평 및 수직 분리 설치가 가능하다.

또한 계절의 변화에 따라 여름철이 가까워질수록 외부 공기의 온도가 충분히 낮지 않아, 데이터 센터(10) 내부의 냉각이 부족할 경우, 분사부(160)의 분사노즐(161)을 통해서 응축부(152)에 냉각 유체, 예컨대 물을 분사함으로써 약 540 kcal/kg의 증발 잠열로 외부 공기를 냉각시켜 준다. 이러한 증발냉각 방법으로 외부 공기의 온도를 냉각시키면, 데이터 센터(10) 내부의 공급 공기 온도도 동시에 낮아져서 여름철에도 외부 공기로 데이터 센터(10)의 추가 냉각이 가능하게 된다. 이러한 외부 공기의 간접냉각 방법은 데이터 센터(10) 내부에 물 분사로 인한 습기를 증가시키지 않기 때문에 따뜻한 날씨에도 효과적인 냉각 방법으로 사용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 본 발명은 자연에너지를 이용하여 IT 관련 장비의 운영 환경을 최적의 상태로 유지하도록 하되, 외부 공기가 서버룸 등의 데이터 센터 내부로 직접 유입되는 것을 배제하고, 외부 오염원의 유입을 차단하며, 습기 유입에 따른 손실 방지는 물론 정밀한 시스템의 관리가 가능하도록 하고, 진정한 의미의 친환경 및 에너지 절약형 데이터 센터의 구현을 가능하도록 한다.

이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110 : 냉각룸 111 : 유입구
112 : 공급구 113 : 격벽
114 : 벽체 120 : 제 1 송풍기
121 : 브라켓 130 : 방열룸
131 : 흡기구 132 : 배기구
133 : 격벽 140 : 제 2 송풍기
141 : 브라켓 150 : 히트파이프
151 : 증발부 152 : 응축부
153 : 방열핀 160 : 분사부
161 : 분사노즐 170 : 냉각부
171 : 냉각코일 172 : 수집부
180 : 공조룸 181 : 흡입부
182 : 배기덕트 190 : 메인공급로
191 : 토출구 210 : 냉각룸
214 : 격벽 215 : 덕트
230 : 방열룸 250 : 히트파이프
251 : 증발부 252 : 응축부
350 : 히트파이프 351 : 증발부
352 : 응축부 353 : 방열핀
354 : 개폐부 450 : 히트파이프
451 : 증발부 452 : 응축부
453 : 방열핀 454 : 개폐부
455 : 절곡부 510 : 냉각룸
511 : 유입구 512 : 공급구
513 : 격벽 513a : 개구
514 : 필터 520 : 제 1 송풍기
530 : 방열룸 531 : 흡기구
532 : 배기구 533 : 격벽
533a : 개구 534 : 배기덕트
540 : 제 2 송풍기 550 : 히트파이프
551 : 증발부 552 : 응축부

Claims

데이터 센터 내의 공기가 유입되기 위한 유입구와 상기 데이터 센터에 공기를 공급하기 위한 공급구가 마련되는 냉각룸;
상기 데이터 센터의 공기가 상기 유입구와 상기 공급구에 의해 상기 냉각룸을 경유하여 상기 데이터 센터로 순환 공급되도록 송풍력을 제공하는 제 1 송풍기;
상기 냉각룸과 격리되도록 마련되고, 외부의 공기가 내측으로 흡입되기 위한 흡기구와 흡입된 공기를 외측으로 배출시키기 위한 배기구가 마련되는 방열룸;
외부의 공기가 상기 흡기구와 상기 공급구에 의해 상기 방열룸을 경유하도록 송풍력을 제공하는 제 2 송풍기;
상기 냉각룸과 상기 방열룸에 증발부와 응축부가 각각 위치하도록 설치되고, 상기 증발부와 상기 응축부 각각에서 작동유체가 증발과 응축의 상변화를 반복함으로써, 상기 냉각룸을 통과하는 공기가 상기 증발부와 열교환에 의해 냉각되도록 하고, 상기 방열룸을 통과하는 공기가 상기 응축부와 열교환을 일으키도록 하는 히트파이프;
상기 냉각룸 내에서 상기 증발부의 후단에 설치되고, 상기 증발부를 통과한 공기를 냉각시키도록 냉각수가 순환 공급되는 냉각코일을 가지는 냉각부;
상기 공급구에 연결되고, 상기 냉각코일에 의해 냉각된 공기를 상기 데이터 센터의 바닥면에 다수로 마련되는 토출구를 통해서 분산 토출시키는 메인공급로;
상기 방열룸 내에 설치되고, 상기 응축부에 냉각 유체를 분사하기 위한 분사노즐이 다수로 마련되는 분사부를 포함하고,
상기 냉각룸과 상기 방열룸은, 서로 이격되도록 마련되고,
상기 히트파이프는, 상기 냉각룸과 상기 방열룸을 순환하도록 절곡에 의해 순환 통로를 이루고, 방열핀이 부분적으로 서로 연결시키도록 상기 증발부와 상기 응축부 각각에 다수로 설치되는, 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템.
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제 1 항에 있어서, 상기 냉각룸과 상기 방열룸은,
수직되게 배열되도록 마련되고,
상기 히트파이프는,
상기 냉각룸과 상기 방열룸에 수직되게 다수로 설치되고, 방열핀에 의해 서로 연결되는, 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 냉각룸과 상기 방열룸은,
수평되게 배열되도록 마련되고,
상기 히트파이프는,
상기 냉각룸과 상기 방열룸에 수평되게 설치되는, 히트파이프를 이용한 데이터 센터의 공조 시스템.
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