KR101468873B1 - 서버랙의 항온장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매싸이클장치의 냉각제어와 가열장치의 가열제어에 의한 동시제어 등으로 서버랙 내부(랙함)를 항시 일정한 온도로 유지시킴으로써 안정적이고 효율적인 운전이 가능하도록 한 서버랙의 항온장치에 관한 것이다.
본 발명은, 전산장비(S)를 장착하는 마운트프레임이 설치된 랙함(1) 전면에 개폐가능하게 결합되는 도어(2), 랙함(1) 내부를 일정한 온도와 습도로 유지시키기 위한 항온항습모듈(3)로 이루어진 서버랙(10)에 있어서, 랙함(1)의 내부공기를 배출하는 배출덕트(12)로부터 랙함(1)의 내부공기를 흡입하여 증발기(42)로 송풍하는 흡입팬(41); 흡입된 내부공기를 냉각시키는 증발기(42); 내부공기를 가열시키는 히터(5)(5A); 냉각/가열된 내부공기를 랙함(1) 내부의 토출덕트(7)로 송풍, 안내하는 송풍챔버(6); 랙함(1) 내부에 장착되어 냉각/가열된 내부공기를 랙함(1) 내부로 송풍,순환시키는 토출덕트(7)로 이루어지는 내부공기순환덕트(4)와, 상기 증발기(43)로 냉매를 공급, 순환시키는 압축기(81)와 증발기(43)의 응축열을 방열하는 응축기(82) 및 냉각팬(83); 응축열 방열을 위해 외부공기를 유입하기 위한 유입구(84); 냉각팬(83)이 설치된 쪽에 형성되어 응축기(82)의 방열공기를 배출하는 배출구(85); 상기 배출구(85)에 결합되어 방열공기를 외부로 배출하는 방출덕트(86);로 이루어지는 외부공기순환덕트(5)로 서버랙의 항온장치를 구성한 것에 요지가 있다.

Description

서버랙의 항온장치{THERMOSTATIC DEVICE OF THE SERVER RACK}

본 발명은 서버랙의 항온장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉매싸이클장치의 냉각제어와 가열장치의 가열제어에 의한 동시제어 등으로 서버랙 내부(랙함)를 항시 일정한 온도로 유지시킴으로써 안정적이고 효율적인 운전이 가능하도록 한 서버랙의 항온장치에 관한 것이다.

통상 랙은 서버를 포함한 네트워크장비, 전산장비 등의 장착을 위한 국제규격(IEC)의 함을 일컫는 것으로 서버나 허브 등의 전산장비들의 구성 및 설치수납을 위해 층별로 쌓아두는 랙마운트 방식으로 주로 제작되며, 장착되는 전산장비에 따라 서버랙, 허브랙, 통신랙, 네트워크스스템랙, CCTV랙, 멀티랙 등으로, 전산장비의 외형사이즈에 따라 19인치 랙, 21인치 랙 등으로 불려진다.

또, 제공되는 기능에 따라 밀폐랙(먼지유입 차단기능을 제공하는 랙), 내진랙(지진에 대비하여 진동방지 기능을 가진 랙), EMP차폐력(전자기 펄스, 핵무기로부터 발생하는 파동은 전자기기에 과전류를 일으켜 영구적인 파손을 가져오는 데 이러한 파손을 방지하기 위한 기능을 가진 랙), EMC차폐랙(EMC는 전자기기의 노이즈를 감소시켜 다른 전자기기의 동작에 영향을 주지않도록 차단하고 다른 전자기기에서의 노이즈 영향도 차단하도록 하는 기능을 가진 랙), EMI차폐랙(전자파의 차단기능을 가진 랙), 무진동랙(선박 및 차량탑재용으로 외부의 물리적인 흔들림을 방지하는 기능을 가진 랙) 등으로도 불려진다.

본 발명에서는 상기한 각종의 다양한 랙을 서버랙으로 통칭한다.

위에서 이미 살펴본 바와 같이 서버랙은 사용자의 요구에 따라 자유로이 각각의 기능을 가진 장치들을 자유롭게 구성할 수 있는 장점이 있는 랙마운트 방식으로 주로 제작되며, 이러한 서버랙의 전산장비들은 고집적 고성능화에 의한 발열부하를 제거하지 않을 경우 시스템정지, 고장 등의 치명적인 결과를 가져올 수 있다.

이에 따라 서버랙의 일반적인 냉각방법은 별도의 전산실을 구성하고 랙함 내부에 공조 유닛을 거친 냉각된 공기를 불어넣어 열부하를 제거하고 있으며, 비용, 공간 등의 문제로 전산실을 별도 운영할 수 없는 경우에는 랙함 내부에 배풍용 팬을 구비하여 열부하에 대응하도록 구성하고 있다.

그러나 서버랙을 위한 전산실을 별도 운영하는 경우에도 랙함 내부에 공조유닛을 거친 냉각공기를 급기하여야 하므로 먼지 유입에 대한 차단방법이 전무하고 각종 정보처리장치들의 접속케이블 연결 및 전산실 내의 열섬현상으로 인한 온도제어의 불균형으로 효율을 높이기 위해 서버랙의 뒷면이 개봉된 경우가 많고 이러한 경우 먼지유입에 대비할 수 없다.

한편, 랙함(서버 등 각종 정보처리장치들이 설치되는 캐비넷)에 있어서 정보처리장치들의 장착시 공간 절약화를 위해 랙함에 장착할 수 있는 송풍팬이 소형화되고 있어 발열량의 제거가 원활치 못하고 이러한 발열량의 제거가 원활치 못할 경우에는 서버나 정보처리장치들의 치명적인 손상을 가져오게 되어 경제적 손실 및 데이터 정보의 복구 불가능 등의 손실을 가져온다.

이와 같이 서버랙의 서버 및 정보처리장치들의 주요 고장의 큰 이유중 하나는 온도 제어실패에 의한 과부하이다.

따라서 랙함 내의 온도 상승으로 인한 문제점을 막기 위하여 이미 전술한 바와 같이 랙함 내의 발열량 제거를 위한 전산실(서버룸)을 운영하는 경우가 일반적인 데 이에 대한 문제점은 이하와 같다.

서버랙이 설치되는 전산실은 실내의 온도제어를 위하여 중앙집중방식 냉각으로 전산실 내부에 열부하 제거용 공기를 공급하고, 전산실 내의 서버랙은 랙함 내부의 공기의 급배기를 원활히 하기 위하여 측면에 다공판 등을 사용하여 충분한 통풍이 되도록 만들어지므로 서버랙 내의 발열량 제거를 위해서는 전산실 내부 공간 전체의 발열량 제거가 이루어져야 함으로 에너지 손실이 매우 크다는 단점이 있다.

또 고집적 서버에 충분한 풍량을 공급하지 못하고 랙함 후면의 열기가 랙함 전면의 흡입구로 재순환하는 구조를 가지게 되는 데 이는 랙함 내의 열부하를 충분히 제거할 수 없게 되고 전산실 운영과 관리에 대한 과대한 비용 투자와 관리인력의 비용이 발생된다.

그리고 전산실 내의 서버랙 뿐만 아니라 기본 방식의 서버랙은 온도관리를 위하여 랙함 자체의 열교환을 위한 통풍면적의 증대를 위해 다공판 등을 이용하여 강제 냉각된 공기를 랙함의 내부로 유입 및 배출되게 하는 구조가 되어야 한다. 따라서 이러한 급배기 방식으로 인하여 항온, 항습의 관리는 전산실을 별도로 두어 관리할 수 있으나 랙함 내부로 유입되는 미세먼지로 인한 정전기발생에 따른 누전, 스파크, 장비의 오작동, 하드디스크 에러 등의 문제점은 전산실의 운영, 관리에도 불구하고 그 발생우려가 높다.

이와 같이 미세먼지(탄소,아연, 유기미립자 등)는 쇼트나 라인장애를 유발시켜 서버나 장비의 고장을 가져오는 치명적인 요인으로 뒷면이 케이블배선, 모니터링 등을 위하여 개봉되어 운영되고 함내의 발열부하 제거를 위한 통풍구조를 가질 수밖에 없어 기존의 서버랙 구조는 전산실 운영과 크게 상관없이 이와 같은 문제점에 항시 직면하고 있다. 이하 이와 관련한 선행기술을 살펴본다.

참고문헌1에 공조 유닛으로부터 송풍되는 냉기를 랙의 하부 급기구에 공급하고 이 냉기로 랙 내의 기기를 냉각하는 동시에 기기에 의해 데워진 랙의 상부에 배기구로부터 배출되는 공기를 공조 유닛으로 복귀시켜 순환시키는 랙의 냉각구조가 개시되어 있다.

또 참고문헌2에는 쿨러 유닛으로부터 교환패널을 통해 서버랙 내의 전방면 상부에 착탈가능하게 설치된 다운 플로우 유닛에 냉기를 공급하고, 이 다운 플로우 유닛에 의해 냉기를 하방으로 강제적으로 불어넣어 전자기기를 냉각하고 또한 쿨러 유닛의 폐열을 실외 배기용 덕트를 통해 실외로 배기하도록 한 서버랙의 냉각 장치가 개시되어 있다.

참고문헌3에는 랙 캐비넷에 메인 순환배관, 메인 순환용 펌프, 냉각부를 설치하고 메인순환배관을 통해 냉각시키고 또 수열부와 장치 내부 펌프를 설치한 복수의 서버모듈을 상기 메인 순환배관에 병열로 접속하여 냉각액을 급배수하고 각 서버 모듈 내의 발열부를 냉각하도록 하여 액냉 방식을 채용하여 서버모듈에 탑재된 고발열 부품의 방열을 원활하게 행하는 랙마운트 서버 시스템의 냉각방법이 게재되어 있다.

그리고 참고문헌4에는 열원에서 발생하는 열기를 랙으로부터 배출시키는 복수의 팬이 배열된 팬 유닛과 그들 팬의 회전에 의해 랙으로부터 배출되는 열기를 제열하는 냉매를 안내하는 파이프가 배열된 라디에이터 유닛과, 상기 파이프에 연결된 냉매를 유통하는 열교환기 등으로 이루어진 전자장치의 냉각시스템이 개시되어 있다.

참고문헌5에 서버(server)나 라우터(router)를 내부공간에 수용하는 상부본체의 정면도어 개구 주위를 따라 실드핑거가 배치되고, 필터 등의 전기회로 부품의 본체를 내부에 수용하는 하부본체의 하부정면도어의 개구 주위를 따라 실드핑거가 배치된 서버랙이 개시되어 있다.

또, 참고문헌6에는 랙 유닛을 완전히 둘러싸는 캐비넷으로 구성하고 랙 유닛과 랙함 사이에 플래넘을 형성하여 여기에 필러물질을 충진시켜 흡음재에 의한 소음차단을 주목적으로 한 서버랙이 개시되어 있다.

그리고 서버랙의 차폐구조를 위하여 랙함의 전원선 인입구, 광케이블인입구, 분배기 등으로 모듈화시켜 먼지차폐구조로 구성하여 서버 및 정보처리장치들의 작동 및 모니터링에 문제가 없도록 하고, 상기 먼지차폐구조로 서버랙 내부에 미세먼지유입을 원천적으로 차단하여 미세먼지에 의한 상기 문제를 해결하고, 또 상기 먼지차폐구조로 이루어진 서버랙 내부에 냉각공기의 공급과 함께 가습효과를 함께 제공하여 항온(恒溫), 항습(恒濕)으로 양질의 공기를 공급할 수 있게 함으로써 발열부하에 의해 발생될 수 있는 전술한 제반 문제를 해결하여 더욱 안정적이고 효율적으로 운영, 관리할 수 있도록 한 서버랙이 참고문헌7에 개시되어 있다.

참고로 상기 참고문헌7에 개시된 발명은 본 출원인의 선등록 발명이다.

또, 참고문헌8에 서버저장랙과 배출덕트 그리고 콘트롤박스덕트가 포함되어 서버랙/통신랙과 항온(恒溫)/항습(恒習)기를 실외없는 구조로 구성하고 밀폐구조로 외부의 먼지유입을 방지하며 소음을 차단할 수 있도록 한 서버및 네트웍 장비를 항온 항습시키는 운영장치에 대해 개시되어 있다.

(참고문헌1) 일본 공개특허공보 제2004-63755호, 2004.02.26. (참고문헌2) 일본 공개특허공보 제2006-93388호, 2006.04.06. (참고문헌3) 대한민국 공개특허공보 제10-2004-73983호, 2004.08.21. (참고문헌4) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0019308호, 2010.02.18. (참고문헌5) 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0005948호, 2004.01.16. (참고문헌6) 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0084871호, 2005.08.29. (참고문헌7) 대한민국 등록특허공보 제10-0997045호, 2010.11.29. (참고문헌8) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0085107호, 2014.07.07

이상에서 살핀 바와 같이 서버랙은 랙함 내부에 장착되는 전산장비 등의 보호 및 안전한 운영을 위해 아래 나열하는 최적의 조건이 우선 고려되어야 한다.

1). 적정온도와 습도를 유지함으로써 최적의 효율과 안정적인 운전이 가능하도록 항온과 항습을 필요로 한다.

2). 각 장비들은 운전시 발생되는 열부하 제거를 위해 내부에 흡입토출팬을 장착하고 있으며 이로인해 내부로 외부의 미세먼지가 유입되고 누적되어 결국 장비운전 드러블을 가져온다. 따라서 먼지유입차단은 중요한 고려대상이다.

3). 전산장비, 네크워크장비 등은 화재에 매우 취약한 구조를 가지므로 이에 대한 대비도 고려하여야 한다.

4). 전산장비, 네크워크장비 등의 경우 운전 소음이 매우 커서 사무공간이나 연구실 등에서는 한 공간에 서버랙을 두고 사용하기 어려운 실정이다. 따라서 별도의 공간(서버룸 혹은 전산실 등으로 불려지는) 공간을 구축하여야 하며, 전산장비 발열부하제거를 위한 항온항습기계장비를 도입하기 위해서도 전산실구축공간이 필요하다.

이에 본 발명은 서버랙을 최적의 효율로 안정적으로 운전할 수 있도록 항시 일정한 온도와 습도를 유지할 수 있는 항온항습장치를 제공하고자 하는 것으로, 보다 구체적으로는 항온항습모듈의 항온장치를 제공하고자 한다.

본 발명에서는 압축기와 냉매를 이용한 냉매싸이클장치와 가열장치를 함께 장착하여 서버랙 내부의 흡입온도 상태점, 외기온도 상태점, 토출온도 상태점 등 변수인자를 이용한 연산제어를 통해 랙 내부를 항상 일정한 온도로 유지할 수 있게 하고자 한다.

즉, 냉매싸이클장치에 의한 냉각제어와 가열장치에 의한 가열제어의 동시제어방식으로 서버랙 내부(랙함)를 항상 일정한 온도로 유지하게 하고, 또, 본 발명은, 상기 냉매싸이클장치의 응축열 방열을 위해 상기 냉매싸이클장치와 별개로 운전되는 외부공기 순환구조를 제공하여 서버랙을 최적의 효율로서 안정적으로 운전이 가능하게 하고자 한다.

상기 과제 해결을 위한 본 발명의 해결수단은;

[청구항1]에 기재된 발명에 따르면; 전산장비가 장착되는 랙함 내부를 일정한 온도와 습도로 유지시키는 항온항습모듈과; 상기 랙함의 내부공기를 배출덕트로부터 흡입하여 증발기로 송풍하는 흡입팬, 흡입된 내부공기를 냉각시키는 증발기, 내부공기를 가열시키는 히터로 구성된 내부공기순환덕트와; 상기 증발기로 냉매를 공급,순환시키는 압축기, 증발기의 응축열을 방열하는 응축기 및 냉각팬, 응축열 방열을 위해 외부공기를 유입하는 유입구, 응축기의 방열 공기를 배출하는 방출덕트로 구성된 외부공기순환덕트;로 이루어진 서버랙의 항온장치에 있어서, 상기 랙함) 일측 배출공에 배출덕트를 설치하고 상기 배출덕트는 내부공기순환덕트의 흡입팬 일측 흡입구에 결합시켜 랙함의 내부공기를 내부공기순환덕트로 배출시킬 수 있게 하며, 상기 랙함과 내부공기순환덕트 사이에는 일측 송풍로가 랙함 내부에 장착된 토출덕트에 연통되는 송풍챔버를 설치한 것을 특징으로 한다.

[청구항2]에 기재된 발명에 따르면; 제 1 항에 있어서, 상기 토출덕트는; 토출공이 형성되어 랙함 내부에 장착되고, 상기 송풍챔버에 연통되게 결합되어 내부공기순환덕트에서 냉각/가열된 내부공기가 토출공을 통해 랙함 내부로 송풍, 순환되도록 한 것을 특징으로 한다.

[청구항3]에 기재된 발명에 따르면; 제 2 항에 있어서, 상기 토출덕트 내에 히터를 설치한 것을 특징으로 한다.

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본 발명은 서버랙을 항시 일정한 온도와 습도를 유지할 수 있게 함으로써 서버랙을 최적의 효율로 안정적으로 운전할 수 있다.

즉, 본 발명은, 압축기와 냉매를 이용한 냉매싸이클장치와 가열장치에 의한 동시 제어로 서버랙 내부를 항상 일정한 온도로 유지하하여 최적의 효율로 안정적으로 운전이 가능한 등의 이점을 제공한다.

또, 본 발명은 냉매싸이클장치와 별개로 운전되어 상기 냉매싸이클장치의 응축열 방열을 위한 외부공기 순환구조를 제공함으로써 서버랙을 최적의 효율로서 안정적으로 운전하는 데에 더욱 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예가 적용된 서버랙의 사시도
도 2는 본 발명중 항온항습모듈의 분리 사시도
도 3은 본 발명의 구성원리를 설명하기 위한 일부 분리 사시도
도 4는 본 발명중 내부공기순환덕트의 구성을 보인 분리 사시도
도 5는 본 발명중 내부 공기배출덕트의 구성 단면도
도 6은 본 발명중 내부공기순환덕트의 구성을 보인 요부 단면도
도 7은 일반 냉매싸이클제어방식과 PID제어방식의 비교도
도 8은 일반 냉매싸이클제어방식과 압축기 인버터 제어방식의 비교도
도 9는 본 발명중 외부공기순환덕트의 구성을 보인 사시도
도 10은 본 발명중 외부공기순환덕트의 구성 단면도
도 11,12은 본 발명중 외부공기순환덕트의 설치예를 보인 사시도 및 정면도

본 발명은; 내부에 서버, 전산장비 등을 IEC(International Electrical Commission)/EIA(THE Electrical Industries Association)규격 등에 따라 호환 장착할 수 있는 마운트프레임을 설치된 랙함과, 랙함 전면에 개폐가능하게 결합되는 도어와, 랙함 내부를 항상 일정한 항온의 온도 및 습도로 유지시키는 항온항습모듈로 이루어진 서버랙에 있어서, 상기 서버랙의 랙함 내부에 장착되어 냉매싸이클장치에 의한 냉각제어와 가열장치에 의한 가열제어의 동시제어를 통해 랙함 내부를 항시 일정한 항온항습으로 유지시키기 위한 항온항습장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 상기 언급한 항온항습모듈 중 랙함 내부를 항시 일정한 항온으로 유지시키기 위한 서버랙의 항온장치에 특징이 있으므로 항온장치에 대해 집중적으로 언급한다.

랙함 내부에는 서버, 전산장비 등을 장착하기 위한 마운트프레임이 설치되고, 랙함의 전면부에는 내부 서버, 전산장비 등(이하, 전산장비 등으로 통칭한다.)을 육안으로 볼 수 있도록 투명재질로 된 도어가 개폐가능하게 결합된다.

그리고, 상기 도어가 설치된 랙함 하부에는 랙함 내부를 항시 일정한 온도와 습도로 유지시키기 위한 항온항습모듈이 장착된다.

상기 항온항습모듈 내부에 구성되어 랙함 내부에 압축기와 냉매를 이용한 냉매싸이클장치와 히터를 사용한 가열장치를 함께 장착하여 냉각제어와 가열제어에 의한 동시제어로 서버랙 내부(랙함)를 항시 일정한 항온으로 유지시킬 수 있도록 서버랙의 항온장치를 구성한 것에 특징이 있다.

항온항습모듈은 밀폐된 랙함 내부공기순환을 위한 내부공기순환덕트와, 응축열의 방열을 위한 외부공기순환덕트로 이루어진다.

내부공기순환덕트는 랙함 내부를 순환시키면서 랙함 내부 공기를 흡입하여 냉각, 순환시키는 증발팬(흡입팬)과 증발기(증발코일) 및 히터가 설치되고,

외부공기순환덕트에는 상기 내부공기순환덕트의 증발기의 고온고안 냉매를 응축시키는 응축기(CONDENSER)(응축코일)와 응축팬(송풍팬)과, 증발기 및 응축기의 냉매 순환과 공급을 위한 압축기가 설치된다.

항온항습모듈은 격벽으로 내부공기순환덕트와 외부공기순환덕트가 분리 구성하고 내부공기순환덕트에서 냉각과 가열에 의한 PID제어(Proportional-Integral-Derivative Control)로 쿨링과 히팅을 적절히 조합하여 온도편차가 없이 항온항습을 유지하도록 구성하고,

외부공기순환덕트는 상기 내부공기순환덕트와는 별개로 내부공기순환덕트의 항온항습에 기여한 냉매의 응축열을 방열시키기 위한 운전 구조로 구성한다.

이하 본 발명의 구체적인 실시내용을 첨부한 도면과 함께 상세히 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일실시예가 적용된 서버랙의 사시도, 도 2는 본 발명중 항온항습모듈의 분리 사시도, 도 3은 본 발명의 구성원리를 설명하기 위한 일부 분리 사시도, 도 4는 본 발명중 내부공기순환덕트의 구성을 보인 분리 사시도, 도 5는 본 발명중 내부 공기배출덕트의 구성 단면도, 도 6은 본 발명중 내부공기순환덕트의 구성을 보인 요부 단면도, 도 7은 일반 냉매싸이클제어방식과 PID제어방식의 비교도, 도 8은 일반 냉매싸이클제어방식과 압축기 인버터 제어방식의 비교도이다.

서버랙(10)은; 전산장비(S)를 장착하기 위한 마운트프레임이 설치된 랙함(1) 전면부에 도어(2)를 개폐가능하게 결합하고, 랙함(1) 하부에 랙함(1) 내부를 항시 일정한 온도와 습도로 유지시키기 위한 항온항습모듈(3)을 결합하여 구성한다. 이러한 서버랙(10)의 구성은 공지이다.

본 발명에 의한 서버랙(10)의 항온항습모듈(3)은, 압축기와 냉매를 이용한 냉매싸이클장치와 히터(5)를 사용한 가열장치를 함께 장착하여 냉각제어와 가열제어에 의한 동시제어로 랙함(1) 내부를 항시 일정한 항온으로 유지시킨다.

항온항습모듈(3)은 격벽(31)으로 내부공기순환덕트(4)와 외부공기순환덕트(8)로 분리 구성하여 랙함(1)에 설치한다.

랙함(1) 내부에 설치되어 서버, 전산장비 등을 장착하는 마운트프레임과 랙함(1) 전면부의 도어(2)에 대한 구체적인 구성은 본 발명과 별개의 것이므로 이에 대한 상세한 도시와 설명은 생략한다.

랙함(1) 내부공기의 순환을 위한 내부공기순환덕트(4)는; 랙함(1) 내부공기를 순환시키기 위해 랙함(1)으로부터 내부공기를 흡입하여 증발기(43)로 송풍하는 흡입팬(42)과, 흡입팬(42)을 통해 흡입된 내부공기를 냉각시키는 증발기(43), 흡입팬(42)을 통해 흡입된 내부공기를 가열시키는 히터(5), 냉각/가열된 내부공기를 다시 랙함(1) 내부로 공급하기 위해 토출덕트(7)로 송풍, 안내하는 송풍챔버(6)로 구성한다. 이하에 내부공기순환덕트(4)의 구성 등에 대해 구체적으로 살펴본다.

랙함(1)에는 항온유지를 위해 내부공기를 내부공기순환덕트(4)를 통해 순환시키는 배출공(11,11')을 일측에 형성하고 배출공(11,11') 외부에 내부공기를 내부공기순환덕트(4)로 배출하는 배출덕트(12)를 결합한다.

상기 랙함(1)의 일측 배출공(11,11')에 결합된 배출덕트(12)는 그 하단을 내부공기순환덕트(4)의 흡입구(41)에 결합하고, 상기 흡입구(41) 내측에는 랙함(1)의 배출공(11,11')과 배출덕트(12)를 통해 내부공기를 흡입하기 위한 흡입팬(42)과, 흡입팬(42)을 통해 송풍되는 내부공기의 냉각을 위한 증발기(43)를 설치한다.

그리고 상기 흡입팬(42)과 증발기(43)가 설치된 흡입구(41) 반대측에는 증발기(43)에서 냉각시킨 내부공기를 다시 랙함(1) 내부로 공급하기 위한 송풍챔버(6)를 결합한다.

상기 송풍챔버(6)는; 랙함(1)과 내부공기순환덕트(4) 사이에 격벽을 이루도록 설치하고 일측으로 송풍로(61)를 형성하여 랙함(1) 내부에 장착한 토출덕트(7)에 결합한다.

즉, 송품챔버(6)는 랙함(1)과 내부공기순환덕트(4)이 서로 격리되도록 내부공기순환덕트(4)상부[랙함(1)의 하부]에 결합하고, 일측 송풍로(61)를 랙함(1) 내부에 장착한 토출덕트(7)의 입구(71)에 연통되게 결합함으로써 흡입팬(42)에 의해 랙함(1)의 배출공(11,11')과 배출덕트(12)를 통해 흡입된 후 증발기(43)에서 냉각되거나 히터(5)에 의해 가열된 내부공기를 랙함(1) 내부에 설치된 토출덕트(7)측으로 보내어 랙함(1) 내 토출덕트(7)의 토출공(72,72')을 통해 송풍, 순환시킨다.

상기 히터(5)에 의한 가열제어는 상기 증발기(43)에 의한 냉각제어와 함께 냉각/가열의 동시제어가 가능하게 하는 것으로, 상기 히터(5)의 구성 등에 대해서는 후술에서 다시 설명될 것이다.

상기 송풍챔버(6)는 일측으로 송풍로(61)를 형성하여 송풍로(61)로 상부로 토출덕트(7)를 결합한다.

상기 토출덕트(7)는 토출공(72,72')을 형성하여 랙함(1) 내부 일측(배출공(11,11')의 대향측)에 설치하고, 하단 입구(71)를 상기 송풍챔버(6)의 송풍로(61) 상부에 연통되게 결합한다.

상기에서 토출덕트(7)의 토출공(72,72')은 랙함(1)의 내부에 고르게 송풍, 순환될 수 있도록 도시한 예에서와 같이 상하 일정한 간격을 두고 랙함(1) 일측 전면에 걸쳐 고르게 배치되도록 형성하고,

또 상기 토출덕트(7)의 대향측에 설치되는 배출공(11,11') 역시 랙함(1) 내부공기가 고르게 내부공기순환덕트(4)로 흡입, 순환될 수 있도록 상하 일정한 간격을 두고 랙함(1)의 다른 일측(토출덕트(7)의 대향측)에 걸쳐 고르게 배치되도록 형성함이 바람직하다.

이와 같이 랙함(1)과 내부공기순환덕트(4) 사이에 설치된 송풍챔버(6)는 흡입팬(42)의 흡인력으로 배출공(11,11')과 배출덕트(12) 그리고 흡입구(41)를 통해 흡입되어 증발기(43) 및 히터(5)에 의해 냉각/가열된 내부공기를 송풍로(61)를 통해 토출덕트(7)로 송풍하여 토출공(72,72')을 통해 랙함(1) 내부로 순환시킨다.

상기에서 히터(5)는 송풍챔버(6)의 아래에 설치하여 흡입팬(42)에서 흡입된 내부공기가 토출덕트(7)를 통해 송풍되기 전에 가열시켜 랙함(1) 내부로 공급토록 함으로써 랙함(1) 내부가 항시 일정한 온도를 유지하도록 하는 것으로, 상기 히터(5)는, 내부공기순환덕트(4)의 증발기(43)와 송풍챔버(6) 사이에 설치하거나 토출챔버(7) 내부에 히터(5A)를 설치하여 랙함(1) 내부로의 숭풍, 순환전에 가열시킬 수 있게 실시할 수 있다.

그리고, 상기한 내부공기순환턱트(4)가 설치된 항온항습모듈(3)의 격벽(31) 맞은편 외부공기순환덕트(8)는 상기 내부공기순환턱트(4)의 증발기(43)에서 회수된 내부공기의 열을 외부공기와 열교환하여 외부로 방출하기 위해 응축기(82)과 냉각팬(83)을 설치한다.

상기 외부공기순환덕트(8)에 관해 첨부 도면과 함께 상세히 살펴본다.

도 9는 본 발명중 외부공기순환덕트의 구성을 보인 사시도, 도 10은 본 발명중 외부공기순환덕트의 구성 단면도, 도 11,12은 본 발명중 외부공기순환덕트의 설치예를 보인 사시도 및 정면도이다.

증발기(43)로 냉매를 공급, 순환시키는 압축기(81)를 비롯하여 응축기(82), 냉각팬(83)이 설치된 외부공기순환덕트(8)는 외부공기를 유입하기 위한 유입구(84)를 형성하고, 그 대향측, 즉 냉각팬(83)이 설치된 쪽에 배출구(85)를 형성하여 냉각팬(83)에 의해 응축기(82)에서 방열된 공기를 배출할 수 있게 하고, 상기 배출구(85)에는 방출덕트(86)에 연결한다.

상기한 외부공기순환덕트(8)는 외부공기순환덕트(4)와는 별개로 운전되어 증발기(43)에 의해 응축된 내부공기의 응축열을 외부공기를 유입, 순환시키면서 방열시킨다.

한편, 상기 방출덕트(86) 상부에는 방출공(87)을 형성하고 상기 방출공(87)은 실외에 연통시킨 배기후드(9)를 통해 룸 외부로 배출시킬 수 있게 한다.

일반 사무실 등과 같이 외부공기가 환기되는 구조의 룸의 경우에는 배기후드(9)의 적용이 필요없을 수 있으나 서버랙이 설치되는 룸의 밀폐공간에서는 웅축열의 방열로 인해 가열된 공기가 룸내 온도를 상승시키는 원인이 되므로 배기후드를 통해 바로 외부로 배출시키도록 함이 바람직하다. (도 11, 도 12 참조)

상기한 본 발명은 랙함(1) 내부공기가 내부공기순환덕트(4)의 증발기(43)와 히터(5)에 의한 냉각/ 가열된 내부공기를 송풍로(61)를 거쳐 토출덕트(7)로 송풍하여 토출덕트(7)의 토출공(72,72')을 통해 랙함(1) 내로 숭풍, 순환시킨다.

이상의 본 발명은 냉각과 가열에 의한 PID제어(Proportional-Integral-Derivative Control)로 쿨링과 히팅을 적절히 조합하여 온도편차가 없이 항온을 유지한다.

도 7에서와 같이 일반적인 냉매싸이클에서는 내부공기가 설정온도에서 벗어나(상승되어) 압축기 가동온도에 이르면 압축기가 가동을 시작하여 냉매사이클이 진행되고, 상기 냉매사이클의 진행으로 내부공기가 설정온도에서 벗어난(떨어진) 최대냉각온도에서 이르면 압축기는 가동을 정지하고 이에 따라 냉매사이클의 진행이 정지된다.

그리고 냉매사이클이 정지되고 내부 발열로 인해 온도가 서서히 상승하면서 설정온도에서 벗어나 다시 압축기 가동온도에 이르게 되면 압축기가 재 가동을 시작하는 냉매사이클의 과정을 반복하면서 항온을 유지하게 된다.

이러한 일반적인 냉매사이클 제어방식은 항상 온도편차가 크게 발생할 뿐만 아니라 온도의 급격한 하강, 즉 급랭할 우려가 항시 존재하므로 온도 편차가 적은 상태의 항온유지에 어려운 문제점이 있다.

다시 말해, 내부 온도가 하강하는 상태에서 내부 발열이 미미하여 온도 하강이 급냉, 지속되는 경우에는 (압축기 가동이 중단되어 있을 뿐) 항온 유지를 위해 내부 온도를 설정 온도로 높여 줄 수 있는 (강제로 상승시킬 수 있는) 수단이 전혀 없으므로 항온유지가 곤란한 문제가 발생한다.

그러나 본 발명은, 냉매싸이클에의해 설정온도 이상으로 과열되는 것을 방지할 뿐만 아니라 히터(5)(5A)의 장착으로 설정온도 이하에서 과냉되는 것을 방지함으로써 온도편차가 매우 적은 항온유지의 장점을 제공한다.

즉, 내부공기가 설정온도에서 벗어나(상승되어) 압축기 가동온도에 이르면 압축기(81)가 가동을 시작하여 냉매사이클이 진행되고, 상기 냉매사이클의 진행으로 내부공기가 설정온도에서 벗어나면(떨어지면) 압축기(81)가 가동을 정지함과 동시에 히터(5)(5A)가 가동되어 가열된 내부공기가 랙함(1) 내부로 숭풍, 순환시킴으로써 랙함(1) 내부가 최대냉각온도로 떨어지는 것을 방지함과 아울러 항시 최적의 항온으로 유지시킨다.

이를 다시 살펴보면, 압축기(81) 가동 중단과 함께 히터(5)(5A)가 가동하여 설정온도 이하로 과냉되는 것을 방지하고, 최대냉각온도로 떨어지는 방지목적을 달성한 히터(5)(5A) 역시 가동을 정지하면 내부 발열로 인해 온도 상승이 일어난다.

그리고 상기 온도 상승으로 설정온도에 도달하면 압축기(81)가 다시 가동하여 내부공기를 냉각하여 순환시키고, 내부공기가 냉각, 순환하면서 다시 설정온도 이하로 과냉되지 않도록 전술한 과정으로 히터(5)(5A)가 가동하는 것을 반복적으로 수행하면서 랙함(1) 내부를 항온으로 유지시키게 된다.

따라서 상기 냉각/가열의 동시제어에 의한 반복, 진행은 일정 시간이 경과하여 정상상태(Steady State)가 되면 온도편차가 거의 없어지게 되어 매우 효율적으로 항온유지가 가능하게 된다. (도 7 참조)

한편, 본 발명의 상기 실시예와 비교할 수 있는 실시예의 경우로서, 일반 냉매싸이클과 더불어 인버터를 설치하여 제어,운전하는 경우의 실시예를 고려할 수 있다.

즉, 랙함(1) 내부에 장착된 전산장비 등의 발열부하에 따라 압축기(81)를 인버터로 제어운전함으로써 랙함(1) 내부를 일정한 온도로 제어할 수 있도록 실시할 수 있을 것이다.

그러나 상기 인버터 제어방식은 도 8에서와 같이 콘트롤러가 내부발열을 고려하여 압축기(81)를 가동시키고 냉동싸이클의 능력을 조절함으로써 온도편차를 최소화하는 것으로, 이러한 경우 역시 상기한 과냉 등을 방지할 수 없는 방법이 없을 뿐만 아니라 인버터의 추가 구성으로 서버랙(10)의 부피가 커지게 되고 가격이 앙등하는 요인이 되는 등, 상기한 본 발명의 냉각/가열의 동시제어방식에 비해 합리적임을 알 수 있다.

본 발명의 실시내용을 구체적으로 설명하기 위한 첨부 도면에 사용한 부호에 대해 설명하면 하기와 같다.
1:랙함 11,11':배출공
12:배출덕트
3:항온항습모듈 31:격벽
4:내부공기순환덕트 41:흡입구
42:흡입팬 43:증발기
5,5A:히터 6:송풍챔버
7:토출덕트 72,72':토출공
8:외부공기순환덕트 81:압축기
82:응축기 83:냉각팬
84:유입구 85:배출구
86:방출덕트 87:방출공
9:배기후드
10:서버랙

Claims (6)

1. 전산장비(S)가 장착되는 랙함(1) 내부를 일정한 온도와 습도로 유지시키는 항온항습모듈(3)과; 상기 랙함(1)의 내부공기를 배출덕트(12)로부터 흡입하여 증발기(43)로 송풍하는 흡입팬(42), 흡입된 내부공기를 냉각시키는 증발기(43), 내부공기를 가열시키는 히터(5)로 구성된 내부공기순환덕트(4)와; 상기 증발기(43)로 냉매를 공급,순환시키는 압축기(81), 증발기(43)의 응축열을 방열하는 응축기(82) 및 냉각팬(83), 응축열 방열을 위해 외부공기를 유입하는 유입구(84), 응축기(82)의 방열 공기를 배출하는 방출덕트(86)로 구성된 외부공기순환덕트(8);로 이루어진 서버랙의 항온장치에 있어서,
   상기 랙함(1) 일측 배출공(11,11')에 배출덕트(12)를 설치하고 상기 배출덕트(12)는 내부공기순환덕트(4)의 흡입팬(42) 일측 흡입구(41)에 결합시켜 랙함(1)의 내부공기를 내부공기순환덕트(4)로 배출시킬 수 있게 하며,
   상기 랙함(1)과 내부공기순환덕트(4) 사이에는 일측 송풍로(61)가 랙함(1) 내부에 장착된 토출덕트(7)에 연통되는 송풍챔버(6)를 설치한 것을 특징으로 하는 서버랙의 항온장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 토출덕트(7)는; 토출공(72,72')이 형성되어 랙함(1) 내부에 장착되고, 상기 송풍챔버(6)에 연통되게 결합되어 내부공기순환덕트(4)에서 냉각/가열된 내부공기가 토출공(72,72')을 통해 랙함(1) 내부로 송풍, 순환되도록 한 것을 특징으로 하는 서버랙의 항온장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 토출덕트(7) 내에 히터(5A)를 설치한 것을 특징으로 하는 서버랙의 항온장치.
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