KR101760694B1 - 데이터 센터의 냉각기구 - Google Patents

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히로유키 시라이와
히데토시 가네오
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하치요엔지니아린구 가부시키가이샤
도쿠리츠교세이호징 고쿠리츠코토센몬갓코키코
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Abstract

[과제] 본 발명은, 저렴한 운영비용으로 운용할 수 있고, 분진의 침입, 물방울의 발생, 물의 누설을 배제할 수 있고, 실내공간의 온도 불균일을 경감시키고, 또한 화재가 발생하였을 경우이더라도 신속하고 또 피해가 적은 소화를 할 수 있는, 신규의 데이터 센터의 냉각기구를 개발하는 것을 기술과제로 하였다.
[해결수단] 데이터 센터의 실외에 이배퍼레이티브 콘덴서 및 수액기를 배치하고, 한편 데이터 센터의 실내공간에 증발기를 배치하고, 상기 증발기에 있어서의 냉매의 증발에 의하여 실내공간의 냉각을 함과 아울러, 상기 이배퍼레이티브 콘덴서에 의하여 냉매의 응축이 이루어지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

데이터 센터의 냉각기구{COOLING MECHANISM FOR DATA CENTER}
본 발명은 데이터 센터(data center)의 냉각기구(冷却機構)에 관한 것으로서, 특히 전력소비를 현저하게 감소시킬 수 있는 데이터 센터의 냉각기구에 관한 것이다.
다수의 서버(server), 네트워크 기기(network 機器) 등의 IT기기(방열기기(放熱機器))가 설치되어 있는 데이터 센터에 있어서는, IT기기를 안정적으로 운용하기 위하여 소정의 온도(27∼30℃ 정도) 이상이 되지 않도록 냉각시키기 위한 냉각기구가 필수로 되어 있다.
이러한 데이터 센터의 실내공간은, 유지보수(maintenance)를 할 때를 제외하고 사람이 있는 시간이 매우 짧고, 환기량(換氣量)도 적기 때문에 잠열부하(潛熱負荷)가 낮은 한편, 방열기기로부터의 방열량이 막대하기 때문에 현열부하(顯熱負荷)가 높고 또 실내의 전역(全域)에 부하가 존재한 상태로 되어 있다.
그리고 현재의 상태에서는, 상기 냉각기구로서 냉각장치에 의하여 생성된 냉기(冷氣)를, 송풍장치(送風裝置)를 사용하여 방열기기로 반송하는 것과 같은 구성이 주류를 이루고 있다(예를 들면 특허문헌1을 참조).
그러나 이러한 방식의 냉각기구에 있어서는, 송풍량이 방대하고, 송풍거리가 길기 때문에 송풍기의 소비전력이 막대하게 되어 있는 것, 송풍을 위한 큰 스페이스(space)가 필요한 것, 넓은 공간을 일률적으로 냉각하려고 하기 때문에 온도 불균일(temperature irregularity)이 발생하는 것 등의 문제가 있었다.
또 상기한 바와 같은 방식 이외에, 방열기기를 둘러싸도록 순환경로를 형성하고, 이 순환경로에 냉각매체를 순환시키는 수냉식(水冷式)의 냉각기구도 실재로 존재하지만, 액누설(液漏泄)이 발생하였을 경우에는 IT기기의 손상을 초래하여 버린다는 리스크(risk)를 완전히 배제할 수 없기 때문에, 안정성, 신뢰성이 요구되는 데이터 센터에 반드시 적합한 것이라고는 말할 수 없었다.
상기한 바와 같이 현재의 상태에서는, 데이터 센터를 안정적으로 운용하기 위하여 분진(粉塵)의 침입, 물방울의 발생, 물의 누설을 방지하는 것, 전력 등의 운영비용(running cost)을 감소시키는 것의 쌍방을 충분히 만족시키는 냉각기구는 발견되지 않았다.
또 누전(漏電) 등에 의하여 데이터 센터에 있어서 화재가 발생하였을 때에는, 스프링클러(sprinkler) 등에 의하여 방수(放水)가 이루어지도록 되어 있기 때문에, 출화(出火) 부근뿐만 아니라 다른 기기까지도 사용이 불가능하게 되어 버려서 방대한 데이터가 소실되어 버린다는 문제도 있었다.
: 일본국 공개특허 특개2011-242077호 공보
본 발명은 이러한 배경을 고려하여 이루어진 것으로서, 필요한 냉각온도가 비교적 높고, 잠열부하가 적은 한편, 현열부하가 크고 발생원(發生源)이 넓은 범위에 미치는 상황 등을 종합적으로 고찰하고, 그 결과 외기(外氣) 조건을 보다 적극적으로 유효하게 이용하려고 하는 사상(思想)하에, 저럼한 운영비용으로 운용할 수 있고, 분진의 침입, 물방울의 발생, 물의 누설을 배제할 수 있고, 실내공간의 온도 불균일을 경감시키고 또한 화재가 발생하였을 경우이더라도 신속하고 또 피해가 적은 소화(消火)를 할 수 있는, 신규의 데이터 센터의 냉각기구를 개발하는 것을 기술과제로 하였다.
즉 청구항1에 기재되어 있는 데이터 센터의 냉각기구는, 데이터 센터의 실외에 이배퍼레이티브 콘덴서 및 수액기를 배치하고, 한편 데이터 센터의 실내공간에 증발기를 배치하고, 상기 증발기에 있어서의 냉매의 증발에 의하여 실내공간의 냉각을 함과 아울러, 상기 이배퍼레이티브 콘덴서에 의하여 냉매의 응축이 이루어지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.
또 청구항2에 기재되어 있는 데이터 센터의 냉각기구는, 상기 요건에 추가하여, 상기 이배퍼레이티브 콘덴서, 수액기 및 증발기를 구비하여 이루어지는 제1냉각 사이클과, 압축기, 콘덴서 및 증발기를 구비하여 이루어지는 제2냉각 사이클을 병렬상태로 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.
또한 청구항3에 기재되어 있는 데이터 센터의 냉각기구는, 상기 청구항1에 기재되어 있는 요건에 추가하여, 데이터 센터의 실외에 가변속 터보형의 압축기, 이배퍼레이티브 콘덴서, 고압수액기, 액면제어기구, 저압수액기, 캐스케이드 콘덴서를 구비하여 이루어지는 제1냉각 사이클을 배치하고, 또한 데이터 센터의 실내공간에 배치한 증발기와, 수액기, 액펌프를 배관으로 연결하여 루프회로로 하고, 증발기 하류에서 상기 캐스케이드 콘덴서에 있어서 2차냉매로서의 탄산가스가 응축되는 제2냉각 사이클을 배치하여 이루어지고, 상기 1차냉각 사이클은, 이배퍼레이티브 콘덴서의 응축온도가 소정의 온도 이하일 때에 상기 압축기를 기능시키지 않고 1차냉매를 순환시키고, 캐스케이드 콘덴서에 있어서 응축된 2차냉각 사이클에 있어서의 2차냉매에 의하여 실내공간의 냉각을 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.
또한 청구항4에 기재되어 있는 데이터 센터의 냉각기구는, 상기 청구항1에 기재되어 있는 요건에 추가하여, 데이터 센터의 실외에 용적형의 압축기, 이배퍼레이티브 콘덴서, 고압수액기, 액면제어기구, 저압수액기, 캐스케이드 콘덴서를 구비함과 아울러, 상기 압축기를 우회하는 바이패스 관로를 설치하여 이루어지는 제1냉각 사이클을 배치하고, 또한 데이터 센터의 실내공간에 배치한 증발기와, 수액기, 액펌프를 배관으로 연결하여 루프회로로 하고, 증발기 하류에서 상기 캐스케이드 콘덴서에 있어서 2차냉매로서의 탄산가스가 응축되는 제2냉각 사이클을 배치하여 이루어지고, 상기 1차냉각 사이클은, 이배퍼레이티브 콘덴서의 응축온도가 소정의 온도 이하일 때에 압축기를 정지시킴과 아울러, 이 압축기를 회피하는 바이패스 관로를 개방함으로써 상기 압축기를 기능시키지 않고 1차냉매를 순환시키고, 캐스케이드 콘덴서에 있어서 응축된 2차냉각 사이클에 있어서의 2차냉매에 의하여 실내공간의 냉각을 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.
또한 청구항5에 기재되어 있는 데이터 센터의 냉각기구는, 상기 청구항3 또는 청구항4에 기재되어 있는 요건에 추가하여, 상기 2차냉각 사이클에 있어서의 수액기에 이배퍼레이티브 콘덴서를 접속한 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.
또한 청구항6에 기재되어 있는 데이터 센터의 냉각기구는, 상기 청구항5에 기재되어 있는 요건에 추가하여, 상기 2차냉각 사이클에 있어서의 캐스케이드 콘덴서를 수액기에 내장한 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.
또한 청구항7에 기재되어 있는 데이터 센터의 냉각기구는, 상기 요건에 추가하여, 상기 냉매를 실내공간으로 분출시킬 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.
또한 청구항8에 기재되어 있는 데이터 센터의 냉각기구는, 상기 요건에 추가하여, 상기 증발기는 역굴뚝효과를 발휘하는 형태의 세로형의 분리벽에 의하여 둘러싸여 있고, 증발기 근방의 공기를 냉각시킴으로써 팬을 사용하지 않고 데이터 센터 실내공간의 상부에 있는 고온공기를 효율적으로 증발기를 향하여 인입시켜서 냉각한 후에, 하방으로 토출하는 구조가 구비되어 있는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.
또한 또 청구항9에 기재되어 있는 데이터 센터의 냉각기구는, 상기 청구항8에 기재되어 있는 요건에 추가하여, 상기 분리벽의 하부에는 신축부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.
우선 청구항1에 기재되어 있는 발명에 의하면, 이배퍼레이티브 콘덴서에 의하여, 1년 중에서 긴 기간에 걸쳐서 충분히 낮은 온도에서 냉매의 응축이 이루어지기 때문에, 냉각기구를 소비전력을 억제한 저비용으로 운용할 수 있음과 아울러 이니셜 코스트(initial cost)를 감소시킬 수 있다.
또 청구항2에 기재되어 있는 발명에 의하면, 평상시에는 제1냉각 사이클만에 의하여 운전을 하고, 제1냉각 사이클만에 의해서는 냉각을 할 수 없게 되었을 때에, 압축기를 구비한 제2냉각 사이클을 가동시킴으로써 실내공간 내의 온도상승을 확실하게 방지할 수 있다. 또한 제2냉각 사이클과 동시에 제1냉각 사이클을 가동시킴으로써 압축기의 부하를 경감시켜서 소비전력의 삭감을 도모할 수 있다.
또 청구항3에 기재되어 있는 발명에 의하면, 이배퍼레이티브 콘덴서의 응축온도가 소정의 온도보다 저온인 경우에는, 가변속 터보형의 압축기를 기능시키지 않고 냉매를 순환시키는 운전을 함으로써, 가변속 터보형의 압축기에 있어서의 소비전력을 필요로 하지 않아 응축기에 있어서 냉매로부터의 방열 및 냉매의 응축이 충분하게 이루어진다. 이 결과 운영비용을 현저하게 감소시킬 수 있다.
또한 이배퍼레이티브 콘덴서의 응축온도가 소정의 온도보다 높은 경우에, 실내공간의 온도가 소정의 온도가 되도록 가변속 터보형의 압축기를 제어하여 효율적으로 운전할 수 있다. 또 이배퍼레이티브 콘덴서는, 쿨링 타워(cooling tower)에 의하여 냉각된 냉각수를 사용하여 하는 쉘 튜브 콘덴서(shell tube conderser)나 공랭식 콘덴서(空冷式 conderser)와 비교하여 각각 5℃ 및 10℃ 정도 응축온도를 낮게 할 수 있다. 이것은 냉동기가 소비하는 전력을 감소시킬 뿐만 아니라, 냉동기가 가동되는 기간도 단축시킬 수 있는 대단히 큰 에너지 절약의 요소이다.
또 가변속 터보형의 압축기는, 운전을 정지하더라도 압축기 내를 자유롭게 냉매가스가 통과할 수 있기 때문에, 응축온도에 의한 발진·정지에 관한 다른 제어가 단순하게 된다.
또 데이터 센터의 실내공간 내의 열은, 외기를 유입하지 않고 배관 내의 냉매에 의하여 효과적으로 외부로 배출되기 때문에, 실내공간에 대한 분진의 침입이나 물방울의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또 캐스케이드 콘덴서 이후의 2차냉각 사이클에 2차냉매로서, 가격이 저렴하고 안정적으로 입수할 수 있으며 열운반 성능이 높고 자연친화적인 탄산가스를 이용함으로써 설비비용을 감소시켜서 효율이 좋은 냉각기구를 실현할 수 있다.
또 청구항4에 기재되어 있는 발명에 의하면, 압축기로서 용적형의 것이 채용되었을 경우에 있어서도, 청구항1과 마찬가지로 압축기를 기능시키지 않고 냉매를 순환시키는 운전을 하는 것이 가능하게 된다.
또 캐스케이드 콘덴서 이후의 2차냉각 사이클에 2차냉매로서, 가격이 저렴하고 안정적으로 입수할 수 있으며 열운반 성능이 높고 자연친화적인 탄산가스를 이용함으로써 설비비용을 감소시켜서 효율이 좋은 냉각기구를 실현할 수 있다.
또한 청구항5에 기재되어 있는 발명에 의하면, 평상시에는 1차냉각 사이클을 정지시키고 2차냉각 사이클에 있어서의 수액기에 접속된 이배퍼레이티브 콘덴서만에 의하여 냉매의 응축을 하는 운전을 하고, 이 이배퍼레이티브 콘덴서만에 의해서는 냉각을 할 수 없게 되었을 때에, 압축기를 구비한 1차냉각 사이클을 가동시킴으로써 실내공간 내의 온도상승을 확실하게 방지할 수 있다. 또한 1차냉각 사이클과 동시에 이배퍼레이티브 콘덴서를 가동시킴으로써 압축기의 부하를 경감시켜서 소비전력의 삭감을 도모할 수 있다.
또한 또 청구항6에 기재되어 있는 발명에 의하면, 이배퍼레이티브 콘덴서를 수액기에 내장하기 때문에, 2차냉매로서 탄산가스를 사용하는 것과 같은 경우에, 캐스케이드 콘덴서의 구성요소인 플레이트 쿨러의 내압성이 낮은 것과 같은 경우에 있어서도 2차냉매의 응축은 밀폐된 수액기 내에서 이루어지므로, 외관상의 압력차이가 적어지게 되어 응축을 안전하고 또한 안정하게 하는 것이 가능하게 된다.
또한 또 청구항7에 기재되어 있는 발명에 의하면, 화재가 발생하였을 경우에는, 데이터 센터 실내의 인원의 피난이 끝나서 무인상태(無人狀態)가 확인되면, 실내공간에 이산화탄소를 분출시킴으로써 신속하게 진화시킬 수 있어, 출화기기(出火機器) 이외의 손상을 회피할 수 있다.
또 청구항8에 기재되어 있는 발명에 의하면, 증발기 근방의 공기가 냉각됨으로써 역굴뚝효과를 이용하여 상방의 난기를 분리벽 내로 빨아들여서 냉기로서 하방으로 토출하는 순환류를 효율적으로 일으켜서, 팬, 블로워 등의 송풍기기가 없더라도 증발기의 성능을 발휘시킬 수 있다. 이러한 증발기를 열부하 발생원인 전자기기 등의 상방 근방에 배치하면, 넓은 데이터 센터 내를 팬, 블로워 등의 송풍기기가 없더라도 소비전력을 삭감시키면서 비교적 균일하게 냉각시킬 수 있다.
또한 또 청구항9에 기재되어 있는 발명에 의하면, 신축부를 사용함으로써 분리벽의 하단부를 더 하방에 위치시킬 수 있어, 상기 역굴뚝효과를 더한층 높일 수 있다.
도1은, 가변속 터보형의 압축기가 구비되어 구성된 데이터 센터의 냉각기구를 나타내는 개략도이다.
도2는, 바이패스 경로가 설치된 냉각기구를 나타내는 개략도이다.
도3은, 분리벽에 구비되는 신축부의 수축 시 및 신장 시의 모양을 나타내는 개략도이다.
도4는, 이배퍼레이티브 콘덴서만에 의하여 데이터 센터의 냉각을 하도록 구성된 냉각기구를 나타내는 개략도이다.
도5는, 제1냉각 사이클과 병렬상태로 제2냉각 사이클을 구비한 냉각기구를 나타내는 개략도이다.
도6은, 2차냉각 사이클에 있어서의 냉매의 응축을 이배퍼레이티브 콘덴서에 의하여 할 수 있도록 구성된 냉각기구를 나타내는 개략도이다.
도7은, 2차냉각 사이클에 있어서의 냉매의 응축을 이배퍼레이티브 콘덴서에 의하여 할 수 있도록 구성됨과 아울러, 이배퍼레이티브 콘덴서를 2차냉각 사이클에 있어서의 수액기에 내장된 냉각기구를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 데이터 센터(data center)의 냉각기구(冷却機構)는, 이하의 실시예에 나타내는 것을 최선의 형태의 하나로 함과 아울러, 이 기술사상에 의거하여 개변(改變)되는 형태도 포함하는 것이다.
(실시예)
우선 본 발명의 적용 대상인 데이터 센터(D)는, 다수의 서버(server), 네트워크 기기(network 機器) 등의 IT기기(Information Technology 機器)가 적절한 랙(rack)에 수용된 상태에서 설치되는 시설이다. 또 상기 IT기기에 대해서는, 그 방열특성(放熱特性)에 착안하여, 이하에서는 방열기기(放熱機器)(R)라고 호칭한다.
본 발명의 데이터 센터(D)의 냉각기구(1)(이하, 간단하게 냉각기구(1)라고 부른다)는, 데이터 센터(D)의 실외에 이배퍼레이티브 콘덴서(evaporative condenser)(12) 및 수액기(受液器)를 배치하고, 한편 데이터 센터(D)의 실내공간(S)에 증발기(蒸發器)(17)를 배치하고, 상기 증발기(17)에 있어서의 냉매(冷媒)의 증발에 의하여 생성된 냉기(冷氣)(A1)에 의하여 실내공간(S)(방열기기(R))의 냉각을 함과 아울러, 상기 이배퍼레이티브 콘덴서(12)에 의하여 냉매의 응축(凝縮)이 이루어지도록 구성되어 있는 것이다.
그리고 이하에 나타내는 기본이 되는 실시예(도1, 도2)에서 설명하는 냉각기구(1)는, 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 응축온도가 소정의 온도보다 고온인 경우에는 압축기(壓縮機)(11)를 기능시켜서 냉매를 순환시키는 운전을 하고, 한편 응축온도가 소정의 온도보다 저온인 경우에는 압축기(11)를 기능시키지 않고 냉매를 순환시키는 운전을 할 수 있도록 구성되어 있다.
이하, 냉각기구(1)의 구성을 다르게 한 실시예별로 설명을 한다.
[압축기를 가변속 터보형(可變速 turbo型)으로 한 실시예]
우선 청구항3에서 정의하고 또한 도1에 나타내는 실시예에 대하여 설명하면, 이 실시예에서 나타내는 냉각기구(1)는, 히트펌프유닛(heat pump unit)(10)에 있어서의 냉매의 유로(流路)를 1차냉각 사이클(1次冷却 cycle)(10A)과 2차냉각 사이클(10B)로 하고, 이들의 사이클을 순환하는 냉매가 캐스케이드 콘덴서(cascade condenser)(19)에서 열교환됨과 아울러, 냉각되어 액화(液化)된 2차냉매가 증발기(17)를 통과하여 냉기(A1)가 생성되도록 한 것이다. 그리고 후술하는 저압수액기(低壓受液器)(15)와 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 사이에 구비되는 압축기(11)를 가변속 터보형으로 한 것이다.
상기 1차냉각 사이클(10A)은, 압축기(11), 응축기로서의 이배퍼레이티브 콘덴서(12), 고압수액기(高壓受液器)(13), 액면제어기구(液面制御機構)(14), 저압수액기(15), 캐스케이드 콘덴서(19)가 왕복관로(往復管路)에 의하여 순환 가능하도록 연결된 루프회로(loop回路)로서 형성되는 것으로서, 프레온(fleon), 암모니아(ammonia), 탄산가스 등을 냉매로 하는 것이다. 또 상기 고압수액기(13)는 냉매의 버퍼(buffer)로서 기능을 하는 것이지만, 이배퍼레이티브 콘덴서(12)와 액면제어기구(14)의 사이를 관로에 의하여 직접 연결하도록 하고, 이 관로를 실질적으로 고압수액기(13)로서 기능을 시켜도 좋다.
또 상기 2차냉각 사이클(10B)은, 캐스케이드 콘덴서(19), 수액기(19A), 액펌프(液pump)(16), 유량조정밸브(流量調整valve)(17a) 및 증발기(17)가 왕복관로에 의하여 순환 가능하도록 연결된 루프회로로서 형성되는 것으로서, 탄산가스를 냉매로 하는 것이다.
그리고 데이터 센터(D)의 실내공간(S)에는, 방열기기(R)가 설치되며, 이 실시예에서는 일례로서 실내공간(S)의 상부에 증발기(17)가 설치된다. 또 증발기(17)의 설치장소는 실내공간(S)의 상부에 한정되는 것이 아니라, 방열기기(R)나 실내공간(S)의 형태에 따라 적절한 장소에 설치되는 것으로 한다.
또한 이러한 1차냉각 사이클(10A) 및 2차냉각 사이클(10B)은, 적절한 제어장치에 의하여 제어되는 것으로서, 일례로서 적절한 센서(sensor)에 의하여 캐스케이드 콘덴서(19) 부근의 2차냉매의 압력을 검출하고, 그 검출값에 따라 원하는 제어를 하기 위하여 압축기(11), 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 팬(fan) 등의 운전상태 등의 제어가 이루어진다. 또 2차냉매의 온도를 검출하고, 그 검출값에 따라 원하는 제어를 하기 위하여 압축기(11), 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 팬 등의 운전상태 등의 제어가 이루어진다.
또 상기 증발기(17)를 둘러싸도록 분리벽(18)이 설치되고, 이 분리벽(18)은, 증발기(17)에 의하여 생성된 냉기(A1)를 분리벽(18)의 하부 개구부로부터 강하시킴과 아울러, 방열기기(R)에 의하여 생성된 난기(暖氣)(A2)를 분리벽(18)의 상부 개구부로부터 내부로 받아들여서, 증발기(17)를 향하여 유도하는 것과 같은 자연순환(역굴뚝효과(逆煙突效果))을 실내공간(S) 내에 발생시키기 위한 부재이다. 또 도면에 나타내는 것은 생략하지만, 분리벽(18) 내에 복수의 증발기(17)를 배치하도록 하더라도 좋다.
또한 이 실시예에서는, 방열기기(R)는 IT기기가 적절한 랙에 수용된 상태로 되어 있으며, 각 IT기기에는 팬이 구비되어 있는 것을 고려하여 예를 들면 도1에 나타내는 바와 같이 대향(對向)한 방열기기(R)의 배기방향(排氣方向)을 대향시킴과 아울러, 방열기기(R)의 흡기(吸氣) 측면의 상방에만 증발기(17) 및 분리벽(18)을 설치하도록 하였다.
또 상기 분리벽(18)의 하부에는, 도3에 나타내는 바와 같은 신축부(伸縮部)(18a)가 설치되어 있고, 이 신축부(18a)의 신장 정도를 조절함으로써 실질적인 분리벽(18) 내에서의 냉기(A1)의 하강경로의 길이를 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 이 때문에 신축부(18a)의 하단(下端)을 방열기기(R)의 최고부(最高部)보다 하방에 위치시킴으로써 역굴뚝효과를 증강시킴과 아울러, 냉기(A1)를 바닥면에까지 확실하게 도달시키는 것이 가능하게 된다. 또 상기 신축부(18a)는, 천 모양 부재에 의하여 커튼(curtain) 모양으로 구성하거나 판모양 부재로 구성하는 등 적절한 형태가 채용된다.
이 실시예에서 나타내는 본 발명의 냉각기구(1)는 이상에서 설명한 것과 같은 구성을 구비하는 것으로서, 다음과 같이 작동하여 데이터 센터(D)의 실내공간(S) 및 방열기기(R)의 냉각이 이루어진다. 또 이하의 설명에서 나타내는 온도조건은 하나의 예를 나타내는 것으로서, 방열기기(R)의 허용온도 등에 따라 변동될 수 있는 것이다.
(1)이배퍼레이티브 콘덴서의 응축온도가 소정의 온도보다 고온인 경우
우선 응축온도가 소정의 온도보다 고온인 경우(일례로서 난기(A2)의 온도가 30℃이고, 25℃의 냉기(A1)를 생성할 때에, 응축온도가 20℃ 이상인 경우)에는, 압축기(11)를 기능시켜서 냉매를 순환시키는 운전이 이루어진다.
그리고 압축기(11)를 기동하면, 캐스케이드 콘덴서(19)에 의하여 증발되는 냉매(20℃ 이하)는 압축되어 이배퍼레이티브 콘덴서(12)로 들어가서 응축·액화(凝縮·液化)(20℃ 이상)되어 고압수액기(13)로 흘러내린다. 고압수액기(13)에 저장된 냉매액은, 액면제어기구(14)에 의하여 저압수액기(15)의 액면을 일정하게 유지하도록 고압수액기(13)로부터 저압수액기(15)로 적절하게 공급된다. 저압수액기(15)는, 액분리기(液分離機)의 역할도 구비하고 있어 기체의 냉매가스를 압축기(11)로 보냄으로써 캐스케이드 콘덴서(19)로 보내는 냉매액의 온도를 증발온도에 가까운 온도(20℃ 이하)까지 저하시킨다. 저압수액기(15)에 축적된 냉매액은 캐스케이드 콘덴서(19)로 반송되어 증발하여, 기액혼상상태(氣液混相狀態)로 되어 저압수액기(15)로 되돌아가서, 기체상태의 냉매만이 압축기(11)쪽으로 되돌려진다.
한편 캐스케이드 콘덴서(19)에 의하여 냉각된 2차냉매는 응축액화되어 수액기(19A)로 흘러내려서 액펌프(16)에 흡인·토출(吸引·吐出)되어, 증발기(17)에 도달하여 일부 증발되어 기액혼합상태에서 수액기(19A)로 되돌아가고, 가스 모양의 기체만 캐스케이드 콘덴서(19)에 흡인되어 냉각되고 응축액화되어 다시 수액기(19A)로 되돌아간다.
증발기(17)에서는, 주위의 공기를 냉각하여 냉기(A1)를 생성하고, 역굴뚝효과에 의하여 냉기(A1)를 하방으로 흘러가게 하는 자연순환류를 발생시켜서, 실내공간(S) 내의 상부공간에 있는 온도가 높은 난기(A2)를 빨아들이다.
이와 같이 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 응축온도가 소정의 온도보다 고온인 경우에는, 가변속 터보형의 압축기(11)를 운전하여 저압수액기(15)의 온도(거의 증발온도와 같은)를 20℃ 이하로 한다. 이 때에 수액기(19A)의 온도와 저압수액기(15)의 온도의 차이는 매우 작아지게 되도록 제어된다.
한편 상기 증발기(17)에 의하여 생성된 냉기(A1)는, 분리벽(18) 내를 하강하고, 결국에는 분리벽(18)(신축부(18a))의 하단의 개구부로부터 실내공간(S)의 바닥면을 향하여 방출된다. 이 때에 분리벽(18)(신축부(18a))의 하단을 방열기기(R)의 최고부보다 하방에 위치시킴으로써 난기(A2)와 냉기(A1)의 충돌을 최소한으로 막을 수 있어, 냉기(A1)를 바닥면에까지 확실하게 도달시키는 것이 가능하게 된다. 또 도면에 있어서는, 분리벽(18)의 하부 외주부는 방열기기(R)와 접촉되어 있지 않기 때문에 이 부분에 공간이 존재하고 있지만, 분리벽(18)의 외주부를 방열기기(R)에 접촉시킨 상태로 함으로써 이 공간으로부터 난기(A2)가 하방으로 인입되어 버리는 것과 같은 사태를 회피할 수 있다.
그리고 냉기(A1)는 방열기기(R)로부터 방사되는 열을 흡수하여 난기(A2)로 되어 실내공간(S) 내를 상승하여 간다. 이 때에 분리벽(18)이 대향하는 공간이 난기(A2)의 상승경로를 형성하고 있기 때문에, 난기(A2)는 냉기(A1)나 실내공간(S) 내의 분위기(雰圍氣)에 의하여 저해되지 않아 원활하게 천장 부근에 도달할 수 있다.
이어서 천장 부근에 위치하는 난기(A2)는, 분리벽(18) 내에 있어서의 냉기(A1)의 하강에 따라 분리벽(18)의 상부 개구부로부터 흡입되고, 결국에는 증발기(17)에 접촉되어 냉기(A1)로 된다. 이와 같이 분리벽(18)에는, 천장 부근에 위치하는 가장 온도가 높은 상태의 난기(A2)가 유입되기 때문에, 냉각기구(1)에 의한 냉각효과를 최대한으로 발휘하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명의 냉각기구(1)는, 팬, 블로워(blower) 등의 송풍기기를 필요로 하지 않고, 난기(A2)를 분리벽(18)의 상부 개구부로부터 내부로 받아들여서 증발기(17)를 향하여 유도함과 아울러, 냉기(A1)를 강하시키는 것과 같은 자연순환(역굴뚝효과)을 실내공간(S) 내에 발생시키는 것이 가능하기 때문에, 송풍·순환을 위한 기기가 불필요하여 소비전력의 대폭적인 감소를 실현할 수 있는 것이다. 또 데이터 센터(D)의 실내공간(S) 내의 열은, 외기(外氣)를 유입하지 않고 히트펌프유닛(10)에 의하여 효과적으로 외부로 배출되기 때문에, 실내공간(S)으로의 분진(粉塵)의 침입이나 물방울의 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 것이다. 그리고 실내공간(S)의 온도가 소정의 온도가 되도록 가변속 터보형의 압축기(11)를 제어하여 효율적으로 운전할 수 있다.
(2)이배퍼레이티브 콘덴서의 응축온도가 소정의 온도보다 저온인 경우
다음에 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 응축온도가 소정의 온도보다 저온인 경우(일례로서 난기(A2)의 온도가 30℃이고, 25℃의 냉기(A1)를 생성할 때에, 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 응축온도가 20℃ 미만인 경우)에는, 가변속 터보형의 압축기(11)를 기능시키지 않고 냉매를 순환시키는 운전이 이루어진다.
즉 이 경우에 동력이 정지된 가변속 터보형의 압축기(11)는 압축기로서 기능을 하지 않고, 단순한 냉매 유로로서 기능을 하게 된다. 또 압축기(11)가 기능을 하고 있지 않기 때문에, 냉매의 압력이 고압으로 되지 않아, 액면제어기구(14)는 실질적으로 고압수액기(13)와 저압수액기(15) 사이의 액 헤드(液 head) 차이를 설정하는 작용을 담당한다. 이에 따라 액 헤드 차이에 따른 유량이 설정되어, 말하자면 유량조정밸브로서 기능을 하게 된다.
그리고 캐스케이드 콘덴서(19)로부터 압축기(11)를 통과한 기체상태의 냉매는, 이배퍼레이티브 콘덴서(12)에서 열을 방출하여 응축(20℃ 미만)됨으로써 액상상태(液相狀態)로 되어 고압수액기(13)로 흘러내린다. 이어서 액상상태의 냉매는 액면제어기구(14)를 통하여 저압수액기(15)로 보내지고, 자연순환에 의하여 캐스케이드 콘덴서(19)로 압송(壓送)되고, 일부가 증발되어 다시 저압수액기(15)로 되돌아가서, 기액(氣液)이 분리되어 기체의 냉매가스만 이배퍼레이티브 콘덴서(12)로 되돌아간다.
한편 캐스케이드 콘덴서(19)에 의하여 냉각된 2차냉매는 응축액화되어 수액기(19A)로 흘러내려서 액펌프(16)에 흡인·토출되어, 증발기(17)에 도달하여 일부 증발되어 기액혼합상태에서 수액기(19A)로 되돌아가고, 가스 모양의 기체만 캐스케이드 콘덴서(19)에 흡인되어 냉각되고 응축액화되어 다시 수액기(19A)로 되돌아간다.
그리고 증발기(17)에 의하여 냉각된 공기(냉기(A1))는, 상기한 바와 같이 역굴뚝효과에 의하여 실내공간(S) 내를 자연스럽게 순환하여 목적하는 냉각을 하게 된다.
덧붙여서 말하면 일본국 내의 도쿄(東京) 이남의 지역에 있어서도 25℃의 냉기(A1)를 생성하는 경우에는, 하계(夏季) 이외의 계절은 이와 같은 가변속 터보형의 압축기(11)를 기능시키지 않는 운전을 하는 것이 가능하고, 상기의 압축기(11)를 기능시키는 운전을 할 필요가 있는 것은 연간(年間) 90일 정도이다.
또 분리벽(18)에 의한 자연순환의 발생에 대해서는, 상기의 압축기(11)를 기능시키는 운전과 동일하기 때문에, 여기에서의 기재는 생략한다.
[압축기를 용적형(容積型)으로 하여 바이패스 경로(bypass 經路)가 설치된 실시예]
이어서 이 실시예에서 나타내는 냉각기구(1)는 청구항4에서 정의하고 또한 도2에 나타내는 바와 같이, 저압수액기(15)와 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 사이에 구비되는 압축기(11)를 용적형으로 한 것이다.
그리고 압축기(11)를 기능시켜서 냉매를 순환시키는 운전과, 압축기(11)를 기능시키지 않고 냉매를 순환시키는 운전의 절환을, 냉매의 바이패스 관로(bypass 管路)(152)를 사용하여 하는 것이다.
또 도2에 나타내는 냉각기구(1)는, 도1에 나타내는 냉각기구(1)와 기본구성을 동일하게 하는 것이기 때문에, 여기에서는 구성이 서로 다른 부분에 대해서만 설명을 하는 것으로 한다.
구체적으로는, 냉매가 용적형의 압축기(11)를 회피하여 순환할 수 있도록 할 수 있는 바이패스 관로(152)가 설치되는 것이며, 냉매의 유로를 선택하기 위한 밸브(V1∼V4)가 구비되어 있다(밸브(V1, V2)만으로도 가능함).
이 실시예에서 나타내는 본 발명의 냉각기구(1)는 이상에서 설명한 것과 같은 구성을 구비하는 것으로서, 다음과 같이 작동하여 데이터 센터(D)의 실내공간(S) 및 방열기기(R)의 냉각이 이루어진다.
(1)이배퍼레이티브 콘덴서의 응축온도가 소정의 온도보다 고온인 경우
우선 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 응축온도가 소정의 온도보다 고온인 경우(일례로서 난기(A2)의 온도가 30℃이고, 25℃의 냉기(A1)를 생성할 때에, 이배퍼레이티브 콘덴서의 응축온도가 20℃ 이상인 경우)에는, 압축기(11)를 기능시켜서 냉매를 순환시키는 운전이 이루어진다.
구체적으로는, 밸브(V1, V3)를 폐쇄하고, 밸브(V2, V4)를 개방함으로써 냉매가 압축기(11)를 통과하는 유로를 선택한다.
그리고 압축기(11)를 기동하면, 압축기(11)에 흡입된 기체상태의 냉매(압력 상당 포화온도(20℃ 이하))는 압축된 후에 응축된다. 즉 냉매는 이배퍼레이티브 콘덴서(12)에서 열을 방출하여 응축·액화되는 것이고, 그 후에 고압수액기(13)로 흘러내려서 액면제어기구(14)를 통하여 저압수액기(15)로 유입된다. 저압수액기(15)의 압력은 압축기(11)의 흡입압력과 거의 동일한 압력이고, 증발압력(20℃ 상당 포화압력)과도 거의 동일하다. 저압수액기(15)에 축적된 냉매액은, 캐스케이드 콘덴서(19)로 보내져서 일부 증발된 후에 저압수액기(15)로 되돌아가고, 액과 가스로 분리되어 가스만이 압축기(11)로 되돌아간다. 또 2차냉각 사이클(10B) 및 증발기(17)의 기능 등은 상기의 실시예와 동일하기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
(2)이배퍼레이티브 콘덴서의 응축온도가 소정의 온도보다 저온인 경우
다음에 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 응축온도가 소정의 온도보다 저온인 경우(일례로서 난기(A2)의 온도가 30℃이고, 25℃의 냉기(A1)를 생성할 때에, 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 응축온도가 20℃ 미만인 경우)에는, 압축기(11)를 기능시키지 않고 냉매를 순환시키는 운전이 이루어진다.
구체적으로는, 압축기(11)를 정지함과 아울러 밸브(V1, V3)를 개방하고, 밸브(V2, V4)를 폐쇄함으로써 냉매가 압축기(11)를 통과하지 않는 유로를 선택한다.
그리고 캐스케이드 콘덴서(19)로부터 바이패스 관로(152)를 통과한 기체상태의 냉매는, 이배퍼레이티브 콘덴서(12)에서 열을 방출하여 응축·액화되어 고압수액기(13)로 흘러내린다. 고압수액기(13)에 저장된 냉매액은, 액면제어기구(14)를 통하여 저압수액기(15)로 들어가고, 이어서 캐스케이드 콘덴서(19)에 도달하고 일부가 증발하여 기액혼합상태로 되어 저압수액기(15)로 되돌아가고, 기체상태의 냉매가스만 이배퍼레이티브 콘덴서(12)로 되돌아간다.
또 2차냉각 사이클(10B) 및 증발기(17)의 기능 등은 상기의 실시예와 동일하기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
이와 같이 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 응축온도가 소정의 온도보다 저온인 경우에는, 압축기(11)를 기능시키지 않더라도 이배퍼레이티브 콘덴서(12)에서 냉매가 20℃ 이하로 응축되기 때문에, 압축기(11)를 운전하지 않고 데이터 센터(D)의 실내공간(S)을 냉각하는 것이 가능하게 되는 것이다.
또 상기한 2개의 실시예에 있어서는, 2차냉각 사이클(10B)의 냉매로서 탄산가스를 사용하고 있고, 탄산가스는 비등점(沸騰點)이 낮고, 높은 압력하에서 운용하는 것이 가능하기 때문에, 히트펌프유닛(10)의 배관을 가는 직경의 것으로 할 수 있어, 이니셜 코스트(initial cost)를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 시공을 용이하게 하는 것이 가능하게 된다.
또 냉매로서 탄산가스가 채용되기 때문에, 데이터 센터(D)의 실내공간(S) 내에 위치하는 배관 부분에 분출밸브(噴出valve)(V5)를 설치함으로써, 화재가 발생하였을 경우에는 실내공간(S)에 탄산가스를 충만시킴으로써 신속하게 진화시킬 수 있어, 출화기기(出火機器) 이외의 손상을 회피할 수 있다.
이러한 소화를 고려하였을 경우에, 히트펌프유닛(10)을 2계통 구비하여 두고, 일방(一方)의 히트펌프유닛(10)이 소화에 사용된 후에 또 일방의 히트펌프유닛(10)에 의하여 방열기기(R)의 냉각을 계속하도록 하면, 데이터 센터(D)의 기능정지상태를 최소한으로 막을 수 있다.
그리고 이 실시예에서 나타내는 냉각기구(1)에 의하면, COP(Coefficient Of Performance)가 양호한 운전을 실현할 수 있다. 또 2차냉각 사이클(10B)에는 압축기(11)가 사용되지 않기 때문에, 기름의 혼입 등에 의한 증발기(17)의 성능저하를 회피할 수 있다. 또한 소화기능을 사용할 때에도 냉동기 기름에 의한 오염을 걱정하지 않아도 된다.
또 상기한 2가지 종류의 실시예 및 특허청구범위에 있어서는, 응축기로서 이배퍼레이티브 콘덴서(12)를 채용하는 것을 명확하게 하고 있다. 그러나 근본적인 기술사상에서 말하면, 외기조건에 따라서는 이배퍼레이티브 콘덴서(12) 이외의 응축기 예를 들면 냉각탑(冷却塔)에 의하여 냉각된 물을 사용한 쉘 튜브식 응축기(shell tube式 凝縮機)나 공랭식 응축기(空冷式 凝縮機)를 사용할 수도 있다. 이 경우에 동일한 외기온도의 조건에서도 응축온도가 높아지기 때문에, 압축기(11)를 사용하지 않고 데이터 센터(D)의 실내공간(S)을 적절한 온도로 냉각시킬 수 있는 기간이, 이배퍼레이티브 콘덴서(12)를 채용하였을 경우보다 짧아지게 된다. 다만 일본국의 홋카이도와 같은 한랭지(寒冷地)이면 그들의 응축기를 사용한 냉각기구(1)가 유리하게 되는 경우도 있다.
[다른 실시예]
본 발명은 상기한 2가지 종류의 실시예를 기본이 되는 실시예로 하는 것이지만, 본 발명의 기술적 사상에 의거하여 이하에 나타내는 바와 같은 실시예를 채용하는 것도 가능하다. 또 이하의 실시예에서는 상기 분출밸브(V5)에 대한 설명은 생략하고 있지만, 기본이 되는 실시예와 마찬가지로 분출밸브(V5)를 설치하더라도 좋다.
우선 고위도(高緯度)에 위치하는 나라 또는 일본국 내이면 홋카이도와 같은 한랭지의 경우에, 1년을 통하여 압축기(11)를 사용하지 않고, 이배퍼레이티브 콘덴서(12)의 작용에 의해서만 데이터 센터(D)의 냉각을 하는 것도 가능하여, 이러한 운전에 특화된 구성을 채용할 수 있다.
구체적으로는 도4에 나타내는 바와 같이 데이터 센터(D)의 실외에 이배퍼레이티브 콘덴서(12) 및 저압수액기(15)를 배치하고, 한편 데이터 센터(D)의 실내공간(S)에 증발기(17)를 배치하고, 상기 증발기(17)에 있어서의 냉매의 증발에 의하여 발생하는 냉기(A1)에 의하여 실내공간(S)의 냉각을 함과 아울러, 상기 이배퍼레이티브 콘덴서(12)에 의하여 냉매의 응축이 이루어지는 것과 같은 구성을 채용할 수 있는 것이다. 또 저압수액기(15)로부터 증발기(17)에 대한 냉매의 공급은 액펌프(16)에 의하여 이루어지는 것으로 한다.
그리고 이러한 구성이 채용되었을 경우에, 1년 내내 이배퍼레이티브 콘덴서(12)에 의하여 냉매의 응축이 이루어지기 때문에, 냉각기구(1)를 소비전력을 억제한 저비용으로 운용할 수 있음과 아울러 이니셜 코스트를 감소시킬 수 있다.
또 이와 같이 도4에 나타낸 구성이 채용되는 경우에, 최근에 지구온난화의 영향 등에 의하여 각지에서 최고기온의 갱신이 확인되는 등, 예기(豫期)하지 않더라도 고온상태로 되는 것이 염려되기 때문에, 데이터 센터(D)의 안정한 운용을 담보할 수 있는 냉각기구(1)의 구성을 채용할 수도 있다.
구체적으로는 도5에 나타내는 바와 같이, 도4에 나타낸 이배퍼레이티브 콘덴서(12), 저압수액기(15) 및 증발기(17)를 구비하여 이루어지는 제1냉각 사이클(10C)과, 압축기(11), 콘덴서(12a)(이배퍼레이티브) 및 증발기(17)를 구비하여 이루어지는 제2냉각 사이클(10D)을 병렬상태로 배치한 형태를 채용하는 것이다. 또 제2냉각 사이클(10D)에 있어서의 콘덴서(12a)와 증발기(17)를 연결하는 관로에 있어서의 증발기(17) 근방의 부위에는 팽창밸브(膨脹valve)(17b)가 설치된다.
그리고 이러한 구성이 채용되었을 경우에, 평상시에는 제1냉각 사이클(10C)만에 의하여 운전을 하고, 제1냉각 사이클(10C)만으로는 냉각을 할 수 없게 되었을 때에 압축기(11)를 구비한 제2냉각 사이클(10D)을 가동시킴으로써 실내공간(S) 내의 온도상승을 확실하게 방지할 수 있다. 또한 제2냉각 사이클(10D)과 동시에 제1냉각 사이클(10C)을 가동시킴으로써 압축기(11)의 부하를 경감시켜서 소비전력의 삭감을 도모할 수 있다.
또 도5에 나타낸 냉각기구(1)에 있어서는 상기 분리벽(18)이 채용되어 있지 않지만, 방열기기(R)에 있어서 증발기(17)측의 상방부는, 증발기(17)의 프레임에 의하여 막힌 상태로 되어 있고, 증발기(17)의 방열부에 접촉된 난기(A2)는 냉각되어 냉기(A1)로 되어 방열기기(R)의 측방을 따라 하강하여, 방열기기(R)의 냉각에 이용되어 난기(A2)로 되는 것이며, 이 난기(A2)가 다시 증발기(17)로 유도되는 것과 같은 자연순환이 발생하게 된다.
또한 앞에서 설명한 것의 기본이 되는 2가지 종류의 실시예(도1, 도2)를 일부 개변(改變)한 구성을 채용할 수도 있다. 구체적으로는 도6에 나타내는 바와 같이 상기 2차냉각 사이클(10B)에 있어서의 수액기(19A)에 대하여 이배퍼레이티브 콘덴서(12B)를 접속한 형태를 채용할 수도 있다. 또 도6에서는 압축기(11)로서 용적형의 것을 사용하는 것을 상정하고 있지만, 가변속 터보형의 압축기(11)를 사용하는 경우에는 도1과 마찬가지로 바이패스 관로(152)를 생략할 수 있다.
그리고 이러한 구성이 채용되었을 경우에, 수액기(19A) 내에서의 2차냉매의 응축은, 1차냉각 사이클(10A) 또는 이배퍼레이티브 콘덴서(12B) 중에서 어느 일방 또는 쌍방에 의하여 하는 것이 가능하게 된다.
또한 이러한 구성이 채용되었을 경우에, 평상시에는 1차냉각 사이클(10A)을 정지시키고 이배퍼레이티브 콘덴서(12B)만에 의하여 2차냉매의 응축을 하는 운전을 하고, 이배퍼레이티브 콘덴서(12B)만으로는 냉각을 할 수 없게 되었을 때에 압축기(11)를 구비한 1차냉각 사이클(10A)을 가동시킴으로써 실내공간(S) 내의 온도상승을 확실하게 방지할 수 있다. 또한 1차냉각 사이클(10A)과 동시에 이배퍼레이티브 콘덴서(12B)를 가동시킴으로써 압축기(11)의 부하를 경감시켜서 소비전력의 삭감을 도모할 수 있다.
또한 도7에 나타내는 바와 같이, 도6에 나타낸 장치구성에 있어서 캐스케이드 콘덴서(19)를 수액기(19B)에 내장하도록 한 형태를 채용할 수도 있다.
그리고 이러한 구성이 채용되었을 경우에, 도6에 나타낸 장치구성과 마찬가지로 수액기(19B) 내에서의 2차냉매의 응축은, 1차냉각 사이클(10A)(캐스케이드 콘덴서(19)) 또는 이배퍼레이티브 콘덴서(12B) 중에서 어느 일방 또는 쌍방에 의하여 할 수 있는 것에 추가하여, 다음과 같은 효과가 얻어진다.
즉 2차냉매로서 탄산가스를 사용하는 것과 같은 경우에, 캐스케이드 콘덴서(19)의 구성요소인 플레이트 쿨러(plate cooler)의 내압성(耐壓性)이 낮은 것과 같은 경우에 있어서도 2차냉매의 응축은 밀폐된 수액기(19B)에 내장된 캐스케이드 콘덴서(19)에서 이루어지기 때문에, 외관상의 압력차이가 적어지게 되어 응축을 안전하고 또한 안정하게 하는 것이 가능하게 된다.
또 상기한 4가지 종류의 다른 실시예에 있어서는, 응축기로서 이배퍼레이티브 콘덴서(12) 또는 콘덴서(12a)를 채용하고 있지만, 모두를 이배퍼레이티브 콘덴서(12)로 하거나 혹은 모두를 이배퍼레이티브 콘덴서(12) 이외의 응축기 예를 들면 냉각탑에 의하여 냉각된 물을 사용한 쉘 튜브식 응축기나 공랭식 응축기를 사용할 수도 있다. 이 경우에 동일한 외기온도의 조건에서도 응축온도가 높아지기 때문에, 압축기(11)를 사용하지 않고 데이터 센터(D)의 실내공간(S)을 적절한 온도로 냉각시킬 수 있는 기간이, 이배퍼레이티브 콘덴서(12)를 채용하였을 경우보다 짧아지게 된다. 다만 일본국의 홋카이도와 같은 한랭지이면 그들의 응축기를 사용한 냉각기구(1)가 유리하게 되는 경우도 있다.
또한 본 발명의 냉각기구(1)는 데이터 센터(D)를 적용대상으로 하는 것을 전제로 한 것이지만, 데이터 센터(D)와 마찬가지로 필요한 냉각온도가 비교적 높고, 잠열부하가 적은 한편, 현열부하가 크고 발생원(發生源)이 넓은 범위에 미치는 시설인 인쇄공장, 자동차의 부품공장 등에 대하여 본 발명의 냉각기구(1)를 적용하더라도 좋다.
1 : 냉각기구
10 : 히트펌프유닛
10A : 1차냉각 사이클
10B : 2차냉각 사이클
10C : 제1냉각 사이클
10D : 제2냉각 사이클
11 : 압축기
12 : 이배퍼레이티브 콘덴서
12a : 콘덴서
13 : 고압수액기
14 : 액면제어기구
15 : 저압수액기
16 : 액펌프
17 : 증발기
17a : 유량조정밸브
17b : 팽창밸브
18 : 분리벽
18a : 신축부
19 : 캐스케이드 콘덴서
19A : 수액기
19B : 수액기
152 : 바이패스 관로
A1 : 냉기
A2 : 난기
D : 데이터 센터
R : 방열기기
S : 실내공간
V1 : 밸브
V2 : 밸브
V3 : 밸브
V4 : 밸브
V5 : 분출밸브

Claims (9)

  1. 데이터 센터(data center)의 실외에, 가변속 터보형(可變速 turbo型)의 압축기, 이배퍼레이티브 콘덴서(evaporative condenser), 고압수액기(高壓受液器), 액면제어기구(液面制御機構), 저압수액기(低壓受液器), 캐스케이드 콘덴서(cascade condenser)를 순서대로 연결하고, 또한 상기 캐스케이드 콘덴서에서 상기 저압수액기를 거쳐 상기 압축기까지를 연결한 1차냉각 사이클(第1冷却 cycle)을 배치하고,
    한편 데이터 센터의 실내공간에 증발기(蒸發器)를 배치하고, 상기 증발기와, 수액기, 액펌프(液pump)를 배관으로 연결하여 루프회로(loop回路)로 하고, 증발기 하류에서 상기 캐스케이드 콘덴서에 있어서 2차냉매로서의 탄산가스가 응축되는 2차냉각 사이클을 배치하고,
    상기 저압수액기는 기체상태의 냉매만을 상기 압축기에 보내고,
    상기 증발기에 있어서의 냉매(冷媒)의 증발에 의하여 실내공간의 냉각을 함과 아울러, 상기 이배퍼레이티브 콘덴서에 의하여 냉매의 응축(凝縮)이 이루어지도록 구성되어 있고,
    상기 1차냉각 사이클은, 상기 이배퍼레이티브 콘덴서의 응축온도가 소정의 온도 이하일 때에 상기 압축기를 기능시키지 않고 1차냉매를 순환시키고, 상기 캐스케이드 콘덴서에 있어서 응축된 상기 2차냉각 사이클에 있어서의 2차냉매에 의하여 실내공간의 냉각을 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각기구(冷却機構).
  2. 데이터 센터(data center)의 실외에, 용적형(容積型)의 압축기, 이배퍼레이티브 콘덴서, 고압수액기(高壓受液器), 액면제어기구(液面制御機構), 저압수액기(低壓受液器), 캐스케이드 콘덴서(cascade condenser)를 순서대로 연결하고, 또한 상기 캐스케이드 콘덴서에서 상기 저압수액기를 거쳐 상기 압축기까지를 연결하고, 상기 압축기를 우회하는 바이패스 관로(bypass 管路)를 설치하여 이루어지는 1차냉각 사이클을 배치하고,
    한편 데이터 센터의 실내공간에 증발기(蒸發器)를 배치하고, 상기 증발기와, 수액기, 액펌프(液pump)를 배관으로 연결하여 루프회로(loop回路)로 하고, 증발기 하류에서 상기 캐스케이드 콘덴서에 있어서 2차냉매로서의 탄산가스가 응축되는 2차냉각 사이클을 배치하고,
    상기 저압수액기는 기체상태의 냉매만을 상기 압축기에 보내고,
    상기 증발기에 있어서의 냉매(冷媒)의 증발에 의하여 실내공간의 냉각을 함과 아울러, 상기 이배퍼레이티브 콘덴서에 의하여 냉매의 응축(凝縮)이 이루어지도록 구성되어 있고,
    상기 1차냉각 사이클은, 상기 이배퍼레이티브 콘덴서의 응축온도가 소정의 온도 이하일 때에 상기 압축기를 정지시킴과 아울러 상기 바이패스 관로를 개방함으로써, 상기 압축기를 기능시키지 않고 1차냉매를 순환시키고, 상기 캐스케이드 콘덴서에 있어서 응축된 상기 2차냉각 사이클에 있어서의 2차냉매에 의하여 실내공간의 냉각을 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각기구(冷却機構).
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 2차냉각 사이클에 있어서의 수액기에 이배퍼레이티브 콘덴서를 접속한 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각기구.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 캐스케이드 콘덴서를 2차냉각 사이클에 있어서의 수액기에 내장(內藏)하는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각기구.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉매를 실내공간으로 분출(噴出)시킬 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각기구.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 증발기는 역굴뚝효과(逆煙突效果)를 발휘하는 형태의 세로형의 분리벽에 의하여 둘러싸여 있고, 증발기 근방의 공기를 냉각시킴으로써, 팬(fan)을 사용하지 않고 데이터 센터 실내공간의 상부에 있는 고온의 공기를 효율적으로 증발기를 향하여 인입시켜서 냉각시킨 후에, 하방으로 토출(吐出)하는 구조가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각기구.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분리벽의 하부에는 신축부(伸縮部)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 냉각기구.
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