KR102235847B1 - 데이터 센터 공조용 백업장치의 축냉 효율 증대를 위한 축열조 시스템 - Google Patents

Abstract

축열조 시스템이 개시된다. 축열조 시스템은 순환 라인; 상기 순환 라인 상에 설치되는 냉동기; 상기 순환 라인 상에 설치되는 공조기; 상기 순환 라인에 설치되며, 물을 상기 공조기 측에서 상기 냉동기 측으로 공급하는 제1폄프; 상기 순환 라인에 설치되며, 물을 상기 냉동기 측에서 상기 공조기 측으로 공급하는 제2펌프; 상기 냉동기와 상기 제2펌프 사이 구간인 제1지점에서 상기 순환 라인과 연결되는 제1공급 라인; 상기 공조기와 상기 제1펌프 사이 구간인 제2지점에서 상기 순환 라인과 연결되는 제2공급 라인; 상부 공간에 온수가 저장되고 하부 공간에 냉수가 저장되며, 상기 온수와 상기 냉수가 성층화를 이루는 축열조; 상기 축열조의 하부 공간에 위치하며, 상기 제1공급 라인과 연결되는 하부 디퓨져; 상기 축열조의 상부 공간에 위치하며, 상기 제2공급 라인과 연결되는 상부 디퓨져; 일단이 상기 제2펌프와 상기 제1지점 사이 구간인 제3지점에서 상기 순환 라인과 연결되고, 타단이 상기 제2공급 라인과 연결되는 제3공급 라인; 상기 냉동기와 상기 제1지점 사이 구간에서 상기 순환 라인에 설치되는 제1밸브; 상기 제2공급 라인과 상기 제3공급 라인의 연결 지점과 상기 제2지점 사이 구간에서 상기 제2공급 라인에 설치되는 제2밸브; 상기 제3공급 라인에 설치되는 제3밸브; 상기 제1지점과 상기 제3지점 사이 구간에서 상기 순환 라인에 설치되는 제4밸브; 상기 제2지점과 상기 냉동기 사이 구간에서 상기 순환 라인에 설치되는 제5밸브; 및 정상 운전 모드와 비상 운전 모드에 따라 상기 펌프들 및 상기 밸브들을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부의 제어로, 상기 정상 운전 모드에서, 상기 제1펌프와 상기 제2펌프가 구동되고, 상기 제1밸브, 상기 제3밸브, 그리고 상기 제5밸브가 개방되고, 상기 제2밸브와 상기 제4밸브가 차단되며, 상기 냉동기에서 배출되는 냉수가 상기 하부 디퓨져를 통해 상기 축열조의 하부 공간으로 공급되고, 상기 상부 디퓨져에서 흡입된 온수가 상기 공조기를 거쳐 상기 냉동기에 재공급되며, 상기 비상 운전 모드에서, 보조 전력 공급부에서 공급된 전력으로 상기 제2펌프가 구동되고, 상기 제1밸브, 상기 제3밸브, 그리고 상기 제5밸브가 차단되고, 상기 제2밸브와 상기 제4밸브가 개방되어, 상기 축열조의 하부 공간에 저장된 냉수가 상기 하부 디퓨져에서 흡입되어 상기 공조기 측으로 공급되고, 상기 공조기를 거친 온수가 상기 상부 디퓨져를 통해 상기 축열조의 상부 공간으로 공급된다.

Description

데이터 센터 공조용 백업장치의 축냉 효율 증대를 위한 축열조 시스템{Thermal energy storage system for increasing the thermal storage efficiency as back-up device for air conditioning system of the Data Center}

본 발명은 축열조 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 데이터 센터 공조용 백업장치의 축냉 효율을 증대시킬 수 있는 축열조 시스템에 관한 것이다.

데이터 센터는 일정한 온도의 공조가 필수인 시설로, 정전 시에도 공조시스템이 정지 없이 연속 운전되어야 하므로 백업장치(back-up device)를 함께 제공하고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 데이터 센터 공조용 백업 장치를 나타내는 도면으로, 종래에는 백업장치에 버퍼탱크(buffer tank, 20)를 주로 설치하였다. 그러나 버퍼탱크는 온수와 냉수의 혼합에 의해 냉수를 일정한 설계온도로 공급하는 공급가능시간(back-up time)을 예측하기가 쉽지 않기 때문에, 개수를 늘리거나 용량이 큰 버퍼탱크를 설치하였다. 정전복구 직후, 버퍼탱크에 가득 찬 온수가 공조기를 거쳐 냉동기에 돌아오는데, 이 때 데이터 센터의 공조시스템에 냉수가 아닌 온수가 일정시간 공급되는 문제가 발생되고 있다. 또한 정전복구 후 냉동기의 초기 가동 시 냉동기에서 공급되는 냉수의 온도가 설계온도보다 높아 데이터 센터의 공조온도가 일정치 못하는 문제가 발생하고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 데이터 센터용 축열조의 축냉효율을 높이고 백업시간이 예측 가능한 고효율 디퓨져를 설계하여 온수와 냉수가 성층화(stratification)를 이뤄 혼합이 최소화됨으로써 축냉효율을 증진시키고, 축열조에 저장된 냉수를 최대한 많이 이용할 수 있도록 디퓨져의 형상을 변화시킴과 아울러 그 위치도 변경가능한 디퓨져를 설계하여 축열조의 축냉효율 (thermal storage efficiency)을 추가로 높이고, 정전복구 직후 냉동기의 초기 운전시에도 축열조에서 일정시간 냉수가 공급되도록 공급 라인을 추가하여 설계온도보다 높은 온도의 물이 공조기에 공급되는 것을 방지하여 데이터 센터 공조시스템을 보다 안정적으로 연속 운전할 수 있는 축열조 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 축열조 시스템은 순환 라인; 상기 순환 라인 상에 설치되는 냉동기; 상기 순환 라인 상에 설치되는 공조기; 상기 순환 라인에 설치되며, 물을 상기 공조기 측에서 상기 냉동기 측으로 공급하는 제1폄프; 상기 순환 라인에 설치되며, 물을 상기 냉동기 측에서 상기 공조기 측으로 공급하는 제2펌프; 상기 냉동기와 상기 제2펌프 사이 구간인 제1지점에서 상기 순환 라인과 연결되는 제1공급 라인; 상기 공조기와 상기 제1펌프 사이 구간인 제2지점에서 상기 순환 라인과 연결되는 제2공급 라인; 상부 공간에 온수가 저장되고 하부 공간에 냉수가 저장되며, 상기 온수와 상기 냉수가 성층화를 이루는 축열조; 상기 축열조의 하부 공간에 위치하며, 상기 제1공급 라인과 연결되는 하부 디퓨져; 상기 축열조의 상부 공간에 위치하며, 상기 제2공급 라인과 연결되는 상부 디퓨져; 일단이 상기 제2펌프와 상기 제1지점 사이 구간인 제3지점에서 상기 순환 라인과 연결되고, 타단이 상기 제2공급 라인과 연결되는 제3공급 라인; 상기 냉동기와 상기 제1지점 사이 구간에서 상기 순환 라인에 설치되는 제1밸브; 상기 제2공급 라인과 상기 제3공급 라인의 연결 지점과 상기 제2지점 사이 구간에서 상기 제2공급 라인에 설치되는 제2밸브; 상기 제3공급 라인에 설치되는 제3밸브; 상기 제1지점과 상기 제3지점 사이 구간에서 상기 순환 라인에 설치되는 제4밸브; 상기 제2지점과 상기 냉동기 사이 구간에서 상기 순환 라인에 설치되는 제5밸브; 및 정상 운전 모드와 비상 운전 모드에 따라 상기 펌프들 및 상기 밸브들을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부의 제어로, 상기 정상 운전 모드에서, 상기 제1펌프와 상기 제2펌프가 구동되고, 상기 제1밸브, 상기 제3밸브, 그리고 상기 제5밸브가 개방되고, 상기 제2밸브와 상기 제4밸브가 차단되며, 상기 냉동기에서 배출되는 냉수가 상기 하부 디퓨져를 통해 상기 축열조의 하부 공간으로 공급되고, 상기 상부 디퓨져에서 흡입된 온수가 상기 공조기를 거쳐 상기 냉동기에 재공급되며, 상기 비상 운전 모드에서, 보조 전력 공급부에서 공급된 전력으로 상기 제2펌프가 구동되고, 상기 제1밸브, 상기 제3밸브, 그리고 상기 제5밸브가 차단되고, 상기 제2밸브와 상기 제4밸브가 개방되어, 상기 축열조의 하부 공간에 저장된 냉수가 상기 하부 디퓨져에서 흡입되어 상기 공조기 측으로 공급되고, 상기 공조기를 거친 온수가 상기 상부 디퓨져를 통해 상기 축열조의 상부 공간으로 공급된다.

또한, 상기 비상 운전 모드 종료 후 재충전 운전 모드에서, 상기 제어부의 제어로, 상기 제1펌프, 상기 제2펌프, 그리고 상기 냉동기가 구동되고, 상기 제1밸브, 상기 제2밸브, 상기 제4밸브, 그리고 상기 제5밸브는 개방되고, 상기 제3밸브는 차단되며, 상기 냉동기에서 배출되는 냉수 중 일부는 상기 제1공급 라인을 통해 상기 축열조의 하부 공간으로 공급되고, 나머지는 상기 순환 라인을 통해 상기 공조기에 공급되며, 상기 축열조의 상부 공간에 저장된 온수는 상기 제2공급 라인과 상기 순환 라인을 통해 상기 냉동기 측으로 공급될 수 있다.

또한, 일단이 상기 냉동기와 상기 제1밸브 사이 구간에서 상기 순환 라인과 연결되고, 타단이 상기 제2공급 라인과 연결되는 제4공급 라인; 및 상기 제4공급 라인에 설치되는 제6밸브를 더 포함하며, 상기 비상 운전 모드의 종료 직후, 그리고 상기 재충전 운전 모드 전인 임시 운전 모드에서 상기 제어부의 제어로, 상기 제1펌프, 상기 제2펌프, 그리고 상기 냉동기가 구동되고, 상기 제4밸브, 상기 제5밸브, 그리고 상기 제6밸브는 개방되고, 상기 제1밸브, 상기 제2밸브, 그리고 제3밸브는 차단되며, 상기 냉동기에서 배출되는 냉수는 상기 제4공급 라인을 통해 상기 축열조의 상부 공간으로 공급되고, 상기 축열조의 하부 공간에 저장된 냉수는 상기 하부 디퓨져에 흡입되어 상기 제1공급 라인과 상기 순환 라인들 통해 상기 공조기에 공급될 수 있다.

또한, 상기 축열조는 원통 형상의 바디; 상기 바디의 개방된 상부를 덮은 돔 형상의 상부 돔; 및 상기 바디의 개방된 하부를 덮든 돔 형상의 하부 돔을 포함하고, 상기 상부 디퓨져는 상기 바디와 상기 상부 돔의 결합 영역인 제1변곡부보다 높게 위치하고, 상기 하부 디퓨져는 상기 바디와 상기 하부 돔의 결합 영역인 제2변곡부보다 낮게 위치할 수 있다.

또한, 상기 상부 디퓨져는 제1상판; 및 상기 제1상판의 하부에 위치하며, 상기 제1상판보다 넓은 면적을 갖는 제1하판을 포함하고, 상기 하부 디퓨져는 제2상판; 상기 제2상판의 하부에 위치하며, 상기 제2상판보다 작은 면적을 갖는 제2하판을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 축열조 시스템은 상부 디퓨져로 들어오는 온수와 축열조 내에 저장된 냉수가 성층화를 이뤄 혼합되는 유량이 최소화됨으로써 축열조의 축냉 효율이 높아지고, 정전 등 비상 운전 시에 축열조 내에 저장된 냉수를 설계온도 상태로 최대한 많은 유량을 공조기로 보낼 수 있어 데이터 센터의 온도 상승을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 축열조 시스템은 상부 디퓨져 및 하부 디퓨져의 형상 및 위치변경을 통해 축냉 효율이 극대화되고, 정전 복구 후 냉동기의 재가동 초기 운전시, 일정 시간 동안 축열조를 거쳐 냉수를 공급하므로, 데이터 센터의 공조 시스템이 일정한 온도로 안정적으로, 그리고 연속 운전될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 데이터 센터 공조용 백업 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 축열조 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 축열조, 상부 디퓨져, 그리고 하부 디퓨져를 나타내는 도면이다.
도 4는 정상 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 비상 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 임시 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 재충전 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 하부 디퓨져를 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 축열조 시스템을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 축열조, 상부 디퓨져, 그리고 하부 디퓨져를 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 축열조 시스템(10)은 순환 라인(110), 냉동기(120), 공조기(130), 제1펌프(140), 제2펌프(150), 축열조(160), 상부 디퓨져(170), 하부 디퓨져(180), 제1 내지 제 5공급 라인(190 내지 230), 제1 내지 제 7밸브(240 내지 300), 보조 전력 공급부(310), 그리고 제어부(320)를 포함한다.

순환 라인(110)은 물이 순환할 수 있는 폐루프 라인으로 제공된다.

냉동기(120)는 순환 라인(110)에 설치되며, 외부 전력 공급부(미도시)에서 공급된 전력에 의해 작동한다. 냉동기(120)는 순환 라인(110)을 따라 순환하는 물을 냉각한다.

공조기(130)는 순환 라인(110)에 설치되며, 순환 라인(110)을 따라 흐르는 냉수와의 열교환으로 외부 시스템(미도시)을 냉각한다. 실시 예에 의하면, 외부 시스템은 데이터 센터일 수 있다.

제1펌프(140)는 공조기(130)와 냉동기(120) 사이 구간에서 순환 라인(110)에 설치되며, 물이 공조기(130)로부터 냉동기(120) 측으로 공급되도록 압력을 발생시킨다.

제2펌프(150)는 냉동기(120)와 공조기(130) 사이 구간에서 순환 라인(110)에 설치되며, 물이 냉동기(120)로부터 공조기(130) 측으로 공급되도록 압력을 발생시킨다.

축열조(160)는 내부에 물이 저장될 수 있는 공간을 제공한다. 축열조(160)의 상부 공간(160a)에는 온수가 저장되고, 하부 공간(160b)에는 냉수가 저장된다. 온수와 냉수는 경계층(160c)을 사이에 두고 성층화를 이루어 제공된다. 온수와 냉수는 상온보다 낮은 온도로 유지된다. 냉수는 온수보다 낮은 온도로 유지된다. 실시 예에 의하면, 온수는 15℃내외의 온도일 수 있고, 냉수는 5℃내외의 온도일 수 있다. 축열조(160)는 밀폐형 또는 개방형 용기로 제공될 수 있다.

실시 예에 의하면, 축열조(160)는 바디(161), 상부 돔(162), 그리고 하부 돔(163)을 포함한다. 바디(161)는 소정 높이를 갖는 원통 형상으로, 상면과 하면이 개방되어 제공된다. 상부 돔(162)은 위로 볼록한 돔 형상으로, 바디(161)의 개방된 상면을 덮는다. 하부 돔(163)은 아래로 볼록한 돔 형상으로, 바디(161)의 개방된 하면을 덮는다. 하부 돔(163)은 상부 돔(162)에 상응하는 형상을 갖는다. 이하, 상부 돔(162)과 바디(161)의 결합 영역을 제1변곡부(164)라 칭하고, 바디(161)와 하부 돔(163)의 결합 영역을 제2변곡부(165)라 칭한다.

상부 디퓨져(170)는 축열조(160)의 상부 공간(160a)에 위치하고, 상부 공간(160a)에 저장된 온수를 외부로 배출하거나, 순환 라인(110)을 따라 순환하는 물을 상부 공간(160a)으로 공급한다. 상부 디퓨져(170)는 제1변곡부(164)보다 높은 위치에서 상부 돔(162) 내에 위치할 수 있다.

실시 예에 의하면, 상부 디퓨져(170)는 제1상판(171), 제1하판(172), 그리고 상부 배관(173)을 포함한다.

제1상판(171)을 소정 직경을 가지고, 두께가 얇은 판으로, 상부 돔(162) 내에 위치한다. 제1상판(171)은 상부 돔(162)의 상단에 최대한 가까이 위치할 수 있다.

제1하판(172)은 제1상판(171)으로부터 소정 간격 이격하여 제1상판(171)의 하부에 위치하며, 제1상판(171)보다 넓은 면적을 갖는 판으로 제공된다. 제1하판(172)은 상부 돔(162) 내에 위치하며, 제1변곡부(164)의 높이에 상응하거나 그보다 높은 지점에 위치할 수 있다.

상부 배관(173)은 제1하판(172)과 연결되며, 제1상판(171)과 제1하판(172)의 사이 영역으로 물을 공급하거나, 제1상판(171)과 제1하판(172)의 사이 영역에서 온수와 냉수의 유로를 제공한다.

상술한 바와 같이, 상부 디퓨져(170)는 제1상판(171)의 면적이 작고 제1하판(172)의 면적이 크게 제공됨에 따라, 위로 볼록하게 제공되는 상부 돔(162)에 최대한 밀착될 수 있다. 상부 디퓨져(162)가 상부 돔(162)의 상단에 최대한 밀착될수록 상부 돔(162) 내에 저장할 수 있는 물의 유량이 증가하고, 온수와 냉수의 성층화가 잘 이루어질 수 있다.

하부 디퓨져(180)는 축열조(160)의 하부 공간(160b)에 위치하고, 하부 공간(160b)에 저장된 냉수를 외부로 배출하거나, 순환 라인(110)을 따라 순환하는 물을 하부 공간(160b)으로 공급한다. 하부 디퓨져(180)는 제2변곡부(165)보다 낮은 위치에서 하부 돔(163) 내에 위치할 수 있다.

실시 예에 의하면, 하부 디퓨져(180)는 제2상판(181), 제2하판(182), 그리고 하부 배관(183)을 포함한다.

제2상판(181)을 소정 직경을 가지고, 두께가 얇은 판으로, 하부 돔(163) 내에 위치한다. 실시 예에 의하면, 제2상판(181)은 제1하판(172)에 상응하는 직경을 가질 수 있다. 제2상판(181)은 제2변곡부(165)의 높이에 상응하거나 그보다 낮은 지점에 위치할 수 있다.

제2하판(182)은 제2상판(181)으로부터 소정 간격 이격하여 제2상판(181)의 하부에 위치하며, 제2상판(181)보다 작은 면적을 갖는 판으로 제공된다. 제2하판(182)은 하부 돔(163) 내에 위치하며, 최대한 하부 돔(163)의 하단부에 밀착되어 위치한다.

하부 배관(183)은 제2상판(181)과 연결되며, 제2상판(181)과 제2하판(182)의 사이 영역으로 물을 공급하거나, 제2상판(181)과 제2하판(182)의 사이 영역에서 온수와 냉수의 유로를 제공한다.

상술한 바와 같이, 하부 디퓨져(180)는 제2상판(181)의 면적이 크고 제2하판(182)의 면적이 작게 제공됨에 따라, 아래로 볼록하게 제공되는 하부 돔(163)의 하단부에 최대한 밀착될 수 있다. 하부 디퓨져(180)가 하부 돔(163)의 하단부에 최대한 밀착될수록 하부 돔(163) 내에 저장할 수 있는 물의 유량이 증가하고, 온수와 냉수의 성층화가 잘 이루어질 수 있다.

상술한 구조의 축열조(160), 상부 디퓨져(170), 그리고 하부 디퓨져(180)가 결합되어 하나의 축열조 모듈(#1, #2, #3, …)을 형성하며, 이러한 축열조 모듈(#1, #2, #3, …)이 복수 개 제공된다. 축열조 모듈(#1, #2, #3, …)은 병렬 배치된다.

제1공급 라인(190)은 일단이 냉동기(120)와 제2펌프(150) 사이 구간인 제1지점(P1)에서 순환 라인(110)과 연결되고, 타단이 하부 배관(183)과 연결된다. 실시 예에 의하면, 제1공급 라인(190)의 타단은 상기 축열조 모듈(#1, #2, #3, …)들에 대응하는 개수로 분기되어 축열조 모듈(#1, #2, #3, …)들 각각의 하부 배관(183)과 연결될 수 있다.

제2공급 라인(200)은 일단이 공조기(130)와 제1펌프(140) 사이 구간인 제2지점(P2)에서 순환 라인(110)과 연결되고, 타단이 상부 배관(173)과 연결된다. 실시 예에 의하면, 제2공급 라인(200)의 타단은 상기 축열조 모듈(#1, #2, #3, …)들에 대응하는 개수로 분기되어 축열조 모듈(#1, #2, #3, …)들 각각의 상부 배관(173)과 연결될 수 있다.

제3공급 라인(210)은 일단이 제2펌프(150)와 제1지점(P1) 사이 구간인 제3지점(P3)에서 순환 라인(110)과 연결되고, 타단이 제2공급 라인(200)과 연결된다.

제4공급 라인(220)은 일단이 냉동기(120)와 제1지점(P1) 사이 구간인 제4지점(P4)에서 순환 라인(110)과 연결되고, 타단이 제2공급 라인(200)과 연결된다.

제5공급 라인(230)은 일단이 제4지점(P4)과 냉동기(120) 사이 구간인 제5지점(P5)에서 순환 라인(110)과 연결되고, 타단이 제2지점(P2)과 제1펌프(140) 사이 구간인 제6지점(P6)에서 순환 라인(110)과 연결된다.

제1밸브(240)는 제1지점(P1)과 제4지점(P4) 사이 구간에서 순환 라인(110)에 설치되고, 제2밸브(250)는 제2공급 라인(200)과 제3공급 라인(210)의 연결 영역(P7)과 제2지점(P2) 사이 구간에서 제2공급 라인(200)에 설치되고, 제3밸브(260)는 제3공급 라인(210)에 설치된다. 제4밸브(270)는 제1지점(P1)과 제3지점(P3) 사이 구간에서 순환 라인(110)에 설치되고, 제5밸브(280)는 제2지점(P2)과 제6지점(P6) 사이 구간에서 순환 라인(110)에 설치되고, 제6밸브(290)는 제5공급 라인(220) 상에 설치된다. 제7밸브(300)는 제5공급 라인(230)에 설치된다.

제1 내지 제6밸브(240 내지 290)는 제어부(320)의 제어로 인가된 전기 신호에 의해 개폐 및 개폐율이 조절되는 자동 밸브(Automation Valve)일 수 있다. 제7밸브(300)는 순환 유로(110)를 따라 냉동기(120)로 유입되는 물과 냉동기(120)에서 배출되는 물의 압력 차에 의해 개폐되는 차압 조절 밸브일 수 있다.

보조 전력 공급부(320)는 일정 용량의 전력을 저장할 수 있는 배터리로, 비상 운전 모드 시, 제2펌프(150)와 제1 내지 제6밸브(240 내지 290)에 보조 전력을 공급할 수 있다.

제어부(320)는 정상 운전 모드, 비상 운전 모드, 임시 운전 모드, 그리고 재충전 운전 모드에서 상술한 구성들을 제어한다.

도 4는 정상 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 제어부(320)의 제어로, 외부 전력 공급원으로부터 데이터 센터, 냉동기(120), 제1펌프(140), 제2펌프(150), 그리고 제1 내지 제6밸브(240 내지 290)에 전력이 인가된다. 냉동기(120), 제1펌프(140), 그리고 제2펌프(150)가 구동되고, 제1밸브(240), 제3밸브(260), 그리고 제5밸브(280)가 개방되고, 제2밸브(250)와 제4밸브(270), 그리고 제6밸브(290)가 차단된다.

냉동기(120)에서 배출된 냉수는 순환 라인(110)과 제1공급 라인(190), 그리고 하부 디퓨져(180)를 통해 축열조(160)의 하부 공간(160b)에 공급된다.

축열조(160)의 상부 공간(160a)에 저장된 온수는 상부 디퓨져(170)에 의해 흡입되며 제2공급 라인(200)과 제3공급 라인(210), 그리고 순환 라인(210)을 거쳐 공조기(130)에 공급된다. 공조기(130)에서 열교환이 발생된 온수는 온도가 높아진다. 온수는 순환 라인(110)을 통해 냉동기(120)에 공급되고, 냉동기(120)에서 냉각된다.

도 5는 비상 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 비상 운전 모드란, 외부 전력 공급원으로부터 전력 공급이 차단되거나 전력 공급이 원활하게 되지 않는 상황을 의미한다. 전력 공급이 차단될 경우 데이터 센터의 작동이 정지되고, 냉동기(120), 제1펌프(140), 제2펌프(150), 그리고 제1 내지 제6밸브(240 내지 290)의 구동이 정지된다. 제1펌프(140)와 제2펌프(150)의 정지로, 공조기(130)에서 열 교환이 발생되지 않으며, 이로 인해 데이터 센터의 내부 온도가 증가할 수 있다.

비상 운전 모드에서는, 제어부(320)의 제어로 보조 전력 공급원(310)에 저장된 전력이 제2펌프(150)와 제1 내지 제6밸브(240 내지 290)에 공급된다. 보조 전력 공급부(310)는 저장할 수 있는 전력량에 한계가 있기 때문에, 높은 소비 전력을 요하는 데이터 센터와 냉동기(120)에는 전력 공급이 이루어지지 못한다. 또한, 전력 소비를 최소화하기 위하여 제1펌프(140)에도 전력 공급이 이루어지지 않는다.

제1펌프(140)와 냉동기(120)의 구동이 정지된 상태에서 제2펌프(150)가 구동하고, 제1밸브(240), 제3밸브(260), 제5밸브(280), 그리고 제6밸브(290)가 차단되고, 제2밸(250)브와 제4밸브(270)가 개방된다. 축열조(160)의 하부 공간(160b)에 저장된 냉수가 하부 디퓨져(180)를 통해 흡입되고, 제1공급 라인(190)과 순환 라인(110)을 통해 공조기(130)에 공급된다. 냉수는 공조기(130)를 거치면서 온도가 증가되고, 순환 라인(110)과 제2공급 라인(200), 그리고 상부 디퓨져(170)을 거쳐 축열조(160)의 상부 공간(160a)으로 공급된다. 축열조(160) 내에 저장된 냉수의 순환으로, 일정 시간 동안 데이터 센터의 온도 상승이 억제될 수 있다. 상술한 물의 순환은 외부 전력의 공급이 복구될 때까지 계속된다.

도 6은 임시 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 임시 운전 모드란, 비상 운전 모드의 종료 직후, 그리고 재충전 운전 모드의 진행 전의 운전 모드이다. 외부 전력의 복구로 냉동기(120)의 작동 초기에서 냉동기(120)가 설계온도로 충분히 냉각된 냉수를 생성하지 못한다. 이 냉수가 바로 공조기(130)에 공급되면 공조온도가 조금 올라가는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 임시 운전 모드에서는 냉동기(120)에서 배출되는 냉수를 바로 공조기(130)에 공급하지 않고 축열조(160)에 공급한다.

구체적으로, 외부 전력의 복구 초기에는 냉동기(120), 제1펌프(140), 제2펌프(150)가 구동하고, 제4밸브(270), 제5밸브(280), 그리고 제6밸브(290)가 개방되고, 제1밸브(240), 제2밸브(250), 그리고 제3밸브(260)가 차단된다. 냉동기(120)에서 배출되는 냉수는 제4공급 라인(220)과 제2공급 라인(200), 그리고 상부 디퓨져(170)를 거쳐 축열조(160)의 상부 공간(160a)으로 공급된다. 축열조(160)의 하부 공간(160b)에 저장된 냉수는 하부 디퓨져(180)에 흡입되고, 제1공급 라인(190)과 순환 라인(110)을 통해 공조기(130)에 공급된다. 공조기(130)를 거친 물은 순환 라인(110)을 통해 냉동기(120)에 공급된다. 이러한 물의 순환은 냉동기(120)에서 생성되는 냉수의 온도가 설계온도에 도달할 때까지 계속된다.

도 7은 재충전 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 재충전 운전 모드란, 비상 운전 모드 동안 축열조(160) 내에 채워진 온수를 제거하기 위한 운전 과정이다. 제어부(320)의 제어로, 냉동기(120), 제1펌프(140), 제2펌프(150)가 구동하고, 제1밸브(240), 제2밸브(250), 제4밸브(270), 그리고 제5밸브(280)가 개방되고, 제3밸브(260)와 제6밸브(290)가 차단된다.

냉동기(120)에서 설계온도로 충분히 냉각된 냉수는 일부가 순환 라인(110)을 통해 공조기(130)로 공급되고, 나머지는 제1공급 라인(110)과 하부 디퓨져(180)를 통해 축열조(160)의 하부 공간(160b)으로 공급된다. 냉수의 공급으로 축열조(160)의 내부는 하부 공간(160b)에서부터 점차 냉수로 채워진다.

축열조(160)의 상부 공간(160a)에 저장된 온수는 상부 디퓨져(170)로 유입되고, 제2공급 라인(200)과 순환 라인(110)을 통해 냉동기(120)로 공급된다. 온수는 냉동기(110)에 의해 설계온도로 냉각된다.

상술한 과정은 비상 운전 모드에서 발생된 온수가 완전히 제거되고, 축열조(160) 내부가 설계온도의 냉수로 가득 찰 때까지, 즉 상술한 정상 운전 모드에서의 냉수와 온수가 성층화를 이룰 때까지 지속된다. 축열조(160) 내부가 설계온도의 냉수로 가득차면, 다시 정상 운전 모드로 전환된다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 하부 디퓨져를 나타내는 사시도이다.

도 8을 참조하면, 하부 디퓨져(180)의 상판(181)은 상부 지지 브라켓(311), 상부 연결 브라켓(312), 그리고 상부 분리판(313, 314)을 포함한다.

상부 지지 브라켓(311)은 복수 개 제공되며, 상부 배관(173)을 중심으로 방사상으로 배치된다. 상부 지지 브라켓(311)의 일 단부는 상부 배관(173)과 볼트 체결될 수 있다. 상부 지지 브라켓(311)의 양 측면에는 그 길이 방향을 따라 제1삽입홈(311a)이 각각 형성된다.

상부 분리판(313)은 서로 인접한 상부 지지 브라켓(311)의 사이 공간에 상응하는 면적을 가지며, 일단이 어느 하나의 제1삽입홈(311a)에 삽입되고, 타단이 다른 하나의 제1삽입홈(311a)에 삽입된다. 상부 분리판(313)은 복수 개 제공되며, 서로 인접한 상부 지지 브라켓(311)의 사이 공간들 각각에 제공된다. 상부 분리판(313)은 상부 지지 브라켓(311)과 볼트 체결될 수 있다.

상부 연결 브라켓(312)은 상부 분리판(313)의 후단과 결합하며, 일단이 서로 인접한 상부 지지 브라켓(311) 중 어느 하나의 결합하고, 타단이 다른 하나(311)와 결합한다. 상부 연결 브라켓(312)의 양 측면에는 그 길이 방향을 따라 제2삽입홈(312a)이 각각 형성된다. 하나의 제2삽입홈(312a)에는 상부 분리판(313)의 후단이 삽입되고, 다른 하나의 제2삽입홈(312a)에는 상부 분리판(314)의 전단이 삽입된다. 상부 연결 브라켓(312)은 상부 지지 브라켓(311), 그리고 상부 분리판(313)과 볼트 체결될 수 있다.

다른 하나의 상부 분리판(314)은 서로 인접한 상부 지지 브라켓(311)과 상부 연결 브라켓(312)에 의해 형성되는 공간 내에 위치하고, 전단이 상부 연결 브라켓(312)의 제2삽입홈(312a)에 삽입되고, 양측 단부가 제1삽입홈(311a)에 각각 삽입된다. 상부 분리판(314)은 상부 지지 브라켓(311), 그리고 상부 연결 브라켓(312)과 볼트 체결될 수 있다.

하부 디퓨져(180)의 하판(182)은 하부 지지 브라켓(321)과 하부 분리판(322)을 포함한다. 하부 지지 브라켓(321)과 하부 분리판(322)은 상술한 상부 지지 브라켓(311)과 상부 분리판(313)의 결합 구조와 동일하게 제공되므로, 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상부 디퓨져(170)는 상술한 하부 디퓨져(180)와 동일한 구조로 제공될 수 있다. 상부 디퓨져(170)의 상판(171)은 하부 디퓨져(180)의 하판(182)과 동일한 구조를 갖고, 상부 디퓨져(170)의 하판(172)은 하부 디퓨져(180)의 상판(181)과 동일한 구조를 가질 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 하부 디퓨져(180)와 상부 디퓨져(170)는 지지 브라켓(311, 321), 연결 브라켓(312), 그리고 분리판(313, 314, 322)의 결합구조로 제공되며, 볼트 결합으로 조립 및 분해가 용이하다. 상부 디퓨져(170)와 하부 디퓨져(180)는 축열조(160) 내에 설치되는데, 압력 용기로 제공되는 축열조(160)의 크기를 고려할 때 조립된 상태로 축열조(160) 내로 반입 및 반출하는 것이 쉽지 않다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 상부 디퓨져(170)와 하부 디퓨져(180)를 분해 상태로 축열조(160) 내로 반입하고, 축열조(160) 내에서 조립 및 설치할 수 있다. 반출시에도 상부 디퓨져(170)와 하부 디퓨져(180)를 분해하여 축열조(160)에서 쉽게 반출할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10: 축열조 시스템
110: 순환 라인
120: 냉동기
130: 공조기
140: 제1펌프
150: 제2펌프
160: 축열조
170: 상부 디퓨져
180: 하부 디퓨져
190 내지 230: 제1 내지 제 5공급 라인
240 내지 300: 제1 내지 제 7밸브
310: 보조 전력 공급부
320: 제어부

Claims (5)

1. 순환 라인;
   상기 순환 라인 상에 설치되는 냉동기;
   상기 순환 라인 상에 설치되는 공조기;
   상기 순환 라인에 설치되며, 물을 상기 공조기 측에서 상기 냉동기 측으로 공급하는 제1폄프;
   상기 순환 라인에 설치되며, 물을 상기 냉동기 측에서 상기 공조기 측으로 공급하는 제2펌프;
   상기 냉동기와 상기 제2펌프 사이 구간인 제1지점에서 상기 순환 라인과 연결되는 제1공급 라인;
   상기 공조기와 상기 제1펌프 사이 구간인 제2지점에서 상기 순환 라인과 연결되는 제2공급 라인;
   상부 공간에 온수가 저장되고 하부 공간에 냉수가 저장되며, 상기 온수와 상기 냉수가 성층화를 이루는 축열조;
   상기 축열조의 하부 공간에 위치하며, 상기 제1공급 라인과 연결되는 하부 디퓨져;
   상기 축열조의 상부 공간에 위치하며, 상기 제2공급 라인과 연결되는 상부 디퓨져;
   일단이 상기 제2펌프와 상기 제1지점 사이 구간인 제3지점에서 상기 순환 라인과 연결되고, 타단이 상기 제2공급 라인과 연결되는 제3공급 라인;
   상기 냉동기와 상기 제1지점 사이 구간에서 상기 순환 라인에 설치되는 제1밸브;
   상기 제2공급 라인과 상기 제3공급 라인의 연결 지점과 상기 제2지점 사이 구간에서 상기 제2공급 라인에 설치되는 제2밸브;
   상기 제3공급 라인에 설치되는 제3밸브;
   상기 제1지점과 상기 제3지점 사이 구간에서 상기 순환 라인에 설치되는 제4밸브;
   상기 제2지점과 상기 냉동기 사이 구간에서 상기 순환 라인에 설치되는 제5밸브; 및
   정상 운전 모드와 비상 운전 모드에 따라 상기 펌프들 및 상기 밸브들을 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 제어부의 제어로,
   상기 정상 운전 모드에서, 상기 제1펌프와 상기 제2펌프가 구동되고, 상기 제1밸브, 상기 제3밸브, 그리고 상기 제5밸브가 개방되고, 상기 제2밸브와 상기 제4밸브가 차단되며, 상기 냉동기에서 배출되는 냉수가 상기 하부 디퓨져를 통해 상기 축열조의 하부 공간으로 공급되고, 상기 상부 디퓨져에서 흡입된 온수가 상기 공조기를 거쳐 상기 냉동기에 재공급되며,
   상기 비상 운전 모드에서, 보조 전력 공급부에서 공급된 전력으로 상기 제2펌프가 구동되고, 상기 제1밸브, 상기 제3밸브, 그리고 상기 제5밸브가 차단되고, 상기 제2밸브와 상기 제4밸브가 개방되어, 상기 축열조의 하부 공간에 저장된 냉수가 상기 하부 디퓨져에서 흡입되어 상기 공조기 측으로 공급되고, 상기 공조기를 거친 온수가 상기 상부 디퓨져를 통해 상기 축열조의 상부 공간으로 공급되고,
   상기 비상 운전 모드 종료 후 재충전 운전 모드에서,
   상기 제어부의 제어로,
   상기 제1펌프, 상기 제2펌프, 그리고 상기 냉동기가 구동되고, 상기 제1밸브, 상기 제2밸브, 상기 제4밸브, 그리고 상기 제5밸브는 개방되고, 상기 제3밸브는 차단되며,
   상기 냉동기에서 배출되는 냉수 중 일부는 상기 제1공급 라인을 통해 상기 축열조의 하부 공간으로 공급되고, 나머지는 상기 순환 라인을 통해 상기 공조기에 공급되며,
   상기 축열조의 상부 공간에 저장된 온수는 상기 제2공급 라인과 상기 순환 라인을 통해 상기 냉동기 측으로 공급되는 축열조 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   일단이 상기 냉동기와 상기 제1밸브 사이 구간에서 상기 순환 라인과 연결되고, 타단이 상기 제2공급 라인과 연결되는 제4공급 라인; 및
   상기 제4공급 라인에 설치되는 제6밸브를 더 포함하며,
   상기 비상 운전 모드의 종료 직후, 그리고 상기 재충전 운전 모드 전인 임시 운전 모드에서 상기 제어부의 제어로,
   상기 제1펌프, 상기 제2펌프, 그리고 상기 냉동기가 구동되고, 상기 제4밸브, 상기 제5밸브, 그리고 상기 제6밸브는 개방되고, 상기 제1밸브, 상기 제2밸브, 그리고 제3밸브는 차단되며,
   상기 냉동기에서 배출되는 냉수는 상기 제4공급 라인을 통해 상기 축열조의 상부 공간으로 공급되고,
   상기 축열조의 하부 공간에 저장된 냉수는 상기 하부 디퓨져에 흡입되어 상기 제1공급 라인과 상기 순환 라인들 통해 상기 공조기에 공급되는 축열조 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 축열조는
   원통 형상의 바디;
   상기 바디의 개방된 상부를 덮은 돔 형상의 상부 돔; 및
   상기 바디의 개방된 하부를 덮든 돔 형상의 하부 돔을 포함하고,
   상기 상부 디퓨져는 상기 바디와 상기 상부 돔의 결합 영역인 제1변곡부보다 높게 위치하고,
   상기 하부 디퓨져는 상기 바디와 상기 하부 돔의 결합 영역인 제2변곡부보다 낮게 위치하는 축열조 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 상부 디퓨져는
   제1상판; 및
   상기 제1상판의 하부에 위치하며, 상기 제1상판보다 넓은 면적을 갖는 제1하판을 포함하고,
   상기 하부 디퓨져는
   제2상판;
   상기 제2상판의 하부에 위치하며, 상기 제2상판보다 작은 면적을 갖는 제2하판을 포함하는 축열조 시스템.

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