KR102271051B1 - 데이터센터 공기조화시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온저압의 기상냉매를 고온고압의 기상냉매로 압축하여 제공하는 압축부와, 상기 압축부와 냉매가 유동하는 유로로 연결되고, 냉매의 유동방향에 따라 유동하는 냉매를 응축 또는 증발 시키는 제1코일과, 상기 제1코일과 냉매가 유동하는 유로로 연결되고, 냉방부하 및 급기의 습도에 따라 선택적으로 유입되는 냉매의 응축열로 급기를 재열하는 제2코일과, 상기 제1코일 및 제2코일과 냉매가 유동하는 유로로 연결되고, 냉매의 유동방향에 따라 유동하는 냉매를 응축 또는 증발 시키는 제3코일과, 상기 제3코일의 일측에 구비되어 응축된 냉매를 저온, 저압으로 감압되도록 팽창시킨 후 상기 제3코일로 제공하는 팽창밸브와, 제2냉매유로 중 상기 제1코일의 타측에서 분기되어, 제3냉매유로 중 상기 제3코일의 타측과 연결하는 제1액냉매순환유로와, 제2냉매유로 중 상기 제3코일의 일측에서 분기되어, 제1냉매유로 중 상기 압축부의 토출측과 연결하는 제2액냉매순환유로, 상기 제1액냉매순환유로 상에 구비되어, 상기 제1액냉매순환유로를 따라 액냉매를 송출하는 냉매펌프 및 상기 압축부와 냉매펌프와 전기적으로 연결되고, 실외의 온도를 토대로 상기 압축부 및 냉매펌프의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 데이터센터 공기조화시스템을 제공한다.

Description

데이터센터 공기조화시스템{Air conditioning system of data center}

본 발명은 데이터센터 공기조화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동계운전 시 실외의 기온이 해당 기준온도에 부합할 경우, 냉매를 압축하는 압축기를 사용하지 않고, 냉매펌프로 액냉매만을 순환시켜 실내의 냉각이 이루어지도록 하여, 소비전력이 감소되어 성능계수(냉동 사이클에서의 냉동 능력과 소비된 압축기의 일량과의 비)가 증가되는 데이터센터 공기조화시스템에 관한 것이다.

일반적으로 데이터센터는 사람이 거주하는 재실 공간이기보다는 IT 장비(서버)의 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 장비(서버)의 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, 종래 인터넷 데이터 센터(Internet data center)의 운영방식을 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 냉방용 덕트와 서버 및 네트워크장치가 장착된 랙으로부터 발생하는 열을 효율적으로 외부로 배출하기 위한 환기용 덕트와 이와 연계된 환기구가 구비된 파티션으로 이루어진다.

하지만, 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 압축기에 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 냉각탑을 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 외기의 직접 공급으로 인해 외기에서 이물질을 제거하는 필터를 사용해야 하는 문제와, 그 필터를 정기적으로 교체 및 확인해야 하는 문제와, 외부 공기 중에 포함된 미세먼지 농도의 자동 감지 등을 위한 자동화 시스템이 필요하며, 외부 공기의 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 제습부하를 초래하는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 동계운전 시 실외의 기온이 해당 온도일 경우, 냉매를 압축하는 압축기를 사용하지 않고, 냉매펌프로 액냉매만을 순환시켜 실내의 냉각이 이루어지도록 하여, 소비전력이 감소되어 성능계수(냉동 사이클에서의 냉동 능력과 소비된 압축기의 일량과의 비)가 증가되는 데이터센터 공기조화시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 데이터센터 공기조화시스템은 저온저압의 기상냉매를 고온고압의 기상냉매로 압축하여 제공하는 압축부와, 상기 압축부와 냉매가 유동하는 유로로 연결되고, 냉매의 유동방향에 따라 유동하는 냉매를 응축 또는 증발 시키는 제1코일과, 상기 제1코일과 냉매가 유동하는 유로로 연결되고, 냉방부하 및 급기의 습도에 따라 선택적으로 유입되는 냉매의 응축열로 급기를 재열하는 제2코일과, 상기 제1코일 및 제2코일과 냉매가 유동하는 유로로 연결되고, 냉매의 유동방향에 따라 유동하는 냉매를 응축 또는 증발 시키는 제3코일과, 상기 제3코일의 일측에 구비되어 응축된 냉매를 저온, 저압으로 감압되도록 팽창시킨 후 상기 제3코일로 제공하는 팽창밸브와, 상기 압축부의 토출측과 상기 제1코일의 일측을 연결하는 제1냉매유로와, 상기 제1코일의 타측과 상기 제3코일의 일측을 연결하는 제2냉매유로와, 상기 제3코일의 타측과 상기 압축부의 유입측과 연결하는 제3냉매유로와, 상기 제1냉매유로에서 분기되어, 상기 제2코일의 일측을 연결하는 제4냉매유로와, 상기 제2코일의 타측과 제2냉매유로를 연결하는 제5냉매유로와, 상기 제2냉매유로 중 상기 제1코일의 타측에서 분기되어, 제3냉매유로 중 상기 제3코일의 타측과 연결하는 제1액냉매순환유로와, 상기 제2냉매유로 중 상기 제3코일의 일측에서 분기되어, 제1냉매유로 중 상기 압축부의 토출측과 연결하는 제2액냉매순환유로, 상기 제1액냉매순환유로 상에 구비되어, 상기 제1액냉매순환유로를 따라 액냉매를 송출하는 냉매펌프, 및 상기 압축부와 냉매펌프와 전기적으로 연결되고, 실외의 온도를 토대로 상기 압축부 및 냉매펌프의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 제1냉매유로 중 제4냉매유로가 분기되는 분기점에 구비되어, 필요로 하는 급기의 재열량에 따라 제어부의 제어로 상기 제4냉매유로에 대한 개도를 제어하는 제1삼방제어밸브를 포함할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 상기 제1액냉매순환유로 중 상기 제3코일의 타측에서 분기되면서, 상기 제2냉매유로 중 제3코일의 일측에 연결되는 제3액냉매순환유로와, 상기 제1액냉매순환유로 중 제3액냉매순환유로가 분기되는 분기점에 구비되어, 냉각 부하량에 따라 제어부의 제어로 상기 제3액냉매순환유로에 대한 개도를 제어하는 제2삼방제어밸브를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 압축부는 항시 냉매를 압축하여 토출하는 제1압축기와, 냉방 부하량에 따라 선택적으로 냉매를 압축하여 토출하는 제2압축기를 포함할 수 있다.

더불어 본 발명에 따른 상기 제1냉매유로 중 압축부의 토출측에 구비되어, 상기 압축부에서 토출되는 냉매를 유입하여 냉매 중 압축기 오일을 여과하여 회수한 후 상기 압축부로 재공급하는 유분리기를 포함할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 상기 제3냉매유로 중 압축부의 유입단 측에 구비되어, 기상의 냉매만을 압축부로 유입되도록 하는 액분리기를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 데이터센터 공기조화시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.

동계운전 시 실외의 기온이 해당 온도일 경우, 냉매를 압축하는 압축기를 사용하지 않고, 냉매펌프로 액냉매만을 순환시켜 실내의 냉각이 이루어져, 소비전력이 감소되어 성능계수(냉동 사이클에서의 냉동 능력과 소비된 압축기의 일량과의 비)가 증가되는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터센터 공기조화시스템의 냉매순환 유로를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터센터 공기조화시스템의 냉방운전모드 시 냉매의 순환경로를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터센터 공기조화시스템의 액펌프운전모드 시 냉매의 순환경로를 보인 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 동계운전 시 실외의 기온이 해당 온도일 경우, 냉매를 압축하는 압축기를 사용하지 않고, 냉매펌프로 액냉매만을 순환시켜 실내의 냉각이 이루어지도록 하여, 소비전력이 감소되어 성능계수(냉동 사이클에서의 냉동 능력과 소비된 압축기의 일량과의 비)가 증가되는 데이터센터 공기조화시스템에 관한 것으로, 도면을 참조하여 그 실시를 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 데이터센터 공기조화시스템은 압축부(10), 제1코일(20), 제2코일(30), 제3코일(40), 제1팽창밸브(51), 사방유로전환밸브(60), 제1삼방제어밸브(70), 냉매펌프(80), 제어부(C)가 포함되는데, 상기 압축부(10)는 저온저압의 기상냉매를 고온고압의 기상냉매로 압축하여 토출한다.

이때 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 압축부(10)는 공기조화시스템의 구동과 함께 항시 저온저압의 기상냉매를 고온고압의 기상냉매로 압축하여 토출하는 제1압축기(11)와, 냉방 부하량에 따라 선택적으로 저온저압의 기상냉매를 고온고압의 기상냉매로 압축하여 토출하는 제2압축기(12)를 포함한다.

따라서 상기 압축부(10)의 제1압축기(11) 및 제2압축기(12)는 인버터 방식으로 운전되는 것이 바람직하고, 상대적으로 부하량이 적은 간절기에는 제1압축기(11) 만으로 운영될 수 있고, 상대적으로 부하량이 많은 하절기 및 동절기에는 상기 제1압축기(11)와 함께 제2압축기(12) 모두로 운영될 수 있다.

또한, 상기 압축부(10)는 상기 제어부(C)와 전기적으로 연결되는데, 실외의 온도를 토대로 한 상기 제어부(C)의 제어에 의해 상기 압축부(10)의 구동이 제어된다.

그리고 상기 제1코일(20)은 실외기에 구비되어, 냉방운전 및 액냉매운전 모드에 대응하여 냉매를 유출하는데, 이때 상기 제1코일(20)은 내부를 따라 유동하는 냉매와, 내부를 통과하는 외기를 서로 열교환시켜, 상기 냉매가 가진 열이 외기에게 전도되어, 상기 냉매의 응축 또는 냉매의 냉각이 이루어진다.

상기 제2코일(30)은 상기 제1코일(20)의 일측과 냉매가 유동하는 유로로 연결되는데, 삼방반제어밸브(70)에 의해 연결되는 것이 바람직하고, 상기 제2코일(30)은 선택적으로 냉매를 유입하여, 실내로 공급되는 급기와 냉매를 열교환시켜, 상기 냉매의 응축열로 급기를 가열한다.

이때 상기 제2코일(30)은 실내기에 구비되는 것이 바람직하고, 상기 제1코일(20)로 유동하던 냉매 중 일부가 분기되어 상기 제2코일(30)로 유입됨에 따라 제3코일(40)에 의해 냉각되어, 실내로 제공되는 급기에 냉매의 응축열이 제공되어 급기의 가열이 이루어져, 정밀한 냉방운전을 할 수 있도록 한다.

상기 제2코일(30)로 분기되는 냉매는 상기 제1삼방제어밸브(70)에 이루어지는데, 상기 제1삼방제어밸브(70)에 대한 설명은 아래에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

그리고 상기 제3코일(40)은 실내기에 구비되는 것이 바람직하고, 상기 제3코일(40)은 상기 제1코일(20) 및 제2코일(30)과 냉매가 유동하는 유로로 연결되는데, 냉방운전에 의해 변경되는 냉매의 유동방향에 따라 냉매를 증발시켜 유출하는데, 이때 상기 제3코일(40)은 내부를 따라 유동하는 냉매와, 내부를 통과하는 급기를 서로 열교환시켜, 상기 냉매의 증발열이 급기에게 전도되어, 상기 냉매의 증발이 이루어진다.

따라서 실내는 상기 제3코일(40)을 통과하는 급기가 냉매의 증발열에 의해 냉방이 이루어진다.

여기서 상기 제3코일(40)의 일측에는 냉방운전모드 시 냉매가 유입되는 제1팽창밸브(51)가 구비되는데, 상기 제1팽창밸브(51)는 상기 제1코일(20)에서 응축된 냉매를 저온, 저압으로 팽창(감압)시킨 후, 상기 제3코일(40)로 제공한다.

상기한 압축부(10), 제1코일(20), 제2코일(30), 제3코일(40)은 제1냉매유로(100) 내지 제5냉매유로(500)에 의해 서로 연결되는데, 상기 제1냉매유로(100)는 상기 압축부(10)의 토출측과 상기 제1코일(20)의 일측을 연결하여 냉매가 상기 제1냉매유로(100)를 따라 상기 압축부(10)의 토출측에서 상기 제1코일(20)의 일측으로 유동하게 된다.

이때 상기 제1냉매유로(100) 중 압축부(10)의 토출측에는 유분리기(110)가 구비되는데, 상기 유분리기(110)는 상기 압축부(10)에서 토출되는 냉매를 유입하여 냉매 중 오일을 분리하여 회수하고, 상기 유분리기(110)에서 회수된 오일은 상기 압축부(10)의 유입측과 연결된 제3냉매유로(300)와 연결된 오일유로를 따라 다시 상기 압축부(10)로 유입되어 압축기(11, 12)에 윤활유로 제공된다.

여기서 상기 제1냉매유로(100) 중 상기 유분리기(110)의 유출측에는 체크밸브가 구비되어, 상기 압축부(10)에서 토출된 고온고압으로 압축된 냉매의 역류가 방지된다.

그리고 상기 제2냉매유로(200)는 상기 제1코일(20)의 타측과 상기 제3코일(40)의 일측을 연결하여 냉매가 상기 제2냉매유로(200)를 따라 상기 제1코일(20)에서 상기 제3코일(40)로 또는 상기 제3코일(40)에서 상기 제1코일(20)로 유동하게 된다.

여기서 상기 제2냉매유로(200) 중 상기 제3코일(40)의 일측에는 제1팽창밸브(51)가 구비되는데, 상기 제1팽창밸브(51)는 상기 제3코일(40)로 유입되기 전의 냉매를 저온 저압으로 팽창(감압)시켜, 팽창된 냉매가 상기 제3코일(40)로 유입되도록 한다.

또한, 상기 제2냉매유로(200) 중 제1팽창밸브(51)가 구비된 지점 인근에는 선택적으로 상기 제2냉매유로(200)를 개폐하는 솔레노이드밸브를 구비하고, 상기 제2냉매유로(200) 중 그 솔레노이드밸브의 유입단측에서 분기되면서, 그 솔레노이드밸브의 유출단측으로 합류하는 제2리턴냉매유로(201)를 구비하는데, 상기 제2리턴냉매유로(201)는 솔레노이드밸브를 기준으로 냉매의 유동방향을 역으로 유동시키는 것으로, 체크밸브가 구비되어 상기 제3코일(40)에서 유출되어 상기 제1코일(20)로 역류하는 냉매만을 유동시킨다.

더불어 상기 제2냉매유로(200) 중 상기 제1코일(20)의 인근에는 상기 제1코일(20)에서 상기 제3코일(40)로 유동하는 냉매의 역류를 방지하는 체크밸브가 구비하고, 상기 제2냉매유로(200) 중 그 체크밸브의 유입단측에서 분기되면서 그 체크밸브의 유출단측으로 합류하는 제3리턴냉매유로(202)를 구비하는데, 상기 제3리턴냉매유로(202)은 제2팽창밸브(52)를 구비한 것으로, 냉매가 상기 제1코일(20)에서 상기 제3코일(40)로 유동할 시에는 체크밸브가 형성된 상기 제2냉매유로(200)를 따라 유동하게 되고, 상기 제3코일(40)에서 상기 제1코일(20)로 유동할 시에는 상기 제2팽창밸브(52)가 구비된 제3리턴냉매유로(202)를 따라 유동하게 된다.

그리고 상기 제3냉매유로(300)는 상기 제3코일(40)의 타측과 상기 압축부(10)의 유입측을 연결하여 냉매가 상기 제3냉매유로(300)를 따라 상기 제3코일(40)에서 상기 압축부(10)의 유입측으로 유동하게 된다.

여기서 상기 제3냉매유로(300) 중 압축부(10)의 유입단 측에는 액분리기(310)가 구비되는데, 상기 액분리기(310)는 상기 제3냉매유로(300)을 통해 압축부(10)로 유입되는 냉매 중 기상의 냉매만이 압축부(10)로 유입되도록 한다.

그리고 상기 제4냉매유로(400)는 상기 제1냉매유로(100)에서 분기되는데, 상기 제1냉매유로(100) 중 상기 압축부(10)의 토출측과, 상기 제1코일(20)의 일측 사이에서 분기되면서, 상기 제2코일(30)의 일측과 연결되어 냉매가 상기 제4냉매유로(400)를 따라 상기 압축부(10)에서 상기 제2코일(30)로 유동하게 된다.

이때 상기 제4냉매유로(400)에는 체크밸브가 구비되어, 상기 압축부(10)에서 토출된 고온고압으로 압축된 냉매의 역류가 방지된다.

또한, 상기 제1냉매유로(100) 중 제4냉매유로(400)가 분기되는 분기점에는 제1삼방제어밸브(70)가 구비되는데, 상기 제1삼방제어밸브(70)는 냉방운전모드 시 재열량에 따라 제4냉매유로(400)에 대한 개로를 제어한다.

이때 상기 제1삼방제어밸브(70)는 상기 제어부(C)와 전기적으로 연결되어, 상기 제어부(C)에서 인가한 필요 부하량(재열량)에 따른 제어신호에 대응하여 제4냉매유로(400)에 대한 개도를 제어하게 된다.

따라서 상기 제1삼방제어밸브(70)는 필요로 하는 급기의 재열량에 따라 인가하는 제어부(C)의 제어신호에 대응하여 상기 제4냉매유로(400)에 대한 개도가 제어되므로, 정밀한 온도 제어가 가능하고, 상기 제1삼방제어밸브(70)에서 제4냉매유로(400)와 병렬 연결된 상기 제1냉매유로(100)의 개도는 상기 제1삼방제어밸브(70)에 의해 제4냉매유로(400)와 제어되는 것이 바람직하다.

더불어 상기 제1냉매유로(100) 중 상기 제1삼방제어밸브(70)가 구비되는 지점에는 상기 제1삼방제어밸브(70)를 경유하지 않도록 상기 제1냉매유로(100)와 병렬을 이루는 제1리턴냉매유로(101)가 형성되는데, 상기 제1코일(20)의 일측에서 유출된 냉매는 상기 제1삼방제어밸브(70)를 경유하지 않고 상기 제1리턴냉매유로(101)를 통해 유동하게 된다.

이때 상기 제1리턴냉매유로(101) 상에는 체크밸브와 팽창밸브(50)가 함께 구비되어, 상기 제1코일(20)의 일측에서 유출된 냉매만이 상기 제1리턴냉매유로(101)에서 팽창된 후 팽창된 냉매가 상기 제1리턴냉매유로(101)를 따라 유동하게 된다.

그리고 상기 제5냉매유로(500)는 상기 제2코일(30)의 타측과 제2냉매유로(200)를 연결하여, 냉매가 상기 제2코일(30)에서 제2냉매유로(200) 중 상기 제3코일(40)의 일측으로 유동하게 된다.

이때 상기 제5냉매유로(500)에는 체크밸브가 구비되어, 상기 제2코일(30)의 타측에서 유출된 냉매가 역류하지 않고 제2냉매유로(200) 중 상기 제3코일(40)의 일측으로 유동하게 된다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터센터 공기조화시스템은 냉매의 유동이 제어되도록 제1삼방제어밸브(70)와 더불어 상기 사방유로전환밸브(60)가 포함되는데, 상기 사방유로전환밸브(60)는 상기 압축부(10)의 유입측 및 토출측과 연결된 냉매유로들과, 상기 제1코일(20)의 일측 및 제3코일(40)의 타측과 연결된 냉매유로들과 연결하게 된다.

이때 상기 사방유로전환밸브(60)는 제1냉매유로(100) 및 제3냉매유로(300)와 연결되는데, 상기 제1냉매유로(100) 중 상기 압축부(10)의 토출측과, 상기 제1코일(20)의 일측이 연결되고, 상기 제3냉매유로(300) 중 상기 제3코일(40)의 타측과, 상기 압축부(10)의 유입측이 각각 연결되어, 냉방운전에 의해 냉매의 유동방향이 변경되어, 상기 압축부(10)에서 토출된 냉매가 상기 제1코일(20) 및 상기 제3코일(40) 중 상기 제1코일(20)로 유동하거나, 또는 상기 제3코일(40)로 유동하게 되고, 냉매의 유동방향은 시스템의 운전모드에 따라 전기적으로 연결된 상기 제어부(C)의 제어신호에 따라 결정된다.

더불어 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터센터 공기조화시스템은 제1액냉매순환유로(700), 제2액냉매순환유로(800) 및 냉매펌프(80)가 더 포함되어, 동계 냉각운전 시 실외의 기온이 해당 온도일 경우 액냉매만을 유동시켜 실내를 냉각하게 된다.

이때 상기 제1액냉매순환유로(700)는 상기 제2냉매유로(200) 중 상기 제1코일(20)의 타측에서 분기되어, 제3냉매유로(300) 중 상기 제3코일(40)의 타측과 연결되고, 상기 제2액냉매순환유로(800)는 상기 제2냉매유로(200) 중 상기 제3코일(40)의 일측에서 분기되어, 제1냉매유로(100) 중 상기 압축부(10)의 토출측과 연결되는데, 상기 제1액냉매순환유로(700) 및 상기 제2액냉매순환유로(800)의 분기점 및 합류지점에는 각각 삼방밸브들이 구비되어, 운전모드에 따라 냉매가 유동하는 유로가 선택적으로 연결되도록 유로를 전환한다.

그리고 상기 냉매펌프(80)는 상기 제1액냉매순환유로(700) 상에 구비되어, 상기 제1액냉매순환유로(700)를 따라 유동하는 액냉매를 송출하게 된다.

이때 상기 냉매펌프(80)는 그 구동이 제어부(C)에 의해 제어되는데, 상기 제어부(C)는 상기 압축부(10)와 냉매펌프(80)와 전기적으로 연결되어, 실외의 온도를 토대로 상기 압축부(10) 및 냉매펌프(80)의 구동을 제어한다.

여기서 실외의 온도는 상기 제1코일(20)의 주변에 구비된 실외온도센서(미부호)가 상기 제어부(C)와 전기적으로 연결되어, 상기 실외온도센서에서 측정된 실외온도 데이터가 제어부(C)로 전송되고, 전송된 실외온도를 토대로 상기 냉매펌프(80)의 구동을 제어한다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터센터 공기조화시스템은 제3액냉매순환유로(900) 및 제2삼방제어밸브(90)가 더 포함되어, 액냉매만을 유동시켜 실내를 냉각할 시, 제3코일(40)로 유동하는 액냉매가 제어되어, 정밀한 온도제어가 가능한데, 상기 제3액냉매순환유로(900)는 상기 제1액냉매순환유로(700) 중 상기 제3코일(40)의 타측에서 분기되면서, 상기 제2냉매유로(200) 중 제3코일(40)의 일측에 연결된다.

그리고 상기 제2삼방제어밸브(90)는 상기 제1액냉매순환유로(700) 중 제3액냉매순환유로(900)가 분기되는 분기점에 구비되고, 상기 제어부(C)와 전기적으로 연결되어, 상기 제어부(C)에서 인가한 냉각 부하량에 따른 제어신호에 대응하여 상기 제3액냉매순환유로(900)에 대한 개도를 제어하게 된다.

따라서 상기한 구성에 의해 동계운전 시 실외의 기온이 해당 온도일 경우, 냉매를 압축하는 압축부(10)를 사용하지 않고, 냉매펌프(80)로 액냉매만을 순환시켜 실내의 냉각이 이루어지도록 하여, 소비전력이 감소되어 성능계수(냉동 사이클에서의 냉동 능력과 소비된 압축기의 일량과의 비)가 증가된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터센터 공기조화시스템은 대표적인 운전모드인 냉방운전모드와, 액냉매운전모드를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 2를 참조하면, 본 발명의 냉방운전모드에서는 상기 제어부(C)의 제어신호에 대응하여 상기 사방유로전환밸브(60)는 상기 압축부(10)의 토출측이 상기 제1코일(20)의 일측과 연결되고, 상기 압축부(10)의 유입측은 제3코일(40)의 일측과 연통하게 유로가 전환된다.

이때 상기 압축부(10)에서 압축된 고온고압의 냉매는 상기 압축부(10)에서 토출되어, 상기 제1냉매유로(100)를 따라 상기 제1코일(20)의 일측으로 유입되고, 상기 제1코일(20)로 유입된 고온고압의 냉매는 상기 제1코일(20)에서 외기와의 열교환으로 인해 응축된 후, 상기 제1코일(20)의 타측으로 유출되어, 상기 제2냉매유로(200)를 따라 제3코일(40)의 일측으로 유입된다.

상기 제2냉매유로(200)를 따라 유동하는 냉매는 제3코일(40)의 일측으로 유입되기 전, 팽창밸브(50)로 유입되는데, 상기 팽창밸브(50)로 유입된 냉매는 저온, 저압으로 감압되도록 팽창된 후 상기 제2냉매유로(200)를 통해 상기 제3코일(40)의 일측으로 유입되고, 상기 제3코일(40)로 유입된 냉매는 증발되면서 발생한 증발열로 급기를 냉각하여 냉각된 급기가 실내로 제공되어 냉방이 이루어진다.

상기 제3코일(40)의 타측으로 유출된 냉매는 상기 제3냉매유로(300)를 따라 상기 압축부(10)의 유입측으로 유동하는 냉매순환경로를 이룬다.

그리고 냉방부하 및 급기의 습도 정도에 따라 상기 제1삼방제어밸브(70)가 제4냉매유로(400)의 개도를 제어하는데, 상기 압축부(10)에 의해 압축된 냉매는 상기 제1냉매유로(100)를 따라 상기 제1코일(20)로 유입되다, 냉방부하 및 급기의 습도 정도에 따라 상기 제1삼방제어밸브(70)가 제4냉매유로(400)의 개도를 제어하여, 상기 제1코일(20)과 함게 제2코일(30)로 냉매가 유입되어, 냉매의 응축작용으로 재열이 이루어진다.

이때 상기 제1냉매유로(100)는 상기 제1삼방제어밸브(70)에 의해 제4냉매유로(400)와 개도가 제어되어 단계적으로 정밀한 온도제어가 가능해진다.

또한, 도 3을 참조하면, 본 발명의 액냉매운전모드에서는 실외의 기온이 해당 온도일 경우, 열교환매체로 액냉매만을 유동시켜 데이터센터의 실내를 냉각하는 것으로,

상기 제어부(C)의 제어신호에 대응하여 상기 사방유로전환밸브(60)는 상기 압축부(10)의 토출측이 상기 제1코일(20)의 일측과 연결되고, 상기 압축부(10)의 유입측은 제3코일(40)의 일측과 연통하게 유로가 전환된다.

이때 상기 제어부(C)의 제어신호에 의해 상기 압축부(10)의 구동은 정지되고, 상기 냉매펌프(80)가 구동하여, 상기 제1액냉매순환유로(700)를 따라 유동하는 액냉매가 가압되어 제3냉매유로(300) 중 상기 제3코일(40)의 타측으로 송출되고, 송출된 액냉매는 상기 제3코일(40)을 통과하면서 실내로 제공되는 급기와의 열교환으로 급기의 열을 빼앗아 냉각시켜, 냉각된 급기가 데이터센터 실내로 제공된다.

여기서 냉각 부하량에 따라 상기 제2삼방제어밸브(90)가 상기 제3액냉매순환유로(900)에 대한 개도를 제어하게 되며, 상기 제3코일을 통과한 액냉매는 제2냉매유로를 따라 상기 제2액냉매순환유로(800)로 유동하게 되고, 상기 제2액냉매순환유로(800)로 유동한 액냉매는 상기 제1냉매유로(100)를 따라 상기 제1코일(20)의 일측으로 유입된다.

이때 상기 제1코일(20)로 유입된 액냉매는 외기와 열교환으로 열방출하여 액냉매는 냉각되며, 상기 제2냉매유로(200)를 따라 유동하다 상기 제2냉매유로(200)에서 분기된 상기 제1액냉매순환유로(700)로 유동하면서 상기 냉매펌프(80)로 재유입되는 순환경로를 이룬다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 압축부
20: 제1코일
30: 제2코일
40: 제3코일
50: 팽창밸브
60: 사방유로전환밸브
70: 제1삼방제어밸브
80: 냉매펌프
90: 제2삼방제어밸브
100: 제1냉매유로
200: 제2냉매유로
300: 제3냉매유로
400: 제4냉매유로
500: 제5냉매유로
600: 제상유로
700: 제1액냉매순환유로
800: 제2액냉매순환유로
900: 제3액냉매순환유로

Claims (6)

1. 저온저압의 기상냉매를 고온고압의 기상냉매로 압축하여 제공하는 압축부;
   상기 압축부와 냉매가 유동하는 유로로 연결되고, 냉매의 유동방향에 따라 유동하는 냉매를 응축 또는 증발 시키는 제1코일;
   상기 제1코일과 냉매가 유동하는 유로로 연결되고, 냉방부하 및 급기의 습도에 따라 선택적으로 유입되는 냉매의 응축열로 급기를 재열하는 제2코일;
   상기 제1코일 및 제2코일과 냉매가 유동하는 유로로 연결되고, 냉매의 유동방향에 따라 유동하는 냉매를 응축 또는 증발 시키는 제3코일;
   상기 제3코일의 일측에 구비되어 응축된 냉매를 저온, 저압으로 감압되도록 팽창시킨 후 상기 제3코일로 제공하는 팽창밸브;
   상기 압축부의 토출측과 상기 제1코일의 일측을 연결하는 제1냉매유로;
   상기 제1코일의 타측과 상기 제3코일의 일측을 연결하는 제2냉매유로;
   상기 제3코일의 타측과 상기 압축부의 유입측과 연결하는 제3냉매유로;
   상기 제1냉매유로에서 분기되어, 상기 제2코일의 일측을 연결하는 제4냉매유로;
   상기 제2코일의 타측과 제2냉매유로를 연결하는 제5냉매유로;
   상기 제2냉매유로 중 상기 제1코일의 타측에서 분기되어, 제3냉매유로 중 상기 제3코일의 타측과 연결하는 제1액냉매순환유로;
   상기 제2냉매유로 중 상기 제3코일의 일측에서 분기되어, 제1냉매유로 중 상기 압축부의 토출측과 연결하는 제2액냉매순환유로;
   상기 제1액냉매순환유로 상에 구비되어, 상기 제1액냉매순환유로를 따라 액냉매를 송출하는 냉매펌프; 및
   상기 압축부와 냉매펌프와 전기적으로 연결되고, 실외의 온도를 토대로 상기 압축부 및 냉매펌프의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 데이터센터 공기조화시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1냉매유로 중 제4냉매유로가 분기되는 분기점에 구비되어, 필요로 하는 급기의 재열량에 따라 제어부의 제어로 상기 제4냉매유로에 대한 개도를 제어하는 제1삼방제어밸브;를 포함하는 데이터센터 공기조화시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1액냉매순환유로 중 상기 제3코일의 타측에서 분기되면서, 상기 제2냉매유로 중 제3코일의 일측에 연결되는 제3액냉매순환유로와;
   상기 제1액냉매순환유로 중 제3액냉매순환유로가 분기되는 분기점에 구비되어, 냉각 부하량에 따라 제어부의 제어로 상기 제3액냉매순환유로에 대한 개도를 제어하는 제2삼방제어밸브;를 포함하는 데이터센터 공기조화시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 압축부는
   항시 냉매를 압축하여 토출하는 제1압축기와;
   냉방 부하량에 따라 선택적으로 냉매를 압축하여 토출하는 제2압축기를 포함하는 데이터센터 공기조화시스템.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1냉매유로 중 압축부의 토출측에 구비되어,
   상기 압축부에서 토출되는 냉매를 유입하여 냉매 중 압축기 오일을 여과하여 회수한 후 상기 압축부로 재공급하는 유분리기를 포함하는 데이터센터 공기조화시스템.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3냉매유로 중 압축부의 유입단 측에 구비되어, 기상의 냉매만을 압축부로 유입되도록 하는 액분리기를 포함하는 데이터센터 공기조화시스템.

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