KR102408817B1

KR102408817B1 - 냉수 및 냉기 발생장치

Info

Publication number: KR102408817B1
Application number: KR1020210116919A
Authority: KR
Inventors: 오승재; 하정석
Original assignee: 오승재
Priority date: 2021-09-02
Filing date: 2021-09-02
Publication date: 2022-06-15

Abstract

본 발명은, 초저온유체가 내부로 유동하며, 상부로 상기 초저온유체보다 온도가 높은 공기가 통과하고, 하부로 상기 초저온유체보다 온도가 높은 물이 통과하는 초저온유동라인; 및 상기 초저온유동라인을 가로지르도록 배치되며, 상측으로 공기가 유동하며 하측으로 물이 유동하고, 하측에 존재하는 공기 중 일부가 선택적으로 상측으로 공급되도록 하는 스크린;을 포함하는 냉수 및 냉기 발생장치를 제공한다.
본 발명에 따른 냉수 및 냉기 발생장치에 의하면, 초저온유체가 내부로 유동하는 초저온유동라인의 상부로는 공기가 이동하고 하부로는 물이 이동함으로써, 공기와 물을 동시에 냉각시켜 냉기와 냉수를 생성하고, 이렇게 생성된 냉기와 냉수를 각각 데이터센터로 공급하여 데이터센터를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 스크린이 초저온유체의 중심부를 가로지르도록 배치되어 그 상측으로 공기가 유동하고 하측으로 물이 유동하도록 하되, 하측에 존재하는 공기 중 일부가 선택적으로 상측으로 공급되도록 함으로써, 필요에 따라 데이터센터의 효과적인 냉각을 위해 데이터센터로 공급되는 공기의 양을 증가시킬 수 있다.
그리고 본 발명에 의하면, 제1회전부재와 제2회전부재가 곡률을 갖는 반원 형상으로 형성됨에 따라, 스크린의 상측으로 유동하는 공기가 코안다효과(Coanda effect)에 의해 제1회전부재 또는 제2회전부재의 곡률을 따라 상측으로 이동하게 되며, 따라서 초저온유동라인과 공기의 열교환효율을 향상시킬 수 있다.

Description

냉수 및 냉기 발생장치{Cold water and cold air generator}

본 발명은, 냉수 및 냉기 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열교환기를 통해 공기와 물을 발생시키는 냉수 및 냉기 발생장치에 관한 것이다.

데이터센터에 구비되는 서버, 네트워크 장비, 엔터프라이즈 장비 등은 대량의 발생시킨다. 따라서 이러한 장비들을 운영하는 데이터센터는 열을 냉각시키기 위한 설비를 운영하고 있다.

데이터센터의 열을 냉각시키기 위해서는 차가운 공기나 물을 각각의 장비에 공급해 주어야 하며, 일반적으로 이를 위해 물과 공기를 냉각시키는 열교환기로부터 냉수와 냉기를 발생시켜 공급받고 있다.

하지만 이와 같은 경우 물과 공기를 각각 발생시키기 위한 장치를 매번 따로 구비하여 설비하다보니 시설 유지비용이 증가하게 되고 이에 따른 에너지 비용이 많이 소요가 된다.

또한, 기존의 물과 공기를 각각 발생시키는 장치 같은 경우 물 또는 공기를 필요한 만큼 발생시켜 냉각이 조절되도록 하기에는 무리가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2021-0020588호 (발명의 명칭 : 데이터센터용 냉방 시스템)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 필요에 맞게 물과 공기가 냉각되어 데이터 센터로 공급되도록 하는 냉수 및 냉기 발생장치를 제공하도록 하는데 목적이 있다.

본 발명은, 초저온유체가 내부로 유동하며, 상부로 상기 초저온유체보다 온도가 높은 공기가 통과하고, 하부로 상기 초저온유체보다 온도가 높은 물이 통과하는 초저온유동라인; 및 상기 초저온유동라인을 가로지르도록 배치되며, 상측으로 공기가 유동하며 하측으로 물이 유동하고, 하측에 존재하는 공기 중 일부가 선택적으로 상측으로 공급되도록 하는 스크린;을 포함하는 냉수 및 냉기 발생장치를 제공한다.

상기 스크린은, 하측에서 상측으로 공기가 공급되도록 복수개의 관통홀이 형성된 스크린본체와, 상기 스크린본체에 회전 가능하게 설치되어 상기 복수개의 관통홀을 각각 선택적으로 개폐하는 복수개의 회전부를 포함한다.

상기 관통홀은, 서로 인접하게 배치되는 제1관통홀과 제2관통홀을 구비하며, 상기 회전부는, 상기 제1관통홀과 제2관통홀의 사이에서 상기 스크린본체에 회전 가능하게 설치되는 힌지부재와, 상기 힌지부재를 기준으로 서로 반대 측에서 각각 상기 힌지부재에 결합되며, 상기 힌지부재의 회전을 통해 선택적으로 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀을 개폐하는 제1회전부재와 제2회전부재를 포함한다.

상기 제1회전부재와 상기 제2회전부재는, 속이 빈 반원형의 형상으로 구비된다.

제1모드에서, 상기 제1회전부재와 상기 제2회전부재는 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀을 폐쇄한다.

제2모드에서, 상기 제1회전부재는, 상기 제1관통홀을 개방하고, 상기 제2회전부재는, 상기 제2관통홀을 폐쇄시키며, 상기 스크린의 하측에 존재하는 공기 중 일부는, 상기 제1관통홀을 통과하여 상기 스크린의 상부로 공급된다.

제3모드에서, 상기 제1회전부재는, 상기 제1관통홀을 개방하고, 상기 제2회전부재는, 상기 제2관통홀 개방하고, 상기 스크린의 하측에 존재하는 공기 중 일부는, 상기 제1관통홀 및 제2관통홀을 통과하여 상기 스크린의 상부로 공급된다.

제4모드에서, 상기 제1회전부재는, 상기 제1관통홀을 폐쇄시키며, 상기 제2회전부재는, 상기 제2관통홀을 개방하고, 상기 스크린의 하측에 존재하는 공기 중 일부는, 상기 제2관통홀를 통과하여 상기 스크린의 상부로 공급된다.

상면에 상기 초저온유동라인 및 스크린이 배치되며, 물의 유동방향을 기준으로 상류 측에서 하류 측으로 갈수록 상면이 바닥면에 대해 하측으로 경사지게 배치되는 경사보조부와, 공기의 하류 측에 배치되며, 공기에 의해 냉각되는 제1데이터센터와, 물의 하류 측에 배치되며, 상기 초저온유동라인보다 하측에 배치되고, 물에 의해 냉각되는 제2데이터센터를 더 포함한다.

상기 제2데이터센터가 내부에 수용되며, 상기 초저온유동라인을 통과한 물이 내부에 충진되는 수조와, 상기 제2데이터센터를 감싸는 방수설비를 더 포함한다.

본 발명에 따른 냉수 및 냉기 발생장치에 의하면, 초저온유체가 내부로 유동하는 초저온유동라인의 상부로는 공기가 이동하고 하부로는 물이 이동함으로써, 공기와 물을 동시에 냉각시켜 냉기와 냉수를 생성하고, 이렇게 생성된 냉기와 냉수를 각각 데이터센터로 공급하여 데이터센터를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 스크린이 초저온유체의 중심부를 가로지르도록 배치되어 그 상측으로 공기가 유동하고 하측으로 물이 유동하도록 하되, 하측에 존재하는 공기 중 일부가 선택적으로 상측으로 공급되도록 함으로써, 필요에 따라 데이터센터의 효과적인 냉각을 위해 데이터센터로 공급되는 공기의 양을 증가시킬 수 있다.

그리고 본 발명에 의하면, 제1회전부재와 제2회전부재가 곡률을 갖는 반원 형상으로 형성됨에 따라, 스크린의 상ㆍ하측으로 유동하는 공기가 코안다효과(Coanda effect)에 의해 제1회전부재 또는 제2회전부재의 곡률을 따라 상측으로 이동하게 되며, 따라서 초저온유동라인과 공기의 열교환효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉수 및 냉기 발생장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 제3모드 시의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 스크린의 사시도이다.
도 4는 도 3에서 제1모드에서의 스크린의 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3에서 제2모드에서의 스크린의 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3에서 제3모드에서의 스크린의 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3에서 제4모드에서의 스크린의 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예로서, 도 1에서 초저온유체를 통해 냉각된 공기와 물이 각각 제1데이터센터와 제2데이터센터로 공급되는 흐름을 나타낸 도면이다.

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 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1 내지 도 7을 참고하면 본 발명의 제1실시예에 따른 냉수 및 냉기 발생장치(100)는 초저온유동라인(110), 스크린(120)을 포함한다.

상기 초저온유동라인(110)은 초저온유체가 내부로 유동하며, 상부로 상기 초저온유체보다 온도가 높은 공기(111)가 통과하고, 하부로 상기 초저온유체보다 온도가 높은 물(112)이 통과한다.

여기서, 상기 초저온유체는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas), 액화질소(Liquefied nitrogen)일 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 스크린(120)은 사각 플레이트 형상으로 구비되어 상기 초저온유동라인(110)을 가로지르도록 배치되며, 상측으로 공기(111)가 유동하며 하측으로 물(112)이 유동하고, 하측에 존재하는 공기 중 일부(114)가 선택적으로 상측으로 공급되도록 한다. 물론, 상기 스크린(120)의 하측에는 물(112) 이외에 공기도 일부 존재한다. 공기는 상기 스크린(120)의 바로 아래, 즉 상기 스크린(120)과 물(112)의 사이에서 유동하며, 물(112)의 흐름에 따라 공기도 물(112)과 함께 유동하게 된다.

그리고 상기 스크린(120)은, 하측에 존재하는 공기 중 일부(114)가 하측에서 상측으로 공급되도록 복수개의 관통홀(122)이 형성된 스크린본체(121)와, 상기 스크린본체(121)에 회전 가능하게 설치되어 상기 복수개의 관통홀(122)을 각각 선택적으로 개폐하는 복수개의 회전부(123)를 포함한다.

여기서, 복수개의 상기 관통홀(122)은, 각각 서로 인접하게 한 쌍으로 배치되는 제1관통홀(122a)과 제2관통홀(122b)을 포함하고 상기 제1관통홀(122a)과 상기 제2관통홀(122b)에 복수개의 상기 회전부(123)가 각각 배치되어 선택적으로 개폐되도록 한다.

이때 상기 회전부(123)는 상기 제1관통홀(122a)과 제2관통홀(122b)의 사이에서 상기 스크린본체(121)에 회전 가능하게 설치되는 힌지부재(124)와, 상기 힌지부재(124)를 기준으로 서로 반대 측에서 각각 상기 힌지부재(124)에 결합되며, 상기 힌지부재(124)의 회전을 통해 선택적으로 상기 제1관통홀(122a)과 제2관통홀(122b)을 개폐하는 제1회전부재(125)와 제2회전부재(126)를 포함한다.

여기서, 상기 힌지부재(124)는 원형 사각 삼각 등의 형상으로 구비될 수 있으며 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.

그리고 상기 제1회전부재(125)와 상기 제2회전부재(126)는 속이 빈 반원형의 형상으로 곡률지게 구비된다.

이하부터는 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 냉수 및 냉기 발생장치(100)에서 필요에 맞게 냉기가 발생되도록 하기 위한 모드별 흐름에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 4를 참고하면 제1모드 시 상기 제1회전부재(125)와 상기 제2회전부재(126)는 상기 제1관통홀(122a)과 상기 제2관통홀(122b)을 폐쇄한다. 제1모드는 스크린(120)의 상하로 관통하는 공기의 유동이 전혀 없는 모드로서, 본 발명의 기본적인 작동 상태를 나타낸 것이다.

도 5를 참고하면 제2모드 시 상기 제1회전부재(125)는, 상기 제1관통홀(122a)을 개방하고, 상기 제2회전부재(126)는, 상기 제2관통홀(122b)을 폐쇄시킨다. 이때 상기 스크린(120)의 하측에 존재하는 공기 중 일부(114)는, 상기 제1관통홀(122a)을 통과하여 상기 스크린(120)의 상부로 공급되도록 한다.

도 6을 참고하면 제3모드 시 상기 제1회전부재(125)는, 상기 제1관통홀(122a)을 개방하고, 상기 제2회전부재(126)는, 상기 제2관통홀(122b)을 개방시킨다. 이때 상기 스크린(120)의 하측에 존재하는 공기 중 일부(114)는, 상기 제1관통홀(122a) 및 제2관통홀(122b)을 통과하여 상기 스크린(120)의 상부로 공급되도록 한다.

도 7을 참고하면 제 4모드 시 상기 제1회전부재(125)는, 상기 제1관통홀(122a)을 폐쇄시키며, 상기 제2회전부재(126)는, 상기 제2관통홀(122b)을 개방시킨다. 이때 상기 스크린(120)의 하측에 존재하는 공기 중 일부(114)는, 상기 제2관통홀(122b)을 통과하여 상기 스크린(120)의 상부로 공급되도록 한다.

상기 제2 내지 제4모드는, 데이터센터로 공급되어야 하는 공기의 양이 증가될 필요가 있을 때 작동되는 모드이다. 제2모드와 제4모드는 상기 제1관통홀(122a) 또는 제2관통홀(122b) 중 어느 하나를 개방시켜서 상기 스크린(120)의 하측에서 상측으로 공기를 추가 공급하여 데이터센터로 공급되는 총 공기의 양을 증가시킨다. 제3모드는 제2모드와 제4모드 대비 공급되어야 하는 공기의 양이 더 증가되어야 할 때 작동되는 모드로서, 상기 제1관통홀(122a)과 제2관통홀(122b)을 모두 개방시켜 상기 스크린(120)의 하측에서 상측으로 공급되는 공기의 양을 더 증가시켜, 제2모드와 제4모드 대비 더 많은 냉기가 데이터센터로 공급되도록 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 상기 스크린(120)이 초저온유체의 중심부를 가로지르도록 배치되어 그 상측으로 공기가 유동하고 하측으로 물이 유동하도록 하되, 하측에 존재하는 공기 중 일부(144)가 선택적으로 상측으로 공급되도록 함으로써, 필요에 따라 데이터센터의 효과적인 냉각을 위해 데이터센터로 공급되는 공기의 양을 증가시킬 수 있다.

그리고 본 발명은, 상기 제1회전부재(125)와 상기 제2회전부재(126)가 곡률을 갖는 반원 형상으로 형성됨에 따라, 상기 스크린(120)의 상측으로 유동하는 하측에 존재하는 공기 중 일부(144)가 코안다효과(Coanda effect)에 의해 제1회전부재(125) 또는 제2회전부재(126)의 곡률을 따라 상측으로 이동하게 되며, 따라서 초저온유동라인(110)과 공기의 열교환효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 코안다 효과란, 곡률에 의한 유체의 속도차이로 인해 수반되는 압력 차이로 생성되는 현상으로, 유체가 굽은 물체 표면을 따라가는 것을 말한다.

이하부터는 도 8을 참고하여 본 발명의 제2실시예에 따른 냉수 및 냉기 발생장치(200)에서 상기 초저온유동라인(110)에 의해 냉각된 공기(111)와 물(112)이 공급되는 형상에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 냉수 및 냉기 발생장치(200)는 상면에 상기 초저온유동라인(110) 및 스크린(120)이 배치되며, 물(112)의 유동방향을 기준으로 상류 측에서 하류 측으로 갈수록 상면이 바닥면에 대해 하측으로 경사지게 배치되는 경사보조부(230)와, 공기(111)의 하류 측에 배치되며, 공기(111)에 의해 냉각되는 제1데이터센터(240)와, 물(112)의 하류 측에 배치되며, 상기 초저온유동라인(110)보다 하측에 배치되고, 물(112)에 의해 냉각되는 제2데이터센터(250)를 더 포함한다.

여기서, 상기 경사보조부(230)는 직각삼각형 사각형의 형상으로 구비될 수 있으며 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.

즉, 상기 경사보조부(230)가 상기 제2데이터센터(250)와 상기 초저온유동라인(110) 사이에 구비되기에 물(112)이 상기 초저온유동라인(110)으로부터 냉각되어 상기 제2데이터센터(250)로 공급되는 경우 경사면을 따라 중력을 이용하여 제2데이터센터(250)로 적절하게 공급되도록 하는 것을 가능하게 한다.

그리고 본 발명의 제2실시예에 따른 냉수 및 냉기 발생장치(100)는 상기 제2데이터센터(250)가 내부에 수용되며, 상기 초저온유동라인(110)으로부터 냉각된 물(112)이 내부에 충진되는 수조(241)와, 상기 제2데이터센터(250)를 감싸는 방수설비(251)를 더 포함한다.

이때 상기 방수설비(251)는 방수커버의 형상으로 구비될 수 있다.

이에 따라 상기 초저온유동라인(110)으로부터 냉각된 물(112)이 상기 제2데이터센터(250)로 수용 시 상기 제2데이터센터(250)에 직접 접촉하지 않은 상태에서 상기 제2데이터센터(250)가 냉각되도록 하는 것을 가능하게 한다.

100,200 : 냉수 및 냉기 발생장치 110 : 초저온유동라인
111 : 공기 112 : 물
114 : 공기 중 일부 120 : 스크린
121 : 스크린본체 122 : 관통홀
122a: 제1관통홀 122b: 제2관통홀
123 : 회전부 124 : 힌지부재
125 : 제1회전부재 126 : 제2회전부재
230 : 경사보조부 240 : 제1데이터센터
241 : 수조 250 : 제2데이터센터
251 : 방수커버

Claims

초저온유체가 내부로 유동하며, 상부로 상기 초저온유체보다 온도가 높은 공기가 통과하고, 하부로 상기 초저온유체보다 온도가 높은 물이 통과하는 초저온유동라인; 및
상기 초저온유동라인을 가로지르도록 배치되며, 상측으로 공기가 유동하며 하측으로 물이 유동하고, 하측에 존재하는 공기 중 일부가 선택적으로 상측으로 공급되도록 하는 스크린;을 포함하는 냉수 및 냉기 발생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스크린은,
하측에서 상측으로 공기가 공급되도록 복수개의 관통홀이 형성된 스크린본체와,
상기 스크린본체에 회전 가능하게 설치되어 상기 복수개의 관통홀을 각각 선택적으로 개폐하는 복수개의 회전부를 포함하는 냉수 및 냉기 발생장치.
청구항 2에 있어서,
상기 관통홀은,
서로 인접하게 배치되는 제1관통홀과 제2관통홀을 구비하며,
상기 회전부는,
상기 제1관통홀과 제2관통홀의 사이에서 상기 스크린본체에 회전 가능하게 설치되는 힌지부재와,
상기 힌지부재를 기준으로 서로 반대 측에서 각각 상기 힌지부재에 결합되며, 상기 힌지부재의 회전을 통해 선택적으로 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀을 개폐하는 제1회전부재와 제2회전부재를 포함하는 냉수 및 냉기 발생장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제1회전부재와 상기 제2회전부재는, 속이 빈 반원형의 형상으로 구비되는 냉수 및 냉기 발생장치.
청구항 3에 있어서,
제1모드에서,
상기 제1회전부재와 상기 제2회전부재는 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀을 폐쇄하는 냉수 및 냉기 발생장치.
청구항 3에 있어서,
제2모드에서,
상기 제1회전부재는, 상기 제1관통홀을 개방하고,
상기 제2회전부재는, 상기 제2관통홀을 폐쇄시키며,
상기 스크린의 하측에 존재하는 공기 중 일부는, 상기 제1관통홀을 통과하여 상기 스크린의 상부로 공급되는 냉수 및 냉기 발생장치.
청구항 3에 있어서,
제3모드에서,
상기 제1회전부재는, 상기 제1관통홀을 개방하고,
상기 제2회전부재는, 상기 제2관통홀 개방하고,
상기 스크린의 하측에 존재하는 공기 중 일부는, 상기 제1관통홀 및 제2관통홀을 통과하여 상기 스크린의 상부로 공급되는 냉수 및 냉기 발생장치.
청구항 3에 있어서,
제4모드에서,
상기 제1회전부재는, 상기 제1관통홀을 폐쇄시키며,
상기 제2회전부재는, 상기 제2관통홀을 개방하고,
상기 스크린의 하측에 존재하는 공기 중 일부는, 상기 제2관통홀를 통과하여 상기 스크린의 상부로 공급되는 냉수 및 냉기 발생장치.
청구항 1에 있어서,
상면에 상기 초저온유동라인 및 스크린이 배치되며, 물의 유동방향을 기준으로 상류 측에서 하류 측으로 갈수록 상면이 바닥면에 대해 하측으로 경사지게 배치되는 경사보조부와,
공기의 하류 측에 배치되며, 공기에 의해 냉각되는 제1데이터센터와,
물의 하류 측에 배치되며, 상기 초저온유동라인보다 하측에 배치되고, 물에 의해 냉각되는 제2데이터센터를 더 포함하는 냉수 및 냉기 발생장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제2데이터센터가 내부에 수용되며, 상기 초저온유동라인을 통과한 물이 내부에 충진되는 수조와,
상기 제2데이터센터를 감싸는 방수설비를 더 포함하는 냉수 및 냉기 발생장치.