KR102424334B1 - 데이터 센터 서버용 연속냉수공급장치 효율 증대를 위한 밀폐형 축열조 시스템 - Google Patents

Abstract

축열조 시스템이 개시된다. 축열조 시스템은 상부 공간에 온수가 저장되고, 하부 공간에 냉수가 저장되며, 상기 온수와 상기 냉수가 성층화를 이루는 축열조; 상기 상부 공간에 위치하는 상부 디퓨져; 및 상기 하부 공간에 위치하는 하부 디퓨져를 포함하되, 상기 축열조는, 그 중심축이 지면과 나란하게 배치되는 원통 형상의 바디; 상기 바디의 개방된 일 측부를 밀폐하는 돔 형상의 제1돔부; 상기 바디의 개방된 타 측부를 밀폐하는 돔 형상의 제2돔부; 및 상기 바디의 내부에서 상하방향으로 서로 이격하여 배치되고, 일단이 상기 제1돔부와 상기 제2돔부 중 어느 하나와 결합하고, 타단이 다른 하나와 이격하여 배치되는 복수의 분리 판을 포함한다.

Description

데이터 센터 서버용 연속냉수공급장치 효율 증대를 위한 밀폐형 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 서버용 연속냉수공급장치의 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 서버용 연속냉수공급장치를 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 분배기를 설계하여 온수와 냉수가 성층화(stratification)를 이뤄 혼합이 최소화됨으로써 축냉효율을 증진시키고, 축열조에 저장된 냉수를 최대한 많이 이용할 수 있도록 분배기의 형상을 변화시킴과 아울러 그 위치도 변경가능한 분배기를 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.

또한, 본 발명은 축열조 내부로 공급된 물이 축열조 내부의 각 영역으로 균일하게 도달할 수 있는 축열조 시스템을 제공한다.

본 발명에 다른 축열조 시스템은 상부 공간에 온수가 저장되고, 하부 공간에 냉수가 저장되며, 상기 온수와 상기 냉수가 성층화를 이루는 축열조; 상기 상부 공간에 위치하며, 상기 온수를 흡입하는 상부 분배기; 및 상기 하부 공간에 위치하며, 상기 냉수를 공급하는 하부 분배기를 포함하되, 상기 축열조는 그 중심축이 지면과 나란한 제1축 방향으로 배치되는 원통 형상의 바디; 상기 바디의 개방된 일 측부를 밀폐하는 반구 형상의 제1돔부; 및 상기 바디의 개방된 타 측부를 밀폐하는 반구 형상의 제2돔부를 포함하고, 상기 상부 분배기와 상기 하부 분배기 각각은 상기 제1축 방향으로 소정 길이로 제공되며, 상기 바디의 내측면과 마주하는 면에 분배 홀들이 형성된다.

또한, 상기 상부 분배기와 상기 하부 분배기 각각은, 상기 제1돔부에 인접한 제1영역, 상기 제2돔부에 인접한 제2영역, 그리고 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 위치하는 제3영역을 포함하고, 상기 제1영역 및 상기 제2영역에 형성된 분배 홀은 상기 제3영역에 형성된 분배 홀보다 크기가 클 수 있다.

또한, 상기 분배 홀들은 제1분배 홀; 상기 제1축 방향에 수직한 제2축 방향으로 소정 거리 이격하여 상기 제1분배 홀의 일측에 위치하는 제2분배 홀; 및 상기 제2축 방향으로 소정 거리 이격하여 상기 제1분배 홀의 타 측에 위치하는 제3분배 홀을 포함하며, 상기 제2분배 홀과 상기 제3분배 홀은 상기 제1분배 홀보다 크기가 클 수 있다.

또한, 상기 상부 분배기와 상기 하부 분배기 각각은, 소정 길이로 제공되며, 그 길이 방향이 상기 제1축 방향으로 배치되며, 상기 바디의 내측면과 마주하는 면에 제1분배 홀들이 형성된 제1분배 관; 상기 제1축 방향에 수직한 제2축 방향으로 상기 제1분배 관의 일 측에 위치하고, 상기 제1분배 관과 나란하게 배치되며, 상기 바디의 내측면과 마주하는 면에 제2분배 홀들이 형성된 제2분배 관; 상기 제2축 방향으로 상기 제1분배 관의 타 측에 위치하고, 상기 제1분배 관과 나란하게 배치되며, 상기 바디의 내측면과 마주하는 면에 제3분배 홀들이 형성된 제3분배 관; 상기 제1돔부에 인접 위치하며, 상기 제1분배 관 내지 상기 제3분배 관 각각의 일단을 연결하는 제1연결 관; 및 상기 제2돔부에 인접 위치하며, 상기 제1분배 관 내지 상기 제3분배 관 각각의 타단을 연결하는 제2연결 관을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2분배 관 및 상기 제3분배 관은 상기 제1분배 관보다 낮은 높이에 위치할 수 있다.

본 발명에 따른 축열조 시스템은 상부 분배기로 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 분배기 및 하부 분배기를 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 분배기, 그리고 하부 분배기를 나타내는 도면이다.
도 4는 상부 분배기를 나타내는 평면도이다.
도 5는 상부 분배기를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상부 분배기를 나타내는 평면도이다.
도 7 및 도 8은 축열조 내에서 상부 분배기를 통해 공급된 물의 흐름을 각각 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 축열조 내에서 온수와 냉수의 균일한 온도 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상부 분배기를 나타내는 평면도이다.
도 11은 정상 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 비상 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 임시 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 재충전 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.

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 분배기, 그리고 하부 분배기를 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 분배기(170), 하부 분배기(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 내부는 지면(50)과 나란한 중심축(C)을 기준으로 상부 공간(160a)과 하부 공간(160b)로 나뉘며, 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 용기로 제공될 수 있다.

축열조(160)는 바디(161), 제1돔부(162), 그리고 제2돔부(163)를 포함한다.

바디(161)는 소정 길이를 갖는 원통으로, 양 측부가 개방된다. 바디(161)는 그 중심축(C)이 지면(50)과 나란한 제1축 방향(11)으로 배치된다. 이하 설명의 편의를 위하여 상부에서 바라볼 때 제1축 방향(11)에 수직한 방향을 제2축 방향(12)이라 하고, 제1 및 제2축 방향(11, 12)에 수직한 방향을 제3축 방향(13)이라 한다.

제1돔부(162)는 볼록한 반구 형상으로, 바디(161)의 개방된 일 측부를 밀폐한다. 제2돔부(163)는 볼록한 반구 형상으로, 바디(161)의 개방된 타 측부를 밀폐한다.

상부 분배기(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 분배기(170)는 상부 배관(179)과 연결된다. 상부 분배기(170)에는 바디(161)의 내측면을 향하는 면에 분배 홀(171, 172, 173)들이 형성된다. 분배 홀(171, 172, 173)들은 원형 또는 삼각형, 정사각형, 직사각형 등 다양한 형상의 다각형으로 제공될 수 있다.

하부 분배기(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 분배기(180)는 하부 배관(189)과 연결된다. 하부 분배기(180)에는 바디(161)의 내측면을 향하는 면에 분배 홀(181, 182, 183)들이 형성된다.

상부 분배기(170)와 하부 분배기(180)는 동일한 구조를 갖는다. 이하, 상부 분배기(170)를 예를 들어 구체적인 구조에 대해 설명한다.

도 4는 상부 분배기를 나타내는 평면도이고, 도 5는 상부 분배기를 나타내는 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상부 분배기(170)는 제1분배 관(174), 제2분배 관(175), 제3분배 관(176), 제1연결 관(177), 그리고 제2연결 관(179)을 포함한다.

제1분배 관(174)은 소정 길이로 제공되며, 그 길이 방향이 제1축 방향(11)으로 배치될 수 있다. 제1분배 관(174)은 제3축 방향(13)으로 바디(161)의 중심축(C)과 동일 선상에 위치할 수 있다. 제1분배 관(174)은 상부 배관(179)과 연결된다. 제1분배 관(174)에는 바디(161)의 내측면과 마주하는 면에 제1분배 홀(171)들이 형성된다. 제1분배 홀(171)들은 제1분배 관(174)의 상단에 형성된 수 있다. 제1분배 홀(171)들은 제1분배 관(174)의 길이 방향을 따라 소정 간격으로 형성될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 제1분배 관(174)의 각 영역에 형성된 제1분배 홀(171)들은 동일한 크기를 가질 수 있다.

다른 실시 예에 의하면, 제1분배 홀(171)들은 제1분배 관(174)의 영역에 따라 상이한 크기를 가질 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여 제1분배 관(171)에서 제1돔부(162)에 인접한 영역을 제1영역이라하고, 제2돔부(163)에 인접한 영역을 제2영역이라하고, 제1영역과 제2영역의 사이 영역을 제3영역이라 한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상부 분배기를 나타내는 평면도이다.

도 6을 참조하면, 제1영역에 형성된 제1분배 홀(171a)들과 제2영역에 형성된 제1분배 홀(171b)들은 제3영역에 형성된 제1분배 홀(171c)들보다 큰 크기를 가질 수 있다. 제1분배 홀(171)들은 제3영역으로부터 제1영역 및 제2영역으로 갈수록 그 크기가 점차 커질 수 있다.

제2분배 관(175)은 제1분배 관(174)과 동일한 길이로 제공되며, 제2축 방향(12)으로 제1분배 관(174)의 일 측에 위치한다. 제2분배 관(175)에는 바디(161)의 내측면과 마주하는 면에 제2분배 홀(172)들이 형성된다. 제2분배 홀(172)들은 제2분배 관(175)의 상단에 형성된 수 있다. 제2분배 홀(172)들은 제2분배 관(175)의 길이 방향을 따라 소정 간격으로 형성될 수 있다. 제2분배 홀(172)들은 제2축 방향(12)으로 서로 선상에 위치하는 제1분배 홀(171)들의 크기와 동일한 크기로 제공될 수 있다. 이와 달리, 제2분배 홀(172)들은 제2축 방향(12)으로 동일 선상에 위치하는 제1분배 홀(171)들보다 큰 크기로 제공될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 도 4와 같이, 제2분배 관(175)의 각 영역에 형성된 제2분배 홀(172)들은 동일한 크기를 가질 수 있다.

다른 실시 예에 의하면, 도 6과 같이, 제2분배 홀(172)들은 제2분배 관(175)의 영역에 따라 상이한 크기를 가질 수 있다. 제2분배 관(175)의 제1영역에 형성된 제2분배 홀(172a)들과 제2영역에 형성된 제2분배 홀(172b)들은 제3영역에 형성된 제2분배 홀(172c)들보다 큰 크기를 가질 수 있다. 제2분배 홀(172)들은 제3영역으로부터 제1영역 및 제2영역으로 갈수록 그 크기가 점차 커질 수 있다.

제3분배 관(176)은 제1분배 관(174)과 동일한 길이로 제공되며, 제2축 방향(12)으로 제1분배 관(174)의 타 측에 위치한다. 제3분배 관(176)에는 바디(161)의 내측면과 마주하는 면에 제3분배 홀(173)들이 형성된다. 제3분배 홀(173)들은 제3분배 관(176)의 상단에 형성된 수 있다. 제3분배 홀(173)들은 제3분배 관(176)의 길이 방향을 따라 소정 간격으로 형성될 수 있다. 제3분배 홀(173)들은 제2분배 홀(172)들과 동일한 크기를 가질 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 도 4와 같이, 제3분배 관(176)의 각 영역에 형성된 제3분배 홀(173)들은 동일한 크기를 가질 수 있다.

다른 실시 예에 의하면, 도 6과 같이, 제3분배 홀(173)들은 제3분배 관(176)의 영역에 따라 상이한 크기를 가질 수 있다. 제3분배 관(176)의 제1영역에 형성된 제3분배 홀(173a)들과 제2영역에 형성된 제3분배 홀(173b)들은 제3영역에 형성된 제3분배 홀(173c)들보다 큰 크기를 가질 수 있다. 제3분배 홀(173)들은 제3영역으로부터 제1영역 및 제2영역으로 갈수록 그 크기가 점차 커질 수 있다.

제1연결관(177)은 제1돔부(162)에 인접 위치하고, 제1분배 관(174)의 일단 내지 제3분배 관(176)의 일단을 서로 연결한다.

제2연결관(178)은 제2돔부(163)에 인접 위치하고, 제1분배 관(174)의 타단 내지 제3분배 관(176)의 타단을 서로 연결한다.

상부 배관(179)을 통해 공급된 물은 제1분배 관(174)의 양 단으로 이동하고, 제1연결관(177)과 제2연결관(178)을 거쳐 제2분배 관(175)과 제3분배 관(176) 내로 유입된다. 이 과정에서 물은 제1분배 홀(171)들 내지 제3분배 홀(173)들을 거쳐 축열조(160) 내로 공급된다.

도 7 및 도 8은 축열조 내에서 상부 분배기를 통해 공급된 물의 흐름을 각각 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 축열조 내에서 온수와 냉수의 균일한 온도 분포를 나타내는 도면이다.

먼저, 도 7를 참조하면, 제1축(11) 및 제3축(13) 평면 상에서, 상부 분배기(170)의 영역 중 제1돔부(162)와 제2돔부(163)에 인접한 제1영역 및 제2영역에서 공급된 물은 제1돔부(162)의 내측면과 제2돔부(163)의 내측면 따라 곡선 경로(P1, P2)로 이동하여 축열 조(160)의 중심 영역(C)에 도달한다. 반면, 상부 분배기(170)의 제3영역에서 공급된 물은 대체로 직선 경로(P3)로 이동하여 축열 조(160)의 중심 영역에 도달한다.

축열 조(160)의 가장자리영역에서는 가운데 영역보다 물의 이동 경로(P1, P2>P3)가 길게 형성되기 때문에, 동일한 유량의 물이 공급될 경우 가운데 영역에서 물이 먼저 축열 조(160)의 중심 영역(C)에서 도달한다. 이러한 물의 흐름은 온수와 냉수의 경계층이 균일한 온도 분포로 형성되는 것을 방해한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 상부 분배기(170)의 각 영역에서 분배 홀(171 내지 173)들의 크기를 달리 제공한다. 구체적으로 제1영역 및 제2영역에 형성된 분배 홀(171a 내지 173a, 171b 내지 173b)들의 크기를 제3영역에 형성된 분배 홀(171c 내지 173c)들의 크기보다 크게 형성한다. 이로 인해, 상부 분배기(170)의 제1영역과 제2영역에서 많은 유량의 물이 공급되고, 제3영역에서 상대적으로 적은 유량의 물이 공급된다. 많은 유량의 물이 공급된 축열조(160)의 가장자리 영역에서는 상대적으로 빠른 유속이 형성되고, 적은 유량의 물이 공급된 축열조(160)의 가운데 영역에서는 상대적으로 느린 유속이 형성된다. 이로 인해, 축열조(160)의 가장자리 영역 및 가운데 영역에서 물이 축열조(160)의 중심 영역(C)에 도달하게 되는 시간이 거의 동일하게 되어, 도 8과 같이 온수와 냉수의 경계층이 균일한 온도 분포로 형성될 수 있다.

도 7을 참조하면, 제1분배 관(174)에서 공급된 물은 직선 경로(P4)로 흐르고, 제2분배 관(175)과 제3분배 관(176)에서 공급된 물은 바디(161)의 벽면을 따라 곡선 경로(P5, P6)로 흐른다. 이로 인해, 제2 및 제3분배 관(175, 176)에서 공급된 물이 이동 경로가 제1분배 관(175)에서 공급된 물의 이동 경로(P5, P6>P4)보다 길게 형성된다.

제1 내지 제3분배 관(174 내지 176)에서 동일한 유량의 물이 공급될 경우, 상대적으로 이동 경로(P4)가 짧은 가운데 영역에서 물이 축열조(160)의 중심 영역(C)에 일찍 도달한다. 이러한 물의 도달 시간 차이는 온수와 냉수의 경계층이 균일한 온도 분포로 형성되는 것을 방해한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 제1 내지 제3분배 관(174 내지 176)에 형성된 분배 홀(171 내지 173)들의 크기를 달리 형성하였다. 제2 및 제3분배 홀(172, 173)들의 크기를 제1분배 홀(171)들의 크기보다 크게 형성하였다. 이로 인해 제2 및 제3분배 관(175, 176)에서 공급되는 물의 유량이 제1분배 관(174)에서 공급되는 물의 유량보다 많아 물이 축열조(160)의 중심 영역(C)에 도달하는 시간이 단축될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 축열조(160)의 가장자리 영역 및 가운데 영역에서 물이 축열조(160)의 중심 영역에 도달하게 되는 시간이 동일하게 되어, 온수와 냉수의 경계층이 균일한 온도 분포로 형성될 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상부 분배기를 나타내는 평면도이다.

도 10을 참조하면, 제1연결관(177)과 제2연결관(178)의 영역 중 축열조(160)의 내측면과 마주하는 면에는 분배 홀들(177a, 178a)이 형성된다. 제1연결관(177)에는 제4분배 홀(177a)들이 서로 이격하여 복수 개 형성되고, 제2연결관(178)에는 제5분배 홀(178a)들이 서로 이격하여 복수 개 형성된다. 제4분배 홀(177a)들은 상부 분배기(170)의 제1영역에 형성된 분배 홀(171a 내지 173a)들의 크기와 동일한 크기를 가지고, 제5분배 홀(178a)들은 상부 분배기(170)의 제2영역에 형성된 분배 홀(171b 내지 173b)들의 크기와 동일한 크기를 가질 수 있다. 제4분배 홀(171a 내지 173a)들과 제5분배 홀(171b 내지 173b)들에서 공급된 물은 제1 내지 제3분배 관(174 내지 176)에서 공급된 물들과 동일한 속도로 축열조(160)의 중심 영역(C)에 도달한다.

상술한 구조의 축열조(160), 상부 분배기(170), 그리고 하부 분배기(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(189)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(189)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(179)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(179)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 11은 정상 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 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 분배기(180)를 통해 축열조(160)의 하부 공간(160b)에 공급된다.

축열조(160)의 상부 공간(160a)에 저장된 온수는 상부 분배기(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 12는 비상 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 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, 제2밸브(250)와 제4밸브(270)가 개방된다. 축열조(160)의 하부 공간(160b)에 저장된 냉수가 하부 분배기(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 분배기(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 13은 임시 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 13을 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 분배기(170)를 거쳐 축열조(160)의 상부 공간(160a)으로 공급된다. 축열조(160)의 하부 공간(160b)에 저장된 냉수는 하부 분배기(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 14는 재충전 운전 모드에서 축열조 시스템의 운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 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 분배기(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 분배기(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.

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 분배기
180: 하부 분배기
190 내지 230: 제1 내지 제 5공급 라인
240 내지 300: 제1 내지 제 7밸브
310: 보조 전력 공급부
320: 제어부

Claims (5)

1. 상부 공간에 온수가 저장되고, 하부 공간에 냉수가 저장되며, 상기 온수와 상기 냉수가 성층화를 이루는 축열조;
   상기 상부 공간에 위치하며, 상기 온수를 흡입하는 상부 분배기; 및
   상기 하부 공간에 위치하며, 상기 냉수를 공급하는 하부 분배기를 포함하되,
   상기 축열조는
   그 중심축이 지면과 나란한 제1축 방향으로 배치되는 원통 형상의 바디;
   상기 바디의 개방된 일 측부를 밀폐하며, 그 중심축이 상기 바디의 중심축과 동일 선상에 위치하는 반구 형상의 제1돔부; 및
   상기 바디의 개방된 타 측부를 밀폐하며, 그 중심축이 상기 바디의 중심축과 동일 선상에 위치하는 반구 형상의 제2돔부를 포함하고,
   상기 상부 분배기와 상기 하부 분배기 각각은,
   상기 제1돔부에 인접한 제1영역, 상기 제2돔부에 인접한 제2영역, 그리고 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 위치하는 제3영역을 포함하고,
   상기 제1영역 내지 상기 제3영역 각각에는 상기 바디의 내측면과 마주하는 면에 분배 홀들이 형성되되,
   상기 제1영역 및 상기 제2영역에 형성된 분배 홀은 상기 제3영역에 형성된 분배 홀보다 크기가 큰 축열조 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 분배 홀들은
   제1분배 홀;
   상기 제1축 방향에 수직한 제2축 방향으로 소정 거리 이격하여 상기 제1분배 홀의 일측에 위치하는 제2분배 홀; 및
   상기 제2축 방향으로 소정 거리 이격하여 상기 제1분배 홀의 타 측에 위치하는 제3분배 홀을 포함하며,
   상기 제2분배 홀과 상기 제3분배 홀은 상기 제1분배 홀보다 크기가 큰 축열조 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 분배기와 상기 하부 분배기 각각은,
   소정 길이로 제공되며, 그 길이 방향이 상기 제1축 방향으로 배치되며, 상기 바디의 내측면과 마주하는 면에 제1분배 홀들이 형성된 제1분배 관;
   상기 제1축 방향에 수직한 제2축 방향으로 상기 제1분배 관의 일 측에 위치하고, 상기 제1분배 관과 나란하게 배치되며, 상기 바디의 내측면과 마주하는 면에 제2분배 홀들이 형성된 제2분배 관;
   상기 제2축 방향으로 상기 제1분배 관의 타 측에 위치하고, 상기 제1분배 관과 나란하게 배치되며, 상기 바디의 내측면과 마주하는 면에 제3분배 홀들이 형성된 제3분배 관;
   상기 제1돔부에 인접 위치하며, 상기 제1분배 관 내지 상기 제3분배 관 각각의 일단을 연결하는 제1연결 관; 및
   상기 제2돔부에 인접 위치하며, 상기 제1분배 관 내지 상기 제3분배 관 각각의 타단을 연결하는 제2연결 관을 포함하는 축열조 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제2분배 관 및 상기 제3분배 관은 상기 제1분배 관보다 낮은 높이에 위치하는 축열조 시스템.

Images