KR20160128285A - 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템 - Google Patents

서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템 Download PDF

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KR20160128285A
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박원기
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류근호
고정범
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 외기가 유입되는 외기 유입부; 상기 외기 유입부의 일 측에 배치되며 상기 외기 유입부를 통해 공급된 외기가 필터링되는 필터부; 상기 필터부의 일 측에 배치되며 상기 필터부를 통과한 외기에 미스트(mist)를 분사하는 미스트 분사부; 및 상기 미스트 분사부의 일 측에 배치되며 상기 미스트 분사부를 통과한 외기를 서버실로 공급하는 공급부;를 포함하는 서버실 냉각 장치를 개시한다.

Description

서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템{APPARATUS FOR COOLING SEVER ROOM AND AIR CONDITIONING SYSTEM FOR DATA CENTER THEREWITH}
본 발명의 실시예들은 외부의 자연 공기를 이용하여 서버실을 냉각시키는 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템에 관한 것이다.
데이터 센터에 구비되는 서버, 네트워크 장비, 엔터프라이즈 장비 등은 열을 발생시킨다. 따라서, 이러한 장비들을 운영하는 데이터 센터는 열을 냉각시키기 위한 대규모의 설비 또한 운영하고 있다.
데이터 센터의 열을 냉각시키기 위해서는 차가운 공기를 각각의 장비에 공급해 주어야 하며, 일반적으로 이를 위해 차가운 공기를 생성하는 항온기를 이용하고 있다.
그러나, 항온기 및 항온기와 연계되는 설비를 가동하기 위해 소모되는 에너지는 데이터 센터에서 사용되는 전체 전력의 50~60%가량에 해당한다. 따라서, 데이터 센터의 냉각에 투입되는 에너지의 절감을 위하여 건물 밖의 차가운 공기를 서버실로 유입시켜 장비의 열을 냉각시키는 방식이 최근 도입되고 있다.
이와 관련하여 한국공개특허공보 제10-2011-0129514호(공개일 2011년 12월 2일) " 그린컴퓨팅 환경을 실현한 인터넷데이터센터 공조시스템" 등에는 외부 공기가 데이터 센터로 유입되도록 제어하고, 냉각부를 통해 냉각되어 데이터 센터의 내부로 유입되도록 하는 기술 등이 개발되고 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명의 실시예들은 외부 공기를 이용하여 데이터 센터의 적정 온도 및 습도를 유지시킬 수 있는 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 데이터 센터의 냉각에 소모되는 에너지를 절감할 수 있는 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 외부 공기를 이용하여 데이터 센터를 냉각할 수 있는 기간을 증가시킬 수 있는 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 외부 공기에 포함되는 이물질을 보다 효과적으로 차단할 수 있고 유지보수에 소모되는 비용을 절감시킬 수 있는 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 외부 공기의 온도/습도 상태에 따른 변화가 많은 환경 조건에 적합한 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 제1 공급부가 비상 외기 도입부의 역할을 수행하도록 구성되어, 시스템 고장과 같은 비상시에 외기를 바로 서버실 내부로 공급하여 서버실 내의 온도 상승을 방지하는 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 서버실과 서버실 냉각 장치의 연결을 위해 기존의 데이터 센터의 구조를 변경하지 않고 그대로 활용할 수 있는 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 항온기 설치 및 냉기 공급 등을 위한 별도의 공간을 형성할 필요가 없게 되어, 데이터 센터 내부의 공간 활용도가 향상되는 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 외기가 유입되는 외기 유입부; 상기 외기 유입부의 일 측에 배치되며 상기 외기 유입부를 통해 공급된 외기가 필터링되는 필터부; 상기 필터부의 일 측에 배치되며 상기 필터부를 통과한 외기에 미스트(mist)를 분사하는 미스트 분사부; 및 상기 미스트 분사부의 일 측에 배치되며 상기 미스트 분사부를 통과한 외기를 서버실로 공급하는 공급부;를 포함하는 서버실 냉각 장치를 개시한다.
본 실시예에 있어서, 상기 외기 유입부는, 상기 외기 유입부의 개폐를 제어하는 제1 댐퍼(damper)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 외기 유입부는, 상기 외기에 포함된 수분 또는 이물질을 차단하는 데미스터 필터(demister filter)를 포함하고, 상기 데미스터 필터는 상기 제1 댐퍼의 일 측에 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 데미스터 필터는 복수 개 구비되며, 상기 복수 개의 데미스터 필터는 상기 제1 댐퍼의 일 측에 지그재그로 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 외기 유입부에, 상기 서버실 내를 통과한 리턴 공기가 공급되는 리턴 덕트부가 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 외기 유입부와 상기 리턴 덕트부 사이에는, 상기 외기 유입부와 상기 리턴 덕트부 사이의 공기 유동을 제어하는 제2 댐퍼가 개재될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 필터부는 상기 외기 유입부에 대해, 상기 외기 유입부의 외기 유입 방향과 실질적으로 수직인 방향에 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 미스트 분사부와 상기 공급부 사이에 배치되어, 상기 미스트 분사부를 통과한 외기를 냉각하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 냉각부는 상기 서버실 냉각 장치 내에 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 공급부는, 상기 미스트 분사부의 일 측에 배치되며 상기 미스트 분사부를 통과한 외기를 상기 서버실로 공급하는 제1 공급부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 공급부와 상기 서버실 사이에는, 상기 제1 공급부와 상기 서버실 사이의 공기 유동을 제어하는 제1 공급 댐퍼가 개재될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 공급 댐퍼가 개방되면 상기 외기 유입부를 통해 유입된 외기가 상기 서버실 내부로 공급될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 공급부의 일 측에 형성되며, 상기 미스트 분사부를 통과한 외기의 적어도 일부를 상기 서버실로 공급하는 제2 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 공급부는 상기 미스트 분사부를 통과한 외기의 적어도 일부가 상기 서버실로 공급되도록 상기 외기의 흐름을 가이드 하는 송풍 팬을 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 공급부는 상기 제1 공급부에 대해, 상기 외기 유입부의 외기 유입 방향과 실질적으로 수직인 방향에 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 공급부와 상기 서버실 사이에는, 상기 제2 공급부와 상기 서버실 사이의 공기 유동을 제어하는 제2 공급 댐퍼가 개재될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 필터부, 상기 미스트 분사부 및 상기 공급부는 일직선상에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 상술한 어느 한 항의 서버실 냉각 장치를 구비하고, 상기 서버실 냉각 장치는, 제1 방향을 따라 배치되는 복수 개의 서버랙을 구비하는 상기 서버실의 일 측에 형성되어 상기 서버실에 외기를 공급하는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 공조 시스템을 개시한다.
본 실시예에 있어서, 서로 이웃한 상기 서버랙 사이의 공간에 형성되고 상기 서버실 냉각 장치로부터 외기를 공급받는 하나 이상의 쿨 존(cool zone)은 상기 서버실 냉각 장치에 대해 개방되어 있고, 서로 이웃한 상기 서버랙 사이의 공간에 형성되고 상기 쿨 존으로 유입된 외기가 상기 서버랙에 구비된 서버들을 통과한 후 배기되는 하나 이상의 핫 존(hot zone)은 상기 서버실 냉각 장치에 대해 차단되어 있고, 상기 쿨 존과 상기 핫 존은 교대로 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 데이터 센터의 공조 시스템은 상기 서버실 냉각 장치로부터 공급받은 외기를 외부로 배출하는 배기부를 더 포함하고, 상기 배기부는 상기 핫 존과 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 배기부의 일 측은 상기 서버실 냉각 장치의 리턴 덕트부와 연결되고, 상기 서버실 냉각 장치에서 공급받은 외기의 적어도 일부는 상기 리턴 덕트부를 통해 다시 상기 서버실 냉각 장치로 공급 가능할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 데이터 센터의 공조 시스템은 상기 제1 방향을 따라 배치된 복수 개의 서버실 냉각 장치를 구비하며, 상기 복수 개의 서버실 냉각 장치들은 상호 간에 공기의 유동이 가능하도록 오픈되어 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 공급부의 적어도 일부는 상기 서버실 내의 상기 서버랙과 마주보도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 기존의 서버실 구조를 그대로 활용할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 어느 하나의 공급부에 고장 발생시 나머지 공급부의 풍량을 높여 전체 풍량을 일정하게 유지할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템에 의해, 건물 외부로부터 인입된 외기에 미스트를 분무하여 냉각된 공기를 서버실 내부로 공급함으로써 온도/습도 상태에 따른 변화가 많은 환경 조건에서도 연중 무중단 운영이 가능하며, 따라서 데이터 센터의 냉각에 소모되는 에너지를 획기적으로 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템에 의해, 오염도에 따라 자동으로 교체되는 이중 필터를 이용하여 외기에 포함되는 이물질을 차단함으로써 보다 효과적으로 이물질을 차단할 수 있고, 유지보수에 소모되는 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템에 의해, 건물 외부로부터 인입되는 외기의 온도 및 습도를 측정하고 이를 기초로 미스트의 분무량이 조절되도록 제어함으로써 외부 공기의 온도/습도 상태에 따른 변화가 많은 환경 조건에서도 최적의 운전이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템에 의해, 시스템 고장과 같은 비상시에 외기를 바로 서버실 내부로 공급하여 서버실 내의 온도 상승을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템에 의해, 데이터 센터 내부의 공간 활용도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템에 의해, 서버실과 서버실 냉각 장치을 연결함에 있어 기존의 데이터 센터의 구조를 변경하지 않고 그대로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 서버실 냉각 장치의 측면도이다.
도 3은 도 1의 서버실 냉각 장치의 외기 유입부를 상세히 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 서버실 냉각 장치의 필터부를 상세히 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 1의 서버실 냉각 장치의 미스트 분사부 및 냉각부를 상세히 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 1의 서버실 냉각 장치의 제1 공급부 및 제2 공급부를 상세히 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 센터의 공조 시스템의 사시도이다.
도 8은 도 7의 데이터 센터의 공조 시스템의 평면도이다.
도 9는 도 7의 데이터 센터의 공조 시스템의 쿨 존의 측면도이다.
도 10은 도 7의 데이터 센터의 공조 시스템의 핫 존의 측면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 서버실 냉각 장치의 측면도이다. 한편, 도 3은 도 1의 서버실 냉각 장치의 외기 유입부를 상세히 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 1의 서버실 냉각 장치의 필터부를 상세히 나타내는 사시도이며, 도 5는 도 1의 서버실 냉각 장치의 미스트 분사부 및 냉각부를 상세히 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 1의 서버실 냉각 장치의 제1 공급부 및 제2 공급부를 상세히 나타내는 사시도이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치(100)는, 외기 유입부(110), 필터부(120), 미스트 분사부(130), 냉각부(140), 제1 공급부(150) 및 제2 공급부(160)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 외기를 이용한 서버실 냉각 장치(100)는 데이터 센터(Data Center)와 같이 열을 냉각시킬 필요가 있는 장소에 차가운 외부 공기를 공급하는 것으로, 온도/습도 상태에 따른 변화가 많은 환경 조건에서도 연중 무중단으로 외부(예를 들어, 건물 외측)의 공기를 이용하여 보다 저비용으로 서버실(Server Room) 내부를 냉각시키는 것을 일 특징으로 한다. 이하에서는 이를 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 외기 유입부(110)는 서버실 냉각 장치(100) 외부의 공기를 서버실 냉각 장치(100) 내부로 유입시키는 역할을 수행한다. 이와 같은 외기 유입부(110)는 OA 댐퍼(outside air damper)(111), 데미스터 필터(demister filter)(113), 격자부(grating)(115) 및 RA 댐퍼(return air damper)(117)를 포함한다. 또한, 도면에는 도시되지 않았지만, OA 댐퍼(111)와 데미스터 필터(113) 사이에 소정의 메쉬(mesh)(미도시)를 더 구비할 수 있다.
OA 댐퍼(outside air damper)(111)는 외기 유입부(110)의 개폐를 제어하여, 외기 유입부(110)를 통해 유입되는 외기의 양을 제어하는 역할을 수행한다. 이와 같은 OA 댐퍼(111)의 일 예로, 전동 모터 또는 공기압에 의해 자동으로 개폐되는 모터 댐퍼(MD: Motor Damper)가 구비될 수 있다.
데미스터 필터(demister filter)(113)는 증기 중의 수분 또는 이물질을 제거하는 장치로써, 그물망을 여러겹 포개거나 또는 섬유상태의 물체를 충전하는 등의 방법으로 구성된다. 이와 같은 데미스터 필터(113)는 저항이 작고 집진효율이 높으며, 고도의 내식성을 가지도록 형성되고, 간단하게 청소가 가능하고 경량이므로 취급이 간편하다는 장점을 가진다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치(100)의 외기 유입부(110)는 외기가 유입되는 OA 댐퍼(111)에 바로 인접하게 메쉬(mesh)(미도시)와 데미스터 필터(113)를 구비하여, 서버실 냉각 장치(100) 내부로 외기 내에 포함된 이물질이 들어오지 않도록 하는 것을 일 특징으로 한다. 즉, OA 댐퍼(111)에 바로 인접하게 메쉬(mesh)(미도시)를 구비하여, 새 또는 기타 큰 벌레의 인입을 방지하고, 그 내측에는 데미스터 필터(113)를 구비하여 서버실 냉각 장치(100) 내부로 들어오는 이물질을 제거하는 것이다. 이때 데미스터 필터(113)는 복수 개 구비될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 대풍량을 처리하기 위해 복수 개의 데미스터 필터(113)가 지그재그 배열로 설치되어, 설치면적을 넓힐 수 있다.
외기 유입부(110)의 하부 바닥면, 즉 필터부(120)와 연결되는 면에는 다수의 개구부가 형성된 격자부(grating)(115)가 구비되어, 외기 유입부(110)로 유입된 외기를 필터부(120)로 통과시킬 수 있다.
한편, 외기 유입부(110)의 일 측에는 서버실 내를 통과한 리턴 공기가 공급되는 리턴 덕트부(170)가 연결될 수 있으며, 외기 유입부(110)와 리턴 덕트부(170) 사이에는 외기 유입부(110)와 리턴 덕트부(170) 사이의 공기 유동을 제어하기 위한 RA 댐퍼(return air damper)(117)가 더 형성될 수 있다. 이와 같은 RA 댐퍼부(117)에 의해 외기와 리턴 공기의 혼합비율을 조절함으로써, 서버실 냉각 장치(100) 내부로 공급되는 공기의 온도를 적절한 수준으로 제어할 수 있는 것이다.
한편, 외기 유입부(110)의 외형을 이루는 케이스는, 예를 들어 우레탄 등의 재질로 형성되고 전체 내, 외부 씰링 작업을 수행하여 공기 유출이 없도록 설치될 수 있다. 또한 도면에는 도시되지 않았지만 외기 유입부(110) 내에는 필터의 차압을 확인할 수 있도록 데미스터 필터용 차압 게이지(미도시)가 추가로 설치될 수도 있다.
상술한 외기 유입부(110)의 데미스터 필터(113)와 필터부(120)의 롤 필터(121)는 외기에 포함된 먼지와 같은 이물질을 차단하여, 서버실에 구비되는 서버, 네트워크 장비, 엔터프라이즈 장비 등에 장애가 발생하는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
다음으로 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 필터부(120)는 외기 유입부(110)의 일 측에 배치되며, 외기 유입부(110)를 통해 공급된 외기를 필터링하는 역할을 수행한다. 이와 같은 필터부(120)는 외기 유입부(110)의 하방에 배치되며, 따라서 외기 유입부(110)의 외기 유입 방향과 실질적으로 수직인 방향에 형성될 수 있다.
필터부(120)는 롤 필터(roll filter)(121)를 구비할 수 있다. 롤 필터(121)는 외기 내에 포함된 이물질을 다시 한 번 여과하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 롤 필터(121)는 권취형으로 형성되어 필터의 오염도에 따라 자동으로 교체될 수 있으며, 따라서 1회 장착으로 장시간 사용할 수 있고, 여과 부재의 교체가 간단하여 교체 시간을 절감할 수 있다. 이와 같은 롤 필터(121)는 별도의 컨트롤러(미도시)를 설치하여 필터의 전, 후 차압에 의해 운전되도록 구성할 수 있으며, 예를 들어 압력손실 7mmAq~20mmAq 범위에서 차압 센서에 의해 자동으로 운전 가능하도록 설정될 수 있다. 또한 이때 차압 범위를 사용자가 지정하는 것도 가능할 것이다. 이와 같은 롤 필터(121)는 내구성이 우수한 스테인리스 스틸 및 양극 산화 처리한 알루미늄 등의 재질로 형성될 수 있으며, 또한 여과 부재의 종류에 따라 여러 번 세척해서 재사용이 가능하도록 형성될 수도 있다.
다음으로 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 미스트 분사부(130)는 필터부(120)의 일 측에 배치되며 필터부(120)를 통과한 외기에 미스트(mist)를 분사하는 역할을 수행한다. 상세히, 미스트 분사부(130)는 분사 노즐(131)을 구비하며, 서버실 내부의 온도 및 습도가 적정 상태로 유지되도록, 외기 유입부(110)를 통해 인입된 외기에 미세한 입자의 물 즉, 미스트(Mist)를 분사한다. 즉, 미스트 분사부(130)는 외기에 미스트를 분사함으로써 외기의 특징인 낮은 습도를 높이고 온도는 낮추어, 장비 운영에 적합한 공기를 서버실 내부에 공급하도록 한다. 이와 같은 미스트 분사부(130)는 펌프로 물의 압력을 올려 분사 노즐(131)을 통해 미스트 분사부(130)를 통과하는 외기에 직접분사방식으로 미스트를 분사할 수 있다. 여기서 미스트 분사의 효과를 최대화하기 위해서, 분사 노즐(131)과 냉각부(140)의 냉각 부재(141) 간의 거리는 최적화될 수 있다. 이와 같이, 외기에 미스트를 직접 분사하는 것만으로도 외기의 온도를 약 2~4℃ 정도 낮출 수 있으므로, 냉각부(140)의 작동 시간을 감소시켜 에너지를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 미스트 분사부(130)에는 응축된 물을 포집하기 위한 드레인부(133)가 더 형성될 수 있다. 이와 같은 드레인부(133)는 미스트 분사부(130) 하부에 형성되어 응축되어 바닥에 고인 물을 원활하게 외부로 배출하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 냉각부(140)는 미스트 분사부(130)와 제1 공급부(150) 사이에 배치되어, 미스트 분사부(130)를 통과한 외기를 한번 더 냉각하는 역할을 수행한다. 냉각부(140)는 냉각 코일 형태의 냉각 부재(141)를 구비할 수 있으며, 여기서 냉각 부재(141)는 타원형 코일(oval coil)일 수 있다. 즉, 냉각 부재(141)는 타원 형상의 동관으로 형성되어 공기 저항을 최소화하는 동시에 코일 후방의 냉각 성능이 개선되도록 형성될 수 있다. 이와 같은 타원형 코일은 고 풍속에도 낮은 정압을 유지할 수 있어 에너지 절감에 적합하다.
종래의 데이터 센터의 공조 시스템의 경우, 서버실 냉각 장치와는 별도로 서버실의 일 측에 차가운 공기를 생성하는 항온기를 구비하는 것이 일반적이었다. 이 경우, 서버실의 일 측에 항온기가 구비되어야 하므로 데이터 센터 내에 항온기를 배치하기 위한 별도의 공간이 필요하며, 또한 서버실과 항온기의 연결을 위해 서버실의 구조를 변경하여야 하는 등의 문제점이 존재하였다.
이에 비해, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템의 경우, 항온기 역할을 수행하는 냉각부(140)를 서버실 냉각 장치(100) 내부에 구비하여, 항온기 배치를 위한 별도의 공간이 불필요하게 됨으로써, 데이터 센터 내부의 공간 활용도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 나아가 서버실과 항온기의 연결을 위해 서버실 구조를 변경할 필요가 없으지므로, 기존의 데이터 센터의 구조를 변경하지 않고 그대로 활용하는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로 도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 제1 공급부(150)는 미스트 분사부(130) 또는 냉각부(140)의 일 측에 배치되어, 미스트 분사부(130) 또는 냉각부(140)를 통과한 외기를 서버실, 특히 서버실의 하부로 공급하는 역할을 수행한다. 제1 공급부(150)는 제1 공급 댐퍼(151)를 구비하며, 제1 공급 댐퍼(151)는 제1 공급부(150)의 개폐를 제어하여, 제1 공급부(150)를 통해 서버실으로 공급되는 공기의 양을 제어하는 역할을 수행한다. 이와 같은 제1 공급 댐퍼(153)의 일 예로, 전동 모터 또는 공기압에 의해 자동으로 개폐되는 모터 댐퍼(MD: Motor Damper)가 구비될 수 있다. 이와 같은 제1 공급 댐퍼(151)는 시스템 고장과 같은 비상 시에, 외기를 바로 서버실 내부로 공급하여 서버실 내의 온도 상승을 방지하는 역할을 수행할 수도 있다.
제2 공급부(160)는 제1 공급부(150)의 일 측에 배치되어, 미스트 분사부(130) 또는 냉각부(140)를 통과한 외기를 서버실, 특히 서버실의 상부로 공급하는 역할을 수행한다. 이와 같은 제2 공급부(160)는 제1 공급부(150)의 상방에 형성될 수 있다. 이와 같은 제2 공급부(160)는 송풍 팬(161) 및 제2 공급 댐퍼(163)를 구비할 수 있다.
송풍 팬(161)은 외기 유입부(110)를 통해 유입된 외기를 제2 공급부(160) 쪽으로 빨아들이는 역할을 수행한다. 즉, 일직선상에 배치된 필터부(120), 미스트 분사부(130), 냉각부(140) 및 제1 공급부(150)를 따라 이동하는 자연적인 공기 유로의 상부에 송풍 팬(161)을 설치함으로써, 송풍 팬(161)의 역회전을 방지할 수 있고, 제1 공급부(150)에서 제2 공급부(160)로의 전환운전 시 지연시간이 필요 없게 되는 장점을 가질 수 있다.
후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 센터의 공조 시스템(1)은 복수 개의 송풍 팬(161)을 구비할 수 있으며, 각각의 송풍 팬(161)의 풍량을 개별적으로 조절가능하도록 형성됨으로써, 일부의 송풍 팬(161)에 고장이 발생하더라도 나머지 송풍 팬(161)의 풍량을 높여 전체 풍량을 일정하게 유지하도록 할 수도 있다.
한편, 제2 공급 댐퍼(163)는 제2 공급부(160)의 개폐를 제어하여, 제2 공급부(160)를 통해 서버실으로 공급되는 공기의 양을 제어하는 역할을 수행한다. 이와 같은 제2 공급 댐퍼(163)의 일 예로, 전동 모터 또는 공기압에 의해 자동으로 개폐되는 모터 댐퍼(MD: Motor Damper)가 구비될 수 있다.
이와 같이, 서버실 냉각 장치(100) 하부에 배치되는 제1 공급부(150)와, 서버실 냉각 장치(100)의 상부에 배치되는 제2 공급부(160)를 함께 구비함으로써, 서버랙(도 7의 210 참조)의 구성에 따라 외기의 공급 구조를 달리하는 효과를 얻을 수 있다. 나아가, 서버실 냉각 장치(100) 하부에 배치되는 제1 공급부(150)를 형성함으로써, 종래 냉기공급 배관으로 사용되던 서버랙(도 7의 210 참조)의 하부 공간을 서버랙(도 7의 210 참조)의 일부로 활용할 수 있게 됨으로써, 서버실(200) 공간을 추가로 확보하는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 종래의 데이터 센터의 공조 시스템의 경우, 서버실로 냉기를 공급하기 위해 서버실의 하부에 냉기 공급을 위한 공간이 형성되어야 하였다. 따라서 서버실 하부에 일정 정도 공간을 남겨두고, 그 위에 서버를 배치하기 위한 바닥면을 형성하여야 하였으며, 따라서 냉각 방식 변경시 서버실의 구조를 변경하여야 하는 문제점이 존재하였다. 또한, 서버실 하부에 형성된 공간만큼 서버실 내부의 공간이 줄어들게 되어, 공간 활용도가 낮아지는 문제점이 존재하였다.
이에 비해, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템의 경우, 서버실 냉각 장치(100) 하부에 배치되는 제1 공급부(150)와, 서버실 냉각 장치(100)의 상부에 배치되는 제2 공급부(160)를 함께 구비함으로써, 서버실 하부에 냉기 공급을 위한 별도의 공간을 형성할 필요가 없게 되어, 데이터 센터 내부의 공간 활용도가 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 나아가 서버실과 서버실 냉각 장치의 연결을 위해 서버실 구조를 변경할 필요가 없으지므로, 기존의 데이터 센터의 구조를 변경하지 않고 그대로 활용하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 서버실 냉각 장치(100)에는 외기 유입부(110)로부터 인입되는 외기의 온도 및 습도를 측정하는 측정부(미도시)가 더 구비될 수 있다. 측정부는 일 예로, 온도를 측정하는 온도 센서 및 습도를 측정하는 습도 센서를 포함할 수 있다. 측정부에서 측정된 외기의 온도 및 습도에 대한 정보는 제어부(미도시)로 전송될 수 있다.
제어부(미도시)는 측정부(미도시)로부터 수신한 외기의 온도 및 습도에 대한 정보를 기초로 외기 유입부(110)를 통해 인입된 외기가 적정 온도/습도가 되도록 미스트 분사부(130)에서 분사되는 미스트의 분사량을 조절하여 유입된 외기가 냉각 또는 가습되도록 한다.
예를 들어, 제어부(미도시)는 서버실 내부의 온도/습도에 대한 정보와 외기의 온도/습도에 대한 정보를 비교하여 서버실 내부의 냉각이 필요하다고 판단되는 경우, 미스트의 분사량을 조절함으로써 외기의 온도를 낮출 수 있다. 반대로, 제어부가, 서버실 내부의 온도는 적정 온도이지만 가습이 필요하다고 판단되는 경우 미스트의 분사량을 조절함으로써 서버실 내부로 공급되는 외기의 습도를 높일 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 센터의 공조 시스템의 사시도이고, 도 8은 도 7의 데이터 센터의 공조 시스템의 평면도이다. 도 9는 도 7의 데이터 센터의 공조 시스템의 쿨 존의 측면도이고, 도 10은 도 7의 데이터 센터의 공조 시스템의 핫 존의 측면도이다.
여기서, 도 9의 차가운 공기(SA: Supply Air)는 쿨 존(CZ)에서의 공기 흐름을 나타내며, 도 10의 뜨거운 공기(RA: Return Air)는 핫 존(HZ)에서의 공기 흐름을 나타내는 것이다.
도 7, 도 8, 도 9 및 도 10을 참조하면, 서버실 냉각 장치(100)를 구비하는 데이터 센터의 공조 시스템(1)은 서버실(200), 서버실(200) 내에 제1 방향(A 방향)을 따라 배열된 복수 개의 서버랙(210) 및 서버실(200)의 일 측에 형성되며 외부로부터 외기가 유입되어 이를 서버실(200)로 공급하는 하나 이상의 서버실 냉각 장치(100)를 포함한다.
이때, 각각의 서버랙(210)에는 복수 개의 서버가 구비될 수 있으며, 각 서버랙(210)의 사이의 공간은 교대로 핫 존(hot zone, HZ)과 쿨 존(cool zone, CZ)이 된다. 여기서, 쿨 존(CZ)은 서버실 냉각 장치(100)와 연결되어 서버실 냉각 장치(100)로부터 찬 공기를 공급받는다. 쿨 존(CZ)으로 공급된 찬 공기는 서버랙(210)으로 유입되고, 서버랙(210)에 구비되는 복수 개의 서버를 통과하면서 이에 의해 가열된 후, 핫 존(HZ) 및 이와 연결된 배기부(220)를 거쳐 외부로 배출되거나 또는 서버실 냉각 장치(100)로 다시 공급된다. 따라서, 쿨 존(CZ)은 서버실 냉각 장치(100)와 연결되어 오픈되어 있으며, 핫 존(HZ)은 서버실 냉각 장치(100)에 대해 차단되어 있다. 여기서, 도 7에는 핫 존(HZ)과 쿨 존(CZ)들이 서로 연통되어 있는 것처럼 도시되어 있으나, 이는 도시의 편의를 위한 것이며, 핫 존(HZ)과 쿨 존(CZ)들이 서로 연통될 수도 있으나, 효율적인 서버의 냉각을 위해서는 핫 존(HZ)과 쿨 존(CZ)이 서로 차단되고 쿨 존(CZ)은 서버실 냉각 장치(100)와 연결되어 서버실 냉각 장치(100)로부터 차가운 공기(SA: Supply Air)를 공급받고, 핫 존(HZ)은 서버실 냉각 장치(100)에 대해 차단되어, 뜨거운 공기(RA: Return Air)를 서버실(200) 상부에 구비된 배기부(220)로 배기하도록 형성될 수 있다.
이를 더욱 상세히 설명하면, 서버실(200)의 쿨 존(CZ)으로 공급되는 차가운 공기(SA: Supply Air)는 각각의 일련의 서버랙(210)으로 공급되며, 서버랙(210)으로부터 배출되는 뜨거운 공기(RA: Return Air)는 핫 존(HZ)을 통해 서버실(200) 상부에 구비된 배기부(220)로 유입된다. 배기부(220)로 유입된 공기는 필요에 따라 서버실 냉각 장치(100)로 다시 유입되거나, 또는 서버실(200) 외부로 배기될 수 있다.
여기서, 배기부(220)는 서버실(200) 상부에 설치되어 서버실(200) 내부의 공기를 배기한다. 배기부(220)는 일 예로 덕트(Duck)로 구현될 수 있는데, 서버실 냉각 장치(100)로부터 공급된 차가운 공기가 서버실(200)에 구비된 서버랙(210)을 통해 가열되어 서버실(200) 상부로 올라가면, 이를 흡기하여 서버실(200) 외부로 배기할 수 있다.
이와 같은 서버실(200)의 배기부(220)는 서버실 냉각 장치(100)의 리턴 덕트부(170)와 연결되어 있을 수 있다. 따라서 제어부의 제어에 따라 서버실(200)에서 배출된 뜨거운 공기는 배기부(220) 및 리턴 덕트부(170)를 통해 서버실 냉각 장치(100)로 유입됨으로써, 외기와 서버실(200) 내부의 공기가 혼합되도록 할 수 있다. 이 경우, 미스트 분사부(130)는 혼합된 공기에 미스트를 분무함으로써 보다 효율적으로 서버실(200)이 냉각 또는 가습되도록 할 수 있다.
한편, 서버실 냉각 장치(100)는 제1 방향(도 7의 A 방향)을 따라 복수 개가 구비될 수 있다. 또한, 복수 개의 서버실 냉각 장치(100)는 상호 간에 공기의 유동이 가능하도록 오픈되어 형성될 수 있다. 즉 각각의 서버실 냉각 장치(100)는 상호 간에 공기의 유동이 가능하도록 서로 이웃한 서버실 냉각 장치(100)의 측벽은 모두 개방되어 형성될 수 있다. 따라서 복수 개의 서버실 냉각 장치(100)를 구비한 데이터 센터의 공조 시스템(1) 전체가 일체로 작동될 수 있는 것이다. 즉, 상술한 바와 같이, 복수 개의 송풍 팬(161)이 각각의 송풍 팬(161)의 풍량을 개별적으로 조절가능하도록 형성됨으로써, 일부의 송풍 팬(161)에 고장이 발생하더라도 나머지 송풍 팬(161)의 풍량을 높여 전체 풍량을 일정하게 유지하도록 할 수도 있는 것이다.
이와 같이 서로 통공된 복수 개의 서버실 냉각 장치(100)를 구비하여, 서버실(200) 외측의 공간 전체를 하나의 냉각 장치로 사용하는 것이 가능해짐으로써, 공기저항을 줄여 반송동력을 절감할 수 있고, 냉각 장치 내부에 덕트가 없어 주위환경이 복잡하지 않고 유지보수 공간을 확보하는 것이 가능해진다. 나아가 기류의 안정화로 장비 내 소음 및 진동을 최소화할 수 있고 장비의 수명도 증가하며, 안정된 공기 흐름으로 정압손실을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 시스템(1)은 빌트업(BUILT UP) 방식과 패키지(PACKAGE) 방식을 혼합한 구조로 빌트업 방식의 장점인 공간 활용의 우수성과, 패키지 방식의 장점인 기밀 및 단열의 우수성을 모두 얻을 수 있는 효과를 가진다.
이하에서는, 이와 같은 데이터 센터의 공조 시스템(1)의 작동 방법에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
데이터 센터 외부의 외기는 서버실 냉각 장치(100)의 외기 유입부(110)를 통해 서버실 냉각 장치(100) 내부로 인입된다. 이때, 외기에 포함되는 이물질은 외기 유입부(110) 및 필터부(120)를 통해 차단될 수 있다. 이물질이 차단된 외기는 서버실 냉각 장치(100)의 미스트 분사부(130)를 통과하면서, 미스트 분사부(130)에서 분무되는 미스트로 인해 냉각 또는 가습된다. 이후, 냉각 또는 가습된 외기는 서버실 냉각 장치(100)의 일 측에 구비되는 제1 공급부(150) 및/또는 제2 공급부(160)를 통해 서버실(200)로 공급된다. 이때, 서버실 냉각 장치(100)는 외기의 온도가 기 설정된 값 이상인 경우 서버실 냉각 장치(100)의 냉각부(140)에 구비되는 냉각 부재(141)를 가동시킴으로써, 서버실(200) 내부로 보다 차가운 공기가 공급되도록 할 수 있다.
다음으로, 서버실(200)의 쿨 존(CZ)으로 공급된 차가운 공기는 서버실(200)에 구비된 서버랙(210)으로 유입되고, 서버랙(210)에 포함되는 복수 개의 서버에 의해 가열된 후 핫 존(HZ)으로 배출되며, 핫 존(HZ)의 상측에 구비된 배기부(220)를 통해 서버실(200) 외부로 배기될 수 있다. 이때, 필요에 따라 배기부(220)로 배출된 공기의 일부는 서버실 냉각 장치(100)의 리턴 덕트부(170)를 통해 외기 유입부(110)로 다시 공급될 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 데이터 센터의 공조 시스템에 구비되는 장비 수량을 줄임으로써, 공간의 효율적 활용이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 미스트 분사부(130)와 냉각부(140) 사이의 간격을 최적화함으로써, 미스트 분사에 의한 냉각 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 외기 유로의 굴곡을 최소화하여 자연 기류 공간을 확보하여 외기를 유동시키기 위한 동력을 저감하는 효과를 얻을 수 있다. 나아가 1차 측 동력전기 없이 2차 측 배기동력만으로 냉각이 가능해짐으로써, 서버실 내의 외기 공급 확보율 증대로 인해 에너지를 더욱 저감하는 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 데이터 센터의 공조 시스템
100: 서버실 냉각 장치
110: 외기 유입부
120: 필터부
130: 미스트 분사부
140: 냉각부
150: 제1 공급부
160: 제2 공급부
200: 서버실
210: 서버랙
220: 배기부

Claims (1)

  1. 외기가 유입되는 외기 유입부;
    상기 외기 유입부의 일 측에 배치되며 상기 외기 유입부를 통해 공급된 외기가 필터링되는 필터부;
    상기 필터부의 일 측에 배치되며 상기 필터부를 통과한 외기에 미스트(mist)를 분사하는 미스트 분사부; 및
    상기 미스트 분사부의 일 측에 배치되며 상기 미스트 분사부를 통과한 외기를 서버실로 공급하는 공급부;를 포함하고,
    상기 공급부는, 상기 미스트 분사부의 일 측에 배치되며 상기 미스트 분사부를 통과한 외기를 상기 서버실로 공급하는 제1 공급부와,
    상기 제1 공급부의 일 측에 형성되며, 상기 미스트 분사부를 통과한 외기의 적어도 일부를 상기 서버실로 공급하는 제2 공급부를 더 포함하고,
    상기 제2 공급부는 상기 제1 공급부에 대해, 상기 외기 유입부의 외기 유입 방향과 수직인 방향에 형성되어, 상기 제1 공급부로부터 상기 제2 공급부로 상기 외기 유입부의 외기 유입 방향과 수직인 방향으로 상기 외기가 공급 가능하도록 형성되고,
    상기 서버실의 구조변경 없이 상기 제2 공급부를 통과한 외기에 의해 냉각이 가능한 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
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