KR20210031160A

KR20210031160A - Lng 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템

Info

Publication number: KR20210031160A
Application number: KR1020190112757A
Authority: KR
Inventors: 황명회
Original assignee: 황명회
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-03-19
Also published as: KR102525128B1

Abstract

본 발명은 LNG베이퍼라이저에 냉각액체를 순환하는 방식으로 LNG를 기화시켜 NG(Natural Gas)를 생산하여 수요처에 공급하고, 기화과정에서 발생된 냉열을 포함한 냉매액체는 열교환기에서 5℃이하로 열교환시켜 데이터센터로 보내 서버를 냉각시킬 수 있도록 한 LNG 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템에 관한 것으로서, 본 발명은 LNG 탱크 내의 극저온 액화가스를 고압펌프에 의해 LNG 베이퍼라이저(LNG Vaporizer)로 공급하여 기화한 후 기화된 NG(Natural Gas)를 수요처에 공급시킬 수 있도록 한 LNG 기화시스템에 있어서, 상기 LNG 베이퍼라이저에 냉매액체를 순환시킬 수 있는 공급배관 및 회수배관과, 상기 공급배관 및 회수배관의 끝단부를 열교환시킬 수 있는 열교환기와, 상기 열교환기의 타단에 열교환된 기체를 서버로 공급하기 위하여 설치된 냉각배관 및, 상기 서버를 냉각시킨 후 회수되는 온열을 열교환기에 공급하기 위한 온열배관을 포함하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LNG 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템을 제공하려는 것이다.

Description

LNG 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템{Cooling system of data center server using LNG cooling}

본 발명은 LNG베이퍼라이저에 냉각액체를 순환하는 방식으로 LNG를 기화시켜 NG(Natural Gas)를 생산하여 수요처에 공급하고, 기화과정에서 발생된 냉열을 포함한 냉매액체는 열교환기에서 5℃이하로 열교환시켜 데이터센터로 보내 서버를 냉각시킬 수 있도록 한 LNG 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템에 관한 것이다.

일반적으로, LNG(Liquefied Natural Gas)는 천연가스를 수송 및 저장을 위하여 산지로부터 냉각하여 부피를 1/600으로 줄인 무색, 무취의 투명한 초저온(-162℃)액화가스로서, LNG 수송선에 의해 산지에서 LNG인수기지에 수송되어 특수하게 제작된 LNG저장탱크에 저장되며, 저장된 LNG는 공급을 위해 LNG기화기에서 기화시켜 수요처에 공급한다. LNG는 1kg당 총 200Kcal의 냉열에너지를 가지고 있으며, 가스 수요처로의 공급을 위하여 기화공정이 필요하며, 기화기에서 해수 등의 열매체와 열교환 후 저온의 해수는 외부로 방류된다.

종래 LNG인수기지의 LNG기화공정은 크게 3가지로 바다로부터 해수를 유입하여 해수의 열을 이용하여 가열하는 방법과, 천연가스를 연소시켜 그 연소열을 이용하여 LNG를 기화시키는 방법, 그리고 대기의 공기열을 이용하여 기화시키는 방법이 있다.

종래의 일예로 바다로부터 해수를 유입하여 해수의 열을 이용하여 가열하는 방법을 도면을 통해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, LNG수송선으로부터 LNG탱크 내에 저장된 -162℃액화가스인 LNG를 고압펌프(1)에 의해 공급받으면 해수식 기화기(10)를 거쳐 각 수요처로 보내기 위해서 기화시킨다.

해수식 기화기(10)는 전열관 내부로 LNG가 통과할 때, 해수(S)가 배관(P1)을 통해 공급되어 살포되어 LNG가 기화되어서 NG상태로 배관(11)을 통해 수요처(20)로 보내지게 된다.

이때 해수식 기화기(10)를 거친 해수(S)는 열을 빼앗긴 상태로 배관(P2)을 통해 다시 해수가 있는 바다로 버려진다.

그런데, 동절기에는 해수의 온도가 5℃이하로 낮기 때문에, 해수식 기화기(10)의 성능이 저하되어 결국 해수식 기화기(10)에서 LNG의 기화효율이 저하되는 문제점이 있었다.

상기와 같이 동절기에는 해수의 온도가 5℃ 이하로 떨어지는 경우가 빈번히 발생하며, 이로 인해 LNG의 기화량이 현저히 줄어들거나 또는 LNG기화가 이루어지더라도 그 효율이 상당히 감소되는 것은 당연한 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 가스연소식 기화기(30)를 구비하여 LNG의 기화성능을 높이는데, 가스연소식 기화기(30)는 그 내부에 가스버너(31)를 설치하여 LNG배관(32)이 통과될 때, 가스버너(31)의 불꽃에 의해 LNG가 가열되어 기화되도록 한 것이며, 이 가열된 LNG는 해수식 기화기(10)를 통해 기화된 NG(Natural Gas)와 합해져서 수요처(20)로 보내지도록 한 것이다.

그러나, 종래의 LNG기화공정 시스템은 동절기에 해수식 기화기(10)의 기화효율이 저하되는 것을 보완하기 위해서 가스연소식 기화기(30)를 필수적으로 사용하기 때문에, 기온이 떨어지면 떨어질수록 해수의 온도도 그에 비례하여 저하되므로, 그 만큼 가스연소식 기화기(30)의 사용비중이 커지게 되며, 또한 동절기에는 가스의 사용량이 하절기에 비하여 현저히 증가한다. 따라서, 가스버너(31)의 사용량이 많아져서 버너의 연료(LNG)소비가 커져서 그에 따른 막대한 비용부담과 온실가스가 증가되는 등의 문제점이 있었다.

또한 이를 컨트롤하기 위한 데이터센터의 서버가 구동되는데 종래에는 서버의 쿨링을 위하여 별도의 쿨링시스템을 구비하여 냉각시킴에 따라 유지관리에 따른 비용이 과다하게 소요되는 문제점 등이 야기되었다.

상기와 같은 기화방식의 종래 기술의 특징을 살펴보면, 해수를 이용하는 기화공정은 대량의 해수를 해수펌프로 유입하여 LNG기화기의 상부에서 해수가 낙하되면서 LNG기화기 관내부를 흐르는 -162℃의 LNG를 0℃의 천연가스 기체로 기화시키고, 해수는 온도가 약 5~7℃ 저하되어 바다로 배출되게 된다. 해수이용 방법의 장점은 대량의 자연에너지를 이용하는 장점이 있는 반면, 저온의 해수를 방출함으로써 연안의 해수온도를 저하시키게 되어 해양환경 변화 문제가 야기되고 있다.

또한 데이터센터의 서버를 별도의 냉각방식에 의해 별도로 냉각함에 따라 2중의 유지비용이 초래되는 심각한 문제점 등이 야기되었다.

따라서 최근에 와서는 환경변화에 문제를 일으키지 않으면서 기화기의 냉매액체를 열교환기를 거쳐 열교환된 냉매액체를 이용하여 데이터센터의 서버를 간편용이하게 냉각시키고 냉각시킨 온열은 기화기로 유도시켜 기화효율 및 서버 냉각 효율을 증대시킬 수 있도록 하려는 기술이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 그 주된 목적으론 기화기와 열교환기를 배관에 의해 경유하여 계속순환되는 방식으로 구성한 후 상기 배관 내부에 글리세린 화합물, 알코올 및 물을 혼합한 냉각액체를 충진하여 고압펌프로 유도된 LNG를 간편용이하게 기화시킬 수 있도록 하려는 것이 그 특징이다.

본 발명의 다른 목적으론 데이터센터의 서버와 열교환기를 배관에 의해 연결시켜 기화기로부터 공급 받은 냉매를 열교환기에 의해 교환하면서 서버로 순환시킴에 따라 기화기의 냉매를 이용하여 간편용이하게 서버를 냉각시킴에 따라 서버 냉각유지비를 현저하게 절감할 수 있도록 하려는 것이 그 특징이다.

본 발명의 또 다른 목적으론 기화기의 냉매는 열교환기에서 서버를 간편용이하게 냉각시키고 서버를 냉각시킨 온열은 기화기에 공급하여 LNG의 기화를 촉진시킬 수 있는 효과를 창출할 수 있도록 하려는 것이 그 특징이다.

전술한 목적을 달성할 수 있는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 LNG 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템은 LNG 탱크 내의 극저온 액화가스를 고압펌프에 의해 LNG 베이퍼라이저(LNG Vaporizer)로 공급하여 기화한 후 기화된 NG(Natural Gas)를 수요처에 공급시킬 수 있도록 한 LNG 기화시스템에 있어서, 상기 LNG 베이퍼라이저에 냉매액체를 순환시킬 수 있는 공급배관 및 회수배관과, 상기 공급배관 및 회수배관의 끝단부를 열교환시킬 수 있는 열교환기와, 상기 열교환기의 타단에 열교환된 기체를 서버로 공급하기 위하여 설치된 냉각배관 및, 상기 서버를 냉각시킨 후 회수되는 온열을 열교환기에 공급하기 위한 온열배관을 포함하는 구성으로 이루어지는 것이다.

상기 냉매액체는 글리세린화합물, 알코올 및 물을 LNG를 기화시킬 수 있는 온도를 유지하기 위한 일정한 비율로 희석하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 공급배관의 일지점에는 냉매액체를 강제순환시킬 수 있는 펌프를 더 설치하여 구성되는 것이다.

상기 냉각배관에는 서버로 이송되는 기체를 강제순환시킬 수 있도록 송풍기를 더 설치하여 구성되는 것이다.

본 발명에 따른 LNG 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 기화기와 열교환기를 배관에 의해 경유하여 계속순환되는 방식으로 배관 내부에 글리세린 화합물, 알코올 및 물을 혼합한 냉각액체를 충진하여 고압펌프로 유도된 LNG를 간편용이하게 냉매액체에 의해 순환하면서 기화시킬 수 있도록 하여 냉열을 외부로 누출됨 없도록 하여 자연환경을 살릴 수 있도록 하려는 효과가 창출되는 것이다.

둘째, 데이터센터의 서버와 열교환기를 내의 온열 배관에 의해 연결시켜 기화기로부터 공급 받은 냉매를 열교환기에 의해 교환하면서 서버로 순환시킴에 따라 기화기의 냉매를 이용하여 서버를 간편용이하게 냉각시키고, 온열배관에 의해 냉각 후 교환된 냉열을 냉열배관으로 회수하여 기화기에 연동되도록 하여 서버 냉각유지비를 현저하게 절감할 수 있는 효과가 창출되는 것이다.

셋째, 기화기의 냉매는 열교환기에서 열교환하여 서버를 간편용이하게 냉각시키고 서버를 냉각시킨 온열은 기화기에 공급하여 LNG의 기화를 촉진시킬 수 있는 효과를 창출할 수 있도록 하려는 것이다.

도 1은 종래의 LNG 기화공정 시스템을 설명하려는 개략도.
도 2는 본 발명이 적용된 LNG 기화공정 시스템의 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명이 적용된 LNG 기화공정 시스템이 개략적으로 도시한 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이 LPG탱크(100) 내부에 충진된 무색 무취의 초저온(-162℃) 액화가스를 고압펌프(101)에 의해 강제적으로 LPG베이퍼라이저(200)로 공급시켜 기화된 NG를 수요처(300)로 공급하도록 하는 구성에서, 상기 LPG베이퍼라이저(200)에 공급배관(400)과 회수배관(400')을 설치하고, 상기 공급배관(400)과 회수배관(400') 끝단에 열교환기(500)를 접속하여 구성된다.

이때 상기 공급배관(400)과 회수배관(400')에는 냉매액체를 충진하고 공급배관(400)의 일지점에는 펌프(401)를 설치하여 냉매액체를 강제 이송시키도록 구성되어 있다.

상기 냉매액체는 글리세린화합물, 알코올 및 물을 LNG를 기화시킬 수 있는 온도를 유지하기 위하여 일정한 비율로 희석하여 사용되는 것이다.

그리고, 상기 열교환기(500) 타측에는 열교환된 기체를 서버(700)로 공급하기 위한 냉각배관(600)이 설치되고, 상기 서버(700)를 냉각시킨 후 회수되는 온열을 열교환기(500)에 공급하기 위한 온열배관(600')을 설치하여 구성되는 것이다.

이때 상기 냉각배관(600)의 일지점에는 냉각배관(600)과 온열배관(600') 내부를 흐르는 기체가 강제적으로 순환될 수 있도록 송풍기(601)를 설치하는 것이 바람직하고, 상기 서버(700)는 하나 이상 다수개를 냉각할시 냉각배관(600)과 온열배관(600')을 병렬로 다수개 연결 접속하여 사용하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 LNG 냉열을 이용한 데이터센터(800) 서버(700)의 쿨링시스템은 먼저 LNG 기화시 고압펌프(101)의 작동으로 인하여 LNG 탱크(100)의 초저온의 LNG를 펌핑하여 LPG베이퍼라이저(200)로 보내지면, LPG베이퍼라이저(200)와 열교환기(500)와 접속되게 설치된 공급배관(400)과 회수배관(400')에 충진된 냉매액체가 펌프(401)에 의해 강제 이송시키면서 초저온의 LNG를 기화시켜 NG를 수요처(300)에 공급하게 되는 것이다.

이때 상기 냉매액체에 의해 LNG를 기화시킨 냉열은 열교환기(500)에서 후술하는 서버(700)의 온열과 열교환되어 계속적으로 순환하면서 초저온의 LNG를 기화시켜 NG를 수요처(300)에 지속적으로 공급할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상기 공급배관(400)과 회수배관(400')을 순환하면서 기화시킨 냉매액체는 열교환기(500)에서 냉매를 발산하여 차가워진 기체를 데이터센터(800)의 서버(700)에 냉각배관(600)을 통한 공급으로 방열시킨 후 방열이 완료된 뜨거운 공기는 온열배관(600')을 통하여 열교환기(500)에 공급되는 순환작용을 계속적으로 하면서 냉각유체를 따뜻하게 해주게 되는 것이다.

이때 상기 냉각배관(600)에는 송풍기(601)를 설치하여 열교환기(500)에서 교환된 차가운 기체를 강제적으로 송풍시켜 서버(700)를 방열시킴에 따라 버려지는 냉열을 이용하여 서버(700)를 방열시키게 되므로 별도의 방열수단을 채용하지 않음에 따라 자연환경을 보호함은 물론 유지비용을 현저하게 줄일 수 있게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 범위에 포함한다.

100 : LNG 탱크 101 : 고압펌프
200 : LPG베이퍼라이저 300 : 수요처
400 : 공급배관 400' : 회수배관
401 : 펌프
500 : 열교환기
600 : 냉각배관 600' : 온열배관
601 : 송풍기
700 : 서버 800 : 데이터센터

Claims

LNG 탱크 내의 극저온 액화가스를 고압펌프에 의해 LNG 베이퍼라이저(LNG Vaporizer)로 공급하여 기화한 후 기화된 NG(Natural Gas)를 수요처에 공급시킬 수 있도록 한 LNG 기화시스템에 있어서,
상기 LNG 베이퍼라이저에 냉매액체를 순환시킬 수 있는 공급배관 및 회수배관과,
상기 공급배관 및 회수배관의 끝단부를 열교환시킬 수 있는 열교환기와,
상기 열교환기의 타단에 열교환된 기체를 서버로 공급하기 위하여 설치된 냉각배관 및
상기 서버를 냉각시킨 후 회수되는 온열을 열교환기에 공급하기 위한 온열배관을 포함하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LNG 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템.
제 1항에 있어서,
상기 냉매액체는 글리세린화합물, 알코올 및 물을 LNG를 기화시킬 수 있는 온도를 유지하기 위하여 일정한 비율로 희석한 것을 특징으로 하는 LNG 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템.
제 1항에 있어서,
상기 공급배관의 일지점에는 냉매액체를 강제순환시킬 수 있는 펌프를 더 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LNG 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템.
제 1항에 있어서,
상기 냉각배관에는 서버로 이송되는 기체를 강제순환시킬 수 있도록 송풍기를 더 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LNG 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템.