KR20220012011A

KR20220012011A - 대규모 고밀도 데이터 센터 냉방을 위한 대용량 벽면 타입 항온항습기 및 2단 냉각 코일과 컨테인먼트 내 가변 팬으로 구성된 효과적인 냉방 시스템

Info

Publication number: KR20220012011A
Application number: KR1020200091012A
Authority: KR
Inventors: 류영현; 손태영; 반기홍
Original assignee: 미션크리티컬엔지니어링 주식회사; 엠쎄스 주식회사
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2022-02-03

Abstract

데이터 센터의 온도 및 습도를 일정하게 유지하기 위한 항온항습 시스템에 있어서, 데이터 센터의 서버들이 위치하는 서버실로부터 분리벽에 의해 분리되는 항온항습기실, 서버들을 보관하는 서버랙으로부터 분리벽의 제1 통기구까지 연결되어 서버들에 의해 발생되는 제1 열기를 서버실로부터 밀폐하는 열복도 밀폐를 구현하고, 제1 열기를 배출하기 위한 제1 송풍팬을 포함하는 덕트, 덕트로부터 제1 통기구를 통해 배출되는 제1 열기를 냉각하여 항온항습기실에 제2 열기를 공급하는 제1 냉수 코일, 제2 열기를 배출하기 위한 복수 개의 제2 송풍팬, 항온항습기실의 제2 열기를 냉각하여 분리벽의 제2 통기구를 통해 서버실에 냉기를 공급하는 제2 냉수 코일 및 서버랙의 내부 온도를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하고, 분리벽에 벽면형으로 형성되는 항온항습기, 및 제1 열기에 대한 냉각 및 제2 열기에 대한 냉각을 위해 제1 냉수 코일 및 제2 냉수 코일에 냉수를 순환시키기 위한 냉수 배관을 포함하고, 컨트롤러는 제1 송풍팬의 출력, 제2 송풍팬의 출력 및 냉수 배관의 냉수 유량을 조정하여 서버랙의 내부 온도를 제어하는, 항온항습 시스템이 개시된다.

Description

대규모 고밀도 데이터 센터 냉방을 위한 대용량 벽면 타입 항온항습기 및 2단 냉각 코일과 컨테인먼트 내 가변 팬으로 구성된 효과적인 냉방 시스템{EFFECTIVE COOLING SYSTEM INCLUDING LARGE CAPACITY WALL TYPE THERMOS HYGROSTAT FOR COOLING LARGE SCALE HIGH DENSITY DATA CENTER, DUAL COOLING COILS AND VARIABLE FAN INSIDE CONTAINMENT}

본 발명은 대규모 고밀도 데이터 센터 냉방을 위한 대용량 벽면 타입 항온항습기 및 2단 냉각 코일과 컨테인먼트 내 가변 팬으로 구성된 효과적인 냉방 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 데이터 센터의 온도 및 습도를 일정하게 유지하기 위해 항온항습기실, 덕트, 제1 냉수 코일, 항온항습기 및 냉수 배관을 포함하는 항온항습 시스템에 관한 것이다.

모바일 디바이스의 성능 향상 및 무선 통신 기술의 발전과 함께, 대용량의 데이터를 처리하기 위한 데이터 센터가 활용되고 있다. 데이터 센터에서는, 대용량의 서버들의 지속적인 발열 및 외부 환경에 의해 서버실의 온도 및 습도에 변동이 생길 수 있고, 온도 및 습도가 정상 범위를 이탈하는 경우 데이터 센터의 성능 및 수명에 악영향이 있을 수 있으므로, 데이터 센터의 온도 및 습도는 상시 일정한 범위 내로 유지될 것이 요구될 수 있다.

제4차 산업혁명의 시대의 중심이 되는 인공지능 테크놀로지 분야뿐만 아니라 VR(Virtual Reality, 가상현실), AR(Augmented Reality, 증강현실), 자율주행 자동차 및 자율주행 드론(플라잉카) 등의 기술을 구현하기 위해서는 많은 양의 데이터를 빠르게 처리하는 것이 중요하다. 이러한 기술을 적용하려면 그래픽 데이터 처리를 위한 GPU(Graphics Processing Unit) 서버가 상당히 많이 필요하게 되는데 이들 분야를 구현할 때 가장 밑바탕이 되는 기저산업은 인공지능에 대한 데이터 처리와 GPU 서버들을 운용할 인공지능 데이터센터이다. GPU가 주가 되는 인공지능 데이터센터는 기존의 데이터센터보다 훨씬 더 많은 전력을 필요로 하게 되며 필연적으로 고전력, 고발열 서버의 발열량을 처리하는 것이 큰 과제가 되고 있는데, 대용량의 고발열을 해소하기위한 적절한 냉각방식과 이를 운용하는데 소비되는 운전 에너지를 절감하는 효과적인 솔루션이 필요하다.

기존의 상용 항온항습기 제품의 냉방용량이 한정되어 있어 이 제품으로 설치한다면 상당히 많은 수량의 제품이 필요하게 되어 설치공간도 많이 필요할 뿐만 아니라 이러한 방식만으로는 고발열 해소를 위한 운전이 불가능하다. 기존의 데이터 센터들에서는 각 서버랙마다의 소비 전력이 2~3 kW 수준의 저밀도 서버가 주류를 이루고 있었으나, 근래에 슈퍼 컴퓨팅 시스템, 고밀도 클라우드 데이터 센터 및 인공지능 데이터 센터와 같이 기존의 데이터 처리량을 크게 상회하는 데이터 센터들이 등장하고 있고, 그 중에는 GPU를 탑재하는 서버에서 랙당 12~40 kW의 전력이 소비되는 경우도 있어, 종래 대비 데이터 센터의 열부하가 크게 상승하고 있는 추세이다.

따라서, 기존의 항온항습 시스템에 의해서는, 데이터 센터의 증가한 열부하를 해소하기가 어려울 수 있어, 항온항습 시스템의 냉각 성능이 향상될 것이 요구될 수 있다. 한편, 데이터 센터의 소비 전력 및 열부하가 증가할수록 항온항습 시스템의 운전에 의해 소비되는 전력 또한 함께 증가하게 되므로, 항온항습 시스템의 자체 소비 전력을 저감하기 위한 기술 또한 요구될 수 있다.

본 발명으로부터 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고밀도 데이터 센터의 열부하를 해소하는 냉각 성능이 향상된 항온항습 시스템을 제공하고, 항온항습 시스템의 운전 방식을 개선하여 항온항습 시스템에 의해 소비되는 전력을 절감하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 데이터 센터의 온도 및 습도를 일정하게 유지하기 위한 항온항습 시스템은, 상기 데이터 센터의 서버들이 위치하는 서버실로부터 분리벽에 의해 분리되는 항온항습기실; 상기 서버들을 보관하는 서버랙으로부터 상기 분리벽의 제1 통기구까지 연결되어 상기 서버들에 의해 발생되는 제1 열기를 상기 서버실로부터 밀폐하는 열복도 밀폐를 구현하고, 상기 제1 열기를 배출하기 위한 제1 송풍팬을 포함하는 덕트; 상기 덕트로부터 상기 제1 통기구를 통해 배출되는 상기 제1 열기를 냉각하여 상기 항온항습기실에 제2 열기를 공급하는 제1 냉수 코일; 상기 제2 열기를 배출하기 위한 복수 개의 제2 송풍팬, 상기 항온항습기실의 상기 제2 열기를 냉각하여 상기 분리벽의 제2 통기구를 통해 상기 서버실에 냉기를 공급하는 제2 냉수 코일 및 상기 서버랙의 내부 온도를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하고, 상기 분리벽에 벽면형으로 형성되는 항온항습기; 및 상기 제1 열기에 대한 냉각 및 상기 제2 열기에 대한 냉각을 위해 상기 제1 냉수 코일 및 상기 제2 냉수 코일에 냉수를 순환시키기 위한 냉수 배관을 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 제1 송풍팬의 출력, 상기 제2 송풍팬의 출력 및 상기 냉수 배관의 냉수 유량을 조정하여 상기 서버랙의 내부 온도를 제어한다.

본 발명에 따른 항온항습 시스템에 의하면, 덕트에 의해 열복도 밀폐가 구현될 수 있고, 제1 냉수 코일 및 항온항습기의 제2 냉수 코일에 의해 벽면형(wall-type) 냉각 방식이 적용될 수 있으므로, 열복도 밀폐와 벽면형 빌트인 팬월(fan-wall) 또는 쿨월(cool-wall) 냉각이 통합되어 효율적인 항온항습이 이루어질 수 있다. 특히, 제1 냉수 코일 및 항온항습기의 제2 냉수 코일에 의해 서버들로 발생하는 열기가 이중으로 냉각될 수 있으므로, 높은 열부하를 갖는 데이터 센터에 대해서도 항온항습이 원활하게 제공될 수 있다.

또한, 항온항습기에 컨트롤러가 구비될 수 있고, 항온항습을 위한 제어 변수들로서, 제1 송풍팬의 출력, 제2 송풍팬의 출력 및 냉수 배관의 냉수 유량이 컨트롤러에 의해 조정될 수 있으므로, 그로 인해 항온항습 시스템의 소비 전력이 절감될 수 있다.

도 1은 일부 실시예에 따른 항온항습 시스템을 구성하는 요소들을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 항온항습기를 구성하는 요소들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 제1 냉수 코일, 항온항습기 및 냉수 배관이 연결되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 항온항습 시스템에서 제1 냉수 코일 및 항온항습기에 의한 이중 냉각이 수행되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 온도 센싱용 윈도우에 의한 경계면에 온도 센서가 배치되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 인-로우 타입 쿨러에 의해 추가 냉각이 수행되는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 컨트롤러에 의해 항온항습 시스템의 온도 및습도가 제어되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 이하에서의 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명에 따른 권리범위를 제한하거나 한정하기 위한 것은 아니다. 본 발명에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 상세한 설명 및 실시예들로부터 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명에 따른 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에 관한 기술 분야에서 널리 사용되는 일반적인 용어로 기재되었으나, 본 발명에서 사용되는 용어의 의미는 해당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 새로운 기술의 출현, 심사기준 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 일부 용어는 출원인에 의해 임의로 선정될 수 있고, 이 경우 임의로 선정되는 용어의 의미가 상세하게 설명될 것이다. 본 발명에서 사용되는 용어는 단지 사전적 의미만이 아닌, 명세서의 전반적인 맥락을 반영하는 의미로 해석되어야 한다.

본 발명에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 와 같은 용어는 명세서에 기재되는 구성 요소들 또는 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 일부 구성 요소들 또는 단계들은 포함되지 않는 경우, 및 추가적인 구성 요소들 또는 단계들이 더 포함되는 경우 또한 해당 용어로부터 의도되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 와 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들 또는 단계들을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 해당 구성 요소들 또는 단계들은 서수에 의해 한정되지 않아야 한다. 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성 요소 또는 단계를 다른 구성 요소들 또는 단계들로부터 구별하기 위한 용도로만 해석되어야 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 본 발명에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 대해서는 자세한 설명이 생략된다.

도 1은 일부 실시예에 따른 항온항습 시스템을 구성하는 요소들을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 데이터 센터의 온도 및 습도를 일정하게 유지하기 위한 항온항습 시스템(1)은 항온항습기실(200), 덕트(120), 제1 냉수 코일(220), 항온항습기(210) 및 냉수 배관(213)을 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 1에 도시된 요소들 외에 다른 범용적인 요소들이 항온항습 시스템(1)에 더 포함될 수 있다.

항온항습 시스템(1)은 데이터 센터의 항온항습을 유지하기 위한 것일 수 있다. 데이터 센터는 서버들을 보관하는 서버랙(110) 및 서버랙(110)이 위치하는 서버실(100)로 구성될 수 있다. 항온항습 시스템(1)은 데이터 센터의 서버실(100) 및 서버랙(110)에 대해 설치될 수 있다. 데이터 센터에 항온항습 시스템(1)이 설치되는 경우, 데이터 센터가 높은 소비 전력 및 대용량 열부하를 갖더라도 서버들이 보관되는 서버실(100) 및 서버랙(110)의 온도 및 습도가 일정하게 유지될 수 있다.

항온항습기실(200)은 데이터 센터의 서버들이 위치하는 서버실(100)로부터 분리벽에 의해 분리될 수 있다. 항온항습기실(200)은 서버실(100)로부터 열적으로 분리된 공간으로서, 분리벽에 벽면형(wall-type) 및 빌트인으로 형성되는 제1 냉수 코일(220) 및 제2 냉수 코일(210)에 의해 항온항습기실(200) 및 서버실(100) 간의 공기 교환이 이루어질 수 있으며, 공기 교환 과정에서 온도 및 습도가 조절될 수 있다.

덕트(120)는 서버들을 보관하는 서버랙(110)으로부터 분리벽의 제1 통기구까지 연결되어 서버들에 의해 발생되는 제1 열기를 서버실(100)로부터 밀폐하는 열복도 밀폐를 구현할 수 있고, 제1 열기를 배출하기 위한 제1 송풍팬(121)을 포함할 수 있다.

덕트(120)는 서버랙(110)으로부터 분리벽의 제1 통기구까지를 연결할 수 있고, 덕트(120)에 의해 서버실(100)이 덕트(120)의 내부 및 덕트(120)의 외부로 분리될 수 있다. 즉, 서버랙(110)으로부터 발생되는 열기는 덕트(120)의 외부로 빠져나갈 수 없고, 다만 분리벽의 제1 통기구를 통해 제1 냉수 코일(220)을 거쳐 항온항습기실(200)로 빠져나갈 수 있다. 따라서, 덕트(120)의 내부는 열복도로 기능하고 덕트(120)의 외부는 냉복도로 기능하여, 열복도 밀폐(hot aisle containment)가 구현될 수 있다.

한편, 서버들에 의해 발생되는 제1 열기는 덕트(120) 내부에 밀폐되어 외부로 빠져나가지 못한다는 점이 설명되었으나, 덕트(120)에 온도 센싱용 윈도우(122)가 형성되는 경우, 온도 센싱용 윈도우(122)의 근방에서 일부 열기의 출입이 있을 수 있다. 다만, 온도 센싱용 윈도우(122) 근방의 온도 센싱을 위한 국부적인 열 출입을 제외하고는, 거시적으로는 덕트(120)로 인한 열복도 밀폐에 의해 덕트(120) 내부의 제1 열기가 밀폐되어 서버실(100)의 공기와 분리될 수 있다. 온도 센싱용 윈도우(122)에 대해서는 도 5를 참조하여 후술될 수 있다.

덕트(120)는 서버랙(110)에서 발생하는 제1 열기를 항온항습기실(200)로 배출하기 위한 제1 송풍팬(121)을 포함할 수 있다. 제1 송풍팬(121)은, 항온항습기(210)의 복수 개의 제2 송풍팬(211)과는 별도로 구비되어, 덕트(120) 내부에서의 에어 순환을 개선할 수 있다. 예를 들면, 제1 송풍팬(121)은 덕트(120)에서 좌측 1/3 지점에 설치될 수 있다. 또한, 제1 송풍팬(121)에 의하면 에어 순환이 개선되어 복수 개의 제2 송풍팬(211)의 구동 출력이 감소할 수 있어 항온항습 시스템(1) 전체의 전력 소모가 감소할 수 있다.

분리벽의 제1 통기구는 덕트(120)의 말단이 설치되는 곳으로서, 서버랙(110)에서 발생하는 제1 열기가 항온항습기실(200)로 배출되기 위한 통로일 수 있다. 분리벽의 제1 통기구에는 제1 냉수 코일(220)이 설치되어, 제1 열기가 항온항습기실(200)로 배출되는 과정에서 제1 냉수 코일(220)에 의해 냉각되어, 제1 열기보다 낮은 온도의 제2 열기가 항온항습기실(200)에 공급될 수 있다.

즉, 제1 냉수 코일(220)은 덕트(120)로부터 제1 통기구를 통해 배출되는 제1 열기를 냉각하여 항온항습기실(200)에 제2 열기를 공급할 수 있다. 제1 냉수 코일(220)은 벽면형 및 빌트인 형태로 분리벽의 제1 통기구에 형성될 수 있고, 내부에서 순환되는 냉수에 의해, 제1 통기구를 통과하는 제1 열기의 온도를 낮출 수 있다.

항온항습기(210)는 제2 열기를 배출하기 위한 복수 개의 제2 송풍팬(211), 항온항습기실(200)의 제2 열기를 냉각하여 분리벽의 제2 통기구를 통해 서버실(100)에 냉기를 공급하는 제2 냉수 코일(214) 및 서버랙(110)의 내부 온도를 제어하기 위한 컨트롤러(212)를 포함할 수 있고, 분리벽에 벽면형으로 형성될 수 있다.

항온항습기(210)는 분리벽의 제2 통기구에 벽면형 및 빌트인 형태로 설치될 수 있다. 제1 냉수 코일(220)을 거쳐 항온항습기실(200)로 배출된 제2 열기는, 다시 항온항습기(210)를 거쳐 냉각되어 서버실(100) 내부로 다시 공급될 수 있다. 제2 열기를 냉기로 냉각하기 위해 항온항습기(210)에는 제2 냉수 코일(214)이 구비될 수 있다. 제2 냉수 코일(214)은 분리벽의 제2 통기구에 인접하게 형성되어, 항온항습기실(200)로부터 서버실(100)로 빠져나가는 제2 열기의 온도를 낮추어 냉기를 형성할 수 있다.

예를 들면, 제1 열기의 온도는 30℃ 이상 45℃ 이하일 수 있고, 제2 열기의 온도는 25℃ 이상 35℃ 이하일 수 있고, 냉기의 온도는 15℃ 이상 30℃ 이하일 수 있다. 또는, 제1 열기의 온도는 35℃일 수 있고, 제2 열기의 온도는 30℃일 수 있고, 냉기의 온도는 25℃일 수 있다.

항온항습기(210)의 컨트롤러(212)에 의해 서버랙(110)의 내부 온도가 제어될 수 있다. 컨트롤러(212)는 서버실(100), 서버랙(110) 및 항온항습 시스템(1)의 각부에 형성되는 센서로부터 측정되는 측정값들에 기반하여, 항온항습 시스템(1)의 운전에 관여하는 다양한 변수들의 값을 조정할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(212)는 CPU, AP 등과 같은 프로세서일 수 있고, 컨트롤러(212)는 프로세서와 커플링되는 메모리와 일체로 형성되거나, 또는 별도의 메모리를 포함할 수도 있다.

냉수 배관(213)은 제1 열기에 대한 냉각 및 제2 열기에 대한 냉각을 위해 제1 냉수 코일(220) 및 제2 냉수 코일(214)에 냉수를 순환시키기 위한 것일 수 있다. 제1 냉수 코일(220)이 제1 열기를 제2 열기로 냉각하기 위한 냉수 및 항온항습기(210)의 제2 냉수 코일(214)이 제2 열기를 냉기로 냉각하기 위한 냉수는 모두 냉수 배관(213)에 의해 공급될 수 있다. 한편, 냉수 배관(213)에 의해 제1 냉수 코일(220) 및 제2 냉수 코일(214)에 공급되는 냉수의 유량은 이중 복합 밸브(2-way 복합 밸브)에 의해 조정될 수 있다.

컨트롤러(212)는 제1 송풍팬(121)의 출력, 제2 송풍팬(211)의 출력 및 냉수 배관(213)의 냉수 유량을 조정하여 서버랙(110)의 내부 온도를 제어할 수 있다. 제1 송풍팬(121) 및 제2 송풍팬(211)이 높은 출력으로 구동할수록, 또한 냉수 배관(213)을 통해 제1 냉수 코일(220) 및 제2 냉수 코일(214)에 공급되는 냉수 유량이 많을수록 냉각 세기가 강해질 수 있으므로, 컨트롤러(212)는 이들을 조정하여 서버실(100) 및 서버랙(110)의 내부 온도를 제어할 수 있다.

전술한 바와 같은 항온항습 시스템(1)에 의하면, 열복도 밀폐 방식의 덕트(120)가 제공될 수 있고, 서버실(100) 및 항온항습기실(200)을 분리하는 분리벽에 벽면형 및 빌트인 형태로 형성되는 제1 냉수 코일(220) 및 항온항습기(210)에 의해 팬월(fan-wall)/쿨월(cool-wall) 냉각 방식이 제공될 수 있어, 두 방식들의 통합에 의해 보다 체계적인 항온항습이 이루어질 수 있다.

또한, 서버랙(110)으로부터 발생하는 열기가 항온항습기실(200)을 거쳐 서버실(100)로 돌아오는 과정에서 제1 냉수 코일(220) 및 항온항습기(210)에 의해 이중으로 냉각이 수행될 수 있으므로, 단일의 냉수 코일만을 활용하는 경우 대비 높은 냉각 성능이 달성될 수 있다.

또한, 위와 같은 항온항습 시스템(1)의 이중 냉각 구조에 의하면, 서버랙(110)에 의해 발생되는 열기가 항온항습기실(200)에 그대로 전달되는 것이 아니고, 제1 냉수 코일(220)에 의해 1차적으로 냉각된 공기가 항온항습기실(200)에 전달될 수 있으므로, 항온항습 시스템(1)의 유지 및 보수를 위해 엔지니어가 항온항습기실(200)에서 작업할 때 보다 쾌적한 작업 환경이 제공될 수 있다. 예를 들면, 이중 냉각 구조의 제1 냉수 코일(220)이 없을 경우 약 35℃ 이상의 열기가 항온항습기실(200)에 그대로 전달되는 반면, 제1 냉수 코일(220)이 구비되는 경우에는 열기가 약 30℃ 이하로 1차 냉각되어 항온항습기실(200)에 전달되므로, 보다 쾌적한 환경에서 보다 적절한 유지 보수가 이루어질 수 있다.

도 2는 일부 실시예에 따른 항온항습기를 구성하는 요소들을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 항온항습기(210)는 복수 개의 제2 송풍팬(211), 컨트롤러(212) 및 제2 냉수 코일(214) 외에도, 추가적으로 염화망 필터(216), 에어 필터(215) 및 에어 댐퍼(230)를 더 포함할 수 있다.

염화망 필터(216) 및 에어 필터(215)는 차례로 항온항습기실(200)에서 서버실(100)로 전달되는 제2 열기의 불순물을 여과할 수 있다. 예를 들면, 큰 입자는 염화망 필터(216)에서 걸러지고, 보다 미세한 입자는 에어 필터(215)에서 걸러질 수 있다. 또는, 염화망 필터(216) 및 에어 필터(215)는 다양한 방식으로 복수 개의 제2 송풍팬(211)의 전후에서 공기 여과를 수행할 수 있다.

에어 댐퍼(230)는 전동식 에어 타이트 댐퍼의 일종으로서, 피스톤 릴리즈 댐퍼(piston release damper)일 수 있다. 에어 댐퍼(230)는 항온항습기(210)의 운전 정지가 필요한 경우, 예를 들면 화재시와 같은 경우, 또는 후술할 바와 같은 항온항습 시스템(1)의 리던던시(Redundancy) 구조에서 일부 항온항습기를 정지시키는 경우에 항온항습기실(200)에서 서버실(100)로 통하는 공기 흐름을 방지할 수 있다.

항온항습기(210)는 상단 및 하단의 2단으로 분리 제작되어 조립될 수 있다. 항온항습기(210)는 정면에서 보았을 때 가로 길이 및 세로 길이가 각각 약 3.2 m에 달하는 비교적 큰 크기의 설비이기 때문에, 운반이나 설치, AS 등이 원활하게 수행되도록 상단 및 하단의 2단으로 제작되어 이후 항온항습기실(200)의 벽면에서 조립될 수 있다.

항온항습기(210)의 2단 조립 구조를 고려하여, 항온항습기실(200)의 폭은 항온항습기(210)의 폭의 2배 이상일 수 있다. 항온항습기실(200)에 항온항습기(210)의 상단 및 하단을 모두 진입시켜 양자의 조립을 수행하기 위해서는, 최소한 항온항습기실(200)의 폭이 항온항습기(210)의 두 배일 것이 요구될 수 있다. 예를 들면, 항온항습기실(200)의 폭은 약 2.9 m이고, 항온항습기(210)의 폭은 약 1.3 m일 수 있다.

한편, 항온항습기실(200)의 공간 효율을 위해서는 항온항습기(210)의 폭이 작을수록 유리할 수 있으나, 항온항습기(210)의 성능의 측면을 고려하면 항온항습기(210)의 폭을 줄이는 것에는 한계가 있을 수 있다. 따라서, 항온항습기(210)는 공간 효율 및 냉각 성능 양자를 모두 고려하여 그 구조가 결정될 것이 요구될 수 있다.

예를 들면, 제2 냉수 코일(214)과 에어 필터(215) 및 복수 개의 제2 송풍팬(211) 간의 거리가 적정하게 설정될 것이 요구될 수 있다. 양자 간의 거리가 너무 좁으면 제2 송풍팬(211)에 의한 바람이 에어 필터(215)와 제2 냉수 코일(214)의 면 전체에 골고루 퍼질 수가 없어 제2 냉수 코일(214)에서의 열교환이 원활하게 형성되지 못하기 때문에 항온항습기(210)의 냉각 효율이 떨어질 수 있다. 이를 방지하기 위해 양자 간의 거리를 어느 정도는 이격시킬 것이 필요할 수 있다.

예시로서, 제2 송풍팬(211)의 팬 날개끝에서 에어 필터(215)까지의 거리는 각 제2 송풍팬(211)의 팬 지름의 0.8배 이상이 바람직할 수 있고, 또는 송풍팬(Centrifugal Type)의 제조사 및 모델에 따라 그 특성이 달리 적용될 수가 있는데, 보통 1.0배 정도가 바람직할 수 있다. 이격 거리가 이보다 클 경우 공간 효율이 저하될 수 있고, 이격 거리가 이보다 작을 경우 냉각 효율 및 전기 효율이 저하될 수 있다. 또 한가지 더 고려할 사항은 제2 송풍팬(211)의 흡입구로 공기가 흡입되는 입구 방향으로 팬 지름의 0.5배 거리 내에는 공기 흡입에 영향을 줄 수 있는 지장물 등이 있으면 팬의 풍량 및 효율 등에 영향을 미치게 되므로 어떠한 부품이나 장치가 없어야 한다. 다만, 공기투과율이 현저히 높은 염화망필터(216)의 경우는 이에 영향이 없어, 설계에 반영될 수 있다.

도 3은 일부 실시예에 따른 제1 냉수 코일, 항온항습기 및 냉수 배관이 연결되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 항온항습기실(200)에서 냉수 배관(213)에 의해 제1 냉수 코일(220) 및 항온항습기(210)의 제2 냉수 코일(214)에 냉수가 공급되는 구조의 예시가 도시되어 있다.

도 3에서, 청색관은 아직 냉각에 활용되지 않은 냉수가 지나는 관을 의미할 수 있고, 적색관은 냉각에 활용된 이후 되돌아오는 리턴물이 지나는 관을 의미할 수 있다. 예를 들면, 청색관의 냉수는 약 15℃일 수 있고, 적색관의 리턴물은 약 20℃일 수 있다.

도시된 바와 같이, 제1 냉수 코일(220)에는 정유량 밸브(221)를 통해 냉수 배관(213)으로부터 냉수가 공급될 수 있고, 항온항습기(210)의 제2 냉수 코일(214)에는 이중 복합 밸브(2-way 복합 밸브)에 의해 냉수가 공급될 수 있다. 이중 복합 밸브에 의하면, 항온항습기(210)의 상단 및 하단에 공급되는 냉수의 유량이 조절될 수 있다.

도 4는 일부 실시예에 따른 항온항습 시스템에서 제1 냉수 코일 및 항온항습기에 의한 이중 냉각이 수행되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 서버실(100)의 서버랙(110)에서 발생하는 제1 열기가 적색 화살표로, 제1 냉수 코일(220)에 의해 냉각되어 항온항습기실(200)에 공급되는 제2 열기가 주황색 화살표로, 항온항습기(210)에 의해 냉각되어 다시 서버실(100)로 공급되는 냉기가 청색 화살표로 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 항온항습 시스템(1)에 의한 냉각은 이중으로 수행될 수 있으므로, 항온항습기실(200) 내부의 공기가 제1 열기보다 낮은 온도의 제2 열기일 수 있어, 항온항습 시스템(1)에 대한 유지 보수가 이루어질 경우 항온항습기실(200)의 환경이 보다 쾌적하게 제공될 수 있다.

한편, 덕트(120), 제1 냉수 코일(220) 및 항온항습기(210)로 구성되는 하나의 세트에 있어서, 항온항습 시스템(1)은 서버실(100)에 구비되는 둘 이상의 서버랙들에 각각 대응되는 둘 이상의 세트들을 포함할 수 있다. 또한, 항온항습 시스템(1)은 둘 이상의 세트들이 항온항습기실(200)을 공유하는 리던던시(redundancy) 구조로 형성될 수 있다.

즉, 도 4의 아래에 도시된 바와 같이, 서버실(100) 내에 복수 개의 서버랙들이 존재하는 경우, 각 서버랙마다 별도로 덕트, 제1 냉수 코일, 항온항습기의 세트가 형성될 수 있다. 다만 항온항습기실(200)은 둘 이상이 아닌 단일 개수로 구성되며, 둘 이상의 세트들이 하나의 항온항습기실(200)을 공유할 수 있다. 이 때 냉수 배관(213) 또한 둘 이상의 세트들에 대해 공유될 수 있다.

항온항습 시스템(1)이 위와 같은 리던던시 구조로 형성되는 경우, 항온항습기실(200)의 공간 전체가, 덕트들로부터 배출되는 열기가 섞이는 챔버(Mixing Chamber)의 역할을 하는 공간으로 기능할 수 있다. 그 경우, 복수 개의 항온항습기들 중 일부에 고장이 발생한 경우에도 나머지 항온항습기에 의해 서버실(100)의 항온항습이 유지될 수 있고, 또는 서버실(100)의 열부하에 따라 전력 절감을 위해 의도적으로 항온항습기들 중 일부만이 동작할 수도 있다. 즉, 리던던시 구조에 의해 항온항습 시스템(1)의 안정성 및 전력 효율이 향상될 수 있다.

도 5는 일부 실시예에 따른 온도 센싱용 윈도우에 의한 경계면에 온도 센서가 배치되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 덕트(120)의 표면에 형성되는 온도 센싱용 윈도우(온도센싱창)(122) 및 온도 센싱용 윈도우(122)의 중간 지점에 배치되는 온도 센서가 도시되어 있다.

덕트(120)는, 덕트(120) 내부의 열복도 및 덕트(120) 외부의 냉복도를 구분하는 경계가 되는 것으로서, 덕트(120)의 표면상에 온도 센싱용 윈도우(122)가 형성되는 경우 온도 센싱용 윈도우(122)에서 내부 열복도 및 외부 냉복도의 경계면이 형성될 수 있고, 이 때 온도 센서는 내부 열복도 및 외부 냉복도의 경계면 상에 위치할 수 있다.

컨트롤러(122)는 온도 센서에 의해 측정되는 온도 및 기설정 온도의 차이에 기초하여 제1 송풍팬(121)의 출력, 제2 송풍팬의 출력(214) 및 냉수 배관(213)의 냉수 유량을 조정할 수 있다. 즉, 컨트롤러(122)는 온도 센싱용 윈도우(122) 상에 배치되는 온도 센서에 기초하여 서버실(100) 및 서버랙(110)의 온도를 제어할 수 있다.

온도 센싱용 윈도우(122) 상에 배치되는 온도 센서에 기초하여 컨트롤러(122)가 서버실(100) 온도를 제어하는 경우, 열복도 및 냉복도에서의 압력 차이에 대한 제어가 이루어질 수 있다. 항온항습 시스템(1)의 덕트(120)에 의한 열복도 밀폐 방식과 같이, 열복도와 냉복도를 분리하는 냉방 방식에서는 컨테인먼트의 내외부 압력 차이를 제어하여 운전하는 것이 필수적으로 요구될 수 있다.

다만, 종래의 컨테인먼트 방식에서 내외부 압력 차이를 이용하는 방식과는 달리, 항온항습 시스템(1)은 온도 센싱용 윈도우(122) 상에 배치되는 온도 센서를 이용하여, 보다 정밀한 온도 및 압력 제어를 수행할 수 있다.

구체적으로, 덕트(120) 표면에 온도 센싱용 윈도우(122)를 형성하고, 열복도 및 냉복도의 경계면에 온도 센서를 위치시키게 되면, 온도 센서에 의한 측정 온도가 설정 온도보다 높을 경우 열복도 측의 공기가 냉복도 측으로 새어나감을 의미하게 되어, 열복도 내부의 정압(압력)이 냉복도의 정압보다 높음을 의미할 수 있으므로, 온도 센싱용 윈도우(122)의 온도 센서에 의해 열복도 및 냉복도의 압력이 간접적으로 측정될 수 있다. 따라서 컨트롤러(212)는 온도 센싱용 윈도우(122)의 온도 센서를 활용하여 서버실(100)의 온도를 제어할 수 있다.

예를 들면, 컨트롤러(212)는 온도 센서에 의해 측정되는 온도가 기설정 온도보다 높은 경우 제2 송풍팬(211)의 출력을 증가시키고, 온도 센서에 의해 측정되는 온도가 기설정 온도보다 낮은 경우 제2 송풍팬(211)의 출력을 감소시킬 수 있다.

즉, 덕트(120) 표면에 온도 센싱용 윈도우(122)를 형성하고, 열복도 및 냉복도의 경계면에 온도 센서를 위치시키는 경우에는, 덕트(120) 내외부의 열복도 및 냉복도에 별도의 압력 센서를 설치하지 않더라도, 온도 센싱용 윈도우(122) 상에 열기가 밀려드는지 또는 냉기가 밀려드는지를 온도 센서로 확인하여 제2 송풍팬(211)의 출력을 조절함으로써, 열복도 및 냉복도의 압력까지 제어할 수 있다.

특히, 덕트(120) 상에 별도의 제1 송풍팬(121)이 설치될 수 있으므로, 열복도 내부의 압력을 변경할 필요가 있는 경우에 제1 송풍팬(121)에 의해 직접적인 압력 제어가 이루어질 수 있어, 항온항습이 보다 원활하게 수행될 수 있고, 또한 제1 송풍팬(121)에 의해 에어 순환이 개선되어, 제2 송풍팬(211)이 서버실(100)로 냉기를 공급하기 위한 운전 전력이 감소할 수 있어, 항온항습 시스템(1) 전체의 전력 효율이 향상될 수 있다.

또한, 컨트롤러(212)는 냉수 배관(213)의 냉수 유량을 조정함으로써 서버실(100)의 온도를 제어할 수도 있다. 냉수 배관(213)의 냉수 유량이 변경되는 경우 그에 따라 제1 냉수 코일(220) 및 제2 냉수 코일(214)을 통과하는 열기가 냉각되는 정도가 변경될 수 있어, 냉수 유량의 조절을 통해 서버실(100)에 공급되는 냉기의 냉각 정도가 결정될 수 있다. 냉수 배관(213)의 냉수 유량의 조정을 위해서는, 도 3에서 살핀 바와 같이, 제1 냉수 코일(220) 및 제2 냉수 코일(214)에 냉수를 공급하기 위한 이중 복합 밸브의 개폐량이 컨트롤러(212)에 의해 제어될 수 있다.

도 6은 일부 실시예에 따른 인-로우 타입 쿨러에 의해 추가 냉각이 수행되는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 항온항습 시스템(1)은 서버랙(110)에 형성되어 서버랙(110)의 내부 온도에 대한 추가 냉각을 수행하는 인-로우 타입 쿨러(240)를 더 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 인-로우 타입 쿨러(240)는 서버랙(110) 상에 직접 설치되어 추가 냉방을 공급할 수 있다.

예를 들면, 열복도 밀폐 방식 및 벽면형 냉수 코일 방식이 통합된 항온항습 시스템(1)은, 종래의 항온항습 시스템과는 달리 7~20 kW 수준의 고밀도, 고발열 서버들로 구성된 대형 데이터 센터에 대해서도 열부하 해소가 가능할 수 있다. 다만, 이를 초과하는 초대형 데이터 센터, 또는 일시적인 부하 집중에 의한 초고발열에 대응하기 위해서는, 항온항습 시스템(1)에 인-로우 타입 쿨러(240)가 추가적으로 채용될 수 있다.

도 7은 일부 실시예에 따른 컨트롤러에 의해 항온항습 시스템의 온도 및습도가 제어되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 컨트롤러(212)가 항온항습 시스템(1)을 제어하는 방식을 설명하기 위한 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 항온항습 시스템(1)은 덕트(120)의 표면에 형성되는 온도 센싱용 윈도우(온도센싱창)(122)를 포함할 수 있고, 뿐만 아니라 추가적인 센서들, 즉 열복도 내 온도센서(20), 항온항습기실 내 온도센서(30), 서버실 내 온도센서(11) 및 서버실 내 온습도센서(10)를 더 포함할 수 있다.

컨트롤러(212)는 위와 같은 항온항습 시스템(1)의 센서들에 의한 측정치에 기초하여 서버실(100)의 온도에 영향을 주는 다양한 제어 변수들을 조정할 수 있다. 도시된 바와 같이, 컨트롤러(212)는 냉수 배관(213)의 냉수 유량을 조정하기 위한 이중 복합 밸브(2-way 복합밸브)(213), 항온항습기(210)의 복수 개의 제2 송풍팬(급기송풍기 유닛)(211), 덕트(120)에 설치되는 제1 송풍팬(열복도 내 가변팬)(121) 에어 댐퍼(230)의 운전을 제어할 수 있다.

또한, 컨트롤러(212)는 서버실(100)의 습도를 제어할 수 있다. 이를 위해, 항온항습 시스템(1)은 서버랙(110)의 내부 습도를 측정하기 위한 습도 센서 및 서버랙(110)의 내부에 습기를 공급하기 위한 기화식 가습기(40)를 더 포함할 수 있고, 컨트롤러(212)는 습도 센서에 의해 측정되는 내부 습도 및 기설정 습도의 차이에 기초하여 기화식 가습기(40)를 온오프할 수 있다. 그에 따라, 항온항습 시스템(1)은 서버실(100) 및 서버랙(110)의 온도뿐만 아니라 습도 또한 일정한 범위로 유지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명되었으나 본 발명에 따른 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에 기재되어 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명에 따른 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 항온항습 시스템 100: 서버실
110: 서버랙 120: 덕트
121: 제1 송풍팬 122: 온도 센싱용 윈도우
200: 항온항습기실 210: 항온항습기
211: 복수 개의 제2 송풍팬 212: 컨트롤러
213: 냉수 배관 214: 제2 냉수 코일
215: 에어 필터 216: 염화망 필터
220: 제2 냉수 코일 221: 정유량 밸브
230: 에어 댐퍼 240: 인-로우 타입 쿨러

Claims

데이터 센터의 온도 및 습도를 일정하게 유지하기 위한 항온항습 시스템에 있어서,
상기 데이터 센터의 서버들이 위치하는 서버실로부터 분리벽에 의해 분리되는 항온항습기실;
상기 서버들을 보관하는 서버랙으로부터 상기 분리벽의 제1 통기구까지 연결되어 상기 서버들에 의해 발생되는 제1 열기를 상기 서버실로부터 밀폐하는 열복도 밀폐를 구현하고, 상기 제1 열기를 배출하기 위한 제1 송풍팬을 포함하는 덕트;
상기 덕트로부터 상기 제1 통기구를 통해 배출되는 상기 제1 열기를 냉각하여 상기 항온항습기실에 제2 열기를 공급하는 제1 냉수 코일;
상기 제2 열기를 배출하기 위한 복수 개의 제2 송풍팬, 상기 항온항습기실의 상기 제2 열기를 냉각하여 상기 분리벽의 제2 통기구를 통해 상기 서버실에 냉기를 공급하는 제2 냉수 코일 및 상기 서버랙의 내부 온도를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하고, 상기 분리벽에 벽면형으로 형성되는 항온항습기; 및
상기 제1 열기에 대한 냉각 및 상기 제2 열기에 대한 냉각을 위해 상기 제1 냉수 코일 및 상기 제2 냉수 코일에 냉수를 순환시키기 위한 냉수 배관을 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 제1 송풍팬의 출력, 상기 제2 송풍팬의 출력 및 상기 냉수 배관의 냉수 유량을 조정하여 상기 서버랙의 내부 온도를 제어하는, 항온항습 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 덕트는 상기 덕트의 표면에 형성되는 온도 센싱용 윈도우 및 상기 온도 센싱용 윈도우에 의한 상기 덕트의 내외부 경계면에 배치되는 온도 센서를 더 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 온도 센서에 의해 측정되는 온도 및 기설정 온도의 차이에 기초하여 상기 제1 송풍팬의 출력, 상기 제2 송풍팬의 출력 및 상기 냉수 배관의 냉수 유량을 조정하는, 항온항습 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 온도 센서에 의해 측정되는 온도가 기설정 온도보다 높은 경우 상기 제2 송풍팬의 출력을 증가시키고, 상기 온도 센서에 의해 측정되는 온도가 기설정 온도보다 낮은 경우 상기 제2 송풍팬의 출력을 감소시키는, 항온항습 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 항온항습기는 염화망 필터, 에어 필터 및 에어 댐퍼를 더 포함하는, 항온항습 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 제2 송풍팬 및 상기 에어 필터 간의 거리는 상기 제2 송풍팬의 팬 지름의 0.8배 이상 ~ 1.0배 이하인, 항온항습 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 항온항습기는 상단 및 하단의 2단으로 분리 제작되어 조립되는, 항온항습 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 항온항습기실의 폭은 상기 항온항습기의 폭의 2배 이상인, 항온항습 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 냉수 배관의 냉수 유량은 이중 복합 밸브에 의해 조정되는, 항온항습 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 열기의 온도는 30℃ 이상 45℃ 이하이고, 상기 제2 열기의 온도는 25℃ 이상 35℃ 이하이고, 상기 냉기의 온도는 15℃ 이상 30℃ 이하인, 항온항습 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 덕트, 상기 제1 냉수 코일 및 상기 항온항습기로 구성되는 하나의 세트에 있어서, 상기 항온항습 시스템은 상기 서버실에 구비되는 둘 이상의 서버랙들에 각각 대응되는 둘 이상의 세트들을 포함하고,
상기 항온항습 시스템은 상기 둘 이상의 세트들이 상기 항온항습기실을 공유하는 리던던시 구조로 형성되는, 항온항습 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 항온항습 시스템은 상기 서버랙에 형성되어 상기 서버랙의 내부 온도에 대한 추가 냉각을 수행하는 인-로우 타입 쿨러를 더 포함하는, 항온항습 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 항온항습 시스템은 상기 서버랙의 내부 습도를 측정하기 위한 습도 센서 및 상기 서버랙의 내부에 습기를 공급하기 위한 기화식 가습기를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 습도 센서에 의해 측정되는 상기 내부 습도 및 기설정 습도의 차이에 기초하여 상기 기화식 가습기를 온오프하는, 항온항습 시스템.