KR20220169042A

KR20220169042A - 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템

Info

Publication number: KR20220169042A
Application number: KR1020210078738A
Authority: KR
Inventors: 최병남; 김우중; 정덕수; 고민건
Original assignee: 주식회사 삼화에이스
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2022-12-27
Also published as: KR102507362B1; WO2022265140A1

Abstract

본 발명은 데이터센터 실외에 설치되고, 내부를 따라 순환하는 냉각수를 제1, 제2냉매와 열교환으로 냉각하여 유출하는 프리쿨링(free cooling) 냉동기와, 상기 프리쿨링 냉동기와 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인과 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인으로 연결되고, 유입된 냉각수와 제3냉매의 열교환으로 제3냉매를 냉각하여 유출하는 복수 개의 냉매분배기와, 데이터센터 실내 중 서버랙들 사이들에 배치되면서, 상기 냉매분배기들과 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인으로 연결되고, 내부를 따라 유동하는 제3냉매와 서버랙의 핫존(Hot Zone)에서 유동하는 실내공기의 열교환으로 실내공기를 냉각하여, 냉각된 실내공기를 서버랙의 쿨존(Cool Zone)으로 유출하는 복수 개의 인-로우(in-row) 냉방기, 및 상기 프리쿨링 냉동기, 복수 개의 냉매분배기 및 복수 개의 인-로우 냉방기와 전기적으로 연결되어, 외부공기의 온도를 기준으로 상기 프리쿨링 냉동기, 복수 개의 냉매분배기 및 복수 개의 인-로우 냉방기의 구동을 제어하는 제어부를 포함하여, 외부공기의 온도에 대응하여, 프리쿨링 냉동기를 최적의 운전모드로 운전 가능하여 전력 사용량을 최소화할 수 있고, 실내공기를 냉각하는 냉매로 액상의 냉매를 사용함에 따라 냉매의 증발잠열을 사용하여 고효율의 열교환이 가능하고, 실내에서 현열교환이 가능함에 따라 냉매가 상온에서 기체로 존재하여 서버실 실내에 결로가 생성되지 않는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템을 제공한다.

Description

프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템{Data center local cooling system with pre-cooling chiller}

본 발명은 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부공기의 온도에 대응하여, 프리쿨링 냉동기를 최적의 운전모드로 운전 가능하여 서버실의 냉각에 소요되는 전력 사용량을 최소화할 수 있고, 실내공기를 냉각하는 복수 개의 인-로우(in-row)냉방기를 전산실 서버랙 사이에 설치하면서, 액상의 냉매를 냉각하는 냉매분배기를 이용하여 상기 인-로우 냉방기로 냉각된 냉매를 순환시켜, 실내공기를 냉각하는 냉매로 액상의 냉매를 사용함에 따라 냉매의 증발잠열을 사용하여 고효율의 열교환이 가능하고, 실내에서 현열교환이 가능함에 따라 냉매가 상온에서 기체로 존재하여 서버실 실내에 결로가 생성되지 않는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템에 관한 것이다.

일반적으로 데이터센터는 사람이 거주하는 재실 공간이기보다는 IT 장비(서버)의 운영 환경을 최적의 상태로 유지시키는 것이 우선시되는 산업 건물에 가깝다.

즉, 장비의 보호와 안정적인 가동 조건을 제공하기 위해 에너지 절약보다는 환경 조절에 중점을 두어 왔다. 이는 IT 장비(서버)의 에러나 고장에 의해 수반되는 경제적 손실이 에너지 비용보다 훨씬 크기 때문에 적극적인 에너지 절약 방안을 고려하지 않았다.

그러나 전세계적인 추세에 따라 IT를 통해 지속 가능한 성장을 확보하는 것이 기업의 중요한 임무가 되었으며, 최근에는 클라우드 컴퓨팅(Cloud computing) 시장 확대로 전산 환경이 고도로 집적화되고, 엄청난 양의 서버가 가동되고 있어, 일반 건물과 비교하여 최대 40배 이상의 에너지를 소비하는 데이터 센터의 급증하는 에너지 소모량이 사회적인 이슈가 되고 있는 실정이다.

따라서, 종래 인터넷 데이터 센터(Internet data center)의 운영방식을 친환경, 에너지 절약형 방식으로 개선한 그린 인터넷 데이터 센터(Green IDC)시스템으로 운영하는 것은 필연적인 과제로 등장하고 있다.

종래의 그린 인터넷 데이터 센터의 공조 시스템에 대해서 한국공개특허 제10-2011-0129514호의 "그린컴퓨팅 환경을 실현한 인터넷데이터센터 공조시스템"이 개시된 바 있는데, 이는 인터넷데이터센터의 실내 온도 유지를 위하여 냉방 및 환기를 위한 공기조화기와 공기조화기의 작동을 제어하는 공기조화기제어장치, 실내와 실외(지상층 및 지하층) 온도를 감지하여 공기조화기제어장치로 그 정보를 제공하는 온도감지기, 공기조화기로부터 인터넷데이터센터 내 냉방을 실시하기 위한 냉방용덕트와 서버 및 네트워크장치가 장착된 랙으로부터 발생하는 열을 효율적으로 외부로 배출하기 위한 환기용덕트와 이와 연계된 환기구가 구비된 파티션으로 이루어진다.

하지만, 이와 같은 종래의 인터넷 데이터 센터의 공조 시스템은 외기의 도입 및 환기에 있어서, 에너지 절약 방식이 전혀 고려되지 않은 문제점을 가지고 있었다.

또한, 다른 예에 따른 종래의 인터넷 데이터 센터의 냉각 방식으로는 압축기에 전력이 공급되어 냉매를 압축하고, 압축된 냉매가 응축기에서 열을 배출하고, 증발기에서 열을 흡수하는 일반적인 기계식 냉각 사이클을 사용하고 있다.

실질적으로 인터넷 데이터 센터의 내부에서 발생하는 약 35℃의 배출공기를 냉각시키기 위하여, 개별적으로 공랭식 항온항습기를 사용하거나, 외부에 냉각탑을 설치하여 냉각된 냉수를 항온항습기에 공급하여 실내를 냉각하는 수냉식 방법을 사용하고 있는데, 이러한 기존의 냉각방식은 24시간 365일 항상 가동해야 하는 항온항습기의 전력사용량 중 가장 큰 비중을 차지하는 압축기에서 많은 양의 전력소비를 전제로 하고 있다는 점에서, 에너지 절약에 기여하지 못하는 문제점을 가지고 있었다.

최근에는 인터넷 데이터 센터의 에너지 효율화 방안으로 동절기에 외부의 차가운 공기를 직접 인터넷 데이터 센터의 내부에 공급하는 외기 냉방시스템을 적용하고 있다.

본 발명은 외부공기의 온도에 대응하여, 프리쿨링 냉동기를 최적의 운전모드로 운전 가능하여 서버실의 냉각에 소요되는 전력 사용량을 최소화할 수 있고, 실내공기를 냉각하는 복수 개의 인-로우(in-row)냉방기를 전산실 서버랙 사이에 설치하면서, 액상의 냉매를 냉각하는 냉매분배기를 이용하여 상기 인-로우 냉방기로 냉각된 냉매를 순환시켜, 실내공기를 냉각하는 냉매로 액상의 냉매를 사용함에 따라 냉매의 증발잠열을 사용하여 고효율의 열교환이 가능하고, 실내에서 현열교환이 가능함에 따라 냉매가 상온에서 기체로 존재하여 서버실 실내에 결로가 생성되지 않는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템은 데이터센터 실외에 설치되고, 내부를 따라 순환하는 냉각수를 제1, 제2냉매와 열교환으로 냉각하여 유출하는 프리쿨링(free cooling) 냉동기; 상기 프리쿨링 냉동기와 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인과 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인으로 연결되고, 유입된 냉각수와 제3냉매의 열교환으로 제3냉매를 냉각하여 유출하는 복수 개의 냉매분배기; 데이터센터 실내 중 서버랙들 사이들에 배치되면서, 상기 냉매분배기들과 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인으로 연결되고, 내부를 따라 유동하는 제3냉매와 서버랙의 핫존(Hot Zone)에서 유동하는 실내공기의 열교환으로 실내공기를 냉각하여, 냉각된 실내공기를 서버랙의 쿨존(Cool Zone)으로 유출하는 복수 개의 인-로우(in-row) 냉방기; 및 상기 프리쿨링 냉동기, 복수 개의 냉매분배기 및 복수 개의 인-로우 냉방기와 전기적으로 연결되어, 외부공기의 온도를 기준으로 상기 프리쿨링 냉동기, 복수 개의 냉매분배기 및 복수 개의 인-로우 냉방기의 구동을 제어하는 제어부;를 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 냉매분배기 각각은 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인과, 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인으로 연결되어, 과열 상태의 제3냉매를 유입하여 냉각수와 열교환 시켜, 과냉 상태로 응축하여 유출하는 제3판형열교환기와; 상기 제3판형열교환기와 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인으로 연결되고, 상기 제3판형열교환기에서 응축되어 유출된 제3냉매를 수용하는 수액기와; 상기 수액기와 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인으로 연결되고, 상기 수액기에서 유출된 제3냉매를 복수 개의 인-로우 냉방기로 압송하는 제3냉매펌프를 구비한다.

그리고 본 발명에 따른 상기 인-로우 냉방기 각각은 제3냉매유동라인을 통해 유입된 제3냉매와 실내공기를 열교환 시켜, 실내공기를 냉각하는 마이크로핀열교환기와; 상기 마이크로핀열교환기 중 실내 측에 구비되어, 실내로 배출되는 공기의 온도를 측정하는 온도센서와; 상기 제3냉매유동라인 상에 구비고, 상기 온도센서에서 측정한 제3냉매의 온도를 기반으로 제3냉매유동라인을 따라 유동하는 제3냉매의 유동량을 선택적으로 조절하는 전자식밸브와; 상기 마이크로핀열교환기에서 열교환으로 냉각된 실내공기를 쿨존으로 송풍하는 송풍기를 구비한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 프리쿨링 냉동기는 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인 상에 구비되어, 상기 냉각수유동라인를 따라 유동하는 냉각수를 압송하는 냉각수펌프와, 상기 냉각수유동라인과 제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되어, 내부를 따라 순환하는 제1냉매와 냉각수를 서로 열교환시켜, 냉각수를 냉각하는 제1냉각사이클과, 상기 냉각수유동라인과 제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되어, 내부를 따라 순환하는 제2냉매와 상기 제1냉각사이클에서 냉각되어 유출된 냉각수를 서로 열교환시켜, 냉각수를 냉각하는 제2냉각사이클을 구비한다.

여기서 본 발명에 따른 상기 제1냉각사이클은 제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되면서, 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인과 연결되어, 제1냉매와 냉각수를 서로 열교환시켜 냉각수를 냉각하는 제1판형열교환기와, 제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제1냉매유동라인을 따라 유입된 제1냉매를 압축하여 토출하는 제1압축기와, 제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되어, 상기 제1판형열교환기 또는 제1압축기에서 유입된 제1냉매를 외부공기와 서로 열교환시켜, 제1냉매를 냉각, 응축하는 제1공기측열교환기와, 제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제1냉매유동라인을 따라 상기 제1공기측열교환기에서 유입된 제1냉매를 팽창시켜 유출하는 제1팽창밸브와, 제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제1냉매유동라인을 따라 상기 제1공기측열교환기에서 유입된 제1냉매를 상기 제1판형열교환기으로 압송하는 제1냉매펌프를 포함하고, 상기 제2냉각사이클은 제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되면서, 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인과 연결되어, 제2냉매와 냉각수를 서로 열교환시켜 냉각수를 냉각하는 제2판형열교환기와, 제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제2냉매유동라인을 따라 유입된 제2냉매를 압축하여 토출하는 제2압축기와, 제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되어, 상기 제2판형열교환기 또는 제2압축기에서 유입된 제2냉매를 외부공기와 서로 열교환시켜, 제2냉매를 냉각, 응축하는 제2공기측열교환기와, 제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제2냉매유동라인을 따라 상기 제2공기측열교환기에서 유입된 제2냉매를 팽창시켜 유출하는 제2팽창밸브와, 제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제2냉매유동라인을 따라 상기 제2공기측열교환기에서 유입된 제2냉매를 상기 제2판형열교환기으로 압송하는 제2냉매펌프를 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 제1판형열교환기 및 제2판형열교환기는 냉각수유동라인으로 연결되어, 상기 냉각수펌프에 의해 압송된 냉각수가 상기 제1판형열교환기로 유동한 후, 상기 제2판형열교환기로 유동하고, 상기 제2판형열교환기에서 유출된 냉각수는 냉매분배기로 유동하는 순환루트를 이룬다.

또한, 본 발명에 따른 상기 프리쿨링 냉동기의 제1냉각사이클은 상기 제1냉매펌프에서 압송된 제1냉매는 제1공기측열교환기로 유입되어, 상기 제1공기측열교환기에서 외부공기와의 열교환으로 제1냉매가 냉각되고, 상기 제1공기측열교환기에서 유출된 제1냉매는 제1판형열교환기로 유입되어, 상기 제1판형열교환기에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제1판형열교환기에서 다시 제1냉매펌프로 유출되는 제1냉매의 순환루트를 이루어, 외부공기로 제1냉매를 냉각하는 프리쿨링모드와, 상기 제1압축기에서 고온고압으로 압축되어 토출된 제1냉매가 제1공기측열교환기로 유입되어, 상기 제1공기측열교환기에서 상기 제1공기측열교환기에서 외부공기와의 열교환으로 제1냉매가 응축되고, 상기 제1공기측열교환기에서 유출된 제1냉매는 상기 제1팽창밸브로 유입되어, 상기 제1팽창밸브에서 팽창된 후 상기 제1팽창밸브에서 제1판형열교환기로 유입되어, 상기 제1판형열교환기에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제1판형열교환기에서 다시 제1냉매펌프로 유출되는 제1냉매의 순환루트를 이루어, 냉동사이클로 냉매를 냉각하는 냉동기모드 중 어느 하나로 운전된다.

그리고 본 발명에 따른 상기 프리쿨링 냉동기의 제2냉각사이클은 상기 제2냉매펌프에서 압송된 제2냉매는 제2공기측열교환기로 유입되어, 상기 제2공기측열교환기에서 외부공기와의 열교환으로 제2냉매가 냉각되고, 상기 제2공기측열교환기에서 유출된 제2냉매는 제2판형열교환기로 유입되어, 상기 제2판형열교환기에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제2판형열교환기에서 다시 제2냉매펌프로 유출되는 제2냉매의 순환루트를 이루어, 외부공기로 제2냉매를 냉각하는 프리쿨링모드와, 상기 제2압축기에서 고온고압으로 압축되어 토출된 제2냉매가 제2공기측열교환기로 유입되어, 상기 제2공기측열교환기에서 상기 제2공기측열교환기에서 외부공기와의 열교환으로 제2냉매가 응축되고, 상기 제2공기측열교환기에서 유출된 제2냉매는 상기 제2팽창밸브로 유입되어, 상기 제2팽창밸브에서 팽창된 후 상기 제2팽창밸브에서 제2판형열교환기로 유입되어, 상기 제2판형열교환기에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제2판형열교환기에서 다시 제2냉매펌프로 유출되는 제2냉매의 순환루트를 이루어, 냉동사이클로 냉매를 냉각하는 냉동기모드 중 어느 하나로 운전된다.

더불어 본 발명에 따른 상기 프리쿨링 냉동기는 동절기에 상기 제1냉각사이클과 제2냉각사이클 모두 프리쿨링모드로 운전되고, 간절기에 상기 제1냉각사이클은 프리쿨링모드로, 상기 제2냉각사이클은 냉동기모드로 운전되며, 하절기에 상기 제1냉각사이클과 제2냉각사이클 모두 냉동기모드로 운전된다.

본 발명에 따른 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템에 의해 나타나는 효과는 다음과 같다.

첫째, 실내공기를 냉각하는 복수 개의 인-로우(In-row) 냉방기를 서버랙 사이에 일정한 간격으로 설치함으로써, 냉각된 공기가 손실 없이 서버랙으로 유입되는 장점이 있고, 상기 인-로우 냉방기 각각에 유량조절밸브를 설치하여, 냉방기 토출 온도 편차에 따라 개폐 및 개도가 조절되어 균일한 온도 분포를 형성하며, 냉방시스템을 위한 추가적인 공간을 절약할 수 있어 기축건물에서도 충분히 고려해볼 수 있다.

둘째, 냉매분배기를 통해 냉각수로 액상의 냉매를 냉각하여 순환시킴에 따라 냉매의 증발잠열을 통한 열교환으로 인해 냉매 온도를 높게 운전하는 것이 가능하여 에너지효율을 높일 수 있고, 서버실 내부에 응축수를 만들지 않으며 상온에서 기화되기 때문에 서버실 내부에 물이 생기지 않는 장점이 있다.

셋째, 프리쿨링 냉동기는 외기조건에 따라 운전조건을 조절하여 에너지 소비를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리쿨링 냉동기를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리쿨링 냉동기의 제1냉각사이클 및 제2냉각사이클이 프리쿨링모드로 운전되는 상태를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리쿨링 냉동기의 제1냉각사이클은 프리쿨링모드로, 제2냉각사이클은 냉동사이클모드로 운전되는 상태를 보인 예시도이다.
도 5는은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리쿨링 냉동기의 제1냉각사이클 및 제2냉각사이클이 냉동사이클모드로 운전되는 상태를 보인 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉매분배기를 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수 개의 인-로우(in-row)냉방기를 보인 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인-로우(in-row)냉방기의 제어 로직을 보인 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉매분배기의 제어 로직을 보인 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리쿨링 냉동기의 제어 로직을 보인 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리쿨링 냉동기의 운전모드1(동절기모드) 제어 로직을 보인 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리쿨링 냉동기의 운전모드2(간절기모드) 제어 로직을 보인 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리쿨링 냉동기의 운전모드3(하절기모드) 제어 로직을 보인 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 외부공기의 온도에 대응하여, 프리쿨링 냉동기를 최적의 운전모드로 운전 가능하여 서버실의 냉각에 소요되는 전력 사용량을 최소화할 수 있고, 실내공기를 냉각하는 복수 개의 인-로우(in-row)냉방기를 전산실 서버랙 사이에 설치하면서, 액상의 냉매를 냉각하는 냉매분배기를 이용하여 상기 인-로우 냉방기로 냉각된 냉매를 순환시켜, 실내공기를 냉각하는 냉매로 액상의 냉매를 사용함에 따라 냉매의 증발잠열을 사용하여 고효율의 열교환이 가능하고, 실내에서 현열교환이 가능함에 따라 냉매가 상온에서 기체로 존재하여 서버실 실내에 결로가 생성되지 않는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 1 내지 도 7을 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터센터 국부 냉방시스템은 프리쿨링(free cooling) 냉동기(100), 복수 개의 냉매분배기(200), 복수 개의 인-로우(in-row) 냉방기(300), 및 제어부(400)를 포함하는데, 먼저 상기 프리쿨링 냉동기(100)는 데이터센터 실외에 설치되고, 내부를 따라 순환하는 냉각수를 제1, 제2냉매와 열교환으로 냉각하여 유출한다.

이때 상기 프리쿨링 냉동기(100)는 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인(20) 상에 구비되어, 냉각수펌프(21)를 구비하여 냉각수유동라인(20)를 따라 유동하는 냉각수를 압송하고, 제1판형열교환기(111)와, 제1압축기(112)와, 제1공기측열교환기(113)와, 제1팽창밸브(114)와, 제1냉매펌프(115)를 포함하는 제1냉각사이클(110)과, 제2판형열교환기(121)와, 제2압축기(122)와, 제2공기측열교환기(123)와, 제2팽창밸브(124)와, 제2냉매펌프(125)를 포함하는 제2냉각사이클(120)을 구비한다.

여기서 상기 제1판형열교환기(111) 및 제2판형열교환기(121)는 상기 냉각수유동라인(20)으로 연결되어, 상기 냉각수펌프(20)에 의해 압송된 냉각수가 상기 제1판형열교환기(111)로 유동한 후, 상기 제2판형열교환기(121)로 유동하고, 상기 제2판형열교환기(121)에서 유출된 냉각수는 냉매분배기(200)로 유동하는 순환루트를 이룬다.

그리고 상기 제1판형열교환기(111)은 제1냉매가 유동하는 제1냉매유동라인(11)으로 상기 제1압축기(112)와, 제1공기측열교환기(113)와, 제1팽창밸브(114)와, 제1냉매펌프(115)와 연결되는데, 상기 제1판형열교환기(111)는 제1냉매유동라인(11)으로 제1압축기(112)와 연결되고, 상기 제1압축기(112)는 제1냉매유동라인(11)으로 상기 제1공기측열교환기(113)와 연결된다.

여기서 상기 제1공기측열교환기(113)는 선택적으로 가동률을 변경하는 팬을 구비하는 것이 바람직하고, 상기 팬은 제어부(400)의 제어로 그 가동률이 변경된다.

이때 상기 제1판형열교환기(111)는 상기 제1압축기(112)를 거치지 않고, 제1냉매유동라인(11)으로 제1공기측열교환기(113)와 연결되고, 상기 제1공기측열교환기(113)는 제1냉매유동라인(11)으로 제1팽창밸브(114) 및 제1냉매펌프(115)와 연결되며, 상기 제1팽창밸브(114) 및 제1냉매펌프(115)는 제1냉매유동라인(11)으로 상기 제1판형열교환기(111)와 연결된다.

따라서, 상기 프리쿨링 냉동기(100)의 제1냉각사이클(110)은 상기 제1냉매펌프(115)에서 제1공기측열교환기(113)로, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 제1판형열교환기(111)로, 상기 제1판형열교환기(111)에서 다시 제1냉매펌프(115)로 제1냉매가 순환하는 프리쿨링모드와, 상기 제1압축기(112)에서 제1공기측열교환기(113)로, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 제1팽창밸브(114)로, 상기 제1팽창밸브(114)에서 제1판형열교환기(111)로, 상기 제1판형열교환기(111)에서 다시 제1압축기(112)로 제1냉매가 순환하는 냉동기모드로 운전 가능하고, 프리쿨링모드 및 냉동기모드 중 어느 하나의 모드로 선택되어 운전될 수 있다.

여기서 상기 프리쿨링모드는 외부공기로 제1냉매를 냉각하는 것으로, 상기 제1냉매펌프(115)에서 압송된 제1냉매는 제1공기측열교환기(113)로 유입되어, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 외부공기와의 열교환으로 제1냉매가 냉각 응축되고, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 유출된 제1냉매는 제1판형열교환기(111)로 유입되어, 상기 제1판형열교환기(111)에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제1판형열교환기(111)에서 다시 제1냉매펌프(115)로 유출되는 순환루트를 이룬다.

그리고 냉동기모드는 냉동사이클로 냉매를 냉각하는 것으로, 상기 제1압축기(112)에서 고온고압으로 압축되어 토출된 제1냉매가 제1공기측열교환기(113)로 유입되어, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 상기 제1공기측열교환기(113)에서 외부공기와의 열교환으로 제1냉매가 냉각 응축되고, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 유출된 제1냉매는 상기 제1팽창밸브(114)로 유입되어, 상기 제1팽창밸브(114)에서 팽창된 후 상기 제1팽창밸브(114)에서 제1판형열교환기(111)로 유입되어, 상기 제1판형열교환기(111)에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제1판형열교환기(111)에서 다시 제1냉매펌프(115)로 유출되는 순환루트를 이룬다.

또한, 상기 제2판형열교환기(121)은 제2냉매가 유동하는 제2냉매유동라인(12)으로 상기 제2압축기(122)와, 제2공기측열교환기(123)와, 제2팽창밸브(124)와, 제2냉매펌프(125)와 연결되는데, 상기 제2판형열교환기(121)는 제2냉매유동라인(12)으로 제2압축기(122)와 연결되고, 상기 제2압축기(122)는 제2냉매유동라인(12)으로 상기 제2공기측열교환기(123)와 연결된다.

여기서 상기 제2공기측열교환기(123)는 선택적으로 가동률을 변경하는 팬을 구비하는 것이 바람직하고, 상기 팬은 제어부(400)의 제어로 그 가동률이 변경된다.

이때 상기 제2판형열교환기(121)는 상기 제2압축기(122)를 거치지 않고, 제2냉매유동라인(12)으로 제2공기측열교환기(123)와 연결되고, 상기 제2공기측열교환기(123)는 제2냉매유동라인(12)으로 제2팽창밸브(124) 및 제2냉매펌프(125)와 연결되며, 상기 제2팽창밸브(124) 및 제2냉매펌프(125)는 제2냉매유동라인(12)으로 상기 제2판형열교환기(121)와 연결된다.

따라서, 상기 프리쿨링 냉동기(100)의 제2냉각사이클(120)은 상기 제2냉매펌프(125)에서 제2공기측열교환기(123)로, 상기 제2공기측열교환기(123)에서 제2판형열교환기(121)로, 상기 제2판형열교환기(121)에서 다시 제2냉매펌프(125)로 제2냉매가 순환하는 프리쿨링모드와, 상기 제2압축기(122)에서 제2공기측열교환기(123)로, 상기 제2공기측열교환기(123)에서 제2팽창밸브(124)로, 상기 제2팽창밸브(124)에서 제2판형열교환기(121)로, 상기 제2판형열교환기(121)에서 다시 제2압축기(122)로 제2냉매가 순환하는 냉동기모드로 운전 가능하고, 프리쿨링모드 및 냉동기모드 중 어느 하나의 모드로 선택되어 운전될 수 있다.

여기서 상기 프리쿨링모드는 외부공기로 제2냉매를 냉각하는 것으로, 상기 제2냉매펌프(125)에서 압송된 제2냉매는 제2공기측열교환기(123)로 유입되어, 상기 제2공기측열교환기(123)에서 외부공기와의 열교환으로 제2냉매가 냉각 응축되고, 상기 제2공기측열교환기(123)에서 유출된 제2냉매는 제2판형열교환기(121)로 유입되어, 상기 제2판형열교환기(121)에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제2판형열교환기(121)에서 다시 제2냉매펌프(125)로 유출되는 순환루트를 이룬다.

그리고 냉동기모드는 냉동사이클로 냉매를 냉각하는 것으로, 상기 제2압축기(122)에서 고온고압으로 압축되어 토출된 제2냉매가 제2공기측열교환기(123)로 유입되어, 상기 제2공기측열교환기(123)에서 상기 제2공기측열교환기(123)에서 외부공기와의 열교환으로 제2냉매가 냉각 응축되고, 상기 제2공기측열교환기(123)에서 유출된 제2냉매는 상기 제2팽창밸브(124)로 유입되어, 상기 제2팽창밸브(124)에서 팽창된 후 상기 제2팽창밸브(124)에서 제2판형열교환기(121)로 유입되어, 상기 제2판형열교환기(121)에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제2판형열교환기(121)에서 다시 제2냉매펌프(125)로 유출되는 순환루트를 이룬다.

그러므로 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 프리쿨링 냉동기(100)는 외부공기로 냉매를 냉각하는 프리쿨링모드와, 냉동사이클로 냉매를 냉각하는 냉동기모드로 운전될 수 있고, 외부공기의 온도에 대응하여, 프리쿨링모드와 냉동기모드 중 어느 하나의 모드가 선택되어 운전된다.

여기서 프리쿨링모드와 냉동기모드는 외부공기의 온도(계절)에 대응하여 선택되는데, 일례로 동절기(겨울철)에는 실내공기의 온도보다 외부공기의 온도가 상대적으로 매우 낮기 때문에 상기 프리쿨링 냉동기(100)의 제1냉각사이클(110)과 제2냉각사이클(120) 모두 프리쿨링모드로 운전된다.

따라서 동절기에는 외부공기로 제1냉매를 냉각하도록, 제1냉각사이클(110)은 상기 제1냉매펌프(115)에서 압송된 제1냉매는 제1공기측열교환기(113)로 유입되어, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 외부공기와의 열교환으로 제1냉매가 냉각되고, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 유출된 제1냉매는 제1판형열교환기(111)로 유입되어, 상기 제1판형열교환기(111)에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제1판형열교환기(111)에서 다시 제1냉매펌프(115)로 유출되는 제1냉매의 순환루트를 이룬다.

그리고 외부공기로 제2냉매를 냉각하도록, 제2냉각사이클(120) 역시, 상기 제2냉매펌프(125)에서 압송된 제2냉매는 제2공기측열교환기(123)로 유입되어, 상기 제2공기측열교환기(123)에서 외부공기와의 열교환으로 제2냉매가 냉각 응축되고, 상기 제2공기측열교환기(123)에서 유출된 제2냉매는 제2판형열교환기(121)로 유입되어, 상기 제2판형열교환기(121)에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제2판형열교환기(121)에서 다시 제2냉매펌프(125)로 유출되는 제2냉매의 순환루트를 이룬다.

상기 제1판형열교환기(111) 및 상기 제2판형열교환기(121)에서 제1, 제2냉매와 열교환으로 냉각된 냉각수는 냉매분배기(200)로 압송된다.

또한, 간절기(봄, 가을철)에는 실내공기의 온도보다 외부공기의 온도가 상대적으로 낮기 때문에 상기 프리쿨링 냉동기(100)의 제1냉각사이클(110)은 프리쿨링모드로 운전되고, 제2냉각사이클(120)은 냉동기모드로 운전된다.

따라서 간절기에는 외부공기로 제1냉매를 냉각하도록, 제1냉각사이클(110)은 상기 제1냉매펌프(115)에서 압송된 제1냉매는 제1공기측열교환기(113)로 유입되어, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 외부공기와의 열교환으로 제1냉매가 냉각되고, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 유출된 제1냉매는 제1판형열교환기(111)로 유입되어, 상기 제1판형열교환기(111)에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제1판형열교환기(111)에서 다시 제1냉매펌프(115)로 유출되는 제1냉매의 순환루트를 이룬다.

그리고 냉동사이클로 제2냉매를 냉각하도록, 상기 제2압축기(122)에서 고온고압으로 압축되어 토출된 제2냉매가 제2공기측열교환기(123)로 유입되어, 상기 제2공기측열교환기(123)에서 상기 제2공기측열교환기(123)에서 외부공기와의 열교환으로 제2냉매가 냉각 응축되고, 상기 제2공기측열교환기(123)에서 유출된 제2냉매는 상기 제2팽창밸브(124)로 유입되어, 상기 제2팽창밸브(124)에서 팽창된 후 상기 제2팽창밸브(124)에서 제2판형열교환기(121)로 유입되어, 상기 제2판형열교환기(121)에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제2판형열교환기(121)에서 다시 제2냉매펌프(125)로 유출되는 제2냉매의 순환루트를 이룬다.

또한, 하절기(여름철)에는 실내공기의 온도보다 외부공기의 온도가 상대적으로 높기 때문에 상기 프리쿨링 냉동기(100)의 제1냉각사이클(110)와 제2냉각사이클(120) 모두 냉동기모드로 운전된다.

따라서 하절기에는 냉동사이클로 제1냉매를 냉각하도록, 상기 제1압축기(112)에서 고온고압으로 압축되어 토출된 제1냉매가 제1공기측열교환기(113)로 유입되어, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 상기 제1공기측열교환기(113)에서 외부공기와의 열교환으로 제1냉매가 냉각 응축되고, 상기 제1공기측열교환기(113)에서 유출된 제1냉매는 상기 제1팽창밸브(114)로 유입되어, 상기 제1팽창밸브(114)에서 팽창된 후 상기 제1팽창밸브(114)에서 제1판형열교환기(111)로 유입되어, 상기 제1판형열교환기(111)에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제1판형열교환기(111)에서 다시 제1냉매펌프(115)로 유출되는 제1냉매의 순환루트를 이룬다.

따라서 상기 프리쿨링 냉동기(100)는 액상의 냉매를 압송하는 냉매펌프를 포함한 프리쿨링 방식으로 외부공기 온도 조건에 따라 운전모드를 프리쿨링모드 또는 냉동기모드 중 어느 하나로 선택되어, 운전됨에 따라 냉각수를 냉각하기 위한 에너지 소비를 최소화할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 냉매분배기(200)는 상기 프리쿨링 냉동기(100)와 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인(20)과 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인(30)으로 연결되고, 유입된 냉각수와 제3냉매의 열교환으로 제3냉매를 냉각하여 유출한다.

이때 상기 냉매분배기(200)는 하나 또는 적어도 하나 이상 복수 개로 구비될 수 있고, 제3판형열교환기(210)와, 수액기(220)와, 제3냉매펌프(230)를 포함한다.

상기 제3판형열교환기(210)는 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인(30)과, 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인(20)으로 연결되어, 과열 상태의 제3냉매를 유입하여 냉각수와 열교환 시켜, 과냉 상태로 응축하여 유출한다.

이때 상기 제3판형열교환기(210)는 상기 제3냉매유동라인(30)으로 복수 개의 인-로우 냉방기(300)와 연결되어, 상기 인-로우 냉방기(300)에서 과열된 제3냉매를 유입하고, 상기 냉각수유동라인(20)으로 상기 프리쿨링 냉동기(100)와 연결되어, 상기 프리쿨링 냉동기(100)에서 냉각된 냉각수를 유입하여, 유입된 냉각수와 제3냉매를 열교환 시켜, 상기 제3냉매를 과냉 상태로 응축하여 유출한다.

또한, 상기 제3판형열교환기(210)과 연결된 냉각수유동라인(20)에는 바이패스라인을 구비하면서, 상기 바이패스라인 상에 개폐밸브를 구비하여, 상기 바이패스라인의 개방으로 상기 프리쿨링 냉동기(100)에서 유동하는 냉각수가 상기 제3판형열교환기(210)를 통하지 않고, 상기 냉각수유동라인(20)을 따라 바로 상기 프리쿨링 냉동기(100)로 바이패스될 수 있다.

그리고 상기 수액기(220)는 상기 제3판형열교환기(210)와 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인(30)으로 연결되고, 상기 제3판형열교환기(210)에서 응축되어 유출된 제3냉매를 수용한다.

여기서 상기 수액기(220)는 상기 제3냉매유동라인(30)을 따라 유동하는 냉매는 액체상태로만 토출하여, 상기 제3냉매펌프(230)로 액냉매만 유입되도록 하고, 상기 제3냉매유동라인(30)을 중 상기 제3판형열교환기(210)와 상기 수액기(220)를 연결한 상기 제3냉매유동라인(30) 상에는 온도센서 및 압력센서를 구비하여, 상기 제3냉매유동라인(30)을 따라 상기 제3판형열교환기(210)에서 상기 수액기(220)로 유입되는 냉매의 온도 및 압력을 측정할 수 있다.

그리고 상기 제3냉매펌프(230)는 상기 수액기(220)와 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인(30)으로 연결되고, 상기 수액기(220)에서 유출된 제3냉매를 복수 개의 인-로우 냉방기(300)로 압송한다.

이때 상기 제3냉매펌프(230)는 과냉도 제어를 통해 운전하게 되고, 서버실에 설치되어있는 서버랙(1)의 용량과 공급되는 냉각수의 온도에 따라 순환되는 냉매 포화온도가 결정되는데, 서버랙의 용량이 클수록 낮은 물온도가 입수되도록 운전되는 것이 바람직하다.

더불어 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 인-로우 냉방기(300)는 데이터센터 실내 중 서버랙(1)들 사이들에 배치되면서, 상기 냉매분배기(200)들과 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인(30)으로 연결되고, 내부를 따라 유동하는 제3냉매와 서버랙(1)의 핫존(Hot Zone)에서 유동하는 실내공기의 열교환으로 실내공기를 냉각하여, 냉각된 실내공기를 서버랙의 쿨존(Cool Zone)으로 유출한다.

이때 상기 인-로우 냉방기(300)는 복수 개로 데이터센터 실내 중 서버랙(1)들 사이들에 일정한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하고, 마이크로핀열교환기(310)와, 온도센서(320)와, 전자식밸브(330)와, 송풍기(340)를 포함한다.

상기 마이크로핀열교환기(310)는 체적대비 높은 열교환량이 가능한 것으로, 상기 냉매분배기(200)와 제3냉매유동라인(30)으로 연결되고, 상기 제3냉매유동라인(30)을 통해 유입된 액상의 제3냉매와 실내공기를 열교환 시켜, 실내공기를 냉각한다.

이때 상기 마이크로핀열교환기(310)에는 선택적으로 가동률을 변경하는 팬을 구비하는 것이 바람직하고, 상기 팬은 제어부(400)의 제어로 그 가동률이 변경된다.

상기 온도센서(320)는 상기 마이크로핀열교환기(310)의 실내 측에 구비되어, 실내로 배출되는 공기의 온도를 측정한다.

이때 측정된 온도는 제어부(400)로 인가되고, 상기 제어부(400)는 전자식밸브(330)의 개폐 및 개도를 제어한다.

상기 전자식밸브(330)는 상기 제3냉매유동라인(30) 상에 구비고, 상기 온도센서에서 측정한 제3냉매의 온도를 기반으로 제3냉매유동라인(30)을 따라 유동하는 제3냉매의 유동량을 선택적으로 조절한다.

상기 전자식밸브(330)의 바람직한 실시예로는 상기 제3냉매유동라인(30) 중 상기 마이크로핀열교환기(310)의 토출부측에 구비되고, 상기 온도센서(320)에서 측정한 온도를 기반으로 제3냉매유동라인(30)을 따라 유동하는 제3냉매의 유동량을 선택적으로 조절한다.

여기서 복수 개의 인-로우 냉방기(300)들 각각에 상기 온도센서(320) 및 상기 전자식밸브(330)가 구비되는 것이 바람직하고, 상기 제어부(400)의 제어로 각각의 마이크로핀열교환기(310)에서 토출되는 공기가 균일한 온도로 토출되도록 조절된다.

그리고 상기 송풍기(340)는 상기 마이크로핀열교환기(310)에서 열교환으로 냉각된 실내공기를 쿨존으로 송풍한다.

이때 상기 송풍기(340)는 전력 사용면에서 우수한 EC모터를 사용한 것을 적용하는 것이 바람직하고, 인버터 내장형을 적용하여 실내 부하량에 따른 송풍기(340)의 구동이 조절 가능하다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부(400)는 상기 프리쿨링 냉동기(100), 복수 개의 냉매분배기(200) 및 복수 개의 인-로우 냉방기(300)와 전기적으로 연결되어, 외부공기를 기준으로 상기 프리쿨링 냉동기(100), 복수 개의 냉매분배기(200) 및 복수 개의 인-로우 냉방기(300)의 구동을 제어한다.

도 8 내지 도 13을 참조하여 외부공기를 기준으로 상기 제어부(400)의 제어를 살펴보면 다음과 같다.

먼저 도 8을 참조한 상기 인-로우 냉방기(300)의 제어를 살펴보면, 상기 인-로우 냉방기(300)는 상기 제어부(400)에 의해 송풍기(340)와 전자식밸브(330)가 제어되는데, 서버실의 컨테인먼트(containment) 측의 쿨존(cool-zone)과 핫존(hot-zone) 사이에 압력손실을 측정한다.

이때 서버실의 쿨존(cool-zone)과 핫존(hot-zone)에 각각 구비된 기압센서(도시하지 않음)를 이용하여, 상기 서버실의 쿨존(cool-zone) 및 핫존(hot-zone)의 기압을 각각 측정하고, 측정된 쿨존(cool-zone)과 핫존(hot-zone) 사이에 압력손실을 산출한다.

다음은 산출된 압력손실이 설정값(압력손실)과 비교하여 비교값을 도출한다.

다음은 도출된 비교값을 기준으로 송풍기(340)의 팬 가동률을 증감 제어한다. 이때 설정값이 측정된 압력손실보다 높으면, 송풍기(340)의 팬 가동률을 증가시키고, 설정값이 측정된 압력손실보다 낮으면, 송풍기(340)의 팬 가동률을 감소시킨다.

그리고 같은 열(row)에 설치되어 있는 복수 개의 인-로우 냉방기(300)들 중 개별로 송풍기(340)를 독립적으로 제어할 수도 있다.

또한, 상기 전자식밸브(330)는 상기 마이크로핀열교환기(310)를 통과하여 배출되는 공기의 온도를 기준으로 제어되는데, 먼저 같은 열(row)에 설치되어 있는 복수 개의 인-로우 냉방기(300)에서 토출되는 공기의 온도를 측정한다.

이때 같은 열(row)에 설치되어 있는 복수 개의 인-로우 냉방기(300) 각각에서 토출되는 공기의 온도를 각각 측정하고, 측정된 각각의 토출 공기 온도의 평균값을 산출한다.

다음은 토출 공기의 온도를 평균값과 비교하는데, 이때 각각의 인-로우 냉방기(300) 토출 공기 온도와 평균값을 각각 비교하는 것이 바람직하다.

다음은 비교값을 기준으로 전자식밸브(330)의 개폐 및 개도를 제어한다. 이때 상기 인-로우 냉방기(300) 토출 공기 온도가 평균값보다 높으면, 전자식밸브(330)의 개도를 좁혀 제3냉매의 유동량을 감소시키고, 상기 인-로우 냉방기(300) 토출 공기 온도가 평균값보다 낮으면, 전자식밸브(330)의 개도를 넓혀 제3냉매의 유동량을 증가시킨다.

따라서 같은 열(row)에 설치되어 있는 복수 개의 인-로우 냉방기(300) 각각의 전자식밸브(330)를 독립적으로 제어하여 전산실 내부의 온도를 균일하게 제어할 수 있다.

도 9를 참조한 상기 냉매분배기(200)의 제어를 살펴보면, 상기 냉매분배기(200)는 상기 제어부(400)에 의해 제3냉매펌프(230)가 제어되는데, 먼저 상기 제3냉매펌프(230)의 유입단 측의 제3냉매의 과냉도를 측정한다.

다음은 측정된 과냉도와 설정값(과냉도)을 비교하는데, 이때 상기 제3냉매펌프(230)의 유입단 측에서 측정된 제3냉매의 과냉도를 설정값(과냉도)과 비교하여 비교값을 도출한다.

다음은 도출된 비교값을 기준으로 상기 제3냉매펌프(230)의 속도를 증감 제어한다. 이때 측정된 제3냉매의 과냉도가 설정값보다 높으면, 상기 제3냉매펌프(230)의 속도를 감소시키고, 측정된 제3냉매의 과냉도가 설정값보다 낮으면, 상기 제3냉매펌프(230)의 속도를 증가시킨다.

도 10 내지 13를 참조한 상기 프리쿨링 냉동기(100)의 제어를 살펴보면, 상기 프리쿨링 냉동기(100)는 상기 제어부(400)에 의해 동절기, 간절기, 하절기모드로 제어되는데, 초기에는 외부공기의 온도에 따라 운전 모드를 선정하여 제어하고, 운전 중에는 실내 부하를 기준으로 운전 모드는 변경한다.

도 10을 참조하면, 먼저 외부공기의 온도 측정하는데, 데이터센터의 외부에 구비된 온도센서를 통해 외부공기의 온도를 측정하고, 다음은 측정된 외부공기의 온도와 설정값1(외부공기의 온도)을 비교하여 비교값을 도출한다.

다음은 도출된 비교값을 기준으로 운전모드1(동절기모드)을 선택하는데, 이때 외부공기의 온도가 설정값1보다 낮으면 운전모드1(동절기모드)로 운전되도록 제어되고, 외부공기의 온도가 설정값1보다 높으면 설정값2와 비교한다.

다음은 측정된 외부공기의 온도와 설정값2(외부공기의 온도)를 비교하여 비교값을 도출하고, 다음은 도출된 비교값을 기준으로 운전모드2(간절기모드) 또는 운전모드3(하절기모드)을 선택하는데, 이때 외부공기의 온도가 설정값2보다 낮으면 운전모드2(간절기모드)가 선택되어 제어되고, 외부공기의 온도가 설정값2보다 높으면 운전모드2(간절기모드)가 선택되어 제어된다.

여기서 도 11을 참조한 상기 운전모드1(동절기모드)는 상기 프리쿨링 냉동기(100)의 제1냉각사이클(110) 및 제2냉각사이클(120) 모두 프리쿨링모드로 제어되는데, 먼저 제1냉매펌프(115) 및 제2냉매펌프(125)는 100% 가동(회전속도 최대)으로 제어되고, 냉각수유동라인(20)을 따라 상기 냉매분배기(200)로 유출되는 냉각수의 출수온도를 측정한다.

다음은 측정된 냉각수의 출수온도와 설정값(냉각수 출수 온도)을 비교하여 비교값을 도출한다.

다음은 도출된 비교값을 기준으로 제1공기측열교환기(113) 및 제2공기측열교환기(123)에 각각 구비된 팬의 가동률을 제어하는데, 측정된 냉각수의 출수온도가 설정값보다 낮으면 팬의 가동률을 감소시키고, 측정된 냉각수의 출수온도가 설정값보다 높으면, 현재 팬의 가동률과 100% 팬 가동률을 비교하여 비교값을 도출한다.

이때 상기 현재 팬의 가동률이 100% 팬 가동률보다 낮으면 팬 가동률을 증가시키고, 상기 현재 팬의 가동률이 100% 팬 가동률보다 높으면 운전모드2(간절기모드) 전환한다.

도 12를 참조한 상기 운전모드2(간절기모드)는 상기 프리쿨링 냉동기(100)의 제1냉각사이클(110)는 프리쿨링모드로 제어되고, 제2냉각사이클(120)는 냉동기모드로 제어되는데, 먼저 제1냉매펌프(115)는 100% 가동(회전속도 최대)으로 제어되고, 제2냉각사이클(120)는 냉동기모드로 전환되어, 제2냉매유동라인(20)을 따라 제2냉매가 제2압축기(122), 제2공기측열교환기(123), 제2팽창밸브(124), 제2판형열교환기(121)를 순환한다.

다음은 냉각수유동라인(20)을 따라 상기 냉매분배기(200)로 유출되는 냉각수의 출수온도를 측정하고, 다음은 측정된 냉각수의 출수온도와 설정값(냉각수 출수 온도)을 비교하여 비교값을 도출한다.

다음은 도출된 비교값을 기준으로 제1공기측열교환기(113) 및 제2공기측열교환기(123)에 각각 구비된 팬의 가동률과 100% 가동률이 같은지 비교하는데, 이때 측정된 냉각수의 출수온도가 설정값보다 낮으면서, 팬의 가동률이 100% 가동률과 같으면, 제2냉각사이클(120)의 가동률과 30% 가동률을 비교한다.

여기서 상기 제2냉각사이클(120)의 가동률이 30% 가동률보다 높으면, 상기 제2냉각사이클(120)의 기동률을 낮추고, 상기 제2냉각사이클(120)의 가동률이 30% 가동률보다 낮으면 운전모드1(동절기)로 전환 제어된다.

그리고 상기 제1공기측열교환기(113) 및 제2공기측열교환기(123)에 각각 구비된 팬의 가동률과 100% 가동률이 같은지 비교하여, 같지 않으면 팬의 가동률을 낮춘다.

또한, 측정된 냉각수의 출수온도가 설정값보다 높으면서, 팬의 가동률이 100% 가동률과 같으면, 제2냉각사이클(120)의 가동률과 100% 가동률을 비교한다.

여기서 상기 제2냉각사이클(120)의 가동률이 100% 가동률보다 낮으면 상기 제2냉각사이클(120)의 가동률을 높이고, 상기 제2냉각사이클(120)의 가동률이 100% 가동률보다 같거나 높으면 운전모드3(하절기모드)로 전환 제어된다.

그리고 상기 제1공기측열교환기(113) 및 제2공기측열교환기(123)에 각각 구비된 팬의 가동률과 100% 가동률이 같은지 비교하여, 같지 않으면 팬의 가동률을 높인다.

도 13을 참조한 상기 운전모드3(하절기모드)는 상기 프리쿨링 냉동기(100)의 제1냉각사이클(110)와 제2냉각사이클(120) 모두 냉동기모드로 제어되는데, 먼저 제1냉각사이클(110) 및 제2냉각사이클(120)는 냉동기모드로 전환되어, 제1냉매유동라인(10)을 따라 제1냉매가 제1압축기(112), 제1공기측열교환기(113), 제1팽창밸브(114), 제1판형열교환기(111)를 순환하고, 제2냉매유동라인(20)을 따라 제2냉매가 제2압축기(122), 제2공기측열교환기(123), 제2팽창밸브(124), 제2판형열교환기(121)를 순환한다.

다음은 냉각수유동라인(20)을 따라 상기 냉매분배기(200)로 유출되는 냉각수의 출수온도를 측정하고, 다음은 측정된 냉각수의 출수온도와 설정값(냉각수 출수 온도)을 비교하여 비교값을 도출하는데, 도출된 비교값을 기준으로 측정된 냉각수의 출수온도가 설정값(냉각수 출수 온도)보다 낮으면, 제1냉각사이클(110) 및 제2냉각사이클(120)의 가동률과 30% 가동률을 비교하고, 제1냉각사이클(110) 및 제2냉각사이클(120)의 가동률이 30% 가동률보다 높으면, 제1냉각사이클(110) 및 제2냉각사이클(120)의 가동률을 낮추고, 제1냉각사이클(110) 및 제2냉각사이클(120)의 가동률이 30% 가동률보다 낮으면, 운전모드2(간절기모드)로 전환 제어된다.

그리고 도출된 비교값을 기준으로 측정된 냉각수의 출수온도가 설정값(냉각수 출수 온도)보다 높으면, 제1냉각사이클(110) 및 제2냉각사이클(120)의 가동률을 높이도록 제어된다.

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 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 서버랙 11: 제1냉매유동라인
12: 제2냉매유동라인 20: 냉각수유동라인
21: 냉각수펌프 30: 제3냉매유동라인
100: 프리쿨링 냉동기 110: 제1냉각사이클
111: 제1판형열교환기 112: 제1압축기
113: 제1공기측열교환기 114: 제1팽창밸브
115: 제1냉매펌프 120: 제2냉각사이클
121: 제2판형열교환기 122: 제2압축기
123: 제2공기측열교환기 124: 제2팽창밸브
125: 제2냉매펌프 200: 냉매분배기
210: 제3판형열교환기 220: 수액기
230: 제3냉매펌프 300: 인-로우(in-row) 냉방기
310: 마이크로핀열교환기 320: 온도센서
330: 전자식밸브 340: 송풍기
400: 제어부

Claims

데이터센터 실외에 설치되고, 내부를 따라 순환하는 냉각수를 제1, 제2냉매와 열교환으로 냉각하여 유출하는 프리쿨링(free cooling) 냉동기;
상기 프리쿨링 냉동기와 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인과 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인으로 연결되고, 유입된 냉각수와 제3냉매의 열교환으로 제3냉매를 냉각하여 유출하는 복수 개의 냉매분배기;
데이터센터 실내 중 서버랙들 사이들에 배치되면서, 상기 냉매분배기들과 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인으로 연결되고, 내부를 따라 유동하는 제3냉매와 서버랙의 핫존(Hot Zone)에서 유동하는 실내공기의 열교환으로 실내공기를 냉각하여, 냉각된 실내공기를 서버랙의 쿨존(Cool Zone)으로 유출하는 복수 개의 인-로우(in-row) 냉방기; 및
상기 프리쿨링 냉동기, 복수 개의 냉매분배기 및 복수 개의 인-로우 냉방기와 전기적으로 연결되어, 외부공기의 온도를 기준으로 상기 프리쿨링 냉동기, 복수 개의 냉매분배기 및 복수 개의 인-로우 냉방기의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉매분배기 각각은
제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인과, 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인으로 연결되어, 과열 상태의 제3냉매를 유입하여 냉각수와 열교환 시켜, 과냉 상태로 응축하여 유출하는 제3판형열교환기와;
상기 제3판형열교환기와 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인으로 연결되고, 상기 제3판형열교환기에서 응축되어 유출된 제3냉매를 수용하는 수액기와;
상기 수액기와 제3냉매가 유동하는 제3냉매유동라인으로 연결되고, 상기 수액기에서 유출된 제3냉매를 복수 개의 인-로우 냉방기로 압송하는 제3냉매펌프를 포함하는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 인-로우 냉방기 각각은
제3냉매유동라인을 통해 유입된 제3냉매와 실내공기를 열교환 시켜, 실내공기를 냉각하는 마이크로핀열교환기와;
상기 마이크로핀열교환기 중 실내 측에 구비되어, 실내로 배출되는 공기의 온도를 측정하는 온도센서와;
상기 제3냉매유동라인 상에 구비고, 상기 온도센서에서 측정한 제3냉매의 온도를 기반으로 제3냉매유동라인을 따라 유동하는 제3냉매의 유동량을 선택적으로 조절하는 전자식밸브와;
상기 마이크로핀열교환기에서 열교환으로 냉각된 실내공기를 쿨존으로 송풍하는 송풍기;를 포함하는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 프리쿨링 냉동기는
냉각수가 유동하는 냉각수유동라인 상에 구비되어, 상기 냉각수유동라인를 따라 유동하는 냉각수를 압송하는 냉각수펌프와;
상기 냉각수유동라인과 제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되어, 내부를 따라 순환하는 제1냉매와 냉각수를 서로 열교환시켜, 냉각수를 냉각하는 제1냉각사이클과;
상기 냉각수유동라인과 제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되어, 내부를 따라 순환하는 제2냉매와 상기 제1냉각사이클에서 냉각되어 유출된 냉각수를 서로 열교환시켜, 냉각수를 냉각하는 제2냉각사이클을 포함하는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제1냉각사이클은
제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되면서, 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인과 연결되어, 제1냉매와 냉각수를 서로 열교환시켜 냉각수를 냉각하는 제1판형열교환기와;
제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제1냉매유동라인을 따라 유입된 제1냉매를 압축하여 토출하는 제1압축기와;
제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되어, 상기 제1판형열교환기 또는 제1압축기에서 유입된 제1냉매를 외부공기와 서로 열교환시켜, 제1냉매를 냉각, 응축하는 제1공기측열교환기와;
제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제1냉매유동라인을 따라 상기 제1공기측열교환기에서 유입된 제1냉매를 팽창시켜 유출하는 제1팽창밸브와;
제1냉매가 순환하는 제1냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제1냉매유동라인을 따라 상기 제1공기측열교환기에서 유입된 제1냉매를 상기 제1판형열교환기으로 압송하는 제1냉매펌프를 포함하고,
상기 제2냉각사이클은
제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되면서, 냉각수가 유동하는 냉각수유동라인과 연결되어, 제2냉매와 냉각수를 서로 열교환시켜 냉각수를 냉각하는 제2판형열교환기와;
제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제2냉매유동라인을 따라 유입된 제2냉매를 압축하여 토출하는 제2압축기와;
제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되어, 상기 제2판형열교환기 또는 제2압축기에서 유입된 제2냉매를 외부공기와 서로 열교환시켜, 제2냉매를 냉각, 응축하는 제2공기측열교환기와;
제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제2냉매유동라인을 따라 상기 제2공기측열교환기에서 유입된 제2냉매를 팽창시켜 유출하는 제2팽창밸브와;
제2냉매가 순환하는 제2냉매유동라인과 연결되어, 선택적으로 상기 제2냉매유동라인을 따라 상기 제2공기측열교환기에서 유입된 제2냉매를 상기 제2판형열교환기으로 압송하는 제2냉매펌프를 포함하는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제1판형열교환기 및 제2판형열교환기는 냉각수유동라인으로 연결되어, 상기 냉각수펌프에 의해 압송된 냉각수가 상기 제1판형열교환기로 유동한 후, 상기 제2판형열교환기로 유동하고, 상기 제2판형열교환기에서 유출된 냉각수는 냉매분배기로 유동하는 순환루트를 이루는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 프리쿨링 냉동기의 제1냉각사이클은
상기 제1냉매펌프에서 압송된 제1냉매는 제1공기측열교환기로 유입되어, 상기 제1공기측열교환기에서 외부공기와의 열교환으로 제1냉매가 냉각되고, 상기 제1공기측열교환기에서 유출된 제1냉매는 제1판형열교환기로 유입되어, 상기 제1판형열교환기에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제1판형열교환기에서 다시 제1냉매펌프로 유출되는 제1냉매의 순환루트를 이루어, 외부공기로 제1냉매를 냉각하는 프리쿨링모드와,
상기 제1압축기에서 고온고압으로 압축되어 토출된 제1냉매가 제1공기측열교환기로 유입되어, 상기 제1공기측열교환기에서 상기 제1공기측열교환기에서 외부공기와의 열교환으로 제1냉매가 응축되고, 상기 제1공기측열교환기에서 유출된 제1냉매는 상기 제1팽창밸브로 유입되어, 상기 제1팽창밸브에서 팽창된 후 상기 제1팽창밸브에서 제1판형열교환기로 유입되어, 상기 제1판형열교환기에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제1판형열교환기에서 다시 제1냉매펌프로 유출되는 제1냉매의 순환루트를 이루어, 냉동사이클로 냉매를 냉각하는 냉동기모드 중 어느 하나로 운전되는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 프리쿨링 냉동기의 제2냉각사이클은
상기 제2냉매펌프에서 압송된 제2냉매는 제2공기측열교환기로 유입되어, 상기 제2공기측열교환기에서 외부공기와의 열교환으로 제2냉매가 냉각되고, 상기 제2공기측열교환기에서 유출된 제2냉매는 제2판형열교환기로 유입되어, 상기 제2판형열교환기에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제2판형열교환기에서 다시 제2냉매펌프로 유출되는 제2냉매의 순환루트를 이루어, 외부공기로 제2냉매를 냉각하는 프리쿨링모드와,
상기 제2압축기에서 고온고압으로 압축되어 토출된 제2냉매가 제2공기측열교환기로 유입되어, 상기 제2공기측열교환기에서 상기 제2공기측열교환기에서 외부공기와의 열교환으로 제2냉매가 응축되고, 상기 제2공기측열교환기에서 유출된 제2냉매는 상기 제2팽창밸브로 유입되어, 상기 제2팽창밸브에서 팽창된 후 상기 제2팽창밸브에서 제2판형열교환기로 유입되어, 상기 제2판형열교환기에서 냉각수와의 열교환으로 냉각수를 냉각하며, 상기 제2판형열교환기에서 다시 제2냉매펌프로 유출되는 제2냉매의 순환루트를 이루어, 냉동사이클로 냉매를 냉각하는 냉동기모드 중 어느 하나로 운전되는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 프리쿨링 냉동기는
동절기에 상기 제1냉각사이클과 제2냉각사이클 모두 프리쿨링모드로 운전되고,
간절기에 상기 제1냉각사이클은 프리쿨링모드로, 상기 제2냉각사이클은 냉동기모드로 운전되며,
하절기에 상기 제1냉각사이클과 제2냉각사이클 모두 냉동기모드로 운전되는 프리쿨링 냉동기를 구비한 데이터센터 국부 냉각시스템.