WO2017213445A1 - 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법 - Google Patents

서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법 Download PDF

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WO2017213445A1
WO2017213445A1 PCT/KR2017/005979 KR2017005979W WO2017213445A1 WO 2017213445 A1 WO2017213445 A1 WO 2017213445A1 KR 2017005979 W KR2017005979 W KR 2017005979W WO 2017213445 A1 WO2017213445 A1 WO 2017213445A1
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cooling
server room
air
server
outside air
Prior art date
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PCT/KR2017/005979
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고정범
김재필
이은호
박원기
구지현
임병술
노상민
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네이버비즈니스플랫폼 주식회사
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    • H05K7/20836—Thermal management, e.g. server temperature control

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a server room cooling apparatus for cooling a server room using external natural air when necessary according to operating conditions, and a method of operating a data center using the same.
  • cold air To cool the heat in the data center, cold air must be supplied to each piece of equipment, typically using a thermostat that generates cold air.
  • the energy consumed to run the thermostat and its associated equipment is about 50-60% of the total power used in the data center. Therefore, in order to reduce energy input to cooling the data center, a method of cooling equipment heat by introducing cold air outside the building into the server room has recently been introduced.
  • Korean Patent Application Publication No. 10-2011-0129514 (published December 2, 2011), such as "Internet data center air conditioning system that realizes a green computing environment", controls external air to enter the data center, Technologies for cooling through the cooling unit to be introduced into the data center are being developed.
  • the background art described above is technical information possessed by the inventors for the derivation of the present invention or acquired during the derivation process of the present invention, and is not necessarily a publicly known technique disclosed to the general public before the application of the present invention.
  • Embodiments of the present invention provide a server room cooling apparatus capable of maintaining an appropriate temperature and humidity of a data center using external air, and a method of operating a data center using the same.
  • embodiments of the present invention provides a server room cooling apparatus and a method for operating a data center using the same that can be provided in a modular form without changing the structure of an existing data center.
  • embodiments of the present invention provides a server room cooling apparatus and a method of operating a data center using the same that can be provided in a modular form to freely install as many cooling facilities as desired.
  • embodiments of the present invention by adjusting the appropriate temperature by mixing the hot air generated in the server room directly after the fresh air directly, the server room cooling apparatus that can be cooled without a cooling device in winter, and a method of operating a data center using the same to provide.
  • embodiments of the present invention provide a server room cooling apparatus that can reduce the energy consumed for cooling the data center and a method of operating the data center using the same.
  • embodiments of the present invention provides a server room cooling apparatus and a method of operating a data center using the same, which can more effectively block foreign substances contained in the outside air and reduce the cost of maintenance.
  • One embodiment of the present invention includes a server room having a plurality of server racks disposed along one direction;
  • a cooling unit including a cooling member for cooling the air supplied to the server room, a bypass damper that is opened and closed depending on whether the cooling member is operated, and a blower for supplying the cooled air to the server room;
  • a mixing unit including an outside air inflow unit for introducing external air into the inside, and a mixing unit supplying at least a portion of the heated air supplied from the cooling unit to the server room to the cooling unit again.
  • Another embodiment of the present invention provides a method for operating a data center using a server room cooling apparatus, the method comprising: determining whether the temperature of the outside air is equal to or less than a predetermined reference temperature; When the temperature of the outside air is equal to or less than a predetermined reference temperature, mixing the air introduced into the mixing part through the outside air inlet and the server room after passing through the server room; And supplying the mixed air to the server room via a cooling unit.
  • server room cooling apparatus By the server room cooling apparatus and the method of operating the data center using the same according to embodiments of the present invention, it is possible to maintain the appropriate temperature and humidity of the data center using the outside air.
  • server room cooling apparatus and a method of operating a data center using the same according to the embodiments of the present invention, by providing a server room cooling apparatus and a method of operating a data center using the same in a modular structure of the existing data center It can be used as it is without changing.
  • the server room cooling apparatus and the method of operating the data center using the same is provided in a modular form as much as desired cooling facilities in a desired place Can be installed freely.
  • the server room cooling apparatus according to the embodiments of the present invention and a method of operating a data center using the same, by directly introducing the outside air mixed with hot air generated in the server room to adjust the appropriate temperature, the cooling device in winter Cooling may be possible without.
  • server room cooling apparatus and the data center operating method using the same according to embodiments of the present invention, it is possible to reduce the energy consumed for cooling the data center.
  • server room cooling apparatus and the method of operating the data center using the same according to the embodiments of the present invention, it is possible to more effectively block the foreign matter contained in the outside air and reduce the cost of maintenance.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a server room cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of a server room cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a plan view of a server room cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 to 3 are a side view of a relief damper of the server room cooling apparatus of FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 5 is a front view of a relief damper of the server room cooling apparatus of FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating air flow during normal operation in the server room cooling apparatus of FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating air flow during external air cooling operation in the server room cooling apparatus of FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of operating a data center according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a server room cooling apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view of the server room cooling apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an embodiment of the present invention.
  • the top view of the server room cooling apparatus by FIG. 4 is a side view of the relief damper of the server room cooling apparatus of FIGS. 1-3
  • FIG. 5 is a front view of the relief damper of the server room cooling apparatus of FIGS.
  • the server room cooling apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the outside air inlet 110, filter unit 120, evaporative cooler 130, water removal unit (eliminator) ) 140, the bypass damper 150, the cooling member 155, the air blowing unit 160, the relief damper 170, the exhaust unit 180, and the mixing damper 190.
  • the server room cooling apparatus 100 using the outside air is to supply cool external air to a place where it is necessary to cool the heat, such as a data center, according to a temperature / humidity state. It is characterized by cooling the inside of the server room at a lower cost by using air from the outside (for example, outside the building) without interruption throughout the year even in a lot of changing environmental conditions.
  • the server room cooling apparatus 100 using the outside air according to an embodiment of the present invention by directly introducing the outside air and mixed with the hot air generated in the server room to adjust the appropriate temperature, winter cooling without the cooling device It is characterized by one possible thing.
  • the server room cooling apparatus 100 using the outside air is configured to form a server room cooling apparatus 100 in a modular form, so that the assembly, arrangement, and disassembly as necessary, the cooling device It is characterized by one to facilitate the expansion of the.
  • the data center provided with the server room cooling apparatus 100 using the outside air may be manufactured in a modular form of the container. Therefore, it is possible to stack a plurality of container-type data center in the horizontal / vertical direction, if necessary, it is possible to obtain an effect that the expansion is easy.
  • the server room cooling apparatus 100 may be partitioned into a mixing unit 101, a cooling unit 102, a server room 200, and the like by a partition wall.
  • the outside air inlet 110 is formed at one side of the mixing unit 101 and serves to introduce air from the outside of the server room cooling apparatus 100 into the inside of the server room cooling apparatus 100.
  • the outside air inlet 110 may be provided with a damper to control the opening and closing of the outside air inlet 110, thereby controlling the amount of outside air introduced through the outside air inlet 110.
  • a motorized damper MD that is automatically opened and closed by an electric motor or air pressure may be provided.
  • the outside air inlet 110 may further include a pre-filter 111.
  • the pre-filter 111 may be installed inside the outside air inlet 110, and is a device for removing foreign matters such as dust, insects, and fallen leaves in the air. Or the like.
  • Such a pre-filter 111 is small in resistance, high dust collection efficiency, and formed to have a high corrosion resistance, has the advantage of easy handling because it is easy to clean and lightweight.
  • the filter unit 120 may be formed between the mixing unit 101 and the cooling unit 102 to filter the air moving from the mixing unit 101 to the cooling unit 102. That is, the air introduced into the outside air inlet 110 and the air introduced into the mixing damper 190 may be mixed in the mixing unit 101 and then moved to the cooling unit 102 through the filter unit 120.
  • the filter unit 120 may include a mesh (not shown) or the like to remove foreign substances entering the cooling unit 102.
  • the filter unit 120 is disposed below the outside air inlet 110, and may be formed in a direction substantially perpendicular to the outside air inflow direction of the outside air inlet 110.
  • the evaporative cooler 130 may serve to cool the air introduced into the cooling unit 102.
  • the evaporative cooler 130 is provided with a spray nozzle, and the fine particles of water, that is, mist, into the outside air introduced through the outside air inlet 110 so that the temperature and humidity inside the cooling unit 102 are maintained at an appropriate state.
  • Spray (Mist) That is, the evaporative cooler 130 by spraying the mist to the outside to increase the low humidity and the temperature of the characteristics of the outside air, to supply the air suitable for operating the equipment inside the server room.
  • Such an evaporative cooler 130 may spray the mist in a direct injection method to the outside air passing through the evaporative cooler 130 through the injection nozzle by raising the pressure of the water with a pump. In this way, the temperature of the outside air can be lowered by about 2 to 4 ° C. only by directly injecting mist into the outside air.
  • the water eliminator 140 may allow unvaporized water to be evaporated once more and may prevent water particles from scattering to the front equipment.
  • the water removing unit 140 may be formed in a structure that can pass the air well and water particles can be formed, for example, may use a 3D air mat (etc.).
  • the bypass damper 150 is a damper that can be opened and closed as needed, and functions as a kind of resistance avoiding damper.
  • the cooling member 155 formed under the bypass damper 150 acts as a resistance to the air flow in a period in which cooling is unnecessary (for example, winter), so that the blowing power is more than necessary. Therefore, the blower power can be reduced by opening the bypass damper 150 to reduce the air resistance in the period when the cooling member 155 is not used. That is, the bypass damper 150 is closed when cooling using the cooling member 155, and is opened when not cooling, and functions as a kind of resistance avoiding damper. When not cooling, opening the bypass damper 150 reduces the air resistance, thereby reducing the power consumption required to drive the blower. That is, when the bypass damper 150 is opened, the driving power of the blower 160 is reduced.
  • the cooling member 155 may serve to cool the outside air that has passed through the water removing unit 140 once more.
  • the cooling member 155 may be an oval coil. That is, the cooling member 155 may be formed of an elliptic copper tube to minimize air resistance and to improve cooling performance behind the coil. This elliptical coil is suitable for energy saving because it can maintain a low static pressure even at high wind speeds.
  • Such a cooling member 155 is a resistor and is a device necessary only when the refrigerator is operated, such as midsummer. That is, the cooling member 155 is unnecessary when cooling the outside air, and in particular, since it is a loss factor of the blower power, by operating the bypass damper 150 by opening the non-use period of the cooling member 155, it is possible to save the blowing energy. have.
  • the blower 160 serves to supply the outside air introduced through the outside air inlet 110 toward the server room 200. That is, by installing the blower 160 in the natural air flow path moving along the evaporative cooler 130, the water removing unit 140, the bypass damper 150 and the cooling member 155 arranged in a straight line, The outside air introduced through the outside air inlet 110 is to supply the server room 200.
  • the blower 160 is applied to a high-efficiency BLDC fan, it is possible to reduce the operating cost compared to the general AC fan.
  • the blower 160 may be provided with a plurality of blowers.
  • the blower 160 may be stacked in three rows and three columns so that up to nine blowers may be installed.
  • the position of the blower may be arranged as desired, and the air flow rate may be adjusted by adjusting the number of blowers.
  • the unused blower may be blocked by a cover to prevent air backflow.
  • the arrangement of the blowers of the blower 160 can be changed to implement a modular server room cooling device.
  • the arrangement and extension of the free blowers can be freely changed as necessary, and thus a highly integrated server or a server having high heat generation. It is possible to implement a server room cooling device which is more advantageous for cooling. In other words, it can be seen that the expandability and variability of the server room cooling apparatus increases.
  • the relief damper 170 may serve to adjust the pressure of the hot zone HZ in the server room 200.
  • a hot zone (HZ) displacement and a cool zone (CZ) air supply amount do not coincide with each other, causing a problem that the cooling effect of the server decreases when pressure is applied to the hot zone.
  • the server room cooling apparatus 100 according to an embodiment of the present invention further includes a relief damper 170 for relieving hot zone pressure, and when the pressure of the hot zone is increased, the relief is performed. The damper 170 is opened to lower the pressure of the hot zone.
  • the shaft 171 is formed to be inclined to a certain degree with respect to the vertical plane, when the pressure of the hot zone is increased, the plate 172 can be formed to easily move along the shaft 171. have.
  • the exhaust unit 180 may serve to discharge a part of the air in the server room 200 to the outside.
  • a high-efficiency BLDC fan is applied to the exhaust unit 180, so that it is possible to reduce operating costs in comparison with a general AC fan.
  • the mixing damper 190 sucks heat from the server room 200 and mixes the cold outside air introduced from the outside air inlet 110. Thereby, the temperature control of the appropriate cooling air can be made.
  • the server room 200 is formed at one side of the mixing unit 101 and the cooling unit 102, and a plurality of server racks 210 are arranged in the server room 200 along the first direction. At this time, each server rack 210 may be provided with a plurality of servers.
  • the area connected to the cooling unit 102 in the server room 200 to receive cold air from the cooling unit becomes a cool zone (CZ), and hot air passing through the server rack 210 is discharged.
  • the cold air supplied to the cool zone CZ flows into the server rack 210 and is heated by passing through the plurality of servers provided in the server rack 210, and then the hot zone HZ and the exhaust part connected thereto. It is discharged to the outside via the 180 or is supplied back to the mixing unit 101 via the mixing damper 190. Therefore, the cool zone CZ is connected to the cooling unit 102 and is open, and the hot zone HZ is blocked with respect to the cooling unit 102.
  • the hot zone HZ and the cool zone CZ are blocked from each other by the shielding member 220, and the cool zone CZ is connected to the cooling unit 102 and thus from the cooling unit 102.
  • Cool air (SA: Supply Air) is supplied, the hot zone (HZ) is cut off with respect to the cooling unit 102, the hot air (RA: Return Air) is provided in the exhaust chamber 180 provided above the server room 200 It may be formed to exhaust into).
  • the cool air SA supplied to the cool zone CZ of the server room 200 is supplied to each series of server racks 210 and discharged from the server racks 210.
  • Hot air (RA) is introduced into the hot zone HZ.
  • the air introduced into the hot zone HZ may be exhausted to the outside through the exhaust unit 180 or may be introduced back into the mixing unit 101 as necessary.
  • a rail is formed on the bottom of the server room 200
  • a sliding guide is formed on the lower surface of the server rack 210
  • the server rack 210 is back and forth with respect to the server room 200 It can be formed to be movable in the direction.
  • the moving direction of the server rack 210 may be substantially the same direction as the advancing direction of air.
  • the server rack 210 may be formed to be movable in the front-rear direction with respect to the server room 200, thereby facilitating the installation and management of a modular server room cooling device in a narrow data center.
  • a cable track may be further provided on the upper part of the server rack 210, particularly on the hot zone HZ side of the server rack 210.
  • the cable track (not shown) is a device for securing flexibility of the power / communication cable as the server rack 210 slides back and forth.
  • the cable track collects and concentrates one or more power / communication cables so as not to scatter, and guides the movement path of the power / communication cables as the server rack 210 slides back and forth. can do.
  • the present invention by cooling the air required for server cooling using cold outside air, it is possible to reduce the operating time of the cooling device to significantly reduce the energy required for cooling.
  • the server room cooling apparatus may be provided with one or more blowers in a detachable form so as to adjust the blowing capacity, so that the cooling capacity may be appropriately controlled according to the server room and the external environment.
  • the server room cooling apparatus can obtain the effect of reducing the operating cost by applying a bypass (by-pass) damper.
  • the present invention can further reduce the cooling cost by applying a 3D air mat or the like as the water removal unit 140.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating air flow during normal operation in the server room cooling apparatus of FIGS. 1 to 3.
  • the server room cooling apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention does not use external air during normal operation (that is, when the external temperature is not sufficiently low) and the evaporative cooler 130 and the cooling are performed. Cooling is performed using the member 155.
  • the blower 160 operates to supply cool air to the cool zone CZ.
  • Cold air supplied from the cool zone CZ is heated while passing through the server rack 210.
  • the heated air passes through the hot zone HZ, the mixing damper 190, and then is purified while passing through the filter unit 120.
  • the air passing through the filter unit 120 is cooled by the evaporative cooler 130, the eliminator 140, and the cooling member 155, and the air thus cooled is cooled by the blower 160 again. Cooling is performed while the process supplied to the zone CZ is repeatedly performed.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating air flow during external air cooling operation in the server room cooling apparatus of FIGS. 1 to 3.
  • the server room cooling apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention does not consume extra power for cooling when the external air is cold, thereby cooling the inside of the server room using external cold air. Reduce cooling energy.
  • the operation sequence during outdoor operation is as follows.
  • the blower 160 operates to supply cool air to the cool zone CZ.
  • Cold air supplied from the cool zone CZ is heated while passing through the server rack 210.
  • the heated air passes through the hot zone HZ, and a part of the heated air is discharged to the outside of the server room 200 through the exhaust unit 180.
  • the remaining air is introduced into the mixing unit 101 through the mixing damper 190, and mixed with the cold outside air introduced into the mixing unit 101 through the outside air inlet 110 is cooled.
  • the air thus cooled is purified while passing through the filter unit 120. Cooling or humidifying may be additionally performed in the evaporative cooler 130 with respect to the air passing through the filter unit 120, if necessary, since the air is already cooled by the outside air, driving of the cooling member 155 is unnecessary. Do. Also, in this case, the bypass damper 150 is opened to reduce the air resistance, so that driving energy of the blower 160 may be reduced. As the cooled air is again supplied to the cool zone CZ by the blower 160, the cooling is repeatedly performed.
  • the present invention by cooling the air required for server cooling using cold outside air, it is possible to reduce the operating time of the cooling device to significantly reduce the energy required for cooling.
  • the server room cooling apparatus may be provided with one or more blowers in a detachable form so as to adjust the blowing capacity, so that the cooling capacity may be appropriately controlled according to the server room and the external environment.
  • the server room cooling apparatus can obtain the effect of reducing the operating cost by applying a bypass (by-pass) damper.
  • the present invention can further reduce the cooling cost by applying a vaporized mesh or the like to the water removal unit 140.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of operating a data center according to an embodiment of the present invention.
  • step S110 determining whether the temperature of the outside air is less than or equal to a predetermined reference temperature (step S110), and the temperature of the outside air is less than or equal to a predetermined reference temperature.
  • the mixed air is supplied to the server room through the cooling unit (step S130 step) It includes.
  • the air introduced into the mixing unit after passing through the server room is supplied to the cooling unit (step S140), the introduced air is cooled in the cooling unit Step (S150), and the air cooled in the cooling unit is supplied to the server room (step S160); may further include.
  • step S110 it is determined whether the temperature of the outside air is less than or equal to the predetermined reference temperature (step S110), and when the temperature of the outside air is less than or equal to the predetermined reference temperature, after passing through the outside air and the server room introduced into the mixing unit through the outside air inlet, and then into the mixing unit.
  • Mix the introduced air step S120).
  • a part of the air heated through the hot zone HZ is discharged to the outside of the server room 200 through the exhaust unit 180.
  • the remaining air is introduced into the mixing unit 101 through the mixing damper 190, and mixed with the cold outside air introduced into the mixing unit 101 through the outside air inlet 110 is cooled.
  • the mixed air is supplied to the server room through the cooling unit (step S130).
  • the air cooled by the outside air is purified while passing through the filter unit 120. Cooling or humidifying may be additionally performed in the evaporative cooler 130 with respect to the air passing through the filter unit 120, if necessary, since the air is already cooled by the outside air, driving of the cooling member 155 is unnecessary. Do.
  • the blower 160 operates to supply cool air to the cool zone CZ.
  • Cold air supplied from the cool zone CZ is heated while passing through the server rack 210.
  • the heated air passes through the hot zone HZ, and a part of the heated air is discharged to the outside of the server room 200 through the exhaust unit 180.
  • the remaining air is introduced into the mixing unit 101 through the mixing damper 190, and the process of being cooled by being mixed with the cold outside air introduced into the mixing unit 101 through the outside air inlet 110 is repeatedly performed Cooling is performed.
  • the air introduced into the mixing unit after passing through the server room is supplied to the cooling unit (step S140).
  • the air heated while passing through the server rack 210 passes through the hot zone HZ, the mixing damper 190, and then is purified after passing through the filter unit 120 and then supplied to the cooling unit.
  • the introduced air is cooled in the cooling unit (S150).
  • the air passing through the filter unit 120 is cooled by the evaporative cooler 130, the eliminator 140, and the cooling member 155.
  • step S160 the air cooled in the cooling unit is supplied to the server room (step S160). That is, the cooling is performed while the air cooled in this way is repeatedly supplied to the cool zone CZ by the blower 160.
  • the server room cooling apparatus for cooling the server room using external natural air and a data center operating method using the same may be implemented.

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 일 방향을 따라 배치되는 복수 개의 서버랙을 구비하는 서버실; 상기 서버실로 공급되는 공기를 냉각하는 냉각 부재, 상기 냉각 부재의 작동 여부에 따라 개폐되는 바이패스(By-pass) 댐퍼 및 상기 냉각된 공기를 상기 서버실로 공급하기 위한 송풍부를 포함하는 냉각부; 및 외부의 공기를 내부로 유입시키는 외기 유입부를 포함하고, 상기 냉각부에서 상기 서버실로 공급되어 가열된 공기의 적어도 일부를 다시 상기 냉각부로 공급하는 혼합부;를 포함하는 서버실 냉각 장치를 개시한다.

Description

서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법
본 발명의 실시예들은 운행 조건에 따라 필요 시에는 외부의 자연 공기를 이용하여 서버실을 냉각시키는 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법에 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 이용한 데이터 센터의 운영 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 모듈형으로 제공되어 기존의 데이터 센터의 구조를 변경하지 않고 그대로 활용할 수 있는 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 모듈형으로 제공되어 원하는 장소에 원하는 만큼의 냉각 설비를 자유롭게 설치할 수 있는 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 외기를 직접 유입한 후 서버실에서 발생하는 뜨거운 공기와 혼합하여 적정 온도를 맞추어, 동절기에 냉방장치 없이 냉방이 가능한 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 데이터 센터의 냉각에 소모되는 에너지를 절감할 수 있는 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법을 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 이용한 데이터 센터의 운영 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 일 방향을 따라 배치되는 복수 개의 서버랙을 구비하는 서버실; 상기 서버실로 공급되는 공기를 냉각하는 냉각 부재, 상기 냉각 부재의 작동 여부에 따라 개폐되는 바이패스(By-pass) 댐퍼 및 상기 냉각된 공기를 상기 서버실로 공급하기 위한 송풍부를 포함하는 냉각부; 및 외부의 공기를 내부로 유입시키는 외기 유입부를 포함하고, 상기 냉각부에서 상기 서버실로 공급되어 가열된 공기의 적어도 일부를 다시 상기 냉각부로 공급하는 혼합부;를 포함하는 서버실 냉각 장치를 개시한다.
본 발명의 다른 실시예는 서버실 냉각 장치를 이용한 데이터 센터의 운영 방법에 있어서, 외기의 온도가 소정의 기준 온도 이하인지 여부를 판단하는 단계; 상기 외기의 온도가 소정의 기준 온도 이하인 경우, 외기 유입부를 통해 혼합부로 유입된 외기와 서버실을 통과한 후 혼합부로 유입된 공기를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 공기가 냉각부를 거쳐 상기 서버실로 공급되는 단계;를 포함하는 데이터 센터의 운영 방법을 개시한다.
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 이용한 데이터 센터의 운영 방법에 의해, 외부 공기를 이용하여 데이터 센터의 적정 온도 및 습도를 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법에 의해, 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법을 모듈형으로 제공하여 기존의 데이터 센터의 구조를 변경하지 않고 그대로 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법에 의해, 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법가 모듈형으로 제공되어 원하는 장소에 원하는 만큼의 냉각 설비를 자유롭게 설치할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법에 의해, 외기를 직접 유입한 후 서버실에서 발생하는 뜨거운 공기와 혼합하여 적정 온도를 맞추어, 동절기에 냉방장치 없이 냉방이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법에 의해, 데이터 센터의 냉각에 소모되는 에너지를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법에 의해, 외부 공기에 포함되는 이물질을 보다 효과적으로 차단할 수 있고 유지보수에 소모되는 비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치의 평면도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 서버실 냉각 장치의 릴리프 댐퍼의 측면도이다.
도 5는 도 1 내지 도 3의 서버실 냉각 장치의 릴리프 댐퍼의 정면도이다.
도 6은 도 1 내지 도 3의 서버실 냉각 장치에서 일반 운전 시의 공기 흐름을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 1 내지 도 3의 서버실 냉각 장치에서 외기 냉방 운전 시의 공기 흐름을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 센터의 운영 방법을 나타낸 흐름도이다.
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 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치의 평면도이다. 그리고, 도 4는 도 1 내지 도 3의 서버실 냉각 장치의 릴리프 댐퍼의 측면도이고, 도 5는 도 1 내지 도 3의 서버실 냉각 장치의 릴리프 댐퍼의 정면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치(100)는, 외기 유입부(110), 필터부(120), 증발 냉각기(130), 수분 제거부(eliminator)(140), 바이패스 댐퍼(150), 냉각 부재(155), 송풍부(160), 릴리프 댐퍼(170), 배기부(180), 혼합 댐퍼(190)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. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 외기를 이용한 서버실 냉각 장치(100)는 외기를 직접 유입한 후 서버실에서 발생하는 뜨거운 공기와 혼합하여 적정 온도를 맞춤으로써, 동절기는 냉방장치 없이 냉방이 가능한 것을 일 특징으로 한다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 외기를 이용한 서버실 냉각 장치(100)는 모듈형으로 서버실 냉각 장치(100)를 구성함으로써, 필요에 따라 조립, 배치, 해체가 용이하도록 하여, 냉각 장치의 증설 등이 용이하도록 하는 것을 일 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 외기를 이용한 서버실 냉각 장치(100)가 구비되는 데이터 센터는 컨테이너 형태의 모듈형으로 제작될 수 있다. 따라서 필요에 따라 복수 개의 컨테이너 형태의 데이터 센터를 가로/세로 방향으로 적층하는 것이 가능하도록 하여, 확장이 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 이를 더욱 상세히 설명하도록 한다.
다시 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 서버실 냉각 장치(100)는 격벽 등에 의해 혼합부(101), 냉각부(102), 서버실(200) 등으로 구획될 수 있다.
외기 유입부(110)는 혼합부(101)의 일 측에 형성되며, 서버실 냉각 장치(100) 외부의 공기를 서버실 냉각 장치(100) 내부로 유입시키는 역할을 수행한다. 외기 유입부(110)에는 댐퍼(damper)가 구비되어 외기 유입부(110)의 개폐를 제어하여, 외기 유입부(110)를 통해 유입되는 외기의 양을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 이와 같은 댐퍼의 일 예로, 전동 모터 또는 공기압에 의해 자동으로 개폐되는 모터 댐퍼(MD: Motorized Damper)가 구비될 수 있다.
또한, 외기 유입부(110)는 프리 필터(111)를 더 구비할 수 있다. 프리 필터(111)는 외기 유입부(110)의 내측부에 설치될 수 있으며, 공기 중의 먼지, 벌레 또는 낙엽 등의 이물질을 제거하는 장치로써, 그물망을 여러겹 포개거나 또는 섬유상태의 물체를 충전하는 등의 방법으로 구성될 수 있다. 이와 같은 프리 필터(111)는 저항이 작고 집진효율이 높으며, 고도의 내식성을 가지도록 형성되고, 간단하게 청소가 가능하고 경량이므로 취급이 간편하다는 장점을 가진다.
필터부(120)는 혼합부(101)와 냉각부(102) 사이에 형성되어, 혼합부(101)에서 냉각부(102)로 이동하는 공기를 필터링할 수 있다. 즉, 외기 유입부(110)로 유입된 외기와 혼합 댐퍼(190)로 유입된 공기가 혼합부(101)에서 혼합된 후, 필터부(120)를 통해 냉각부(102)로 이동할 수 있다. 필터부(120)는 메쉬(mesh)(미도시) 등을 구비하여, 냉각부(102)로 들어오는 이물질을 제거할 수 있다. 본 실시예에서 이와 같은 필터부(120)는 외기 유입부(110)의 하방에 배치되며, 외기 유입부(110)의 외기 유입 방향과 실질적으로 수직인 방향에 형성될 수 있다.
증발 냉각기(130)는 냉각부(102)로 유입된 공기를 냉각하는 역할을 수행할 수 있다. 상세히, 증발 냉각기(130)는 분사 노즐을 구비하며, 냉각부(102) 내부의 온도 및 습도가 적정 상태로 유지되도록, 외기 유입부(110)를 통해 인입된 외기에 미세한 입자의 물 즉, 미스트(Mist)를 분사한다. 즉, 증발 냉각기(130)는 외기에 미스트를 분사함으로써 외기의 특징인 낮은 습도를 높이고 온도는 낮추어, 장비 운영에 적합한 공기를 서버실 내부에 공급하도록 한다. 이와 같은 증발 냉각기(130)는 펌프로 물의 압력을 올려 분사 노즐을 통해 증발 냉각기(130)를 통과하는 외기에 직접분사방식으로 미스트를 분사할 수 있다. 이와 같이, 외기에 미스트를 직접 분사하는 것만으로도 외기의 온도를 약 2~4℃ 정도 낮출 수 있다.
수분 제거부(eliminator)(140)는 미증발수가 한 번 더 증발될 수 있게 해주고, 물 입자가 앞쪽 장비로 비산되지 않게 하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 수분 제거부(140)는 공기가 잘 통과할 수 있고 물 입자가 맺힐 수 있는 구조로 형성될 수 있으며, 예를 들어 3D 에어 매트(air mat) 등을 이용할 수 있다.
바이패스 댐퍼(150)는 필요에 따라 개폐 가능한 댐퍼로써, 일종의 저항 회피용 댐퍼로써 기능한다. 상세히, 바이패스 댐퍼(150)의 하부에 형성된 냉각 부재(155)는 냉방이 불필요한 기간(예를 들어 겨울 등)에는 공기 흐름에 대해 저항으로 작용하여, 송풍 동력이 필요 이상으로 소요된다. 따라서, 냉각 부재(155)를 사용하지 않는 기간에는 바이패스 댐퍼(150)를 개방하여 공기 저항을 감소시킴으로써, 송풍기 동력을 줄일 수 있는 것이다. 즉, 바이패스 댐퍼(150)는 냉각 부재(155)를 이용한 냉방 시에는 닫히고, 냉방을 하지 않을 때에는 개방되어, 일종의 저항 회피용 댐퍼로써 기능하는 것이다. 냉방을 하지 않을 때, 바이패스 댐퍼(150)를 개방하면 공기 저항이 줄어들어서 송풍기를 구동하는데 필요한 전력 소모를 절감할 수 있다. 즉, 바이패스 댐퍼(150)가 개방되면, 송풍부(160)의 구동 전력이 감소하게 되는 것이다.
냉각 부재(155)는 수분 제거부(140)를 통과한 외기를 한 번 더 냉각하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서 냉각 부재(155)는 타원형 코일(oval coil)일 수도 있다. 즉, 냉각 부재(155)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.
이와 같은 냉각 부재(155)는 저항체이며 한여름과 같이 냉동기 가동 시에만 필요한 장치이다. 즉, 외기 냉방 시에는 냉각 부재(155)는 불필요하며, 특히 송풍기 동력의 손실 요소이므로, 냉각 부재(155)의 미사용 기간에는 바이패스 댐퍼(150)를 개방하여 운영함으로써, 송풍 에너지를 절약할 수 있다.
송풍부(160)는 외기 유입부(110)를 통해 유입된 외기를 서버실(200) 쪽으로 공급하는 역할을 수행한다. 즉, 일직선상에 배치된 증발 냉각기(130), 수분 제거부(140), 바이패스 댐퍼(150) 및 냉각 부재(155)를 따라 이동하는 자연적인 공기 유로에 송풍부(160)를 설치함으로써, 외기 유입부(110)를 통해 유입된 외기를 서버실(200) 쪽으로 공급하는 것이다. 송풍부(160)에는 고효율의 BLDC 팬이 적용되어, 일반 AC 팬과 대비하여 운전 비용을 절감하는 것이 가능하다.
송풍부(160)에는 복수 개의 송풍기가 설치될 수 있으며, 예를 들어 3행 3열로 적층하여 총 9대까지 송풍기가 설치 가능하도록 형성될 수 있다. 이때 송풍기 위치를 원하는 곳으로 배치할 수 있으며, 송풍기의 개수를 조절함으로써 공기 유량의 조절이 가능하다. 이때 사용하지 않는 송풍부는 덮개로 막아서 공기 역류를 방지할 수도 있다.
이와 같이 송풍부(160)의 송풍기의 배치를 변경 가능하도록 하여 모듈형 서버실 냉각 장치를 구현할 수 있으며, 이에 따라 필요에 의해 자유로운 송풍기의 배치 변경 및 증설이 가능하여, 고집적 서버 또는 발열이 많은 서버의 냉각에 더욱 유리한 서버실 냉각 장치를 구현할 수 있다. 즉, 서버실 냉각 장치의 확장성 및 가변성이 증가한다고 볼 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 릴리프 댐퍼(170)는 서버실(200) 내의 핫 존(Hot Zone, HZ)의 압력을 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 상세히, 종래의 서버실 냉각 장치에서, 핫 존(Hot Zone, HZ) 배기량과 쿨 존(Cool Zone, CZ) 급기량이 맞지 않아서 핫 존에 압력이 걸리면 서버의 냉각효과가 떨어진다는 문제점이 존재하였다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치(100)는 핫 존 압력 해소를 위한 릴리프 댐퍼(170)를 추가로 구비하여, 핫 존의 압력이 높아질 경우, 릴리프 댐퍼(170)가 개방됨으로써 핫 존의 압력을 낮출 수 있다. 즉, 핫 존의 압력이 높아질 경우, 플레이트(172)가 압력에 의해 축(171)을 따라 이동하면서 공간이 생기고, 이 공간으로 핫 존 내의 공기가 빠져나가게 되는 것이다. 여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 축(171)은 수직면에 대해 일정 정도 경사지게 형성되어, 핫 존의 압력이 높아질 경우, 플레이트(172)가 축(171)을 따라 용이하게 이동하도록 형성될 수 있다.
배기부(180)는 서버실(200) 내의 공기의 일부를 외부로 배출하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 배기부(180)에는 고효율의 BLDC 팬이 적용되어, 일반 AC 팬과 대비하여 운전 비용을 절감하는 것이 가능하다.
혼합 댐퍼(190)는 서버실(200)의 열기를 흡입하여, 외기 유입부(110)에서 유입된 차가운 외기와 섞을 수 있도록 한다. 이에 의해, 적정 냉방용 공기의 온도 조절이 이루어질 수 있다.
서버실(200)은 혼합부(101)와 냉각부(102)의 일 측에 형성되며, 서버실(200) 내에 제1 방향을 따라 복수 개의 서버랙(210)이 배열된다. 이때, 각각의 서버랙(210)에는 복수 개의 서버가 구비될 수 있다.
여기서, 서버실(200) 내에서 냉각부(102)와 연결되어 냉각부로부터 찬 공기를 공급받는 영역은 쿨 존(cool zone, CZ)이 되며, 서버랙(210)을 통과한 더운 공기가 배출되는 영역이 핫 존(hot zone, HZ)이 된다.
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(180)를 거쳐 외부로 배출되거나 또는 혼합 댐퍼(190)를 거쳐 혼합부(101)로 다시 공급된다. 따라서, 쿨 존(CZ)은 냉각부(102)와 연결되어 오픈되어 있으며, 핫 존(HZ)은 냉각부(102)에 대해 차단되어 있다. 여기서, 효율적인 서버의 냉각을 위해서는 핫 존(HZ)과 쿨 존(CZ)은 차폐 부재(220)에 의해 서로 차단되고 쿨 존(CZ)은 냉각부(102)와 연결되어 냉각부(102)로부터 차가운 공기(SA: Supply Air)를 공급받고, 핫 존(HZ)은 냉각부(102)에 대해 차단되어, 뜨거운 공기(RA: Return Air)를 서버실(200) 상부에 구비된 배기부(180)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)으로 유입된다. 핫 존(HZ)으로 유입된 공기는 배기부(180)를 통해 외부로 배기되거나 또는 필요에 따라 혼합부(101)로 다시 유입될 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 서버실(200)의 바닥에는 레일이 형성되고, 서버랙(210)의 하부면에는 슬라이딩 가이드가 형성되어, 서버랙(210)이 서버실(200)에 대해 전후 방향으로 이동가능하도록 형성될 수 있다. 여기서 서버랙(210)의 이동 방향은 공기의 진행 방향과 실질적으로 동일한 방향일 수 있다. 이와 같이 서버랙(210)이 서버실(200)에 대해 전후 방향으로 이동가능하도록 형성됨으로써, 협소한 데이터 센터 내에 모듈형의 서버실 냉각 장치를 설치 및 관리하기 용이해 질 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 서버랙(210)의 상부, 특히 서버랙(210)의 핫 존(HZ) 측의 상부에는 케이블 트랙(미도시)이 더 구비될 수 있다. 케이블 트랙(미도시)은 서버랙(210)이 전후로 슬라이딩함에 따른 전원/통신 케이블의 유연성 확보를 위한 장치이다. 예를 들어, 케이블 트랙은 하나 이상의 전원/통신 케이블들을 흩어지지 않도록 모아주고 집속하는 역할을 수행하는 동시에, 서버랙(210)이 전후로 슬라이딩할 때에 전원/통신 케이블들의 이동 경로를 가이드하는 역할을 수행할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 차가운 외기를 이용하여 서버 냉각에 필요한 공기를 냉각함으로써, 냉각 장치의 운전 시간을 감소시켜서 냉방에 필요한 에너지를 대폭 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치는 송풍 용량의 조절이 가능하도록 하나 이상의 송풍기를 탈부착형으로 구비하여, 서버실 및 외부 환경에 따라 적절히 냉각 능력을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치는 바이패스(By-pass) 댐퍼를 적용함으로써, 운전 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 수분 제거부(140)로 3D 에어 매트 등을 적용하여 냉방 비용을 더욱 절감할 수 있다.
도 6은 도 1 내지 도 3의 서버실 냉각 장치에서 일반 운전 시의 공기 흐름을 나타내는 사시도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치(100)는 일반 운전 시(즉, 외부 온도가 충분히 낮지 않을 경우)에는 외부공기를 이용하지 않고 증발 냉각기(130) 및 냉각 부재(155)를 이용하여 냉방을 수행한다.
일반 운전 시의 동작 순서는 다음과 같다.
먼저, 송풍부(160)가 작동하여 쿨 존(CZ)에 차가운 공기를 공급한다. 쿨 존(CZ)에서 공급된 차가운 공기는 서버랙(210)을 지나면서 가열된다. 가열된 공기는 핫 존(HZ), 혼합 댐퍼(190)를 차례로 거친 후, 필터부(120)를 지나면서 정화된다. 필터부(120)를 지난 공기는 증발 냉각기(130), 수분 제거부(eliminator)(140), 및 냉각 부재(155)에 의해 냉각되며, 이렇게 냉각된 공기가 다시 송풍부(160)에 의해 쿨 존(CZ)으로 공급되는 과정이 반복적으로 수행되면서 냉각이 수행된다.
도 7은 도 1 내지 도 3의 서버실 냉각 장치에서 외기 냉방 운전 시의 공기 흐름을 나타내는 사시도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치(100)는 외부공기가 차가울 때는 냉각을 위해 별도의 동력을 소비하지 않고, 외부의 냉기를 이용하여 서버실 내를 냉방함으로써 냉방 에너지를 감소시킨다.
외기 운전 시의 동작 순서는 다음과 같다.
먼저, 송풍부(160)가 작동하여 쿨 존(CZ)에 차가운 공기를 공급한다. 쿨 존(CZ)에서 공급된 차가운 공기는 서버랙(210)을 지나면서 가열된다. 가열된 공기는 핫 존(HZ)을 거치며, 이때 가열된 공기의 일부는 배기부(180)를 통해 서버실(200) 외부로 배출된다. 한편, 나머지 공기는 혼합 댐퍼(190)를 거쳐 혼합부(101)로 유입되며, 외기 유입부(110)를 통해 혼합부(101)로 유입된 차가운 외기와 혼합되어 냉각된다. 이렇게 냉각된 공기는 필터부(120)를 지나면서 정화된다. 필터부(120)를 지난 공기에 대해, 필요하다면 증발 냉각기(130)에서 냉각 또는 가습을 추가로 수행할 수 있으며, 이때 공기는 이미 외기에 의해 냉각되었기 때문에, 냉각 부재(155)의 구동은 불필요하다. 또한, 이 경우, 바이패스 댐퍼(150)가 개방되어 공기 저항을 감소시킴으로써, 송풍부(160)의 구동 에너지가 절감될 수 있다. 이렇게 냉각된 공기가 다시 송풍부(160)에 의해 쿨 존(CZ)으로 공급되는 과정이 반복적으로 수행되면서 냉각이 수행된다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 차가운 외기를 이용하여 서버 냉각에 필요한 공기를 냉각함으로써, 냉각 장치의 운전 시간을 감소시켜서 냉방에 필요한 에너지를 대폭 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치는 송풍 용량의 조절이 가능하도록 하나 이상의 송풍기를 탈부착형으로 구비하여, 서버실 및 외부 환경에 따라 적절히 냉각 능력을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 서버실 냉각 장치는 바이패스(By-pass) 댐퍼를 적용함으로써, 운전 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 수분 제거부(140)로 기화 메쉬 등을 적용하여 냉방 비용을 더욱 절감할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 센터의 운영 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 센터의 운영 방법은 외기의 온도가 소정의 기준 온도 이하인지 여부를 판단하는 단계(S110 단계), 상기 외기의 온도가 소정의 기준 온도 이하인 경우, 외기 유입부를 통해 혼합부로 유입된 외기와 서버실을 통과한 후 혼합부로 유입된 공기를 혼합하는 단계(S120 단계), 상기 혼합된 공기가 냉각부를 거쳐 상기 서버실로 공급되는 단계(S130 단계)를 포함한다. 나아가, 상기 외기의 온도가 소정의 기준 온도보다 높을 경우, 상기 서버실을 통과한 후 혼합부로 유입된 공기가 상기 냉각부로 공급되는 단계(S140 단계), 상기 유입된 공기가 상기 냉각부에서 냉각되는 단계(S150 단계), 및 상기 냉각부에서 냉각된 공기가 상기 서버실로 공급되는 단계(S160 단계);를 더 포함할 수 있다.
먼저, 외기의 온도가 소정의 기준 온도 이하인지 여부를 판단(S110 단계)하여, 외기의 온도가 소정의 기준 온도 이하인 경우, 외기 유입부를 통해 혼합부로 유입된 외기와 서버실을 통과한 후 혼합부로 유입된 공기를 혼합한다(S120 단계). 상세히, 핫 존(HZ)을 거치며 가열된 공기의 일부는 배기부(180)를 통해 서버실(200) 외부로 배출된다. 한편, 나머지 공기는 혼합 댐퍼(190)를 거쳐 혼합부(101)로 유입되며, 외기 유입부(110)를 통해 혼합부(101)로 유입된 차가운 외기와 혼합되어 냉각된다.
다음으로, 혼합된 공기가 냉각부를 거쳐 서버실로 공급(S130 단계)된다. 상세히, 외기에 의해 냉각된 공기는 필터부(120)를 지나면서 정화된다. 필터부(120)를 지난 공기에 대해, 필요하다면 증발 냉각기(130)에서 냉각 또는 가습을 추가로 수행할 수 있으며, 이때 공기는 이미 외기에 의해 냉각되었기 때문에, 냉각 부재(155)의 구동은 불필요하다.
다음으로, 송풍부(160)가 작동하여 쿨 존(CZ)에 차가운 공기를 공급한다. 쿨 존(CZ)에서 공급된 차가운 공기는 서버랙(210)을 지나면서 가열된다. 가열된 공기는 핫 존(HZ)을 거치며, 이때 가열된 공기의 일부는 배기부(180)를 통해 서버실(200) 외부로 배출된다. 한편, 나머지 공기는 혼합 댐퍼(190)를 거쳐 혼합부(101)로 유입되며, 외기 유입부(110)를 통해 혼합부(101)로 유입된 차가운 외기와 혼합되어 냉각되는 과정이 반복적으로 수행되면서 냉각이 수행된다.
한편, 외기의 온도가 소정의 기준 온도보다 높을 경우, 서버실을 통과한 후 혼합부로 유입된 공기가 상기 냉각부로 공급(S140 단계)된다. 상세히, 서버랙(210)을 지나면서 가열된 공기는 핫 존(HZ), 혼합 댐퍼(190)를 차례로 거친 후, 필터부(120)를 지나면서 정화된 후 냉각부로 공급된다.
다음으로, 상기 유입된 공기가 상기 냉각부에서 냉각(S150 단계)된다. 상세히, 필터부(120)를 지난 공기는 증발 냉각기(130), 수분 제거부(eliminator)(140), 및 냉각 부재(155)에 의해 냉각된다.
다음으로, 상기 냉각부에서 냉각된 공기가 상기 서버실로 공급(S160 단계)된다. 즉, 이렇게 냉각된 공기가 다시 송풍부(160)에 의해 쿨 존(CZ)으로 공급되는 과정이 반복적으로 수행되면서 냉각이 수행되는 것이다.
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.
운행 조건에 따라 필요 시에는 외부의 자연 공기를 이용하여 서버실을 냉각시키는 서버실 냉각 장치 및 이를 이용한 데이터 센터의 운영 방법을 구현할 수 있다.

Claims (19)

  1. 일 방향을 따라 배치되는 복수 개의 서버랙을 구비하는 서버실;
    상기 서버실로 공급되는 공기를 냉각하는 냉각 부재, 상기 냉각 부재의 작동 여부에 따라 개폐되는 바이패스(By-pass) 댐퍼 및 상기 냉각된 공기를 상기 서버실로 공급하기 위한 송풍부를 포함하는 냉각부; 및
    외부의 공기를 내부로 유입시키는 외기 유입부를 포함하고, 상기 냉각부에서 상기 서버실로 공급되어 가열된 공기의 적어도 일부를 다시 상기 냉각부로 공급하는 혼합부;를 포함하는 서버실 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    외부의 공기가 소정 온도 이상일 경우, 상기 냉각 부재가 작동하고, 상기 바이패스 댐퍼는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    외부의 공기가 소정 온도 이하일 경우, 상기 외기 유입부를 통해 외기가 유입되고, 상기 바이패스 댐퍼는 개방되는 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버실 내에는 배기부가 형성되어, 상기 서버랙을 통과하면서 가열된 공기의 적어도 일부가 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 서버랙을 통과하면서 가열된 공기 중 외부로 배출되지 않은 공기는 상기 혼합부로 유입되어, 상기 외기 유입부를 통해 유입된 외기와 혼합되는 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 바이패스 댐퍼가 개방되면, 상기 송풍부의 구동 전력이 감소하는 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버실의 일 측에는, 상기 서버실의 내부 압력에 따라 개폐가 제어되는 릴리프 댐퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 릴리프 댐퍼는 상기 서버실 내의 압력이 증가하면 개방되어 상기 서버실 내부의 공기를 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 송풍부는 하나 이상의 송풍기를 착탈할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 냉각부 내로 유입된 공기를 증발 냉각시키는 수분 제거부를 더 포함하는 서버실 냉각 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버랙의 적어도 일부는 상기 서버실 내에서 이동가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버랙의 일 측에 형성되며, 상기 서버랙에 구비된 서버와 연결된 하나 이상의 전원/통신 케이블을 집속하는 케이블 트랙을 더 포함하는 서버실 냉각 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버실에서 상기 냉각부로부터 찬 공기를 공급받는 영역은 쿨 존(cool zone, CZ)이 되고,
    상기 서버실에서 상기 서버랙을 통과한 더운 공기가 배출되는 영역은 핫 존(hot zone, HZ)이 되며,
    상기 핫 존과 상기 쿨 존은 상기 핫 존과 상기 쿨 존 사이에 형성된 차폐 부재에 의해 서로 차단되는 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버실, 냉각부 및 혼합부를 구비하는 상기 서버실 냉각 장치는 컨테이너 형태로 형성되어, 복수 개의 상기 서버실 냉각 장치가 일 방향 이상으로 나란하게 배치가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 서버실 냉각 장치.
  15. 서버실 냉각 장치를 이용한 데이터 센터의 운영 방법에 있어서,
    외기의 온도가 소정의 기준 온도 이하인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 외기의 온도가 소정의 기준 온도 이하인 경우, 외기 유입부를 통해 혼합부로 유입된 외기와 서버실을 통과한 후 혼합부로 유입된 공기를 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합된 공기가 냉각부를 거쳐 상기 서버실로 공급되는 단계;를 포함하는 데이터 센터의 운영 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 외기의 온도가 소정의 기준 온도 이하인 경우,
    상기 냉각부 내에 구비된 바이패스 댐퍼(By-pass)는 개방되는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 운영 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 혼합된 공기가 냉각부를 거쳐 상기 서버실로 공급되는 단계 이후,
    상기 서버실을 통과하면서 가열된 공기의 적어도 일부가 외부로 배출되는 단계를 더 포함하는 데이터 센터의 운영 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 외기의 온도가 소정의 기준 온도보다 높을 경우,
    상기 냉각부 내의 냉각 부재가 작동하고, 상기 냉각부 내에 구비된 바이패스 댐퍼(By-pass)는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 데이터 센터의 운영 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 외기의 온도가 소정의 기준 온도보다 높을 경우,
    상기 서버실을 통과한 후 혼합부로 유입된 공기가 상기 냉각부로 공급되는 단계;
    상기 유입된 공기가 상기 냉각부에서 냉각되는 단계; 및
    상기 냉각부에서 냉각된 공기가 상기 서버실로 공급되는 단계;를 포함하는 데이터 센터의 운영 방법.
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