データセンター向け液体グリコールベースの冷却システムにおける流体の劣化の測定

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コンテンツの表

• イントロダクション
• 冷却および冷媒システム
• 液体冷却
• チップへの直接液体冷却
• 浸漬冷却
• 監視と制御
• Rheonics センサー
• センサーの取り付け
• HPT-12G（SRVのみ有効）
• IFC-34N（SRVおよびSRD用のバリエーションあり）
• FET Tri-Clamp エルボーティー
• 参考情報

データセンターの密度と計算需要が拡大するにつれ、従来の空冷アーキテクチャでは、熱管理、エネルギー効率、信頼性の要件を満たすことがますます困難になっています。水または水とグリコールの混合物を主な熱輸送媒体として使用する液体循環ループ冷却は、最も効率的で拡張性の高いソリューションの一つとして登場しました。そのため、冷却性能を継続的に監視することが重要になっています。これは、他の方法の中でも、ライン内の冷媒の特性を評価することによって実現できます。熱劣化、グリコール濃度、汚染、生物付着、ブリックス値、凝固点などの特性は、直接測定によって追跡できます。 Rheonics' インライン密度および粘度センサー。

冷却システムの基本的な機能は、ある場所から熱を取り除き、別の場所に移動させることで、元の場所の温度を下げることです。熱は、伝導（固体との接触）、対流（流体の移動）、放射（電磁波）によって、温かい場所から冷たい場所へと自然に流れます。

• 冷凍システム： これらのシステムは、チラー、エアコン、ヒートポンプなどと同様に、冷媒の相変化（蒸発による熱の吸収と凝縮による熱の放出）に依存しています。
• 顕熱システム: これらのシステムは 顕熱伝達 冷媒ではなく、冷却液または空気を使用する。これらは通常、2つのループで構成されます。
• a. 流体を使用して熱源から熱を吸収する一次ループ。
• b. 温められた一次流体から熱を除去する二次ループ。二次ループは、多くの場合、冷却システム、または冷却塔やドライクーラーなどの外部排熱システムであり、熱を環境に放出します。

液体冷却の最大のメリットは 液体は空気よりもはるかに効率的である 熱伝達に関しては、 純粋な液体ベースの冷却 特に AI や高性能コンピューティング (HPC) をサポートする現代の高密度データ センターには不可欠です。

液体再循環ループ (LRL) は以下を提供します。

• 高い熱容量 空気と比べて
• ポンプエネルギーの低減 同じ熱輸送に対して
• 優れた熱安定性
• ダイレクト・ツー・チップ（D2C）と浸漬冷却ソリューションの両方との互換性

D2C と浸漬冷却はどちらも、一次ループを使用して熱を吸収し、二次ループを使用して熱を放出する再循環システムです。

D2C冷却は、データセンター内の最も高温のコンポーネント（通常はCPUとGPU）の上に液体冷却剤を直接循環させるもので、 コールドプレート それらの上に。一次ループと二次ループで使用される流体は、脱イオン水（DI）または純水とグリコールの混合物です。

プロピレングリコール（PG）は、毒性がなく、不燃性で、地球温暖化の原因にもならず、他の二次流体代替品と比較して最適な性能を発揮するため、現在では水と混合する冷却剤として好まれています。PGは純水よりも熱伝導率が低く粘度が高いため、グリコールと水の混合では熱交換が少なくなり、ポンプで送るのに多くのエネルギーが必要になります。しかし、PGは水よりも凝固点が低く沸点が高いため、DI水が配管内で凍結または蒸発するリスクがある場合に使用されます。PGはまた、水配管内での細菌の発生を防ぎます。

D2C は、IT ハードウェアが標準の冷水または特殊な非導電性流体で動作するように設計されており、高い安全マージンを確保するために供給温度を低く抑えることが求められる既存の大規模データ センター (ハイパースケーラーなど) への統合が容易なため、よく選択されます。

浸漬冷却は、超高密度センターで注目を集めています。この方法では、データセンター全体、あるいはCPUやGPUを搭載したラック全体を、鉱油や合成油などの誘電性流体に完全に浸漬する必要があります。すると、熱は伝導と対流によってラックから流体に伝達されます。冷却に必要な温度を維持するために流体をどのように循環させるかによって、浸漬冷却の種類が決まります。

単相浸漬冷却では、通常は熱交換器を介して液体または空気と接続された二次ループによって、流体を常に液体状態に保ちます。二次ループでも、グリコールと水の混合液が一般的に使用されます。

二相浸漬冷却では、流体は散逸によって液体から蒸気へと変化します。浸漬タンク上部の凝縮器コイルが液体蒸気を捕捉し、二次ループによって温度を下げて再び液相へと変換することで、液体は再びタンク内へ落下します。

浸漬冷却は、 より高い冷却剤入口温度 サーバー全体が水没しているため、すべてのコンポーネントが均一に冷却され、ホットスポットが排除されます。この高い動作温度が、高いエネルギー効率の大きな要因となっています。

冷却液の制御は、冷却液分配ユニット（CDU）によって行われます。CDUは、一定の循環、圧力、流量配分を維持することで冷却効率を維持する上で重要な役割を果たします。CDUは外部コントローラーと統合されており、ポンプ速度、バルブ、アラーム、冗長ロジックを管理します。

インライン センサーは、予後と健全性管理 (PHM) に不可欠であり、オペレーターが冷却剤の健全性と濃度を直接監視できるようにします。

LRLで監視される主要なパラメータ（特に グリコール-水ループ):

• 供給/戻り温度: 熱負荷とシステム効率を決定するために重要
• 流量とポンプ差圧: ポンプエネルギー (PUE) と潜在的な詰まり (ファウリング) の主要な指標。
• グリコール濃度：密度および粘度センサー グリコール濃度を正確に監視するのに役立ちます。これは以下の理由から重要です。
• グリコール濃度を確認し、 凝固点 冷却剤の。
• これにより、 実際の質量流量 ポンプが過剰な粘度を克服するためにエネルギーを無駄に消費しないようにします。
• 導電率と水質: 微量の汚染物質でもコンポーネントの損傷につながる可能性があるため、水の純度と腐食の可能性を測定します (特に DI 水ループ内)。

Rheonics インライン密度および粘度センサーは、流体が共振器の共振周波数と減衰に与える影響を評価し、流体と直接接触してその特性を測定するバランス型ねじり共振器 (BTR) 技術に基づいています。

Rheonics SRV インライン粘度計や SRD インライン密度・粘度計などのインライン センサーは、D2C および浸漬冷却におけるグリコール水冷却剤や鉱油などの伝熱流体の監視に適しています。

その Rheonics 利点は次のとおりです。

• コンパクトさ: Rheonics センサープローブは小型でコンパクトなため、ラック、冷却剤再循環ライン、浸漬タンクなどの狭いスペースに柔軟に設置するのに最適です。
• 堅牢性: センサーは流体の流れ、低温、多相流体に関係なく動作します。流体内の汚れた水、腐食生成物、バイオフィルム、散乱した粒子は、読み取り時に小さなノイズとして現れることがありますが、センサーは流体の粘度と密度を確実に測定できます。
• メンテナンス不要: センサーの動作寿命にわたってドリフトを生成する可能性のある可動部品はありません。

統合する Rheonics センサープローブをポリマーチューブまたはステンレス鋼パイプに挿入し、 Rheonics インライン フロー セルとウェルドレット、または標準接続とフランジ。

この小型フローセルは、最小限の流体容量を必要とし、入口と出口にG1/2インチの雄ネジポートを備えています。シールにはFKMまたはFFKM（高温用）が使用されています。 O-Ring. 製品ページを見る.

このフローセルには、 Rheonics SRVおよびSRD。3/4インチNPTメスポートを備えているため、特に3/4インチまたは1インチサイズの小径配管に最適です。IFC-34N-SRVおよびIFC-34N-SRDをご覧ください。

1.5インチ、2インチ、3インチのサイズがあり、このアクセサリは Tri-Clamp 入口、出口、プローブ ポートでの接続。 製品ページを見る.

FTPティースプールピース

2 インチ以上のサイズが用意されているこのセルは、デッド ゾーンを最小限に抑えながら、プローブを流体の流れに対して垂直に配置します。 製品ページを見る.

直接インストール Rheonics 次のようなウェルドレットを使用すると、冷却剤メイン ラインまたは供給ラインの SRV および SRD プローブが可能になります。

WOL-34NL （SRVおよびSRDに適しています）

HAW-12G-OTK (SRV および SRD に有効)、FKM または FFKM (高温用) を使用して接続シールを作成します。

液体冷却用の冷却剤分配ユニット（CDU）について