Immersion Cooling Tank für Rechenzentren: Einphasiges und zweiphasiges Tankdesign
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Immersion-Kühltank für Rechenzentren: Einphasen- und Zweiphasen-Tankdesign
Ein Immersionskühltank für ein Rechenzentrum ist das Umschließungsgefäß, das Server vollständig in dielektrische Flüssigkeit eingetaucht hält und ihre Wärme direkt an die Flüssigkeit statt an die Luft abgibt. Bei der einphasigen Immersion wird die Flüssigkeit abgepumpt, gekühlt und zurückgeführt; bei der zweiphasigen Immersion siedet die Flüssigkeit am Chip und der Dampf kondensiert innerhalb des Tanks wieder zu Flüssigkeit. Der Tank ist ein leckdichtes, oft kundenspezifisches Gefäß, dessen Material, Dichtung und Fluidverträglichkeit das Design dominieren – Edelstahl und kundenspezifisch gefertigte Gefäße sind typisch, wobei ASME-Konstruktion referenziert wird, wo das Design unter Druck steht, und ISO 28765 relevant ist, wo eine emaillierte Hülle in Betracht gezogen wird.
Immersion cooling moves heat removal from the air side to the liquid side by submerging the server in a dielectric fluid that does not conduct electricity. The "tank" is therefore not a water store but the primary thermal and mechanical enclosure of the IT itself. Get the vessel wrong — a leaky seam, an incompatible gasket, a tank that cannot contain a fluid spill — and you have turned a cooling advantage into a containment liability. The two architectural choices, single-phase and two-phase, change the tank's internals, pressure regime and material demands. Specifiers need to understand both before selecting a vessel.
Dieser Leitfaden behandelt den Immersionskühltank für ein Rechenzentrum – von der Eindämmung über die Einphasen-/Zweiphasen-Aufteilung bis hin zur Material- und Leckagekontrolle.
Der Tank als Eindämmung des dielektrischen Fluids
Ein Immersionstank ist in erster Linie ein geschlossenes Gefäß, das ein dielektrisches Fluid und die darin befindlichen Server enthält; seine Hauptaufgabe ist die leckdichte Eindämmung, nicht die strukturelle Wasserlagerung. Jede Verbindung, jedes Schauglas und jede Durchführung ist ein potenzieller Leckagepfad.
1. Fluidgrenze. Die Tankwand und der Deckel bilden die primäre Eindämmung des dielektrischen Fluids, das weder auf den Boden des Datenraums noch in die elektrische Hülle gelangen darf.
2. Servergehäuse. Der Tank beherbergt auch die IT; seine Geometrie, die Rack-Schnittstelle und die Zugangsabdeckungen sind Teil des Gefäßdesigns und keine Zusatzkomponente.
3. Sekundäre Rückhaltung. Eine Tropf- oder Auffangschicht unter oder um den Tank fängt kleinere Leckagen auf, sodass ein Dichtungsversagen ein Wartungsereignis und kein Ausfall ist.
Da die Flüssigkeit wertvoll und die Halle empfindlich ist, werden Integrität der Rückhaltung und Wartbarkeit von der ersten Skizze an mit eingeplant.
Einphasen- versus Zweiphasen-Immersion
Die entscheidende konstruktive Trennung besteht darin, ob das dielektrische Fluid am Chip seinen Aggregatzustand ändert, und diese Wahl verändert den gesamten Tank. Einphasen- und Zweiphasen-Tanks sind unterschiedliche Maschinen.
· Einphasen-Immersion. Das Fluid bleibt flüssig; es nimmt Wärme auf, wird zu einem externen Wärmetauscher gepumpt (oft über eine CDU), gekühlt und zurückgeführt. Der Tank ist im Wesentlichen ein leckdichtes Bad mit Einlass-/Auslassverteilern und ohne internes Sieden – niedrigerer Innendruck, einfacheres Dampfmanagement.
· Zweiphasen-Immersion. Die Flüssigkeit siedet am heißen Bauteil, Dampf steigt auf, und eine Kondensatorschlange oder -fläche im Tank führt ihn wieder in den flüssigen Zustand zurück. Der Tank muss den Dampfraum, die Kondensation und ein Druckregime bewältigen, das über dem Atmosphärendruck liegen kann, mit stärkerer Abdichtung und oft einem druckfesten Behälter.
· Abwägungen. Einphasig ist einfacher und leichter abzudichten; zweiphasig hat eine höhere Wärmeübertragungsdichte, aber einen komplexeren, druckbewussten Behälter.
Die Wahl bestimmt die Werkstoffgüte, die Abdichtungsphilosophie und ob der Behälter eine Druckbehälterklassifizierung benötigt.
Aspekt | Einphasig | Zweiphasig |
Fluidzustand | Nur flüssig | Sieden + Kondensieren |
Innendruck | Nahezu atmosphärisch | Kann den Atmosphärendruck überschreiten |
Dampfmanagement | Minimal | Kondensator + Dampfraum |
Behälterkomplexität | Geringer | Höher, druckfest |
Leckrückhaltung und Fluidkompatibilität
Dielektrisches Fluid muss zurückgehalten werden und darf den Tank nicht beeinträchtigen, daher werden Behälterwerkstoff, Dichtungen und etwaige Beschichtungen auf Fluidkompatibilität und langfristige Leckbeständigkeit ausgelegt. Immersionsfluide sind technische Flüssigkeiten, kein Wasser.
· Edelstahlmantel. Edelstahl 304/316 ist das übliche Material für kundenspezifische Behälter, gegenüber den meisten immersiven dielektrischen Fluiden inert und für präzise, schweißdichte Fertigung geeignet.
· Dichtungen und Dichtungen. Fluorpolymer- oder fluidbeständige Elastomere an Deckeln und Durchführungen; die Dichtungsauswahl wird gegen das spezifische Fluid validiert, um Quellung oder Auslaugung zu vermeiden.
· Beschichtungen, wo verwendet. Wenn eine Innenbeschichtung aufgebracht wird, muss sie fluidkompatibel und nicht kontaminierend für das Dielektrikum sein; ISO 28765 Emaille kann relevant sein, wo eine ausgekleidete Hülle in Betracht gezogen wird, aber die Fluidkompatibilität ist maßgeblich.
· Rückhaltung und Leckerkennung. Eine sekundäre Eindämmungsschicht und Leckerkennung verwandeln ein langsames Sickern in einen frühen Alarm.
Die Fluidkompatibilität wird verifiziert, nicht angenommen, weil eine reaktive Dichtung oder Beschichtung das Dielektrikum und die Server, die es schützt, verunreinigen kann.
Material- und Fertigungsroute
Immersionstanks sind in der Regel kundenspezifisch gefertigte Behälter, und die Fertigungsroute folgt dem Druckregime und den Fluidanforderungen. Edelstahl dominiert; druckbewertete Konstruktionen werden referenziert, wo das Design es erfordert.
· Kundenspezifische Edelstahlfertigung. Passivierte 304/316-Behälter mit geschweißten, leckdichten Nähten; der Standard für sowohl Ein- als auch Zweiphaseneinheiten, bei denen der Druck moderat ist.
· ASME-konforme Konstruktion. Wenn der Zweiphasen-Dampfraum oder die Systemauslegung das Gefäß unter erheblichen Druck setzt, wird die Konstruktion auf den ASME Boiler and Pressure Vessel Code (Section VIII) bezogen, damit Mantel, Deckel und Entlastung ordnungsgemäß klassifiziert sind.
· Relevanz von ISO 28765. Wenn für eine beliebige ausgekleidete Variante ein emaillierter (GFS) Mantel in Betracht gezogen wird, gilt die Auslegungsnorm für emaillierte Tanks; für Immersionsanwendungen wird häufiger Edelstahl verwendet, die Norm steht jedoch zur Verfügung, wo sie relevant ist.
· Zugang und Wartung. Abdeckungen, Anschlagpunkte und Ablassvorrichtungen ermöglichen das Einsetzen und Entfernen von Servern sowie den Flüssigkeitswechsel, ohne die Eindämmung zu durchbrechen.
Die Dokumentation des Fertigungsstandards und der Fluiddruckprüfung verhindert, dass ein Behälter zwar richtig aussieht, aber nicht klassifiziert oder gewartet werden kann.
Material / Weg | Am besten geeignet | Standardreferenz |
Edelstahl 304/316 | Individueller Ein-/Zweiphasenbehälter | Materialzertifikat, Schweißnaht-QS |
ASME-zugelassener Behälter | Druckbeaufschlagte Zweiphasen-Konstruktion | ASME BPVC Abschnitt VIII |
GFS-ausgekleidete Variante | Wo eine ausgekleidete Hülle in Betracht gezogen wird | ISO 28765 |
Überlegungen zu Dimensionierung und Layout
Ein Immersionstank wird nach der Serverlast, die er eintauchen muss, und dem Flüssigkeitsvolumen dimensioniert, das für die Wärmekapazität und die Abdeckung der Komponenten benötigt wird, nicht nach einer Wasserspeicherlogik. Zwei Eingangsgrößen dominieren.
4. Server- und Rack-Geometrie. Das interne Layout des Tanks folgt dem IT-Formfaktor; das Volumen wird dadurch bestimmt, wie viele Platinen eingetaucht werden müssen und wie ihr Abstand für die Strömung ist.
5. Flüssigkeitsinventar. Genügend Dielektrikum, um Komponenten mit Reserve zu bedecken, thermische Kapazität bereitzustellen und (einphasig) die externe Schleife ohne Kavitation zu speisen.
6. Wärmetauscher-Schnittstelle. Einphasig werden Verteilerraum für den gepumpten Volumenstrom benötigt; zweiphasig werden Dampfraum und Kondensatorfläche benötigt, dimensioniert auf die Verdampfungsrate.
Das Gehäuse ist daher in erster Linie ein IT-integriertes Gehäuse und erst in zweiter Linie ein Tank, und seine Spezifikation wird gemeinsam mit dem Serverhersteller und nicht isoliert verfasst.
Projektfall
Eine dedizierte Referenz für Immersionskühlung in Rechenzentren ist noch nicht Teil des gelieferten Portfolios, daher ist dieser Artikel als technische Orientierung und nicht als Projektzitat verfasst. Die Fähigkeit des Unternehmens, kundenspezifisch gefertigte und ausgekleidete Behälter zu liefern, zeigt sich in angrenzenden Sektoren: Im Rahmen von Brandschutzprogrammen im Ausland wurden GFS-Tanks mit bis zu 12.261 m³ (Indien, 3 Tanks, 2024-06) und 1.666 m³ (Singapur, 2 Tanks, 2026-01) geliefert, die nach denselben Standards für geschraubte Tanks gebaut wurden, mit denen das Containment-Konzept eines Immersionskühltanks verwandt ist. Diese Referenzen belegen die Lieferung und Qualitätssicherung von Großvolumenbehältern; es handelt sich um Brandschutzprojekte, nicht um Immersionsanlagen für Rechenzentren, und sie werden hier nur als Kompetenzkontext angeführt.
Ingenieurkompetenz von Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) entwirft und fertigt seit 2008 verschraubte Lagertanks. Als erster Hersteller von glasemaillierten Stahltanks (GFS) in China verfügt das Unternehmen über nahezu 200 emailbezogene Patente, produziert jährlich rund 300.000 emaillierte Stahlplatten, hat mehr als 30.000 installierte Projekte abgeschlossen und liefert seine Tanks in über 100 Länder. Das neue 150.000 m² große Produktionswerk wurde hinzugefügt, um die Produktionskapazität zu erhöhen, und einzelne Tanks werden bis zu 60.000 m³ geliefert. Die Fertigung erfolgt nach ISO 9001 und ISO 45001, mit Produktzertifizierungen einschließlich NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI und EUROCODE, und die Auslegung orientiert sich an ASME, ISO 28765 und AWWA D103-09, wo die Anwendung dies erfordert.
Für die Eindämmung bei der Immersionskühlung liefert das Unternehmen maßgefertigte Edelstahl- und ausgekleidete Behälter mit leckdichter Fertigung, fluidkompatiblen Dichtungen und sekundärer Eindämmung und stellt Material- und Fertigungsdokumentation zur Prüfung bereit.
Häufig gestellte Fragen
F1: Ist ein Immersionstank ein Wassertank?
A1: Nein. Es ist ein versiegelter Behälter, der ein dielektrisches Fluid enthält, in das die Server eingetaucht sind; seine Aufgabe ist die leckdichte Eindämmung und Wärmeübertragung, nicht die Wasserlagerung.
F2: Was ist der Unterschied zwischen einphasig und zweiphasig?
A2: Einphasig hält das Fluid flüssig und pumpt es zu einem externen Kühler; zweiphasig lässt es am Chip sieden und im Tank wieder kondensieren, was Dampfmanagement und oft einen druckfesten Behälter erfordert.
F3: Aus welchem Material besteht der Tank?
A3: In der Regel Edelstahl (304/316), kundenspezifisch gefertigt für leckdichte Rückhaltung; wo das Design unter Druck steht, wird auf ASME-zertifizierte Konstruktion verwiesen, und eine GFS-ausgekleidete Variante kann gegebenenfalls ISO 28765 verwenden.
F4: Warum ist Fluidkompatibilität entscheidend?
A4: Das dielektrische Fluid darf Dichtungen, Dichtungsringe oder etwaige Beschichtungen nicht beeinträchtigen; eine unverträgliche Dichtung kann aufquellen oder auslaugen und das Fluid sowie die Server verunreinigen, daher wird die Kompatibilität überprüft und nicht vorausgesetzt.
F5: Wie wird das Leckrisiko gemanagt?
A5: Durch schweißdichte Edelstahlfertigung, fluidbeständige Dichtungen, sekundäre Rückhalte-/Eindämmung und Leckerkennung, sodass ein langsames Sickern zu einem frühen Alarm statt zu einer Verschüttung auf dem Hallenboden wird.
F6: Ist die Zweiphasen-Immersion unter Druck?
A6: Er kann über Atmosphärendruck betrieben werden, weil der Dampfraum und das Sieden dies ermöglichen, sodass der Behälter und seine Entlastung häufig nach ASME klassifiziert werden, wo das Druckregime es erfordert.
Q7: Wie wird ein Immersionstank dimensioniert?
A7: Durch die Geometrie der Server/Rack-Einheiten, die eingetaucht werden sollen, den Bestand an dielektrischem Fluid für Abdeckung und Wärmekapazität sowie die Wärmetauscherschnittstelle (Verteiler für Einphasen-, Dampfraum und Kondensator für Zweiphasen).
Ein Immersion-Cooling-Tank für ein Rechenzentrum ist das dielektrische Fluid enthaltende Behältnis, das direkte Flüssigkeitskühlung ermöglicht, und sein Design hängt von der Unterscheidung zwischen Einphasen- und Zweiphasen-Systemen ab. Wählen Sie Edelstahl-Sonderanfertigung für dichte Abdichtung, validieren Sie jede Dichtung und Beschichtung gegenüber dem dielektrischen Fluid, ergänzen Sie sekundäre Rückhaltung und Leckerkennung und beziehen Sie sich auf ASME oder ISO 28765, wo das Druckregime oder die ausgekleidete Variante dies erfordert. So spezifiziert, ist der Tank ein zuverlässiges Gehäuse für die IT statt einer verborgenen Haftung.
Sprechen Sie mit einem Ingenieur
Für einen Immersionskühltank für ein Rechenzentrum senden Sie uns die zu versenkende Server-/Rack-Geometrie, die Spezifikation des dielektrischen Fluids, ob Sie Einphasen- oder Zweiphasenbetrieb planen, sowie etwaige Druckregime- oder Entlastungsanforderungen. Wir liefern Ihnen eine Spezifikation für ein Edelstahl- oder ausgekleidetes Gefäß mit fluidkompatiblen Dichtungen und sekundärer Rückhaltung, eine Dimensionierungsstudie für Fluidinventar und Wärmetauscher-Schnittstelle sowie Fertigungsdokumentation, die bei Bedarf auf ASME und ISO 28765 Bezug nimmt.
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