データセンター向け液浸冷却タンク：単相および二相タンク設計
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データセンター向け液浸冷却タンク：単相および二相タンク設計
データセンター用の液浸冷却タンクは、サーバーを誘電性流体に完全に浸した状態で収容する密閉容器であり、サーバーの熱を空気ではなく液体へ直接伝達します。単相液浸では、流体はポンプで送り出されて冷却された後に戻されます。二相液浸では、流体がチップ上で沸騰し、その蒸気がタンク内で凝縮して液体に戻ります。タンクは漏れのない、多くの場合カスタムメイドの容器であり、その材料、シーリング、流体との適合性が設計の主な要素となります。ステンレス鋼やカスタム製作の容器が一般的であり、設計が加圧される場合にはASME規格の構造が参照され、ガラスライニング（琺瑯）製のシェルを検討する場合にはISO 28765が関連します。
液浸冷却は、サーバーを電気を通さない誘電性流体に浸すことで、除熱を空気側から液体側へ移行する。したがって「タンク」は貯水槽ではなく、IT機器そのものの主要な熱的・機械的筐体である。容器を誤ると——漏れる継ぎ目、不適合なガスケット、流体の漏洩を封じ込められないタンク——冷却上の利点が封じ込め上の負債に変わってしまう。単相と二相という二つのアーキテクチャ上の選択は、タンクの内部構造、圧力条件、材料要件を変える。仕様策定者は、容器を選定する前に両方を理解する必要がある。
このガイドでは、データセンター向け液浸冷却タンクについて、封じ込めから単相／二相の区分、材料および漏れ制御に至るまで解説します。
誘電性流体の封じ込め容器としてのタンク
液浸タンクはまず、誘電性流体とその内部のサーバーを収容する密閉容器であり、その主な役割は漏れのない封じ込めであり、構造的な水貯蔵ではありません。すべての継手、サイトグラス、貫通部は潜在的な漏れ経路です。
1. 流体境界。タンク壁と蓋は誘電性流体の一次封じ込めを形成し、流体がデータホールの床や電気的エンベロープに漏れ出てはなりません。
2. サーバー収容部。タンクはIT機器も収容し、その形状、ラックインターフェース、アクセスカバーは追加要素ではなく容器設計の一部です。
3. 二次封じ込め。タンクの下または周囲にある滴受けまたは防液層が軽微な漏れを捕捉するため、シールの故障は停止ではなくメンテナンス事象となります。
流体は貴重であり、ホールは敏感であるため、封じ込めの完全性と保守性は最初の設計段階から組み込まれています。
単相と二相の液浸
設計上の決定的な分岐点は、誘電体流体がチップ上で相変化するかどうかであり、その選択がタンク全体の形状を変えます。単相タンクと二相タンクは別の機械です。
· 単相液浸。流体は液体のままで、熱を吸収し、外部熱交換器（多くの場合CDU経由）へポンプで送られ、冷却されて戻されます。タンクは本質的に、入口/出口マニホールドを備え、内部沸騰のない漏れ防止浴槽であり、内部圧力が低く、蒸気管理もより簡単です。
· 二相浸漬。流体は高温部品で沸騰し、蒸気が上昇し、タンク内の凝縮コイルまたは表面がそれを液体に戻します。タンクは蒸気空間、凝縮、および大気圧以上になり得る圧力状態を管理する必要があり、より強力なシーリングと、多くの場合圧力定格の容器が必要です。
· トレードオフ。単相はよりシンプルで密封が容易です。二相は熱伝達密度が高いですが、より複雑で圧力を考慮した容器が必要です。
この選択が材料グレード、密封方針、および容器に圧力容器分類が必要かどうかを左右します。
アスペクト | 単相 | 二相 |
流体状態 | 液のみ | 沸騰＋凝縮 |
内部圧力 | ほぼ大気圧 | 大気圧を超える可能性あり |
蒸気管理 | 最小限 | 凝縮器＋蒸気空間 |
容器の複雑さ | 低い | より高い、圧力対応 |
漏れ封じ込めと流体適合性
誘電性流体は封じ込める必要があり、タンクを劣化させてはならないため、容器の材質、シール、およびあらゆるコーティングは流体適合性と長期的な耐漏れ性を基準に選定されます。液浸流体は水ではなく、工学的に設計された液体です。
· ステンレス鋼シェル。304/316ステンレスは一般的なカスタム容器材料であり、ほとんどの液浸誘電性流体に対して不活性で、精密かつ溶接による漏れのない製作が可能です。
· シールとガスケット。蓋と貫通部にはフッ素ポリマーまたは流体対応エラストマーを使用。シールの選択は、膨潤や溶出を避けるため、特定の流体に対して検証されています。
· 使用する場合のコーティング。内部コーティングを施す場合は、流体との適合性があり、誘電体を汚染しないものでなければなりません。ライニングされたシェルを検討する場合にはISO 28765のガラス質ホーローが関連する可能性がありますが、流体との適合性が優先されます。
· バンドと漏れ検知。二次的な封じ込め層と漏れセンシングにより、ゆっくりとした浸透が早期の警報となります。
流体との適合性は想定ではなく検証されます。反応性のあるシールやコーティングは、誘電体とそれが保護するサーバーを汚染する可能性があるためです。
材料および製作ルート
液浸タンクは通常、特注で製作される容器であり、製作方法は圧力条件と流体要件に従います。ステンレスが主流であり、設計上必要な箇所では耐圧構造が採用されます。
· ステンレス特注製作。溶接された漏れのない継ぎ目を持つパッシベーション処理済みの304/316容器。圧力が中程度の単相および二相ユニットの両方における標準仕様です。
· ASME規格に準拠した構造。二相蒸気空間またはシステム設計により容器が著しい圧力下に置かれる場合、シェル、蓋、および逃がし装置が適切に分類されるよう、構造はASMEボイラー・圧力容器規格（第VIII節）に準拠します。
· ISO 28765の関連性。ライニング変種においてガラスライニング（GFS）シェルを検討する場合、琺瑯タンク設計規格が適用されます。液浸用途ではステンレスがより一般的に使用されますが、関連する場合にはこの規格を利用できます。
· アクセスとサービス。カバー、吊り上げポイント、ドレン設備により、封じ込めを破ることなくサーバーの挿入、取り外し、流体の交換が可能です。
製造基準と流体の検証を文書化することで、見た目は正しくても分類や保守ができない容器を防ぐことができます。
材料 / ルート | 最適な用途 | 標準参照 |
ステンレス 304/316 | カスタム単相/二相容器 | 材料証明、溶接QA |
ASME規格容器 | 加圧二相設計 | ASME BPVC セクションVIII |
GFSライニング仕様 | ライニングシェルを検討する場合 | ISO 28765 |
サイジングとレイアウトの考慮事項
浸漬タンクのサイズは、水貯蔵の論理ではなく、浸漬する必要があるサーバー負荷と、熱容量および部品の被覆に必要な流体量によって決まります。2つの入力が支配的です。
4. サーバーとラックの形状。タンクの内部レイアウトはITフォームファクターに従います。容積は、浸漬する必要があるボードの数と流れのためのそれらの間隔によって設定されます。
5. 流体インベントリ。マージンを持ってコンポーネントを覆い、熱容量を提供し、（単相の場合）キャビテーションなしで外部ループに供給するのに十分な誘電体。
6. 熱交換インターフェース。単相ではポンプ送流用のマニホールドスペースが必要であり、二相では蒸気スペースと沸騰率に合わせた凝縮器面積が必要です。
したがって、容器はまずIT統合型エンクロージャーであり、次にタンクであり、その仕様は単独ではなくサーバーベンダーと共同で作成されます。
プロジェクト事例
データセンター向け液浸冷却の専用参考事例はまだ納品ポートフォリオに含まれていないため、本稿はプロジェクト引用ではなくエンジニアリングガイダンスとして執筆している。カスタム製作・ライニング施工された容器を供給する当社の能力は、隣接分野において実証されている。海外の消防プログラムでは、最大12,261 m³（インド、3基、2024-06）および1,666 m³（シンガポール、2基、2026-01）のGFSタンクを納入しており、これらは液浸冷却タンクの封じ込め思想に関連する同一のボルト締めタンク規格に基づいて建造されている。これらの参考事例は大容量容器の供給と品質保証を裏付けるものであるが、消防プロジェクトでありデータセンターの液浸設備ではないため、ここでは能力の文脈としてのみ引用する。
Center Enamelのエンジニアリング能力
Center Enamel（石家庄正中科技有限公司）は2008年からボルト締め貯蔵タンクの設計・製造を行っています。中国初のガラス融着鋼（GFS）タンクメーカーとして、同社は約200件のホーロー関連特許を保有し、年間約30万枚のホーローコーティング鋼板を生産、30,000件以上の設置プロジェクトを完了し、100カ国以上にタンクを供給しています。生産能力を高めるため、新たに150,000 m²の生産拠点が追加され、単一タンクは最大60,000 m³まで供給可能です。製造はISO 9001およびISO 45001の下で行われ、製品認証にはNSF/ANSI 61、WRAS、FDA、LFGB、CE（EN 1090）、ISO 28765、FM、BSCI、EUROCODEが含まれ、用途に応じてASME、ISO 28765、AWWA D103-09を参照した設計が行われています。
液浸冷却用の封じ込めとして、同社は漏れのない製作、流体適合シール、二次封じ込めを備えたカスタムステンレス製およびライニング製の容器を供給し、レビュー用の材料および製作に関する文書を提供しています。
よくある質問
Q1：液浸タンクは水タンクですか？
A1：いいえ。これは誘電性流体を封入し、その中にサーバーを沈めた密閉容器です。その役割は漏れのない封じ込めと熱伝達であり、水の貯蔵ではありません。
Q2：単相と二相の違いは何ですか？
A2：単相は流体を液体のまま保ち、外部の冷却器へポンプで送ります。二相はチップ上で沸騰させ、タンク内で再凝縮させる方式で、蒸気管理が必要となり、多くの場合圧力対応の容器が求められます。
Q3：タンクはどのような材料でできていますか？
A3: 通常、漏れのない封じ込めのためにステンレス鋼（304/316）をカスタム製作します。設計が加圧される場合はASME規格の構造が参照され、GFSライニング仕様の場合は該当する場合にISO 28765を使用することがあります。
Q4: なぜ流体適合性が重要なのですか？
A4: 誘電性流体はシール、ガスケット、またはあらゆるコーティングを劣化させてはなりません。不適合なシールは膨潤や溶出を起こし、流体やサーバーを汚染する可能性があるため、適合性は想定ではなく検証されます。
Q5: 漏れリスクはどのように管理されますか？
A5: 溶接による液密なステンレス製の製作、流体対応シール、二次的なバンド/封じ込め、および漏れ検知により、ゆっくりとした浸透がホールフロアへの流出ではなく早期の警報となります。
Q6: 二相浸漬は加圧されますか？
A6: 蒸気空間と沸騰により大気圧以上で運転できるため、圧力条件が要求する場合には容器とその逃がし装置はASMEに準拠して分類されることがよくあります。
Q7: 液浸タンクのサイズはどのように決定しますか？
A7: 浸漬するサーバー/ラックの形状、被覆と熱容量のための誘電性流体の量、そして熱交換インターフェース（単相用のマニホールド、二相用の蒸気空間と凝縮器）によって決定します。
データセンター向けの液浸冷却タンクは、直接液体冷却を可能にする誘電性流体の収容容器であり、その設計は単相方式か二相方式かという選択にかかっています。漏れのない収容を実現するためにステンレス製のカスタム製作を選び、すべてのシールとコーティングを誘電性流体に対して検証し、二次収容と漏れ検知を追加し、圧力条件やライニング仕様が必要とする場合にはASMEまたはISO 28765を参照してください。そのように仕様を定めることで、タンクはIT機器にとって信頼できる筐体となり、隠れたリスクとはなりません。
エンジニアに相談する
データセンター用の液浸冷却タンクについては、浸漬するサーバー/ラックの形状、誘電性流体の仕様、単相または二相のいずれを計画しているか、および圧力レジームや逃がし要件があればお送りください。流体適合シールと二次封じ込めを備えたステンレス製またはライニング容器の仕様、流体インベントリと熱交換インターフェースのサイジング検討、および必要に応じてASMEおよびISO 28765に準拠した製作文書をご返却します。
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