単相・二相式液浸冷却システムの技術解説
液浸冷却技術は、サーバーを非導電性液体に浸し、液体の高い熱伝導率を活用することで空冷式の冷却限界を突破する技術です。今後さらに進むAIサーバーの高密度・高消費電力化というトレンドに対応するため、単相式液浸冷却システムのみならず、さらなる技術の導入が進んでいます。
単相 - 浸漬冷却システム
只利用液體的液態單相，就像大型封閉式水冷一樣，透過強制對流來散熱，因此鰭片是關鍵設計，用以擴大散熱面積與優化流道。
這類系統建議使用與散熱器及晶片相容的熱介面材料，以確保可靠的熱傳導。
二相 - 浸漬冷却システム
兩相系統主要利用核沸騰的原理來帶走熱量，其熱傳導效率極高。研究顯示，在這種情況下，過多的鰭片反而可能阻礙氣泡的生成與脫離，降低效率。
因此，許多兩相設計會使用裸露或經過微結構處理的平面，以最佳化沸騰與氣泡排散。
單相液冷系統&兩相液冷系統動畫說明
単相
温度
65°C
PUE
1.05-1.12
流量
2-5 L/min
熱交換器
DTT61-s
- 高沸点誘電流体
- ポンプ駆動循環
- 強制対流熱伝達
- システムがシンプルでメンテナンスが容易
二相
沸騰温度
55°C
PUE
1.01-1.03
圧力
密封系統
銅コイルコンデンサー
- 低沸点誘電流体
- 自然循環
- 核沸騰相変化
- 極高熱流束
冷却原理
空冷
空気循環
単相
液体循環
二相
相変化潜熱
駆動方式
空冷
ファン駆動
単相
ポンプ駆動
二相
自然対流
冷却効率
空冷
一般的
単相
良好
二相
優秀
構築費用
空冷
一般的
単相
一般的
二相
非常に高い
二相式液冷システムと単相式液冷システムの比較
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二相
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単相
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伝熱性能
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局所対流熱伝達係数は数千 W/m²·K に達し、相変化により非常に高い熱流束と温度安定性を実現します。
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対流係数は数十 W/m²·K 程度で、表面積拡大のためのフィンと、界面熱抵抗を下げる最適化された熱インターフェース材料が必要です。
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エネルギー効率
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エネルギー効率を最大化します。
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空冷より大幅に優れ、性能とコストのバランスを取れます。
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機構
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低沸点の絶縁流体がホットスポットで核沸騰し、潜熱を搬送した蒸気が凝縮して液体に戻ります。相変化伝熱に依存します。
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高沸点の絶縁流体が熱源に直接接触し、相変化なしで熱交換器を通じて放熱します。自然対流または強制対流に依存します。
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システムの複雑さ
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高い：密閉槽、沸騰・凝縮管理、気液分離装置が必要で、設計・建設のCAPEXが高めです。
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低い：開放式または簡易循環系で、相変化管理が不要。設置と保守が簡単です。
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流体コストと環境
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流体はフッ素系化合物が多く、コストが高く GWP/PFAS リスクを伴い、規制順守の負担が大きいです。
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流体配合はカスタマイズ可能で、長寿命と防食を重視し、環境リスクは相対的に低いです。
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適用シーン
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極端な熱密度やスペース制約のある高性能計算環境で、沸騰管理とシール能力を備えた設備。 |
大規模クラウドやエンタープライズ展開、エッジ計算など、高可用性と低保守を要するシーン。
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メンテナンス要件
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厳格：流体の揮発防止、定期的な漏れ検査、コンデンサー清掃が必要。 |
低め：流体寿命が長く相変化による劣化がなく、保守は従来の液冷に近いです。
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