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
単相浸漬冷却は液体を液体状態のまま使用し、大型クローズドループ水冷システムと同様に強制対流によって放熱します。そのため、フィンが重要な設計要素となり、放熱面積の拡大と流路の最適化に活用されます。
このタイプのシステムには、ヒートシンクとチップの両方に適合する熱界面材料を使用することで、安定した熱伝導を確保することが推奨されます。
二相 - 浸漬冷却システム
二相システムは主に核沸騰の原理を利用して熱を除去し、非常に高い熱伝導効率を実現します。研究によると、このような状況では過剰なフィンがかえって気泡の生成と離脱を妨げ、効率を低下させる可能性があることが示されています。
そのため、多くの二相設計では、沸騰と気泡の排出を最適化するために、bare面またはマイクロ構造処理を施した平面が採用されています。
単相液冷システム＆二相液冷システム アニメーション解説
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
|
二相
|
単相
|
|
|
伝熱性能
|
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。
|
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。
|
|
エネルギー効率
|
エネルギー効率を最大化します。
|
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。
|
|
機構
|
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。
|
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。
|
|
システムの複雑さ
|
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。
|
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。
|
|
流体コストと環境
|
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。
|
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。
|
|
適用シーン
|
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。
|
|
メンテナンス要件
|
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。
|
単相液浸冷却専用放熱パッド
旭立科技は、浸漬式液冷システムの長期浸漬環境に特化した専用熱伝導パッドを開発しました。汚染を防止し誘電冷却液の純度を維持するだけでなく、安定した熱伝導効果と部品保護を提供し、単相浸漬式液冷システムの信頼性と長期性能を大幅に向上させます。
DTT61-sはEngineered Fluidsによる長期浸漬環境への耐性認証を取得しており、局所的な絶縁効果により特定の電子部品への追加保護も実現します。
旭立科技の自社工場ではカスタマイズ裁断・打ち抜き加工サービスを提供しており、2〜4週間以内に出荷が可能です。液冷環境の構築をご検討の方は、旭立科技の熱対策専門コンサルタントまでお気軽にご連絡ください。
DTT61-s
6.0 W/m·K
単相液浸冷却
