液体冷却フィルター: CDU およびコールド プレートに適切なフィルターを選択する方法

AI サーバー、ハイ パフォーマンス コンピューティング (HPC)、およびその他の高密度コンピューティング システムが発生する熱は増加し続けるため、液体冷却は最新のデータセンターの熱管理の重要な部分になりつつあります。

しかし、効率的な熱除去は信頼性の高い液体冷却システムの一部にすぎません。冷却剤が CDU、ポンプ、熱交換器、マニホールド、クイックディスコネクト、およびコールドプレートを循環するため、粒子による汚染が深刻な問題となる可能性があります。

ここで、適切に選択された 液冷フィルター カートリッジが 重要になります。

フィルターは冷却ループ内の粒子の制御に役立ちますが、適切なフィルターを選択することは、単に最小ミクロン定格を選択するだけの問題ではありません。ろ過定格、流量、圧力損失、ろ材、クーラントの適合性、汚れ保持能力、設置位置をすべて合わせて考慮する必要があります。

このガイドでは、CDU システム、チップ直接冷却、およびコールド プレート アプリケーション向けの液冷フィルター カートリッジの選択方法について説明します。

液体冷却システムにおいて濾過が重要なのはなぜですか?

液冷ループには、異なる清浄度と流量要件を持つ複数のコンポーネントが含まれています。

これらには次のものが含まれる場合があります。

• 冷却液分配ユニット (CDU)

• パンプス

• 熱交換器

• マニホールド

• クイック切断

• チューブと配管

• コールドプレート

• コントロールバルブ

粒子は、製造、組み立て、設置、メンテナンス、またはシステムの運用中にループに侵入する可能性があります。考えられる汚染物質には、金属粒子、腐食生成物、残留物、その他の粒子状物質が含まれます。

懸念されるのは粒子自体の存在だけではありません。比較的小さな流路を備えたコンポーネントでは、蓄積した汚染により流れが制限され、システムのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

Open Compute Project のガイダンスでは、液体冷却コンポーネントを汚染から保護するためにフィルターが CDU に組み込まれており、フィルターのサイジングでは、クイック ディスコネクトやマイクロチャネル コールド プレートなど、粒子の影響を最も受けやすいコンポーネントを考慮する必要があると記載されています。

コールド プレートには、流れ、圧力降下、材料の適合性、および清浄度に関する特定の要件もあります。

これは、濾過を個別のフィルターコンポーネントとしてではなく、全体的な冷却システム設計の一部として扱う必要があることを意味します。

液体冷却フィルター カートリッジを選択する際に考慮すべき点は何ですか?

すべての冷却ループに適合する単一のフィルター仕様はありません。

正しい選択は実際の動作条件によって異なります。

追加の技術パラメータは、特定の動作条件に従って確認する必要があります。

1. 濾過評価: 液体冷却フィルターはどれくらい細かい必要がありますか?

エンジニアが最初に抱く質問の 1 つは次のとおりです。

液体冷却フィルター カートリッジにはどのミクロンの定格が必要ですか?

答えは冷却システムによって異なります。

フィルターは、入手可能な最高級のフィルターを単に選択するのではなく、システムの最も敏感なコンポーネントの粒子制御要件に従って選択する必要があります。

たとえば、初期システムのフラッシング中に使用されるフィルターは、通常の動作中にマイクロチャネル コールド プレートを保護する細かいフィルターとは異なる機能を持つ場合があります。

オープン コンピューティング プロジェクトのガイダンスでは、フィルターのサイジングは、敏感なコンポーネントと冷却ループの形状を考慮して、システムごとに考慮する必要があると特に指摘しています。

絶対ろ過評価と公称ろ過評価

液冷フィルター カートリッジを比較する場合、購入者はミクロン定格がどのように定義されているかも確認する必要があります。

2 つのフィルターは両方とも同じ公称ミクロン値でラベル付けされている場合がありますが、異なる粒子保持特性を持っています。

重要なアプリケーションの場合、エンジニアはサプライヤーに次の点を尋ねる必要があります。

• ろ過定格の定義

• 試験方法

• フィルター構造

• 粒子保持データ

• 推奨動作条件

したがって、 ミクロン評価は唯一の仕様ではなく、選択プロセスの一部として扱う必要があります。

2. 流量と圧力損失

圧力損失は、液冷フィルターを選択する際の最も重要な要素の 1 つです。

すべてのフィルターはシステムにある程度の油圧抵抗をもたらします。流量が増加すると、圧力損失も増加する可能性があります。フィルタの負荷により、時間の経過とともに差圧がさらに増加する可能性があります。

これにより、基本的なエンジニアリング バランスが作成されます。

粒子制御 ↔ 流量 ↔ 圧力損失 ↔ フィルター寿命

フィルターが細かいほど粒子保持力は大きくなりますが、フィルター面積が不十分な場合、圧力損失が高くなりすぎる可能性があります。

一方、濾過面積が大きいフィルターは、同じ流量条件下で圧力損失を低減し、耐用年数を延ばす可能性があります。

オープン コンピューティング プロジェクトの現在のコールド プレート要件では、システム設計時に濾過によって生じる圧力降下を考慮し、メンテナンスと保守性を考慮する必要性も強調しています。

実用的な選択アプローチ

単に質問するのではなく、次のようにします。

どのミクロン評価がありますか?

より有用なエンジニアリング仕様は次のとおりです。

必要な流量 + 目標ろ過定格 + 最大許容圧力損失 + クーラント + 温度

これにより、フィルタの製造元は有意義な推奨を行うのに十分な情報が得られます。

3. 液体冷却用のフィルター媒体の選択

フィルター媒体は、冷却剤および動作条件に適合する必要があります。冷却液分配ユニット (CDU) とコールド プレートには優れたシステム清浄度と長期安定性が求められるため、これらの重要なコンポーネントには金属フィルター カートリッジが第一の選択肢となります。

ステンレススチール / 金属カートリッジ (CDU およびコールドプレートの主な選択) ステンレススチールフィルターは、液冷システムで信頼性の高い高精度の濾過を実現するためのコアコンポーネントとして機能します。これらは、変形することなく圧力およびパルス耐性に対する高い機械的強度を提供するとともに、脱イオン水、グリコール溶液 (PG ベースおよび EG ベース)、および誘電性流体と互換性のある優れた耐薬品性を備えています。 LOONG Filtration は、次の用途向けに 2 つの専用の全金属構造 (SS304/SS316) を提供します。

• 5 層焼結ステンレススチールメッシュ (SSF シリーズ): 真空焼結プロセスを通じて形成されたこの複合構造は、正確に制御された細孔サイズ (通常 1 ～ 100 μm) を提供します。繊維や粒子のない動作を実現し、コールド プレート ブランチの上流の精密ろ過ポイント、CDU 二次側精密ろ過モジュール、高出力チップを保護するループに非常に適しています。

• ステンレスプリーツメッシュ（SBFシリーズ）： プリーツ状の金網構造により、コンパクトなスペースで有効ろ過面積が大きくなり、高い汚物保持能力と長寿命を実現します。広い濾過範囲 (5 ～ 200 μm) にわたって、高い流量スループットと低い初期圧力損失のバランスをとります。 CDU主回路、分岐回路、ラック一体型濾過などの中精度濾過に最適です。

どちらの金属シリーズも、(化学洗浄または超音波洗浄による)洗浄可能で再利用可能な設計を特徴としており、ライフサイクルの運用コストを大幅に削減します。

どのフィルターメディアを選択すべきですか?

次の表は、フィルターを選択する際の出発点として使用できます。

この表は、普遍的な仕様ではなく、一般的なエンジニアリング ガイドです。

最終的な媒体の選択は、実際の冷却剤と動作条件に基づいて行う必要があります。

4. 冷却剤の適合性が重要

フィルターの選択は、フィルター膜のみに焦点を当ててはいけません。

完全な接液アセンブリには次のものが含まれます。

• 濾材

• サポート層

• コア

• ケージ

• エンドキャップ

• アダプター

• Oリング

• ガスケット

• フィルターハウジング

冷却液との適合性を評価する際には、これらの材料をすべて考慮する必要があります。

水ベースのシステムの場合、材料の選択は、水とグリコールの混合物やその他の特殊な冷却液を使用するシステムとは異なる場合があります。

温度も重要な変数です。

ある動作温度では適切な材料でも、より高い温度では異なる性能限界が生じる場合があります。

このため、最終的な選択の前に、クーラントの種類、濃度、温度、および暴露条件をフィルターのメーカーに提供する必要があります。

5. 液冷システム内のフィルターの位置

液冷システムのどこでも同じフィルター定格を使用する必要はありません。

ろ過ポイントが異なれば、目的も異なります。

システムのフラッシングとコミッショニング

新しく設置されたシステムには、組み立てや設置時に高レベルの粒子汚染が含まれる可能性があります。

より大容量の濾過ステージを試運転中に使用して、通常の動作前に大量の汚染を除去できます。

CDU濾過

下流の冷却コンポーネントを粒子汚染から保護するために、CDU の内部または周囲にフィルターを取り付けることができます。

フィルターのサイズは、実際の CDU 流量、システム圧力、冷却剤の特性、および最も敏感な下流コンポーネントを考慮する必要があります。

テクノロジー冷却ループ

このテクノロジーの冷却システムでは、冷却剤がラックや IT 機器を循環するため、追加の粒子制御が必要になる場合があります。

フィルタの要件は、システム設計とコンポーネントの感度によって異なります。

コールドプレート保護

コールド プレートには、高出力プロセッサから冷却液に熱を伝達するために慎重に設計されたチャネルとフィンが含まれています。

ASHRAE は、コールド プレートには特定の清浄度、圧力降下、流量、および材料の適合性要件があることに注意しています。

したがって、システムが敏感なコンポーネントの近くで追加の粒子制御を必要とする場合には、精密ろ過を考慮することができます。

水冷フィルターカートリッジの選定例

システム設計者がチップへの直接冷却ループのフィルターを評価しているとします。

基本情報は次のようになります。

重要な点は、1 つのパラメーターだけからは信頼できるフィルターの推奨を作成できないということです。

フィルタのメーカーは 完全な動作範囲を評価する必要があります.

追加の技術パラメータは、特定の動作条件に従って確認する必要があります。

液体冷却濾過でよくある間違い

最小ミクロン定格の選択

ミクロン評価が小さいほど、必ずしも優れた液冷フィルターであるとは限りません。

粒子濃度が高い場合、目の細かいフィルターを使用すると、圧力損失が増加したり、負荷が速くなったりする可能性があります。

正しい目的は、許容可能な油圧性能と耐用年数を維持しながら、必要な粒子制御を達成することです。

クリーンフィルターの圧力損失のみを見る

新しいフィルターと読み込まれたフィルターは同じように動作しません。

汚染が蓄積すると、差圧が増加する可能性があります。

したがって、フィルタの選択では、予想される負荷条件とメンテナンス要件を考慮する必要があります。

クーラントの互換性を無視する

フィルタは膜の材質のみに基づいて適切であると思われる場合もありますが、他の接液コンポーネントには追加の互換性の検討が必要な場合があります。

どこでも 1 つのフィルター仕様を使用する

フラッシング、CDU 保護、メインループろ過、精密コールドプレート保護には、さまざまな要件がある場合があります。

システムによっては、段階的な濾過戦略の方が適切な場合があります。

システムを理解する前にフィルターを選択する

エンジニアは以下を理解した上でフィルタを選択する必要があります。

クーラント → 流量 → 圧力 → 温度 → 粒子負荷 → 重要コンポーネント → 濾過要件

これにより、ミクロン定格が適切であると思われるだけでカートリッジを選択するというよくある間違いを防ぐことができます。

LOONG ろ過が液体冷却アプリケーションをどのようにサポートするか

液体冷却濾過には、標準的なフィルター カートリッジ以上のものが必要です。

フィルターは、冷却ループ、冷却剤、流量条件、圧力降下の要件、および下流コンポーネントに適合する必要があります。

LOONG Filtration は、PP、PES、ナイロン、ガラス繊維、ステンレス鋼ろ過、フィルター ハウジング、CDU 関連のろ過ソリューションなど、さまざまなろ過段階と用途をカバーする液冷ろ過ソリューションを提供します。

データセンター冷却システム開発者、CDU メーカー、OEM、濾過販売業者の場合、選択プロセスは次の情報から始めることができます。

これらのパラメータに基づいて、フィルターのメーカーは適切なカートリッジ構成と濾過段階を評価できます。

最終的なポイント

信頼性の高い液冷フィルター カートリッジは、単に最小ミクロン定格のフィルターではありません。

適切なソリューションでは、以下のバランスが取れている必要があります。

粒子制御 + 流量 + 圧力損失 + フィルター寿命 + 冷却剤の適合性 + システム要件

CDU、チップ直接冷却、およびコールド プレート冷却アプリケーションの場合、最も効果的な濾過戦略は冷却システム自体から始まります。

既存のフィルターを交換する場合、または新しい液体冷却システムを開発する場合、現在のカートリッジの仕様、冷却剤の種類、流量、温度、圧力、設置位置を提供すると、濾過メーカーが適切なソリューションを評価するのに役立ちます。

追加の技術パラメータは、特定の動作条件に従って確認する必要があります。

よくある質問

液冷フィルターカートリッジとは何ですか?

液冷フィルター カートリッジは、CDU や直接チップ冷却システムなどの液冷ループから微粒子汚染を除去するために使用される交換可能な濾過エレメントです。

液体冷却にはどのミクロン定格が適していますか?

すべての液体冷却システムに共通のミクロン定格はありません。適切な定格は、システム設計、敏感なコンポーネント、粒子要件、流量、および許容される圧力降下によって異なります。

液体冷却フィルターにとって圧力損失が重要なのはなぜですか?

フィルターにより、冷却ループに油圧抵抗が生じます。過度の圧力降下は、利用可能な流量とシステム全体の効率に影響を与える可能性があるため、フィルター面積と構成を流量要件とともに評価する必要があります。

液体冷却に使用できる濾材はどれですか?

PP、PES、ナイロン、ガラス繊維、ステンレス鋼はすべて、さまざまな液冷濾過用途に考慮できます。正しい選択は、冷却剤、濾過ステージ、粒子負荷、および動作条件によって異なります。

液冷フィルターはコールドプレートを保護できますか?

はい。濾過は、粒子汚染がコールドプレートなどの敏感なコンポーネントに到達する前に制御するのに役立ちます。適切なフィルターの定格と位置は、冷却システムの設計によって異なります。

液冷フィルターはどこに設置すればよいですか?

フィルターは、システムのフラッシング中、CDU ろ過ステージ内、技術冷却ループ内、または粒子制御が必要なその他の場所で使用できます。必要な仕様は場所によって異なる場合があります。

適切な水冷フィルター カートリッジを選択するにはどうすればよいですか?

まず、冷却剤、流量、温度、圧力、粒子汚染、重要な下流コンポーネント、必要な濾過定格、最大許容圧力降下、カートリッジの寸法、およびハウジングの構成から始めます。