Фильтр жидкостного охлаждения: как правильно выбрать фильтр для CDU и холодных пластин

Поскольку серверы искусственного интеллекта, высокопроизводительные вычисления (HPC) и другие вычислительные системы с высокой плотностью размещения продолжают выделять больше тепла, жидкостное охлаждение становится важной частью управления температурным режимом современных центров обработки данных.

Но эффективный отвод тепла — это лишь часть надежной системы жидкостного охлаждения. Поскольку охлаждающая жидкость циркулирует через CDU, насосы, теплообменники, коллекторы, быстроразъемные соединения и охлаждающие пластины, загрязнение твердыми частицами может стать серьезной проблемой.

Именно здесь картридж фильтра жидкостного охлаждения . становится важным правильно выбранный

Фильтр помогает контролировать частицы в контуре охлаждения, но выбор правильного фильтра – это не просто вопрос выбора наименьшего микронного номинала. Степень фильтрации, скорость потока, перепад давления, фильтрующий материал, совместимость охлаждающей жидкости, грязеемкость и положение установки следует учитывать вместе.

В этом руководстве мы объясним, как выбрать картридж фильтра жидкостного охлаждения для систем CDU, прямого охлаждения кристалла и холодных пластин.

Почему фильтрация важна в системах жидкостного охлаждения?

Контур жидкостного охлаждения содержит несколько компонентов с различными требованиями к чистоте и расходу.

Они могут включать в себя:

• Распределительные устройства охлаждающей жидкости (РУС)

• Насосы

• Теплообменники

• Коллекторы

• Быстрое отключение

• Трубки и трубопроводы

• Холодные плиты

• Регулирующие клапаны

Частицы могут попасть в контур во время производства, сборки, установки, технического обслуживания или эксплуатации системы. Возможные загрязнения включают металлические частицы, продукты коррозии, остатки и другие твердые частицы.

Беспокойство вызывает не только наличие самих частиц. В компонентах с относительно небольшими проходами для потока накопленные загрязнения могут ограничивать поток и влиять на производительность системы.

В руководстве Open Compute Project говорится, что фильтры встраиваются в CDU для защиты компонентов жидкостного охлаждения от загрязнения, и что при выборе размера фильтра следует учитывать компоненты, наиболее чувствительные к частицам, включая быстроразъемные соединения и микроканальные охлаждающие пластины.

Холодные пластины также предъявляют особые требования к расходу, перепаду давления, совместимости материалов и чистоте.

Это означает, что фильтрацию следует рассматривать как часть общей конструкции системы охлаждения, а не как изолированный компонент фильтра.

Что следует учитывать при выборе картриджа фильтра жидкостного охлаждения?

Не существует единой спецификации фильтра, подходящей для каждого контура охлаждения.

Правильный выбор зависит от реальных условий эксплуатации.

Дополнительные технические параметры должны быть подтверждены в соответствии с конкретными условиями эксплуатации.

1. Степень фильтрации: насколько тонким должен быть фильтр жидкостного охлаждения?

Один из первых вопросов, которые задают инженеры:

Какой номинал в микронах должен иметь картридж фильтра жидкостного охлаждения?

Ответ зависит от системы охлаждения.

Фильтр следует выбирать в соответствии с требованиями к контролю частиц наиболее чувствительных компонентов системы, а не просто выбирать самый тонкий из доступных фильтров.

Например, фильтр, используемый при первоначальной промывке системы, может иметь функцию, отличную от фильтра тонкой очистки, защищающего микроканальную холодную пластину во время нормальной работы.

В руководстве Open Compute Project особо отмечается, что размер фильтра следует рассматривать для каждой системы отдельно, принимая во внимание чувствительные компоненты и геометрию контура охлаждения.

Абсолютный и номинальный рейтинг фильтрации

Сравнивая картриджи фильтров жидкостного охлаждения, покупатели также должны подтвердить, как определяется номинал в микронах.

Два фильтра могут иметь маркировку с одинаковым номинальным значением в микронах, но иметь разные характеристики удержания частиц.

Для критически важных приложений инженеры должны спросить поставщиков о:

• Определение рейтинга фильтрации

• Метод испытания

• Конструкция фильтра

• Данные об удержании частиц

• Рекомендуемые условия эксплуатации

Таким образом, микронный рейтинг следует рассматривать как часть процесса выбора, а не как единственную спецификацию.

2. Расход и падение давления

Падение давления является одним из наиболее важных факторов при выборе фильтра жидкостного охлаждения.

Каждый фильтр создает в системе некоторое гидравлическое сопротивление. По мере увеличения скорости потока может также увеличиваться падение давления. Загрузка фильтра может со временем еще больше увеличить перепад давления.

Это создает базовый инженерный баланс:

Контроль частиц ↔ Скорость потока ↔ Падение давления ↔ Срок службы фильтра

Более тонкий фильтр может обеспечить большее удержание частиц, но если площадь фильтра недостаточна, падение давления может стать слишком высоким.

С другой стороны, фильтр с большей площадью фильтрации может снизить падение давления и продлить срок службы при тех же условиях потока.

Текущие требования к охлаждающей пластине проекта Open Compute Project также подчеркивают необходимость учитывать падение давления, вызванное фильтрацией, а также учитывать техническое обслуживание и удобство эксплуатации при проектировании системы.

Практический подход к выбору

Вместо того, чтобы спрашивать только:

Какой у вас номинал в микронах?

Более полезная инженерная спецификация:

Требуемый расход + целевая степень фильтрации + максимально допустимый перепад давления + охлаждающая жидкость + температура

Это дает производителю фильтра достаточно информации, чтобы дать значимые рекомендации.

3. Выбор фильтрующего материала для жидкостного охлаждения

Фильтрующий материал должен быть совместим с охлаждающей жидкостью и условиями эксплуатации. Поскольку блоки распределения охлаждающей жидкости (CDU) и охлаждающие пластины требуют исключительной чистоты системы и долгосрочной стабильности, металлические фильтрующие картриджи являются основным выбором для этих критически важных компонентов.

Картриджи из нержавеющей стали/металла (основной выбор для CDU и охлаждающих пластин) Фильтры из нержавеющей стали служат основным компонентом для обеспечения высоконадежной и точной фильтрации в системах жидкостного охлаждения. Они обеспечивают высокую механическую прочность, выдерживают давление и импульсы без деформации, а также превосходную химическую стойкость, совместимую с деионизированной водой, растворами гликоля (на основе ПГ и ЭГ) и диэлектрическими жидкостями. Компания LOONG Filtration предлагает две специальные цельнометаллические конструкции (SS304/SS316) для этих целей:

• Пятислойная сетка из спеченной нержавеющей стали (серия SSF): эта композитная структура, полученная в процессе вакуумного спекания, обеспечивает точно контролируемый размер пор (обычно 1–100 мкм). Он работает без волокон и частиц, что делает его очень подходящим для точек тонкой фильтрации перед веткой с холодной пластиной, модулей тонкой фильтрации на вторичной стороне CDU и контуров, защищающих мощные чипы.

• Плиссированная сетка из нержавеющей стали (серия SBF): Благодаря структуре гофрированной проволочной сетки эта серия обеспечивает большую эффективную площадь фильтрации в компактном пространстве, что приводит к более высокой грязеемкости и увеличению срока службы. Он сочетает в себе высокую пропускную способность с низким начальным перепадом давления в широком диапазоне фильтрации (5–200 мкм). Он идеально подходит для фильтрации средней точности в главных цепях CDU, ответвленных цепях и встроенной в стойку фильтрации.

Обе металлические серии имеют конструкцию, которую можно очищать и использовать повторно (посредством химической или ультразвуковой очистки), что значительно снижает эксплуатационные расходы в течение жизненного цикла.

Какой фильтрующий материал выбрать?

Приведенную ниже таблицу можно использовать в качестве отправной точки при выборе фильтра.

Эта таблица представляет собой общее инженерное руководство, а не универсальную спецификацию.

Окончательный выбор среды должен основываться на фактической охлаждающей жидкости и условиях эксплуатации.

4. Совместимость охлаждающей жидкости имеет значение.

Выбор фильтра не должен фокусироваться только на фильтрующей мембране.

Полный смачиваемый узел может включать в себя:

• Фильтрующий материал

• Уровень поддержки

• Основной

• Клетка

• Торцевые заглушки

• Адаптеры

• уплотнительные кольца

• Прокладки

• Корпус фильтра

Все эти материалы следует учитывать при оценке совместимости с охлаждающей жидкостью.

Для систем на водной основе выбор материала может отличаться от систем, использующих водно-гликолевые смеси или другие специальные охлаждающие жидкости.

Температура – ​​еще одна важная переменная.

Материал, который подходит при одной рабочей температуре, может иметь разные пределы производительности при более высокой температуре.

По этой причине перед окончательным выбором изготовителю фильтра следует сообщить тип охлаждающей жидкости, ее концентрацию, температуру и условия воздействия.

5. Расположение фильтра в системе жидкостного охлаждения

Фильтры одного и того же номинала не обязательно должны использоваться повсюду в системе жидкостного охлаждения.

Разные точки фильтрации могут иметь разные цели.

Промывка системы и ввод в эксплуатацию

Недавно установленные системы могут содержать более высокие уровни загрязнения твердыми частицами в результате сборки и установки.

При вводе в эксплуатацию можно использовать ступень фильтрации большей производительности для удаления большего количества загрязнений перед нормальной работой.

CDU-фильтрация

Фильтры могут быть установлены внутри или вокруг CDU для защиты последующих компонентов охлаждения от загрязнения твердыми частицами.

Размер фильтра должен учитывать фактическую скорость потока CDU, давление в системе, характеристики охлаждающей жидкости и наиболее чувствительные компоненты, расположенные ниже по потоку.

Технология контура охлаждения

Технологическая система охлаждения может потребовать дополнительного контроля частиц, поскольку охлаждающая жидкость циркулирует через стойки и ИТ-оборудование.

Требования к фильтрации зависят от конструкции системы и чувствительности компонентов.

Защита от холода

Холодные пластины содержат тщательно спроектированные каналы и ребра для передачи тепла от мощных процессоров к охлаждающей жидкости.

ASHRAE отмечает, что к холодным пластинам предъявляются особые требования к чистоте, перепаду давления, текучести и совместимости материалов.

Поэтому тонкая фильтрация может рассматриваться там, где система требует дополнительного контроля частиц вблизи чувствительных компонентов.

Пример выбора картриджа фильтра жидкостного охлаждения

Предположим, разработчик системы оценивает фильтр для контура охлаждения непосредственно на кристалле.

Основная информация может выглядеть так:

Важным моментом является то, что рекомендация по ответственному фильтру не может быть сделана только на основе одного параметра.

Производителю фильтра необходимо оценить полный рабочий диапазон..

Дополнительные технические параметры должны быть подтверждены в соответствии с конкретными условиями эксплуатации.

Распространенные ошибки фильтрации жидкостного охлаждения

Выбор наименьшего микронного рейтинга

Меньший номинал в микронах не означает автоматически лучший фильтр жидкостного охлаждения.

Фильтр тонкой очистки может увеличить перепад давления или увеличить нагрузку при высокой концентрации твердых частиц.

Правильная цель – добиться необходимого контроля частиц при сохранении приемлемых гидравлических характеристик и срока службы.

Рассматривая только падение давления на чистом фильтре

Новый фильтр и загруженный фильтр ведут себя по-разному.

По мере накопления загрязнений перепад давления может увеличиваться.

Поэтому при выборе фильтра следует учитывать ожидаемые условия нагрузки и требования к техническому обслуживанию.

Игнорирование совместимости охлаждающей жидкости

Фильтр может оказаться подходящим только на основании материала мембраны, в то время как другие смачиваемые компоненты могут потребовать дополнительной проверки совместимости.

Использование одной спецификации фильтра повсюду

Промывка, защита CDU, фильтрация основного контура и тонкая защита охлаждающей пластины могут предъявлять разные требования.

Стратегия поэтапной фильтрации может оказаться более подходящей для некоторых систем.

Выбор фильтра перед изучением системы

Фильтр следует выбирать после того, как инженер поймет:

Охлаждающая жидкость → Расход → Давление → Температура → Загрузка частиц → Критический компонент → Требования к фильтрации

Это предотвращает распространенную ошибку выбора картриджа только потому, что его номинал в микронах кажется подходящим.

Как фильтрация LOONG поддерживает системы жидкостного охлаждения

Для фильтрации жидкостного охлаждения требуется нечто большее, чем стандартный фильтрующий картридж.

Фильтр должен соответствовать контуру охлаждения, охлаждающей жидкости, условиям потока, требованиям к перепаду давления и компонентам, расположенным ниже по потоку.

LOONG Filtration предлагает решения для фильтрации с жидкостным охлаждением, охватывающие различные этапы фильтрации и области применения, включая фильтрацию из ПП, ПЭС, нейлона, стекловолокна, фильтрации из нержавеющей стали, корпусов фильтров и фильтрующих решений, связанных с CDU.

Для разработчиков систем охлаждения центров обработки данных, производителей CDU, OEM-производителей и дистрибьюторов систем фильтрации процесс выбора может начаться со следующей информации:

На основании этих параметров производитель фильтра может оценить подходящую конфигурацию картриджа и ступень фильтрации.

Заключительный вывод

Надежный фильтрующий картридж жидкостного охлаждения — это не просто фильтр с наименьшим микронным номиналом.

Правильное решение должно сбалансировать:

Контроль частиц + Расход + Перепад давления + Срок службы фильтра + Совместимость с охлаждающей жидкостью + Системные требования

Для CDU, охлаждения непосредственно на кристалле и холодных пластин наиболее эффективная стратегия фильтрации начинается с самой системы охлаждения.

Если вы заменяете существующий фильтр или разрабатываете новую систему жидкостного охлаждения, предоставление текущей спецификации картриджа, типа охлаждающей жидкости, скорости потока, температуры, давления и положения установки может помочь производителю фильтрации найти подходящее решение.

Дополнительные технические параметры должны быть подтверждены в соответствии с конкретными условиями эксплуатации.

Часто задаваемые вопросы

Что такое картридж фильтра жидкостного охлаждения?

Фильтрующий картридж жидкостного охлаждения — это сменный фильтрующий элемент, используемый для удаления твердых частиц из контуров жидкостного охлаждения, таких как CDU и системы непосредственного охлаждения чипа.

Какой номинал в микронах подходит для жидкостного охлаждения?

Не существует универсального микронного рейтинга для каждой системы жидкостного охлаждения. Соответствующий номинал зависит от конструкции системы, чувствительных компонентов, требований к частицам, скорости потока и допустимого падения давления.

Почему падение давления важно для фильтров жидкостного охлаждения?

Фильтр создает гидравлическое сопротивление контуру охлаждения. Чрезмерное падение давления может повлиять на доступный расход и общую эффективность системы, поэтому площадь и конфигурацию фильтра следует оценивать вместе с требованиями к расходу.

Какой фильтрующий материал можно использовать для жидкостного охлаждения?

ПП, ПЭС, нейлон, стекловолокно и нержавеющая сталь могут рассматриваться для различных применений в области фильтрации жидкостного охлаждения. Правильный выбор зависит от теплоносителя, степени фильтрации, нагрузки частиц и условий эксплуатации.

Могут ли фильтры жидкостного охлаждения защитить холодные пластины?

Да. Фильтрация может помочь контролировать загрязнение твердыми частицами до того, как они достигнут чувствительных компонентов, таких как охлаждающие пластины. Соответствующая номинальная мощность и расположение фильтра зависят от конструкции системы охлаждения.

Где следует устанавливать фильтр жидкостного охлаждения?

Фильтры можно использовать при промывке системы, на этапах фильтрации CDU, в контурах технологического охлаждения или в других местах, где требуется контроль частиц. Требуемые характеристики могут различаться в зависимости от местоположения.

Как выбрать правильный картридж фильтра жидкостного охлаждения?

Начните с охлаждающей жидкости, скорости потока, температуры, давления, загрязнения частицами, критических компонентов на выходе, требуемой степени фильтрации, максимально допустимого падения давления, размеров картриджа и конфигурации корпуса.