キック &ドロップソレノイドバルブによりデータセンターの冷却エネルギーを 80% 削減

Greg Wainhouse 氏、地域事業開発マネージャー – 工業用水、北ヨーロッパ

今日の高密度データセンターでは、高性能プロセッサ、AI ワークロード、クラウドインフラストラクチャからの熱を管理するために、チップへの直接液体冷却が不可欠です。これらのシステムの中核となるのは、正確な流量制御を実現する高速作動ソレノイドバルブで、サーバーの過熱を防ぎ、中断のない稼働時間を維持します。

ソレノイドバルブの継続的な通電は不可欠ではありますが、エネルギー需要と運用コストが大幅に増加します。 24 時間年中無休で稼働する何千台ものサーバーでは、バルブ効率がわずかに向上するだけでも、大幅な節約がもたらされ、持続可能性が向上します。

キックアンドドロップコイル技術はこの課題に対処します。高出力の「キック」フェーズでバルブを作動させ、低エネルギーの「ドロップ」フェーズでバルブを所定の位置に保持することにより、システムはバルブの消費電力を最大 80% 削減でき、オペレーターが効率目標を達成し、二酸化炭素排出量を削減できるようになります。

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グレッグ・ウェインハウスは次のように説明しています。

データセンターの効率的な冷却の重要性の高まり

効果的な熱管理は、信頼性の高いデータセンター運用の根幹です。正確な冷却がないと、サーバーが過熱してパフォーマンスが低下し、機器の寿命が短くなり、ダウンタイムのリスクが増大する可能性があります。

チップへの直接冷却は、多くの最新の施設で推奨される方法となっています。このアプローチでは、サーバーのマイクロチップによって生成された熱が、各プロセッサーに取り付けられたコールドプレートに直接伝達されます。水とグリコールの混合物がこれらのプレートを循環し、強制対流によって熱を除去します。

加熱された冷却剤はマニホールドを通ってチラーまたは熱交換器に流れ、そこで冷却されてから次のサイクルのコールドプレートに戻ります。

適切な冷却液の流れを維持することが重要です。ソレノイドバルブが好まれる理由は、絶えず変化する CPU の要求に適合するために必要な迅速な応答を提供し、数ミリ秒以内にアイドル状態から全負荷まで立ち上がることができるためです。電気制御により、温度センサー信号への自動応答が可能になり、コンパクトな設計でコールドプレートマニホールドの限られたスペースに収まります。

キック &ドロップソレノイドバルブによりデータセンターの冷却エネルギーを 80% 削減

エネルギー課題を理解する

一般的なエンタープライズサーバーでは、マザーボードごとに 1 つまたは 2 つの CPU と最大 8 つの GPU があり、それぞれに専用の冷却が必要です。より高度なシステムには、それぞれ独自のコールドプレートとバルブの配置を備えた数十のプロセッサが含まれる場合があります。

ラック内の数百台のサーバーと施設全体で数千台のサーバーを増やすと、バルブの数が膨大になり、そのエネルギー消費が運用コストと持続可能性のパフォーマンスの重要な要素になります。

従来のソレノイドバルブは、連続磁場を生成する単一のコイルを使用し、バルブを所定の位置に移動させてそこに保持します。位置を維持するには、バルブがリターンスプリングと流体圧力に継続的に対抗し、24 時間通電状態を維持する必要があります。

キックアンドドロップテクノロジーの仕組み

Bürkert の Kick &Drop テクノロジーは、よりスマートなコイル設計によりこの非効率を排除し、バルブあたりのエネルギー需要を最大 80% 削減できます。

このシステムは、単一のエポキシコイル内に封入された 2 つのコイル巻線を使用し、直列に電力を供給します。一定の電力の代わりに、高電圧の「キック」を供給してバルブを所定の位置、つまり作動段階に急速に移動させます。これは約 500 ミリ秒で発生します。これは、急激な温度変化に対応するには十分な速さです。

配置が完了すると、二次巻線は「ドロップ」段階を開始し、プランジャーを大幅に低い電圧とはるかに少ないエネルギーで維持します。過励磁された突入巻線は非常に高い始動電力を生成し、プランジャーを素早く動かすためにエネルギーの約 85% が使用され、バルブを開いた状態に保持するためには約 15% のみが使用されます。

この過励磁により、従来の設計よりも最大 200% 多くの活性化電力が供給され、より高い動作圧力が可能になります。

継続的に稼働するデータセンターの場合、累積的な節約額は大幅に増加します。数百または数千のバルブを備えた大規模な設備では、エネルギー消費を最大 80% 削減することで、運用コストと二酸化炭素排出量を大幅に削減できます。

Bürkert は、エネルギー節約と二酸化炭素削減の可能性の両方を見積もるための、Kick &Drop エネルギーと CO₂ 計算ツールを提供しています。

耐久性と熱性能の向上

キックアンドドロップテクノロジーは、エネルギーの節約だけでなく、ミッションクリティカルな冷却における重要な要素である耐久性を向上させます。

エネルギー需要が低下すると発熱が減少し、バルブアセンブリ全体の熱管理が向上します。媒体の加熱は制限されており、到達可能な最高温度は 55°C に制限されているため、精製水を使用するシステムにおける石灰化のリスクが軽減されます。

動作温度の低下により、主要コンポーネントへの熱ストレスも軽減され、耐用年数が延長され、メンテナンスが軽減され、過熱に関連した故障が最小限に抑えられます。

キック＆ドロップと比例制御の比較

パルス幅変調 (PWM) は、ソレノイドバルブのオンとオフを切り替えて平均電流を制御する代替方法です。 PWM は、継続的に通電されるバルブと比較してエネルギー消費を削減できますが、追加のハードウェア、複雑さ、振動、可聴ノイズが発生し、長期的な信頼性と職場の快適性を損なう可能性のある要因が生じます。

対照的に、Kick &Drop はシンプルさと堅牢性を維持し、急速な切り替えによる欠点を持たずに迅速な応答を実現します。

チップへの直接冷却のための統合マニホールドソリューション

バルブは冷却全体の一部にすぎません。マニホールドの統合はパフォーマンスに大きな影響を与えます。

Bürkert のエンジニアリングチームは、コールドプレートおよび冷却インフラストラクチャと直接統合するオーダーメイドのマニホールドを設計し、コンパクトな設置面積と正確なフィット感を提供します。統合ソリューションにより、バルブとマニホールドの単一サプライヤーと連携する場合、製品開発が合理化され、プロジェクトの複雑さが軽減され、導入が加速されます。

高性能データセンターの将来をサポート

世界のデータセンター市場は、AI、クラウドコンピューティング、HPC、デジタル需要の高まりによって急速に拡大しています。プロセッサの密度が高まり、ワークロードの要求が厳しくなるにつれて、効率的な熱管理がますます重要になります。

チップへの直接冷却は、これらのニーズを満たす上で中心的な役割を果たし、次世代インフラストラクチャに必要な正確な熱除去を提供します。ソレノイドバルブテクノロジーは引き続き不可欠であり、高速な自動フロー制御を実現し、高価値プロセッサを急激な負荷変動から保護します。

事業者は、エネルギー使用量を削減し、持続可能性の目標を達成するというプレッシャーが増大しています。したがって、冷却ループ内のすべてのコンポーネントの効率を高めることが最も重要です。 Kick &Drop テクノロジーは、信頼性が高く、環境に配慮したデータセンターの運用に必要な速度、低消費電力、耐久性を提供します。

詳細については、こちらをご覧ください。 .

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