データセンターにおける液中相変化冷却の研究の進歩

コンピュータのパフォーマンスの向上とコンピューティング機器の統合により、データセンターの熱流密度が増加し、放熱システムの要件も高まっています。 従来の水冷と空冷のホットスポットと高エネルギー消費の問題のため、新たな問題に対処することは困難です

電子機器の放熱要件は、浸漬相変化冷却技術の開発につながりました。 浸漬相変化冷却システムは、主に蒸発セクション、凝縮セクション、および循環システムで構成されています。

加熱装置は、熱放散のために薬剤との絶縁不活性直接接触に浸されます。

この方法には、優れた放熱性能と低エネルギー消費という利点があります。 現在、液浸相変化冷却技術はまだ始まったばかりです。 今後数年間で、スマートインダストリーやクラウドコンピューティングなどの技術の急速な発展に伴い、液浸相変化冷却に代表される新しい放熱技術が、データセンターの主流の放熱技術になることは間違いありません。

この記事では、浸漬相変化冷却システムの主な構造と原理を出発点として、冷却材料の選択と沸騰熱伝達メカニズムから現在の研究の焦点と開発状況を分析し、浸漬相変化冷却技術の展望を分析します。 。

学者は、データセンターの熱放散方法について多くの研究を行ってきました。従来の空冷式熱放散は気流編成用に最適化され、水冷式熱放散サーバーにはバックプレーン、ヒートパイプ熱放散技術、水中相変化が設置されています。冷却、廃熱回収を実施しました。

エネルギー消費を削減するためのさまざまな技術に関する研究。 同時に、国内外の大手サーバーメーカーも効率的な放熱方法を積極的に模索しています。 中国&＃39; s Sugon Companyは、図2に示すように、かつて浸漬型冷却サーバーを発売しました。

このサーバーはデータセンターで使用できます。コンピューター室のPUE値は1.05に削減され、エネルギー消費量は従来の空冷データセンターと比較して30％以上削減されます。 経済的利益は重要です。"キリン& quot; アリババが立ち上げたサーバーは、エアコン、ファン、その他のアクセサリを必要とせず、どこにでも配置できます。 スペースを75％以上節約し、高度な気密性により、電子部品をほこりや湿気などの要因から守り、外部からの干渉から保護します。 一部の企業は、放熱装置に加えて、米国で3Mが開発した冷却媒体の研究開発に取り組んでいます。最も基本的な絶縁特性を持つNovecクーラントは、一般的な冷却媒体よりも沸点が低くなっています。 （純水、フッ素化液体、鉱油など）。

さまざまな研究の方向性、浸漬高い放熱性能、便利なメンテナンス、低騒音などの利点により、相変化冷却技術が現在の研究の焦点となっています。

冷却媒体の選択浸漬相変化冷却システムデバイスは、高いシール性能とハードウェア設備に対するより高い要件を必要とします。 同時に、冷却媒体の選択は、浸漬相変化冷却技術の鍵でもあります。 認定された冷却媒体は、次の特性を備えている必要があります。

（1）気化潜熱が高い、つまり、同じ量の熱放散で使用する冷却媒体が少ないため、ポンプ、冷却塔などの追加エネルギー消費量を削減しながら、熱放散効率を向上させることができます。

（2）液体、気体、気液の混合状態で絶縁要件を満たします。

（3）沸点が低い必要があります。 サーバーの温度がそれほど高くない場合、クーラントは安定した相変化を受けて熱を取り除き、サーバーの安定した温度とデータセンターの通常の動作を保証します。

（4）サーバー材料に対して非腐食性。

（5）環境に優しく、無毒で無害で、取り扱いが簡単です。

（6）高い経済性。 現在、水中相変化冷却システムの冷却媒体の研究範囲には、芳香族物質、ケイ酸塩、フルオロカーボンが含まれています。 鉱油とフッ素化液体は、より広く使用されている直接接触冷却媒体です。 鉱油は安価で、環境に優しく、無毒で無害ですが、分解しやすく、可燃性物質であるため、より危険です。 鉱油と比較して、フッ化物の価格はわずかに高いですが、その特性は安定しており、難燃性であり、適切な誘電率です。 現在最も人気のある冷却媒体。 Xu Yongshengらは、針板電極を使用して一般的な非常に不均一な電界環境をシミュレートし、50Hzの高電圧AC耐電圧試験システムに基づく部分放電検出プラットフォームを構築して、部分放電に対する冷媒沸騰の影響を調査しました。しきい値。 研究結果は、冷媒の沸騰が断熱環境の断熱しきい値を下げることを示しています。 Mo Shenyangらは、絶縁試験装置を使用して、液体、気体、および2相状態でのFC-72冷媒の破壊特性に関する体系的な研究を実施しました。 、FC-72蒸気の絶縁耐力は、電力周波数電圧破壊試験によって得られ、低沸点冷媒蒸気の多圧絶縁耐力試験が実現されました。 Wu Xileiらは、水中相変化冷却システムの放熱効果について、一般的に使用される4つのフッ素化液体（FC-72、Novec649、HFE-7100、およびD-1の影響）をシミュレートしました。 シミュレーション結果は、D-1沸騰熱伝達に必要な熱流束密度が最小であることを示していますが、その最大熱放散容量はNovec649に近く、FC-72およびHFE-7100よりもわずかに低く、既存の電子フッ素化を置き換えることができます浸漬相変化冷却中の液体Novec649。 Dong Jinxiらは、実験を通じて合成炭化水素ベースのクーラント（PAO）と＃65エチレングリコールを分析しました。同様のクーラント（以下、＃65と呼びます）の物理的および熱力学的特性である＃65は、PAOよりも高い熱放散能力を備えていますが、 PAOの物理的安定性と非導電性は＃65よりも高くなっています。 現在、冷却媒体に関する研究は少なく、必要性があります。さらなる研究が行われ、安定した物理的特性と高い放熱能力を備えた冷却媒体が見つかりました。

液中相変化冷却技術をさらに最適化することで、冷却効率を向上させることができます。 次の研究の方向性は次のとおりです。

（1）安定した特性の冷却媒体を準備し、不均一な電界環境が冷却液の特性に与える影響を調べ、高電界強度下での冷却媒体の絶縁耐力試験を実施します。

（2）フッ素化液体は揮発性が高く、適合するヒートシンクシール材の研究開発が行われています。

（3）実験を通じて、マイクロチャネル内の気泡の形成に対するさまざまな要因の影響をさらに調査し、サーバーの表面での沸騰熱伝達のメカニズムを研究し、より代表的な沸騰熱伝達モデルを確立します。

（4）電子機器の包装用高分子材料のタイムテストを行い、耐用年数を確保し、サーバー使用時の保守コストを削減し、頻繁な保守による信頼性を低下させます。