安定した圧力、安定した液冷：データセンターCDUシステム向け圧力監視ソリューション

人工知能、高性能コンピューティング、大規模GPUクラスターの急速な発展は、データセンターの電力密度の継続的な増加を牽引している。

コンピューティングシステムの性能向上に伴い、従来の空冷方式では放熱効率とスペース利用効率の面で課題が増大しています。液冷方式は、より高い熱伝達効率と高密度コンピューティング環境への優れた対応力を提供するため、次世代データセンターにおける重要な熱管理手法になりつつあります。

しかし、液冷システムは安定した運転を維持するために、主要な運転パラメータを継続的に監視する必要があります。これらのパラメータの中でも、圧力、温度、流量は、冷却液の循環状態を示す重要な指標です。

圧力モニタリングは、以下の点に関する貴重な情報を提供します。

• ポンプの運転条件
• 供給冷却液と戻り冷却液の圧力バランス
• フィルター抵抗の変化
• 熱交換器の圧力損失
• 外部パイプラインの稼働状況

データセンターの液冷システムにおいて、圧力測定は監視要件であるだけでなく、システム制御、運用分析、予防保全のための重要なデータソースでもある。

Winsenは、さまざまな液冷アプリケーションレベルに対応した圧力監視ソリューションを提供しています。

• WPCK07圧力センサー： CDUシステム内部の重要な圧力測定ポイント向けに設計されています。
• WPCK16圧力トランスミッター： 現場検査およびシステム監視が必要な、外部施設側の供給配管および戻り配管向けに設計されています。

液体冷却システムに圧力監視が必要な理由とは？

圧力監視は、データセンターの運用者やシステム開発者が、液冷システムの油圧状態を把握するのに役立ちます。

CDUベースの冷却アーキテクチャでは、圧力データは以下の評価をサポートできます。

• ポンプ性能
• 冷却液循環状態
• 供給圧力と戻り圧力の差
• 部品の圧力損失
• パイプラインの状態

圧力情報と温度および流量の測定値を組み合わせることで、冷却システムは自身の運転状況をより包括的に把握することができる。

CDU：データセンター液冷システムの重要な構成要素

冷却液分配ユニット（CDU）は、コンピューター機器と施設の冷却インフラをつなぐ重要な接続点です。

直接液冷システムでは、CDU（冷却装置ユニット）が熱交換とポンプ循環によって、サーバー冷却ループと施設冷却ループ間の冷却液循環を管理します。

一般的なCDUには以下が含まれる場合があります。

• 循環ポンプ
• 熱交換器
• フィルタ
• バルブ
• 圧力制御部品
• 供給マニホールドと戻りマニホールド
• 圧力センサー
• 温度センサ
• フローセンサー
• 制御システム

CDU内部には、冷却回路の変化を監視するために、重要な油圧ポイントに圧力センサーが設置されている。

一般的な測定箇所は以下のとおりです。

• ポンプの吸込口と吐出口
• 熱交換器の入口と出口
• フィルター入口と出口
• 二次側供給パイプラインおよび戻りパイプライン

モジュール型データセンターや液冷コンテナの場合、CDUは外部の設備側冷却配管に接続することも可能です。これらの外部配管には、試運転、点検、およびシステム運用管理のために、追加の圧力監視ポイントが必要となります。

液体冷却システムにおける圧力監視の主な応用例

ポンプの動作監視

循環ポンプは、冷却液の循環に必要な駆動力を提供する。

ポンプの前後の圧力測定により、以下の情報が得られます。

• ポンプの運転状況
• 圧力差の変化
• 油圧性能
• システム運用動向

ポンプの起動、停止、またはバルブ調整時には、一時的な圧力変動が発生する場合があります。このような環境で使用される圧力センサーは、長期的な安定性と動的な運転条件への適応性を考慮する必要があります。

供給圧力と戻り圧力のバランスを監視する

液冷式サーバーおよびコールドプレートには、適切な冷却液循環条件が必要です。

供給圧力と戻り圧力を監視することで、以下の点を評価できます。

• 油圧バランス
• 冷却液の分配
• ポンプ調整性能
• 異常な圧力変化

圧力データを温度や流量情報と合わせて分析することで、システム開発者は冷却性能や運転傾向をより深く理解することができる。

フィルターおよび熱交換器の状態を監視する

各部品間の圧力差は、油圧抵抗に関する有用な情報を提供する。

具体的な例を挙げますと、以下の通りです。

フィルターには汚染物質が蓄積すると、流体抵抗が増加する可能性があります。フィルターの前後の圧力を監視することで、メンテナンス計画のためのデータが得られます。

同様に、熱交換器全体の圧力変化は、水力学的条件の変動を評価するのに役立つ。

したがって、圧力監視は、システムが固定されたメンテナンス間隔のみに依存することなく、状態分析をサポートする。

外部供給パイプラインおよび戻りパイプラインの監視

モジュール型データセンターや液冷コンテナでは、CDUは多くの場合、より長い供給パイプラインと戻りパイプラインを介して外部の冷却インフラに接続されている。

外部圧力監視は以下をサポートできます。

• パイプラインの状態評価
• 試運転調整
• 定期点検
• 圧力傾向分析

一般的な監視場所は以下のとおりです。

• 設備供給パイプライン
• 施設のリターンパイプライン
• CDUプライマリ側接続
• 外部冷却装置接続

液冷式圧力センサーの課題

データセンターの液冷システムは多くの場合、連続運転され、ポンプ、バルブ、熱交換器、およびコンパクトな配管構造物で構成されています。

これらの環境で使用される圧力センサーは、いくつかの工学的要件を考慮する必要がある。

長期測定安定性

圧力データは以下の用途に使用できます。

• システム監視
• コントロール調整
• 傾向分析
• 保守に関する決定

信頼性の高い運用分析を行うためには、長期的な測定安定性が重要である。

圧力変動への適応性

ポンプの運転およびバルブの動作により、一時的な圧力変化が生じる場合があります。

圧力センサーは、動的な油圧条件が存在する用途に適している必要がある。

クーラントの適合性

液体冷却システムでは、以下のようなさまざまな冷却媒体が使用される場合があります。

• 水
• 脱イオン水
• 水グリコール混合物
• 用途別冷却剤

センサー材料の選定は、実際の冷却液組成および動作環境に基づいて評価する必要がある。

コンパクトな統合

CDUシステムは、限られたスペース内に複数の構成要素を収めている。

CDU内部に設置される圧力センサーは、コンパクトな統合性と柔軟な設置要件に対応できるものでなければならない。

システム通信の互換性

液体冷却システムは以下と接続する可能性があります。

• PLCコントローラー
• 産業用監視システム
• データセンター管理プラットフォーム
• 組み込み制御ユニット

圧力センサーは、システム要件に応じて適切な電気出力と通信インターフェースをサポートする必要があります。

CDU内部圧力監視：WPCK07圧力センサー

CDUシステム内部の重要な圧力測定ポイント向けに、WinsenはWPCK07圧力センサーを提供しています。

WPCK07は、コンパクトな統合性と安定した測定が求められる機器レベルの圧力監視用途向けに設計されています。

一般的な適用場所としては、以下のようなものがあります。

• ポンプの吸込口と吐出口
• 熱交換器の入口と出口
• フィルター入口と出口
• 二次側供給パイプラインおよび戻りパイプライン

主な特徴は次のとおりです。

• 機器統合のためのコンパクトな構造
• ステンレス鋼製圧力インターフェース
• 複数の圧力範囲オプション
• 柔軟な電気出力構成
• デジタル通信オプションのサポート
• 長期的な産業モニタリング用途に適しています

WPCK07を主要なCDU測定ポイントに設置することで、システム開発者は重要な油圧コンポーネントからの圧力データを取得し、それを温度や流量情報と組み合わせてさらに分析することができます。

外部設備側圧力監視：WPCK16圧力トランスミッター

外部液冷配管および設備側の監視ポイント向けに、WinsenはWPCK16圧力トランスミッターを提供しています。

WPCK16は、圧力監視においてシステム統合と現場での容易な点検の両方が求められる用途向けに設計されています。

典型的なアプリケーションは次のとおりです。

• CDU一次側パイプライン
• 施設供給・戻り配管
• モジュール式液体冷却容器配管
• 外部冷却インフラ接続

WPCK16は、以下の要件を満たすアプリケーションをサポートできます。

• 局所的な圧力チェック
• 遠隔圧力モニタリング
• 気圧傾向の記録
• 制御システムとの統合

これにより、運用チームが試運転および保守中に冷却液の圧力状態を把握する必要がある外部パイプラインの監視に適しています。

液体冷却システム向け推奨圧力監視アーキテクチャ

液冷圧力監視のための包括的な戦略では、設置場所とシステム要件に応じてセンサーを選定する必要があります。

申請場所	監視目的	推奨製品
ポンプの吸込口と吐出口	ポンプの圧力状態と圧力変化を監視する	WPCK07
熱交換器の入口と出口	油圧の変化を監視する	WPCK07
フィルター入口と出口	圧力差の傾向を監視する	WPCK07
CDU二次供給および回収	冷却液の循環状態を監視する	WPCK07
施設側の供給パイプラインと戻りパイプライン	外部冷却圧力を監視する	WPCK16
モジュール式液体冷却容器配管	現地調査および遠隔監視をサポートする	WPCK16

推奨されるアーキテクチャは以下のとおりです。

CDU内部 → WPCK07

外部施設側パイプライン → WPCK16

この構成により、内部のCDU油圧回路から外部の冷却設備に至るまで、圧力監視範囲を網羅することが可能になります。

圧力監視と温度・流量データの組み合わせ

圧力は液冷システムにおける重要なパラメータの一つですが、他の運転情報と組み合わせることで、より大きな価値を発揮します。

完全な監視システムには、以下が含まれる場合があります。

• 圧力
• 温度
• Flow
• 湿度（必要な場合）

具体的な例を挙げますと、以下の通りです。

圧力変化と流量減少が同時に起こる場合、システムは水力抵抗の変化の可能性を評価することができる。

圧力が安定しているにもかかわらず温度が上昇する場合、技術者は熱負荷、熱伝達効率、または冷却能力についてさらに調査することができる。

複数のパラメータを監視することで、液冷システムの分析のためのより包括的なデータ基盤が提供される。

CDU用途における圧力センサーの選定に関する考慮事項

CDUおよび液冷プロジェクト用の圧力センサーを選定する際、エンジニアは以下の点を考慮する必要があります。

圧力範囲

測定範囲は、想定される運転圧力および起こりうる過渡状態と一致するように設定する必要があります。

冷却媒体

材料選定の際には、冷却媒体、添加剤、および動作温度を考慮する必要がある。

インストールインターフェース

機械的な接続要件は、CDUの構造および配管設計に適合している必要があります。

出力信号

センサーの出力は、以下のような対象制御システムと互換性がある必要があります。

• アナログ信号
• デジタル通信
• RS485インターフェース

インストール場所

内部CDU測定点と外部パイプライン測定点には、異なる要件があります。

CDU内部ではコンパクトな統合が重要である一方、外部配管においては現場でのアクセス性がより重要となる場合がある。

よくある質問

液冷システムにおけるCDUとは何ですか？

CDU（冷却液分配ユニット）は、ポンプ、熱交換器、制御部品などを介して、コンピューター機器と施設の冷却インフラ間の冷却液循環を管理する重要な構成要素です。

データセンターの液冷システムに圧力センサーが必要な理由は何ですか？

圧力センサーは、冷却液の循環状態、ポンプの動作、圧力バランス、およびコンポーネントの圧力変化に関する情報を提供し、システム監視と保守分析をサポートします。

CDU（制御分配ユニット）のどこに圧力センサーを設置すべきでしょうか？

一般的な設置箇所としては、ポンプの入口と出口、熱交換器の入口と出口、フィルターの入口と出口、および供給配管と戻り配管などが挙げられます。

WPCK07とWPCK16の違いは何ですか？

WPCK07は、コンパクトな統合が求められるCDU内部圧力監視用に設計されています。WPCK16は、現場での検査とシステム統合が重要な外部パイプライン監視用に設計されています。

圧力監視と温度・流量監視を組み合わせることは可能ですか？

はい。圧力、温度、流量のデータを組み合わせることで、液冷システムの運転状況をより包括的に把握することができます。

安定した圧力は安定した液体冷却を支える

AIコンピューティング、高性能サーバー、GPUクラスターの普及に伴い、データセンターの電力密度は上昇し続けており、液冷システムは現代のコンピューティングインフラストラクチャにおいて重要な役割を担うようになっている。

CDUは、コンピューター機器と施設冷却システム間の冷却液循環を管理する上で中心的な役割を担います。正確な圧力監視により、油圧状態、システム動向、およびメンテナンス要件に関する貴重な情報が得られます。

Winsenは、さまざまな液冷用途レベルに対応した圧力監視ソリューションを提供しています。

WPCK07は、CDUシステム内部の重要な圧力測定ポイント用です。

外部施設側の供給および戻りパイプライン監視用WPCK16

CDUメーカー、液冷システム開発者、データセンターインフラプロバイダー向けに、Winsenは圧力範囲、冷却液の状態、設置構造、通信ニーズなど、用途要件に応じた圧力センサーの選定をサポートします。

データセンターの液冷システム開発における圧力監視ソリューションについてご相談されたい場合は、Winsenまでお問い合わせください。