직접-칩 액체 냉각 방식의 볼 밸브: 흐름 제어 요구 사항 설명

데이터 센터 엔지니어가 100kW GPU 랙용 냉각 장비를 지정할 때 대화는 일반적으로 냉각판, CDU 및 매니폴드 레이아웃으로 시작됩니다. 밸브는 문제가 발생할 때까지 나중에 고려하는 것입니다. 잘못 구성된 단일 격리 지점으로 인해 유지 관리 기간 동안 전체 랙이 강제로 종료될 수 있습니다. 누출 사고에 충분히 빠르게 반응하지 못하는 밸브는 $300,000 상당의 가속기를 흠뻑 젖게 할 수 있습니다. 그리고 건물 HVAC 시스템에 맞게 크기가 조정된 흐름-제어 구성요소는 시운전 후 며칠 내에 칩 성능을 제한하는 압력 불균형을 생성합니다.

냉각수가 CPU, GPU 및 메모리 모듈에 장착된 냉각판을 통해 직접 순환되는-칩(D2C) 액체 냉각-은 틈새 시장에서 주류 필수품으로 이동했습니다. 단일 가속기 칩은 이제 최대 1,200W의 열을 방출하며 랙-수준 밀도는 일반적으로 60kW~200kW에 이릅니다. 공기 냉각은 이러한 수치를 따라잡을 수 없습니다. 그러나 팬을 유체 루프로 교체한다는 것은 이전에 건조했던 환경에 새로운 범주의 정밀 기계 부품을 도입하는 것을 의미합니다. 밸브를 올바르게 선택하는 것은 선택 사항이 아닙니다. 잘못하면 비용이 많이 듭니다.

이 기사에서는 D2C 냉각 시스템이 볼 밸브에서 실제로 요구하는 것이 무엇인지 기능적 역할별로 분류하여 설명하고 이러한 요구 사항을 엔지니어 및 조달 팀을 위한 구체적인 사양 기준으로 변환합니다.

 

데이터센터 수냉식 CDU 시스템

 

D2C 냉각 루프의 구조

밸브 요구 사항을 해결하기 전에 D2C 시스템에서 밸브가 어디에 있는지 이해하는 것이 도움이 됩니다.

냉각 분배 장치(CDU)는 루프의 중심에서 열 교환기 및 펌프 역할을 합니다. 이는 서버 랙에서 따뜻한 회수수를 끌어오고, 시설의 냉각수 공급 장치와 열을 교환하고, 조절된 냉각수를 공급 매니폴드를 통해 각 랙으로 다시 보냅니다. 각 랙 내부에는 보조 매니폴드 트리가 흐름을 개별 냉각판으로 분기합니다. 각 분기점과 연결에서 밸브는 격리, 바이패스 전환, 흐름 조절 또는 비상 차단의 네 가지 기능 중 하나를 수행합니다.

이러한 각 기능에는 고유한 기술 요구 사항이 있으며 모든 볼 밸브 설계가 네 가지를 모두 충족하는 것은 아닙니다.

 

네 가지 기능적 역할과 각각의 요구 사항

1. 유지보수 및 중복성을 위한 격리

D2C 시스템에서 가장 일반적인 볼 밸브 애플리케이션은 랙-수준 격리입니다. 서버 트레이를 교체해야 하거나 냉각판에 누출이 발생한 경우 기술자는 루프의 나머지 부분을 차단하지 않고 해당 분기를 감압하고 배수해야 합니다.

잘 설계된 격리 아키텍처는 랙-에서-매니폴드 연결까지의 공급 및 회수 라인 모두에 밸브를 배치합니다. 이는 그 자체를 위한 중복이 아닙니다. 주요 하이퍼스케일 운영업체의 특허에는 상부 및 하부 볼 밸브가 각각 자체 누출 트레이가 있는 독립적으로 작동하는 이중{5}}밸브 격리 방식이 설명되어 있습니다. 위쪽 밸브가 고장나면 아래쪽 밸브가 닫힙니다. 트레이 내부의 누출 센서는 건물 관리 시스템(BMS)과 통신하여 사람의 개입 없이 자동으로 2차 폐쇄를 실행합니다.

이 역할에 있어 중요한 사양은 전체{0}}내경 설계입니다. 즉, 밸브 보어의 내부 직경이 파이프 직경과 일치한다는 의미입니다. 감소된-보어 밸브는 모든 격리 지점에 불필요한 압력 강하를 발생시키며, 20개 이상의 냉각판이 병렬로 실행되는 랙에서는 이러한 압력 강하가 빠르게 복합됩니다.

격리 작업에 대한 사양 요구 사항: 전체 내경 형상, 클래스 VI 누출 등급(탄력 있는 -시트 밸브에 대한 업계에서 가장 엄격한 표준), 습한 기계실의 내부식성을 위한 316 스테인레스 스틸 본체, BMS 제어 신호와 통합되는 작동.

2. 바이패스 및 루프 스위칭

A 3방향 플랜지 볼 밸브D2C 시스템에서 가장 기술적으로 까다로운 작업 중 하나인 작동 조건에 따라 여러 회로 경로 간에 냉각수를 라우팅하는 작업을 처리합니다.

주변 온도가 충분히 낮아 기계적 냉각이 필요하지 않은 자유{0}}냉각 구성에서 이 구성은 바이패스 루프를 통해 공급 흐름의 방향을 바꾸고 냉각기를 완전히 우회하여 상당한 에너지를 절약합니다. 중복 냉각 아키텍처에서는 CDU가 오프라인 상태가 되면 두 번째 포트가 기본 냉각 루프와 대기 냉각 루프 사이의 흐름을 전환합니다.

여기에 필요한 정밀도는 단순한 켜기/끄기 격리보다 더 높습니다. 밸브는 수천 번의 작동 주기에 걸쳐 포트 간에 반복 가능한 분할 비율을 유지해야 합니다. 몇 도의 위치 드리프트라도 칩 접합 온도에 영향을 미칠 만큼 냉각수 분포를 변화시킬 수 있습니다. 이로 인해 위치 피드백을 통한 전기 작동이 수동 작동보다 선호됩니다. 0.5-초 간격으로 순환하는 공압식 액츄에이터는 비상 대응에 충분히 빠르지만 지속적인 조정이 필요한 응용 분야에서는 기계적 마모가 더 빨리 축적됩니다.

바이패스 및 루프{0}}전환 임무의 경우 특성화된 T-포트 또는 L-포트 보어 구조, 4~20mA 또는 0~10V DC 제어 입력이 있는 전기 액추에이터, CDU 관리 컨트롤러에 다시 연결된 위치 피드백이 있는 밸브를 지정합니다.

 

Leadtek 3방향 플랜지 볼 밸브

 

3. 랙-수준 흐름 변조

데이터 센터의 모든 랙이 동일한 열 부하에서 동시에 실행되는 것은 아닙니다. 유휴 서버 랙은 전체 AI 교육 워크로드에서 동일한 랙보다 훨씬 적은 열을 소모합니다. 서버 활용도와 관계없이 냉각수 흐름이 최대 속도로 고정되면 펌프는 24시간 내내 최악의-상황에 비례하여 에너지를 소비합니다.

동적 흐름 제어가 이 문제를 해결합니다. University of Texas at Arlington의 연구에서는 마이크로 서보 모터에 연결된 V-컷 볼 밸브를 사용하여 실시간 활용도에 따라 서버 랙 수준에서 흐름을 조절하는 흐름 제어 장치를 시연했습니다. 전체 랙의 유휴 상태에서 시스템은 펌핑 에너지를 최대 87%까지 감소시켰습니다. 최대 부하 상태에서는 밸브가 완전히 열려 최대 유량을 공급합니다.

V-컷(또는 V-노치) 볼 밸브는 조절 역할을 위해 특별히 설계되었습니다. 완전히 열리거나 완전히 닫히는 표준 풀{3}}보어 볼과 달리 V-노치는 동일한 비율의 흐름 특성을 생성합니다. 즉, 밸브 회전의 주어진 증분은 절대적인 변화가 아닌 비율적인 비율의 유량 변화를 생성합니다. 이로 인해 밸브는 PID(비례-적분-미분) 제어 루프와 호환됩니다. 여기서 컨트롤러는 목표 공급 온도 설정점을 유지하기 위해 유량을 지속적으로 조정합니다.

4. 누출 대응 및 비상 차단

전자 장치의 냉각수는 데이터 센터에서 액체 냉각을 더 빠르게 채택하는 것을 방해하는 주요 관심사입니다. 최신 D2C 시스템은 자율 보호를 통해 이 문제를 해결합니다. 솔레노이드{2}}작동식 볼 밸브는 연결 지점에서 수분을 감지한 후 밀리초 이내에 흐름을 중단하는 누출 감지 센서와 쌍을 이룹니다.

비상 차단 임무의 경우 작동 속도와 안전{0}}동작이 흐름 변조 정밀도보다 더 중요합니다. 공압식 액츄에이터는 0.5초 이내에 순환하고 제어 신호가 손실되면 스프링-으로 닫혀진 위치로 돌아가도록 구성할 수 있기 때문에 선호됩니다. 이러한 장애-폐쇄 동작은 제어 시스템 자체의 전원이 꺼지는 경우 하드웨어를 보호합니다.

 

역할을 사양으로 변환

D2C 애플리케이션에 대한 대부분의 밸브 사양은 HVAC 또는 일반 산업 템플릿에서 복사되었기 때문에 과소 지정됩니다. 다음 기준은 특히 D2C 의무에 적용됩니다.

재료:탈이온수, 물-글리콜 혼합물 및 액체-냉각식 데이터 홀. 304의 부식성 환경과의 호환성을 위한 316 스테인레스 스틸 본체 및 트림 스테인레스는 저응력 피팅에는 허용되지만 기본 격리 작업에는 권장되지 않습니다.

좌석 재질:일반적인 D2C 냉각수 화학물질과의 호환성과 D2C 랙 분기의 일반적인 압력 범위인 5~15PSI 작동 차동에서의 장기 밀봉 성능을 위한 PTFE 또는 TFM(더 나은 치수 안정성을 갖춘 수정된 PTFE)입니다.

끝 연결:최신 서버 랙 설계에서 위생 튜빙으로의 전환은 이제 많은 랙-레벨 밸브에 나사식 NPT 또는 플랜지 조인트가 아닌 삼중-클램프 또는 이와 유사한 위생적인 ​​끝 연결이 필요하다는 것을 의미합니다. 3개의 분리 가능한 본체 부품이 있는 3 PC 볼 밸브 구성을 사용하면 라인에서 밸브를 제거하지 않고도 시트 교체가 가능하며, 이는 접근이 제한된 밀집된 랙 환경에서 상당한 유지 관리 이점을 제공합니다. Leadtek의 3개{5}}제품 시리즈는 확장된 열 순환을 통해 치수 정확성을 유지하는 정밀 CNC- 가공 316 스테인리스강 본체를 사용하여 정확히 이러한 서비스 용이성 요구 사항을 중심으로 설계되었습니다.

누설 등급:ANSI/FCI 70-2에 따른 클래스 VI는 1/4회전 볼 밸브 설계에서 달성할 수 있는 가장 엄격한 누출 표준입니다.

주기 생활:AI 데이터 센터는 지속적으로 작동하며 CDU 바이패스 회로의 제어 밸브는 하루에 수백 번 순환할 수 있습니다. 전기 작동식 밸브의 최소 작동 주기 정격은 500,000회입니다.-합리적인 조달 바닥입니다. 커밋하기 전에 예상되는 BMS 제어 빈도에 대해 제조업체 및 상호 참조를 확인하세요.

BMS 통합:D2C 시스템은 전체 시설의 온도, 흐름 및 압력을 모니터링하는 건물 관리 시스템에 의해 제어됩니다. 밸브는 표준 아날로그 제어 신호를 수용하고 동일한 프로토콜에서 위치 피드백을 반환하여 밸브가 실제로 명령된 위치로 이동했는지 폐쇄{2}}루프 검증이 가능하도록 해야 합니다.

 

위치별로 올바른 밸브 구성 선택

더 넓은스테인레스 스틸 볼 밸브카테고리는 광범위한 구성을 포괄하며 모든 구성이 D2C 루프의 모든 위치에 적합한 것은 아닙니다.

파이프 직경이 가장 크고 압력이 가장 높은 CDU 기본 연결부에서는 핸드{0}}휠 작동식 플랜지 볼 밸브가 드물게 격리되는 경우가 일반적입니다. 랙 매니폴드 수준에서는 랙 접근이 제한되므로 전기 액추에이터가 포함된 소형 2-피스 또는 3{6}}피스 본체가 더 실용적입니다. 빠른 연결 해제 서비스 가능성이 설계를 주도하는 서버 트레이 수준에서는 삼중 클램프 끝이 있는 위생 볼 밸브가 업계 표준이 되고 있습니다.

위치에 관계없이 한 가지 선택 원칙이 적용됩니다. 즉, 밸브가 제어하는 ​​전체 시스템 압력 차의 양을 설명하는 밸브 권한은 분기 압력 강하의 50% 이상이어야 합니다. 권한이 부족한 밸브는 시스템의 다른 저항이 흐름 동작을 지배하기 때문에 효과적으로 조절할 수 없습니다.

저장성 취저우에 위치한 37,000제곱미터 규모의 생산 시설에서 운영되는 Leadtek Fluid는 CDU의 플랜지 아이솔레이터부터 냉각판 분기의 위생 밸브까지 D2C 시스템 계층 전반에 걸쳐 사용되는 모든 범위의 밸브 구성을 제조합니다. 30년 이상의 정밀 주조 및 CNC 기계 가공 경험, ISO 9001 및 CE 인증, 사내 R&D를 통해 개발된 100개 이상의 인증된 볼 밸브 변형을 보유한 Leadtek은 80개 이상의 국가에 D2C 시스템 통합업체와 데이터 센터 운영업체를 공급합니다.

 

요약 및 조치 권장사항

냉각판이 제대로 설계되지 않았기 때문에 칩에 직접-대-냉각이 실패하지 않습니다. 압력 불균형, 부적절한 격리, 느린 비상 대응으로 인해 관리 가능한 이벤트가 비용이 많이 드는 사고로 바뀌는 배전 계층에서는 실패합니다.

D2C 볼 밸브 구매 주문을 발행하기 전에 다음 사항을 확인하십시오.

복합적인 압력 강하를 방지하기 위해 모든 격리 지점의 전체{0}}내경 구조

모든 바이패스 또는 루프{1}}전환 위치에서 위치 피드백이 포함된 3{0}방향 구성

랙 보조 루프를 가로지르는 316 스테인리스 스틸 본체 및 TFM 시트 재료

예상 BMS 제어 빈도에 대해 검증된 사이클 수명 등급

연속 사용 중인 모든 밸브에 대한 클래스 VI 누출 등급

랙에 사용되는 튜브 표준과 일치하는 끝 연결 유형

설치 직전에 이러한 사양을 얻는 것이 서버 실행 후 흐름 불균형 문제를 진단하는 것보다 훨씬 저렴합니다.

 

FAQ

D2C 냉각 시스템에서 2방향 플랜지 볼 밸브와 3방향 플랜지 볼 밸브의 차이점은 무엇입니까?2-방향 밸브에는 하나의 입구와 하나의 출구가 있으며 단일 라인에서 켜짐/꺼짐 또는 조절 제어를 처리합니다. 3{3}}방향 설계에는 3개의 포트가 있어 두 경로(T-포트) 사이의 흐름을 전환하거나 두 소스(L-포트)의 흐름을 혼합할 수 있습니다. D2C 시스템에서 이 구성은 바이패스 회로, 이중화 스위칭 및 자유 냉각 이코노마이저 제어 기능을 제공합니다.

액체 냉각 루프에서 304보다 316 스테인리스 스틸이 선호되는 이유는 무엇입니까?316 스테인리스에는 몰리브덴이 포함되어 있어 염화물-로 인한 공식 및 틈새 부식에 대한 저항성이 크게 향상됩니다. 데이터 센터 냉각수는 화학적으로 처리된 경우에도 304가 낮은-접촉 피팅에서는 적절하게 처리하지만 연속 흐름 하의 높은 사이클 시트 및 본체에서는 안정성이 떨어지는 조건에 밸브 내부를 노출시킵니다.

D2C 시스템의 볼 밸브는 얼마나 자주 검사해야 합니까?유지보수 중에만 순환되는 수동 차단 밸브는 일반적으로 연간 검사를 보장합니다. BMS 명령에 따라 순환하는 전기-제어 밸브는 제조업체의 순환 수명 등급을 따라야 하며 시트 검사는 정격 수명의 50%로 예정되어 있습니다. 3피스 본체 설계는 라인을 해체하지 않고도 시트 접근을 위해 본체를 분리하기 때문에 검사를 단순화합니다.

"밸브 권한"은 무엇을 의미하며 D2C 흐름 변조에 왜 중요한가요?밸브 권한은 분기 회로의 전체 압력 강하에 대해 완전 개방 시 밸브 전체의 압력 강하 비율입니다. 권위가 낮은 밸브는 회로의 다른 저항이 지배적이기 때문에 흐름을 효과적으로 조절할 수 없습니다. 5~15PSI 차동에서 실행되는 D2C 분기에서 제어 밸브는 의미 있는 변조 범위를 유지하기 위해 완전 개방 흐름에서 해당 압력 예산의 최소 절반을 차지해야 합니다.{5}}

표준 HVAC 볼 밸브를 칩 냉각 애플리케이션에 직접-사용할 수 있나요?-?안정적이지 않습니다. 표준 HVAC 밸브는 D2C 랙 분기에 필요한 것보다 훨씬 더 높은 유량과 더 거친 제어를 위해 크기가 조정되었습니다. 액추에이터는 CDU 관리 시스템 타이밍에 비해 너무 느린 경우가 많으며, 시트 재료는 탈이온 냉각수에 사용되는 부식 방지제 패키지와 호환되지 않을 수 있습니다. D2C-호환 밸브는 낮은-차압, 높은 사이클 정격, 위생 또는 부식{7}}저항성 재질, BMS 신호 호환성을 위해 선택됩니다. D2C 분기에서 대형 HVAC 밸브를 사용하는 것은 CDU 제어 루프에서 불안정성을 찾는 일반적인 원인입니다.