水冷式データセンターは、サーバーの下を見れば、すべて配管プロジェクトであると言えます。冷却液は、分配、隔離、バランス調整、排出、そしてメンテナンスが必要であり、それを可能にするのがバルブです。 本ガイドでは、データセンターの液体冷却ループにおいてボールバルブがどの位置に配置されるか、冷却剤用途においてステンレス鋼が本体の標準材料とされる理由、そして施設側の給水側から冷却剤分配ユニット（CDU）に至るまで、システムの各部分に適切なバルブの種類、シート、および端部接続をどのように適合させるかについて解説します。.
本稿はサプライヤーの立場から執筆しています。当社は台湾に拠点を置くメーカーであり、1999年からステンレス製ボールバルブを製造してきました。その中には、水の純度や腐食管理がクーラントループと非常に似た規則に従う半導体製造ライン向けのバルブも含まれています。.
AIサーバーがなぜ水冷への移行を迫っているのか
ラックの消費電力が、ファンや室内レベルの空調システムで除去できる範囲を超えると、空冷は実用的ではなくなります。AIトレーニング用ラックは、すでにその限界をはるかに超えています。液体は空気よりもはるかに効率的に熱を運ぶため、運用事業者らはチップ直結型コールドプレートを採用しており、設計によっては完全浸漬冷却も導入されています。これらのシステムに関する業界ガイドラインは、 ASHRAEのデータ通信委員会 そして、その オープン・コンピュート・プロジェクト, 、そして両者とも、冷却ループを単なる追加設備ではなく、恒久的なインフラとして扱っている。ローレンス・バークレー国立研究所の データセンターの効率化プログラム エネルギー面からも、同様の変化を追跡している。.
コンポーネントの仕様を決定する者にとって、実務上の影響は次の通りです。すなわち、水冷式のデータホールには、空冷式の建物には存在しなかった数百ものバルブ位置が、3つのゾーンにまたがって設置されるようになったのです。.
液体冷却システムにおけるバルブの配置
ボールバルブは、ループの一部を隔離、充填、排水、またはバランス調整する必要があるすべての境界部に設置されます。 ASHRAEの用語では、システムは施設用水システム（FWS：建物側の冷水または凝縮水）と、テクノロジー冷却システム（TCS：実際にIT機器に供給される処理済み冷却液）に分かれます。 CDUは、これら2つの間の架け橋となるものです。これは、熱交換器、ポンプ、制御装置を収めたキャビネットであり、サーバー側の冷却剤を施設用水から隔離した状態に保ちます。.
| ループ内の位置 | バルブの役割 | 代表的なバルブの種類 |
|---|---|---|
| 各CDUへの施設からの給水および戻り水 | プラントループを停止させることなく、CDUを隔離してメンテナンスを行う | フランジ付きボールバルブ、JIS 10K/20K または ANSI クラス 150/300 |
| CDU内部（充填、排水、バイパス、センサー用タップ） | 試運転、洗浄、メンテナンス時の排水 | コンパクトなねじ込み式ボールバルブ、1/2″～2″ |
| 二次ループヘッダーおよび列マニホールド | 1つの列またはラックグループを分離します。バランス調整 | 2ピースまたは3ピースのボールバルブ、ねじ込み式または溶接式 |
| 自動化された隔離および漏洩対応 | リーク信号またはリモート制御により、セグメントを閉じる | 空圧式ボールバルブ（複動式またはスプリングリターン式） |
マニホールドからサーバーへの最後の接続部は、通常、クイックディスコネクト方式が採用されていますが、これは別の製品群に属します。しかし、その上流側のすべては従来のバルブの領域であり、そこでは材料の選択が重要になってきます。.
なぜステンレス鋼が冷却ループの標準素材となっているのか
その理由は冷却液の化学的性質にあります。ダイレクト・トゥ・チップ・ループでは通常、腐食防止剤を添加した処理水、あるいはプロピレングリコールと水の混合液が使用されますが、Open Compute Projectの冷却に関するドキュメントに記載されている「湿潤材料」に関するガイドラインでは、その流体と接触してよい材料について厳格な規定が設けられています。 イオンや錆の粒子を放出する金属は、冷却液を汚染し、コールドプレートのマイクロチャネルを詰まらせ、冷却液の寿命を縮めてしまいます。 オーステナイト系ステンレス鋼は安全リストに含まれていますが、普通炭素鋼や無被覆の鉄は含まれていません。一部のループでは真鍮が使用されていますが、あまりにも多くの金属を混合するとガルバニック腐食のリスクが高まるため、多くの運用者は、接触部品をステンレス鋼に統一することで簡素化を図っています。.
当社のバルブ本体は、精密鋳造されたCF8（鋳造304ステンレス）またはCF8M（鋳造316ステンレス）です。 これらをどちらにするかの選択は、他のどの要因よりも「塩化物」という1つの要素に左右されます。316にはモリブデンが添加されており、304で塩化物イオンによって引き起こされる孔食に耐性があります。ループで適切に処理された脱イオン水または阻害剤添加水を使用し、通常の屋内環境に設置される場合は、一般的に304で十分です。 冷却剤や設置場所によって塩化物にさらされる可能性がある場合、例えば屋外側の配管が塩分を含んだ空気にさらされる沿岸のプラントなどでは、316を指定してください。これは、私たちが 半導体製造施設の水道・ガス配管, 、そこではデータセンターよりもさらに厳しい粒子やイオンの清浄度基準が設けられている。.
各ゾーンに合わせたバルブの構成
簡単に言えば、配管にフランジが取り付けられており、保守性を重視して設計を行う場合はフランジ式バルブを、スキッドやマニホールド内部ではねじ込み式または溶接式のコンパクトバルブを、遮断が自動的に行われる必要がある場合は空圧式アクチュエータを使用します。以下の詳細は当社製品ラインの仕様であるため、抽象的なアドバイスというよりは、具体的な参考情報としてご活用ください。.
設備の水側：フランジ付きボールバルブ
建物側のループには、通常、メンテナンス性を高めるためにフランジが取り付けられています。当社の 手動式フランジ付きボールバルブ 1/2″～8″のサイズでJIS 10KおよびANSI Class 150に対応しており、 また、1/2″から4″まではJIS 20KおよびClass 300に対応しており、PTFE製シートを採用し、使用温度範囲は-20°Cから+180°Cです。 耐圧性能はフランジの定格に準じます。例えば、フランジ規格によれば、JIS 10Kでは公称1.0 MPa、Class 150では周囲圧力下で275 psiとなっており、これは一般的な施設の冷却ループの運転圧力をはるかに上回っています。 つまり、ボルト締結の互換性を確保するために必要なフランジクラスによって、通常、圧力に関する問題は自動的に解決されることになります。.
CDUおよびマニホールド内部：コンパクトな2ピースおよび3ピースバルブ
スキッド製造業者は、外形寸法、湿潤部となる材料、およびバルブの分解方法に配慮しています。コンパクト 定格1000 WOGの2ピース式ねじ込みボールバルブ 充填、排水、および計装機器の隔離作業を担当します。定格に関する専門用語に馴染みがない場合は、当社のガイドをご覧ください。 WOGの耐圧定格 ここでは、1000 WOGが実際にどのような意味を持つかを説明します。取り外さずに整備を行うヘッダーおよびマニホールドの位置については、 スリーピースボールバルブ, 、これも定格1000 WOGで、一般的に選ばれるタイプです。中央部がスイングアウトするため、配管を切断することなくシートを交換でき、端部はねじ込み式（PTテーパー）、突合せ溶接式、またはソケット溶接式から選択可能です。 溶接端部は漏れの可能性を完全に排除するため、一度も開けることのない接合部については、一部のCDU設計者がこれを好んで採用しています。当社の概要では、 バルブの端部接続部 そのトレードオフを比較する。.
ねじについて一点注意があります。テーパーねじの規格は異なります。当社のねじ式バルブは、PTテーパーねじ（アジア製の機器で一般的なJIS/BSPT規格）を採用しています。PTとNPTは互換性がなく、異なる規格を混在させて接続した場合、試験時には密閉されていても、熱サイクルを繰り返すことで滲みが出る可能性があります。ご注文の前に、スキッドの図面でどの規格が指定されているか必ずご確認ください。.
自動遮断：空圧式ボールバルブ
漏洩封じ込めシステムや遠隔セグメント制御には、人の立ち会いなしに閉じるバルブが必要です。当社の 空気圧式フランジ付きボールバルブ 上記のフランジ付きボディサイズには、ISO 5211規格のパッドに取り付けられ、4～7 barの計器用空気で駆動される、アルミ製のラック・アンド・ピニオン式アクチュエータ（複動式（DA）およびスプリングリターン式（SR））を組み合わせます。 スプリングリターン方式は、空気供給が途絶えた際にバルブを所定の安全位置まで駆動するため、リーク対応には最適な選択肢です。オプションとして、電磁弁、リミットスイッチボックス、ポジショナーも用意されています。 アセンブリの温度限界はステンレス製ボディではなくアクチュエータによって決定されるため、ボディの許容範囲が適用されると仮定するのではなく、設置環境に合わせてアクチュエータの定格を確認してください。.
最もよく見られる仕様上のミス
これらは冷却ループ用バルブの仕様において繰り返し発生する問題であり、いずれも設計段階で回避することが可能です。.
| 間違い | なぜ痛むのか | その代わりにどうすればよいか |
|---|---|---|
| 処理済み冷却液に使用される炭素鋼または鋳鉄製のバルブ | 錆の粒子やイオンは、冷却液を劣化させ、コールドプレートを詰まらせる | ステンレス製の接液部（CF8/CF8M製本体、ステンレス製ボールおよびステム） |
| PTねじとNPTねじの混用 | 初期段階では気密性を保つが、熱サイクルを繰り返すと漏れが生じる | スキッドごとに1つのねじ山システムを標準化し、図面に明記すること |
| 「念のため」として、あらゆる箇所で316を指定する“ | 塩化物を含まない屋内ループでは、モリブデンのプレミアム分を支払うものの、何のメリットもない | 塩化物への曝露に備えて316を確保し、その理由を記録すること |
| バルブ本体による作動アセンブリ全体の評価 | アクチュエータのシールおよびスプリングには、使用可能な最低温度の制限があります | ホットアイル設置の場合は、アクチュエータの仕様を別途確認してください |
よくある質問
データセンターの液体冷却システムには、どのようなバルブが使用されていますか？
遮断作業の大部分はボールバルブによって行われます。具体的には、各CDUへの施設給水接続部にあるフランジ式ボールバルブ、CDU内部および列マニホールドに設置されたコンパクトなねじ込み式または溶接式ボールバルブ、そしてセグメントを自動的に閉鎖する必要がある箇所に設置された空圧式ボールバルブなどです。 特定の箇所にはバランス弁や逆止弁が設置され、ラックとサーバー間の最終接続にはクイックディスコネクトが用いられます。冷却液の化学的性質により腐食しやすい金属が損傷を受けるため、本体の材質には通常、ステンレス鋼が使用されます。.
ステンレス製のボールバルブは、水・グリコール系冷却液に対応していますか？
はい。304や316などのオーステナイト系ステンレス鋼は、ダイレクト・トゥ・チップ冷却に使用される処理水やプロピレングリコール混合液と概ね適合しており、業界の冷却ガイドラインにおける「接触材料リスト」にもステンレス鋼が記載されています。 シート材も重要です。当社のバルブに標準装備されているPTFE製シートは、これらのループが動作する温度範囲において、グリコール系冷却液に対して化学的に不活性です。必ず、ご使用の冷却液メーカーが提供する抑制剤パッケージとの適合性を確認してください。.
冷却ループには、304ステンレス鋼と316ステンレス鋼のどちらを選べばよいでしょうか？
塩化物への曝露状況に基づいて決定してください。316にはモリブデンが含まれており、塩化物による孔食に耐性がありますが、304には含まれていません。塩化物の発生源がなく、脱イオン水または抑制剤添加の冷却水を循環させる屋内ループでは、通常、304（鋳造グレードCF8）で問題ありません。 塩化物が存在する場合は、316（CF8M）を選択してください。例えば、屋外の配管や冷却塔が塩分を含んだ空気にさらされる沿岸地域や、水処理プログラムにおいて塩化物の許容範囲外となる可能性がある場合などが該当します。酸性度だけでは問題の引き金にはならず、塩化物が原因となります。.
CDUおよび冷却ループ用バルブには、どのような圧力定格が必要ですか？
冷却ループは、一般的な産業用途に比べて比較的低い圧力で稼働するため、標準的なバルブの定格には十分な余裕があります。 1000 WOG（常温の水、油、ガス）定格のコンパクトなねじ込み式ボールバルブは、一般的なループの要件を数倍も上回っており、フランジ式バルブはJIS 10KやANSI Class 150などのフランジクラスの定格を備えています。 実際には、接続する配管に合わせてフランジクラスを選択すれば、圧力要件は自動的に満たされます。.
冷却ループ内のボールバルブは自動化できますか？
はい。ISO 5211 規格の取り付けパッドを備えたクォーターターン式ボールバルブであれば、どのタイプでも標準的なアクチュエータを取り付けることができます。 一般的に選ばれるのは空圧式ラック・アンド・ピニオンアクチュエータです。これには、空気が両ストロークを駆動する複動式（DA）や、空気や信号の供給が途絶えた際にスプリングによってバルブを閉じるスプリングリターン式（SR）があり、後者は漏洩時の遮断に適しています。 ソレノイドバルブ、位置フィードバック用のリミットスイッチボックス、ポジショナーなどのオプションにより、バルブをビル管理システムに統合することができます。.
概要：ループを指定すれば、バルブはそれに従う
液体冷却用のバルブの選定は、それほど特殊なものではありません。3つのゾーン（施設用水、CDU、二次ループ）を把握し、配管にフランジがある箇所にはフランジ付きステンレス製バルブを設置し、スキッドやマニホールド内部にはコンパクトな2ピースまたは3ピースのバルブを採用し、人の手を使わずに遮断が必要な箇所にはスプリングリターン式アクチュエータ付きバルブを設置します。 塩化物への曝露状況に応じて304または316を選択し、ねじ式システムの仕様を統一し、アクチュエータの温度限界はバルブ本体の定格とは別に確認してください。.
当社は、台湾・台中にある自社工場で、ISO 9001品質管理規格およびCEマークに準拠してこれらのバルブを製造しており、27年にわたり施設配管用途向けのステンレス製ボールバルブを供給してきました。 CDU、マニホールドスキッド、または施設側の冷却配管の建設や改修をご検討中で、仕様策定に直接関与できるメーカーをお探しの場合は、以下までお問い合わせください。 sales@ballvalves.tw または、WhatsApp（+886-917-368-980）にて、配管サイズ、端部接続部、および冷却剤の詳細をお知らせください。当社にて、材質およびシートとの適合性を項目ごとに確認いたします。.