液冷は、液体を媒体として電子部品や機械システムから熱を逃がす高度な放熱方法です。従来の空冷に比べて、液冷はより効率的に熱を除去できるため、高性能コンピューティング、データセンター、電気自動車、産業機器などの分野で好まれるソリューションとなっています。液冷は一般的に直接冷却と間接冷却に分けられ、それぞれのカテゴリーにおける主な技術として、液浸冷却とコールドプレート冷却が挙げられます。
液浸冷却は、発熱部品を冷却液に直接浸漬し、冷却液が循環することでサーバーなどのデバイスから発生する熱を逃がす冷却方式です。これは典型的な直接接触型液体冷却方式です。熱源が冷却液と直接接触するため、熱効率が高く、騒音も低減します。液浸冷却システムは通常、屋内サイクルと屋外サイクルの2つのサイクルに分けられます。
屋内サイクルでは、冷却液が密閉されたチャンバー内の発熱部品と熱交換します。冷却液は熱を吸収するにつれて温まり、蒸発します。蒸発した液体は熱交換モジュール（CDM）に移動し、そこでより冷たい屋外側の水と熱交換しながら凝縮します。凝縮した液体は冷却され、チャンバー内に再循環され、このプロセスを繰り返します。二相浸漬冷却システムでは、液体の相変化によって効率的に熱を伝達します。
屋外サイクルでは、冷却液から熱を吸収した高温の水が外部の冷却塔に送られます。冷却塔では、水は熱を大気中に放出し、再び低温に戻った後、再びCDMに送り込まれ、再び熱交換が行われます。このサイクルでは、熱伝達は主に水温の変化によって行われます。
浸漬冷却システムは、それぞれ独自の特性を持つ二相システムと単相システムに分けられます。
二相液体冷却： 二相システムでは、冷却プロセス中に冷却液が液体から蒸気へ、そして再び液体に戻ります。この方法は非常に効率的ですが、管理が複雑になります。相転移中に圧力が変化するため、耐久性のある容器が必要になり、液体は汚染されやすくなります。
単相液体冷却： 単相システムでは、冷却プロセス全体を通して液体の状態が一定に保たれます。液体は蒸発による損失を防ぐために沸点が高く、制御が容易ですが、冷却効率は一般的に二相システムよりも低くなります。
コールドプレート冷却では、サーバーの主要な発熱部品に液体冷却プレートを取り付けます。液体はプレート内を循環し、部品から熱を吸収・放散します。コールドプレート冷却は高熱部品を効果的に冷却しますが、サーバーの他の部品には空冷が必要な場合があり、デュアルチャネルサーバーと呼ばれるハイブリッドシステムが採用されています。コールドプレートシステムでは、液体は部品に直接接触せず、サーマルプレートを介して熱を伝達するため、高い安全性と信頼性を実現します。
スプレー冷却システムは、シャーシ上部に冷却剤を貯蔵し、発熱部品に直接噴霧します。冷却剤が部品に直接接触することで、効率的な冷却効果が得られます。しかし、冷却剤が高温の表面に当たると、その一部が蒸発し、シャーシの隙間から蒸気が漏れ出す可能性があります。これにより、周囲環境や他の機器の清浄度が損なわれる可能性があります。
液体冷却システムでは数種類の冷却剤が使用され、それぞれに独自の特性と用途があります。
水 ： 最も基本的で費用対効果の高い冷却剤です。水は熱伝導率が高いものの、断熱性がなく、漏れが発生すると深刻な損傷を引き起こす可能性があります。
ミネラルオイル： 単相冷却システムでよく使用される、無毒で揮発性のない液体です。粘度が高いため残留物が残る可能性があり、引火点も高いものの、特定の条件下では火災の危険性があります。
フッ素系電子液体： 非導電性で不燃性であることで知られるこの液体は、データセンターで広く使用されています。効果は高いのですが、高価です。
BOシリーズ熱媒液： この特殊な液体は、無毒、非導電性、高沸点、耐腐食性を備えており、酸化や汚染を防ぎ、電子部品の寿命を延ばします。
優れた熱管理能力と静音性を備えた液冷は、特にデータセンター、電気自動車、産業用途において、高性能電子機器の最適なソリューションとして台頭しています。コストと複雑さは増しますが、冷却効率とシステム信頼性の向上という長期的なメリットを考えると、投資する価値は十分にあります。
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