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液冷はなぜ手動ボールバルブを電動化させるのか？

増えるバルブはどこから来るのか

空冷ホールでは水は CRAH コイルで止まります。遮断弁は冷水機械室と立管にあり、技術者は徒歩で到達し、その数は空調機の台数で決まります。

チップ直接液冷はこの構成を二つに割ります。冷却液分配ユニット（CDU）が施設水システムと独立した技術冷却システムの間に入り、二次側は処理された流体をマニホールドへ、各ラックへ下ろし、プロセッサ上のコールドプレートへ送ります。その分岐点はすべて、後に列全体を排水せずに流れを止められなければならない位置です。

バルブ数は公表された比率ではなくトポロジーで決まります。CDU は二つのループの両側に遮断が必要です。マニホールド対は上下に遮断が必要です。一台のラックを隣が稼働したまま整備するなら、そのラック分岐にも遮断が必要です。ラックあたりのバルブ数は設計により大きく異なり、リアドア熱交換器の改修ではまた別の数字になります。したがって誠実な言い方は、バルブ数は独立して整備可能な分岐の数に比例し、液冷はその分岐数を増やす、というものです。

なぜこれらのバルブは手動のままでいられないのか

二次側には四つの制約があり、そのどれか一つだけでもレバーを排除するのに十分です。

通路に操作員がいない

ホットアイル封じ込め内のバルブは扉の内側、管理区域の中、脚立が必要な高さにある場合があります。

漏液対応は秒単位

チップ直接液冷の冷却液はラック筐体内、通電したハードウェアの上や横を流れます。検知ケーブルやトレイセンサは警報を素早く出せますが、電話連絡で終わる警報の応答時間は分単位です。同じ警報に配線されたアクチュエータは信号で閉じます。

冗長経路は歩いてではなく切り替えて使う

CDU を N+1 で配置する場合、一台を停止しても担っていた負荷を落とさずに済みます。その切替はバルブ操作そのものです。手動であれば、冗長性の速度は人員配置の速度になります。

充填、洗浄、試運転は手順に従う

二次ループは負荷を担う前に充填、脱気、洗浄、検証を経ます。部品交換後も同じ手順が繰り返されます。この種の手順は制御系に書かれており、制御系にないバルブは回避策で扱うしかありません。

バルブ本体で何が変わるか

ここが最後に仕様化され、最も問題を起こす部分です。手動用に設計されたバルブにアクチュエータを取り付けると、四つの測定可能な側面で使用条件が変わります。

取付面がアクチュエータ対応かどうかを決める

ISO 5211 は部分回転アクチュエータとバルブの接続を規定します。ボルト円、パイロット径、そして角形または両平面（ダブル D）形の駆動端です。

完全な表（F03 から F100、スピゴット、ボルトねじ、フランジ高さ、穴位置と記号）はISO 5211 リファレンスにあります。

ボルト円の数値は ISO 5211 の値です。取付面の寸法と駆動端の形状は、アクチュエータを発注する前にバルブ図面で確認してください。

バルブが寸法上これを満たす方法は二つあります。取付面を本体またはボンネットと一体で鋳造し機械加工する方法と、ステムにカップリングで接続するブラケットをボルト留めする方法です。ブラケット方式は安価で、カタログが「アクチュエータ対応」と言うときはこちらを指すことが多くあります。

違いはバックラッシュに現れます。ブラケットはアクチュエータ出力とボールの間に継手とカップリングを追加し、その伝達経路の隙間はすべて角度方向の遊びになります。アクチュエータは九十度動いたと報告しますがボールはわずかに少なく動き、停止位置は前回の動作方向によってずれるため、シートの接触帯は繰り返さずに移動します。さらにアクチュエータ質量をブラケット経由で曲げ荷重としてステムに伝え、本体には伝えません。

シート材質は温度だけで決まらなくなる

手動弁のシートは媒体と温度に対して選定されます。繰返し動作の下では、クリープと摩耗に対しても選定が必要になります。

バージン PTFE は持続的な圧縮荷重下で変形します。そのため長期間閉じたままのバルブはボールに対して圧縮永久ひずみを生じ、その初動トルクは直前に動作させたバルブで測定した値を上回ります。充填グレードはこれを低減します。

二次ループのグリコール濃度も選定に影響します。混合液は粘度を上げ、シート面での濡れ挙動を変えるためです。

サイクル数は仕様であり、それを測る規格がある

バルブ規格の多くは耐圧を測り、耐久性は測りません。ASME B16.34 は圧力温度定格を、API 598 と ISO 5208 は殻体とシートの試験を定めますが、五千回動作した後のバルブがどうなるかを教えるものはありません。

サイクルを測る規格は漏洩排出試験から来ます。ISO 15848-1 は遮断弁の耐久クラスを 205、1 500、2 500 回の機械サイクルで定義し、ステム漏れ量の限度を伴います。API 641 は部分回転弁を 610 回の機械サイクルで型式試験し、ステム排出を 100 ppmv 未満に保ちます。どちらも冷却水のために書かれたものではなく、冷却用途の認証にもなりません。有用なのは、サイクル数とステム漏れ限度という二つの数字を結びつけて述べる、現時点で広く認知された唯一の方法だからです。

見積依頼に書くべき項目

次の項目を備えた依頼は実際の使用条件で見積もれます。備えていない依頼は、取付面が付いた手動弁として見積もられます。

• 口径、圧力クラス、流体（グリコールの種類と濃度を含む）
• ループ温度範囲、およびバルブが動作していないときの温度
• 想定年間動作回数、および長期間同じ位置に留まるかどうか
• 必要な ISO 5211 フランジサイズ、および取付面が本体一体である必要があるか
• ステム駆動端の形状（角形または両平面 D 形）と二面幅
• 温度で放置した後の初動トルク、常温のシートトルクだけではなく
• ステム漏れ限度、および ISO 15848-1 か API 641 の結果が必要か
• ライン上での整備が必要か（二片式か三片式かを決める）
• 接続端形状、およびアクチュエータ外形が隣のラックと干渉しないか

本稿が解決しないこと

電動と空気圧の選択は、以上の議論では決まりません。どちらも四つの条件を満たします。選択はラック側で圧縮空気が使えるか、そして電源や空気が失われたときにバルブがどの位置にあるべきかで決まります。これは下のリンクにある駆動方式の比較で別途扱います。

ラックあたりのバルブ数も本稿の結論ではありません。それはその設計がいくつの分岐を独立して整備可能にするかの関数であり、チップ直接液冷、リアドア改修、液浸でそれぞれ異なります。ある参照設計から取った数字は別の設計には移せません。

発行：LINS Valve Industrial Co., Ltd.（台湾・台中）最終更新：2026-09-07