Technical 2026年8月25日

ダイレクト・トゥ・チップ vs リアドア冷却：バルブ要求仕様の比較

サーバーラック背面のステンレス製冷却液マニホールドから編組フレキシブルホースが液冷機器へ分岐している様子、奥にデータセンターの通路 — ラック側の冷却液マニホールドと分岐ホース。CDUのこちら側のバルブは二次ループにあり、リアドアのコイルは施設水から供給される。

リアドア熱交換器が施設水ループから、ダイレクト・トゥ・チップのコールドプレートがCDU二次側の技術冷却ループから供給される構成と、各ループの遮断バルブ位置を示す図 — リアドア熱交換器は施設水に、ダイレクト・トゥ・チップのコールドプレートはCDU二次ループにつながる。バルブは同じ系統になく、口径も、故障時の帰結も異なる。

要点

この二つのアーキテクチャの比較は、通常ラック当たりの kW で止まる。しかしバルブ仕様を書く側にとって決定的なのは、そのバルブがどちらのループにあるかである。リアドア熱交換器は施設水ループから供給されるため、遮断バルブは配管口径の建築設備用バルブで、DN50からDN80が一般的であり、にじみは床に達する。ダイレクト・トゥ・チップのコールドプレートはCDU二次ループから供給されるため、バルブはより小径で、ラックマニホールドではDN15からDN50が一般的、流体は防食剤入りグリコール混合液であり、にじみは通電した基板の上に落ちる。圧力クラスがどちらの側でも制約になることはまれである。制約になるのはシートとシールの材質、漏れ等級、清浄度、そして保守性である。

二つのアーキテクチャの違いは何か

リアドア熱交換器は、キャビネットの背面扉を液冷コイルに置き換える。サーバーファンが従来どおり空気を動かし、コイルが排気経路で熱を受け取る。サーバー内部は何も変わらない。ベンダー公表の容量はおおむねラック当たり40から55 kWの範囲にあり、入口水温が低いほど大きくなる。

ダイレクト・トゥ・チップは、プロセッサやアクセラレータのパッケージに密着させたコールドプレートまで液体を導き、熱が室内空気に放出された後ではなく発生源で除去する。単相のダイレクト・トゥ・チップは、ラック当たり100から200 kWの持続的な密度を実用化する方式であり、通常はN+1構成の冷却液分配ユニットとデュアルヘッダのラックマニホールドを伴う。

多くの施設は両方を運用している。既設の空冷列にはリアドアを後付けし、新設列にはダイレクト・トゥ・チップを採用する。その結果、バルブリストには性質の異なる二つの集団が生じるため、統合する際にはラック単位ではなくループ単位で分けるのが実務的である。

バルブはどちらのループにあるか

データセンター液冷は、熱交換器で隔てられた二つのループとして説明される。施設水系統、すなわち一次ループは、チラー、ドライクーラー、冷却塔からの処理水を建物全体へ配る。技術冷却系統、すなわち二次ループは、CDUとIT機器の間の密閉され化学的に管理されたループである。

リアドア熱交換器は、多くの設計で施設水に直接つながる。その遮断バルブは、通常の建築設備環境における通常の建築設備用バルブである。

ダイレクト・トゥ・チップのマニホールドは二次側にあり、そこではすべてが厳しくなる。流体はCDUベンダーが指定し、水質は監視され、系統全体で最も狭い流路はコールドプレートの流路で、1ミリメートル以下の桁である。

	リアドア熱交換器	ダイレクト・トゥ・チップ
バルブが属するループ	施設水、一次側	技術冷却、二次側
代表的なバルブ口径	DN50–DN80（2"–3"）	DN15–DN50（½"–2"）
流体	処理済みの施設水	防食剤入りグリコール水溶液、一般に25%プロピレングリコール。設計により脱イオン水
供給温度帯	一般にASHRAE W17–W32	より高温での運転が可能、W32–W45の設計が使われている
ループ圧力	建物配水圧	一般に690 kPa（100 psi）以下に制限、通常運転は414 kPa（60 psi）以下が多い
にじみの帰結	床、二次封じ込め、腐食	直下の通電基板
清浄度要求	通常の配管施工水準	仕様として明記。粒子がコールドプレート流路に到達する
保守アクセス	ラック背面、扉を開けてIT稼働のまま	ラック内部、ノード停止を要する場合が多い

圧力クラスがバルブを決めることはあるか

二次側の技術冷却ループについて公表されている機器資料では、ループ圧力の上限を690 kPa（100 psi）とし、熱交換器での通常運転圧力を414 kPa（60 psi）以下、流量を1台あたり毎分23から57リットル（6から15 gpm）程度とするものが一般的である。これに対しCF8M製のASME Class 150バルブは、ASME B16.34に基づき100°Fで275 psiの定格を持つ。通常運転に対しておよそ4倍の余裕がある。

圧力クラスが答えていないのは、数百サイクル後もシートが保持するか、温度サイクル下でステムシールがにじまないか、配管を切らずに保守できるか、そしてバルブ内部から粒子がループへ放出されないか、である。

なぜ漏れの許容度が両側で異なるのか

リアドアの配管はキャビネット背面を通り、フリーアクセス床下または天井裏を経由する。にじむ継手は保守票である。封じ込め、受け、次の停止機会で直す。待っている間に壊れるものはない。

ダイレクト・トゥ・チップの分岐配管はラック内部、通電した基板の上と横を通る。同じにじみ量でも事象の性質が異なる。二次側でドリップトレイ、漏液検知ケーブル、ドライブレーク式カプラが標準となるのはこのためである。

良いバルブの条件も変わる。3ピース構造であれば、配管やマニホールドを外さずに中央部を取り外してシートを交換できる。密度が高く停止時間の短いラックでは、その利点が2ピース構造のわずかなコスト差を上回る。

流体はシートとシールの選定をどう変えるか

施設水と二次側冷却液は別の問題である。

二次ループでは防食剤入りのプロピレングリコール水溶液、多くは25%程度、あるいは処理水や脱イオン水が用いられる。材質の限界を決めるのは通常、グリコールそのものではなく防食剤の配合であり、その化学組成はCDUベンダーによって異なる。流体仕様を入手してバルブ供給者に渡すべきであり、グリコールとだけ書いて済ませてはならない。

この混合液は熱的にも水力的にも水より不利で、しかも両方向に同時に効く。25%プロピレングリコール混合液は単位質量あたりの熱容量が水よりおよそ5から10%小さく、同温度での粘度は明らかに高い。同じ熱量を運ぶのにより多くの流量が必要で、その流量はより大きな圧力損失を伴う。ポンプ揚程に余裕がない場合、フルポート構造がコストに見合う理由である。

接液部品	施設水（リアドア）	二次ループ（ダイレクト・トゥ・チップ）
本体および端部接続	青銅、炭素鋼、ステンレス。ループ水質による	SS316（CF8M）。銅合金は通常除外
ボールおよびステム	ステンレス。建築用製品ではクロムめっき黄銅も	SS316
シート	PTFEまたはRPTFE	PTFEまたはRPTFE。防食剤配合に対して選定
ステムおよび本体シール	PTFE、水系ではEPDMが一般的	流体および低温待機を含む全温度サイクルに対して選定
亜鉛を含む合金	ループ水処理で管理	回避。脱亜鉛生成物がコールドプレートへ移動する

温度については、ASHRAE TC 9.9が『Thermal Guidelines』第5版で液冷クラスをW17、W27、W32、W40、W45、W+に改称した。数字は供給流体の最高温度（摂氏）を表し、いずれのクラスも下限は2°Cである。ダイレクト・トゥ・チップは高温側クラスを実用的にする。熱を発生源で十分に高い温度のまま捕捉するため、年間の相当期間を機械式冷凍なしで排熱できるからである。バルブ選定では、これが最終的にステムシールに及ぶ。低温待機とW45運転の間を往復するループでは、シールが受ける温度変化の幅が大きく、PTFEパッキンとステンレスステムの間の熱膨張差もそれに伴う。

清浄度と漏れ等級はプロセスで決まる

この二つは二次側の仕様書に頻繁に現れる一方、検証されることは少ない。どちらも完成したバルブからは見えないためである。

清浄度は製造工程の一段階である

機械加工されたステンレスバルブは、切削油、ねじ谷やシートポケットに残る微細な切粉、取扱い時の付着物を伴って旋盤を離れる。腕の長さの距離では何も見えない。しかし温かいグリコールを満たして循環させれば、それらはすべて動き出し、行き先はコールドプレートの流路である。

答えは、機械加工と組立の間の工程順序に洗浄工程を組み込むことであり、方法としては超音波洗浄が一般的で、その後は管理された組立とキャップ付き梱包により、出荷時の状態のまま届くようにする。これは個別の注文よりはるか前に決まる工程上の判断であり、だからこそ受入検査ではなく見積依頼書に属する。監査で問うべきは、供給者がバルブを洗浄しているかどうかではなく、洗浄工程が順序のどこにあり、方法は何で、その工程から箱までの間に部品をどう保護しているかである。組立後の洗浄では、切粉はすでに本体キャビティの中にある。

これは非公式な慣習ではない。ASHRAE TC 9.9は供給温度クラスに加えて、液冷施設向けの水質クラスも定めている。ループの化学と粒子管理が機器寿命を左右する度合いは、空冷には対応物がないためである。

漏れ等級には試験方法の指定が要る

空気または水によるAPI 598のシェル試験およびシート試験は業界の基準線であり、液冷用途の大半に適する。それが示すのは、バルブが規定の許容漏れ量を満たすということであり、その分解能は試験媒体に制約される。

仕様がより細かい分解能を要求する場合、実際に一部のハイパースケール向け二次側仕様はそうであるが、ヘリウムリーク試験は桁違いに小さな漏れを検出できる。ヘリウムは分子が小さく背景濃度も低いため、目に見える気泡よりはるかに小さい漏れを検出できるからである。これらのループの大半には不要であり、標準として提案する供給者はコストを上乗せしている。要点は方法そのものより狭い。仕様が漏れ等級を求めるなら、それを実証する試験も指定しなければならない。参照試験の裏付けのない「バブルタイト」という表現は、購入可能な要求事項ではないからである。

クイックカプラ、冗長性、駆動方式

二次側では、着脱の多くはバルブではなくドライブレーク式クイックカプラで行われる。Open Compute Projectがユニバーサル・クイック・ディスコネクト（UQD）仕様を公開しているのはこのためで、ループを排水せずにノードを引き抜けるようにするものである。

これはバルブ要求を消すのではなく、位置を移す。クイックカプラはノード単位の着脱を担い、バルブはその上流の分岐遮断、マニホールド遮断、CDU遮断を担う。そして技術者がカプラに手を出せるのは、バルブがあるからである。ラック図面からバルブリストを起こすと分岐遮断バルブは落ちやすい。カプラは目に見えるが、その背後のバルブは見えないためである。

CDUの冗長性はバルブに帰結する

N+1の冷却液分配はダイレクト・トゥ・チップ導入の標準であり、冗長ユニットは列を稼働させたまま保守できるように存在する。それが成立するのは、各CDUを一次側と二次側の両方で隔離でき、残りのループが加圧されたまま稼働し続けられる場合に限られる。実務上これは、双方向遮断、バルブ位置の明確な表示、作業中のロックアウト手段を意味する。ロック可能なハンドルは小さな項目だが、保守手順はいずれそれに依存する。

見積依頼書に入れるべき項目

リアドア熱交換器の遮断

口径、接続形式、圧力クラスは建物標準に合わせる。DN50以上はフランジが一般的でClass 150が標準的
施設水の水質。一次ループのグリコール含有量を含む
ラック扉を開けIT稼働のまま操作する必要があるかどうか
API 598による試験範囲。トレーサビリティが必要な場合はEN 10204 3.1の材料証明

ダイレクト・トゥ・チップのマニホールドおよび分岐遮断

本体材質はSS316（CF8M）。接液部から銅合金を除外することを明記
CDUベンダーによる流体仕様。グリコール濃度だけでなく防食剤配合を含む
温度範囲は設計運転温度だけでなく低温待機も含む
シートおよびステムシール材質はその温度範囲に対して選定
ポンプ揚程に制約がある場合はフルポート。設計流量と許容圧力損失を明記
現地でのシート交換が必要な場合は3ピース構造
納入時の清浄度と梱包。脱脂、キャップ付き、加工切粉なし
漏れ等級と、それを実証する試験
保守隔離手順に現れるバルブにはロック可能なハンドル
駆動する場合はISO 5211取付と設計差圧におけるトルク。二次側の分岐およびマニホールド遮断は通常レバー式手動で、駆動はCDU境界に現れる

清浄度は、注文が動き出してから工場が後付けできない唯一の項目である。バルブをどう洗い、どう組み、どう梱包するかで決まり、そのいずれも完成品からは見えない。

よくある質問

リアドアとダイレクト・トゥ・チップは同じバルブを使いますか

ほとんどありません。リアドア熱交換器は施設水ループから供給されるため、遮断バルブは配管口径の建築設備用バルブでDN50からDN80が一般的です。ダイレクト・トゥ・チップのコールドプレートはCDU二次ループから供給されるため、バルブはより小径で、ラックマニホールドではDN15からDN50が一般的、しかも通電した電子機器の直上に位置します。流体系統は同じでも、ループが異なり、仕様も異なります。

CDU二次ループのバルブにはどの圧力クラスが必要ですか

公表されている機器資料では、二次側技術冷却ループの圧力を690 kPa（100 psi）に制限し、熱交換器での通常運転圧力を414 kPa（60 psi）以下とするものが一般的です。CF8M製のASME Class 150バルブはASME B16.34に基づき100°Fで275 psiの定格を持ち、通常運転に対しておよそ4倍の余裕があります。したがって圧力クラスが制約になることはまれで、シート材質、漏れ等級、清浄度が制約になります。

なぜダイレクト・トゥ・チップでは漏れがリアドアより重大なのですか

位置です。リアドアの配管はキャビネット背面、床下または天井裏を通るため、にじむ継手は封じ込めと腐食の問題です。ダイレクト・トゥ・チップのマニホールドと分岐はラック内部、通電した基板の上と横を通ります。リアドアでは保守票で済む同じにじみ量が、ダイレクト・トゥ・チップのラックではノードを停止させ得ます。二次側で漏液検知とドリップトレイが標準となるのはこのためです。

ダイレクト・トゥ・チップのループに十分な清浄度をどう検証しますか

完成したバルブを検査するのではなく、製造工程の順序を監査します。清浄度は洗浄工程がどこにあるかで決まり、機械加工後かつ組立前の超音波洗浄が一般的な方法で、その後どうキャップし梱包するかも含まれます。組立後の洗浄では加工切粉がすでに本体キャビティの中にあります。完成品の清浄度証明書ではなく、工程順序と梱包仕様を求めてください。

液冷ループに黄銅や青銅のバルブは使えますか

二次側の技術冷却ループでは通常除外されます。銅合金は防食剤入りの密閉ループで異種金属と脱亜鉛の懸念を生じ、放出された腐食生成物は系統で最も狭い流路、すなわちコールドプレートの流路に到達します。二次側の標準的な仕様はステンレス、通常はSS316（CF8M）です。銅合金部品は施設水側により多く現れます。そちらではループ化学が別の方法で管理されているためです。

一文でまとめると：

バルブリストはラック単位ではなくループ単位で分ける。リアドアに供給する施設水側のバルブは通常の建築設備用バルブでよい。コールドプレートに供給する二次側のバルブには、SS316の接液部、CDUベンダーの実際の流体仕様（防食剤配合を含む）に対して選定したシートとシールの材質、実証試験を伴う明確な漏れ等級、そして機械加工後かつ組立前に置かれた洗浄工程が要る。制約になるのは圧力クラスではなく、清浄度と保守性である。

発行：LINS Valve Industrial Co., Ltd.（台湾・台中）。本稿は調達および仕様策定チームに向けて書かれており、特定製品の推奨は行っておらず、示唆もしていません。訂正および補足はお問い合わせまでお寄せください。最終更新：2026-08-25

参照規格および出典：ASHRAE TC 9.9『Thermal Guidelines for Data Processing Environments』第5版。液冷クラスW17、W27、W32、W40、W45、W+および水質クラスの出典。ASME B16.34（圧力-温度定格）。API 598（バルブの検査および試験）。ISO 5211（部分回転アクチュエータ取付）。EN 10204（検査文書の種類）。Open Compute Project、液冷カプラのユニバーサル・クイック・ディスコネクト（UQD）仕様。発行機関ページ：ASHRAE TC 9.9、ASHRAE Datacom Series、ASME、API。

100°Fにおける275 psiは、CF8Mを含むASME B16.34のGroup 2.2材料のClass 150定格です。二次ループの圧力および流量の数値、すなわち690 kPaのループ上限、熱交換器での414 kPa、毎分23から57リットルは、ラックおよびCDUベンダーの公表資料に基づくもので機器により異なります。選定する具体的なCDUに対して確認してください。ラック容量の範囲はベンダー公表資料によるもので、参考値であり規範ではありません。グリコールの熱容量および粘度の数値は25%プロピレングリコール混合液の代表値であり、濃度、温度、防食剤配合により変動します。