액체 냉각 매니폴드 밸브: 랙에 실제로 필요한 밸브

액체 냉각 매니폴드는 랙의 뒷면이나 측면을 따라 올라가며 랙 안의 모든 서버에 냉각수를 공급하는 스테인리스 스틸 주관입니다. 매니폴드 자체는 단순합니다. 여기에 체결된 밸브가, 새벽 3시에 기술자가 랙의 냉각수를 빼지 않고 서버 한 대를 분리할 수 있는지, 그리고 작은 스며듦이 가동 중단으로 번지는지를 결정합니다.

이 가이드는 랙 매니폴드와 그 상류 배관의 밸브 위치, 각 위치가 실제로 요구하는 것, 그리고 스테인리스 볼밸브가 들어갈 자리를 다룹니다. 이 부품을 사양서에 명시하는 분들, 즉 매니폴드 제작업체, CDU(냉각수 분배 장치) 제조업체, 시스템 통합업체, 그리고 2차 루프를 승인하는 엔지니어를 대상으로 작성했습니다.

액체 냉각 매니폴드가 하는 일

랙 매니폴드는 냉각수 분배 장치에서 나온 냉각수를 서버 내부의 콜드 플레이트로 분배한 뒤, 따뜻해진 회수 냉각수를 모아 되돌려 보냅니다. 냉각수 분배 장치는 보통 CDU로 줄여 부르며, 루프의 IT 측을 설비용수와 분리해 주는 펌프 및 열교환 스테이션입니다. CDU와 서버 사이의 폐회로를 2차 유체 네트워크라고 합니다.

매니폴드는 랙 안에 세로로 설치하는 인랙 방식, 랙 공간을 차지하는 가로 방식, 여러 랙에 공급하는 로우(row) 매니폴드로 나뉩니다. 형식에 따라 보어 사이즈와 분기 수는 달라지지만 밸브의 논리는 달라지지 않습니다. 모든 설계는 같은 세 가지 질문에 답해야 합니다. 분기 하나를 어떻게 격리하는가, 어떻게 배수하는가, 높은 지점에서 공기를 어떻게 빼는가입니다.

루프의 전체 구성

칠러와 칩 사이에는 세 개의 루프가 있으며, 루프가 바뀔 때마다 밸브 요건이 달라집니다. 부품이 어느 루프에 속하는지만 알아도 대부분의 사양 문제는 시작하기 전에 정리됩니다.

CDU는 처음 두 루프 사이의 벽입니다. 설비용수는 경수일 수 있고, 공기가 섞여 있을 수 있으며, 아무도 점검하지 않는 장비와 공유될 수도 있습니다. 2차 루프는 폐회로로 처리되고 여과되며, 그 안의 하드웨어는 그 상태를 유지하도록 선정됩니다. 기계실에서는 눈에 띄지 않는 밸브도 그 열교환기의 IT 측에 놓이면 오염 문제가 됩니다.

랙 매니폴드의 밸브, 위치별 정리

랙 매니폴드와 그 주변에는 다섯 개의 밸브 위치가 있습니다. 이 중 볼밸브가 들어가는 곳은 보통 두 곳뿐이며, 그중 한 곳은 대부분의 밸브 제조업체가 아예 판매할 수 없는 밸브입니다.

이 중 두 행은 사양 논쟁이 가장 많이 일어나는 곳이므로 더 자세한 설명이 필요합니다.

분기 격리 밸브가 볼밸브인 이유

분기 격리의 역할은 하나입니다. 완전히 닫히고, 닫힌 채로 유지되고, 몇 달 동안 한 위치에 있다가도 달라붙지 않고 다시 열리는 것입니다. 1/4회전 볼밸브는 유로 안에 움직이는 부품이 하나뿐이고 배관 압력이 시트를 눌러 닫아 주므로 이를 수행합니다. 고착될 스템 나사도 없고 떨리는 디스크도 없습니다.

이중화 구성도 눈여겨볼 만합니다. 랙 규모 액체 냉각을 다루는 NVIDIA 특허는 2차 루프가 랙 매니폴드와 만나는 지점의 공급 측과 회수 측 양쪽에 격리 밸브를 두어, 바닥 패널을 들어 올리지 않고도 랙 하나를 차단하고 작업할 수 있게 하는 구성을 설명합니다. 랙당 밸브는 하나가 아니라 두 개입니다.

서버 연결부가 볼밸브가 아닌 이유

모든 서버 인출부에는 드라이 브레이크 퀵 디스커넥트를 사용합니다. 이 커플링은 자체 내부 포핏 밸브를 갖추고 있어 양쪽이 분리되는 순간 모두 밀봉되므로, 루프가 가동 중인 상태에서도 거의 유출 없이 서버를 분리할 수 있습니다. 이것들은 정밀 조립품이며, 클린룸에서 제작되고 헬륨 누설 시험을 거치는 경우가 많고, 시장은 소수의 전문 업체가 장악하고 있습니다.

사업 기회를 가늠할 때 이 점이 중요합니다. 퀵 디스커넥트는 랙에서 수량이 가장 많고 가치가 가장 높은 유체 부품입니다. 또한 주조 스테인리스 볼밸브와는 다른 제품 범주이며, 아무리 가공 능력이 뛰어나도 하나가 다른 하나로 바뀌지는 않습니다. 밸브 제조업체가 이 시스템에서 맡을 자리는 격리, 배수, 스트레이너, 체크밸브 위치이지 커플링이 아닙니다.

재질: 공개된 사양이 실제로 말하는 것

액체 냉각은 316 스테인리스만 쓰는 시장이며 구리 합금은 아예 금지되어 있다는 글을 접하게 됩니다. 공개된 제품 문서는 이를 뒷받침하지 않습니다.

Vertiv의 인랙 매니폴드 매뉴얼은 현재 판매 중인 제품의 접액부 재질로 304 스테인리스, EPDM, 황동, 니켈 도금 황동을 기재하고 있습니다. nVent의 랙 매니폴드 바디는 304L 스테인리스입니다. 두 문서 모두 2차 루프 어디에서도 구리 합금을 금지하지 않습니다. 사실인 것은 재질 선택이 냉각수와 고객 자체 기준에 의해 정해진다는 점, 그리고 일부 위치에서는 내구성 때문에 스테인리스가 황동을 대체했다는 점입니다. 액체 냉각 데이터센터용 Apollo의 스테인리스 호스 캡 볼밸브가 가장 분명한 예이며, 해당 용도에서 황동 버전이 버티지 못해 도입되었습니다.

사양을 정하는 분을 위한 실용적인 해석은 이렇습니다. 랙의 수명 동안 지속되어야 하는 모든 부위에는 스테인리스가 안전한 기본값이며, 등급 문제는 일괄 규칙이 아니라 냉각수의 화학 성분으로 정해집니다. 저희 밸브 바디는 정밀 주조(로스트 왁스) CF8과 CF8M으로, 각각 304와 316에 해당하는 주조 등급입니다. 냉각수에 염화물이 들어 있다면 316을 요청하십시오. 몰리브덴이 염화물 공식에 저항하기 때문입니다. 폐회로에서 처리된 글리콜 혼합액이라면 304로 충분한 경우가 많습니다. 냉각수 사양을 보내 주시면 어느 쪽으로 견적을 드릴지 알려 드리겠습니다.

냉각수의 화학 성분과 그것이 밸브에 미치는 영향

이 루프에는 세 가지 유체가 등장합니다. 처리된 물, 동결 및 생물 방지를 위해 대략 25 percent 수준으로 섞은 프로필렌 글리콜 혼합액, 그리고 침지식과 일부 2상 설계의 절연유체입니다. 각각 밸브에 다른 질문을 던지며, 그중 어느 것도 압력 등급으로 답할 수 없습니다.

바디 등급을 결정하는 것은 수질입니다. 오스테나이트계 스테인리스에 공식을 일으키는 것은 염화물이며, 316에는 이에 저항하기 위해 몰리브덴이 들어 있습니다. 글리콜 혼합액은 보통 부식 억제제가 들어 있으며, 억제된 프로필렌 글리콜에 대해 공개된 부식 자료는 스테인리스는 물론 구리 합금에 대해서도 허용 가능한 부식 속도를 보여 주는데, 이것이 황동이 매니폴드 접액부 재질 목록에 여전히 나타나는 이유 중 하나입니다. 절연유체는 금속이 아닌 엘라스토머 적합성 문제를 제기합니다.

저희 시트는 PTFE이며, 세 가지 계열 모두에 화학적으로 불활성이므로 저희 볼밸브 전 제품군에서 PTFE가 기본 시트 재질인 이유입니다. 저희가 추측하지 않는 부분은 고객님의 구체적인 유체와 첨가제 구성입니다. 문의 시 냉각수 데이터시트를 보내 주시면 어떤 재질로 밸브를 제작할지 알려 드리거나, 견적을 드리지 않는 편이 낫다고 알려 드리겠습니다.

풀포트 또는 리듀스드 포트

풀포트는 볼의 보어가 배관 보어와 같다는 뜻이므로 밸브가 거의 저항을 더하지 않습니다. 리듀스드 포트는 보어를 한 사이즈 줄여 밸브를 더 짧고 가볍고 저렴하게 만들지만 측정 가능한 압력 손실이 생깁니다.

냉각수 루프에서는 펌프가 시스템 수명 동안 그 손실을 감당해야 하며, 분기 밸브는 다른 모든 부품과 직렬로 놓입니다. 그래서 공개된 데이터센터용 볼밸브는 풀포트입니다. Apollo의 데이터센터 밸브는 풀포트이며, 다른 공급업체가 이 용도로 제시하는 스테인리스 밸브도 풀포트입니다. 유로에 들어가는 모든 부위에는 풀포트를 지정하고, 저항이 문제 되지 않는 배수 및 계기 인출부에만 리듀스드 포트를 사용하십시오.

연결 방식

매니폴드 쪽 시장은 공정 플랜트처럼 표준화되어 있지 않습니다. 공개된 매니폴드는 서버 측에 호스 바브, 평행 나사, 퀵 디스커넥트를 사용하고 상류에는 나사식 또는 용접 연결을 사용합니다. 요청이 들어오는 대부분은 네 가지 옵션으로 해결됩니다.

캠락에 대해 짚어 둘 점이 있습니다. Supermicro의 액체 냉각 부품 데이터시트에는 커넥터 유형이 캠락 끝단을 가진 볼밸브인 호스 키트가 기재되어 있으며, 10 bar까지 허용됩니다. 이것은 특수 부품이 아니라 액체 냉각 구성에서 제 역할을 하는 평범한 스테인리스 볼밸브입니다.

압력과 온도: 정격은 어려운 부분이 아닙니다

공개된 2차 루프 하드웨어는 낮은 압력에서 작동합니다. Vertiv는 인랙 매니폴드의 최대 작동 압력을 8 bar, 온도를 0°C~70°C로 명시합니다. nVent는 매니폴드 조립품을 150 psi로 시험합니다. Supermicro의 호스 키트는 10 bar까지 허용됩니다.

표준 스테인리스 볼밸브는 그보다 훨씬 높은 수준입니다. 저희 나사식 및 용접식 볼밸브는 1000 WOG이며, 2피스 고압 사양은 2000 WOG입니다. 주의 깊게 읽어야 하는 숫자는 압력이 아니라 온도입니다. 저희 볼밸브 제품군 대부분은 PTFE 시트 사양으로 −20°C~180°C이며, 냉각수 루프의 온도를 충분한 여유를 두고 포함합니다.

이 시장에서 실제 자격 요건의 장벽은 압력 등급이 아니라 청결도, 누설 기밀성, 문서입니다. 주문 시 밀시트(MTR)를 요청하십시오. 저희는 요청 시 MTR을 제공하며 ISO 9001과 CE를 보유하고 있습니다.

시트, 스템, 그리고 200회 작동 후 고장 나는 것

두 밸브 모두 1000 WOG로 표시되어 있어도 1년 뒤의 거동은 다를 수 있습니다. 정격은 바디에 대한 것입니다. 가장 먼저 고장 나는 것은 거의 항상 시트 또는 스템 실이며, 둘 다 데이터시트의 한 줄로는 보이지 않습니다.

냉각수 루프의 시트는 열적으로는 편하지만 기계적으로는 힘든 삶을 삽니다. 온도는 PTFE가 감당하는 범위 안에 충분히 머물지만, 서버를 교체할 때마다 밸브가 작동할 수 있고 그 작동 사이에 몇 달간 그대로 있을 수도 있습니다. PTFE는 하중을 받으면 변형이 남습니다. 문제는 설계가 시트에 예압을 주어 복원되게 하는가입니다. 라이브 로디드(live loaded) 스템 패킹은 스템에서 같은 역할을 하며, 패킹이 이완되어도 밀봉력을 일정하게 유지합니다. 저희 공압 3피스 사양은 이런 이유로 라이브 로디드 PTFE 시트와 Viton 스템 O-링을 사용합니다.

3피스 바디도 여기서 제 몫을 합니다. 배관 안에 설치된 채로 재조립할 수 있습니다. 바디 볼트를 풀고 시트와 실을 교체한 뒤 배관을 자르지 않고 다시 조립합니다. 배수가 하나의 큰 작업인 루프에서는 이것이 15분 작업과 가동 중단의 차이입니다.

여과와 체크밸브: 사람들이 잊는 두 가지 부품

Dell의 랙 규모 직접 액체 냉각 사양은 루프에 여과 요건을 두고 있으며, 설비 측은 35~40 메시 스크린, 2차 유체 네트워크는 50 마이크론 여과 범위입니다. 냉각수 루프의 이물질은 콜드 플레이트의 마이크로채널에 쌓이며, 콜드 플레이트는 현장에서 정비할 수 있는 부품이 아닙니다.

배관 구간에서 이를 충족하는 일반적인 방법은 Y형 스트레이너입니다. 저희 제품은 주조 316에 스테인리스 스크린이며 800 WOG이고, 캡에 블로다운 밸브가 달린 사양도 있어 배관을 열지 않고 스크린을 세척할 수 있습니다.

같은 Dell 문서는 CDU 내부의 펌프와 체크밸브 하류에 압력 릴리프 밸브를 두고 크래킹 압력을 75 psi로 정하고 있습니다. 펌프 출구의 체크밸브는 이중화된 한 쌍의 펌프 중 하나가 정지할 때 역류를 막습니다. 스윙 체크밸브는 수평 배관에 적합하고, 스프링 체크밸브는 수직 배관과 빠른 폐쇄가 필요한 용도에 대응합니다.

누가 무엇을 사양으로 정하는가

랙 매니폴드의 밸브는 데이터센터를 운영하는 회사가 구매하는 경우가 드뭅니다. 공급망의 더 위쪽에서 사양이 정해지며, 누가 결정권을 쥐고 있는지 알면 대화가 짧아집니다.

Vertiv의 매뉴얼은 외부 차단 밸브가 책임 엔지니어의 선정 사항이라고 분명히 밝힙니다. 이 한 줄이 이 밸브들을 매니폴드 제작업체가 대량으로 사지 않고 통합업체가 프로젝트 수량으로 구매하는 이유를 설명해 줍니다.

흔히 발생하는 문제

• 볼밸브로 유량 조절. 볼밸브는 열림 또는 닫힘 용도의 장치입니다. 반쯤 열어 두면 시트가 침식되고 제어 성능이 떨어집니다. 밸런싱은 밸런싱 밸브의 역할입니다.
• 랙 단위 격리 없음. 유일한 차단 위치가 CDU뿐이면 콜드 플레이트 하나를 교체하는 데도 해당 로우 전체가 정지합니다. 랙 인출부의 이중화된 한 쌍은 저렴한 보험입니다.
• 매니폴드에 모든 것이 포함되어 있다고 가정. Vertiv는 매니폴드가 배수 밸브와 함께 출하되며 외부 차단 밸브는 엔지니어의 책임이라고 분명히 밝힙니다. 그 밸브는 누군가의 자재 명세서에 들어가 있어야 합니다.
• 압력 등급만 보고 구매. 두 밸브 모두 1000 WOG라고 적혀 있어도 200회 작동 후의 거동은 다를 수 있습니다. 이를 가르는 것은 시트 재질, 스템 밀봉, 조립 시 청결도입니다.
• 양 끝에 배수나 벤트 없음. 배수할 수 없는 루프는 정비할 수 없으며, 높은 지점에 갇힌 공기는 그 아래 분기에 공급을 막습니다.

밸브 공급업체에 요청할 것

부품은 평범합니다. 이 시장의 구매자가 실제로 평가하는 것은 그 뒤의 서류와 공정입니다. 요청하는 것이 합리적인 다섯 가지가 있으며, 이에 답하지 못하는 제조업체는 다시 살펴볼 만합니다.

• 누설 시험 범위. 모든 밸브를 시험하는지, 배치에서 샘플만 시험하는지 물어보십시오. 저희는 샘플이 아니라 출고 전 모든 밸브를 시험합니다.
• 재질 추적성. 바디 재질의 밀시트(MTR)이며, 요청 시 제공되고 주문 시점에 명시됩니다.
• 치수 검사. 요청 시 성적서를 제공하며, 다른 사람이 설계한 외형 치수에 밸브가 맞아야 할 때 중요합니다.
• 주물의 출처. 공급업체가 바디를 직접 주조하는지 사 오는지 물어보십시오. 저희는 자체 주물 공장에서 주조한 뒤 저희 공장에서 기계 가공하고 조립합니다.
• 품질 시스템. ISO 9001과 CE 마킹. 인증서가 명시되지 않았다면 보유하지 않은 것으로 간주하십시오.

밸브 제조업체에게 이 중 어느 것도 특별한 일이 아닙니다. 다섯 가지를 한꺼번에 요구받는 일이 드물다는 점이, 고객이 쉽게 오프라인으로 돌릴 수 없는 무언가를 만들고 있다는 것을 알려 줍니다.

이 용도로 저희가 공급하는 제품

저희는 대만 타이중 룽징(Longjing)에 있는 밸브 제조업체입니다. 1995년부터 자사 공장에서 주조, 기계 가공, 조립을 해 왔으며, 자체 주물 공장과 조립 라인을 갖추고 있고, 자사 제품군과 저희가 만든 제품에 자사 브랜드를 붙이는 브랜드를 위한 자체 브랜드(Private Label) 작업을 모두 제작합니다. 저희는 퀵 디스커넥트를 제작하지 않으며, 문의하시기 전에 먼저 말씀드립니다.

나사는 PT, NPT 또는 PF입니다. 바디는 자체 주물 공장에서 정밀 주조(로스트 왁스)하고 저희 공장에서 기계 가공 및 조립하며, 시트는 PTFE입니다. 맞춤 제작은 스테인리스에 한정되지 않습니다. 도면에 다른 재질이 지정되어 있다면 보내 주시면 견적을 드리겠습니다. 자체 브랜드(Private Label), 레이저 마킹, 각인, 고객 디자인대로 인쇄한 카톤은 이곳의 맞춤 및 OEM 밸브 작업 진행 방식을 참조하시고, 더 상류의 밸브에 대해서는 냉각수 분배 장치 및 2차 유체 네트워크의 밸브 가이드를 읽어 보십시오.

사양 체크리스트

다음 여덟 가지 항목을 도면에 적어 두면 대부분의 문의 왕복이 사라집니다.

• 바디 등급: 공급업체에 맡기지 말고 304 또는 316으로 명시
• 포트 형식: 유로에 들어가는 모든 부위는 풀포트
• 연결 방식과 나사 표준: PT, NPT 또는 PF, 또는 소켓 용접 또는 맞대기 용접
• 시트 재질과 라이브 로딩 필요 여부
• 밸브가 아닌 루프의 사용 압력 및 온도 범위
• 구동 방식: 수동 또는 공압, 액추에이터 구동이면 장착 표준
• 납품 시 필요한 서류: 밀시트(MTR), 치수 검사 성적서, 누설 시험 기록
• 마킹 요건: 밸브에 고객 브랜드가 들어가는 경우 자체 브랜드(Private Label) 포함

자주 묻는 질문

액체 냉각 매니폴드에는 어떤 밸브가 들어갑니까?

랙 매니폴드는 모든 서버 인출부에 드라이 브레이크 퀵 디스커넥트를, 낮은 지점에 배수 밸브를, 높은 지점에 에어 블리드 밸브를 둡니다. 분기 인출부와 랙으로 가는 상류 연결부에는 격리를 위해 볼밸브를 사용합니다. nVent는 랙 매니폴드의 분기에 스테인리스 볼밸브를 명시하고 있으며, Vertiv는 매니폴드를 배수 밸브와 함께 출하하고 외부 차단 밸브는 책임 엔지니어에게 맡깁니다.

격리 밸브는 304 스테인리스와 316 스테인리스 중 무엇이어야 합니까?

냉각수에 따라 다릅니다. 316에는 염화물 공식에 저항하는 몰리브덴이 들어 있으므로, 유체에 염화물이 포함되거나 고객 기준이 요구하는 경우에 지정할 등급입니다. 처리된 폐회로에서는 304로 충분한 경우가 많습니다. 공개된 매니폴드는 둘 다 사용합니다. nVent의 바디는 304L이고, Vertiv는 접액부 재질로 황동과 함께 304 스테인리스를 기재합니다. 2차 루프에서 구리 합금을 금지하는 공개된 규칙은 없습니다.

액체 냉각용 볼밸브는 풀포트여야 합니까?

유로에 들어가는 모든 부위에는 그렇습니다. 풀포트는 볼의 보어가 배관 보어와 같다는 뜻이므로 펌프가 감당할 압력 손실을 거의 더하지 않습니다. 저항이 문제 되지 않는 배수 구간과 계기 인출부에는 리듀스드 포트도 괜찮습니다. 데이터센터용으로 공개된 스테인리스 볼밸브는 풀포트입니다.

냉각수 루프 밸브에는 어느 정도의 압력 등급이 필요합니까?

대부분의 사람이 예상하는 것보다 낮습니다. Vertiv는 인랙 매니폴드를 8 bar, Supermicro의 호스 키트를 10 bar로 명시하며, nVent는 매니폴드 조립품을 150 psi로 시험합니다. 표준 1000 WOG 스테인리스 볼밸브는 이보다 훨씬 높습니다. 압력 등급이 제약 요인이 되는 경우는 드뭅니다. 밸브가 승인되는지는 청결도, 열 사이클 전반의 누설 기밀성, 재질 문서가 결정합니다.

볼밸브로 분기 간 유량을 조절할 수 있습니까?

아닙니다. 볼밸브는 격리 장치입니다. 반쯤 연 채로 두면 제어 성능이 떨어지고 볼 가장자리가 유동 속에 놓이는 자리에서 시트가 마모됩니다. 유량 분배에는 밸런싱 밸브를 사용하고, 볼밸브는 완전 개방과 완전 폐쇄 용도로만 사용하십시오. 두 역할은 같은 매니폴드에서 나란히 존재하지만 서로 바꿔 쓸 수 없습니다.

요약

액체 냉각 매니폴드의 밸브 수량은 퀵 디스커넥트가 대부분을 차지하지만, 정비성을 결정하는 부품은 평범합니다. 각 분기의 풀포트 스테인리스 볼밸브, 루프가 랙과 만나는 곳의 이중화된 한 쌍, 아래쪽의 배수, 위쪽의 벤트, 콜드 플레이트를 보호하는 스트레이너, 펌프의 체크밸브입니다. 이 중 특별한 것은 없습니다. 기계실 공사보다 청결도와 문서에 대한 기대치가 더 높은 스테인리스 밸브 작업입니다.

매니폴드, CDU 또는 그 주변 배관을 제작하면서 격리, 배수, 스트레이너, 체크밸브 위치를 한 공장에서 견적받고 싶으시다면 도면이나 사양서를 보내 주십시오. 견적을 드리겠습니다.