研究紹介

研究内容

AI・データセンター冷却を中心に、二相流・相変化から熱利用まで

現在の研究室では、AI・データセンターの熱管理を中心に研究を進めています。その基礎となるのが、これまで長く取り組んできた気液二相流と沸騰・蒸発・凝縮などの相変化伝熱です。

高発熱のCPU・GPUをどう冷やすかという問題から、気泡や薄液膜の基礎現象、ヒートポンプ、着霜・除霜、さらに回収した熱の利用まで、互いにつながるテーマとして研究しています。

01.AI・データセンターの次世代冷却

Data Center Cooling

AIやHPCの普及により、CPU・GPUの発熱量とラック当たりの発熱密度が急速に増えています。現在の直接液冷は主に単相冷却ですが、さらに高い発熱密度では、沸騰の潜熱を利用する二相冷却が有力な選択肢になります。

研究室では、放射状拡張流路型コールドプレートを中心に、圧力損失、逆流、流動不安定を抑えながら高い熱伝達を得る方法を調べています。複数のCPU・GPUを想定した直列・並列接続、入口が二相流になる場合の安定性、液浸冷却や3D実装内部の局所冷却も研究対象です。

Self-Pumping Boiling

気泡の成長・膨張による圧力変化を利用して、多孔質層から加熱面へ液体を供給する冷却方法です。蒸気の排出経路と液体の供給経路を分けることで、高熱流束でも加熱面を濡れた状態に保つことを狙っています。

Two-Phase & Phase Change

流動沸騰、プール沸騰、スラグ流、薄液膜、凝縮などを、高速可視化と温度・圧力計測、数値解析を組み合わせて調べています。濡れ性、微細構造、多孔質体、冷媒物性が伝熱と流動に与える影響も重要な研究対象です。

Heat Pump & Frost

低GWP冷媒、自然冷媒、混合冷媒の沸騰・凝縮特性を調べるとともに、空気熱源ヒートポンプの着霜と除霜を研究しています。表面濡れ性や微細構造を利用して、霜の成長や融解水の排出を制御する方法も検討しています。

Waste Heat Utilization

液冷データセンターから回収した熱を、ヒートポンプで昇温して給湯や暖房、産業用熱源として利用する方法を研究しています。蓄熱、吸着・デシカント材料なども組み合わせ、冷却で取り出した熱をできるだけ有効に使うことを考えています。

5つのテーマは独立したものではありません。データセンター冷却を応用の中心に置き、その基礎として二相流・相変化と自己吸引沸騰を研究し、取り出した熱をヒートポンプや蓄熱技術につなげる、という流れで研究を組み立てています。