【導(dǎo)讀】使用液體冷卻技術(shù)來(lái)降低電子產(chǎn)品產(chǎn)生熱量的應(yīng)用十分廣泛，包括游戲機(jī)、超級(jí)計(jì)算機(jī)和醫(yī)療設(shè)備。但在當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心行業(yè)中最受認(rèn)同的技術(shù)是，服務(wù)器制造商開(kāi)始轉(zhuǎn)向液體冷卻技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)且有效的熱管理。尤其是快速連接器在冷卻系統(tǒng)性能和可靠性方面發(fā)揮了不可或缺的作用。
使用液體冷卻技術(shù)來(lái)降低電子產(chǎn)品產(chǎn)生熱量的應(yīng)用十分廣泛，包括游戲機(jī)、超級(jí)計(jì)算機(jī)和醫(yī)療設(shè)備。但在當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心行業(yè)中最受認(rèn)同的技術(shù)是，服務(wù)器制造商開(kāi)始轉(zhuǎn)向液體冷卻技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)且有效的熱管理。尤其是快速連接器在冷卻系統(tǒng)性能和可靠性方面發(fā)揮了不可或缺的作用。
長(zhǎng)久以來(lái)，形成經(jīng)濟(jì)有效的安全冷卻系統(tǒng)來(lái)消除余熱，對(duì)數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)是個(gè)日益嚴(yán)重的問(wèn)題。過(guò)去的十年里，由于服務(wù)器機(jī)架的功率密度上升，服務(wù)器消耗的能量也急劇上升。十年前，單個(gè)服務(wù)器機(jī)架消耗的功率是250W到1.5kW，如今的機(jī)架消耗的功率是10kW左右。接下來(lái)的十年里，預(yù)計(jì)功耗將達(dá)到50kW。而且，據(jù)估計(jì)，2020年，數(shù)據(jù)中心行業(yè)產(chǎn)生的CO2將會(huì)與航空業(yè)產(chǎn)生的量持平。
傳統(tǒng)意義上，數(shù)據(jù)中心利用空氣散熱。但是，使冷氣通過(guò)服務(wù)器支架來(lái)消除熱量的辦法效率低而且成本高。百分之六十的冷氣由于旁路和同空氣混合流失掉了，而且冷卻成本可能比服務(wù)器運(yùn)行的成本還要高。隨著計(jì)算機(jī)服務(wù)器運(yùn)行速度的加快以及數(shù)據(jù)中心機(jī)架密度的上升，希望通過(guò)空氣流通達(dá)到充分冷卻的想法已不太現(xiàn)實(shí)。
另一方面，從量的角度來(lái)說(shuō)，水存儲(chǔ)和遷移熱量的效率比空氣高3,500倍。事實(shí)上，在最近的一次針對(duì)多種行業(yè)的調(diào)查中，41%的受訪者認(rèn)為空氣和液體冷卻的結(jié)合是數(shù)據(jù)中心的主要冷卻方法。而液體冷卻是提高冷卻效率同時(shí)降低空調(diào)成本的最佳的選擇。
使用液體進(jìn)行計(jì)算機(jī)冷卻可以回溯到60年代中期，當(dāng)時(shí)，IBM（美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司）對(duì)其704主機(jī)實(shí)施了液體冷卻。將近50年后，近來(lái)，IBM針對(duì)瑞士一所大學(xué)的一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)使用了處理器級(jí)別的液體冷卻技術(shù)，通過(guò)水循環(huán)來(lái)冷卻處理器，然后泵送至地板供暖系統(tǒng)，這樣余熱就可以用來(lái)供熱。據(jù)IBM估計(jì)，與空氣冷卻服務(wù)器相比，液體冷卻系統(tǒng)能耗比前者少40%，而且余熱的再利用也降低了約85%的碳足跡。
圖1：液體冷卻的優(yōu)勢(shì)
保證液體冷卻可靠性的關(guān)鍵部件
液體冷卻系統(tǒng)中關(guān)鍵的部件之一就是快速連接器。這些快速連接器將裝載冷卻液體的軟管和服務(wù)器機(jī)架（與中心熱交換器連接）上的單個(gè)服務(wù)器和中心集合管連接在一起（見(jiàn)圖2）。快速連接的重要作用越發(fā)明顯，因?yàn)檫B接器需要長(zhǎng)時(shí)間保持連接狀態(tài)，然后能輕易斷開(kāi)，且閥門(mén)也不會(huì)有任何失效。此外，服務(wù)器需要維修或更換時(shí)，連接器必須能夠輕易斷開(kāi)而不會(huì)滴落或溢出任何冷卻液到敏感電子產(chǎn)品上。
圖2：服務(wù)器制冷速斷
服務(wù)器設(shè)計(jì)師和數(shù)據(jù)中心操作員擔(dān)心的主要問(wèn)題是系統(tǒng)的可靠性。據(jù)波萊蒙研究所(PonemonInstitute)表示，任何數(shù)據(jù)中心運(yùn)行中斷的平均成本都超過(guò)$690,000。保證高可靠性的基本方法之一就是主要部件失效時(shí)，使用備用部件。液體冷卻系統(tǒng)通常用備用泵來(lái)防止循環(huán)液漏失。然而，制冷系統(tǒng)中的單個(gè)快速連接器也是一個(gè)失效點(diǎn)。失效的連接器沒(méi)有備份，因此任何泄漏都可能使整個(gè)服務(wù)器機(jī)架失效。因此，快速連接器的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)以及其質(zhì)量都很關(guān)鍵。
為服務(wù)器和其他高端計(jì)算機(jī)進(jìn)行冷卻而選擇快速連接器時(shí)，為確保其可靠性，要注意以下五個(gè)因素：
1.堅(jiān)固的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)
液體冷卻系統(tǒng)的快速連接器需耐用和堅(jiān)固。也能夠用于低壓應(yīng)用，并能夠在需要斷開(kāi)前進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連接。連接的壓降也應(yīng)該很低，這樣能夠使節(jié)流效應(yīng)最小化，并能減少對(duì)冷卻系統(tǒng)泵的負(fù)荷。
由于有更高的耐用度，一些液體冷卻系統(tǒng)使用了用于液壓行業(yè)的快速連接器。但是，這些連接的密封圈和內(nèi)置閥門(mén)并不適用于低壓應(yīng)用，而且在這些應(yīng)用中需要連接器一次性連接數(shù)個(gè)月或數(shù)年。為液體制冷系統(tǒng)選擇快速連接器時(shí)，要尋求那些專門(mén)用于低壓應(yīng)用并且結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的連接器。
2."干式斷開(kāi)"能力
技術(shù)人員需要能夠輕易斷開(kāi)服務(wù)器的冷卻回路，且不會(huì)造成水或其他冷卻液漏到敏感電子產(chǎn)品上的危險(xiǎn)。
速斷式無(wú)滴漏連接器有兩種內(nèi)置閥門(mén)，在連接器斷開(kāi)時(shí)，能夠自動(dòng)切斷液路。其中一種雙向帶閥連接器，其設(shè)計(jì)的內(nèi)置閥門(mén)在斷開(kāi)連接器時(shí)母頭端殘留了少量液體，連接器斷開(kāi)后，這少量液體就滴落出。盡管滴落的不是很多--可能只是一兩滴--但也可能給電子產(chǎn)品周圍帶來(lái)安全性或可靠性隱患。
相比之下，真正的干式斷開(kāi)連接器帶有平面端口閥門(mén)，冷卻液只在閥端表面殘留了薄薄一層。事實(shí)上，這也就排除了液體滴落到重要部件上的可能性。選用精密制造，內(nèi)置平面端口閥門(mén)的連接器，是液體冷卻的理想選擇。
3.操作簡(jiǎn)便
能夠輕易斷開(kāi)服務(wù)器冷卻回路而不造成任何泄漏，這很關(guān)鍵。不管是插入式連接還是轉(zhuǎn)鎖式的連接，閥門(mén)都需要非常可靠地關(guān)斷，甚至斷開(kāi)發(fā)生在已經(jīng)連接了數(shù)月或數(shù)年后，。操作簡(jiǎn)便的另一方面表現(xiàn)在，連接器有顏色編碼，這保證了循環(huán)管路中熱對(duì)熱以及冷對(duì)冷的連接。冷卻系統(tǒng)配備了設(shè)計(jì)合理的速斷式連接器后，就簡(jiǎn)化了維護(hù)，也保證了可用性。
善于連接和斷開(kāi)以太網(wǎng)連接以及電源連接線的技術(shù)人員在速斷連接上幾乎不會(huì)碰到難題。
4.彈性密封圈
液體冷卻應(yīng)用用到的連接器在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)會(huì)處于連接狀態(tài)。一旦斷開(kāi)連接并重新連接，連接器必須運(yùn)作完好，以確保沒(méi)有冷卻液滴落或泄漏。設(shè)計(jì)或制造不當(dāng)?shù)拿芊馊?huì)在斷開(kāi)連接時(shí)形成一套可造成泄漏的"裝置"。密封圈也必須要與冷卻液兼容，以防止密封圈溶脹、收縮、斷裂或彎曲。在某些情況下，連接器可能會(huì)有雙密封圈，以加強(qiáng)密封效果，保證更高的可靠性。但是，雙密封圈會(huì)給系統(tǒng)造成更大的摩擦，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，反過(guò)來(lái)也可能會(huì)降低可靠性。
5.材料兼容性
大部分塑料和金屬都與冷卻液兼容，比如水-乙二醇混合物。但是，如果您的冷卻系統(tǒng)使用的是專用的冷卻液，請(qǐng)確定冷卻液是否與連接器外殼、密封圈、閥門(mén)以及軟管兼容。當(dāng)冷卻系統(tǒng)選擇金屬連接器時(shí)要特別小心，金屬連接器可能會(huì)與服務(wù)器底盤(pán)接觸，而在接觸的地方由于金屬不同，可能會(huì)造成電解作用和腐蝕。由金屬球套形液壓連接器發(fā)展而來(lái)的產(chǎn)品并不適用于冷卻，因此要仔細(xì)核查材料的兼容性。通過(guò)使用專門(mén)用于液體冷卻的金屬連接器，兼容性問(wèn)題可以避免。
總結(jié)
當(dāng)今的電子產(chǎn)品發(fā)展的速度越來(lái)越快，功率密度也越來(lái)越大，而驅(qū)散其產(chǎn)生的熱量的最有效且最經(jīng)濟(jì)的方法就是計(jì)算機(jī)和服務(wù)器的液體冷卻。通過(guò)冷卻熱源，空調(diào)的需求以及隨之而來(lái)的成本和碳的影響都會(huì)降低。
制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還在不斷地完善，了解速斷連接器在這些系統(tǒng)中發(fā)揮的作用以及其如何保證系統(tǒng)的可靠性非常重要。通過(guò)對(duì)連接器的牢固性、閥門(mén)、密封圈和材料的兼容性進(jìn)行評(píng)估，可以確保連接器的長(zhǎng)期性能。為了為您的應(yīng)用作出最佳選擇，您需要與了解液體冷卻要求，并能提供各種連接器選擇的供應(yīng)商進(jìn)行合作，包括特定用途的冷卻連接器以及根據(jù)客戶要求定制設(shè)計(jì)的連接器。
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