快速連接器在液體冷卻中的作用：保證連接器穩(wěn)定性的五大因素

 使用液體冷卻技術(shù)來降低電子產(chǎn)品產(chǎn)生熱量的應(yīng)用十分廣泛，包括游戲機、超級計算機和醫(yī)療設(shè)備。但在當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心行業(yè)中最受認同的技術(shù)是，服務(wù)器制造商開始轉(zhuǎn)向液體冷卻技術(shù)，以實現(xiàn)經(jīng)濟且有效的熱管理。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。

長久以來，形成經(jīng)濟有效的安全冷卻系統(tǒng)來消除余熱，對數(shù)據(jù)中心來說是個日益嚴重的問題。過去的十年里，由于服務(wù)器機架的功率密度上升，服務(wù)器消耗的能量也急劇上升。十年前，單個服務(wù)器機架消耗的功率是 250 W 到 1.5 kW，如今的機架消耗的功率是 10 kW 左右。接下來的十年里，預(yù)計功耗將達到 50 kW。而且，據(jù)估計，2020年，數(shù)據(jù)中心行業(yè)產(chǎn)生的 CO2 將會與航空業(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，使冷氣通過服務(wù)器支架來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)器運行的成本還要高。隨著計算機服務(wù)器運行速度的加快以及數(shù)據(jù)中心機架密度的上升，希望通過空氣流通達到充分冷卻的想法已不太現(xiàn)實。

另一方面，從量的角度來說，水存儲和遷移熱量的效率比空氣高 3,500 倍。事實上，在最近的一次針對多種行業(yè)的調(diào)查中，41% 的受訪者認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降低空調(diào)成本的最佳的選擇。

使用液體進行計算機冷卻可以回溯到60年代中期，當(dāng)時，IBM(美國國際商用機器公司)對其704主機實施了液體冷卻。將近50年后，近來，IBM 針對瑞士一所大學(xué)的一臺超級計算機使用了處理器級別的液體冷卻技術(shù)，通過水循環(huán)來冷卻處理器，然后泵送至地板供暖系統(tǒng)，這樣余熱就可以用來供熱。據(jù) IBM 估計，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

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)器機架(與中心熱交換器連接)上的單個服務(wù)器和中心集合管連接在一起(見圖2)?？焖龠B接的重要作用越發(fā)明顯，因為連接器需要長時間保持連接狀態(tài)，然后能輕易斷開，且閥門也不會有任何失效。此外，服務(wù)器需要維修或更換時，連接器必須能夠輕易斷開而不會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)計師和數(shù)據(jù)中心操作員擔(dān)心的主要問題是系統(tǒng)的可靠性。據(jù)波萊蒙研究所 (Ponemon Institute) 表示，任何數(shù)據(jù)中心運行中斷的平均成本都超過 $690,000。保證高可靠性的基本方法之一就是主要部件失效時，使用備用部件。液體冷卻系統(tǒng)通常用備用泵來防止循環(huán)液漏失。然而，制冷系統(tǒng)中的單個快速連接器也是一個失效點。失效的連接器沒有備份，因此任何泄漏都可能使整個服務(wù)器機架失效。因此，快速連接器的設(shè)計、結(jié)構(gòu)以及其質(zhì)量都很關(guān)鍵。

為服務(wù)器和其他高端計算機進行冷卻而選擇快速連接器時，為確保其可靠性，要注意以下五個因素：

1.堅固的設(shè)計和結(jié)構(gòu)

液體冷卻系統(tǒng)的快速連接器需耐用和堅固。也能夠用于低壓應(yīng)用，并能夠在需要斷開前進行長時間的連接。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，并能減少對冷卻系統(tǒng)泵的負荷。

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)個月或數(shù)年。為液體制冷系統(tǒng)選擇快速連接器時，要尋求那些專門用于低壓應(yīng)用并且結(jié)構(gòu)堅固的連接器。

2.“干式斷開”能力

技術(shù)人員需要能夠輕易斷開服務(wù)器的冷卻回路，且不會造成水或其他冷卻液漏到敏感電子產(chǎn)品上的危險。

速斷式無滴漏連接器有兩種內(nèi)置閥門，在連接器斷開時，能夠自動切斷液路。其中一種雙向帶閥連接器，其設(shè)計的內(nèi)置閥門在斷開連接器時母頭端殘留了少量液體，連接器斷開后，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)品周圍帶來安全性或可靠性隱患。

相比之下，真正的干式斷開連接器帶有平面端口閥門，冷卻液只在閥端表面殘留了薄薄一層。事實上，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)置平面端口閥門的連接器，是液體冷卻的理想選擇。

3.操作簡便

能夠輕易斷開服務(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，閥門都需要非?？煽康仃P(guān)斷，甚至斷開發(fā)生在已經(jīng)連接了數(shù)月或數(shù)年后，。操作簡便的另一方面表現(xiàn)在，連接器有顏色編碼，這保證了循環(huán)管路中熱對熱以及冷對冷的連接。冷卻系統(tǒng)配備了設(shè)計合理的速斷式連接器后，就簡化了維護，也保證了可用性。

善于連接和斷開以太網(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時間內(nèi)會處于連接狀態(tài)。一旦斷開連接并重新連接，連接器必須運作完好，以確保沒有冷卻液滴落或泄漏。設(shè)計或制造不當(dāng)?shù)拿芊馊跀嚅_連接時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，連接器可能會有雙密封圈，以加強密封效果，保證更高的可靠性。但是，雙密封圈會給系統(tǒng)造成更大的摩擦，如果設(shè)計不當(dāng)，反過來也可能會降低可靠性。

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，請確定冷卻液是否與連接器外殼、密封圈、閥門以及軟管兼容。當(dāng)冷卻系統(tǒng)選擇金屬連接器時要特別小心，金屬連接器可能會與服務(wù)器底盤接觸，而在接觸的地方由于金屬不同，可能會造成電解作用和腐蝕。由金屬球套形液壓連接器發(fā)展而來的產(chǎn)品并不適用于冷卻，因此要仔細核查材料的兼容性。通過使用專門用于液體冷卻的金屬連接器，兼容性問題可以避免。

CPC 專門為電子產(chǎn)品的液體冷卻新設(shè)計了極可靠且不滴漏的速斷連接系列。LQ 系列連接器是首批此類產(chǎn)品，整合了正在申請專利的平面端口閥門技術(shù)，即使長時間處于連接狀態(tài)——然后也能輕易斷開，且不會滴落任何冷卻液到敏感電子部件上。連接器可以長時間重復(fù)使用，且色環(huán)設(shè)計可準確確保冷卻側(cè)和回流側(cè)的連接。材料、配置和尺寸的選擇多樣化，而且還有定制的解決方案，可適用于任何液體冷卻應(yīng)用。

總結(jié)

當(dāng)今的電子產(chǎn)品發(fā)展的速度越來越快，功率密度也越來越大，而驅(qū)散其產(chǎn)生的熱量的最有效且最經(jīng)濟的方法就是計算機和服務(wù)器的液體冷卻。通過冷卻熱源，空調(diào)的需求以及隨之而來的成本和碳的影響都會降低。

制冷系統(tǒng)的設(shè)計還在不斷地完善，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。通過對連接器的牢固性、閥門、密封圈和材料的兼容性進行評估，可以確保連接器的長期性能。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)計的連接器。