計算機和服務器液體冷卻用高效快速插拔接頭的7大特征
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Dennis Downs 著
業務部門經理
Colder Products Company
美國明尼蘇達州，圣保羅市
隨著計算機和服務器制造商們開始采用液體冷卻系統實現以更高效的方式消除多余熱量，快速插拔接頭對此系統的性能發揮著重要的作用，并且不會對設備穩定性或運行能力造成負面影響。
如何以高效、有效且安全的冷卻系統消除服務器散發的廢熱，在數據中心基礎設施設計過程中越來越引起人們的關注。多數數據中心設施都采用大型空調系統和大量的循環空氣消除廢熱。但是以制冷空氣冷卻服務器的方法成本高、效率低。很多時候，電費是數據中心的大運行開支。此外，計算機服務器運行更快，數據中心機架密度更高，想通過氣流實現有效冷卻變得不太現實。
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因此，服務器制造商們轉而采用液體冷卻系統，試圖以更高效的方式消除熱量。這一理念其實并不新奇。早在20世紀60年代中期，第一臺超級計算機就已經采用液體冷卻防止設備發生自毀。隨著計算機向著更高效的方向發展，并且所產生的廢熱越來越少，空氣冷卻開始變得實用起來。然而，當今的微型處理芯片體積越來越小、功能達到了前所未有的強大，但與此同時所產生的熱量也越來越多。隨著CPU時鐘頻率和機架功率密度的提高，制造商們又再次選擇以液體冷卻方式消除余熱。另外，水性循環液體的去熱效率比氣流高30倍，因此采用液體冷卻能夠大大降低運行成本。
盡管液體冷卻的技術仍然在發展，如今的液體冷卻應用正經歷逐步調整，以適應數據中心運行的需要，并且逐步模塊化，以便于進行維護，實現和空氣冷卻系統一樣簡便，并防止在服務器更換時產生滴漏、泄漏或溢出。
服務器用典型液體冷卻系統包括一塊板式熱交換器，直接安裝在服務器微型處理器、CPU或者其他熱量集中區域。熱交換器可以將CPU散發的熱量傳輸到一般由水和乙二醇混合液組成的循環液體上。溫度較低或者處于室溫的液體向板式熱交換器供應，吸收熱量后的液體則通過撓性管運出。吸收熱量后的液體終將流向中央液體-空氣或液體-液體熱交換器，該熱交換器可配有冷卻器系統，有些型號也可能沒有冷卻器系統。
關鍵部件
液體冷卻系統有一樣關鍵部件——快速插拔接頭。這種快速插拔接頭將撓性管連接起來，撓性管的作用是將冷卻液輸送至各個服務器，并回收到服務器機架上的中央歧管，服務器機架終和中央液體-空氣或液體-液體熱交換器相連。當需要維護或更換服務器時，接頭應易于斷開，并且不會有冷卻液滴落或溢到敏感電子器件上。
在選擇服務器或其他高端計算機液體冷卻用快速插拔接頭時，應采用如下設計和性能，以確保可靠性、便利性和實惠性。
1. 可靠性
系統穩定性是服務器設計者和數據中心運營商主要關注的問題。確保高可靠性的基本方法之一是當主要部件發生故障時，由備用部件代替。液體冷卻系統通常配有備用泵，用于防止發生循環液漏失。然而，冷卻系統中的各個快速插拔接頭卻成為一個故障點 —— 也就是說，如果一個接頭失效，則冷卻液無法自動替補供應。此外，泄漏還可能引起整個服務器機架發生故障。由此引發了人們對快速插拔接頭設計、構造和質量的高度關注。盡管液體冷卻系統中的溫度和壓力相當低，無論是塑料還是金屬接頭都需要具備充分的可靠性，以確保連接穩固，一次連接之后在數月或數年的時間里保持穩固，并且容易斷開，不會有液體滴落或溢出。有些液體冷卻系統采用的是液壓行業的接頭，因為這種接頭給人更耐用的感覺。而事實上，這種接頭的密封件和內置閥門并不適用于低壓場合，或者說并不適合要求一次連接后保持數月或數年的應用場合。因此在為液體冷卻系統選擇快速插拔接頭時，應確保所選接頭符合如下要求：
采用液體冷卻的計算機
■ 低壓應用場合專用
■ 構造優良
■ 鎖緊機構簡單、可靠（一鍵連接或扭鎖式，參見示例照片）
■ 采用耐用材料制成，所配的O型圈、內置閥與冷卻介質兼容。
2. 耐用性
對機械沖擊的抵抗能力以及整體耐久性是液體冷卻系統快速插拔接頭的重要特征。盡管并不需要經常插拔這些接頭，但是系統設計者們常常不大愿意使用塑料接頭，因為他們感覺金屬接頭要更耐用些。然而在實際應用中，如今采用工程聚合物制成的快速插拔接頭在低壓、中溫應用場合中，例如電子設備液體冷卻，所具備的優點遠遠不止足夠的強度和耐用性。盡管金屬或塑料接頭都可以成功使用，但是這兩種材料的成本卻相差很大。
3. 易用性
數據中心運營商希望能以簡單的方式將冷卻環路從服務器上斷開，并且不會有液體溢出。無論是一鍵連接或扭鎖式接頭，接頭上的閥門應該在斷開時緊緊閉合，即使是在接連數月或數年之后，也應該保持完好閉合。此外，塑料接頭的模制抓握表面更加柔軟、且更符合人體工程學設計。因此與金屬接頭相比，塑料接頭更易于抓握。在冷卻系統中采用適當的快速插拔接頭能夠簡化維護和維修操作。對于慣于連接和斷開以太網連接和電源電纜的技術人員而言，使用這種直觀設計的快速插拔接頭幾乎沒有什么問題。
4. “無滴漏插拔”能力
快速插拔無滴漏接頭可以采用兩種類型的內置閥，用于在斷開接頭時自動切斷液體流。其中一種為雙截止閥接頭，配有提升閥，用于收集接頭內的少量液體。當快速接頭斷開時，液體有可能滴落，盡管泄漏量不大 — 可能僅僅是一兩滴 — 但是這足以引起人們對電子設備周圍安全性或穩定性的擔憂。與此相反，真正的無滴漏插拔接頭配有齊平端口閥門，僅僅會在閥體表面上形成一層冷卻液膜，因此能夠從根本上防止有冷卻液滴到重要部件上。因此，應采用配有高精度內置齊平端口閥門的接頭。要確保內置閥在拔出接頭時能自動緊密閉合，即便是在保持打開狀態持續運行數月或數年之后亦能自動緊密閉合，其材料的選擇和制造的質量起到了很大的作用。
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塑料無滴漏插拔接頭
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金屬無滴漏插拔接頭 |
5. 彈性密封
如上文所述，液體冷卻所用的接頭必須能夠長期保持連接狀態，在插拔接頭時仍然性能優越，保證冷卻液不會滴落或泄漏。制造或設計不當的密封件可能會發生故障，在拔出接頭時造成泄漏。密封件也應當和冷卻液兼容，這樣才能避免發生膨脹、收縮或者變形。在某些情況下，在可靠性要求較高的應用場合，可能需要為接頭配置雙密封件，以提高密封能力。但是，雙密封件會導致系統內摩擦力增大，如果設計不當，事實上反而會降低可靠性。
6. 材料兼容性
多數塑料和金屬與包括水和乙二醇混合液在內的冷卻液是兼容的。但是，如果冷卻系統采用的是專用冷卻液，請務必確認這種冷卻液是否與接頭本體、密封件、閥門和管道等兼容。選擇金屬接頭用于可能會和服務器機箱接觸的冷卻系統時，必須特別小心，因為不同類的金屬一旦接觸可能會發生電解和腐蝕。
7. 實惠性
工程聚合物和金屬快速插拔接頭在實際性能上并無多大差別，但是在成本上卻相距甚遠。當您在成千上萬種接頭面前做出選擇，用于數據中心液體冷卻系統時，即使是小小的差價累計起來也是一筆不小的數字。由金屬球頭-襯套液壓接頭演變而來的接頭并非是針對冷卻用途而專門設計，因此可能會產生不必要的開支。但是在優先選擇金屬快速插拔接頭的情況下，請尋找能夠提供各種冷卻專用金屬接頭的供應商。
金屬接頭配有塑料閥門
結語
伴隨計算機芯片運行速度的加快、數據中心機架密度的提高以及空氣冷卻成本的持續增加，如今，為計算機和服務器采用液體冷卻的方式正變得越來越引人注目。隨著冷卻系統設計的繼續發展，快速插拔接頭在冷卻系統中發揮著重要的作用，而且在計算機可用性、操作人員便利性和整體性能等方面都做出了貢獻。應根據7大特征對接頭進行評估，即可靠性、耐用性、易用性、防溢能力、密封性、介質兼容性以及實惠性，這樣才能確保所選接頭的長期性能。應該選擇能夠提供各種塑料和金屬接頭，并且具有定制設計能力的接頭供應商，這可以確保所選的接頭是適合您的應用需求的。
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Colder Products Company在提供電子設備液體冷卻用快速插拔接頭領域已有超過15年的經驗。產品應用范圍包括個人計算機、超級計算機、數據中心、冷卻器、醫療設備以及其他在危險液體處理解決方案的質量和性能方面有所要求的應用場合。我公司的無滴漏快速插拔接頭配置有自動無滴漏截止閥和整體式終端，因此能夠確保安全性、易用性和可靠性。我們的產品系列種類多樣，有各種材質、配置、尺寸和閥門可供選擇，并可根據客戶的獨特要求提供定制解決方案。
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