計(jì)算機(jī)和服務(wù)器液體冷卻用高效快速插拔接頭的7大特征

隨著計(jì)算機(jī)和服務(wù)器制造商們開始采用液體冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以更高效

的方式消除多余熱量，快速插拔接頭對(duì)此系統(tǒng)的性能發(fā)揮著重要的

作用，并且不會(huì)對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性或運(yùn)行能力造成負(fù)面影響。

如何以高效、有效且安全的冷卻系統(tǒng)消除服務(wù)器散發(fā)的廢熱，在數(shù)據(jù)中心基

礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)過(guò)程中越來(lái)越引起人們的關(guān)注。多數(shù)數(shù)據(jù)中心設(shè)施都采用大型空

調(diào)系統(tǒng)和大量的循環(huán)空氣消除廢熱。但是以制冷空氣冷卻服務(wù)器的方法成本

高、效率低。很多時(shí)候，電費(fèi)是數(shù)據(jù)中心的最大運(yùn)行開支。此外，計(jì)算機(jī)服

務(wù)器運(yùn)行更快，數(shù)據(jù)中心機(jī)架密度更高，想通過(guò)氣流實(shí)現(xiàn)有效冷卻變得不太

現(xiàn)實(shí)。 

因此，服務(wù)器制造商們轉(zhuǎn)而采用液體冷卻系統(tǒng)，試圖以更高效的方式消除熱

量。這一理念其實(shí)并不新奇。早在20世紀(jì)60年代中期，第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)就

已經(jīng)采用液體冷卻防止設(shè)備發(fā)生自毀。隨著計(jì)算機(jī)向著更高效的方向發(fā)展，

并且所產(chǎn)生的廢熱越來(lái)越少，空氣冷卻開始變得實(shí)用起來(lái)。然而，當(dāng)今的微

型處理芯片體積越來(lái)越小、功能達(dá)到了前所未有的強(qiáng)大，但與此同時(shí)所產(chǎn)生

的熱量也越來(lái)越多。隨著CPU時(shí)鐘頻率和機(jī)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(huán)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(yùn)行成本。

盡管液體冷卻的技術(shù)仍然在發(fā)展，如今的液體冷卻應(yīng)用正經(jīng)歷逐步調(diào)整，以

適應(yīng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的需要，并且逐步模塊化，以便于進(jìn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)和空氣

冷卻系統(tǒng)一樣簡(jiǎn)便，并防止在服務(wù)器更換時(shí)產(chǎn)生滴漏、泄漏或溢出。

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Dennis Downs 著

業(yè)務(wù)部門經(jīng)理

Colder Products Company

美國(guó)明尼蘇達(dá)州，圣保羅市 

白皮書

服務(wù)器用典型液體冷卻系統(tǒng)包括一塊板式熱交換器，直接安裝在服務(wù)器微型

處理器、CPU或者其他熱量集中區(qū)域。熱交換器可以將CPU散發(fā)的熱量傳輸

到一般由水和乙二醇混合液組成的循環(huán)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(yīng)，吸收熱量后的液體則通過(guò)撓性管運(yùn)出。吸收熱量后

的液體最終將流向中央液體-空氣或液體-液體熱交換器，該熱交換器可配有

冷卻器系統(tǒng)，有些型號(hào)也可能沒有冷卻器系統(tǒng)。

關(guān)鍵部件 

液體冷卻系統(tǒng)有一樣關(guān)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(lái)，撓性管的作用是將冷卻液輸送至各個(gè)服務(wù)器，并回收到服務(wù)器

機(jī)架上的中央歧管，服務(wù)器機(jī)架最終和中央液體-空氣或液體-液體熱交換器

相連。當(dāng)需要維護(hù)或更換服務(wù)器時(shí)，接頭應(yīng)易于斷開，并且不會(huì)有冷卻液滴

落或溢到敏感電子器件上。 

在選擇服務(wù)器或其他高端計(jì)算機(jī)液體冷卻用快速插拔接頭時(shí)，應(yīng)采用如下設(shè)

計(jì)和性能，以確保可靠性、便利性和實(shí)惠性。

1. 可靠性

系統(tǒng)穩(wěn)定性是服務(wù)器設(shè)計(jì)者和數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商主要關(guān)注的問(wèn)題。確保高可靠

性的基本方法之一是當(dāng)主要部件發(fā)生故障時(shí)，由備用部件代替。液體冷卻系

統(tǒng)通常配有備用泵，用于防止發(fā)生循環(huán)液漏失。然而，冷卻系統(tǒng)中的各個(gè)快

速插拔接頭卻成為一個(gè)故障點(diǎn) —— 也就是說(shuō)，如果一個(gè)接頭失效，則冷卻

液無(wú)法自動(dòng)替補(bǔ)供應(yīng)。此外，泄漏還可能引起整個(gè)服務(wù)器機(jī)架發(fā)生故障。由

此引發(fā)了人們對(duì)快速插拔接頭設(shè)計(jì)、構(gòu)造和質(zhì)量的高度關(guān)注。盡管液體冷卻

系統(tǒng)中的溫度和壓力相當(dāng)?shù)停瑹o(wú)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(wěn)固，一次連接之后在數(shù)月或數(shù)年的時(shí)間里保持穩(wěn)固，并

且容易斷開，不會(huì)有液體滴落或溢出。有些液體冷卻系統(tǒng)采用的是液壓行業(yè)

的接頭，因?yàn)檫@種接頭給人更耐用的感覺。而事實(shí)上，這種接頭的密封件和

內(nèi)置閥門并不適用于低壓場(chǎng)合，或者說(shuō)并不適合要求一次連接后保持?jǐn)?shù)月或

數(shù)年的應(yīng)用場(chǎng)合。因此在為液體冷卻系統(tǒng)選擇快速插拔接頭時(shí)，應(yīng)確保所選

接頭符合如下要求：

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采用液體冷卻的計(jì)算機(jī)

■ 低壓應(yīng)用場(chǎng)合專用

■ 構(gòu)造優(yōu)良

■ 鎖緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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(nèi)置閥與冷卻介質(zhì)兼容。

2. 耐用性

對(duì)機(jī)械沖擊的抵抗能力以及整體耐久性是液體冷卻系統(tǒng)快速插拔接頭的重要

特征。盡管并不需要經(jīng)常插拔這些接頭，但是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們常常不大愿意使

用塑料接頭，因?yàn)樗麄兏杏X金屬接頭要更耐用些。然而在實(shí)際應(yīng)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(yīng)用場(chǎng)合中，例如電子設(shè)

備液體冷卻，所具備的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止足夠的強(qiáng)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(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商希望能以簡(jiǎn)單的方式將冷卻環(huán)路從服務(wù)器上斷開，并且不會(huì)

有液體溢出。無(wú)論是一鍵連接或扭鎖式接頭，接頭上的閥門應(yīng)該在斷開時(shí)緊

緊閉合，即使是在接連數(shù)月或數(shù)年之后，也應(yīng)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(xué)設(shè)計(jì)。因此與金屬接頭

相比，塑料接頭更易于抓握。在冷卻系統(tǒng)中采用適當(dāng)?shù)目焖俨灏谓宇^能夠簡(jiǎn)

化維護(hù)和維修操作。對(duì)于慣于連接和斷開以太網(wǎng)連接和電源電纜的技術(shù)人員

而言，使用這種直觀設(shè)計(jì)的快速插拔接頭幾乎沒有什么問(wèn)題。

4. “無(wú)滴漏插拔”能力

快速插拔無(wú)滴漏接頭可以采用兩種類型的內(nèi)置閥，用于在斷開接頭時(shí)自動(dòng)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(nèi)的少量

液體。當(dāng)快速接頭斷開時(shí)，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(duì)電子設(shè)備周圍安全性或穩(wěn)定性的擔(dān)憂。

與此相反，真正的無(wú)滴漏插拔接頭配有齊平端口閥門，僅僅會(huì)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(yīng)采用配有高精度內(nèi)置齊平端口閥門的接頭。要確保內(nèi)置閥在拔出接頭

時(shí)能自動(dòng)緊密閉合，即便是在保持打開狀態(tài)持續(xù)運(yùn)行數(shù)月或數(shù)年之后亦能自

動(dòng)緊密閉合，其材料的選擇和制造的質(zhì)量起到了很大的作用。

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金屬無(wú)滴漏插拔接頭

塑料無(wú)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(zhǎng)期保持連接狀態(tài)，在插拔接頭

時(shí)仍然性能優(yōu)越，保證冷卻液不會(huì)滴落或泄漏。制造或設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)拿芊饧?

能會(huì)發(fā)生故障，在拔出接頭時(shí)造成泄漏。密封件也應(yīng)當(dāng)和冷卻液兼容，這樣

才能避免發(fā)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(yīng)

用場(chǎng)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(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)摩擦力增大，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，事實(shí)上反而會(huì)降低可靠性。

6. 材料兼容性

多數(shù)塑料和金屬與包括水和乙二醇混合液在內(nèi)的冷卻液是兼容的。但是，如

果冷卻系統(tǒng)采用的是專用冷卻液，請(qǐng)務(wù)必確認(rèn)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(huì)和服務(wù)器機(jī)箱接觸的

冷卻系統(tǒng)時(shí)，必須特別小心，因?yàn)椴煌惖慕饘僖坏┙佑|可能會(huì)發(fā)生電解和

腐蝕。 

7. 實(shí)惠性

工程聚合物和金屬快速插拔接頭在實(shí)際性能上并無(wú)多大差別，但是在成本上

卻相距甚遠(yuǎn)。當(dāng)您在成千上萬(wàn)種接頭面前做出選擇，用于數(shù)據(jù)中心液體冷卻

系統(tǒng)時(shí)，即使是小小的差價(jià)累計(jì)起來(lái)也是一筆不小的數(shù)字。由金屬球頭-襯

套液壓接頭演變而來(lái)的接頭并非是針對(duì)冷卻用途而專門設(shè)計(jì)，因此可能會(huì)產(chǎn)

生不必要的開支。但是在優(yōu)先選擇金屬快速插拔接頭的情況下，請(qǐng)尋找能夠

提供各種冷卻專用金屬接頭的供應(yīng)商。 

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金屬接頭配有塑料閥門