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EATON DANFOSS 5400系列制冷接頭，混入空氣少
浸沒式液冷、相變浸沒式液冷和單相浸沒式液冷用接頭連接器快速接頭 | 5400制冷劑接頭 浸沒式液冷解決方案
5400 Series Low Air Inclusion Refrigerant
Eaton 的 5400 系列混入空氣少，設計用于空調、制冷劑、氣體和其他流體傳輸用途。anfoss 5400 系列快換是連接在制冷管線上，流損小、混入空氣少。焊接頭或者螺紋連接端口適合各種軟管或者硬管連接，也可以適配隔板安裝。市場：工程機械、農業、其設備空調制冷領域。應用：空調、制冷、氣體和流體傳輸應用。尺寸：1/4” 至1” ，全尺寸覆蓋。表面耐腐蝕達720小時無紅銹，允許帶壓連接和斷開，壓降小流量大。Eaton’s 5400 Series low air inclusion product line is
designed for air conditioning, refrigerant, gaseous
and fluid transfer applications.Applications & Markets - Mobile Air Conditioning and Refrigerant.
Eaton 5400 Series Low Air Inclusion Refrigerant Quick Disconnect Couplings
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產品特征
- 焊接或螺紋端連接適合各種硬管或軟管安裝
- 管式閥結構，流體損失小，混入空氣少
- 螺紋連接設計，允許在壓力下連接和斷開
- 鎖緊墊圈和螺母，針對可選的過板安裝
- 標準密封材料：氯丁橡膠
- Guardian Seal. 鍍鋅，耐腐蝕性好
圖 5圖 6
尺寸 – 無過渡接頭
件號接頭本體尺寸氯丁橡膠類型規格類型圖 A B 六角
六角
六角
(mm) (in) (mm) (in) (mm) (in) (mm) (in) (mm) (in)
5400-S2-4 公頭 1/4 無過渡接頭 1 27.4 (1.08) 21.1 (.83) 19.1 (.75) - - - -
5400-S5-4 母頭 1/4 無過渡接頭 2 28.7 (1.13) 21.1 (.83) 16.0 (.63) 19.1 (.75) - -
5400-S2-8 公頭 1/2 無過渡接頭 1 34.8 (1.37) 32.0 (1.26) 29.0 (1.14) - - - -
5400-S5-8 母頭 1/2 無過渡接頭 2 40.6 (1.60) 33.0 (1.30) 26.0 (1.02) 30.0 (1.18) - -
5400-S2-12 公頭 3/4 無過渡接頭 1 44.2 (1.74) 46.4 (1.83) 41.0 (1.64) - - - -
5400-S5-12 母頭 3/4 無過渡接頭 2 55.1 (2.17) 45.0 (1.77) 35.0 (1.38) 41.0 (1.61) - -
5400-S2-16 公頭 1 無過渡接頭 1 46.5 (1.83) 53.0 (2.10) 48.0 (1.89) - - - -
5400-S5-16 母頭 1 無過渡接頭 2 61.1 (2.41) 56.0 (2.20) 45.0 (1.77) 50.0 (1.97) - -
尺寸 – SAE 37° (JIC)
件號接頭 本體 端口 尺寸
氯丁橡膠類型 規格 規格螺紋 類型 圖 A B 六角 六角
六角
* 接頭必須用 179頁中所示的元件來訂貨。 (mm) (in) (mm) (in) (mm) (in) (mm) (in) (mm) (in)
5410-S17-4-4* 公頭 1/4 7/16 7/16-20 SAE 37° (JIC) 3 47.8 (1.88) 21.1 (.83) 19.1 (.75) - - 16.0 (.63)
5410-S14-4-4* 母頭 1/4 7/16 7/16-20 SAE 37° (JIC) 4 49.0 (1.93) 21.1 (.83) 16.0 (.63) 19.1 (.75) 15.7 (.62)
5410-4-4* 一套 1/4 7/16 7/16-20 SAE 37° (JIC) 5 89.9 (3.54) - - - - - - - -
5410-S17-6-4* 公頭 1/4 9/16 9/16-18 SAE 37° (JIC) 3 48.0 (1.89) 21.1 (.83) 19.1 (.75) - - 16.0 (.63)
5410-S14-6-4* 母頭 1/4 9/16 9/16-18 SAE 37° (JIC) 4 49.3 (1.94) 21.1 (.83) 16.0 (.63) 19.1 (.75) 15.7 (.62)
5410-6-4* 一套 1/4 9/16 9/16-18 SAE 37° (JIC) 5 90.4 (3.56) - - - - - - - -
5410-S17-6-8* 公頭 1/2 9/16 9/16-18 SAE 37° (JIC) 3 55.4 (2.18) 31.8 (1.25) 28.7 (1.13) - - 25.4 (1.00)
5410-S14-6-8* 母頭 1/2 9/16 9/16-18 SAE 37° (JIC) 4 61.7 (2.43) 33.3 (1.31) 25.4 (1.00) 30.2 (1.19) 25.4 (1.00)
5410-6-8* 一套 1/2 9/16 9/16-18 SAE 37° (JIC) 5 107.4 (4.23) - - - - - - - -
5410-S17-8-8* 公頭 1/2 3/4 3/4-16 SAE 37° (JIC) 3 57.9 (2.28) 31.8 (1.25) 28.7 (1.13) - - 25.4 (1.00)
5410-S14-8-8* 母頭 1/2 3/4 3/4-16 SAE 37° (JIC) 4 64.3 (2.53) 33.3 (1.31) 25.4 (1.00) 30.2 (1.19) 25.4 (1.00)
5410-8-8* 一套 1/2 3/4 3/4-16 SAE 37° (JIC) 5 112.8 (4.44) - - - - - - - -
5410-S17-10-12* 公頭 3/4 7/8 7/8-14 SAE 37° (JIC) 3 69.9 (2.75) 46.5 (1.83) 41.4 (1.63) - - 35.1 (1.38)
5410-S14-10-12* 母頭 3/4 7/8 7/8-14 SAE 37° (JIC) 4 80.3 (3.16) 45.7 (1.80) 35.1 (1.38) 41.1 (1.62) 35.1 (1.38)
5410-10-12* 一套 3/4 7/8 7/8-14 SAE 37° (JIC) 5 135.4 (5.33) - - - - - - - -
5410-S17-12-12* 公頭 3/4 1 1/16 1 1/16-12 SAE 37° (JIC) 3 72.6 (2.86) 46.5 (1.83) 41.4 (1.63) - - 35.1 (1.38)
5410-S14-12-12* 母頭 3/4 1 1/16 1 1/16-12 SAE 37° (JIC) 4 83.1 (3.27) 45.7 (1.80) 35.1 (1.38) 41.1 (1.62) 35.1 (1.38)
5410-12-12* 一套 3/4 1 1/16 1 1/16-12 SAE 37° (JIC) 5 140.7 (5.54) - - - - - - - -
5410-S17-16-16* 公頭 1 1 5/16 1 5/16-12 SAE 37° (JIC) 3 75.9 (2.99) 53.3 (2.10) 47.8 (1.88) - - 44.5 (1.75)
5410-S14-16-16* 母頭 1 1 5/16 1 5/16-12 SAE 37° (JIC) 4 89.7 (3.53) 56.9 (2.24) 44.5 (1.75) 50.8 (2.00) 44.5 (1.75)
5410-16-16* 一套 1 1 5/16 1 5/16-12 SAE 37° (JIC) 5 149.6 (5.89) - - - - - - - -
5400系列
制冷，混入空氣少
尺寸 – 銅悍接管接頭
件號接頭本體管子外徑尺寸氯丁橡膠類型規格規格類型圖 A B 六角
1六角
2六角
* 接頭必須用 179 頁中所示的元件來訂貨。 (mm) (in) (mm) (in) (mm) (in) (mm) (in) (mm) (in)
5401-S17-4-4* 公頭 1/4 1/4 銅悍接管接頭 6 38.6 (1.52) 21.1 (.83) 19.1 (.75) - - 16.0 (.63)
5401-S14-4-4* 母頭 1/4 1/4 銅悍接管接頭 7 39.9 (1.57) 21.1 (.83) 16.0 (.63) 19.1 (.75) 16.0 (.63)
5401-S17-6-4* 公頭 1/4 3/8 銅悍接管接頭 6 38.6 (1.52) 21.1 (.83) 19.1 (.75) - - 16.0 (.63)
5401-S14-6-4* 母頭 1/4 3/8 銅悍接管接頭 7 39.9 (1.57) 21.1 (.83) 16.0 (.63) 19.1 (.75) 16.0 (.63)
5410-S17-6-8* 公頭 1/2 3/8 銅悍接管接頭 6 44.5 (1.75) 33.3 (1.31) 28.7 (1.13) - - 25.4 (1.00)
5401-S14-6-8* 母頭 1/2 3/8 銅悍接管接頭 7 50.8 (2.00) 33.3 (1.31) 25.4 (1.00) 30.2 (1.19) 25.4 (1.00)
5401-S17-8-8* 公頭 1/2 1/2 銅悍接管接頭 6 44.5 (1.75) 33.3 (1.31) 28.7 (1.13) - - 25.4 (1.00)
5401-S14-8-8* 母頭 1/2 1/2 銅悍接管接頭 7 50.8 (2.00) 33.3 (1.31) 25.4 (1.00) 30.2 (1.19) 25.4 (1.00)
5401-S17-10-12* 公頭 3/4 5/8 銅悍接管接頭 6 62.7 (2.47) 45.7 (1.80) 41.4 (1.63) - - 35.1 (1.38)
5401-S14-10-12* 母頭 3/4 5/8 銅悍接管接頭 7 73.2 (2.88) 45.7 (1.80) 35.1 (1.38) 41.4 (1.63) 35.1 (1.38)
5401-S17-12-12* 公頭 3/4 3/4 銅悍接管接頭 6 62.7 (2.47) 45.7 (1.80) 41.4 (1.63) - - 35.1 (1.38)
5401-S14-12-12* 母頭 3/4 3/4 銅悍接管接頭 7 73.2 (2.88) 45.7 (1.80) 35.1 (1.38) 41.4 (1.63) 35.1 (1.38)
5401-S17-16-16* 公頭 1 1 銅悍接管接頭 6 71.1 (2.80) 56.9 (2.24) 47.8 (1.88) - - 44.5 (1.75)
5401-S14-16-16* 母頭 1 1 銅悍接管接頭 7 84.8 (3.34) 56.9 (2.24) 44.5 (1.75) 50.8 (2.00) 44.5 (1.75)
防塵帽和防塵塞防塵帽，帶墊 防塵塞，帶墊 本體規格 防塵帽 防塵塞
過渡接頭 SAE 37° (JIC)
O-
形圈黃銅鋼本體規格螺紋管子外徑規格 過渡接頭 SAE 37° (JIC)
22546-12 202220-4-4B 202220-4-4S 1/4 7/16-20 1/4 22546-12 202220-6-4B 202220-6-4S 1/4 9/16-18 3/8 22546-17 -202220-6-8S 1/2 9/16-18 3/8 22546-17 202220-8-8B 202220-8-8S 1/2 3/4-16 1/2 22546-23 -202220-10-12S 3/4 7/8-14 5/8
22546-23 -202220-12-12S 3/4 1 1/16-12 3/4
22546-28 -202220-16-16S 3/4 1 3/16-12 1
銅悍接管接頭
O-形圈黃銅鋼本體規格螺紋管子外徑規格 銅悍接管接頭22546-12 202208-4-4B -1/4 1/2-20 1/4
（O-形圈需單獨訂購）
22546-17 202208-4-8B -1/2 7/8-20 1/4 22546-12 202208-6-4B -1/4 1/2-20 3/8 22546-17 202208-6-8B -1/2 7/8-20 3/8 22546-17 202208-8-8B -1/2 7/8-20 1/2
2254617 202208-10-8B 202208-10-8S 1/2 7/8-20 5/8
22546-23 202208-10-12B 202208-10-12S 3/4 1 1/4-18 5/8
22546-23 202208-12-12B - 3/4 1 1/4-18 3/4
22546-23 202208-14-12B - 3/4 1 1/4-18 7/8
22546-28 202208-14-16B - 1 1 19/32-20 7/8
22546-28 202208-16-16B - 1 1 19/32-20 1
22546-28 202208-18-16B - 1 1 19/32-20 1 1/8
22546-28 202208-20-16B - 1 1 19/32-20 1 3/16
22546-28 202208-22-16B - 1 1 19/32-20 1 1/4
軟管接頭 SAE 100R5.尺寸 軟管接頭 SAE 100R5 O-形圈接頭總成本體規格軟管規格螺紋 D （O-形圈需單獨訂購）
(mm) (in) 22546-12 487-4-4S 1/4 -4 1/2-20 23.4 (.92) 22546-12 487-4-6S 1/4 -6 1/2-20 24.4 (.96) 22546-17 487-8-6S 1/2 -6 7/8-20 24.4 (.96) 22546-17 487-8-8S 1/2 -8 7/8-20 26.9 (1.06) 22546-23 487-12-10S 3/4 -10 1 1/4-18 27.2 (1.07)
22546-23 487-12-12S 3/4 -12 1 1/4-18 27.2 (1.07)
22546-28 487-16-16S 1 -16 1 19/32-20 25.7 (1.01)
.可提供其他形式。
5400系列制冷，混入空氣少
對于總成，用所示的元件基本號和下面的波折號 (-) 規格來訂貨。例如：如果要求訂購 1 個 5401-S14-10-12，作為元件來訂貨，(1) 件 5400-S5-12，(1) 件 202208-10-12B 過渡接頭和 (1) 件 22546-23 O-形圈。
總成 件號 5400-S2 公頭 數量 5400-S5 母頭 數量 202208-黃銅 焊接過渡接頭 數量 202220-鋼 37. SAE 過渡接頭 數量 22546 O-形圈 數量
5401-S14-10-12 -12 1 -10 -12B 1 -23 1
5401-S14-10-8 -8 1 -10 -8B -17 1
5401-S14-12-12 -12 1 -12 -12B 1 -23 1
5401-S14-16-16 -16 1 -16 -16B 1 -28 1
5401-S14-4-4 -4 1 -4 -4B 1 -12 1
5401-S14-6-4 -4 1 -6 -4B 1 -12 1
5401-S14-6-8 -8 1 -6 -8B 1 -17 1
5401-S14-8-8 -8 1 -8 -8B 1 -17 1
5401-S17-10-12 -12 1 -10 -12B 1 -23 1
5401-S17-10-8 -8 1 -10 -8B 1 -17 1
5401-S17-12-12 -12 1 -12 -12 1 -23 1
5401-S17-14-16 -16 1 -16 -16 1 -28 1
5401-S17-4-4 -4 1 -4 -4B 1 -17 1
5401-S17-6-4 -4 1 -6 -4B 1 -12 1
5401-S17-6-8 -8 1 -6 -8B 1 -17 1
5401-S17-8-8 -8 1 -8 -8B 1 -17 1
5410-12-12 -12 1 -12 1 -12 -12S 2 -23 2
5410-16-16 -16 1 -16 1 -16 -16S 2 -28 2
5410-4-4 -4 1 -4 1 -4 -4S 2 -12 2
5410-6-8 -8 1 -8 1 -6 -8S 2 -17 2
5410-8-8 -8 1 -8 1 -8 -8S 2 -17 2
5410-S14-10-12 -12 1 -10 -12S 1 -23 1
5410-S14-12-12 -12 1 -12 -12S 1 -23 1
5410-S14-16-16 -16 1 -16 -16S 1 -28 1
5410-S14-4-4 -4 1 -4 -4S 1 -12 1
5410-S14-6-4 -4 1 -6 -4S 1 -12 1
5410-S14-6-8 -8 1 -6 -8S 1 -17 1
5410-S14-8-8 -8 1 -8 -8S 1 -17 1
5410-S17-10-12 -12 1 -10 -12S 1 -23 1
5410-S17-12-12 -12 1 -12 -12S 1 -23 1
5410-S17-16-16 -16 1 -16 -16S 1 -28 1
5410-S17-4-4 -4 1 -4 -4S 1 -12 1
5410-S17-6-4 -4 1 -6 -4S 1 -12 1
5410-S17-6-8 -8 1 -6 -8S 1 -17 1
5410-S17-8-8 -8 1 -8 -8S 1 -17 1
5400系列
制冷，混入空氣少
裝配指南/元件件號
典型的公頭 (S2) 典型的母頭 (S5)
裝配指南 過板安裝—S2
步驟： 把鎖緊墊圈
安裝在 S2 上，插入 S2 通過過板，擰緊扁螺
之后，把 O-形圈
2和母
7，使得鎖緊墊圈的齒完全壓縮。
1.
硬管或軟管連接至過渡接頭
111 .裝在過渡接頭上，確保 O-形圈沒有扭曲。 注：鎖緊墊圈 6必須在 S2 的六角和過板之間。
2. 用系統流體充分潤滑 O-形圈
和
11，防止當接頭螺紋擰最大過板厚度
緊時劃傷和撕裂 O-形圈。 本體安裝的未使用的
插入接頭本體 規格鎖緊墊圈鎖緊墊圈
4，把接頭本體
3. S2—用系統流體潤滑錐面，把座閥總成
與接頭 擰緊連接，在接頭本體
與
過渡接頭實現金屬接觸后，再將接頭本體
4擰 1/8 圈（相
1/4 .206 .256
1/2 .136 .203
對接 1）或者按照表中的扭矩值來擰緊。3/4 .232 .292
S5—用系統流體充分潤滑
O-形圈
9 .，把閥和套筒組件
101 .101 .161
插入接頭的體 8，把接頭本體
與接頭 12上擰緊連接，
在接頭本體和過渡接頭實現金屬對金屬接觸之后，再將扭矩值
接頭本體
擰 1/8 圈（相對于接頭
12）,或者按照表中的下面列出推薦的扭矩值，單位：ft.lbs。
扭矩值來擰緊。 過渡接頭至本體
4. 接頭連接—用系統流體潤滑 5400-S2 上的密封墊
5，中公稱焊接式非焊接式鋼間螺母
在 5400-S2 上通過，擰緊中間螺母至表中所示規格或鋁或黃銅 S2 至 S5 的扭矩值，確保 S2 和 S5 的體在連接時不會旋轉。–4 6–8 12–15 10–12
–8 15–20 35–45 35–37 –12 35–40 45–55 45–47 –16 50–60 55–65 65–67
.重要：所有的墊和 O-形圈都要求充分潤滑。僅當用于制冷系統時只能使用冷凍油。
元件件號
公稱規格 . –4 –8 –12 –16 標記號外徑管規格 g 1/4”–3/8” 1/4”–5/8” 5/8”–7/8” 7/8”–13/8”行編號
典型公頭 1
1 管接頭 202208–*–4 202208–*–8 202208–*–12 202208–*–16 2
2 O-形圈 22546–12 22546–17 22546–23 22546–28 3
3 座閥組件 5400–S20–4 5400–S20–8 5400–S20–12 5400–S20–16 4
4 接頭本體 5400–17–4 5400–17–8 5400–17–12 5400–17–16 5
5 密封墊 22008–4 22008–8 22008–12 22008–16 6
6 鎖緊墊圈 5400–54–4S 5400–54–8S 5400–54–12S 5400–54–16S 7
7 扁螺母 5400–53–4S 5400–53–8S 5400–53–12S 5400–53–16S 8
典型母頭 9
8 中間螺母和本體組件 5400–S16–4 5400–S16–8 5400–S16–12 5400–S16–16 10
9 O-形圈 FF91178–10 FF91178–112 FF91178–116 22546–214 11
10閥和套筒組件 5400–S19–4 5400–S19–8 5400–S19–12 5400–S19–16 12
11 O-形圈 22546–12 22546–17 22546–23 22546–28 13
12管接頭 202208–*–4 202208–*–8 202208–*–12 202208–*–16 14
* 規定過渡接頭的外徑管規格要求為 1/16 英寸。例如：–4 接頭帶有 3/8” 外徑管子是 6/16 或 -6。件號則是 202208–6–4。
數據中心浸沒式液冷技術淺析
數字化進程的加速和“雙碳”承諾都使得綠色數據中心建設成為大勢所趨,浸沒式液冷憑借節能環保、安全低耗等核心優勢已然具備成為未來重要冷卻技術的潛質,但全面推廣仍存較多阻力。
作者：王慧、鄢然來源：《數據中心建設+》雜志2022-05-17 10:28
浸沒式液冷技術作為一種新型制冷方案,相較于空氣冷卻和冷板式間接液冷存在著顯著優勢。本文從部署原理、相變機制、冷卻液類型等維度對當下主流的浸沒式液冷技術展開了詳細論述,并對其未來發展提出了推廣建議。
一、 引言
近年來,人工智能、云計算、物聯網、區塊鏈等技術的不斷進步,對電子信息設備的性能和集成度提出了越來越高的要求,隨之而來的高熱密度和巨額能耗等問題對數據中心制冷技術也提出了更高的挑戰,具體表現在以下幾個方面:
1.底層基礎設施性能的不斷提升帶來數據中心能耗的顯著增加。目前,高性能計算處理器單機熱負荷已達到一般處理器的2倍以上,單機柜整體功耗已經翻倍,且數據中心的體量亦在與日俱增,高能耗已經成為一個亟待解決的問題。
2.電子器件功率和封裝密度引發熱流密度的急劇提升。據統計,失效的電子器件中有55%是由于溫度過高或不均造成的,面對高功率和高封裝帶來的前所未有的冷卻需求。
3.高效制冷成為數據中心轉型的重要環節。冷卻能耗占總能耗的40%左右,且運行過程中溫度的不斷升高會造成巨大隱患,因此提高制冷效率是高能效、高密度配置轉型的有效手段。
4.國家已經頒布了一系列政策,旨在引導數據中心向綠色、高效的方向發展。如2020年國家發改委頒布的《關于加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見》中提到,2025年前大型數據中心PUE<1.3。這一舉措極大推動了冷卻技術的升級。
目前,數據中心主要制冷技術包括風冷、液冷、蒸發冷卻和自然冷卻,其中風冷技術雖然憑借其低成本、易維護等特性成為當前主要冷卻方式,但也存在其局限性:
1.采用集中制冷模式冷卻機架內所有的電子器件,加之空氣的換熱系數較低,導致制冷效率低下、冷卻能耗過高。此外,冷熱空氣換熱不均勻會形成局部熱點,而為消除這些熱點又會造成過度冷卻、額外耗能。
2.需要大量的空間來放置空調、機架和送風通道,導致占用空間大、部署密度低。
3.常年不間斷的運行模式,造成天然冷源的浪費,不利于節能環保。
傳統風冷模式逐漸遇到瓶頸,數據中心制冷技術向精細化轉變已成必然趨勢,在此背景下,液冷技術以其高效綠色的特點引起行業的普遍關注。
二、液冷技術簡介及對比
液冷是指使用液體取代空氣作為冷媒,直接導向熱源帶走熱量的制冷技術。相較于傳統風冷,液冷具有顯著的優勢:
1.液體的比熱容遠高于空氣,可以吸收大量熱而保持溫度在較小范圍內波動,有效抑制溫度驟升,在一定程度上允許超頻工作,提升了集成度。
2.風冷制冷方式被取代,能耗迅速降低、電費支出減少,且幾乎免除濕度、灰塵和振動影響,設備可靠性提升,硬件維護支出減少,同時減少了風扇的振動和噪音,基本可達到“靜音機房”效果。
根據冷卻液是否與IT設備直接接觸,可將液冷技術分為間接液冷和直接液冷。間接液冷是指發熱器件與液體冷媒之間沒有直接接觸的制冷方式,冷板式液冷是間接液冷的典型部署方式。而直接液冷采用冷卻液,通過冷卻液與發熱元件直接接觸將熱量循環帶走,其中最具代表性的就是浸沒式液冷。本文從支持性能和綜合性能兩個方面進行了空氣冷卻、冷板式間接液冷和浸沒式直接液冷的對比,詳見表1、表2。
冷板間接冷與浸沒式直接液冷的液冷支持對比
冷板間接也冷與浸沒式直接液冷的性能綜合對比
可以看出,冷板式液冷只有大功耗發熱元件CPU)采用液冷散熱,仍需保留部分風冷裝置,且冷卻液沒有與電子元件直接接觸,散熱性能、空間利用率和節能降噪效果都不及浸沒式液冷,故本文接下來針對浸沒式液冷技術進行闡述。
三、浸沒式液冷解決方案
浸沒式液冷以液體作為傳熱介質,將發熱電子元件直接浸沒于冷卻液中,通過冷卻液與電子元件直接接觸進行熱交換帶走熱量,是一種新型高效、綠色節能的數據中心制冷解決方案。
根據冷卻液是否發生相變,浸沒式液冷分為相變浸沒式液冷和單相浸沒式液冷。相變浸沒式液冷利用冷卻液沸點低可發生沸騰相變的特性,在沸騰過程中利用潛熱吸收熱量來達到散熱的效果。而單相浸沒式液冷技術是指將電子設備完全浸沒在冷卻液中進行直接冷卻,形成封閉的導熱回路。相變浸沒式液冷主要由冷卻液、密封腔體、芯片散熱膜模塊、冷卻模塊和室外冷源組成,包括服務器冷卻回路和冷凝冷卻回路兩個循環回路。
如圖1所示,液冷機箱內裝有低沸點的冷卻介質,電子設備浸泡在密封的柜體中,電子元件工作時產生的熱量會使得冷卻液溫度升高,當溫度超過飽和溫度時,冷卻液受熱沸騰形成蒸汽泡逃逸至機柜頂部的蒸汽區,即在罐內形成氣相區域,形成的蒸汽被外循環回路的冷凝管換熱器再次冷凝成液體滴落到機柜中,冷凝管中的水等其他冷卻介質與冷卻液換熱后,由泵輸入干燥塔,與空氣進行冷卻換熱,通過循環流動將熱量傳遞出去。中科曙光硅立方液冷相變冷卻計算機采用的就是浸沒相變液冷技術,以氟化液作為冷媒,實現能效比PUE突破性降至1.04,節能效果顯著,此外還將CPU主頻提高15-20%,單機柜功率密度提升至160kW,部署密度也達到領先水平。
相變浸沒式液冷示意圖
如圖2所示,在單相浸沒式液冷中,冷卻液與服務器熱源直接進行對流換熱,利用冷卻液的顯熱吸收服務器產生的熱量,同時通過循環泵使加熱后的冷卻液進入換熱器與溫水進行循環流動換熱,將電子元件產生的熱量通過換熱器傳遞給外部冷卻設備,末端外部冷卻側設備一般采用冷卻塔或干冷塔等進行自然冷卻,將熱量傳遞到環境中,整個過程中冷卻介質沒有發生相變過程。阿里巴巴浙江仁和數據中心采用單相浸沒液冷技術,將IT設備浸沒在絕緣氟化液中,實現數據中心年均能源使用效率PUE不高于1.09。另一實例是網宿科技研發的DLC直接浸沒式液冷技術,其最大的特點在于采用自研的礦物油作為浸沒液體的冷卻液,雖然無相變換熱效率相對較低,但是成本低維護相對簡易。
單相浸沒式液冷示意圖
可以看出,冷卻液作為浸沒式液冷系統的重要組成部分,應具備以下特性:
1.良好的熱物理性質,包括高熱傳導系數、高比熱容和低粘度,對于浸沒式相變液冷還應具有高汽化潛熱,即同樣的散熱量消耗更少的冷卻液。
2.單相冷卻液應具有高沸點,而相變冷卻液則應具有較低的沸點,即當電子設備溫度不是很高時,冷卻液也可以發生穩定相變帶走熱量,以確保設備溫度保持平穩。
3.其液態、氣態以及氣液混合時都滿足絕緣要求,與電子元件兼容,有良好化學和熱穩定性,對環境友好,無毒無害無腐蝕易清理,且經濟性高。目前,常見的冷卻液包括芳香族物質、硅酸酯類、脂肪族化合物、有機硅及氟碳化合物等,其中應用廣泛的是氟化液(氟碳化合物)和礦物油(脂肪族化合物)。氟化液雖具有較好的絕緣性和流動性,穩定不易燃,但價格昂貴。而礦物油具有價格低廉、環境友好的特性,且已經在電器元件直接接觸式冷卻方面得到廣泛應用,如作為變壓器油等。
四、浸沒式液冷的未來發展
數字化進程的加速和“雙碳”承諾都使得綠色數據中心建設成為大勢所趨,浸沒式液冷憑借節能環保、安全低耗等核心優勢已然具備成為未來重要冷卻技術的潛質,但全面推廣仍存較多阻力:
1.初始部署投資大,價格昂貴的冷卻液以及各種不菲的顯性和隱性成本,造成前期成本增加。
2.許多企業尚無運營高功率密度數據中心的需求,風冷尚可解決散熱問題,液冷并非首選。
3.數據中心管理人員對浸沒式液冷技術所帶來的基礎設施架構與運維體系的變革,需要一個相對漫長的適應過程。
4.液冷系統設計建設和測試驗收無標可依,產品質量和規格參差不齊,且尚未得到長期充分的驗證,行業共識度不高。
為推進浸沒式液冷逐漸發展成熟、數據中心行業脫碳轉型,本文提出四點應用建議:
1.加速液冷行業設計建設標準的制定,完善設備安裝調試等相關規范的普及,提高原材料和配件的通用性,支持液冷技術應用示范點的推進,實現由點及面的推廣應用。
2.針對不同需求定制不同的制冷方案,“風冷+液冷”協同發展會更好地賦能各行各業的發展。
3.設置冷卻液回流機制,將吸收的熱量接入樓宇采暖系統和供水系統,在提升數據中心的制冷效率的同時,還實現了余熱利用、創造了附加價值。
4.推動氟化液或礦物油的自主研發,打破國外壟斷局面(現行的冷卻液大多是價格高昂的進口氟化液,比如3M的氫氟醚),降低部署成本。
綠色數據中心時代已經到來,浸沒式液冷的發展是機遇與挑戰并存的過程,是曇花一現,還是成為新基建時代數據中心的主流?讓我們拭目以待。
參考文獻
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浸沒式液冷、相變浸沒式液冷和單相浸沒式液冷用接頭連接器快速接頭 | 5400制冷劑接頭 浸沒式液冷解決方案 浸沒式液冷以液體作為傳熱介質,將發熱電子元件直接浸沒于冷卻液中,通過冷卻液與電子元件直接接觸進行熱交換帶走熱量,是一種新型高效、綠色節能的數據中心制冷解決方案。相變浸沒式液冷利用冷卻液沸點低可發生沸騰相變的特性,在沸騰過程中利用潛熱吸收熱量來達到散熱的效果。而單相浸沒式液冷技術是指將電子設備完全浸沒在冷卻液中進行直接冷卻,形成封閉的導熱回路。相變浸沒式液冷主要由冷卻液、密封腔體、芯片散熱膜模塊、冷卻模塊和室外冷源組成,包括服務器冷卻回路和冷凝冷卻回路兩個循環回路。
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