鄭國岸 / 德國萊因電子電氣產品服務專案經理

AI 資料中心持續提高運算密度，液冷技術也逐漸成為高功率設備散熱的重要方案。當冷卻液從資料中心的周邊系統進一步進入設備附近，甚至直接參與 IT 設備的散熱，液冷系統的安全問題也從單純的散熱效率，延伸至壓力、材料、管路、接頭與洩漏等可靠度課題。 其中，冷卻液分配裝置（Coolant Distribution Unit, CDU）是液冷系統的重要設備。依據 AI 資料中心規模大小可分為放置於機櫃內的機櫃型 CDU 及設置於機櫃列之間的機櫃列間 CDU。

 

CDU 不只是「分配冷卻液」

CDU 的基本任務是管理冷卻液並且有效平均分配到液冷系統中，從安全的角度來看冷卻液在設備內如何被控制與隔離也是重要的一環。

 

依據 IEC 62368-1 章節 G.15「加壓液體填充元件或組件」的相關要求，針對獨立式液體填充組件及模組化液體填充組件提出各自的評估方式。其目的在確認冷卻液在 AI 資料中心應受到適當保護，避免管線受到尖銳邊緣等因素損傷，進而導致冷卻液洩漏影響 AI 資訊中心正常運作。 液冷設備的安全設計，不能只看冷卻液本身，而需要從液體、管路、接頭與設備結構的整體關係來看。

 

液冷系統首先要控制的是「壓力」

液冷系統持續加壓循環冷卻液去達到冷卻效果，因此壓力是結構設計上是不可忽視的一環。依液壓壓力測試要求，液冷系統在正常、異常及單一故障條件下的最大壓力，不應超過模組化液體填充組件的額定最大工作壓力。 在測試上，相關樣品需以額定最大工作壓力的 1.5 倍或 345 kPa (50 psi) 兩者取高值的條件，持續 1 分鐘進行液壓測試。這類測試的意義，在於確認設備在壓力異常的情況下，液體相關組件仍能維持安全性。

 

真正的風險可能發生在長期使用之後

液冷系統的可靠度還涉及材料長期接觸冷卻液後的變化。 蠕變耐受測試是將包含非金屬材料的組件在 87°C 環境下處理 14 天，再確認材料是否出現裂紋或脆化。

 

此外，管路與相關接頭的材料也需要進行相容性測試。測試時將部分樣品置於預定使用的冷卻液中，以 38°C 條件處理 40 天，再檢查材料的拉伸強度；經處理後的拉伸強度不得低於原測試值的 60%。 這說明液冷安全不能只回答「現在會不會漏」，還必須進一步確認：長時間使用後，材料還能不能維持原有性能？

 

▲ 液冷組件可靠度評估涵蓋溫度循環、壓力測試、防洩漏與材料相容性

 

溫度變化與機械應力同樣不能忽略

資料中心設備並非一直維持完全相同的運作條件。液冷系統在不同運作狀態下會產生溫度變化，因此相關組件需要接受溫度循環測試。 外力測試也納入評估，代表液冷設備的可靠度除了液體與壓力，也需要考慮接頭及相關組件受到機械作用時的安全性。 因此，液冷系統的安全設計不能只靠靜態密封測試，而需要模擬實際運作可能面對的溫度及機械條件。

 

從「防漏」進一步看整個液冷系統

德國萊因 TÜV 於 2022 年發布 2 PfG 2911/06.22，針對冷卻系統的防洩漏性能建立品質與性能評估。 其後的液冷系統失效分析進一步涵蓋：

• 洩漏
• 堵塞
• 鬆動
• 腐蝕
• 接頭可靠度
• 軟管可靠度
• 冷卻板可靠度
• 環境可靠度

 

這也代表液冷系統的安全，不應被簡化為「有沒有漏水」。從系統可靠度來看，流體能否正常循環、材料是否相容、接頭是否穩定、軟管是否耐久，以及冷卻板是否能持續運作，都可能影響最終的散熱能力與設備安全。

 

液冷安全需要從設計階段開始

隨著 AI 資料中心朝更高功率密度發展，液冷系統的重要性也會持續提高。CDU、管路、接頭、軟管與冷卻板等元件彼此相連，任何一個環節出現可靠度問題，都可能影響整體冷卻系統。 因此，液冷安全的核心並不是單純追求「不洩漏」，而是透過壓力、材料相容性、溫度循環、機械應力及環境等不同面向的測試與分析，在設計階段辨識可能的失效模式，並建立可以驗證的可靠度。

 

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FAQ

 

Q1. CDU 是什麼？

CDU 是冷卻液分配裝置（Coolant Distribution Unit），用於液冷系統中的冷卻液分配，常見配置包括機櫃內 CDU 與機櫃列間 CDU。

 

Q2. 為什麼 CDU 需要特別注意安全？

CDU 涉及冷卻液、壓力、管路及設備連接，因此除了散熱功能，也需要確認液體隔離與防護、壓力、材料相容性及長期可靠度。

 

Q3. 液冷系統最大的安全風險是洩漏嗎？

洩漏是重要風險之一，但系統失效還包括堵塞、鬆動與腐蝕，以及接頭、軟管、冷卻板和環境可靠度等問題。

 

Q4. CDU 為什麼需要做液壓壓力測試？

用於確認液冷系統及相關液體元件在正常、異常及單一故障條件下能否承受規定壓力。測試條件為額定最大工作壓力的 1.5 倍或 345 kPa（50 psi），取較高值，持續 1 分鐘。

 

Q5. 為什麼要做材料相容性測試？

冷卻液會長時間接觸管路及接頭材料，材料可能因長期接觸而產生性能變化。評估方式是以 38°C、40 天的條件處理後，確認拉伸強度不低於原值的 60%。

 

Q6. 為什麼需要做溫度循環？

液冷系統在不同運作條件下會產生溫度變化，溫度循環測試可用來評估相關組件在溫度變化下的可靠度。

 

Q7. 2PfG 2911 是什麼？

2 PfG 2911/06.22 是德國萊因 TÜV 發布的冷卻系統防洩漏性能品質與性能評估文件，並進一步延伸至液冷系統的可靠度分析。

 

Q8. 液冷系統可靠度需要看哪些部分？

包括防洩漏、防堵塞、材料相容性與防腐蝕、機械應力、環境可靠度，以及接頭、軟管和冷卻板可靠度。