間接液冷
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
間接液冷的實例教程
服務器的冷卻技術一般分為風冷、液冷、熱傳導和智能冷卻技術。液冷技術以其散熱性能高、能效好、可靠性高的特點，成為未來邊緣計算服務器熱管理的最佳選擇。服務器的液冷技術主要分為兩類:直接液冷和間接液冷。浸沒式液冷技術是直接液冷的主要形式。浸沒式液冷需要改變服務器架構以適應浸入式系統，成本昂貴，與直接液冷相比，間接液冷技術不需要對服務器架構進行太多調整。
間接液冷技術具有實現服務器完全液冷的潛力和良好的節能效果，但所涉及的配套設備較為復雜。此外，室外循環液冷管道大多受環境影響，存在冷卻劑污染問題。基礎設施建設和維護規范的不成熟導致更多的研究和開發側重于小型或單機柜原型測試。此外，大多數液冷服務器都存在冷卻劑泄漏的風險，這也是用戶對液冷服務器接受度低的重要原因。目前微通道強制對流換熱與熱管相變高效換熱相結合是未來大功率電子芯片散熱領域的突出研究趨勢，可有效解決液體泄漏風險。
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成果掠影
近期，華南理工大學的潘敏強教授團隊針對邊緣數據中心服務器受冷卻技術的制約的問題，提出了邊緣數據中心服務器集成間接液冷系統的概念。本文提出了一種集成微通道的間接液冷系統。采用傳統風冷與液冷相結合的冷卻方式。處理器的熱量由循環冷卻液帶走，服務器內其他加熱裝置采用傳統風冷散熱。首先，通過實驗和數值模擬對影響系統性能的因素進行了研究。然后，對系統的傳熱性能、流動特性和穩定性進行了分析。最后，采用數值模擬方法對風冷和液冷服務器的溫度控制能力進行了比較和分析。
結果表明，當芯片表面溫度和熱阻降低時，增大流量可以改善芯片的散熱性能。但流量的進一步增加減緩了這一趨勢。系統的散熱性能也隨著冷卻液溫度的升高而降低。
展開 然而，用于液冷的冷卻介質比熱容是空氣的1000-3500倍，導熱系數是空氣的15-25倍，可以達到更高的熱流密度散熱。應用于服務器的液冷技術可分為單相間接液冷、兩相間接液冷、熱管冷卻和浸沒式液冷。
浸沒式液體冷卻由于與冷卻介質直接接觸，具有極低的熱阻。浸沒式液冷需要額外的密封手段和一套完整的專用服務器或機柜，這給數據中心維護和改造帶來了巨大挑戰。間接液冷技術適應性強，可用于新舊數據中心的改造。液冷板是間接液冷的關鍵部件之一。液冷板的材料、結構和制造工藝對散熱性能有很大影響。
目前微通道成形技術包括微銑削、微線切割、激光微加工、光刻等。液冷板的焊接方法有回流焊、擴散焊、摩擦焊等。微通道采用電火花線切割加工。雖然微通道液冷板具有優良的散熱性能，但微通道液冷板的制造工藝存在一定的弊端。
為了保證良好的密封條件，液冷板需要焊接成一個整體。大多數焊接工藝存在成本高、生產效率低的問題。即使采用效率更高的回流焊，微通道也容易被焊料堵塞。微通道液冷板制造工藝的缺陷阻礙了其在數據中心的大規模部署。
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成果掠影
為了解決服務器冷卻技術中結構復雜、制造成本高、制造周期長等問題，華南理工大學潘敏強教授團隊提出了一種新型的加工工藝的液冷板。輥粘工藝起源于制冷行業的蒸發器制造工藝。此工藝可批量生產，并可靈活調整產品結構。采用輥粘接工藝可大大降低生產成本和液冷板泄漏風險。近年來，對輥粘液冷板的研究主要集中在PV/T太陽能集熱系統和動力電池熱管理方面。目前，將其應用于服務器散熱的研究較少。為此，針對一種低成本、可批量生產的服務器芯片熱管理方案，提出一種輥粘液冷卻板(RBLCP)，并通過實驗研究其傳熱性能和流動特性。該團隊建立了RBLCP的性能測試平臺。
展開 為推動數據中心實現高質高效的液冷化發展,中國石化潤滑油有限公司自2018年起開展數據中心液冷產品的研制,已完成間接式液冷二代產品的迭代延壽升級。
據中國石化潤滑油有限公司總經理、中國石化集團公司營銷領域首席專家張春輝介紹:有別于傳統冷卻系統,間接式液冷數據中心熱管理系統采用微通道金屬冷板,為保證在10年的使用壽命內換熱效率穩定和避免出現腐蝕滲漏造成數據中心宕機等重大事故,長效數據中心液冷產品具有持久的抗沉積、抗菌抑菌和有色金屬緩蝕性能,以及良好的非金屬相容性,能夠為液冷數據中心的長效安全性提供堅實的保障。
為更好地助力新能源智能汽車行業算力建設的高水平發展,潤滑油公司基于數據中心液冷產品技術積淀,開展了新能源智能汽車車載數據中心冷板式和單相浸沒液冷工質的開發,與國內頭部企業智能汽車團隊開展了深度合作,可以為“車載數據中心”提供強大的液冷配套。
張春輝指出:新能源汽車動力電池、鋰電池儲能、充電樁和數據中心超級計算屬于國務院國資委“9+6”重點領域,在高安全性、高效率、節能綠色低碳等新質生產力因素牽引下,新能源領域重大技術裝備正處于“從風冷向全面液冷”的轉型升級進程,這是一次最新的技術變革。中國石化潤滑油公司在動力電池、鋰電池儲能、充電樁和數據中心等戰新領域新型液冷介質技術積累深厚,目前已形成全面覆蓋冷板式液冷、單相浸沒式液冷和雙相浸沒式液冷三大液冷體系的熱能油液集群產品,是潤滑油公司打造戰略高地、開拓新領域的重要方向。
展開 2）散熱方式與結構
從實踐看，目前常見的功率模塊熱管理方式主要有空冷散熱和液冷散熱。空冷散熱一般分為自然對流散熱和強迫對流散熱，自然對流的散熱路徑主要是芯片將熱量傳遞給散熱器上的翅片，熱量通過翅片自然對流散發，其優點是結構簡單可靠，但由于自然對流冷卻的熱交換系數較低，因此無法滿足大功率模塊的散熱需求。強迫對流是在自然對流的結構基礎上增加散熱風扇，通過加速翅片表面的空氣流動性提高散熱效率。雖然強迫對流散熱在一定條件下可以滿足部分大功率模塊的散熱要求，但因風扇的存在，需要增加額外的通風結構設計，其體積一般較大，且同時會有噪聲，因此空冷散熱并沒有在車規級功率模塊中得到廣泛使用。
目前，車規級功率模塊采取的主流散熱方式為液冷散熱，其體積較小且性能穩定可靠。而液冷散熱又分為間接液冷與直接液冷，兩者結構區別如下：
相比間接液冷散熱，直接液冷散熱不需要導熱硅脂，也無需使用液冷板，模塊整體熱阻值可降低 30%左右，因而已成為車規級功率模塊的主流散熱方式，包括英飛凌、博世、安森美、日立、中車時代、斯達半導等在內的知名廠商生產的車規級功率模塊均主要采用直接液冷散熱，搭配針式散熱基板。針式散熱基板與平底散熱基板對比如下所示：
（2）產品發展歷程
英飛凌作為全球車規級功率半導體領域的龍頭企業，其對配套的散熱基板要求較高，產品除需在熱導率、熱膨脹系數、硬度等性能指標方面表現優異，還需要兼具性價比和經濟性。英飛凌采用的針式散熱基板產品演化歷程，較為全面地反映了該產品的技術發展路徑。
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1 液冷設計概述····························································································129
1.1 直接液冷··························································································129
1.2 間接液冷··························································································130
2 液冷散熱的特點 ·························································································130
3 液冷系統的分類與組成················································································131
3.1 封閉式單循環系統··············································································131
3.2 封閉式雙循環系統··············································································132
3.3
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間接液冷的最新內容
傳統的空氣冷卻與間接式液冷存在接觸熱阻大、溫度一致性差等物理局限。浸沒式液冷技術通過將電芯完全浸沒在絕緣冷卻液中，徹底消除了固-固接觸熱阻，實現了熱量的快速傳導與吸收，是解決局部熱點問題的最佳方案。為了進一步突破碳氫基礎液體的導熱極限，引入高導熱的金屬氧化物納米顆粒制備成納米流體（Nanofluids），成為了熱管理介質的前沿攻關方向。
為推動數據中心實現高質高效的液冷化發展,中國石化潤滑油有限公司自2018年起開展數據中心液冷產品的研制,已完成間接式液冷二代產品的迭代延壽升級。
（一）液冷工質
根據液冷工質電導率不同，液冷工質可以分為直接接觸式和間接接觸式，直接接觸式的液冷工質可以與電芯直接接觸并將熱量散入環境中，硅油和篦麻油屬于直接接觸式液冷工質，間接接觸式的液冷工質不能直接與電芯接觸，通常需要利用金屬容器進行盛裝，并利用金屬容器與電芯進行接觸從而將熱量散入環境中，且金屬容 器與電芯之間需要添加絕緣層，水和乙二醇溶液屬于間接接觸式液冷工質。
具體來說，統一的間接式液冷具有低電導率、長效性、耐腐蝕等優勢，從2μs/cm-500μs/cm，全覆蓋全應用；浸沒式冷卻液不僅具有極低電導率，還同時具有低粘度、高傳熱系數、高絕緣性能、高閃點、使用安全和壽命長的特點，除了上述冷卻解決方案外，在儲能產業鏈中統一還具備成熟的導熱油系列產品熱管理解決方案，廣泛應用于新能源動力電池及儲能電池生產。
[17] 胡興軍，惠政，郭鵬，等.鋰離子電池組間接接觸液冷散熱結構研究[J].湖南大學學報(自然科學版),2019,46(2):44-50.
文章來源：計算機仿真
而液冷散熱又分為間接液冷與直接液冷，兩者結構區別如下：
相比間接液冷散熱，直接液冷散熱不需要導熱硅脂，也無需使用液冷板，模塊整體熱阻值可降低 30%左右，因而已成為車規級功率模塊的主流散熱方式，包括英飛凌、博世、安森美、日立、中車時代、斯達半導等在內的知名廠商生產的車規級功率模塊均主要采用直接液冷散熱，搭配針式散熱基板。
液冷式一般傳熱系數較高，溫度分布均勻，根據電池表面是否與傳熱流體直接接觸，液冷方式一般分為直接接觸式和間接接觸式液冷。與間接接觸冷卻相比，直接接觸液體冷卻使用介電流體有效地去除電池熱量，具有很大的緊湊性和高冷卻速率，但在商業應用中可能不實用。另一方面，間接接觸冷卻更容易實施，并且使用較低粘度的流體以減少泵功率需求，并且已被廣泛采用和研究，具有液體冷板（LCP），波浪管和熱管。
服務器的液冷技術主要分為兩類:直接液冷和間接液冷。浸沒式液冷技術是直接液冷的主要形式。浸沒式液冷需要改變服務器架構以適應浸入式系統，成本昂貴，與直接液冷相比，間接液冷技術不需要對服務器架構進行太多調整。
間接液冷技術具有實現服務器完全液冷的潛力和良好的節能效果，但所涉及的配套設備較為復雜。此外，室外循環液冷管道大多受環境影響，存在冷卻劑污染問題。
2020年入選佛山南海區“藍海人才計劃“創新創業團隊以及佛山高新區高技術產業化創業團隊，主持的創業項目“數據中心熱管間接液冷高效節能技術”獲得2020年第九屆中國創新創業大賽節能環保行業初創組廣州賽區第一名，初創組廣東賽區第一名，國賽優秀企業獎；獲得2021年第十屆中國創新創業大賽節能環保行業佛山賽區初創組第一名。
應用于服務器的液冷技術可分為單相間接液冷、兩相間接液冷、熱管冷卻和浸沒式液冷。
浸沒式液體冷卻由于與冷卻介質直接接觸，具有極低的熱阻。浸沒式液冷需要額外的密封手段和一套完整的專用服務器或機柜，這給數據中心維護和改造帶來了巨大挑戰。間接液冷技術適應性強，可用于新舊數據中心的改造。液冷板是間接液冷的關鍵部件之一。液冷板的材料、結構和制造工藝對散熱性能有很大影響。
