液冷系统的整体架构与核心部件

一套完整的液冷系统通常分为一次侧（室外侧） 和二次侧（室内侧） 两个回路。

一次侧系统主要由室外散热单元、一次侧水泵、定压补水装置和管路等部件构成。一次侧冷源可采用机械制冷系统或自然冷却系统，机械制冷可提供12℃至18℃的中温冷冻水，自然冷却则利用室外空气的冷量，可采用开式冷却塔、闭式冷却塔或干冷器等设备实现。目前一次侧散热设备通常选择干冷器或闭式冷却塔。

二次侧系统主要由换热冷板、热交换单元和循环管路等部件构成。二次侧液体回路是指从冷量分配单元到机架，通过循环管路和IT设备连接，然后再返回冷量分配单元的设计。来自二次侧冷却回路的热量通过热交换单元的板式换热器传递到一次侧冷却回路，最终排放到大气中或被热回收再利用。

液冷核心部件介绍：

1. 冷板（Cold Plate）

冷板是冷板式液冷系统中最核心的部件，直接贴合在芯片上方，通过内部流道中冷却液的强迫对流带走芯片热量。冷板材质一般由高导热系数的材料（如铜板）构成，表面接近等温，可带走大量集中热量。由于冷板在工作过程中不直接接触发热元器件，因此避免了冷却介质对电子元器件的污染。

在材料选择上，铜相比铝具有更高的导热性，实际应用中通常选用无氧铜或铜合金材料。铜真正的优势在于，在高热流密度、有限底板厚度和复杂热点分布下，能更快地把热量从芯片热点横向铺开，并为微细流道留下更大的设计余量。目前微通道冷板技术已成为前沿方向，可使数据中心PUE降至1.10以下。

2. 冷却液分配单元（CDU）

CDU可以看作室内机与室外机的连接点，由板式换热器、电动比例阀、二次侧循环泵、膨胀罐、安全阀、进出水管专用接头、控制器及其面板等部件组成，具有流量分配、压力控制、防凝露等作用。

借助板式换热器，室内机与室外机发生间壁式换热，工质不做混合。高温冷却液携带的热量在CDU中高效传递给室外机模块中的冷却水，降温后的冷却液由内置循环泵驱动进入服务器，循环往复地带走服务器热量。CDU还能监视环境露点并调节供水温度，一般将辅助水回路的供应温度提高到比房间露点温度高出至少2℃的水平，从而防止冷凝现象发生。当前CDU产业已形成“精密控流-材料创新-系统集成”三重技术壁垒，头部企业漏液检测精度可达0.1mL/min，行业平均水平为1mL/min。

3. 快接头（Quick Disconnect, QD）

快接头是液冷系统中实现带液插拔维护的关键部件。当插头和插座断开时，供液中断，同时流体不会泄漏到系统外，为流体冷板支路与冷却工质供应管提供可靠连接。快接头的本体通常采用316L不锈钢材质，耐腐蚀耐高压，能够适应长期运行。密封材料采用航空级EPDM密封，确保高可靠性和耐用性，接头本体和弹簧均采用不锈钢制成以阻抗腐蚀。快接头分为手插快接头和盲插快接头两种形式，前者自带锁紧结构，仅通过手动推拉即可实现锁紧与断开；后者则通过浮动盲插结构实现公头母头的自动连接与断开。

4. 分歧管（Manifold）

分歧管是将冷却液分配到各个需要散热设备的部件。分液单元可分为竖直和水平两种形式，竖直分液单元将冷却液分流至水平分液单元，保证不同高度的水平分液单元分得的液体流量相差较小。水平分液单元再将冷却液平均分配到末端液冷冷板上。通过这种层级分配结构，防止不同路径的芯片散热冷板出现欠流或过流情况，减少因节点温度升高而发生的隐患。

5. 冷却液

冷却液是液冷系统的“血液”。在单相冷板式液冷系统中，冷却液主要包括水基冷却液和非水基溶液。水基溶液主要包括去离子配方水、乙二醇水溶液、丙二醇水溶液；非水基溶液主要包括有机溶剂和高沸点氟化液。

去离子水的比热容高达4.2 kJ/(kg·K)，导热能力远超油类和氟化液，能高效满足高功耗处理器的散热需求。乙二醇价格仅为4至6元/kg，丙二醇约9至15元/kg，远低于动辄数百元的氟化液，极大降低了大规模部署的初期投资。但需注意，乙二醇水溶液在使用过程中易产生酸性物质从而腐蚀冷板及管路，且乙二醇有微毒；丙二醇则毒性较低。在浸没式液冷中，冷却液通常采用氟化液或合成油。全球电子氟化液市场长期被3M、索尔维等欧美企业占据，但3M已宣布于2025年底全面退出PFAS产品线，释放了较大市场空间，为国产替代打开了窗口。

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