來源 ：洞見熱管理隨著 AI、云計算、大數據等技術的創新發展，作為信息 基礎設施的數據中心及通信設備承擔的計算量越來越大。隨著數據中心算力飛速 提升，單機柜功率密度增大，對散熱效率提出更高要求。另一方面，在“雙碳”政策 下，數據中心作為“能耗大戶”，其 PUE 指標要求不斷降低，以期降低制冷系統 的電能消耗。但傳統風冷已經不能滿足以上的散熱需求，液冷技術應運而生。 液冷技術可以有效解決機房高密度部署和機房局部過熱的問題，其中浸沒式液冷的散熱和節能優勢突出。浸沒式液冷是典型的直接接觸式液冷，電子設備被浸入冷卻液中，產生的熱量直接轉移到冷卻液，并依靠液體的循環進行熱傳導。根據所使用的冷卻液在冷卻電子器件的過程中是否會發生狀態改變，可將浸沒式液冷分別單相浸沒液冷和相變浸沒液冷兩類。單相的優勢在于部署成本和冷卻介質成本更低，且無冷卻液溢出風險；相變的優勢在于散熱能力和散熱極限更高，但在成本和技術成熟度上還暫時落后于單相。 根據賽迪顧問《中國液冷數據中心發展白皮書》，假設2023~2025 年，液冷數據中心占比分別為20%、25%、30%，浸沒式液冷數據中心在液冷數據中心的占比分別為30%、35%、40%。預計至2025年中國數據中心領域對氟化冷卻液的需求有望達2.5萬噸，對應市場規模約為37億元（150 元/kg 測算）。 01 AI芯片功耗屢屢刷新認知，散熱成為行業發展關鍵？  在AI芯片快速發展的趨勢，散熱問題逐漸突出。在行業人士看來，人工智能的競爭追根究底是算力競爭，而高算力芯片的一個主要瓶頸就是散熱能力，未來幾年AI行業中可能會出現算力被散熱“卡脖子”的情況。 當芯片TDP超過1,000W時，必需要采取液體冷卻技術，英偉達的技術路線也是印證了這一觀點。雖然自1960年代以來，這種技術已被用于在某種程度上冷卻計算硬件，但現在AI芯片的發展速度正在接近技術極限。雖然單相浸沒式液體冷卻目前可以達到1000W左右——幾乎可以跟上Nvidia的步伐，兩相浸沒式冷卻可用于處理具有更高TDP的處理器。 “長風破浪會有時，直掛云帆濟滄海，”盡管當前浸沒式液冷可能面臨一些技術、標準、環保等問題的挑戰，但創新和技術進步是產業發展的動力源泉。相信隨著時間的推移，浸沒式液冷行業會迎來更大的機遇和發展空間。 02 起點：探索浸沒式液冷領域的基礎 浸沒式液冷屬于直接液冷，將發熱器件浸沒在冷卻液中進行熱交換，依靠冷卻液流 動循環帶走熱量。浸沒式液冷系統室外側包含冷卻塔、一次側管網、一次側冷卻液；室內側包含 CDU、 浸沒腔體、IT 設備、二次側管網和二次側冷卻液。使用過程中 IT設備完全浸沒在二次側冷卻液中，因此二次側循環冷卻液需要采用不導電液體，如礦物油、硅油、氟化液等。浸沒式液冷根據冷卻液換熱過程中是否發生相變，可以進一步分為單相浸沒式液冷和雙相浸沒式液冷 （1）單相浸沒式液冷 單相浸沒冷卻為尋求高效和可靠熱管理的數據中心提供了一種引人注目的解決方案。在這種方法中，IT組件完全浸沒在一種特殊配方的絕緣液體中。這種液體直接從服務器中吸收熱量，類似于兩相浸沒冷卻。與兩相系統不同的是，單相冷卻劑不會沸騰或經歷相變。在整個冷卻過程中，它始終保持液態。加熱后的絕緣液體通過冷卻分配單元（CDU）內的熱交換器循環。該熱交換器將熱能轉移到一個獨立的冷卻介質，通常是一個閉環水系統。冷卻后的絕緣液體隨后被泵回浸沒槽，從而完成冷卻循環。
圖1.單相浸沒式液冷示意圖 （2）雙相浸沒式液冷 在兩相浸沒冷卻系統中，電子組件被浸沒在一種絕緣熱傳導液體浴中，這種液體的導熱性能比空氣、水或油要好得多。雙相浸沒式液冷的不同之處在于冷卻液會發生相態轉變。雙相浸沒式液冷的傳熱路徑與單相浸沒液冷基本一致，主要差異在于二次側冷卻液僅在浸沒腔體內部循環區域， 浸沒腔體內頂部為氣態區、底部為液態區；IT設備完全浸沒在低沸點的液態冷卻液中， 液態冷卻液吸收設備熱量后發生沸騰，汽化產生的高溫氣態冷卻液因密度較小，會逐漸 匯聚到浸沒腔體頂部，與安裝在頂部的冷凝器發生換熱后冷凝為低溫液態冷卻液，隨后 在重力作用下回流至腔體底部，實現對IT設備的散熱。
圖2.雙相浸沒式液冷示意圖 在浸沒式液冷技術應用中，除了硬件設備要求，冷卻介質也是影響散熱最為關鍵的因素之一。由于在浸沒式液冷技術中，冷卻液與電子產品直接接觸，對冷卻液的絕緣性、傳熱性等性能有嚴格的要求，認為理想的浸沒式冷卻液需滿足以下技術指標：（1）絕緣體儲存電能的性能較弱， 介電常數<2.5（1 kHz 條件下），使得高頻率電子部件和連接器浸沒在冷卻液中而不會顯著損失信號完整性； （2）絕緣性能優異，體積電阻率>1× 1012 ?·cm，介電強度>24 kV(2.54 mm gap)； （3）低表面張力、低黏度，在最低使用溫度下液體的運動黏度<5× 10–5 m2/s；（4）雙相浸沒式冷卻液的沸點一般為 20~100 ℃；單相浸沒式冷卻液的沸點一般>100 ℃； （5）優異的熱傳遞性能，比熱容≥ 0.96 J/(g·K)，液體導熱率≥0.06 W/(mK)； （6）材料相容性好，化學穩定性高，不燃，且與電子部件接觸時不產生任何腐蝕； （7）急性毒性要求半致死濃度(LC50)>2000 mg/kg； （8）環境性能友好，臭氧消耗潛能（ODP）值為零，全球變暖潛能（GWP）值<250。 03 脫穎而出，氟化液的卓越表現 目前常見的冷卻液類型有水、芳香族物質、脂肪族化合物、有機硅類物質、碳氟類化合物等。其中：氟化液是一種無色無味絕緣且不燃的化學溶劑，最開始是用作線路板的清洗液；加上其不燃和絕緣的惰性特點，目前下游應用領域已經涉及半導體冷卻板的冷卻、數據中心的浸入式冷卻等。 氟化液優勢明顯，是理想的數據中心用冷卻液。氟化液的優點包括：1）具有優異的電絕緣性和熱傳導性；2）理想的化學惰性和熱穩定性，能廣泛使用于各種溫控散熱場合；3）良好的材料相容性，與絕大多數金屬、塑料和聚合物不反應；4）良好的流動性，能在溫控系統中很 好的流動散熱；5）非危險品不燃不爆，無燃點閃點；6）無毒無害無刺激性。
單相浸沒式液冷冷卻液選擇依據：單相浸沒式液冷通常選擇沸點較高的冷卻液，以確保冷卻液在循環散熱過程中始終保持液態。氟碳化合物和碳氫化合物（例如礦物油、合成油、天然油）均可用于單相浸沒式液冷。 雙相浸沒式液冷冷卻液的選擇依據：用于雙相浸沒式液冷的冷卻液不僅要有良好的熱物理性能、化學及熱穩定性、無腐蝕性，還需要合適的沸點、比較窄的沸程范圍以及較高的汽化潛熱。硅酸酯類、芳香族物質、有機硅、脂肪族化合物及氟碳化合物等都被嘗試應用于雙相浸沒式液冷。其中，氟碳類化合物綜合性能較好，是目前常見的雙相浸沒式液冷冷卻劑。 氟化液一般指碳氟化合物，是將碳氫化合物中所含的一部分或全部氫換為氟而得到的一類有機化合物，普遍具有良好的綜合傳熱性能，可以 實現無閃點不可燃。同時由于C-F鍵能較大，碳氟化合物惰性較強，不易與其它物質反應，是良好的兼容材料。根據碳氟化合物的組成成分和結構不同，可再分為氯氟烴(CFC)、氫代氯氟烴(HCFC)、氫氟烴(HFC)、全氟碳化合物(PFC)、氫氟醚(HFE)等種類。 CFC和HCFC是20世紀廣泛被應用的制冷劑。目前CFC種類已全球淘汰；HFC在20世紀90年代被開發出，用于替代氫氯氟碳（HCFC）和其他破壞臭氧層的物質。部分氫氟烴HFC可被用于溶劑清洗應用，雖然其不破壞臭氧層，但全球變暖潛能值（GWP）較高。氫氟醚(HFE)的溫室效應影 響較小，對臭氧層無破壞，但通常具有較高的介電常數，和印制線路板微帶線或連接件直接接觸時對信號傳輸影響較大。全氟碳化合物(PFC) 包含全氟烷烴、全氟胺、全氟聚醚(PFPE)等類型，在沸點和介電常數方面的特性較為適合半導體設備冷卻場景，但也有溫室效應影響。
圖3.氟化液的發展歷程 六氟丙烯三聚體的主要用途是氟溶劑、清洗劑，具有安全環保、高電絕緣性能、低介電常數、不可燃以及較好的傳熱性能，因此近年來常備被報道用作含氟傳熱流體，可用作浸沒式電子冷卻液。六氟丙烯三聚體相較于全氟聚醚以及氫氟醚等氟化液最大的優點是價格便宜，但六氟丙烯三聚體在一定溫度下連續運行較長時間會出現反酸現場，腐蝕應用環境中的含硅材質的材料，這種反酸現象可以通過添加一定量的氫氟 環戊烷來緩解，因此可用于液冷的六氟丙烯三聚體氟化液生產技術及配方等對廠商的要求較高。 目前國內生產六氟丙烯三聚體的企業主要有新宙邦、浙江諾亞氟化工等，永和股份在其擬投資建設的1萬噸/年全氟己酮項目中也可副產六氟丙烯三聚體，應用于冷卻液領域。
圖4.全氟己酮及副產六氟丙烯三聚體氟化液生產工藝示意圖 04 ICELOONG系列產品，創新與品質的完美結合 1：ICELOONG 2100A雙相電子冷卻劑 ICELOONG?2100 電子氟化液是一種無色、透明、不可燃的全氟碳化合物，具有優異的電絕緣性和熱傳導性較好的化學惰性和熱穩定性，良好的材料兼容性及流動性，能廣泛應用于各種溫控散熱系統中，尤其適用于數據中心、超算中心服務器的雙相變浸沒式液冷系統。ICELOONG?2100 作為新型冷卻液，低毒性，低GWP值，是一種環境友好型產品，有望使液冷成為未來主流的數據中心冷卻系統。
2：ICELOONG 3123A單相電子冷卻劑ICELOONG?3123電子氟化液是一種無色、透明、不可燃的全氟碳化合物，具有優異的電絕緣性和熱傳導性理想的化學惰性和熱穩定性，良好的材料兼容性及流動性，能廣泛應用于各種溫控散熱系統。尤其適用于數據中心、超算中心服務器、儲能電站鋰電池和5G基站通信設備的單相浸沒式液冷系統。ICELOONG?3123作為新型冷卻液，低毒性，GWP 值<150，是一種環境友好型產品，有望使液冷成為未來主流的數據中心冷卻系統。
05 關于2100、3123的優點 1.導熱性高導熱性能的電子液體是超算中心、數據中心服務器冷卻等高溫應用的理想選擇。在高性能計算和大數據處理中，2100和3123能夠有效降低設備溫度，提高設備穩定性和壽命。關鍵技術指標：汽化潛熱、導熱系數、比熱、運動黏度
2.安全性安全性高的電子液體減少了在電子設備制造和使用過程中的安全風險，如消防隱患、電路短路、容器破裂等。在需要高安全性的工業應用中，如儲能電站鋰電池、半導體制造設備，2100和3123為冷卻解決方案提供了可靠的消防安全性和絕緣性。關鍵技術指標：閃點、燃點、飽和蒸汽壓、介電常數、介電強度、體積電阻率。
3.環保性環保的電子液體有助于電子行業實現綠色制造和可持續發展目標。 在全球范圍內，環保法規越來越嚴格，2100和3123的使用有助于電子企業遵守相關法規，減少環境責任。關鍵指標：GWP值、ODP值
4.穩定性高穩定性、化學惰性強的電子液體在極端溫度條件下也能可靠地工作，適用于各種環境，同時不腐蝕設備。在需要長期穩定運行的設備中，如服務器和通信設備，2100和3123提供了良好的材料兼容性，如塑料類（PET，PE,PI等）、橡膠類（MVQ，海伯倫，TPE等）、金屬類（純鋁，純銅，黃銅等）、電子元器件類（繼電器，電感，LED等）物質等。 |
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