就電熱水器產(chǎn)品而言，盡管后來出現(xiàn)了即熱式、速熱式等新型電熱水器產(chǎn)品，但儲(chǔ)水式電熱水器依然是目前市面上的主流電熱水器款式。然而，傳統(tǒng)儲(chǔ)水式電熱水器由于內(nèi)膽體積的限制，無法實(shí)現(xiàn)熱水量大、水質(zhì)鮮活的需求。

為了解決這一行業(yè)難題，美的基于無機(jī)水合鹽體系的相變儲(chǔ)能材料，從機(jī)理出發(fā)對(duì)相變材料和相變熱系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新研究和優(yōu)化改造，從而順利將熱能存儲(chǔ)于相變材料中，不僅創(chuàng)新性地解決了儲(chǔ)水式熱水器體積大、安裝不美觀的痛點(diǎn)，更解決了困擾消費(fèi)者許久的“內(nèi)膽死水”問題。

“傳統(tǒng)熱水器是通過水膽進(jìn)行儲(chǔ)能，采用的是一種顯熱儲(chǔ)熱的方式，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入瓶頸期，如果想要徹底解決電熱水器體積大、有死水的痛點(diǎn)，就必須跳出這個(gè)框架，所以我們選擇用另外一種儲(chǔ)熱形式，即潛熱儲(chǔ)熱，也稱為相變儲(chǔ)熱�！泵赖你逶�場(chǎng)景蓄熱換熱創(chuàng)新技術(shù)項(xiàng)目工程師呂晟東在接受艾肯家電網(wǎng)采訪時(shí)表示，基于相變儲(chǔ)熱原理的研究與應(yīng)用，美的徹底顛覆了傳統(tǒng)熱水器的架構(gòu)，構(gòu)建了全新的品類。

大膽設(shè)想，顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知理念

傳統(tǒng)儲(chǔ)水式電熱水器的原理是利用加熱元件將水加熱并儲(chǔ)存在水箱中，待使用時(shí)再從水箱中放出熱水使用。這意味著，如果想要蓄更多的熱水量，就需要更大的體積，對(duì)于小面積的衛(wèi)生間來說，熱水器體積過大不僅會(huì)顯得空間更為擁擠，而且也不美觀。

對(duì)此，美的工程師團(tuán)隊(duì)提出大膽設(shè)想——是否能找到一種新型的、儲(chǔ)熱密度更高的材料來代替水把熱量?jī)?chǔ)存下來，這樣一來，既可以把熱水器的體積做得很小，同時(shí)內(nèi)膽里面不需要儲(chǔ)水了，也就不會(huì)有藏污納垢的現(xiàn)象出現(xiàn)。“正是基于這樣一種想法，我們想到了相變材料。”

所謂相變材料，是指隨溫度變化而改變物質(zhì)狀態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)，轉(zhuǎn)變物理性質(zhì)的過程稱為相變過程，過程中相變材料將吸收或釋放大量的潛熱。通俗地說，水和冰的轉(zhuǎn)換是一個(gè)最典型的相變過程的例子，當(dāng)溫度低至0℃時(shí)，水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)(結(jié)冰)；當(dāng)溫度高于0℃時(shí)水由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)(溶解)。在結(jié)冰過程中吸入并儲(chǔ)存了大量的冷能量，而在溶解過程中吸收大量的熱能量。

“物質(zhì)從一種狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變成另一狀態(tài)，瞬間會(huì)釋放出很多的能量，我們利用的就是這部分能量。簡(jiǎn)單來說就是，我們?cè)跓崴�器箱體中放入一個(gè)換熱器，換熱器之間填充了相變材料，水經(jīng)過這個(gè)換熱器，就可以和相變材料之間進(jìn)行充分換熱，把相變材料里面的熱量換到水中，從而把水溫升高�！眳侮蓶|表示，相變材料在室溫下的儲(chǔ)能密度是水的兩倍多，因此使體積相較于傳統(tǒng)的熱水器減少了45%以上，同時(shí)做到了儲(chǔ)熱不儲(chǔ)水，從而可以為用戶帶來鮮活水的沐浴體驗(yàn)。

小心求證，不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題

呂晟東坦言，盡管關(guān)于相變材料的應(yīng)用已經(jīng)滲透到航天、建筑、蓄熱供暖、冷鏈運(yùn)輸?shù)榷鄠�(gè)領(lǐng)域，但是相變材料仍處于創(chuàng)新初級(jí)階段，把它應(yīng)用到家用電器產(chǎn)品上，還存在諸多難點(diǎn)。“從相變熱水器構(gòu)架的提出到第一代產(chǎn)品的落地，我們用了整整6年時(shí)間，其中，關(guān)于相變材料的自研用了2年時(shí)間，換熱器的迭代仿真用了4-5年時(shí)間�！�

據(jù)了解，相變材料的溫度范圍非常廣泛，在-100°C至900多度范圍內(nèi)，它的體系也非常的豐富，可分為有機(jī)和無機(jī)相變材料，其中有機(jī)類又可以分成很多種，無機(jī)類也可以分成很多種。因此，選擇一款合適的相變材料并不容易。再加上，相變材料本身還存在過冷、相分離和導(dǎo)熱系數(shù)較小、易老化等缺點(diǎn)，這無疑又給這項(xiàng)技術(shù)研究增加了難度。

“一開始我們打算使用外部相變材料，經(jīng)過多方驗(yàn)證選擇了一款，但后來發(fā)現(xiàn)這款材料不論是從價(jià)格還是性能，包括從用戶體驗(yàn)的角度都不是很好，而且也不利于后期產(chǎn)品的迭代升級(jí)，于是我們就用了兩年時(shí)間研發(fā)了一款自己的相變材料。”

材料的問題解決了，接下來就是換熱器的研發(fā)。在換熱器的仿真研究過程中，美的研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)仿固液轉(zhuǎn)變過程中難以用數(shù)學(xué)進(jìn)行描述，傳統(tǒng)的仿真方法失靈了。為了解決這個(gè)問題，美的電熱技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美的中央研究院的相關(guān)熱力學(xué)專家博士，自建了一套全新的仿真系統(tǒng)和仿真模型。

仿真測(cè)試是新技術(shù)研發(fā)必不可少的環(huán)節(jié)，尤其是涉及到家電產(chǎn)品的研發(fā)，因?yàn)橐�保證產(chǎn)品10年的使用壽命�！跋胍�保證產(chǎn)品10年壽命，我們估算了下需要讓這個(gè)材料循環(huán)6000次以上，如果用傳統(tǒng)的方式去測(cè)試可能需要一年左右時(shí)間，為了縮短這個(gè)進(jìn)程，我們又自建了一套測(cè)試壽命的系統(tǒng)，將整個(gè)測(cè)試周期縮短到一個(gè)月以內(nèi)�！�

對(duì)于呂晟東和他的團(tuán)隊(duì)來說，做科研，就是不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程�！霸趯�(shí)驗(yàn)過程中總會(huì)有新奇的現(xiàn)象出現(xiàn)，無法用原有的理論去解釋現(xiàn)象，往往需要用新的測(cè)試方法來揭示現(xiàn)象，這個(gè)過程中會(huì)帶給我們新鮮感的沖擊�！�

成果落地，從“實(shí)驗(yàn)室”走向“生產(chǎn)線”

經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，美的研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功解決了相變材料的過冷度、腐蝕性、循環(huán)穩(wěn)定性等問題，包括導(dǎo)熱率比較低的問題，也通過換熱器的方式有效解決了。本以為難題都已經(jīng)解決了，接下來一切都會(huì)很順利。讓呂晟東沒想到的是，在實(shí)驗(yàn)室做過效果很好的試驗(yàn)，到了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀況卻遠(yuǎn)非設(shè)想的狀態(tài)，總有一些不盡人意的“意外”出現(xiàn)。

“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室做測(cè)試，由于原料的用量少，所以預(yù)處理可以做得很精細(xì)，但是到了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，加工量大，導(dǎo)致所投物料的相對(duì)比例會(huì)有所差異。”呂晟東表示，從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到工藝生產(chǎn)的過程并不是簡(jiǎn)單的放大�！俺�了原料用量的問題，還有人的因素，生產(chǎn)線操作員工對(duì)整個(gè)流程不會(huì)像實(shí)驗(yàn)室工程技術(shù)人員那樣熟悉�！�

呂晟東向艾肯家電網(wǎng)透露，為了讓產(chǎn)品能夠順利生產(chǎn)，研發(fā)人員頻繁地往返于美的總部與蕪湖工廠之間。一方面，將研發(fā)過程中試驗(yàn)與生產(chǎn)結(jié)果的差異因素進(jìn)行分析，對(duì)工藝參數(shù)、配方等進(jìn)行多輪的調(diào)整與調(diào)試，另一方面，考慮到生產(chǎn)線操作人員沒有相關(guān)工藝調(diào)控的經(jīng)驗(yàn)，為他們制定了操作作業(yè)指導(dǎo)書，并且進(jìn)行相關(guān)人員的培訓(xùn)。

正是憑借著自主創(chuàng)新的勇氣與堅(jiān)持不懈的研發(fā)毅力，美的廚熱形成了一系列行業(yè)領(lǐng)先的專利和專有技術(shù)成果。數(shù)據(jù)顯示，僅今年以來美的廚熱就實(shí)現(xiàn)累計(jì)11項(xiàng)創(chuàng)新項(xiàng)目，其中有多個(gè)項(xiàng)目達(dá)到“國際領(lǐng)先”水平，而呂晟東和他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“基于沐浴場(chǎng)景的恒溫長(zhǎng)效蓄熱復(fù)合材料和高性能換熱系統(tǒng)研究及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”就是其中之一。

呂晟東表示，相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用前景非常廣闊，未來美的還將進(jìn)一步對(duì)相變材料的應(yīng)用展開深入研究。值得一提的是，目前美的家用空調(diào)以及樓宇事業(yè)部已經(jīng)成立了高密度相變蓄冷蓄熱戰(zhàn)略項(xiàng)目，相信不久就會(huì)為消費(fèi)者帶來突破性、實(shí)用性的產(chǎn)品和技術(shù)。