专利名称：制冷设备和蒸发器的制作方法
制冷设备和蒸发器本发明涉及一种制冷设备，特别是家用设备，其具有内部空间和蒸发器。当所述蒸 发器被供应制冷剂时，这种蒸发器的表面的温度达到远低于o°c。制冷设备内部空间中的空 气中的水分因此会冷凝和冻结在蒸发器的表面上。这会导致蒸发器的表面上形成冰层，该 冰层需要定期融化去除。在冷冻设备的情况下，冰层还常常从蒸发器盘管扩展到侧壁和内 部器具例如冷冻物品抽屉和中间搁板上，并且只能通过对整个制冷设备进行除霜才能从其 去除。对于那些所谓的无霜制冷设备，蒸发器被布置在与内部空间分开的蒸发器容室 中。布置在所述蒸发器容室中的风扇借助于空气通道将冷却的干燥空气输送到用于冷冻物 品的容室(内部空间)中。空气中的水分和异味物质冷凝在蒸发器上并且在此形成霜层或 冰层。除霜定时器以特定的时间间隔将风扇关闭，并且接通附连于蒸发器的加热器。蒸发 器因此而被除霜，而冷冻物品不被融化。除霜加热器，以及风扇的长期运转，意味着这样的 设备的能耗远高于标准制冷设备。设有厌水型涂层的用于制冷设备的蒸发器可从WO 03/106902得知。这样的涂层 用于延迟最初冰晶在无冰蒸发器上的形成，从而延长除霜操作之后直到蒸发器上再次结冰 的时间。然而，一旦冰层已经存在，厌水型涂层就不能防止或减缓进一步结冰。WO 2008/025538描述了一种已知的防垢涂层，其被模制在鲨皮呢上并且防止例如 船壳上附着甲壳动物。该涂层包括弹性的表面和微结构。该文献描述了当甲壳动物长到太大时，就会从 涂层上脱落。有关采用这种涂层的其它领域包括例如牛奶加工、酿造和造纸，在此希望防止 有机沉积物的形成。然而，相关的文献没有给出任何提示来利用期望的涂层减少冰的附着。本发明的目的是提出一种制冷设备和用于制冷设备的蒸发器，其中，冰在蒸发器 和内部空间其它表面上的生长或冰的附着可被减少或防止。这一目的可以这样实现，即蒸发器的至少一个区段设有微结构表面，其减少冰在 表面上的生长和/或冰的附着。蒸发器优选被构造为翅片式蒸发器。本发明中已经确认WO 2008/025538的原理不但适用于有机沉积物，而且还非常 适合于防止冰在制冷设备内部空间中的蒸发器上生长。表面的微结构化意味着，当冰变得 太大时，其将从蒸发器或微结构表面脱落。这使得制冷设备能够以更高能量效率实现，因为 除霜周期不再需要，或是其频率可降低。本发明在无霜设备中特别有益，因为冰的生长局限 于蒸发器处。如果所述蒸发器设有本发明的微结构表面，能够可选地完全取消除霜周期。蒸 发器因此优选在内部空间外侧布置在与内部空间分开的蒸发器容室中，所述蒸发器容室借 助于空气通道被连接至内部空间。WO 2008/025538的全部公开内容因此而并入本申请中。微结构化优选由表面中的隆起部和凹陷部形成，它们可以具有高度为l_2mm，彼此 之间距离最高达l_2mm。隆起部和凹陷部可以以规则或不规则方式形成；在不规则分布的 情况下，微结构化还可以由粗糙化结构形成，粗糙化结构的粗糙度Ra可最高达1mm。或者， 微结构化的以深度(峰谷高度)表示的平均表面粗糙度Rz优选为大约20 μ m至2mm。蒸发器的区段特别优选具有微结构表面，因为最严重的结冰发生在蒸发器上。然而，还有利的是，特别是如果蒸发器布置在内部空间内，可以为内部空间的其它表面，至少 是在某些区段，设置本发明的微结构表面，以使得这些地方的结冰也能减少，或者使得，一 旦冰粒达到某个尺寸，所形成的冰就自己脱落，或通过轻敲而脱落，不需要除霜。在冰箱具 有冷壁蒸发器例如后壁蒸发器的情况下，例如，内部空间的壁的至少一个区段(其后布置 着蒸发器)设有这样的表面。此外，内部空间中的器具例如冷冻物品抽屉和制冷设备的内 部壁，可以有利地设有这样的微结构表面，以使得可能形成在其上的任何冰层能够容易地 去除。特别优选地，组合在制冷设备中的制冰机的抽屉和内部壁设有本发明的微结构表面。制冷设备优选为家用设备，特别是冰箱、制冷设备或组合冷冻/制冷设备。微结构表面特别优选分布在涂层中，该图层施加于蒸发器或内部空间的壁/器具 上。这使得微结构化的隆起部和凹陷部有利地由涂层材料形成，这可以额外地获得附加优 点，例如能够产生低表面能。根据一个优选实施方式，微结构表面还是弹性或柔性的。表面的弹性使得其上生 长的冰层可被更容易地去除或脱落，在一些情况下借助于冰层自身。微结构表面的弹性模 量优选为大约0.01-lkN/mm2。微结构化优选由表面上的隆起部和凹陷部形成，隆起部是可弹性变形的或能够以 弹性方式相对于彼此偏移。为实现这一点，隆起部的材料可以是相应地弹性的，具有例如 肖氏硬度A 30-40。或者，隆起部也可以由引入柔性材料中的微粒形成，微粒能在柔性材料 中以弹性方式相对于彼此偏移。隆起部的尖端优选能够相对于彼此偏移最高达大约20至 100 μ m。这使得当各冰粒生长到抵靠于其它冰粒时，冰粒的生长产生了重力效应。这会导 致一个或两个冰粒脱离微结构表面并且脱落。微结构表面还优选具有低表面能，以使得其只能被冷凝水润湿到较低程度。这意 味着冰形成缓慢生长的冰粒，由于本发明的微结构表面，所述冰粒在变得太重或抵靠于相 邻冰粒时，就会脱落。微结构表面的表面能优选低于0. 04焦耳/m2，优选低于0. 03焦耳/ m2，特别优选为0. 020-0. 025焦耳/m2。微结构表面还优选为厌水型的，以使得附着在其上的冰和水尽可能少，并且表面 因此而尽可能低程度地被润湿。厌水型特性优选这样实现，即表面或涂层由材料例如聚合 物等形成。微结构表面优选由隆起部和凹陷部形成，它们以规则或不规则的模式分布。在不 规则模式的情况下，隆起部和凹陷部还能够采取宏观粗糙度的形式，其平均粗糙度民优选 为 50-500 μ m。规则模式的例子有例如螺纹状、豆荚状、肋状、凹槽状、沟槽状或格子状结构。这 里，隆起部可被构造为长的肋，具有三角形、矩形、梯形或楔形横截面。凹陷部则以长肋之间 的凹槽形式构成。这样的长肋还能以格子形式彼此交叉，或者布置成联锁的圆形。或者，隆 起部还可以被构造为圆柱形或圆锥形尖端，它们从表面突出，就像彼此隔离的山头。楔形隆 起部一般比钝的隆起部更优选，因为这样的话冰会开始形成在隆起部的尖端，此处的有效 接触面以及冰和表面之间的连接力尽可能地小。隆起部优选平均高度为10至800 μ m,更优选30至500 μ m,最优选100至300 μ m。
隆起部既可以具有彼此不同的高度，也可以具有规则模式即分别具有相同高度。在每种情 况下，所述高度是从凹陷部的底部开始测量的隆起部高度。
5
相邻隆起部之间的平均距离优选为大约10至800 μ m，更优选30至500 μ m，特别 优选100至300 μ m。当采用不规则模式时该距离可在微结构表面内显著变化，或者，该距离 可以基本上恒定。如果微结构表面以涂层的形式施加，则涂层的材料优选具有硬度低于肖氏硬度A 50，优选低于肖氏硬度A 40，特别优选为肖氏硬度A观至35。材料的硬度与材料期望的弹 性相关。在只需要低度的弹性时，可选择更硬的材料。涂层中优选包含聚合物材料或由聚合物制成。适宜聚合物的例子在WO 2008/025538的第12页第23至32行给出，它们以引用方式并入本申请。聚合物中还可以 包含适宜的添加剂和稀释剂，如WO 2008/025538中的例子中所描述的。涂层特别中优选包含聚二甲基硅氧烷(硅酮)。硅酮是优选的，因为其能提供低 表面能，是厌水型的，并且能以显著不同的硬度制造。其还是生物学惰性的，并且因此而能 够接触食物。例如，来自 Wacker-Chemie GmbH 型号为 ELASTOSIL M4601 和 ELASTOSIL M4641的硅酮可被用于制造涂层。借助于适宜的稀释剂，粘度可被改变。制造具有本发明特性的涂层详细描述于WO 2008/025538的第20至沈页，该文献 的公开内容被并入本申请中。简而言之，下面类型的制造过程是可行的涂层被浇注到具有期望表面结构的模具中。这能够借助于下述步骤实现(a)提供模具，其具有水平排列的微结构表面；(b)将可浇注聚合物注入模具中；(c)在模具中硬化聚合物；(d)将硬化了的聚合物带着其微结构表面从模具取出。现在，该涂层可被施加于制冷设备内部空间的选定区段或施加于蒸发器上。或者，微结构表面也可以直接施加于制冷设备内部空间的区段。为此，该区段首 先用底漆预处理，然后将高粘度硅酮施加于该区段。然后，具有微结构表面的基材(倒模) 被按压到高粘度硅酮上，以在其中产生微结构表面印痕。基材被去除，并且硅酮的固化被完 成，从而使其硬化。也可以采用具有相应微结构表面的辊子，以取代平坦基材，所述辊子然 后在仍具有高粘度的硅酮材料上滚动。根据一个优选实施方式，涂层材料中包含微粒。这些微粒的平均直径可以为例如 0.5至1000 μ m，优选4至300 μ m，特别优选40至150 μ m。微粒可以主要具有两个不同功 能一方面，可以利用微粒至少在局部形成结构化表面。这样，就不需要利用带有微结 构表面的模具或基材来加工硅酮涂层了。相反，涂层优选根据下述步骤制成(a)提供液体聚合物，优选为硅油；(b)添加微粒；(c)将液体聚合物施加于蒸发器的区段或制冷设备内部空间的壁/器具；和(d)在该区段上硬化聚合物。微粒从表面略微突出，从而形成微结构表面。由于围绕它们的聚合物的粘性，它们 还能相对于彼此偏移。这确保了微结构表面防止冰的附着的功能。另一方面，微粒可以用作用于结冰的冷凝冰核粒子。这一点的益处在于，冰只在微 结构表面上生长，在其上形成的冰粒不易附着，并且冰粒容易自己从其剥落或脱落。特别优选采用金属销，以取代微粒，所述金属销被连接至下面的结构，特别是下面的蒸发器管。金 属销将冷凝热排放到蒸发器。微粒可以是圆形、长条形(以销的方式)或不规则形状的。微粒可以是玻璃颗粒、 金属粉或任何其它颗粒。颗粒的材料优选为生物学惰性的，并且因此而能安全地用于制冷 设备中。制冷设备的蒸发器优选具有用于制冷剂的管件和以导热方式连接着管件的换热 面，例如以翅片或线材的形式构成。换热面的至少一个区段优选设有本发明的微结构表面。 蒸发器的管件也优选地至少在局部设有微结构表面。制冷设备特别优选为无霜设备，其中，内部空间被分为冷冻物品区域和蒸发器区 域，其中蒸发器和优选的风扇被布置在蒸发器区域中。蒸发器区域优选具有出口，用于将冰 从蒸发器区域排出。该出口对于去除由于微结构表面或涂层而从蒸发器脱落的冰来说是必 需的。为此，蒸发器区域例如可以具有倾斜基部，冰可以在重力作用下沿着该基部滑动到出本发明涉及一种用于制冷设备的蒸发器，其具有用于制冷剂的管件和以导热方式 连接着管件的换热面。管件和/或换热面至少在局部设有本发明的微结构表面。最后，本发明还涉及具有本发明的微结构表面的涂层的用途，其用于减少制冷设 备中结冰和/或冰的附着。下面将参照附图基于示例性实施方式更详细地描述本发明，在附图中
图1示出了一种制冷设备的透视图；图2示出了蒸发器的示意图；图3示出了穿过根据本发明第一实施方式的涂层所作的放大剖视图；图4示出了穿过根据本发明第二实施方式的涂层所作的放大剖视图；图5示出了穿过根据本发明第三实施方式的涂层所作的放大剖视图；图6示出了穿过根据本发明第四实施方式的本发明的涂层所作的放大剖视图。图1示出了一种制冷设备1，其门4被打开，以使得内部空间或冷冻物品容室2可 被示意性表示出来。与冰箱和冷冻设备中的通常情况一样，内部空间2由塑料制内壳体3 限定。内部空间2的后壁标记为5。在上部区域中，区域6被与冷冻物品容室2分开。这是 为了将示例性蒸发器容室呈现为无霜设备。蒸发器为此容置于区域6中，风扇将冷冻空气 从蒸发器容室6循环到冷冻物品容室2中。冷冻物品抽屉25和中间搁板M也被示出，作 为制冷设备的内部器具的例子。根据本发明，制冷设备1的下述区域可被完全或局部设置创造性的微结构表面 蒸发器，蒸发器容室6的内壁(不可见)，冷冻物品容室2的内壳体3，内部空间2的后壁5 和其它壁，以及内部器具例如冷冻物品抽屉25和中间搁板24。这可以特别通过施加前面描 述过的涂层而实现。图2示出了蒸发器7，其可被提供在例如蒸发器容室6中或制冷设备1的后壁5后 面。蒸发器7具有用于制冷剂的管件8，其以盘管型线路的形式延伸。线材或翅片9布置在 各盘管部分之间，被以导热方式连接至管件8。翅片或线材9因此形成换热面。管件8和/ 或换热面9可以设有本发明的微结构表面，特别是带有相应的涂层。下面参照图3更详细地描述微结构表面的防附着机构。图中示出了本发明的涂层
712，其由例如硅酮构成，并且限定出微结构表面13。其由具有三角形横截面的长的肋状隆起 部10构成。槽状凹陷部11构成在每两个隆起部10之间。已经形成在微结构表面13上的 两粒冰被标记为14。涂层12的低表面能意味着冰粒只润湿隆起部10的尖端，而不到达凹 陷部11的低洼部中。两个冰粒14的生长意味着它们沿两个箭头所示方向向彼此施加力，引起肋状隆 起部10被偏移且冰粒14掉落。当长时间后因冰层的周期性生长或收缩而引起冰层和下面的蒸发器之间建立起 应力时，类似的机构会起作用。对于传统设备，这样的应力会引起冰层的突然迁移以及因此 而导致不良的破裂声音。然而，利用本发明，这样的突然迁移是理想的，因为其能够导致冰 层从微结构表面13的隆起部10脱落。图4至6示出了微结构表面13的其它实施方式。图4中的涂层12的表面例如可 通过在具有豆荚状隆起部的模具中浇注而制成。这会产生变尖的隆起部16，在隆起部之间 具有豆荚状凹陷部17。隆起部16可被构造成彼此隔离的尖峰或被构造成梳齿状。图5示出了一种不规则型表面构造，也被称作宏观粗糙度。这里，表面设有隆起部 18和凹陷部19，它们具有不规则高度，以不规则间距分布。然而，这样的表面可以利用平均 粗糙度Ra和其它标准参数来表征。这样的粗糙度可以这样产生，即对相应构造处的基材进 行压印，或对涂层表面进行喷砂。图6示出了另一优选代表性实施方式的一个例子，其中，微结构表面13的隆起部 不是由涂层12的聚合物材料形成，而是由微粒20形成。在所示的例子中，这些微粒20被 构造为销或针，其长度为大约100-120 μ m，且随机分布在聚合物层12中。在某些点处，它们 突出到表面上方，从而形成隆起部，以用作结冰用冰核粒子。微粒20也弹性地埋入涂层12 中，并且因此而能够彼此相对略微偏移，从而减少冰向结构化表面13的附着。图7示出了另一代表性实施方式，其中，金属销21被松弛地支撑在涂层12中，但 以固定的方式连接着下面蒸发器的管件。销21优选由金属制成，并且因此而能高效地将结 冰过程中产生的冷凝热传导至蒸发器。图7中的构造能够这样形成，即通过将平滑的层12 按压到蒸发器的管件上或围绕其缠绕，管件已经设有销21。销21会因此穿透聚合物层12。
权利要求
1.一种制冷设备(1)，特别是家用制冷设备，具有内部空间(2)和蒸发器(7)，其特征在 于，蒸发器(7)的至少一个区段限定出微结构表面(13)，所述微结构表面减少在该表面上 冰的生长和/或冰的附着。
2.根据权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，所述蒸发器(7)被构造为翅片式蒸发器。
3.根据权利要求1或2所述的制冷设备，其特征在于，所述蒸发器(7)在内部空间(2) 外布置在与内部空间(2)分开的蒸发器容室(6)中，所述蒸发器容室(6)借助于空气通道 被连接至内部空间(2)。
4.根据权利要求1或2所述的制冷设备，其特征在于，所述蒸发器(7)被布置在内部空 间(2)内，并且内部空间(2)的壁(5)和/或内部空间(2)中的器具(24，25)的至少一个 区段设有所述微结构表面(13)。
5.根据权利要求4所述的制冷设备，其特征在于，所述蒸发器(7)被构造为冷壁蒸发 器，并且，内部空间(2)的壁(5)的至少一个区段设有所述微结构表面(13)，在壁的所述至 少一个区段后面布置着蒸发器(7)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述蒸发器(7)和/ 或壁(5)和/或内部空间中的器具的至少一个区段设有涂层(12)，所述涂层具有所述微结 构表面(13)。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述微结构表面 (13)是弹性的。
8.根据前面权利要求中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述微结构表面(13) 具有隆起部(10，16，18，21)和凹陷部(11，17，19)，所述隆起部是弹性可变形的或者能够以 弹性方式相对于彼此偏移。
9.根据前面权利要求中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述微结构表面(13) 具有低表面能。
10.根据前面权利要求中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述微结构表面 (13)是厌水型的。
11.根据前面权利要求中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述微结构表面 (13)由隆起部和凹陷部构成，所述隆起部(10，16，18，21)和凹陷部以规则或不规则的模式 分布。
12.根据前面权利要求中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述微结构表面 (13)设有螺纹状、豆荚状、肋状、凹槽状、沟槽状或格子状结构。
13.根据前面权利要求中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述隆起部(10，16， 18，21)的平均高度为10至800 μ m，和/或彼此之间平均距离为10至800 μ m。
14.根据权利要求6至13中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述涂层(12)的 材料的硬度低于肖氏硬度A 50。
15.根据权利要求至6至14中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述涂层(12) 中包含聚合物材料。
16.根据权利要求15所述的制冷设备，其特征在于，所述聚合物材料是聚二甲基硅氧烷。
17.根据权利要求6至16中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述涂层(12)的 材料中包含微粒(20)。
18.根据前面权利要求中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，所述微结构表面 (13)具有用于结冰的冰核粒子(20，21)。
19.根据前面权利要求中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，蒸发器(7)具有用于 制冷剂的管件(8)和以导热方式连接着所述管件的换热面(9)，其中，所述换热面(9)至少 在局部具有前面权利要求中的任一项中限定的微结构表面(13)。
20.根据前面权利要求中的任一项所述的制冷设备，其特征在于，蒸发器(7)具有用于 制冷剂的管件(8)和以导热方式连接着所述管件的换热面(9)，其中，所述管件(8)至少在 局部具有前面权利要求中的任一项中限定的微结构表面(13)。
21.根据权利要求3所述的制冷设备，其特征在于，蒸发器容室(6)具有用于将冰从蒸 发器区域排出的出口。
22.一种用于制冷设备(1)的蒸发器(7)，具有用于制冷剂的管件(8)和以导热方式连 接着所述管件的换热面(9)，其特征在于，所述管件(8)和/或换热面(9)至少在局部具有 前面权利要求中的任一项中限定的微结构表面(13)，所述微结构表面减少在该表面上冰的 生长和/或冰的附着。
23.具有在权利要求2至18中的任一项中限定的微结构表面(13)的涂层(12)的用 途，所述涂层用于减少制冷设备中的结冰和/或冰的附着。
全文摘要
本发明涉及一种制冷设备(1)，其包括内部空间(2)和安置在其中的蒸发器(7)。蒸发器和/或内部空间(2)中的器具(24，25)的至少一个区段具有微结构表面(13)，所述微结构表面包括隆起部(10)和凹陷部(11)，以减少冰(14)在该表面上的生长和/或附着。优选地，微结构表面(13)设有由厌水型的低表面能材料构成的涂层(12)。本发明还涉及设有所述微结构表面(13)的蒸发器(7)。
文档编号F25D21/04GK102124287SQ200980132082
公开日2011年7月13日 申请日期2009年8月4日 优先权日2008年8月22日
发明者J·施特尔策 申请人:Bsh博世和西门子家用器具有限公司