專利名稱：熱交換層壓板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在熱交換單元中用作熱交換部件的熱交換層壓 斧反。本發(fā)明還涉. 交換單元和打印系統(tǒng)(
背景技術(shù)：
通過(guò)US 6,089,703已知用于打印系統(tǒng)的熱交換部件。該噴墨打印 機(jī)使用輥將熱能從系統(tǒng)中的第 一位置傳遞至第二位置。在第 一位置 處，夾持裝置由輥和另外的部件形成，并且熱能從打印介質(zhì)供給到輥。 該輥形成在第二位置處的第二夾持裝置，在該第二位置，旋轉(zhuǎn)的輥在 打印介質(zhì)通過(guò)第二夾持裝置期間將其熱量供給到紙張。
這種熱交換部件的缺點(diǎn)是熱交換效率較低，這是因?yàn)橄鄬?duì)長(zhǎng)的軌 道，所以熱能在從其被供給直到其轉(zhuǎn)移到接收打印介質(zhì)的時(shí)間上傳 遞。熱交換效率由進(jìn)入熱交換系統(tǒng)的熱能除以供給到接收器的熱能的 量的分?jǐn)?shù)所確定。在熱能傳遞期間，大量的能量被耗散。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高熱交換部件的熱交換效率。為此，提供在熱 交換單元中用作熱交換部件的熱交換層壓板，其包括大致平面延伸的 基層，所述基層雙側(cè)涂有導(dǎo)電的非金屬接觸層。作為熱交換層壓板的 一部分的平面基層導(dǎo)致與熱能供給介質(zhì)或熱能接收介質(zhì)的有效接觸。
尤其，諸如打印介質(zhì)片的平坦介質(zhì)在#:作中通常沿?zé)峤粨Q層壓板在平
坦輸送通道中輸送?；鶎訕?gòu)造為使得其具有足夠的強(qiáng)度和期望的硬 度，以便在熱交換單元中有效地作用?；鶎悠矫嬷械奶匦砸约捌矫嬷?外的特性可根據(jù)使用的熱能供給介質(zhì)和熱能接收介質(zhì)進(jìn)行選擇。能量供給介質(zhì)和能量接收介質(zhì)的表面不受熱交換層壓板的摩擦 或表面粗糙度的損傷。選擇具有接觸層的基層的雙側(cè)涂層使得熱交換 層壓板表面的摩擦和粗糙度最小，以便不損壞能量接收介質(zhì)和能量供 給介質(zhì)。相靠介質(zhì)并沿著介質(zhì)滑動(dòng)以交換熱能的介質(zhì)可包括相對(duì)高溫 的標(biāo)記材料。這意味著標(biāo)記材料在其沿著熱交換層壓板通過(guò)時(shí)可能十 分易受損壞。因此，熱交換層壓板的具有非常小的摩擦的光滑表面是 用于這種系統(tǒng)中的應(yīng)用的重要特性。
在基層的兩側(cè)上具有接觸層的基層的涂層是導(dǎo)電的。這減小在應(yīng) 用這樣的層壓板的系統(tǒng)中阻塞的危險(xiǎn)。阻塞是出現(xiàn)由輸送通道中的能 量接收介質(zhì)和能量供給介質(zhì)形成的障礙物。電絕緣頂表面可導(dǎo)致熱能 接收介質(zhì)和熱能供給介質(zhì)的靜電充電。靜電充電的介質(zhì)可例如粘附到 熱交換層壓板、粘附到輸送輥或粘附到其它能量接收介質(zhì)和能量供給 介質(zhì)。
還已知通過(guò)主動(dòng)熱能轉(zhuǎn)移將熱能從打印系統(tǒng)的第一部分傳遞至
另一部分，諸如公開(kāi)說(shuō)明書(shū)DE 28 11 835 Al所公開(kāi)的。本發(fā)明的優(yōu) 點(diǎn)是熱交換層壓板尤其適合于熱交換單元中的被動(dòng)使用。通過(guò)將熱交 換層壓板用作固定式熱交換部件，降低系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜性。
在根據(jù)本發(fā)明的熱交換層壓板的實(shí)施例中，導(dǎo)電的非金屬接觸層 是石墨薄片。石墨非常適合于用作接觸層，這是因?yàn)闆](méi)有通過(guò)介質(zhì)的 靜電充電。石墨接觸層此外非常光滑并引起與通過(guò)介質(zhì)的非常小的摩 擦。此外，石墨的導(dǎo)熱特性非常適合于用于熱交換層壓板中。
在根據(jù)本發(fā)明的熱交換層壓板的另一實(shí)施例中，基層是金屬片。 在熱交換層壓板的第 一側(cè)上供給的熱能應(yīng)有效地朝層壓板的接收側(cè) 傳遞，在接收側(cè)，熱能應(yīng)隨后供給到熱能接收材料。作為基層的金屬 片對(duì)于在熱交換層壓板的厚度上的有效熱交換具有正導(dǎo)熱特性。
在根據(jù)本發(fā)明的熱交換層壓板的又一實(shí)施例中，金屬片包括鐵鎳 合金，其包括大致35%的鎳。具有大致34-37%的鎳含量、優(yōu)選的 35-36%的鎳的鐵鎳合金具有相當(dāng)?shù)偷臒崤蛎浵禂?shù)。這尤其適用于面心立方晶體結(jié)構(gòu)的鐵鎳合金。熱交換層壓板中作為基層的該金屬合金的 使用導(dǎo)致熱穩(wěn)定基礎(chǔ)形式。由具有低的楊氏模量和/或低的熱膨脹系數(shù) 的材料構(gòu)成的基層減小由于熱交換層壓板上高的溫度梯度而褶皺的 危險(xiǎn)。尤其地，在具有交叉流動(dòng)的熱交換原理中，層壓板的一端(例如
靠近打印機(jī)的打印引擎(print engine)或熔合站的端)在操作中具有比另 一端(例如靠近紙盒和/或遞送站的端)高的溫度。此外，層壓板的一側(cè) (尤其為熱能接收介質(zhì)的輸送通道側(cè))比層壓板的相對(duì)側(cè)(尤其為熱能 供體的輸送通道側(cè))冷。因此，沿層壓板的厚度方向的以及在層壓板平 面中的較高的溫度梯度在操作中可導(dǎo)致層壓板的較大的熱膨脹梯度， 從而潛在地導(dǎo)致層壓板褶皺。
在根據(jù)本發(fā)明的熱交換層壓板的又一實(shí)施例中，基層具有小于 5-10-6m/nvK、優(yōu)選地小于2'10—6m/nvK的線性熱膨脹系數(shù)a。這導(dǎo)致層 壓板在暴露至大的熱梯度時(shí)低的褶皺危險(xiǎn)，并因此導(dǎo)致熱交換單元的 操作中較高的確定性。
現(xiàn)在將參考以下示例說(shuō)明本發(fā)明。


圖1是示出包括熱交換單元的打印系統(tǒng)的示意圖，該熱交換單元 包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱交換層壓板；
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱交換過(guò)程的示意意圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括可旋轉(zhuǎn)的引導(dǎo)部件的熱交換單元 的示意圖5A示出生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱交換層壓板的方法的示意
圖5B示出熱交換層壓板的示意性分解圖5C示出打印系統(tǒng)中的熱交換層壓板的示意性操作。
具體實(shí)施例方式
圖1示出包括熱交換單元的打印系統(tǒng)的示意圖，該熱交換單元包
括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱交換層壓板。在具有引擎2的打印系統(tǒng)1中， 紙張從供給源3饋送進(jìn)入、通過(guò)打印過(guò)程50進(jìn)行預(yù)處理和打印、并 饋送到取出區(qū)域，操作者能夠從該取出區(qū)域取出已打印的介質(zhì)。打印 系統(tǒng)l以圖像的方式將標(biāo)記材料遞送到打印介質(zhì)上。該圖像可經(jīng)由有 線或無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)連接(未示出)例如由計(jì)算機(jī)輸送或通過(guò)掃描儀7輸送。 掃描儀7掃描輸送到自動(dòng)供稿器6中的圖像并將數(shù)字化的圖像輸送到 打印控制器(未示出)。該控制器將數(shù)字圖像信息轉(zhuǎn)化為使得控制器能 夠?qū)?biāo)記單元進(jìn)行控制的控制信號(hào)，該標(biāo)記單元將標(biāo)記材料遞送到中 間部件上。已預(yù)熱的打印介質(zhì)沿中間部件饋送，圖像式標(biāo)記材料從該 中間部件轉(zhuǎn)印到打印介質(zhì)上。該標(biāo)記材料圖像在熔合步驟中在高壓和 高溫下熔合在打印介質(zhì)上。承載圖像的打印介質(zhì)在打印介質(zhì)輸送到取 出區(qū)域4之前冷卻至較低的溫度。用戶接口 5使得操作者能夠?qū)Υ蛴?作業(yè)特征和偏好進(jìn)行編程，諸如打印介質(zhì)、打印介質(zhì)取向和修整選項(xiàng) 的選擇。打印系統(tǒng)l具有諸如堆疊、騎式釘合(saddle stitching)和裝訂 的多個(gè)修整選項(xiàng)。當(dāng)選擇時(shí)，修整單元8執(zhí)行這些修整操作。對(duì)于本 領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，還可適用可能經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)中間部件的將 標(biāo)記材料的圖像轉(zhuǎn)印到打印介質(zhì)上的其它成像過(guò)程、例如電子照相、 磁記錄技術(shù)、噴墨和直接成像過(guò)程。從打印過(guò)程50遞送的打印介質(zhì) 11因?yàn)榇蛴∵^(guò)程50中的加熱和熔合步驟中的加熱而處于高溫。根據(jù) 本發(fā)明的熱交換單元將這些輸出的打印介質(zhì)的熱能用于在進(jìn)入打印 過(guò)程50之前必須預(yù)熱的冷介質(zhì)的預(yù)熱。輸出的已打印的介質(zhì)11輸送 通過(guò)熱交換單元20中的熱交換區(qū)。圖2示出該原理的示意圖。與供 給單元3分開(kāi)的打印介質(zhì)10沿箭頭X標(biāo)記的方向輸送到打印過(guò)程50。 打印介質(zhì)11的源于打印過(guò)程和熔合步驟的熱能通過(guò)熱中間換熱部件 13供給到冷打印介質(zhì)10。在使已打印的介質(zhì)11冷卻到標(biāo)記材料硬化 并因此不易于涂抹的可接受的溫度的同時(shí)，已打印的介質(zhì)11沿箭頭Y標(biāo)記的方向朝打印系統(tǒng)1的取出區(qū)域4輸送。
圖3是包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱交換層壓板的熱交換單元的示 意圖。打印介質(zhì)與供應(yīng)單元3分開(kāi)并沿箭頭I的方向饋送到熱交換單 元20的第一打印介質(zhì)輸送通道23中。到達(dá)熱交換單元的這種進(jìn)入由 傳感器25記錄。打印介質(zhì)移動(dòng)到夾持裝置21中，該夾持裝置21朝 夾持裝置22將打印介質(zhì)推動(dòng)通過(guò)第一打印介質(zhì)輸送通道23。夾持裝 置22沿箭頭II的方向從區(qū)域23朝打印過(guò)程(未示出)抽取打印介質(zhì)。 在打印過(guò)程內(nèi)，打印介質(zhì)由電預(yù)熱器(未示出)預(yù)熱，以便于在高溫高 壓下熔合到打印介質(zhì)中的標(biāo)記材料的圖像式應(yīng)用。標(biāo)記材料的應(yīng)用和 標(biāo)記材料到打印介質(zhì)上的熔合提高了打印介質(zhì)的溫度。于是，處于高 溫的打印介質(zhì)從打印過(guò)程排出并沿箭頭III的方向饋送到熱交換單元 的第二打印介質(zhì)輸送通道33中。夾持裝置31朝夾持裝置32推動(dòng)來(lái) 自打印過(guò)程的打印介質(zhì)。在處于高溫的打印介質(zhì)輸送通過(guò)第二打印介 質(zhì)輸送通道33時(shí)，第二打印介質(zhì)饋送到第一打印介質(zhì)輸送通道23中。 由于第 一打印介質(zhì)輸送通道23和第二打印介質(zhì)輸送通道33具有熱交 換接觸，所以第二打印介質(zhì)輸送通道中處于高溫的第 一打印介質(zhì)將其 熱能部分地供給到第一打印介質(zhì)輸送通道23中的第二打印介質(zhì)，該 第二打印介質(zhì)接收熱量并變熱。因?yàn)榈谝淮蛴〗橘|(zhì)將熱量供給到第二 打印介質(zhì)，所以打印過(guò)程的預(yù)加熱器能夠降低其熱消耗。
在沒(méi)有處于高溫的打印介質(zhì)的情況下，例如在系統(tǒng)啟動(dòng)或在打印 活動(dòng)中斷的情況下，加熱元件27可做出沒(méi)有額外的熱量的校正，只 要不可得到處于高溫的打印介質(zhì)。
為了改善第二打印介質(zhì)輸送通道33中處于高溫的打印介質(zhì)與第 一打印介質(zhì)輸送通道23中的冷介質(zhì)之間的熱能交換，擠壓部件35向 處于高溫的打印介質(zhì)施加壓力，使得熱交換效率提高。該壓力足夠高 以增強(qiáng)熱交換效率，并且足夠地低以不過(guò)分地干擾打印介質(zhì)的通過(guò)。 擠壓部件35為向打印介質(zhì)施加大約100-200Pa壓力的泡沫層。固定的、部件提高熱交換效率。
交換單元的示意圖。在圖4b中放大地描繪了圖4a的方框區(qū)域。在打 印介質(zhì)輸送通道23，33的出口處，引導(dǎo)部件41,42與熱交換單元以可 旋轉(zhuǎn)的方式連接。輸送通過(guò)紙張通道23,33的打印介質(zhì)11初始分別由 夾持裝置21和31推動(dòng)，直到打印介質(zhì)饋送到抽取的夾持裝置22和 32。這些抽取的夾持裝置22和32將打印介質(zhì)抽出打印介質(zhì)輸送通道 23和33。因?yàn)榇蛴〗橘|(zhì)輸送通道23,33內(nèi)的打印介質(zhì)受一定量的摩擦 影響，所以當(dāng)抽出時(shí)打印介質(zhì)11的這種抽出將使打印介質(zhì)受到應(yīng)力。 尤其在打印介質(zhì)輸送通道23,33的彎曲出口區(qū)域處，該應(yīng)力可能出現(xiàn)。 可自由旋轉(zhuǎn)的引導(dǎo)部件41和42減小這些區(qū)域處的打印介質(zhì)11上的 應(yīng)力，從而減小影響打印介質(zhì)和圖像整體性的危險(xiǎn)。
為了減小從一 張打印介質(zhì)到另 一 張打印介質(zhì)上的涂抹和交叉污 染的危險(xiǎn)，在所述第一打印介質(zhì)輸送通道23和第二打印介質(zhì)輸送通 道33之間施加薄的柔性熱交換層壓板28。
該薄的柔性熱交換層壓板28非常光滑，使得打印介質(zhì)在它們輸 送通過(guò)打印介質(zhì)輸送通道23，33時(shí)不受阻礙。
為了防止打印介質(zhì)的靜電充電，薄片28具有導(dǎo)電特性。薄片28 耐磨損并具有低的滑動(dòng)阻力。為了在第一打印介質(zhì)和第二打印介質(zhì)之 間的熱交換期間改善薄片28的熱行為，薄片構(gòu)造為非常薄，使得薄 片28本身的加熱不會(huì)阻礙打印介質(zhì)之間的熱交換。因此，薄片的熱 容量和熱阻率適于交換第一打印介質(zhì)和第二打印介質(zhì)之間的熱。
圖5A示出生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱交換層壓板的方法的示意 圖。首先，制造基層75。為此，將包括大致35%的鎳的鐵鎳合金片切 割成形，使得得到的層壓板100適合于用于打印系統(tǒng)的熱交換單元。
將石墨研磨成大約lmm直徑和0.1mm厚度的小顆粒。石墨顆粒 在酸性環(huán)境中在高溫下擴(kuò)展，使得石墨的體積增加其初始體積的大約 300至400倍。該擴(kuò)展的石墨織物的連續(xù)流;帔滾壓成薄層結(jié)構(gòu)。然后，石墨織物的該薄層結(jié)構(gòu)80,81的伸展朝基層75的各側(cè)饋送。然后，石 墨織物層80，81和基層75在高溫下滾壓并擠壓到一起，以形成由雙側(cè) 涂有兩個(gè)石墨接觸層101,102并結(jié)合到兩個(gè)石墨接觸層101,102的基 層75形成的熱交換層壓板100。
圖5B示出熱交換層壓板100的示意性分解圖?；鶎?5雙側(cè)涂有 兩個(gè)石墨接觸層101,102并結(jié)合到兩個(gè)石墨接觸層101,102?；鶎?5 為35%的鎳鐵合金層。該合金具有非常低的熱膨脹系數(shù)。因此，例如 由于第一側(cè)的熱打印介質(zhì)和相對(duì)側(cè)的冷打印介質(zhì)的在基層75上的或 者在熱交換層壓板100上的溫度梯度不會(huì)導(dǎo)致大的膨脹差異。因此， 熱交換層壓板在操作期間保持其平面性狀并且不會(huì)由于其表面上的 溫差而褶皺。
圖5C示出打印系統(tǒng)中的熱交換層壓板的示意性操作。熱交換層 壓板100沿打印介質(zhì)供給單元和打印引擎之間的介質(zhì)輸送通道設(shè)置。 如圖所示，冷打印介質(zhì)51沿從供給單元朝打印引擎的一個(gè)方向饋送， 而在熱交換層壓板的相對(duì)側(cè)上，熱打印介質(zhì)50從引擎朝遞送站饋送。 熱打印介質(zhì)50經(jīng)由熱交換層壓板100將其一部分熱能供給到冷打印 介質(zhì)51。
替代地，在熱交換層壓板的兩側(cè)上可沿相同的方向引導(dǎo)打印介質(zhì)流。
權(quán)利要求
1. 一種在熱交換單元中用作熱交換部件的熱交換層壓板，其包括大致平面延伸的基層，所述基層雙側(cè)涂有導(dǎo)電的非金屬接觸層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換層壓板，其特征在于，所述導(dǎo)電 的非金屬接觸層是石墨薄片。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熱交換層壓板，其特征在 于，所述基層是金屬片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱交換層壓板，其特征在于，所述金屬 片包括鐵鎳合金。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱交換層壓板，其特征在于，所述鐵鎳 合金包括大致35%的鎳。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱交換層壓板，其特征在于，所述鐵鎳 合金是面心立方晶體結(jié)構(gòu)的鐵鎳合金。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熱交換材料，其特征在于， 所述基層具有小于2'l(T6m/nvK的線性熱膨脹系數(shù)a。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的熱交換層壓板在熱交換單元 中的應(yīng)用。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的熱交換層壓板在逆流式熱交 換單元中的應(yīng)用。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的熱交換層壓板在打印系統(tǒng) 的熱交換單元中的應(yīng)用。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的熱交換層壓板在打印系統(tǒng) 的熱交換單元中的應(yīng)用，用于冷卻來(lái)自打印引擎的打印介質(zhì)和加熱朝 向打印引擎的打印介質(zhì)。
12. —種熱交換單元，其包括熱交換區(qū)、構(gòu)造為用于在操作中將 第 一打印介質(zhì)從供給源通過(guò)所述熱交換區(qū)輸送至打印引擎的第 一打 印介質(zhì)通道、和構(gòu)造為用于在操作中將第二打印介質(zhì)從所述打印引擎輸送通過(guò)所述熱交換區(qū)的第二打印介質(zhì)輸送通道，所述熱交換單元還 包括固定式熱交換部件，其具有面對(duì)所述第 一打印介質(zhì)輸送通道的第 一側(cè)和面對(duì)所述第二打印介質(zhì)輸送通道的第二相對(duì)側(cè)，在操作中所述 第二打印介質(zhì)相對(duì)于所述第一打印介質(zhì)處于高溫，并且所述第一打印 介質(zhì)和所述第二打印介質(zhì)在所述熱交換區(qū)中具有熱交換接觸，其中，所述固定式熱交換部件是根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的熱交換層壓板。
13. —種打印系統(tǒng)，其包括打印介質(zhì)供給源、用于將標(biāo)記材料施 加至打印介質(zhì)的打印引擎和根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱交換單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在熱交換單元中用作熱交換部件的熱交換層壓板(100)，其包括大致平面延伸的基層(75)，所述基層雙側(cè)涂有導(dǎo)電的非金屬接觸層(101，102)。本發(fā)明還涉及熱交換層壓板的使用和涉及包括這種熱交換層壓板的熱交換單元和打印系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F28F19/02GK101426656SQ200780014442
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者C·J·格羅南伯格, H·庫(kù)伊帕斯, P·J·霍蘭德斯, R·沃爾拉芬 申請(qǐng)人:奧西-技術(shù)有限公司