專利名稱：熱交換層壓板的制作方法
技術領域：
本發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。本發明還涉. 交換單元和打印系統(
背景技術：
通過US 6,089,703已知用于打印系統的熱交換部件。該噴墨打印 機使用輥將熱能從系統中的第 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，旋轉的輥在 打印介質通過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是熱交換效率較低，這是因為相對長的軌 道，所以熱能在從其被供給直到其轉移到接收打印介質的時間上傳 遞。熱交換效率由進入熱交換系統的熱能除以供給到接收器的熱能的 量的分數所確定。在熱能傳遞期間，大量的能量被耗散。
發明內容
本發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，所述基層雙側涂有導電的非金屬接觸層。作為熱交換層壓板的 一部分的平面基層導致與熱能供給介質或熱能接收介質的有效接觸。
尤其，諸如打印介質片的平坦介質在#:作中通常沿熱交換層壓板在平
坦輸送通道中輸送。基層構造為使得其具有足夠的強度和期望的硬 度，以便在熱交換單元中有效地作用。基層平面中的特性以及平面之 外的特性可根據使用的熱能供給介質和熱能接收介質進行選擇。能量供給介質和能量接收介質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和能量供 給介質。相靠介質并沿著介質滑動以交換熱能的介質可包括相對高溫 的標記材料。這意味著標記材料在其沿著熱交換層壓板通過時可能十 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 用于這種系統中的應用的重要特性。
在基層的兩側上具有接觸層的基層的涂層是導電的。這減小在應 用這樣的層壓板的系統中阻塞的危險。阻塞是出現由輸送通道中的能 量接收介質和能量供給介質形成的障礙物。電絕緣頂表面可導致熱能 接收介質和熱能供給介質的靜電充電。靜電充電的介質可例如粘附到 熱交換層壓板、粘附到輸送輥或粘附到其它能量接收介質和能量供給 介質。
還已知通過主動熱能轉移將熱能從打印系統的第一部分傳遞至
另一部分，諸如公開說明書DE 28 11 835 Al所公開的。本發明的優 點是熱交換層壓板尤其適合于熱交換單元中的被動使用。通過將熱交 換層壓板用作固定式熱交換部件，降低系統的技術復雜性。
在根據本發明的熱交換層壓板的實施例中，導電的非金屬接觸層 是石墨薄片。石墨非常適合于用作接觸層，這是因為沒有通過介質的 靜電充電。石墨接觸層此外非常光滑并引起與通過介質的非常小的摩 擦。此外，石墨的導熱特性非常適合于用于熱交換層壓板中。
在根據本發明的熱交換層壓板的另一實施例中，基層是金屬片。 在熱交換層壓板的第 一側上供給的熱能應有效地朝層壓板的接收側 傳遞，在接收側，熱能應隨后供給到熱能接收材料。作為基層的金屬 片對于在熱交換層壓板的厚度上的有效熱交換具有正導熱特性。
在根據本發明的熱交換層壓板的又一實施例中，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、優選的 35-36%的鎳的鐵鎳合金具有相當低的熱膨脹系數。這尤其適用于面心立方晶體結構的鐵鎳合金。熱交換層壓板中作為基層的該金屬合金的 使用導致熱穩定基礎形式。由具有低的楊氏模量和/或低的熱膨脹系數 的材料構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。尤其地，在具有交叉流動的熱交換原理中，層壓板的一端(例如
靠近打印機的打印引擎(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 (尤其為熱能接收介質的輸送通道側)比層壓板的相對側(尤其為熱能 供體的輸送通道側)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致層壓板的較大的熱膨脹梯度， 從而潛在地導致層壓板褶皺。
在根據本發明的熱交換層壓板的又一實施例中，基層具有小于 5-10-6m/nvK、優選地小于2'10—6m/nvK的線性熱膨脹系數a。這導致層 壓板在暴露至大的熱梯度時低的褶皺危險，并因此導致熱交換單元的 操作中較高的確定性。
現在將參考以下示例說明本發明。
圖1是示出包括熱交換單元的打印系統的示意圖，該熱交換單元 包括根據本發明實施例的熱交換層壓板；
圖2是根據本發明實施例的熱交換過程的示意意圖4是根據本發明實施例的包括可旋轉的引導部件的熱交換單元 的示意圖5A示出生產根據本發明實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示出打印系統中的熱交換層壓板的示意性操作。
具體實施例方式
圖1示出包括熱交換單元的打印系統的示意圖，該熱交換單元包
括根據本發明實施例的熱交換層壓板。在具有引擎2的打印系統1中， 紙張從供給源3饋送進入、通過打印過程50進行預處理和打印、并 饋送到取出區域，操作者能夠從該取出區域取出已打印的介質。打印 系統l以圖像的方式將標記材料遞送到打印介質上。該圖像可經由有 線或無線的網絡連接(未示出)例如由計算機輸送或通過掃描儀7輸送。 掃描儀7掃描輸送到自動供稿器6中的圖像并將數字化的圖像輸送到 打印控制器(未示出)。該控制器將數字圖像信息轉化為使得控制器能 夠對標記單元進行控制的控制信號，該標記單元將標記材料遞送到中 間部件上。已預熱的打印介質沿中間部件饋送，圖像式標記材料從該 中間部件轉印到打印介質上。該標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上。承載圖像的打印介質在打印介質輸送到取 出區域4之前冷卻至較低的溫度。用戶接口 5使得操作者能夠對打印 作業特征和偏好進行編程，諸如打印介質、打印介質取向和修整選項 的選擇。打印系統l具有諸如堆疊、騎式釘合(saddle stitching)和裝訂 的多個修整選項。當選擇時，修整單元8執行這些修整操作。對于本 領域技術人員清楚的是，還可適用可能經由一個或多個中間部件的將 標記材料的圖像轉印到打印介質上的其它成像過程、例如電子照相、 磁記錄技術、噴墨和直接成像過程。從打印過程50遞送的打印介質 11因為打印過程50中的加熱和熔合步驟中的加熱而處于高溫。根據 本發明的熱交換單元將這些輸出的打印介質的熱能用于在進入打印 過程50之前必須預熱的冷介質的預熱。輸出的已打印的介質11輸送 通過熱交換單元20中的熱交換區。圖2示出該原理的示意圖。與供 給單元3分開的打印介質10沿箭頭X標記的方向輸送到打印過程50。 打印介質11的源于打印過程和熔合步驟的熱能通過熱中間換熱部件 13供給到冷打印介質10。在使已打印的介質11冷卻到標記材料硬化 并因此不易于涂抹的可接受的溫度的同時，已打印的介質11沿箭頭Y標記的方向朝打印系統1的取出區域4輸送。
圖3是包括根據本發明實施例的熱交換層壓板的熱交換單元的示 意圖。打印介質與供應單元3分開并沿箭頭I的方向饋送到熱交換單 元20的第一打印介質輸送通道23中。到達熱交換單元的這種進入由 傳感器25記錄。打印介質移動到夾持裝置21中，該夾持裝置21朝 夾持裝置22將打印介質推動通過第一打印介質輸送通道23。夾持裝 置22沿箭頭II的方向從區域23朝打印過程(未示出)抽取打印介質。 在打印過程內，打印介質由電預熱器(未示出)預熱，以便于在高溫高 壓下熔合到打印介質中的標記材料的圖像式應用。標記材料的應用和 標記材料到打印介質上的熔合提高了打印介質的溫度。于是，處于高 溫的打印介質從打印過程排出并沿箭頭III的方向饋送到熱交換單元 的第二打印介質輸送通道33中。夾持裝置31朝夾持裝置32推動來 自打印過程的打印介質。在處于高溫的打印介質輸送通過第二打印介 質輸送通道33時，第二打印介質饋送到第一打印介質輸送通道23中。 由于第 一打印介質輸送通道23和第二打印介質輸送通道33具有熱交 換接觸，所以第二打印介質輸送通道中處于高溫的第 一打印介質將其 熱能部分地供給到第一打印介質輸送通道23中的第二打印介質，該 第二打印介質接收熱量并變熱。因為第一打印介質將熱量供給到第二 打印介質，所以打印過程的預加熱器能夠降低其熱消耗。
在沒有處于高溫的打印介質的情況下，例如在系統啟動或在打印 活動中斷的情況下，加熱元件27可做出沒有額外的熱量的校正，只 要不可得到處于高溫的打印介質。
為了改善第二打印介質輸送通道33中處于高溫的打印介質與第 一打印介質輸送通道23中的冷介質之間的熱能交換，擠壓部件35向 處于高溫的打印介質施加壓力，使得熱交換效率提高。該壓力足夠高 以增強熱交換效率，并且足夠地低以不過分地干擾打印介質的通過。 擠壓部件35為向打印介質施加大約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的方框區域。在打 印介質輸送通道23，33的出口處，引導部件41,42與熱交換單元以可 旋轉的方式連接。輸送通過紙張通道23,33的打印介質11初始分別由 夾持裝置21和31推動，直到打印介質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將打印介質抽出打印介質輸送通道 23和33。因為打印介質輸送通道23,33內的打印介質受一定量的摩擦 影響，所以當抽出時打印介質11的這種抽出將使打印介質受到應力。 尤其在打印介質輸送通道23,33的彎曲出口區域處，該應力可能出現。 可自由旋轉的引導部件41和42減小這些區域處的打印介質11上的 應力，從而減小影響打印介質和圖像整體性的危險。
為了減小從一 張打印介質到另 一 張打印介質上的涂抹和交叉污 染的危險，在所述第一打印介質輸送通道23和第二打印介質輸送通 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，使得打印介質在它們輸 送通過打印介質輸送通道23，33時不受阻礙。
為了防止打印介質的靜電充電，薄片28具有導電特性。薄片28 耐磨損并具有低的滑動阻力。為了在第一打印介質和第二打印介質之 間的熱交換期間改善薄片28的熱行為，薄片構造為非常薄，使得薄 片28本身的加熱不會阻礙打印介質之間的熱交換。因此，薄片的熱 容量和熱阻率適于交換第一打印介質和第二打印介質之間的熱。
圖5A示出生產根據本發明實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 在酸性環境中在高溫下擴展，使得石墨的體積增加其初始體積的大約 300至400倍。該擴展的石墨織物的連續流;帔滾壓成薄層結構。然后，石墨織物的該薄層結構80,81的伸展朝基層75的各側饋送。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 涂有兩個石墨接觸層101,102并結合到兩個石墨接觸層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。基層75雙側涂有 兩個石墨接觸層101,102并結合到兩個石墨接觸層101,102。基層75 為35%的鎳鐵合金層。該合金具有非常低的熱膨脹系數。因此，例如 由于第一側的熱打印介質和相對側的冷打印介質的在基層75上的或 者在熱交換層壓板100上的溫度梯度不會導致大的膨脹差異。因此， 熱交換層壓板在操作期間保持其平面性狀并且不會由于其表面上的 溫差而褶皺。
圖5C示出打印系統中的熱交換層壓板的示意性操作。熱交換層 壓板100沿打印介質供給單元和打印引擎之間的介質輸送通道設置。 如圖所示，冷打印介質51沿從供給單元朝打印引擎的一個方向饋送， 而在熱交換層壓板的相對側上，熱打印介質50從引擎朝遞送站饋送。 熱打印介質50經由熱交換層壓板100將其一部分熱能供給到冷打印 介質51。
替代地，在熱交換層壓板的兩側上可沿相同的方向引導打印介質流。
權利要求
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，所述基層雙側涂有導電的非金屬接觸層。
2. 根據權利要求1所述的熱交換層壓板，其特征在于，所述導電 的非金屬接觸層是石墨薄片。
3. 根據前述權利要求中任一項所述的熱交換層壓板，其特征在 于，所述基層是金屬片。
4. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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構的鐵鎳合金。
7. 根據前述權利要求中任一項所述的熱交換材料，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a。
8. 根據權利要求1-7中任一項所述的熱交換層壓板在熱交換單元 中的應用。
9. 根據權利要求1-7中任一項所述的熱交換層壓板在逆流式熱交 換單元中的應用。
10. 根據權利要求1-7中任一項所述的熱交換層壓板在打印系統 的熱交換單元中的應用。
11. 根據權利要求1-7中任一項所述的熱交換層壓板在打印系統 的熱交換單元中的應用，用于冷卻來自打印引擎的打印介質和加熱朝 向打印引擎的打印介質。
12. —種熱交換單元，其包括熱交換區、構造為用于在操作中將 第 一打印介質從供給源通過所述熱交換區輸送至打印引擎的第 一打 印介質通道、和構造為用于在操作中將第二打印介質從所述打印引擎輸送通過所述熱交換區的第二打印介質輸送通道，所述熱交換單元還 包括固定式熱交換部件，其具有面對所述第 一打印介質輸送通道的第 一側和面對所述第二打印介質輸送通道的第二相對側，在操作中所述 第二打印介質相對于所述第一打印介質處于高溫，并且所述第一打印 介質和所述第二打印介質在所述熱交換區中具有熱交換接觸，其中，所述固定式熱交換部件是根據權利要求1-7中任一項所述的熱交換層壓板。
13. —種打印系統，其包括打印介質供給源、用于將標記材料施 加至打印介質的打印引擎和根據權利要求12所述的熱交換單元。
全文摘要
本發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)，所述基層雙側涂有導電的非金屬接觸層(101，102)。本發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。
文檔編號F28F19/02GK101426656SQ200780014442
公開日2009年5月6日 申請日期2007年4月20日 優先權日2006年4月21日
發明者C·J·格羅南伯格, H·庫伊帕斯, P·J·霍蘭德斯, R·沃爾拉芬 申請人:奧西-技術有限公司