CN101426655A - 用于打印系统的热交换单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热交换单元(20)，其包括热交换区、构造为用于在操作中将第一打印介质从供给源通过热交换区输送至打印引擎的第一打印介质通道(23)、和构造为用于在操作中将第二打印介质从打印引擎输送通过热交换区的第二打印介质输送通道(33)，热交换单元还包括固定式热交换部件(28)，其具有面对所述第一打印介质输送通道的第一侧和面对所述第二打印介质输送通道的第二相对侧，其中，在操作中，第二打印介质相对于第一打印介质处于高温，并且第一打印介质和第二打印介质在热交换区中具有热交换接触。本发明还涉及一种包括热交换单元的打印系统。

Description

用于打印系统的热交换单元

技术领域

本发明涉及一种热交换单元和包括这种热交换单元的打印系统。尤其涉及一种标记材料的图像从承载图像部件转印到打印介质上的打印系统。

背景技术

通常使用一种打印系统，其中标记材料的图像形成在承载图像部件上并且随后可能同时地转印和熔合到打印介质上。将标记材料的图像熔合到打印介质上是在高压和高温下进行的。熔合设备的高温用于至少部分地熔化标记材料。该过程非常耗电。为了实现熔合设备的高产使用，常常对打印介质进行预处理。具体地，进入熔合设备中的打印介质的温度应不会导致熔合设备过分冷却。因此，通常实践使用预热器设备，以在标记材料的图像熔合在打印介质上之前对打印介质进行处理。预处理的这种过程同样消耗相当量的能量。

这种打印系统的缺点是其消耗大量的能量。具体地，打印介质的预热和熔合过程导致高的总体能量消耗。

发明内容

本发明的目的是降低总功率消耗。为此，提供一种打印系统，其包括热交换单元，该热交换单元包括热交换区、构造为用于在操作中将第一打印介质从供给源通过热交换区输送至打印引擎(print engine)的第一打印介质输送通道、和构造为用于在操作中将第二打印介质从打印引擎输送通过热交换区的第二打印介质输送通道，该热交换单元还包括固定式热交换部件，其具有面对所述第一打印介质输送通道的第一侧和面对所述第二打印介质输送通道的第二相对侧，其中，在操作中第二打印介质相对于第一打印介质处于高温，并且第一打印介质和第二打印介质在热交换区中具有热交换接触。

一种包括根据本发明的热交换单元的打印系统能够以更有效的方式使用耗散到打印系统中的能量，这是因为传递到打印介质中的热能在已打印的介质从打印系统排出之前被重新使用。因此，预热器设备的能量消耗可降低或者甚至消失，同时不会使熔合设备的生产力降低。包括根据本发明的热交换单元的打印系统的另一优点是减小对在排出之前用于冷却打印机介质的冷却系统的需求。因为已打印的介质和标记材料熔合图像在离开打印引擎时处于高温，所以已打印的介质、尤其是已打印的介质上的标记材料必须冷却到其定影到纸张上并降低标记材料的粘性的温度。否则，首先打印的介质上的标记材料可粘附到后续排出到所述首先打印的介质的顶部上的已打印的介质上。热交换单元通过使进入已打印的介质的一部分热能供给到热交换单元而使输出的已打印的介质冷却。

从供给源分开的冷打印介质通常具有大约20℃的温度。从打印引擎排出的已打印的介质通常处于大约60℃至110℃的温度。包括根据本发明的热交换单元的打印系统的另一优点是热交换单元对打印介质的去卷曲效果。馈送通过热交换单元的已打印的介质相对于没有热交换单元的情形具有明显减小的介质卷曲量。热交换单元的第一打印介质输送通道在热交换区的至少一部分中相对于所述第二打印介质输送通道紧密邻近。所述通道的紧密邻近能够实现处于高温的已打印的介质与输送到打印引擎中的打印介质之间的更有效的热能交换。

还从US 6,089,703已知具有热交换单元的打印系统。该专利描述了包括纸张输送组件的喷墨打印机，该纸张输送组件具有限定由热中间辊连接的进入通道和返回通道的多个辊。这种系统的缺点是热交换经由旋转辊实现。因此，该热交换不是能量高效的。

公开说明书DE28 11 835 A1描述了一种纸张输送通道，固定单元沿着该纸张输送通道定位。单独的热交换单元设置成从固定单元之前的位置伸展至该固定单元之后的位置。这些位置之间的热交换不是能量高效的。

在根据本发明的热交换单元的实施例中，第一打印介质输送通道邻近于第二打印介质输送通道延伸。通过将它们之间仅具有热交换部件的第一打印介质输送通道和第二打印介质输送通道布置成彼此邻近，第一打印介质输送通道和第二打印介质输送通道之间的热交换非常有效。

在根据本发明的热交换单元的实施例中，所述第一打印介质输送通道和第二打印介质输送通道构造为使得在操作状态下，在至少一部分热交换区中避免所述第一打印介质和第二打印介质之间的直接接触。通过避免意味着第一打印介质和第二打印介质在热交换单元内不会彼此接触的直接接触，减小标记材料的涂抹和被灰尘污染的危险。

在根据本发明的热交换单元的另一实施例中，热交换部件布置在所述第一打印介质输送通道和第二打印介质输送通道之间，使得避免所述第一打印介质和第二打印介质之间的直接接触。

热交换部件引入关于打印介质在热交换区中的定时的附加自由度。当热交换单元包括所述第一打印介质输送通道和第二打印介质输送通道之间的开放连接时，第一打印介质和第二打印介质的前缘在定时不正确时可彼此碰撞。通过避免直接接触，避免该碰撞的危险并引入附加的定时自由度。

在根据本发明的热交换单元的又一实施例中，单独的部件是柔性薄片。薄的柔性薄片改善处于高温的已打印的介质和较冷打印介质之间的热交换接触，这是因为打印介质之间的分隔部件可充分变形以顺应打印介质的形式。减小处于高温的打印介质和较冷打印介质之间的距离改善热交换，并且通过缓冲热能附加地确保更均匀的空间升温。设置在所述第一打印介质输送通道和第二打印介质输送通道之间并与打印介质具有物理接触的所有元件相对于打印介质应具有低的摩擦，使得其不会干扰打印介质的输送移动。因此，形成所述第一打印介质和第二打印介质之间的边界的元件可具有光滑的涂层、例如聚四氟乙烯(PTFE)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。为了防止输送的打印介质在沿着电绝缘表面滑动的同时而静电充电的问题，表面可完全或部分地具有导电元件，以释放掉任何(静电)电荷。与打印介质接触的所有表面应具有足够的耐磨损能力并且在需要时释放打印介质。

在根据本发明的热交换单元的又一实施例中，热交换部件是传热部件，该传热部件包括用于使传热流体循环通过传热部件的装置。

该传热部件接受处于高温的打印介质的热能并将其有效地朝第一打印介质输送通道中的打印介质传递。

在根据本发明的热交换单元的又一实施例中，其中所述第一打印介质输送通道和第二打印介质输送通道构造为使得在操作状态下，所述第一打印介质在所述热交换区中沿与所述第二打印介质的方向相反的方向输送。沿与较冷打印介质的输送方向相反的方向输送处于高温的打印介质引起逆流热交换过程。逆流热交换过程相对于顺流热交换过程获得更有效的热交换过程。其中，在顺流热交换过程中，相应的冷打印介质和处于高温的打印介质的最高温度和最低温度由处于高温的打印介质和冷打印介质的平均初始温度限制，在逆流热交换过程中，打印介质的相应离开温度由相对的打印介质输送通道中的打印介质的初始温度限制。因此，逆流热交换获得更有效的热交换过程。

在根据本发明的又一实施例中，热交换单元还包括挤压装置，该挤压装置能够沿第一打印介质输送通道的方向在第二打印介质输送通道中的打印介质上施加压力。通过沿第一打印介质输送通道的方向在第二打印介质输送通道中的打印介质上施加压力，相应的第一打印介质输送通道和第二打印介质输送通道中的打印介质之间的间隙减小。这产生更有效的热交换过程。挤压装置可例如包括弹性泡沫部件、硅元件、加压气囊或其它加压垫、包括弹簧、气动装置等的机械结构。通常，沿所述第一打印介质输送通道方向的打印介质上的压力相对于沿输送通过打印介质输送通道的方向的打印介质上的驱动力较低。施加在第二打印介质输送通道上的压力可根据打印介质的任何特性设定，该特性诸如刚度或重量。于是，非常柔软的薄打印介质、诸如50克/m²的米纸片可被更轻柔地往下压，使得其不会在热交换单元内产生波纹。

在根据本发明的又一实施例中，热交换单元还包括打印介质引导部件，其可旋转地定位成邻近所述第一打印介质输送通道和第二打印介质输送通道中的任一个的出口，并且径向延伸到打印介质输送通道中。尤其当打印介质输送通道的出口以弯曲形式成形时，打印介质和图像上的应力可明显增大。施加邻近于弯曲的可自由旋转的部件将减小打印介质上的应力和标记材料图像上的剪应力，并且因此减小涂抹标记材料的危险。可旋转的部件可包括利用轴承可旋转地连接到热交换单元的轮。

在根据本发明的又一实施例中，热交换单元还包括在操作中通过以下方式传热的传热元件：在具有高温的传热元件的热区域使流体蒸发，在相对于所述热区域具有较低温度的传热元件的区域使蒸汽冷凝，将冷凝流体输送回至热区域。该传热部件通过将热能从热交换区的外部传递到热交换区而增加热交换单元的有效热交换长度。该传热部件以其本身已知的方式传递热能，该方式如在用于电子设备的热管中所使用的。例如，传热元件从第二打印介质输送通道的输入侧朝第一打印介质输送通道延伸。传热元件的这种实现方式在不需要增加最大夹持距离的同时产生热交换单元的附加的热交换长度。分别在打印介质输送通道中向前推动和抽取打印介质的推动夹持装置和抽取夹持装置之间的距离确定能够处理的打印介质的最小尺寸。利用从第二打印介质输送通道的输入侧朝第一打印介质输送通道延伸的传热元件在不降低能够处理的最小介质尺寸的情况下有效地增加额外的热交换长度。

在根据本发明的又一实施例中，热交换单元包括加热元件，其定位成邻近所述热交换区中的第一打印介质输送通道。该加热元件例如在不可得到处于高温的打印介质时可临时供给热能的附加量，不可得到处于高温的打印介质例如发生在启动过程期间或在打印作业中断之后。该额外量的热能可有助于展平打印引擎中的打印介质的输入温度分布。

在根据本发明的又一实施例中，热交换单元至少部分地由隔热元件包围。该隔热元件有助于包围区域的更有效的能量平衡。热能被限制在隔热元件内，使得其能够传递到第一打印介质输送通道中的冷打印介质。

现在将参考以下示例说明本发明。

附图说明

图1是示出包括根据本发明实施例的热交换单元的打印系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的热交换过程的示意图；

图3是根据本发明实施例的热交换单元的示意图；

图4是根据本发明实施例的包括可旋转的引导部件的热交换单元的示意图。

具体实施方式

图1示出包括根据本发明实施例的热交换单元的打印系统的示意图。在具有引擎2的打印系统1中，纸张从供给源3馈送进入、通过打印过程50进行预处理和打印、并馈送到取出区域，操作者能够从该取出区域取出已打印的介质。打印系统1以图像的方式将标记材料递送到打印介质上。该图像可经由有线或无线的网络连接(未示出)例如由计算机输送或通过扫描仪7输送。扫描仪7扫描输送到自动供稿器6中的图像并将数字化的图像输送到打印控制器(未示出)。该控制器将数字图像信息转化为使得控制器能够对标记单元进行控制的控制信号，该标记单元将标记材料递送到中间部件上。已预热的打印介质沿中间部件馈送，图像式标记材料从该中间部件转印到打印介质上。该标记材料图像在熔合步骤中在高压和高温下熔合在打印介质上。承载图像的打印介质在打印介质输送到取出区域4之前冷却至较低的温度。用户接口5使得操作者能够对打印作业特征和偏好进行编程，诸如打印介质、打印介质取向和修整选项的选择。打印系统1具有诸如堆叠、骑式钉合(saddle stitching)和装订的多个修整选项。当选择时，修整单元8执行这些修整操作。对于本领域技术人员清楚的是，还可适用可能经由一个或多个中间部件的将标记材料的图像转印到打印介质上的其它成像过程、例如电子照相、磁记录技术、喷墨和直接成像过程。从打印过程50递送的打印介质11因为打印过程50中的加热和熔合步骤中的加热而处于高温。根据本发明的热交换单元将这些输出的打印介质的热能用于在进入打印过程50之前必须预热的冷介质的预热。输出的已打印的介质11输送通过热交换单元20中的热交换区。图2示出该原理的示意图。与供给单元3分开的打印介质10沿箭头X标记的方向输送到打印过程50。打印介质11的源于打印过程和熔合步骤的热能通过热媒介13供给到冷打印介质10。在使已打印的介质11冷却到标记材料硬化并因此不易于涂抹的可接受的温度的同时，已打印的介质11沿箭头Y标记的方向朝打印系统1的取出区域4输送。

图3是根据本发明实施例的热交换单元的示意图。打印介质与供应单元(3)分开并沿箭头I的方向馈送到热交换单元20的第一打印介质输送通道23中。到达热交换单元的这种进入由传感器25记录。打印介质移动到夹持装置21中，该夹持装置21朝夹持装置22将打印介质推动通过第一打印介质输送通道23。夹持装置22沿箭头II的方向从区域23朝打印过程(未示出)抽取打印介质。在打印过程内，打印介质由电预热器(未示出)预热，以便于在高温高压下熔合到打印介质中的标记材料的图像式应用。标记材料的应用和标记材料到打印介质上的熔合提高了打印介质的温度。于是，处于高温的打印介质从打印过程排出并沿箭头III的方向馈送到热交换单元的第二打印介质输送通道33中。夹持装置31朝夹持装置32推动来自打印过程的打印介质。在处于高温的打印介质输送通过第二打印介质输送通道33时，第二打印介质馈送到第一打印介质输送通道23中。由于第一打印介质输送通道23和第二打印介质输送通道33具有热交换接触，所以第二打印介质输送通道中处于高温的第一打印介质将其热能部分地供给到第一打印介质输送通道23中的第二打印介质，该第二打印介质接收热量并变热。因为第一打印介质将热量供给到第二打印介质，所以打印过程的预加热器能够降低其热消耗。

在没有处于高温的打印介质的情况下，例如在系统启动或在打印活动中断的情况下，加热元件27可做出没有额外的热量的校正，只要不可得到处于高温的打印介质。

为了改善第二打印介质输送通道33中处于高温的打印介质与第一打印介质输送通道23中的冷介质之间的热能交换，挤压部件35向处于高温的打印介质施加压力，使得热交换效率提高。该压力足够高以增强热交换效率，并且足够地低以不过分地干扰打印介质的通过。挤压部件35为向打印介质施加大约100-200Pa压力的泡沫层。固定的、即该部件不会相对于打印介质输送通道中的打印介质移动的热交换部件提高热交换效率。

为了减小从一张打印介质到另一张打印介质上的涂抹和交叉污染的危险，在所述第一打印介质输送通道23和第二打印介质输送通道33之间施加薄的柔性薄片28。该薄的柔性薄片28非常光滑，使得打印介质在它们输送通过打印介质输送通道23，33的同时不受阻碍。为了防止打印介质的静电充电，薄片28具有导电特性。薄片28耐磨损并具有低的滑动阻力。为了在第一打印介质和第二打印介质之间的热交换期间改善薄片28的热行为，薄片构造为非常薄，使得薄片28本身的加热不会阻碍打印介质之间的热交换。因此，薄片的热容量和热阻率适于交换第一打印介质和第二打印介质之间的热。

图4a和4b示出根据本发明实施例的包括可旋转的引导部件的热交换单元的示意图。在图4b中放大地描绘了图4a的方框区域。在打印介质输送通道23，33的出口处，引导部件41，42与热交换单元以可旋转的方式连接。输送通过纸张通道23，33的打印介质11初始分别由夹持装置21和31推动，直到打印介质馈送到抽取的夹持装置22和32。这些抽取的夹持装置22和32将打印介质抽出打印介质输送通道23和33。因为打印介质输送通道23，33内的打印介质受一定量的摩擦影响，所以当抽出时打印介质11的这种抽出将使打印介质受到应力。尤其在打印介质输送通道23，33的弯曲出口区域处，该应力可能出现。可自由旋转的引导部件41和42减小这些区域处的打印介质11上的应力，从而减小影响打印介质和图像整体性的危险。

Claims (10)

1.一种热交换单元，其包括热交换区、构造为用于在操作中将第一打印介质从供给源通过所述热交换区输送至打印引擎的第一打印介质输送通道、和构造为用于在操作中将第二打印介质从所述打印引擎输送通过所述热交换区的第二打印介质输送通道，所述热交换单元还包括固定式热交换部件，其具有面对所述第一打印介质输送通道的第一侧和面对所述第二打印介质输送通道的第二相对侧，其中，在操作中所述第二打印介质相对于所述第一打印介质处于高温，并且所述第一打印介质和所述第二打印介质在所述热交换区中具有热交换接触。

2.根据权利要求1所述的热交换单元，其特征在于，所述第一打印介质输送通道邻近于所述第二打印介质输送通道延伸。

3.根据前述权利要求中任一项所述的热交换单元，其特征在于，所述热交换部件是柔性薄片。

4.根据前述权利要求中任一项所述的热交换单元，其特征在于，所述第一打印介质输送通道和所述第二打印介质输送通道构造为使得在操作状态下在所述热交换区中，所述第一打印介质沿与所述热交换区中的所述第二打印介质的方向相反的方向输送。

5.根据前述权利要求中任一项所述的热交换单元，其特征在于，所述热交换单元包括挤压装置，其能够沿所述第一打印介质输送通道的方向在所述第二打印介质输送通道中的所述第二打印介质上施加压力。

6.根据前述权利要求中任一项所述的热交换单元，其特征在于，所述热交换单元包括可旋转的打印介质引导部件，其邻近于所述第一打印介质输送通道和所述第二打印介质输送通道中的任一个的出口定位，并且径向延伸到所述打印介质输送通道中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的热交换单元，其特征在于，所述热交换单元还包括在操作中通过以下方式将热传递到所述热交换区中的所述第一打印介质的传热元件：在所述传热元件的具有高温的热区域使流体蒸发，在所述传热元件的具有相对于所述热区域的较低温度的区域使蒸汽冷凝，和将冷凝流体输送回至所述热区域。

8.根据前述权利要求中任一项所述的热交换单元，其特征在于，加热元件邻近于所述热交换区中的所述第一打印介质输送通道定位。

9.根据前述权利要求中任一项所述的热交换单元，其特征在于，隔热元件至少部分地围绕所述热交换区。

10.一种打印系统，其包括打印介质供给源、打印引擎和根据前述权利要求中任一项所述的热交换单元。

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