CN101426656A - 热交换层压板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在热交换单元中用作热交换部件的热交换层压板(100)，其包括大致平面延伸的基层(75)，所述基层双侧涂有导电的非金属接触层(101，102)。本发明还涉及热交换层压板的使用和涉及包括这种热交换层压板的热交换单元和打印系统。

Description

热交换层压板

技术领域

本发明涉及一种在热交换单元中用作热交换部件的热交换层压板。本发明还涉及热交换层压板的使用和包括这种热交换层压板的热交换单元和打印系统。

背景技术

通过US 6,089,703已知用于打印系统的热交换部件。该喷墨打印机使用辊将热能从系统中的第一位置传递至第二位置。在第一位置处，夹持装置由辊和另外的部件形成，并且热能从打印介质供给到辊。该辊形成在第二位置处的第二夹持装置，在该第二位置，旋转的辊在打印介质通过第二夹持装置期间将其热量供给到纸张。

这种热交换部件的缺点是热交换效率较低，这是因为相对长的轨道，所以热能在从其被供给直到其转移到接收打印介质的时间上传递。热交换效率由进入热交换系统的热能除以供给到接收器的热能的量的分数所确定。在热能传递期间，大量的能量被耗散。

发明内容

本发明的目的是提高热交换部件的热交换效率。为此，提供在热交换单元中用作热交换部件的热交换层压板，其包括大致平面延伸的基层，所述基层双侧涂有导电的非金属接触层。作为热交换层压板的一部分的平面基层导致与热能供给介质或热能接收介质的有效接触。尤其，诸如打印介质片的平坦介质在操作中通常沿热交换层压板在平坦输送通道中输送。基层构造为使得其具有足够的强度和期望的硬度，以便在热交换单元中有效地作用。基层平面中的特性以及平面之外的特性可根据使用的热能供给介质和热能接收介质进行选择。

能量供给介质和能量接收介质的表面不受热交换层压板的摩擦或表面粗糙度的损伤。选择具有接触层的基层的双侧涂层使得热交换层压板表面的摩擦和粗糙度最小，以便不损坏能量接收介质和能量供给介质。相靠介质并沿着介质滑动以交换热能的介质可包括相对高温的标记材料。这意味着标记材料在其沿着热交换层压板通过时可能十分易受损坏。因此，热交换层压板的具有非常小的摩擦的光滑表面是用于这种系统中的应用的重要特性。

在基层的两侧上具有接触层的基层的涂层是导电的。这减小在应用这样的层压板的系统中阻塞的危险。阻塞是出现由输送通道中的能量接收介质和能量供给介质形成的障碍物。电绝缘顶表面可导致热能接收介质和热能供给介质的静电充电。静电充电的介质可例如粘附到热交换层压板、粘附到输送辊或粘附到其它能量接收介质和能量供给介质。

还已知通过主动热能转移将热能从打印系统的第一部分传递至另一部分，诸如公开说明书DE 28 11 835 A1所公开的。本发明的优点是热交换层压板尤其适合于热交换单元中的被动使用。通过将热交换层压板用作固定式热交换部件，降低系统的技术复杂性。

在根据本发明的热交换层压板的实施例中，导电的非金属接触层是石墨薄片。石墨非常适合于用作接触层，这是因为没有通过介质的静电充电。石墨接触层此外非常光滑并引起与通过介质的非常小的摩擦。此外，石墨的导热特性非常适合于用于热交换层压板中。

在根据本发明的热交换层压板的另一实施例中，基层是金属片。在热交换层压板的第一侧上供给的热能应有效地朝层压板的接收侧传递，在接收侧，热能应随后供给到热能接收材料。作为基层的金属片对于在热交换层压板的厚度上的有效热交换具有正导热特性。

在根据本发明的热交换层压板的又一实施例中，金属片包括铁镍合金，其包括大致35％的镍。具有大致34-37％的镍含量、优选的35-36％的镍的铁镍合金具有相当低的热膨胀系数。这尤其适用于面心立方晶体结构的铁镍合金。热交换层压板中作为基层的该金属合金的使用导致热稳定基础形式。由具有低的杨氏模量和/或低的热膨胀系数的材料构成的基层减小由于热交换层压板上高的温度梯度而褶皱的危险。尤其地，在具有交叉流动的热交换原理中，层压板的一端(例如靠近打印机的打印引擎(print engine)或熔合站的端)在操作中具有比另一端(例如靠近纸盒和/或递送站的端)高的温度。此外，层压板的一侧(尤其为热能接收介质的输送通道侧)比层压板的相对侧(尤其为热能供体的输送通道侧)冷。因此，沿层压板的厚度方向的以及在层压板平面中的较高的温度梯度在操作中可导致层压板的较大的热膨胀梯度，从而潜在地导致层压板褶皱。

在根据本发明的热交换层压板的又一实施例中，基层具有小于5·10^-6m/m·K、优选地小于2·10^-6m/m·K的线性热膨胀系数α。这导致层压板在暴露至大的热梯度时低的褶皱危险，并因此导致热交换单元的操作中较高的确定性。

现在将参考以下示例说明本发明。

附图说明

图1是示出包括热交换单元的打印系统的示意图，该热交换单元包括根据本发明实施例的热交换层压板；

图2是根据本发明实施例的热交换过程的示意图；

图3是包括根据本发明实施例的热交换层压板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；

图5A示出生产根据本发明实施例的热交换层压板的方法的示意图；

图5B示出热交换层压板的示意性分解图；

图5C示出打印系统中的热交换层压板的示意性操作。

具体实施方式

图1示出包括热交换单元的打印系统的示意图，该热交换单元包括根据本发明实施例的热交换层压板。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中间换热部件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是包括根据本发明实施例的热交换层压板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。

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。

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之间施加薄的柔性热交换层压板28。

该薄的柔性热交换层压板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5A示出生产根据本发明实施例的热交换层压板的方法的示意图。首先，制造基层75。为此，将包括大致35％的镍的铁镍合金片切割成形，使得得到的层压板100适合于用于打印系统的热交换单元。

将石墨研磨成大约1mm直径和0.1mm厚度的小颗粒。石墨颗粒在酸性环境中在高温下扩展，使得石墨的体积增加其初始体积的大约300至400倍。该扩展的石墨织物的连续流被滚压成薄层结构。然后，石墨织物的该薄层结构80，81的伸展朝基层75的各侧馈送。然后，石墨织物层80，81和基层75在高温下滚压并挤压到一起，以形成由双侧涂有两个石墨接触层101，102并结合到两个石墨接触层101，102的基层75形成的热交换层压板100。

图5B示出热交换层压板100的示意性分解图。基层75双侧涂有两个石墨接触层101，102并结合到两个石墨接触层101，102。基层75为35％的镍铁合金层。该合金具有非常低的热膨胀系数。因此，例如由于第一侧的热打印介质和相对侧的冷打印介质的在基层75上的或者在热交换层压板100上的温度梯度不会导致大的膨胀差异。因此，热交换层压板在操作期间保持其平面性状并且不会由于其表面上的温差而褶皱。

图5C示出打印系统中的热交换层压板的示意性操作。热交换层压板100沿打印介质供给单元和打印引擎之间的介质输送通道设置。如图所示，冷打印介质51沿从供给单元朝打印引擎的一个方向馈送，而在热交换层压板的相对侧上，热打印介质50从引擎朝递送站馈送。热打印介质50经由热交换层压板100将其一部分热能供给到冷打印介质51。

替代地，在热交换层压板的两侧上可沿相同的方向引导打印介质流。

Claims (13)

1.一种在热交换单元中用作热交换部件的热交换层压板，其包括大致平面延伸的基层，所述基层双侧涂有导电的非金属接触层。

2.根据权利要求1所述的热交换层压板，其特征在于，所述导电的非金属接触层是石墨薄片。

3.根据前述权利要求中任一项所述的热交换层压板，其特征在于，所述基层是金属片。

4.根据权利要求3所述的热交换层压板，其特征在于，所述金属片包括铁镍合金。

5.根据权利要求4所述的热交换层压板，其特征在于，所述铁镍合金包括大致35％的镍。

6.根据权利要求5所述的热交换层压板，其特征在于，所述铁镍合金是面心立方晶体结构的铁镍合金。

7.根据前述权利要求中任一项所述的热交换材料，其特征在于，所述基层具有小于2·10^-6m/m·K的线性热膨胀系数α。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的热交换层压板在热交换单元中的应用。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的热交换层压板在逆流式热交换单元中的应用。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的热交换层压板在打印系统的热交换单元中的应用。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的热交换层压板在打印系统的热交换单元中的应用，用于冷却来自打印引擎的打印介质和加热朝向打印引擎的打印介质。

12.一种热交换单元，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，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，其中，所述固定式热交换部件是根据权利要求1-7中任一项所述的热交换层压板。

13.一种打印系统，其包括打印介质供给源、用于将标记材料施加至打印介质的打印引擎和根据权利要求12所述的热交换单元。

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