專(zhuān)利名稱(chēng)：使用膨脹石墨和蛭石生產(chǎn)復(fù)合物品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)至少包含兩個(gè)具有不同甚至是相互對(duì)立的性質(zhì)和/或功能的不同部件的復(fù)合物品的方法。
這些不同的性質(zhì)和/或功能一方面需要使用不同的材料來(lái)生產(chǎn)所述物品的部件，另一方面導(dǎo)致生產(chǎn)方法通常是復(fù)雜且費(fèi)時(shí)的，并且尤其是包括單獨(dú)生產(chǎn)所述物品的兩個(gè)部件，然后組裝所述部件。
可以提及的已知復(fù)合物品的實(shí)例包括如下各種不同的物品-電化學(xué)電池，一方面包括兩個(gè)尤其是具有電子傳導(dǎo)和疏水性質(zhì)的電極，并且另一方面包括具有離子(并且不是電子)傳導(dǎo)和親水性質(zhì)的離子交換介質(zhì)，例如水或多孔膜，該介質(zhì)隔離所述電極并且包含電解質(zhì)溶液。尤其是公知WO 02/069415中描述的電化學(xué)電池，其每個(gè)電極由從經(jīng)膨脹然后層壓(沿“C”表示的方向在壓輥之間單軸擠壓)的石墨獲得的柔性石墨片構(gòu)成，然后石墨片經(jīng)歷使其碳平面(初始是平行的)變形并且沿方向“C”產(chǎn)生反向通道的牽拉操作，從而彌補(bǔ)Papyex各向異性(沿方向“C”的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率)所導(dǎo)致的缺點(diǎn)。然后，對(duì)所述與離子交換膜接觸的石墨片的表面進(jìn)行各種處理通過(guò)沉積催化金屬(例如鉑的貴金屬)的催化處理；通過(guò)斥水添加劑，例如氟化聚合物(特別是稱(chēng)作Teflon的聚四氟乙烯)的疏水處理。另外，從玻璃片、例如聚乙烯、聚丙烯等的多孔聚烯烴片來(lái)生產(chǎn)離子交換膜。然后，必須組裝所述膜和電極。這種電池的生產(chǎn)明顯是復(fù)雜且費(fèi)時(shí)(大量的操作和處理)；它需要笨重且昂貴的裝置并且使用大量的材料(各種聚合物、貴金屬等)；-鑄模，用來(lái)從熔融合金模鑄金屬組件并且包括將與熔融合金接觸的內(nèi)部耐火部件。提供這種具有外部絕熱部件，以至于在模鑄操作期間可以處理而不會(huì)有燃燒危險(xiǎn)的鑄模是有利的。已知的尤其是由沙土或其它非硅酸耐火材料(鋯石、鉻鐵礦、橄欖石、鋁礬土)制成的鑄模。這種鑄模通過(guò)在框架中的壓縮沙子而由兩部件構(gòu)成，每部件基本上相應(yīng)于要復(fù)制的鑄模的一半。因此，在框架和模型之間壓擠沙子，然后除去模型。沙子的粘附性由尤其是選自濕粘土、氧化硅凝膠、合成樹(shù)脂、水泥等的粘合劑，或者通過(guò)在高溫下產(chǎn)生的陶瓷型粘接來(lái)保證。然后框架用外部絕熱的箱體襯里。除了這種過(guò)程復(fù)雜外，應(yīng)當(dāng)指出沙子的處理是有限制和危險(xiǎn)的(不穩(wěn)定的硅酸鹽粉末需要使用模具)并且有些耐火的沙子具有一些相當(dāng)不利的性質(zhì)其顆粒狀的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鑄模具有最好通過(guò)附加的精加工(例如拋光)操作來(lái)改善的粗糙的表面質(zhì)量；其熱性質(zhì)不允許控制熔融合金的冷卻速率，并且它們可能使倒出合金的操作很棘手并且在某些情況中會(huì)損害所得模鑄組件的機(jī)械特性；由沙子制成的鑄模只能使用一次，并且由于存在粘合劑重復(fù)利用沙子是困難的，或者甚至是不可能的；-日熱轉(zhuǎn)化器(heliothermal converter)，其目的是將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化成熱能并且通常包括·能夠吸收太陽(yáng)熱輻射且導(dǎo)熱的并且通常由銅制成的吸收板，其暴露于太陽(yáng)輻射下并且被稱(chēng)作吸收面的表面通過(guò)使用黑鉻(是非常有毒的)陽(yáng)極化處理，以至于其表現(xiàn)出提高的吸收系數(shù)和選擇性，·布置在吸收板下方并且由傳輸液體冷卻劑的管路形成的熱交換器。所述管路的管道被焊接到與吸收面相對(duì)的稱(chēng)作轉(zhuǎn)移面的吸收板表面上。熱交換器的實(shí)際表面局限于管道和轉(zhuǎn)移面之間的接觸區(qū)，該區(qū)域?qū)τ趫A形橫截面管路是線形的(lineic)，·其中布置有吸收板和交換器的箱體，其對(duì)著太陽(yáng)的一面被制造成對(duì)太陽(yáng)輻射是透明的并且優(yōu)選適于在箱體內(nèi)產(chǎn)生溫室效應(yīng)，而箱體的另一面是由插在兩層反射鋁膜之間的聚氨酯泡沫層形成的絕熱復(fù)合體襯里，從而避免任何熱量通過(guò)這些面損失掉。
考慮到這種物品的復(fù)雜性，其生產(chǎn)方法費(fèi)時(shí)且昂貴是明顯的，因?yàn)樵摲椒ò鄠€(gè)步驟，使用笨重的裝置并且使用昂貴的材料通過(guò)模鑄、層壓等生產(chǎn)吸收板；陽(yáng)極化處理吸收板；通過(guò)擠塑、彎曲等生產(chǎn)管路；對(duì)吸收板和管路進(jìn)行抗腐蝕處理；箱體的生產(chǎn)；反射膜的生產(chǎn)；通過(guò)注入聚氨酯泡沫并提供反射膜等給箱體加襯里；尤其是通過(guò)將交換器管路焊接到吸收板上等來(lái)組裝轉(zhuǎn)化器的所有組件。
本發(fā)明旨在建議一種簡(jiǎn)單、快速和廉價(jià)的生產(chǎn)這些復(fù)合物品的方法。
在優(yōu)選的方式中，本發(fā)明尤其是旨在建議一種允許在一個(gè)操作中形成并組裝兩個(gè)具有不同甚至是相互對(duì)立的性質(zhì)和/或功能的部件的復(fù)合物品的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供其已知性質(zhì)和/或功能提高了或者提供了新優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合物品。
本發(fā)明涉及生產(chǎn)至少包含兩個(gè)具有不同性質(zhì)和/或功能的不同部件的復(fù)合物品的方法，其包括-形成至少一層包含70重量％以上的選自膨脹石墨的膨脹材料的層，-形成至少另一層包含70重量％以上的選自膨脹蛭石的另一種膨脹材料的層，-然后將如此形成的各層壓縮到一起，從而將它們壓實(shí)(consolidate)，每個(gè)壓實(shí)的層相應(yīng)于物品的一個(gè)部件。
應(yīng)當(dāng)指出取決于要生產(chǎn)的物品，可以同時(shí)或者以任何順序連續(xù)地形成各層。在下文中，術(shù)語(yǔ)“石墨層”表示包含70重量％以上的選自膨脹石墨的膨脹材料的層；同樣，術(shù)語(yǔ)“蛭石層”表示包含70重量％以上的選自膨脹蛭石的膨脹材料的層。如果需要，指明各層的狀態(tài)是壓實(shí)的或者是未壓實(shí)的。
因此，本發(fā)明想法的創(chuàng)造性一方面在于選擇使用至少兩種膨脹材料來(lái)生產(chǎn)具有不同性質(zhì)和/或功能的復(fù)合物品的不同部件，并且另一方面在于想到盡管在所述材料之間存在結(jié)構(gòu)差異(在晶體排列、粒度分布、壓實(shí)模式等方面)、機(jī)械差異(耐壓縮性、粘度等)等，但是仍可以將所述材料的不同層壓縮在一起并由此壓實(shí)各層。與所有的推理相反，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)特別是通過(guò)選擇所用膨脹蛭石的粒度分布，甚至可以控制兩層各自的密度。由此可以獲得蛭石的壓實(shí)層，而首先壓實(shí)的并且在壓實(shí)前吸收了大部分施加的壓縮應(yīng)力的石墨層則僅具有接近其最小壓實(shí)密度(約30kg/m3)的低密度。
本發(fā)明人還驚奇地發(fā)現(xiàn)通過(guò)壓縮兩個(gè)相鄰的層(即兩層具有接觸面)可以獲得粘接在一起的壓實(shí)層，包括在沿與所述層正交，即與其界面正交的單一方向壓縮的情況中。該結(jié)果是令人驚奇的，因?yàn)槭紫缺粔簩?shí)成有序的片層結(jié)構(gòu)，平行的石墨層可以彼此相對(duì)滑動(dòng)并且給再壓縮的石墨帶來(lái)潤(rùn)滑特性，而直至石墨層壓實(shí)后才發(fā)生蛭石的壓實(shí)并且產(chǎn)生無(wú)序的結(jié)構(gòu)。因此一般認(rèn)為粒度大于石墨的蛭石將不能夠依附到石墨壓實(shí)層平滑且滑動(dòng)的表面上。但是，的確發(fā)生了結(jié)合，并且在壓實(shí)層的界面處石墨平面和蛭石晶粒的輕微共生是后來(lái)引起的(posteriori)。
根據(jù)本發(fā)明的方法允許通過(guò)簡(jiǎn)單并且少量(形成然后同時(shí)壓縮所形成的層)的操作來(lái)生產(chǎn)具有不同甚至是相互對(duì)立的性質(zhì)和/或功能的物品的兩個(gè)不同部件。特別是，所述方法允許在一次操作中形成并且裝配要結(jié)合的所述部件。根據(jù)本發(fā)明的方法是特別簡(jiǎn)單并且快速的，只需要很少的勞動(dòng)。
除了這些優(yōu)點(diǎn)外，應(yīng)當(dāng)指出再壓縮的石墨和蛭石是容易再循環(huán)的(通過(guò)插入溶液，它們會(huì)被再次剝落)。
有利地并且根據(jù)本發(fā)明，相鄰地形成至少兩層。作為變通，以不具有接觸表面的方式形成各層。這種情況是如果在所述層之間插入分隔裝置(例如適當(dāng)材料的分隔片)，或者如果要生產(chǎn)的物品除了其初始限定的兩個(gè)不同部件外，還包含插在前兩個(gè)部件之間并且在它們被壓縮前被置于兩層之間的第三部件的情況。
根據(jù)本發(fā)明，沿幾個(gè)方向，尤其是沿三個(gè)正交的方向?qū)⑿纬傻母鲗訅嚎s到一起。作為變通，沿一個(gè)方向，尤其是沿與一層的正面或者與所述層間的界面基本上正交的方向壓縮形成的各層。基本上根據(jù)石墨層所需的性質(zhì)在這兩種方法之間選擇層的單軸向壓縮(沿一個(gè)方向壓縮)產(chǎn)生高度各向異性的石墨壓實(shí)層(沿壓縮方向“c”獲得的性質(zhì)不同于沿與方向“c”正交的任一方向“a”所獲得的性質(zhì))，而沿各個(gè)方向的壓縮(例如，沿三個(gè)正交方向壓縮所獲得的結(jié)果)產(chǎn)生輕微各向異性的石墨壓實(shí)層。通過(guò)沿每個(gè)方向改變施加到層上的壓力，可以調(diào)節(jié)并控制石墨壓實(shí)層的性質(zhì)。
在本發(fā)明的一種變通中，所形成的層沿每個(gè)方向接受一次壓縮操作。換句話說(shuō)，將所述層沿每個(gè)方向壓縮一次。
有利地并且根據(jù)本發(fā)明，不論沿一個(gè)方向或者同時(shí)沿幾個(gè)方向壓縮，形成的層都只接受一次壓縮操作。在此情況下，根據(jù)本發(fā)明在一次操作中形成和裝配物品的兩個(gè)不同的部件。
作為變通，使所形成的層沿至少一個(gè)方向接受多次不同的壓縮操作。特別地，沿所述方向?qū)嵤┻m合于為了使其可以被處理而壓實(shí)所形成的層的第一次壓縮操作，隨后實(shí)施適合于賦予所述層之一所需密度(大于最小壓實(shí)密度)的第二次壓縮操作。
有利地并且根據(jù)本發(fā)明，在所形成的層的壓縮期間，向至少一個(gè)石墨層的至少一個(gè)稱(chēng)作外面的面中壓印(impress)適于俘獲紅外線波的稱(chēng)作俘獲結(jié)構(gòu)(captyre forms)的開(kāi)口凹陷結(jié)構(gòu)。所述俘獲結(jié)構(gòu)尤其具有至少一個(gè)1微米至1厘米的正面尺寸(開(kāi)口)和1微米至5厘米的深度。屬于“外面”意指從物品外部可以看到，從而暴露于紅外線輻射源下的石墨層的面。
由于再壓縮膨脹石墨的光學(xué)選擇性和良好的熱擴(kuò)散能力，通過(guò)將其至少一個(gè)外面暴露于紅外線輻射下可以調(diào)節(jié)石墨壓實(shí)層的溫度。通過(guò)下述的輻射加熱，俘獲結(jié)構(gòu)的存在提高了熱量的供應(yīng)射入俘獲結(jié)構(gòu)中的入射波在俘獲結(jié)構(gòu)的反面上經(jīng)歷多次反射；所述入射波的幾乎所有能量最終被這種俘獲結(jié)構(gòu)的石墨所吸收(向俘獲結(jié)構(gòu)外部反射并因此可能損失的入射光通量的比例是非常小的)。
另外，通過(guò)增加外面的表面積，俘獲結(jié)構(gòu)的存在不僅有助于供應(yīng)熱量，而且在冷卻石墨層的情況中也便于消散熱量。最后，俘獲結(jié)構(gòu)進(jìn)一步降低了由于再壓縮膨脹石墨的內(nèi)在性質(zhì)已經(jīng)是較低的石墨層的熱慣性(thermal inertia)。
壓印的俘獲結(jié)構(gòu)可以是線形壓痕，例如狹縫、狹槽、溝槽等；直或彎曲的壓痕；具有圓形、方形、三角形等橫截面的壓痕；或者金字塔形、圓錐形、半球形、圓柱形(正方形或圓形橫截面)等形狀的點(diǎn)狀壓痕。根據(jù)要吸收的波長(zhǎng)和石墨壓實(shí)層所需的熱響應(yīng)來(lái)選擇壓印結(jié)構(gòu)的幾何形狀。
在所述形成層的壓縮期間，還可以根據(jù)物品的目標(biāo)用途，將(石墨或者優(yōu)選蛭石)層的一個(gè)外面壓印成適于俘獲聲波或電磁波的俘獲結(jié)構(gòu)。
在所有情況中，本發(fā)明允許以簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)等的方式使物品(或者物品的部分)具備陷波肼(wave trap)，而這些物品的附加功能不需要添加附加元件或裝置或者在生產(chǎn)方法中執(zhí)行附加步驟。陷波肼在壓實(shí)石墨或蛭石層的同時(shí)于這些層中產(chǎn)生。
有利地并根據(jù)本發(fā)明，使用膨脹的、任選研磨的天然石墨(但是優(yōu)選在剝落后獲得的石墨)作為膨脹石墨。
應(yīng)當(dāng)指出根據(jù)本發(fā)明，除了包含上述膨脹材料外，根據(jù)要生產(chǎn)的物品的性質(zhì)和功能，所形成的層可以包含選自膨脹或非膨脹材料的添加劑。具體而言，蛭石層可以包含少于30重量％的選自珍珠巖、從例如SiO2或Al2O3的氧化物獲得的膨脹材料、高嶺石組、伊利石、蒙皂石、高嶺石的添加劑。
本發(fā)明特別是涉及生產(chǎn)電化學(xué)電池的方法。對(duì)于這種應(yīng)用，在兩個(gè)膨脹石墨層之間形成一層膨脹蛭石層，然后將所形成的層壓縮到一起。每個(gè)石墨壓實(shí)層形成一個(gè)電極，而蛭石壓實(shí)層在所述電極之間形成離子交換膜。有利地并且根據(jù)本發(fā)明，為了催化和/或促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)，所形成的每個(gè)膨脹石墨層包含少于20重量％的催化材料粉末(例如金屬或金屬氧化物)。
根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的電化學(xué)電池是所謂的干電池在使用電池時(shí)需要添加電解質(zhì)溶液，或者當(dāng)事先在膨脹蛭石層中放置結(jié)晶的試劑時(shí)需要添加溶劑。通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒?，例如在移液管的輔助下可以容易地實(shí)施膜的浸漬。
應(yīng)當(dāng)指出這種干電池可以用作電化學(xué)反應(yīng)器、燃料電池，而且可以用作生物電化學(xué)電池，例如測(cè)量血液中葡萄糖水平的電池。在已知測(cè)量葡萄糖水平的電池中，在為此提供的可移動(dòng)的片上滴上一滴血液導(dǎo)致電池電極上存在的酶的活化，隨后產(chǎn)生電流。酶的活化和產(chǎn)生的電流的強(qiáng)度與血液中存在的葡萄糖水平成正比。在早期已知的電池中，以冷凍干燥形式吸附在電極表面上的酶由于脫落而耗盡。有利地并且根據(jù)本發(fā)明，所形成的蛭石層包含冷凍干燥的酶。換句話說(shuō)，在形成并且壓縮所述各層之前，直接將所述酶與膨脹的蛭石混合，以至于可以將酶固定在蛭石壓實(shí)層(膜)內(nèi)；從而大大延長(zhǎng)了電池的壽命。
有利地并且根據(jù)本發(fā)明，為了降低石墨層的各向異性，從而獲得在所有方向(包括與電極和膜之間界面正交的方向)上都具有良好導(dǎo)電性的電極，沿三個(gè)正交的方向?qū)⑺纬傻膶訅嚎s到一起。
有利地并且根據(jù)本發(fā)明，壓縮所形成的層以使得兩層石墨壓實(shí)層的密度為30至60kg/m3。換句話說(shuō)，為了能夠提供多孔的石墨電極，輕微壓縮各層。從而電化學(xué)反應(yīng)不僅在石墨電極和蛭石膜之間的界面處進(jìn)行，而且在其電極的內(nèi)部進(jìn)行。大大增加了發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的比表面，結(jié)果大大增加了電化學(xué)電池的效率。因此，本發(fā)明還可以提高生產(chǎn)的物品部件的性質(zhì)。
有利地并且根據(jù)本發(fā)明，作為變通或組合，對(duì)于石墨層中的至少一層，在稱(chēng)作內(nèi)面并朝向蛭石層的所述層的一面上形成微溝槽。為此，在其形成期間，在膨脹石墨層和膨脹蛭石層之間放置可以破壞的(通過(guò)加熱或化學(xué)反應(yīng)等可以破壞的)或者除去的線，并在所述層被壓實(shí)之后毀壞或除去這些線。所述微溝槽不僅可以增加電極上的反應(yīng)比表面，而且在電極和離子交換膜之間的界面處形成微溝道，所述微溝道用來(lái)沿著電極產(chǎn)生電解質(zhì)反應(yīng)物循環(huán)并且允許電化學(xué)電池的連續(xù)操作。
有利地并且根據(jù)本發(fā)明，為了實(shí)施對(duì)反應(yīng)物的熱調(diào)節(jié)，在其形成期間向至少一個(gè)膨脹石墨層中結(jié)合加熱/冷卻膜，例如液壓或電力加熱/冷卻膜。
由于再壓縮膨脹石墨的光學(xué)選擇性，還通過(guò)至少一個(gè)位于外部并且距離電化學(xué)電池一定距離的紅外發(fā)生器不接觸地實(shí)施加熱。在此情況下，優(yōu)選向至少一個(gè)石墨層的至少一個(gè)外面中壓印俘獲結(jié)構(gòu)，從而增加紅外輻射的吸收。壓印的外面典型地是與對(duì)著膜取向的內(nèi)面相對(duì)的電極正外面。在此應(yīng)用中，壓印的俘獲結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有至少一個(gè)從1微米至5毫米的正面尺寸(開(kāi)口)和從1微米至1毫米的深度。
因此，通過(guò)控制特定的限制因素在放熱反應(yīng)情況中耗散產(chǎn)生的熱量、在吸熱反應(yīng)情況中供應(yīng)熱量，本發(fā)明可以調(diào)節(jié)電池內(nèi)反應(yīng)物的溫度，并因此可以控制實(shí)施的反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)并且大大提高反應(yīng)效率。
本發(fā)明還涉及生產(chǎn)模具尤其是鑄模的方法。對(duì)于這種應(yīng)用，用膨脹石墨層覆蓋模型(隨后需要使用模具復(fù)制的形狀)，然后形成至少覆蓋所形成的部分石墨層的膨脹蛭石層，再將所形成的各層壓縮到一起。耐火的石墨層相應(yīng)于用來(lái)接收熔融金屬合金的模具部件；蛭石層在至少部分模具上形成絕熱保護(hù)并且使得處理模具時(shí)不會(huì)燃燒。應(yīng)當(dāng)指出本發(fā)明適用于生產(chǎn)任何類(lèi)型的模具(無(wú)論模具中要接收什么材料-熱固性樹(shù)脂等，本發(fā)明都是適用的)，只是當(dāng)模具需要絕熱保護(hù)時(shí)是特別有利的。
除了簡(jiǎn)單和實(shí)施迅速外，根據(jù)本發(fā)明的方法還具有大量的優(yōu)點(diǎn)可以在一次操作中生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的模具；所得模具的尺寸精確且表面質(zhì)量?jī)?yōu)異；允許省略傳統(tǒng)的精整工序(機(jī)加工、拋光等)；由于再壓縮膨脹石墨的潤(rùn)滑特性而容易從模具中除去；所得模具使用壽命長(zhǎng)，可以使用許多次并且特別是盡管會(huì)收到熱和任選的化學(xué)(腐蝕、氧化等)攻擊，但卻能保留良好表面質(zhì)量；可以控制熔融合金的冷卻和壓實(shí)速率。這些優(yōu)點(diǎn)將在下文中解釋。
有利地并且根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于低溫應(yīng)用的模具(用于模制石膏、塑料、彈性體類(lèi)型的材料)，石墨壓實(shí)層的密度大于40kg/m3，并且優(yōu)選對(duì)于高溫應(yīng)用的模具，例如鑄模(用于模制熔融合金類(lèi)型的材料)密度大于100kg/m3，密度大于40kg/m3保證在任何環(huán)境下模具的總體不滲透性是最精細(xì)的并且保證能模制最多的液體材料，特別是保證了精細(xì)的表面質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)指出在高溫應(yīng)用模具的情況中，因?yàn)槊芏却笥?00kg/m3賦予石墨壓實(shí)層更好的熱擴(kuò)散性，因此可以有效地控制模具的溫度和待模制材料的冷卻速率，所以是優(yōu)選的。
有利地并且根據(jù)本發(fā)明，在形成期間在膨脹石墨層中放置加熱/冷卻元件，例如一部分電路或液壓回路。選擇此時(shí)施加的壓縮應(yīng)力足夠低，使其不會(huì)損害加熱/冷卻元件，并且特別是適于賦予石墨壓實(shí)層低于400kg/m3的密度。因?yàn)榕蛎浭菬岬牧紝?dǎo)體并且具有優(yōu)異的熱導(dǎo)率，使用加熱/冷卻元件來(lái)調(diào)節(jié)模具的溫度，從而控制熔融合金的冷卻和壓實(shí)速率。
作為變通，直接在石墨本體中形成至少一個(gè)適于接收加熱/冷卻流體的通道，從而(使用該流體和循環(huán)并加熱/冷卻所述流體的裝置)構(gòu)成加熱/冷卻所述模具的機(jī)構(gòu)。為此，在其形成期間在膨脹石墨層中放置至少一個(gè)可破壞或者除去(通過(guò)熔化或化學(xué)反應(yīng)等)的管子(此處使管子是柔性的，從而無(wú)論所形成的通道形狀如何都可以除去管子)，在壓實(shí)所述石墨層之后破壞或除去所述管子。選擇足夠高的壓縮應(yīng)力，獲得能賦予每個(gè)所形成的通道堅(jiān)固和機(jī)械強(qiáng)度的石墨密度。因此，優(yōu)選壓縮各層以使石墨壓實(shí)層的密度大于150kg/m3。
同樣，可以通過(guò)距模具一定距離的紅外發(fā)生器不接觸地實(shí)施模具的加熱，通常是調(diào)節(jié)其溫度。在本實(shí)施方案中，形成蛭石層，使之不會(huì)覆蓋所有石墨層的面，并且至少留下一個(gè)面(稱(chēng)作外面，當(dāng)使用模具時(shí)其是可見(jiàn)的)不被覆蓋，以便將其暴露于紅外線輻射下。有利地并且根據(jù)本發(fā)明，向石墨層的至少一個(gè)外面中壓印俘獲結(jié)構(gòu)。在此應(yīng)用中，壓印的俘獲結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有至少一個(gè)從1毫米至2厘米的正面尺寸(開(kāi)口)和在1毫米至10厘米之間的深度。
本發(fā)明還涉及生產(chǎn)日熱轉(zhuǎn)化器。在此應(yīng)用中，形成膨脹石墨層，其中提供至少一個(gè)適于接收液體冷卻劑的通道，形成一層蛭石層，所述層至少覆蓋一部分石墨層并且留下其至少一個(gè)稱(chēng)作吸收面的面，然后將所形成的各層壓縮到一起。為了獲得通道，在膨脹石墨層中放置至少一個(gè)永久性的管子，例如金屬管，尤其是由銅制成的管子，術(shù)語(yǔ)“永久性的管子”意指適于隨后接收液體冷卻劑并且留在石墨壓實(shí)層中的管子。作為變通，在膨脹石墨層中放置至少一個(gè)可破壞或可除去的管子，并在壓實(shí)所述石墨層之后毀壞或除去所述管子。
所述石墨壓實(shí)層的至少一個(gè)面未被蛭石覆蓋，因此能夠吸收太陽(yáng)輻射，并產(chǎn)生特別高效的熱交換器。再壓縮的膨脹石墨具有優(yōu)異的熱擴(kuò)散性(比目前使用的金屬的熱擴(kuò)散性更好)和非常低的熱慣性(改善的響應(yīng)時(shí)間)。蛭石壓實(shí)層形成絕熱板或箱。根據(jù)所需石墨層的熱和機(jī)械性質(zhì)選擇各層的壓縮比。在石墨本體中直接形成液體冷卻劑通道(使用可破壞或可除去的管子)的情況中，選擇足夠高的壓縮比，賦予組裝體適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，該強(qiáng)度與其經(jīng)受的應(yīng)力(通道中流體的壓力、液壓連接、由于大的溫度變化引起的膨脹和收縮(夏天-冬天))是一致的。具體而言，壓縮各層以使得石墨層的密度大于150kg/m3。
在通過(guò)插入管(例如金屬管)構(gòu)成液體冷卻劑通道的情況中，石墨不一定對(duì)組裝體的機(jī)械剛性有貢獻(xiàn)。然后，為了在重量方面獲益并且提高交換器熱性質(zhì)及轉(zhuǎn)化器能量產(chǎn)率的提高，優(yōu)選選擇較低的壓縮比。具體而言，壓縮各層以使得石墨層的密度小于400kg/m3。
應(yīng)當(dāng)指出在上述兩種情況中，為了簡(jiǎn)化生產(chǎn)方法，優(yōu)選一次并且沿一個(gè)方向壓縮各層。
除了簡(jiǎn)單和實(shí)施迅速外，由于再壓縮膨脹石墨的有利的熱性質(zhì)和熱交換器的自身結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明的方法還具有提供效率提高的日熱轉(zhuǎn)化器的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論是在石墨本體自身中形成交換器的通道或者通過(guò)插入管構(gòu)成該通道，同早期轉(zhuǎn)化器中的情況一樣，熱交換表面相當(dāng)于通道總的圓柱形表面而不相當(dāng)于圓柱形表面與板之間接觸的一條線。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法可以省去用于獲得選擇性或提高的吸收性(目前使用高毒性且到期禁止的氧化鉻實(shí)施所述處理)的任何有毒或危險(xiǎn)的電化學(xué)處理，并且提供重量更輕、更簡(jiǎn)單且更可靠的轉(zhuǎn)化器。大大降低了轉(zhuǎn)化器發(fā)生故障的危險(xiǎn)和維護(hù)成本。
石墨紅外吸收器的光學(xué)選擇性也促進(jìn)了日熱轉(zhuǎn)化所需的溫室效應(yīng)。有利地并且根據(jù)本發(fā)明，在壓縮所形成的層其間，將適于俘獲太陽(yáng)紅外輻射的俘獲結(jié)構(gòu)壓印入石墨層的吸收面。壓印的俘獲結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有至少一個(gè)從10微米至1厘米的正面尺寸(開(kāi)口)和在1毫米至1厘米之間的深度。
所述俘獲結(jié)構(gòu)不僅大大增加了石墨吸收器的吸收表面，而且大大增加了波長(zhǎng)在紅外范圍內(nèi)的幾何光學(xué)選擇性。
它們還允許通過(guò)使石墨密度接近每種俘獲結(jié)構(gòu)而精確地并且因此全面增強(qiáng)石墨壓實(shí)層的剛性和機(jī)械強(qiáng)度。
優(yōu)選使俘獲結(jié)構(gòu)偏離液體冷卻劑的通道，以便限制對(duì)通道的壓縮應(yīng)力(所述應(yīng)力由于存在面向通道的俘獲結(jié)構(gòu)的印模(impressionmatrices)而增加)，并使石墨壓實(shí)層的力學(xué)分布和熱分布最優(yōu)。
本發(fā)明延伸至包含至少兩個(gè)具有不同性質(zhì)和/或功能的不同部件的復(fù)合物品，其中一個(gè)部件包含其中選自膨脹石墨的再壓縮膨脹材料含量為70重量％以上的壓實(shí)層，并且另一個(gè)部件包含其中選自膨脹蛭石的再壓縮膨脹材料含量為70重量％以上的另一壓實(shí)層。可以通過(guò)將所述石墨和蛭石層壓縮到一起并且優(yōu)選只包含一個(gè)壓縮步驟(單軸向或多軸向)的方法來(lái)有利地實(shí)現(xiàn)所述目的。
本發(fā)明特別涉及包含在兩層再壓縮膨脹石墨壓實(shí)層之間插有至少一層再壓縮膨脹蛭石壓實(shí)層的電化學(xué)電池。所述石墨壓實(shí)層的密度優(yōu)選從30至60kg/m3，以至于壓實(shí)層是多孔的。有利地并且根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)所述石墨壓實(shí)層在朝向蛭石層的一個(gè)面(稱(chēng)作內(nèi)面)上具有微溝槽。有利地并且根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)所述石墨壓實(shí)層結(jié)合有加熱/冷卻元件。作為變通或者任選地作為組合，至少一個(gè)所述石墨壓實(shí)層在至少一個(gè)外面上壓印有開(kāi)口的凹陷結(jié)構(gòu)(稱(chēng)作俘獲結(jié)構(gòu))，所述結(jié)構(gòu)適于俘獲紅外波并且優(yōu)選其具有至少一個(gè)從1微米至5毫米的正面尺寸(開(kāi)口)和從1微米至1毫米的深度。有利地并且根據(jù)本發(fā)明，所述蛭石壓實(shí)層包含冷凍干燥的酶。
本發(fā)明還涉及模具，尤其是鑄模，其包含至少一層再壓縮膨脹石墨壓實(shí)層，以及至少部分覆蓋所述石墨層的再壓縮膨脹蛭石壓實(shí)層，所述石墨壓實(shí)層限定相應(yīng)于模具要復(fù)制的物品的空腔的界限。石墨壓實(shí)層的密度優(yōu)選為40kg/m3，在鑄模的情況中尤其優(yōu)選大于100kg/m3。有利地并且根據(jù)本發(fā)明，石墨壓實(shí)層結(jié)合有加熱/冷卻元件，例如一部分電路或液壓回路。作為變通(或者任選的組合)，所述石墨壓實(shí)層包含至少一個(gè)直接形成在石墨本體中的并且適于接收加熱/冷卻流體的通道。作為變通或者任選地組合，石墨壓實(shí)層包含至少一個(gè)當(dāng)使用模具時(shí)可見(jiàn)的面(稱(chēng)作外面)，并且所述層的至少一個(gè)外面包含壓印的開(kāi)口凹陷結(jié)構(gòu)(稱(chēng)作俘獲結(jié)構(gòu))，該結(jié)構(gòu)適于俘獲紅外波并且優(yōu)選其具有至少一個(gè)從1毫米至2厘米的正面尺寸和在1毫米至10厘米之間的深度。
本發(fā)明還涉及日熱轉(zhuǎn)化器，其包含至少一層包含至少一個(gè)適于接收液體冷卻劑的通道的再壓縮膨脹石墨壓實(shí)層，以及覆蓋所述石墨層并留出其一個(gè)面的再壓縮膨脹蛭石壓實(shí)層。每個(gè)在石墨壓實(shí)層中延伸的通道在石墨本體中直接形成或者由容納在石墨層中的管子(例如由銅制成的管子)構(gòu)成。石墨壓實(shí)層有利地在其吸收面上具有壓印的開(kāi)口凹陷結(jié)構(gòu)(稱(chēng)作俘獲結(jié)構(gòu))，所述結(jié)構(gòu)適于俘獲紅外波并且優(yōu)選其具有至少一個(gè)從10微米至1厘米的正面尺寸和從1毫米至1厘米的深度。
本發(fā)明還涉及生產(chǎn)復(fù)合物品的方法以及這種物品，所述方法和物品結(jié)合起來(lái)具有上文和下文中提到的所有或某些特征。
當(dāng)參考表示只作為非限制性實(shí)施例給出的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的附圖閱讀下面的說(shuō)明書(shū)時(shí)，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。附圖中-

圖1是根據(jù)本發(fā)明用來(lái)生產(chǎn)電化學(xué)電池的壓模(press)的示意剖視圖，-圖2是根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池的透視圖，-圖2a是圖2電化學(xué)電池外面細(xì)節(jié)的透視圖，-圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)電化學(xué)電池的透視圖，-圖4是根據(jù)本發(fā)明用來(lái)生產(chǎn)模具的壓模的示意透視圖和部分剖視圖，-圖5是根據(jù)本發(fā)明由兩個(gè)部件組成的模具的透視圖，-圖6是根據(jù)本發(fā)明用來(lái)生產(chǎn)日熱轉(zhuǎn)化器的壓模的示意剖視圖，-圖7是根據(jù)本發(fā)明的日熱轉(zhuǎn)化器的剖視圖，
-圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)日熱轉(zhuǎn)化器的剖視圖。
如圖1所示，生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電池1的方法包括在單軸向壓模7中順序形成，例如膨脹石墨層3、膨脹蛭石層2和膨脹石墨層4。在所述非限制性的實(shí)施例中，在C表示的壓模壓縮方向上疊置各層。用來(lái)形成每層石墨的材料包含70重量％以上的膨脹天然石墨；其進(jìn)一步包含20重量％以下的均勻分布在膨脹天然石墨中的催化金屬粉末(例如鉑)或者催化金屬氧化物。用來(lái)形成蛭石層的材料只包含膨脹蛭石。
然后，通過(guò)驅(qū)動(dòng)壓模的至少一個(gè)壓板8，將上述三層壓縮到一起，直至各層壓實(shí)。優(yōu)選地，所加的壓縮比是低的，也就是說(shuō)剛大于壓實(shí)石墨層所需的最小壓縮比和壓實(shí)蛭石層所需的最小壓縮比。因此，壓縮各層以獲得兩層密度約為35至40kg/m3的石墨壓實(shí)層3a和4a(參見(jiàn)圖2)，從而獲得多孔的石墨和蛭石壓實(shí)層。
圖2展示了所獲得的電化學(xué)電池1。該電池包含兩個(gè)相應(yīng)于兩層石墨壓實(shí)層的電極3a和4a，在它們中間延伸相應(yīng)于蛭石壓實(shí)層的離子交換膜2a。如果壓模7具有正方形或矩形橫截面，所得的電池是平行六面體。根據(jù)其用途，電池的尺寸可以在10至100毫米之間變化。應(yīng)當(dāng)指出當(dāng)電池尺寸大于100毫米時(shí)，弱壓實(shí)(weakly consolidated)的層欠缺機(jī)械強(qiáng)度。從而必須以能夠獲得大于60kg/m3的密度的方式來(lái)壓縮各層。電極是不太多孔的并且電池是不太高效的。因此當(dāng)需要大尺寸的電池時(shí)，優(yōu)選并置多個(gè)并聯(lián)或串聯(lián)排列的小的(弱壓縮的)電池。
電極3a的外面18和電極4a的外面19具有幾何形狀和尺寸適于吸收紅外波的俘獲結(jié)構(gòu)16、17(參見(jiàn)圖2a)。所述俘獲結(jié)構(gòu)的橫截面是圓形(例如17)、三角錐形(例如16)或者正方形或圓形等的點(diǎn)狀圓柱形凹痕，或者是具有更復(fù)雜形狀的標(biāo)痕。如實(shí)施例中所示，俘獲結(jié)構(gòu)的正面尺寸從1至100微米并且深度從1至100微米。俘獲結(jié)構(gòu)通過(guò)壓模7的壓板支載的壓模模型(由于尺寸限制，沒(méi)有顯示所述模型)獲得，并且具有多個(gè)與所述結(jié)構(gòu)相應(yīng)的點(diǎn)狀元件。在壓縮和壓實(shí)層2、3和4時(shí)壓印所述結(jié)構(gòu)。從石墨的性質(zhì)來(lái)看，可以獲得尺寸精確度極高的微觀結(jié)構(gòu)，因此設(shè)計(jì)出適于所用輻射源的非常有效的陷波肼。這種微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步大大增加了交換表面，因此大大增加了輻射加熱或冷卻的效率。
所生產(chǎn)出的電池是所謂的干電池，指交換介質(zhì)(蛭石膜)是干的并且不含水溶液。在使用電池時(shí)用電解質(zhì)溶液浸漬蛭石膜。作為變通，在形成所述層之前混合優(yōu)選是固體鹽形式的結(jié)晶的化學(xué)試劑(特別是氧化還原對(duì))與膨脹蛭石(或者與用來(lái)形成膨脹蛭石層的復(fù)合材料)，以至于所述膜一生產(chǎn)出來(lái)，試劑就在膜中存在。在使用電池時(shí)用溶劑浸漬該膜。
電化學(xué)電池可以用作電解反應(yīng)器，其中每個(gè)電極3a、4a通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞?導(dǎo)線可以在壓實(shí)期間直接密封入每層石墨中)與電流發(fā)生器的接線端連接。通過(guò)電流發(fā)生器在兩個(gè)電極之間施加的電壓向每個(gè)電極施加與其平衡電勢(shì)不同的電勢(shì)，并且導(dǎo)致電解質(zhì)溶液氧化-還原反應(yīng)在陽(yáng)極(與發(fā)生器的正極端連接的電極，其上施加的電勢(shì)大于平衡電勢(shì))向氧化方向移動(dòng)，在陰極(與發(fā)生器的負(fù)極端連接的電極，其上施加的電勢(shì)低于平衡電勢(shì))向還原方向移動(dòng)。
同樣，所述電池可以用作燃料電池。在此情況中，每個(gè)電極3a、4a通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞脚c存儲(chǔ)通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)在電極間產(chǎn)生的電流的集電器連接。
因?yàn)槭姌O3a和4a是多孔的，所以不僅在朝向蛭石膜2的電極的內(nèi)面上，而且主要在電極本體自身中發(fā)生每個(gè)電極的氧化-還原反應(yīng)。因此，降低了反應(yīng)比表面并且相對(duì)于具有相同外部尺寸的已知電極而言卻大大增加了反應(yīng)比表面。應(yīng)當(dāng)指出在每個(gè)潛在的反應(yīng)位點(diǎn)，在形成相應(yīng)的層之前直接混合催化金屬與膨脹石墨，并因此催化金屬存在于整個(gè)電極體中。這種方法提供了兩個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)大大提高了電池的效率(相對(duì)于已知電池)；與通過(guò)電解沉積在電極一個(gè)面上產(chǎn)生金屬涂層的早期方法相比，該方法是特別簡(jiǎn)單且快速的。
對(duì)于電池(反應(yīng)器或電池)的連續(xù)操作推薦向所述電池供應(yīng)電解質(zhì)溶液。為此，產(chǎn)生電解質(zhì)溶液通過(guò)電池的循環(huán)。由于再壓縮膨脹石墨電極具有由與方向C正交(因此與方向A平行)的疊加碳平面形成的片層結(jié)構(gòu)，從而尤其是可以在每個(gè)多孔電極中，特別是沿方向A產(chǎn)生溶液的循環(huán)。
作為變通，使用如圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的電池10。這種電池在電極12和膜11之間的界面5處具有微溝槽15，并且在電極13和膜11之間的界面6處具有微溝槽14。為了清晰，只表示出了一些微溝槽(可以提供大量的微溝槽)。通過(guò)在所形成的石墨和蛭石層之間插入線來(lái)獲得這些典型直徑為10微米左右的微溝槽，隨后在所述層壓實(shí)后除去這些線。使用微溝槽使試劑連續(xù)循環(huán)通過(guò)電化學(xué)電池。
通過(guò)沿與所述層之間界面正交的方向C單軸向壓縮石墨和蛭石層，獲得所示電池1和10。還可以通過(guò)沿與所述層之間界面平行的方向單軸向壓縮石墨和蛭石層，或者沿幾個(gè)方向壓縮，并且尤其是通過(guò)沿三個(gè)正交方向三軸向壓縮來(lái)生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的電池。作為根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實(shí)施方式提供了一種其電極是弱各向異性的并且在所有方向中具有良好導(dǎo)電性的電池。因?yàn)殡姌O內(nèi)所有潛在的反應(yīng)位點(diǎn)都適當(dāng)?shù)靥峁┯须娮?，所以這種在多孔的，即弱壓縮的電極情況中是特別有利的特征，其提高了電化學(xué)電池的效率。
本發(fā)明還涉及生產(chǎn)模具的方法，如圖4和5所示。根據(jù)本發(fā)明，在三軸壓模23的中央放置代表要使用模具生產(chǎn)的組件的模型24；圍繞模具并基本上將其分成兩半的分隔片25；在分隔片中或者在其附近提供的并且打算在模具內(nèi)形成用于接收加熱/冷卻液體的管道網(wǎng)絡(luò)26；以及至少在模具和兩柱壓模交叉平面之間延伸，從而在模具內(nèi)部形成澆鑄桿的管子(未顯示)。
在所述模型的任一側(cè)，用膨脹石墨層32填充所述壓模的每柱34、35、36，然后填充覆蓋膨脹石墨層32的膨脹蛭石層31。用來(lái)形成膨脹石墨層的材料舉例來(lái)說(shuō)只由膨脹天然石墨構(gòu)成；用來(lái)形成蛭石層的材料舉例來(lái)說(shuō)只由膨脹蛭石構(gòu)成。
隨后通過(guò)向壓模中央移動(dòng)六塊壓模板而壓縮所形成的層，沿方向C啟動(dòng)柱35的壓模板，沿方向B啟動(dòng)柱34的壓模板，并且沿方向A啟動(dòng)柱36的壓模板，直至它們相遇形成立方體。
隨后從壓模中除去已經(jīng)形成的模具，然后通過(guò)由分隔片25限定界限的連接平面33打開(kāi)。如此以兩部分21、22的形式獲得模具20。從模具中除去分隔片25、管道26、澆鑄管和模型24。每個(gè)模具部件或每一半模具包含再壓縮膨脹石墨的內(nèi)部壓實(shí)層32a，其限定了用于待模制組件的一半空腔29；以及再壓縮膨脹蛭石的外部壓實(shí)層31a，其包住了層31a并且為模具形成了絕熱保護(hù)。根據(jù)壓模的尺寸及壓實(shí)層31a和32a的所需最終密度來(lái)選擇待引入壓模中以形成相應(yīng)層的膨脹石墨和蛭石的量。
每半模具21、22還包含與另半個(gè)模具的相連通道形成加熱/冷卻模具的液體循環(huán)回路的半圓柱形通道27、26。兩半模具21、22中至少一個(gè)進(jìn)一步包含在模具一個(gè)面和空腔29之間延伸的澆鑄桿30，通過(guò)澆鑄桿可以引入或注入優(yōu)選是液體形式的待模制的材料。
應(yīng)當(dāng)指出可以在每半模具的層32a中形成用于加熱/冷卻液體循環(huán)的獨(dú)立回路。因?yàn)槟軌虮ＷC回路是完全密封的，所以這種方法是優(yōu)選的。還應(yīng)當(dāng)指出在實(shí)施任何壓縮之前，可以在每層膨脹石墨中插入為了加熱模具而與電流發(fā)生器連接的電阻(電纜)。
為了獲得根據(jù)本發(fā)明的模具，還可以使用如圖1所示的單軸壓模，在模型任一側(cè)上形成膨脹石墨層，再在石墨層的任一側(cè)上形成兩層膨脹蛭石，然后沿單個(gè)方向壓縮各層。這就獲得了平行六面體形的模具，其只有兩個(gè)相對(duì)的面被蛭石壓實(shí)層絕緣。
作為變通，將三層這樣壓實(shí)的層(具備模型)放回入單軸壓模中，以至于蛭石層平行于壓模的壓縮方向C延伸，然后再次壓縮各層。如此獲得的模具由三層已經(jīng)沿兩個(gè)正交方向連續(xù)壓縮的重疊層形成。為了沿與前兩個(gè)方向正交的第三個(gè)方向壓縮各層，可以重復(fù)所述操作。在算二次和第三次壓縮操作之前，可以在事先壓實(shí)的各層的任一側(cè)上形成兩個(gè)新的膨脹蛭石層。然后，獲得平行六面體形的模具，如果只實(shí)施了兩次壓縮操作，其四個(gè)面由蛭石層絕緣，或者如果實(shí)施了三次壓縮操作，其所有的六個(gè)面都是絕緣的。
在模具至少一個(gè)面沒(méi)有蛭石絕緣保護(hù)的情況中，同樣可以通過(guò)使所述面與具有控制溫度的物品接觸，或者將所述面暴露(沒(méi)有接觸)于紅外輻射源下(然后通過(guò)在石墨壓實(shí)層內(nèi)的熱傳導(dǎo))來(lái)控制和調(diào)節(jié)模具內(nèi)的溫度。因此，借助再壓縮膨脹石墨的有價(jià)值的熱性質(zhì)(傳導(dǎo)性、擴(kuò)散性、吸收性、選擇性)，不需要在石墨層內(nèi)產(chǎn)生或插入加熱/冷卻回路即可控制空腔周?chē)＞叩臏囟取?br> 所示的模具20由兩個(gè)部件21、22組成，每個(gè)部件形成要模制的組件的一半空腔。但是，本發(fā)明也可以生產(chǎn)一片式模具(為了從中除去組件，必須毀壞這種模具)或者具有三個(gè)或更多部件的模具。
本發(fā)明還涉及生產(chǎn)日熱轉(zhuǎn)化器的方法，如圖6所示。在具有正方形或矩形橫截面板51的單軸壓模62中，形成膨脹蛭石層52，然后形成膨脹石墨層53，其中放置了至少一根具有盤(pán)管、耙、螺旋形狀或者任何其它適當(dāng)形狀的管子54。在石墨層形成期間，與板62平行并且在蛭石層的向上面上布置管子54。層中所述管子的位置和石墨層的總高度使管子54保持一旦所述層被壓實(shí)就全部由石墨覆蓋。由于其形狀和長(zhǎng)度，管子54均勻分布在石墨層中，并且其兩端每個(gè)與壓模51的壁鄰接。
然后，壓縮膨脹蛭石和石墨層，直至壓實(shí)。為了將俘獲結(jié)構(gòu)壓印入轉(zhuǎn)化器的吸收面上，所用的壓模具有提供了具有多個(gè)肋狀物69的壓模模型的壓板。
在本實(shí)施方案中，為了生產(chǎn)熱交換器，使用再壓縮的石墨作為填充材料，由于其熱性質(zhì)(吸收性、擴(kuò)散性)和機(jī)械性質(zhì)(通過(guò)簡(jiǎn)單的壓縮而壓實(shí))，該材料可以提高交換器的效率并簡(jiǎn)化其生產(chǎn)方法。壓縮比的選擇是折中如下因素的結(jié)果各層的壓實(shí)(該比例必須高于最小壓實(shí)比)、交換器質(zhì)量的增加(低壓縮比，即所述層的低密度允許提供更少量的膨脹石墨并且限制交換器的最終質(zhì)量)、交換器的熱和能量性能(石墨壓實(shí)層的吸收性和擴(kuò)散性取決于其密度)、管子54的存在(建議不要把管子壓扁)等。優(yōu)選壓縮比相應(yīng)于從30至200kg/m3(并且在各種情況中低于400kg/m3)的石墨壓實(shí)層密度。
應(yīng)當(dāng)指出可以沿幾個(gè)方向壓縮各層，但是從轉(zhuǎn)化器效率方面獲得的(小的)益處來(lái)看，這會(huì)不必要地使生產(chǎn)方法復(fù)雜化。
從壓模中除去壓實(shí)層(參見(jiàn)圖7)。具備管子54的石墨壓實(shí)層以厚板的形式產(chǎn)生熱交換器；蛭石壓實(shí)層55形成覆蓋交換器底面的絕緣基底。交換器的吸收面70具有多個(gè)直的溝槽或狹縫，例如三角形橫截面的溝槽68、半圓形橫截面的溝槽66、正方形橫截面的溝槽67，所述溝槽的寬度和深度小于1厘米并且優(yōu)選從1至5毫米。這些溝槽或狹縫形成俘獲結(jié)構(gòu)，通過(guò)在壓縮壓實(shí)層的同時(shí)以插在管子54的兩個(gè)邊緣之間的方式壓印這些俘獲結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)指出在隨后的操作期間，在層的壓實(shí)后可以任選地實(shí)施俘獲結(jié)構(gòu)的壓印。俘獲結(jié)構(gòu)66、67、68不僅提高了輻射加熱/冷卻的效率，而且提高了交換器的機(jī)械強(qiáng)度。
在壓實(shí)層55和56的四個(gè)邊緣上提供并且固定每個(gè)由再壓縮膨脹蛭石層構(gòu)成的絕緣板(通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒ǎ缯辰踊驍Q緊)以形成絕緣框架64。
管子54的每一端伸出石墨壓實(shí)層56的邊緣表面。在組裝絕緣框架后，提供與所述管端相對(duì)的孔，該孔穿過(guò)與所述邊緣相鄰的絕緣框架64的板。在所述孔中提供直管，并且與管子54的端部連接。管子54的兩端可以相應(yīng)地分別連接至供應(yīng)冷液體冷卻劑的裝置和接收經(jīng)太陽(yáng)能加熱的液體冷卻劑的裝置。
在包含底部59、側(cè)壁60和朝向箱體(casing)外部延伸的上部邊緣63的密封套中插入由底部55和蛭石框架64制成的絕緣箱。所述密封套保護(hù)親水蛭石箱不受濕度和氣氛的影響。通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒?，在頂部由固定到套管上部邊?3或側(cè)壁60上的鋼化玻璃板58來(lái)密封所述密封套。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)硅酮周邊密封57保證玻璃板和所述密封套之間的密封性。
在圖8所示的變體中，已經(jīng)在大部分石墨壓實(shí)層本體中直接形成用于循環(huán)液體冷卻劑的通道61。為此，在其形成期間，在膨脹石墨層中放置例如由蠟或聚苯乙烯制成的可破壞的管子。在石墨層壓縮和壓實(shí)后，毀壞所述可破壞的管子。在本實(shí)施例中，再壓縮的石墨構(gòu)成熱交換器的剛性結(jié)構(gòu)(并且沒(méi)有填充材料)。因此，根據(jù)其要接受的應(yīng)力液體冷卻劑的壓力、液壓連接、大的溫度變化，來(lái)施加足夠高的壓縮比，以賦予組裝體良好的機(jī)械強(qiáng)度。
應(yīng)當(dāng)指出同前述實(shí)施例一樣，通過(guò)插入的直金屬管形成為了將通道61連接到供應(yīng)液體冷卻劑并且接收所述液體冷卻劑的裝置上而通過(guò)蛭石壓實(shí)層(親水的)的通道部分。同樣，應(yīng)當(dāng)指出根據(jù)本發(fā)明，所示轉(zhuǎn)化器65不具有俘獲結(jié)構(gòu)，但是提供這種俘獲結(jié)構(gòu)是有利的。
所述生產(chǎn)轉(zhuǎn)化器50和65的方法具有大量的優(yōu)點(diǎn)-與包含必須生產(chǎn)(通過(guò)擠壓、牽拉等)成、被處理成耐腐蝕和氧化的并且用氧化鉻層(高度毒性的)覆蓋，然后焊接到交換器上的金屬板作為吸收器(absorber)的早期公知轉(zhuǎn)化器相比，吸收器和熱交換器集成為在一次壓實(shí)操作中組裝的一個(gè)相同的結(jié)構(gòu)(石墨層)。轉(zhuǎn)化器65甚至包含完全在一次操作中產(chǎn)生的吸收器-交換器(省去了管子)，-在一次操作中形成并且組裝熱交換器和絕緣基部，-所得的轉(zhuǎn)化器重量遠(yuǎn)低于已知的轉(zhuǎn)化器，-根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)化器的效率遠(yuǎn)優(yōu)于早期轉(zhuǎn)化器的效率，因?yàn)椤峤粨Q表面相應(yīng)于管子54和通道61的整個(gè)圓周，
·再壓縮的膨脹石墨在于轉(zhuǎn)化器中產(chǎn)生的溫室效應(yīng)的紅外波范圍內(nèi)具有良好的光學(xué)選擇性(S＝2)。這種特性使得不需要用鉻黑覆蓋，·再壓縮的膨脹石墨具有比早期生產(chǎn)吸收板的技術(shù)中使用的金屬更好的熱擴(kuò)散性(傳熱能力的度量參數(shù)并且為熱導(dǎo)率、熱容和材料密度函數(shù))。具體而言，密度為約100kg/m3的再壓縮膨脹石墨的擴(kuò)散系數(shù)是密度為其90倍的銅的3倍、密度為其100倍的銀的2倍，以及密度為其27倍的鋁的4倍。
·再壓縮的膨脹石墨具有比金屬更低的熱慣性，從而提高了轉(zhuǎn)化器的響應(yīng)時(shí)間，·再壓縮的膨脹石墨在熱變化面(the face of thermal variation)上的膨脹系數(shù)(線性)是低的，尤其是低于銅8倍，低于鋁11倍，并且低于銀6倍，-由于熱量在吸收器(石墨)和液體冷卻劑之間直接交換，所以尤其提高了轉(zhuǎn)化器65(不含銅管)的效率，-通過(guò)存在俘獲紅外波的結(jié)構(gòu)而提高了轉(zhuǎn)化器50的效率，-所述轉(zhuǎn)化器的成本是低的(特別是省去了銅管的轉(zhuǎn)化器65的成本)，-石墨和蛭石是化學(xué)惰性的材料，在壓縮后不會(huì)放出氣體并且都是無(wú)害無(wú)毒的，包括細(xì)片的形式(無(wú)論它們是膨脹石墨或蛭石的顆粒，還是再壓縮石墨或蛭石片)。它們更容易再循環(huán)利用。
在本發(fā)明的變通中(可適用于上面轉(zhuǎn)化器的兩個(gè)實(shí)施例)中，在其壓實(shí)前在膨脹石墨層中還布置電阻。這些電阻用來(lái)使熱交換器處于精確的溫度(高于或等于70℃)，從而防止交換器被細(xì)菌(例如軍團(tuán)桿菌)污染的任何危險(xiǎn)。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法允許以簡(jiǎn)單、快速和經(jīng)濟(jì)的方式為轉(zhuǎn)化器配備抗菌處理裝置。
不用說(shuō)可以對(duì)本發(fā)明在上述和圖中所示的實(shí)施方案作出各種變通。特別是，根據(jù)本發(fā)明的方法還適用于其它復(fù)合物品的生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)至少包含兩個(gè)具有不同性質(zhì)和/或功能的不同部件的復(fù)合物品的方法，其包括—形成至少一層包含70重量％以上的選自膨脹石墨的膨脹材料的層(3；32；53)，—形成至少另一層包含70重量％以上的選自膨脹蛭石的另一種膨脹材料的層(2；31；52)，—然后將如此形成的各層壓縮到一起，從而將其壓實(shí)，每個(gè)壓實(shí)的層(3a，2a；32a，31a；56；55)相應(yīng)于所述物品的一個(gè)部件。
2.權(quán)利要求1的方法，其中使所形成的層(2，3；31，32；52，53)相鄰。
3.權(quán)利要求1或者權(quán)利要求2的方法，其中沿幾個(gè)方向?qū)⑺纬傻膶?31，32)壓縮到一起。
4.權(quán)利要求3的方法，其中沿三個(gè)正交的方向?qū)⑺纬傻膶?31，32)壓縮到一起。
5.權(quán)利要求1或者權(quán)利要求2的方法，其中沿一個(gè)方向?qū)⑺纬傻膶?52，53)壓縮到一起。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述壓縮方向(C)基本上與所述層之間的界面正交。
7.權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)的方法，其中所形成的層(31，32)沿每個(gè)方向(A、B、C)接受一次壓縮操作。
8.權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)的方法，其中所形成的層(31，32)接受一次壓縮操作。
9.權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)的方法，其中所形成的層沿至少一個(gè)方向接受多次不同的壓縮操作。
10.權(quán)利要求9的方法，其中沿所述方向?qū)嵤┻m于壓實(shí)所形成的層的第一次壓縮操作，以使所述層被處理，隨后實(shí)施適于賦予所述層之一所需密度的第二次壓縮操作。
11.權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)的方法，其中在所形成層的壓縮期間，向至少一個(gè)石墨層的至少一個(gè)稱(chēng)作外面的面中壓印稱(chēng)作俘獲結(jié)構(gòu)的適于俘獲紅外波的開(kāi)口凹陷結(jié)構(gòu)。
12.權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)的方法，其中使用膨脹的天然石墨作為膨脹石墨。
13.權(quán)利要求1至12中任何一項(xiàng)的方法，其中所形成的蛭石層包含低于30重量％的選自珍珠巖、從例如SiO2或Al2O3的氧化物獲得的膨脹材料、高嶺石組、伊利石、蒙皂石、高嶺石的添加劑。
14.權(quán)利要求1至13中任何一項(xiàng)的方法，其用于生產(chǎn)電化學(xué)電池(1)，其中在兩個(gè)膨脹石墨層(3，4)之間形成膨脹蛭石層(2)，然后將所形成的層壓縮到一起。
15.權(quán)利要求14的方法，其中沿三個(gè)正交方向?qū)⑺纬傻膶訅嚎s到一起。
16.權(quán)利要求14或權(quán)利要求15的方法，其中壓縮所形成的層，以使兩個(gè)石墨壓實(shí)層(3a，4a)具有從30至60kg/m3的密度。
17.權(quán)利要求14至16中任何一項(xiàng)的方法，其中對(duì)于至少一個(gè)所述石墨層(12，13)，通過(guò)在膨脹石墨層和膨脹蛭石層之間于其形成期間放置可以破壞或者可以除去的線，并在所述層被壓實(shí)之后毀壞或除去所述的線，從而在所述石墨層的稱(chēng)作內(nèi)面并朝向蛭石層的一面上形成微溝槽(15，14)。
18.權(quán)利要求14至17中任何一項(xiàng)的方法，其中在膨脹石墨層形成期間向至少一層所述膨脹石墨層中結(jié)合加熱/冷卻元件。
19.權(quán)利要求14至18中任何一項(xiàng)以及權(quán)利要求11的方法，其中向至少一個(gè)石墨層(3a)的至少一個(gè)外面(18)中壓印俘獲結(jié)構(gòu)(16，17)，所述俘獲結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)從1微米至5毫米的正面尺寸和在1微米至1毫米之間的深度。
20.權(quán)利要求14至19中任何一項(xiàng)的方法，其中所形成的每個(gè)石墨層都包含20重量％以下的催化材料粉末，例如催化性的金屬或金屬氧化物。
21.權(quán)利要求14至20中任何一項(xiàng)的方法，其中所形成的蛭石層包含冷凍干燥的酶。
22.權(quán)利要求1至13中任何一項(xiàng)的的方法，其用于生產(chǎn)模具(20)，其中用膨脹石墨層(32)覆蓋模型(24)，然后形成至少覆蓋部分石墨層的膨脹蛭石層(31)，再將所形成的各層壓縮到一起。
23.權(quán)利要求22的方法，其用于生產(chǎn)鑄模，其中將所形成的各層壓縮在一起，以使石墨壓實(shí)層(32a)的密度大于100kg/m3。
24.權(quán)利要求22或權(quán)利要求23的方法，其中在膨脹石墨層中于其形成期間放置加熱/冷卻元件。
25.權(quán)利要求22或權(quán)利要求23的方法，其中通過(guò)在膨脹石墨層(32)中于其形成期間放置至少一個(gè)可破壞或可除去的管子(26)，并在壓實(shí)所述石墨層之后破壞或除去所述管子，從而直接在石墨中形成至少一個(gè)適于接收加熱/冷卻流體的通道(27，28)。
26.權(quán)利要求22至25中任何一項(xiàng)和權(quán)利要求11的方法，其中形成蛭石層，以使所述石墨壓實(shí)層的至少一個(gè)稱(chēng)作外面的面在使用模具時(shí)是可見(jiàn)的，并且其中向石墨層的至少一個(gè)外面中壓印俘獲結(jié)構(gòu)，所述俘獲結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)從1毫米至2厘米的正面尺寸和在1毫米至10厘米之間的深度。
27.權(quán)利要求1至13中任何一項(xiàng)的方法，其用于生產(chǎn)日熱轉(zhuǎn)化器，其中形成膨脹石墨層(53)，其中提供有至少一個(gè)適于接收液體冷卻劑的通道(54，61)，形成蛭石層(52)，所述層至少覆蓋一部分所述石墨層并留下其至少一個(gè)稱(chēng)作吸收面的面不被覆蓋，然后將所形成的各層壓縮到一起。
28.權(quán)利要求27的方法，其中在所述膨脹石墨層中放置至少一個(gè)永久性的管子(54)。
29.權(quán)利要求27的方法，其中在所述膨脹石墨層中放置至少一個(gè)可破壞或可除去的管子，在壓實(shí)所述石墨層之后毀壞或除去所述管子。
30.權(quán)利要求27至29中任何一項(xiàng)和權(quán)利要求11的方法，其中向所述石墨壓實(shí)層的吸收面(70)中壓印俘獲結(jié)構(gòu)(66，67，68)，所述俘獲結(jié)構(gòu)具有從10微米至1厘米的正面尺寸和在1毫米至1厘米之間的深度。
31.一種包含至少兩個(gè)具有不同性質(zhì)和/或功能的不同部件的復(fù)合物品，其中一個(gè)部件包含其中選自膨脹石墨的再壓縮膨脹材料含量為70重量％以上的壓實(shí)層，并且另一個(gè)部件包含其中選自膨脹蛭石的再壓縮膨脹材料含量為70重量％以上的另一壓實(shí)層。
32.權(quán)利要求31的物品，其是電化學(xué)電池(1)，并且包含插在兩層再壓縮膨脹石墨壓實(shí)層(3a，4a)之間的至少一層再壓縮膨脹蛭石壓實(shí)層(2a)。
33.權(quán)利要求32的物品，其中所述石墨壓實(shí)層的密度為30至60kg/m3。
34.權(quán)利要求32或權(quán)利要求33的物品，其中至少一層所述石墨壓實(shí)層(13，12)在稱(chēng)作內(nèi)面并朝向蛭石層的一面上具有微溝槽(14，15)。
35.權(quán)利要求32至34中任何一項(xiàng)的物品，其中至少一層所述石墨壓實(shí)層結(jié)合有加熱/冷卻元件。
36.權(quán)利要求32至35中任何一項(xiàng)的物品，其中至少一個(gè)石墨壓實(shí)層在至少一個(gè)外面上壓印有適于俘獲紅外波的稱(chēng)作俘獲結(jié)構(gòu)的開(kāi)口凹陷結(jié)構(gòu)(16，17)。
37.權(quán)利要求36的物品，其中所述俘獲結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)從1微米至5毫米的正面尺寸和1微米至1毫米的深度。
38.權(quán)利要求32至37中任何一項(xiàng)的物品，其中所述蛭石壓實(shí)層包含冷凍干燥的酶。
39.權(quán)利要求31的物品，其是模具(20)，并且包含至少一層再壓縮膨脹石墨壓實(shí)層(32a)，該層限定相應(yīng)于模具要復(fù)制的物品的空腔(29)的界限，以及包含至少部分覆蓋所述石墨層的再壓縮膨脹蛭石壓實(shí)層(31a)。
40.權(quán)利要求39的物品，其是鑄模，并且其中所述石墨壓實(shí)層的密度大于100kg/m3。
41.權(quán)利要求39或者權(quán)利要求40的物品，其中所述石墨壓實(shí)層結(jié)合有加熱/冷卻元件。
42.權(quán)利要求39或者權(quán)利要求40的物品，其中所述石墨壓實(shí)層(32a)包含至少一個(gè)直接形成在石墨中的并且適于接收加熱/冷卻流體的通道(27，28)。
43.權(quán)利要求39至42中任何一項(xiàng)的物品，其中所述石墨壓實(shí)層具有至少一個(gè)在使用模具時(shí)可見(jiàn)的被稱(chēng)作外面的面，并且其中所述石墨壓實(shí)層的至少一個(gè)外面具有適于俘獲紅外波的被稱(chēng)作俘獲結(jié)構(gòu)的壓印開(kāi)口凹陷結(jié)構(gòu)。
44.權(quán)利要求43的物品，其中所述俘獲結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)從1毫米至2厘米的正面尺寸和從1毫米至10厘米的深度。
45.權(quán)利要求31的物品，其是日熱轉(zhuǎn)化器(50)，并且包含至少一層再壓縮膨脹石墨壓實(shí)層(56)以及覆蓋所述石墨層并留出其至少一面作為吸收面的再壓縮膨脹蛭石壓實(shí)層(55)，所述再壓縮膨脹石墨壓實(shí)層(56)包含至少一個(gè)適于接收液體冷卻劑的通道(54)。
46.權(quán)利要求45的物品，其中已經(jīng)直接在石墨本體中形成了所述通道(61)。
47.權(quán)利要求45的物品，其中所述通道由容納在石墨層中的管子(54)構(gòu)成。
48.權(quán)利要求45至47中任何一項(xiàng)的物品，其中所述石墨壓實(shí)層在其吸收面(70)上具有適于俘獲紅外波的稱(chēng)作俘獲結(jié)構(gòu)的壓印開(kāi)口凹陷結(jié)構(gòu)(66，67，68)。
49.權(quán)利要求48的物品，其中所述俘獲結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)從10微米至1厘米的正面尺寸和從1毫米至1厘米的深度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)至少包含兩個(gè)具有不同性質(zhì)和/或功能的不同部件的復(fù)合物品的方法，其包括形成至少一層包含70重量％以上的選自膨脹石墨的膨脹材料的層(53)；形成至少另一層包含70重量％以上的選自膨脹蛭石的另一種膨脹材料的層(52)；然后將如此形成的各層壓縮到一起，從而將其壓實(shí)，每個(gè)壓實(shí)的層相應(yīng)于物品的一個(gè)部件。本發(fā)明的方法尤其可用于生產(chǎn)例如電化學(xué)電池、鑄模或者日熱轉(zhuǎn)化器的復(fù)合物品。
文檔編號(hào)B32B18/00GK1863747SQ200480029216
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月6日
發(fā)明者塞爾日·達(dá)席爾瓦, 皮埃爾·格羅, 塞德里克·勒岡, 雅克·普羅斯多奇米, 西爾萬(wàn)·皮伊布菲特 申請(qǐng)人:6T-Mic 工程公司