CN1154614C - 离子交换树脂、采用该离子交换树脂的滤芯及加湿装置 - Google Patents

Abstract

一种加湿装置，包括储存水等的液体的槽和设置在所述槽内的滤芯，将储存在所述槽内的水等的液体导入喷雾、扩散或加热装置，由该装置喷雾、扩散或加热蒸发，加湿所需的空间；滤芯具有充填离子交换树脂的离子交换树脂充填部、流通空气的空气流通路、将液体从滤芯外部导入滤芯内部的液体导入口；所述空气流通路设在未充填离子交换树脂的地方，且具有与滤芯的外部连通的空气出口；该空气出口设在与所述液体导入口相同高度或其上侧，该空气出口上设有一个以上的节流孔，该节流孔限制液体的流通，并把所述空气流通路内的空气导向滤芯外部；所述滤芯具有螺合部，借助该螺合部可装卸地安装在储存所述液体的槽的排水口上。

Description

离子交换树脂、采用该 离子交换树脂的滤芯及加湿装置

技术领域

本发明涉及加湿装置、特别涉及家庭用的蒸气式加湿装置，该加湿装置将储存在槽内的水等液体导入喷雾、扩散或加热装置，用该装置喷雾、扩散或加热后使其蒸发，加湿所需的空间。具体地说，是涉及能防止水等液体中含有的矿物质、例如Ca、Mg、Na、K、Fe、Cu等阳离子等固结在装置内的加湿装置。

另外，本发明不涉及在上述加湿装置中，用于吸收上述矿物质等的加湿装置用离子交换树脂、以及具有该离子交换树脂的滤芯。

背景技术

随着住宅的高密度化、空调等暖气的普及，为了预防感冒和过敏，多采用向干燥的室内放出水蒸气使湿度上升的加湿装置。这些加湿装置中具有代表的型式，是将储存在槽内的水导入加热装置后，加热而产生水蒸气的方式。该方式的加湿装置，通常称为蒸气式加湿装置。

图8表示现有的蒸气式加湿装置之一例。加湿装置30的装置本体31由塑料的箱体构成，其内部被分隔成4个室。由水平地配置在本体内部下部的分隔板32和从其右端向上方垂直配置的分隔板33，形成比较大的第1室34，在这里收容着可装卸的储存槽39。第1室34的底部作为暂时积存水的积存部52。积存部52的下侧与送水管45相连，该送水管45与后述的加热器44连接。

第1室34的下侧由垂直分隔板36分隔，在其左侧形成作为送风室的比较小的第2室35，在这里安装着鼓风机46，该鼓风机46具有与马达直接连接着的风扇。在分隔板36的右侧，形成略L字形的第3室37，在这里配置着制作水蒸气的圆滤芯状加热器44。

上述鼓风机46的风扇排出口与第3室37连接。在第3室37的上部设有方滤芯状的吹出管嘴47，该管嘴47伸出到后述第4室。因此，来自鼓风机46的风通过第3室37，从吹出管嘴47排出到第4室48。

第3室37的上部被水平分隔板49分隔，上侧作为纵长的第4室38，在这里配置着圆滤芯形的放出膛50。该入出膛50的下部与加热器44的上部连接，其上部朝装置外开口。在放出膛50周面的2个部位，开设着空气取入口51。该空气取入口51把从吹出管嘴47的放出口48放出的风导入放出膛50内。

往储存槽39内装水时，取下上盖40，从装置本体31中取出储存槽39。把装水后的储存槽39收容到装置本体31内时，肋42与盖41相接，设在盖41上的阀被打开，水排出到积存部52。该水通过管45流入加热器44。

电源接通、指示动作开始时，加热器44内的水被加热，成为水蒸气上升到放出膛50。鼓风机46被驱动，从吹出管嘴47的放出口48吹出风。该风一边在放出膛50的周围旋转，一边通过空气取入口51流入放出膛50内。在放出膛50内部，空气一边涡旋一边上升，放出到外部。借助该涡旋，大的水滴附着在放出膛50的内面，可防止装置的设置场所周边被浸湿。

在第1室34的底部安装着浮子开关43。当积存部52的水到达一定的水位以下时，该浮子开关动作，停止加湿装置30的运转。

但是，上述蒸气式加湿装置存在以下问题。即，通常，加湿所用的自来水中，含有离子状态的镁、钙等矿物质成分。这些矿物质成分(主要是Ca²⁺、Mg²⁺)，当自来水被加热器44煮沸时就成为水垢析出，固结在加热器44和管45上。时间一长，该水垢引起加热器44过热或管45堵塞，所以必须除去。但是，水垢象石头一样坚硬，并且牢固地固结着，很不容易除去，成为使用者的一个负担。另外，水垢通常是Ca、Mg、Na、K、Fe、Cu等阳离子的碳酸盐、氢氧化物或氧化物等，主要由Ca、Mg的碳酸盐或氢氧化物、特别是由碳酸钙、碳酸镁和氢氧化镁构成。

防止水垢固结的方法，可以采用离子交换树脂，将离子状态的矿物质成分吸附除去的方法。该方法已用于工业用锅炉用水等。但是，如果把离子交换树脂用于图8所示的蒸气式加湿装置，则必须要有使水通过密集的离子交换树脂的加压装置。由于存在该问题，尽管认识到水垢固结这一问题，但在蒸气式加湿装置中采用离子交换树脂来除去矿物成分还没有实现。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而作出的，其课题是在喷雾式、扩散式或加热式(蒸气式)加湿装置中、特别是在蒸气式加湿装置中，也能使用离子交换树脂以防止水垢固结。

本发明者，为了解决该问题，对在蒸气式加湿装置中使用离子交换树脂以防止水垢固结的方法，进行了锐意研究，结果发现，在储存槽内设置充填了离子交换树脂的滤芯，在滤芯内的未充填离子交换树脂的部位，设置空气通路，这样，即使在家庭用蒸气式加湿装置中，也能使用离子交换树脂，除去矿物成分。

本发明的加湿装置，包括储存水等的液体的槽和设置在所述槽内的滤芯，将储存在所述槽内的水等的液体导入喷雾、扩散或加热装置，由该装置喷雾、扩散或加热蒸发，加湿所需的空间；所述滤芯具有充填离子交换树脂的离子交换树脂充填部、流通空气的空气流通路、将液体从滤芯外部导入滤芯内部的液体导入口；其特征在于，所述滤芯由滤芯状体构成，具有上部部件、中心开口部、下部部件、外部保持部件和内部保持部件，而且，滤芯的上部除了空气流通路以外被上部部件密闭，滤芯的下部除了中心开口部以外被下部部件密闭；在该滤芯状体的上部部件与下部部件之间，在外周部设有让液体通过不让离子交换树脂通过的外部保持部件，另外，让液体通过不让离子交换树脂通过的内部保持部件，以围绕所述中心开口部的形式从下部部件向上部延设着，离子交换树脂充填在上部部件、下部部件及两保持部件之间，空气流通路由内部保持部件形成为滤芯状；所述空气流通路设在未充填离子交换树脂的地方，且具有与滤芯的外部连通的空气出口；该空气出口设在与所述液体导入口相同高度或其上侧，该空气出口上设有一个以上的节流孔，该节流孔限制液体的流通，并把所述空气流通路内的空气导向滤芯外部；所述滤芯具有螺合部，借助该螺合部可装卸地安装在储存所述液体的槽的排水口上。

本发明涉及充填着离子交换树脂的滤芯，该滤芯具有充填着离子交换树脂的部位和空气流通路，该空气流通路设置在未充填离子交换树脂的部位。

另外，本发明涉及加湿装置用的离子交换树脂，该离子交换树脂从加湿装置用的水中除去阳离子，是将强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂配合而成的。

另外，本发明涉及的加湿装置，将储存在槽内的水等液体导入喷雾、扩散或加热装置，由该装置使其喷雾、扩散或加热蒸发，加湿所需的空间。在槽内设有充填着离子交换树脂的滤芯。

解决上述问题的第1方案是加湿装置，将储存在槽1内的水等液体导入喷雾、扩散或加热装置，由该装置使其喷雾、扩散或加热蒸发，加湿所需的空间，在上述槽1内，设有充填了离子交换树脂的滤芯2。

该方案中，设在槽1内的滤芯2中，充填了离子交换树脂，液体通过该离子交换树脂时，镁、钙等矿物成分被离子交换树脂吸附而除去。因此，即使用加热装置将液体加热蒸发，也可防止矿物成分成为水垢固结在加热装置和配管中。另外，由于把滤芯2设置在槽1内，所以，在槽外不需要用于安装滤芯的空间，可实现装置的小型化。

解决上述问题的第2方案，是在上述第1方案中，将滤芯2设置在槽1的液体流出口。

由于把滤芯2设置在槽1的液体流出口，所以，可加大流入滤芯流入口的水量，可全部用完槽内的流体。

解决上述问题的第3方案，是上述第2方案的加湿装置或滤芯，在滤芯2内，空气流通路1设置在未充填离子交换树脂的部位。

为了将槽1中的水稳定地送入积存部，必须用空气置换槽1内的水减少的部分。即，槽1内的水通过盖3流出到积存部时，与其体积对应量的空气，从积存部通过盖2流入槽1内，槽1内的压力总保持为接近大气压的状态。

在该状况下，把离子交换树脂放入槽1内部的下部或槽1与盖3之间时，由于空气不能在离子交换树脂之间流过，所以，上述水和空气的置换不能很好进行。因此，槽1内部成为负压，结果，槽中的水不能流出到积存部。

本方案中，与从槽1流出的流体体积相当量的空气，可通过设在滤芯2内的空气流通路11，流入槽内，所以，槽内的压力总保持为接近大气压，液体可顺利地从槽中流出。由于空气流通路11设在未充填离子交换树脂的部位，所以，离子交换树脂不妨碍空气的流通。

解决上述问题的第4方案，是在上述第3方案中，空气流通路11的与槽1内相通的空气出口，与把槽内液体导入滤芯内的导入口8、15、17形成的同样高度或上侧。

槽1内的水，要从节流孔13和导入口8、15、17流入滤芯2内，但是，由于节流孔13设在与导入口8、15、17同一高度或上方，所以，借助节流孔13与导入口8、15、17的水头差，克服树脂的通水阻力从导入口流入，借助水头差和节流孔构造的相辅相乘作用，不从节流孔13流入，因此，槽内的流体通过离子交换树脂，供给加热装置。

解决上述问题的第5方案，是在第3方案或第4方案中，在空气流通路11的上部。设有1个以上的节流孔13，该节流孔13限制液体的流通，并把上述空气流通路内的空气导向滤芯外部。

由于空气流通路11的上部朝槽1内开放，所以，槽1内的液体可能会流入空气流通路。本方案中，在空气流通路11的上部设置了节流孔13。通过将该节流孔13的直径做成适当的大小，使槽内的液体因表面张力的作用而不能通过该节流孔，只容许空气通过。这样，可防止槽内的液体流入空气流通路内。因此，在平常状态，在空气流通路内保持着存有空气的状态，只在从滤芯下部供给新的空气时，空气通过节流孔流入槽内。

另外，节流孔13最好设置多个，减小每个孔的直径。这样，可减小从孔出来的气泡，并且，可以使空气不是一下子通过。这样，可减小空气进入槽内时的声音。

解决上述问题的第6方案，是在上述第5方案中，节流孔13的开口面积的总和在20mm²，以下。

根据本发明者的实验结果，这样，可以使液体不能通过节流孔，只有空气能通过。

解决上述问题的第7方案，是在上述第5或第6方案中，所有的节流孔的直径在2mm以下。

根据本发明者的实验结果，这样，可以把空气进入槽内时的声音减小到感觉不到的程度。

解决上述问题的第8方案，是在上述第2方案至第7方案中的任一方案中，滤芯2具有螺合部，用该螺合部可装卸地安装在储存上述液体的槽1的盖3上或排水口上。

槽的盖，如图8中的标记41那样，设在槽的下部，要往槽内装液体时将其取下。这样，由于把滤芯可装卸地安装在该盖上，所以滤芯本身容易装卸，并且不必将滤芯安装在槽本体上，所以，槽的构造可以简单。另外，这样，可将滤芯设置在槽内部的最下部，所以，可以用完槽内的全部液体。

解决上述问题的第9方案，是在上述第3方案至第8方案中的任一方案中，滤芯2由中空滤芯状体构成，液体从滤芯状体的外侧表面流入，通过了充填在外侧表面与中空部间的离子交换树脂后，流出到中空部，并且，中空部作为空气流通路11。

本方案中，滤芯的筒状外表面朝槽内开放，液体从这里流入滤芯内。然后通过了充填在滤芯状体外表面与中空部间的离子交换树脂后，流出到中空部。该滤芯的构造简单。另外，通过了离子交换树脂后的水的流出路与空气流通路相同。所以构造也简单。

解决上述问题的第10方案，是在上述第9方案中，滤芯2由滤芯状体构成，滤芯的上部除了空气流通路11以外被上部部件4c密闭，滤芯的下部除了中心开口部以外被下部部件4d密闭；在该滤芯状体的上部部件与下部部件之间，在外周部设有让液体通过不让离子交换树脂通过的外部保持部件，另外，让液体通过不让离子交换树脂通过的内部保持部件，以围绕上述中心开口部的形式从下部部件向上部延设着，离子交换树脂充填在上部部件、下部部件及两保持部件之间，空气流通路形成在由内部保持部件围成的部分。

本方案中，液体通过外部保持部件流入滤芯内，再通过离子交换树脂后，通过内部保持部件流出到被内部保持部件包围的部分(中空部)，流到滤芯外部。空气流通路形成在由内部保持部件围成的部分(中空部)，空气通过该部分流入槽内。

解决上述问题的第11方案，是在上述第3方案至第8方案中的任一方案中，液体从滤芯的上部流入，通过滤芯中的离子交换树脂后，从滤芯的下部流出。

本方案中，滤芯的上部朝槽中开放，通过了滤芯中的离子交换树脂后的液体，从滤芯的下部流出。该滤芯的构造简单，制造容易。

解决上述问题的第12方案，是在上述第11方案中，滤芯由具有内滤芯5和外滤芯4的滤芯状体构成，在内滤芯与外滤芯之间，在上部和下部，分别设有让液体通过不让离子交换树脂通过的上部保持部件17和下部保持部件18，离子交换树脂充填在内滤芯，外滤芯及两保持部件之间，空气流通路形成在内滤芯内。

本方案中，液体通过上部保持部件流入，再通过充填在内滤芯、外滤芯及两保持部件之间的离子交换树脂，从下部保持部件流出。空气流通路形成在内滤芯内，空气通过该部分后被导入槽内。

解决上述问题的第13方案，是在上述第3方案至第8方案中的任一方案中，液体从滤芯的下部流入，通过滤芯中的离子交换树脂后，从滤芯的下部流出。

上述第9方案和第10方案中，当槽内的液面降低时，滤芯的入侧和出侧的压差减小，与消耗量相当数量的液体不流动，所以，在全部用完槽内液体前，必须补充新的液体。另外，在上述第10方案和11方案中，当液面降低到滤芯上面位置时，流体完全不流入滤芯内，所以，同样地，在全部用完槽内的液体前，必须补充新的液体。

而本方案中，利用虹吸作用，使液体从滤芯的下部流入，通过了充填在滤芯内的离子交换树脂后，再从滤芯的下部流出。这样，可把残存在槽内的液体的约全部水头压力作为滤芯的入侧与出侧的压力差使用，因此，可全部用完槽内的液体。

解决上述问题的第14方案，是在上述第13方案中，滤芯由具有内滤芯和外滤芯的滤芯状体构成，滤芯的上部除了空气流通路外被上部部件密闭着，在内滤芯与外滤芯之间设有分隔部件，该分隔部件把内滤芯与外滤芯间的空间部，分隔为仅上部连通的外侧空间和内侧空间这样2个空间，在滤芯的下部，设有液体的流入口和流出口，这些液体流入口和流出口上，设有让液体通过不让离子交换树脂通过的保持部件，离子交换树脂充填在内滤芯、外滤芯、上部部件及保持部件之间，空气流通路形成在内滤芯内。

本方案中，液体从设在滤芯下部的流入口通过保持部件流入，在外侧空间内上升，在上部连通部移向内侧空间，在内侧空间内下降，通过保持部件后从流出口流出。即，液体从流出口流出后，借助虹吸作用，流体被流入口吸引。离子交换树脂充填在内滤芯、外滤芯、上部部件及保持部件之间，即充填在上述内部空间、外部空间及它们的连通部内，所以，液体在通过这些空间时，矿物成分被吸附。空气流通路形成在内滤芯内，空气通过该部分流入槽内。

解决上述问题的第15方案，是在上述第13方案和第14方案的任意一个方案中，具有容许空气从充填着离子交换树脂的部位向空气流通路侧流通，但不容许从空气流通路向充填着离子交换树脂的部位流通的机构。

当滤芯长期不使用，内部的离子交换树脂变干燥时，离子交换树脂收缩，体积减小。在第12方案和第13方案中，在这样的状态开始使用时，在滤芯内的上部形成空气滞留区，不能发挥虹吸作用，从而不能给水，滤芯有破裂的可能性。为此，必须将存在于该空气滞留区的空气散发到外部。

本方案中，由于设有容许空气从充填着离子交换树脂的部位向空气流通路侧流通的机构，所以，存在于空气滞留区的空气，当压力上升时流入空气流通路，消除空气滞留。该机构阻止空气从空气流通路侧向充填着离子交换树脂的部位流通，具有所谓的逆止阀的作用，所以，存在于空气流通路内的空气，不流入离子交换树脂充填部。

解决上述问题的第16方案，是在上述第13方案或第14方案中，在充填着离子交换树脂的部位的上部，设有1个以上的直径为0.5mm以下的孔21。

本方案也与第15方案同样地，具有防止空气滞留的效果。即，当空气滞留产生，其压力上升时，空气通过孔流出到槽内，空气滞留消失。根据本发明者的实验，孔的直径为0.5mm以下时，即使有孔的存在也不会失去虹吸作用。因此，孔的直径设定在该范围，并且将孔的直径设定为使充填在内部的离子交换树脂不漏出的大小。

解决上述问题的第17方案，是在上述第13方案或第14方案中，在充填着离子交换树脂部位的上部设有逆止阀，该逆止阀容许流体从滤芯向槽侧流出，在逆止阀的靠滤芯一侧，设有让液体通过不让离子交换树脂通过的保持部件。

该方案也与上述第15、16方案同样地，具有防止空气滞留的效果。即，当空气滞留产生、其压力上升时，空气通过逆止阀流出到槽内，空气滞留消失。在逆止阀的靠滤芯一侧设有保持部件，阻止离子交换树脂通过，所以，这时离子交换树脂不流出到槽内。在平常状态，借助虹吸作用，滤芯内的压力比槽内压力低，所以，滤芯内的液体不逆流到槽内。借助逆止阀的作用，防止槽内的液体流入滤芯内。

这样，即使在家庭用的蒸气式加湿器中，通过采用离子交换树脂或充填着该离子交换树脂的滤芯，可除去矿物成分，可解决矿物成分固结在加热器等上的问题。

充填在该滤芯内的离子交换树脂，由于充填在有限大小的滤芯内，所以希望尽可能地加大单位体积的离子交换容量(每单位体积的离子交换树脂可交换的离子量)。吸附Ca、Mg等阳离子的离子交换树脂，有强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂。其中，弱酸性阳离子交换树脂，虽然其单位体积的离子交换容量大，但是由于它只在酸性环境中才能发挥离子交换能力，所以，在加湿装置中使用中性的(例如PH＝5～7)水时就产生问题。强酸性阳离子交换树脂，虽然在中性环境中也能发挥离子交换能力，但是其单位体积的离子交换容量小。

假设用户在1个季节使用400升的水，所需的强酸性阳离子交换树脂超过200毫升，则需要大的滤芯，离子交换树脂的成本增高。

本发明是鉴于该问题而作出的，其目的在于提供一种上述加湿装置中使用的离子交换树脂，其单位体积的离子交换容量大。

解决上述问题的第18方案，是加湿装置用离子交换树脂，该离子交换树脂从加湿装置使用的水中除去阳离子，是用强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂配合而成的。

本发明者对于提高离子交换树脂单位体积的离子交换能力的方法作了锐意研究，结果发现，将强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂混合，可以使得原来在中性环境中不起作用的弱酸性阳离子交换树脂，发挥离子交换能力。结果，该离子交换树脂的单位体积的离子交换容量，比仅采用强酸性阳离子交换树脂时高。其原因是，强酸性阳离子交换树脂在进行离子交换的瞬间，水暂时被酸性化，这样，本来不发挥离子交换能力的弱酸性阳离子交换树脂，也发挥离子交换能力。

本发明中采用的强酸性阳离子交换树脂的具体例是，苯乙烯二乙烯基苯共聚合体的磺酸或其钠盐。共聚体中的二乙烯基苯的配合率最好为1～20摩尔％。本发明中采用的弱酸性阳离子交换树脂的具体例，是丙烯酸(或2-甲基丙烯酸)二乙烯基苯共聚合体或其钠盐。共聚体中的二乙烯基苯的配合率最好为1～20摩尔％。弱酸性阳离子交换树脂，可采用以羧基(-COOH)、磺基(-PO₃H₂)或酚性氢基(-OH)作为离子交换基的树脂，最好采用具有羧基的树脂。

解决上述问题的第19方案，是加湿装置用的离子交换树脂，从加湿装置所用的水中除去阳离子，在强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的配合中，强酸性阳离子交换树脂的配合率(体积比)，在超过40％不足70％的范围内。

解决上述问题的第20方案，是加湿装置用的离子交换树脂，从加湿装置所用的水中除去阳离子，在强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的配合中，强酸性阳离子交换树脂的配合率(体积比)，在43～67％的范围内。

解决上述问题的第21方案，是加湿装置用的离子交换树脂，从加湿装置所用的水中除去阳离子，在强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的配合中，强酸性阳离子交换树脂的配合率(体积比)，在50～60％的范围内。

如果强酸性阳离子交换树脂的配合比(体积比)超过40％、不足70％，则可得到比单使用强酸性阳离子交换树脂或单使用弱酸性阳离子交换树脂时高的交换容量。因此，在上述第19方案中，将强酸性阳离子交换树脂的配合比限定在该范围。

另外，如果强酸性阳离子交换树脂的配合比(体积比)在43～67％的范围，则更加明确地可得到比单使用强酸性阳离子交换树脂或单使用弱酸性阳离子交换树脂时高的交换容量。因此，在上述第20方案中，将强酸性阳离子交换树脂的配合比限定在该范围。

另外，如果强酸性阳离子交换树脂的配合比(体积比)在50～60％的范围，则可得到最佳的交换容量，因此，在上述第21方案中，将强酸性阳离子交换树脂的配合比限定在该范围。

解决上述问题的第22方案，是在上述第18方案或第21方案中，强酸性阳离子交换树脂，是钠盐形的苯乙烯二乙烯基苯共聚合体的磺酸；弱酸性阳离子交换树脂，是钠盐形的丙烯酸二乙烯基苯共聚合体。

钠盐形的苯乙烯二乙烯基苯共聚合体的磺酸，特别是苯乙烯-P-二乙烯基苯共聚合体的磺酸，作为强酸性阳离子交换树脂可容易得到。钠盐形的丙烯酸二乙烯基苯共聚合体，特别是钠盐形的丙烯酸-P-二乙烯基苯共聚合体，作为弱酸性阳离子交换树脂可容易得到。将它们配合，可切实提高单位体积的离子交换能力。之所以将离子交换树脂做成为钠盐形，是因为要除去的阳离子是以Ca、Mg为主体的离子，钠盐形离子交换树脂可以有效地将它们吸附。

解决上述问题的第23方案，是在上述第22方案中，强酸性阳离子交换树脂，是美国道化学公司制的钠盐形HGR-W2(商标)；弱酸性阳离子交换树脂，是美国道公司制的钠盐形MAG-3(商标)。

这些树脂可以买到，通过将它们配合，可切实提高单位体积的离子交换能力。本发明中采用的阳离子交换树脂，可以是凝胶型、大丸子型等具有几何构造的树脂，也可以是具有不定形粒状、球状、蜂窝状等形状的树脂，或具有约0.15～5mm、最好具有0.25～0.84mm平均粒径的树脂。但并不限上述的树脂。

一种加湿装置，将储存在槽内的水等的液体导入喷雾、扩散或加热装置，由该装置喷雾、扩散或加热蒸发，加湿所需的空间；在所述槽内设有滤芯，所述滤芯具有充填离子交换树脂的离子交换树脂充填部、流通空气的空气流通路、将液体从滤芯外部导入滤芯内部的液体导入口；其特征在于，所述空气流通路设在未充填离子交换树脂的地方，且具有与滤芯的外部连通的空气出口；该空气出口设在与所述液体导入口相同高度或其上侧，该空气出口上设有一个以上的节流孔，该节流孔限制液体的流通，并把所述空气流通路内的空气导向滤芯外部。

另外，为了解决上述现有技术的问题，可以仅采用具有上述特征的离子交换树脂、滤芯、加湿装置中的任一个，也可以将它们任意组合起来使用。

附图说明

图1是本发明的实施例中，概要地表示在储存槽内设有充填着离子交换树脂滤芯的例的图。

图2是表示本发明实施例中的滤芯的第1例的图。

图3是表示本发明实施例中的滤芯的第2例的图。

图4是表示本发明实施例中的滤芯的第3例的图。

图5是表示将图4所示滤芯改进后的第1例的图。

图6是图5的要部放大图。

图7是表示将图4所示滤芯改进后的第2例的图。

图8是表示现有蒸气式加湿装置之一例的图。

图9是曲线图，表示将强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂配合，使强酸性阳离子交换树脂的配合比例变化时的、每1ml树脂的交换容量(升)。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施例，但本发明并不局限于这些实施例。本发明中，加湿装置本体部的大部分，与图8所示现有加湿装置相同，所以其说明从略，仅说明作为本发明特征的储存槽部分、滤芯、及离子交换树脂。

例1

图1是表示本发明的实施例中，将充填着离子交换树脂的滤芯设置在储存槽内的例子。图1中，1是储存槽，2是滤芯，3是盖，4、4′是壳体，4是上部壳体，4′是下部壳体，5是内滤芯，5′是开设在内滤芯上的水流通口，6是分隔滤芯，7是空间部，7′是外部空间，7″是内部空间，8是流入口，9是流出口，10是保持部件即网，11是空气流通路，12是盖体，13是节流孔。

图1中，储存槽1和盖3，具有与图8中的储存槽39、盖41同样的构造。滤芯2螺固在图1中双点线所示的盖3上，盖3螺固地嵌合在储存槽1上。即，安装滤芯2时，把盖3从储存槽1上取下，把滤芯螺合在盖3上的螺纹部固定，再把盖3安装到储存槽1上。

上部壳体4是中空圆滤芯状，其上部被密闭，在外壁与内滤芯5之间，没有将空间部7分隔为外部空间7′和内部空间7″的圆滤芯状分隔滤芯6。分隔滤芯6的高度稍低，使得在空间上部形成连通部。在流入口8和流出口9设有网10，该网10具有使液体通过而离子交换树脂不能通过的网眼。在上部壳体4和网10围成的空间(外部空间7′、内部空间7″及其连通部)内，封入着离子交换树脂。盖体12具有嵌入上部壳体4的内滤芯5内的凸部，在该凸部上设有节流孔13。

在平常状态，外部空间7′、内部空间7″和连通部内充满着水。当设在盖3上的阀打开时，内部空间7′内的水通过流出口9、再通过水流通口5′如B所示地流出。于是，借助虹吸作用，储存槽1内的水，通过流入口8如A所示地流入外部空间7′内。这样，通过离子交换树脂、被除去了矿物成分的水供给到加热装置。

与水交替地从盖3流入的空气，如C所示地通过形成在内滤芯5内部的空气流通路11，再通过节流孔13流入储存槽1内。节流孔13具有使储存槽1内的水因表面张力作用而不能流入空气流通路11内的大小。这样，空气流通路11内总是被空气充满，只在从盖部3流入新的空气、压力上升时，多余的空气才从节流孔13流出。

根据本发明者的实验，为了使储存槽1内的水不流入空气流通路，节流孔13的总面积为20mm²以下即可，但最好尽可能地多开设小孔。这是因为如果节流孔13的直径大，则一次较多量的空气流入储存槽1内，这时会产生较大的声音。根据本发明者的实验，节流孔的直径在2mm以下时，可不产生声音。

通过设置该构造的滤芯，储存槽1内的水与相当体积的空气置换，这样，储存槽1压力总保持为大气压。因此，储存槽1内的几乎全部的水都可顺利地供给到加热装置。

例2

图2表示本发明实施例中采用的滤芯的第1例。(A)是平面图，(B)是局部剖切图(C)是局部剖切立体图。在下面的图中，与上述图中构成要素相同者，注以相同标记，其说明从略。图2中，4a是螺合部，4b是肋，4c是上面部件，4d是下面部件，14是外侧网，15是内侧网。

滤芯2形成为圆滤芯状，下部形成螺合到盖上的螺合部4a。在其壳体4的圆周部，8根肋4b设在上面部件4c与下面部件4d之间，肋4b以外的部分是孔。在其圆周部的内侧，沿圆周设有外侧网14，该外侧网14具有不让离子交换树脂通过的网眼。在滤芯2的中心部设有内侧网15，该内侧网15与滤芯2是同心的圆滤芯状，其直径大于上述螺合部4a的内径，具有不让离子交换树脂通过的网眼。在由外侧网14、内侧网15、上面部件4c、下面部件4d包围的中空圆滤芯状部分，充填着离子交换树脂。由内侧网15围成的圆滤芯状部分，形成空气流通路11。

当设在盖上的阀打开时，通过了离子交换树脂间的水，通过内侧网15如B所示地流动，通过上述螺合部4a的内侧后供给到盖。随之，储存槽内的水如A所示地，从壳体4圆周部的孔，通过外侧网14，流入充填着离子交换树脂的空间。从盖流入的空气，如C所示地通过空气流通路11，从设在上面部件4c上的节流孔13，流出到槽内。

这样，在该滤芯内，水从圆滤芯形状的滤芯的外周面流入，从形成在中心部的圆滤芯形状的内侧网流出。水的流出路和空气流通路11相同。在平常状态，空气流通路内充满着空气，槽内的水不能流入，不能流入的原因与在图1中所说明的原因相同。

该形式的滤芯，具有构造简单的优点，但其缺点是，由于把圆滤芯的外侧面作为水的流入口，所以，当槽内的水面降低时，水的流通不好。

例3

图3表示本发明实施例中采用的滤芯的第2例。(A)是平面图，(B)是局部剖切图。图3中，5a是肋，5b、12a、12b是环型部件，12c是肋，16是网保持部件，17是上侧网，18是下侧网。

图3中，壳体4形成为中空圆滤芯状，在其上部设有盖体12，该盖体12是用4根肋12c将2个环型部件12a、12b结合而成的。盖体12的除肋12c以外的部位是孔。在盖体12的紧下面设有上侧网17，该上侧网17由网保持部件16支承着，具有不让离子交换树脂通过的网眼。在内滤芯5上伸出4根肋5a，环型部件5b支承在这些肋5a上。因此，4根肋5a以外的部位是孔。在该孔的紧上面设有下侧网18，该下侧网18由4根肋5a和环型部件5b、内滤芯5支承着，具有不让离子交换树脂通过的网眼。由壳体4的外周部、内滤芯5、上侧网17、下侧网18围成的空间部7内，充填着离子交换树脂。

当设在盖上的阀打开时，通过了离子交换树脂间的水，通过下侧网18，再通过水流通口5′如B所示地流动，供给到盖。随之，储存槽内的水如A所示地，从盖部12的孔，通过上侧网17，流入充填着离子交换树脂的空间。从盖流入的空气，如C所示地通过形成在内滤芯5内的空气流通路11，从设在内滤芯5顶部的节流孔13，流出到槽内。在平常状态，空气流通路11内被空气充满，槽内的水不能流入，其不能流入的原因与图1中所说明的原因相同。

该方式的滤芯具有构造简单的优点，但其缺点是，由于把滤芯2的上面作为水的流入口，所以，当槽内的水面到达滤芯2的上面以下时，不能再继续供给水。

例4

图3表示本发明实施例中采用的滤芯的第3例，是局部断面图。上部壳体4是中空圆滤芯状，其上部被盖部12密闭，在外壁与内滤芯5之间，设有将其空间部7分隔为外部空间7′和内部空间7″的圆滤芯状分隔滤芯6。分隔滤芯6的高度稍低，使得在空间上部形成连通部。在流入口8和流出口9设有网10，该网10具有使液体通过而离子交换树脂不能通过的网眼。在上部壳体4和网10围成的空间(外部空间7′、内部空间7″及其连通部)内，封入着离子交换树脂。盖体12具有嵌入上部壳体4的内滤芯5内的凸部，在该凸部上设有节流孔13。

在平常状态，外部空间7′、内部空间7″和连通部内充满着水，当设在盖3上的阀打开时，内部空间7′内的水通过流出口9、再通过水流通口5′如B所示地流出。于是，借助虹吸作用，储存槽1内的水，通过流入口8如A所示地流入内部空间7内。这样，通过离子交换树脂、被除去了矿物成分的水供给到加热装置。

与水交替地从盖3流入的空气，如C所示地通过形成在内滤芯5内部的空气流通路11，再通过节流孔13流入储存槽1内，在平常状态，空气流通路11内总被空气充满，槽内的水不能流入，其不能流入的原因，与图1中所说明的原因相同。

该形式的滤芯中，利用虹吸作用，把水的流入口8设置在滤芯的下部。虽然构造稍许复杂一些，但可以全部用完储存槽内的水。另外，由于流入口8和流出口9设在同一高度，所以，二者可以兼用1个网10，具有降低成本的优点。

例5

图5表示将图4所示滤芯改进后的第1例，是局部断面图。图5中，19是缺口部，20是簧片部。图5所示的滤芯中除了下述的不同部分外，其余与图4所示相同，其动作也相同，其说明从略，仅说明与图4中不同的部分，上述的不同部分是，①内滤芯5的一部分或全部不与盖体12接触，在与盖体12间形成间隙；②在内滤芯5内侧的局部，设有沟槽状的缺口部19；③在盖体12与内滤芯5内侧相接的部分，设有可挠性的环状簧片部20。

例6

图6是将上述说明的部分放大表示的图。滤芯长期不使用时，内部的离子交换树脂会变干燥，这时，离子交换树脂收缩，体积减小。在图4和图5所示的利用虹吸作用的滤芯中，如果在该状态开始使用，则在滤芯内部的上部形成空气滞留区，不能发挥虹吸作用，从而不能给水，滤芯有破裂的可能。为此，必须把存在于该空气滞留区的空气引出到外部。图6所示机构就是为了起到该作用而设置的。

空气滞留在空间部7的上部，压力上升时，空气通过内滤芯5与盖体12间的间隙，到达缺口部19。然后，从内侧推压簧片部20，使簧片部20向内侧变形。借助该变形，在内滤芯5与簧片部20间形成间隙，空间部7的空气通过该间隙流入空气流通路11内，再通过节流孔13放出到储存槽内。内滤芯5与盖体12间的间隙、缺口部19的尺寸，设定为不让封在空间部7内的离子交换树脂漏出的大小。即使空气流通路11内的空气朝空间部7的方向漏出，这时，由于空气流通路11内的压力比空间部7的压力高，所以，簧片部20压紧在内滤芯5上而将通路密闭。这样，空气不朝着该方向漏出。

缺口部19可以呈沟槽状地设在内滤芯5的一部分上，也可沿圆周全周将内滤芯5的内侧切口。同样地，内滤芯5与盖部12间的间隙，可以沿全周设置，也可以一部分设置。无论哪种情形，内滤芯5与盖部12间的间隙和缺口部19必须连通。

例7

图7表示将图4所示滤芯改进后的第2例，是局部断面图，图7中，21是小孔。

图7所示的滤芯，除了在盖部12上设置0.5mm以下的小孔21外，其余与图4所示相同，动作也相同，其说明从略，仅说明与图4中不同的部分。图7所示的滤芯，具有与图6所示滤芯同样的目的。

空气滞留在空间部7的上部，当压力上升时，空气通过小孔21流出到储存槽内。根据本发明者的实验，如果小孔的直径在0.5mm以下，则储存槽内的水或空气不流入充填着离子交换树脂的空间部7，并且，离子交换树脂不通过小孔21进入储存槽内。

另外，也可以加大小孔21的直径，将逆止阀连接在小孔21上(图未示)，只容许从滤芯向储存槽侧的空气流动。这时，为了不让滤芯中的离子交换树脂流出到外部，必须把不让离子交换树脂通过而让空气通过的网子等保持部件放入逆止阀的靠滤芯一侧。

设置逆止阀时，也可以在内滤芯5上开孔，将逆止阀连接在该孔上，只容许从空间部7朝空气流通路11侧的空气流动。这时也同样地，为了不让滤芯中的离子交换树脂流出到外部，必须将网等的、不让离子交换树脂通过、让空气通过的保持部件，放入逆止阀的靠空间部7一侧。

例8

下面，说明离子交换树脂的实施例。

本发明者作了如下实验。即，将强酸性阳离子交换树脂与弱酸性阳离子交换树脂配合，使强酸性阳离子交换树脂的比例变化，这时，观察每1mL树脂的交换容量(升)。该交换容量表示每1mL树脂吸收Ca、Mg等阳离子的自来水的量。实验中，强酸性阳离子交换树脂是采用美国道化学公司制的钠盐型ダウニシクス(一种以聚苯乙烯二乙烯苯为基体的离子交换树脂的商品名)HGR-W2(商标)，弱酸性阳离子交换树脂，是采用美国道化学公司制的钢盐型ダウエシクス(一种以聚苯乙烯二乙烯苯为基体的离子交换树脂的商品名)MAC-3(商标)，将它们分别用超纯水洗净后使用。

HGR-W2是苯乙烯和P-二乙烯基苯的共聚合体的磺酸钠盐，二乙烯基苯的配合率约为10摩尔％。MAC-3是丙烯酸和二乙烯基苯的共聚合体的钠盐，二乙烯基苯的配合率约为8摩尔％。

结果，强酸性阳离子交换树脂的配合％(体积％)与每1ml树脂的交换容量之间，存在着如表1所示的关系。将该结果表示为图9。交换容量是用以下方法测定的。

先测定自来水的硬度，通过加入蒸馏水等，将硬度调节至70mg/l。通常，自来水的硬度多为10～300，或者30～100。所谓的硬度，是指把水中的钙或镁等的阳离子含量换算成CaCo₃，用mg单位表示1升水中的量。这样，把调节了硬度后的水通过阳离子交换树脂，对每单位树脂量(ml)的水的通过量(升)和通过后的水，任意地取样，测定其硬度，把每单位树脂量的水通过量和取样的水的硬度制成曲线。测定的硬度超过一定值时的水通过量，作为每1ml树脂的交换容量(升)表1

配合％	0	10	20	30	40	43	46	50
									交换容量(1)	1.3	1.3	1.3	1.35	1.4	1.45	1.5	1.55
配合％	55	60	64	67	70	80	90	100
									交换容量(1)	1.57	1.55	1.5	1.45	1.4	1.35	1.35	1.4

从该结果可知，当强酸性阳离子交换树脂的配合比(体积比)超过40％、不足70％时，可得到比只使用强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂中的任一方时的交换容量高的交换容量。

另外，当强酸性阳离子交换树脂的配合比(体积比)为43％～67％时，更加明确地可得到比只使用强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂中的任一方时的交换容量高的交换容量。

当强酸性阳离子交换树脂的配合比(体积比)为50％～60％时，交换容量最适当。

即，当HGR-W2和MAC-3的配合比(体积比)在5∶5～6∶4的范围内时，得到的单位体积离子交换容量，相当于仅采用HGR-W2时的1.12倍以上。结果，对于发挥同样的交换容量，只要HGR-W2单体时的约90％即可，可实现滤芯的小型化，单位用水量的离子交换树脂的低价格化。另外，之所以要用超纯水清洗，是为了降低使用中的掉色。

上面的说明中，说明了加热式加湿装置，本发明的效果对于加热式加湿装置最为显著。其它方式(例如超声波式)的加湿装置中，也存在着钙等的水垢固结在装置内的问题、以及由于放出含有钙等的水滴，使室内被钙等污染的问题。本发明对于解决这些问题也是有效的。因此，本发明的适用范围不限于加热式(蒸气式)加湿装置，也适用于采用超声波等的喷雾式、扩散式加湿装置。

如上所述，本发明的滤芯中，在滤芯内空气流通路设置在未充填离子交换树脂的部位，所以，槽内的液体通过滤芯容易地与空气置换，储存槽内的压力总保持为大气压。这样，槽内的液体通过充填着离子交换树脂的部分，借助水头压力顺利地供给到加热装置。根据该构造，不必设置特别的加压装置，可以使加湿装置中使用的液体通过离子交换树脂后，供给加热装置。因此，可防止矿物等作为水垢固结在加热装置和配管上。

另外，本发明的离子交换树脂中，配合着强酸性阳离子交换树脂和弱配性阳离子交换树脂，所以，从中性的水中除Ca、Mg等阳离子时，可提高单位体积的交换容量。从而可实现滤芯的小型化，实现单位用水量的离子交换树脂的低价格化。

Claims (21)

1.一种加湿装置，包括储存水等的液体的槽和设置在所述槽内的滤芯，将储存在所述槽内的水等的液体导入喷雾、扩散或加热装置，由该装置喷雾、扩散或加热蒸发，加湿所需的空间；所述滤芯具有充填离子交换树脂的离子交换树脂充填部、流通空气的空气流通路、将液体从滤芯外部导入滤芯内部的液体导入口；其特征在于，所述滤芯由滤芯状体构成，具有上部部件、中心开口部、下部部件、外部保持部件和内部保持部件，而且，滤芯的上部除了空气流通路以外被上部部件密闭，滤芯的下部除了中心开口部以外被下部部件密闭；在该滤芯状体的上部部件与下部部件之间，在外周部设有让液体通过不让离子交换树脂通过的外部保持部件，另外，让液体通过不让离子交换树脂通过的内部保持部件，以围绕所述中心开口部的形式从下部部件向上部延设着，离子交换树脂充填在上部部件、下部部件及两保持部件之间，空气流通路由内部保持部件形成为滤芯状；所述空气流通路设在未充填离子交换树脂的地方，且具有与滤芯的外部连通的空气出口；该空气出口设在与所述液体导入口相同高度或其上侧，该空气出口上设有一个以上的节流孔，该节流孔限制液体的流通，并把所述空气流通路内的空气导向滤芯外部；所述滤芯具有螺合部，借助该螺合部可装卸地安装在储存所述液体的槽的排水口上。

2.如权利要求1所述的加湿装置，其特征在于，所述节流孔的开口面积的总和在20mm²以下。

3.如权利要求1所述的加湿装置，其特征在于，所述节流孔的直径在2mm以下。

4.如权利要求1所述的加湿装置，其特征在于，所述喷雾、扩散或加热装置，是加热液体使其蒸发的蒸气式装置。

5.如权利要求1至4中任一项所述的加湿装置，其特征在于，所述滤芯由具有中空部和外侧表面的中空滤芯状体构成，所述离子交换树脂充填在该外侧表面与该中空部之间，液体从该滤芯状体的外侧表面流入，通过离子交换树脂后流出到中空部，中空部是空气流通路。

6.如权利要求1至4中任一项所述的加湿装置，其特征在于，液体从所述滤芯的上面流入，通过滤芯中的离子交换树脂后，从滤芯的下面流出。

7.如权利要求6所述的加湿装置，其特征在于，所述滤芯由具有内滤芯和外滤芯的滤芯状体构成，在外滤芯的上部和下部，分别设有让液体通过不让离子交换树脂通过的上部保持部件和下部保持部件，离子交换树脂充填在内滤芯、外滤芯及两保持部件之间，空气流通路形成在内滤芯内。

8.如权利要求1所述的加湿装置，其特征在于，所述滤芯充填有离子交换树脂，并具有空气流通路，所述空气流通路设在未充填离子交换树脂的地方，液体从滤芯的下部流入，通过滤芯中的离子交换树脂后，从滤芯的下部流出。

9.如权利要求8所述的加湿装置，其特征在于，所述滤芯由具有内滤芯和外滤芯的滤芯状体构成，而且具有上部部件、分隔部件、流体流入口、液体流出口和保持部件；滤芯的上部除了空气流通路外被上部部件密闭着，设有分隔部件，该分隔部件把由外滤芯形成的空间部，分隔为仅上部连通的外侧空间和内侧空间这样2个空间，在滤芯的下部，设有液体的流入口和流出口，这些液体流入口和流出口上，设有让液体通过不让离子交换树脂通过的保持部件，离子交换树脂充填在内滤芯、外滤芯及保持部件之间，空气流通路形成在内滤芯内。

10.如权利要求8或9所述的加湿装置，其特征在于，所述滤芯具有容许空气从充填着离子交换树脂的部位向空气流通路侧流通，不容许从空气流通路侧向充填着离子交换树脂的部位流通的机构。

11.如权利要求8或9所述的加湿装置，其特征在于，所述滤芯在充填着离子交换树脂部位的上部，设有1个以上的直径为0.5mm以下的小孔。

12.如权利要求8或9所述的加湿装置，其特征在于，所述滤芯在充填着离子交换树脂部位的上部设有逆止阀，该逆止阀容许空气从滤芯流出到储存槽，在逆止阀的靠滤芯一侧，设有让空气透过不让离子交换树脂通过的保持部件。

13.如权利要求1所述的加湿装置，其特征在于，所述离子交换树脂，是从加湿装置使用的水中除去阳离子的离子交换树脂，由强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂配合而成。

14.如权利要求13所述的加湿装置，其特征在于，所述强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的配合中，强酸性阳离子交换树脂的体积比，在超过40％不足70％的范围内。

15.如权利要求13所述的加湿装置，其特征在于，所述强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的配合中，强酸性阳离子交换树脂的体积比，在43～67％的范围内。

16.如权利要求13所述的加湿装置，其特征在于，所述强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的配合中，强酸性阳离子交换树脂的体积比，在50～60％的范围内。

17.如权利要求13至15中任一项所述的加湿装置，其特征在于，所述强酸性阳离子交换树脂，是钠盐形的苯乙烯二乙烯基苯共聚合体的磺酸；弱酸性阳离子交换树脂，是钠盐形的丙烯酸二乙烯基苯共聚合体。

18.如权利要求1所述的加湿装置，其特征在于，所述滤芯充填了离子交换树脂，所述离子交换树脂，用于从水中除去阳离子，它是由强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂配合而成，相对强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的总量，强酸性阳离子交换树脂的比例在超过40％体积比、不足70％体积比的范围内。

19.如权利要求18所述的加湿装置，其特征在于，所述强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的配合中，强酸性阳离子交换树脂的体积比，在43～67％的范围内。

20.如权利要求18所述的加湿装置，其特征在于，所述强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的配合中，强酸性阳离子交换树脂的体积比，在50～60％的范围内。

21.如权利要求18至20中的任一项所述的加湿装置，其特征在于，所述强酸性阳离子交换树脂，是钠盐形的苯乙烯二乙烯基苯共聚合体的磺酸；弱酸性阳离子交换树脂，是钠盐形的丙烯酸二乙烯基苯共聚合体。

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