KR100694882B1

KR100694882B1 - 가습장치용 이온 교환 수지

Info

Publication number: KR100694882B1
Application number: KR1020067002441A
Authority: KR
Inventors: 노리히로 마쯔야마
Original assignee: 주식회사 오성사
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2007-03-14
Also published as: CN1154614C; KR20060021414A; WO2000002818A1; KR20010052879A; TW585805B; CN1307543A; KR100616612B1

Abstract

본 발명은 가습장치에 사용되는 물로부터 양이온을 제거하는 이온 교환 수지로서, 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지를 조합하여 배합한 가습장치용 이온 교환 수지에 관한 것이다. 이로 인해 중성의 물로부터 Ca, Mg 등의 양이온을 제거하는 경우 단위 체적당의 교환 용량을 높게 할 수 있으며, 카트리지의 소형화, 단위 사용 수량당의 이온 교환 수지의 저가격화를 실현할 수 있게 된다.

이온 교환 수지

Description

가습장치용 이온 교환 수지{ION EXCHANGE RESIN FOR USING HUMIDIFIER}

도 1 은 본 발명의 실시형태에서 이온 교환 수지를 충전한 카트리지를 저장 탱크 내에 설치한 예를 나타내는 개요도이다.

도 2 는 본 발명의 실시형태에서 카트리지의 제 1 예를 나타내는 도면이다.

도 3 은 본 발명의 실시형태에서 카트리지의 제 2 예를 나타내는 도면이다.

도 4 는 본 발명의 실시형태에서 카트리지의 제 3 예를 나타내는 도면이다.

도 5 는 도 4 에 도시된 카트리지를 개량한 제 1 예를 나타내는 도면이다.

도 6 은 도 5 의 요부 확대도이다.

도 7 은 도 4 에 도시된 카트리지를 개량한 제 2 예를 나타내는 도면이다.

도 8 은 종래부터 사용되어 온 스팀식 가열장치의 일례를 나타내는 도면이다.

도 9 는 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지에 있어 강산성 양이온 교환 수지의 비율을 변화시켜 배합한 경우의 수지 1㎖ 당의 교환 용량 (ℓ) 을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 탱크 내에 저장된 물 등의 액체를 분무, 확산 또는 가열장치로 유도하여, 이 장치에서 분무, 확산 또는 가열하여 증발시켜 원하는 공간을 가습하는 이른바 가습장치, 특히 가정용 스팀식 가습장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 물 등의 액체 중에 함유된 미네랄 등, 예컨대 Ca, Mg, Na, K, Fe, Cu 등의 양이온 등이 장치 내에 고착되는 것을 방지한 가습장치의 카트리지에 적용되는 이온 교환 수지에 관한 것이다.

건조한 실내에 수증기를 방출함으로써 습도를 상승시키는 가습장치는 주택의 고밀도화, 에어콘에 의한 난방 보급 등에 따른 감기나 알레르기 예방을 목적으로 많이 사용되도록 되어 왔다. 이들 가습장치 중 대표적인 것은 탱크 내에 저장된 물을 가열장치로 유도하여 가열함으로써 수증기를 발생시키는 방식이다. 이러한 방식의 가습장치는 일반적으로 스팀식 가습장치라고 한다.

도 8 에 종래부터 사용되어 온 스팀식 가습장치의 일례를 나타낸다. 가습장치 (30) 의 장치 본체 (31) 는 플라스틱제 박스체로 구성되어 있고, 그 내부는 4 개의 방으로 구획되어 있다. 본체 내부의 하부에 수평으로 배치된 구획판 (32) 과 이 우단에서 상향 수직으로 배치된 구획판 (33) 으로 비교적 큰 제 1 방 (34) 이 형성되어 있고, 여기에 착탈이 자유로운 저장탱크 (39) 가 수납되어 있다.

또, 제 1 방 (34) 의 바닥부는 물을 일시적으로 저장하는 저장부 (52) 가 된다. 저장부 (52) 의 하측에는 송수파이프 (45) 가 연결되고 그것은 후술하는 히터 (44) 에 연결되어 있다.

제 1 방 (34) 의 하측은 수직인 구획판 (36) 으로 구획되며, 그 좌측에 송풍실로 사용되는 비교적 작은 제 2 방 (35) 이 형성되어 있다. 여기에 모터에 직결된 블로어를 갖는 송풍기 (46) 가 부착된다. 그리고, 구획판 (36) 우측에는 대략 L 자형의 제 3 방 (37) 이 형성되어 있고, 여기에 수증기를 만들어내는 원통형의 히터 (44) 가 배치되어 있다.

전술한 송풍기 (46) 의 블로어 배출구는 상기 제 3 방 (37) 에 연결된다.

또, 제 3 방 (37) 의 상부에는 사각통형의 배출노즐 (47) 이 후술하는 제 4 방측으로 돌출되도록 설치되어 있다. 따라서, 송풍기 (46) 로부터의 바람은 제 3 방 (37) 을 통과하여 배출노즐 (47) 에서 제 4 방 (38) 로 배출된다.

제 3 방 (37) 의 상부는 수평인 구획판 (49) 에 의해 구획되고, 이 상측이 세로로 긴 제 4 방 (38) 이 되고, 여기에 원통형의 방출 챔버 (50) 가 배치된다.

이 방출 챔버 (50) 하부는 히터 (44) 상부에 연결되고, 그 상부는 장치 밖으로 개구되어 있다. 또, 방출 챔버 (50) 의 둘레면에는 2 군데의 공기 주입구 (51) 가 뚫려 있다. 이 공기 주입구 (51) 는 배출노즐 (47) 의 방출구 (48) 에서 방출된 바람을 방출 챔버 (50) 내로 유도하기 위한 것이다.

저장탱크 (39) 에 급수할 때에는 상부 덮개 (40) 를 벗겨서 장치 본체 (31) 에서 저장탱크 (39) 를 꺼내어 실행한다. 급수된 저장탱크 (39) 를 장치 본체 (31) 에 수납하면 캡 (41) 에 리브 (42) 가 맞닿아 캡 (41) 에 설치된 밸브가 열려 물이 저장부 (52) 로 배출되도록 되어 있다. 이 물은 파이프 (45) 를 통해 히터 (44) 로 흘러들어간다.

전원이 투입되어 동작 개시가 지시되면, 히터 (44) 내의 물은 가열되어 수증기가 되어서 방출 챔버 (50) 로 상승한다. 한편, 송풍기 (46) 가 구동되어 배출노즐 (47) 의 방출구 (48) 에서 바람이 배출된다. 이 바람은 방출 챔버 (50) 의 주위를 돌면서 공기 주입구 (51) 를 통해 방출 챔버 (50) 내에 유입된다. 방출 챔버 (50) 내부에서는 공기가 소용돌이치면서 상승하여 외부로 방출된다. 이 소용돌이에 의해 큰 물방울이 방출 챔버 (50) 내면에 부착되어 남아서 장치의 설치 장소 주변이 젖는 것을 방지할 수 있다.

또, 제 1 방 (34) 의 바닥부에는 플로트 스위치 (43) 가 부착되어 있다.

저장부 (52) 의 물이 일정한 수위 이하가 되면, 이 플로트 스위치가 작동하여 가습장치 (30) 의 운전을 정지 및 금지시킨다.

그러나, 이러한 스팀식 가습장치에는 이하에 나타낸 바와 같은 문제점이 있다. 즉, 일반적으로 가습용으로 사용되는 수돗물에는 주로 마그네슘이나 칼슘 등의 미네랄분이 이온 상태로 함유되어 있다. 이들 미네랄분 (주로 Ca² ⁺, Mg² ⁺) 은 수돗물이 히터 (44) 로 데워지면 스케일로서 석출되어 히터 (44) 나 파이프 (45) 에 고착된다. 스케일 고착을 방치하면, 히터 (44) 가 과열되거나 파이프 (45) 가 막혀 고장의 원인이 되기 때문에 제거할 필요가 있다. 그러나, 스케일은 돌과 같이 단단하고 강고하게 부착되기 때문에 제거하는 것이 쉽지 않아, 사용자에게 부담이 된다. 또, 스케일은 일반적으로 Ca, Mg, Na, K, Fe, Cu 등의 양이온의 탄산염, 수산화물 또는 산화물 등으로, 주로 Ca, Mg 의 탄산염 또는 수산화물, 특히 탄산칼슘, 탄산마그네슘 및 수산화마그네슘으로 이루어진다.

스케일 고착을 방지하는 방법으로 이온 교환 수지를 사용하여 이온 상태로 함유되는 미네랄분을 흡착 제거하는 것을 생각할 수 있어 실제로 보일러용의 물 등의 공업용에는 채택되고 있다. 그러나, 이온 교환 수지를 도 8 에 도시된 바와 같은 스팀식 가습장치에 이용하고자 하면, 밀집된 이온 교환 수지 사이에 물을 통과시켜야 하기 때문에 가압 장치가 필요하게 된다. 이러한 문제점이 있어 스케일 고착이라는 문제점이 인식될 수 있음에도 불구하고 스팀식 가습장치에서는 이온 교환 수지를 사용한 미네랄 제거는 실현되지 않는다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 분무식, 확산식 또는 가열식 (스팀식) 가습장치, 특히 스팀식 가습장치에서도 이온 교환 수지의 사용을 가능하게 하고, 그럼으로써 스케일 부착을 방지하는 것을 과제로 삼는다.

본 발명자는 이러한 문제를 해결하여 스팀식 가습장치에서도 이온 교환 수지의 사용을 가능하게 하고, 그럼으로써 스케일 부착을 방지하는 방법에 대해 예의 연구를 거듭한 결과, 저장 탱크 내에 이온 교환 수지를 충전한 카트리지를 설치하고, 카트리지 내의 이온 교환 수지가 충전되어 있지 않은 장소에 공기 유통로를 설치함으로써 가정용 스팀식 가습장치에서도 이온 교환 수지를 사용한 미네랄 제거가 가능함을 발견하였다.

즉, 본 발명은 가습장치에 사용되는 물로부터 양이온을 제거하는 이온 교환 수지로서, 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지를 조합하여 배합한 가습장치용 이온 교환 수지에 관한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 1 수단은, 탱크 (1) 내에 저장된 물 등의 액체를 분무, 확산 또는 가열장치로 유도하여, 이 장치에서 분무, 확산 또는 가열하여 증발시켜 원하는 공간을 가습하는 가습장치로, 상기 탱크 (1) 내에 이온 교환 수지를 충전한 카트리지 (2) 가 설치되어 있는 가습장치이다.

본 수단에서는 탱크 (1) 내에 설치된 카트리지 (2) 에 충전된 이온 교환 수지 내를 액체가 통과할 때에 마그네슘이나 칼슘 등의 미네랄분이 이온 교환 수지에 흡착되어 제거된다. 따라서, 가열장치로 액체를 가열시켜 증발시켜도 가열장치나 배관 내에 미네랄분이 스케일로서 고착되는 것을 방지할 수 있다. 또, 카트리지 (2) 를 탱크 (1) 내에 설치함으로써, 탱크 밖에 카트리지를 부착하기 위한 특별한 공간이 필요없게 되어 장치를 소형화시킬 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 2 수단은, 상기 제 1 수단으로서 카트리지 (2) 가 탱크 (1) 의 액체의 유출구에 설치되어 있는 것이다.

카트리지 (2) 를 탱크 (1) 의 액체의 유출구에 설치함으로써, 카트리지 유입구에 위치되는 물을 많이 취할 수 있어 탱크 내의 액체를 거의 전량 사용할 수 있게 된다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 3 수단은, 카트리지 (2) 내에 공기의 유통로 (1) 가 이온 교환 수지가 충전되어 있지 않은 장소에 설치되어 있는 상기 제 2 수단의 가습장치 또는 카트리지이다.

탱크 (1) 내의 물을 안정적으로 저장부에 이송하기 위해서는 탱크 (1) 의 물 이 줄어든 분량을 공기로 치환해야 한다. 즉, 탱크 (1) 내의 물이 캡 (3) 을 통해 유출되면 그 체적에 대응하는 양의 공기가 저장부에서 캡 (2) 을 통해 탱크 (1) 내에 유입되어 탱크 (1) 내의 압력이 항상 대기압에 가까운 상태로 유지할 수 있게 되어 있다.

이러한 상황하에서 탱크 (1) 내부의 하부 또는 탱크 (1) 와 캡 (3) 사이에 이온 교환 수지를 넣으면, 공기는 이온 교환 수지 사이를 흐를 수 없어, 상기와 같은 물과 공기의 치환이 잘 이뤄지지 않는다. 따라서, 탱크 (1) 내부가 마이너스압이 되며 그 결과 탱크 내의 물이 저장부에 유출되지 않게 된다.

본 수단에서는 탱크 (1) 에서 유출된 액체 체적에 상당하는 양의 공기가 카트리지 (2) 내에 설치된 공기 유통로 (11) 를 통해 탱크 내에 유입될 수 있기 때문에, 탱크 내의 압력은 항상 대기압 가깝게 유지할 수 있어, 액체가 순조롭게 탱크에서 유출될 수 있다. 공기 유통로 (11) 는 이온 교환 수지가 충전되어 있지 않은 장소에 설치되어 있어, 이온 교환 수지가 공기 유통을 방해하게 되는 일은 없다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 4 수단은, 상기 제 3 수단으로서 상기 공기 유통로 (11) 의 탱크 (1) 내로 통하는 공기 출구가 탱크의 액체를 카트리지로 유도하는 도입구 (8, 15, 17) 와 동일한 높이이거나 상측에 형성되어 있는 것이다.

탱크 (1) 의 물은 교축구멍 (13) 및 도입구 (8,15,17) 에서 카트리지 (1) 내로 흘러들어가려고 하지만, 교축구멍 (13) 이 도입구 (8,15,17) 와 동일한 높이이거나 상측에 설치되어 있기 때문에, 교축구멍 (13) 과 도입구 (8,15,17) 의 수두 차이로 수지의 통수 저항을 극복하여 도입구로 흘러들어가, 수두 차이와 교축구멍의 구조가 어우러져 교축구멍 (13) 으로는 유입되지 않는다. 따라서, 탱크의 액체는 이온 교환 수지 사이를 통과하여 가열장치에 공급된다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 5 수단은, 상기 제 3 수단 또는 제 4 수단으로서 액체 통과를 제어함과 동시에 공기 유통로 내의 공기를 카트리지 외부로 유도하는 교축구멍 (13) 이 공기 유통로 (11) 의 상부에 1 개 이상 형성된 것이다.

공기 유통로 (11) 의 상부는 탱크 (1) 내로 개방되어 있어, 탱크 (1) 내의 액체가 공기 유통로에 흘러들어갈 우려가 있다. 본 수단에서는 공기 유통로 (11) 의 상부에 교축구멍 (13) 을 형성하고 있다. 이 교축구멍 (13) 의 직경을 적당한 크기로 함으로써, 탱크 내의 액체는 표면 장력 등의 영향으로 이 교축구멍을 통과할 수 없고, 공기만 통과할 수 있도록 할 수 있다. 즉, 탱크 내의 액체가 공기 유통로에 흘러들어가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 정상 상태에서는 공기 유통로에 공기가 저장된 상태로 유지할 수 있고, 카트리지 하부에서 새로운 공기 공급이 있을 때에만 교축구멍을 통해 공기가 탱크 내로 유입된다.

또, 교축구멍 (13) 은 될 수 있는 한 복수개 형성하고, 그 분량만큼 개개의 홀 직경을 작게 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 구멍에서 나온 기포 크기를 작게 할 수 있음과 동시에 공기가 한번에 통과되지 않도록 할 수 있다. 즉, 공기가 탱크에 들어갈 때 소리를 작게 할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 6 수단은, 상기 제 5 수단으로서 교축구멍 (13) 의 개구 면적의 총합이 20 mm² 이하가 되는 것이다.

발명자의 실험 결과에 따르면 이렇게 함으로써 안정적으로 교축구멍을 액체가 통과하지 않고 공기만 통과하도록 할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 7 수단은, 상기 제 5 수단 또는 제 6 수단으로서 모든 교축구멍의 직경을 2 mm 이하로 한 것이다.

발명자의 실험에 따르면, 이렇게 함으로써 공기가 탱크에 들어갈 때의 소리를 신경쓰이지 않을 정도로 작게 할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 8 수단은, 상기 제 2 수단 내지 제 7 수단 중 어느 한 수단으로서 카트리지 (2) 가 비틀어 넣음부를 가지며 이 비틀어 넣음부에 의해 상기 액체를 저장하는 탱크 (1) 의 캡 (3) 또는 배수구에 착탈 가능하게 되어 있는 것이다.

탱크의 캡은 예컨대 종래 기술에서 설명한 도 8 의 41 과 같이 탱크의 하부에 설치되며, 탱크에 액체를 넣을 때에는 분리시키도록 되어 있다. 즉, 카트리지를 이 캡에 착탈 가능하게 부착함으로써, 카트리지 그 자체의 착탈이 쉬워짐과 동시에 탱크 본체에 카트리지를 부착할 필요가 없어져 탱크 구조가 복잡해지는 것을 피할 수 있다. 또, 이렇게 함으로써, 카트리지를 탱크 내부의 최하부에 설치할 수 있으며 거의 전체량의 탱크 내의 액체를 사용할 수 있게 된다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 9 수단은, 상기 제 3 수단 내지 제 8 수단 중 어느 한 수단으로서 카트리지 (2) 가 중공의 원통형체로 이루어지고, 액체가 원통 형체의 외측 표면으로부터 유입되고, 외측 표면과 중공부 사이에 충전된 이온 교환 수지 사이를 통과하여 중공부로 유출됨과 동시에 중공부가 공기 유통로 (11) 로 되어 있는 것이다.

본 수단에서는 카트리지의 원통형 외측 표면이 탱크 내로 개방되고, 여기에서 액체가 카트리지 내로 유입된다. 그리고, 원통형체 외측 표면과 중공부 사이에 봉입된 이온 교환 수지 사이를 통과하여 중공부로 유출된다. 이러한 카트리지는 그 구조가 간단하다. 또, 이온 교환 수지를 통과한 물의 유출로와 공기 유통로를 동일하게 하여 이런 면에서도 구조가 간단해진다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 10 수단은, 상기 제 9 수단으로서 카트리지 (2) 는 상부가 공기 유통로 (11) 를 제외하고 상부 부재 (4c) 에 의해 밀폐되고 하부가 중심 개구부를 제외하고 하부 부재 (4d) 에 의해 밀폐된 원통형체로 이루어지며, 이 원통형체의 상부 부재와 하부 부재 사이에는 외주부에 액체를 투과시키고 이온 교환 수지를 통과시키지 않는 외부 유지부재가 설치됨과 동시에, 액체를 투과시키고 이온 교환 수지를 통과시키지 않는 내부 유지부재가 상기 중심 개구부를 감싸는 형태로 하부 부재에서 상부로 연이어 설치되고, 이온 교환 수지가 상부 부재, 하부 부재 및 양쪽 유지부재 사이에 충전되고, 공기 유통로는 내부 유지부재에 둘러싸인 부분에 형성되어 있는 것이다.

본 수단에서 액체는 외부 유지부재를 통과하여 카트리지 내로 흘러들어가 이온 교환 수지를 통과한 후, 내부 유지부재를 통과하여 내부 유지부재에 둘러싸인 부분 (중공부) 으로 유출되어 카트리지 외부로 흐른다. 공기 유통로는 내부 유 지부재에 둘러싸인 부분 (중공부) 에 형성되어 있으며 공기는 이 부분을 지나 탱크 내로 유입된다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 11 수단은, 상기 제 3 수단 내지 제 8 수단 중 어느 한 수단으로서 액체가 카트리지 상부에서 유입되고, 카트리지 내의 이온 교환 수지 사이를 통과하여 카트리지 하부로부터 유출되는 것이다.

본 수단에서는 카트리지 상부가 탱크 내로 개방되고, 카트리지 내의 이온 교환 수지 사이를 통과한 액체는 카트리지 하부로부터 유출된다. 이러한 카트리지는 그 구조가 간단하여 제조하기 쉽다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 12 수단은, 상기 제 11 수단으로서 카트리지가 내측 원통 (5) 과 외측 원통 (4) 을 갖는 원통형체로 이루어지고, 내측 원통과 외측 원통 사이에는 상부와 하부에 액체를 통과시키고 이온 교환 수지를 통과시키지 않는 상부 유지부재 (17), 하부 유지부재 (18) 가 각각 설치되어 있고, 이온 교환 수지는 내측 원통, 외측 원통 및 양쪽 유지부재 사이에 충전되어 있고 공기 유통로는 내측 원통 내에 형성되어 있는 것이다.

본 수단에서는 액체는 상부 유지부재를 통과하여 유입되고, 내측 원통, 외측 원통 및 양쪽 유지부재 사이에 충전되어 있는 이온 교환 수지 중을 통과하여 하부 유지부재로부터 유출된다. 공기 유통로는 내측 원통 내에 형성되어 있고 공기는 이 부분을 지나 탱크 내로 유도된다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 13 수단은, 상기 제 3 수단 내지 제 8 수단 중 어느 한 수단으로서 액체가 카트리지 하부에서 유입되고 카트리지 중의 이온 교 환 수지 사이를 통과하여 카트리지 하부에서 유출되는 것이다.

상기 제 9 수단 및 제 10 수단에서는 탱크 내의 액면이 저하됨과 동시에 카트리지 입구측과 출구측의 차압이 작아져 결국 소비되는 양에 상당하는 양의 액체가 흘러들어가지 않기 때문에, 탱크 내의 액체를 전체량 사용하기 전에 새롭게 액체를 보충해야 한다. 또, 상기 제 11 수단 및 제 12 수단에서는 액면이 카트리지 상면 위치까지 내려가면 액체가 전혀 카트리지로 유입되지 않기 때문에, 마찬가지로 탱크 내의 액체를 전체량 사용하기 전에 새롭게 액체를 보충해야 한다.

반면에, 본 수단에서는 사이폰 효과 등을 이용하여 액체를 카트리지 하부에서 유입시켜 카트리지 내에 충전된 이온 교환 수지를 통과시킨 후 카트리지 하부에서 유출시키도록 하고 있다. 이렇게 함으로써 탱크 내에 남은 액체의 헤드압의 거의 전부를 카트리지 입구측과 출구측의 압력차이에 의해 사용할 수 있게 되며, 즉, 탱크 내의 액체의 거의 전량을 다 사용할 수 있게 된다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 14 수단은, 상기 제 13 수단으로서 카트리지가 내측 원통과 외측 원통을 갖는 원통형체로 이루어지고, 카트리지 상부는 공기 유통로를 제외하고 상부 부재에 의해 밀폐되고 내측 원통과 외측 원통 사이에는 내측 원통과 외측 원통 사이에 형성된 공간을 상부에서만 연이어 통한 외측 공간과 내측 공간 2 공간으로 구획하는 구획부재가 형성되고, 카트리지 하부에는 액체의 유입구와 유출구가 형성되며 이들 액체의 유입구와 유출구에는 액체를 투과시키고 이온 교환 수지를 통과시키지 않는 유지부재가 설치되고, 이온 교환 수지는 내측 원통, 외측 원통, 상부 부재 및 유지부재 사이에 충전되어 있고 공기 유통로는 내 측 원통 내에 형성되어 있는 것이다.

본 수단에서는 액체가 카트리지 하부에 형성된 유입구에서 유지부재를 통과하여 유입되고, 외측 공간 내를 상승하고 상부 연통부에서 내측 공간으로 옮겨져 내측 공간을 하강하고 유지부재를 통과하여 유출구에서 유출된다. 즉, 유출구에서 액체가 유출되면, 사이폰 효과에 의해 액체가 유입구에서 흡인되도록 되어 있다. 이온 교환 수지는 내측 원통, 외측 원통, 상부 부재 및 유지부재 사이, 즉 상기 내부 공간, 외부 공간 및 이들 연통부에 충전되어 있어, 액체가 이들을 통과하는 사이에 미네랄분이 흡착된다. 공기 유통로는 내측 원통 내에 형성되어 있고 공기는 이 부분을 지나 탱크 내로 유입된다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 15 수단은, 상기 제 13 수단 및 제 14 수단 중 어느 한 수단으로서 이온 교환 수지가 충전되어 있는 장소로부터 공기 유통로 측으로의 공기 유통을 가능하게 하고, 공기 유통로 측으로부터 이온 교환 수지가 충전되어 있는 장소로의 공기 유통을 저지하는 기구를 구비하여 이루어진 것이다.

카트리지가 장기간에 걸쳐 사용되지 않아 내부의 이온 교환 수지가 건조되면, 이온 교환 수지가 수축되어 체적이 감소된다. 제 12 수단 및 제 13 수단에서는 이러한 상태로 사용을 개시하면, 카트리지 내부의 상부에 공기가 머물어 사이폰 효과를 발휘할 수 없게 되고 급수가 불가능해지거나 카트리지가 파열될 가능성이 있다. 그래서, 이 머물러 있는 공기를 외부로 배출시킬 필요가 있다.

본 수단에서는 이온 교환 수지가 충전되어 있는 장소로부터 공기 유통로 측으로의 공기 유통을 가능하게 하는 기구가 설치되어 있기 때문에, 머물러 있는 공 기는 압력이 상승하면 공기 유통로로 흘러들어가 공기가 머무는 것이 소실된다. 한편, 이 기구는 공기 유통로 측으로부터 이온 교환 수지가 충전되어 있는 장소로의 공기 유통을 저지하는, 이른바 역지 밸브의 효과를 갖고 있어 공기 유통로에 있는 공기가 이온 교환 수지 충전부로 흘러들어 가지는 않는다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 16 수단은, 상기 제 13 수단 또는 제 14 수단으로서 이온 교환 수지가 충전되어 있는 장소의 상부에 직경이 0.5 mm 이하인 구멍 (21) 이 1 개 이상 형성되어 있는 것이다.

본 수단도 상기 제 15 수단과 마찬가지로 공기가 머무는 것을 방지하는 작용 효과를 갖는 것이다. 즉, 공기가 머물어 그 압력이 상승하면 공기는 구멍을 통해 탱크 내로 유출되어 공기가 머무는 것은 소실된다. 발명자의 실험에 따르면, 구멍 직경을 0.5 mm 이하로 함으로써, 구멍이 있어도 사이폰 효과가 손실되지 않는 것을 알 수 있었다. 즉, 구멍의 직경은 이 범위에서 내부에 충전된 이온 교환 수지가 누출되지 않는 크기를 선정하여 사용한다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 17 수단은, 상기 제 13 수단 또는 제 14 수단으로서 이온 교환 수지가 충전되어 있는 장소의 상부에 카트리지로부터 탱크 측으로의 유체 유출이 가능한 역지 밸브가 설치되고, 역지 밸브의 카트리지 측에는 액체를 통과시키고 이온 교환 수지를 통과시키지 않는 유지부재가 설치되어 있는 것이다.

본 수단도 상기 제 15 수단, 제 16 수단과 마찬가지로 공기가 머무는 것을 방지하는 작용 효과를 갖는 것이다. 즉, 공기가 머물어 그 압력이 상승하면 공 기는 역지 밸브를 통해 탱크 내로 유출되어 공기가 머무는 것은 소실된다. 역지 밸브의 카트리지 측에는 유지부재가 설치되어 이온 교환 수지의 통과를 저지하기 때문에, 이 때에 이온 교환 수지가 탱크 내로 유출되는 일은 없다. 정상 상태에서는 사이폰 효과에 의해 카트리지 내의 압력이 탱크 내의 압력보다 낮아져 카트리지 내의 액체가 탱크 내로 역류되는 일은 없다. 탱크 내의 액체가 카트리지 내로 흘러들어가는 것은 역지 밸브의 효과로 막을 수 있다.

이렇게 해서 가정용 스팀식 가습기에서도 이온 교환 수지 또는 이 이온 교환 수지가 충전된 카트리지를 사용하여 미네랄 제거가 가능해지고 히터 등에 이들 미네랄 분이 고착된다는 문제가 없어진다.

그런데, 이러한 카트리지에 충전된 이온 교환 수지는 한정된 크기의 카트리지에 충전되기 때문에, 될 수 있는 한 단위 체적당 이온 교환 용량 (단위 체적당 이온 교환 수지에 의해 교환 가능한 이온의 양) 이 큰 것이 바람직하다. Ca 나 Mg 등의 양이온을 흡착하는 이온 교환 수지로는 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지가 알려져 있다. 이 중 약산성 양이온 교환 수지는 단위 체적당 이온 교환 용량은 크지만, 산성 분위기 중에서밖에 이온 교환 능력을 발휘할 수 없어, 가습장치에 중성 (예컨대, pH = 5∼7) 의 물을 사용하는 경우에는 문제를 발생시킨다. 강산성 양이온 교환 수지는 중성 분위기에서도 이온 교환 능력을 발휘할 수 있으나, 단위 체적당 이온 교환 용량이 작다.

만일 사용자가 한 시즌에 400ℓ물을 사용한 것으로 가정하면, 필요한 강산성 양이온 교환 수지는 200㎖ 를 초과하며 카트리지가 커짐과 동시에 이온 교환 수지 의 원단위가 높아진다.

본 발명은 이러한 사정도 감안하여 이루어진 것으로, 상기 가습장치에 사용되는 이온 교환 수지로, 단위 체적당 이온 교환 수지 용량이 큰 것을 제공하는 것도 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 18 수단은, 가습장치에 사용되는 물로부터 양이온을 제거하는 이온 교환 수지로서, 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지를 조합하여 배합한 가습장치용 이온 교환 수지이다.

발명자는 이온 교환 수지의 단위 체적당의 이온 교환 능력을 높이는 방법에 대해 예의 연구를 거듭한 결과, 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지를 혼합함으로써, 본래 중성의 환경 중에서는 효과를 나타내지 않는 약산성 양이온 교환 수지가 이온 교환 능력을 발휘하게 되어, 그 결과 이 이온 교환 수지의 단위 체적당의 이온 교환 용량이 강산성 양이온 교환 수지 단독체의 경우보다 높아지는 것을 발견하였다. 그 이유는 강산성 양이온 교환 수지가 이온 교환을 하는 순간에 일시적으로 물이 산성화되고 그럼으로써 본래 이온 교환 능력을 발휘하지 못한 약산성 양이온 교환 수지가 이온 교환 능력을 발휘하게 되기 때문이라고 볼 수 있다.

본 발명에서 사용되는 강산성 양이온 교환 수지의 구체예로는 스티렌-디비닐벤젠 공중합체의 술폰산 또는 그 나트륨염을 들 수 있다. 공중합체 중의 디비닐벤젠의 배합율은 바람직하게는 1 내지 20 몰% 이다. 본 발명에서 사용되는 약산성 양이온 교환 수지의 구체예로는 아크릴산(또는 메타크릴산)-디비닐벤젠 공중합 체 또는 그 나트륨염을 들 수 있다. 공중합체 중의 디비닐벤젠의 배합율은 바람직하게는 1 내지 20 몰% 이다. 약산성 양이온 교환 수지로는 카르복실기 (-COOH), 포스폰기 (-PO₃H₂) 또는 페놀성 수산기 (-OH) 를 이온 교환기로 갖는 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 카르복실기를 갖는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 19 수단은, 가습장치에 사용되는 물로부터 양이온을 제거하는 이온 교환 수지로서, 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지를 강산성 양이온 교환 수지의 비율이 체적비로 40% 를 초과하고 70% 미만인 범위가 되도록 배합한 가습장치용 이온 교환 수지이다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 20 수단은, 가습장치에 사용되는 물로부터 양이온을 제거하는 이온 교환 수지로서, 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지를 강산성 양이온 교환 수지의 비율이 체적비로 43 내지 67 % 범위가 되도록 배합한 가습장치용 이온 교환 수지이다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 21 수단은, 가습장치에 사용되는 물로부터 양이온을 제거하는 이온 교환 수지로서, 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지를 강산성 양이온 교환 수지의 비율이 체적비로 50 내지 60% 범위가 되도록 배합한 가습장치용 이온 교환 수지이다.

강산성 양이온 교환 수지의 배합비 (체적비) 가 40% 를 초과하고 70% 미만이면, 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지 중 어느 한 양이온 교환 수지만 사용한 경우의 교환 용량보다 높은 교환 용량을 얻을 수 있다. 즉, 상기 제 19 수단에서는 강산성 양이온 교환 수지의 배합비를 이 범위로 한정한다.

또, 강산성 양이온 교환 수지의 배합비 (체적비) 가 43 내지 67 % 이면, 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지 중 어느 한 양이온 교환 수지만 사용한 경우의 교환 용량보다 명확히 높은 교환 용량을 얻을 수 있다. 즉, 상기 제 20 수단에서는 강산성 양이온 교환 수지의 배합비를 이 범위로 한정한다.

또한, 강산성 양이온 교환 수지의 배합비 (체적비) 가 50 내지 60% 이면, 교환 용량이 최적화된다. 즉, 상기 제 21 수단에서는 강산성 양이온 교환 수지의 배합비를 이 범위로 한정한다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 22 수단은, 제 18 수단 내지 제 21 수단 중 어느 한 수단으로서 강산성 양이온 교환 수지가 나트륨형의 스티렌-디비닐벤젠 공중합체의 술폰산이고, 약산성 양이온 교환 수지는 나트륨형의 아크릴산-디비닐벤젠 공중합체이다.

나트륨형의 스티렌-디비닐벤젠 공중합체의 술폰산, 특히 스티렌-p-비닐벤젠 공중합체의 술폰산은 강산성 양이온 교환 수지로서 입수하기 쉽고, 나트륨형의 아크릴산-디비닐벤젠 공중합체, 특히 나트륨형의 아크릴산-p-디비닐벤젠 공중합체는 약산성 양이온 교환 수지로서 입수하기 쉽다. 그리고, 이들을 조합하여 배합함으로써, 확실히 단위 체적당의 이온 교환 능력을 높이는 효과를 얻을 수 있다. 이온 교환 수지를 나트륨형으로 한 것은 제거되는 양이온이 Ca, Mg 을 주체로 하는 것이어서, 이들을 효율적으로 흡착하도록 하기 위함이다.

상기 과제를 해결하기 위한 제 23 수단은, 상기 제 22 수단으로서 강산성 양 이온 교환 수지가 '다우 ·케미칼'사 제품인 나트륨염형 HGR-W2 (상표) 이고, 약산성 양이온 교환 수지는 '다우 ·케미칼'사 제품인 나트륨염형 MAC-3 (상표) 이다.

이들 수지는 시판되고 있어 입수하기 쉽고 이들을 조합해서 배합함으로써 확실히 단위 체적당의 이온 교환 능력을 높이는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에서 사용되는 양이온 교환 수지는 겔형이나 다공성(porous)형 등의 기하학적 구조를 갖는 것이나, 부정형립 형상, 구 형상, 벌집 형상 등의 형상을 갖는 것이나, 약 0.15 내지 5 mm, 바람직하게는 0.25 내지 0.84 mm 의 평균입경을 갖는 것을 사용할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 종래 문제를 해결하기 위해, 상기 특징을 갖는 이온 교환 수지, 카트리지, 가습장치 중 어느 하나만 채택해도 되고, 어떤 임의의 조합을 채택해도 된다.

이하, 본 발명의 실시형태의 예를 도면을 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정된 것이 아니다. 본 발명에서는 가습장치 본체부의 대부분은 도 8 에 도시된 바와 같은 종래형의 가습장치와 동일하기 때문에 설명을 생략하고, 본 발명의 특징부인 저장 탱크 부분, 카트리지 및 이온 교환 수지로 한하여 설명을 한다.

[ 실시예 ]

예 1

도 1 은 본 발명의 실시형태에서 이온 교환 수지를 충전한 카트리지를 저장 탱크 내에 설치한 예를 나타내는 개요도이다. 도 1 에서 1 은 저장 탱크, 2 는 카트리지, 3 은 캡, 4,4' 는 케이스로 4 는 상부 케이스, 4' 는 하부 케이스, 5 는 내측 원통, 5' 는 내측 원통에 뚫린 물 유통구, 6 은 구획 원통, 7 은 공간부, 7' 는 외부 공간, 7'' 는 내부 공간, 8 은 유입구, 9 는 유출구, 10 은 유지부재인 네트, 11 은 공기 유통로, 12 은 덮개, 13 은 교축구멍을 나타낸다.

도 1 에서 저장 탱크 (1) 및 캡 (3) 은 도 8 의 저장 탱크 (39), 캡 (41) 과 동일한 구조를 갖고 있다. 그리고, 카트리지 (2) 는 도 1 에서 상상선으로 표시되어 있는 캡 (3) 에 나사식으로 고정되어 있고, 캡 (3) 은 저장 탱크 (1) 에 나사식으로 끼여 있다. 즉, 카트리지 (2) 를 부착하기 위해서는, 캡 (3) 을 저장 탱크 (1) 에서 떼어내 캡 (3) 에 설치된 비틀어 넣음부에 카트리지를 나사고정하여 재차 캡 (3) 을 저장 탱크 (1) 에 부착한다.

상부 케이스 (4) 는 중공 원통형으로 그 상부는 밀폐되어 있고, 외벽과 내측 원통 (5) 사이에는 그 사이의 공간부 (7) 를 외부 공간 (7') 과 내부 공간 (7'') 으로 구획하는 원통형의 구획 원통 (6) 이 설치되어 있다. 또한, 구획 원통 (6) 의 높이는 공간 상부에 연통부가 형성되도록 낮게 되어 있다. 유입구 (8) 및 유출구 (9) 에는 액체를 통과시키고 이온 교환 수지를 통과시키지 않을 정도의 메시를 갖는 네트 (10) 가 설치되어 있고, 상부 케이스 (4) 와 네트 (10) 로 둘러싸인 공간 (외부 공간 (7') 과 내부 공간 (7'') 및 그 연통부) 에는 이온 교환 수지가 봉입되어 있다. 덮개 (12) 는 상부 케이스 (4) 의 내부 원통 (5) 에 끼워지는 볼록부를 가지고 있으며 이 볼록부에는 교축구멍 (13) 이 형성되어 있다.

정상 상태에서는 외부 공간 (7') 과 내부 공간 (7'') 및 그 연통부는 물로 채워진다. 캡 (3) 에 설치되어 있는 밸브가 열리게 되면, 내부 공간 (7'') 내의 물이 유출구 (9) 를 지나고 그리고 물 유통구 (5') 를 지나 B 로 표시된 바와 같이 유출된다. 그러면, 사이폰 효과에 의해 유입구 (8) 에서 저장 탱크 (1) 내의 물이 유입구 (8) 를 지나 A 로 표시된 바와 같이 외부 공간 (7') 내로 유입된다. 이렇게 해서 이온 교환 수지 사이를 지나 미네랄분이 제거된 물이 가열장치에 공급된다.

캡 (3) 에서 물과 교체로 유입되는 공기는 C 로 표시된 바와 같이 내측 원통 (5) 내부에 형성된 공기 유통로 (11) 를 지나고 그리고 교축구멍 (13) 을 지나 저장 탱크 (1) 내에 유입된다. 교축구멍 (13) 은 저장 탱크 (1) 내의 물이 표면 장력 등의 작용으로 공기 유통로 (11) 내로 흘러들어가지 않을 정도의 크기로 되어 있고, 그럼으로써 공기 유통로 (11) 내는 항상 공기로 채워지고, 캡 (3) 에서 새로운 공기가 유입되어 압력이 상승했을 때에만 여분의 공기가 교축구멍 (13) 에서 유출되도록 되어 있다.

발명자의 실험에 따르면, 저장 탱크 (1) 내의 물이 공기 유통로에 흘러들어가지 않도록 하기 위해서는, 교축구멍 (13) 의 총면적을 20 mm² 이하로 하면 되지만, 될 수 있는 한 작은 구멍을 다수개 형성하는 것이 바람직하다. 그것은 교축구멍 (13) 의 직경이 크면 한번에 다량의 공기가 저장 탱크 (1) 내에 유입되게 되며, 이 때에 큰 소리를 발생시키기 때문이다. 발명자의 실험에 따르면, 교축구멍 (13) 의 직경을 2 mm 이하로 함으로써 신경쓰이는 소리의 발생을 인지할 수 없 게 되었다.

이러한 구조의 카트리지를 설치함으로써, 저장 탱크 (1) 내의 물은 항상 상당하는 체적의 공기와 교체될 수 있으며, 저장 탱크 (1) 내의 압력은 항상 거의 대기압으로 유지될 수 있다. 즉, 거의 모든 저장 탱크 (1) 내의 물이 순조롭게 가열장치에 공급되게 된다.

예 2

도 2 는 본 발명의 실시형태에서 사용되는 카트리지의 제 1 예를 나타내는 도면으로, 도 2a 는 평면도이고, 도 2b 는 일부 단면도, 도 2c 는 일부 단면 사시도이다. 이하 도면에서 전술한 도면에 도시된 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다. 도 2 에서 4a 는 비틀어 넣음부, 4b 는 리브, 4c 는 상면 부재, 4d 는 하면 부재, 14 는 외측 네트, 15 는 내측 네트이다.

카트리지 (2) 는 원통형으로 형성되어 있고, 하부에는 캡용 비틀어 넣음부 (4a) 가 형성되어 있다. 그 케이스 (4) 의 원주부는 8 개의 리브 (4b) 가 상면 부재 (4c) 와 하면 부재 (4d) 사이에 설치되어 있고, 리브 (4b) 이외의 부분은 구멍으로 되어 있다. 그리고, 이 원주부 내측에는 이온 교환 수지를 통과시키지 않는 메시인 외측 네트 (14) 가 원주를 따라 설치되어 있다. 그리고, 카트리지 (2) 의 중심부에는 캡용 비틀어 넣음부 (4a) 의 내경보다 큰 직경을 갖는 동심 원통형의 이온 교환 수지를 통과시키지 않는 메시인 내측 네트 (15) 가 설치되어 있다. 그리고, 외측 네트 (14), 내측 네트 (15), 상면 부재 (4c), 하면 부재 (4d) 에 둘러싸인 중공 원통형의 부분에 이온 교환 수지가 충전되어 있다. 내측 네트 (15) 로 둘러싸인 원통형 부분은 공기 유통로 (11) 를 형성하고 있다.

캡에 설치된 밸브가 열리게 되면 이온 교환 수지 사이를 통과한 물은 내측 네트 (15) 를 통과하여 B 와 같이 흐르며 캡용 비틀어 넣음부 (4a) 의 내측을 통과하여 캡에 공급된다. 이에 따라 탱크 내의 물은 A 와 같이 케이스 (4) 의 원주부의 구멍에서 외측 네트 (15) 를 통과하여 이온 교환 수지가 충전된 공간에 흘러들어간다. 캡에서 유입되는 공기는 C 로 표시된 바와 같이 공기 유통로 (11) 를 지나 상면 부재 (4c) 에 형성된 교축구멍 (13) 에서 탱크 내로 유출된다.

이렇게 이 카트리지에서는 물이 원통형상을 이루는 카트리지의 외주면에서 유입되고 원통형상으로 중심부에 형성된 내측 네트로부터 유출된다. 그리고, 물의 유출로와 공기 유통로 (11) 는 동일하게 되어 있다. 정상 상태에서 공기 유통로 (11) 가 공기로 채워지고 탱크 내의 물이 유입되지 않는 이유는 도 1 의 설명에서 서술한 이유와 마찬가지다.

이 형식의 카트리지는 구조가 간단하다는 특장이 있으나, 반면 원통의 외측면을 물의 유입구로 하고 있어, 탱크 내의 수면이 낮아지면 물의 유통이 나빠진다는 결점을 갖고 있다.

예 3

도 3 은 본 발명의 실시형태에서 사용되는 카트리지의 제 2 예를 나타내는 도면으로, 도 3a 는 평면도, 도 3b 는 일부 단면도이다. 도 3 에서, 5a 는 리브, 5b, 12a, 12b 는 도넛형 부재, 12c 는 리브, 16 은 네트 유지부재, 17 은 상측 네트, 18 은 하측 네트이다.

도 3 에서 케이스 (4) 는 중공 원통형으로 형성되어 있고, 그 상부에는 2 개의 도넛형 부재 (12a, 12b) 를 4 개의 리브 (12c) 로 결합한 구조의 덮개 (12) 가 설치되어 있다. 덮개 (12) 의 리브 (12c) 이외의 장소는 구멍으로 되어 있다. 덮개 (12) 바로 아래에는 네트 유지부재 (16) 에 의해 지지되어 있으며 이온 교환 수지를 통과시키지 않는 메시인 상측 네트 (17) 가 설치되어 있다. 내측 원통 (5) 에는 4 개의 리브 (5a) 가 연이어 설치되고, 거기에 도넛형 부재 (5b) 가 지지되고 있다. 따라서, 4 개의 리브 (5a) 이외의 장소는 구멍으로 되어 있다. 그리고, 이 구멍 바로 위에는 4 개의 리브 (5a) 와 도넛형 부재 (5b), 내측 원통 (5) 에 의해 지지되어 있고 이온 교환 수지를 통과시키지 않는 메시의 하측 네트 (18) 가 설치되어 있다. 그리고, 케이스 (4) 의 외주부, 내측 원통 (5), 상측 네트 (17), 하측 네트 (18) 에 둘러싸인 공간부 (7) 에는 이온 교환 수지가 충전되어 있다.

캡에 설치된 밸브가 열리게 되면 이온 교환 수지 사이를 통과한 물은 하측 네트 (18) 를 통과하고 그리고 물 유통구 (5') 를 지나 B 와 같이 흘러 캡에 공급된다. 그럼으로써 탱크 내의 물은 A 와 같이 덮개 (12) 의 구멍에서 상측 네트 (17) 를 통과하여 이온 교환 수지가 충전된 공간에 흘러들어간다. 캡에서 유입된 공기는 C 로 표시된 바와 같이 내측 원통 (5) 내에 형성된 공기 유통로 (11) 를 지나 내측 원통 (5) 의 정상부에 형성된 교축구멍 (13) 에서 탱크 내로 유출된다. 정상 상태에서 공기 유통로 (11) 가 공기로 채워지고 탱크 내의 물이 유입되지 않 는 이유는 도 1 의 설명에서 서술한 이유와 동일하다.

이 방식의 카트리지도 구조가 간단하다는 특별한 장점이 있으나, 카트리지 (2) 의 상면을 물의 유입구로 하고 있어, 탱크 내의 수면이 카트리지 (2) 의 상면 이하가 되면 더 이상 물을 공급할 수 없게 된다는 결점을 갖고 있다.

예 4

도 4 는 본 발명의 실시형태에서 사용되는 카트리지의 제 3 예를 나타내는 도면으로, 일부 단면도이다. 상부 케이스 (4) 는 중공 원통형으로, 그 상부는 덮개 (12) 로 밀폐되어 있고, 외벽과 내측 원통 (5) 사이에는 그 사이의 공간부 (7) 를 외부 공간 (7') 과 내부 공간 (7'') 으로 구획하는 원통형의 구획원통 (6) 이 설치되어 있다. 또, 구획원통 (6) 의 높이는 공간 상부에 연통부가 형성되도록 낮게 되어 있다. 유입구 (8) 및 유출구 (9) 에는 액체를 통과시키고 이온 교환 수지를 통과시키지 않을 만큼의 메시를 갖는 네트 (10) 가 설치되어 있고, 상부 케이스 (4) 와 네트 (10) 로 둘러싸인 공간 (외부 공간 (7') 과 내부 공간 (7'') 및 그 연통부) 에는 이온 교환 수지가 봉입되어 있다. 덮개 (12) 는 상부 케이스 (4) 의 내측 원통 (5) 에 끼워지는 볼록부를 갖고 있으며, 이 볼록부에는 교축구멍 (13) 이 형성되어 있다.

정상 상태에서는 외부 공간 (7) 과 내부 공간 (7') 및 그 연통부가 물로 채워진다. 캡 (3) 에 설치되어 있는 밸브가 열리게 되면, 내부 공간 (7') 내의 물이 유출구 (9) 를 지나고 그리고 물 유통구 (5') 를 지나 B 로 표시된 바와 같이 유출된다. 그러면, 사이폰 효과에 의해 유입구 (8) 에서 저장 탱크 (1) 내의 물 이 유입구 (8) 를 지나 A 로 표시된 바와 같이 내부 공간 (7) 내에 유입된다. 이렇게 해서 이온 교환 수지 사이를 지나 미네랄분이 제거된 물이 가열장치에 공급된다.

캡 (3) 에서 물과 교체로 유입되는 공기는, C 로 표시된 바와 같이 내측 원통 (5) 의 내부에 형성된 공기 유통로 (11) 를 지나고 그리고 교축구멍 (13) 을 지나 저장 탱크 내로 유입된다. 정상 상태에서 공기 유통로 (11) 가 공기로 채워지고 탱크 내의 물이 유입되지 않는 이유는 도 1 의 설명에서 서술한 이유와 동일하다.

이 형식의 카트리지에서는 사이폰 효과를 이용하여 물의 유입구 (8) 를 카트리지 하부에 설치한다. 즉, 다소 구조는 복잡해지지만, 저장 탱크 내의 물을 거의 전체량 다 사용할 수 있다. 또, 유입구 (8) 와 유출구 (9) 가 동일한 레벨로 형성되어 있어, 1 장의 네트 (10) 를 양쪽에 겸하여 사용할 수 있기 때문에 비용 절감을 도모할 수 있다는 특별한 장점이 있다.

예 5

도 5 는 도 4 에 도시된 카트리지를 개량한 제 1 예를 나타내는 도면으로, 일부 단면도이다. 도 5 에서 19 는 노치부, 20 은 리드부이다. 도 5 에 도시된 카트리지에서는 내측 원통 (5) 의 일부 또는 전부가 덮개 (12) 에 접촉되지 않고 덮개 (12) 와의 사이에 간극이 형성되어 있는 것, 내측 원통 (5) 의 내측 일부에 홈형상의 노치부 (19) 가 형성되어 있는 것, 덮개 (12) 가 내측 원통 (5) 의 내측과 맞닿는 부분에 가요성을 갖는 바퀴형상의 리드부 (20) 가 설치되어 있는 것 이외에는 도 4 에 도시된 바와 동일하며, 그 작동도 도 4 에 도시된 바와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략하며 상기 도 4 와 다른 부분에 대해서만 설명을 한다.

예 6

도 6 은 앞서 설명한 부분을 확대한 도면이다. 카트리지가 장기간에 걸쳐 사용되지 않아 내부의 이온 교환 수지가 건조되면, 이온 교환 수지가 수축되어 체적이 감소된다. 도 4 나 도 5 에 도시된 바와 같은 사이폰 효과를 이용한 카트리지에서는 이러한 상태에서 사용을 개시하면, 카트리지 내부의 상부에 공기가 머물러 사이폰 효과를 발휘할 수 없고 급수가 불가능해지거나 카트리지가 파열될 가능성이 있다. 그래서, 이 머무는 공기를 외부로 배출시킬 필요가 있다. 도 6 에 도시된 기구는 이러한 작용을 하도록 설치된 것이다.

공간부 (7) 의 상부에 공기가 모여서 압력이 상승하면, 공기는 내측 원통 (5) 과 덮개 (12) 사이에 형성된 간극을 지나 노치부 (19) 에 도달한다. 그리고, 리드부 (20) 를 내측으로부터 밀어냄으로써, 리드부 (20) 가 안쪽으로 변형된다. 이 변형에 의해 내측 원통 (5) 과 리드부 (20) 사이에 간극이 생기며, 공간부 (7) 의 공기는 이 간극을 통해 공기 유통로 (11) 내로 유입되고 교축구멍 (13) 을 지나 저장 탱크 내로 방출된다. 내측 원통 (5) 과 덮개 (12) 사이의 간극, 노치부 (19) 의 치수는 공간부 (7) 에 봉입된 이온 교환 수지가 누설되지 않는 크기로 한다. 공기 유통로 (11) 내의 공기가 공간부 (7) 방향으로 누설하려고 해도 이 때에는 공기 유통로 (11) 내의 압력이 공간부 (7) 의 압력보다 높아져, 리드부 (20) 는 내측 원통 (5) 으로 눌려져 통로를 밀폐시킨다. 즉, 공기가 이 방향 으로는 누설되지 않는다.

노치부 (19) 는 홈 형상으로 내측 원통 (5) 의 일부에 형성해도 되며, 또는 내측 원통 (5) 의 내측을 원주 전체 둘레에 걸쳐 노치하도록 해도 된다. 마찬가지로, 내측 원통 (5) 과 덮개 (12) 사이의 간극은 전체 둘레에 걸쳐 형성해도 되고, 일부에 형성해도 된다. 어떠한 경우에도 내측 원통 (5) 과 덮개 (12) 사이의 간극과 노치부 (19) 는 연이어 통해 있을 필요가 있다.

예 7

도 7 은 도 4 에 도시된 카트리지를 개량한 제 2 예를 나타내는 도면으로, 일부 단면도이다. 도 7 에서 21 은 작은 구멍이다.

도 7 에 도시된 카트리지는 0.5 mm 이하의 작은 구멍 (21) 이 덮개 (12) 에 형성되어 있는 것 이외에는 도 4 에 도시된 것과 동일하고, 그 작동도 도 4 에 도시된 것과 동일하기 때문에, 그 설명을 생략하고 상기 도 4 와 다른 부분에 대해서만 설명을 한다. 도 7 에 도시된 카트리지는 도 6 에 도시된 것과 동일한 목적을 위해 설계된 것이다.

공간부 (7) 의 상부에 공기가 머물러 압력이 상승하면, 공기는 작은 구멍 (21) 을 지나 저장 탱크 내로 유출된다. 발명자들의 실험에 따르면, 작은 구멍 (21) 의 직경을 0.5 mm 이하로 하면, 저장 탱크 내의 물 또는 공기는 이온 교환 수지가 충전되어 있는 공간부 (7) 로 흘러들어가지 않고 또 이온 교환 수지가 작은 구멍 (21) 을 지나 저장 탱크 내로 들어가지 않는다.

또, 도시되지 않았으나, 작은 구멍 (21) 의 직경을 크게 하고 작은 구멍 (21) 에 역지 밸브를 연결하여 카트리지에서 탱크 측으로의 공기 흐름만 허용하도록 해도 된다. 이 경우에는 카트리지 중의 이온 교환 수지가 외부로 유출되지 않도록 이온 교환 수지를 통과시키지 않고 공기를 통과시키는 네트 등의 유지부재를 역지 밸브의 카트리지측에 넣을 필요가 있다.

역지 밸브를 설치하는 경우에는 내측 원통 (5) 에 구멍을 형성하고 여기에 역지 밸브를 연결하여 공간부 (7) 에서 공기 유통로 (11) 측으로의 공기 흐름만 허용하도록 해도 된다. 이 경우에도 카트리지 중의 이온 교환 수지가 외부로 유출되지 않도록 이온 교환 수지를 통과시키지 않고 공기를 통과시키는 네트 등의 유지부재를 역지 밸브의 공간부 (7) 측에 넣을 필요가 있다.

예 8

이어서, 이온 교환 수지에 대한 실시형태를 설명한다.

발명자는 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지에 있어 강산성 양이온 교환 수지의 비율을 변화시켜 배합한 경우 수지 1㎖ 당의 교환 용량 (ℓ) 을 조사하였다. 그것은 수지 1㎖ 가 Ca, Mg 등의 양이온을 흡수하는 수돗물의 양을 나타낸 것이다. 실험에서는 강산성 양이온 교환 수지로서 '다우 ·케미칼'사 제품인 나트륨염형의 다우엑스 HGR-W2 (상표), 약산성 양이온 교환 수지로서 '다우 ·케미칼'사 제품인 나트륨염형의 다우엑스 MAC-3 (상표) 을 각각 초순수로 세정한 후 사용하였다.

HGR-W2 는 스티렌과 p-디비닐벤젠의 공중합체의 술폰산의 나트륨염으로, 디비닐벤젠의 배합율은 약 10 몰% 이다. MAC-3 는 아크릴산과 p-디비닐벤젠의 공 중합체의 나트륨염으로, 디비닐벤젠의 배합율은 약 8 몰% 이다.

그 결과, 강산성 양이온 교환 수지의 배합% (체적%) 와 수지 1㎖ 당의 교환 용량 (ℓ) 사이에 다음 표 1 에 나타낸 바와 같은 관계가 있음을 알 수 있었다. 그 결과를 도 9 에 함께 나타낸다. 또한, 교환 용량은 아래 방법으로 측정하였다.

먼저, 수돗물의 경도를 측정하고 증류수 등을 첨가함으로써, 경도가 70㎎/ℓ가 되도록 조정하였다. 또, 통상적으로 수돗물의 경도는 10 내지 300, 또는 30 내지 100 인 것이 많다. 경도라 함은 수중의 칼슘이나 마그네슘 등의 양이온의 함유량을 CaCO₃ 으로 환산하고 1ℓ중의 양을 ㎎ 단위로 표시한 것이다. 이렇게 경도를 조정한 물을 양이온 교환 수지를 통과시켜 단위 수지량 (㎖) 당의 물의 통과량 (ℓ) 과 통과후의 물을 임의로 샘플링하여 경도를 측정하고 단위 수지량당의 물의 통과량과 샘플링한 물의 경도를 플로트하였다. 측정된 경도가 어느 일정값을 초과한 시점의 물의 통과량을 수지 1㎖ 당의 교환 용량 (ℓ) 으로 하였다.

배합%	0	10	20	30	40	43	46	50
교환용량(ℓ)	1.3	1.3	1.3	1.35	1.4	1.45	1.5	1.55
배합%	55	60	64	67	70	80	90	100
교환용량(ℓ)	1.57	1.55	1.5	1.45	1.4	1.35	1.35	1.4

그 결과로부터, 강산성 양이온 교환 수지의 배합비 (체적비) 가 40% 를 초과하고 70% 미만이면, 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지 중 어떤 한 양이온 교환 수지만 사용한 경우의 교환 용량보다 높은 교환 용량을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

또, 강산성 양이온 교환 수지의 배합비 (체적비) 가 43 내지 67 % 이면, 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지 중 어느 한 양이온 교환 수지만 사용한 경우의 교환 용량보다 명확히 높은 교환 용량을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

또한, 강산성 양이온 교환 수지의 배합비 (체적비) 가 50 내지 60% 이면, 교환 용량이 최적화됨을 알 수 있다.

즉, HGR-W2 와 MAC-3 의 배합비를 체적비로 5:5 내지 6:4 범위로 한 경우, HGR-W2 단독체의 경우의 1.12 배 이상에 상당하는 단위 체적당의 이온 교환 용량을 얻을 수 있었다. 그 결과, 동일한 교환 용량을 발휘하는 데에는 HGR-W2 단독체의 경우의 약 90% 용량이면 되고 카트리지의 소형화, 단위 사용 수량당의 이온 교환 수지의 저가격화를 실현할 수 있었다. 또, 초순수로 세정한 것은 사용 중의 변색을 저감시키기 위함이다.

또, 이상과 같은 설명에서는 가습장치는 가열식의 것으로 설명해 왔다. 본 발명의 효과는 가열식의 가습장치에 대해 가장 현저하지만, 다른 방식 (예컨대, 초음파식) 의 가습장치에서도 장치 내에 칼슘 등의 스케일이 부착되거나 칼슘 등을 함유한 물방울을 방출하여 실내에 칼슘 등이 부착되어 오염되는 문제점이 있다. 본 발명은 이러한 문제의 해결에도 유효하다. 따라서, 본 발명이 적용되는 범위는 가열식 (스팀식) 의 가습장치에 한정되는 것이 아니라, 초음파 등을 사용하는 분무식이나 확산식 가습장치에서도 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 카트리지에서는 카트리지 내에 공기 유통로가 이온 교환 수지가 충전되어 있지 않는 장소에 설치되어 있기 때문에, 탱크 내의 액체가 카트리지를 지나 쉽게 공기와 교체될 수 있어 탱크 내의 압력이 항상 거의 대기압으로 유지될 수 있다. 즉, 탱크 내의 액체는 이온 교환 수지가 충전된 부분을 지나 헤드압에 의해 순조롭게 가열장치에 공급된다. 이 구성으로 특별한 가압장치를 설치하지 않고 스팀식 가습장치에 사용되는 액체를 이온 교환 수지에 통과시킨 후, 가열장치에 공급할 수 있게 된다. 즉, 미네랄 등이 스케일로서 가열장치나 배관에 고착되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또, 본 발명의 이온 교환 수지에서는 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지를 배합하고 있어, 중성의 물로부터 Ca, Mg 등의 양이온을 제거하는 경우에 단위 체적당의 교환 용량을 높게 할 수 있다. 즉, 카트리지의 소형화, 단위 사용 수량당의 이온 교환 수지의 저가격화를 실현할 수 있다.

Claims

물로부터 양이온을 제거하는 이온 교환 수지로서, 나트륨형의 스티렌-p-디비닐벤젠 공중합체의 술폰산인 강산성 양이온 교환 수지와 나트륨형의 아크릴산-p-디비닐벤젠 공중합체인 약산성 양이온 교환 수지를 조합하여 배합되고, 상기 강산성 양이온 교환 수지의 비율이 강산성 양이온 교환 수지와 약산성 양이온 교환 수지의 합계량에 대해 체적비로 40% 를 초과하고 70% 미만인 범위가 되도록 배합한 가습장치용 이온 교환 수지.
제 1 항에 있어서, 상기 나트륨형의 스티렌-p-디비닐벤젠 공중합체의 술폰산인 강산성 양이온 교환 수지와 상기 나트륨형의 아크릴산-p-디비닐벤젠 공중합체인 약산성 양이온 교환 수지를 강산성 양이온 교환 수지의 비율이 체적비로 43% 내지 67% 범위가 되도록 배합한 가습장치용 이온 교환 수지.
제 1 항에 있어서, 상기 나트륨형의 스티렌-p-디비닐벤젠 공중합체의 술폰산인 강산성 양이온 교환 수지와 상기 나트륨형의 아크릴산-p-디비닐벤젠 공중합체인 약산성 양이온 교환 수지를 강산성 양이온 교환 수지의 비율이 체적비로 50% 내지 60% 범위가 되도록 배합한 가습장치용 이온 교환 수지.
삭제
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강산성 양이온 교환 수지는 '다우 ·케미칼'사 제품인 다우엑스 HGR-W2 (상표) 이고, 상기 약산성 양이온 교환 수지는 '다우 ·케미칼'사 제품인 다우엑스 MAC-3 (상표) 인 가습장치용 이온 교환 수지.