(57)【要約】本発明は、特には家庭用電気装置に対するイオン交換体カートリッジ（１３）を与える。該カートリッジは、水入口（１Ａ）及び水出口（２Ａ）との間において、Ｈ＋型弱酸性イオン交換体（５）を有し、そのあとに続いてＮａ＋型ある強酸性イオン交換体を有する。当該カートリッジは、ハードスケール形成イオンのみを除去するため、小型であり得る。カートリッジは更に、第１のプローブ（１６）及び第２のプローブ（１７）を有し得、入ってくる水及びイオン交換体の一方又は両方を通った水の導電率の示差測定法によってハードスケールを発生させるイオンを測定する。このようにして、当該装置は、カートリッジがもはや機能していない際にはスイッチをオフにされ得、故にユーザは、カートリッジを交換することになるか、あるいは、装置のハードスケールによる閉塞の前にイオン交換体を再生させることになる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水入口と水出口とを有するイオン交換カートリッジであって、
前記カートリッジは、前記水入口と前記水出口との間において、Ｈ＋型である弱酸性イオン交換体を有し、そのあとに続いてＮａ＋型及び／又はＫ＋型である強酸性イオン交換体を有する、
カートリッジ。
【請求項２】
前記強酸性イオン交換体は、Ｎａ＋型である、
請求項１記載のカートリッジ。
【請求項３】
第１及び第２のプローブは、入ってくる水及びイオン交換体の一方又は両方を通った水の導電率の示差測定法によってハードスケールを発生させるイオンを測定するよう提示される、
請求項１又は２記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記第１のプローブは、Ｈ＋型である前記弱酸性イオン交換体の前方に置かれ、前記第２のプローブは、Ｈ＋型である前記弱酸性イオン交換体の後方に置かれる、
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のカートリッジ。
【請求項５】
前記第２のプローブのあとには、前記強酸性イオン交換体の前方において更なる量のＨ＋型である弱酸性イオン交換体が続く、
請求項４記載のカートリッジ。
【請求項６】
前記強酸性イオン交換体のあとには、ＮＯ３型強塩基陰イオン交換樹脂である第３のイオン交換体が続く、
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のカートリッジ。
【請求項７】
特には蒸気アイロンである装置であって、
請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のカートリッジを有する、
装置。
【請求項８】
前記第１及び第２のプローブに対応する２つの検出点を有する検出システムを有し、
前記検出システムは、前記第１のプローブと前記第２のプローブとの間において測定される導電率差異の所定の減少において前記装置のスイッチをオフにする、
請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記検出システムは、前記装置の使用終了後の前記所定の減少において前記装置のスイッチをオフにする電子機器を備えられる、
請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用中に水を消費する装置に対するイオン交換カートリッジに係る。かかる装置の典型的な例は、蒸気アイロン、コーヒーメーカー、エスプレッソ及びカプチーノメーカー、紅茶用湯沸かし器（ｔｅａ−ｋｅｔｔｌｅ）、及び顔面用サウナである。本発明はまた、カートリッジを有する装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、かかる装置は、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、ＨＣＯ３−、及びＳＯ４２−等であるハードスケールを発生させるイオンを有する水道水で充填される。かかるスケールを発生させるイオンは、徐々にスケールの沈積を形成し、結果的に装置の性能及び熱伝達の減少をもたらし、最終的には加熱素子、流路、及び開口を詰まらせる。更には、堆積されるスケール粒子が蒸気生成器流路表面から解放され得るため、蒸気生成器等におけるスケールの蓄積は、構成部品開口の閉塞（ｂｌｏｃｋａｇｅ）をもたらし得る。このため、複数の既存の装置は、水容器と加熱素子との間における、水入口及び水出口を有する、イオン交換カートリッジを備えられる。
【０００３】
例えば米国特許第４，８９３，４２２号明細書（特許文献１）において記載されるようなかかる既知のカートリッジは、その軟水化作用が低減する際に色を変化させるイオン交換樹脂をしばしば有するため、操作者にカートリッジを適時に交換するよう警告する。
【０００４】
しかしながら、既存のカートリッジは、大きな容積を求め、且つ比較的高価である。更には、オペレータによる色の変化の容易な観察が遅くなり得るか、あるいは全く観察され得ず、故にスケール閉塞による装置の不具合に直面する。
【特許文献１】米国特許第４，８９３，４２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、小型のイオン交換カートリッジを与える、ことを第１の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、第１の目的は、請求項１の特性によって達成される。
【０００７】
本発明に従ったカートリッジは、水入口と水出口との間において、Ｈ＋型である弱酸性イオン交換体を有し、そのあとに続いてＮａ＋型である強酸性イオン交換体を有する。当該カートリッジは、ハードスケールを発生させるイオンのみを除去するため、より高価ではなく且つより小型である。ハードスケールを除去することによって、より少ない水処理は、延ばされた寿命を有するより小さく、より高価ではないカートリッジを必然的にもたらしている。
【０００８】
典型的には、水は、ＳｉＯ２粒子と、ナトリウム陽イオン、カルシウム陽イオン、マグネシウム陽イオン、並びに重炭酸塩陰イオン、塩化物陰イオン、硫酸陰イオン、硝酸陰イオンを有する有機物質と、を更に有する。他のイオン（Ｋ＋、ＮＨ４＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋等）の濃度は、大変低い。陽イオン及び陰イオンを有する塩結合（ｓａｌｔ  ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ）の溶解度は、典型的な水の組成において提示され、表１中で１００ｍｌあたりのグラムにおいて表わされる。
【表１】
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炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムは、溶解性に乏しく、硫酸カルシウムのみが僅かに水溶性である。全ての他の塩結合は、水溶性である。しかしながら、水の蒸発中、陽イオン及び陰イオンを有する最も溶解性の低い結合のハードスケールは、最初に形成される。したがって、硬度をもたらすイオン（ｈａｒｄｎｅｓｓ−ｃａｕｓｉｎｇ  ｉｏｎ）は、主に、カルシウム、マグネシウム、重炭酸塩、及び硫酸塩である。カルシウム及びマグネシウムは、重炭酸塩に反応し得、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、及び／又は炭酸塩を形成する。かかるイオンは、水の蒸発中に不溶性のハードスケールを形成する。他の塩結合は、水の蒸発後に、可溶性のソフトスケールをもたらす。該ソフトスケールとは、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、及び硝酸ナトリウム、である。
【０００９】
完全に処理された脱イオン水は、小型の家庭用電気装置において望ましいが、脱イオン水を使用することは、非常に大型のカートリッジにおける大量の樹脂と付随する水処理に対する高い費用とを求めるため、経済的に達成され得ない。家庭用電気装置における硬水等である未処理の水の使用もまた選択肢（オプション）ではない、ことは実験的に分かっている。蒸気流路が大変小さいため、該流路は容易にスケールで詰まり、構成部品の開口の閉塞が発生し得る。
【００１０】
本願発明者は、不溶性のハードスケールをもたらし得るイオンのみを除去することが上述された問題に対する容積及びコストを低減させる解決策であり、また、残る可溶性であるソフトスケールを形成するイオンが例えば熱衝撃スケール自浄方法によって小さな流路において除去され得る、と考えた。自浄中、一定量の水は、高流速において蒸気生成器を介して流れる。
【００１１】
本発明に従ったハードスケールを発生させるイオンのみの除去は、水入口及び水出口を有するカートリッジによって得られる。当該カートリッジは、水入口と水出口との間において、Ｈ＋型である弱酸性イオン交換体を有し、そのあとに続いてＮａ＋型である強酸性イオン交換体を有する。
【００１２】
Ｈ＋型である弱酸性陽イオン樹脂（Ｗｅａｋ  Ａｃｉｄ  Ｃａｔｉｏｎ  ｒｅｓｉｎ）（ＷＡＣ  Ｈ＋）は、カルボキシル官能基を有する樹脂であり、以下の反応に従って重炭酸結合イオン（ｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ  ｂｏｕｎｄ  ｉｏｎｓ）を除去することができる。複数の陽イオンに対する樹脂の親和性は、下方に示される：
【数１】
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【数２】
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したがってＷＡＣ  Ｈ＋は、特に、以下は一時硬度（ｔｅｍｐｏｒａｒｙ  ｈａｒｄｎｅｓｓ）と称されるＨＣＯ３イオンに関連付けられるＣａ及びＭｇイオンを除去する。
【００１３】
硫酸イオンを有して沈殿する（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ  ｗｉｔｈ  ｓｕｌｐｈａｔｅ  ｉｏｎｓ）残りのＣａ、Ｍｇ及び少量の他の金属は、続いて、強酸性陽イオン交換樹脂（ＳＡＣ  Ｎａ＋）によって除去される。この樹脂はまた、Ｋ＋型でもあり得る。しかしながら、Ｋ＋型である樹脂のＣａ及びＭｇイオン親和性がＮａ＋型におけるより低いため、Ｎａ＋型が望ましい。Ｈ＋イオンを有する交換による腐食酸の形成は避けられるべきであるため、Ｈ＋型である強酸性陽イオン交換樹脂（ＳＡＣ  Ｈ＋）は、使用され得ない。ＳＡＣ樹脂は、以下の反応に従って金属イオンを結合させる。金属に対する親和性は、下方に示される：
【数３】
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【数４】
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弱酸性及び強酸性陽イオン交換樹脂は、例えばＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ社、Ｄｏｗ社、Ｓｙｂｒｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ社、及びＲｅｓｉｎ  Ｔｅｃｈ社から市販されている。
【００１４】
適切なＷＡＣ  Ｈ＋樹脂は、容量４．２ｅｑ／ｌを有するＡｍｂｅｒｌｉｔｅ  ＩＲＣ８６（Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ社）等である。適切なＳＡＣ  Ｎａ＋樹脂は、容量２ｅｑ／ｌを有するＡｍｂｅｒｊｅｔ  １２００Ｎａ等である。いずれの交換樹脂もゲル形状である。約６０ｌ／年の水消費量を有するハイエンドの蒸気アイロンに対して、１１８ｍｌである１つのカートリッジ（５８ｍｌのＷＡＣ及び６０ｍｌのＳＡＣ）は、１００％実効的である交換の場合において、ＳＨＷの規格に従った水道水から１年間、全てのハードスケールを発生させるイオンを除去するよう、十分である。同量の脱イオン水を作るには、容積７２８ｍｌ（容量２ｅｑ／ｌを有する３００ｍｌのＳＡＣ  Ｈ＋、及び、容量１．４ｅｑ／ｌを有する４２８ｍｌの強塩基タイプ樹脂（ｓｔｒｏｎｇ  ｂａｓｉｃ  ｔｙｐｅ  ｒｅｓｉｎ））を有するカートリッジが求められる。
【００１５】
追加的にカートリッジは、不溶性ＣａＳＯ４の形成を防ぐよう、ＳＯ４イオンを除去するＮＯ３型強塩基陰イオン交換樹脂である第３のイオン交換体を有し得る。Ｃａイオンは、ＷＡＣ  Ｈ＋及びＳＡＣ  Ｎａ＋樹脂を通過したあとに残され得ないが、ＮＯ３型強塩基陰イオン交換樹脂は、少量のＣａイオン漏れがある場合の更なる安全のために使用され得る。更には、ＮＯ３塩は、大変可溶性であり（ＮａＳＯ４塩より更に可溶性である）、故に蒸気及び自浄によって除去されやすい。
【００１６】
本発明の第２の目的は、カートリッジが交換されるべき際に装置のスイッチをオフにする手段を与える、ことである。
【００１７】
溶解固形物の総量（ＴＤＳ）を測定する既知の方途は、ＪＰ５５１３２３３等において記載される通り、処理水の導電率を測定することである。しかしながら、この一般的な検出の原理は、ハードスケールを発生させるイオンの除去を検出しない。それは、導電率とＴＤＳとの間の関係が溶体において存在する塩又は溶解固形物の種類によって大きく影響されるため、である。この問題は、イオン交換カートリッジを使用して本願発明者によって解決される。該カートリッジにおいて、第１及び第２のプローブは、入ってくる水及び一方又は両方のイオン交換体を通った水の導電率の差異測定によってハードスケールを発生させるイオンを測定するよう提示される。
【００１８】
第１のプローブは、カートリッジの水入口において位置決めされ得、処理されるべき水の導電率を測定する。第２のプローブは、カートリッジの水出口において位置決めされ得るが、望ましくはＷＡＣ  Ｈ＋樹脂のすぐ後方に位置決めされ、一時硬度が除去される水の導電率を測定する。両プローブによって測定される導電率間の差異は、一時硬度がＷＡＣ  Ｈ＋交換体によって除去される限りは一定でなければならない。第２のプローブによって読み込まれる導電率の上昇、及び、第１のプローブと第２のプローブとの間の導電率の差異においてもたらされる減少が検出される場合、弱酸性陽イオン交換樹脂の寿命は終わり、検出システムは、操作者にカートリッジを交換させるよう、装置のスイッチをオフにし得る。
【００１９】
使用中に予期せず装置のスイッチがオフになることを防ぐよう、第２のプローブは、Ｈ＋型である弱酸性イオン交換体の後方に置かれ、そのあとに続いてＨ＋型である更なる量の弱酸性イオン交換体が強酸性イオン交換体の前方に置かれる。
【００２０】
このことによって操作者は、ハードスケール形成の危険性無く、装置の使用を終了し得る。他の利点は、導電性差異における更なる減少が、ハードスケールを発生させるイオンをカートリッジの出力部（ｏｕｔｐｕｔ）において存在させることなく、システムがスイッチをオフにされる前に可能とされる、ことである。
【００２１】
装置のスイッチング後、特別な電気回路又はソフトウェアプログラムは、新しいカートリッジが挿入されるまで、あるいはカートリッジにおける樹脂が再生されるまで、装置又は少なくとも水供給ポンプを停止させ得る。本発明に従った装置は、検出システムを有する、ことが望ましい。該検出システムは、装置の使用終了後、第１のプローブと第２のプローブとの間において測定される導電性差異の所定の減少において、装置のスイッチをオフにし、操作者にカートリッジを交換させるようにする。
【００２２】
操作者が脱イオン水を使用している場合は、第１のプローブは低い導電率を測定し、採られる措置は無い。
【００２３】
本発明は更に、本発明のカートリッジを有する特には蒸気アイロンである装置に関わる。留意されることは、特には電気装置である装置が、蒸気アイロン、コーヒーメーカー、エスプレッソ及びカプチーノメーカー、紅茶用湯沸かし器、又は顔面用サウナを有し得る、ことである。本発明に従った装置は、装置の使用後に装置のスイッチをオフにする検出システムを有して、例えば操作者にカートリッジを交換させるよう、あるいはイオン交換体を再生させるようにする、ことが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明に従ったイオン交換カートリッジを図示する。当該イオン交換カートリッジは、水入口１Ａと水出口２Ａとの間において、Ｈ＋型である弱酸性イオン交換体５を有し、そのあとに続いてＮａ＋型である強酸性イオン交換体７を有する。第１のプローブ１６及び第２のプローブ１７が存在し、第２のプローブ１７は、Ｈ＋型である弱酸性イオン交換体５の後方に置かれ、そのあとに続いて更なる量のＨ＋型である弱酸性イオン交換体が強酸性イオン交換体７の前方に置かれる。
【００２５】
図２は、筐体２を有する蒸気アイロン１を示し、該筐体は、その底部側において底面３を有する。筐体内部において、水容器１２、水容器入口１５、電気ポンプ１４、蒸気生成器１０、及び制御手段６Ａが収容される。ユーザが操作可能である制御ボタン４０は、装置の複数の機能を制御するよう筐体２上に与えられる。アイロンの底面３は、蒸気放出開口５Ａを備えられる。放出開口４は、霧状蒸気を送出するものであり、放出開口５Ａは、過熱蒸気を送出するものである。本発明に従ったイオン交換カートリッジ１３は、水容器１２とポンプ１４との間に置かれる。この実施例では、水入口及び水出口は、カートリッジの可視ではない後背部において位置付けられ、カートリッジがアイロンの左側における開口を介して交換され得るようにする。第１のプローブ１６及び第２のプローブ１７は、カートリッジの水入口及び水出口において夫々位置付けられる。
【００２６】
図３及び図４は、比較実験Ａ及び例１を夫々受けたあとの蒸気生成器である。
【００２７】
［例及び比較実験］
全ての例及び比較実験は、標準的な硬水（ＳＨＷ）を有して実行された。該ＳＨＷは、表２中に示される通りの組成を有し、家庭用電気装置の試験において模範的な水として一般的に使用される。
【表２】
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例及び比較実験は、容積８．８ｃｍ３を有し、そのあとに続いて蒸気流路及びノズルを有する蒸気生成器を使用して実行さる。模擬ユーザ操作状態を有するスケーリング試験は、蒸気プログラムを使用して行われている。
蒸気プログラムは、温度２００℃前後及び毎分４０グラムの流速を有する１５秒間の蒸気、及びそのあとの１０秒間の停止を有する。試験は、水１１リットルを流したあと（１８時間）で終了する。自浄は、可溶性の塩を溶解するよう、及び／又は洗い流すよう、使用され得る。自浄において、水０．５リットルは、毎分１００グラムの流速を有して蒸気生成器を介して流される。自浄中、蒸気生成器の温度は、６０−４０℃の範囲における温度まで低減する。
【００２８】
＜＜比較例Ａ＞＞
ＳＨＷ１１リットルは、自浄があとに続く蒸気プログラムにおいて、仕切り（ｄｉｖｉｄｅｒ）、偏向器（ｄｅｖｉａｔｏｒ）、管、及びノズルを更に有する蒸気アイロンの蒸気生成器を通された。蒸気生成器は詰まり（図３参照）、ノズルは閉塞される。薄いスケールの層は、全体的な蒸気流路を覆うよう見つかり得る。ノズルでの蒸気生成における低減は、数リットルのＳＨＷを流したあとで既に観察される。スケール粒子が蒸気生成器から解放され、ノズルの開口を閉塞したため、自浄中に完全な閉塞が引き起こされる。１１リットルのＳＨＷのあと、解放されたスケール粒子は、ノズル、管、仕切り、及び偏向器において見つけられる。
【００２９】
＜＜比較実験Ｂ＞＞
スケーリング試験は、５８ｍｌのＷＡＣ  Ｈ＋交換樹脂（Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ  ＩＲＣ８６）を有するカートリッジを通過した３３リットルのＳＨＷを有して実行された。試験は、自浄が毎回あとに続く３部からなるプログラムによって実行された。少量のスケールは、蒸気生成器において蓄積された。３００ｍｌのＷＡＣ  Ｈ＋交換樹脂を有するカートリッジを有してこの試験を反復することは、蒸気生成器においてスケールをもたらした。
【００３０】
＜＜例１＞＞
スケーリング試験は、７５ｍｌのＷＡＣ  Ｈ＋交換樹脂（Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ  ＩＲＣ８６）を有し、そのあとに続いてＳＨＷ５０リットルを有する７５ｍｌのＳＡＣ  Ｎａ＋交換樹脂（Ａｍｂｅｒｊｅｔ  １２００  Ｎａ）を有するカートリッジを通過した水を有して、実行された。試験は、自浄が毎回あとに続く蒸気プログラムによって実行された。蒸気生成器の流路部分において、スケールは見受けられなかった（図４）。ノズルの閉塞は無かった。可溶性のソフトスケールが蒸気及び／又は自浄を有して除去された、ことが結論付けられ得る。
【００３１】
＜＜例２＞＞
図１中に示されるカートリッジは、水入口１にける導電率プローブ３、及び６０ｍｌのＷＡＣ  Ｈ＋樹脂５の後方に置かれる第２のプローブ４を備えられ、そのあとに続いて更に１５ｍｌのＷＡＣ  Ｈ＋樹脂６及び７５ｍｌのＳＡＣ  Ｎａ＋樹脂７を有する区画が備えられる。該カートリッジは、ＳＨＷを有して流され、２つのプローブによって測定される導電率差異の２０％の低減のあとに交換された。１５４リットルのＳＨＷ及びカートリッジの２回の交換のあとに、ノズルの閉塞は無かった。自浄を使用せずとも、蒸気生成器においてソフトスケールは形成されなかった。これは、蒸気自体によって蒸気生成器からソフトスケールが除去された、ことを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に従ったカートリッジを図示する。
【図２】本発明のカートリッジを有する蒸気アイロンを図示する。
【図３】図２中の蒸気アイロンにおいて使用される蒸気生成器を図示する。
【図４】図２中の蒸気アイロンにおいて使用される蒸気生成器を図示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2008535647.tif 000013
2008535647.tif 000014
2008535647.tif 000015