CN102471985A - 洗衣机 - Google Patents

Abstract

一种洗衣机，具备：洗涤槽；水槽；驱动部；供水部；排水部；软水部，其被设置在供水部与水槽之间且填充有弱酸性阳离子交换材料，该弱酸性阳离子交换材料具有零电荷点为pH7.5以上且14以下的弱酸性阳离子交换基；pH上升部，其用于使洗涤水的pH上升；pH降低部，其用于使洗涤水的pH降低；以及控制部，其中，控制部在一边供给洗涤水一边通过pH上升部使洗涤水的pH上升之后，将洗涤水导入软水部来使洗涤水的硬度降低并且导入洗涤槽，在供水结束后，将使pH降低部进行动作而生成的pH5.5以上且7.0以下的洗涤水导入软水部。

Description

洗衣机

技术领域

本发明涉及一种具备软水装置(Demineralizer)的洗衣机。

背景技术

用于洗衣机的洗涤用水通常是自来水、地下水、井水等，受使用洗衣机的地方的水质的影响较大。特别是钙、镁等硬水成分具有使表面活性剂的清洗能力降低的特性，对清洗性能造成负面影响。另外，硬水难以使洗涤剂溶解，因此洗衣机的各部容易被洗涤剂残留物污染，可能成为发霉等的原因。另外，引起以下问题：微量溶解的铁、锰、铝等多价金属离子也与洗涤剂相互作用，从而使表面活性剂的清洗能力降低。

为了应对该问题，在市售洗涤剂中混合有吸附硬水成分的沸石等软水剂。沸石具有易于吸附多价离子的特性，因此发挥某种程度的软水效果。但是，由于该沸石在混合到溶解有洗涤剂的洗涤水中的状态下进行使用，因此一部分硬水成分和金属离子再次溶解到洗涤水中而引发上述问题，因此效果有限。

因此，在硬水地区，通过投入比软水地区更多的洗涤剂来发挥清洗性能。在硬水地区的洗涤剂的包装袋上大多根据硬度指示洗涤剂的投入量。但是，担心洗涤剂的使用量变多会对环境造成负担。另外，针对洗涤剂残留物的问题没有根本性的对策。

因此，存在一种在洗衣机中安装阳离子交换树脂等软水装置来去除硬水成分的技术(例如参照专利文献1、2)。最为普通的阳离子交换树脂在表面具有磺酸基等酸性离子交换基，通过静电来吸附保持阳离子。根据离子的价数和离子半径不同而酸性离子交换基吸附的容易度不同。在作为强酸性离子交换基的磺酸基的情况下，吸附的容易度的排序为三价离子＞二价离子＞一价离子，另外，在离子的价数相同的情况下，离子半径越大越容易吸附。当硬水通过Na⁺型的离子交换树脂时，作为硬水成分的Ca²⁺和Mg²⁺比Na⁺的选择性强，因此被保持在阳离子交换树脂中，取而代之流出等量的NaW。

当酸性离子交换基的表面电荷的大部分由于硬水成分而饱和时，阳离子交换树脂失去软水作用。因而，需要通过定期地添加食盐(NaCl)等再生剂，对阳离子交换树脂通入高浓度的Na⁺来交换Ca²⁺和Mg²⁺进行再生。

另一方面，还提出了一种使用弱酸性阳离子交换树脂或螯合树脂来代替强酸性阳离子交换树脂的软水装置(例如参照专利文献3)。这些离子交换树脂具有羧基来作为离子交换基。羧基与上述磺酸基不同，弱酸性离子交换基针对H⁺离子(酸)具有大的选择性(式1)。

H⁺＞＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞K⁺＞Na⁺    (式1)

羧基的pKa值为5～6，因此通常在所处理的水的pH的值比pKa高0.5以上的情况下，大部分羧基解离而出现负电荷，吸附Ca²⁺离子和Mg²⁺离子。但是，通常在所处理的水的pH的值比pKa低0.5以上的情况下，H⁺离子吸附羧基而大部分羧基变为非解离型，不吸附Ca²⁺离子和Mg²⁺离子。利用这种羧基对H⁺离子的特异的选择性来控制处理水的pH，由此能够在碱性的情况下发挥软水作用，或在酸性的情况下进行树脂的再生。

理论上如果通过附有隔膜的电解槽来生成酸性水和碱性水，则不需要添加弱酸性离子交换树脂的再生剂而能够设置成自动再生型的软水装置。

Na⁺离子与Ca²⁺离子和Mg²⁺离子相比，针对阳离子交换树脂的选择性低。因此通常情况下，与交换排出的Ca²⁺离子和Mg²⁺离子的量相比，需要添加1000倍以上的Na⁺离子作为再生剂。使用者需要花费工夫来反复补给食盐等再生剂。原本是针对想要将洗涤剂的使用量抑制为少量的要求而需要再生剂之类的其它补给剂，因此没有从根本上满足使用者的希求。

另外，当因某些原因而高浓度的食盐水溢出或沾到手上时，会引发触电的危险。另外，不理想的是，当在洗衣机的内部和排水管等周边设备中利用了金属的情况下，担心被高浓度的食盐水腐蚀。

现有的弱酸性阳离子交换树脂和螯合树脂具有pKa值为5～6的羧基作为阳离子交换基。因此，为了再生这些树脂，需要生成pH为4.5～5.5以下的酸性水。为了不投入再生剂就生成pH低的酸，需要另外安装用于电解水的装置以及直流电源。一般在家庭用洗衣机的情况下，由于设置空间的大小存在限制，因此需要电解装置的上述技术在实际应用上问题较大。

另外，自来水一般包含几ppm以上的氯化物离子，因此在电解时必然会产生具有氧化能力的亚氯酸。一般的阳离子交换树脂利用有机高分子材料制成，因此由于被亚氯酸长期地氧化而发生劣化。一般在家庭用洗衣机的情况下，无法期待使用者定期更换洗衣机的构成物，因此担心如果进行电解会缩短树脂和软水装置的寿命。

专利文献1：日本特开平11-319383号公报

专利文献2：日本特开平11-70296号公报

专利文献3：日本特开2005-161144号公报

发明内容

本发明的洗衣机具备：洗涤槽，其收纳洗涤物且旋转自如；水槽，其内装有洗涤槽；驱动部，其被安装在水槽上，对水槽进行旋转驱动；供水部，其向水槽和洗涤槽内供给洗涤水；排水部，其排出水槽和洗涤槽内的洗涤水；软水部，其被设置在供水部与水槽之间且填充有弱酸性阳离子交换材料，该弱酸性阳离子交换材料具有零电荷点为pH7.5以上且14以下的弱酸性阳离子交换基；pH上升部，其用于使洗涤水的pH上升；pH降低部，其用于使洗涤水的pH降低；以及控制部，其控制供水部、驱动部、排水部来依次控制清洗、漂洗、脱水各工序。控制部一边供给洗涤水一边通过pH上升部使洗涤水的pH上升之后，将洗涤水导入软水部来降低洗涤水的硬度并导入洗涤槽，在供水结束后，将使pH降低部进行动作而生成的pH5.5以上且7.0以下的洗涤水导入软水部。

其结果是，零电荷点为7.5以上的弱酸性阳离子交换材料对H⁺离子(酸)具有大的选择性，并且，H⁺以外的阳离子的吸附能力弱，因此易于再生为H⁺型。具有羧基(COOH基)作为阳离子交换基的一般的弱酸性阳离子交换树脂的零电荷点为5～6。但是，与这些离子交换树脂相比，使用于本发明的洗衣机的弱酸性阳离子交换材料能够在更高pH(约pH7)的情况下再生为H型。即使不使用化学剂和电解装置也能够通过各种方式来生成pH7左右的弱酸。因此，能够实现一种安装有如下软水装置的洗衣机，该软水装置不需要投入特殊药剂作为再生剂或进行电解。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的洗衣机的结构图。

图2A是表示该洗衣机的清洗工序前的供水时的自来水的供给状况的图。

图2B是表示该洗衣机的漂洗工序前的供水时的自来水的供给状况的图。

图3A是表示本发明的实施方式2的洗衣机的清洗工序前的供水时的自来水的供给状况的图。

图3B是表示该洗衣机的漂洗工序前的供水时的自来水的供给状况的图。

图4是本发明的实施方式3的洗衣机部的结构图。

具体实施方式

下面，一边参照附图一边说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限定于该实施方式。

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式1的洗衣机的结构图。在图1中，洗衣机包括洗涤槽1、水槽15、驱动部16、清洗部2、供水部3、排水部4、软水部5、洗涤剂盒(pH上升部)6、pH降低部7以及控制部8。

在此，洗涤槽1收纳洗涤物且旋转自如。清洗部2由使洗涤槽1进行搅拌来发挥物理性清洗作用的马达等构成。供水部3对水槽15和洗涤槽1进行洗涤水的供给。排水部4从水槽15和洗涤槽1排出洗涤水。软水部5被设置在供水部3与水槽15之间，被填充具有零电荷点(point of zero charge)为pH7.5以上且14以下的弱酸性阳离子交换基的弱酸性阳离子交换材料，对由供水部3供给的洗涤水进行软水处理。洗涤剂盒(pH上升部)6被设置在供水部3与软水部5之间，用于收容洗涤剂。并且，pH上升部6使洗涤水的pH上升。pH降低部7被设置在与供水部3和软水部5之间的洗涤剂盒6不同的路径上，使洗涤水的pH降低。控制部8控制供水部3、驱动部16以及排水部4等，来依次控制清洗、漂洗、脱水等各工序。水槽15内装有洗涤槽1。驱动部16被安装在水槽15上来对水槽15进行旋转驱动。

软水部5收纳由铝、铁等的氢氧化物构成的弱酸性阳离子交换材料。作为弱酸性阳离子交换材料，除此以外也可以是氧化锰、氧化钛等金属材料，水铝英石、伊毛缟石(Imogolite)等弱酸性矿物，或将这些材料涂布在多孔坯料上进行烧结而成的材料。

另外，弱酸性阳离子交换材料是将表面具有羟基的无机材料涂布在基材的表面而得到的材料，羟基也可以作为弱酸性阳离子交换基而发挥作用。

其结果是，尤其存在以下情况：金属的无定形氢氧化物显示弱酸性，零电荷点在pH7.5以上。这种材料在pH7.5以上的水溶液中表面出现负电荷，作为弱酸性阳离子交换材料进行动作。另外，这种材料在pH7.5以下的水溶液中表面出现正电荷，作为阴离子交换树脂进行动作。

上述材料的零电荷点大约为pH 8.0～9.0，另外，与利用有机高分子材料(丙烯酸、苯乙烯、二乙烯基苯等)制成的一般的弱酸性阳离子交换树脂相比，具有对氧化和加水分解的耐久性强的优点。在大多数国家的自来水标准中都规定了基于杀菌目的而在自来水中包含具有氧化作用的次氯酸。因此，在一般的阳离子交换树脂的情况下，由于长期地氧化而有可能发生劣化。一般在家庭用洗衣机的情况下，无法期待使用者定期更换洗衣机的构成物，因此需要使用与产品寿命大致相同的长时间发挥耐久性的离子交换材料。基于这一点，本实施方式1的洗衣机的弱酸性阳离子交换材料适合作为家庭用洗衣机的软水材料。

作为一例，无定形氧化铝(amorphous alumina)的羟基如式2那样解离来发挥阳离子交换作用。

Al-OH→Al-O^-+H⁺    (式2)

氧化铝的零电荷点大约为pH 8～9，在零电荷点以上的pH区域中，上述化学式更加向右侧推进。即，大部分氧化铝变为解离状态，发挥阳离子交换能力。相反地，如果pH与零电荷点相比为酸性域，则氧化铝变为非解离，即变为-OH型。利用该原理，如果使pH比零电荷点大致低0.5以上，则能够再生上述弱酸性阳离子交换材料。现有的弱酸性阳离子交换树脂与该弱酸性阳离子交换材料的不同点在于，现有的弱酸性阳离子交换树脂的交换基为羧基，零电荷点为5～6，因此如果不是更强的酸性则无法再生。

上述材料具有如下特征：能够通过对作为矿物而出产的材料进行比较简单的处理来制造出，因此原材料价格比作为合成树脂的现有的阳离子交换树脂的价格便宜。这些无机材料与现有的弱酸性阳离子交换树脂相比，对由氧化剂导致的氧化劣化以及高温的耐久性高。

pH上升部6为投入洗涤剂的洗涤剂盒6。一般的洗涤用洗涤剂包含有几％～40％的碳酸钠、碳酸氢钠等碱性剂。因而，具有如下作用：通过将洗涤剂溶解于所供给的洗涤水来使pH高于弱酸性阳离子交换材料的零电荷点，从而具有使弱酸性阳离子交换材料出现负电荷的效果。

本实施方式1的pH降低部7是能够收纳柔顺剂并将柔顺剂投入到自来水中的柔顺剂供给部7。柔顺剂供给部7由投入柔顺剂的柔顺剂盒25和供水切换阀9构成，该供水切换阀9在漂洗时切换供水部3的流路使得对柔顺剂盒25进行供水。并且，在漂洗时使供给至柔顺剂盒25的洗涤水流入软水部5。衣物用柔顺剂一般具有中性的pH，并且含有pH调整剂，因此具有将洗涤水的pH保持为比弱酸性阳离子交换材料的零电荷点低的作用。并且，衣物用柔顺剂具有将弱酸性阳离子交换材料转换为H型的效果。

在硬水地区，洗涤后的衣物容易有发僵的感觉，因此一般都使用柔顺剂。一般地，柔顺剂为了中和洗涤剂所包含的碱性剂而包含pH调整剂或酸，具有中性以下的pH。通常，通过投入柔顺剂，液性被调整为比弱酸性阳离子交换材料的零电荷点低的pH7.5～6的程度。通过使这种pH的液体流入软水部5来再生本实施方式1的弱酸性阳离子交换材料。

针对本实施方式1的特征性的部分，即软水部5、洗涤剂盒6以及pH降低部7，在图2A、图2B中示出动作的示意图并进行说明。图2A是表示本发明的实施方式1的洗衣机的清洗工序前的供水时的自来水的供给状况的图。图2B是表示该洗衣机的漂洗工序前的供水时的自来水的供给状况的图。

如图2A所示，在清洗工序前的供水时，通过供水切换阀9将自来水的流路设定为洗涤剂盒(pH上升部)6方向(箭头20)。溶解洗涤剂，通过洗涤剂的成分中包含的碱性剂而使pH上升为10以上，使这样得到的洗涤水流入软水部5。被收纳在软水部5中的弱酸性阳离子交换材料由于碱性条件而解离，发挥阳离子交换作用。其结果是，自来水中包含的钙离子和镁离子等硬水成分由于静电力而被吸附保持在弱酸性阳离子交换材料的表面。在以5L/min的流量对包含500ml的弱酸性阳离子交换材料的软水部5供给300ppm的硬水的情况下，硬度降低至约100ppm。这样软水处理后得到的洗涤水被供给至洗涤槽1。软水具有如下优点：溶解洗涤剂的能力比硬水强，并且易于使洗涤剂发挥清洗能力。

另一方面，如图2B所示，在漂洗工序前的供水时，通过供水切换阀9将供水的流路设定为pH降低部7的方向(箭头21)。pH降低部7是柔顺剂供给单元。因此，溶解柔顺剂，通过柔顺剂的成分中包含的pH调整剂使pH缓冲为7以下，使这样得到的洗涤水流入软水部5。被收纳在软水部5中的弱酸性阳离子交换材料由于这种pH条件而变为非解离状态从而再生。从软水部5脱离出的硬水成分被供给至洗涤槽1，在漂洗结束后作为排水而排出。

这样，控制部8在一边供给洗涤水一边通过pH上升部6使洗涤水的pH上升之后，将洗涤水导入软水部5来降低硬度并且导入洗涤槽1。然后，在洗涤水的供给结束后，将使pH降低部7进行动作而生成的pH5.5以上且pH7.0以下的洗涤水导入软水部5。

即，在洗衣机的通常的使用中软水部5被再生，因此能够总是稳定地供给软水，能够使清洗性能稳定。

但是，如果持续长时间使用，则自来水中包含的铁、锰等金属离子与弱酸性离子交换材料螯合而有可能无法再生。为了去除这种金属离子，需要每年一次左右投入螯合剂，该螯合剂与弱酸性离子交换材料相比具有强螯合作用。具体地说，向洗涤剂盒6中投入弱酸性离子交换材料的当量的10倍以上的量的柠檬酸或苹果酸、琥珀酸等，之后使洗衣机运转1～2次。

即，每隔规定的使用时间对软水部5提供酸性比在pH降低部7中生成的物质的酸性更强的酸或螯合剂来进行维护，由此能够进一步确保软水部5的再生。

(实施方式2)

在本实施方式2中，对与实施方式1相同的构成要素附加相同的附图标记并省略其说明，仅说明不同点。图3A是表示本发明的实施方式2的洗衣机的清洗工序前的供水时的自来水的供给状况的图。图3B是表示该洗衣机的漂洗工序前的供水时的自来水的供给状况的图。

在本实施方式2的流路中，在软水部5与洗涤槽1之间具有流路切换阀10，能够将流路切换为洗涤槽1方向和排水方向。

如图3A所示，由于碱性条件而软水部5进行软水处理的工序与实施方式1相同。此时，流路切换阀10被切换为箭头22方向，将软水处理后得到的洗涤水向洗涤槽1供给。

如图3B所示，在漂洗工序前的供水时，通过供水切换阀9将自来水的流路设定为pH降低部7的方向(箭头21)。本实施方式2的pH降低部7是使空气中的二氧化碳溶解于自来水的气体溶解部，使从供气部11沿箭头23方向取入的空气混入自来水(洗涤水)。作为气体溶解部的例子，有喷吸器。喷吸器通过由水流产生的负压而自身吸入空气，使空气在水中产生微小气泡来使气体在短时间内溶解到水中。

空气中存在浓度约为360ppm的二氧化碳，当使其与自来水平衡时，溶解于自来水的二氧化碳产生碳酸(式3)，碳酸部分解离(式4)，由此液性变为弱酸性。即，通过气体溶解部来生成弱酸性的稀碳酸水，将该稀碳酸水导入软水部5。

CO₂+H₂O→H₂CO₃    (式3)

H₂CO₃→H⁺+HCO₃    (式4)

已知在使纯水与空气中的二氧化碳平衡的情况下，平衡pH大约为5.6。即使不是纯水而是通常的自来水的情况下，如果与零电荷点大约为7.5以上的弱酸性阳离子交换基组合来使用，则也能够利用碳酸水再生。即，使纯水与空气中的二氧化碳平衡时的平衡pH比弱酸性阳离子交换材料的零电荷点低，因此具有将弱酸性阳离子交换材料转换为H型的效果。

通过再生软水部而使软水部吸附保持的硬水成分中的Ca²⁺离子、Mg²⁺离子流出。当这些硬水成分流入包含洗涤剂的洗涤水时，产生洗涤剂残留物，或者当该硬水成分流入漂洗水时，使衣物的纤维变得僵硬，因此希望尽量避免与洗涤剂、衣物以及洗涤槽1接触。因此，为了避免来自软水部的再生流水通过洗涤槽1，通过流路切换阀10进行切换而从其它路径(箭头24)排出来自软水部的再生流水。虽然有利于防止纤维变得僵硬，但另一方面，用于再生的洗涤水不被利用而扔掉，因此不利于节水。

(实施方式3)

在本实施方式3中，对与实施方式1相同的构成要素附加相同的附图标记并省略其说明，仅说明不同点。图4是本发明的实施方式3的洗衣机的结构图。

本实施方式3的pH降低部7是一对电解电极和具有电压施加功能的控制部8。作为一对电解电极的阳极12设置在被弱酸性阳离子交换材料包围的位置，阴极13设置在隔着隔离膜14与阳极12相邻的地方。

当供给洗涤水时，不对上述一对电解电极施加电压。通过碱性洗涤剂的作用而在弱酸性阳离子交换材料的表面出现负电荷，发挥软水功能。

另一方面，在漂洗工序前的供水时，如果对电解电极施加直流电压，则阳极12的周围的硬水按照式5的反应产生酸。

H₂O→2H⁺+1/2O₂+2e^-    (式5)

由于所产生的酸，弱酸性阳离子交换材料的周围的洗涤水的pH低于零电荷点，其结果是，弱酸性阳离子交换材料再次恢复为H型。

即，本实施方式3的pH降低部7是阳极12处于与弱酸性阳离子交换材料相接触的位置的一对电极和具有直流电压施加功能的控制部8。通过水的电解来降低弱酸性阳离子交换材料周围的洗涤水的pH。

在现有的弱酸性离子交换树脂中存在以下问题：在通过酸性电解水进行向H型的转换的情况下，由于作为电解的副产物而产生的次氯酸而导致离子交换树脂发生氧化劣化。如果使用本发明的金属氢氧化物等弱酸性阳离子交换材料，则针对氧化劣化的耐久性会大幅提高。另外，在pH7以下的情况下弱酸性阳离子交换材料被转换为H型，因此以较少的能量就能完成电解。

产业上的可利用性

如上所述，本发明所涉及的洗衣机的软水部并不限于家庭用洗衣机，也能够应用于工业用的洗衣机、餐具清洗机、使用碱性洗涤剂的清洗设备等用途。特别是在硬水地区，在将自来水和地表水用于产业的情况下，利用范围广泛。

附图标记说明

1：洗涤槽；2：清洗部；3：供水部；4：排水部；5：软水部；6：pH上升部(洗涤剂盒)；7：pH降低部(柔顺剂供给部)；8：控制部；9：供水切换阀；10：流路切换阀；11：供气部；12：阳极；13：阴极；14：隔离膜；15：水槽；16：驱动部；20，21，22，23，24：箭头；25：柔顺剂盒。

Claims (9)

1.一种洗衣机，其特征在于，具备：

洗涤槽，其收纳洗涤物且旋转自如；

水槽，其内装有上述洗涤槽；

驱动部，其被安装在上述水槽上，对上述水槽进行旋转驱动；

供水部，其向上述水槽和上述洗涤槽内供给洗涤水；

排水部，其排出上述水槽和上述洗涤槽内的上述洗涤水；

软水部，其被设置在上述供水部与上述水槽之间且填充有弱酸性阳离子交换材料，该弱酸性阳离子交换材料具有零电荷点为pH7.5以上且14以下的弱酸性阳离子交换基；

pH上升部，其用于使上述洗涤水的pH上升；

pH降低部，其用于使上述洗涤水的pH降低；以及

控制部，其控制上述供水部、驱动部以及排水部来依次控制清洗、漂洗、脱水各工序，

其中，上述控制部在一边供给上述洗涤水一边通过pH上升部使上述洗涤水的pH上升之后，将上述洗涤水导入上述软水部来使上述洗涤水的硬度降低并且导入上述洗涤槽，在上述供水结束后，将使上述pH降低部进行动作而生成的pH5.5以上且7.0以下的洗涤水导入上述软水部。

2.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述弱酸性阳离子交换材料是在表面具有羟基的无机材料，羟基作为弱酸性阳离子交换基而发挥作用。

3.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述弱酸性阳离子交换材料是在基材的表面涂布表面具有羟基的无机材料而得到的材料，羟基作为弱酸性阳离子交换基而发挥作用。

4.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述pH上升部是用于投入洗涤剂的洗涤剂盒。

5.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述pH降低部包括用于投入柔顺剂的柔顺剂盒和供水切换阀，该供水切换阀对供水部的流路进行切换使得在漂洗时对上述柔顺剂盒进行供水，在漂洗时被供给至上述柔顺剂盒的洗涤水流入上述软水部。

6.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述pH降低部是使空气中的二氧化碳溶解于自来水的气体溶解部，通过上述气体溶解部生成弱酸性的稀碳酸水并导入到上述软水部。

7.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述pH降低部是阳极处于与上述弱酸性阳离子交换材料相接触的位置的一对电极和具有直流电压施加功能的控制部，通过水的电解来降低上述弱酸性阳离子交换材料周围的水的pH。

8.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

每隔规定的使用时间对上述软水部提供酸性比在上述pH降低部中生成的物质的酸性更强的酸来进行维护。

9.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

每隔规定的使用时间对上述软水部提供螯合剂来进行维护。

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