CN103857841A - 具有催化活性内部表面的带水运行的家用器具和用于操作该家用器具的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带水运行的家用器具,其包括用于容纳待清洁的物品(7)的桶(2)和含有催化活性物质的至少一个内部表面(16),所述催化活性物质是多金属氧酸盐,且所述内部表面在家用器具的操作过程中易于与水产生接触。本发明还涉及一种用于操作所述家用器具的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有催化活性内部表面的带水运行的家用器具和一种用于操作该家用器具的方法。具体而言,本发明涉及一种带水运行的家用器具和一种用于操作该家用器具的方法,所述家用器具包括用于容纳待清洁的物品的桶和含有催化活性物质的至少一个内部表面。
背景技术
通常,以多种方式被弄脏的物品在带水运行的家用器具中被清洁。由此在洗碗机中产生的食物残渣和在洗衣机中由待清洁的衣物物品产生的污垢程度通常甚至更严重。所有带水运行的家用器具都具有的共同之处是:在潮湿和温暖的环境氛围下,尤其在不易接近的位置处,污垢会出现和累积。这种污垢会是微生物、例如细菌或真菌的良好营养媒介。
卫生问题尤其存在于家用器具中留有水的地方。因此,在衣物处理设备、例如洗衣机中,当使用贮水器或经常使用通过冷碱液进行的洗涤程序时,在关着门的长停用阶段期间或在不利的安放条件下,可产生污垢,尤其是形成包括有机物质(比如微生物和营养素)的生物膜。所述生物膜可引起臭味和/或可见的污垢。甚至可能有致病作用。生物膜尤其形成在洗衣机的长期(也就是停用阶段期间)存水的区域中。这种区域包括通风差的区域,比如肋部、袋部、被密封的折叠部、水流入口和流出口,尤其是用于储存洗涤过程和漂洗过程中产生的洗涤水、以便在随后的洗涤过程或漂洗过程中重复使用的贮水器。因此,需要对家用器具中的水进行消毒并防止生物膜的形成。
从现有技术获知用于消除和/或防止生物膜的多种措施。尤其地,有时提供了机器清洁程序,所述机器清洁程序通过洗涤剂的帮助和有时通过增加的碱液液位水平和/或在升高的滚筒旋转速度下(即通过增加机械能的输入)在高温下消除已形成的污垢。还已知的是使用臭氧来消除有机物污垢。
以前也已经提出了借助于UV-C辐射器通过使用通流原理来消除有机物污垢,所述消除以如下方式进行:通过破坏这种污垢中的微生物的遗传物质来最终杀死它们。光催化方法也是已知的,例如使用二氧化钛涂层来除臭、杀菌和清洁。在这种过程中,需要借助于UV辐射来激活催化剂。
还已知的措施是,在洗涤碱液中或与洗涤碱液接触的材料表面上使用Ag+或Cu+离子来杀死微生物。
其他方法旨在通过增加与洗涤碱液接触的构件表面处的温度通过直接的或间接的能量传递(水、蒸气、微波)来以热量杀死任何存在的微生物。
这些已知的方法和措施的一个缺点是,为了达到真正的相应效果,需要高能量耗用和有时的高设备成本和/或操作成本。在使用Ag+或Cu+离子的情况下,还在地下水和排水道污染方面产生不利影响。在某些方法中,使用了对健康有潜在危害的媒介、例如臭氧或UV辐射,从而需要附加的安全措施。
多金属氧酸盐在多种领域中的使用是已知的,例如在分析和临床化学中、在催化作用(包括光催化)中、在生物化学过程(电子转移过程的抑制)中、在医药(抗癌抗菌素和抗病毒效能)中和在集成电路的制造中。多金属氧酸盐尤其在纸和塑料工业中被称为氧化催化剂。
多金属氧酸盐是无机金属氧化物簇。通常,多金属氧酸盐具有通过氧原子连接的多原子阴离子,所述多原子阴离子由三个或多个过渡金属含氧阴离子构成(尤其是钨酸盐、钼酸盐、钒酸盐、铌酸盐和/或钽酸盐)。多金属氧酸盐可形成具有限定的低聚物或聚合物结构单元的大的三维网络结构。
多金属氧酸盐根据其结构被分成同多金属氧酸盐和杂多金属氧酸盐。同多金属氧酸盐是最简单形式的多金属氧酸盐,且可被描述为二元氧化物阴离子,即仅包括金属阳离子和氧。这种同多金属氧酸盐的通常示例是[Mo2O7]2-、[W6O24]12-、[Μο6Ο16]2-、[Μο36O112]8-。与此不同,大规模地用作氧化催化剂的杂多金属氧酸盐还包括非金属、半金属和/或过渡金属离子。因此,例如,过渡金属掺杂的、分子式为[APW11O39]7-/8-(其中,A=Zn、Co、Ni、Mn)的所谓Keggin阴离子和分子式为[AP2W17O61]7-/8-(其中,A=Mn、Fe、Co、Ni、Cu)的Dawson阴离子是已知的,且可附加地具有结晶键合水。包括不同过渡金属离子的其他替代物、例如[WZnMn2(ZnW9O34)2]12-是已知的。上述阴离子的电荷均衡通过质子进行,藉此获得相应的多元酸,或通过阳离子进行,从而形成相应的多元酸盐(杂多金属氧酸盐)。
本文所使用的术语“多金属氧酸盐”涵盖了多元酸盐和相应的多元酸本身。
在家用环境下使用多金属氧酸盐作为漂白催化剂是已知的。在漂白剂中,染料的结构被强氧化剂(漂白剂)破坏。众所周知的是基于氧的漂白剂(例如过氧化氢)和基于氯的漂白剂。为了加强相对较温和的漂白剂的作用,尤其在60℃的洗涤温度下,使用漂白活化剂和/或漂白催化剂是已知的。
EP0761809B1公开了一种包括多金属氧酸盐作为漂白剂催化剂的漂白剂组成物。即使在少量的情况下,多金属氧酸盐也可加强漂白剂(比如过氧化氢、无机和有机过氧酸和卡若酸盐(Caroaten))的效用。所描述的漂白剂组成物包括漂白剂(过氧化氢)和漂白剂催化剂(多金属氧酸盐),且例如可用于洗涤剂、清洁剂、消毒剂和牙齿清洗剂中。
EP1141210B1公开了一种用于漂白衣物物品或家用表面的方法,其中,使包括多金属氧酸盐的洗涤剂与受污染的基质接触。空气充当用于漂白的氧原子的原始来源。
WO2005/059226A1公开了一种用于在洗衣机中洗涤衣物物品的方法,洗涤碱液的离子浓度在洗涤过程中被改变,以便优化洗涤碱液的清洁能力。洗涤碱液可包括漂白剂系统。在本文中,无机多金属氧酸盐被描述成对过氧化氢漂白剂和空气来说的漂白氧化催化剂。
DE102009026712A1公开了一种具有至少一个构件的家用器具,所述至少一个构件具有可受有机物污垢影响的表面,所述表面具有光催化剂,用于通过激活的电磁辐射来照射光催化剂的光源与所述表面相联,所述表面由主要形成的分布有光催化剂的第一材料形成。具有二氧化钛及其改性物质的材料被详细地公开为光催化剂。
发明内容
在该背景下,本发明的目的是提供一种带水运行的家用器具和一种用于操作所述器具的方法,其中,可以以简单的且特别卫生的方式来消除或避免污垢,或者至少大部分地消除或避免污垢。优选地,要消除或避免带有微生物的污垢。
根据本发明,该目的通过具有相应的独立权利要求的特征的一种带水运行的家用器具和一种用于操作该家用器具的方法来实现。根据本发明的家用器具的优选实施例公开于相应的从属权利要求中。根据本发明的家用器具的优选实施例对应于根据本发明的方法的优选实施例,反之亦然,尽管本文未明确表述。
因此,本发明的主题是一种带水运行的家用器具,其包括用于容纳待清洁的物品的桶和含有催化活性物质的至少一个内部表面,所述催化活性物质是多金属氧酸盐,其中,所述内部表面在家用器具的操作过程中能够与水接触。
通常,带水运行的家用器具是一种在其操作过程中使用水的家用器具。待清洁的物品尤其可以是餐具或衣物物品。根据本发明,清洁还应理解成是指整新。
本发明的带水运行的家用器具能够以高效的、经济的且对环境无害的方式处理家用器具中的水,使得有机物质、如微生物和营养素被分解,且可由此消减家用器具中的生物膜。以这种方式,多金属氧酸盐的尤其作为氧化催化剂的性质被利用。在存在氧化剂(比如氧气、过氧化氢或臭氧)的情况下,氧自由基(或含氧自由基,下文中统称为“氧自由基”)形成在家用器具的含多金属氧酸盐的内部表面处。由于其中的化学反应,所述氧自由基尤其可分解有机化合物,因此对微生物不利。以这种方式,与家用器具的涂有多金属氧酸盐的内部表面产生接触的水中的有机物质被分解,且生物膜由此被消减。
根据本发明所使用的多金属氧酸盐包括上述多金属氧酸盐和公开于EP0761809B1和EP1141210B1中的多金属氧酸盐。
多金属氧酸盐优选是钨酸盐。所述钨酸盐可以是同钨酸盐或杂钨酸盐。尤其优选地是使用钛改性钨酸盐。
含多金属氧酸盐的表面可以以任何方式来提供,只要可实现根据本发明的催化作用。因此,所述表面例如可通过形成含多金属氧酸盐的膜来提供,或例如可通过将多金属氧酸盐颗粒置于多孔材料的表面处来形成。所述表面的制造尤其取决于使用的位置和方式。
根据本发明,优选的是使含多金属氧酸盐的表面具有不超过50μm的厚度,特别优选的是具有不超过10μm的厚度。
在氧化反应过程中,多金属氧酸盐通常充当与氧化剂协作的氧化催化剂。氧化剂根据本发明不是受限的。优选使用含氧的氧化剂。氧气、无机或有机过氧化氢和/或臭氧尤其优选作为氧化剂。再者,其中的氧气尤其优选作为氧化剂,因为通过这种途径,可避免附加地输入可能有害的或有碍的物质。空气尤其充当氧气的来源。如果使用有机的过氧化氢作为氧化剂,那么,已经存在于洗涤剂中的过氧化氢就是优选的。
臭氧优选在具有臭氧产生器的家用器具中充当氧化剂。这种类型的家用器具优选具有臭氧消除装置。
为了实现连续的氧化反应,应当提供在含多金属氧酸盐的内部表面处产生的、充当氧化催化剂的氧化成分的(例如氧自由基的)充分程度的流动性。另外,在待处理的水中存在的氧化剂浓度应当高得足以实现充分的卫生效果。
在根据本发明的家用器具中,任何内部表面都可含有多金属氧酸盐,只要所述表面在家用器具的操作过程中能够与水接触。根据本发明优选地,至少一个内部表面在家用器具的操作过程中与流动水或静水接触。该接触是必要的,因为在家用器具的水中的有机物质由于与含多金属氧酸盐的表面的接触而被氧化,并因此被分解。
因此,根据本发明,家用器具的这种与流动水产生接触的内部表面适合于多金属氧酸盐涂覆,所述内部表面例如是供水系统、通流元件或用于容纳待清洁的物品的桶(比如洗衣机中的或洗碗机中的外桶)。
在带水运行的家用器具的一个优选实施例中,所述至少一个内部表面设置在内壁处和/或家用器具的通流元件处。
优选地,含有多金属氧酸盐的所述至少一个内部表面布置在供水系统中。术语“供水系统”应理解成是指,家用器具的用于将水供送到器具中的部件,例如洗衣机或洗碗机中的阀和供送管路。以这种方式,进到器具中的水已经被消毒。还涉及器具的水流动性相对较高的区域,从而能够实现有益的反应过程。
在本发明的另一优选的实施例中,所述至少一个内部表面布置在家用器具的通流元件上。所述通流元件通常理解成是:在家用器具中安装在流动的水流中的构件。所述构件优选是网格状的或过滤器状的结构。根据本发明,出于其他目的已经存在于家用器具中的已有通流元件可设有含多金属氧酸盐的内部表面,或者可在家用器具中的具有内部表面的通流元件上提供附加的多金属氧酸盐。在这种情况下,使用“内部表面”意味着,通流元件的表面位于家用器具的内部中。
在这种情况下,对于涂有多金属氧酸盐的通流元件,在反应中有益地利用了水的高流动性。另外,通流元件由于其相对较大的表面面积以及由此产生的与水的大面积接触,因此是尤其有益的。另外,通过简单的修改,含多金属氧酸盐的内部表面在通流元件的情况下可进一步加大,从而可在水流中产生对氧化反应有益的湍流。
为了保证尽可能完全的反应,水与含多金属氧酸盐的内部表面的尽可能大的接触面积是优选的。根据本发明,这可通过在含多金属氧酸盐的内部表面处安装表面面积增加的结构(比如突出部、网格状结构、附加的板等)来实现,从而可提供总体较大的含多金属氧酸盐的表面。当适当地被安装在流动的水流中时,这种表面面积增加的结构还可有益地提供附加的湍流和流动性,且当使用氧气时还可提供氧气的供送。
在一个特别优选的实施例中,所述含有多金属氧酸盐的内部表面是贮水器的内部表面。在家用器具、比如洗衣机和洗碗机中,可设置贮水器,以便储存洗涤水(即来自洗衣和/或洗碗过程的稍污浊的废水),并在以后的洗衣和/或洗碗过程中再次使用所述水。这出于环境和经济原因是有益的。然而,由于存在于水中的微生物,如果水被储存相对较长的时间,水的卫生状况就改变了。尤其是在来自洗衣或洗碗过程的洗涤水的情况下,其中所含的营养素有利于微生物的生长和扩散。因此,在具有贮水器的家用器具中相对较长时间地储存洗涤水原本是有问题的。
因此,贮水器的含多金属氧酸盐的内部表面能够使被储存的水在相对较长的时间保持储存卫生。以这种方式,来自洗衣或洗碗过程的洗涤水可在不损失卫生性的情况下储存相对较长的时间。贮水器的含多金属氧酸盐的内部表面的布置方式根据本发明不是受限制的,且包括贮水器在促进改进的反应过程方面的修改。在最简单的情况下,传统贮水器的内部表面可设有含多金属氧酸盐的层。在另一实施方式中,贮水器中的附加的板部或突出部可提供加大的内部表面面积,并由此提供增加的含多金属氧酸盐的内部表面面积。另外,贮水器中的网状的或网格状的结构是优选的,并提供了增加的含多金属氧酸盐的内部表面面积。
在另一优选的实施例中,贮水器包括循环元件和/或空气进给元件。循环元件在此被理解成:能够搅动水(使水循环)的构件。通常,所述循环通过机械手段来实现。空气进给元件被理解成这样一种构件,空气可借助于该构件被引导到贮水器中。以这种方式,保证了在催化器表面处提供的氧化成分的(例如氧自由基的)的充分流动性,以便实现连续的反应。另外,保证了水中的充分高的氧气浓度,以便提供尽可能完全的催化反应。
带水运行的家用器具根据本发明不是受限的。因此,例如可考虑热水器、咖啡机、蒸汽熨斗等。尤其地,所述带水运行的家用器具是能够连接至家用供水系统的器具。优选地,所述带水运行的家用器具是洗碗机或衣物处理设备。尤其优选地,所述带水运行的家用器具是属于包括洗衣机和洗涤-干燥机的组的衣物处理设备。
洗衣机或洗涤-干燥机通常包括:与滚筒一样作为用于衣物物品的容纳容器的外桶;供水系统;用于容纳备好的衣物护理产品的清洁剂分配盘;布置在外桶的底部处的碱液排放系统,其具有泵且可能具有贮水器。
在一个优选的实施例中,洗衣机或洗涤-干燥机具有带有含多金属氧酸盐的内部表面的外桶和/或清洁剂分配盘。由于从衣物护理产品产生的有机物质的高输入和不足的通风状况,因此外桶和清洁剂分配盘被看做是洗衣机的特别易于沉积生物膜的区域。多金属氧酸盐的涂层消减了这种生物膜的形成。另外,在洗衣机的操作过程中,水在清洁剂分配盘中和在外桶中具有相对较高的流动性,使得氧化反应可有益地进行。另外,清洁剂分配盘和外桶的多金属氧酸盐的涂层带来的优点是:存在于衣物护理产品中的漂白剂被多金属氧酸盐激活,并因此可发挥较高程度的效力。以这种方式,衣物护理产品可使用较少的用量,从而产生经济和环境上的优点。此外,在该实施例中,可省去具有多金属氧酸盐添加剂的漂白系统。
本发明的另一目的是一种用于操作带水运行的家用器具的方法,所述带水运行的家用器具包括用于容纳待清洁的物品的桶和催化活性的含多金属氧酸盐的至少一个内部表面,所述内部表面在家用器具的操作过程中能够与水接触,其中,待清洁的水与含多金属氧酸盐的表面产生接触。
在存在氧化剂(所述氧化剂例如可溶解于或混合于水中而存在)的情况下,氧自由基例如形成在家用器具的含多金属氧酸盐的内部表面处。当这些高反应性的氧自由基与存在于水中的有机物质(包括微生物)产生接触时,发生氧化反应,所述氧化反应导致有机物质的分解和/或导致微生物中的病变过程。以这种方式,生物膜的形成被消减。
在一个优选的实施例中,如引言中所述,含氧的氧化剂、尤其是氧气被使用,其中,空气充当氧气的来源。氧气例如可溶解于水中而存在。另外,通过水的相应的流动,可产生水和空气的混合,例如以便在水中形成空气泡,且这种类型的空气-水混合物可与含多金属氧酸盐的表面产生接触,空气的氧优选充当氧化剂。尤其优选地,空气进给元件在待处理的水中提供了充足量的氧气。
在另一优选实施例中,过氧化氢或臭氧被用作氧化剂。
如果使用过氧化氢作为氧化剂,就优选使用已经存在于衣物护理产品中的过氧化氢。这省去了添加另外的过氧化氢。优选地,含多金属氧酸盐的表面布置在清洁剂分配盘中或外桶中,在过氧化氢被用作氧化剂的情况下尤其优选地布置在外桶中。原因是,过氧化氢尤其存在于去污要求高的洗涤剂和漂白剂中,尽管漂白剂在具体情况下通常直接被添加到滚筒中。
优选地,衣物处理设备的用户可借助于选项按钮来指示:是否已经添加了能效高的洗涤剂或漂白剂。替代性地,强力氧化剂(比如过氧化氢或臭氧)的存在与否可借助于洗衣机中的一个或多个传感器来确定。如果确定了臭氧或过氧化氢的存在,就可省去循环元件或空气进给元件的操作。
在具有臭氧产生器的设备中,臭氧可有益地充当氧化剂。优选地,这种类型的设备还具有臭氧消除装置。含多金属氧酸盐的表面布置成:使所述表面能够与水和臭氧产生接触。例如,在洗衣机(在所述洗衣机中,臭氧可被引导到外桶中)中,所述含多金属氧酸盐的表面相应地布置在外桶中。
本发明具有的优点是,能够以简单的和成本效益好的方式来提供明显不易于存留污垢(尤其包括微生物)的带水运行的家用器具,且在污垢产生时易于清洁该家用器具。
在含多金属氧酸盐的内部表面的使用中的一个特别的优点是,所述表面能够经年地充当起催化作用的系统,而无需任何附加的激活或附加的能量使用。仅在使用附加的循环元件或空气进给元件时会产生附加的能量消耗,但是这与其他水处理方法(比如膜过滤或电化学处理)相比是微小的。另外,不需要投放附加的反应物,且可省去催化剂的激活(例如通过UV辐射的激活)。含多金属氧酸盐的表面的附加的优点在于,通过催化剂的激活而提高了漂白剂(如果使用的话)的效果。另外,多金属氧酸盐可具有杀毒作用。因此,通过本发明,提供了用于家用器具的几乎没有持续的成本且使用寿命长的水处理系统。
附图说明
现在将参照图1来更详细地描述本发明。
具体实施方式
图1是与目前的根据本发明被构造成洗衣机的家用器具的一个实施例相关的部件的示意图。其他实施例也是可想到的。
图1中示出的实施例的洗衣机具有外桶1,滚筒2可旋转地安装于外桶1中并可通过驱动电机14操作。出于人体工程学原因,滚筒2的旋转轴线3相对于水平方向以一小角度向上定向,以便可更容易地接近和观察滚筒2的内部。该布置方式连同滚筒壳的内表面上的特别形成的衣物搅拌器4和用于洗涤碱液6的舀水装置5一起,实现了洗涤碱液通过衣物7的加强流动。
所述洗衣机还具有水供送系统,所述水供送系统包括用于家用供水系统8的水联接设备、电控阀9以及经由清洁剂分配盘11通到外桶1的供送管路10,供送的液体能够从所述清洁剂分配盘11将成份的清洁剂输送到外桶1中。
加热装置13也设置在外桶中。阀9和加热装置13可通过程序控制系统12根据程序执行方案来控制,所述程序执行方案可关联于时间程序和/或洗衣机内的参数的特定测得值的达到,所述参数比如是碱液液位水平、碱液温度、滚筒2的旋转速度等。附图标记15表示用于外桶1中的液体的泵。
贮水器17可储存已经在漂洗衣物中用过的洗涤水。所述洗涤水可用于以后的洗涤过程。为这个目的,贮水器17经由管路(“用于漂洗液体的供送管路”)18连通至阀9,所述阀9还控制新鲜水供送。也可通过程序控制系统12控制的循环元件19和空气进给元件20设置在贮水器17中。通过这些措施,可在贮水器17中的内部表面16处实现特别高效的氧化反应。
含有钛改性钨酸盐的内部表面16被施加于清洁剂分配盘11中、外桶1中和贮水器17中。
附图标记列表
1 外桶
2 洗衣滚筒
3 滚筒的旋转轴线
4 衣物搅拌器
5 舀水装置
6 洗涤碱液
7 衣物物品
8 家用供水系统
9 阀
10 供送管路
11 清洁剂分配盘
12 程序控制系统
13 加热装置
14 驱动电机
15 泵
16 含有催化活性物质(多金属氧酸盐)的内部表面
17 贮水器
18 用于漂洗水的供送管路
19 循环元件
20 空气进给元件
Claims (15)
1.一种带水运行的家用器具,包括用于容纳待清洁的物品(7)的桶(2)和含有催化活性物质的至少一个内部表面(16),其特征在于,所述催化活性物质是多金属氧酸盐,所述内部表面(16)在家用器具的操作过程中能够与水接触。
2.如权利要求1所述的带水运行的家用器具,其特征在于,所述多金属氧酸盐是钨酸盐。
3.如权利要求2所述的带水运行的家用器具,其特征在于,所述钨酸盐是钛改性的。
4.如权利要求1-3中任一所述的带水运行的家用器具,其特征在于,所述至少一个内部表面(16)在家用器具的操作过程中与流动水或静水接触。
5.如权利要求1-4中任一所述的带水运行的家用器具,其特征在于,所述至少一个内部表面(16)设置在家用器具的内壁处和/或通流元件处。
6.如权利要求1-5中任一所述的带水运行的家用器具,其特征在于,所述至少一个内部表面(16)设置在水供送系统(9、10)中。
7.如权利要求1-6中任一所述的带水运行的家用器具,其特征在于,所述至少一个内部表面(16)设置在贮水器(17)中。
8.如权利要求7所述的带水运行的家用器具,其特征在于,所述贮水器(17)包括循环元件(19)和/或空气进给元件(20)。
9.如权利要求1-8中任一所述的带水运行的家用器具,其特征在于,所述家用器具是洗碗机或衣物处理设备。
10.如权利要求9所述的带水运行的家用器具,其特征在于,所述家用器具是属于包括洗衣机和洗涤-干燥机的组的衣物处理设备。
11.如权利要求10所述的带水运行的家用器具,其特征在于,所述家用器具包括具有含多金属氧酸盐的内部表面(16)的外桶(1)和/或清洁剂分配盘(11)。
12.一种用于操作带水运行的家用器具的方法,所述带水运行的家用器具包括用于容纳待清洁的物品(7)的桶(2)和含有催化活性多金属氧酸盐的至少一个内部表面(16),所述至少一个内部表面(16)在所述家用器具的操作过程中能够与水接触,其特征在于,使待清洁的水与含有多金属氧酸盐的表面(16)接触。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于,氧气被用作氧化剂,空气被用作氧气的来源。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于,空气进给元件在待处理的水中提供充足量的氧气。
15.如权利要求12所述的方法,其特征在于,过氧化氢或臭氧被用作氧化剂。
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