CN1953694A - 洗涤方法与洗涤系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于清洁或洗涤底物的洗涤系统,所述系统包括:能够包含底物的洗涤区和水软化区。
Description
发明背景
近几年来,人们对用于洗涤衣物和其它受污底物的各种各样的非洗涤剂基技术存在着越来越大的兴趣。例如,在日本和亚洲市场已经上市的很多洗衣机利用电解、超声或气蚀技术来促进待洗物的清洗或消毒。典型地,此类机器包括以“无洗涤剂”为特征的至少一个洗涤周期,并且其设计用于洗涤受污较轻的待洗物。然而,洗衣机厂商自己承认,流行于市场上的机器和系统对受污或污染更重的物品能力有限,需要继续使用表面活性剂基洗涤剂产品来获得满意的清洗性能。因此,设计和上市了可供根据洗涤任务的严重程度选择非洗涤剂和洗涤剂周期之用所谓的“混合型”机器。
从总的资源利用的观点来看,虽然非洗涤剂基清洗技术可具有在轻度受污情况下节省洗涤剂产品用量的潜能,但操作时需要使用更多的水和能量,因此这样的节省被或多或少地抵消。因此,资源方程仍是大致平衡。
很显然,期望提高包括新式“混合型”机器在内的现有洗衣机和系统的功效以在洗涤剂用量的整个范围内改进洗涤性能。同样期望在总体有效的和供应充足的资源(化学品、水和能量)利用情况下提高性能。
本发明的一个目的是提供适用于家庭或公共团体装置领域(如洗衣机、自动洗碗机等)的方法和系统,并且该方法或系统能够在洗涤剂用量范围内改善对于受污的一件或多件底物的清洁。本发明的另一个目的是提供能够更有效地利用水、能量和洗涤剂产品资源的洗涤方法和系统。
发明概述
在一个实施方案中,本发明包括用于清洁或洗涤底物的洗涤系统,所述系统包括:能够包含底物的洗涤区;流动连接到洗涤区的水软化区;其中水软化区能够接纳供给水并形成至少部分软化的水,并且其中水软化区能够将至少部分软化的水的至少一部分流动传递到洗涤区。在另一个实施方案中,洗涤区能够清洁或洗涤包括衣物和盘碟的底物。在另一个实施方案中,水软化区包括纳米过滤装置、电去离子装置、电透析装置、逆渗透装置、电容去离子装置和离子交换水软化装置以及它们的组合。在另一个实施方案中,水软化区为电容去离子装置。
在一个实施方案中,至少部分软化的水具有小于约4mmol/L的残留Ca2+硬度。在另一个实施方案中,在约100至约1000kP的供给水压力下,至少部分软化的水具有至少约2L/h的软水通量。
在一个实施方案中,洗涤系统还包括至少一个流动连接到洗涤区的洗涤预处理区;声波处理区或超声波处理区,每个区域均能够处理洗涤区内或洗涤预处理区内的底物;和电解区,其能够电解供给水或流动连接到洗涤区的至少部分软化的水。
在一个实施方案中,洗涤区能够利用洗涤剂。在另一个实施方案中,洗涤区和水软化区基本容纳在一个外壳内。在另一个实施方案中,洗涤区和水软化区独立容纳。在另一个实施方案中,洗涤系统还包括预过滤器。
在一个实施方案中,本发明包括清洁或洗涤底物的方法,所述方法包括以下步骤:提供一种洗涤系统,所述系统包括能够包含底物的洗涤区;和流动连接到洗涤区的水软化区;其中水软化区能够接纳供给水并形成至少部分软化的水,并且其中水软化区能够将至少部分软化的水的至少一部分流动传递到洗涤区,用所述洗涤系统放置底物;使供给水流至水软化区内; 使水软化区形成至少部分软化的水;将至少部分软化的水的至少一部分传递到洗涤区内并任选地,将洗涤剂加入到洗涤区。
在一个实施方案中,洗涤区能够清洁或洗涤选自衣物或盘碟的底物。在另一个实施方案中,水软化区包括纳米过滤装置、电去离子装置、电透析装置、逆渗透装置、电容去离子装置、离子交换水软化装置以及它们的组合。在另一个实施方案中,水软化区为电容去离子装置。在一个实施方案中,至少部分软化的水具有小于约4mmol/L的残留Ca2+硬度。
在一个实施方案中,洗涤系统还包括至少一个流动连接到洗涤区的洗涤预处理区;声波处理区或超声波处理区,每个区均能够处理洗涤区内或洗涤预处理区内的底物;和电解区,其能够电解供给水或流动连接到洗涤区的至少部分软化的水。
在一个实施方案中,本发明包括用于清洁或洗涤底物的洗涤系统,所述系统包括:能够包含底物的洗涤区;水软化区和电解区,其中水软化区能够将至少部分软化的水引向洗涤区、电解区或它们的组合,并且其中水软化区能够将废弃的电解质流引向电解区,并且其中电解区能够将酸性流和/或碱性流引向洗涤区、水软化区或它们的组合。
在一个实施方案中,水软化区为电容去离子单元。在另一个实施方案中,酸性流流动连接到水软化区。在另一个实施方案中,废弃的电解质流流动传送到水软化区。
发明详述
尽管本说明书以特别指出并清楚地要求保护本发明的权利要求书作出结论,但据信通过以下说明可更好地理解本发明。
本发明的组合物可包括、由或基本上由本发明的组分以及本文所述的其它成分组成。本文所用术语“基本上由...组成”是指组合物或组分可包括附加成分,只要所述附加成分不会在本质上改变本发明要求保护的组合物或方法的基本和新的特性。
除非另外指明,本文中使用的所有百分比和比率均按总组合物的重量计,并且所有的测量均在25℃进行。角度为平面单位的角度度量值,在大小上等于一整圈的1/360。
除非另外指明,本文中使用的所有测量值均为公制单位。
本文所用术语“产品”包括适于洗涤和清洁受污底物的基于活性物质的洗涤剂组合物,以及适于洗涤后使用或与基于活性物质的洗涤剂联合使用并设计用于提供辅助的底物有益效果或结果的辅助组合物,例如整理剂、漂洗剂、设计用于提供洗涤后织物护理有益效果的织物增强剂、和设计用于提供洗涤后表面护理有益效果的洗涤剂辅助物质。术语“产品分配区”、“产品储存区”等应照此进行解释。
本文所用术语“供给水”包括直接来自包括市政可用水和地下水总管道的水,直接来自总管道或用水贮存器(如用于储存循环水的循环贮存器、贮存罐)的水,或直接来自它们的组合的水。
本文所用术语“衣物”包括织造和非织造织物。所述织物的非限制性用途包括衣服、被褥、毛巾等。
本文所用术语“盘碟”包括用于吃饭、烹饪、招待等的器具,包括,但不限于盘子、罐子、平底锅、扁平餐具、杯子、玻璃器具等。
现已惊人地发现本发明的洗涤系统提供增强的清洁和洗涤功效。此外,可利用该洗涤系统进行多种清洁或洗涤任务。依照本发明的第一个方面,提供了用于清洁或洗涤受污的一件或多件底物的洗涤系统,所述系统包括能够包含底物的洗涤区;流动连接到洗涤区的水软化区。水软化区能够接纳供给水并形成至少部分软化的水。水软化区也能够将至少部分软化的水的至少一部分流动传递到洗涤区。任选地,洗涤系统也可包括以下一种或多种:产品分配区(本文有时称作“分配区”);用于声波或超声波处理洗涤区内或洗涤预处理区内的受污底物的部件;用于电解供给水或洗涤液体的电解区;和洗涤液体消毒区。洗涤区可有双重用途,并且也可作为洗涤后漂洗区起作用;可供选择地,洗涤系统可任选地包括单独的洗涤后漂洗区。
在一个实施方案中,据设想本发明的洗涤系统基本包含在一个外壳内。不受理论的约束,据信通过将本发明的洗涤系统基本容纳在一个外壳内可使洗涤系统元件之间任何必要的配管或流体连接最小化。此外,将本发明的洗涤系统基本容纳在一个外壳内可使本发明洗涤系统所需的体积和/或空间最小化。
在另一个实施方案中,据设想洗涤区和水软化区独立容纳。这种实施方案设想用于现场使用的洗涤系统。在一个非限制性实施例中,据设想本发明的水软化区位于不同于洗涤区的外壳内。水软化区流动连接在入口水流与洗涤区入口之间。在这种实施方案中,据设想包括洗涤区的利用供给水的现有装置(包括洗衣机、自动洗碗机、热水器)以及“一体外壳”入口流可被翻新和/或改造以具有用于处理供给水的水软化区。
水软化区
依照本发明,本文洗涤系统包括水软化区。在本发明的系统和方法中,水软化区包括一个或多个装置,所述装置选自纳米过滤、电去离子、电透析、逆渗透、离子交换和电容去离子水软化装置以及它们的组合。在一个实施方案中,水软化区可包括以Baeck、Convents和Smets的名义普通转让并共同提交的专利申请(申请者的参考编号为CM2849F)中所公开的那些,所述申请引入本文以供参考并详细描述如下。
在一个实施方案中,水软化区可有效地软化水至小于约4mmol/L,在另一个实施方案中小于约2mmol/L,在另一个实施方案中小于约1mmol/L,在另一个实施方案中为约4mmol/L至约0.01mmol/L,在另一个实施方案中为约2mmol/L至约0.05mmol/L,甚至在另一个实施方案中为约1mmol/L至约0.1mmol/L的残留Ca2+硬度。
然而,熟知用于增加水软度的技术将去除离子类,所述离子类包括,但不限于阳离子类、阴离子类、两性离子类、两性类以及它们的组合。这种阳离子类包括,但不限于钙、铁、镁、锰、钠以及它们的混合物。这种阴离子类包括,但不限于氯、氟、碳酸根以及它们的混合物。
位于水软化区的下游并与之流体连通,洗涤系统可另外包括软化水贮存器,用于储存并递送至少部分软化的水至洗涤区。
不受理论的约束,据信水软化区形成至少部分软化的水。当传递到洗涤区时,部分软化的水增强加到洗涤区的任何产品的功效。此外,据信至少部分软化的水延长洗涤系统部件的使用寿命,这是由于使用至少部分软化的水减少和/或防止硬水沉积物、水垢等的积聚,导致更清洁的洗涤系统部件。
电容去离子
在另一个实施方案中,水软化区利用电容去离子。电容去离子单元利用充电电极软化水。用电极电容去离子能够去除水中的离子类及其它杂质。不受理论的约束,水在保持在低电位差和/或电压的电极之间流动。当电极变得被离子类饱和时,电极被静电再生,而离子类作为废弃的电解质流排出。通过颠倒电极极性并用水冲洗,可使电极定期清除离子类。此外,通过使电极与酸性流或碱性流接触,可使电极再生于被吸附材料。如本文所述,在一个实施方案中,酸性流和碱性流通过电解区产生。
在一个实施方案中,电容去离子单元的电极由炭气凝胶制成。示例性的炭气凝胶电极存在于授予Tran等人的美国专利6,309,532中。炭气凝胶电极具有卓越的化学稳定性和非常高的表面积。
在一个实施方案中,利用多种碳体系制备炭气凝胶。这些体系经常(尽管不是必须)通过裂解制备。这些碳体系包括,但不限于,间苯二酚/甲醛、间苯二酚/苯酚/甲醛、对苯二酚/间苯二酚/甲醛、间苯三酚/间苯二酚/甲醛、儿茶酚/间苯二酚/甲醛、聚氯乙稀、苯酚/甲醛、环氧酚/甲醛、聚氯乙烯、苯酚/苯甲醛、氧化聚苯乙烯、聚糠醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚偏二氯乙烯、纤维素、聚丁烯、乙酸纤维素、三聚氰胺/甲醛、聚乙酸乙烯酯、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯腈/苯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚异丁烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯/二乙烯基苯、二乙烯基苯/苯乙烯,以及它们的组合与混合物。
可利用其它来源以形成用于电容去离子单元的电极。在一个实施方案中,利用了示例于授予Bell等人的美国专利6,737,445和授予Dietz等人的美国申请20030153636中的电极。此外,电极可以流通方式排列,如授予Shiue等人的美国专利6,462,935和授予Faris等人的美国申请20040095706中所描述的。
在一个实施方案中,用电容去离子处理以制备至少部分软化的水的供给水流速为约0.5升/分钟至约20.0升/分钟,在另一个实施方案中为约0.75升/分钟至约8升/分钟,在另一个实施方案中为约1升/分钟至约5升/分钟,且在另一个实施方案中大于约1升/分钟。
在一个实施方案中,电容去离子单元中利用的电极总表面积为约200至约1500m2/g;在另一个实施方案中为约400至1200m2/g;在另一个实施方案中为约500至1000m2/g。
在一个实施方案中,电位差或电压为约0.5伏至约10伏;在另一个实施方案中为约0.75至约8伏;在另一个实施方案中为约1至约5伏。
在一个实施方案中,电容去离子单元能够自清洁。在一个自清洁实施方案中,当电极显示具有从溶液中吸附的离子类减少(如穿过电极的电阻增加及硬度减少的程度降低所指出的),清洁开始进行。在一个实施方案中,降低的电极性能通过电导率仪观察。本领域普通技术人员将能够容易地确定测量本发明电极性能降低的方法。在一个实施方案中,通过用“脏”电极的电导率除以“干净”电极的电导率确定电导率分数来测量降低的性能。当电导率分数达到预定值时,自清洁周期开始。在一个实施方案中,当电导率分数小于约0.9时自清洁周期开始,在另一个实施方案中,电导率分数小于约0.7,在另一个实施方案中,电导率分数小于约0.5。
任选地,电容去离子单元还包括预过滤器。不受理论的约束,据信预过滤器能够延长电极寿命,以及延迟电极自清洁周期的频率。据信预过滤器吸收、限制或换句话讲去除包含在供给水中的电中性类。这种电中性类受电容去离子单元上电极的影响最小,因此能够玷污电极上的吸附位点。本发明的预过滤器由充分吸收、限制和/或换句话讲去除供给水中的电中性类的任何材料制成。这种材料包括,但不限于活性炭、二氧化硅、纸张、金属网过滤器、隔膜、凝胶,以及它们的组合。
纳米过滤
在另一个实施方案中,水软化区包括供给水过滤装置。一类过滤装置是纳米过滤装置,其具有的截止值在约0.00016ag(100)至约0.0016ag(1000道尔顿),优选约0.00033ag(200)至约0.0016ag(1000道尔顿)的范围内。另一方面,在100kP、25℃时的装置净水通量优选为至少3,更优选至少6L/m2h。装置优选具有的镁离子截止率为至少50%,更优选至少80%(0.35%重量的MgSO4、600kP、Re=2500、25℃)。
在另一个实施方案中,水软化区采取具有渗透物和滞留物出口端口的错流过滤装置形式,渗透物出口端口与洗涤区流体连通,而滞留物出口端口与一个或多个流出物储存区、排放区以及洗涤液体清洁和再循环区流体连通。
且在另一个实施方案中,错流装置提供有供给水输入、滞留物再循环、硬水流出物排放和任选的再循环泵。在一个实施方案中,软水渗透物与硬水流出物的通量比为至少约1∶1,在另一个实施方案中为至少约3∶1,在另一个实施方案中为至少约5∶1,在另一个实施方案中为至少约8∶1。
这种过滤装置优选采取包括提供有膜隔室的过滤器外壳的组件形式,隔室内安放有一束毛细管或管式过滤膜,其末端装入膜固定器内并且与一个或多个入口端口及一个或多个滞留物出口端口连通。过滤器外壳在该过滤器外壳的壁上也提供有一个或多个开口,此开口与一个或多个渗透物出口端口连通。来自供水源的热水或冷水由通向入口端口的连接进入过滤器外壳,然后经过毛细管或管式过滤膜,所得滞留物和渗透物由通向相应的滞留物和渗透物出口端口的连接排放。这种排列在本文称作“由内向外”排列。
可供选择地,组件可以相反的方式(“由外向内”)操作,其中通过过滤器外壳壁上的开口进行供给水供给和滞留物排放,此开口与相应的入口和滞留物出口端口连接相连通。在这种情况下,渗透物被收集在过滤膜内,并通过它们的开口端和相应的渗透物出口端口连接进行排放。
组件也可提供有一个或多个横向于过滤膜方向放置的分配管,其具有一个或多个通向膜隔室的开口以降低过滤膜上的横向力,这种排列详细描述于WO-A-98/20962中。
示例性的过滤装置或组件包括开发用于由内向外过滤的聚酰胺/聚醚砜纳米过滤膜,由X-Flow B.V.以名称NF50M10出售。
纳米过滤膜易于被供给水中的氯降解或侵蚀。因此,过滤装置可与除氯系统例如碳预过滤器、抗氧化剂或黄铜联合使用以延长装置的工作寿命。
在过滤装置实施方案中,过滤装置优选也包括在高压下使滞留物流再循环通过过滤组件的泵,泵或者位于具有使滞留物再循环的唯一或主要用途的再循环回路内,或者可操作地连接到洗涤装置或洗涤区的主排放泵。
电透析/电去离子
在另一个实施方案中,水软化区包括电透析或电去离子装置。在电透析中,阳离子交换膜可供选择地与阴离子交换膜堆积,并将所得间隔开的排列放置在两个带相反电荷的电极之间。供给水在低压下加到装置中并在膜之间循环。当向电极施加直流电时,阳离子和阴离子以相反的方向分别向阴极和阳极移动,并在交替的隔室中浓缩。然后将来自该装置的至少部分软化的水加到洗涤区,并将硬水流出物加到一个或多个流出物储存区、排放区以及洗涤液体清洁和再循环区。
电去离子实际上为电透析与离子交换的组合。在这种情况下,将阳离子与阴离子交换树脂的混合物放在阳离子与阴离子交换膜之间,并将供给水内所有的离子类截止在树脂中。然后将至少部分软化的输出水加到洗涤区,在洗涤区该装置进行电化学再生循环,其中阳离子与阴离子交换树脂被再生用于后续使用。然后将所得硬水流出物加到一个或多个流出物储存区、排放区以及洗涤液体清洁和再循环区。
本发明的洗涤系统可采取一体化水软化和洗涤装置的形式,其中水软化区和洗涤区内置在单个装置中并形成该装置的一部分,两个区域通过该装置的导管相互流体连通。在另一个实施方案中,洗涤系统包括连接形式的水软化装置和洗涤装置,从而水软化装置及其相连水软化区形成独立式单元,根据使用者的要求,该单元可永久性或临时性安装到洗涤装置的供给水入口导管上,水软化装置所需的任何电源可利用洗涤装置的电源或单独利用主电源。
洗涤液体清洁
任选地,为了清洁并再循环洗涤液体,洗涤系统包括与洗涤区流体连通的洗涤液体清洁和再循环区。洗涤液体的清洁可作为在离线位置对批量液体的单独分批操作来进行,但优选清洁在洗涤系统循环回路部分内的洗涤液体流上进行。可供选择地,清洁可发生在洗涤区本身的一部分或亚区内。术语“清洁”是指减少洗涤液体(批量液体或合适的洗涤液体流)的污垢含量,污垢含量可根据例如浊度进行测量。循环洗涤液体的浊度优选小于约15NTU,更优选小于约5NTU。
清洁后,液体再循环回到洗涤区,在此处其用于相同的或后续的洗涤步骤或用于洗涤后漂洗步骤。在这种类型的优选实施方案中,洗涤液体在基本不含洗涤剂的预洗涤步骤期间或最后再循环到洗涤区,该步骤是在洗涤剂辅助的,优选漂白剂辅助的洗涤步骤之前。在漂白剂辅助的底物洗涤步骤情况下,从提供改善的漂白和清洁性能角度考虑,本发明的预洗涤实施方案在本文尤其有价值。优选地,洗涤系统被安排以在相同的底物洗涤步骤期间提供洗涤液体的连续或半连续清洁和再循环,换句话讲,在洗涤或预洗涤步骤期间,洗涤液体连续地或在操作的一个或多个阶段再循环,以便去除来自洗涤区的污垢并降低或最小化污垢在底物上的沉积。所谓“基本上不含”洗涤剂是指按所述洗涤液体的重量计,洗涤液体包含少于约0.1%的洗涤剂产品。
在本发明的某些系统和方法中,洗涤液体清洁和再循环区包括洗涤液体过滤装置,其可有效地降低循环洗涤液体的浊度至小于约15NTU,优选小于约5NTU。另一方面,当在约100至约1000kP(1至10巴),优选约100至约400kP(1至4巴)范围内的压力下操作时,该装置所递送的渗透物通量优选为至少约100L/h,更优选至少约500L/h。膜的表面积优选为约0.01至约2m2,更优选约0.05至约1m2,尤其为约0.25至约0.75m2。
在本文其它实施方案中,洗涤液体清洁和再循环区包括超滤或微滤装置。过滤装置具有优选约0.0016ag(1000道尔顿)至约1μm,更优选约0.05μm至约0.5μm的截止范围。过滤装置优选包括一个或多个管式膜,每个膜的管腔尺寸优选为约1至约10mm,更优选为约2至约6mm,尤其为约3至约5mm。过滤装置在100kp下优选具有至少约1000L/m2.h(25℃时的逆渗透水),更优选在100kP下为至少约10,000L/m2的净水通量。本文截止值是指装置膜的标称孔径等级,不同的是总的最小值(0.0016ag(1000道尔顿))是依据截止分子量给定。管腔尺寸是指膜的最小内径。
在一个实施方案中,本发明的系统包括含有错流过滤装置的洗涤液体清洁和再循环区。在一个实施方案中,错流过滤装置包括一个或多个独自站立的、不对称的管式过滤膜,每个管式膜的管腔尺寸具有上述的尺寸。在其它实施方案中,该装置包括一系列相通的膜亚单元,每个亚单元为一束包括一个或多个,优选约2至约20个,更优选约5至约15个管式过滤膜的形式。在装置包括多个系列亚单元处,单个亚单元可通过具有较大管腔尺寸的管式膜的一个或多个部分互相连接。装置内管式膜的总通道长度优选为约10至约250m,更优选为约35至约150m,从装置的入口到出口的压降优选小于约200kPa(2巴),更优选小于约100kPa(1巴),尤其是约20至50kPa(约0.2至约0.5巴)。此外,在约100至约1000kP(1至10巴),优选约100至约400kP(1至4巴)范围内的操作压力下,每个管式膜优选具有至少约2300,优选至少约4000的雷诺数。
错流过滤装置提供有洗涤液体入口端口以及渗透物和滞留物出口端口,渗透物出口端口与洗涤区流体连通,而滞留物出口端口与洗涤液体缓冲区或流出物排放区流体连通。
在采用洗涤缓冲区的系统中,洗涤液体沿着第一导管从洗涤区加到或吸到缓冲区,然后依靠泵的作用沿着第二导管从缓冲区加到错流过滤装置的入口端口。设计用于去除大于约20微米颗粒(例如活性炭)的常规粗滤器也可提供在错流过滤装置的上游以去除较大尺寸的杂质。然后将所得滞留物再循环到缓冲区,而渗透物送回到洗涤区。减压阀也可提供在错流过滤装置的入口端口,余压通过释放到缓冲区或流出物排放区而解除。在一个实施方案中,缓冲区对大气关闭,在该情况下,洗涤液体自动吸入缓冲区,紧接着去除通向洗涤区的渗透物。可供选择地,缓冲区可与大气相通,洗涤液体在压力下由洗涤区加到缓冲区。减压阀也可安置在滞留物出口端口上以及缓冲区的入口和出口端口上。阀门(例如夹管阀)也可提供在过滤装置的渗透物出口端口以能够间歇大规模清洁或反冲洗过滤膜。然而,本发明系统的特征是它们需要最小限度地保持在反冲洗或去污步骤形式。
过滤装置优选采取包括提供有膜隔室的过滤器外壳的组件形式,隔室内安放有一个或多个管式过滤膜,其末端装入膜固定器内并且与入口端口及滞留物出口端口连通。在装置包括一系列相通的膜亚单元处,单个亚单元通常包括一束管式膜、一对用于容纳管式膜末端的膜固定器以及一个外皮,该外皮提供有一个或多个开口以容许渗透物排放到过滤器外壳的膜隔室中。单个膜亚单元可通过互相连接的管式膜的一个或多个部分相通,该管式膜具有的管腔尺寸通常大于单个亚单元尺寸。另一方面,系列中的末端亚单元可通过管式膜的一个或多个部分以及设置在膜外壳内的相应膜固定器与入口端口和滞留物出口端口连通。过滤器外壳在该过滤器外壳的壁上也提供有一个或多个开口,此开口与一个或多个渗透物出口端口连通。洗涤液体由通向入口端口的连接进入过滤器外壳,然后经过一个或多个过滤膜,所得滞留物和渗透物由通向相应的滞留物和渗透物出口端口的连接排放。
本文可采用大范围的膜材料用于超滤或微滤装置,包括聚丙烯、聚偏二氟乙烯、乙酸纤维素、纤维素、聚丙烯、聚丙烯腈、聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚碳酸酯、脂族和芳族聚酰胺、聚酰亚胺以及它们的混合物。然而,本文优选的是不对称聚醚砜膜,其具有的标称孔径比率(内表面比外表面)为约1∶10,表面能(内表面)为约8达因/cm。
产品分配
本发明的洗涤系统优选也包括产品分配区,在优选的实施方案中,该分配区位于水软化区和洗涤区中间。产品分配区优选在通向洗涤区的供给水入口内或入口处包括用于将产品(活性洗涤剂或洗涤剂辅助物质例如整理剂或织物增强剂)定量加到预软化水内的部件,并且也可包括用于批量洗涤剂和/或洗涤剂辅助产品的产品储存部件。此外,产品分配区将通常包括能够填充、再填充或取代产品储存部件的部件,并且可另外包括阀门、分配孔口或其它部件,用于控制洗涤剂和/或洗涤剂辅助产品相对水软化区的软水通量的进料速度。优选地,分配区和水软化区串连或者包括一体化的水软化和产品分配单元,即,具有单独的但互相连接的水软化区和产品分配区的单元,产品分配区位于水软化区的下游并在水软化区的输出端包括将产品定量加到供给水中的部件。
依照本发明,洗涤液体可在洗涤步骤期间或最后再循环到洗涤区,用于后续的洗涤步骤或洗涤后漂洗步骤。在这种类型的优选实施方案中,洗涤液体在基本不含洗涤剂的预洗涤步骤期间或最后再循环到洗涤区,该步骤是在洗涤剂辅助的,优选漂白剂辅助的洗涤步骤之前。在这种实施方案中,也可包括循环贮存器,以在循环之前储存清洁的洗涤液体。
优选地,底物与洗涤液体接触,同时进行洗涤液体的清洁和再循环。在这种实施方案中,在底物洗涤步骤期间,在操作的一个或多个阶段中进行清洁和再循环是有利的。例如,在一个实施方案中,清洁和再循环在洗涤步骤的后半段开始,例如,在完成洗涤步骤的约50%,优选至少约70%或者甚至约90%之后。可供选择地,清洁和再循环仅仅在系统已达到其最佳洗涤温度之后或者洗涤液体已达到阈值浊度或电导率值或污垢阈值之后开始。对此而言,洗涤系统可提供有一个或多个响应洗涤液体浊度、电导率或污垢含量的传感器,并且其作为引发清洁和再循环的触发器。
在尤其适用于织物洗涤的另一个优选的实施方案中,洗涤液体再循环到洗涤区或用于洗涤后漂洗步骤的漂洗区。此外,也可包括循环贮存器,以在循环之前储存清洁的洗涤液体。优选地,所述方法包括i)水软化步骤,其中供给水在水软化区内软化,ii)任选的洗涤剂分配步骤,其中活性洗涤剂产品以清洁有效量定量加到洗涤液体或供给水中,iii)洗涤步骤,其中受污底物与软化的洗涤液体接触,iv)洗涤液体清洁和再循环步骤,v)织物增强剂分配步骤,其中提供洗涤后织物护理或美观有益效果的织物增强剂定量加到循环洗涤液体中,和vi)漂洗步骤,其中织物与所得漂洗液体接触。合适的织物增强剂包括香料和其它嗅剂、纺织品软化剂、助烫剂、抗菌剂、防起球助剂等本质上熟知的。
在本发明的优选方法中,洗涤步骤进行时的洗涤剂产品的洗涤液体浓度范围为按重量计约0至约2%,优选按重量计约0至约1%,更优选按重量计约0至约0.5%,尤其是按重量计约0%至约0.25%。然而,典型地,洗涤剂产品将以清洁有效量存在,即,有效改善清洁最终结果在不含洗涤剂时达到的最终结果之上的量。因此,洗涤剂产品将通常存在的含量为按所述洗涤液体的重量计至少0.1%。在洗涤步骤期间合适的洗涤液体pH范围为约5至约13,优选约6至约12,更优选约7至约11。在包括使用洗涤酶(例如蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶)的方法中,洗涤步骤期间的酶浓度优选为约0.0001至约100ppm的活性酶。适用于本文的酶的非限制性列表公开于例如US2002/0155971中。
在本发明的优选申请中,本文洗涤区采取所谓的“高效”洗涤区形式,即设计用于在高效洗涤条件下用洗涤液体接触并洗涤受污底物的洗涤区。具体地讲,本文已发现水软化与高效洗涤条件以及洗涤液体清洁和再循环的组合对于在洗涤剂用量范围内提供所包括底物的改善的清洁、污渍去除及白度保持尤其有价值。
本文所用术语“高效洗涤步骤”、“高效洗涤条件”和“高效洗涤区”是指由于洗涤区内的机械搅拌过程,洗涤系统所递送的清洁性能程度。换句话讲,这排除由以下操作方法而产生的对清洁性能的贡献:化学、电化学或光化学方法,高能量机械方法例如超声波或空化技术,或者包含过滤等方法的水清洁和再循环方法。由于机械方法产生的清洁程度在本文有时称作洗涤区的“机械作用”。洗涤区的机械作用取决于许多不同的参数,包括1)洗衣机参数,例如洗衣机类型,洗衣机是水平轴洗衣机还是竖轴洗衣机、转筒数目、转筒的尺寸、形状和导流板排列、二次低压喷洒系统的采用等;和2)取决于所选周期的操作参数,例如转筒的旋转速度和旋转方式、洗涤过程的能量消耗、水含量、运转通过洗涤液体的速度和方式、转筒旋转/循环的次数等。本文所用洗涤区的机械作用根据在不合洗涤剂情况下在某些使用条件下采用一组标准受污的棉布样本所递送的污渍去除性能来量化。具体地讲,“高效”洗涤区在本文定义为在洗涤系统的一个或多个冷却温度(20℃至40℃)主洗涤周期内递送或能够递送最小程度机械作用的洗涤区。在洗涤区内洗涤的织物据说要经受高效洗涤条件。本文对于高效所需的最小程度机械作用相当于在如下所述的测试条件下至少约47%的污渍去除。在优选的实施方案中,将机械作用设置在约50%至约65%,更优选约53%至约60%污渍去除范围内的稍微较高的程度上,出于织物护理考虑设置上限。
污渍去除测试条件如下:
EMPA 101-104污渍设置一依照IEC 60456 Edition 4,Annex E使纯织造棉布样本受污颗粒(碳黑/矿物油)、酶垢(血液)、油脂垢(巧克力/奶)以及可漂白的污垢(红葡萄酒);每个装置8个复制品;载荷-3kg的干净衣物;水硬度-6度(英文Clark);通过对MacBeth24 Chip Color Chart校准的图象分析进行数据分析;污渍去除增量(SRI)在整个污渍设置上平均。
声波
在本发明的另一个申请中,本文洗涤系统另外包括用于声波处理或超声波处理洗涤区内或洗涤预处理区内的受污底物的部件。具体地讲,本文已发现声波或超声波处理与洗涤液体清洁和再循环以及水软化的组合对于在洗涤剂用量范围内提供改善的底物清洁尤其有价值。声波或超声波处理受污底物的部件优选包括一个声波或超声波能量发生器或多个这种发生器,其中产生能量的频率优选在约1kHz至约150kHz,优选约20kHz至约80kHz的范围内,且发生器的功率输入在约0.1W至约500W,优选约10W至约250W的范围内。
在一个实施方案中,能量发生器适于向洗涤区内的受污底物产生并供给超声波能量。在这种实施方案中,产生能量的频率优选在约20kHz至约150kHz,更优选约20kHz至约80kHz的范围内,在洗涤区内发生器的功率输入优选在每升洗涤液体约5.28W至132.1W(每加仑20W至约500W),更优选约每升洗涤液体约6.6W至66.1W(每加仑25W至约250W)的范围内。适用于这种实施方案的能量发生器包括超声波换能器和电源。超声波换能器可为PZT(锆钛酸铅)换能器或磁致伸缩换能器。商业超声波换能器的实施例包括获自Sonics & Materials Inc的Vibra-Cell VCX系列和获自TelsonicAG的Tube Resonator。单个换能器或多个换能器的排列可用于洗涤系统中。换能器可安放在底部或围绕洗涤区的侧壁上。也可将其直接浸没在洗涤区内。换能器也可安放在洗衣机转筒或滚筒内,如下文详细描述。
在这种类型的优选实施方案中,洗涤系统采取前开式洗衣机形式,其包括容纳衣物的转筒,所述转筒在其内圆周壁上具有一个或多个,优选两个或四个,更优选三个导流板用于翻滚衣物。洗衣机也包括一个或多个安放在至少一个且优选每个转筒导流板上的声波或超声波换能器,从而当衣物类升高离开批量洗涤液体与相应的导流板接触时,声波或超声波能量施加到衣物上。在这种类型的另一个实施方案中,洗涤系统采取顶开式洗衣机形式,其具有的中央搅拌叶片具有一个或多个安放在其上的声波或超声波发生器。
在一个可供选择的实施方案中,能量发生器适于对洗涤预处理区内的受污底物产生并供给声波或超声波能量。在这种实施方案中,产生能量的频率优选在约1kHz至约80kHz,更优选约20kHz至约60KHz的范围内,发生器的功率输入优选在约0.1W至约80W,更优选约1W至约40W的范围内。适用于这种实施方案的能量发生器包括一个或多个适于物理接触受污底物的一个或多个表面的振动式清洁换能器。使用中,受污底物在清洁换能器之下或之间通过,所述底物与此同时或在此之前被洗涤液体润湿。清洁换能器可安放在洗涤区外部的方便位置处,并提供有能够使洗涤液体排放到洗涤区内的部件。
本发明的系统和方法也可包括用于洗涤区的能量发生器和用于洗涤预处理区的能量发生器组合的实施方案,其中频率和功率输入如上所述。
电解区
在本发明的另一个申请中,为了产生电解活化的洗涤液体和/或漂洗液体,本文洗涤系统另外包括用于电解供给水或洗涤液体的电解区。具体地讲,本文已发现电解与洗涤液体清洁和再循环以及水软化的组合对于在洗涤剂用量范围内提供改善的底物清洁尤其有价值。本文电解区优选包括提供有至少一对电极的用于电解供给水或洗涤液体的电解部件,所述电解部件分别称作供给水电解部件和洗涤水电解部件。通常,供给水电解部件设置在供水源和洗涤区中间,而洗涤液体电解部件设置在洗涤区内或洗涤液体循环区内。本文也可设想供给水和洗涤液体电解部件的组合。任选地,电解区也可包括用于储存所得电解水的贮存器(电解贮存器),以及用于储存并分配电解质或其它氧化剂前体类到供给水或洗涤液体中的部件。
根据功能而言,适用于本文的电解区既包括氧化剂发生电解区,也包括pH发生电解区。在本发明的氧化剂发生实施方案中,供给水或洗涤液体包括应用的一种或多种氧化剂前体类,且电解区包括通过电解氧化剂前体类在供给水或洗涤液体中产生一个或多个氧化剂或混合氧化剂类流的部件。
在本发明的pH发生实施方案中,电解区包括在供给水或洗涤液体中产生一个或多个酸性和/或碱性类流的部件,所述一个或多个流供给到洗涤区用于底物洗涤步骤中或后续的底物漂洗步骤中。
所谓“电解活化的洗涤液体”是指已进行电解,例如产生氧化剂、混合氧化剂、酸性或碱性类的洗涤液体,或衍生自已进行电解的供给水的洗涤液体。另一方面,术语“电解活化的漂洗液体”是指衍生自已进行电解的供给水或洗涤液体的漂洗液体。
在一个实施方案中,电解单元可与电容去离子单元组合利用,以产生能够用作污渍去除剂和卫生处理的漂白类。在这种实施方案中,来自电容去离子单元的废弃流按规定路线送到电解单元。不受理论的约束,据信来自电容去离子单元的废弃流包含高含量的阳离子和/或阴离子类。在电解时,废弃流内的阳离子和/或阴离子类转化成多种漂白类,包括,但不限于次氨酸盐、二氧化氯以及它们的组合。据信大多数漂白类位于酸性流中。产生的漂白类按规定路线送到洗涤区。不受理论的约束,据信当送到洗涤区时,洗涤区内的酸性流将在洗涤区内作为抗微生物剂起作用。此外,据信当送到洗涤区时,碱性流用于升高pH以改善清洁。此外,酸性流和/或碱性流可重新组合并仍在洗涤区内递送漂白效果,或者可将流之一或两者送到废弃处。
在另一个实施方案中,来自电解单元的酸性流和/或碱性流用于清洁和/或再生来自电极和/或其它单元的中性类。在这种实施方案中,电解单元用于产生酸性流和/或碱性流。不受理论的约束,据信位于电极上的任何中性金属类当与酸性流接触时将发生反应,而任何中性有机类当与碱性流接触时将发生反应。与酸性流和/或碱性流接触后,中性金属类和/或中性有机类开始溶解。一旦溶解,反应的中性金属类和中性有机类可任选地作为废弃的电极流排出电容去离子单元。
在另一个实施方案中,酸性流和/或碱性流可用于清洁和本发明有关的各种单元。在一个非限制性实施例中,酸性流和/或碱性流用于清洁错流过滤单元。不受理论的约束,使酸性流和/或碱性流与错流过滤单元的膜表面接触。在接触时,酸性流和/或碱性流与位于膜上的种类反应和/或使其溶解,从而提供清洁。
消毒区
在本发明的另一个申请中,本文洗涤系统另外包括洗涤液体消毒区。具体地讲,本文已发现洗涤液体消毒与洗涤液体清洁和再循环以及水软化的组合对于在洗涤剂用量范围内提供改善的底物清洁尤其有价值。
消毒区可采取多种不同形式。在第一实施方案中,消毒区包括抗菌剂(该术语在本文中同时包括杀菌剂和细菌抑制剂)和将抗菌剂递送到洗涤液体的部件。优选地,抗菌剂包含一种或多种氧化剂或漂白类(如臭氧、次氯酸)或一种或多种抗菌金属离子源(包括银、铜、锌、锡以及它们的化合物),以及所述抗菌离子源与无机载体材料的组合。在这种类型的优选实施方案中,消毒区包括抗菌剂(如银、铜、锌或锡离子)或活性氧化剂或漂白类(如次氯酸)的电解源。在另一个实施方案中,消毒区包括光催化剂和/或紫外源。在此类实施方案中,为了同时对过滤装置和洗涤液体进行清洁和消毒,光催化剂和/或紫外源可与超滤或微滤装置相连。
本发明的洗涤系统示例说明如下。
实施例
实施例1
适用于本发明洗涤系统的过滤装置采用上文概述的组件形式。该组件包括提供有膜隔室的过滤器外壳,其中安放有一系列的六个相通的膜亚单元,每个亚单元包括一束12个的管式膜,每个长度约1.04m,管腔尺寸为约3mm,提供约75米的总通道长度和约0.5m2的总表面积。管式膜由不对称聚醚砜材料制成,其具有的标称孔径为约0.1μm,孔径比率(内表面比外表面)为约1∶10,表面能(内表面)为约8达因/cm,在100kPa(1巴)操作压力下的雷诺数为约4000。该装置在100kp下具有的净水通量为约3000L/m2h(25℃时的逆渗透水),且压降为约50kPa(0.5巴)。
所述过滤装置与包括软化进料液体区的装置联合使用。所述装置采取包括转筒的前开式洗衣机形式,所述转筒盛放衣物(洗涤区)并在其圆周壁上具有多个洞。安放转筒使其关于外部滚筒内的水平轴旋转,并提供传动单元用于以向前/相反方向旋转转筒。将三个导流板等距离地排列在平行于旋转轴的内圆周壁上,以向衣物提供翻滚作用。传动单元包括马达,马达轮安放在马达的输出轴上,转筒的水平传动轴延伸穿过外部滚筒的后壁并由轴承旋转支撑,传动轮安放在水平轴上,并且传动皮带连接两个轮。所述装置也包括常见的产品分配部件、泵、悬浮部件、动力部件、编程部件、加热和温度控制部件等。
过滤装置提供有洗涤液体输入端以及渗透物和滞留物出口端口,渗透物出口与洗衣机转筒流体连通,而滞留物出口端口与通向大气的10升容量的容器流体连通,并且该容器用作洗涤液体缓冲区。
水软化区设置在供水源和洗涤区之间并包括由Sabrex以商品名Mini EWP出售的电去离子装置。
所述系统用于在不含洗涤剂时或者与液体或包含漂白剂的颗粒状洗涤剂(Ariel Futur)联合洗涤典型的受污衣物负荷,所述洗涤剂的浓度在0.1%至0.5%重量的范围内。在递送洗涤剂之前并再次在主洗涤周期进行大约60%时,洗涤液体清洁和再循环与消毒处理一起开始。实施例1中的系统和方法在洗涤剂用量范围内提供改善的受污衣物清洁。
实施例2
电容去离子单元流动连接到洗衣机的入口水流或位于洗衣机的再循环回路内。电解单元流动连接到电容去离子单元,其中供给水进入电解单元,并且电解单元产生来自供给水的酸性及碱性流。附加的反馈回路由电容去离子废弃流连接到电解单元入口,其中两种电解供给水选项均能够使酸性水流转向电容去离子电极或洗涤盆或转向小的漂白剂贮存罐。碱性流将能够使其水转向洗涤盆内或转向小的贮存罐。
酸贮存罐将能够在任何时刻(包括漂洗周期)递送高度浓缩的漂白剂至洗涤盆-其中表面活性剂和酶已经被去除。通过使酶和表面活性剂流过错流过滤器而将它们去除,该过滤器具有针对要保留种类的截止分子量。例如截止分子量为100,000的过滤器可将酶保留,而截止分子量为1,000的另二个过滤器可将表面活性剂保留。(通过由电解步骤加入漂白剂之前去除酶可防止它们在洗涤步骤期间降解)。此外,碱容纳罐将能够在洗涤/漂洗周期中,优选在最初洗涤步骤中的任何时刻使其水转向洗涤盆。
Claims (21)
1.一种用于清洁或洗涤底物的洗涤系统,所述系统包括:
a.能够包含底物的洗涤区;和
b.流动连接到所述洗涤区的水软化区;
其中所述水软化区能够接纳供给水并形成至少部分软化的水,和
其中所述水软化区能够将所述至少部分软化的水的至少一部分流动传递到所述洗涤区。
2.如权利要求1所述的洗涤系统,其中所述洗涤区能够清洁或洗涤包括衣物和盘碟的底物。
3.如权利要求1所述的洗涤系统,其中所述水软化区包括纳米过滤装置、电去离子装置、电透析装置、逆渗透装置、电容去离子装置和离子交换水软化装置以及它们的组合。
4.如权利要求5所述的洗涤系统,其中所述水软化区是电容去离子装置。
5.如权利要求1所述的洗涤系统,其中所述至少部分软化的水具有小于约4mmol/L的残留Ca2+硬度。
6.如权利要求1所述的洗涤系统,其中在约100至约1000kPa的供给水压力下,至少部分软化的水包括至少约2L/h的软水通量。
7.如权利要求1所述的洗涤系统,所述系统还包括下列中的至少一个
a.流动连接到所述洗涤区的洗涤预处理区;
b.声波处理区或超声波处理区,每个所述区均能够处理所述洗涤区内或所述洗涤预处理区内的底物;和
c.电解区,所述电解区能够电解所述供给水或流动连接到所述洗涤区的至少部分软化的水。
8.如权利要求1所述的洗涤系统,其中所述洗涤区能够利用洗涤剂。
9.如权利要求1所述的洗涤系统,其中所述洗涤区和所述水软化区基本容纳在一个外壳内。
10.如权利要求1所述的洗涤系统,其中所述洗涤区和所述水软化区被独立地容纳。
11.如权利要求1所述的洗涤系统,所述系统还包括预过滤器。
12.一种用于清洁或洗涤底物的方法,所述方法包括以下步骤:
a.提供洗涤系统,所述系统包括能够包含底物的洗涤区;和流动连接到所述洗涤区的水软化区;
其中所述水软化区能够接纳供给水并形成至少部分软化的水,
并且其中所述水软化区能够将所述至少部分软化的水的至少一部分流动传递到所述洗涤区
b.用所述洗涤系统放置底物
c.使所述供给水流入所述水软化区
d.使所述水软化区形成所述至少部分软化的水
e.将所述至少部分软化的水的至少一部分传递到所述洗涤区内,和
f.任选地,将洗涤剂加入到所述洗涤区。
13.如权利要求12所述的方法,其中所述洗涤区能够清洁或洗涤选自衣物或盘碟的底物。
14.如权利要求12所述的方法,其中所述水软化区包括纳米过滤装置、电去离子装置、电透析装置、逆渗透装置、电容去离子装置和离子交换水软化装置以及它们的组合。
15.如权利要求14所述的方法,其中所述水软化区是电容去离子装置。
16.如权利要求12所述的方法,其中所述至少部分软化的水具有小于约4mmol/L的残留Ca2+硬度。
17.如权利要求12所述的方法,其中所述洗涤系统还包括下列中的至少一个
a.流动连接到所述洗涤区的洗涤预处理区;
b.声波处理区或超声波处理区,每个所述区均能够处理所述洗涤区内或所述洗涤预处理区内的底物;和
c.电解区,所述电解区能够电解所述供给水或流动连接到所述洗涤区的至少部分软化的水。
18.一种用于清洁或洗涤底物的洗涤系统,所述系统包括:
a.能够包含底物的洗涤区;和
b.水软化区,和
c.电解区,
其中所述水软化区能够将至少部分软化的水引向所述洗涤区、所述电解区、或它们的组合,和
其中所述水软化区能够将废弃的电解质流引向所述电解区,和
其中所述电解区能够将酸性流和/或碱性流引向所述洗涤区、所述水软化区或它们的组合。
19.如权利要求18所述的洗涤系统,其中所述水软化区是电容去离子单元。
20.如权利要求18所述的洗涤系统,其中所述酸性流流动连接到所述水软化区。
21.如权利要求18所述的洗涤系统,其中所述废弃的电解质流流动传送到所述水软化区。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20070425 |