JP2005161145A - 軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置および同装置を接続した洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】同時に軟水化アルカリと硬水化酸を取水可能とする。
【解決手段】２基の軟水化装置１、２と、一方の軟水化装置からの軟水を受けて酸とアルカリの分離を行う隔膜電解装置３とを有し、生成する酸をもって他方の軟水化装置より硬度成分を溶出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として家庭用の洗濯機に付加して洗浄、すすぎ等の機能を強化する、軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置および同装置を接続した洗濯機に関するものである。

衣類等を洗う洗濯機では、タンクに衣類と水と洗剤とを投入し、これに機械力を加えて衣類の汚れを溶出し、溶出した汚れと洗剤溶液を排水して除去する洗浄工程と、これに続いて水を注水して機械力を加え、衣類に残存する溶出した汚れと洗剤溶液を水に希釈して溶出して除去するすすぎ工程からなる。これらの工程は衣類の量や汚れの質などにより、時間や水量や繰り返し回数などのバリエーションが多くある。

衣類用の洗剤は、界面活性剤を主剤とした配合物である。界面活性剤には、合成の界面活性剤のほか、脂肪酸のナトリウム塩などの石鹸がある。合成界面活性剤は、概ね生分解速度が石鹸に劣り、環境に放出されたときに分解しきらずに残り、河川などの水域で検出される。また、その検出濃度と実験的に示された水棲生物の無影響濃度の間に大きな開きがなく、安全性に不安がある。

一方石鹸は、生物の体や、食品などの油脂に含まれる大量成分であり、生体に対する安全性は信頼できる。また、洗剤溶液と共に環境中に放出されたときも、速やかに生分解される。

しかしながら、石鹸は合成界面活性剤に比べ洗浄性に劣り、そのため同等の洗浄性能を得ようとすると多量に使用する必要がある。そのため環境の水域に排出される量が多くなる。環境中に排出された石鹸は、水中の微生物が生分解するが、その際に多量の酸素を消費する。結果的に水中の溶存酸素濃度が低下して嫌気的となり、通常の好気的生物が死滅して、腐水域（生き物の棲めない腐った水域）が出現する。

したがって、石鹸の安全性はそのまま環境によいという評価につながらない。その原因は、石鹸の溶解性の低さに起因する洗浄性の低さにある。また洗濯のすすぎに関しても、石鹸は布に対する吸着性が合成界面活性剤に比して大きく、布に残りやすい。この点も問題であるが、これも石鹸の溶解性の低さに起因している。

薬品によらず、機械装置で洗浄性を得ようとする試みがある。その一つに、水道水から弱酸性陽イオン交換体を用いて硬度成分を除去して軟水を得、軟水を電解して酸性の水とアルカリ性の水を得、アルカリ性の水を洗浄に利用し、酸性の水を弱酸性陽イオン交換体の再生に用いるものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１１７５５４号公報 「界面活性剤」北原ほか編、講談社サイエンティフィック（１９７９）

しかしながら、前記従来の構成では、これを洗濯に用いた場合、洗濯の洗浄工程に使用される水量は大量であり、これに従って弱酸性陽イオン交換体も大型となる。また、軟水化したアルカリ水を使用した後、弱酸性陽イオン交換体の再生が必要なため、水量や時間の工程バリエーションに対応できないという課題を有していた。

本発明は、石鹸の溶解性を改善して、洗浄性、すすぎ性を向上させ、石鹸を用いた安全で環境によい洗濯を実現することを前提に、弱酸性陽イオン交換体と電解装置を用い、工程バリエーションに対応できる小型の装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置は、２基の軟水化装置と、一方の軟水化装置からの軟水を受けて酸とアルカリの分離を行う隔膜電解装置とを備え、生成する酸をもって他方の軟水化装置より硬度成分を溶出する構成としたものである。

本発明の軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置は、軟水化装置に充填される弱酸性陽イオン交換体の量は、処理される原料水水量と硬度に無関係に小さく取れる。また洗濯工程の水量や時間の工程バリエーションも任意に取れる。

第１の発明は、２基の軟水化装置と、一方の軟水化装置からの軟水を受けて酸とアルカリの分離を行う隔膜電解装置とを備え、生成する酸をもって他方の軟水化装置より硬度成分を溶出することにより、同時に軟水化アルカリと硬水化酸を取水可能とし、常時軟水化アルカリと硬水化酸を製造し続けることができるものである。

第２の発明は、第１の発明の２基の軟水化装置を硬度成分吸着と硬度成分溶出とに交互利用することにより、途切れることなく同時に軟水化アルカリと硬水化酸を取水可能とするものである。

第３の発明は、第１または第２の発明の軟水化装置は、弱酸性陽イオン交換体を充填層としたものである。

第４の発明は、第１または第２の発明の軟水化装置は、キレート樹脂を充填層としたものである。

第５の発明は、第１〜第４の発明の軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置を接続した洗濯機であり、衣類等の洗濯に軟水化アルカリと硬水化酸を利用可能とするものである。

第６の発明は、第５の発明の洗浄時に軟水化アルカリを使用することにより、石鹸の溶解性を高め、汚れ落ちを促進し洗浄性を改善するものである。

第７の発明は、第５の発明のすすぎ時に軟水化アルカリを使用することにより、石鹸の溶解性を高め、衣類に吸着した石鹸をすすぎ水中に脱離させ、すすぎ性を改善するものである。

第８の発明は、第５の発明の最終すすぎ時に硬水化酸を使用することにより、アルカリの中和と、残留する石鹸の界面活性を失わせるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置の構成図である。図１において、軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置は、カルボキシル基をイオン交換基とした弱酸性陽イオン交換体を充填層として並列に接続した２基の軟水化装置１、２と、１基の隔膜電解装置３を持つ。原水として水道水を使うこととすると、水道水は原水入り口１２より三方弁７に至る。いま三方弁７は左方向の軟水化装置１に向かって開いているものとする。水は軟水化装置１に至り、ここでカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの硬度成分が軟水化装置１内に充填された弱酸性陽イオン交換体にイオン交換されて除去され、弱酸性となって次の隔膜電解装置３に入る。隔膜電解装置３内部では外部電源（図示せず）により電極５が正電位に電極６が負電位に印加され、電極５側にナトリウムイオン、カリウムイオンなどの陽イオンが移動してアルカリ性となり、電極６側に塩素イオン、硫酸イオンなどの陰イオンが移動して酸性となる。

隔膜電解装置３内部の水は、一部は次の三方弁９に流れ、一部は透過性の隔膜４を経由して電極６側に移動する。三方弁９は左側の電極５方向に開、右側の電極６方向に向かって閉となっており、アルカリ軟水出口１０より、アルカリ軟水が装置外に供給される。隔膜電解装置３内部の電極６側の酸性の水は、三方弁９がこの方向に閉であるため、軟水化装置２に向う。軟水化装置２の内部では、弱酸性陽イオン交換体とイオン結合した硬度成分が酸性の水の水素イオンとイオン交換して溶出する。このようにして弱酸性陽イオン交換体は再生され、硬度成分を補足する能力が復活する。硬度成分を溶出して硬水化した酸は三方弁８に至る。三方弁８は右の軟水化装置２側に開、左の軟水化装置１側に閉であって、硬水化酸出口１１から外部に硬水化酸が供給される。

次に、本発明第１の軟水化部分について説明する。硬度成分であるカルシウムイオンやマグネシウムイオンは２価の陽イオンである。これらは水中の１価の陽イオンであるナトリウムイオンやカリウムイオンに比べ陽イオン交換樹脂にイオン結合で補足されやすい。このため硬度成分が優先的に陽イオン交換樹脂に補足される。水道水中には塩素イオン、硫酸イオン、炭酸水素イオンなどの陰イオンが存在し初期状態では両者が中和しあってほぼ中性の状態にある。ところが、硬度成分が補足されると、その分だけこれら陰イオンが過剰となって水は酸性に傾く。一方、陽イオン交換樹脂のイオン交換基は弱酸性の解離基であるカルボキシル基である。カルボキシル基は、酸性側では非解離状態となり、陽イオンとイオン結合を作る能力を失う。このため１価の陽イオンは、硬度成分が存在するとカルボキシル基と結合できずに水中に残留する。このようにして、硬度成分が補足され、過剰の陰イオンで酸性となった水と共にナトリウムイオンやカリウムイオンなどの１価の陽イオンが軟水化装置を通過して出てくる。またこの反応はイオン交換基が硬度成分で飽和するまで続く。飽和に達すると、硬度成分の補足能力は無くなる。従ってこのような状態になる前に再生されなければならない。

次に、陽イオン交換樹脂からの硬度成分の脱離部分について説明する。本発明では、軟水は隔膜電解装置でアルカリと酸とに分離され、酸が陽イオン交換樹脂からの硬度成分の脱離に使用される。硬度成分を補足した陽イオン交換樹脂のカルボキシル基はこの酸のために非解離状態となって硬度成分を離し、離れた硬度成分は酸に溶解して水と共に流出する。このようにして、硬水化酸が生成し、陽イオン交換樹脂は再生されて、硬度成分を補足する能力が復活する。以上のように、本発明は、陽イオン交換樹脂を自己再生しながら軟水化アルカリと硬水化酸を同時に製造するものである。

なお、２基の軟水化装置は、陽イオン交換樹脂のほかにキレート樹脂を充填層として用いることができる。この場合、キレート樹脂からの硬度成分の脱離部分について説明すると、軟水は隔膜電解装置３でアルカリと酸とに分離され、酸がキレート樹脂からの硬度成分の脱離に使用される。硬度成分を補足したキレート樹脂のキレート基はこの酸のために硬度成分を離し、離れた硬度成分は酸に溶解して水と共に流出する。このようにして、硬水化酸が生成し、キレート樹脂は再生されて、硬度成分を補足する能力が復活し、キレート樹脂を自己再生しながら軟水化アルカリと硬水化酸を同時に製造するものである。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態を軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置の構成を示す図１を用いて説明する。本発明は、軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置の、２基の軟水化装置を硬度成分吸着と硬度成分溶出とに交互利用するものであり、これは図１中の３つの三方弁７、８、９の開閉方向を逆にし、同時に隔膜電解装置３内の２つの電極５、６への電圧印加を逆にすることにより行われる。

図１の軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置は、左右対称の配置を取っており、３つの三方弁７、８、９の開閉方向を逆にし、同時に隔膜電解装置３内の２つの電極５、６への電圧印加を逆にするならば、左右の機能が全く逆となり、同様に軟水化アルカリと硬水化酸が得られる。このような逆転を繰り返し行えば、常に軟水化アルカリと硬水化酸が連続的に生成し続け、いずれの水も利用可能となる。

また通常の軟水化装置は、バッチ処理で軟水化と再生とを繰り返すもので、この場合、陽イオン交換樹脂の必要量は飽和吸着容量で決まり、処理する水量が大きいほど、硬度成分が濃いほど、陽イオン交換樹脂の必要量は多くなり装置は大型化する。本発明では頻繁に逆転することにより、連続処理となり、水量や硬度成分の濃度とは無関係に陽イオン交換樹脂量を少なく設定することが可能で、装置は小型化できる。

（実施の形態３）
図２は本発明の第３の実施の形態における洗濯機の構成図である。図２の洗濯機は、洗浄あるいはすすぎの水を溜める外槽２０と、外槽２０の内部に設置され衣類を収納する円筒形で多数の孔を設けた内槽２１と、内槽２１に収納された衣類に機械動力を伝達するパルセータ２２と、外槽２０の底部より水を引き抜き排出する配水管２４と、排水を制御する弁２８を有する。図１に示した軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置２７の軟水化アルカリ出口１０と硬水化酸出口１１は、それぞれ三方弁２５、２６を介して洗濯機の外槽２０内部と配水管２４に分岐接続される。

軟水化アルカリを洗濯機に給水するには、三方弁２５は左側の洗濯機に向かって開、右側の排水管２４に向かって閉とし、三方弁２６は左側の洗濯機に向かって閉、右側の配水管に向かって開とする。また、硬水化酸を洗濯機に給水するには、三方弁２５は左側の洗濯機に向かって閉、右側の排水管に向かって開とし、三方弁２６は左側の洗濯機に向かって開、右側の配水管に向かって閉とする。このようにすることにより、洗濯の工程に合わせて、軟水化アルカリと硬水化酸の供給が出来る。

（実施の形態４）
図３は本発明の第４の実施の形態における洗濯機の工程図である。図３を用いて本発明の第４の実施の形態を説明する。洗濯の工程は、洗浄工程３０から、第１すすぎ工程３１、第２すすぎ工程３２へと流れていく。この間に物質の流れは、洗浄工程３０では、衣類３３、石鹸３４、洗浄用の水３５が洗濯機内に持ち込まれて衣類が洗浄され、排水３６が排出される。次の第１すすぎ工程３１では、すすぎ用の水３７が洗濯機内に持ち込まれて衣類がすすがれ、排水３８が排出される。最後の第２すすぎ工程３２では、すすぎ用の水３９が洗濯機内に持ち込まれて衣類がすすがれ、排水４０が排出され、さらに洗濯を終わった衣類３３が取り出される。

本発明では、洗浄用の水３５に軟水化アルカリを使用する。このようにすることにより、石鹸はよく溶け、洗浄性が向上する。

石鹸は、脂肪酸のナトリウム塩である。洗浄工程では、水と混合されて水中で脂肪酸イオンとナトリウムイオンに解離して溶解するのであるが、この時対イオンである塩基性のナトリウムイオンが水で希釈されて希薄な状態となりアルカリ性が低下する。脂肪酸自体は弱酸性の陰イオンであり、アルカリ性の低下により水中の水素イオンと結合して非解離状態となり、溶解しなくなる。軟水化アルカリの使用は、ナトリウムイオンやカリウムイオンなどのアルカリを補って、脂肪酸の解離溶解を促進する。

また脂肪酸は、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの硬度成分とイオン対を作って不溶性塩となる。軟水化アルカリの使用は、水中にカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの硬度成分を含まないために不溶性塩を作らず、溶解が促進される。

また、アルカリは単独でも、タンパクや脂質の汚れを溶解あるいは膨潤させる能力を持っており、これに起因する洗浄性が加算される。

（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態を本発明第４に続いて洗濯機の工程図３を用いて説明する。本発明では、すすぎ用の水３７に軟水化アルカリを使用する。このようにすることにより、衣類に吸着残存する石鹸はよく溶けすすぎ水に移行し、すすぎ性が向上する。

すすぎ工程では対イオンである塩基性のナトリウムイオンが水で希釈されて希薄な状態となりアルカリ性が低下する。石鹸の脂肪酸自体は弱酸性の陰イオンであり、アルカリ性の低下により水中の水素イオンと結合して非解離状態となり、溶解しなくなる。このため、布に吸着した脂肪酸は水に移行できずすすがれて除去することが困難となる。軟水化アルカリの使用は、ナトリウムイオンやカリウムイオンなどのアルカリを補って、脂肪酸を解離溶解させ水への移行を促進して、すすぎ性が向上する。

また脂肪酸は、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの硬度成分とイオン対を作って不溶性塩となる。軟水化アルカリの使用は、水中にカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの硬度成分を含まないために不溶性塩を作らず、解離溶解して水への移行が促進しすすぎ性が向上する。

また、アルカリは単独でも、タンパクや脂質の汚れを溶解あるいは膨潤させる能力を持っており、これに起因する洗浄性が加算され、すすぎ工程でも洗浄が進む。

（実施の形態６）
本発明の第６の実施の形態を洗濯機の工程図３を用いて説明する。本発明では、すすぎ用の水３９に硬水化酸を使用する。このようにすることにより衣類に残存するアルカリは中和される。また、衣類に残存する石鹸の脂肪酸は、不溶化して界面活性剤の作用を失う。結果として無害化され、すすぎ落とされて存在しないのと等しい状態が出来る。このようにして、すすぎ性が向上する。

アルカリあるいは石鹸の脂肪酸は、衣類の汚れを可溶化する能力を有する。このために洗浄性が発揮される。一方、衣類の汚れは、皮膚成分であったものが、皮膚から脱離して衣類に移行したものである。衣類の汚れを可溶化するものは、皮膚に作用して皮膚成分も可溶化して肌荒れなどの原因となりやすい。通常のすすぎでは、アルカリあるいは石鹸の脂肪酸を、多量の水で洗い流し残留量を、低減することにより無害化を図るが、本発明の第６では中和と不溶化で無害化を図る。

以上のように、本発明の軟水化アルカリと硬水化酸製造装置は、２基の軟水化装置を交互に切り替えて、軟水化アルカリと硬水化酸を任意な水量で任意な時間供給するもので、洗濯機のほか、食器洗い機などの洗浄分野、風呂、キッチンなどの水を使用する分野にも応用可能である。

本発明の第１の実施の形態における軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置の構成図 本発明の第３の実施の形態における洗濯機の構成図 本発明の第４の実施の形態における洗濯機の工程図

符号の説明

１ 軟水化装置
２ 軟水化装置
３ 隔膜電解装置
４ 透過性隔膜
５ 電極
６ 電極
７ 三方弁
８ 三方弁
９ 三方弁
１０ 軟水化アルカリ出口
１１ 硬水化酸出口
２０ 外槽
２１ 内槽
２２ パルセータ
２３ モータ
２４ 配水管
２５ 三方弁
２６ 三方弁
２７ 軟水化アルカリと硬水化酸製造装置
２８ 弁
３０ 洗浄工程
３１ 第１すすぎ工程
３２ 第２すすぎ工程
３３ 衣類
３４ 石鹸
３５ 水
３６ 排水
３７ 水
３８ 排水
３９ 水
４０ 排水

Claims (8)

1. ２基の軟水化装置と、一方の軟水化装置からの軟水を受けて酸とアルカリの分離を行う隔膜電解装置とを備え、生成する酸をもって他方の軟水化装置より硬度成分を溶出する軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置。
2. ２基の軟水化装置を硬度成分吸着と硬度成分溶出とに交互利用する請求項１記載の軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置。
3. 軟水化装置は、弱酸性陽イオン交換体を充填層とした請求項１または２記載の軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置。
4. 軟水化装置は、キレート樹脂を充填層とした請求項１または２記載の軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の軟水化アルカリと硬水化酸の製造装置を接続した洗濯機。
6. 洗浄時に軟水化アルカリを使用する請求項５記載の洗濯機。
7. すすぎ時に軟水化アルカリを使用する請求項５記載の洗濯機。
8. 最終すすぎ時に硬水化酸を使用する請求項５記載の洗濯機。

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