JP2024010396A - 軟水化装置および洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】再生に最適な濃度の再生水を安定して生成できる軟水化装置を提供する。
【解決手段】イオン交換樹脂３１を収容する硬度成分除去器３、飽和再生水を生成する飽和再生水生成容器４、イオン交換樹脂３１を再生させる再生処理を実行する制御装置１２等を備える。硬度成分除去器３は、下流側緩衝空間３３と上流側緩衝空間３４とを有している。制御装置１２が、再生処理の実行時に硬度成分除去器３からの排水を開始し、下流側緩衝空間３３に所定量の水が残っている状態で、所定量の飽和再生水を注入する。生成される混合水を樹脂充填室３２に通水させる。
【選択図】図１

Description

開示する技術は、海外向けの洗濯機等に好適な軟水化装置に関する。

一般に、欧州などの水道水は、Ｃａ、Ｍｇなどのミネラル成分が多い硬水であり、その硬度は高い。そのような地域では、水道水を用いて洗濯すると、洗剤の効力が低下し、洗浄力が低下する。

そこで、軟水化装置を取り付けて、水道水を軟水化できるようにした洗濯機が、これまでもいくつか提案されている（例えば特許文献１）。

特許文献１のドラム式洗濯機では、筐体の洗濯槽の上方に、洗剤投入ケースと軟水化装置とが、前後方向に並べて配置されている。洗剤投入ケースの後側に配置された軟水化装置は、塩を収容する塩ケースと、イオン交換樹脂ケースを収容したイオン交換樹脂ケースとが、上下に重ねて配置されている。塩ケースに水道水を給水することによって塩水を生成し、その塩水を流下することによってイオン交換樹脂を再生する。

イオン交換樹脂の再生には、約１０％の濃度の塩水が最も再生効率が良いことが知られている。

そのため、特許文献１の軟水化装置では、再生前に、塩ケースに第１の注水を行い、高濃度の飽和した塩水を生成する。そして、再生直前に第２の注水を行って希釈することで約１０％の濃度の塩水を生成している。

特開２００１－８７５９２号公報

上述したように、イオン交換樹脂の再生には、約１０％の濃度の塩水が最も再生効率が良い。それに対して、特許文献１の軟水化装置では、塩ケースに注水して高濃度の飽和した塩水を生成し、そこに加水して約１０％の濃度となるように希釈する。その後、塩ケース内の水位が所定高さになると、サイフォンの作用により、自動的に、塩ケースからイオン交換樹脂ケースに流下する。

すなわち、特許文献１の軟水化装置では、塩が収容されている塩ケースで希釈して最終濃度に調整する。そのため、その調整中も塩分が溶け出すので、その溶け出し量を考慮して濃度が約１０％となるようにしている。

しかし、塩ケース内の塩水の流下は、所定高さの水位に達することよって生じるので、塩の量が多いと第２の注水量は減る。塩の量が少ないと第２の注水量は増える。塩ケース内の塩の多少により、流下する塩分濃度がばらつくおそれがある。

そこで、開示する技術では、比較的簡単な構成でありながら、イオン交換樹脂の再生に最適な濃度の再生水を安定して生成できる軟水化装置の提供を主たる目的とする。

開示する技術は、給水元から供給される硬水を軟水化して所定の給水先に供給する軟水化装置に関する。

前記軟水化装置は、前記給水元と前記給水先との間の処理水経路に配置されていて、イオン交換樹脂を収容する硬度成分除去器と、前記硬度成分除去器と再生水経路を介して接続されていて、所定の再生剤が飽和濃度で溶解した飽和再生水を生成する飽和再生水生成容器と、前記再生水経路に設けられた第１開閉弁と、前記硬度成分除去器から排水する排水経路に設けられた第２開閉弁と、前記イオン交換樹脂を再生させる再生処理を実行する制御装置と、を備える。

前記硬度成分除去器は、前記イオン交換樹脂が充填されている樹脂充填室と、前記処理水経路の下流側および前記再生水経路の双方に連通した下流側緩衝空間と、前記処理水経路の上流側および前記排水経路の双方に連通した上流側緩衝空間と、を有している。

前記制御装置が、前記再生処理の実行時に、前記第２開閉弁を開くことによって前記硬度成分除去器からの排水を開始し、前記下流側緩衝空間に所定量の水が残っている状態で前記第１開閉弁を開くことによって前記飽和再生水生成容器から所定量の前記飽和再生水を前記下流側緩衝空間に注入し、それによって生成される前記飽和再生水と残水との混合水を、前記樹脂充填室に通水させる。

すなわち、樹脂充填室の下流側に位置する下流側緩衝空間には水（通常は軟水）が貯まっている。この軟水化装置は、イオン交換樹脂を再生する時に、その水の一部を排水して、そこに濃度が一定の飽和再生水を注入する。残水および飽和再生水を下流側緩衝空間で混合することで所定の濃度に調整する。そうして生成される混合水を樹脂充填室に通水するので、再生剤を所望する濃度に比較的安定して調整できる。

そして、生成した所定濃度の混合水を排水しながら樹脂充填室に通水するので、効率的である。再生処理を短時間で行える。

前記軟水化装置はまた、前記再生剤は、塩化ナトリウムであり、前記下流側緩衝空間で生成される前記混合水は、含有する前記塩化ナトリウムの濃度が１０％となるように調整されており、前記下流側緩衝空間が、前記イオン交換樹脂の再生に要する量以上の前記塩化ナトリウムを含む前記混合水が生成可能な大きさに形成されている、としてもよい。

そうすれば、再生に最適な塩水濃度であるとともに、樹脂充填室へのイオン交換樹脂の充填量に対応した塩量を含む再生水に調整できる。従って、イオン交換樹脂を過不足無く再生できる。

前記軟水化装置はまた、前記硬度成分除去器からの排水が、前記硬度成分除去器への前記飽和再生水の注水に比べて低速で行われるように設計されている、としてもよい。

そうすれば、下流側緩衝空間の中で、軟水の残水と、注入される飽和再生水とを十分に混合することが可能なる。それにより、再生水を、下流側緩衝空間で比較的均質な濃度に調整できる。従って、最適な濃度で樹脂充填室に通水させることができる。

前記軟水化装置はまた、前記硬度成分除去器からの排水量が、前記下流側緩衝空間に注入される前記飽和再生水と同量になるタイミングで前記第１開閉弁が開かれる、としてもよい。

そうすれば、下流側緩衝空間を必要最小限の大きさにできる。そして、一般には、イオン交換樹脂は膨潤したり収縮したりするため、硬度成分除去器の樹脂充填室の上下には、それに応じた小さな空間が設けられている。従って、その既存の空間を下流側緩衝空間として利用することが可能になり、開示する技術を安価に実現できる。

前記軟水化装置はまた、前記排水経路の流路断面積が、前記再生水経路の流路断面積よりも大きく形成されている、としてもよい。

イオン交換樹脂は、一般に直径が１ｍｍに満たない小さな球体である。従って、流路を構成している樹脂充填室の上下の境界は、イオン交換樹脂が流出しないよう、目の細かいメッシュなどで構成されている。境界の目が細かいと表面張力が強くなり、排水に影響がある。

従って、排水性を良くするために、排水路の流路断面積は再生水経路の流路断面積よりも大きく形成するのが好ましい。排水の流量は、排水路の流路断面積よりも、樹脂充填室と上流側緩衝空間との境界面に依存するからである。これにより、イオン交換樹脂との交換によってＣａイオンやＭｇイオンを含む再生水が、上流側緩衝空間に溜まることなく排出されるので、再生を効率的に行える。

前記軟水化装置は、洗濯機に好適である。

すなわち、洗濯機であって、投入口が設けられた筐体と、前記筐体に収容されている貯水可能なタブと、前記投入口に内部が連通した状態で前記タブに収容されている回転可能なドラムと、前記タブに給水するために前記筐体の内部に設けられた給水経路と、前記給水経路に設置され、洗剤を収容するとともに給水時にその洗剤を水に混ぜて前記タブに供給する洗剤供給ケースと、上述した軟水化装置と、を備え、前記給水経路における前記洗剤供給ケースよりも上流側の部位に、前記硬度成分除去器が設置されている、とすればよい。

そうすれば、洗剤と混合する水を軟水化できる。従って、洗浄効果を向上できる。水道水が硬水である欧州等において有効である。

前記洗濯機はまた、前記飽和再生水生成容器は、前記再生剤を収容する再生剤収容室を有し、洗濯処理の実行中に、前記再生剤を収容した状態の前記再生剤収容室に給水することによって前記飽和再生水を生成する、としてもよい。

そうすれば、飽和再生水の生成のために、洗濯処理とは別の時間を確保する必要がない。従って、再生処理を効率よく行える。

前記軟水化装置が、貯水が可能なプールタンクと、前記プールタンクから前記再生剤収容室に給水する再生用給水経路と、前記再生用給水経路に設けられた第３開閉弁と、を更に備える場合には、前記飽和再生水生成容器は前記硬度成分除去器よりも上方に位置し、前記プールタンクは前記飽和再生水生成容器よりも上方に位置した状態で、前記筐体の内部に設置されている、としてもよい。

そうすれば、重力を利用して再生処理時の送水が行える。ポンプ等を用いる必要がないので、洗濯機を安価にできる。

前記洗濯機はまた、前記制御装置は、前記再生剤が前記再生剤収容室に補充されて最初に前記飽和再生水を生成する時には、その後に生成する時よりも再生剤収容室に給水する給水量を増やす給水増量制御を実行する、としてもよい。

詳細は後述するが、再生剤を補充した直後とそれ以降とでイオン交換樹脂の再生レベルに差が生じることが判明した。それに対し、給水増量制御を実行することで、そのような不具合を抑制できる。

前記洗濯機はまた、前記筐体に小窓が設けられ、前記小窓を通じて前記飽和再生水生成容器の内部が視認可能になっている、としてもよい。

そうすれば、再生剤の残量を容易に確認できる。

前記洗濯機はまた、ユーザーの入力に基づいて、前記制御装置が、前記再生剤収容室に前記再生剤が補充されたか否かを判定する、としてもよい。

そうすれば、高価なセンサ等を設置せずにすむので、安価な洗濯機を実現できる。

前記軟水化装置が、前記再生剤収容室に収容されている前記再生剤の量を検知するセンサを更に備える場合には、前記センサから入力される信号に基づいて、前記制御装置が、前記再生剤収容室に前記再生剤が補充されたか否かを判定する、としてもよい。

そうすれば、再生剤の補充タイミングを自動的に判定できるので、利便性に優れる。

開示する技術を適用した軟水化装置によれば、比較的簡単な構成でありながら、イオン交換樹脂の再生に最適な濃度の再生水を安定して生成できるようになる。そして、その軟水化装置を洗濯機に組み込むことで、欧州等のように、硬水を用いて洗濯する場合でも、洗浄力の低下を抑制できる。

軟水化装置の基本的な構成を示す概略図である。 軟水化装置の動作を説明するための図である。 軟水化装置の動作を説明するための図である。 軟水化装置を適用した洗濯機の外観図である。 図４における矢印線Ａ－Ａでの概略断面図である。 洗濯機の内部構造を示す概略図である。 硬度成分除去器の外観図である。 硬度成分除去器の内部構造を示す概略図である。イオン交換樹脂は部分的に図示している。 洗濯機の一部を示す概略図である。 イオン交換樹脂の再生レベルと、再生剤の補充後の再生回数との関係を表したグラフである。 再生処理の制御のフローチャートである。

以下、開示する技術の実施形態を説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎない。

＜軟水化装置＞
（基本的な構成）
図１に、開示する技術を適用した軟水化装置１の基本的な構成の一例を示す。この軟水化装置１は、欧州等で用いられる洗濯機や食器洗浄機などに組み付けるのが好ましい。

この例示では、軟水化装置１を洗濯機５０（具体例は後述）に組み付けた場合を表している。軟水化装置１は、プールタンク２、硬度成分除去器３、飽和再生水生成容器４、処理水経路５、再生水経路６、排水経路７、再生用給水経路８、第１開閉弁９、第２開閉弁１０、第３開閉弁１１、制御装置１２などで構成されている。

図１に示すように、飽和再生水生成容器４は硬度成分除去器３よりも上方に位置し、プールタンク２は飽和再生水生成容器４よりも上方に位置している。それにより、この軟水化装置１はで、ポンプ等を使用せず、水道水の水圧と重力を利用して送水する。従って、ランニングコストや部材コストを低減でき、構造を簡略化できるように工夫されている。ただし、仕様によっては、ポンプ等を使用してもよい。

軟水化装置１の給水元は、一般的な水道栓１００である。水道栓１００を開けることで、加圧された水道水が供給される。ここでの水道水は硬水である。軟水化装置１は、水道栓１００から供給される水道水を軟水化し、所定の給水先（この例示では洗剤供給ケース５７）に供給する。

軟水化装置１に水道水を供給する上流側の端部には、給水弁１３（第１給水弁１３ａおよび第２給水弁１３ｂ）が設置されている。給水弁１３を開くことで、軟水化装置１に水道水が給水される。

プールタンク２は、貯水が可能な容器からなり、非処理水経路１４の途中に配置されている。非処理水経路１４は、濯ぎ用の水としてタブ５２に水道水を供給する。従って、プールタンク２には、水道水が貯留される。プールタンク２は、大気開放されている。

硬度成分除去器３は、軟水化機能を有するイオン交換樹脂３１を収容し、水道栓１００と洗剤供給ケース５７との間に設けられた処理水経路５の途中に配置されている。硬度成分除去器３にはまた、排水経路７および再生水経路６が接続されている。

硬度成分除去器３は、所定のケース３０を有し、その中に、イオン交換樹脂３１が充填されている樹脂充填室３２と、その樹脂充填室３２の上側に区画された下流側緩衝空間３３と、その樹脂充填室３２の下側に区画された上流側緩衝空間３４とを有している。洗濯機５０の場合、そのイオン交換樹脂３１の充填量は例えば、１３０ｍｌ程度である（後述する「洗濯機５０」参照）。

下流側緩衝空間３３は、処理水経路５の下流側および再生水経路６の双方に連通している。下流側緩衝空間３３は、これら処理水経路５の下流側および再生水経路６の双方を通じて、大気開放されている。

上流側緩衝空間３４は、処理水経路５の上流側および排水経路７の双方に連通している。排水経路７の下流側は、排水管５６ｂに接続されている。排水経路７に第２開閉弁１０が設けられている。それにより、第２開閉弁１０を開くことで、硬度成分除去器３から排水管５６ｂに排水できるように構成されている。

飽和再生水生成容器４は、再生剤を収容する再生剤収容室４０を有している。再生剤の主成分は、塩（塩化ナトリウム）である。欧州等では、数ｍｍ程度の大きさを有する粒状の塩が、再生剤として市販されている。ここでは、その再生剤を使用している。

飽和再生水生成容器４は、硬度成分除去器３と再生水経路６を介して接続されている。飽和再生水生成容器４はまた、プールタンク２と再生用給水経路８を介して接続されている。第３開閉弁１１は、再生用給水経路８に設けられている。それにより、第３開閉弁１１を開くことで、プールタンク２から再生剤収容室４０に水道水を給水できる。

洗濯処理の実行中に、第３開閉弁１１を開き、再生剤を収容した状態の再生剤収容室４０に給水する。そうして、所定時間（例えば３分）経過すれば、飽和濃度（約２５％）で塩が溶解した再生水（飽和再生水）が、飽和再生水生成容器４で生成される。

再生剤収容室４０の内部は、その構造上、大気開放されている。第１開閉弁９は、再生水経路６に設けられている。それにより、第１開閉弁９を開くことで、飽和再生水生成容器４から硬度成分除去器３（下流側緩衝空間３３）に飽和再生水を注入できる。

制御装置１２は、第１開閉弁９、第２開閉弁１０、および、第３開閉弁１１の各々の開閉を制御して、イオン交換樹脂３１を再生させる処理（再生処理）を実行する。

すなわち、再生処理の実行時には、制御装置１２は、第２開閉弁１０を開くことによって硬度成分除去器３からの排水を開始する。そうした後、下流側緩衝空間３３に所定量の軟水（場合にによっては硬水）が残っている状態で第１開閉弁９を開く。そうすることによって飽和再生水生成容器４から所定量の飽和再生水を下流側緩衝空間３３に注入する。それによって生成される飽和再生水と軟水との混合水（調整再生水）を、樹脂充填室３２に通水させる。

調整再生水は、最も再生効率に優れる塩濃度、つまり１０％に調整されるように、軟水化装置１が構成されている。なお、ここでいう１０％は塩濃度の目標値である。実際に生成される調整再生水の塩濃度は約１０％である。

下流側緩衝空間３３は、イオン交換樹脂３１の再生に要する量以上の塩を含む調整再生水を生成可能な大きさに形成されている。

すなわち、イオン交換樹脂３１を過不足無く再生するためには、再生処理の１回当たり、１Ｌのイオン交換樹脂３１に対して、８０ｇ以上１５０ｇ以下の塩が必要である。樹脂充填室３２には、所定量のイオン交換樹脂３１が充填される。従って、下流側緩衝空間３３が、その充填量に対応した量以上の塩を含む調整再生水を生成できる大きさ（内容積）を有していれば、そのイオン交換樹脂３１を過不足無く再生できる。

硬度成分除去器３からの排水は、硬度成分除去器３への飽和再生水の注水に比べて低速で行われるように設計されている。

そうすることにより、下流側緩衝空間３３の中で、軟水の残水と、注入される飽和再生水とを十分に混合することが可能なる。それにより、下流側緩衝空間３３で生成される調整再生水の全体を比較的均質な約１０％の塩濃度で樹脂充填室３２に通水させることができる。

樹脂充填室３２の内部のイオン交換樹脂３１は水道水の軟水化に伴い、上流側に位置するイオン交換樹脂３１から下流側に位置するイオン交換樹脂３１に向かって、軟水化の能力を失っていく。すなわち、軟水化の能力を最大限使うには、樹脂充填室３２を流れる水流が層流であることが望ましく、そのためには、樹脂充填室３２の内部は柱体形状であることが望ましい。さらに、同様の理由で、樹脂充填室３２と上流側緩衝空間３４、又は、下流側緩衝空間３３との接続面も樹脂充填室３２の断面形状（水流方向に垂直な面での断面）と同じであることが望ましい。

この接続面を備えていることで、下流側緩衝空間３３から樹脂充填室３２に流れる調整再生水も層流となり、効率的にイオン交換樹脂３１が再生されることになる。また、下流側緩衝空間３３で軟水の残水と飽和再生水を混合する時間は短いため、下流側緩衝空間３３での調整再生水の生成は、簡単な構成で効率的な再生を実施できる最適な構成といえる。

再生処理の１回分の飽和再生水の量は、高濃度なため少量である（例えば６０ｍｌ程度、後述する「洗濯機５０」参照）。従って、下流側緩衝空間３３への飽和再生水の注入は、重力による流下であっても、短時間（２、３秒程度）でできる。

一方、硬度成分除去器３からの排水も、重力による流下による。ただし、その速度は、イオン交換樹脂３１や樹脂充填室３２を区画しているメッシュ３５の抵抗により、遅くなる。注水の速度に比べると、排水の速度は圧倒的に遅い。下流側緩衝空間３３の残水の水位が少し下がる間に、飽和再生水の全量を注入できる。これら速度の調整により、注水と排水の適度なバランスを確保している。

排水経路７の流路断面積は、再生水経路６の流路断面積よりも大きく形成されている。

イオン交換樹脂３１は、一般に直径が１ｍｍに満たない小さな球体である。従って、樹脂充填室３２の上下の境界は、イオン交換樹脂が流出しないよう、目の細かいメッシュ３５で構成されている。目が細かいと表面張力が強くなり、排水に影響がある。

従って、排水性を良くするために、排水経路７の流路断面積は再生水経路６の流路断面積よりも大きく形成するのが好ましい。排水の流量は、排水経路７の流路断面積よりも、樹脂充填室３２と上流側緩衝空間３４との境界面に依存するからである。

樹脂充填室３２に再生水を通水した後には、イオン交換樹脂３１との交換によってＣａイオンやＭｇイオンを含む再生水が樹脂充填室３２や上流側緩衝空間３４に残る。その再生水が、再度、イオン交換樹脂３１に接すると、せっかく再生したイオン交換樹脂３１の軟水化性能が低下する。

そこで、排水経路７の流路断面積を再生水経路６の流路断面積よりも大きく形成することにより、ＣａイオンやＭｇイオンを含む再生水を、樹脂充填室３２や上流側緩衝空間３４から滞ることなく速やかに排出できるので、再生を効率的に行える。また、後述するように、給水することで、上流側緩衝空間３４から直接排水される経路の水流によって、上流側緩衝空間３４の内壁に付着したＣａイオンやＭｇイオンを含む再生水も排出でき、いっそう再生が効率的に行える。

第１開閉弁９は、硬度成分除去器３からの排水量が、下流側緩衝空間３３に注入される飽和再生水と同量になるタイミングで開かれる。

再生処理の開始時には、下流側緩衝空間３３には軟水が充満している。従って、硬度成分除去器３からの排水量が、下流側緩衝空間３３に注入される飽和再生水と同量になるタイミングでは、下流側緩衝空間３３の上部に、その飽和再生水を支障無く注入できる量に対応した空間が形成されている。

上述したように、排水よりも注水の方が圧倒的に速い。従って、そのタイミングで第１開閉弁９を開けば、直ぐに飽和再生水の全量が注入される。そして、飽和再生水と残水との混合により、下流側緩衝空間３３の中で調整再生水を、余裕をもって生成できる。すなわち、下流側緩衝空間３３を必要最小限の大きさにできる。

一般に、硬度成分除去器３の樹脂充填室３２の上下には、イオン交換樹脂３１が膨潤するため、それに応じた空間が設けられている。このように下流側緩衝空間３３を必要最小限の大きさにすることで、既存の空間を下流側緩衝空間３３として利用できる。従って、安価に実現できる。

（動作の具体例）
図２、図３に、軟水化装置１の動作の具体例を示す。図２の（ａ）は、軟水化装置１の本来の機能である軟水化処理時の状態を表している。図２の（ｂ）から図３の（ｈ）は、再生処理時の過程を表している。

図２の（ａ）に示すように、軟水化処理時には、第１給水弁１３ａを開くことにより、水道水の水圧により、水道栓１００から水道水が硬度成分除去器３に流入する。このとき、第１開閉弁９、第２開閉弁１０、および、第３開閉弁１１は閉じている。再生剤収容室４０には、再生剤（塩）が収容されている。

水道水が樹脂充填室３２を通過することで、水道水は、イオン交換樹脂３１にその硬度成分が除去されて軟水化する。従って、下流側緩衝空間３３以降の処理水経路５の下流側を流れる水道水は軟水である。硬度成分除去器３の通水量が所定以上に達すると、イオン交換樹脂３１の吸着性能が低下し、水道水を適切に軟水化できなくなる。

そうした場合に、制御装置１２は、イオン交換樹脂３１の再生処理を実行する。イオン交換樹脂３１は、再生処理を行うことで、吸着性能が回復し、繰り返し使用することができる。

制御装置１２は、再生処理を開始すると、図２の（ｂ）に示すように、第２給水弁１３ｂを開き、プールタンク２に水道水を給水する。このとき、第１給水弁１３ａは閉じている。硬度成分除去器３には、水道水（硬水および軟水）が充満している。

そうして、図２の（ｃ）に示すように、第３開閉弁１１を所定時間開き、所定量の水道水を再生剤収容室４０に給水する。なお、ここでの給水量は、再生処理に必要な飽和再生水の生成に要する量であり、イオン交換樹脂３１の充填量に応じて予め設定されている。プールタンク２の貯留量と給水量を等価にしている。従って、プールタンク２に貯まった水が十分排出しきるよう、第３開閉弁１１の開弁時間を設定すればよい。

そうして、数分程度時間が経過すれば、再生剤収容室４０に飽和再生水（飽和濃度の塩水）が生成される。それ以降は、飽和再生水の濃度は保持される。従って、この処理は、再生処理の前に完了していればよいので、洗濯処理の実行中に行えばよい。そうすれば、効率的に再生処理が行える。

そうした後、制御装置１２は、具体的な再生処理を開始する。具体的な再生処理は、いったん開始すると終了するまでは洗浄用の水を給水できなくなるので、洗濯処理とは別に行うのが好ましい。図２の（ｄ）に示すように、制御装置１２は、第２開閉弁１０を開いて、硬度成分除去器３から排水を開始する。

上述したように、その排水速度は遅いが、滞ることなく速やかに、排水経路７を通じて排水管５６ｂに排水されていく。それに伴って、下流側緩衝空間３３の上部に空間が形成され、その空間が大きくなっていく。そして、その排水量が、飽和再生水の注入量になるタイミングになると、制御装置１２は第１開閉弁９を開く。

それにより、図３の（ｅ）に示すように、飽和再生水が下流側緩衝空間３３に注入される。上述したように、短時間で飽和再生水の全量を注入できる。下流側緩衝空間３３では、残っていた軟水に飽和再生水が勢いよく注入されるので、効果的に混合され、濃度が均一になる。

排水をしながらであっても、下流側緩衝空間３３に、約１０％の塩濃度に調整された調整再生水が生成される。そうした後、図３の（ｆ）に示すように、生成された調整再生水が樹脂充填室３２にゆっくりと通水されていく。それにより、イオン交換樹脂３１の再生が行われる。

そうして、所定時間以上、時間が経過すると、排水が完了し、硬度成分除去器３の中は空になる。再生剤収容室４０の中も空になる。制御装置１２は、次に、イオン交換樹脂３１の洗浄を行う。

図３の（ｇ）に示すように、第１開閉弁９を閉じ（第２開閉弁１０は開いた状態を保持）、第１給水弁１３ａを所定時間開くことで、下流側緩衝空間３３に貯水されるまで、硬度成分除去器３に水道水を給水する。すなわち、排水しながら給水することで、硬度成分除去器３の中を濯いで浄化する。

そうして、完全に排水されれば、制御装置１２は、第２開閉弁１０を閉じる。それにより、再生処理は終了する。後は、図２の（ａ）に示すように、必要に応じて第１給水弁１３ａを開くことで、適切に軟水化した水道水を供給することができる。

＜洗濯機＞
図４～図９に、開示する技術を適用した軟水化装置１の具体的な適用例を示す。図４は、軟水化装置１を適用した洗濯機５０の外観図である。図５は、図４における矢印線Ａ－Ａでの概略断面図である。図６は、内部構造を示す概略図である。図７は、硬度成分除去器３の外観図である。図８は、硬度成分除去器３の内部構造を示す概略図である。図９は、洗濯機５０の一部を示す概略図である。

軟水化装置１は、筐体５１の内部に設置されている。軟水化装置１の構成は、上述した軟水化装置１と大略同じである。同じ部材については、同じ名称および符号を用いることでその説明は省略または簡略化する。

図４に示すように、この洗濯機５０は、箱形の筐体５１を備え、その前面に投入口５１ａが設けられている（ドラム式洗濯機）。投入口５１ａには、揺動開閉する扉が取り付けられているが、扉は図示を省略している。筐体５１の前面上部には、ユーザーが操作する操作パネル５１ｂと、洗剤および再生剤の投入を行う薬剤投入部５１ｃとが、横並びに設けられている。

図５、図６に示すように、筐体５１には、貯水可能な有底円筒状のタブ５２が収容されている。タブ５２は、投入口５１ａに開口を向けた状態で横置きされている。そのタブ５２に、回転可能な有底円筒状のドラム５３（仮想線で簡略化して示す）が収容されている。ドラム５３は、投入口５１ａに内部が連通した状態でタブ５２と同軸に配置されている。

ドラム５３は、シャフト５４を介して筐体５１の後部に設けられた駆動機構５５と連結されている。ドラム５３は、その駆動機構５５の駆動によって回転する。筐体５１の下部の右側には、排水ポンプ５６ａを用いて排水する排水機構５６が設けられている。排水機構５６は、タブ５２の前下部に連通した排水管５６ｂを通じてタブ５２に貯まる水を排水する。

図６に示すように、薬剤投入部５１ｃは、洗剤供給ケース５７、再生剤投入口５８などで構成されている。洗剤供給ケース５７は、洗剤を入れておくトレイ状の洗剤収納容器（不図示）と、洗剤収納容器を引出可能な状態で収容したスライドケース５７ａと、スライドケース５７ａの中の水をタブ５２に流下させる洗浄水流下配管５７ｂとを有している。

スライドケース５７ａの上部には、洗剤収納容器に給水する給水プレート５７ｃが設置されている。給水プレート５７ｃに給水することで、その水が洗剤収納容器に送水される。それにより、洗剤収納容器の中で、洗剤と水とが混合される。その混合水は、洗浄水流下配管５７ｂを通じてタブ５２に供給される。

図９にも示すように、再生剤投入口５８は、洗剤供給ケース５７の前端部に設けられている。再生剤投入口５８には、蓋を兼ねた揺動式の投入ガイド５８ａが設けられている。投入ガイド５８ａの上部を引き出すことで、再生剤投入口５８が開口する。

（軟水化装置１）
図６に示すように、飽和再生水生成容器４は、薬剤投入部５１ｃの下側に配置されている。詳細には、飽和再生水容器は、筐体５１の前部左隅に位置し、投入口５１ａの縁に沿うように配置されている。飽和再生水生成容器４は、その配置部位に対応した略三角形状を有し、その内部には、下方に向かって窄まった形状の再生剤収容室４０が設けられている。

洗剤収納容器をスライドケース５７ａに収容した状態ときに、飽和再生水生成容器４の上部と再生剤投入口５８とが連通するように構成されている。それにより、再生剤を再生剤投入口５８から投入すると、再生剤収容室４０の下部に貯まるように工夫されている。

図９に示すように、飽和再生水生成容器４に隣接している筐体５１の投入口５１ａの縁には、小窓１５が設けられている。この小窓１５を通じて飽和再生水生成容器４の内部が視認可能になっている。ユーザーは、この小窓１５を通じて再生剤収容室４０の再生剤の残量を判断できる。

プールタンク２は、洗剤供給ケース５７の右側に配置されている。詳細には、筐体５１の前部における上端部分の左右方向の中間部位に配置されている。

硬度成分除去器３は、筐体５１の前部左隅における下端部分に配置されている。それにより、飽和再生水生成容器４は硬度成分除去器３よりも上方に位置し、プールタンク２は飽和再生水生成容器４よりも上方に位置している。

硬度成分除去器３は、排水ホース６０（排水経路７）を介して排水管５６ｂに接続されている。硬度成分除去器３はまた、再生水ホース６１（再生水経路６）を介して飽和再生水生成容器４と接続されている。

図７、図８に、硬度成分除去器３を示す。硬度成分除去器３は、樹脂成形により、一体に形成されたケース３０を有している。具体的には、ケース３０は、樹脂充填室３２を構成する筒状の中間部材３０ａと、中間部材３０ａの上下の開口を塞ぐカップ状の上側部材３０ｂおよび下側部材３０ｃと有している。

中間部材３０ａの上下の開口には、通水路を覆うメッシュ３５が取り付けられている。メッシュ３５は、イオン交換樹脂３１の粒子が漏れない目開きであり（例えば１００μｍ）、排水速度を考慮して設定されている。樹脂充填室３２には、樹脂挿入口（不図示）を通じて、イオン交換樹脂３１が密充填されている（この硬度成分除去器３では１３４ｍｌ）。

上側部材３０ｂの内部に下流側緩衝空間３３が形成され、下側部材３０ｃの内部に上流側緩衝空間３４が形成されている。下側部材３０ｃには、排水ホース６０が接続される排水口３６、および、後述する処理水ホース６３の上流側部位が接続される取水口３７が設けられている。排水口３６には、第２開閉弁１０が組み付けられている。

上側部材３０ｂには、再生水ホース６１が接続される流入口３８、および、処理水ホース６３の下流側部位が接続される出水口３９が設けられている。流入口３８には、第１開閉弁９が組み付けられている。

（給水経路）
図６に示すように、筐体５１の内部には、タブ５２に給水するために給水配管６２が設けられている。筐体５１の上部の左後側には、給水弁１３（第１給水弁１３ａおよび第２給水弁１３ｂ）が設置されている。

給水弁１３は、外部の水道配管と接続される。それにより、常時、洗濯機５０には、給水弁１３を経由して水道水が供給可能になる。処理水経路５を構成している処理水ホース６３は第１給水弁１３ａに接続されている。非処理水経路１４を構成している非処理水ホース６４は第２給水弁１３ｂに接続されている。

非処理水ホース６４は、プールタンク２を経由してタブ５２の上部に接続されている。従って、第２給水弁１３ｂを開くと、プールタンク２およびタブ５２に水道水が供給される。

処理水ホース６３の上流側部位６３ａは、硬度成分除去器３に接続されている。処理水ホース６３の下流側部位６３ｂは、給水プレート５７ｃに接続されている。従って、第１給水弁１３ａを開くと、硬度成分除去器３および洗剤供給ケース５７を経由してタブ５２に軟水化した水道水が供給される。

それにより、この洗濯機５０は、軟水と硬水とを使い分けできる。例えば、洗剤を用いる洗濯処理では、軟水を用いることで洗浄効果を向上できる。濯ぎ処理では、硬水を用いることでイオン交換樹脂３１の再生頻度を低減できる。

（再生剤の補充）
再生剤は消耗品である。再生剤収容室４０に収容されている再生剤が無い場合、または残量が少なくなった場合、再生処理を行うためには、再生剤を補充する必要がある。

本発明者らが調べたところ、再生剤を補充した直後（補充後の再生処理の１回目）とそれ以降（再生処理の２回目以降）とでは、イオン交換樹脂３１の再生レベルに差があることが判明した。

図１０に、イオン交換樹脂３１の再生レベルと、再生剤の補充後の再生回数との関係を示す。再生限界ラインは、許容できる再生レベルの下限を表している。２回目以降は、良好な再生レベルが安定して得られているのに対し、１回目だけは、再生限界ラインを大きく下回る再生レベルとなっている。

この原因を調べたところ、１回目は、下流側緩衝空間３３に注入される飽和再生水の量が少ないことが判明した。

再生剤は、上述したように粒状である。しかし、再生処理を行い、再生剤が水に浸かると、各粒が固結して塊状になる。それにより、再生処理の１回目と２回目以降とでは、再生剤の表面積が異なる。その結果、再生処理の１回目は、再生剤の粒の間に捕捉される飽和再生水の量が多くなり、飽和再生水生成容器４から流下する飽和再生水の量が減少する。

そこで、この洗濯機５０では、再生剤の補充直後の再生レベルの低下を抑制できるよう、再生処理の制御が工夫されている。すなわち、制御装置１２は、再生剤が再生剤収容室４０に投入されて最初に飽和再生水を生成する時には、その後に生成する時よりも再生剤収容室４０に給水する給水量を増やす制御（給水増量制御）を実行する。

（再生処理の制御例）
図１１に、再生処理の制御のフローチャートを例示する。この再生処理では、給水増量制御により、再生剤の補充直後に行う再生処理時には、再生剤収容室４０に貯める水量を増やすために、飽和再生水の生成が２回行われる。それにより、再生レベルの低下を抑制する。

制御装置１２は、再生処理を開始すると、今回行う再生処理の前に、再生剤の補充が有ったか否かを判定する（ステップＳ１）。この洗濯機５０の場合、ユーザーの入力に基づいて、再生剤収容室４０に再生剤が補充されたか否かを判定する。すなわち、上述したように、ユーザーは、小窓１５を通じて再生剤収容室４０の再生剤の残量を判断し、補充が必要になれば、再生剤を補充する。

操作パネル５１ｂには、再生剤を補充した時に操作するボタン（補充時操作ボタン）が表示されるように構成されている。そして、再生剤を補充した時には、ユーザーがその補充時入力ボタンを操作することで、制御装置１２には、操作パネル５１ｂから所定の信号が入力される。制御装置１２は、その信号が入力されていたか否かにより、再生剤の補充の有無を判定する。

再生剤の補充は無かったと判定すると、制御装置１２は、通常の再生処理を実行する。すなわち、制御装置１２は、プールタンク２から飽和再生水生成容器４への給水を１回行うことにより、飽和再生水の生成を行う（ステップＳ２）。飽和再生水は高濃度（２５％程度）なため、その生成量は少ない（この洗濯機５０の場合、６５ｍｌ）。そうして、制御装置１２は、硬度成分除去器３からの排水を開始する（ステップＳ３）。続いて、制御装置１２は、飽和再生水を注入する（ステップＳ４）。

それにより、調整再生水、つまり約１０％濃度の塩水が生成され、その塩水を樹脂充填室３２に通水することで、イオン交換樹脂３１が再生される。制御装置１２は、飽和再生水の注入の開始から所定時間が経過すると（ステップＳ５でＹｅｓ）、制御装置１２は、硬度成分除去器３に給水して洗浄を行う（ステップＳ６）。そうして洗浄が終われば、制御装置１２は、硬度成分除去器３からの排水を停止し、再生処理は終了する（ステップＳ７）。

一方、再生剤の補充が有ったと判定すると（ステップＳ１でＮｏ）、制御装置１２は、飽和再生水が増量されるように、プールタンク２から飽和再生水生成容器４へ給水を２回行う（給水増量制御）。すなわち、ステップＳ２と同じステップＳ８を２回繰り返し実行する（ステップＳ９）。

そうして、飽和再生水が増量されれば、その後、制御装置１２は、通常と同じ処理を実行する。すなわち、ステップＳ３～Ｓ７を実行する。

なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、開示する技術を適用した軟水化装置は、洗濯機に限らず、食器洗浄機にも用いることができる。

実施形態では、硬度成分除去器３への軟水化処理および再生処理の各々の通水方向を逆向きにした例（向流）を示したが、同じ方向（並流）にしてもよい。

実施形態では、プールタンク２を水道水が流れる流路に設けたが、軟水が流れる流路、具体的には処理水経路５の下流側の部位に設けてもよい。

第１開閉弁９を三方切替弁に変更し、そこに再生用給水経路を接続してもよい。そうすれば、第３開閉弁１１を省略できる。

実施形態の給水増量制御では、ユーザーの入力に基づいて再生剤の補充の有無を判定したが、自動的に判定してもよい。すなわち、再生剤収容室４０に収容されている再生剤の量を検知するセンサを取り付ける。そして、そのセンサから入力される信号に基づいて、制御装置１２が、再生剤収容室４０に再生剤が補充されたか否かを判定する。

この場合、部材コストが高くなるが、再生剤の補充タイミングを自動的に判定できるので、利便性に優れる。

実施形態では、樹脂充填室の上下に区画されている緩衝空間を利用したが、硬度成分除去器にこれらが無い場合には、硬度成分除去器とは別に、その上下にこれらに相当する部材を配置してもよい。

１ 軟水化装置
２ プールタンク
３ 硬度成分除去器
４ 飽和再生水生成容器
５ 処理水経路
６ 再生水経路
７ 排水経路
８ 再生用給水経路
９ 第１開閉弁
１０ 第２開閉弁
１１ 第３開閉弁
１２ 制御装置
１３ 給水弁
１３ａ 第１給水弁
１３ｂ 第２給水弁
１４ 非処理水経路
１５ 小窓
３０ ケース
３１ イオン交換樹脂
３２ 樹脂充填室
３３ 下流側緩衝空間
３４ 上流側緩衝空間
３５ メッシュ
４０ 再生剤収容室
４１ 再生剤
５０ 洗濯機
５１ 筐体
５１ａ 投入口
５１ｂ 操作パネル
５１ｃ 薬剤投入部
５２ タブ
５３ ドラム
５４ シャフト
５５ 駆動機構
５６ 排水機構
５７ 洗剤供給ケース
５８ 再生剤投入口
１００ 水道栓

Claims (12)

1. 給水元から供給される硬水を軟水化して所定の給水先に供給する軟水化装置であって、
   前記給水元と前記給水先との間の処理水経路に配置されていて、イオン交換樹脂を収容する硬度成分除去器と、
   前記硬度成分除去器と再生水経路を介して接続されていて、所定の再生剤が飽和濃度で溶解した飽和再生水を生成する飽和再生水生成容器と、
   前記再生水経路に設けられた第１開閉弁と、
   前記硬度成分除去器から排水する排水経路に設けられた第２開閉弁と、
   前記イオン交換樹脂を再生させる再生処理を実行する制御装置と、
   を備え、
   前記硬度成分除去器は、
   前記イオン交換樹脂が充填されている樹脂充填室と、
   前記処理水経路の下流側および前記再生水経路の双方に連通した下流側緩衝空間と、
   前記処理水経路の上流側および前記排水経路の双方に連通した上流側緩衝空間と、
   を有し、
   前記制御装置が、前記再生処理の実行時に、前記第２開閉弁を開くことによって前記硬度成分除去器からの排水を開始し、前記下流側緩衝空間に所定量の水が残っている状態で前記第１開閉弁を開くことによって前記飽和再生水生成容器から所定量の前記飽和再生水を前記下流側緩衝空間に注入し、それによって生成される前記飽和再生水と残水との混合水を、前記樹脂充填室に通水させる、軟水化装置。
2. 請求項１に記載の軟水化装置において、
   前記再生剤は、塩化ナトリウムであり、
   前記下流側緩衝空間で生成される前記混合水は、含有する前記塩化ナトリウムの濃度が１０％となるように調整されており、
   前記下流側緩衝空間が、前記イオン交換樹脂の再生に要する量以上の前記塩化ナトリウムを含む前記混合水が生成可能な大きさに形成されている、軟水化装置。
3. 請求項１に記載の軟水化装置において、
   前記硬度成分除去器からの排水が、前記硬度成分除去器への前記飽和再生水の注水に比べて低速で行われるように設計されている、軟水化装置。
4. 請求項３に記載の軟水化装置において、
   前記硬度成分除去器からの排水量が、前記下流側緩衝空間に注入される前記飽和再生水と同量になるタイミングで前記第１開閉弁が開かれる、軟水化装置。
5. 請求項１に記載の軟水化装置において、
   前記排水経路の流路断面積が、前記再生水経路の流路断面積よりも大きく形成されている、軟水化装置。
6. 洗濯機であって、
   投入口が設けられた筐体と、
   前記筐体に収容されている貯水可能なタブと、
   前記投入口に内部が連通した状態で前記タブに収容されている回転可能なドラムと、
   前記タブに給水するために前記筐体の内部に設けられた給水経路と、
   前記給水経路に設置され、洗剤を収容するとともに給水時にその洗剤を水に混ぜて前記タブに供給する洗剤供給ケースと、
   請求項１～５のいずれか１つに記載されている軟水化装置と、
   を備え、
   前記給水経路における前記洗剤供給ケースよりも上流側の部位に、前記硬度成分除去器が設置されている、洗濯機。
7. 請求項６に記載の洗濯機において、
   前記飽和再生水生成容器は、前記再生剤を収容する再生剤収容室を有し、
   洗濯処理の実行中に、前記再生剤を収容した状態の前記再生剤収容室に給水することによって前記飽和再生水を生成する、洗濯機。
8. 請求項７に記載の洗濯機において、
   前記軟水化装置は、
   貯水が可能なプールタンクと、
   前記プールタンクから前記再生剤収容室に給水する再生用給水経路と、
   前記再生用給水経路に設けられた第３開閉弁と、
   を更に備え、
   前記飽和再生水生成容器は前記硬度成分除去器よりも上方に位置し、前記プールタンクは前記飽和再生水生成容器よりも上方に位置した状態で、前記筐体の内部に設置されている、洗濯機。
9. 請求項７に記載の洗濯機において、
   前記制御装置は、前記再生剤が前記再生剤収容室に補充されて最初に前記飽和再生水を生成する時には、その後に生成する時よりも再生剤収容室に給水する給水量を増やす給水増量制御を実行する、洗濯機。
10. 請求項９に記載の洗濯機において、
    前記筐体に小窓が設けられ、
    前記小窓を通じて前記飽和再生水生成容器の内部が視認可能になっている、洗濯機。
11. 請求項１０に記載の洗濯機において、
    ユーザーの入力に基づいて、前記制御装置が、前記再生剤収容室に前記再生剤が補充されたか否かを判定する、洗濯機。
12. 請求項９に記載の洗濯機において、
    前記軟水化装置は、前記再生剤収容室に収容されている前記再生剤の量を検知するセンサを更に備え、
    前記センサから入力される信号に基づいて、前記制御装置が、前記再生剤収容室に前記再生剤が補充されたか否かを判定する、洗濯機。