水の浄化方法および水浄化装置搭載の洗濯機
【課題】メンテナンスフリーの水の浄化方法および水浄化装置搭載の洗濯機を提供する。
【解決手段】イオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段１と、金属イオン除去手段１を洗剤により再生する洗剤ケース（再生手段）３と、洗剤ケース３および金属イオン除去手段１を洗浄するための洗浄手段２（洗浄水流入管２ａおよび洗浄水流出管２ｂ）とを備えた水の浄化方法とすることにより、洗浄効果を上昇させるとともに、メンテナンスフリーの水の浄化方法および水浄化装置搭載の洗濯機を提供することができる。
【解決手段】イオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段１と、金属イオン除去手段１を洗剤により再生する洗剤ケース（再生手段）３と、洗剤ケース３および金属イオン除去手段１を洗浄するための洗浄手段２（洗浄水流入管２ａおよび洗浄水流出管２ｂ）とを備えた水の浄化方法とすることにより、洗浄効果を上昇させるとともに、メンテナンスフリーの水の浄化方法および水浄化装置搭載の洗濯機を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の浄化における軟水化方法および軟水化装置搭載の洗濯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業の発達や世界的な人口の増加により、水資源の安全且つ有効な利用が求められている。そのため、水の浄化は非常に有効な措置として行われている。水の浄化は原水中の雑物や汚染物を、特定の過程で処理し、水質の上昇を図ることである。用途として飲用水、家庭用水と工業用水等に使用される。その浄化方式として、殺菌、濾過、硬水の軟水化などがある。
【０００３】
水の浄化において、特に硬水地域では、水中の硬度成分の除去すなわち軟水化は非常に重要な位置を占めている。
【０００４】
従来、水浄化方式における軟水化について、イオン交換樹脂がよく使用されている。イオン交換樹脂は、処理能力と処理容積（イオン交換容量）が大きく、かつ処理範囲が広いことと使用寿命が長いという特徴を有することから、水処理工業に幅広く利用されている。
【０００５】
イオン交換樹脂は、水および一般の溶媒には溶けず、その多数が顆粒状または繊維状であり、また粉末状のものもある。イオン交換樹脂は、架橋した三次元の高分子基体に、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）や４級アンモニウム基（≡Ｎ＋）のような官能基を導入した化学構造を持つ合成樹脂である。顆粒状樹脂のサイズは、一般的に０．３〜１．２ｍｍであり、その大部分は、０．４〜０．６ｍｍの範囲にあり、比較的に高い耐圧性能、安定な化学性質を有する。
【０００６】
イオン交換樹脂は、官能基を有するため、水溶液に陽イオン（例えば、Ｈ＋またはＮａ＋）または陰イオン（例えば、ＯＨ−またはＣｌ−）を解離し、溶液中の元から存在するほかの陽イオンまたは陰イオンを吸収することができる。すなわち、イオン交換が行われる。イオン交換樹脂は、その働きによって、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂およびキレート樹脂等がある。
【０００７】
家庭で利用されている水には、通常、水道水、地下水、井戸水などがあり、洗濯機に使用される場合では、洗濯物の洗浄効果が水質の影響を大きく受ける。特にカルシウム（Ｃａ２＋）、マグネシウム（Ｍｇ２＋）などの硬水成分は界面活性剤の洗浄力を低下させる性質があり、洗浄性能に対するマイナス影響を与える。また、硬水中の大量なカルシウム、マグネシウムおよび微量な鉄やマンガン、アルミニウム等は洗剤の界面活性剤等の成分と反応し、金属石けん等が生じ、洗濯機または衣類に残され、汚れの源になりやすく、従って、カビなど微生物が増殖しやすくなる。
【０００８】
これら硬水の硬度成分による影響を抑えるために、市販の洗剤には、硬度成分を吸着させるゼオライトなどの軟水化剤が配合されている。ゼオライトは、微細孔を持つアルミナケイ酸塩であり、骨格構造中に、アルミニウム（＋３価）とケイ素（＋４価）が酸素（−２価）を互いに共有することで、骨格中に陽イオン（例えば、Ｎａ＋）が必要となり、イオン交換ができるようになっている。そのため、洗剤中のゼオライト成分は水中のカルシウム、マグネシウム等の多価の陽イオンを吸着し、軟水化効果を発揮する。
【０００９】
洗剤中のゼオライトは、イオン交換容量の限界があり、また、洗浄水中に分散されているため、軟水化効果には限度がある。これらの問題の対処方法として、硬水地域では、軟水地域に比べてより多くの洗剤を投入することによって、洗浄性能の上昇を図っている。例えば、洗剤のパッケージには硬度に応じて投入量を増やすように指示してある。しかし、洗剤の使用量が多くなることによって、排水の環境への負担が増加することが懸念される。
【００１０】
従来、水中の硬度成分を除去する軟水化装置を洗濯機に搭載して洗浄性能の上昇を図った方法がある。例えば、軟水化材として陽イオン樹脂などのイオン交換材を使用する技術がある（例えば、特許文献１、２、３参照）。イオン交換樹脂はその分子内に、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）など酸性イオン交換基を有し、静電力によって陽イオンを吸着保持する。イオン交換樹脂は溶液中の各種イオンに対して親和力（吸着力）が異なり、選択性を示す。各種イオンに対する吸着性は一般的にある一定の順序がある。
【００１１】
陽イオンに関しては、高価のイオンほど吸着しやすい。また、低価イオンの場合はその吸着が弱い。イオンの価数が同じ場合では、イオン半径が大きいほど吸着しやすく、一般的に数式１の順序がある。
【００１２】
【数１】
【００１３】
Ｎａ＋型のイオン交換樹脂に硬水を通水すると、硬水成分であるＣａ２＋、Ｍｇ２＋が、Ｎａ＋よりも選択性が強いために、イオン交換樹脂に保持されて、代わりに同量のＮａ＋が流出する。
【００１４】
陽イオン交換樹脂は、硬水が通水し、一定の硬度成分（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）が樹脂吸着し、最終的にイオン交換容量に達した場合にその軟水化作用が失われる。したがって、樹脂の再生が必要である。通常は、食塩（ＮａＣｌ）などを再生剤として高濃度のＮａ＋溶液を使用し、樹脂の中からＣａ２＋、Ｍｇ２＋と交換し樹脂の再生を行う。
【００１５】
イオン交換材として、陽イオン樹脂の代わりにキレート樹脂を使用した軟水化装置も提案されている（例えば、特許文献４参照）。金属キレート剤の一種であるＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸、分子式は、（ＨＯＯＣＣＨ２）２ＮＣＨ２ＣＨ２Ｎ（ＣＨ２ＣＯＯＨ）２）を使用することが考えられる。ＥＤＴＡは、キレート剤であり、Ａｇ＋、Ｃａ２＋などのそれぞれ１価、２価、３価、４価の金属イオンと錯体（キレート結合）を形成する。
【００１６】
硬度成分であるカルシウムイオンＣａ２＋やマグネシウムイオンＭｇ２＋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（Ｎａ＋）やカリウムイオン（Ｋ＋）に比べキレート樹脂で補足されやすい。このため硬度成分が優先的に補足される。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、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、キレート樹脂は、能力を失う。吸着された金属イオンの脱着は、通常、塩酸、硫酸などの酸が用いられる。これは、金属キレートの安定性が低ｐＨでは低く、分解される性質を利用したのである。軟水は、電解装置などでアルカリと酸とに分離され、酸が、キレート樹脂から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は排出される。従って、キレート樹脂は再生される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１１−７０２９６号公報
【特許文献２】特開平１１−３１９３８３号公報
【特許文献３】特開２００２−１１２８６号公報
【特許文献４】特開２００５−１６１１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、前記従来のイオン交換樹脂を使用する軟水化方法では、イオン交換樹脂の再生手段として、食塩を使用しているが、これは、イオン交換樹脂は一定量の硬度成分、すなわちカルシウムおよびマグネシウムイオンが吸着後、イオン交換効果がなくなるため、一定量の硬水を処理した後に再生する必要がある。食塩水を使用する場合、洗濯機に再生剤として、食塩を定期的に補給しなければならない。また、大量の食塩を洗濯機に積むことも難しいため、食塩で再生には手間と余分の費用がかかる。したがって、商品としての実用性に乏しく、市場訴求および使用者の要求に応じえることができないという課題を有していた。
【００１９】
また、従来の方法の水を電解して酸とアルカリを生成し、生じるプロトン（Ｈ＋）で、イオン交換樹脂またはキレート樹脂を再生する方法では、水を電解するためには電解装置と直流電源を別途搭載する必要があり、電解装置などを洗濯機に搭載するには、設置スペースの制限と高コストなどの問題があるので、実用に至る技術上の課題が多いものであった。
【００２０】
本発明は、金属イオンが含まれる水は、金属イオン除去手段によって、金属イオンが取り除かれ、また、金属イオン除去手段の機能が効かなくなった場合には、再生手段によって、金属イオン除去手段の金属イオン除去機能が再生され、さらに、洗浄手段によって、再生手段の装置が洗浄されるので、使用者にとって、メンテナンスフリーの水の浄化方法および軟水化装置を搭載した洗濯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、イオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段と、前記金属イオンおよび前記洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段とを備えた水の浄化方法としたものである。
【００２２】
これによって、金属イオンが含まれる水は、金属イオン除去手段により金属イオンが取り除かれ、また、金属イオン除去手段の機能が効かなくなった場合には、再生手段により金属イオン除去手段の金属イオン除去機能が再生され、さらに、洗浄手段により、再生手段の装置が洗浄されるので、使用者にとって、メンテナンスフリーの水の浄化方法を提供することができることとなる。
【００２３】
また、本発明は、給水手段とイオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段と、前記金属イオンおよび前記洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段と、洗い工程とすすぎ工程をコントロールする
制御手段とを備えた水浄化装置搭載の洗濯機としたものである。
【００２４】
これによって、水道から供給される水は、金属イオン除去手段により水中の金属イオンが除去され、その水は洗濯槽に供給され、また、金属イオン除去手段の機能が失われた場合に、再生手段によって、金属イオン除去手段の金属イオン除去機能が再生され、洗浄手段によって、再生手段の装置が洗浄されるので、使用者にとって、メンテナンスフリーの水浄化装置搭載の洗濯機を提供することができることとなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、水中のカルシウムなど高濃度イオンを効率よく除去することができ、再生手段を使用することで、洗浄用の水の軟水化に関して、洗剤以外の再生用の薬剤を使用せず再生ができるので、使用者にとって、メンテナンスフリーの水の浄化方法を提供することができる。
【００２６】
また、本発明は、再生手段を用いることで、イオン交換材の再生に、洗剤以外の特別な再生剤を使用せず再生ができ、イオン交換材を再生し循環使用を行うことにより、衣類の洗い工程に常に軟水を供給することができるので、使用者にとって、メンテナンスフリーの水浄化装置搭載の洗濯機を提供することができ、洗濯機の衣類に対する洗浄効果を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１における水の浄化方法の構成図
【図２】同水の浄化方法の他の構成図
【図３】本発明の実施の形態２における洗濯機の縦断面図
【図４】同洗濯機の軟水化工程の模式図
【図５】同洗濯機の再生工程の模式図
【図６】同洗濯機の洗浄工程の模式図
【図７】同洗濯機の洗い工程における動作を示すフローチャート
【図８】同洗濯機のすすぎ工程における動作を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２８】
第１の発明は、イオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段とを備えた水の浄化方法とすることにより、金属イオンが含まれる水（硬水）は、金属イオン除去手段により金属イオンが取り除かれることで軟水化することができ、また、金属イオン除去手段の機能が効かなくなった場合には、再生手段により金属イオン除去手段の金属イオン除去機能が再生され、さらに、洗浄手段により、再生手段の装置が洗浄されるので、硬水など高濃度の金属イオンを含む水から金属イオンを除去し、軟水など低濃度の金属イオンが含まれる水または純水など金属イオンが含まれない水を提供でき、使用者にとって、メンテナンスフリーの水の浄化方法を提供することができる。
【００２９】
第２の発明は、特に、第１の発明において、金属イオンおよび洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段をさらに備えた水の浄化方法とすることにより、金属イオンおよび洗剤の炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物は分離手段によって分離することができ、沈殿物の悪影響を排除することができる。
【００３０】
第３の発明は、給水手段とイオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により
再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段と、洗い工程とすすぎ工程をコントロールする制御手段とを備えた水浄化装置搭載の洗濯機とすることにより、金属イオンが含まれる水（硬水）は、金属イオン除去手段により金属イオンが取り除かれることで軟水化することができ、また、金属イオン除去手段の機能が失われた場合に、再生手段によって、金属イオン除去手段の金属イオン除去機能が再生され、さらに、洗浄手段によって、再生手段の装置が洗浄されるので、硬水など高濃度の金属イオンを含む水から金属イオンを除去し、軟水など低濃度の金属イオンが含まれる水または純水など金属イオンが含まれない水を洗濯水として使用することができ、洗剤の衣類に対する洗浄効果が一段と上昇し、それ故、洗濯機における衣類の洗濯に関して、低温洗浄でも温水洗浄並みの洗浄効果を創出し、洗濯機の省エネを実現でき、したがって、使用者にとって、メンテナンスフリーの水浄化装置搭載の洗濯機を提供することができる。
【００３１】
第４の発明は、特に、第３の発明において、金属イオン除去手段は、陽イオン交換性能またはキレート結合性能を有するイオン交換材を有し、水中に含まれるカルシウムイオン、マグネシウムイオンの少なくとも一部を除去し軟水化するように構成したことにより、硬水領域における硬水中に含まれるカルシウム、マグネシウムなどを除去し、洗濯機に軟水を供給することができので、洗濯機の衣類に対する洗浄効果を上昇させることができる。
【００３２】
第５の発明は、特に、第３または第４の発明において、再生手段は、洗剤を一定の水道水で溶解し、再生液として使用するように構成したことにより、硬水中のカルシウム、マグネシウムイオンの吸着により飽和されるイオン交換材のイオン交換機能を再生することができる。
【００３３】
第６の発明は、特に、第４の発明において、イオン交換材は、洗濯槽の上方または側面に設置され、イオン交換樹脂、ゼオライト、アルミナ、キレート材等の少なくとも一部からなり、水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンの少なくとも一部を吸着させる機能を有するように構成したことにより、供給される水道水中のカルシウム、マグネシウムイオンの硬度成分をキャッチし、含まれるカルシウム、マグネシウムイオン成分が低濃度の軟水を洗濯機に供給することができる。
【００３４】
第７の発明は、特に、第３〜６のいずれか１つの発明において、再生手段は、洗い工程に使用される一定の水道水で洗剤を溶解後、濾過または遠心の少なくともどちらか一つの方法を使用することにより、不溶顆粒物の少なくとも一部を除去したナトリウムイオン溶液を用いて、イオン交換材の再生を行うように構成したことにより、洗剤溶解液の中の不溶顆粒物を除去することができ、比較的に純度の高いナトリウムイオン溶液でイオン交換材を再生することができ、イオン交換の再生効果を向上させることができる。
【００３５】
第８の発明は、特に、第３〜７のいずれか１つの発明において、再生手段は、洗濯機洗剤ケースの中の洗剤を洗い工程に使用する全水量の１／２０〜１／１０の量の水道水で溶解するように構成したことにより、溶液中のナトリウムイオン濃度を洗濯機で使用される実際の濃度より遥かに高濃度に濃縮させることができ、この高濃度のナトリウムイオン溶液を用いることにより、イオン交換材を速やかに再生することができる。
【００３６】
第９の発明は、特に、第３〜８のいずれか１つの発明において、水浄化装置は、給水経路に濾過手段とイオン交換材とを備え、水道水または再生手段を前記濾過手段により濾過し、前記イオン交換材を経由し、洗濯槽に流れるように構成したことにより、金属イオン除去手段においては、水道水が濾過手段を経由し、イオン交換材に流れ、水中の大きな顆粒を取り除くことができ、洗濯機に衣類洗浄用の安定な軟水を供給することができ、また
、再生手段においても、洗剤溶解により得られる再生液は、イオン交換材に入る前に濾過され、不溶の洗剤成分を洗濯機の洗濯槽に戻すことができ、洗剤の損失を減少することができる。
【００３７】
第１０の発明は、特に、第９の発明において、濾過手段は、水道水または再生手段の洗剤液を濾過する網状のものであり、前記網状の網の孔の直径が０．０１μｍ〜１０００μｍとなるように構成したことにより、イオン交換材を再生する時、イオン交換材を収容するカラムの詰まりを防ぐことができ、イオン交換材の再生を速やかに行え、また、濾過手段を用いることで、イオン交換材の再生溶液の流量を増加させることができ、再生液の流れる時間を短縮することができ、結果的に洗濯機全体の省エネルギーを実現することができる。
【００３８】
第１１の発明は、特に、第３〜１０のいずれか１つの発明において、再生手段は、洗剤中の炭酸イオン（ＣＯ３−）と、イオン交換材の再生により置換されるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）の金属イオンを再生過程で濃縮させて反応させ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）を生成させ沈殿させるように構成したことにより、通常の洗濯機の洗濯水の場合より遥かに炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）の沈殿物が生じやすくなり、水中金属イオン成分を沈殿化させることができる。洗剤を少量の水で溶解することにより、炭酸イオン（ＣＯ３―）を濃縮させることができる。それ故、再生液中に、高濃度の炭酸イオンが存在する。また、再生により、イオン交換材に吸着されているカルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）など金属イオンはナトリウムに置換されることで、再生液に高濃度に濃縮される。これら、高濃度金属イオンは洗剤溶解により生じる高濃度の炭酸イオン（ＣＯ３―）と反応し、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）などの沈殿になる。この反応沈殿物の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）および炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）は、通常の洗濯機の洗濯水の場合より遥かに生じやすくなり、水中金属イオン成分をより効率よく沈殿化させることができる。
【００３９】
第１２の発明は、特に、第３〜１１のいずれか１つの発明において、金属イオンおよび洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段をさらに備えたことにより、金属イオンおよび洗剤の炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物は分離手段によって分離することができ、沈殿物の悪影響を排除することができる。
【００４０】
第１３の発明は、特に、第１２の発明において、分離手段は、イオン交換材を再生後、再生液中に生じる炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）などの沈殿を分離し、洗濯機の機外に排出するように構成したものであり、硬水成分を沈殿物として洗濯機の外に排出することで、洗濯機の洗浄性能を上昇させることができる。
【００４１】
第１４の発明は、特に、第１２または第１３の発明において、分離手段は、水流の過流によって沈殿成分の分離を行うように構成したものであり、硬水成分の沈殿を容易に分離することができ、それにより、安価なコストで高洗浄性能を実現できる。
【００４２】
第１５の発明は、特に、第３〜１４のいずれか１つの発明において、制御手段は、流量に依存する水が流れる時間をコントロールすることで洗い工程およびすすぎ工程を自動的に制御するように構成したものであり、洗い工程における金属イオン除去手段、再生手段、洗浄手段のコントロールおよびすすぎ工程の制御を自動的にすることができ、洗濯機の操作性を向上させるとともに、正確に工程を実行することができる。
【００４３】
第１６の発明は、特に第３〜１５のいずれか１つの発明において、洗浄手段は、イオン
交換材の上方あるいは側面に設置され、開閉弁と送水管とを設け、洗い工程時の使用水量の１／２０〜１／１０の量の水道水を洗浄液として、前記イオン交換材および洗剤ケースの順に流し込むことにより、再生手段および金属イオン除去手段を洗浄するように構成したものであり、洗剤の損失を減少させることができ、洗浄効果を上昇させることができる。
【００４４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参考しながら説明する。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。
【００４５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水の浄化方法の構成図を示すものである。
【００４６】
図１において、金属イオン除去手段１は、静電力により水中の金属イオンを取り除くものである。この金属イオン除去手段１は、イオン交換材１ａを内蔵するとともに、水中に金属イオンが含まれる硬水を導入するための金属イオン除去手段導入管１ｂと、水中の金属イオンが除去された軟水を排出するための金属イオン排出手段排出管１ｃとが設けられている。洗剤ケース（再生手段）３は、洗浄に使用する洗剤が投入され貯蓄されるものである。濾過手段７は、洗剤ケース３からの洗剤が溶解した洗剤液を濾過し、雑物を取り除くものである。洗剤ケース３と濾過手段７とは、洗剤ケース排出管３ａを介して連通している。また、濾過手段７と金属イオン除去手段１とは、濾過液連通管７ａを介して連通している。洗浄手段２は、金属イオン除去手段１の金属イオン排出手段導入管１ｂが設けられている側に設けられた洗浄水流入管２ａと、金属イオン除去手段１の金属イオン排出手段排出管１ｃが設けられている側に設けられた洗浄水流出管２ｂとから構成されている。
【００４７】
以上のように構成された水の浄化システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００４８】
金属イオンが含まれる水、例えば高濃度のカルシウム、マグネシウムなどを含む硬水において、イオン交換材１ａを内蔵した軟水化機能を有する金属イオン除去手段１によって、硬水中のカルシウム、マグネシウムなど金属イオンが取り除かれ、硬水を軟水化する。
【００４９】
このイオン交換材１ａに関しては、例えば、イオン交換樹脂を使用することができる。下記の数式２および数式３で示すように、４４ｍＬのイオン交換樹脂を使用することで、２２Ｌ硬水を２５０ｐｐｍから５０ｐｐｍまで軟水化することができる。
【００５０】
【数２】
【００５１】
【数３】
【００５２】
また、このイオン交換樹脂の軟水化機能、すなわち金属イオン除去機能が効かなくなった場合に、再生手段としての洗剤ケース３よって、イオン交換樹脂の金属イオン除去機能の再生を行うことができる。
【００５３】
すなわち、洗濯機で言えば、洗い工程に使用する水量の１／２０〜１／１０の量（１〜２Ｌ）の水道水（硬水）で洗剤を溶解し、その洗剤液が再生剤として使用される。この再生剤がイオン交換樹脂（金属イオン除去手段１）に流れ込み、イオン交換樹脂にトラップされているカルシウム、マグネシウムなどの金属イオンをナトリウムイオンで置換する。
【００５４】
洗剤中のナトリウムイオン成分は、通常炭酸ナトリウムおよびその他洗剤成分に含まれるもので、一例として、ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）公認の洗浄試験用洗剤の成分においては、ナトリウムイオン量は、重量換算で全体洗剤重量の８．５％を占める。数式１で示したように、当量あたりで計算すると、硬度２５０ｐｐｍ（ＣａＣＯ３ ｍｇ／Ｌ相当）の硬水２２Ｌを５０ｐｐｍまで軟水化するのに必要なカルシウム量は、８８ｍモル当量である。
【００５５】
上記除去必要なカルシウム量に比べて、例えば、９ｋｇの衣類をドラム式洗濯機で洗濯する場合には、１９８ｇの洗剤が使用される。それ故、洗剤中のナトリウム量は１６．９６ｇ（７３７．５ｍｅｑ）であり、目標における除去必要なカルシウム量（８８ｍｅｑ）の８．４倍もある。従って、洗剤の溶解液を再生剤として使用することができる。
【００５６】
洗剤を洗い工程に使用する水量の１／２０〜１／１０量の水道水で溶解し、その洗剤液を再生剤として使用する場合、再生液の中のナトリウムイオン（Ｎａ＋）と炭酸イオン（ＣＯ３２−）は、通常洗濯機の洗い工程の洗濯水（２２Ｌ）に洗剤を溶解する場合より、１０倍〜２０倍濃縮される。
【００５７】
すなわち、この高濃度のナトリウムイオン（Ｎａ＋）が、イオン交換樹脂（４４ｍｌで計算）にトラップされているカルシウムイオン（Ｃａ２＋）を置換する。その結果、イオン交換樹脂を通過後の再生液中のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）濃度は、通常の洗濯機の洗い工程の洗濯水（２２Ｌ）に含まれるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）より、１０倍〜２０倍濃縮された状態で存在する。
【００５８】
数式４と数式５に反応速度の関係を示す。なお、数式５の［Ｃａ２＋］と［ＣＯ３２−］はそれぞれの濃度を示す。数式４と数式５に示すように、通常の洗濯機の洗い工程の洗濯水（２２Ｌ）の状態でのカルシウムイオン（Ｃａ２＋）と炭酸イオン（ＣＯ３２−）の反応速度より、再生後の溶液に濃縮されている状態での反応速度が１００〜４００倍も速くなることが分かる。
【００５９】
【数４】
【００６０】
【数５】
【００６１】
従って、イオン交換樹脂を通った後の再生後溶液中の高濃度のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）と炭酸イオン（ＣＯ３２−）は通常の洗濯機の洗い工程の洗濯水（２２Ｌ）に含まれる状態より反応速度が速く、炭酸カルシウムの沈殿物質がより生成し易くなる。再生液に炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の沈殿が生じるため、洗濯には影響がなく、洗濯機では、そのまま洗濯用水として使用できる。
【００６２】
また、洗剤ケース（再生手段）３と金属イオン除去手段１の間に濾過手段７を設けることにより、洗剤の濃縮溶解で、飽和により再生液中に生じる大きな洗剤塊などを捕捉することができ、溶解しにくい洗剤成分を洗濯機の洗濯槽に戻すことができ、洗剤の損失を減少することができる。
【００６３】
特に、濾過手段７で使用される網の孔の直径を０．０１μｍ〜１０００μｍにすること
により、イオン交換材１ａを再生する際、イオン交換材１ａを収容する容器の詰まりを防ぐことができる。また、濾過により溶解ナトリウムだけを分けることができ、雑物減少で再生溶液中のナトリウムイオンの純度を高めることができ、イオン交換材の再生処理を速やかに行うことができる。
【００６４】
また、図２の水の浄化方法の他の構成図に示すように、金属イオン排出手段排出管１ｃの代わりに、金属イオン排出手段第２排出管１ｄを設け、分離手段４を設置してもよい。分離手段４は、略円筒形をしており、下部に流入口４ａを設け、天面中央部に流出口４ｂを設けている。流入口４ａは、略円筒形の分離手段の下部に円筒の接線方向に開口するように構成している。流入口４ａから流入した不溶物５を含む洗濯水は、矢印６のように、円筒の内壁に沿って流れながら上昇する。このとき、洗濯水中の不溶物５は、内壁に押し付けられた状態となり、不溶物５を含まない洗濯水のみが、流出口４ｂから流出する。このように渦流を起こすことで、液体と固体を分離することができる。このようにして、再生後溶液中の炭酸カルシウムなど金属イオン沈殿物質を分離し、排出することができる。従って、再生後の溶液中の金属イオンが沈殿物質として完全に取り除かれるため、沈殿物質による洗浄へのマイナス影響がなく、洗浄効果を一段と向上させることができる。
【００６５】
さらに、洗浄手段２の洗浄水流入管２ａから洗浄水（水道水）が金属イオン除去手段１内に流入され、その後、洗浄水流出管２ｂから流出されることよって、金属イオン除去手段１が洗浄される。このような循環システムにより、金属イオンが高濃度含まれる水から金属イオンを除去し、金属イオンが低濃度含まれる水または金属イオンが含まれない水を洗濯機に提供することができる。
【００６６】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における洗濯機の縦断面図を示すものである。
【００６７】
図３において、洗濯機本体１１内に水槽１２が配設され、水槽１２内に回転ドラム１３が回転自在に支持されている。洗濯機本体１１には、水道水を水槽１２内に供給するための給水経路１４と、給水経路１４からの水道水の流れを制御する第１の給水弁１５ａと、第２の給水弁１５ｂとが設けられている。
【００６８】
第１の給水弁１５ａの下流側には、分岐部１６を設けており、その分岐部１６の一方は、内部にイオン交換材１７ａ（実施の形態１の「イオン交換材１ａ」に相当）を有する金属イオン除去手段１７（実施の形態１の「金属イオン除去手段１」に相当）に金属イオン除去手段連通管１８を介して連通し、他方は、第１の給水管１９を介して水槽１２に連通している。また、第２の給水弁１５ｂの下流側には、水の流れを矢印ａ方向と矢印ｂ方向とに切り換える流路切換弁２０が設けられている。
【００６９】
流路切換弁２０の矢印ａ方向の下流側には、洗剤を収容可能な洗剤ケース（再生手段）２１が設けられ、この洗剤ケース２１と金属イオン除去手段１７とは、連通管２２により連通している。なお、連通管２２と金属イオン除去手段１７の間には、図示はしていないが、実施の形態１の濾過手段７を設けてもよい。
【００７０】
一方、流路切換弁２０の矢印ｂ方向の下流側は、第２の給水管２３を介して水槽１２に接続されている。そして、分岐部１６には、矢印ｃの流れが発生した場合は、矢印ｄ方向のみの水の流れを形成し、矢印ｅの流れが発生した場合は、矢印ｆ方向のみの水の流れを形成する流路規制弁１６ａを設けている。
【００７１】
また、水槽１２の下部には、水槽１２内の洗濯水を排水するための排水管２４が接続されており、その途中に排水を制御する排水弁２５が設けられている。
【００７２】
以上のように構成された洗濯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００７３】
図４は、軟水化工程の模式図であり、軟水化工程は下記のような動作をする。
【００７４】
軟水化工程では、第１の給水弁１５ａが閉状態、第２の給水弁１５ｂが開状態、流路切換弁２０が矢印ａ方向に流れる状態となっている。この状態において、給水経路１４より供給される水道水（硬水）は、第２の給水弁１５ｂ、流路切換弁２０を通って、洗剤ケース２１に達する。このとき、洗剤ケース２１には洗剤は収容されていない。その後、連通管２２を通って、金属イオン除去手段１７に流れ込み、金属イオン除去手段１７によって、硬水中のカルシウム、マグネシウムなど硬度成分が除去され、低濃度のカルシウムおよびマグネシウムなどの金属イオンしか含まれない軟水に変わり、金属イオン除去手段連通管１８、流路規制弁１６ａ、第１の給水管１９を経由して、水槽１２に入り、洗濯水として供給される。このときの軟水化の原理は、実施の形態１と同様である。
【００７５】
図５は、再生工程の模式図であり、金属イオン除去手段１７の軟水化の機能が失われた場合に、再生工程として下記のような動作をする。
【００７６】
再生工程では、洗剤ケース２１に洗剤２１ａが収容された状態で、第１の給水弁１５ａが閉状態、第２の給水弁１５ｂが開状態、流路切換弁２０が矢印ａ方向に流れる状態となっている。この状態において、給水経路１４より供給される水道水（硬水）は、第２の給水弁１５ｂ、流路切換弁２０を通って、洗剤ケース２１に達する。このとき、洗剤ケース２１に洗剤２１ａが収容されているので、供給される少量（１〜２Ｌ）の水道水（硬水１７）が洗剤２１ａを溶解し、再生手段として、連通管２２を通って、金属イオン除去手段１７の内部のイオン交換材１７ａに流れ込む。
【００７７】
金属イオン除去手段１７のイオン交換材１７ａは、軟水化工程において、硬水を軟水化することにより、硬水中のカルシウム、マグネシウムなど硬度成分が吸着されるので、イオン交換機能が低下し、再生する必要がある状態となっている。イオン交換材１７ａ中にトラップされているカルシウム、マグネシウムなどの金属イオンは、再生手段としての洗剤液中に含まれるナトリウムイオンにより置換される。このときの再生の原理は、実施の形態１と同様である。
【００７８】
イオン交換材１７ａを通った再生手段としての洗剤液は、溶液中のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）などが、洗剤中の炭酸イオン（ＣＯ３２−）と反応し、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の沈殿物になるため、そのまま、金属イオン除去手段連通管１８、流路規制弁１６ａ、第１の給水管１９を経由して、水槽１２に入り、洗濯水として供給される。
【００７９】
図６は、洗浄工程の模式図であり、金属イオン除去手段１７、洗剤ケース２１、給水管などの装置を洗浄する洗浄工程として下記のような動作をする。
【００８０】
洗浄工程では第１の給水弁１５ａが開状態、第２の給水弁１５ｂが閉状態となっている。この状態において、給水経路１４より供給される少量（１〜２Ｌ）の水道水（硬水）は、流路規制弁１６ａ、金属イオン除去手段連通管１８、金属イオン除去手段１７のイオン交換材１７ａ、連通管２２、洗剤ケース２１、流路切換弁２０、第２の給水管２３を通り、水槽１２に入り、洗濯水として供給される。このように、洗剤ケース２１を通すことで、再生手段としての洗剤ケース２１の洗浄を行う。このような循環洗浄を行うことで、金属イオン除去手段１７の再生に使用した洗剤の成分の損失を抑えることができる。
【００８１】
本実施の形態の洗濯機の洗い工程およびすすぎ工程における制御について、図７および
図８を用いて説明する。
【００８２】
図７は、洗い工程における動作を示すフローチャートである。
【００８３】
使用者は、洗剤ケース２１に所定量の洗剤を投入した後、洗濯機本体１１の上部に設けられた操作パネル（図示せず）の操作ボタン（図示せず）を操作して洗濯を開始させる。
【００８４】
洗い工程がスタート（ステップＳ１００）すると、第１の給水弁１５ａは閉じた状態のまま（ステップＳ１０１）で、第２の給水弁１５ｂが開き（ステップ１０２）、流路切換弁２０が水の流れを矢印ａ方向に流すように切り換わる（ステップ１０３）。
【００８５】
これにより、硬水である水道水が、洗剤ケース２１内の洗剤２１ａを溶解しながら、イオン除去手段１７のイオン交換材１７ａに流れ込み、その後、水槽１２に入る。洗剤溶解の再生溶液（１〜３Ｌ）の流れる時間、すなわち所定時間ａ（０〜３ｍｉｎ）に達していない場合は上記の動作を繰り返し続ける（ステップＳ１０４）。これによって、前回の洗濯における洗い工程の軟水化工程において、金属イオン除去手段１７のイオン交換材１７ａに吸着したカルシウム、マグネシウムなど硬度成分は、洗剤液中に含まれるナトリウムイオンにより置換されて取り除かれ、イオン交換材１７ａは再生することとなる。
【００８６】
所定時間ａが経過すると（ステップＳ１０４）、次に、第２の給水弁１５ｂが閉じ（ステップＳ１０５）、第１の給水弁１５ａが開き（ステップＳ１０６）、流路切換弁２０が水の流れを矢印ｂ方向に流すように切り換わる（ステップＳ１０７）。硬水である水道水は、洗浄液（１〜２Ｌ）として、第１の給水弁１５ａからで流路規制弁１６ａを経由して、イオン除去手段１７のイオン交換材１７ａに流れ込み、軟水化され、その後、洗剤ケース２１に残留する洗剤成分を洗い流し、第２の給水管２３を経由し、洗濯槽１２に入る。洗浄溶液として流れる硬水の流れる時間、すなわち所定時間ｂ（０〜２ｍｉｎ）に達していない場合は上記の動作を繰り返し続ける（ステップＳ１０８）。
【００８７】
所定時間ｂが経過すると（ステップＳ１０８）、第１の給水弁１５ａが閉じ（ステップＳ１０９）、第２の給水弁１５ｂが開き（ステップ１１０）、流路切換弁２０が水の流れを矢印ａ方向に流すように切り換わる（ステップ１１１）。洗い工程で使用される残りの水は、第２の給水弁１５ｂ、流路切換弁２０、洗剤ケース２１に達し、その後、連通管２２を通って、金属イオン除去手段１７に流れ込み、金属イオン除去手段１７によって、硬水中のカルシウム、マグネシウムなど硬度成分が除去され、低濃度のカルシウムおよびマグネシウムなどの金属イオンしか含まれない軟水に変わり、金属イオン除去手段連通管１８、流路規制弁１６ａ、第１の給水管１９を経由して、水槽１２に入り、洗濯水として使用される。洗濯水が所定水位ｃ（洗濯物の量に対応した所定水位）に達していない場合は上記の動作を繰り返し続ける（ステップＳ１１２）。
【００８８】
所定水位ｃに達すると（ステップＳ１１２）、第２の給水弁１５ｂを閉じ（ステップＳ１１３）、給水を終了する。その後、回転ドラム１３を回転させて洗濯物を撹拌し洗浄する洗い撹拌工程がスタートする（ステップＳ１１３）。
【００８９】
この洗い撹拌行程を所定時間行った後、回転ドラム１３の回転を終了し、排水弁２５を開けることで、水槽１２内の洗濯水の排水を行い、その後、すすぎ工程に移行する。
【００９０】
図８は、すすぎ工程における動作を示すフローチャートである。
【００９１】
上記の洗い工程に続くすすぎ工程においては、洗濯物の洗剤成分や汚れなどを除去するための工程であるので、硬水を軟水化する必要はない。したがって、すすぎ工程がスター
ト（ステップＳ２００）すると、第１の給水弁１５ａは閉じた状態のまま（ステップＳ２０１）で、第２の給水弁１５ｂが開き（ステップ２０２）、流路切換弁２０が水の流れを矢印ｂ方向に流すように切り換わる（ステップ２０３）。
【００９２】
給水経路１４より供給される水道水（硬水）は、第２の給水弁１５ｂ、流路切換弁２０、第２の給水管２３を経由して、水槽１２に入り、すすぎ水として使用される。すすぎ水が所定水位ｄ（洗濯物の量に対応した所定水位）に達していない場合は上記の動作を繰り返し続ける（ステップＳ２０４）。
【００９３】
所定水位ｄに達すると（ステップＳ２０４）、第２の給水弁１５ｂを閉じ（ステップＳ２０５）、給水を終了する。その後、回転ドラム１３を回転させて洗濯物を撹拌してすすぐすすぎ撹拌工程がスタートする（ステップＳ２０６）。
【００９４】
このすすぎ撹拌行程を所定時間行った後、回転ドラム１３の回転を終了し、排水弁２５を開けることで、水槽１２内のすすぎ水の排水を行い、その後、次の第２のすすぎ工程に移行し、同様のすすぎ行程を実行した後、脱水工程を経て、洗濯を終了する。
【００９５】
以上のように、上記方法および装置を使用することにより、水道水中の硬水成分であるカルシウムおよびマグネシウムイオンが除去され、生成された軟水が洗濯槽に入り、洗濯用の水として使用される。従って、洗剤の衣類に対する洗浄効果が一段と上昇し、それ故、洗濯機における衣類の洗濯に関して、低温洗浄でも温水洗浄並みの洗浄効果を創出し、洗濯機の省エネを実現でき、したがって、使用者にとって、メンテナンスフリーの水浄化装置搭載の洗濯機を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上のように、本発明にかかる水の浄化方法および水浄化装置搭載の洗濯機は、メンテナンスフリーの水の浄化方法および水浄化装置搭載の洗濯機を提供することが可能となるので、硬水地域における家庭用の洗濯機、食器洗浄機に限らず、産業用の大型食器洗浄機および洗濯機、機器洗浄機などにも使用することができ、産業用目的で硬水地域の水道水の浄化にも使用可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 金属イオン除去手段
１ａ イオン交換材
２ａ 洗浄水流入管（洗浄手段）
２ｂ 洗浄水流出管（洗浄手段）
３ 洗剤ケース（再生手段）
４ 分離手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の浄化における軟水化方法および軟水化装置搭載の洗濯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業の発達や世界的な人口の増加により、水資源の安全且つ有効な利用が求められている。そのため、水の浄化は非常に有効な措置として行われている。水の浄化は原水中の雑物や汚染物を、特定の過程で処理し、水質の上昇を図ることである。用途として飲用水、家庭用水と工業用水等に使用される。その浄化方式として、殺菌、濾過、硬水の軟水化などがある。
【０００３】
水の浄化において、特に硬水地域では、水中の硬度成分の除去すなわち軟水化は非常に重要な位置を占めている。
【０００４】
従来、水浄化方式における軟水化について、イオン交換樹脂がよく使用されている。イオン交換樹脂は、処理能力と処理容積（イオン交換容量）が大きく、かつ処理範囲が広いことと使用寿命が長いという特徴を有することから、水処理工業に幅広く利用されている。
【０００５】
イオン交換樹脂は、水および一般の溶媒には溶けず、その多数が顆粒状または繊維状であり、また粉末状のものもある。イオン交換樹脂は、架橋した三次元の高分子基体に、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）や４級アンモニウム基（≡Ｎ＋）のような官能基を導入した化学構造を持つ合成樹脂である。顆粒状樹脂のサイズは、一般的に０．３〜１．２ｍｍであり、その大部分は、０．４〜０．６ｍｍの範囲にあり、比較的に高い耐圧性能、安定な化学性質を有する。
【０００６】
イオン交換樹脂は、官能基を有するため、水溶液に陽イオン（例えば、Ｈ＋またはＮａ＋）または陰イオン（例えば、ＯＨ−またはＣｌ−）を解離し、溶液中の元から存在するほかの陽イオンまたは陰イオンを吸収することができる。すなわち、イオン交換が行われる。イオン交換樹脂は、その働きによって、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂およびキレート樹脂等がある。
【０００７】
家庭で利用されている水には、通常、水道水、地下水、井戸水などがあり、洗濯機に使用される場合では、洗濯物の洗浄効果が水質の影響を大きく受ける。特にカルシウム（Ｃａ２＋）、マグネシウム（Ｍｇ２＋）などの硬水成分は界面活性剤の洗浄力を低下させる性質があり、洗浄性能に対するマイナス影響を与える。また、硬水中の大量なカルシウム、マグネシウムおよび微量な鉄やマンガン、アルミニウム等は洗剤の界面活性剤等の成分と反応し、金属石けん等が生じ、洗濯機または衣類に残され、汚れの源になりやすく、従って、カビなど微生物が増殖しやすくなる。
【０００８】
これら硬水の硬度成分による影響を抑えるために、市販の洗剤には、硬度成分を吸着させるゼオライトなどの軟水化剤が配合されている。ゼオライトは、微細孔を持つアルミナケイ酸塩であり、骨格構造中に、アルミニウム（＋３価）とケイ素（＋４価）が酸素（−２価）を互いに共有することで、骨格中に陽イオン（例えば、Ｎａ＋）が必要となり、イオン交換ができるようになっている。そのため、洗剤中のゼオライト成分は水中のカルシウム、マグネシウム等の多価の陽イオンを吸着し、軟水化効果を発揮する。
【０００９】
洗剤中のゼオライトは、イオン交換容量の限界があり、また、洗浄水中に分散されているため、軟水化効果には限度がある。これらの問題の対処方法として、硬水地域では、軟水地域に比べてより多くの洗剤を投入することによって、洗浄性能の上昇を図っている。例えば、洗剤のパッケージには硬度に応じて投入量を増やすように指示してある。しかし、洗剤の使用量が多くなることによって、排水の環境への負担が増加することが懸念される。
【００１０】
従来、水中の硬度成分を除去する軟水化装置を洗濯機に搭載して洗浄性能の上昇を図った方法がある。例えば、軟水化材として陽イオン樹脂などのイオン交換材を使用する技術がある（例えば、特許文献１、２、３参照）。イオン交換樹脂はその分子内に、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）など酸性イオン交換基を有し、静電力によって陽イオンを吸着保持する。イオン交換樹脂は溶液中の各種イオンに対して親和力（吸着力）が異なり、選択性を示す。各種イオンに対する吸着性は一般的にある一定の順序がある。
【００１１】
陽イオンに関しては、高価のイオンほど吸着しやすい。また、低価イオンの場合はその吸着が弱い。イオンの価数が同じ場合では、イオン半径が大きいほど吸着しやすく、一般的に数式１の順序がある。
【００１２】
【数１】
【００１３】
Ｎａ＋型のイオン交換樹脂に硬水を通水すると、硬水成分であるＣａ２＋、Ｍｇ２＋が、Ｎａ＋よりも選択性が強いために、イオン交換樹脂に保持されて、代わりに同量のＮａ＋が流出する。
【００１４】
陽イオン交換樹脂は、硬水が通水し、一定の硬度成分（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）が樹脂吸着し、最終的にイオン交換容量に達した場合にその軟水化作用が失われる。したがって、樹脂の再生が必要である。通常は、食塩（ＮａＣｌ）などを再生剤として高濃度のＮａ＋溶液を使用し、樹脂の中からＣａ２＋、Ｍｇ２＋と交換し樹脂の再生を行う。
【００１５】
イオン交換材として、陽イオン樹脂の代わりにキレート樹脂を使用した軟水化装置も提案されている（例えば、特許文献４参照）。金属キレート剤の一種であるＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸、分子式は、（ＨＯＯＣＣＨ２）２ＮＣＨ２ＣＨ２Ｎ（ＣＨ２ＣＯＯＨ）２）を使用することが考えられる。ＥＤＴＡは、キレート剤であり、Ａｇ＋、Ｃａ２＋などのそれぞれ１価、２価、３価、４価の金属イオンと錯体（キレート結合）を形成する。
【００１６】
硬度成分であるカルシウムイオンＣａ２＋やマグネシウムイオンＭｇ２＋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（Ｎａ＋）やカリウムイオン（Ｋ＋）に比べキレート樹脂で補足されやすい。このため硬度成分が優先的に補足される。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、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、キレート樹脂は、能力を失う。吸着された金属イオンの脱着は、通常、塩酸、硫酸などの酸が用いられる。これは、金属キレートの安定性が低ｐＨでは低く、分解される性質を利用したのである。軟水は、電解装置などでアルカリと酸とに分離され、酸が、キレート樹脂から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は排出される。従って、キレート樹脂は再生される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１１−７０２９６号公報
【特許文献２】特開平１１−３１９３８３号公報
【特許文献３】特開２００２−１１２８６号公報
【特許文献４】特開２００５−１６１１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、前記従来のイオン交換樹脂を使用する軟水化方法では、イオン交換樹脂の再生手段として、食塩を使用しているが、これは、イオン交換樹脂は一定量の硬度成分、すなわちカルシウムおよびマグネシウムイオンが吸着後、イオン交換効果がなくなるため、一定量の硬水を処理した後に再生する必要がある。食塩水を使用する場合、洗濯機に再生剤として、食塩を定期的に補給しなければならない。また、大量の食塩を洗濯機に積むことも難しいため、食塩で再生には手間と余分の費用がかかる。したがって、商品としての実用性に乏しく、市場訴求および使用者の要求に応じえることができないという課題を有していた。
【００１９】
また、従来の方法の水を電解して酸とアルカリを生成し、生じるプロトン（Ｈ＋）で、イオン交換樹脂またはキレート樹脂を再生する方法では、水を電解するためには電解装置と直流電源を別途搭載する必要があり、電解装置などを洗濯機に搭載するには、設置スペースの制限と高コストなどの問題があるので、実用に至る技術上の課題が多いものであった。
【００２０】
本発明は、金属イオンが含まれる水は、金属イオン除去手段によって、金属イオンが取り除かれ、また、金属イオン除去手段の機能が効かなくなった場合には、再生手段によって、金属イオン除去手段の金属イオン除去機能が再生され、さらに、洗浄手段によって、再生手段の装置が洗浄されるので、使用者にとって、メンテナンスフリーの水の浄化方法および軟水化装置を搭載した洗濯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、イオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段と、前記金属イオンおよび前記洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段とを備えた水の浄化方法としたものである。
【００２２】
これによって、金属イオンが含まれる水は、金属イオン除去手段により金属イオンが取り除かれ、また、金属イオン除去手段の機能が効かなくなった場合には、再生手段により金属イオン除去手段の金属イオン除去機能が再生され、さらに、洗浄手段により、再生手段の装置が洗浄されるので、使用者にとって、メンテナンスフリーの水の浄化方法を提供することができることとなる。
【００２３】
また、本発明は、給水手段とイオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段と、前記金属イオンおよび前記洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段と、洗い工程とすすぎ工程をコントロールする
制御手段とを備えた水浄化装置搭載の洗濯機としたものである。
【００２４】
これによって、水道から供給される水は、金属イオン除去手段により水中の金属イオンが除去され、その水は洗濯槽に供給され、また、金属イオン除去手段の機能が失われた場合に、再生手段によって、金属イオン除去手段の金属イオン除去機能が再生され、洗浄手段によって、再生手段の装置が洗浄されるので、使用者にとって、メンテナンスフリーの水浄化装置搭載の洗濯機を提供することができることとなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、水中のカルシウムなど高濃度イオンを効率よく除去することができ、再生手段を使用することで、洗浄用の水の軟水化に関して、洗剤以外の再生用の薬剤を使用せず再生ができるので、使用者にとって、メンテナンスフリーの水の浄化方法を提供することができる。
【００２６】
また、本発明は、再生手段を用いることで、イオン交換材の再生に、洗剤以外の特別な再生剤を使用せず再生ができ、イオン交換材を再生し循環使用を行うことにより、衣類の洗い工程に常に軟水を供給することができるので、使用者にとって、メンテナンスフリーの水浄化装置搭載の洗濯機を提供することができ、洗濯機の衣類に対する洗浄効果を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１における水の浄化方法の構成図
【図２】同水の浄化方法の他の構成図
【図３】本発明の実施の形態２における洗濯機の縦断面図
【図４】同洗濯機の軟水化工程の模式図
【図５】同洗濯機の再生工程の模式図
【図６】同洗濯機の洗浄工程の模式図
【図７】同洗濯機の洗い工程における動作を示すフローチャート
【図８】同洗濯機のすすぎ工程における動作を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２８】
第１の発明は、イオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段とを備えた水の浄化方法とすることにより、金属イオンが含まれる水（硬水）は、金属イオン除去手段により金属イオンが取り除かれることで軟水化することができ、また、金属イオン除去手段の機能が効かなくなった場合には、再生手段により金属イオン除去手段の金属イオン除去機能が再生され、さらに、洗浄手段により、再生手段の装置が洗浄されるので、硬水など高濃度の金属イオンを含む水から金属イオンを除去し、軟水など低濃度の金属イオンが含まれる水または純水など金属イオンが含まれない水を提供でき、使用者にとって、メンテナンスフリーの水の浄化方法を提供することができる。
【００２９】
第２の発明は、特に、第１の発明において、金属イオンおよび洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段をさらに備えた水の浄化方法とすることにより、金属イオンおよび洗剤の炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物は分離手段によって分離することができ、沈殿物の悪影響を排除することができる。
【００３０】
第３の発明は、給水手段とイオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により
再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段と、洗い工程とすすぎ工程をコントロールする制御手段とを備えた水浄化装置搭載の洗濯機とすることにより、金属イオンが含まれる水（硬水）は、金属イオン除去手段により金属イオンが取り除かれることで軟水化することができ、また、金属イオン除去手段の機能が失われた場合に、再生手段によって、金属イオン除去手段の金属イオン除去機能が再生され、さらに、洗浄手段によって、再生手段の装置が洗浄されるので、硬水など高濃度の金属イオンを含む水から金属イオンを除去し、軟水など低濃度の金属イオンが含まれる水または純水など金属イオンが含まれない水を洗濯水として使用することができ、洗剤の衣類に対する洗浄効果が一段と上昇し、それ故、洗濯機における衣類の洗濯に関して、低温洗浄でも温水洗浄並みの洗浄効果を創出し、洗濯機の省エネを実現でき、したがって、使用者にとって、メンテナンスフリーの水浄化装置搭載の洗濯機を提供することができる。
【００３１】
第４の発明は、特に、第３の発明において、金属イオン除去手段は、陽イオン交換性能またはキレート結合性能を有するイオン交換材を有し、水中に含まれるカルシウムイオン、マグネシウムイオンの少なくとも一部を除去し軟水化するように構成したことにより、硬水領域における硬水中に含まれるカルシウム、マグネシウムなどを除去し、洗濯機に軟水を供給することができので、洗濯機の衣類に対する洗浄効果を上昇させることができる。
【００３２】
第５の発明は、特に、第３または第４の発明において、再生手段は、洗剤を一定の水道水で溶解し、再生液として使用するように構成したことにより、硬水中のカルシウム、マグネシウムイオンの吸着により飽和されるイオン交換材のイオン交換機能を再生することができる。
【００３３】
第６の発明は、特に、第４の発明において、イオン交換材は、洗濯槽の上方または側面に設置され、イオン交換樹脂、ゼオライト、アルミナ、キレート材等の少なくとも一部からなり、水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンの少なくとも一部を吸着させる機能を有するように構成したことにより、供給される水道水中のカルシウム、マグネシウムイオンの硬度成分をキャッチし、含まれるカルシウム、マグネシウムイオン成分が低濃度の軟水を洗濯機に供給することができる。
【００３４】
第７の発明は、特に、第３〜６のいずれか１つの発明において、再生手段は、洗い工程に使用される一定の水道水で洗剤を溶解後、濾過または遠心の少なくともどちらか一つの方法を使用することにより、不溶顆粒物の少なくとも一部を除去したナトリウムイオン溶液を用いて、イオン交換材の再生を行うように構成したことにより、洗剤溶解液の中の不溶顆粒物を除去することができ、比較的に純度の高いナトリウムイオン溶液でイオン交換材を再生することができ、イオン交換の再生効果を向上させることができる。
【００３５】
第８の発明は、特に、第３〜７のいずれか１つの発明において、再生手段は、洗濯機洗剤ケースの中の洗剤を洗い工程に使用する全水量の１／２０〜１／１０の量の水道水で溶解するように構成したことにより、溶液中のナトリウムイオン濃度を洗濯機で使用される実際の濃度より遥かに高濃度に濃縮させることができ、この高濃度のナトリウムイオン溶液を用いることにより、イオン交換材を速やかに再生することができる。
【００３６】
第９の発明は、特に、第３〜８のいずれか１つの発明において、水浄化装置は、給水経路に濾過手段とイオン交換材とを備え、水道水または再生手段を前記濾過手段により濾過し、前記イオン交換材を経由し、洗濯槽に流れるように構成したことにより、金属イオン除去手段においては、水道水が濾過手段を経由し、イオン交換材に流れ、水中の大きな顆粒を取り除くことができ、洗濯機に衣類洗浄用の安定な軟水を供給することができ、また
、再生手段においても、洗剤溶解により得られる再生液は、イオン交換材に入る前に濾過され、不溶の洗剤成分を洗濯機の洗濯槽に戻すことができ、洗剤の損失を減少することができる。
【００３７】
第１０の発明は、特に、第９の発明において、濾過手段は、水道水または再生手段の洗剤液を濾過する網状のものであり、前記網状の網の孔の直径が０．０１μｍ〜１０００μｍとなるように構成したことにより、イオン交換材を再生する時、イオン交換材を収容するカラムの詰まりを防ぐことができ、イオン交換材の再生を速やかに行え、また、濾過手段を用いることで、イオン交換材の再生溶液の流量を増加させることができ、再生液の流れる時間を短縮することができ、結果的に洗濯機全体の省エネルギーを実現することができる。
【００３８】
第１１の発明は、特に、第３〜１０のいずれか１つの発明において、再生手段は、洗剤中の炭酸イオン（ＣＯ３−）と、イオン交換材の再生により置換されるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）の金属イオンを再生過程で濃縮させて反応させ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）を生成させ沈殿させるように構成したことにより、通常の洗濯機の洗濯水の場合より遥かに炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）の沈殿物が生じやすくなり、水中金属イオン成分を沈殿化させることができる。洗剤を少量の水で溶解することにより、炭酸イオン（ＣＯ３―）を濃縮させることができる。それ故、再生液中に、高濃度の炭酸イオンが存在する。また、再生により、イオン交換材に吸着されているカルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）など金属イオンはナトリウムに置換されることで、再生液に高濃度に濃縮される。これら、高濃度金属イオンは洗剤溶解により生じる高濃度の炭酸イオン（ＣＯ３―）と反応し、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）などの沈殿になる。この反応沈殿物の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）および炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）は、通常の洗濯機の洗濯水の場合より遥かに生じやすくなり、水中金属イオン成分をより効率よく沈殿化させることができる。
【００３９】
第１２の発明は、特に、第３〜１１のいずれか１つの発明において、金属イオンおよび洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段をさらに備えたことにより、金属イオンおよび洗剤の炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物は分離手段によって分離することができ、沈殿物の悪影響を排除することができる。
【００４０】
第１３の発明は、特に、第１２の発明において、分離手段は、イオン交換材を再生後、再生液中に生じる炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）などの沈殿を分離し、洗濯機の機外に排出するように構成したものであり、硬水成分を沈殿物として洗濯機の外に排出することで、洗濯機の洗浄性能を上昇させることができる。
【００４１】
第１４の発明は、特に、第１２または第１３の発明において、分離手段は、水流の過流によって沈殿成分の分離を行うように構成したものであり、硬水成分の沈殿を容易に分離することができ、それにより、安価なコストで高洗浄性能を実現できる。
【００４２】
第１５の発明は、特に、第３〜１４のいずれか１つの発明において、制御手段は、流量に依存する水が流れる時間をコントロールすることで洗い工程およびすすぎ工程を自動的に制御するように構成したものであり、洗い工程における金属イオン除去手段、再生手段、洗浄手段のコントロールおよびすすぎ工程の制御を自動的にすることができ、洗濯機の操作性を向上させるとともに、正確に工程を実行することができる。
【００４３】
第１６の発明は、特に第３〜１５のいずれか１つの発明において、洗浄手段は、イオン
交換材の上方あるいは側面に設置され、開閉弁と送水管とを設け、洗い工程時の使用水量の１／２０〜１／１０の量の水道水を洗浄液として、前記イオン交換材および洗剤ケースの順に流し込むことにより、再生手段および金属イオン除去手段を洗浄するように構成したものであり、洗剤の損失を減少させることができ、洗浄効果を上昇させることができる。
【００４４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参考しながら説明する。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。
【００４５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水の浄化方法の構成図を示すものである。
【００４６】
図１において、金属イオン除去手段１は、静電力により水中の金属イオンを取り除くものである。この金属イオン除去手段１は、イオン交換材１ａを内蔵するとともに、水中に金属イオンが含まれる硬水を導入するための金属イオン除去手段導入管１ｂと、水中の金属イオンが除去された軟水を排出するための金属イオン排出手段排出管１ｃとが設けられている。洗剤ケース（再生手段）３は、洗浄に使用する洗剤が投入され貯蓄されるものである。濾過手段７は、洗剤ケース３からの洗剤が溶解した洗剤液を濾過し、雑物を取り除くものである。洗剤ケース３と濾過手段７とは、洗剤ケース排出管３ａを介して連通している。また、濾過手段７と金属イオン除去手段１とは、濾過液連通管７ａを介して連通している。洗浄手段２は、金属イオン除去手段１の金属イオン排出手段導入管１ｂが設けられている側に設けられた洗浄水流入管２ａと、金属イオン除去手段１の金属イオン排出手段排出管１ｃが設けられている側に設けられた洗浄水流出管２ｂとから構成されている。
【００４７】
以上のように構成された水の浄化システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００４８】
金属イオンが含まれる水、例えば高濃度のカルシウム、マグネシウムなどを含む硬水において、イオン交換材１ａを内蔵した軟水化機能を有する金属イオン除去手段１によって、硬水中のカルシウム、マグネシウムなど金属イオンが取り除かれ、硬水を軟水化する。
【００４９】
このイオン交換材１ａに関しては、例えば、イオン交換樹脂を使用することができる。下記の数式２および数式３で示すように、４４ｍＬのイオン交換樹脂を使用することで、２２Ｌ硬水を２５０ｐｐｍから５０ｐｐｍまで軟水化することができる。
【００５０】
【数２】
【００５１】
【数３】
【００５２】
また、このイオン交換樹脂の軟水化機能、すなわち金属イオン除去機能が効かなくなった場合に、再生手段としての洗剤ケース３よって、イオン交換樹脂の金属イオン除去機能の再生を行うことができる。
【００５３】
すなわち、洗濯機で言えば、洗い工程に使用する水量の１／２０〜１／１０の量（１〜２Ｌ）の水道水（硬水）で洗剤を溶解し、その洗剤液が再生剤として使用される。この再生剤がイオン交換樹脂（金属イオン除去手段１）に流れ込み、イオン交換樹脂にトラップされているカルシウム、マグネシウムなどの金属イオンをナトリウムイオンで置換する。
【００５４】
洗剤中のナトリウムイオン成分は、通常炭酸ナトリウムおよびその他洗剤成分に含まれるもので、一例として、ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）公認の洗浄試験用洗剤の成分においては、ナトリウムイオン量は、重量換算で全体洗剤重量の８．５％を占める。数式１で示したように、当量あたりで計算すると、硬度２５０ｐｐｍ（ＣａＣＯ３ ｍｇ／Ｌ相当）の硬水２２Ｌを５０ｐｐｍまで軟水化するのに必要なカルシウム量は、８８ｍモル当量である。
【００５５】
上記除去必要なカルシウム量に比べて、例えば、９ｋｇの衣類をドラム式洗濯機で洗濯する場合には、１９８ｇの洗剤が使用される。それ故、洗剤中のナトリウム量は１６．９６ｇ（７３７．５ｍｅｑ）であり、目標における除去必要なカルシウム量（８８ｍｅｑ）の８．４倍もある。従って、洗剤の溶解液を再生剤として使用することができる。
【００５６】
洗剤を洗い工程に使用する水量の１／２０〜１／１０量の水道水で溶解し、その洗剤液を再生剤として使用する場合、再生液の中のナトリウムイオン（Ｎａ＋）と炭酸イオン（ＣＯ３２−）は、通常洗濯機の洗い工程の洗濯水（２２Ｌ）に洗剤を溶解する場合より、１０倍〜２０倍濃縮される。
【００５７】
すなわち、この高濃度のナトリウムイオン（Ｎａ＋）が、イオン交換樹脂（４４ｍｌで計算）にトラップされているカルシウムイオン（Ｃａ２＋）を置換する。その結果、イオン交換樹脂を通過後の再生液中のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）濃度は、通常の洗濯機の洗い工程の洗濯水（２２Ｌ）に含まれるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）より、１０倍〜２０倍濃縮された状態で存在する。
【００５８】
数式４と数式５に反応速度の関係を示す。なお、数式５の［Ｃａ２＋］と［ＣＯ３２−］はそれぞれの濃度を示す。数式４と数式５に示すように、通常の洗濯機の洗い工程の洗濯水（２２Ｌ）の状態でのカルシウムイオン（Ｃａ２＋）と炭酸イオン（ＣＯ３２−）の反応速度より、再生後の溶液に濃縮されている状態での反応速度が１００〜４００倍も速くなることが分かる。
【００５９】
【数４】
【００６０】
【数５】
【００６１】
従って、イオン交換樹脂を通った後の再生後溶液中の高濃度のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）と炭酸イオン（ＣＯ３２−）は通常の洗濯機の洗い工程の洗濯水（２２Ｌ）に含まれる状態より反応速度が速く、炭酸カルシウムの沈殿物質がより生成し易くなる。再生液に炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の沈殿が生じるため、洗濯には影響がなく、洗濯機では、そのまま洗濯用水として使用できる。
【００６２】
また、洗剤ケース（再生手段）３と金属イオン除去手段１の間に濾過手段７を設けることにより、洗剤の濃縮溶解で、飽和により再生液中に生じる大きな洗剤塊などを捕捉することができ、溶解しにくい洗剤成分を洗濯機の洗濯槽に戻すことができ、洗剤の損失を減少することができる。
【００６３】
特に、濾過手段７で使用される網の孔の直径を０．０１μｍ〜１０００μｍにすること
により、イオン交換材１ａを再生する際、イオン交換材１ａを収容する容器の詰まりを防ぐことができる。また、濾過により溶解ナトリウムだけを分けることができ、雑物減少で再生溶液中のナトリウムイオンの純度を高めることができ、イオン交換材の再生処理を速やかに行うことができる。
【００６４】
また、図２の水の浄化方法の他の構成図に示すように、金属イオン排出手段排出管１ｃの代わりに、金属イオン排出手段第２排出管１ｄを設け、分離手段４を設置してもよい。分離手段４は、略円筒形をしており、下部に流入口４ａを設け、天面中央部に流出口４ｂを設けている。流入口４ａは、略円筒形の分離手段の下部に円筒の接線方向に開口するように構成している。流入口４ａから流入した不溶物５を含む洗濯水は、矢印６のように、円筒の内壁に沿って流れながら上昇する。このとき、洗濯水中の不溶物５は、内壁に押し付けられた状態となり、不溶物５を含まない洗濯水のみが、流出口４ｂから流出する。このように渦流を起こすことで、液体と固体を分離することができる。このようにして、再生後溶液中の炭酸カルシウムなど金属イオン沈殿物質を分離し、排出することができる。従って、再生後の溶液中の金属イオンが沈殿物質として完全に取り除かれるため、沈殿物質による洗浄へのマイナス影響がなく、洗浄効果を一段と向上させることができる。
【００６５】
さらに、洗浄手段２の洗浄水流入管２ａから洗浄水（水道水）が金属イオン除去手段１内に流入され、その後、洗浄水流出管２ｂから流出されることよって、金属イオン除去手段１が洗浄される。このような循環システムにより、金属イオンが高濃度含まれる水から金属イオンを除去し、金属イオンが低濃度含まれる水または金属イオンが含まれない水を洗濯機に提供することができる。
【００６６】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における洗濯機の縦断面図を示すものである。
【００６７】
図３において、洗濯機本体１１内に水槽１２が配設され、水槽１２内に回転ドラム１３が回転自在に支持されている。洗濯機本体１１には、水道水を水槽１２内に供給するための給水経路１４と、給水経路１４からの水道水の流れを制御する第１の給水弁１５ａと、第２の給水弁１５ｂとが設けられている。
【００６８】
第１の給水弁１５ａの下流側には、分岐部１６を設けており、その分岐部１６の一方は、内部にイオン交換材１７ａ（実施の形態１の「イオン交換材１ａ」に相当）を有する金属イオン除去手段１７（実施の形態１の「金属イオン除去手段１」に相当）に金属イオン除去手段連通管１８を介して連通し、他方は、第１の給水管１９を介して水槽１２に連通している。また、第２の給水弁１５ｂの下流側には、水の流れを矢印ａ方向と矢印ｂ方向とに切り換える流路切換弁２０が設けられている。
【００６９】
流路切換弁２０の矢印ａ方向の下流側には、洗剤を収容可能な洗剤ケース（再生手段）２１が設けられ、この洗剤ケース２１と金属イオン除去手段１７とは、連通管２２により連通している。なお、連通管２２と金属イオン除去手段１７の間には、図示はしていないが、実施の形態１の濾過手段７を設けてもよい。
【００７０】
一方、流路切換弁２０の矢印ｂ方向の下流側は、第２の給水管２３を介して水槽１２に接続されている。そして、分岐部１６には、矢印ｃの流れが発生した場合は、矢印ｄ方向のみの水の流れを形成し、矢印ｅの流れが発生した場合は、矢印ｆ方向のみの水の流れを形成する流路規制弁１６ａを設けている。
【００７１】
また、水槽１２の下部には、水槽１２内の洗濯水を排水するための排水管２４が接続されており、その途中に排水を制御する排水弁２５が設けられている。
【００７２】
以上のように構成された洗濯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００７３】
図４は、軟水化工程の模式図であり、軟水化工程は下記のような動作をする。
【００７４】
軟水化工程では、第１の給水弁１５ａが閉状態、第２の給水弁１５ｂが開状態、流路切換弁２０が矢印ａ方向に流れる状態となっている。この状態において、給水経路１４より供給される水道水（硬水）は、第２の給水弁１５ｂ、流路切換弁２０を通って、洗剤ケース２１に達する。このとき、洗剤ケース２１には洗剤は収容されていない。その後、連通管２２を通って、金属イオン除去手段１７に流れ込み、金属イオン除去手段１７によって、硬水中のカルシウム、マグネシウムなど硬度成分が除去され、低濃度のカルシウムおよびマグネシウムなどの金属イオンしか含まれない軟水に変わり、金属イオン除去手段連通管１８、流路規制弁１６ａ、第１の給水管１９を経由して、水槽１２に入り、洗濯水として供給される。このときの軟水化の原理は、実施の形態１と同様である。
【００７５】
図５は、再生工程の模式図であり、金属イオン除去手段１７の軟水化の機能が失われた場合に、再生工程として下記のような動作をする。
【００７６】
再生工程では、洗剤ケース２１に洗剤２１ａが収容された状態で、第１の給水弁１５ａが閉状態、第２の給水弁１５ｂが開状態、流路切換弁２０が矢印ａ方向に流れる状態となっている。この状態において、給水経路１４より供給される水道水（硬水）は、第２の給水弁１５ｂ、流路切換弁２０を通って、洗剤ケース２１に達する。このとき、洗剤ケース２１に洗剤２１ａが収容されているので、供給される少量（１〜２Ｌ）の水道水（硬水１７）が洗剤２１ａを溶解し、再生手段として、連通管２２を通って、金属イオン除去手段１７の内部のイオン交換材１７ａに流れ込む。
【００７７】
金属イオン除去手段１７のイオン交換材１７ａは、軟水化工程において、硬水を軟水化することにより、硬水中のカルシウム、マグネシウムなど硬度成分が吸着されるので、イオン交換機能が低下し、再生する必要がある状態となっている。イオン交換材１７ａ中にトラップされているカルシウム、マグネシウムなどの金属イオンは、再生手段としての洗剤液中に含まれるナトリウムイオンにより置換される。このときの再生の原理は、実施の形態１と同様である。
【００７８】
イオン交換材１７ａを通った再生手段としての洗剤液は、溶液中のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）などが、洗剤中の炭酸イオン（ＣＯ３２−）と反応し、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の沈殿物になるため、そのまま、金属イオン除去手段連通管１８、流路規制弁１６ａ、第１の給水管１９を経由して、水槽１２に入り、洗濯水として供給される。
【００７９】
図６は、洗浄工程の模式図であり、金属イオン除去手段１７、洗剤ケース２１、給水管などの装置を洗浄する洗浄工程として下記のような動作をする。
【００８０】
洗浄工程では第１の給水弁１５ａが開状態、第２の給水弁１５ｂが閉状態となっている。この状態において、給水経路１４より供給される少量（１〜２Ｌ）の水道水（硬水）は、流路規制弁１６ａ、金属イオン除去手段連通管１８、金属イオン除去手段１７のイオン交換材１７ａ、連通管２２、洗剤ケース２１、流路切換弁２０、第２の給水管２３を通り、水槽１２に入り、洗濯水として供給される。このように、洗剤ケース２１を通すことで、再生手段としての洗剤ケース２１の洗浄を行う。このような循環洗浄を行うことで、金属イオン除去手段１７の再生に使用した洗剤の成分の損失を抑えることができる。
【００８１】
本実施の形態の洗濯機の洗い工程およびすすぎ工程における制御について、図７および
図８を用いて説明する。
【００８２】
図７は、洗い工程における動作を示すフローチャートである。
【００８３】
使用者は、洗剤ケース２１に所定量の洗剤を投入した後、洗濯機本体１１の上部に設けられた操作パネル（図示せず）の操作ボタン（図示せず）を操作して洗濯を開始させる。
【００８４】
洗い工程がスタート（ステップＳ１００）すると、第１の給水弁１５ａは閉じた状態のまま（ステップＳ１０１）で、第２の給水弁１５ｂが開き（ステップ１０２）、流路切換弁２０が水の流れを矢印ａ方向に流すように切り換わる（ステップ１０３）。
【００８５】
これにより、硬水である水道水が、洗剤ケース２１内の洗剤２１ａを溶解しながら、イオン除去手段１７のイオン交換材１７ａに流れ込み、その後、水槽１２に入る。洗剤溶解の再生溶液（１〜３Ｌ）の流れる時間、すなわち所定時間ａ（０〜３ｍｉｎ）に達していない場合は上記の動作を繰り返し続ける（ステップＳ１０４）。これによって、前回の洗濯における洗い工程の軟水化工程において、金属イオン除去手段１７のイオン交換材１７ａに吸着したカルシウム、マグネシウムなど硬度成分は、洗剤液中に含まれるナトリウムイオンにより置換されて取り除かれ、イオン交換材１７ａは再生することとなる。
【００８６】
所定時間ａが経過すると（ステップＳ１０４）、次に、第２の給水弁１５ｂが閉じ（ステップＳ１０５）、第１の給水弁１５ａが開き（ステップＳ１０６）、流路切換弁２０が水の流れを矢印ｂ方向に流すように切り換わる（ステップＳ１０７）。硬水である水道水は、洗浄液（１〜２Ｌ）として、第１の給水弁１５ａからで流路規制弁１６ａを経由して、イオン除去手段１７のイオン交換材１７ａに流れ込み、軟水化され、その後、洗剤ケース２１に残留する洗剤成分を洗い流し、第２の給水管２３を経由し、洗濯槽１２に入る。洗浄溶液として流れる硬水の流れる時間、すなわち所定時間ｂ（０〜２ｍｉｎ）に達していない場合は上記の動作を繰り返し続ける（ステップＳ１０８）。
【００８７】
所定時間ｂが経過すると（ステップＳ１０８）、第１の給水弁１５ａが閉じ（ステップＳ１０９）、第２の給水弁１５ｂが開き（ステップ１１０）、流路切換弁２０が水の流れを矢印ａ方向に流すように切り換わる（ステップ１１１）。洗い工程で使用される残りの水は、第２の給水弁１５ｂ、流路切換弁２０、洗剤ケース２１に達し、その後、連通管２２を通って、金属イオン除去手段１７に流れ込み、金属イオン除去手段１７によって、硬水中のカルシウム、マグネシウムなど硬度成分が除去され、低濃度のカルシウムおよびマグネシウムなどの金属イオンしか含まれない軟水に変わり、金属イオン除去手段連通管１８、流路規制弁１６ａ、第１の給水管１９を経由して、水槽１２に入り、洗濯水として使用される。洗濯水が所定水位ｃ（洗濯物の量に対応した所定水位）に達していない場合は上記の動作を繰り返し続ける（ステップＳ１１２）。
【００８８】
所定水位ｃに達すると（ステップＳ１１２）、第２の給水弁１５ｂを閉じ（ステップＳ１１３）、給水を終了する。その後、回転ドラム１３を回転させて洗濯物を撹拌し洗浄する洗い撹拌工程がスタートする（ステップＳ１１３）。
【００８９】
この洗い撹拌行程を所定時間行った後、回転ドラム１３の回転を終了し、排水弁２５を開けることで、水槽１２内の洗濯水の排水を行い、その後、すすぎ工程に移行する。
【００９０】
図８は、すすぎ工程における動作を示すフローチャートである。
【００９１】
上記の洗い工程に続くすすぎ工程においては、洗濯物の洗剤成分や汚れなどを除去するための工程であるので、硬水を軟水化する必要はない。したがって、すすぎ工程がスター
ト（ステップＳ２００）すると、第１の給水弁１５ａは閉じた状態のまま（ステップＳ２０１）で、第２の給水弁１５ｂが開き（ステップ２０２）、流路切換弁２０が水の流れを矢印ｂ方向に流すように切り換わる（ステップ２０３）。
【００９２】
給水経路１４より供給される水道水（硬水）は、第２の給水弁１５ｂ、流路切換弁２０、第２の給水管２３を経由して、水槽１２に入り、すすぎ水として使用される。すすぎ水が所定水位ｄ（洗濯物の量に対応した所定水位）に達していない場合は上記の動作を繰り返し続ける（ステップＳ２０４）。
【００９３】
所定水位ｄに達すると（ステップＳ２０４）、第２の給水弁１５ｂを閉じ（ステップＳ２０５）、給水を終了する。その後、回転ドラム１３を回転させて洗濯物を撹拌してすすぐすすぎ撹拌工程がスタートする（ステップＳ２０６）。
【００９４】
このすすぎ撹拌行程を所定時間行った後、回転ドラム１３の回転を終了し、排水弁２５を開けることで、水槽１２内のすすぎ水の排水を行い、その後、次の第２のすすぎ工程に移行し、同様のすすぎ行程を実行した後、脱水工程を経て、洗濯を終了する。
【００９５】
以上のように、上記方法および装置を使用することにより、水道水中の硬水成分であるカルシウムおよびマグネシウムイオンが除去され、生成された軟水が洗濯槽に入り、洗濯用の水として使用される。従って、洗剤の衣類に対する洗浄効果が一段と上昇し、それ故、洗濯機における衣類の洗濯に関して、低温洗浄でも温水洗浄並みの洗浄効果を創出し、洗濯機の省エネを実現でき、したがって、使用者にとって、メンテナンスフリーの水浄化装置搭載の洗濯機を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上のように、本発明にかかる水の浄化方法および水浄化装置搭載の洗濯機は、メンテナンスフリーの水の浄化方法および水浄化装置搭載の洗濯機を提供することが可能となるので、硬水地域における家庭用の洗濯機、食器洗浄機に限らず、産業用の大型食器洗浄機および洗濯機、機器洗浄機などにも使用することができ、産業用目的で硬水地域の水道水の浄化にも使用可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 金属イオン除去手段
１ａ イオン交換材
２ａ 洗浄水流入管（洗浄手段）
２ｂ 洗浄水流出管（洗浄手段）
３ 洗剤ケース（再生手段）
４ 分離手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段とを備えた水の浄化方法。
【請求項２】
金属イオンおよび洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段をさらに備えた請求項１記載の水の浄化方法。
【請求項３】
給水手段とイオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段と、洗い工程とすすぎ工程をコントロールする制御手段とを備えた水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項４】
金属イオン除去手段は、陽イオン交換性能またはキレート結合性能を有するイオン交換材を有し、水中に含まれるカルシウムイオン、マグネシウムイオンの少なくとも一部を除去し軟水化するように構成した請求項３記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項５】
再生手段は、洗剤を一定の水道水で溶解し、再生液として使用するように構成した請求項３または４に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項６】
イオン交換材は、洗濯槽の上方または側面に設置され、イオン交換樹脂、ゼオライト、アルミナ、キレート材等の少なくとも一部からなり、水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンの少なくとも一部を吸着させる機能を有するように構成した請求項４記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項７】
再生手段は、洗い工程に使用される一定の水道水で洗剤を溶解後、濾過または遠心の少なくともどちらか一つの方法を使用することにより、不溶顆粒物の少なくとも一部を除去したナトリウムイオン溶液を用いて、イオン交換材の再生を行うように構成した請求項３〜６のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項８】
再生手段は、洗濯機洗剤ケースの中の洗剤を洗い工程に使用する全水量の１／２０〜１／１０の量の水道水で溶解するように構成した請求項３〜７のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項９】
水浄化装置は、給水経路に濾過手段とイオン交換材とを備え、水道水または再生手段を前記濾過手段により濾過し、前記イオン交換材を経由し、洗濯槽に流れるように構成した請求項３〜８のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１０】
濾過手段は、水道水または再生手段の洗剤液を濾過する網状のものであり、前記網状の網の孔の直径が０．０１μｍ〜１０００μｍとなるように構成した請求項９記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１１】
再生手段は、洗剤中の炭酸イオン（ＣＯ３−）と、イオン交換材の再生により置換されるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）の金属イオンを再生過程で濃縮させて反応させ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）を生成させ沈殿させるように構成した請求項３〜１０のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１２】
金属イオンおよび洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段をさらに備えた請求項３〜１１のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１３】
分離手段は、イオン交換材を再生後、再生液中に生じる炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）などの沈殿を分離し、洗濯機の機外に排出するように構成した請求項１２記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１４】
分離手段は、水流の過流によって沈殿成分の分離を行うように構成した請求項１２または１３に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１５】
制御手段は、流量に依存する水が流れる時間をコントロールすることで洗い工程およびすすぎ工程を自動的に制御するように構成した請求項３〜１４のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１６】
洗浄手段は、イオン交換材の上方あるいは側面に設置され、開閉弁と送水管とを設け、洗い工程時の使用水量の１／２０〜１／１０の量の水道水を洗浄液として、前記イオン交換材および洗剤ケースの順に流し込むことにより、再生手段および金属イオン除去手段を洗浄するように構成した請求項３〜１５のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１】
イオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段とを備えた水の浄化方法。
【請求項２】
金属イオンおよび洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段をさらに備えた請求項１記載の水の浄化方法。
【請求項３】
給水手段とイオン交換により水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部を取り除くことができる金属イオン除去手段と、前記金属イオン除去手段を洗剤により再生する再生手段と、前記再生手段および前記金属イオン除去手段を洗浄するための洗浄手段と、洗い工程とすすぎ工程をコントロールする制御手段とを備えた水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項４】
金属イオン除去手段は、陽イオン交換性能またはキレート結合性能を有するイオン交換材を有し、水中に含まれるカルシウムイオン、マグネシウムイオンの少なくとも一部を除去し軟水化するように構成した請求項３記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項５】
再生手段は、洗剤を一定の水道水で溶解し、再生液として使用するように構成した請求項３または４に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項６】
イオン交換材は、洗濯槽の上方または側面に設置され、イオン交換樹脂、ゼオライト、アルミナ、キレート材等の少なくとも一部からなり、水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンの少なくとも一部を吸着させる機能を有するように構成した請求項４記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項７】
再生手段は、洗い工程に使用される一定の水道水で洗剤を溶解後、濾過または遠心の少なくともどちらか一つの方法を使用することにより、不溶顆粒物の少なくとも一部を除去したナトリウムイオン溶液を用いて、イオン交換材の再生を行うように構成した請求項３〜６のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項８】
再生手段は、洗濯機洗剤ケースの中の洗剤を洗い工程に使用する全水量の１／２０〜１／１０の量の水道水で溶解するように構成した請求項３〜７のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項９】
水浄化装置は、給水経路に濾過手段とイオン交換材とを備え、水道水または再生手段を前記濾過手段により濾過し、前記イオン交換材を経由し、洗濯槽に流れるように構成した請求項３〜８のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１０】
濾過手段は、水道水または再生手段の洗剤液を濾過する網状のものであり、前記網状の網の孔の直径が０．０１μｍ〜１０００μｍとなるように構成した請求項９記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１１】
再生手段は、洗剤中の炭酸イオン（ＣＯ３−）と、イオン交換材の再生により置換されるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）の金属イオンを再生過程で濃縮させて反応させ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）を生成させ沈殿させるように構成した請求項３〜１０のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１２】
金属イオンおよび洗剤に含まれる炭酸イオンとの反応より再生後溶液に生じる沈殿物を分離するための分離手段をさらに備えた請求項３〜１１のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１３】
分離手段は、イオン交換材を再生後、再生液中に生じる炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）などの沈殿を分離し、洗濯機の機外に排出するように構成した請求項１２記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１４】
分離手段は、水流の過流によって沈殿成分の分離を行うように構成した請求項１２または１３に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１５】
制御手段は、流量に依存する水が流れる時間をコントロールすることで洗い工程およびすすぎ工程を自動的に制御するように構成した請求項３〜１４のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【請求項１６】
洗浄手段は、イオン交換材の上方あるいは側面に設置され、開閉弁と送水管とを設け、洗い工程時の使用水量の１／２０〜１／１０の量の水道水を洗浄液として、前記イオン交換材および洗剤ケースの順に流し込むことにより、再生手段および金属イオン除去手段を洗浄するように構成した請求項３〜１５のいずれか１項に記載の水浄化装置搭載の洗濯機。
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１７２７７７（Ｐ２０１１−１７２７７７Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９７２２（Ｐ２０１０−３９７２２）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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