专利名称：在导水家用器具中电化学软化水的方法
技术领域：
本发明涉及一种在导水家用器具(wasserführendes Haushalt-gert)中、例如洗碗机或者洗衣机中电化学软化水的方法和一种执行该方法的导水家用器具。
在许多技术应用中需要含石灰(碳酸钙CaCO3)尽可能少的水。其中石灰(CaCO3)很容易作为碳酸氢钙(Ca(HCO3)2)在含碳酸的水中溶解。因此特别是在洗碗机中需要已被软化的水，为的是避免在器皿上和洗碗机的部件上一例如热交换器、加热棒或者喷淋容器表面上沉淀石灰。在洗衣机中在软水时洗涤剂的需要量大大减少。此外，也应避免在洗衣机的部件上、例如加热棒或者热交换器上石灰的沉积，以排除设备的损坏。
因此在洗碗机中借助离子交换方法使水软化。离子交换器例如是碱金属硅酸盐，它能将它的碱离子、例如钠离子与硬水的钙离子和镁离子进行交换。通过这一措施降低水的总的硬度。碳—和非碳的硬度保持不变，因为碳离子并未除掉。根据原水的硬度和水量，在一定的时间后离子交换器饱含了钙离子和镁离子。通过用碱金属溶液喷淋该系统使离子交换器再生，这很费钱，这对于导水家用器具的使用者来说与高额的费用联系在一起，这是不利的，因为再生用盐必须购买并必须保存，以及用一个专门的程序步骤通常很麻烦地将其保存在家用器具的一个分开的容器中。此外，盐溶液还必须排入废水中，这对环境是有害的。
DE 198 23 670 A1公开了一种对来自水引导管网的水进行电化学软化的方法和装置。将水连续地引入装备有隔膜并具有阳极室和阴极室的电解仪中。通过与从阳极上产生的氧气进行电化学阴极反应，在阴极室中发生水的软化。在阴极室中水不发生电解分散，氢氧根离子仅从由阳极侧所产生的氧气中产生。为此，需要一个分开的循环或者一个循环回路，这是不利的。此外，隔膜很容易被分离出来的硬盐污染，这会导致电阻和液压阻力的提高，是不利的。并且能源消耗增加，去除石灰石的能力下降。
EP 1 036 769 A1公开了一种用两个空间上有间距的电极电解处理水的装置。为了能实现阳极的任意的几何形状，将这个阳极设计成具有颗粒和锋利棱边结构的碳颗粒填料，供电线伸入到该结构中。一个隔膜作为壁限制碳颗粒填料，然而水溶液和电流是可通过的。由于松散的碳颗粒填料要求分开的容器，这是不利的，并且还需要昂贵的隔膜。
DE 198 52 956 C1公开了一种防止石灰石沉积的水处理装置。借助电解形成碳酸钙晶体，该晶体作为种晶在调节碳酸钙重量时形成沉淀的石灰本身。为了防止阴极的钙化，将这个阴极设计成一个具有径向上与刷子轴线间隔距离的鬃毛的圆形刷。借助一个刮除器从刷子形状的阳极上除去石灰晶体。
已为导水家用设备公开了用于免石灰的电化学方法。在处理单元中设置一对电极。对这对电极施加直流电压。通过直流电压在阳极上产生OH离子，该离了提高pH值。通过这一措施在CaCO3、H2O和CO2为一方与Ca2+和HCO3为另一方之间的平衡反应中使平衡位移到左侧，也就是说在阴极出现碳酸钙(CaCO3)分离。通过在很短的时间间隔中有规律地改变电极的极性，不断地冲刷电极上的石灰结晶，并且在一种连续作业中用家用水网中的流动的水冲刷显微上小的种晶体。在这种方法中主要是通过家用水网中的种晶对水进行软化。然而它的效果是很有限的。在阴极上分离的碳酸钙的量是很小的，因为它只用于产生种晶。这样只能达到最小的软化，例如低于2°dH。因此，其缺点是只能进行很小的软化。由于在软化期间是连续地流动作业，处理参数一例如水量、处理时间和温度不可能适配。电极之间的直流电压低于水的热分解电压1.23伏，这样通过水的电解不产生有害的副产品，例如亚硝酸盐、铵。
因此，本发明的任务是提供一种在导水家用器具中对水进行软化的方法和一种用于执行此方法的导水家用器具。它们能以简单和低廉的方式对水进行很强的软化。
这个任务通过按照权利要求1所述的根据本发明的方法和通过按照权利要求9所述的根据本发明的导水家用器具得以完成。通过从属权利要求说明了本发明的有利的改进方案。
在一个导水家用器具、例如一个洗碗机中用具有一个阴极和一个阳极的电化学反应器对水进行电化学的间歇式软化的根据本发明的方法具有如下步骤-将待软化的水引入到一个电化学反应器中，-在阳极和阴极之间建立电压差，为的是在处理阶段在电化学反应器中对水进行电化学软化。
-将已被软化的水从电化学反应器中引出，用作导水家用器具中的洗涤液、例如喷淋液。
在用作洗涤液之前，在备用阶段将电化学反应器中已软化的水进行中间存储是合适的。通过这一措施在使用已软化的水之前可将所述软化进行到任意时刻。
至少一个电极至少部分地具有孔隙结构是有利的，碱金属盐、例如碳酸盐易于在该孔隙结构的孔隙中生长和易于附着。这使得水能快速并有效地去除石灰石。由于孔隙结构大量的碳酸盐可以沉淀在电极上，这样，只在大的时间间隔后才需再生。
在另一实施方式中，电极至少部分地由石墨—或碳毛毡制成，它们对碱土金属盐、例如碳酸盐具有高的亲合力，以使例如碳酸盐易于沉淀到电极上。石墨和碳特别是对于碳酸盐的高的亲合力可快速和有效地去除水的石灰石。因此在二氧化碳和碱土金属盐之间存在着高的亲合性分离。因此这种高的界面亲合性能够快速并有效地除去石灰石。
在另一实施方式中，电极由碳、钛或者具有用于传导电流的氧化层的其它金属制成。在这些例如棒形或者板形的用于传导电流的导线上设置着毛毡或者孔隙结构。相应的材料可更加容易地沉淀在这些毛毡或者孔隙结构上。然而，毛毡和孔隙结构是电极的一部分。
合适的是，用在电化学反应器中水的循环速度、和/或流到电极上的水的入流速度、和/或在电化学反应器中的水的温度、和/或在电极上的电流密度、和/或在电极上所设置的电压差、和/或在电化学反应器中水的pH值等参数来控制所述软化速度。通过这些方法可简单有效地控制所述软化，其中，单个的参数通过优选的电子控制器或者电控制器确定。
优选地用一种加热装置提高电化学反应器中水的温度，和/或在电化学反应器中用一个循环泵和/或一个循环转子来控制电化学反应器中的水的循环速度和/或水的入流速度，和/或通过利用一个排气阀从封闭的电化学反应器中排出在软化时出现的二氧化碳来控制电化学反应器中水的pH值。
在另一实施方式中，在再生阶段至少一个电极去掉石灰石，其办法是变换电极的极性，和/或采用机械的办法、例如通过水的流入或者利用刷子去掉至少一个电极上的石灰石，和/或通过利用一种酸性溶液、例有带有柠檬酸的溶液冲洗电极而去除石灰石。通过这些措施可容易地、快速有效地去除电极上的石灰石。
根据本发明的导水家用器具、例如洗碗机具有一个用于电化学软化水的电化学反应器，在该电化学反应器中有作为阳极和阴极的电极，其中在电化学反应器中被软化的水用作洗涤液、特别是喷淋液。
优选地电化学反应器具有一个加热装置、一个原水进水口、一个排出阀、一个排气阀和一个循环泵。
电极具有石墨—或碳毛毡是合适的。
下面借助附图示范性地对本发明进行更详细的说明。附图示出
图1一个根据本发明的导水家用器具的一个电化学反应器的截面简图。
图1为一个电化学反应器1的横截面图，在该反应器中有待软化的水。在电化学反应器1中设置例如由钛或者碳制成的、且由碳毛毡10覆盖着的一个棒形成或者板形的阳极3和一个阴极4。因为碳毛毡10也有电极的作用，所以它是电极3、4的一部分。在碳毛毡内部的例如为板形的电极3、4主要用于传导电流。电极3、4与一个直流电压源2连接。通过原水进口5将水引入电化学反应器1中，并且在软化之后将水通过排出阀6排出，用于在软化后在洗碗机中用作喷淋液，其中，排出阀6也能用于排出电化学反应器1底板上的沉淀或者沉积物。在处理阶段中的软化期间，基本上没有水流过电化学反应器1。可通过排气阀7给电化学反应器1通风，例如排出在软化期间出现的二氧化碳。用加热装置9可提高电化学反应器1中水的温度。
在电化学反应器1中除掉水的石灰石是通过在处理阶段给电极3、4施加直流电压、通过在阴极4上阴极地分离碱土金属盐、例如碳酸盐来完成的。在阴极4上形成OH离子，这样，在阴极4周围的碱性区域中提高pH值。这导致在左侧的Ca2+、CO32-，H2O和CO2与右侧的Ca2+和HCO3-之间的平衡反应时向左侧移动平衡。这样CO32-的浓度增加。由于相对于Ca2+、2HCO3，Ca2+，CO32-的溶度积小，所以在阴极上出现碳酸钙(CaCO3)的沉淀。由于碳毛毡10对固体碳酸钙有高的亲合力，所以优选地碳酸钙特别容易沉淀，也有大量的碳酸钙沉淀在阴极上。碳毛毡由于它的粗糙的结构设计而具有特别大的表面，这样优选地特别大量的碱金属碳酸盐、例如碳酸钙容易在其上沉积。通过阴极的特殊形状可进一步提高可供使用的表面，例如采用具有多个上下重叠层的垛式结构。优选地电极的形状也可与受到洗碗机的结构限制的电化学反应器1的几何现状相适配。这例如可通过电极以及它的容积的光滑的或者卷起的结构实现。也可按照需要以及可供使用的空间在电化学反应器1中设置两个以上的电极3、4。
这样，通过原水进口引入到电化学反应器1中的一定量的水在处理阶段、也就是在给电极3、4施加直流电压时通过去除例如碳酸盐而被软化。因此，这是一种非连续的水软化方法，因为在水处理阶段期间在电化学反应器1中没有水、或者几乎没有值得一提的量的水流过。在导水家用器具中在去除石灰石方面通常有明确的规定，例如必要的水量和定时循环。在这些规定和处理参数之间—例如电极表面、给电极3、4所施加的电压、在电化学反应器1中水的温度、电极表面上的电流密度、也就是电流和电极表面之比、以及循环、特别是水流到电极3、4的入流速度、还有在电化学反应器1中水的循环速度，软化过程都可进行简单和准确的、特别是也可在事前进行控制或者调节。
为了提高软化速度，可借助一个泵8在电化学反应器1中产生一种循环，或者产生一种对电极3、4的确定的入流速度。这也可利用电化学反应器1中的一个循环转子(未示出)产生。用一个加热装置9可提高电化学反应器1中水的温度，并且因此也提高软化速度。电流的大小优选地可以与出现副产品、例如亚硝酸盐离子和铵离子无关地和所希望的软化结果相适配。这可以是一种具有恒定电压的电位稳定运行和一种具有恒定电流的安培稳定运行。由于排气阀7和排出阀6，超出2.6伏的预压是可能的，因为所形成的气体、特别是二氧化碳CO2和另外的副产品可从电化学反应器1中排出。借助释放的二氧化碳CO2，通过对碳酸盐CO32-和碳酸氢根HCO3-之间的平衡反应施加作用，可对软化速度进行附加的控制，因为CO2和水形成碳酸，它降低pH值，并因此较少碳酸钙沉淀。因此对电化学反应器1中的软化过程的控制和调节可以是很简单和准确的。
在再生阶段中对电极3、4进行软化。在一定数量的软化处理后，具有石墨毛毡10的电极3、4上的石灰石容纳能力达到饱和。在电极3、4上的石墨毛毡10达到这样一种饱和之后，所形成的碳酸钙自动地例如通过剥落而脱落。在阴极4上的石墨毛毡10的饱和时间和不同的框架参数有关，例如电极表面、冲洗和洗涤过程的次数、冲洗过程期间的洗涤消耗以及原水的硬度。因此必须对阴极4进行再生、也就是去除石灰石，以完全避免在软化过程中晶体凝结的不利的沉积物，或者降低这些不利的沉积物，并且总体得到软化速度。
例如通过变换电极3、4的极性实现电极3、4的再生。这意味着阳极地溶解碳酸盐。这导致增加电化学反应器1中水的硬度。另一方面也可从电极3、4剥落碳酸盐晶体，然后用已被提高硬度的水冲掉。为了在变换极性阶段能有效地去掉电极的石灰石，需要在电极3、4上具有最小电流密度，这个电流密度通常比在处理阶段用于软化时的电流密度高。在电极3、4再生的另一方案中可采用机械办法去掉已分离的石灰石量。这例如通过电极3、4和电化学反应器1中的水形成一定的比较大的入流来实现，或者通过设置在电化学反应器1中的专用刷，并且通过相应的运动从电极3、4的碳毛毡10上去掉石灰(未示出)。在一个补充的变型方案中也可以通过用一种酸性溶液、例如柠檬酸溶液冲洗电极3、4实现再生。此外，当然也可以用上述两个或者三个变型方案的组合来实现再生。在再生阶段所产生的硬度提高的“再生水”在必要时也可在喷淋阶段用作喷淋液，这样就不发生不必要的水消耗。
所述电化学软化可以在喷淋阶段、也就是在洗碗机中的分程序步骤之前、期间和之后进行。因此在清洗程序内为下一个分程序步骤准备水，也就是在保存阶段相应地保存水。软化速度按照原水的起始硬度并按照用于喷淋液所希望的硬度、并相应于上述参数进行控制和调节。在这种情况中也能按照需要将已软化的水与未经软化的原水进行混合。
电化学反应器1可设置在洗碗机之内的任意不同部位。由于电化学反应器1的几乎为任意的结构形状所以在此可进行最佳匹配。例如电化学反应器可以在侧壁上、例如与热交换器集成地设计，或者设置在喷淋容器的一个壁的门中，或者设置在喷淋容器的顶板的上方。此外，也可以设置在设备空间中的喷淋容器的底板的下方。
根据本发明的方法的优点在于，在已公开的离子交换器相比可取得至少等值的软化能力。在这种情况中有利地不需要使用附加物质，例如软化用盐。发生了实际的去盐(减少盐分)，这对于在器皿上的干燥的污点中所残存的盐分有积极的作用。由于不必使用再生用盐，这对于导水家用器具的使用者来说不仅节省了成本，而且明显地提高了其舒适性，因为不必保存和使用再生用盐。在导水家用器具中水的消耗降低了，因为与利用软化用盐进行再生后的离子交换器相比，使用根据本发明的电化学反应器在再生阶段之后能将更大量的水去除石灰石。无论是离子交换器还是根据本发明的电化学反应器为了进行再生都需要水。有利的是必要时在根据本发明的电化学反应器中可以再次使用已提高硬度的“再生水”，这在离子交换方法中是不可能的，因此根据本发明的家用器具所需水量比较少。
权利要求
1.在导水家用器具中、例如在洗碗机中用于电化学非连续地软化水的方法，该家用器具具有一个电化学反应器(1)，该反应器具有一个阴极(4)和一个阳极(3)，该方法具有下述步骤-将待软化的水引入到电化学反应器(1)中，-在阳极(3)和阴极(4)之间建立电压差，为的是在电化学反应器(1)中在处理阶段中将水电化学地软化，-将已软化的水从电化学反应器(1)中引出，用作导水家用器具中的洗涤液、例如喷淋液。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在作为洗涤液使用之前在保存阶段中将在电化学反应器(1)中已软化的水进行中间存储。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一个电极(3、4)至少部分地具有孔隙结构，碱土金属盐、例如碳酸盐易于在该孔隙结构的孔隙中生长并易于粘附。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，电极(3、4)至少部分地由石墨—或者碳毛毡(10)制成，它们对碱土金属盐、例如碳酸盐具有高的亲合力，以使例如碳酸盐易于沉淀到电极(3、4)上。
5.按照权利要求3或4所述的方法，其特征在于，电极(3、4)由碳、钛或者具有用于传导电流的氧化层的其它金属制成。
6.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，利用在电化学反应器(1)中的水的循环速度、和/或流到电极(3、4)上的水的入流速度、和/或在电化学反应器(1)中水的温度、和/或电极上电流密度、和/或施加在电极(3、4)上的电压差、和/或在电化学反应器(1)中水的pH值等参数来控制所述软化速度。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，可利用一个加热装置(9)提高电化学反应器(1)中的水的温度，和/或利用在电化学反应器(1)中的一个循环泵(8)和/或一个循环转子来控制在电化学反应器(1)中水的循环速度和/或水的入流速度，和/或通过利用一个排气阀(7)从封闭的电化学反应器(1)中排出在软化时形成的二氧化碳来控制在电化学反应器(1)中的水的pH值。
8.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在再生阶段至少去掉一个电极(3、4)上的石灰石，其办法是变换电极(3、4)的极性，和/或采用机械办法、例如通过水的流入或者用一个刷子去掉至少一个电极(3、4)上的石灰石，和/或通过利用一种酸性溶液、例如一种带有柠檬酸的溶液冲洗电极(3、4)而去除石灰石。
9.导水家用器具、例如洗碗机，它具有-一个用于将水进行电化学软化的电化学反应器(10)，-在电化学反应器(1)中用作阳极(3)和阴极(4)的电极(3、4)，其中，在电化学反应器中已软化的水用作洗涤液、特别是喷淋液。
10.按照权利要求9所述的导水家用器具，其特征在于，电化学反应器(10)具有一个加热装置(9)、一个原水进水口(5)、一个排水阀(6)、一个排气阀(7)和一个循环泵(8)。
11.按照权利要求9或10所述的导水家用器具，其特征在于，电极(3、4)具有石墨—碳毛毡(10)。
12.按照权利要求9和11中任一项所述的导水家用器具，其特征在于，可以执行按照权利要求1至8中任一项或者多项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种在导水的家用器具中、例如洗碗机中将水进行电化学非连续软化的方法，该家用器具具有一个电化学反应器(1)，它一个阴极(4)和一个阳极。该方法具有下述步骤将待软化的水引入到一个电化学反应器(1)中，在阳极(3)和阴极(4)之间建立电压差，为的是在电化学反应器(1)中在处理阶段将水电化学地进行软化，并且将已软化的水从电化学反应器(1)中引出，用作导水家用器具中的洗涤液、例如喷淋液。
文档编号A47L15/42GK1934034SQ200580008424
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月16日 优先权日2004年3月16日
发明者R·弗莱施曼, F·格吕尔, H·耶格, M·梅纳杜斯, K·佩因特纳, K·－H·雷姆 申请人:Bsh博施及西门子家用器具有限公司