家庭用水净化系统及应用该系统的洗衣机 一、技术领域：
本发明涉及一种家庭用水净化系统及利用该系统提高洗涤性能的洗衣机。二、背景技术：
家庭用水可分为供给家庭使用的上水和由家庭排出的下水两种，其中上水可作为食用水或洗涤水。近来，各个家庭中为方便生活而广泛使用各种净水器、洗衣机和餐具洗涤器等，这类产品在供给上水并经适当使用后排放出下水。然而，尽管提供给用户的上水已经过净化，但由于以硬度成分为主的各种有机物，因此家庭的上水仍有一定的硬度；而且，由于铁锈等因素，流过上水管后的水仍会受到污染。当家庭中以这样的上水直接作为食用水或洗涤水时，将造成一定的副作用，现以洗衣机为例加以说明。
一般情况下，洗衣机通过旋转或搅拌造成洗涤水对衣物的冲击并利用洗涤剂的乳化作用去掉附着在衣物上的污染物，而近期出现的全自动洗衣机则将洗涤、漂洗、脱水和甩干等一系列过程实现了自动化，而不必由人在其中进行干预。
如图1所示，一般的搅拌式洗衣机的主体1内，利用支架支撑有贮水槽2、贮水槽2内存放洗涤水；同时，内壁带有多个通孔3a地洗涤槽3可旋转运动，形成水流的振动器5安装在洗涤槽2的底部并与洗涤轴6相连；贮水槽2的下方安装有马达7并可选择性使洗涤槽3或振动器5转动；贮水槽2内部中央位置装有离合器8，以选择性地向洗涤槽或振动器传送旋转力；同时，在马达7的轴端和离合器8的轴端部分别设有滚轮7a、8a并环绕有皮带9。
主体1的后侧装有给水路10并用于向洗涤槽3供给洗涤水，给水管路10上配设有供水阀11；洗涤槽3的上部一侧备有洗涤剂筒13，以根据供给的洗涤水量而自动投放洗涤剂；同时，在贮水槽2的下端一侧安装有排水管路20，以便在洗涤、漂洗和贮水过程中通过洗涤槽通孔3a而排出洗涤水，排水管路20上还配设有排水阀21。为使洗涤水能在洗涤槽3内循环使用，排水管路20中还分设有以排水阀21为中心的循环管路30，循环管路30中还设有循环泵31，以便抽吸洗涤水。这样做的目的是防止洗涤水的浪费，同时解决因增加给排水时间而增加整个洗涤时间的问题。
上述结构的洗衣机在洗涤之前，必须将洗涤剂、漂白剂、纤维软化剂等投入洗涤剂筒13，并通过控制操作盘设定洗涤水的种类和洗涤时间等，按下启动按钮后即自动进行漂洗、脱水、烘干等一系列过程。
然而，经过上述给水管路10供给的洗涤水都会有一定量的硬度成分，这种硬度成分对于洗涤性能将产生一定的影响(如图2所示)，而且，洗涤结束后排放的洗涤水以及洗涤槽内循环的洗涤水中，均含有大量的从洗涤物分离出的污染物质，这些污染物质经过循环供给洗涤槽时又会使洗涤物再次污染，如不经滤除即直接排放肯定将对自然环境造成污染和破坏。
上述污染问题并不限于洗衣机，其他如餐具洗涤机、净水器等使用家庭用水的各种器具，都普遍存在这一类问题。三、发明内容：
本发明的目的之一即在于提供一种家庭用水净化系统，以消除家庭供水和排水中含有硬度成分的各种有机物和污染物。
本发明的另一目的即在于提供一种可消除洗涤水中含有硬度成分的各种有机物和污染物的洗衣机，以提高其洗涤性能。
为了实现上述目的，本发明在家庭用水的上水管路或下水管路中安装包括有电凝聚机构和磁性分离机构的净化装置，以使上水或下水中的各种有机物和污染物经过电化学反应和电磁铁吸附而从家庭用水中加以分离。在洗衣机的洗涤水供水管路、排水管路或循环管路中安装包括有上述电凝聚机构和磁性分离机构的洗涤水净化装置，以使洗涤水中各种有机物和污染物经电化学反应和电磁铁吸附而从洗涤水中分离。
采用本发明家庭用水净化系统可有效消除家庭用水中含有硬度成分的各种有机物和污染物，从而使家庭用水得以净化，并降低排水对环境的污染；采用本发明的洗衣机洗涤衣物时，可有效消除洗涤水中含有硬度成分的各种有机物和污染物，在减少洗涤剂的同时改善洗涤性能，并防止洗涤污水对环境的污染和破坏。
以下结合具体实施例对本发明家庭用水净化系统及采用该系统的洗衣机的技术特征作进一步的详细说明。四、附图说明：
图1是普通洗衣机的结构示意图。
图2是洗涤水中所含硬度成分对洗涤效果的影响示意图。
图3是采用本发明的洗衣机的实施例图。
图4a是图3中电凝聚机构的侧视图。
图4b是图4a中电凝聚机构作用的剖视图。
图5a是图3中磁性分离机构的侧视图。
图5b是图5a中磁性分离机构作用的剖视图。
图6是采用铁和铝进行电凝聚的物质磁化曲线比较图。
图7a是采用铝电凝聚方式时洗涤水净化装置的方框图。
图7b是本发明的磁性体粉末投入机构的剖视图。
图8是洗涤水净化装置的磁性分离次数与浊度的关系曲线图。
图9是洗涤水净化装置硬度去除率与洗涤性能提高率的关系曲线图。
图10是采用本发明的洗衣机的另一实施例图。
图11是采用本发明的洗衣机的又一实施例图。五、具体实施方式：
本发明家庭用水净化系统是通过第一次电凝聚和第二次磁性分离完成的。电凝聚是利用电化学反应使家庭用水的上水管或下水管中含有硬度成分的各种有机物和污染物凝聚，而磁性分离则是利用磁力使凝聚后的凝聚物吸附于上水管或下水管壁上。电凝聚机构是由产生水电解反应的电极和产生可溶性金属气化反应的电极组成的，通电时，由于可溶性金属离子的作用，水中的硬度成分被凝聚并带有一定的磁性，磁性分离机构则利用永磁铁或电磁铁而使带磁性的凝聚物紧贴在管壁上。
参考图3所示，采用本发明的洗衣机的主体1内部的洗涤槽3与驱动部7的旋转轴相连，给水管路10的根部装有洗涤剂筒13，在洗涤筒13前方的给水管路10上装有洗涤水净化装置。洗涤水净化装置用于去除洗涤水中含有硬度成分的各种有机物和污染物，它是一种通过电凝聚方式使有机物等凝聚后，又通过磁力作用使凝聚物分离的装置。为此，洗涤水净化装置由电凝聚机构50和磁性分离机构60组成。电凝聚机构50安装在上水管路10的上游，包括可溶性金属和一般金属两个电极，利用通电时产生的可溶性金属离子的作用，使含有硬度成分的各种有机物和污染物凝聚；磁性分离机构60则安装在电凝聚机构50的下游，它利用磁力作用使凝聚物附着在上水管路10的内壁上。
参考图4a所示，电凝聚机构50具有不同极性的两个电极并分别为内管51和外管53。内管51与上水管路贯通连接，以便注入洗涤水；外管53部分包覆内管51并与组成磁性分离机构的连接管路55连通，插入外管53内的内管51的开放端应与连接管路55保持一定距离，以使注入的洗涤水有充足的时间与外管53和内管51保持接触。
为了使流过内管和外管之间的洗涤水中的有机物和污染物凝聚，内管51和外管53中的一个应为阴极，而另一个为阳极；作为一个实施例，可以将内管51作为阴极，而将外管53作为阳极。为此，内管51可由能形成阴极的一般金属管材制成，或者，根据内管被插入的外壁面的情况而将可形成阴极的一般金属涂敷成一定厚度来制成阴极。同样，外管53可由能形成阳极的可溶性金属管材制成，或者，根据外管53的内壁面情况而涂敷一定厚度的能形成阳极的可溶性金属来制作。因此，内管51也可以由与给水管路相连的其他管路来形成，或者，直接由插入外管53内的部分给水管路形成。利用可溶性金属作为阳极的原因，是因为在电解反应中，金属离子被氧化而可直接从阳极中溶出，这种可溶性金属可以是铁(Fe)或铝(Al)。
上述的电凝聚机构50可由内管和外管成对构成，即内管和外管均配置两个并将其串接，这样可提高电凝聚效率。位于图4a中上部的内管51和外管53称之为第一电凝聚机构，位于下部的内管151和外管153称之为第二电凝聚机构。在这种情况下，与第二电凝聚机构的外管153相连接的管路155即作为与磁性分离机构连接的管路。
参考图4b所示，对上述电凝聚机构50供以直流电源时，其阴极将产生水的电解反应，而阳极则产生金属的氧化反应，如形成阳极的可溶性金属采用铁(Fe)时，反应式为：
阴极：
阳极：阳极表面析出的铁离子Fe++(B)在沿电流电动方向朝阴极表面移动过程中，与水中溶存的氧反应转换成三价铁离子Fe+++。
另一方面，洗涤水中所含的钙、镁离子等硬度成分(A)带电后溶于水中与相反的电离子中和，成为非结晶状态或溶存状态下的不稳定凝聚物(C)。这样，电凝聚机构通电时即可使带电的硬度成分中和并进行凝聚；而且，在阴极的水电解反应中生成的氢氧离子OH-可形成能起凝聚剂作用的Fe(OH)2和Fe(OH)3分子，这些凝聚剂分子与洗涤水中所含的各种有机物凝聚成中性的凝聚物。
经过上述过程生成的凝聚物(C)通过外管53一侧的连接管路55流入后续的磁性分离机构，这种电凝聚作用在两个电凝聚机构串接时，表现得为活跃。
参考图5a和图5b所示，上述磁性分离机构60是利用磁力对经过电凝聚机构50生成的凝聚物(C)进行分离的机构。为此，它位于上述电凝聚机构下游的给水管路10上，并利用可对流经上述给水管路10的洗涤水施加磁力的磁铁来实现的。磁性分离机构可做成各种型态，但最好要裹住上述给水管路10的外壁，其长度和大小以给水管路内壁能附着凝聚物即可，此时，磁性分离机构60可采用管形永磁铁。但为了便于消除附着在给水管路10内壁的凝聚物，最好采用电磁铁；这时，利用电磁铁供电电源的通断可以调节凝聚物的附着情况并清除附着在给水管路中的凝聚物。
如前所述，构成电凝聚机构阳极的可溶性金属可以采用铁或铝，但由于采用铝时的凝聚物的磁化程度较采用铁时为低，因此采用铝做阳极时，洗涤水净化装置的组成略有不同。
图6中对采用铁和铝作为阳极时凝聚物的磁化曲线作了比较，其中纵轴为磁磁化率，横轴表示电场强度。从图6可以看出，铁离子电凝聚物的电场强度大，磁化率也高；但铝离子电凝聚物的磁化率几乎为零、而与电场强度无关。这就是说，在本发明中采用铝作为可溶性金属时，所生成的凝聚物几乎没有被磁化，难以继续在磁性分离机构内进行分离。因此，在这种情况下就要求使用另外的磁性体。
如图7a所示，采用铝材料作为电凝聚机构阳极时，在上述电凝聚机构与磁性分离机构之间还要增设一个磁性体粉末投放机构，这种磁性体粉末是一种带有磁性的粉末，它与经过电凝聚机构生成的凝聚物或未凝聚的硬度成分以及有机物一起被凝聚并带有磁性。
如图7b所示，磁性体粉末投放机构70是由安装在给水管路10上的贮料筒71和安装在贮料筒71开放端和给水管路上并用于调节磁性体粉末投放的叶轮73组成，叶轮73则由安装在贮料筒71开放端的轴和安装在轴上的叶片组成，叶片随洗涤水水流而旋转的同时，贮料筒71内的磁性体粉末按一定量向给水管道内部投放。靠铝离子的作用而凝聚的硬度成分和有机物，与磁性体粉末一起再次被凝聚，包括磁性体粉末在内的凝聚物由于带有磁性，因此在流经磁性分离机构时，能可靠地附着在给水管路的内壁。
如图7a所示，在磁性体粉末投放机构的前方还设有一个磁性分离机构，这样做的目的是为了在投放磁性体粉末之前，先对凝聚物进行一次分离，以提高其分离效果。不言而喻，采用铁材料作为电凝聚机构阳极时，也可以采用两个磁性分离机构，并且也可以在两者间增加一个磁性体粉末投放机构。
图8是本发明洗涤水净化装置中磁性分离次数与浊度的关系曲线图，其中纵轴表示洗涤水的浊度，横向轴表示硬度成分和各种有机物的密度；圆点(·)表示电凝聚物生成的状况，正方点(■)表示一次磁性分离后的状况，三角点(▲)表示二次磁性分离后的状况。由图8可知，凝聚物经过一次和二次磁性分离后，其浊度和硬度成分以及各种有机物的密度明显降低，尤其是经过两次磁分离后，浊度和密度几乎接近于零。
在以上结构的洗衣机中，给水阀11供给的洗涤水依次经过电凝聚机构50和磁性分离机构60流入洗涤剂筒13，洗涤水中所含的硬度成分和各种有机物被凝聚并紧贴在装有磁性分离机构60和给水管路10的内壁而从洗涤水中分离。之后，去掉了硬度成分后的洗涤水将由洗涤剂筒投入的洗涤剂加以稀释并放入洗涤槽3内。在洗涤槽内的洗涤水中，由于可与洗涤剂的表面活性剂聚合的成分的减少，洗涤剂的洗涤性能可显著提高。
图9是本发明洗涤水净化装置的硬度去除率与洗涤性能提高率的关系图，其中纵轴表示洗涤性能提高率，横轴表示硬度去除率。由图9可知，洗涤10分钟时，如硬度去除57％，洗涤性能提高54.4％；如硬度去掉100％，则洗涤性能可提高83.4％。洗涤15分钟时，如硬度去掉57％，洗涤性能提高23.9％；如硬度去除100％，则洗涤性能提高56.4％。总之，硬度成分去除率越高，洗涤性能越能显著提高，这种特性在洗涤时间短时更加明显。
图10是采用本发明的洗衣机的另一实施例，其洗涤水净化装置安装在洗衣机的排水管路20上。如图10所示，在完成漂洗、脱水后，洗涤水由洗涤槽3向外排放的排水管路20上依次装有电凝聚机构5 0和磁性分离机构60。电凝聚机构50的内管与排水管路20相通并形成电凝聚机构的阴极，外管套入内管的一端并形成阳极；通电时，在阳极产生的可溶性金属离子作用下，洗涤物分离出的各种污染物被凝聚。电凝聚机构的结构以及阳极和阴极金属的选用等，与图4a所示的电凝聚机构相同。上述磁分离机构60呈管形并包裹电凝聚机构50下游的排水管路20，这种磁性分离机构最好由电磁铁形成。
从洗涤物中分离出的细菌、油污和污泥等污染物大部分都带电并溶解于水中，这些污染物与电凝聚机构50产生的相反极性的离子中和并凝聚，这些被凝聚的污染物在经过磁性分离机构60时，紧贴在排水管路20的内壁而从排出的洗涤水中分离。由于最后排放的洗涤水中已去除各种污染物，因此，可防止洗涤水排放而污染和破坏环境。
图11是采用本发明的洗衣机的又一实施例，其洗涤水净化装置设置在循环管路30上。如图11所示，洗衣机的洗涤槽3下部一侧安装有循环管路30，由洗涤槽排出的洗涤水重新供给洗涤槽，利用排水阀21开关的排水管路20连接在循环管路30上，而且，循环管路30中还装有洗涤循环泵(图中未示出)。这种洗涤水循环利用主要用在漂洗过程中，尽管漂洗水中所含的污染物是微量的，但循环时仍会污染洗涤物。因此，在循环管路30上依次装有电凝聚机构50和磁性分离机构60。电凝聚机构50的内管与循环管路30相通并形成阴极，其外管套入内管一端并形成阳极；通电时，在阳极产生的可溶性金属离子的作用下，从洗涤物中分离出的各种污染物被凝聚。电凝聚机构的构成和阳极、阴极金属材料的选用，与前述图4a的电凝聚机构相同。上述磁性分离机构60为管形并包覆于电凝聚机构下游的循环管路30外壁，这种情况下的磁性分离机构最好由电磁铁形成。上述结构的洗衣机在漂洗过程中，排水阀21呈关闭状态，从洗涤槽3排出的洗涤水在循环泵的作用下，经过电凝聚机构50和磁性分离机构60重新流入洗涤槽，这时，由于洗涤槽中所含的铁锈之类的污染物带电，它将与电凝聚机构50产生的相反极性的离子中和并凝聚，凝聚后的污染物在经过磁性分离机构60时，即紧贴在循环管路的内壁上而得以分离。由于循环洗涤水是一种去除了污染物的洗涤水，故可防止循环洗涤时再次污染洗涤物，而且可节约洗涤水。
至此，以洗衣机为重点对本发明家庭用水净化系统作了详细的说明，但构成洗涤水净化装置的电凝聚机构和磁性分离机构还可适用于餐具洗涤机和净水器等各种家用水产品中。不仅如此，上述电凝聚机构和磁性分离机构既可安装在上水管上，也可安装在下水管上，其功能可充分得以扩展。
综上所述，本发明可以得到以下的有益效果。第一，采用本发明可以清除家庭上水中所含的硬度万分及各种有机物和污染物，使家庭上水进一步得到净化；第二，采用本发明可以清除家庭下水中所含的各种污染物，从而防止污染物的排放而造成的环境污染；第三，采用本发明可去除洗涤水中所含的硬度成分和各种有机物，使洗涤剂的洗涤活性得以激发，从而提高洗涤性能并有效防止洗涤剂的浪费；第四，采用本发明可去除最后排放的洗涤水中所含的各种有机物，不仅可以防止污染物对环境的污染，而且可以节约洗涤水。