JP2010008039A - 静電霧化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】搬送部の先端での不純物の析出付着を抑制して搬送部の微少空隙の目詰まりを回避し、搬送部の長寿命化を図って使い勝手を向上させた静電霧化装置を提供する。
【解決手段】水を溜める貯水部2と、貯水部2の水を貯水部2の外部の先端側に搬送する搬送部3と、搬送部3に内在した水に電圧を印加する印加電極5と、印加電極5に高電圧を印加する電圧印加部6とを有し、貯水部2に貯留された水が搬送部3の毛細管現象によって搬送部3の先端側に搬送され、この水が当該搬送部3の先端で霧化されるようにしたものである。熱電変換素子29からなる結露水生成用の熱交換器8cと、前記熱交換器8cの下方に配設され当該熱交換器8cで生じた結露水を受ける結露水受け部12aと、当該結露水受け部12aと前記貯水部2とを連結し、結露水受け部12aで集水した結露水を貯水部2に流す流水管12bとを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、静電霧化装置に関するものである。
従来から、空気中の脱臭などを行わせる装置として、静電霧化の技術を利用する静電霧化装置が知られている。この静電霧化装置は、水を溜める貯水部と、貯水部の水を貯水部の外部に位置する先端側に搬送する搬送部と、搬送部の先端側に配置した対向電極と、搬送部に内在した水に電圧を印加する印加電極と、対向電極と印加電極との間に高電圧を発生させる電圧印加部とを備えて構成されたもので、電圧印加部によって高電圧を印加させたときに帯電してイオン化した水が搬送部の先端から電極に向けてミスト状に霧化されるといった装置である。そして、この静電霧化装置は室内空気を循環させる空調機器などに内装し、静電霧化装置で霧化されたミストを空調機器内の空気経路に放出させ、空調機器の空気の吹出口から広い室内空間に向けて放出させることがしばしば行われている。ここで、静電霧化装置の搬送部としては、たとえば特許文献1のように多孔質のセラミック材料が用いられることが多い。つまり、セラミック材料内の微少空隙による毛細管現象を利用して貯水部の水を搬送部の先端側に吸い上げることで搬送可能にしているのである。
ところで、静電霧化装置で貯水部に溜めて霧化させる水にCa、Mg等のミネラル成分の入ったものを用いると、搬送部の先端で空気中のCOと反応してCaCO、MgO等として析出付着し、搬送部を構成するセラミック材料中の微細孔を塞いで静電霧化の発生を妨げてしまうのである。つまり、静電霧化装置で貯水部に溜めて霧化させる水に水道水を用いると、水道水中の金属イオンなどの不純物が搬送部の先端に析出付着して霧化能力が低下してしまうために、搬送部の交換などの頻繁なメンテナンスが必要となり、使い勝手が低下してしまうといった問題があった。
特許第3260150号公報
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、搬送部の先端での不純物の析出付着を抑制して搬送部の微少空隙の目詰まりを回避し、搬送部の長寿命化を図って使い勝手を向上させた静電霧化装置を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために本発明の請求項1に係る静電霧化装置にあっては、水を溜める貯水部2と、貯水部2の水を貯水部2の外部の先端側に搬送する搬送部3と、搬送部3に内在した水に電圧を印加する印加電極5と、印加電極5に高電圧を印加する電圧印加部6とを有し、貯水部2に貯留された水が搬送部3の毛細管現象によって搬送部3の先端側に搬送され、この水が当該搬送部3の先端で霧化されるようにした静電霧化装置1であって、熱電変換素子29からなる結露水生成用の熱交換器8cと、前記熱交換器8cの下方に配設され当該熱交換器8cで生じた結露水を受ける結露水受け部12aと、当該結露水受け部12aと前記貯水部2とを連結し、結露水受け部12aで集水した結露水を貯水部2に流す流水管12bとを備えたことを特徴とする。これによると、熱交換器8cでは空気を冷却した際には結露水が生じるのであり、この結露水は空気中の水分が凝結したものであるから水道水よりも不純物の少ないものであり、この結露水を結露水受け部12aと流水管12bにて静電霧化装置1の貯水部2に給水させたことで搬送部3の先端で不純物の析出無く霧化させることができるのであり、つまり搬送部3が多孔質のセラミック材料で構成されてもセラミック材料の微小空隙が不純物の析出によって目詰まりすることを無くすることができ、したがって霧化能力の低下を回避して搬送部3を長寿命化でき、静電霧化装置1の使い勝手の向上を図ることができる。
また、請求項2に係る静電霧化装置にあっては、請求項1において、前記電圧印加部6は、前記搬送部3の先端に吸い上げられた水がレイリー分裂を起こしてナノメーターサイズの粒子径のミストが生じる高電圧を印加するものであることを特徴とする。
また、請求項3に係る静電霧化装置にあっては、請求項2において、前記電圧印加部6は、電界強度500V/mm以上となる電界が生じる高電圧を印加電極5に印加するものであることを特徴とする。
また、請求項4に係る静電霧化装置にあっては、請求項1乃至3のいずれか1項において、前記搬送部3は1〜250μmの毛細管15が形成されたものであることを特徴とする。
また、請求項5に係る静電霧化装置にあっては、請求項1乃至4のいずれか1項において、前記搬送部3を多孔質のセラミック材料で構成したことを特徴とする。
また、請求項6に係る静電霧化装置にあっては、請求項1乃至5のいずれか1項において、接地電極を備え、前記搬送部3の先端で霧化したミストが当該搬送部3から接地電極に向けて放出されるようにしたことを特徴とする。
本発明は、熱交換器で生じた結露水を水道水の代わりに静電霧化装置の霧化に利用したことで、静電霧化装置の搬送部の先端での不純物の析出を無くすることができ、霧化能力の低下を回避して搬送部の長寿命化、ひいては静電霧化装置の使い勝手の向上を図ることができる。
本発明の実施の形態の例の静電霧化装置の分解斜視図である。 同上の搬送部の拡大断面図である。 同上の静電霧化装置を備えた空調機器の概略ブロック図である。 同上の空調機器の室内機の一部切欠斜視図である。 本発明の実施の形態の他例の空調機器の一部切欠斜視図である。 本発明の実施の形態の更に他例の空調機器の一部切欠斜視図である。 本発明の実施の形態の更に他例の空調機器の一部切欠斜視図である。 本発明の実施の形態の更に他例の空調機器の一部切欠斜視図である。 同上の結露水生成用の熱交換器付近の側面図である。 本発明の実施の形態の更に他例の静電霧化装置の要部の斜視図である。
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。
図1〜図4に本発明の実施形態の例を示す。図1に示すように本例の静電霧化装置1は、水を溜める貯水部2と、貯水部2の水を貯水部2の外部の先端側に搬送する搬送部3と、搬送部3の先端側で搬送部3の水の搬送方向に対向するように配置した対向電極4と、搬送部3に内在した水に電圧を印加する印加電極5と、対向電極4と印加電極5との間に高電圧を発生させる電圧印加部6とを有して構成された装置であって、後述の空調機器7に内装させる空調機器内装用であり、その特徴としては、空調機器7に備えた熱交換器8で生じた結露水を給水する給水手段9を貯水部2に設けたことにある。以下、詳述する。
詳しくは、貯水部2は内部に水を貯留できるように上方開口を有する容器状に形成され、この貯水部2の上方開口を上方から塞ぐように蓋状の印加電極5が被着されている。この印加電極5は、カーボンのような導電材を混入した合成樹脂やSUS材のような金属で形成した導電性を有する部材から構成され、その外周には電圧印加部6に接続される突起部5aが形成され、印加電極5の外周からやや内側にずれた円軌位置に搬送部3を構成する棒状吸水体3aを複数本、等間隔に保持している。ここで、印加電極5に接続される電圧印加部6としては電界強度が500V/mm以上与えられるものを用いるのが好ましい。また、上記棒状吸水体3aは多孔質のセラミック材料や多孔質金属合金などで形成された鉛直方向に伸びた棒であり、その上端は針状に尖るように形成されて印加電極5の上方位置に配置され、その下端は貯水部2に内部位置に配置されて貯留した水に接触可能にされている。なお、棒状吸水体3aを構成する多孔質のセラミック材料としては図2のようにセラミック粒子の粒径14が2〜500μm、微小空隙である毛細管15が1〜250μmに形成されたものを用いるのが好ましい。また、本例の静電霧化装置1では円周の60°毎に配置した6本の棒状吸水体3aが用いられている。印加電極5及び搬送部3の上方には周面に通風孔16が開口した略円筒状のホルダー17が配置されている。このホルダー17の上方開口には複数のリブ18が一体に掛け渡され、このリブ18の上面に対向電極4が載設される。この対向電極4は、印加電極5同様に導電性を有する部材から構成され、その外周には接地用接触板(図示せず)に接続される突起部4aが形成されている。つまり対向電極4は接地用接触板を介して接地されている。更に言うと、対向電極4はリング帯板状に形成され、詳しくは、中央に開口部4bを有すると共に、この開口部4bの縁は上方から見た状態で、上記複数本の棒状吸水体3aの上端の針状部を中心とする複数の同一径の円弧Rを他の円弧rで滑らかに繋いだような形状に施されている。つまり、棒状吸水体3aの上端は対向電極4の円弧Rに対向して臨むように位置されるのである。
上記のように構成された静電霧化装置1は、貯水部2に貯留された水が搬送部3の毛細管現象によって搬送部3の先端側に搬送されるのであり、このとき、対向電極4を接地させると共に印加電極5を電圧印加部6に接続させ、たとえば印加電極5にマイマスの電圧を印加すると、水を含有した棒状吸水体3aの先端が印加電極5側の実質的な電極として機能すると共に棒状吸水体3aの先端に臨む対向電極4の円弧Rが実質的な電極として機能し、つまり搬送部3を構成する棒状吸水体3aの針状の先端と対向電極4の円弧Rとの間に高電圧が印加される。そして、この高電圧によって、棒状吸水体3aの針状の先端に貯水部2から吸い上げられた水がレイリー分裂を引き起こし、ナノメータサイズの粒子径のミストとなる霧化が為されることとなる。そして、このように静電霧化されたミスト粒子は帯電状態で棒状吸水体3aの針状の先端から上方に向けて放出されるのである。この霧化されたミストには活性種が内在することとなり、臭い成分に吸着して脱臭を施すといった利点がある。
ところで、本例の静電霧化装置1は上述のように空調機器内装用であり、たとえば図3,4のような空調機器7に内装される。ここで、本例の空調機器7は室内に冷暖房を施し得るように正逆切替運転が可能なヒートポンプ式の冷凍サイクルを用いた従来一般に使用される家庭用冷暖房機器である。詳しくは、この空調機器7は、図3のように、各々に熱交換器8a,8bを備えた室内機7aと室外機7b(図5参照)とを有し、冷媒が循環する冷媒経路19に圧縮機20、切替弁21、室内機7aの熱交換器8a、膨張弁22、室外機7bの熱交換器8bが接続されて構成されており、たとえば四方弁で構成される切替弁21は空調機器7の冷房運転と暖房運転との切替にあたり冷媒経路19中の室内機7aの熱交換器8aと室外機7bの熱交換器8bとの順番を入れかえる機能を有している。つまり、冷房運転では、圧縮機20にて圧縮された冷媒は切替弁21を介して室外機7bの熱交換器8bに送られて室外機7bの熱交換器8b内で凝縮されて外気に放熱し、室外機7bの熱交換器8bを出た冷媒は膨張弁22で減圧された後に室内機7aの熱交換器8aに送られて室内機7aの熱交換器8a内で気化されて室内空気の熱を吸熱し、室内機7aの熱交換器8aを出た冷媒は再び圧縮機20に送られるように作動するのであり、一方、暖房運転では、圧縮機20にて圧縮された冷媒は切替弁21を介して室内機7aの熱交換器8aに送られて室内機7aの熱交換器8a内で凝縮されて室内空気に放熱し、室内機7aの熱交換器8aを出た冷媒は膨張弁22で減圧された後に室外機7bの熱交換器8bに送られて室外機7bの熱交換器8b内で気化されて外気の熱を吸熱し、室外機7bの熱交換器8bを出た冷媒は再び圧縮機20に送られるように作動するのである。なお、図4のように室内機7aは、上方に開口して室内空気を取り込む吸入口23と、前方に開口せる吹出口24と、吹出口24と吸入口23とを連通する空気経路25とを有し、室内空気と熱交換を行わせる上記室内機7aの熱交換器8aや空気経路25に吸入口23から吹出口24に至る空気流れをつくる送風ファン26が空気経路25内に配設されている。そして、この室内機7aには、空気経路25に霧化されたミストを放出すべく静電霧化装置1が内装されているのである。これによると、霧化されて帯電状態にあるミストを空調機器7の吹出口24からの送風に乗せて室内の広い範囲に散布することができるのであり、この霧化されて帯電状態にあるミストは壁面などにも付着し易く、空気中の臭い成分は勿論、壁面に強固に付着している臭い成分に対する脱臭作用をも有効に施し得ることが可能にされている。
ここで、本例の静電霧化装置1にあっては、上述したように空調機器7に備えた熱交換器8で生じた結露水を給水する給水手段9を貯水部2に設けたことに特徴を有している。本例では、この給水手段9として、室内機7aの熱交換器8aで生じた結露水を給水する第1の給水手段10が用いられている。この第1の給水手段10は、室内機7aの熱交換器8aの下方位置に配設した室内用結露水受け部10aと、室内用結露水受け部10aと貯水部2とを連結する室内用流水管10bとで構成される。室内用結露水受け部10aによると室内機7aの熱交換器8aで生じた結露水を受けることができ、室内用流水管10bによると室内用結露水受け部10aで集水した結露水を貯水部2に流すことができるようにされている。
上記静電霧化装置1を備えた空調機器7では、冷房運転時には室内機7aの熱交換器8aの表面で室内空気が冷やされて結露が生じるのであってこの結露水は第1の給水手段10を介して貯水部2に給水されるのである。このように、空調機器7の熱交換器8で生じた結露水を静電霧化装置1の貯水部2に供給し、この結露水を静電霧化装置1にて霧化させるようにしてあるが、これによると、結露水は空気中の水分が凝結したものであって水道水よりも不純物の少ないものであることから、従来問題とされた搬送部3の先端での不純物の析出を略無くすることができるのである。したがって、多孔質のセラミック材料で構成された搬送部3であっても、上記セラミック材料の微小空隙が不純物の析出によって目詰まりすることが無くなり、霧化能力の低下を回避して搬送部3の長寿命化が図られているのであって、メンテナンスの頻度を低減できて静電霧化装置1の使い勝手の向上が図られているのである。
また、貯水部2には貯水部2に貯留した水が基準水量以上に溜まらないように排水する排水経路28が設けられている。本例ではこの排水経路28は室内外を隔てる界壁27(図5参照)を貫いて室外に至るように配設されている。これによると、大量の結露水が貯水部2に供給された場合にも、この排水経路28によって、余剰の結露水を貯水部2から排水させることができ、貯水部2から結露水が溢れ出てしまうことも回避されている。なお、本例では、冷暖房可能な空調機器について説明したが、たとえば冷房専用の空調機器7であってもよく、これによると空調機器7の運転時に常時第1の給水手段10にて結露水を貯水部2に給水することができるのである。
以下、本発明の実施の形態の諸例を説明する。これら例で、先の実施の形態の例と同様部分には同符合を付して説明を省き、異なる部位につき説明する。
図5には本発明の実施の形態の他例を示す。この例では、給水手段9として、室外機7bの熱交換器8bで生じた結露水を給水する第2の給水手段11が用いられている。この第2の給水手段11は、室外機7bの熱交換器8bの下方位置に配設した室外用結露水受け部11aと、室外用結露水受け部11aと貯水部2とを連結する室外用流水管11bとで構成される。冷暖房可能な空調機器7における暖房運転時には、室外機7bの熱交換器8bの表面で外気が冷やされて結露が生じるのであるが、この室外用結露水受け部11aによると室外機7bの熱交換器8bで生じた結露水を受けることができ、室外用流水管11bによると室外用結露水受け部11aで集水した結露水を貯水部2に流すことができるようにされている。図示はしないが、室外用流水管11bは冷媒経路19を構成する冷媒管と共に界壁27を貫いて配設されている。このように、静電霧化装置1の貯水部2に第2の給水手段11を設けたことで、空調機器7の暖房運転時に外気を冷却する室外機7bの熱交換器8bに生じた結露水を静電霧化装置1の貯水部2に給水できるのである。
図6には本発明の実施の形態の更に他例を示す。この例では、冷暖房可能な空調機器7に上記各例の第1の給水手段10及び第2の給水手段11を備えたものである。これによると、空調機器7の冷房運転時及び暖房運転時のいずれの場合にも、貯水部2に各熱交換器8からの結露水を供給できるのである。なお、図示はしないが、結露水の貯水部2への効率よい流入を期して、室内用流水管10bや室外用流水管11bにポンプを配設してもよく、また更なる効率を期して、室内用流水管10bのポンプは空調機器7の冷房運転時に稼動させ、室外用流水管11bのポンプは空調機器7の暖房運転時に稼動させるといったように、空調機器7の運転状況に各ポンプを適宜連動させる制御運転を行わせてもよい。
図7には本発明の実施の形態の更に他例を示す。この例では、静電霧化装置1の貯水部2に使用者が給水することを可能にする給水口13を設けてある。これによると、使用者が外部から給水口13を通して貯水部2に適宜給水させることができ、貯水部2の貯水不足を回避できるといった利点がある。
また、貯水部2の貯水不足を有効に回避できる例として、図8,9に本発明の実施の形態の更に他例を示す。この例では、静電霧化装置1を備えた空調機器7に結露水生成用の熱交換器8cを別個に設け、この結露水生成用の熱交換器8cで生じた結露水を給水する第3の給水手段12を給水手段9として静電霧化装置1の貯水部2に設けた例である。詳しくは、この空調機器7は冷暖房可能な空調機器であって、静電霧化装置1の貯水部2には第1の給水手段10が設けられて冷房運転時には結露水が貯水部2に給水可能にされているが、構成の簡単化が図られて貯水部2には第2の給水手段11は設けられていない。したがって冷房運転以外の運転時(たとえば暖房運転時)には貯水部2が貯水不足に陥り易くなっており、この貯水部2の貯水不足に有効に対処すべく、上記のように室内機7aには結露水生成用の熱交換器8cが設けられ、室内機7aに内装した静電霧化装置1の貯水部2には第3の給水手段12が設けられている。
ここで、結露水生成用の熱交換器8cは、たとえば図9のように、ペルチェ素子などで構成した板状の熱電変換素子29に電源部30を接続し、電源部30から熱電変換素子29に電流を流した際に熱電変換素子29に生じる吸熱面を下方に向けると共に放熱面を上方に向けるように熱電変換素子29を配置し、熱電変換素子29の吸熱面から吸熱フィン31を下方に突設し、熱電変換素子29の放熱面から放熱フィン32を上方に突設し、放熱フィン32を空冷する空冷ファン33を設けると共にこの空冷ファン33に上記電源部30を接続して構成したものが挙げられる。この結露水生成用の熱交換器8cでは、電源部30にて熱電変換素子29に電流を流すと共に空冷ファン33を駆動させることで、吸熱フィン31で空気から吸熱させ、空冷ファン33の空冷作用を受けて放熱フィン32で効率よく空気に放熱させるといった熱サイクルを形成することができるのであり、このとき空気から熱を奪う(つまり空気を冷却する)吸熱フィン31では結露が生じるようになっている。また、第3の給水手段12は、結露水生成用の熱交換器8cの下方位置に配設した結露水生成用結露水受け部12aと、この結露水生成用結露水受け部12aと貯水部2とを連結する結露水生成用流水管12bとで構成される。つまり、この結露水生成用結露水受け部12aによると結露水生成用の熱交換器8cにおける吸熱フィン31で生じた結露水を受けることができ、結露水生成用流水管12bによると結露水生成用結露水受け部12aで集水した結露水を貯水部2に流すことができるようにされている。
これによると、空調機器7の運転状態にかかわらず、結露水生成用の熱交換器8cを作動させることで、第3の給水手段12を介して貯水部2に結露水を安定供給させることができ、貯水部2の貯水不足を解消することができる。このように結露水生成用の熱交換器8cから結露水を貯水部2に安定供給できることから、貯水部2では貯水不足を無くすることができて煩雑な使用者による補給作業を回避できると共に、使用者が水道水を貯水部2に補給してしまうことも無くすることができて静電霧化装置1で用いる水を完全に結露水だけで賄うようにでき、結果、静電霧化装置1の長寿命化の促進を図ることができるのである。ここで、本例では給水手段9として第2の給水手段11を備えない場合の例を示したが、無論、給水手段9として第2の給水手段11を備えたものに第3の給水手段12を更に付設してもよく、これによると、冬季の乾燥外気からは結露水を得にくいことから結露水が不足しがちな貯水部2に第3の給水手段12にて結露水を適宜補給することができるのである。
なお、上記の例のように結露水生成用の熱交換器8cを室内機7aに設けた場合には、結露水生成用の熱交換器8cを第1の給水手段10の室内用結露水受け部10aの上方位置に配置することも好ましい。これによると、第3の給水手段12の構成部材を第1の給水手段10の構成部材で兼用でき、構成の簡単化を図ることができるのである。無論、結露水生成用の熱交換器8cを室外機7bに設けた場合にも、結露水生成用の熱交換器8cを第2の給水手段11の室外用結露水受け部11aの上方位置に配置させ、第3の給水手段12の構成部材を第2の給水手段11の構成部材で兼用させることで、構成の簡単化を図ることもできる。
また、上記各例において用いた静電霧化装置1に図10のように空気をイオン化させるイオン化針34を備えても好ましい。詳しくは、イオン化針34は印加電極5の上面中央に上方に向けて一体に突設されている。これによると、電圧印加部6にて印加電極5に高電圧を印加させたとき、イオン化針34の先端でコロナ放電が生じ、周囲空気をイオン化できるようにされている。たとえば先例のように電圧印加部6にて印加電極5にマイナスの高電圧を印加すればイオン化針34の先端でマイナスイオンが生成されるのである。このように、静電霧化装置1の印加電極5にイオン化針34を突設させることで、静電霧化装置1に水の霧化機能に加えて空気のイオン発生機能を付加することができるのである。つまり、静電霧化装置1にイオン化針34を備えれば、空調機器7に静電霧化装置1の他にイオン発生装置を別個に設けるといった空調機器7の構造の複雑化を回避しつつ、静電霧化装置1を備えた空調機器7にイオン発生機能を容易に付加することができるのである。
1 静電霧化装置
2 貯水部
3 搬送部
3a 棒状吸水体
4 対向電極
5 印加電極
6 電圧印加部
7 空調機器
7a 室内機
7b 室外機
8 熱交換器
8a 室内機の熱交換器
8b 室外機の熱交換器
8c 結露水生成用の熱交換器
9 給水手段
10 第1の給水手段
11 第2の給水手段
12 第3の給水手段
13 給水口

Claims (6)

  1. 水を溜める貯水部と、貯水部の水を貯水部の外部の先端側に搬送する搬送部と、搬送部に内在した水に電圧を印加する印加電極と、印加電極に高電圧を印加する電圧印加部とを有し、貯水部に貯留された水が搬送部の毛細管現象によって搬送部の先端側に搬送され、この水が当該搬送部の先端で霧化されるようにした静電霧化装置であって、熱電変換素子からなる結露水生成用の熱交換器と、前記熱交換器の下方に配設され当該熱交換器で生じた結露水を受ける結露水受け部と、当該結露水受け部と前記貯水部とを連結し、結露水受け部で集水した結露水を貯水部に流す流水管とを備えたことを特徴とする静電霧化装置。
  2. 前記電圧印加部は、搬送部の先端に吸い上げられた水がレイリー分裂を起こしてナノメーターサイズの粒子径のミストが生じる高電圧を印加するものであることを特徴とする請求項1に記載の静電霧化装置。
  3. 前記電圧印加部は、電界強度500V/mm以上となる電界が生じる高電圧を印加電極に印加するものであることを特徴とする請求項2に記載の静電霧化装置。
  4. 前記搬送部は1〜250μmの毛細管が形成されたものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の静電霧化装置。
  5. 前記搬送部を多孔質のセラミック材料で構成したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の静電霧化装置。
  6. 接地電極を備え、前記搬送部の先端で霧化したミストが当該搬送部から接地電極に向けて放出されるようにしたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の静電霧化装置。
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