WO2018225560A1 - 電解水生成装置 - Google Patents

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water
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大治 雨森
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株式会社日本トリム
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    • Y02P60/12Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping

Definitions

  • the present invention relates to an electrolyzed water generating apparatus that generates electrolyzed hydrogen water by electrolyzing water.
  • Electrolytic hydrogen water has attracted attention as being suitable for removing active oxygen.
  • the electrolyzed water generated in the electrolysis chamber on the anode side is discharged through the drainage channel, leaving room for improvement in terms of effective use of water.
  • the present invention has been devised in view of the actual situation as described above, and has as its main purpose to provide an electrolyzed water generating device that can use electrolyzed water for rice cultivation or hydroponics at low cost.
  • the electrolyzed water generating apparatus of the present invention includes an anode power supply and a cathode power supply having different polarities, an electrolysis unit that electrolyzes water, generates light by receiving light, and the anode power supply and the cathode power supply A photovoltaic device for supplying current, wherein the electrolysis unit further includes a solid polymer film disposed between the anode feeder and the cathode feeder, and is used in water used for plant cultivation.
  • the anode electrolyzed water generated by the anode feeder and the cathode electrolyzed water generated by the cathode feeder are discharged into the water.
  • the electrolysis unit includes a surrounding member surrounding a peripheral region of the anode power feeding body and the cathode power feeding body, and the surrounding member passes the water inside and outside the surrounding member. It is desirable to be formed.
  • the electrolyzed water generating device further includes buoyancy generating means for imparting buoyancy to the electrolysis unit.
  • the electrolyzed water generating apparatus of the present invention includes an electrolysis unit having different anode power supply and cathode power supply.
  • the electrolysis unit is put into water used for plant cultivation, and anodic electrolyzed water and cathodic electrolyzed water are generated by electrolysis and discharged into the water. Therefore, it is possible to use electrolyzed water for rice cultivation or hydroponics without providing a hose or pump. Further, the anodic electrolyzed water released into the water is useful for the growth of plants together with the cathodic electrolyzed water, so that the water can be effectively used.
  • the electric power necessary for the electrolysis in the electrolysis unit is generated by the photovoltaic power generation apparatus, it is not necessary to supply electric power to the electrolyzed water generation apparatus from the external power supply apparatus. Thereby, the operating cost of an electrolyzed water generating apparatus can be reduced easily, and the power cable which connects an external power supply device and an electrolyzed water generating apparatus becomes unnecessary. Further, since the solid polymer film is disposed between the anode power supply and the cathode power supply, electrolysis is performed at a low voltage, power efficiency is improved, scale is attached to the cathode power supply, and the anode Generation of hypochlorous acid at the periphery of the power feeding body can be suppressed.
  • FIG. 1 It is a figure which shows schematic structure of the electrolyzed water generating apparatus of this invention. It is a block diagram which shows the electrical structure of the electrolyzed water generating apparatus of FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an electrolyzed water generating apparatus 1 of the present embodiment.
  • FIG. 2 shows the electrical configuration of the electrolyzed water generator 1.
  • the electrolyzed water generating apparatus 1 is an apparatus that supplies electrolyzed water generated in an aquatic environment where organisms are nurtured and promotes the growth thereof.
  • Biological growth includes plant cultivation and animal breeding.
  • the electrolyzed water generating apparatus 1 includes an electrolysis unit 2 that electrolyzes water W, a power supply unit 3 that supplies power for electrolysis to the electrolysis unit 2, and a control unit that controls the power supply unit 3 and the like. 4 is provided.
  • the electrolysis unit 2 includes a first power feeding body 21 and a second power feeding body 22 having different polarities.
  • the polarities of the first power supply body 21 and the second power supply body 22 are controlled by the control unit 4.
  • the control unit 4 causes one of the first power feeding body 21 and the second power feeding body 22 to function as an anode power feeding body and the other to function as a cathode power feeding body.
  • Electrolysis unit 2 is thrown into the water where hydroponics and the like are performed.
  • the surfaces and the periphery of the first power supply body 21 and the second power supply body 22 are filled with water, and when current is applied to the first power supply body 21 and the second power supply body 22 in this state, the inside of the electrolysis unit 2 The water is electrolyzed.
  • anodic electrolyzed water is generated by the anodic feeder and cathodic electrolyzed water is generated by the cathodic feeder. These electrolyzed water is discharged into the water outside the electrolysis unit 2. Therefore, it is possible to use electrolyzed water for rice cultivation or hydroponics without providing a hose or pump.
  • anodic electrolyzed water oxygen gas generated by electrolysis is dissolved in anodic electrolyzed water, and hydrogen gas generated by electrolysis is dissolved in cathodic electrolyzed water.
  • cathodic electrolyzed water are both useful for the growth of organisms. Therefore, by releasing the anodic electrolyzed water and the cathodic electrolyzed water into the water, an underwater environment suitable for the growth of living organisms can be easily obtained while effectively utilizing the water.
  • the electrolysis unit 2 includes a surrounding member 23 that surrounds a peripheral region (electrolysis region) of the first power supply body 21 and the second power supply body 22.
  • the enclosing member 23 suppresses underwater organisms from entering the electrolysis region.
  • the enclosing member 23 is formed so that water can be passed between the inside and outside of the enclosing member 23.
  • a surrounding member 23 can be configured by, for example, a net-like or fence-like member.
  • the surrounding member 23 may be configured by a box-shaped member in which a through hole is formed.
  • the electrolysis unit 2 of the present embodiment includes a diaphragm 24 disposed between the first power feeder 21 and the second power feeder 22.
  • the diaphragm 24 isolates the area in the electrolysis unit 2 into an anode area and a cathode area.
  • a solid polymer film made of a fluororesin having a sulfonic acid group can be applied.
  • electrolysis is performed at a low voltage, and power efficiency is improved.
  • the adhesion of the scale to the cathode power supply and the generation of hypochlorous acid in the periphery of the anode power supply can be suppressed.
  • the power supply unit 3 includes a photovoltaic device 31.
  • the photovoltaic device 31 has an element that receives the irradiated light and generates power, that is, converts light energy into electrical energy.
  • a so-called solar panel is applied as the photovoltaic device 31. Therefore, since the electric power required for the electrolysis in the electrolysis unit 2 is generated by the photovoltaic power generation device 31, it is not necessary to supply power to the electrolyzed water generating device 1 from an external power supply device such as a generator or a commercial power source. Thereby, the operating cost of the electrolyzed water generating apparatus 1 can be reduced easily, and a power cable for connecting the external power supply apparatus and the electrolyzed water generating apparatus 1 is not required.
  • the light irradiated to the photovoltaic power generation device 31 includes artificial light irradiated from a lighting device such as a fluorescent lamp or a light emitting diode in addition to natural light irradiated from the sun S or the like.
  • a lighting device such as a fluorescent lamp or a light emitting diode
  • plant photosynthesis and electrolyzed water generation are simultaneously performed, and plant growth is promoted.
  • the power supply unit 3 may be provided with a storage battery (not shown). In the storage battery, surplus power generated by the photovoltaic power generation device 31 is appropriately stored, and after sunset or after the light is extinguished, the power stored in the storage battery is supplied to the electrolysis unit 2.
  • the electrolysis unit 2 and the power supply unit 3 are joined by a frame 5.
  • a power supply unit 3 is disposed above the electrolysis unit 2. Thereby, the light reception efficiency of the photovoltaic device 31 is increased.
  • the control unit 4 is attached to the frame 5. In the present embodiment, the control unit 4 is disposed on the back surface of the photovoltaic device 31.
  • the control unit 4 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that executes various arithmetic processes, information processing, and the like, a program that controls the operation of the CPU, and a memory that stores various information.
  • Various functions of the control unit 4 are realized by a CPU, a memory, and a program.
  • the control unit 4 periodically switches the polarities of the first power feeder 21 and the second power feeder 22. Thereby, adhesion of the scale to the surface of a cathode electric power feeding body is suppressed.
  • the frame 5 can be fixed to a side wall or the like of a paddy field or a water tank (hereinafter referred to as a paddy field) where the electrolyzed water generating apparatus 1 is disposed. Thereby, the position and attitude
  • the electrolyzed water generating apparatus 1 may be configured not to be fixed to a paddy field or the like but to float the paddy field or the like by an external force such as wind. In this case, it is desirable to further include buoyancy generating means 6 for imparting buoyancy to the electrolysis unit 2.
  • the buoyancy generating means 6 can be formed of, for example, a material having a specific gravity smaller than that of water such as foamed resin.
  • the buoyancy generating means 6 is fixed to the frame 5 between the electrolysis unit 2 and the power supply unit 3, for example.
  • the depth position of the electrolysis unit 2 from the water surface can be easily adjusted by adjusting the buoyancy generated by the buoyancy generating means 6. This makes it possible to generate electrolyzed water at a depth suitable for the growth of living organisms.
  • the buoyancy generated by the buoyancy generating means 6 suppresses the electrolysis unit 2 from being fixed to the bottom of a paddy field or the like, and the electrolyzed water generating device 1 is likely to float in a water tank or the like. Thereby, it becomes easy to distribute electrolyzed water uniformly inside a paddy field etc., and the growth state of a plant etc. can be made uniform.
  • the electrolyzed water generating device 1 can be operated without receiving power supply from the external power supply device, a power cable that connects the external power supply device and the electrolyzed water generating device 1 is not necessary. The movement of the electrolyzed water generator 1 is not hindered.
  • the electrolyzed water generating apparatus 1 may be separately provided with a propulsion device that receives the power supplied from the power supply unit 3 and drives the electrolyzed water generating apparatus 1. In this case, the electrolyzed water is stirred and can be distributed more uniformly.
  • the first power feeder 21, the second power feeder 22, and the diaphragm 24 are arranged perpendicular to the water surface.
  • hydrogen gas or oxygen gas generated by electrolysis moves upward due to buoyancy and is less likely to accumulate on the surface of the diaphragm 24, thereby preventing electrolysis from being hindered.
  • mud or the like hardly accumulates on the surfaces of the first power supply body 21, the second power supply body 22, and the diaphragm 24, and the maintenance of the electrolysis unit 2 becomes easy.
  • the 1st electric power feeder 21, the 2nd electric power feeder 22, and the diaphragm 24 may be distribute
  • Such an electrolytic unit 2 has a small height and can be easily disposed in a shallow water tank or the like.
  • the 1st electric power feeder 21, the 2nd electric power feeder 22, and the diaphragm 24 may be distribute
  • Such an electrolysis unit 2 makes it difficult for hydrogen gas, oxygen gas, mud, or the like generated by electrolysis to accumulate on the surface of the diaphragm 24, and can be easily disposed in a shallow water tank or the like.
  • the electrolyzed water generating apparatus 1 includes at least an anode power supply and a cathode power supply having different polarities, and generates an electrolysis unit 2 that electrolyzes water and receives light to generate an anode power supply and a cathode power supply.
  • the electrolysis unit 2 further includes a solid polymer film disposed between the anode feeder and the cathode feeder, and is used in water used for plant cultivation. The anode electrolyzed water generated by the anode power supply and the cathode electrolyzed water generated by the cathode power supply may be discharged to the water.
  • Electrolyzed water generating apparatus 2 Electrolytic unit 6: Buoyancy generating means 21: 1st electric power feeder 22: 2nd electric power feeder 24: Diaphragm (solid polymer film) 31: Photovoltaic generator

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Abstract

電解水生成装置1は、極性が互いに異なる陽極給電体及び陰極給電体を有し、水を電気分解する電解ユニット2と、光を受けて発電し、陽極給電体及び陰極給電体に電流を供給する光発電装置31と、を備え、電解ユニット2は、陽極給電体と陰極給電体との間に配された固体高分子膜をさらに有し、植物の栽培に用いられる水中に投入され、陽極給電体によって生成された陽極電解水と、陰極給電体によって生成された電解水とを水中に放出する。陽極給電体と陰極給電体との間には、固体高分子膜が配されている。

Description

電解水生成装置
 本発明は、水を電気分解することにより電解水素水を生成する電解水生成装置に関する。
 水を電気分解して水素分子が溶け込んだ還元性の電解水素水を生成できる電解水生成装置が知られている。電解水素水は、活性酸素の除去に適しているとして注目されている。
 一方、農業分野においても、電解水素水の利用が鋭意研究されており、各種の提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。
 ところが、稲作に電解水を用いる場合、電解水生成装置から水田までホース等を敷設すると共に、ポンプ等を用いて電解水素水を圧送する必要があり、設備が大掛かりになると共に、電気代等の運営費が嵩むという問題がある。また、近年では、水槽等の水中で植物を栽培する水耕栽培も広く実施されており、かかる水耕栽培にあっても、上記と同様の問題がある。
 さらにまた、陽極側の電解室で生成された電解水は、排水路を介して排出されており、水の有効利用という点でも改良の余地が残されていた。
特開2017-042692号公報
 本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、電解水を低コストで稲作や水耕栽培に用いることができる電解水生成装置を提供することを主たる目的としている。
 本発明の電解水生成装置は、極性が互いに異なる陽極給電体及び陰極給電体を有し、水を電気分解する電解ユニットと、光を受けて発電し、前記陽極給電体及び前記陰極給電体に電流を供給する光発電装置と、を備え、前記電解ユニットは、前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配された固体高分子膜をさらに有し、植物の栽培に用いられる水中に投入され、前記陽極給電体によって生成された陽極電解水と、前記陰極給電体によって生成された陰極電解水とを前記水中に放出する、ことを特徴とする。
 本発明に係る前記電解水生成装置において、前記電解ユニットは、前記陽極給電体及び前記陰極給電体の周辺領域を取り囲む囲み部材を含み、前記囲み部材は、該囲み部材の内外で前記水の行き来が可能に形成されていることが望ましい。
 本発明に係る前記電解水生成装置において、前記電解ユニットに浮力を付与する浮力発生手段をさらに備えることが望ましい。
 本発明の電解水生成装置では、互いに異なる陽極給電体及び陰極給電体を有する電解ユニットを備える。電解ユニットは植物の栽培に用いられる水中に投入され、電気分解によって陽極電解水及び陰極電解水がそれぞれ生成され、水中に放出される。従って、ホースやポンプを設けることなく、電解水を低コストで稲作や水耕栽培に用いることが可能となる。また、水中に放出された陽極電解水は、陰極電解水と共に植物の成育に有用とされ、水の有効利用が図られる。
 また、電解ユニットでの電気分解に必要な電力は、光発電装置によって発生されるので、電解水生成装置に外部電源装置から電力を供給する必要がなくなる。これにより、電解水生成装置の運営費を容易に低減でき、また、外部電源装置と電解水生成装置とを接続する電源ケーブルが不要となる。さらに、陽極給電体と陰極給電体との間に固体高分子膜が配されているので、低電圧で電気分解が実行され、電力効率が向上すると共に、陰極給電体へのスケールの付着及び陽極給電体の周辺部での次亜塩素酸の発生が抑制されうる。
本発明の電解水生成装置の概略構成を示す図である。 図1の電解水生成装置の電気的構成を示すブロック図である。
 以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
 図1は、本実施形態の電解水生成装置1の概略構成を示している。図2は、電解水生成装置1の電気的構成を示している。
 電解水生成装置1は、生物の育成する水中環境に生成した電解水を供給し、その育成を促進させる装置である。生物の育成には、植物の栽培や動物の飼育が含まれる。
 本実施形態の電解水生成装置1は、水Wを電気分解する電解ユニット2と、電解ユニット2に電気分解のための電力を供給する電源部3と、電源部3等の制御を司る制御部4を備える。
 電解ユニット2は、極性が互いに異なる第1給電体21及び第2給電体22を有している。第1給電体21及び第2給電体22の極性は、制御部4によって制御される。制御部4は、第1給電体21及び第2給電体22のうち、一方を陽極給電体として、他方を陰極給電体として機能させる。
 電解ユニット2は、水耕栽培等が行われる水中に投入される。これにより、第1給電体21及び第2給電体22の表面及び周辺は水で満たされ、この状態で第1給電体21及び第2給電体22に電流が印加されると、電解ユニット2内の水が電気分解される。
 電解ユニット2内で電気分解が実行されると、陽極給電体によって陽極電解水が生成され、陰極給電体によって陰極電解水が生成される。これらの電解水は、電解ユニット2外の水中に放出される。従って、ホースやポンプを設けることなく、電解水を低コストで稲作や水耕栽培に用いることが可能となる。
 上記電解水のうち、陽極電解水には電気分解によって生じた酸素ガスが溶け込み、陰極電解水には電気分解によって生じた水素ガスが溶け込んでいる。これらの陽極電解水及び陰極電解水は、いずれも生物の成育に有用とされる。従って、陽極電解水及び陰極電解水が水中に放出されることにより、水の有効利用を図りつつ、生物の成育に適した水中環境が容易に得られる。
 電解ユニット2は、第1給電体21及び第2給電体22の周辺領域(電解領域)を取り囲む囲み部材23を含んでいる。囲み部材23によって、水中の生物が電解領域に侵入することが抑制される。
 囲み部材23は、該囲み部材23の内外で水の行き来が可能に形成されている。このような囲み部材23は、例えば、網状又は柵状の部材によって構成されうる。囲み部材23は、貫通穴が形成された箱状の部材によって構成されていてもよい。囲み部材23の内外で水の行き来が可能であることにより、電解ユニット2内で生成された電解水が電解ユニット2外に放出されると共に、電解ユニット2の周辺の水が電解ユニット2内に供給され、電気分解が継続される。
 本実施形態の電解ユニット2は、第1給電体21と第2給電体22との間に配された隔膜24を含んでいる。隔膜24は、電解ユニット2内の領域を陽極領域と陰極領域とに隔離する。
 隔膜24には、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂からなる固体高分子膜が適用されうる。隔膜24が固体高分子膜によって構成されることにより、低電圧で電気分解が実行され、電力効率が向上する。また、陰極給電体へのスケールの付着及び陽極給電体の周辺部での次亜塩素酸の発生が抑制されうる。
 電源部3は、光発電装置31を含んでいる。光発電装置31は、照射にされた光を受けて発電する、すなわち光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子を有する。本実施形態では、光発電装置31として、いわゆるソーラーパネルが適用されている。従って、電解ユニット2での電気分解に必要な電力は、光発電装置31によって発生されるので、電解水生成装置1に発電機や商用電源等の外部電源装置から電力を供給する必要がなくなる。これにより、電解水生成装置1の運営費を容易に低減でき、また、外部電源装置と電解水生成装置1とを接続する電源ケーブルが不要となる。
 光発電装置31に照射される光は、太陽S等から照射される自然光の他、蛍光灯や発光ダイオード等の照明装置から照射される人工光が含まれる。電解水生成装置1が植物の栽培に用いられる場合、植物の光合成と、電解水の生成とが同時に行われ、植物の育成が促進される。
 電源部3には、蓄電池(図示せず)が設けられていてもよい。蓄電池には、光発電装置31によって生成された余剰電力が適宜貯えられ、日没後又は消灯後、蓄電池に貯えられた電力が電解ユニット2に供給される。
 電解ユニット2と電源部3とは、フレーム5によって接合されている。本実施形態では、
電解ユニット2の上方に電源部3が配されている。これにより、光発電装置31の受光効率が高められる。
 制御部4は、フレーム5に取り付けられている。本実施形態では、制御部4は、光発電装置31の裏面に配されている。制御部4は、例えば、各種の演算処理、情報処理等を実行するCPU(Central Processing Unit)及びCPUの動作を司るプログラム及び各種の情報を記憶するメモリ等を有している。制御部4の各種の機能は、CPU、メモリ及びプログラムによって実現される。
 制御部4は、第1給電体21及び第2給電体22の極性を定期的に切り替える。これにより、陰極給電体の表面へのスケールの付着が抑制される。
 フレーム5は、電解水生成装置1が配設される水田や水槽(以下、水田等とする)の側壁等に固定されうる。これにより、電解水生成装置1の位置及び姿勢が固定され、電解水生成装置1のメンテナンスが容易となる。
 電解水生成装置1は、水田等に固定されず、風等の外力により水田等を漂うように構成されていてもよい。この場合、電解ユニット2に浮力を付与する浮力発生手段6をさらに備えることが望ましい。
 浮力発生手段6は、例えば、発泡樹脂等の水よりも比重が小さい物質により、形成されうる。浮力発生手段6は、例えば、電解ユニット2と電源部3との間で、フレーム5に固着されている。
 浮力発生手段6が発生する浮力を調整することによって、水面からの電解ユニット2の深さ位置を容易に調整可能となる。これにより、生物の成育に適した水深で電解水を生成することが可能となる。また、浮力発生手段6が発生する浮力によって、電解ユニット2が水田等の底に定着することが抑制され、電解水生成装置1が水槽等を漂い易くなる。これにより、水田等の内部で電解水が均一に分布し易くなり、植物等の生育状態が均一化されうる。
 なお、本実施形態では、外部電源装置から電力の供給を受けることなく電解水生成装置1を運転できるため、外部電源装置と電解水生成装置1とを繋ぐ電源ケーブルが不要であり、電源ケーブルによって電解水生成装置1の移動が妨げられることがない。
 また、電解水生成装置1には、電源部3から供給される電力を受けて、電解水生成装置1を駆動する推進装置が別途設けられていてもよい。この場合、電解水が攪拌され、より一層均一に分布させることが可能となる。
 図1に示されるように、第1給電体21、第2給電体22及び隔膜24は、水面に対して垂直に配されている。このような電解ユニット2では、電気分解により生じた水素ガス又は酸素ガスが浮力によって上方に移動し、隔膜24の表面に溜まりにくくなるため、電気分解が妨げられることが抑制される。また、第1給電体21、第2給電体22及び隔膜24の表面に泥等が溜まりにくくなり、電解ユニット2のメンテナンスが容易となる。
 第1給電体21、第2給電体22及び隔膜24は、水面に対して平行に配されていてもよい。このような電解ユニット2は、その高さ寸法が小さく、浅底の水槽等に容易に配設できる。第1給電体21、第2給電体22及び隔膜24は、水面に対して傾いた姿勢で配されていてもよい。このような電解ユニット2は、電気分解により生じた水素ガス若しくは酸素ガス又は泥等が隔膜24の表面に溜まりにくくなり、また、浅底の水槽等に容易に配設できる。
 以上、本発明の電解水生成装置1が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。すなわち、電解水生成装置1は、少なくとも、極性が互いに異なる陽極給電体及び陰極給電体を有し、水を電気分解する電解ユニット2と、光を受けて発電し、陽極給電体及び陰極給電体に電流を供給する光発電装置31と、を備え、電解ユニット2は、陽極給電体と陰極給電体との間に配された固体高分子膜をさらに有し、植物の栽培に用いられる水中に投入され、陽極給電体によって生成された陽極電解水と、陰極給電体によって生成された陰極電解水とを水中に放出するように構成されていればよい。
1  :電解水生成装置
2  :電解ユニット
6  :浮力発生手段
21 :第1給電体
22 :第2給電体
24 :隔膜(固体高分子膜)
31 :光発電装置

Claims (3)

  1.  極性が互いに異なる陽極給電体及び陰極給電体を有し、水を電気分解する電解ユニットと、光を受けて発電し、前記陽極給電体及び前記陰極給電体に電流を供給する光発電装置と、を備えた電解水生成装置であって、
     前記電解ユニットは、前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配された固体高分子膜をさらに有し、植物の栽培に用いられる水中に投入され、前記陽極給電体によって生成された陽極電解水と、前記陰極給電体によって生成された陰極電解水とを前記水中に放出する、
     電解水生成装置。
  2.  前記電解ユニットは、前記陽極給電体及び前記陰極給電体の周辺領域を取り囲む囲み部材を含み、
     前記囲み部材は、該囲み部材の内外で前記水の行き来が可能に形成されている請求項1記載の電解水生成装置。
  3.  前記電解ユニットに浮力を付与する浮力発生手段をさらに備えた請求項1又は2に記載の電解水生成装置。
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