JP2009041859A - 水除菌装置および加湿機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水除菌装置100は、貯水部1wおよび空気部1aが形成される函体1と回転体3とを有している。回転体3は殺菌性成分含有部材2を有し、貯水部1wの喫水線1kと略平行した回転軸3aを中心に回転機構4によって回転駆動される。したがって、回転体3の一方向回転あるいは振り子状揺動によって、殺菌性成分含有部材2の所定範囲は空気部1aと貯水部1wとの間を往復して、間欠的に殺菌成分を水中に溶出する。また、回転体3を水を保持自在にしておけば、回転体3の回転や揺動によって貯水部1wの水が空気部1aの空気に放出され、該空気は加湿される。
【選択図】図2
Description
そして、抗菌性材料として、銀イオン、銅イオン、亜鉛イオンなどの金属イオンや、有機系の抗菌剤を多孔質材料に添着し、さらにこれをプラスチックのペレットなどに混合させた抗菌性の材料が開発されている(例えば、特許文献1参照)。
また、抗菌剤を水没させることによって水の殺菌を行い、加湿に供する加湿機が開発されている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、円盤状の加湿エレメントの表面に触媒を塗布した加湿機が開発されている(例えば、特許文献3参照)。
また、これを避けるために殺菌性成分の溶出速度が低くなるように加工した抗菌性材料を用いた場合には、菌を含む水の流量が多いときに、水中に十分な殺菌性成分が溶出し得ないことから殺菌性成分の濃度が確保できなかったり、あるいは、殺菌性成分と菌との接触時間が少なくなったりして、殺菌性が低下するという問題があった。
前記回転体の一部または全部が、前記貯水部における水と前記空気部における空気とに交互に接触するように回転されると共に、前記回転体が殺菌性成分含有体を具備することを特徴とするものである。
図1は本発明の実施の形態1に係る水除菌装置を模式的に示す側面視の断面図である。
図1において、水除菌装置100は函体1と、函体1の内部に回転自在に設置された回転体3と、を有している。
函体1は、底面近くに水が流入する水流入径路1xが、底面から所定の高さの位置に水が流出する水流出径路1yが設けられ、流入した水によって所定の深さ(容積に同じ)の貯水部1wが形成されるものである。また、貯水部1wの上には所定の厚さ(容積に同じ)の空気部1aが形成されるものである。
回転体3は、貯水部1wの喫水線1k(水面に同じ)と略平行した回転軸3aを有し、図示しない回転駆動機構によって回転軸3aを中心にして回転されるものである。そして、回転体3は殺菌性成分含有部材2によって形成されている。
そして、殺菌性成分含有部材2が貯水部1wに浸入している間、水中に殺菌性成分が溶出し、当該殺菌性成分が固有の濃度以上となると水は殺菌性を有するようになり、水中における微生物の繁殖が抑制される。
なお、図1において、殺菌性成分含有部材2(回転体3に同じ)を頂角が鋭角である二等辺三角柱あるいは扇形柱を示しているが、本発明はこれに限定するものではない。また、回転軸3aは、水流入径路1xから水流出径路1yに至る水の流れに略直角に配置されているが、本発明はこれに限定するものではない。
貯水部1wの殺菌性成分濃度cは、次式にて示される。
c=(dx/dt)/Q ・・・・・式1
dx/dt=k・r・S ・・・・・式2
ここで、Q:貯水部1wの容積
dx/dt:殺菌性成分溶出速度
r:回転体3の回転速度
S:殺菌性成分含有部材2の水没部の面積
k:係数
である。
従って、貯水部1wを通過する水量が多かったり、水中の微生物濃度が増加する可能性が高い場合には、回転速度rを増加させて殺菌性成分含有部材2の水没時間を増加させたり、殺菌性成分含有部材2の水没部面積が増加するような角度に回転体3の角度を調整すればよい。
また、殺菌性成分含有部材2が水没位置にあると、殺菌性成分の溶出が続き、短時間で溶出が完了するため、寿命が短くなる。これを避けるために、必要な殺菌性成分濃度が得られている場合には、水没しない位置になるように、回転体3の停止位置を調整することが望ましい。このためには、回転体の角度を検知し、角度を制御する手段と組み合わせることが望ましい。
さらに、回転体3は、一方向のみに回転してもよいし、二方向に往復回動(振り子状運動)してもよい。さらに、所定の回転角度において、所定の時間停止するようにしてもよい。
殺菌性成分含有部材2の水没部の面積Sを以下のような構成にして拡大してもよい。すなわち、殺菌性成分含有部材2を大型化したり、回転体3自体をすべて殺菌性成分含有部材2で構成する。また、殺菌性成分含有部材2を所定の厚さの板状(三角形板、円盤等)に形成して、これを所定の間隔をあけて積層する。
さらに、より小さな占有体積で殺菌性成分溶出速度dx/dtを増やすため、殺菌性成分含有部材2の水没部の面積Sを以下のような構成にして拡大してもよい。すなわち、殺菌性成分含有部材2を顆粒状に成型し、これを顆粒よりも小さなメッシュなどの水透過性の窓をもつ容器に収容する。このとき、顆粒は、概ね球形に限定されるものではなく、コンペイトウ状に凸凹をつけたり、マカロニ状にすることで水との接触面積を増加させることができる。また、この容器自体を殺菌性成分含有部材2を用いて構成することによって、より多くの量の殺菌性成分含有部材2をより小さな占有体積で搭載することができる。
殺菌性成分含有部材2とは、後述の殺菌性成分を、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、ポリアクリル樹脂、などの熱可塑性樹脂に混合して所定の形状に成形したり、塗料化して担体表面に塗装することによって形成される。
殺菌性成分としては、殺菌性が高い金属イオンとして知られる、銀イオン、銅イオン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、などが用いられる。これらのイオンは、シリカアルミナ、リン酸ジルコニウム、などのイオン交換能を有する多孔質な担体、あるいは、シクロデキストリンやキレート剤に保持することによって、イオン徐放速度が制御されていることが望ましい。
また、4級アンモニウム塩のようなイオン性界面活性剤、ヨウ素や臭素を含みかつ界面活性能をもつ有機物、イミダゾール塩、チアベンダゾール、などの、いわゆる有機系抗菌剤を担持したものを用いてもよい。
あるいは、水中の水や酸素や塩素イオンや硝酸イオンなどを活性なラジカル種に変化させる触媒を用いてもよい。
いわゆる抗菌剤は、一般的に水への溶解度が小さい物質は非水溶性と表示される場合があるが、対象とする貯水部1wにおいて、所定の時間の水没によって殺菌に必要な濃度の水溶液が得られさえすれば、殺菌性成分の溶解度はいかなるものであってもよい。
殺菌性成分を混合する樹脂素材は、2種以上混合して、水との親和性を調整することができる。樹脂には、モノマーは同一で、結晶化度や分子量や立体規則性が異なる材料があることが知られている。たとえば、結晶化度の異なるポリエチレンである、高圧ポリエチレンと低圧ポリエチレンの場合、前者は後者に比べ水和性が高く、殺菌剤を混合すると溶出しやすい。そこで、後者と混合することによって、殺菌剤の溶出性を制御できる。
また、殺菌性成分と樹脂素材との組合せにおいて、殺菌性成分の水溶性が高い場合には、樹脂が水によって膨潤しにくい材料を選択し、また逆に水溶性が低い場合には、樹脂の水和性が高いものを選択するなどして、殺菌性成分の溶出速度を制御し、所定の殺菌性成分濃度が得られるようにすることが望ましい。
また、殺菌性成分だけでなく、水や空気中に芳香を発生できる部材としたり、水に色素を溶出させて着色できる部材としたりすることによって、趣味性を増やすことができる。
図2は本発明の実施の形態2に係る水除菌装置を模式的に示す側面視の断面図である。なお、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図2において、水除菌装置200は、回転軸3aを中心にして回転自在に設置された回転体3と、回転体3を回転駆動する回転機構4とを、有している。
回転体3には円形外周を具備する従動輪31を具備し、従動輪31の一部は常に貯水部1wに水没している。また、従動輪31の一部に沿って殺菌性成分含有部材2が設置されている。なお、殺菌性成分含有部材2は、回転体3に着脱自在に設けてもよい。これにより、殺菌性成分含有部材2を取り替えたり、増減したりすることができる。
なお、回転機構4は図示するものに限定するものではなく、従動輪31の内周部分に駆動輪41を当接させたり、あるいは、実施の形態1(図1)と同様に中心の回転軸3aを駆動させてもよい。また、従動輪31および駆動輪41を、相互に噛み合う従動歯車および駆動歯車にしてもよい。さらに、駆動輪41と図示しないモータとは減速機構を介して接続してもよい。
そして、回転機構4は、水に濡れることで不具合が生じる可能性があるため、できるだけ水に濡れないように配置することが望ましい。
図3は本発明の実施の形態3に係る水除菌装置を模式的に示す側面視の断面図である。なお、実施の形態2(図2)と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図3において、水除菌装置300は、回転体3とは別個に、回転軸2aを中心に回転自在に設置された殺菌性成分含有部材2を有している。
すなわち、殺菌性成分含有部材2には外径円形の従動輪21が設けられ、従動輪21に回転体3の従動輪31が当接している。したがって、回転機構4の駆動輪41の回転によって、回転体3および殺菌性成分含有部材2の両方が回転される。
このとき、回転体3に貯水部1wを撹拌する機能や、貯水部1wの水を吸着する機能等を付与してもよい(これについては別途詳細に説明する)。
なお、殺菌性成分含有部材2として円筒状のものを示しているが、三角柱や扇状柱等であってもよい。
図4は本発明の実施の形態4に係る水除菌装置の部分を模式的に示す側面視の断面図である。なお、実施の形態2(図2)と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図4において、水除菌装置400は、顆粒状に成型された殺菌性成分含有部材2を収納する収納容器5が回転体3に設置されているものである。
回転体3は外周32と内周33とを具備するドーナツ型(円筒状)であって、喫水線1kと平行に配置された図示しない回転軸を中心に回転する。このとき、内周33の位置が喫水線1kに略一致している。
収納容器5は、回転体3の内周33に沿って配置される容器本体部51と、容器本体部51に連通して回転体3の外周32に向かって突出する容器浸水部52(水没ポケットと称すことができる)とを具備している。したがって、回転体3の回転に伴って、容器浸水部52は貯水部1wに浸入したり、空気部1aに位置したりする。そして、容器浸水部52は、水の流出入が自在であって、且つ、顆粒状に成型された殺菌性成分含有部材2が脱落しないように当該顆粒よりも小さいサイズのメッシュなどの窓を有している。
従って、顆粒のサイズは0.5mm〜7mm程度であることが望ましい。また、収納容器5そのものを殺菌性成分含有部材2を用いて形成することによって、収納容器サイズあたりの殺菌性成分の含有量を増加させることができる。
したがって、これを繰り返すことで、殺菌性成分溶出速度dx/dtは容器浸水部52に入る顆粒量分に抑えながら、寿命は収納容器5に収納した全顆粒分を確保することができる。すなわち、全ての顆粒を同時に水没させないことにより、溶出速度が過剰に高くなったり、殺菌効果が過剰になったりするのを防止して、寿命の確保を図っている。
図5は本発明の実施の形態5に係る水除菌装置を模式的に示す側面視の断面図である。なお、実施の形態1(図1)と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図5において、水除菌装置500は、殺菌性成分含有部材2をプラスの電位に帯電させる帯電手段を有するものであって、水中の殺菌効率向上を図っている。
回転体3に設けられた殺菌性成分含有部材2は、電気伝導性を有する材料で構成され、貯水部1wに設けられた対極6(マイナス極)と、電源7および図示しない制御手段を介して電気的に接続され、殺菌性成分含有部材2が水没している際にプラスに帯電するよう制御されている。
ここで、電源7によって加えられる電圧が高い場合には、水の電気分解がおこり、水中のカルシウムイオンなどが析出しやすくなったり、生成する酸性・塩基性の水によって基材自体にダメージが起きる可能性がある。従って、水の電気分解がおこらないレベルの電圧で稼動させることが望ましい。
なお、導電性を付与するには、殺菌性成分含有部材2に、親水性のポリマー、導電性のカーボン、あるいは、金属を混合すればよい。あるいは、導電性のコーティングを施した上に殺菌性材料を塗布した構成としてもよい。
図6は本発明の実施の形態6に係る加湿機を模式的に示す側面視の断面図である。図6において、加湿機600は、函体1と、函体1の内部に回転自在に設置された回転体3と、回転体3とは別個に回転自在に設置された殺菌性成分含有部材2と、送風ファン8と、を有している。なお、実施の形態3(図3)と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
函体1は、底面近くに水が流入する水流入径路1xと、天面に空気が流入する空気流入口および空気が流出する空気流出口(何れも図示しない)と、を具備している。そして、空気流入口から流入した空気を回転体3に衝突させ、回転体3に衝突した後の空気を空気流出口に誘導するための風誘導板1bが設けられている。
回転体3の全体または表面が、液体状態の水を保持自在な吸湿性材料または多孔質材料等によって形成されている。
なお、殺菌性成分含有部材2が回転体3によって回転駆動されるものを示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、殺菌性成分含有部材2と回転体3とがそれぞれ独立した回転機構を具備してもよい。
さらに、液体状態の水を保持自在な吸湿性材料または多孔質材料等によって形成された回転体に殺菌性成分含有部材2を設置してもよいし(実施の形態2(図2)参照)、殺菌性成分含有部材2自体を吸水性を奏するように多孔質状に形成してもよい(実施の形態1、3(図1、3)参照)。
図7は本発明の実施の形態7に係る加湿機を模式的に示す側面視の断面図である。
図7において、加湿機700は、空気部1aに流入する空気中の粉塵をプラスの電位に帯電させる帯電手段を有するものであって、空気中の殺菌効率向上を図っている。なお、実施の形態5および6(図5、図6)と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
貯水部1wに繁殖する微生物には、空気中由来のものがあり、また、加湿機において、噴出した空気中の菌数がより少ないことが望ましい。従って、装置に吸引される空気中の菌を捕集するとともに、本水除菌装置によって殺菌することが求められる。
回転体3は加湿用のディスクであり、導電性をもつ素材で構成され、接地されている。回転体3の風上側に、荷電電極ユニット9が設けられ、流入した空気に放電することによって、空気中の微生物を含む粉塵を帯電させ、回転体3(導電性加湿ディスクに同じ)に捕集される。
そして、回転体3は、回転して殺菌性成分が溶解した貯水部1wに浸漬されるため、回転体3の面が殺菌される。これにより、空気中の菌を積極的に捕集し、かつ、回転体3の衛生性を維持することができる。
図8は本発明の実施の形態8に係る加湿機を模式的に示す側面視の断面図である。
図8において、加湿機800は、貯水部1wに水質センサ12が、水流出経路1yに加湿ユニット11が、それぞれ設置されたものである。なお、実施の形態1または2(図1、図2)と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
加湿機800は、水は図示していないタンクまたは水道から水流入径路1xを経由して函体1に供給され、貯水部1wを介して水流出径路1yに設置された加湿ユニットに流れ込む。そして、貯水部1wには水質センサ12が設けられている。
水質センサ12は、微生物数を直接測定できる手段が望ましいが、代替としては、水中の微粒子を光学的に測定する水質センサ、導電性を測定する水質センサ、濁度を測定する水質センサ、あるいは、水面上の臭気ガスを測定する水質センサなど、水中の微生物数に由来するパラメータを検出できるものならどのような手段でもよい。
報知装置14は、函体1の近傍に設置したランプやブザーなどのほか、ユーザーに報知しやすい位置に設けたり、あるいは、加湿機800の動作を監視するシステム(図示せず)に信号を送るものでもよい。
マイコン13では、水質センサ12の信号をモニタして、検出された微生物の菌数が予め設定した値(加湿停止モードに同じ)になる以前に、殺菌性成分の溶出量を増やすように回転体3を操作したりする。また、加湿量を低下させた場合には、殺菌成分の無駄を減らして寿命延長させるために殺菌性成分含有部材2を貯水部1w(水中)から引き上げて、空気部1a(空中)に移動させるよう操作することが望ましい。
また、所定の除菌操作を行っているにもかかわらず、微生物増加が抑制されない場合には、なんらかの装置の不具合(たとえば、水質センサ12に検出能の低下等)、殺菌性成分含有部材2の寿命、あるいは、微生物の想定を超える繁殖などを示すものと判断し、報知装置14において、通常の除菌操作を示す報知とは異なる異常報知を行うことができる。
図9は本発明の実施の形態9に係る加湿機を模式的に示す側面視の断面図である。
図9において、加湿機900は、貯水部1wに殺菌性成分含有部材2を設置したものである。なお、実施の形態6(図6)と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
加湿機900は、函体1と、函体1の底面に設置された殺菌性成分含有部材2と、函体1の天面近くに設置され、流入する空気を加熱するための空気加熱用ヒータ15と、空気加熱用ヒータ15の温熱を殺菌性成分含有部材2に熱断続機構17を介して伝える熱伝導材16と、函体1の内部に回転自在に設置された回転体3(液体状態の水を保持自在な吸湿性材料または多孔質材料等によって形成されている)と、を有している。
図9においては、加熱手段として、空気部1aの空気流入路(図中、矢印「送風」にて示す)に設けられた空気加熱用ヒーター15を利用している。空気加熱用ヒーター15は、函体1に取り込まれる空気を加熱し、回転体3(加湿ディスクに同じ)の表面からの水の気化を促進するために用いられる。
ここで、必要なタイミングで熱断続機構17を駆動して空気加熱用ヒーター15と熱伝導材16とを接続すると、空気加熱用ヒーター15の温熱が殺菌性成分含有部材2に伝えられ、殺菌性成分含有部材2が加熱されて殺菌性成分の溶出が促進される。
このとき、加湿機900が通常環境に設置されることを考慮し、水温40℃以下では溶出速度が低く、殺菌性成分の過剰な溶出を防止できることが望ましい。また、水温80℃以上と設定すると、熱伝導材16の直近傍を高温にする必要があり、水の沸騰とこれにともなう水中スケール成分の析出や周辺のプラスチック部材の軟化や変形が懸念される。従って、殺菌性成分含有部材(顆粒)2からの殺菌性成分の溶出速度が変化する温度域は、40℃〜80℃の間とすることが望ましい。
熱伝導材16としては、カーボン、金属棒、金属パイプなどが用いられる。金属を用いる場合には、腐食を避けるために、水と金属とが直接接触する部分をなくすよう配置するか、透水性のない皮膜を設けることが望ましい。
Claims (23)
- 貯水部および空気部が形成される函体と、該函体に回転自在に設置された回転体と、を有する水除菌装置であって、
前記回転体の一部または全部が、前記貯水部における水と前記空気部における空気とに交互に接触するように回転されると共に、前記回転体が殺菌性成分含有体を具備することを特徴とする水除菌装置。 - 前記回転体の一部または全部が、殺菌性成分含有体によって形成されてなることを特徴とする請求項1記載の水除菌装置。
- 前記回転体に、殺菌性成分含有体が着脱自在に設置されてなることを特徴とする請求項1記載の水除菌装置。
- 前記回転体の一部または全部が、液体状態の水を保持自在であることを特徴とする請求項1記載の水除菌装置。
- 貯水部および空気部が形成される函体と、該函体に回転自在に設置された回転体と、該函体に回転自在に設置された殺菌性成分含有体と、を有する水除菌装置であって、
前記回転体の一部または全部が液体状態の水を保持自在であって、前記貯水部における水と前記空気部における空気とに交互に接触するように回転され、
前記殺菌性成分含有体の一部または全部が、前記貯水部における水と前記空気部における空気とに交互に接触するように回転されることを特徴とする水除菌装置。 - 前記回転体が、円盤を積層して形成されることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の水除菌装置。
- 前記回転体を回転駆動する回転機構が前記空気部に配置されてなることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の水除菌装置。
- 前記殺菌性成分含有体は、顆粒状に成形された殺菌性成分を含有する顆粒体と、該顆粒体を収納自在および水が出入り自在な収納容器と、から構成されることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の水除菌装置。
- 前記顆粒体の直径の平均値が、0.5mmから7mmであることを特徴とする請求項8記載の水除菌装置。
- 前記収納容器は、
常に前記空気部に配置される容器空気部と、
該容器空気部に連通して、前記貯水部と前記空気部とを交互に行き来する容器浸水部と、を有することを特徴とする請求項8または9記載の水除菌装置。 - 前記収納容器または前記容器浸水部が、殺菌性成分を含有することを特徴とする請求項8乃至10の何れかに記載の水除菌装置。
- 前記貯水部に対極が配置され、且つ、該対極と前記回転体との間で電位差を印加する印加手段が設けられ、
該印加によって帯電した前記貯水部の水に含まれる微生物が、前記回転体に電気的に誘引されることを特徴とする請求項1乃至11の何れかに記載の水除菌装置。 - 前記空気部に荷電電極ユニットが配置され、且つ、該荷電電極ユニットの一方の電極と前記回転体とが接続され、
前記荷電電極ユニットによる放電によって帯電した前記空気部の空気に含まれる微生物が、前記回転体に電気的に誘引されることを特徴とする請求項1乃至11の何れかに記載の水除菌装置。 - 貯水部および空気部が形成される函体と、前記貯水部に配置された殺菌性成分含有体と、を有する水除菌装置であって、
前記殺菌性成分含有体を間欠的に加熱する加熱装置を有することを特徴とする水除菌装置。 - 前記殺菌性成分含有体の表面が40℃から80℃の範囲に加熱されることを特徴とする請求項14記載の水除菌装置。
- 前記加熱装置が、前記空気部に配置されたヒータと、熱伝導自在な熱伝導材料と、を有し、
前記熱伝導材料の一方の端部が前記ヒータに、他方の端部が前記殺菌性成分含有体の内部または前記殺菌性成分含有体の近傍に、それぞれ配置されてなることを特徴とする請求項14または15記載の水除菌装置。 - 前記熱伝導材料に、伝熱を断続自在な熱断続機構が設置されてなることを特徴とする請求項16記載の水除菌装置。
- 前記殺菌性成分含有体が、2種以上の樹脂と1種以上の抗菌成分とを含有することを特徴とする請求項1乃至17の何れかに記載の水除菌装置。
- 前記抗菌性成分含有体に含まれる2種以上の樹脂が、モノマーは同一であるが結晶化度の異なる2種以上のポリマーを含むことを特徴とする請求項18記載の水除菌装置。
- 請求項1乃至19の何れかに記載の水除菌装置と、
該水除菌装置の空気部に空気を流入および流出させる風路形成手段と、
を有し、
前記回転体が回転した際に、前記空気部に持ち込まれる前記回転体に付着した水の気化によって、前記空気部の空気が加湿されることを特徴とする加湿機。 - 前記貯水部の水中の微生物数、前記貯水部の水の濁度、または前記貯水部の水の電気伝導度の何れか1以上を計測自在な水質センサと、
該水質センサからの信号によって前記貯水部の汚染を検知し、予め設定した動作によって、前記回転体の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする請求項20記載の加湿機。 - 前記貯水部の水中の微生物数、前記貯水部の水の濁度、または前記貯水部の水の電気伝導度の何れか1以上を計測自在な水質センサと、
該水質センサからの信号によって前記貯水部の汚染を検知し、予め設定した汚染レベルを超えている場合に、前記水除菌装置の故障あるいは寿命と判断して、これをユーザーあるいは水除菌装置の動作を監視するシステムに対して報知する報知機構と、
を備えたことを特徴とする請求項20記載の加湿機。 - 請求項1乃至19の何れかに記載の水除菌装置と、
該水除菌装置の貯水部に連通し、前記貯水部から水が流入する水径路と、
該水径路に設置された加湿ユニットと、
を有し、
前記殺菌性成分含有体から溶出した殺菌性成分によって除菌された水が、前記加湿ユニットに供給されることを特徴とする加湿機。
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