JP4464071B2 - エアーリフト発電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアーリフト発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発電方法として一般的なものには、水の落差から生じる水流を利用して水車を回転させることにより発電機を駆動する水力発電、火力や原子力により水蒸気を発生させてガスタービンを回転させることにより発電機を駆動する火力発電や原子力発電等がある。
【０００３】
しかし水力発電は大規模な貯水池を山間に建設する必要があり、建設箇所が限られる。また火力発電では化石燃料を輸入に頼る上、温室効果ガスを排出する。また原子力発電では放射線が漏れないよう厳重な設備を設けて保守管理を徹底しなければならない。
【０００４】
ところで、日本には化石エネルギー等の資源は乏しいが、周囲を海に囲まれ、火山による地熱があり、風があり、光がある。これらのエネルギーを利用した地熱発電、風力発電、太陽電池等が実施されている。しかし日本には、近くに日本海溝等の深海があるのにもかかわらず、この地勢を有効に活用した資源開発は行われてこなかった。
【０００５】
他にも、エアーリフトを用いて揚水するとともに水流を発生させて発電する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法を利用して、例えば深海に空気を送り、エアーリフトにより水流を発生させて発電することも考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２３５６５３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし通常のコンプレッサーでは７８．４Ｎ／ｃｍ2程度の空気圧が限度であるため深さ８０ｍ程度よりも深い場所へは送気することができず、深海から海水を揚水することができなかった。
【０００８】
本発明の課題は、深海底から海水を揚水する揚水する際の水流のエネルギーを利用した新たな発電装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、例えば図１に示すように、深海で海水を加熱して水蒸気を発生させる加熱部（加熱室３０）と、この加熱部３０で発生した水蒸気を海水とともに内部に通して上昇させる管路（直管１１）と、前記管路１１内に設けられたタービン１２により駆動する発電機とを備え、前記加熱部には、上方に向かって陥入し発生した水蒸気を溜める水蒸気溜まり（３１）が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、海水を加熱して水蒸気を発生させるので、水圧の高い深海でも気泡を発生させて管路１１内を上昇する水流を発生させることができ、その管路１１内を上昇する水流でタービン１２を回転させて発電することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエアーリフト発電装置１０において、例えば図２に示すように、前記加熱部（加熱装置４０）は海面上で太陽光を採光する採光部４１と、この採光部で採光された太陽光を深海に導く導光部４２とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、太陽光を深海まで導いて熱に変換して海水を加熱するので、水蒸気を発生させるのに燃料や電力を要さない。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のエアーリフト発電装置であって、前記水蒸気溜まりの上部には、前記加熱部の外へ通じる電磁弁が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、電磁弁を開いた状態で海水を加熱すると、蒸気溜まり３１内に流入した海水が電磁弁を抜けて上昇するので、蒸気溜まり３１内に析出した塩分を洗い流すことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態例について詳細に述べる。図１において、海面に浮かぶ台船１に、本発明の実施の形態の発電装置１０が設けられている。
【００１８】
発電装置１０は、深海部分に取水口２１を有する管状の構造をしており、台船１から深海へ伸びる直管１１と、直管１１の下端に設けられた送水部２０とから構成される。
【００１９】
直管１１は断熱性のケーシング管であり、内部にタービン１２が設けられている。タービン１２は直管１１内の水及び水蒸気の流れによって回転し、図示しない発電機を駆動する。
【００２０】
送水部２０は直管１１の下端に設けられている。送水部２０は断熱性のケーシング管であり、下に向かって太さを増している。送水部２０の下端は開口しており、取水口２１となる。また送水部２０の内部には加熱室３０が設けられている。加熱室３０には図示しない加熱装置が設けられている。また加熱室３０の外周壁の一部は内側上方に向かって陥入しており、水蒸気溜まり３１を形成している。
【００２１】
次に、本発明の発電装置１０の駆動方法について説明する。まず水蒸気溜まり３１内部の海水が加熱装置により加熱されると、加熱された海水から発生した水蒸気が水蒸気溜まり３１内に溜まる。ここで加熱装置の加熱方法としては、燃焼による加熱、電気抵抗による加熱、マイクロ波による加熱等、任意の加熱方法を採用することができる。
さらに水蒸気溜まり３１内を加熱すると、水蒸気が膨張して水蒸気溜まり３１内の水面が低下し、水蒸気溜まり３１外へ水蒸気が放出される。
【００２２】
水蒸気溜まり３１の外へ放出された水蒸気は気泡となって上昇し、送水部２０から直管１１へ移動し、直管１１内をさらに上昇する。このとき気泡とともに周囲の海水も海面へ向かって直管１１内を移動する。
【００２３】
直管１１内を上昇する気泡は、上昇するにつれて周囲の水圧が低下するので体積が大きくなる。このため気泡とともに上昇する海水は、気泡の体積の増大に伴って加速しながら上昇する。
気泡と海水は直管１１内を上昇しながら直管１１内のタービン１２を回転させ、発電機を駆動する。
【００２４】
本実施の形態によれば、海水を加熱して水蒸気を発生させるので、水圧の高い深海でも気泡を発生させることができ、上昇する水流を発生させて発電することができる。本実施の形態は、特に近くに海溝等の深海がある日本の地勢に適用することができる。
【００２５】
図２は、本発明の第２の実施の形態例を示す模式図である。本実施の形態では、太陽光を利用して海水を加熱する加熱装置４０を用いて水蒸気を発生させる。
加熱装置４０は、台船上面に設けられた採光部４１と、採光部４１で採光された光を加熱室３０へ伝播する伝播部４２とからなる。伝播部４２は採光部４１で採光された太陽光を加熱室３０へ伝播する。ここで採光部４１は例えばレンズやミラー等の光学系であり、伝播部４２は例えば光ファイバーケーブル等である。
【００２６】
加熱室３０へ伝播された太陽光は熱に変換され、海水を加熱し、水蒸気を発生させる。以後は第１の実施の形態と同様にして、発電することができる。
本実施の形態によれば、太陽光を深海で熱に変換して海水を加熱するので、水蒸気を発生させるのに燃料や電力を要さず、環境負荷を低くすることができる。
【００２７】
なお、以上の実施の形態において、水蒸気溜まり３１内に塩分が析出するが、機械的に管内をブラッシングする等して塩分を除去すればよい。また、例えば、水蒸気溜まり３１の上部に加熱室３０の外へ通じる電磁弁を設けてもよい。電磁弁を開いた状態で海水を加熱すると、蒸気溜まり３１内に流入した海水が電磁弁を抜けて上昇するので、蒸気溜まり３１内に析出した塩分を洗い流すことができる。
【００２８】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、水蒸気を発生させる代わりに、海底火山の噴気口２から噴出するガスを利用したことである。
【００２９】
図３は、本実施の形態例を示す模式図である。図３において、第１、第２の実施の形態と同様に、台船１から直下に直管１１が伸びており、その下端が開口している。その開口部分が取水口２１となる。直管１１の取水口２１付近の側壁には集気部５０が設けられている。
【００３０】
集気部５０は、直管１１の側壁から外側下方向に延出する側管５１と、側管５１の下端から下方向に延出する集気管５２とから構成される。集気管５２の内部は側管５１を通じて直管１１内部と連通している。集気管５２は下に向かって太さを増しており、下端は開口して円錐状に広がっている。その開口部分が海底火山の噴気口２の上部に配置されている。
【００３１】
次に、本実施の形態のエアーリフト発電装置１０による発電方法について説明する。まず集気管５２の開口が海底火山の噴気口２の上部に配置されるように台船を移動する。すると噴気口２から噴出するガスは気泡となって集気管５２内を上昇し、側管５１を通って直管１１へ流入する。
【００３２】
直管１１内へ流入した気泡は直管１１内を上昇する。それとともに、気泡の周囲の海水も海面へ向かって直管１１内を移動する。以後は第１、第２の実施の形態と同様にして、発電することができる。
本実施の形態によれば、深海の海底火山の噴気口２から噴出するガスを利用して発電するので、火山が多く近くに海溝等の深海がある日本の地勢を生かして発電することができる。
【００３３】
次に、本発明の第４の実施の形態として、地上の建造物への適用例について説明する。図４において、地上の建造物３内に、本発明の発電装置１０が設けられている。ここで建造物３としては、高層ビルや工場、火力発電所や原子力発電所など、水蒸気排出設備７０を有する施設が挙げられる。またここで水蒸気排出設備７０としては、ボイラーや蒸気タービンなどが挙げられる。
【００３４】
図４において、建造物３には、上部タンク６１と、発電機を駆動するタービン１２を備えた管路６２と、下部タンク６３とからなる揚水発電装置６０が設けられている。揚水発電装置６０としては、周知のものを使用することができる。また真空吸引により増速回転させる水力発電装置（特願２００３−６９５０１号）を用いてもよい。
この揚水発電装置６０の下部タンク６３から上部タンク６１への揚水手段として、本発明の発電装置１０を利用する。
【００３５】
本実施の形態の発電装置１０は、直管１１と、集気部５０とからなる。直管１１は、発電機を駆動するタービン１２を備えている。直管１１下端の開口は、下部タンク６０の水面下にあり、直管１１上端の開口は、上部タンク６１内にある。
【００３６】
集気部５０は、水蒸気排出設備７０から直管１１内へ水蒸気を誘導する。集気部５０から直管１１内へ排出された水蒸気は、直管１１内の水とともに直管１１内を上昇する。以上により、第１〜３の実施の形態と同様にして発電することができる。それとともに、揚水発電装置６０の下部タンク６３から上部タンク６１へ揚水することができる。
【００３７】
本実施の形態によれば、建造物３内から排出される水蒸気を有効に利用して発電することができるとともに、揚水発電装置６０の揚水装置としても利用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、海水を加熱して水蒸気を発生させるので、水圧の高い深海でも気泡を発生させて管路内を上昇する水流を発生させることができ、その管路内を上昇する水流でタービンを回転させて発電することができる。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、太陽光を深海まで導いて熱に変換して海水を加熱するので、水蒸気を発生させるのに燃料や電力を要さない。
【００４０】
請求項３に記載の発明によれば、電磁弁を開いた状態で海水を加熱すると、蒸気溜まり内に流入した海水が電磁弁を抜けて上昇するので、蒸気溜まり内に析出した塩分を洗い流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態例を示す模式図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態例を示す模式図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 台船
２ 噴気口
３ 建造物
１０ 発電装置
１１ 直管
１２ タービン
２０ 送水部
２１ 取水口
３０ 加熱室
３１ 水蒸気溜まり
４０ 加熱装置
４１ 採光部
４２ 伝播部
５０ 集気部
５１ 側管
５２ 集気管
６０ 揚水発電装置
６１ 上部タンク
６２ 管路
６３ 下部タンク
７０ 水蒸気排出設備
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアーリフト発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発電方法として一般的なものには、水の落差から生じる水流を利用して水車を回転させることにより発電機を駆動する水力発電、火力や原子力により水蒸気を発生させてガスタービンを回転させることにより発電機を駆動する火力発電や原子力発電等がある。
【０００３】
しかし水力発電は大規模な貯水池を山間に建設する必要があり、建設箇所が限られる。また火力発電では化石燃料を輸入に頼る上、温室効果ガスを排出する。また原子力発電では放射線が漏れないよう厳重な設備を設けて保守管理を徹底しなければならない。
【０００４】
ところで、日本には化石エネルギー等の資源は乏しいが、周囲を海に囲まれ、火山による地熱があり、風があり、光がある。これらのエネルギーを利用した地熱発電、風力発電、太陽電池等が実施されている。しかし日本には、近くに日本海溝等の深海があるのにもかかわらず、この地勢を有効に活用した資源開発は行われてこなかった。
【０００５】
他にも、エアーリフトを用いて揚水するとともに水流を発生させて発電する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法を利用して、例えば深海に空気を送り、エアーリフトにより水流を発生させて発電することも考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２３５６５３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし通常のコンプレッサーでは７８．４Ｎ／ｃｍ2程度の空気圧が限度であるため深さ８０ｍ程度よりも深い場所へは送気することができず、深海から海水を揚水することができなかった。
【０００８】
本発明の課題は、深海底から海水を揚水する揚水する際の水流のエネルギーを利用した新たな発電装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、例えば図１に示すように、深海で海水を加熱して水蒸気を発生させる加熱部（加熱室３０）と、この加熱部３０で発生した水蒸気を海水とともに内部に通して上昇させる管路（直管１１）と、前記管路１１内に設けられたタービン１２により駆動する発電機とを備え、前記加熱部には、上方に向かって陥入し発生した水蒸気を溜める水蒸気溜まり（３１）が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、海水を加熱して水蒸気を発生させるので、水圧の高い深海でも気泡を発生させて管路１１内を上昇する水流を発生させることができ、その管路１１内を上昇する水流でタービン１２を回転させて発電することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエアーリフト発電装置１０において、例えば図２に示すように、前記加熱部（加熱装置４０）は海面上で太陽光を採光する採光部４１と、この採光部で採光された太陽光を深海に導く導光部４２とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、太陽光を深海まで導いて熱に変換して海水を加熱するので、水蒸気を発生させるのに燃料や電力を要さない。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のエアーリフト発電装置であって、前記水蒸気溜まりの上部には、前記加熱部の外へ通じる電磁弁が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、電磁弁を開いた状態で海水を加熱すると、蒸気溜まり３１内に流入した海水が電磁弁を抜けて上昇するので、蒸気溜まり３１内に析出した塩分を洗い流すことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態例について詳細に述べる。図１において、海面に浮かぶ台船１に、本発明の実施の形態の発電装置１０が設けられている。
【００１８】
発電装置１０は、深海部分に取水口２１を有する管状の構造をしており、台船１から深海へ伸びる直管１１と、直管１１の下端に設けられた送水部２０とから構成される。
【００１９】
直管１１は断熱性のケーシング管であり、内部にタービン１２が設けられている。タービン１２は直管１１内の水及び水蒸気の流れによって回転し、図示しない発電機を駆動する。
【００２０】
送水部２０は直管１１の下端に設けられている。送水部２０は断熱性のケーシング管であり、下に向かって太さを増している。送水部２０の下端は開口しており、取水口２１となる。また送水部２０の内部には加熱室３０が設けられている。加熱室３０には図示しない加熱装置が設けられている。また加熱室３０の外周壁の一部は内側上方に向かって陥入しており、水蒸気溜まり３１を形成している。
【００２１】
次に、本発明の発電装置１０の駆動方法について説明する。まず水蒸気溜まり３１内部の海水が加熱装置により加熱されると、加熱された海水から発生した水蒸気が水蒸気溜まり３１内に溜まる。ここで加熱装置の加熱方法としては、燃焼による加熱、電気抵抗による加熱、マイクロ波による加熱等、任意の加熱方法を採用することができる。
さらに水蒸気溜まり３１内を加熱すると、水蒸気が膨張して水蒸気溜まり３１内の水面が低下し、水蒸気溜まり３１外へ水蒸気が放出される。
【００２２】
水蒸気溜まり３１の外へ放出された水蒸気は気泡となって上昇し、送水部２０から直管１１へ移動し、直管１１内をさらに上昇する。このとき気泡とともに周囲の海水も海面へ向かって直管１１内を移動する。
【００２３】
直管１１内を上昇する気泡は、上昇するにつれて周囲の水圧が低下するので体積が大きくなる。このため気泡とともに上昇する海水は、気泡の体積の増大に伴って加速しながら上昇する。
気泡と海水は直管１１内を上昇しながら直管１１内のタービン１２を回転させ、発電機を駆動する。
【００２４】
本実施の形態によれば、海水を加熱して水蒸気を発生させるので、水圧の高い深海でも気泡を発生させることができ、上昇する水流を発生させて発電することができる。本実施の形態は、特に近くに海溝等の深海がある日本の地勢に適用することができる。
【００２５】
図２は、本発明の第２の実施の形態例を示す模式図である。本実施の形態では、太陽光を利用して海水を加熱する加熱装置４０を用いて水蒸気を発生させる。
加熱装置４０は、台船上面に設けられた採光部４１と、採光部４１で採光された光を加熱室３０へ伝播する伝播部４２とからなる。伝播部４２は採光部４１で採光された太陽光を加熱室３０へ伝播する。ここで採光部４１は例えばレンズやミラー等の光学系であり、伝播部４２は例えば光ファイバーケーブル等である。
【００２６】
加熱室３０へ伝播された太陽光は熱に変換され、海水を加熱し、水蒸気を発生させる。以後は第１の実施の形態と同様にして、発電することができる。
本実施の形態によれば、太陽光を深海で熱に変換して海水を加熱するので、水蒸気を発生させるのに燃料や電力を要さず、環境負荷を低くすることができる。
【００２７】
なお、以上の実施の形態において、水蒸気溜まり３１内に塩分が析出するが、機械的に管内をブラッシングする等して塩分を除去すればよい。また、例えば、水蒸気溜まり３１の上部に加熱室３０の外へ通じる電磁弁を設けてもよい。電磁弁を開いた状態で海水を加熱すると、蒸気溜まり３１内に流入した海水が電磁弁を抜けて上昇するので、蒸気溜まり３１内に析出した塩分を洗い流すことができる。
【００２８】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、水蒸気を発生させる代わりに、海底火山の噴気口２から噴出するガスを利用したことである。
【００２９】
図３は、本実施の形態例を示す模式図である。図３において、第１、第２の実施の形態と同様に、台船１から直下に直管１１が伸びており、その下端が開口している。その開口部分が取水口２１となる。直管１１の取水口２１付近の側壁には集気部５０が設けられている。
【００３０】
集気部５０は、直管１１の側壁から外側下方向に延出する側管５１と、側管５１の下端から下方向に延出する集気管５２とから構成される。集気管５２の内部は側管５１を通じて直管１１内部と連通している。集気管５２は下に向かって太さを増しており、下端は開口して円錐状に広がっている。その開口部分が海底火山の噴気口２の上部に配置されている。
【００３１】
次に、本実施の形態のエアーリフト発電装置１０による発電方法について説明する。まず集気管５２の開口が海底火山の噴気口２の上部に配置されるように台船を移動する。すると噴気口２から噴出するガスは気泡となって集気管５２内を上昇し、側管５１を通って直管１１へ流入する。
【００３２】
直管１１内へ流入した気泡は直管１１内を上昇する。それとともに、気泡の周囲の海水も海面へ向かって直管１１内を移動する。以後は第１、第２の実施の形態と同様にして、発電することができる。
本実施の形態によれば、深海の海底火山の噴気口２から噴出するガスを利用して発電するので、火山が多く近くに海溝等の深海がある日本の地勢を生かして発電することができる。
【００３３】
次に、本発明の第４の実施の形態として、地上の建造物への適用例について説明する。図４において、地上の建造物３内に、本発明の発電装置１０が設けられている。ここで建造物３としては、高層ビルや工場、火力発電所や原子力発電所など、水蒸気排出設備７０を有する施設が挙げられる。またここで水蒸気排出設備７０としては、ボイラーや蒸気タービンなどが挙げられる。
【００３４】
図４において、建造物３には、上部タンク６１と、発電機を駆動するタービン１２を備えた管路６２と、下部タンク６３とからなる揚水発電装置６０が設けられている。揚水発電装置６０としては、周知のものを使用することができる。また真空吸引により増速回転させる水力発電装置（特願２００３−６９５０１号）を用いてもよい。
この揚水発電装置６０の下部タンク６３から上部タンク６１への揚水手段として、本発明の発電装置１０を利用する。
【００３５】
本実施の形態の発電装置１０は、直管１１と、集気部５０とからなる。直管１１は、発電機を駆動するタービン１２を備えている。直管１１下端の開口は、下部タンク６０の水面下にあり、直管１１上端の開口は、上部タンク６１内にある。
【００３６】
集気部５０は、水蒸気排出設備７０から直管１１内へ水蒸気を誘導する。集気部５０から直管１１内へ排出された水蒸気は、直管１１内の水とともに直管１１内を上昇する。以上により、第１〜３の実施の形態と同様にして発電することができる。それとともに、揚水発電装置６０の下部タンク６３から上部タンク６１へ揚水することができる。
【００３７】
本実施の形態によれば、建造物３内から排出される水蒸気を有効に利用して発電することができるとともに、揚水発電装置６０の揚水装置としても利用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、海水を加熱して水蒸気を発生させるので、水圧の高い深海でも気泡を発生させて管路内を上昇する水流を発生させることができ、その管路内を上昇する水流でタービンを回転させて発電することができる。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られるとともに、太陽光を深海まで導いて熱に変換して海水を加熱するので、水蒸気を発生させるのに燃料や電力を要さない。
【００４０】
請求項３に記載の発明によれば、電磁弁を開いた状態で海水を加熱すると、蒸気溜まり内に流入した海水が電磁弁を抜けて上昇するので、蒸気溜まり内に析出した塩分を洗い流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態例を示す模式図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態例を示す模式図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 台船
２ 噴気口
３ 建造物
１０ 発電装置
１１ 直管
１２ タービン
２０ 送水部
２１ 取水口
３０ 加熱室
３１ 水蒸気溜まり
４０ 加熱装置
４１ 採光部
４２ 伝播部
５０ 集気部
５１ 側管
５２ 集気管
６０ 揚水発電装置
６１ 上部タンク
６２ 管路
６３ 下部タンク
７０ 水蒸気排出設備
Claims (3)
- 深海で海水を加熱して水蒸気を発生させる加熱部と、この加熱部で発生した水蒸気を海水とともに内部に通して上昇させる管路と、前記管路内に設けられたタービンにより駆動する発電機とを備え、
前記加熱部には、上方に向かって陥入し発生した水蒸気を溜める水蒸気溜まりが設けられていることを特徴とするエアーリフト発電装置。 - 前記加熱部は海面上で太陽光を採光する採光部と、この採光部で採光された太陽光を深海に導く導光部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のエアーリフト発電装置。
- 前記水蒸気溜まりの上部には、前記加熱部の外へ通じる電磁弁が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のエアーリフト発電装置。
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