JP7199585B1 - 海流発電用三胴船 - Google Patents

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Abstract

【課題】強い風を硬翼帆で受けて帆走する船の航行によって生じる海流で船体の下に設けたプロペラを回転し発電機で電気を起こす海流発電用三胴船を提供する。【解決手段】先細の船首を持つ主胴船２の左右に一対のサイドフロート３、3を設けた硬翼帆５１で帆走する三胴船１において、発電用プロペラ６２を内蔵する円筒形ダクト４を主胴船２とサイドフロート３の間に設けた。発電用プロペラ６２と発電機６３は発電機ユニット容器６１内に納められ、非発電時には発電機ユニット容器６１は吃水上の船内の発電機ユニット収納室２５に移動できるようにして、海水の抵抗を減らした。【選択図】図４

Description

本発明は海流発電用三胴船、特に台風や強風域での風のエネルギーを電気に変換するに適
した海流発電用三胴船に関する。
台風等の強い風を硬翼帆で受けて帆走する船の航行によって生じる海流で船体の下に設け
たプロペラを回転させ発電機で電気を起こす発電船はすでに提案されている。
特開２０１４－１８４９３５号公報
前記先行技術の特開２０１４－１８４９３５号公報に記載されている発電船は、単一の船
体の下にプロペラを突出させ、海流によってプロペラを回転させる構造になっている。そ
のために、（１）背の高い硬翼帆の船では風の勢いで船の横揺れが激しくなる。（２）周
りに囲い等の障害物がないプロペラが回転すると船の進行方向に直交するプロペラの先端
に渦流が発生し海流のエネルギーを吸収するので発電効率が悪くなる。（３）横波が流れ
ている場合はプロペラの回転効率が悪くなり発電効率が低下する等の欠点を有している。
本発明は、発電船を三胴船構造にし、発電用のプロペラに円筒状の覆い（以下円筒形ダク
トと称する）を被せることによって前記欠点を除くことを目的としている。
すなわち、本発明は、先細の船首を持つ主胴船の左右に一対のサイドフロートを設けて硬
翼帆で帆走する三胴船において、主胴船と左右のサイドフロートの間の吃水下に一対の長
尺の円筒形ダクトを設け、該円筒形ダクト内に海流により回転する発電用のプロペラを設
けたことを特徴とする。
なお、水の抵抗をすくなくするために、前記サイドフロートの先端を内側に向けて斜めに
カットすることが好ましい。
さらに、海流により回転する発電用のプロペラを設けた円筒形ダクトの部分を円筒形ダク
ト本体から切り離した円筒形ダクト分離部と発電用プロペラの回転によって発電する発電
機とを一体化して独立した容器に収容して発電機ユニットを構成した。
円筒形ダクトの大きさは主胴船の大きさによっても異なるが、長さは１０～２００ｍ、直
径は３～２０ｍの範囲にするのが好ましい。
この発電機ユニットは、長尺の円筒形ダクトの先端に設ける以外に、必要に応じて両端、
さらには中間に設けてもよい。
そして、発電機ユニットを吃水上の船体内に設けられた発電機ユニット収納室に移動させ
る発電機ユニット移動装置を設けた。
この発電機ユニット移動装置としては、ロープにより発電機ユニットを懸垂して上下させ
る巻上機、パンタグラフ式上下移動装置、ピストンによる上下移動装置及びラックとピニ
オンによる上下移動装置等を単独又は組み合わせて使用することができる。
前記発電用プロペラとしては単独のプロペラ以外にさらに効率を上げるために二重反転プ
ロペラを使用することもできる。二重反転プロペラとは、二組のプロペラを同軸に配置し
、各組を相互に逆回転で駆動させるもので、船体にかかるカウンタートルクを相殺でき、
１組では流れのねじれとして損失となるエネルギーが、相殺により無くなることで効率が
向上する等の利点がある。
前記硬翼帆としては折り畳み可能な硬翼帆を使用する。折り畳み可能な硬翼帆としてつづ
ら折りした硬翼帆を使用し、さらに、硬翼帆をハニカム構造に構成することが好ましい。
ハニカム構造体は、炭素繊維補強直交織物をエポキシ樹脂に含浸した平板とハニカム層を
交互に重ねて５層ないし９層、厚さ約５ｃｍに積層する。
三胴船の自主運行手段として、電気モーターで前記発電機ユニットのプロペラを回転させ
て推進させる方法、デーゼル機関によるスクリュー推進方法およびウオータージェット推
進方法のいずれか、又はその組み合わせを使用することができる。
三胴船の発電機ユニットで発電された電気エネルギーを蓄積する手段としては蓄電器を使
用することが、一般であるが、電気エネルギーを水素に変換して蓄積することにより、そ
の容量を減らすことができる。
さらに、三胴船の甲板上に垂直回転軸式風力発電装置を設け、風力を利用して発電を起こ
させることも可能である。
本発明は、主胴船の左右に一対のサイドフロートを設けて三胴船構造としたので、背の高
い硬翼帆で帆走しても横揺れを防止することができる。
先細の船首を持つ主胴船と左右のサイドフロートの間の吃水下に一対の長尺の円筒形ダク
トを設け、該円筒形ダクト内に海流により回転する発電用のプロペラを設けたので、主胴
船の先細の船首とサイドフロートの先端との間に三角形の海域ができ、そこに海流が流れ
込み、いわゆるトランペット効果によって、海流が勢いよく円筒形ダクト内に流れ込むの
で円筒形ダクト内のプロペラの回転数を上げ、発電効率を上げることができる。又、横波
の場合でもサイドフロートが横波を止め、前記の三角形の海域で船の進行方向に海流を整
流化させて横波による円筒形ダクトに流入する海流の勢いを減らす作用を抑制することが
できる。
さらに、前記サイドフロートの先端を内側に向けて斜めにカットすることにより、前記ト
ランペット効果を助長することができる。
なお、円筒形ダクトは海流を整流化させプロペラ先端から発する渦流の発生を抑えるので
、効率よく海流のエネルギーをプロペラの回転に変換でき発電効率を高める。
海流により回転する発電用のプロペラを設けたダクトの部分を円筒形ダクト本体から切り
離した円筒形ダクト分離部を発電用プロペラの回転によって発電する発電機と一体化して
発電機ユニットを構成し、吃水上の船内に移動させる手段を設けたので、発電休止中は、
発電機ユニットを発電機ユニット収納室に待避させ水の抵抗を弱めることができる。また
、発電機ユニットのメンテナンスを吃水上の船内で行うことができる。
前記発電用プロペラとしては単独のプロペラ以外にさらに効率を上げるために二重反転プ
ロペラを使用することにより、発電効率を上げることができる。
硬翼帆としては折り畳み可能な硬翼帆を使用したので、風の強弱に応じて帆の面積を変え
ることができる。また、無風時自主運行する場合、帆を完全に折りたたむことにより、風
の抵抗をなくすことができる。さらに、つづら折りした硬翼帆を使用することにより簡単
な構造で、伸縮可能になり、さらに、硬翼帆を炭素繊維ハニカム構造にしたので、軽量で
しかも堅牢で帆の伸縮操作を容易にし、長期使用にも耐えうる効果を有する。
三胴船の自主運行手段として、電気モーターで前記発電機ユニットのプロペラを回転させ
て推進させる方法、デーゼル機関によるスクリュー推進方法およびウオータージェット推
進機関を設けたので、台風消滅後速やかに所定の場所に運行することができる。
三胴船の発電機ユニットで発電された電気エネルギーを蓄積する手段としては蓄電器を使
用する以外に、電気エネルギーを水素に変換して蓄積する手段を設けたことにより、蓄積
容量を減らすことができる。
さらに、三胴船の甲板上に台風に強い垂直回転軸式風力発電装置を設けたので、追加的に
風力を利用して発電を起こさせることができる。
本発明の一実施例の海流発電用三胴船の斜視図。 図１の平面図。 図１の裏面図。 図１の正面図。 図４のＡ－Ａ線断面図。 発電機ユニットの正面図。 図６のＢ－Ｂ線断面図。 発電機ユニットの斜視図 硬翼帆の部分斜視図。 折り畳み構造の硬翼帆の使用方法を説明するための説明図。 本発明の他の実施例の硬翼帆の正面図。 図１１の硬翼帆を若干折り畳んだ状態を示す側面図。 図１２のＣ－Ｃ線断面図。 台風の進路と本発明の海流発電用三胴船の進路を表す説明図。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は実施例１の海流発電用三胴船の斜視図を示し、図２はその平面図、図３はその裏面
図を示すものである。
先細の船首２０を持つ主胴船２の両脇に一対のサイドフロート３、３が設けられている。
主胴船２及び一対のサイドフロート３，３の間で甲板２２の下に一対の発電用の円筒形ダ
クト４，４が設けられている。
このように先細の船首２０を持つ主胴船２と一対のサイドフロート３、３の間に一対の発
電用の円筒形ダクト４，４を設けたので、先細の主胴船の船首２０とサイドフロート３の
間に略三角形の海域ができ、船の進行に従って海流が圧縮され急速な流れとなって発電用
の円筒形ダクト４の中に流れ込むので円筒形ダクト４内に設けられた発電用プロペラの回
転数を高め発電効率を向上させることができる。この効果をさらに高めるためには、サイ
ドフロート３の先端の内側を図２に示すように斜めにカットすることが好ましい。
主胴船２の前方及び後方には風力推進用の硬翼帆５１が２個ずつ計４個取り付けられてい
る。主胴船２の前には前方操舵室２３が、後方には後方操舵室２４が設けられている。甲
板２２の４隅には円筒形ダクト内のプロペラ６２を非発電時に収容するための発電機ユニ
ット収納室２５が設けられている。
発電機ユニット収納室２５の裏には発電機ユニットのメンテナンス用の開閉扉が設けられ
ている。
甲板２２上に左右４個ずつの垂直回転軸型風力発電機７が設けられている。さらに、左右
のサイドフロート３上には２個ずつの垂直回転軸型風力発電機７が設けられている。
図２は、海流発電用三胴船１の平面図で、主胴船２の船首２０は先細をしている。又主胴
船２の左右に１対のサイドフロート３，３が設けられている。甲板２２上には４隅に発電
機ユニット収納室２５が設けられている。主胴船２の前方には前方操舵室２３が、後方に
は後方操舵室２４がそれぞれ設けられている。
又主胴船２の前方には硬翼帆５１を取り付けた１本の支柱５２がターンテーブル２１に取
り付けられている。
甲板２２上及びサイドフロート３上には、垂直回転軸型風力発電機７が設けられている。
図３は、海流発電用三胴船１の裏面図で、主胴船２の左右に１対のサイドフロート３，３
が設けられている。主胴船２と一対のサイドフロート３の間には１対の発電用の円筒形ダ
クト４が取り付けられている。円筒形ダクト４は円筒形ダクト固定用Ｕ字板４３によって
主胴船２及びサイドフロート３のそれぞれの側面に固定されている。船尾には自力推進用
のスクリュー８が設けられている。
円筒形ダクト４の前端及び後端には発電機ユニット６が円筒形ダクト４の本体とは分離可
能に設けられている。図３の右側の円筒形ダクト４の下には発電機ユニット６が下に下が
り過ぎないようにストッパー４４が設けられている。
図３の左側の円筒形ダクトは断面図で示されている。円筒形ダクト４の前後に発電機ユニ
ット６が分離可能に設けられ、その中に発電用の二重反転プロペラ６２が設けられている
。円筒形ダクト４を主胴船２及びサイドフロート３に固定するための固定用Ｕ字板４３の
前端及び後端は発電機ユニット６が下がり過ぎるのを防止するためのストッパー４４とし
て機能している。
図４は海流発電用三胴船の正面図で、主胴船２の左右に一対のサイドフロート３，３があ
り、その間に一対の発電用円筒形ダクト４，４が存在する。
主胴船２の上には前方操舵室２３，硬翼帆５１が設けられ、主胴船２の甲板２２を貫通し
て発電機ユニット収納室２５が設けられている。甲板２２の上には垂直回転軸型風力発電
機７が設けられている。各発電機で発電された電力は主胴船２の蓄電器保管庫２８内の蓄
電器に充電される。
図５は図４のＡ－Ａ線断面図で、発電機ユニット用容器６１の前は前板６１２で塞がれて
いる。円筒形ダクトの本体４１の前の部分は切り離されて円筒形ダクト分離部４２を構成
している。前後の二重反転プロペラ６２１，６２２、前後の発電機６３1，６３２を内蔵
する発電機ユニット用容器６１全体を発電機ユニット６と総称する。
即ち、発電ユニットは、図８に示されるように、前後の二重反転発電用プロペラ６２１，
６２２を内蔵した円筒形ダクト分離部４２と、仕切り板６１４上の前後の発電機６３１，
６３２とが発電機ユニット用容器６１に収納されて独立した箱体として構成されている。
なお、図中６１３は容器６１の上板である。
図5に示されるように、発電機ユニット６は発電機ユニット収納室２５内を上下に移動で
きるように構成されている。即ち、発電機ユニット６は巻上機２６にロープ２７で繋引さ
れて、発電機ユニット収納室２５内を上下に移動できる。
主胴船２とサイドフロート３とは円筒形ダクト固定用Ｕ字板４３で接続されている。この
Ｕ字板４３の前端部は上下に移動する発電機ユニット６のストッパー４４としても機能す
る。
主胴船２の甲板２２を貫通して設けられた発電機ユニット収納室２５内に巻上機２６にロ
ープ２７で懸垂された発電機ユニット６が上下に移動できる構成が図示されている。
即ち、底が解放された発電機ユニット収納室２５の底に発電機ユニット６の上部が挿入さ
れ、ロープ２７を巻上機２６で巻き上げると発電機ユニット６は吃水面９よりも上の位置
に移動できる。ロープ２７を下げると発電機ユニット６は下降し、円筒形ダクト固定用Ｕ
字板４３の前端にあるストッパー４４の位置で固定される。
図６は、発電機ユニット６及びそれを納めた発電機ユニット収納室２５の正面図で、図７
は図６のＢ－Ｂ線断面図である。発電機ユニット６の上部は発電機ユニット収納室２５の
解放された底部に挿入されている。発電機ユニット６の下部は、円筒形ダクトの本体を主
胴船及びサイドフロートの側面に固定するための円筒形ダクト固定用Ｕ字板４３の前端に
接続されたストッパー４４によってそれ以上下方に移動するのを防止している。発電機ユ
ニット収納室２５の後ろは上に持ち上げた発電機ユニット６のメンテナンスを行うために
スライド式の開閉扉２５２が設けられている（図7参照）。
二重反転プロペラ６２は円筒形ダクト分離部４２に設けられた軸受用支柱６１５に設けら
れた回転軸６１６に取り付けられている。
図７に示されるように、発電機ユニット６内には二重反転プロペラが内蔵され、前のプロ
ペラ６２１の回転力はベベルギア６４によって垂直回転軸６１７，ベベルギア６５を経て
前の発電機６３１に伝えられる。後ろのプロペラ６２２の回転力はベベルギア６４によっ
て垂直回転軸６１７，ベベルギア６５を経て後ろの発電機６３２に伝えられ。発電機６３
１，６３２で発電された電力は蓄電器保管庫２８内の蓄電器に蓄電される。
図９は硬翼帆の構造を説明するための部分的斜視図である。
金属、ガラス繊維強化プラスチック又は炭素繊維補強ハニカム構造体等で形成された硬翼
帆板５１１の上下端にそれぞれ上向き突起軸受５１２と下向き突起軸受５１３が設けられ
ている。この硬翼帆板５１１を６枚回転軸５１４で連結して、一つの硬翼帆51を形成する
。その際、連結する硬翼帆板５１１の突起軸受の一つおきに摺動リング５１５のパイプ５
１６を突起軸受の中央の空間部に挿入して回転軸５１４を通しナット５１８で固定する。
支柱５２に硬翼帆５１を取り付けるために、図１０で示す様に硬翼帆５１の最上端、第２
、第３の硬翼帆板５１１の継ぎ目、第４、第５の硬翼帆板５１１の継ぎ目に摺動リング５
１５が取り付けられる。摺動リング５１５には支柱５２との滑りをよくするためにその表
面にシリコン樹脂が塗布されている。
図１０は折り畳み構造の硬翼帆の使用方法を説明するための説明図で、同図（Ａ）に示す
様に支柱５２に６枚連結の硬翼帆板５１１が折りたたまれた状態で取り付けられている。
支柱５２はターンテーブル５２１に立設されている。ターンテーブル５２１はボールベア
リング５２２を介して甲板２２上に固定された座金５２３上に回転自在に取り付けられて
いる。ターンテーブル５２１の下に固定された回転軸５３８は座金５２３を貫通してベベ
ルギア５２４に結合される。ベベルギア５２４はスタンド５２５の上にボールベアリング
522ｂを介して回転自在に支承されている。
連結された最上端の硬翼帆板５１１にロープ５２７を連結し、滑車５２６を介して巻上機
５２８で巻き上げると図（Ｂ）のように連結された硬翼帆板５１１は広がってゆき、図（
Ｃ）のように展開される。
展開された硬翼帆板５１１を下ろすには巻上機５２８のロックを外せば自重によって折り
たたまれるが、摩擦で降下しない場合は巻取機５２９でロープ527ｂを巻き取り強制的に
折りたたむこともできる。
実施例２として、二本柱の支柱を有する硬翼帆を使用する海流発電用三胴船につて説明す
る。図１１は二本柱の支柱を有する硬翼帆の正面図である。
二本柱の硬翼帆５３は、二本の支柱５４に６枚の硬翼帆板５３１が連結された硬翼帆が摺
動枠５３４で取り付けられている。又、第１層の硬翼帆板には２本の補強片５３５が取り
付けられている。二本の支柱５４，５４はその上端で支柱固定片５４１により連結され、
下端はターンテーブル５３７に固定されている。
第１層の硬翼帆板５３１の上には摺動枠５３４を取り付けるための接続板５３３が取り作
られている。第１層硬翼帆板と第２層硬翼帆板とは連結板５３２で屈曲自在に連結されて
いる。第２層硬翼帆板と第３層硬翼帆板の間は摺動枠の付いた接続板５３３で屈曲自在に
連結されている。
以下同様に第３層の硬翼帆板と第４層の硬翼帆板は連結板５３２で接続され、第４層の硬
翼帆板と第５層の硬翼帆板は摺動枠用接続板５３３で接続され、第５層の硬翼帆板と第６
層の硬翼帆板は連結板５３２で接続されている。
最下端の第６層の硬翼帆板５３１は２本の補強片５３５で補強され、その下端はターンテ
ーブル５３７に固定されている。
硬翼帆板５３１はエポキシ含浸した炭素繊維補強直交織物の平板で形成され、この平板の
間にガラス繊維補強エポキシ樹脂で形成された昭和飛行機製ハニカム層を積層し、さらに
この積層体を２～９層積層して構成する。
エポキシ含浸した炭素繊維補強ハニカム構造体を有する硬翼帆は、三菱化学製のグリシジ
ルアミン型エポキシ樹脂と三菱化学製のジシアンジアミド硬化剤を含侵させて東邦テナッ
クス製の炭素繊維にて直交織物（Ｗ－３１０１）を作り、昭和飛行機製のハニカムと積層
接着させて熱炉内にて硬化プレス成形して厚さ約５ｍｍの３層構造の硬翼帆の素材を作成
する。
次に、ポリエステル樹脂から成り内部に発砲スチロールが充填された断面が台形の長尺成
形芯体を成形し、次に三菱化学製のグリシジルアミン型エポキシ樹脂と三菱化学製のジシ
アンジアミド硬化剤をコーティングした東邦テナックス製の炭素繊維ＨＴＳ４０－１２Ｋ
をワインディング技術により周囲表面を補強し大型炉内にて熱硬化させて、エポキシ樹脂
で硬化した炭素繊維補強の台形補強構造体を作り、硬帆のつなぎ部分の補強体を製造する
（ワインディング技術は特許６６６３６２６号公報および特開平０１－１１３２２７公報
参照）。
また、摺動枠５３４はエポキシ樹脂含浸炭素繊維補強ワインディングで成形し、接続片５
６とは強力接着剤で接合する。
図１２は硬翼帆を引き延ばす状態を示す説明図である。支柱固定片５４１に取り付けられ
た滑車５２６にロープ５２７をかけ、ロープ５２７を巻上機（図示せず）で巻き上げ、硬
翼帆５３を引き上げる。各硬翼帆板５３１と接続板５３３，硬翼帆板５３１と連結板５３
２の間は蝶番５３９で接続されているので各硬翼帆板は図のように折り曲げられる。摺動
枠用接続板５３３には摺動枠５３４が接続片５６を介して接続され、摺動枠５３４は支柱
５４に嵌められ上下に摺動できるように構成されている。
図１３は図１２のＣ－Ｃ線断面図で摺動枠５３４の詳細図である。
十字型をした摺動枠５３４の内部の四角の空白部に四角の支柱５４を嵌める。摺動枠５３
４には、四角の支柱５４の各面に接触するゴムローラ５５が軸受５５２に支承された回転
軸５５１によって回動自在に取り付けられている。
摺動枠５３４は接続片５６、それに接続された摺動枠取付板５７で硬翼帆の摺動枠用接続
板５３３に結合されている。摺動枠用接続板５３３は摺動枠取付板５７とそれとは独立し
た摺動枠取付板５８で挟み付け止め金５８１で固定されている。図中５３７は二本の支柱
５４が立設されたターンテーブルである。
なお、図１３に示されている摺動枠は１枚の金属板を折り曲げ加工して２つの摺動枠５３
４，接続片５６，摺動枠取付板５７を一体化して製造することも可能である。
図１４は、台風の進路と本発明の海流発電三胴船の進路及び硬翼帆の角度を示す説明図で
ある。
台風Ｒ１（Ｒ２は台風の目）は右回りに風力が段々強くなる。従って、台風の勢力が強い
場合Ｓ１では、台風の後ろ左の位置に発電用三胴船Ｔ１を位置させ、硬翼帆の角度を５時
－１１時方向に向け、台風の進路方向Ｐと同じ方向Ｑに向けて帆走し海流発電を行う。風
がやや強い場合Ｓ２の時は、三胴船をＴ２の位置に置き、硬翼帆の角度を４時－１０時の
方向に向け、台風の進路方向Ｑに向けて帆走し海流発電を行う。風がやや弱いＳ３の場合
は三胴船をＴ３に位置させ、硬翼帆の角度を３時－９時に方向に向ける。
このような三胴船を５０隻～１０００隻単位で並べて帆走し、台風の勢力を吸収し台風の
勢いを弱めながら発電させる。
台風の発電を中止した場合は、自力推進用スクリュー８を使用して母港ないしは潮流発電
を行う場所に移動して、繋留状態で発電を行う。この自力推進の場合は、発電機ユニット
６は発電機ユニット収納室２５に引き上げて、発電機ユニット６による海流の抵抗を軽減
させる。
１．海流発電用三胴船
２．主胴船
３．サイドフロート
４．円筒形ダクト
５１．硬翼帆
６．発電機ユニット
７．垂直回転軸型風力発電機
８．推進用スクリュー

Claims (6)

  1. 先細の船首を持つ主胴船の左右に一対のサイドフロートを有し、硬翼帆で帆走する三胴船
    において、主胴船とサイドフロートの間の吃水下に一対の長尺の円筒形ダクトを設け、該
    円筒形ダクト内に海流により回転する発電用プロペラを設けると共に、該発電用プロペラ
    を設けた円筒形ダクト部分を円筒形ダクト本体から切り離した円筒形ダクト分離部と発電
    用プロペラによって発電する発電機とを一体化した発電機ユニットを吃水上の船体内に移
    動させる発電機ユニット移動手段を設けたことを特徴とする強風に適した海流発電用三胴
    船。
  2. 前記発電機ユニット移動手段として、ロープにより発電機ユニットを懸垂して上下させる
    巻上機、パンタグラフ式上下移動装置、ピストンによる上下移動装置及びラックとピニオ
    ンによる上下移動装置の群から選ばれた１種を使用するか又は２種以上を併用することを
    特徴とする請求項1に記載の強風に適した海流発電用三胴船。
  3. 前記発電用プロペラとして二重反転プロペラを使用することを特徴とする請求項１に記載
    の強風に適した海流発電用三胴船。
  4. 前記硬翼帆として折り畳み可能な硬翼帆を使用することを特徴とする請求項１に記載の強
    風に適した海流発電用三胴船。
  5. 前記折り畳み可能な硬翼帆としてつづら折りした硬翼帆を使用することを特徴とする請求
    項4に記載の強風に適した海流発電用三胴船。
  6. 前記硬翼帆を炭素繊維補強ハニカム構造に構成することを特徴とする請求項1、請求項4及
    び請求項5のいずれか1項に記載の強風に適した海流発電用三胴船。
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