JP2018081848A - エネルギ供給システム - Google Patents
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Abstract
Description
前記運転制御部は、
前記燃料ガス非消費状態が生じない期間が前記漏洩判定用期間に到達する前に、前記発電部の運転を設定解除条件が満たされるまで停止する漏洩判定回避用停止処理を実行し、
前記発電部を停止する際には、前記改質処理装置での前記水素ガス生成処理を停止させた後、前記発電部の内部の保圧対象領域に前記マイコンメータを経由して供給される燃料ガスを充填して前記保圧対象領域の圧力を第1設定適正圧力以上にした状態で封止する第1充填処理を実行し、その後、前記保圧対象領域での圧力が前記第1設定適正圧力未満の第1下限圧力に低下することで補充開始条件が満たされると、前記発電部の内部に燃料ガスを補充して前記保圧対象領域の圧力を前記第1設定適正圧力以上にする第1保圧処理を実行するように構成されているエネルギ供給システムであって、
前記運転制御部は、
前記漏洩判定回避用停止処理の実行中において、警告処理用期間の計時を開始してから設定処理予定時間が経過しても、前記燃料ガス非消費状態が生じないときには、燃料ガスの消費停止を促す警告を使用者に対して行う警告処理を実行する構成において、
前記警告処理用期間の計時を、前記漏洩判定回避用停止処理の実行中に前記第1保圧処理を繰り返し実行するときの当該第1保圧処理の間隔であるインターバル時間が設定期間よりも長くなってから開始するように構成されている点にある。
従って、燃料ガスの消費停止を促す警告を使用者に対して行う警告処理を妥当なタイミングで実行できるエネルギ供給システムを提供できる。
前記第1保圧処理として、前記改質処理装置の内部に燃料ガスを補充して前記改質処理装置の内部の圧力を前記第1設定適正圧力以上にする処理を実行する点にある。
(エネルギ供給部Hの全体構成)
図1に示すように、エネルギ供給システムは、マイコンメータMと、マイコンメータMを経由して供給される燃料ガスGを用いて発電する発電部Haを備えるエネルギ供給部Hと、エネルギ供給部Hの運転を制御する運転制御部Cとを備える。例えば、エネルギ供給部Hとして、超音波式のマイコンメータMを経由して供給される燃料ガスGを用いて発電する発電部Ha及び熱源部Hbを備える熱電併給部が備えられ、熱源部Hbには、発電部Haの排熱を回収した湯水を貯湯する貯湯タンク1と、マイコンメータMを経由して供給される燃料ガスGを用いて燃焼する補助熱源機2とが備えられている。
尚、マイコンメータMを経由して供給される燃料ガスGは、ガスコンロ等の種々のガス消費機器に供給されることになるが、本実施形態においては、ガス消費機器についての説明は省略する。
ちなみに、燃料ガスGは、都市ガス、プロパンガス等の炭化水素を含むガスである。
燃料電池4は、燃料極4n及び酸素極4sを備えるセルを積層して構成され、加えてセルを冷却するための冷却水が通流する通流部4dを備える。
冷却水循環路5Aには、冷却水循環ポンプPa及び冷却水貯留タンクQが設けられ、湯水循環路5Bには、湯水循環ポンプPbが設けられている。
商用電源7は、例えば、単相3線式100/200Vであり、受電電力供給ライン8を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷9に電気的に接続されている。
インバータ6は、発電電力供給ライン10を介して受電電力供給ライン8に電気的に接続され、燃料電池4からの発電電力がインバータ6及び発電電力供給ライン10を介して電力負荷9に供給されるように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ6により燃料電池4から受電電力供給ライン8に供給される電力が制御され、そして、燃料電池4による発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に換えて回収する電気ヒータ12に供給されるように構成されている。
電気ヒータ12の複数の電気ヒータ部分は、スイッチ回路13によりON/OFFが切り換えられる。スイッチ回路13は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ12の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ12の消費電力を調整するように構成されている。
発電用制御部Caと熱源用制御部Cbとは、各種の情報を通信自在に構成され、また、発電用制御部Caと熱源用制御部Cbとに対して、運転開始指令や運転停止指令等の各種の情報を指令するリモコンRが設けられている。
次に、改質処理装置3について説明を加える。
図2に示すように、マイコンメータMを経由して供給される燃料ガスGを燃料ポンプ15にて圧送する燃料供給路16が設けられ、その燃料供給路16にて供給される燃料ガスGに対して脱硫作用する脱硫器17が設けられている。
供給される水を気化させて水蒸気を生成する水蒸気生成器18が設けられ、脱硫器17からの脱硫燃料ガスを水蒸気生成器18からの水蒸気にて改質処理して水素含有ガスを生成する改質器19が設けられている。
また、気水分離器22にて凝縮水が分離された変成ガスの残部が、脱硫処理用の水素含有ガスとして、脱硫リサイクル路25を通して燃料供給路16の燃料ガスGに混合供給されるように構成されている。
以下、改質処理装置3の各部について説明を加える。
上述の説明から明らかな如く、燃料供給路16を通して供給される燃料ガスGが、脱硫器17、改質器19、変成器20、ガス冷却器21、気水分離器22、一酸化炭素選択酸化器23を通して流動することになるから、脱硫器17、改質器19、変成器20、ガス冷却器21、気水分離器22、一酸化炭素選択酸化器23が、記載順にガス処理流路27にて接続されている。
つまり、燃料電池4から排出される発電反応後のオフガスを、改質器バーナ19aにて燃焼用空気路29からの燃焼用空気にて燃焼させて、改質触媒を改質反応が可能な状態に加熱するように構成されている。
また、水蒸気生成器18には、内部の水を排出する改質水排出路32が設けられ、その改質水排出路32には、その流路を開閉する改質水排出バルブV4が設けられている。
選択酸化用の空気を一酸化炭素選択酸化器23に供給する選択酸化用空気路33が設けられ、その選択酸化用空気路33にはその流路を開閉する選択酸化用空気バルブV9が設けられている。
次に、改質処理装置3及び燃料電池4の運転を停止させて保管するときの停止保管運転について説明する。
発電用制御部Caが、改質処理装置3及び燃料電池4の運転を停止させて保管する停止保管運転を行うときには、燃料供給路16による燃料ガスGの供給を停止した状態で、水蒸気生成器18による水蒸気の生成を継続することにより、改質処理装置3及び燃料電池4の内部に水蒸気を供給して、改質処理装置3の内部や燃料電池4の燃料極4nに存在するガスを排出する水蒸気供給処理(以下、水蒸気パージ処理と呼称)を行い、次に、水蒸気生成器18への水の供給を停止して、水蒸気生成器18の内部から水を排出し、且つ、改質処理装置3の内部及び燃料電池4の燃料極4nの内部に、マイコンメータMを経由して供給される燃料ガスGをパージガスとして充填して封止する充填処理(以下、ガスパージ処理と呼称)を行うように構成されている。
ちなみに、本実施形態においては、燃料電池4に対するガスの補充(第2保圧処理)は、後述の如く、改質処理装置3の内部に充填されたガスを燃料電池4に供給する形態で行うように構成されている。
すなわち、改質処理装置3及び燃料電池4の定常運転中(通常運転中)は、燃料バルブV1、生成ガス出口バルブV2、改質水バルブV3、電池出口バルブV6、脱硫リサイクルバルブV8、選択酸化用空気バルブV9及び燃焼用空気バルブV10は開弁状態であり、改質水排出バルブV4及び電池バイパスバルブV7は閉弁状態である。
したがって、改質処理装置3に対しては、以降、第1保圧処理を実行することになる。
つまり、改質処理装置側圧力センサ35の検出圧力が改質装置側の第1設定適正圧力未満の改質装置側の第1下限圧力以下になると、燃料バルブV1を開き、改質装置側の第1下限圧力以上になると、燃料バルブV1を閉じることになる。この第1保圧処理の詳細は後述する。
図3に示すように、熱源部Hbには、上述した貯湯タンク1及び補助熱源機2に加えて、多機能循環ポンプ40、暖房用循環ポンプ41、風呂追焚用循環ポンプ42、暖房用熱交換器43、風呂追焚用熱交換器44が備えられている。
また、熱源部Hbには、給湯用混合弁45、暖房用電磁弁46、風呂追焚用電磁弁47、三方弁48、タンク比例弁49、及び、蓄熱切換弁50が設けられている。
水道水等の給水源からの湯水を供給する給水路53が、給湯用混合弁45に接続される第1給水路53aと、湯水供給路52に設けた蓄熱切換弁50に接続される第2給水路53bとに分岐されている。
暖房用熱交換器43と風呂追焚用熱交換器44とは、多機能循環路54に並列状態で配置され、暖房用電磁弁46が、暖房用熱交換器43を通した湯水の通流を断続し、且つ、風呂追焚用電磁弁47が、風呂追焚用熱交換器44を通した湯水の通流を断続する形態で、多機能循環路54に配置されている。
暖房用循環路56が、暖房用熱交換器43を経由する状態で設けられ、暖房用循環ポンプ41が、暖房用循環路56に設けられている。
風呂用循環路57が、風呂追焚用熱交換器44を経由する状態で設けられ、風呂追焚用循環ポンプ42が、風呂用循環路57に設けられている。
例えば、給湯運転を行う場合に、貯湯タンク1の貯湯熱量が多いときには、貯湯タンク1の湯水が湯水取出路51を通して給湯用混合弁45に供給されることになる。尚、この場合、第2給水路53bからの湯水が、蓄熱切換弁50を経由しながら、湯水供給路52を通して貯湯タンク1に供給されることになる。
給湯運転処理は、上述の如く、給湯開始条件が満たされたときに、貯湯タンク1の貯湯熱量が少ないときには、給湯用燃焼器Kとして機能する補助熱源機2を給湯停止終了条件が満たされるまで燃焼作動させることになる。
これに対して、給湯停止終了条件は、給湯栓が閉じられることにより、通水センサWが湯水の流動を検出しなくなったことである。或いは、熱源用制御部Cbが、風呂湯張りが完了したと判定したことである。
発電用制御部Caは、上記燃料ガス非消費状態が生じない期間が漏洩判定用期間(例えば30日など)に到達する前に、発電部Haの運転を設定解除条件が満たされるまで停止する漏洩判定回避用停止処理を実行する。例えば、発電用制御部Caは、マイコンメータMの漏洩判定用期間の4日前に相当する26日が経過した後に、発電部Haの運転を設定解除条件が満たされるまで停止する漏洩判定回避用停止処理、及び、燃料ガスGの消費停止を促す警告メッセージを、設定解除条件が満たされるまでリモコンRに表示する警告処理を、漏洩判定回避処理として実行するように構成されている。
そして、発電用制御部Caが、発電側流量計59a及び熱源側流量計59bの検出情報に基づいて、発電部Ha及び熱源部Hbの夫々に対する燃料ガスGの通流量が上記設定判定量(例えば、1.0L/h)以下となる状態を判断するように構成されている。
次に、発電用制御部Caが実行する漏洩判定回避処理を、図4のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、マイコンメータMの漏洩判定用期間(例えば、30日)の4日前に相当する26日が経過しているか否かを判定し(#1)、26日以上が経過している場合には、発電部Haが停止済であるか否かを判定する(#2)。尚、#1にて、26日以上が経過していないと判定したときには、他の処理に移行する。
また、運転停止処理の後では、改質処理装置3の内部圧力を適正圧力に保つ第1保圧処理が、漏洩判定回避処理とは別の処理として実行される。また、燃料電池4の燃料極4nにおける内部圧力を適正圧力に保つ第2保圧処理も漏洩判定回避処理とは別の処理として実行される。
上述したように、ガスパージ処理により改質処理装置3を密閉状態にしても、その後の温度低下に伴って、改質処理装置3でのガス圧が低下する。また、第1保圧処理を行って改質処理装置3に燃料ガスGを第1設定適正圧力以上に充填しても、温度低下に伴って改質処理装置3の圧力が第1下限圧力以下に低下することで補充開始条件が満たされ、それに応じて第1保圧処理が行われる。このように、第1保圧処理は繰り返し行われるが、改質処理装置3の温度が例えば室温に近付くにつれて改質処理装置3の圧力の低下速度は小さくなる。その結果、漏洩判定回避用停止処理の実行中に第1保圧処理を繰り返し実行するときのその第1保圧処理の間隔であるインターバル時間は、図5に示すように徐々に長くなる。
これに対して、漏洩判定回避用停止処理の実行中、発電部Haの運転を停止してから長時間が経過すると改質処理装置3の温度の低下速度及び圧力の低下速度は小さくなるため、第1保圧処理が繰り返されるときのその第1保圧処理の間隔であるインターバル時間は長くなる。つまり、第1保圧処理のために燃料ガスGが消費される頻度は低くなる。
(1)上記実施形態では、エネルギ供給システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成については適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、エネルギ供給部Hの運転を制御する運転制御部Cが、発電部Haの運転を制御する発電用制御部Caと熱源部Hbの運転を制御する熱源用制御部Cbとから構成される場合を例示したが、発電用制御部Caと熱源用制御部Cbとを一つの制御部としてまとめて、運転制御部Cを一つの制御部として構成する形態で実施してもよい。
また、上記実施形態では、発電部Haと熱源部Hbとを別体のユニットとして構成する場合を例示したが、発電部Haと熱源部Hbとを一つのユニットとして構成する形態で実施してもよい。
更に、上記実施形態では、貯湯タンク1を有する熱源部Hbを備える場合を例示したが、貯湯タンク1を備える熱源部Hbを省略する形態で実施してもよい。
また更に、上記実施形態では、超音波式のマイコンメータMを例示したが、膜式のマイコンメータMについても本発明は適用できる。この場合、燃料ガス非消費状態であると見なされるための判定条件は、例えば、燃料ガスGの通流量が設定判定量(例えば、1.0L/h)以下となる状態が設定判定時間以上(例えば、60分以上)連続することである。
例えば、上記実施形態では、改質処理装置3の第1保圧処理を、改質処理装置側圧力センサ35の検出情報に基づいて行う場合を例示したが、例えば、改質器温度センサ34の検出温度Tが設定温度Ts(例えば、50℃)低下する毎に、燃料ガスGを設定量ずつ充填する形態で実施する等、第1保圧処理の具体構成は各種変更できる。
また、上記実施形態では、燃料電池4に対する第2保圧処理を、改質処理装置3に充填された燃料ガスGを供給する形態で実施したが、マイコンメータMからの燃料ガスGを供給する形態で実施してもよい。この場合には、燃料電池4に対する第2保圧処理は、改質処理装置3の第1保圧処理と同様に、燃料ガスGの消費中として判断することになる。
更に、上記実施形態では、燃料電池4に対しても第2保圧処理を行う場合を例示したが、燃料電池4に対する第2保圧処理を省略する形態で実施してもよい。
例えば、運転制御部Cは、改質器19の温度が目標温度(200℃など)以下になれば第1保圧処理のインターバル時間が設定期間よりも長くなっていると推定してもよい。また、運転制御部Cは、発電部Haを停止してからの経過時間が目標期間以上になれば改質処理装置3の温度が低下して第1保圧処理のインターバル時間が設定期間よりも長くなっていると推定してもよい。更に、運転制御部Cは、上述した水蒸気パージが完了すると改質処理装置3の温度が低下して第1保圧処理のインターバル時間が設定期間よりも長くなっていると推定してもよい。
4 :燃料電池
C :運転制御部
G :燃料ガス
H :エネルギ供給部
Ha :発電部
M :マイコンメータ
Claims (4)
- 燃料ガスの通流量が設定判定量以下となる状態が設定判定時間以上連続することを含む所定の判定条件を満たす燃料ガス非消費状態が漏洩判定用期間の間に生じないときには、警報作動する又は燃料ガスの供給を遮断するマイコンメータと、当該マイコンメータを経由して供給される燃料ガスを用いて発電する発電部を備えるエネルギ供給部と、当該エネルギ供給部の運転を制御する運転制御部とを備え、前記発電部は、燃料ガスを水蒸気改質して水素ガスを生成する水素ガス生成処理を行う改質処理装置と、前記水素ガス生成処理によって生成された水素ガスを利用した発電運転を行う燃料電池とを有し、
前記運転制御部は、
前記燃料ガス非消費状態が生じない期間が前記漏洩判定用期間に到達する前に、前記発電部の運転を設定解除条件が満たされるまで停止する漏洩判定回避用停止処理を実行し、
前記発電部を停止する際には、前記改質処理装置での前記水素ガス生成処理を停止させた後、前記発電部の内部の保圧対象領域に前記マイコンメータを経由して供給される燃料ガスを充填して前記保圧対象領域の圧力を第1設定適正圧力以上にした状態で封止する第1充填処理を実行し、その後、前記保圧対象領域での圧力が前記第1設定適正圧力未満の第1下限圧力に低下することで補充開始条件が満たされると、前記発電部の内部に燃料ガスを補充して前記保圧対象領域の圧力を前記第1設定適正圧力以上にする第1保圧処理を実行するように構成されているエネルギ供給システムであって、
前記運転制御部は、
前記漏洩判定回避用停止処理の実行中において、警告処理用期間の計時を開始してから設定処理予定時間が経過しても、前記燃料ガス非消費状態が生じないときには、燃料ガスの消費停止を促す警告を使用者に対して行う警告処理を実行する構成において、
前記警告処理用期間の計時を、前記漏洩判定回避用停止処理の実行中に前記第1保圧処理を繰り返し実行するときの当該第1保圧処理の間隔であるインターバル時間が設定期間よりも長くなってから開始するように構成されているエネルギ供給システム。 - 前記運転制御部は、前記警告処理用期間の計時を開始した後は、前記警告処理用期間の計時を開始する前よりも、前記第1設定適正圧力を高くする請求項1に記載のエネルギ供給システム。
- 前記運転制御部は、前記第1充填処理として、前記保圧対象領域としての前記改質処理装置の内部に前記マイコンメータを経由して供給される燃料ガスを充填して前記改質処理装置の内部の圧力を前記第1設定適正圧力以上にした状態で封止する処理を実行し、
前記第1保圧処理として、前記改質処理装置の内部に燃料ガスを補充して前記改質処理装置の内部の圧力を前記第1設定適正圧力以上にする処理を実行する請求項1又は2に記載のエネルギ供給システム。 - 前記運転制御部は、前記発電部を停止する際には、前記燃料電池での前記発電運転を停止させた後、前記燃料電池の燃料極領域に前記改質処理装置を経由して供給されるガスを充填して第2設定適正圧力以上にした状態で前記燃料極領域を封止する第2充填処理を実行し、その後、前記燃料極領域の圧力が前記第2設定適正圧力未満の第2下限充填圧に低下すると、前記改質処理装置の内部に存在するガスを前記燃料極領域に補充して前記燃料極領域の圧力を前記第2設定適正圧力以上にする第2保圧処理を実行する請求項3に記載のエネルギ供給システム。
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