JP6120752B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Description
ところが、熱電併給装置から電力を供給するべき電力需要が存在している場合、熱が不要であっても、熱電併給装置を動かして電力を供給するための運転を行う必要がある場合もある。
特許文献1に記載のシステムでは、貯湯タンク内の温水を排出する排出制御を行う場合、排出を実行する前に、「貯湯タンクが満蓄になることを回避するため、自動排水いたします」といったメッセージを表示装置に表示することとしている。
給水源から前記蓄熱装置への給水が遮断されている断水状態であるか否かを検出する断水検出手段を備え、
前記運転制御手段は、
前記断水検出手段が前記断水状態を検出していないとき、前記熱電発生運転を実行中に前記蓄熱装置での蓄熱量が上限蓄熱量に達すると、前記熱電発生運転の実行を継続しながら前記熱放出運転を実行し、
前記断水検出手段が前記断水状態を検出しているとき、前記熱電発生運転を実行中に前記蓄熱装置での蓄熱量が前記上限蓄熱量に達すると、前記熱放出運転を実行せずに前記熱電発生運転を停止するように構成されている点にある。
従って、蓄熱装置の満蓄時の熱放出運転の制御と、断水時における湯水の確保とを両立できるコージェネレーションシステムを提供できる。
図1は、コージェネレーションシステムの構成を示す図である。図1に示すように、コージェネレーションシステムは、熱と電気とを併せて発生する熱電併給装置1と、熱電併給装置1で発生した熱を蓄える蓄熱装置としての貯湯タンク4と、熱電併給装置1を運転して熱と電気とを併せて発生させる熱電発生運転、及び、貯湯タンク4で蓄えている熱を放出する熱放出運転の制御を行う運転制御手段Cとを備える。運転制御手段Cは、後述する各種のポンプや弁などの動作や、コージェネレーションシステムが備える各装置の動作の制御も行う。本願において、「熱放出運転」は、その時点で熱需要が発生していない場所に熱を放出することを指す。
熱電併給装置1は、熱と電気とを併せて発生させることのできる装置であれば、どのような構成のものでも構わない。例えば、燃料電池や、エンジンとそのエンジンによって駆動される発電機とを備えてエンジンの排熱と発電機の発電電力とを利用するような装置などを、熱電併給装置1として利用できる。図示は省略するが、熱電併給装置1の発電出力側には例えばインバータ等が設けられ、そのインバータは、熱電併給装置1の出力電力を商用電力系統から供給される電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。そして、インバータから出力される電力は、様々な電力負荷装置に供給される。
上流側温度センサ31は、補助熱源装置5へと流入する前の湯水の温度を計測する。つまり、補助熱源装置5が加熱運転状態であるとき、上流側温度センサ31は、補助熱源装置5によって加熱される前の湯水の温度を計測する。
下流側温度センサ32は、補助熱源装置5から流出した後の湯水の温度を計測する。つまり、補助熱源装置5が加熱運転状態であるとき、下流側温度センサ32は、補助熱源装置5によって加熱された後の湯水の温度を計測する。
以下に、熱電発生運転を実行中に貯湯タンク4での蓄熱量が上限蓄熱量に達した場合のコージェネレーションシステムの動作について説明する。尚、以下の説明では、貯湯タンク4での蓄熱量が上限蓄熱量に達した状態のことを、「満蓄」という用語で表すこともある。また、詳細は後述するが、「上限蓄熱量に達した状態(満蓄状態)」とは、温度成層を形成する形態で貯湯タンク4に貯えられている湯水のうち、最も低温の湯水の温度を計測する貯湯温度センサ25が、熱電併給装置1からの熱回収に用いるときの湯水(即ち、熱電併給装置1にとっての冷却水)に要求される上限湯水温度になったとき、即ち、貯湯タンク4に貯えられている全ての湯水の温度がその上限湯水温度になった状態を指す。
図2(a)は、上述した「自動運転」及び「手動運転」の何れで熱電併給装置1を運転するのかを使用者が指令するときの画面例である。運転制御手段Cは、リモコン装置Rの表示部r1に対して、図2(a)に示すような画面を表示させる。図2(a)では、「手動運転」に対して矢印(「⇒」)が対応する状態が示され、使用者が「手動運転」を指令したことが示されている。尚、使用者が「自動運転」を希望する場合には、情報入力部r2を用いて矢印が「自動運転」に対応する状態にすればよい。
以上のように、本発明の「使用者からの運転指令を受け付ける運転指令受付手段」は、情報入力部r2を用いて実現できる。
本実施形態では、貯湯タンク4に蓄熱媒体としての湯水を貯えることで貯湯タンク4に熱を蓄え、貯湯タンク4から湯水を放出することで貯湯タンク4からの熱の放出を行う(即ち、熱放出運転を行う)ように構成されている。そして、使用者は、熱放出運転を行うときに放出することを許容する湯水の積算湯量と湯水の温度とを設定できる。例えば、本実施形態では、1回の熱放出運転において、20L(リットル)の湯水を放出する。但し、熱放出運転が行われることで貯湯タンク4での蓄熱量が一旦は上限蓄熱量未満になったとしても、その後、貯湯タンク4での蓄熱量が上限蓄熱量に達し、再び、熱放出運転が行われることもある。そして、例えば20Lの湯水を放出する熱放出運転が何度も繰り返された場合、それら複数回の熱放出運転によって放出される積算湯量が非常に多くなる可能性がある。そこで、本実施形態では、熱放出運転によって放出される積算湯量に上限値を設定し、その積算湯量の上限値を超える熱放出運転を行わせないための設定が可能となっている。図2(b)及び図2(c)は、それらの設定画面の例である。
図3は、手動運転が行われている状態で満蓄状態になったときの満蓄時処理を説明するフローチャートである。
尚、本実施形態において、運転制御手段Cは、熱電併給装置1を自動運転しているときに満蓄状態になると、単に熱電併給装置1の熱電発生運転を停止して熱放出運転を実行しないように構成されている。つまり、本実施形態では、熱電併給装置1を自動運転している間は熱放出運転を行わない。
運転制御手段Cは、断水状態であるか否かを判定するために、以下の断水状態判定工程を実行する。
浴槽3に湯水が一定量貯まっている場合に風呂ポンプ21を運転させると、浴槽水循環路L6を湯水が循環し、風呂水流スイッチ37はON状態を出力する。これに対して、浴槽3に湯水が一定量貯まっていない場合は、風呂ポンプ21を運転させても浴槽水循環路L6を湯水が循環しないため、風呂水流スイッチ37はOFF状態を出力する。運転制御手段Cは、風呂水流スイッチ37によるオン状態又はオフ状態の出力結果を確定させた後、風呂ポンプ21を停止させる。
そして、風呂水流スイッチ37がON状態となる場合は、浴槽水循環路L6の途中に設けられている風呂水位センサ35での風呂水位の計測が可能となる。風呂水流スイッチ37がOFF状態を出力するような状況であれば、浴槽水循環路L6の途中に設けられている風呂水位センサ35での風呂水位の計測はできない(即ち、風呂水位は計測下限未満)。
尚、運転制御手段Cは、放出される湯水の量が1回の熱放出運転によって放出する例えば20L等に達していない場合、或いは、放出済みの積算湯量が上限値(100L、200L等)に達していない場合であっても、浴槽3における湯水の水位が上限水位になると、それ以上の湯水の放出を制限する(即ち、熱放出運転を停止させる)と共に、その後に上限蓄熱量に達した時点で、熱電併給装置1の熱電発生運転を停止させる。
第2実施形態のコージェネシステムは、運転制御手段Cが行う満蓄時処理の内容が第1実施形態で説明した満蓄時処理の内容と異なる。以下に、第2実施形態での満蓄時処理の内容について説明するが、第1実施形態と同様の内容については説明を省略する。
図4は、手動運転が行われている状態で満蓄状態になったときの満蓄時処理を説明するフローチャートである。
そして、運転制御手段Cは、断水状態であると判定した場合には工程#31に移行し、断水状態ではないと判定した場合には工程#21に移行する。
浴槽3に湯水が一定量貯まっている場合に風呂ポンプ21を運転させると、浴槽水循環路L6を湯水が循環し、風呂水流スイッチ37はON状態を出力する。これに対して、浴槽3に湯水が一定量貯まっていない場合は、風呂ポンプ21を運転させても浴槽水循環路L6を湯水が循環しないため、風呂水流スイッチ37はOFF状態を出力する。運転制御手段Cは、風呂水流スイッチ37によるオン状態又はオフ状態の出力結果を確定させた後、風呂ポンプ21を停止させる。
そして、風呂水流スイッチ37がON状態となる場合は、浴槽水循環路L6の途中に設けられている風呂水位センサ35での風呂水位の計測が可能となる。風呂水流スイッチ37がOFF状態を出力するような状況であれば、浴槽水循環路L6の途中に設けられている風呂水位センサ35での風呂水位の計測はできない(即ち、風呂水位は計測下限未満)。
そして、運転制御手段Cは、湯水の風呂水位が上限水位未満である場合(即ち、浴槽3に湯水を受け入れる余裕がある場合)には工程#26へ移行し、湯水の風呂水位が上限水位以上である場合(浴槽3に湯水を受け入れる余裕が無い場合)には工程#31に移行する。
第3実施形態のコージェネシステムは、運転制御手段Cが行う満蓄時処理の内容が第1実施形態及び第2実施形態で説明した満蓄時処理の内容と異なる。以下に、第3実施形態での満蓄時処理の内容について説明するが、上記実施形態と同様の内容については説明を省略する。
図5は、手動運転が行われている状態で満蓄状態になったときの満蓄時処理を説明するフローチャートである。
そして、運転制御手段Cは、断水状態であると判定した場合には工程#48に移行し、断水状態ではないと判定した場合には工程#41に移行する。
浴槽3に湯水が一定量貯まっている場合に風呂ポンプ21を運転させると、浴槽水循環路L6を湯水が循環し、風呂水流スイッチ37はON状態を出力する。これに対して、浴槽3に湯水が一定量貯まっていない場合は、風呂ポンプ21を運転させても浴槽水循環路L6を湯水が循環しないため、風呂水流スイッチ37はOFF状態を出力する。運転制御手段Cは、風呂水流スイッチ37によるオン状態又はオフ状態の出力結果を確定させた後、風呂ポンプ21を停止させる。
そして、風呂水流スイッチ37がON状態となる場合は、浴槽水循環路L6の途中に設けられている風呂水位センサ35での風呂水位の計測が可能となる。風呂水流スイッチ37がOFF状態を出力するような状況であれば、浴槽水循環路L6の途中に設けられている風呂水位センサ35での風呂水位の計測はできない(即ち、風呂水位は計測下限未満)。
そして、運転制御手段Cは、湯水の風呂水位が上限水位未満である場合(即ち、浴槽3に湯水を受け入れる余裕がある場合)には工程#46へ移行し、湯水の風呂水位が上限水位以上である場合(浴槽3に湯水を受け入れる余裕が無い場合)には工程#48に移行する。
そして、運転制御手段Cは、工程#47において湯水を浴槽3内に放出する熱放出運転を実行し、且つ、熱電併給装置1の熱電発生運転を継続する。このとき、運転制御手段Cは、浴槽3内に湯水を放出することで浴槽3内に貯えられる湯水の水位が設定湯張水位になり、且つ、浴槽3内に湯水を放出することで浴槽3内に貯えられる湯水の温度が、浴槽3での入浴時の湯温として設定されている設定湯張温度になるように、浴槽3内に放出する湯水の量及び湯温を調節する。尚、運転制御手段Cは、記憶手段Sに記憶してある過去の熱放出運転で放出した積算湯量の情報を参照して、積算湯量が上限値(100L、200L等)に達した場合には、それ以上の湯水の放出を制限する(即ち、熱放出運転を停止させる)と共に、その後に上限蓄熱量に達した時点で、熱電併給装置1の熱電発生運転を停止させる。
<1>
上記実施形態では、熱電併給装置1を自動運転している間は熱放出運転を行わない例を説明したが、上記実施形態で説明した手動運転の場合と同様に、熱電併給装置1を自動運転している間にも熱放出運転を行うようにしてもよい。
上記実施形態では、熱放出運転を行うときに放出する積算湯量(100L、200L)や湯温(40℃、42℃)を使用者が設定可能である例を説明したが、使用者が他の設定を行えるようにしてもよい。例えば、上記実施形態では、運転制御手段Cが、熱放出運転を行うときに、熱放出運転の実行を使用者に報知する例を説明したが、このような報知を行うか否かを使用者が設定できるように構成してもよい。
上記実施形態では、湯水の温度や、1回の熱放出運転において放出する湯量(20L)、積算湯量の上限値(100L、200L)などについての具体的な数値を挙げたが、それらの数値は単に例示目的で挙げたものであり、本発明がそれらの数値に限定されることはない。例えば、上記実施形態では、1回の熱放出運転において放出する湯量を20Lとする例を説明したが、この値を10L、30L等の値に変更しても良い。
或いは、1回の熱放出運転において放出する湯量を上述のような固定値ではなく、可変値にしてもよい。例えば、熱放出運転として、貯湯タンク4から一定熱量の湯水を放出するように変更してもよいし、貯湯タンク4での蓄熱量が上限蓄熱量未満になるまで湯水を放出するように変更してもよい。これら場合、熱放出運転において放出する湯水の量は、放出する湯水の温度等に応じて可変値となる。
上記実施形態では、運転制御手段Cが工程#10(図3)、工程#20(図4)、工程#40(図5)において断水状態であるか否かの判定を行う例を説明したが、運転制御手段Cが他のタイミングにおいて断水状態であるか否かの判定を行ってもよい。
例えば、図3のフローチャートを用いて説明すると、運転制御手段Cが、熱放出運転を実行中(工程#16)にも断水状態であるか否かの判定を行ってもよい。そして、運転制御手段Cは、断水状態であると判定した場合には、その時点で工程#16に移行して熱放出運転を停止させ及び熱電併給装置1の熱電発生運転を停止状態に移行させる。尚、運転制御手段Cが、熱放出運転(工程#15)を実行中に断水状態であるか否かの判定を行う場合には、工程#10を行わないように図3のフローチャートを改変してもよい。
また、断水検出手段の例として圧力スイッチ29を挙げたが、他の機器を用いて断水検出手段を構成してもよい。断水が発生していると、例えば出湯路L1に加わる給水圧が低下するため、熱放出運転(工程#15)を実行中に放出される湯水の単位時間当たりの流量が少なくなる。そこで、運転制御手段Cは、熱放出運転(工程#15)を実行中等のタイミングで、上述した何れかの水量センサ(例えば、水量センサ34等)で検出される単位時間当たりの湯水の流量が設定流量未満である場合には、断水状態であると判定できる。つまり、水量センサ34等を用いて断水検出手段を構成することができる。
尚、ここでは図3のフローチャートを用いて説明したが、図4及び図5のフローチャートに対して同様の改変を行ってもよい。
上記実施形態において、湯水(蓄熱媒体)を放出する以外の熱放出手段をコージェネレーションシステムが備えていてもよい。例えば、貯湯タンク4から熱電併給装置1へ向かう間の排熱循環路L8に空冷式ラジエータなどの熱放出手段を設けてもよい。そして、運転制御手段Cが、例えば、熱電発生運転を実行中に貯湯タンク4での蓄熱量が上限蓄熱量に達する前段階で空冷式ラジエータを用いた少量の熱放出によって湯水の冷却を行ってもよい。そして、例えば外気温度の上昇や熱電併給装置1からの排熱量の増加があることで、空冷式ラジエータによる熱放出を継続しているにも関わらず、熱電併給装置1の熱電発生運転を実行中に貯湯タンク4での蓄熱量が上限蓄熱量に達したときに、運転制御手段Cが、上記実施形態で説明した湯水(蓄熱媒体)の放出という形態での熱放出運転を行うように構成してもよい。この場合、空冷式ラジエータで冷却した後の湯水の温度が所定の上限温度に達すると、貯湯タンク4での蓄熱量が上限蓄熱量に達したと判定する。
3 浴槽
4 貯湯タンク(蓄熱装置)
29 圧力スイッチ(断水検出手段)
35 風呂水位センサ(水位検出手段)
36 風呂温度センサ(浴槽湯水温度検出手段)
C 運転制御手段
r3 音声出力部(報知手段)
Claims (6)
- 熱と電気とを併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生した熱を、湯水を蓄熱媒体として用いて、上限蓄熱量まで蓄熱可能な蓄熱装置と、前記熱電併給装置を運転して熱と電気とを併せて発生する熱電発生運転、及び、前記蓄熱装置で蓄えている湯水を放出する熱放出運転の制御を行う運転制御手段とを備えるコージェネレーションシステムであって、
給水源から前記蓄熱装置への給水が遮断されている断水状態であるか否かを検出する断水検出手段を備え、
前記運転制御手段は、
前記断水検出手段が前記断水状態を検出していないとき、前記熱電発生運転を実行中に前記蓄熱装置での蓄熱量が上限蓄熱量に達すると、前記熱電発生運転の実行を継続しながら前記熱放出運転を実行し、
前記断水検出手段が前記断水状態を検出しているとき、前記熱電発生運転を実行中に前記蓄熱装置での蓄熱量が前記上限蓄熱量に達すると、前記熱放出運転を実行せずに前記熱電発生運転を停止するように構成されているコージェネレーションシステム。 - 浴槽内に貯えられている湯水の水位を検出する水位検出手段を備え、
前記運転制御手段は、
前記熱放出運転において、湯水を前記浴槽内に放出するように構成され、
前記熱放出運転を開始するとき、前記水位検出手段で検出される前記浴槽内に貯えられている湯水の現在水位が、上限水位未満である所定水位以下であれば、湯水を第1設定温度に調節して前記浴槽内に放出するように構成されている請求項1に記載のコージェネレーションシステム。 - 前記浴槽内に貯えられている湯水の温度を検出する浴槽湯水温度検出手段を備え、
前記運転制御手段は、前記熱放出運転を開始するとき、
前記水位検出手段で検出される前記浴槽内に貯えられている湯水の現在水位が、前記上限水位未満であり且つ前記所定水位より高く、並びに、前記浴槽湯水温度検出手段で検出される前記浴槽内に貯えられている湯水の現在温度が、前記第1設定温度未満であれば、湯水を前記第1設定温度より高い第2設定温度に調節して前記浴槽内に放出するように構成されている請求項2に記載のコージェネレーションシステム。 - 前記第1設定温度は、前記浴槽での入浴時の湯温として設定されている設定湯張温度である請求項2又は3に記載のコージェネレーションシステム。
- 浴槽内に貯えられている湯水の水位を検出する水位検出手段と、
前記浴槽内に貯えられている湯水の温度を検出する浴槽湯水温度検出手段とを備え、
前記運転制御手段は、前記熱放出運転を開始するとき、
前記浴槽内に湯水を放出することで前記浴槽内に貯えられる湯水の水位が、前記浴槽での入浴時の水位として設定されている設定湯張水位になり、且つ、前記浴槽内に湯水を放出することで前記浴槽内に貯えられる湯水の温度が、前記浴槽での入浴時の湯温として設定されている設定湯張温度になるように、前記浴槽内に放出する湯水の量及び湯温を調節する請求項1に記載のコージェネレーションシステム。 - 前記熱放出運転の実行を使用者に報知する報知手段を備える請求項1〜5の何れか一項に記載のコージェネレーションシステム。
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