JPH1076129A - ガス分離装置 - Google Patents
ガス分離装置Info
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- JPH1076129A JPH1076129A JP8233099A JP23309996A JPH1076129A JP H1076129 A JPH1076129 A JP H1076129A JP 8233099 A JP8233099 A JP 8233099A JP 23309996 A JP23309996 A JP 23309996A JP H1076129 A JPH1076129 A JP H1076129A
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- JP
- Japan
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- gas
- blower
- air
- heat exchanger
- separation device
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、物理吸着法の圧力スイング吸着法
によるガス分離装置において、原料ガス温度の変化に伴
う吸着剤反応温度の変化と原料ガス量の変化による性能
低下を防止可能に構成したガス分離装置を提供する。 【解決手段】 空気から窒素ガス，二酸化炭素ガス及び
水蒸気を吸着する吸着剤を充填した吸着塔５に原料空気
ブロワ２で空気を送り塔頂から９３％近くの濃度の酸素
ガスを得る。原料空気ブロワ２の上流に、ブロワ入口温
度をほぼ一定に保つ為の熱交換器１を設けてある。これ
により大気温度の変化に拘らず性能を一定に維持する。
によるガス分離装置において、原料ガス温度の変化に伴
う吸着剤反応温度の変化と原料ガス量の変化による性能
低下を防止可能に構成したガス分離装置を提供する。 【解決手段】 空気から窒素ガス，二酸化炭素ガス及び
水蒸気を吸着する吸着剤を充填した吸着塔５に原料空気
ブロワ２で空気を送り塔頂から９３％近くの濃度の酸素
ガスを得る。原料空気ブロワ２の上流に、ブロワ入口温
度をほぼ一定に保つ為の熱交換器１を設けてある。これ
により大気温度の変化に拘らず性能を一定に維持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸着剤を容器内に
充填し、空気等の多成分ガスを含む混合ガスを所定の圧
力で導入し、特定のガスを前記吸着剤に吸着させ、難吸
着ガスを放出して分離し、吸着された易吸着ガスは、所
定の圧力迄減圧して回収あるいは排出する物理吸着法
（ＰＳＡ法）を用いた、ガス分離装置に関する。
充填し、空気等の多成分ガスを含む混合ガスを所定の圧
力で導入し、特定のガスを前記吸着剤に吸着させ、難吸
着ガスを放出して分離し、吸着された易吸着ガスは、所
定の圧力迄減圧して回収あるいは排出する物理吸着法
（ＰＳＡ法）を用いた、ガス分離装置に関する。
【０００２】なお、本発明は、吸着を大気圧付近の圧力
で行い真空状態で吸着ガスの離脱を行わせる圧力スイン
グ法（ＶＰＳＡ装置）を用いたガス分離装置をも含んで
いる。
で行い真空状態で吸着ガスの離脱を行わせる圧力スイン
グ法（ＶＰＳＡ装置）を用いたガス分離装置をも含んで
いる。
【０００３】
【従来の技術】従来の技術によるガス分離装置の一例と
して空気分離装置のシステム図を図５に、大気温度によ
るＶＰＳＡ装置の性能を図６に示してある。従来は、図
５に示すように原料空気をブロワで昇圧した後、直接吸
着塔に導入するため、図６に示すように夏期等に大気温
度が上昇するとＶＰＳＡ装置の性能が低下する現象が生
じていた。
して空気分離装置のシステム図を図５に、大気温度によ
るＶＰＳＡ装置の性能を図６に示してある。従来は、図
５に示すように原料空気をブロワで昇圧した後、直接吸
着塔に導入するため、図６に示すように夏期等に大気温
度が上昇するとＶＰＳＡ装置の性能が低下する現象が生
じていた。
【０００４】これは、第１に大気温度の上昇に伴ない吸
着塔内に充填されている吸着剤の温度が上昇し、吸着能
力が低下して、分離効率が悪化することにより製造する
酸素量が低下するためであり、第２には、昇圧ブロワ入
口に供給される空気の密度が温度の上昇とともに低下
し、ブロワ吐出圧力（吸着圧力）の低下と供給空気量の
減少を補うため、あらかじめブロワの容量を上げておく
必要があり従って所要動力が増加するからである。
着塔内に充填されている吸着剤の温度が上昇し、吸着能
力が低下して、分離効率が悪化することにより製造する
酸素量が低下するためであり、第２には、昇圧ブロワ入
口に供給される空気の密度が温度の上昇とともに低下
し、ブロワ吐出圧力（吸着圧力）の低下と供給空気量の
減少を補うため、あらかじめブロワの容量を上げておく
必要があり従って所要動力が増加するからである。
【０００５】従来は、上記問題点の対策として、夏期高
温となる温暖な地域に本装置を納入する場合には、図７
に示すように、原料ガスブロワの原料空気出口にアフタ
ークーラを設けて、吸着塔入口温度が高くなるのを制御
している。
温となる温暖な地域に本装置を納入する場合には、図７
に示すように、原料ガスブロワの原料空気出口にアフタ
ークーラを設けて、吸着塔入口温度が高くなるのを制御
している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】大気温度が上昇した場
合、ブロワ吐出圧力すなわち吸着圧力が低下すると共に
ブロワ入口に吸引される実空気量は減少するため、ブロ
ワ出口にアフタークーラを設けてもこの吸着圧力の低下
と原料空気の不足を補うことは出来ず、図６に示す性能
の低下を甘受せざるを得なかった。
合、ブロワ吐出圧力すなわち吸着圧力が低下すると共に
ブロワ入口に吸引される実空気量は減少するため、ブロ
ワ出口にアフタークーラを設けてもこの吸着圧力の低下
と原料空気の不足を補うことは出来ず、図６に示す性能
の低下を甘受せざるを得なかった。
【０００７】例えば図７において、原料空気温度が２０
℃の場合、原料空気ブロワ出口温度が３０〜４０℃迄昇
温されアフタークーラで２０℃に冷却されている時のブ
ロワ入口空気量を１００とすると、同一のブロワ容量で
大気温度が３５℃迄上昇した場合、ブロワ出口温度は４
５〜５５℃迄昇温される。
℃の場合、原料空気ブロワ出口温度が３０〜４０℃迄昇
温されアフタークーラで２０℃に冷却されている時のブ
ロワ入口空気量を１００とすると、同一のブロワ容量で
大気温度が３５℃迄上昇した場合、ブロワ出口温度は４
５〜５５℃迄昇温される。
【０００８】そのため、大気温度が３５℃迄上昇した場
合はアフタークーラで２０℃に冷却されている時のブロ
ワ入口空気量が減少し、原料空気不足により酸素製造量
が９３％に減少する。従って、酸素製造量当たりの所要
動力は７％増加する等の性能が低下する問題を生じる
（図６参照）。
合はアフタークーラで２０℃に冷却されている時のブロ
ワ入口空気量が減少し、原料空気不足により酸素製造量
が９３％に減少する。従って、酸素製造量当たりの所要
動力は７％増加する等の性能が低下する問題を生じる
（図６参照）。
【０００９】本発明は、物理吸着法の圧力スイング吸着
法によるガス分離装置において、原料ガス温度の変化に
伴う吸着剤反応温度の変化と原料ガス量の変化による性
能低下を防止可能に構成したガス分離装置を提供するこ
とを課題としている。
法によるガス分離装置において、原料ガス温度の変化に
伴う吸着剤反応温度の変化と原料ガス量の変化による性
能低下を防止可能に構成したガス分離装置を提供するこ
とを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、物理吸着法の
圧力スイング吸着法によるガス分離装置における前記課
題を解決するため、原料の混合ガスを加圧導入するため
の原料ガスブロワの上流にブロワ入口温度をほぼ一定に
保つ為の熱交換器を設けた構成を採用する。
圧力スイング吸着法によるガス分離装置における前記課
題を解決するため、原料の混合ガスを加圧導入するため
の原料ガスブロワの上流にブロワ入口温度をほぼ一定に
保つ為の熱交換器を設けた構成を採用する。
【００１１】本発明によるガス分離装置で採用する熱交
換器の冷熱には、種々のものを使用してよいがその例と
しては蒸発潜熱を利用した冷凍機であってもよいし、或
いはそれに代えて液化天然ガス受入基地のＬＮＧ蒸発冷
熱や、発電所夜間余剰電力利用の氷製造蓄熱装置等の冷
熱を利用してもよい。
換器の冷熱には、種々のものを使用してよいがその例と
しては蒸発潜熱を利用した冷凍機であってもよいし、或
いはそれに代えて液化天然ガス受入基地のＬＮＧ蒸発冷
熱や、発電所夜間余剰電力利用の氷製造蓄熱装置等の冷
熱を利用してもよい。
【００１２】このように構成した本発明によるガス分離
装置では、原料ガスブロワ入口に熱交換器を設けてブロ
ワ入口温度を制御することにより、原料ガスの温度変化
に拘らず吸着剤反応温度の変化と原料ガス量の変化を生
じさせることなく同一の性能を確保することができる。
装置では、原料ガスブロワ入口に熱交換器を設けてブロ
ワ入口温度を制御することにより、原料ガスの温度変化
に拘らず吸着剤反応温度の変化と原料ガス量の変化を生
じさせることなく同一の性能を確保することができる。
【００１３】例えば空気分離の場合、大気温度が季節に
よって０℃〜３８℃迄変化しても、ブロワ入口の熱交換
器によって空気を冷却することによりブロワ入口温度を
最高２０℃に制限することが出来、物理吸着法による空
気分離装置の吸着塔に供給される空気量と温度が所定値
以内に抑えられ性能の低下が改善される。
よって０℃〜３８℃迄変化しても、ブロワ入口の熱交換
器によって空気を冷却することによりブロワ入口温度を
最高２０℃に制限することが出来、物理吸着法による空
気分離装置の吸着塔に供給される空気量と温度が所定値
以内に抑えられ性能の低下が改善される。
【００１４】なお、本発明によるガス分離装置には、前
記した熱交換器に加え、必要に応じて水滴等の凝縮ガス
を分離するドレンセパレータとを併せ設けた構成として
よい。
記した熱交換器に加え、必要に応じて水滴等の凝縮ガス
を分離するドレンセパレータとを併せ設けた構成として
よい。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるガス分離装置
を図１〜図４に示した実施の形態による装置に基づいて
具体的に説明する。なお以下の実施の形態は、空気から
酸素ガスを分離する空気分離装置に本発明を適用したも
のである。
を図１〜図４に示した実施の形態による装置に基づいて
具体的に説明する。なお以下の実施の形態は、空気から
酸素ガスを分離する空気分離装置に本発明を適用したも
のである。
【００１６】本実施形態による空気分離装置（ＰＳＡ装
置）のシステム図を示す図１において、１は熱交換器、
２は原料空気ブロワを示し、３はエアフィルタ、４はサ
クションサイレンサである。５は吸着塔、６は吸着塔５
内を減圧する真空ポンプで７はサイレンサである。吸着
塔５には、アルミノシリケートを基本としてアルカリ金
属を担持させた合成ゼオライト等の吸着剤が充填されて
いる。
置）のシステム図を示す図１において、１は熱交換器、
２は原料空気ブロワを示し、３はエアフィルタ、４はサ
クションサイレンサである。５は吸着塔、６は吸着塔５
内を減圧する真空ポンプで７はサイレンサである。吸着
塔５には、アルミノシリケートを基本としてアルカリ金
属を担持させた合成ゼオライト等の吸着剤が充填されて
いる。
【００１７】図１に示した構成の空気分離装置におい
て、原料空気はエアフィルタ３，サクションサイレンサ
４を通過し、原料空気ブロワ２の入口に設けられた熱交
換器１で、２０℃以下の所定温度まで冷却され、ここで
凝縮された空気中の水分をドレンとして排出後、原料空
気ブロワ２に導入され、５００mmH2O から５０００mmH2
O の大気圧付近の圧力迄昇圧されて、吸着塔５に導入さ
れる。
て、原料空気はエアフィルタ３，サクションサイレンサ
４を通過し、原料空気ブロワ２の入口に設けられた熱交
換器１で、２０℃以下の所定温度まで冷却され、ここで
凝縮された空気中の水分をドレンとして排出後、原料空
気ブロワ２に導入され、５００mmH2O から５０００mmH2
O の大気圧付近の圧力迄昇圧されて、吸着塔５に導入さ
れる。
【００１８】吸着塔５では主として空気中の窒素ガス
と、微少存在する二酸化炭素ガス及び水蒸気が吸着さ
れ、塔頂より９３％近くの濃度の酸素ガスが放出され
る。
と、微少存在する二酸化炭素ガス及び水蒸気が吸着さ
れ、塔頂より９３％近くの濃度の酸素ガスが放出され
る。
【００１９】吸着された窒素ガス，二酸化炭素ガスおよ
び水蒸気は、吸着塔５を０．２〜０．３５ata 付近の真
空圧力迄、真空ポンプ６によって減圧することによって
排出され、吸着塔５内に充填してある吸着剤を再生す
る。
び水蒸気は、吸着塔５を０．２〜０．３５ata 付近の真
空圧力迄、真空ポンプ６によって減圧することによって
排出され、吸着塔５内に充填してある吸着剤を再生す
る。
【００２０】このシステムでは原料空気ブロワの入口空
気温度が２０℃を越えた場合に、常に２０℃付近に制御
されるよう、１０℃〜１５℃の冷却水あるいはチラー水
が通過する熱交換器１が設けられている。
気温度が２０℃を越えた場合に、常に２０℃付近に制御
されるよう、１０℃〜１５℃の冷却水あるいはチラー水
が通過する熱交換器１が設けられている。
【００２１】またこの熱交換器１内を通過する空気側の
圧力損失は、図７に示すように原料空気ブロワ出口に追
設されるアフタークーラの圧力損失以下になるよう設計
され、圧力損失の増加による電力の増加がないよう考慮
されている。次に、本発明のガス分離装置において原料
ガスブロワの上流に設けられる熱交換器の構成例につい
て説明する。
圧力損失は、図７に示すように原料空気ブロワ出口に追
設されるアフタークーラの圧力損失以下になるよう設計
され、圧力損失の増加による電力の増加がないよう考慮
されている。次に、本発明のガス分離装置において原料
ガスブロワの上流に設けられる熱交換器の構成例につい
て説明する。
【００２２】まず、図２に示す原料ガス冷却用チラーシ
ステム（その１）について説明する。図２において、１
２は原料ガスブロワで、この原料ガスブロワ１２の上流
には原料ガスブロワ入口熱交換器１１が設けられてい
る。
ステム（その１）について説明する。図２において、１
２は原料ガスブロワで、この原料ガスブロワ１２の上流
には原料ガスブロワ入口熱交換器１１が設けられてい
る。
【００２３】原料ガスブロワ入口熱交換器１１には、冷
水（チラー水）製造システムで得られた１０℃〜１５℃
のチラー水が導かれる。冷水（チラー水）製造システム
では、冷凍機１３の冷媒が導かれるチラー水熱交換器１
４で前記した１０℃〜１５℃のチラー水がつくられる。
水（チラー水）製造システムで得られた１０℃〜１５℃
のチラー水が導かれる。冷水（チラー水）製造システム
では、冷凍機１３の冷媒が導かれるチラー水熱交換器１
４で前記した１０℃〜１５℃のチラー水がつくられる。
【００２４】次に図３に示す原料ガス冷却システム（そ
の２）について説明する。この図３のシステムでは、原
料ガスブロワ１２の上流に設けられる原料ガスブロワ入
口熱交換器２１には揚水ポンプ２０で汲み上げられた地
下水又は井戸水２１が導かれる。
の２）について説明する。この図３のシステムでは、原
料ガスブロワ１２の上流に設けられる原料ガスブロワ入
口熱交換器２１には揚水ポンプ２０で汲み上げられた地
下水又は井戸水２１が導かれる。
【００２５】一般にプラント冷却水として年間を通じて
１５℃〜１７℃の井戸水や地下水を用いている工場で
は、この水がそのまま本システムにおける原料ガスブロ
ワ入口のガス冷却用冷媒として用いる事ができる。
１５℃〜１７℃の井戸水や地下水を用いている工場で
は、この水がそのまま本システムにおける原料ガスブロ
ワ入口のガス冷却用冷媒として用いる事ができる。
【００２６】次に、図４に示した原料ガス冷却システム
（その３）について説明する。図４に示したシステムで
は、原料ガスブロワ１２の上流に設けられた原料ガスブ
ロワ入口熱交換器３１にプラント冷媒が導かれている。
この例は、物理吸着法によるＰＳＡ式ガス分離装置が設
置されているプラントの冷水システムの冷水を利用する
やり方である。
（その３）について説明する。図４に示したシステムで
は、原料ガスブロワ１２の上流に設けられた原料ガスブ
ロワ入口熱交換器３１にプラント冷媒が導かれている。
この例は、物理吸着法によるＰＳＡ式ガス分離装置が設
置されているプラントの冷水システムの冷水を利用する
やり方である。
【００２７】第１が液化天然ガス（ＬＮＧ）の受入供給
基地の近傍に設置され、ＬＮＧの蒸発冷熱を冷水として
回収利用できる場合で、そのＬＮＧ蒸発冷熱を回収した
冷水を冷媒として用いる。
基地の近傍に設置され、ＬＮＧの蒸発冷熱を冷水として
回収利用できる場合で、そのＬＮＧ蒸発冷熱を回収した
冷水を冷媒として用いる。
【００２８】第２が安価な夜間電力を用いて夜間に氷製
造蓄熱をしておき、昼間の大気温度が高温になった時に
冷熱を利用するシステムが設けられたプラントから冷水
を得、それを冷媒として用いる場合である。
造蓄熱をしておき、昼間の大気温度が高温になった時に
冷熱を利用するシステムが設けられたプラントから冷水
を得、それを冷媒として用いる場合である。
【００２９】第３が液体窒素あるいは液体酸素が貯えら
れたコールドエバポレータ（ＣＥ）があり、この蒸発冷
熱を冷媒として利用できる場合である。
れたコールドエバポレータ（ＣＥ）があり、この蒸発冷
熱を冷媒として利用できる場合である。
【００３０】大気の温度ベースで、蒸発潜熱を利用して
冷却する冷却塔（クーリングタワー）は、大気温度より
数℃低い温度迄しか冷却することが出来ないので、夏期
２５℃〜３５℃に迄上昇する大気を２０℃迄冷却するに
は適さないのに対し、前記したその１からその３の原料
ガス冷却用チラーシステムは本発明のガス分離装置で用
いる熱交換器として好適である。
冷却する冷却塔（クーリングタワー）は、大気温度より
数℃低い温度迄しか冷却することが出来ないので、夏期
２５℃〜３５℃に迄上昇する大気を２０℃迄冷却するに
は適さないのに対し、前記したその１からその３の原料
ガス冷却用チラーシステムは本発明のガス分離装置で用
いる熱交換器として好適である。
【００３１】以上、本発明を図示した実施形態に基づい
て具体的に説明したが、本発明がこれらの実施形態に限
定されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その
具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいう
までもない。
て具体的に説明したが、本発明がこれらの実施形態に限
定されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その
具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいう
までもない。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるガス
分離装置では、原料の混合ガスを加圧導入するための原
料ガスブロワの上流にブロワ入口温度をほぼ一定に保つ
為の熱交換器を設けて空気等の原料ガス温度を所定値以
内に制御する事により、原料ガス温度が変化しても性能
低下を起こさない。
分離装置では、原料の混合ガスを加圧導入するための原
料ガスブロワの上流にブロワ入口温度をほぼ一定に保つ
為の熱交換器を設けて空気等の原料ガス温度を所定値以
内に制御する事により、原料ガス温度が変化しても性能
低下を起こさない。
【００３３】すなわち、従来は夏期等の３５℃大気温度
条件で図６に示されるように濃度が９３％から９０％
に、あるいは所要電力が５〜７％上昇していたのに対
し、本発明によれば季節変動に関係なく常に２０℃レベ
ルの大気温度における性能に改善できる。
条件で図６に示されるように濃度が９３％から９０％
に、あるいは所要電力が５〜７％上昇していたのに対
し、本発明によれば季節変動に関係なく常に２０℃レベ
ルの大気温度における性能に改善できる。
【図１】本発明の実施の一形態によるＶＰＳＡ装置のシ
ステム図。
ステム図。
【図２】本発明のガス分離装置に用いる熱交換器の一例
としての原料ガス冷却用チラーシステム（その１）の構
成図。
としての原料ガス冷却用チラーシステム（その１）の構
成図。
【図３】本発明のガス分離装置に用いる熱交換器の一例
としての原料ガス冷却用チラーシステム（その２）の構
成図。
としての原料ガス冷却用チラーシステム（その２）の構
成図。
【図４】本発明のガス分離装置に用いる熱交換器の一例
としての原料ガス冷却用チラーシステム（その３）の構
成図。
としての原料ガス冷却用チラーシステム（その３）の構
成図。
【図５】従来のＰＳＡ装置のシステム図。
【図６】大気温度条件によるＶＰＳＡ装置の性能への影
響を示すＶＰＳＡ性能図。
響を示すＶＰＳＡ性能図。
【図７】従来の原料空気ブロワ用アフタークーラを設け
た空気分離装置のシステム図。
た空気分離装置のシステム図。
１，１１，２１，３１ 熱交換器 ２，１２ 原料空気ブロワ ３ エアフィルタ ４ サクションサイレンサ ５ 吸着塔 ６ 真空ポンプ ７ サイレンサ １３ 冷凍機 １４ チラー水熱交換器
Claims (1)
- 【請求項１】 アルミノシリケートを基本としてアルカ
リ金属を担持させた合成ゼオライト等の吸着剤を容器内
に充填し、空気等の多成分ガスを含む混合ガスを所定の
圧力で導入し、特定のガスを前記吸着剤に吸着させ、難
吸着ガスを放出して分離し、前記吸着剤に吸着された易
吸着ガスは、所定の圧力迄減圧して回収あるいは排出す
る物理吸着法（ＰＳＡ法）を用いた、ガス分離装置にお
いて、原料の混合ガスを加圧導入するための原料ガスブ
ロワの上流に、ブロワ入口温度をほぼ一定に保つ為の熱
交換器を設けたことを特徴とするガス分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8233099A JPH1076129A (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | ガス分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8233099A JPH1076129A (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | ガス分離装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1076129A true JPH1076129A (ja) | 1998-03-24 |
Family
ID=16949773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8233099A Withdrawn JPH1076129A (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | ガス分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1076129A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007069148A (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Teruo Kobayashi | 低濃度酸素発生装置 |
-
1996
- 1996-09-03 JP JP8233099A patent/JPH1076129A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007069148A (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Teruo Kobayashi | 低濃度酸素発生装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031104 |