JP2009158475A - Fuel cell device equipped with heat insulating structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池装置に関し、特に保温構造を備える燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device, and more particularly to a fuel cell device having a heat retaining structure.
特許文献1は、燃料電池システムを掲示する。それはポンプ(Pump)を利用し、直接気体(Gas)を燃料電池陰極の入口に注入し、しかも陰極の出口から排出される陰極生成物及び余剰空気は、熱交換器(Heat exchanger)を通過し、最後に外界へと排出される。
しかし、低温の外界空気が、直接燃料電池の陰極に注入されると、低温の外界空気は燃料電池の温度を低下させ、電化学反応の操作環境に悪影響を及ぼす。
さらに、過度に温度が低い外界空気が、直接燃料電池の陰極に注入されると、しばしば燃料電池の操作環境温度を大きく低下させる。この時、陰極生成物が、燃料電池内部において凝結現象を生じ、凝結水が発生する可能性が高いが、これでは燃料電池の発電性能が低下してしまう。
However, when the low-temperature outside air is directly injected into the cathode of the fuel cell, the low-temperature outside air lowers the temperature of the fuel cell and adversely affects the operation environment of the electrochemical reaction.
Furthermore, when ambient air having an excessively low temperature is injected directly into the cathode of the fuel cell, the operating environmental temperature of the fuel cell is often greatly reduced. At this time, there is a high possibility that the cathode product will cause a condensation phenomenon inside the fuel cell to generate condensed water, but this will reduce the power generation performance of the fuel cell.
本発明の目的は、燃料電池スタックを断熱ケースの内部空間に設置し、これにより燃料電池スタックは、適当な環境温度中において作動を行うことができる保温構造を備える燃料電池装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a fuel cell device having a heat insulation structure in which a fuel cell stack is installed in an internal space of a heat insulating case, and the fuel cell stack can operate at an appropriate environmental temperature. is there.
上述の目的を達成するため、本発明は下記の保温構造を備える燃料電池装置を提供する。
保温構造を備える燃料電池装置はケース、燃料電池スタック、ファン、分流装置、進気装置を備える。
該ケースは断熱材料により製造し、しかも封鎖された内部空間を備える。
該燃料電池スタックは該ケースの内部空間に設置し、しかも燃料電池スタックは陰極燃料入口及び陰極燃料出口を備える。
該ファンは内部空間に位置する空気を、陰極燃料入口から燃料電池スタックの内部へと吸入し、燃料電池スタック内部に位置する陰極生成物、余剰空気、及び燃料電池スタックが発生する熱エネルギーを、陰極燃料出口から排出する。
該分流装置は燃料電池スタックが排出する熱エネルギーを分流し、分流後の該熱エネルギーの一部は内部空間にとどまることができる。
該進気装置は内部空間に設置し、外界空気を進入させる気孔を備え、及び気孔に進入後の外界空気が陰極燃料入口に達するまでのルートを延長する。
In order to achieve the above-described object, the present invention provides a fuel cell device having the following heat retaining structure.
A fuel cell device having a heat retaining structure includes a case, a fuel cell stack, a fan, a flow dividing device, and an air advance device.
The case is made of a heat insulating material and has a sealed internal space.
The fuel cell stack is installed in the internal space of the case, and the fuel cell stack includes a cathode fuel inlet and a cathode fuel outlet.
The fan sucks the air located in the internal space from the cathode fuel inlet into the fuel cell stack, and the cathode product located in the fuel cell stack, surplus air, and the thermal energy generated by the fuel cell stack, Discharge from the cathode fuel outlet.
The diversion device diverts the heat energy discharged from the fuel cell stack, and a part of the heat energy after the diversion can remain in the internal space.
The advancing device is installed in an internal space, has pores for allowing outside air to enter, and extends a route until the outside air after entering the pores reaches the cathode fuel inlet.
本発明の保温構造を備える燃料電池装置は、燃料電池スタックを保温効果を備えるケース内に設置し、しかもケース中には進気装置と分流装置を設置するため、陰極燃料と陽極燃料の温度は予定温度範囲内へと上昇し、燃料電池スタックは発電効果を生じることができる。 In the fuel cell device having the heat retaining structure of the present invention, the temperature of the cathode fuel and the anode fuel is set because the fuel cell stack is installed in a case having a heat retaining effect, and the advancing device and the flow dividing device are installed in the case. The fuel cell stack can generate a power generation effect as the temperature rises within a predetermined temperature range.
図1は、本発明の実施形態による保温構造を備える燃料電池装置において、第一実施形態を示す構造図で、図2は、本発明の実施形態による保温構造を備える燃料電池装置において、第二実施形態を示す構造図で、図3は、本発明の実施形態による保温構造を備える燃料電池装置において、第三実施形態を示す構造図である。
本発明の実施形態による燃料電池装置1は、ケース10、燃料電池スタック20、カバー30、ファン40、混合槽50、ポンプ60を備える。
FIG. 1 is a structural diagram showing a first embodiment of a fuel cell device having a heat retaining structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a second diagram of a fuel cell device having a heat retaining structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a structural diagram showing an embodiment, and FIG. 3 is a structural diagram showing a third embodiment in a fuel cell device including a heat retaining structure according to an embodiment of the present invention.
The
第一、二、三実施中において、燃料電池スタック20は内部空間11に設置し、しかも燃料電池スタック20は、1個以上の燃料電池ユニット21を積層スタッキングし、構成する。
本発明が採用する燃料電池ユニット21は、例えば、公知の直接メタノール燃料電池等の公知の燃料電池を採用することができる。
各燃料電池ユニット21は、陰極燃料入口21a及び陰極燃料出口21bをそれぞれ設置する。
内部空間11に位置する空気は、該各陰極燃料入口21aから燃料電池スタック20の内部に進入する。
同時に、燃料電池スタック20内部に位置する陰極生成物、余剰空気、さらには燃料電池スタック20が発生する熱エネルギーは、該各陰極燃料出口21bから排出される。
During the first, second, and third implementations, the
As the
Each
The air located in the
At the same time, the cathode product located in the
ケース10は断熱材料を採用し製造し、しかも封鎖された内部空間11を備える。
図1に示すように、ケース10の第一実施形態は、外側壁12と内側壁13の中間に、密閉中空空間14を形成する。
図2に示すように、ケース10の第二種実施形態は、壁13’の内側面上に、一層の断熱材料15を密着させる。
該断熱材料15は、アスベスト或いは断熱綿等材料が最適で、これにより断熱層の厚みを拡大する。
このようにして、ケース10は保温の効果を備えるため、内部空間11に位置する熱エネルギーの散逸を緩やかにすることができる。
The
As shown in FIG. 1, in the first embodiment of the
As shown in FIG. 2, in the second type embodiment of the
The heat insulating material 15 is optimally made of material such as asbestos or heat insulating cotton, thereby increasing the thickness of the heat insulating layer.
In this way, since the
内部空間11には、進気装置16を設置する。
図1に示すように、進気装置16は、ファン40下方の位置に設置する。
図2、図3に示すように、進気装置16は内部空間11の左、右側に設置するよう改変することもできる。
第一、二、三実施形態中において、進気装置16の最適実施形態は、気孔161、進気通路162を備える。
空気清浄機163は設置の有無を選択することができる。
空気清浄機163は、気孔161を塞ぎ、外界空気中の浮遊物、さらには燃料電池に害を及ぼす一酸化炭素(CO)、二酸化窒素(NO2)、二酸化硫黄(SO2)等の化学物質をろ過することができる。
空気清浄機163の最適実施形態は、ペーパーフィルター或いはコットンフィルターを選択することができる。
外界の空気は、空気清浄機163から進気通路162へと進入する。
進入後の外界空気は、先ず、必ず進気通路162を通過する。このようにして、気孔161に進入後の外界空気は、ゆっくりと時間をかけて陰極燃料入口21aに至り、つまり、進気通路162は、気孔161に進入した外界空気が、陰極燃料入口21aに至るルートを延長することができる。
よって、進気装置16は進気機能を備える他に、陰極燃料入口21aに到達する空気の温度差を縮小する機能をも備える。
An
As shown in FIG. 1, the advancing
As shown in FIGS. 2 and 3, the advancing
In the first, second, and third embodiments, the optimum embodiment of the
The
The
The optimum embodiment of the
Outside air enters the
The outside air after entering always passes through the
Therefore, the
第一実施形態中において、進気通路162は気孔161の方向に向かい下方へと傾斜する。
これにより、もし湿気が内部空間11において凝結し液態水となっても、液態水は進気通路162へと滴下し、気孔161へと排出される。
第一、二実施形態中において、内部空間11には分流装置17を設置する。
第三実施形態中において、分流装置17は、ケース10外部に設置する。
分流装置17は、燃料電池スタック20の陰極燃料出口21bが排出する熱エネルギーを分流し、分流装置17は熱エネルギーの一部を導引し内部空間11から流出させ、また別の一部の熱エネルギーを導引し、内部空間11へと戻す。
このようにして熱エネルギーの一部は内部空間11にとどまることができる。
In the first embodiment, the
As a result, even if the moisture condenses in the
In the first and second embodiments, a
In the third embodiment, the
The
In this way, part of the heat energy can remain in the
図1に示す第一実施形態では、分流装置17はファン40の出風口41付近に設置する。
分流装置17は、分流口171と分流板172を備える。
分流板172の一端は分流口171に接続する。
出風口41から排出される熱エネルギーは、分流板172にぶつかり、熱エネルギーの一部は分流され、依然として内部空間11にとどまる。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the
The
One end of the
The thermal energy discharged from the
図2に示す第二実施形態では、分流装置17はファン40の出風口41にぴったりと密着する。
分流装置17は、分流口171と分流槽173を備える。
分流槽173は分流口171の上方に設置する。
分流槽173は、分流装置17を上半部と下半部に分け、上半部は数個の貫通孔174を備える。
下半部は通路175を備え、しかも通路175は該各孔174に通じる。
出風口41から排出される熱エネルギーは、分流口171と分流槽173に進入する。
孔174の数と大きさにより、熱エネルギーの量を制御し、熱エネルギーはなお内部空間11にとどまる。
In the second embodiment shown in FIG. 2, the
The
The
The flow dividing
The lower half is provided with
The thermal energy discharged from the
The number and size of the
図3に示す第三実施形態では、分流装置17とファン40は、ケース10外部に設置し、しかもカバー30を利用し、各陰極燃料出口21bとファン40の間に接続する。
分流装置17はファン40の出風口41に密着し設置する。
分流装置17は、分流口171と分流槽173を備える。
分流槽173は分流口171の上方に設置する。
分流槽173は分流装置17を上半部と下半部に分け、該上半部は数個の貫通孔174を備える。
該下半部は1個の通路175で、しかも通路175は該各孔174に通じる。
該各孔174は内部空間11と相互に通じる。
出風口41から排出される熱エネルギーは、分流口171と分流槽173に進入し、孔174の数と大きさにより、該熱エネルギーの量を制御し、内部空間11へと回流させる。
In the third embodiment shown in FIG. 3, the
The
The
The
The
The lower half is a
The
The thermal energy discharged from the
図4は、第三実施形態の変化実施形態を示す。
ファン40の設置位置を変え、内部空間11に設置し、しかもカバー30を利用し、該各陰極燃料入口21aとファン40との間に接続する。
分流装置17は、ケース10外部に設置し、しかもカバー30を利用し、該各陰極燃料出口21bと分流装置17との間に接続する。
分流装置17は、分流口171と分流槽173を備える。
分流槽173は分流口171の上方に設置する。
分流槽173は分流装置17を上半部と下半部に分け、該上半部は数個の貫通孔174を備える。
該下半部は1個の通路175で、しかも通路175は該各孔174に通じる。
該各孔174は内部空間11と相互に通じる。
カバー30’から排出される熱エネルギーは分流口171と分流槽173に進入し、孔174の数と大きさにより、該熱エネルギーの量を制御し、内部空間11へと回流させる。
FIG. 4 shows a modified embodiment of the third embodiment.
The installation position of the
The
The
The
The
The lower half is a
The
The heat energy discharged from the
図5は、分流装置17の変化実施形態である
分流装置17は、分流口171と分流槽173を備える。
分流槽173は分流口171の上方に設置する。
分流槽173は分流装置17を上半部と下半部に分け、該上半部は数個の貫通孔174を備える。
該下半部は1個の通路175で、しかも通路175は該各孔174に通じる。
端壁173aは分流口171まで延伸する。
端壁173aは、熱エネルギーの内部空間11への回流を強化することができる。
該各孔174は内部空間11と相互に通じる。
孔174の数量と大きさ、及び端壁173aの長さにより、該熱エネルギーの量を制御し、内部空間11へと回流させる。
FIG. 5 shows a variation of the
The
The
The lower half is a
The end wall 173 a extends to the
The end wall 173a can enhance the circulation of heat energy to the
The
The amount of the thermal energy is controlled by the number and size of the
図1から図3に示す実施形態では、ファン40はそれぞれの陰極燃料出口21bの間に設置する。
ファン40は気流抽出の作動方式を採用し、燃料電池スタック20内部に位置する陰極生成物及び余剰空気は陰極燃料出口21bを通過後、ファン40の出風口41を経て外へと排出される。
ファン40の具体的実施形態は、ブラストファン、軸流ファン或いは横排列ファンである。
また、ファン40は、設置位置を変え、該各陰極燃料入口21aに設置し、さらにファン40は気流吹き込みの作動方式とすることができる。
その気流方向は、該各陰極燃料入口21aから該各陰極燃料出口21bへと向かい、このようにして陰極生成物及び余剰の空気は、陰極燃料出口21bを通過後、外へと排出される。
ファン40を該各陰極燃料出口21bに設置する場合には、カバー30はファン40と該各陰極燃料出口21bとの間に設置する。
ファン40を該各陰極燃料入口21aに設置する場合には、カバー30はファン40と該各陰極燃料入口21aとの間に設置する。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the
The
A specific embodiment of the
Further, the
The air flow direction is directed from the
When the
When the
混合槽50は内部空間11に設置し、燃料電池スタック20の片側に密着し設置する。
混合槽50の機能はメタノール水溶液の貯蔵で、該メタノール水溶液は燃料電池スタック20の陽極燃料となる。
ポンプ60は混合槽50の下方に密着し設置する。
ポンプ60は、混合槽50に貯蔵するメタノール水溶液を、燃料電池スタック20の陽極燃料入口(図示なし)、陽極燃料出口(図示なし)、混合槽50との間で循環流通させることができる。
The mixing
The function of the mixing
The
The
6個の2W(ワット)の燃料電池ユニット21を採用し、1個の総発電量12Wの燃料電池スタック20を構成し、本発明第一、二、三実施形態下での燃料電池装置1の実施形態とする。
燃料電池装置1の作動方式は以下の通りである。
25℃の室温中において、外界空気は気孔161から進気通路162に沿って、内部空間11へと進入する。
外界空気はファン40に推進され、該各陰極燃料入口21a方向へと移動し、移動の過程において、温度が徐々に40〜50℃まで上がる。
一方、余剰の空気及び電化学反応後に発生する水蒸気は、該各陰極燃料出口21bを通過後、ファン40の出風口41から外へと排出される。
該各排出された物質の温度は、約50〜60℃である。
分流装置17の分流作用を受け、分流後の該熱エネルギーの一部は内部空間11にとどまることができ、さらにケース10の保温作用を受け、内部空間11に位置する熱エネルギーは、より失われにくくなる。
よって、内部空間11の温度は40〜50℃の間に維持され、さらにより高い温度ともなり得る。
Six
The operation system of the
At room temperature of 25 ° C., outside air enters the
The outside air is propelled by the
On the other hand, excess air and water vapor generated after the electrochemical reaction pass through the
The temperature of each discharged material is about 50-60 ° C.
A part of the thermal energy after the diversion can remain in the
Therefore, the temperature of the
さらに、内部空間11の温度の影響を受け、混合槽50に貯蔵されるメタノール水溶液の温度も、40〜50℃の間に維持され、さらにより高い温度ともなり得る。
よって、本発明は、主動式加熱部品によりメタノール水溶液を予熱する過程を省くことができる。
本発明の実施形態による保温構造を備える燃料電池装置は、燃料電池スタックを、保温効果を備えるケース内に設置し、しかもケース中には、進気装置と分流装置を設置する。このようにして、陰極燃料と陽極燃料の温度は、予定温度範囲内へと上昇し、燃料電池スタックは発電効果を生じることができる。
Further, the temperature of the aqueous methanol solution stored in the
Therefore, the present invention can omit the process of preheating the methanol aqueous solution by the main heating type heating component.
In a fuel cell device having a heat retaining structure according to an embodiment of the present invention, a fuel cell stack is installed in a case having a heat retaining effect, and an advancing device and a flow dividing device are installed in the case. In this way, the temperature of the cathode fuel and the anode fuel rises within a predetermined temperature range, and the fuel cell stack can produce a power generation effect.
1 燃料電池装置
10 ケース
11 内部空間
12 外側壁
13 内側壁
13’ 壁
14 中空空間
15 断熱材料
16 進気装置
161 気孔
162 進気通路
163 空気清浄機
17 分流装置
171 分流口
172 分流板
173 分流槽
173a 端壁
174 孔
175 通路
20 燃料電池スタック
21 燃料電池ユニット
21a 陰極燃料入口
21b 陰極燃料出口
30、30’ カバー
40 ファン
41 出風口
50 混合槽
60 ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (37)
前記ケースは、断熱材料により製造し、しかも封鎖された内部空間を備え、
前記燃料電池スタックは、前記ケースの内部空間に設置し、しかも前記燃料電池スタックは、陰極燃料入口及び陰極燃料出口を備え、
前記ファンは、前記内部空間に設置し、前記内部空間に位置する空気を前記陰極燃料入口から吸入し、前記燃料電池スタックの内部へと送り、前記燃料電池スタック内部に位置する陰極生成物、余剰空気、及び前記燃料電池スタックが発生する熱エネルギーを、前記陰極燃料出口から排出し、
前記分流装置は、前記内部空間に設置し、前記燃料電池スタックが排出する前記熱エネルギーを分流し、前記分流装置は、前記熱エネルギーの一部を導引し、前記内部空間から流出させ、及び前記熱エネルギーの別の一部を導引し、前記内部空間へと回流させ、これにより前記熱エネルギーの一部は、前記内部空間にとどまることができ、
前記進気装置は、前記内部空間に設置し、外界空気を進入させる気孔を備え、気孔に進入後の外界空気が前記陰極燃料入口へと到達するルートを延長することを特徴とする保温構造を備える燃料電池装置。 With case, fuel cell stack, fan, flow diverter, air advancer,
The case is made of a heat insulating material, and further includes an enclosed internal space,
The fuel cell stack is installed in an internal space of the case, and the fuel cell stack includes a cathode fuel inlet and a cathode fuel outlet,
The fan is installed in the internal space, sucks air located in the internal space from the cathode fuel inlet, and sends it to the inside of the fuel cell stack, the cathode product located in the fuel cell stack, surplus Exhausting air and thermal energy generated by the fuel cell stack from the cathode fuel outlet;
The diversion device is installed in the internal space and diverts the thermal energy discharged from the fuel cell stack; the diversion device guides a part of the thermal energy to flow out of the internal space; and Another portion of the thermal energy is drawn and circulated into the internal space, so that a portion of the thermal energy can remain in the internal space;
The air advancement device is provided with a pore that is installed in the internal space and allows outside air to enter, and extends a route through which the outside air that has entered the pore reaches the cathode fuel inlet. A fuel cell device provided.
前記ケースは、断熱材料により製造し、しかも封鎖された内部空間を備え、
前記燃料電池スタックは、前記ケースの内部空間に設置し、しかも前記燃料電池スタックは陰極燃料入口及び陰極燃料出口を備え、
前記ファンは、前記内部空間に設置し、前記内部空間に位置する空気を前記陰極燃料入口から吸入し、前記燃料電池スタックの内部へと送り、前記燃料電池スタック内部に位置する陰極生成物、余剰空気、及び前記燃料電池スタックが発生する熱エネルギーを前記陰極燃料出口から排出し、
前記分流装置は、前記内部空間に設置し、しかも前記ファンに接続し、或いは前記陰極燃料出口に接続し、前記燃料電池スタックが排出する前記熱エネルギーを分流し、前記分流装置は、前記熱エネルギーの一部を導引し、前記内部空間から流出させ、及び前記熱エネルギーの別の一部を導引し、前記内部空間へと回流させ、これにより前記熱エネルギーの一部は、前記内部空間にとどまることができ、
前記進気装置は、前記内部空間に設置し、外界空気を進入させる気孔を備え、気孔に進入後の外界空気が前記陰極燃料入口へと到達するルートを延長することを特徴とする保温構造を備える燃料電池装置。 With case, fuel cell stack, fan, flow diverter, air advancer,
The case is made of a heat insulating material, and further includes an enclosed internal space,
The fuel cell stack is installed in an internal space of the case, and the fuel cell stack includes a cathode fuel inlet and a cathode fuel outlet,
The fan is installed in the internal space, sucks air located in the internal space from the cathode fuel inlet, and sends it to the inside of the fuel cell stack, the cathode product located in the fuel cell stack, surplus Exhausting air and thermal energy generated by the fuel cell stack from the cathode fuel outlet;
The diversion device is installed in the internal space and connected to the fan or connected to the cathode fuel outlet, and diverts the thermal energy discharged from the fuel cell stack, and the diversion device And a part of the thermal energy is drawn and circulated to the internal space, whereby a part of the thermal energy is transferred to the internal space. Can stay in and
The air advancement device is provided with a pore that is installed in the internal space and allows outside air to enter, and extends a route through which the outside air that has entered the pore reaches the cathode fuel inlet. A fuel cell device provided.
前記ケースは、断熱材料により製造し、しかも封鎖された内部空間を備え、
前記燃料電池スタックは、前記ケースの内部空間に設置し、しかも前記燃料電池スタックは、陰極燃料入口及び陰極燃料出口を備え、
前記ファンは、前記内部空間に位置する空気を前記陰極燃料入口から吸入し前記燃料電池スタックの内部へと送り、及び前記燃料電池スタック内部に位置する陰極生成物、余剰空気、及び前記燃料電池スタックが発生する熱エネルギーを前記陰極燃料出口から排出し、前記分流装置は、前記ケース外部に設置し、前記燃料電池スタックが排出する前記熱エネルギーを分流し、前記分流装置は前記熱エネルギーの一部を導引し、前記内部空間へと回流させ、これにより前記熱エネルギーの一部は内部空間においてとどまることができ、
前記進気装置は、前記内部空間に設置し、外界空気を進入させる気孔を備え、気孔に進入後の外界空気が前記陰極燃料入口へと到達するルートを延長することを特徴とする保温構造を備える燃料電池装置。 With case, fuel cell stack, fan, flow diverter, air advancer,
The case is made of a heat insulating material, and further includes an enclosed internal space,
The fuel cell stack is installed in an internal space of the case, and the fuel cell stack includes a cathode fuel inlet and a cathode fuel outlet,
The fan sucks air located in the internal space from the cathode fuel inlet and sends it into the fuel cell stack, and a cathode product located in the fuel cell stack, surplus air, and the fuel cell stack. Is discharged from the cathode fuel outlet, the flow dividing device is installed outside the case, and the heat energy discharged from the fuel cell stack is divided, and the flow dividing device is a part of the heat energy. And circulates into the interior space, so that part of the thermal energy can stay in the interior space,
The air advancement device is provided with a pore that is installed in the internal space and allows outside air to enter, and extends a route through which the outside air after entering the pore reaches the cathode fuel inlet. A fuel cell device provided.
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|---|---|---|---|
| TW096150461A TW200929658A (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Fuel cell with thermal insulation structure |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016018750A (en) * | 2014-07-11 | 2016-02-01 | 日本特殊陶業株式会社 | Fuel cell stack and fuel cell module |
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2007
- 2007-12-27 TW TW096150461A patent/TW200929658A/en unknown
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2008
- 2008-10-15 JP JP2008266822A patent/JP2009158475A/en active Pending
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| Publication number | Publication date |
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