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図面 (7)

課題・解決手段

航空機座席などの、乗客輸送車両のための座席は、該座席の基部に設けられた燃料電池貯蔵部内位置付けられた燃料電池(22)が個別に装備されることで完全に自律的であり、且つ、他のいかなる座席又は航空機の電力を必要とするいかなる機能部と接続されることなく独立して客室内又は車両内に自由に配置可能とされている。複数の導管が燃料電池(22)からのエネルギー、熱、水、酸素減損空気、又はこれらの任意の組み合わせを座席の複数の領域に送達する。

概要

背景

航空機に搭載された多くの構成部品が作動するためには電力を必要とする。これらの構成部品の多くは航空機を運航するために実際に必要とされる電気的構成部品(例えば、航行システム燃料計飛行制御システム及び水圧油圧)システム)からは分離されている。例えば、航空機はまた、ケータリング配膳設備、加熱/冷却システム、洗面所パワーシート電動により位置調整が可能な座席)、温水器、及びその他の電力を要求する構成部品を有している。外部の電源を必要とし得る具体的な構成部品は、ごみ圧縮機(調理室及び/又は洗面所における)、オーブン及び加温部品(例えば、スチームオーブン対流式オーブンロールパン加温機)、随意的な皿洗い機冷凍庫冷蔵庫コーヒー及びエスプレッソメーカー湯沸かし器(お用の)、空気冷却装置及びチルド室、調理室廃棄処理部、加熱または冷却移動式カウンターカート表面洗浄局所ヒーター客室内換気装置、独立換気装置、局所的又はスポット照明装置(例えば、客室灯及び/又は乗客用座席のための読書灯)、給水設備凍結防止のための水道管加熱装置乗客電子機器のための充電ステーション電気ソケット真空発生器真空トイレアセンブリ雑排水インターフェース弁、パワーシート(例えば、特にビジネス及びファーストクラス用の)、乗客用娯楽ユニット非常用点灯装置、及びそれらの組み合わせを含むが、上記には限定されない。上記の構成部品は乗客の快適さ及び満足のために重要であり、多くの構成部品は絶対的な必需品である。

しかしながら、これらの構成部品についての重要な事項の一つは、そのエネルギー消費量である。上述したように、加熱及び冷却用の調理室システムは、航空機内に搭載された同時に電力を必要とする幾つかのその他のシステムに含まれる。このようなシステムはしばしば、航空機のエンジン発電機から得られる電力よりも多くの電力を要求するため、例えば灯油ケロシン燃焼型の補助電源ユニットAPU:Auxiliary Power Unit)等の追加の動力源が必要となる(又は、飛行機がまだ離陸していない場合には地上の電源ユニットが必要となる)。この電力消費はかなり大きいものとなる可能性があり、特に何百人もの乗客を載せた長距離フライトにとっては殊更大きい。さらに、航空機の電力を使用することで騒音が発生し、二酸化炭素が排出されるが、この両者は低減されることが所望されている。従って、上記の構成部品に動力を与えるための革新的な方法をもたらすことによって、燃料の効率化及び動力管理を改善するための方法を特定することが所望されている。

さらに、航空機内に搭載された多くのシステムは使用されるにあたって水を必要とする。調理室及び洗面所は、航空機の飲料水タンクに接続されており、水は多くの関連する機内サービスのために要求される。水タンクは水送菅によって、利水対象に接続される。例えば、APU又は電気スイッチが入れられて水が流れるようになるまでは、コーヒーを淹れることも出来ず、乗客が洗面所を使うことも出来ず、手洗い用の水を供給することなども出来ない。航空機内において水を消費するものの例をいくつかあげると、スチームオーブン、飲料製造装置(コーヒー、エスプレッソ、お茶)、湯沸かし器、水道水供給機、皿洗い機、及び真空式トイレシステムが含まれる。航空機は一般的に、航空機が地上にある時に積み込まれる飲料水タンク内に大量の飲料水を入れて運ぶ。航空機内で特定のタイプの水を再利用することを補助するために、数多くの節水の試みが行われてきたが、航空機内で水を生成すること及び/又は再利用するための新たな方法を創出することが依然として所望されている。熱を利用するその他のシステムもあるが、熱もまた一般的に別々のシステムによって生成される。例えば、お湯は手洗い用の水を温めるために使われるのが望ましく(そして水道管が凍結するのを防ぐために使われるのが望ましく)、機内に搭載されるオーブン及び加温器は、客室及び座席暖房ユニットと同様に熱を必要とする。

本発明者らは、それゆえに、機内の構成部品を作動させるための電力を生成するとともに、この電力生成に伴う有益な副生成物を航空機などの乗客輸送車両の機内で利用するための新規な方法を探究してきた。

燃料電池の比較的新しい技術は、よりクリーンで騒音の少ない有望な手段を、航空機にすでに搭載されているエネルギー源補足するために提供するものである。燃料電池は、電力に加えて、いくつかの出力物産出物)を有しているが、これらのその他の出力物は多くの場合利用されていない。燃料電池のシステムは、圧縮水素燃料源を空気中の酸素と結合させ、電力と熱出力主生成物として作り出す。水と酸素減損空気(ODA:oxygen depleted air)が副生成物として作り出されるが、これらは現存の航空機における発電プロセスによる二酸化炭素の排出よりもはるかに害は少ない。

概要

航空機の座席などの、乗客輸送車両のための座席は、該座席の基部に設けられた燃料電池貯蔵部内位置付けられた燃料電池(22)が個別に装備されることで完全に自律的であり、且つ、他のいかなる座席又は航空機の電力を必要とするいかなる機能部と接続されることなく独立して客室内又は車両内に自由に配置可能とされている。複数の導管が燃料電池(22)からのエネルギー、熱、水、酸素減損空気、又はこれらの任意の組み合わせを座席の複数の領域に送達する。

目的

燃料電池の比較的新しい技術は、よりクリーンで騒音の少ない有望な手段を、航空機にすでに搭載されているエネルギー源を補足するために提供する

効果

実績

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請求項1

乗客輸送車両のための個別座席であって、(a)背もたれシートパン、及び座席基部と、(b)前記座席基部に設けられた燃料電池貯蔵部と、(c)エネルギー、熱、水、酸素減損空気、又はこれらの任意の組み合わせを、前記燃料電池貯蔵部に備えられた燃料電池から、前記座席の複数の領域に送達するように構成されている導管とを備える個別座席。

請求項2

前記背もたれ、前記シートパン、又はその両方が、熱導体を含む導管を備え、前記燃料電池から生成された熱が前記導管に伝達されて前記座席を暖める請求項1に記載の個別座席。

請求項3

前記座席は水噴霧装置を備え、前記燃料電池から生成された水は前記水噴霧装置に伝達される請求項1に記載の個別座席。

請求項4

前記燃料電池からの前記酸素減損空気が、水を加圧するために前記水噴霧装置に伝達される請求項3に記載の個別座席。

請求項5

前記燃料電池からの水及び酸素減損空気が、機内娯楽用スクリーン洗浄するために用いられる請求項1に記載の個別座席。

請求項6

前記座席は旅客機の機内に搭載されている請求項1に記載の個別座席。

技術分野

0001

<関連出願情報>
本願は、2012年3月19日に出願され「燃料電池を備えた座席」と題された米国仮特許出願第61/612,489号の優先権を主張し、その開示全体を援用してここに組み入れる。

0002

本発明の実施形態は、一般的に、燃料電池システムで動作する様々な機能及び能力を有する座席、特に、乗客輸送車両の機内に配置された座席に関する。本発明の実施形態は、航空機の座席、特に、ビジネスクラス又はファーストクラスの座席であって、以下の機能の少なくとも一つ、すなわち、電気動力とする動作/アクチュエーション;加熱/冷却システム照明システム;機内娯楽(IFE:In−Flight Entertainment)システム;ノート型パソコン電話機充電及びその他の電気を動力とする個人的なシステム用の電源マッサージオプション;水分噴霧ウォーターミスト)オプション;IFEスクリーン洗浄;又はこれらの任意の組み合わせの少なくとも一つを備え得るビジネスクラス又はファーストクラスの座席と関連して有益であり、これらの機能のための動力は燃料電池によって創出された電力及び/又は燃料電池によって創出された副生成物によって提供され得る。

背景技術

0003

航空機に搭載された多くの構成部品が作動するためには電力を必要とする。これらの構成部品の多くは航空機を運航するために実際に必要とされる電気的構成部品(例えば、航行システム燃料計飛行制御システム及び水圧油圧)システム)からは分離されている。例えば、航空機はまた、ケータリング配膳設備、加熱/冷却システム、洗面所パワーシート電動により位置調整が可能な座席)、温水器、及びその他の電力を要求する構成部品を有している。外部の電源を必要とし得る具体的な構成部品は、ごみ圧縮機(調理室及び/又は洗面所における)、オーブン及び加温部品(例えば、スチームオーブン対流式オーブンロールパン加温機)、随意的な皿洗い機冷凍庫冷蔵庫コーヒー及びエスプレッソメーカー湯沸かし器(お用の)、空気冷却装置及びチルド室、調理室廃棄処理部、加熱または冷却移動式カウンターカート表面洗浄局所ヒーター客室内換気装置、独立換気装置、局所的又はスポット照明装置(例えば、客室灯及び/又は乗客用座席のための読書灯)、給水設備凍結防止のための水道管加熱装置乗客電子機器のための充電ステーション電気ソケット真空発生器真空トイレアセンブリ雑排水インターフェース弁、パワーシート(例えば、特にビジネス及びファーストクラス用の)、乗客用娯楽ユニット非常用点灯装置、及びそれらの組み合わせを含むが、上記には限定されない。上記の構成部品は乗客の快適さ及び満足のために重要であり、多くの構成部品は絶対的な必需品である。

0004

しかしながら、これらの構成部品についての重要な事項の一つは、そのエネルギー消費量である。上述したように、加熱及び冷却用の調理室システムは、航空機内に搭載された同時に電力を必要とする幾つかのその他のシステムに含まれる。このようなシステムはしばしば、航空機のエンジン発電機から得られる電力よりも多くの電力を要求するため、例えば灯油ケロシン燃焼型の補助電源ユニットAPU:Auxiliary Power Unit)等の追加の動力源が必要となる(又は、飛行機がまだ離陸していない場合には地上の電源ユニットが必要となる)。この電力消費はかなり大きいものとなる可能性があり、特に何百人もの乗客を載せた長距離フライトにとっては殊更大きい。さらに、航空機の電力を使用することで騒音が発生し、二酸化炭素が排出されるが、この両者は低減されることが所望されている。従って、上記の構成部品に動力を与えるための革新的な方法をもたらすことによって、燃料の効率化及び動力管理を改善するための方法を特定することが所望されている。

0005

さらに、航空機内に搭載された多くのシステムは使用されるにあたって水を必要とする。調理室及び洗面所は、航空機の飲料水タンクに接続されており、水は多くの関連する機内サービスのために要求される。水タンクは水送菅によって、利水対象に接続される。例えば、APU又は電気スイッチが入れられて水が流れるようになるまでは、コーヒーを淹れることも出来ず、乗客が洗面所を使うことも出来ず、手洗い用の水を供給することなども出来ない。航空機内において水を消費するものの例をいくつかあげると、スチームオーブン、飲料製造装置(コーヒー、エスプレッソ、お茶)、湯沸かし器、水道水供給機、皿洗い機、及び真空式トイレシステムが含まれる。航空機は一般的に、航空機が地上にある時に積み込まれる飲料水タンク内に大量の飲料水を入れて運ぶ。航空機内で特定のタイプの水を再利用することを補助するために、数多くの節水の試みが行われてきたが、航空機内で水を生成すること及び/又は再利用するための新たな方法を創出することが依然として所望されている。熱を利用するその他のシステムもあるが、熱もまた一般的に別々のシステムによって生成される。例えば、お湯は手洗い用の水を温めるために使われるのが望ましく(そして水道管が凍結するのを防ぐために使われるのが望ましく)、機内に搭載されるオーブン及び加温器は、客室及び座席暖房ユニットと同様に熱を必要とする。

0006

本発明者らは、それゆえに、機内の構成部品を作動させるための電力を生成するとともに、この電力生成に伴う有益な副生成物を航空機などの乗客輸送車両の機内で利用するための新規な方法を探究してきた。

0007

燃料電池の比較的新しい技術は、よりクリーンで騒音の少ない有望な手段を、航空機にすでに搭載されているエネルギー源補足するために提供するものである。燃料電池は、電力に加えて、いくつかの出力物産出物)を有しているが、これらのその他の出力物は多くの場合利用されていない。燃料電池のシステムは、圧縮水素燃料源を空気中の酸素と結合させ、電力と熱出力主生成物として作り出す。水と酸素減損空気(ODA:oxygen depleted air)が副生成物として作り出されるが、これらは現存の航空機における発電プロセスによる二酸化炭素の排出よりもはるかに害は少ない。

0008

本文に記載された本発明の実施形態は、航空機の座席であって、個別に燃料電池が装備されることで完全に自律的であり、且つ他のいかなる座席又は航空機の電力を必要とするいかなる機能部(特徴)との接続から独立して客室内に自由に配置可能とされた航空機の座席を提供する。燃料電池が装備された座席は、次いで、燃料電池の電力のみならず燃料電池によって創出された副生成物をも利用して、エネルギー及び諸要素を随意的な座席の機能部に供給することが出来る。

図面の簡単な説明

0009

図1は、先行技術の航空機の電源構造を示す上平面図である。
図2は、一体型の燃料電池システムを備える座席の一実施形態を示す側面斜視図である。
図3は、燃料電池の副生成物としての熱を利用する座席の一例を示す図である。
図4は、燃料電池の副生成物としての水及び酸素減損空気を利用する座席の別の例を示す図である。
図5は、燃料電池と関連する、入力及び出力諸要素の模式的な例を示す図である。
図6は、どのように燃料電池を用いて航空機のシステムに電力を供給し得るかについての概要を示す図である。

実施例

0010

本発明の実施形態は、座席に燃料電池を装備することによって、座席に対する改善を提供する。これらの特徴は本文において、航空機の座席、特に、望ましくは数多くの異なる機能を果たすとともに異なる特徴を提供する航空機の座席に関して説明されるが、本文に記載される特徴はまた、電力、熱、水及び/又は酸素減損空気を用いるその他の任意の座席、例えば、車両用座席マッサージチェア暖房シート美容院椅子などとも関連して用いられ得ることが理解されるべきであろう。

0011

具体的には、航空機の座席の大半は一般的に航空機の中央電源装置に接続されているため、接続ケーブル、設置のための時間と費用及び灯油の消費が必要となる。この電源はまた、航空機の他の数多くのシステムとも共有されているため、航行中は電力が大量に消費される。例えば、座席の位置を変えることが出来る電気アクチュエータのため、飛行中の娯楽のオプションのため、及び読書灯、パーソナルコンピューター(PC)又はその他の電子機器への電力供給酸素供給熱気(熱気供給)、マッサージ機能、暖房座席機能、膨らませ可能なクッション及びその他の機能などの電力を動力源とする付属部分のために、電力を使用する座席もある。これらの機能においては、座席が完全に客室内環境と連結しているだけではなく、各機内娯楽(IFE)ユニットに必要とされるデータ転送ケーブルのために、航空機の構造とも連結していることが要求される。データ転送ケーブルもまた、媒体を保存(記憶)して各IFEユニットに分配するための中央システムに連結されている。これらのシステムに供給される電力は、一般的に航空機のエンジンによって生成されるが、それによって二酸化炭素が発生する。

0012

これらの二酸化炭素排出対処するために燃料電池を使用することは有望であるとされてきたが、現在に至るまでの解決法で客室内の構成を考慮に入れたものは皆無であり、また客室内の構成を変えることは多大な労働力と費用がかかる。座席の配置に融通性をもたらすことが所望されており、それによって客室全体の融通性がもたらされる。さらに、燃料電池システムによって創出されるエネルギーに加え、もしも燃料電池の副生成物が使用される場合には、燃料電池によるエネルギーのみがエンジンからの電力と比べて実際に競争力のあるものと考えられている。

0013

従って、本発明の発明者らは、燃料電池が個々の座席に装備され得、熱、水及び酸素減損空気がエネルギーを生成し座席レベルで使用されるための諸要素を提供し得ることを見出した。これによれば、燃料電池の副生成物を使用するために座席を他のシステム(電力システム又は給水システムなど)と接続しなくてもよくなるので、座席は完全に自律的なものとなり、客室内の構成をより柔軟なものに出来る。

0014

多様な想定場面における、座席の潜在的な電力消費量の例を以下に示す。

座席システムによっては、座席を暖めるために熱を、及び/又は冷却ミストオプションのために水をも用いてよい。

0015

図1に示された先行技術の座席構成では、電力は一般的に中心部に供給され、次いで各座席へと送出される。航空機内部12においては、ファーストクラスの客室、ビジネスクラスの客室、及び/又はエコノミークラスの客室など、複数のゾーン区域)10が存在する。各ゾーン10はその特定ゾーン10に含まれた複数の座席14を有する。各ゾーン10には、第2電力分配ユニット(SPDU)16によって電力が供給されている。電力は次いで、各座席14に組み込まれた座席電気ボックス(SEB)18に送られる。電力は次いで、電力を必要とするとともに座席と関連付けられた個々の設備それぞれに分配される。図1は、SPDUに分配された中央からの電力を用いる、航空機の電力構造を示している。SPDUに分配された電力は、座席レベルにおいて座席の電力変換装置によって処理されて、24V又は12Vに変換される。この構成の問題点は、座席の融通性が制限されていることと、SPDU16からの電力を各SEB18に導くための追加電力が必要とされることである。座席は全て、ケーブル及び導管ネットワークを介して、相互に接続されていなければならない。加えて、もしも分配ユニットの一つについて問題が生じた場合、複数の座席に対する電力が影響を受ける。いくつかの航空会社は、燃料電池によって生成された電力を使用する自律的な座席を提供することを試みたが、これらの座席は一般的に座席の複数のデバイスに供給を行う一つの燃料電池システムを用いている。例えば、米国特許第7,731,126号参照。これらのシステムはまた、燃料電池システムを用いて加湿された空気を供給することを主な目的としており、航空機の座席におけるその他の用途のために、燃料電池の電力を燃料電池のその他の副生成物と共に用いるシステムを提供することとは対照的である。

0016

この問題に対する一つの改良策図2に示されている。図2は、専用の燃料電池22を備えた個別座席20を示す。この座席20は、燃料電池22によって電力が供給され得る多くの機能を有するものとして記載されているが、記載されたものよりも少ない(又は多い)機能が任意の個別座席20に備えられ得ることが理解されるべきである。例えば、ファーストクラス及びビジネスクラスの座席、加えて、大陸横断航空機用に構成された座席は、標準的なエコノミークラスの座席よりも強化された機能を概して有する。本文に記載された実施形態は、全ての座席オプション(加えて、航空機用ではないが電力で駆動する機能部を有し得るその他のタイプの座席)についても等しく使用可能である。燃料電池22に関連した水素源及び任意の追加的な原料を収容した燃料電池貯蔵部24が、座席20に直接備えられている。これによって、航空機の電源に接続する必要が無くなり、設置のための時間が節約されるとともに、システムの重量が低減され、自律的な座席が提供される。貯蔵部24はカバー又は蝶番付きドアを有して貯蔵部24を覆うか又はその他の方法で囲い得る。代替的に、燃料電池は座席のフレーム又は基部(ベース)に搭載された外部ボックスの中に位置付けられ得る(この構成の例は図3及び図4に示されている)。水素源、燃料電池22及び/又はその貯蔵部24は座席20から取り外し可能にし得る。燃料電池の容器アクセスが容易とされるべきであり、電池が空になった場合には取り外して交換することが出来る。

0017

図2に示されるように、燃料電池の以下の副生成物、すなわち、水、熱、酸素減損空気及び電気は、座席20において使用され得る。燃料電池の副生成物と、航空機の機内におけるそれら副生成物の送出(送達)を模式的に示す例が図6に示されている。各座席20において個別の燃料電池22から生成された電気は、IFE装置26、座席のアクチュエ-ション機能(背もたれ前後運動足掛け及び背もたれの上下運動)、電気を動力源とする読書灯及び/又は局所照明灯28、電気を動力源とする充電装置又はその他の発電装置30、マッサージ機能、又は座席20に備えられ得るその他の任意の機能部に電力を供給するために用いられ得る。

0018

さらに、燃料電池の電気以外の副生成物もまた使用し得る。例えば、燃料電池によって作り出された熱は乗客を暖めるために使用し得る。この実施形態において、図3に示されるように、少なくとも一つの導管34を介して座席の各部を案内される水又はその他の流体を暖めるために、熱を使用し得る。導管34が、シートパン36及び/又は座席の背もたれ38に位置付けられてよい。導管34は燃料電池によって作り出された熱を用いて乗客を暖めるように設計されている。熱は、導管34を通る水又はその他の任意の熱導体を介して乗客に伝達される。導管34は、上記のシートの部分36、38の内部に位置付けられた少なくとも一つの管/導管34(図示されている)又はパネル(図示されていない)として提供され得る。送達されるべき熱の温度は、制御パネル又は肘掛け40に備えられた電動弁によって調整されてよく、熱送達のための電力は燃料電池システムによって提供されてよい。

0019

座席20における燃料電池の副生成物の別の用途は、乗客にウォーターミスト42を提供することである。ウォーターミストは燃料電池の反応による水副生成物によって創出されて噴霧管42を介して送達され得る。酸素減損空気(ODA)副生成物が、水に圧力をかけて送達するために用いられる別の導管44を介して噴霧管42へ送達され得る。管42及び管44は燃料電池22からの別々の出口点を有し得るとともに、水が噴霧管42から出て行く地点に密接又は接近した箇所で合流し得る。ウォーターミストの量及び圧力の調整は扇風機によって行われ得る。

0020

座席20における燃料電池の副生成物のさらなる用途は、機内娯楽(IFE)スクリーンの洗浄機能をもたらすことである。IFEスクリーンの洗浄のために、燃料電池によって作り出されたお湯と酸素減損空気(ODA)を利用し得る。この洗浄は、個々の乗客によって行われてもよいし、航空機の再出発準備中に航空機の搭乗員によって用いられてもよい。このシステムはウォーターミスト機能に類似したものにし得るが、適切な配管が燃料電池からIEFユニットに接近した領域に向けられている。

0021

本文に記載された実施形態は、航空機の座席であって、個別に燃料電池が装備されることで完全に自律的であり、且つ他のいかなる座席又は航空機の電力を必要とするいかなる機能部と接続されることなく独立して客室内に自由に配置可能とされた航空機の座席を提供する。燃料電池が装備された座席は、次いで、燃料電池の電力のみならず燃料電池によって生成された副生成物をも利用して、エネルギー及び諸要素を随意的な座席の機能部に供給することが出来る。例えば、座席20に専用の燃料電池22を備えてよく、この座席20においては、燃料電池によって作り出される熱、水及びODAがIFEスクリーンを洗浄するために用いられる。代替的に又は追加的に、燃料電池によって作り出される熱、水及びODAは、熱伝導性の流体(水、シリコーン、又はその他の任意の適切な材料にし得る)が充填された、管などの導管を網状に構成したもの又は上記のような流体が充填されたクッションを用いて座席を暖めるために用いられ得る。代替的に又は追加的に、燃料電池によって作り出される熱、水、及びODAは、乗客を快適にするためのウォーターミストを創出するために用いられ得る。

0022

図5は、燃料電池のために使用し得る、入力諸要素の模式的な例を示す図であり、電力を生成するために必要な原料(酸素及び水素)、及び本文に記載された座席の機能部、ひいては付加的な航空機の構成部品のために再利用し得る出力要素(水、酸素減損空気(ODA)及び熱)を示している。

0023

図6は、航空機の多様な構成部品に電力を供給するため、及び、燃料電池の副生成物を多様な構成部品に用いるための代替物を供給するために、燃料電池をどのように航空機の多様な構成部品に関連させて用い得るかの例を示す図である。

0024

上述されそして図示された構造及び方法に対する変更、改変、追加及び削除は、本発明の範囲または精神及び以下の請求の範囲から逸脱しない範囲でなされ得る。

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