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技術 ガス発生器

出願人 株式会社エムテック
発明者 浅野文夫
出願日 2018年9月7日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-168297
公開日 2020年3月19日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-040009
状態 未査定
技術分野 中和・改質 養殖 溶解、混合、フローミキサー 混合機の付属装置
主要キーワード 切り換えサイクル 水質改善用 準備運転 循環設備 各分岐路 微細気泡発生ノズル ガス発生口 ガス吐出ノズル
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年3月19日)のものです。
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図面 (4)

課題

水質を改善させることを目的としたガス発生器では、流路を複数に分岐して同時にガス吐出させると、接続された複数の吐出ノズルの相互間の負荷圧力差の影響を受けてしまい、それぞれの吐出ノズルのガス流量を制御することが困難で、それぞれの吐出ノズルの水域でのガス濃度に違いが発生する問題点があった。

解決手段

1又は複数の水槽45、46に水質改善用のガスを供給するガス発生器1であって、ガス発生部2と、ガス発生部に分岐したガス流路13を介して接続される複数のガス吐出口6、7と、ガス吐出口ごとにガス流路を開閉する吐出切換弁3、4、5と、吐出切換弁ごとに開閉を制御する制御部8、を備え、吐出口を順次切り替えることにより、接続された複数の吐出ノズル43と44の負荷圧力の差の影響を受けないで、ガスを吐出させる。

概要

背景

従来、養殖下水処理などの水質改善を必要とする市場では、新たに大がかりな水槽循環設備建設することなく、既存の水槽内に空気、酸素ガスオゾンガスなどのガス発生器吐出ノズルを設置して、水質を改善する場合も多い。また、吐出する気泡は、気泡サイズ微細なほど、効率よくガスを水に溶けさせることが知られている(例えば、特許文献1参照)。

概要

水質を改善させることを目的としたガス発生器では、流路を複数に分岐して同時にガスを吐出させると、接続された複数の吐出ノズルの相互間の負荷圧力差の影響を受けてしまい、それぞれの吐出ノズルのガス流量を制御することが困難で、それぞれの吐出ノズルの水域でのガス濃度に違いが発生する問題点があった。1又は複数の水槽45、46に水質改善用のガスを供給するガス発生器1であって、ガス発生部2と、ガス発生部に分岐したガス流路13を介して接続される複数のガス吐出口6、7と、ガス吐出口ごとにガス流路を開閉する吐出切換弁3、4、5と、吐出切換弁ごとに開閉を制御する制御部8、を備え、吐出口を順次切り替えることにより、接続された複数の吐出ノズル43と44の負荷圧力の差の影響を受けないで、ガスを吐出させる。

目的

本発明は、上記の課題を解決するものであり、1台のガス発生器で、ガス吐出までの流路の負荷圧力の相互間での違いによる影響を受けないで、複数の吐出ノズルから所定のガス流量を吐出できるガス発生器を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

外部配管を介して1又は複数の水槽水質改善用ガスを供給するガス発生器であって、ガス発生部と、前記ガス発生部に分岐したガス流路を介して接続される複数のガス吐出口と、前記ガス流路に備えられ、前記ガス吐出口ごとに前記ガス流路を開閉する吐出切換弁と、ガスを吐出する前記ガス吐出口を切り換えるように前記吐出切換弁ごとに開閉を制御する制御部と、を備えることを特徴とするガス発生器。

請求項2

前記制御部は、順次、前記吐出切換弁ごとに開時間を制御することを特徴とする請求項1に記載のガス発生器。

請求項3

前記ガス流路には、前記吐出切換弁の上流圧力センサが備えられており、前記制御部は、前記圧力センサによる計測値に基づいて前記吐出切換弁ごとの開時間を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のガス発生器。

請求項4

前記ガス流路には、前記吐出切換弁の上流に流量センサが備えられており、前記制御部は、前記流量センサによる計測値に基づいて前記吐出切換弁ごとの開時間を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のガス発生器。

請求項5

前記制御部は、負荷圧力による前記ガス発生部の流量特性に基づいて前記吐出切換弁ごとの開時間を制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のガス発生器。

請求項6

前記水槽に対するガス吐出量を前記制御部に設定するための操作部を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のガス発生器。

技術分野

0001

本発明は、水槽水質改善用ガスを供給する複数のガス吐出口をもつガス発生器に関する。

背景技術

0002

従来、養殖下水処理などの水質改善を必要とする市場では、新たに大がかりな水槽循環設備建設することなく、既存の水槽内に空気、酸素ガスオゾンガスなどのガス発生器の吐出ノズルを設置して、水質を改善する場合も多い。また、吐出する気泡は、気泡サイズ微細なほど、効率よくガスを水に溶けさせることが知られている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0003

特開2011−224461号公報

発明が解決しようとする課題

0004

水質を改善させる既存の水槽に、1台のガス発生器に接続された吐出ノズルを1個設置しても、水質改善されるのは吐出ノズル付近水域のみであり、水槽全体を水質改善させるためには、1台のガス発生器の外部でガス流路分岐し、1つの水槽内で複数の吐出ノズルを設置しなければならない。また、1台のガス発生器で複数の水槽の水質改善させる場合も同様である。
しかしながら、1台のガス発生器の外部でガス流路を分岐し、同時にガスを吐出すると、それぞれの吐出ノズルまでの配管での負荷圧力、吐出ノズル設置深さの水圧による負荷圧力により違いが発生し、各吐出ノズルごとに水質改善の効果がばらついてしまう。

0005

また、簡易的な微細気泡発生ノズルの多くは、気体が吐出される気体通路は微細になっている。そのために、使用するにつれ目詰まりしていき、設置状況使用方法により吐出ノズル相互間の負荷圧力の差は変動してしまう。

0006

本発明は、上記の課題を解決するものであり、1台のガス発生器で、ガス吐出までの流路の負荷圧力の相互間での違いによる影響を受けないで、複数の吐出ノズルから所定のガス流量を吐出できるガス発生器を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記問題を解決するために、請求項1に記載の発明は、外部配管を介して1又は複数の水槽に水質改善用のガスを供給するガス発生器であって、ガス発生部と、前記ガス発生部に分岐したガス流路を介して接続される複数のガス吐出口と、前記ガス流路に備えられ、前記ガス吐出口ごとに前記ガス流路を開閉する吐出切換弁と、ガスを吐出する前記ガス吐出口を切り換えるように前記吐出切換弁ごとに開閉を制御する制御部と、を備えることを要旨とする。

0008

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記制御部は、順次、前記吐出切換弁ごとに開時間を制御することを要旨とする。

0009

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記ガス流路には、前記吐出切換弁の上流圧力センサが備えられており、前記制御部は、前記圧力センサによる計測値に基づいて前記吐出切換弁ごとの開時間を制御することを要旨とする。

0010

請求項4に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記ガス流路には、前記吐出切換弁の上流に流量センサが備えられており、前記制御部は、前記流量センサによる計測値に基づいて前記吐出切換弁ごとの開時間を制御することを要旨とする。

0011

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記制御部は、負荷圧力による前記ガス発生部の流量特性に基づいて前記吐出切換弁ごとの開時間を制御することを要旨とする。

0012

請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、前記水槽に対するガス吐出量を前記制御部に設定するための操作部を備えることを要旨とする。

発明の効果

0013

本発明のガス発生器によると、ガス発生部と、前記ガス発生部に分岐したガス流路を介して接続される複数のガス吐出口と、前記ガス流路に備えられ、前記ガス吐出口ごとに前記ガス流路を開閉する吐出切換弁と、ガスを吐出する前記ガス吐出口を切り換えるように前記吐出切換弁ごとに開閉を制御する制御部と、を備える。これにより、1つの水槽内、または、複数の水槽で複数の吐出ノズルを使用しても、ガス発生器の吐出切換弁により複数のガス吐出口の開閉を切り換えることで、複数のガス吐出までの負荷圧力の相違の影響を受けることなく、それぞれの吐出までの流路の負荷圧力に合ったガス流量を吐出できる。

0014

また、前記制御部は、順次、前記吐出切換弁ごとに開時間を制御する場合は、各ガス吐出口への吐出を順次切り換え、それぞれの負荷圧力に応じた時間吐出させることで、複数のガス吐出までの負荷圧力の相違の影響を受けることなく、水中のガス濃度予測でき、水槽を管理することができる。また、順次繰り返してガス吐出がされるために、各ノズルでは、ガスが吐出と停止を繰り返すことで発生する水中のガス濃度が不安定になる課題があるが、吐出切換弁の開時間を短く刻み、吐出口を順次開放することでガスを安定して発生させ、水質改善の効果を安定させることができる。
このように、ガス発生器のガス発生量の範囲内で、複数の吐出ノズル相互間でガス吐出量を調整することができる。また、例えば、1個の吐出口又はガス流路の1本の分岐路外気解放することで、流量調整のない一定流量のガス発生器においても、吐出ノズルで必要とされる時間当たりのガス吐出量を調整することも可能となる。

0015

また、前記ガス流路には、前記吐出切換弁の上流に圧力センサが備えられており、前記制御部は、前記圧力センサによる計測値に基づいて前記吐出切換弁ごとの開時間を制御する場合は、各ガス吐出口を切り換えるタイミングをガス吐出までのガス流路の圧力に基づいた値により決定することができ、各流路の負荷圧力によってそれぞれの吐出口の流量を決定することができる。さらに、吐出ノズルの目詰まり等の負荷圧力が変動する環境下でも、圧力を常に監視することで、それぞれの吐出ノズルから安定して必要とされるガス吐出量を、ガス発生量の範囲内で吐出することができる。
このように、高価な流量制御手段を備えることなく、安価な圧力センサのみで複数の吐出口の流量を管理することができる。

0016

また、前記ガス流路には、前記吐出切換弁の上流に流量センサが備えられており、前記制御部は、前記流量センサによる計測値に基づいて前記吐出切換弁ごとの開時間を制御する場合は、各ガス吐出口を切り換えるタイミングをガス発生器のガス吐出までの流路流量に基づいて決定することができ、それぞれの吐出ノズルで常に安定して必要とされるガス吐出量を、ガス発生量の範囲内で吐出することができる。

0017

また、前記制御部は、負荷圧力による前記ガス発生部の流量特性に基づいて前記吐出切換弁ごとの開時間を制御する場合は、それぞれのガス吐出までの流路の負荷圧力が異なっていても、複数の吐出ノズルからそれぞれ必要とされる時間当たりのガス吐出量を吐出させることができる。

0018

また、前記水槽に対するガス吐出量を前記制御部に設定するための操作部を備える場合は、対象とする水槽に応じてガス吐出量や吐出時間等を設定したり変更したりすることが容易となる。

0019

以上のようなガス発生器によれば、複数の吐出ノズルにおいてガス吐出までの流路の負荷圧力が異なっていても、それぞれ必要とされるガス吐出量を吐出させることができ、水槽内全体、または複数の水槽の水質を管理することができる。

図面の簡単な説明

0020

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
実施例に係るガス発生器のブロック図である。
負荷圧力によるガス発生部の流量特性の例を示したグラフ計算式である。
他の形態に係るガス発生器のブロック図である。

0021

ここで示される事項は例示的なものおよび本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

0022

本実施形態に係るガス発生器は、外部配管(41、42)を介して1又は複数の水槽(45、46)に水質改善用のガスを供給するガス発生器(1)であって、ガス発生部(2)と、ガス発生部(2)に分岐したガス流路(13)を介して接続される複数のガス吐出口(6、7)と、ガス流路(13)に備えられ、ガス吐出口(6、7)ごとにガス流路(13)を開閉する吐出切換弁(3、4、5)と、ガスを吐出するガス吐出口(6、7)を切り換えるように吐出切換弁(3〜5)ごとに開閉を制御する制御部(8)と、を備える(例えば、図1及び図3等参照)。吐出切換弁(3〜5)は、それぞれガス流路(13)の分岐路(13a〜13c)に設けられており、吐出切換弁(3〜5)の開・閉により、各分岐路(13a〜13c)が導通遮断される。
なお、各ガス吐出口(6、7)には外部配管(41、42)を介して吐出ノズル(43、44)が接続される。通常、吐出ノズル(43、44)は、1又は2以上の水槽(45、46)内に設置される。
上述の場合、例えば、上記制御部(8)は、複数のガス吐出口(5、6)を所定順序で択一的に開とするように吐出切換弁(3〜5)を制御することができる。これによって、ガスが吐出されるガス吐出口(6、7)が所定の順序切り替えられる。
また、制御部(8)は、順次、吐出切換弁(3〜5)ごとに開時間を制御することができる。各吐出切換弁(3〜5)の開時間は同じでもよいし、それぞれ異なる時間としてもよい。

0023

本実施形態に係るガス発生器としては、例えば、上記制御部(8)は、複数のガス吐出口(6、7)を1つずつ開状態とするように吐出切換弁(3〜5)を制御する形態(例えば、図1及び図3等参照)が挙げられる。
上述の場合、例えば、上記ガス発生器(1)は、各水槽(45、46)に対するガス吐出量を制御部(8)に設定するための操作部(11)を備えることができる。操作部(11)の構成及び機能は限定されず、各ガス吐出口(6、7)からのガス吐出量を制御するために、例えば、各吐出切換弁(3〜5)の開時間、開状態とする順番、各吐出切換弁(3〜5)を一通り開とする全体時間(サイクルタイム)等を、必要に応じて設定可能とすることができる。

0024

本実施形態に係るガス発生器としては、例えば、上記ガス流路(13)には、圧力センサ(21)が備えられており、制御部(8)は、圧力センサ(21)による計測値に基づいて各吐出切換弁(3〜5)の開時間を制御する形態(例えば、図1等参照)が挙げられる。
また、例えば、上記ガス流路(13)には、流量センサ(31)が備えられており、制御部(8)は、流量センサ(31)による計測値に基づいて各吐出切換弁(3〜5)の開時間を制御する形態(例えば、図3等参照)が挙げられる。

0025

前記ガス発生部(2)は、通常、負荷圧力により単位時間当たりの流量が変化する特性を有している(例えば、図2参照)。よって、各吐出切換弁(3〜5)を開としたときの圧力(負荷圧力)を圧力センサ(21)により計測すれば、ガス発生部(2)からの流量を求めることができる。したがって、圧力センサ(21)を備えることによって、制御部(8)はそれぞれのガス吐出ノズル(43、44)の負荷圧力に応じてガス吐出量を制御することが可能になる。ガス吐出量の制御は、負荷圧力に応じた各吐出切換弁(3〜5)の開時間とすればよい。また、各吐出切換弁(3〜5)を開としたときの流量を流量センサ(31)により計測すれば、各ガス吐出口(5、6)からのガス吐出量を制御することができるだけでなく、各ガス吐出ノズル(43、44)の負荷圧力を知ることができる。
前記ガス発生部(2)の負荷圧力−流量特性は、制御部(8)内のメモリに格納しておくことができる。その構成は問わず、例えば、負荷圧力−流量特性をテーブルとして記憶し、そのテーブルを参照してガス吐出量を制御してもよいし、負荷圧力−流量特性の近似式図2のF参照)を記憶し、計測値から計算してガス吐出量を制御してもよい。
制御部(8)は、負荷圧力によるガス発生部(2)の流量特性に基づいて吐出切換弁(3〜5)ごとの開時間を制御する構成とすることができる。以上のように、ガス流路(13)の圧力又は流量を計測可能な構成とすることにより、ガス発生器(1)は各ガス吐出ノズル(43、44)の負荷圧力が異なっても、各水槽に要求されるガス吐出量となるように制御することができる。

0026

なお、上記実施形態で記載した各構成の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的構成との対応関係を示すものである。

0027

以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。

0028

ガス発生器1の内部には、図1に示すように、ガス発生部2が備えられている。このガス発生部2は、空気、酸素ガス、オゾンガスなどのガスを発生する。また、ガス発生部2のガス発生口2aには、下流に向かって3方向に分岐したガス流路13を介して2個のガス吐出口6、7が連絡されている。このガス流路13の分岐路13a、13bの下流端は、ガス吐出口6、7に接続されている。また、分岐路13cの下流端は、ガス発生器1の内部で外気に解放されている。また、各吐出口6、7は、ガス発生器1の筐体の表面側に備えられている。ここでのガス吐出口は2個であるが、使用状況により増やすことができる。

0029

また、ガス流路13の分岐路13a〜13cの上流側には、ガス発生器1の外部負荷圧力を監視することができる圧力センサ21を備えている。また、各分岐路13a〜13cには、2個のガス吐出口6、7の開閉(すなわち、一方の吐出口が開放され且つ他方の吐出口が閉鎖された状態)を交互に切り換えるための吐出切換弁3、4、5が備えられている。これら各吐出切換弁3〜5は、各分岐路13a〜13cを開閉する。

0030

また、ガス発生器1は、ガス発生部2を制御する制御部8を備えている。この制御部8には、時間や流量を設定する操作部11、圧力センサ21及び吐出切換弁3〜5が電気的に接続されている。この制御部8は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、メモリ(例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等)、入出力回路等を備えている。そして、制御部8は、圧力センサ21からの信号を検出する機能を備えている。さらに、制御部8は、2個のガス吐出口6、7の開閉を交互に切り換えるように吐出切換弁3〜5を制御する機能を備えている。

0031

また、吐出口6、7には、ガス吐出流路41、42(即ち、外部配管41、42)の基端が接続されている。これら流路41と42の先端には、水槽45と46に設置された吐出ノズル43と44が接続されている。流路41と42は吐出ノズル43、44までの配管長さが異なり、吐出ノズル43、44が設置される水深が異なるため、ガス発生部2に対する負荷圧力が異なっている。

0032

上記の実施例のガス発生器1によれば、準備運転として、吐出切換弁3、4が順次交互に解放し、流路41、42の負荷圧力が圧力センサ21で検出される。制御部8には、ガス発生器1の負荷圧力と単位時間当たりの流量の関係を表す近似式Fがプログラミングされている。図2に示された近似式Fにおいて、Eは指数表示を表している。そして、制御部8は、検出された圧力値に基づいて各吐出口6、7のそれぞれ片方ずつで、所定の時間に吐出できるガス流量を算出する。

0033

本例において、操作部11では、吐出口6、または吐出口7のどちらか片方について1分間に必要なガス吐出量を選択すると、残りの吐出口でガス発生部2の発生量の範囲内で吐出可能な流量が操作部11に表示される。すべての吐出口6、7の流量が選択されると、吐出切換弁3、4が決められた時間で制御されてガスを吐出する。このように、各吐出口6、7の必要なガス吐出量と各流路の圧力により、全体のサイクルタイムである1分間の中で各吐出切換弁3〜5の開時間が制御部8で決定される。

0034

例えば、ガス発生器1のガス発生量が6.0L/min程度であり、吐出口6に接続されている流路41の負荷圧力は40kPa、吐出口7に接続されている流路42の負荷圧力は10kPaの条件下で設置した場合には、制御部8では、図2の計算式からそれぞれ片方ずつの条件では、流路41には最大で約5.7L/min、流路42には約6.1L/minの吐出量が可能と算出される。操作部11に、吐出口6の水槽45に吐出させたい3.0L/minを入力すると、吐出口7の水槽47には、2.8L/minまでが選択できるように表示される。ここで、2.8L/minまでの流量とは、全体の切り換えサイクルタイムである1分の中で割り振ることのできる残りの時間で吐出が可能な流量である。そこで、吐出口7の水槽46を2.5L/minと選択すると、全体のサイクルタイムである1分間の中で各吐出切換弁3〜5の開時間が割り振られ、吐出切換弁3は約31.6秒、吐出切換弁4は約24.6秒となるように各吐出口からガスが吐出され、残りの3.8秒は吐出切換弁5が開とされて外気に排気される。

0035

ここで、水質改善の効果を不安定にさせないために、各吐出切換弁の開時間(ガス吐出の切り換え間隔)を短くすることが望ましい。しかしながら、吐出切換弁の応答速度と流路内の圧力が安定する時間を考慮し、吐出切換弁の一番短い開放時間が3秒未満とならないようプログラミングされている。そのため、吐出切換弁3と4の開放時間は3秒以上で小刻みに交互に切り換わるよう制御する。なお、ここでは一番短い開放時間を3秒としたが、流路内の圧力が安定する時間は実際の設置状況により異なるため、事前調査することが望ましい。

0036

尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。すなわち、上記実施例では、圧力センサ21を備える形態を例示したが、これに限定されず、例えば、図3に示すように、圧力センサ21に変更して流量センサ31を備えるようにしてもよい。流量センサ31では、流量が検出されるので、圧力センサ21のような計算式Fをプログラムする必要がなく、各吐出口6、7の必要なガス吐出量と各流路の単位時間当たりに流せる流量により、全体のサイクルタイムである1分間の中で各吐出切換弁3〜5の開時間を決定する。

0037

また、上記実施例では、複数の水槽45、46のそれぞれに吐出ノズル43、44を設置するようにしたが、これに限定されず、例えば、図3に示すように、1つの水槽45に複数の吐出ノズル43、44を設置してもよい。

0038

さらに、上記実施例では、ガス流路13の各分岐路13a〜13cの途中に流路を開閉する吐出切換弁3〜5を備えるようにしたが、これに限定されず、例えば、ガス流路13の各分岐路13a〜13cの分岐点に流路を切り換える吐出切換弁を備えるようにしてもよい。

実施例

0039

本発明のガス発生器は、上記記載の実施例の構成に限定されるものではなく、記載した請求項の発明の本質を逸脱しない範囲において、適時その構成を変更してもよい。

0040

本発明は、養殖や下水処理などの水質改善を目的としたガス発生に関する技術として広く利用される。

0041

1.ガス発生器、2.ガス発生部、3.4.5.吐出切換弁、6.7.吐出口、8.制御部、11.操作部、21.圧力センサ、31.流量センサ、41.42.流路、43.44.吐出ノズル、45.46.水槽。

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