KR20120012068A - Exhaust gas aftertreatment system - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은, 배기가스에 포함된 유해물질을 산화시키는 산화촉매, 상기 산화촉매의 후단부에 설치되어 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하는 디젤매연필터, 상기 디젤매연필터의 후단부에 설치되어 환원제를 분사하는 도징모듈, 및 상기 도징모듈의 후단부에 설치되어 배기가스에 포함된 환원제를 이용하여 질소산화물을 제거하는 선택적환원촉매를 포함하되, 상기 디젤매연필터에는, La1 - xSrxCoO3를 갖는 촉매성분을 포함한다.
따라서, 디젤매연필터에 포함된 촉매성분은 설정된 몰비의 란탄늄, 스트론튬, 및 코발트를 포함하고 있으며, 이러한 촉매성분들은 일산화질소를 이산화질소로 효과적으로 전환시켜, 후단부의 선택적환원촉매의 성능을 극대화시킨다.Exhaust gas after-treatment system according to an embodiment of the present invention, an oxidation catalyst for oxidizing harmful substances contained in the exhaust gas, a diesel particulate filter installed in the rear end of the oxidation catalyst to collect particulate matter contained in the exhaust gas, A dosing module installed at a rear end of the diesel particulate filter and spraying a reducing agent, and a selective reduction catalyst installed at a rear end of the dosing module to remove nitrogen oxides using a reducing agent contained in exhaust gas, wherein the diesel The soot filter contains a catalyst component having La 1 - x Sr x CoO 3 .
Therefore, the catalyst component included in the diesel particulate filter contains a set molar ratio of lanthanum, strontium, and cobalt, and these catalyst components effectively convert nitrogen monoxide to nitrogen dioxide, thereby maximizing the performance of the selective reduction catalyst at the rear end.
Description
본 발명은 배기가스 후처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스에 포함된 유해물질을 물리화학적으로 저감시키는 배기가스 후처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system, and more particularly, to an exhaust gas aftertreatment system for physicochemically reducing harmful substances contained in exhaust gas.
일반적으로, 엔진에서 발생되는 일산화탄소, 탄화수소, 입자상물질, 및 질소산화물을 제거하기 위해서 내연기관용 후처리 시스템이 장착되고 있다.Generally, after-treatment systems for internal combustion engines are equipped to remove carbon monoxide, hydrocarbons, particulate matter, and nitrogen oxides generated from engines.
상기 후처리 시스템은 디젤산화촉매(DOC: diesel oxidation catalyst), 디피에프(DPF: diesel particulate filter), 환원제분사장치, 및 선택적환원촉매(SCR: selective catalytic reduction)를 포함할 수 있다.The aftertreatment system may include a diesel oxidation catalyst (DOC), a diesel particulate filter (DPF), a reducing agent injection device, and a selective catalytic reduction (SCR).
상기 디젤산화촉매는 주로 배기가스에 포함된 일산화탄소나 탄화수소를 산화시키고, 그 산화열로 입자상물질의 일부를 태워 줄이는 기능을 수행한다.The diesel oxidation catalyst mainly oxidizes carbon monoxide or hydrocarbons contained in the exhaust gas, and burns a part of particulate matter by the heat of oxidation.
상기 디피에프는 주로 배기가스에 포함된 입자상물질을 여과하고, 설정된 온도에서 그 포집된 입자상물질을 태워 제거하는 기능을 수행한다.The DFF mainly filters particulate matter contained in exhaust gas, and burns and removes the collected particulate matter at a set temperature.
상기 환원제분사장치는 배기가스 내로 환원제를 분사하고, 상기 선택적환원촉매는 상기 배기가스에 포함된 환원제를 이용하여 질소산화물을 산화/환원시켜 질소와 물로 제거하는 기능을 수행한다.The reducing agent spraying device injects a reducing agent into the exhaust gas, and the selective reduction catalyst performs a function of oxidizing / reducing nitrogen oxide using a reducing agent included in the exhaust gas to remove nitrogen and water.
한편, 디젤산화촉매나 디피에프에 적용되는 귀금속성분을 이용하여 일산화탄소나 탄화수로를 산화시켜 제거하고, 일산화질소를 산화시켜 그 후단으로 이산화질소를 발생시켜 상기 선택적환원촉매의 질소산화물 흡장성능을 향상시킬 수 있으며, 그 효율을 향상시키기 위한 방법들이 연구되고 있다.On the other hand, by oxidizing and removing carbon monoxide or carbonized water channel using a noble metal component applied to diesel oxidation catalyst or DIF, and oxidizing nitrogen monoxide to generate nitrogen dioxide in the subsequent stage, the nitrogen oxide occlusion performance of the selective reduction catalyst can be improved. And ways to improve the efficiency are being studied.
따라서, 본 발명의 목적은 산화촉매와 디젤매연필터의 후단으로 이산화질소를 공급하여 선택적환원촉매의 성능을 향상시키는 배기가스 후처리 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust gas aftertreatment system for supplying nitrogen dioxide to the rear stage of an oxidation catalyst and a diesel particulate filter to improve the performance of the selective reduction catalyst.
본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템은, 배기가스에 포함된 유해물질을 산화시키는 산화촉매, 상기 산화촉매의 후단부에 설치되어 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하는 디젤매연필터, 상기 디젤매연필터의 후단부에 설치되어 환원제를 분사하는 도징모듈, 및 상기 도징모듈의 후단부에 설치되어 배기가스에 포함된 환원제를 이용하여 질소산화물을 제거하는 선택적환원촉매를 포함하되, 상기 디젤매연필터에는, La1 - xSrxCoO3를 갖는 촉매성분을 포함한다.Exhaust gas after-treatment system according to the present invention, an oxidation catalyst for oxidizing harmful substances contained in the exhaust gas, a diesel particulate filter installed in the rear end of the oxidation catalyst to collect particulate matter contained in the exhaust gas, the diesel particulate smoke A dosing module installed at a rear end of the filter to inject a reducing agent, and a selective reduction catalyst installed at the rear end of the dosing module to remove nitrogen oxides using a reducing agent contained in exhaust gas. And a catalyst component having La 1 - x Sr x CoO 3 .
La, Sr, 및 Co의 몰비는 1-X : X : 1 이고, 상기 X는 0 내지 0.3의 범위 안에 포함된다.The molar ratio of La, Sr, and Co is 1-X: X: 1, wherein X is in the range of 0 to 0.3.
상기 산화촉매는, 백금(Pt: platinum)과 팔라듐(Pd: paladium)으로 구성된 촉매성분을 포함한다.The oxidation catalyst includes a catalyst component composed of platinum (Pt: platinum) and palladium (Pd: paladium).
상기 선택적환원촉매는 철(Fe) 또는 구리(Cu)가 이온교환된 제올라이트촉매성분을 포함하고, 상기 도징모듈은 설정된 조건에서 우레아를 분사한다.The selective reduction catalyst includes a zeolite catalyst component in which iron (Fe) or copper (Cu) is ion exchanged, and the dosing module injects urea under a set condition.
앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템에서, 디젤매연필터에 포함된 촉매성분은 설정된 몰비의 란탄늄, 스트론튬, 및 코발트를 포함하고 있으며, 이러한 촉매성분들은 일산화질소를 이산화질소로 효과적으로 전환시켜, 후단부의 선택적환원촉매의 성능을 극대화시킨다.As described above, in the exhaust gas aftertreatment system according to the present invention, the catalyst component included in the diesel particulate filter includes a set molar ratio of lanthanum, strontium, and cobalt, and these catalyst components effectively convert nitrogen monoxide to nitrogen dioxide. To maximize the performance of the selective reduction catalyst at the rear end.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에 적용되는 새 디젤매연필터의 반응온도와 일산화질소의 전환율을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에 적용되는 노후된 디젤매연필터의 반응온도와 일산화질소의 전환율을 나타내는 그래프이다.1 is a schematic diagram of an exhaust gas aftertreatment system according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the reaction temperature and the conversion rate of nitrogen monoxide of the new diesel particulate filter applied to the exhaust gas aftertreatment system according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the reaction temperature and the conversion rate of nitrogen monoxide of the aged diesel particulate filter applied to the exhaust gas aftertreatment system according to the embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram of an exhaust gas aftertreatment system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 배기가스 후처리 시스템은 엔진(100), 배기라인(110), 산화촉매(120), 디젤매연필터(130), 도징모듈(140), 및 선택적환원촉매(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the exhaust gas aftertreatment system includes an
상기 산화촉매(120), 상기 디젤매연필터(130), 상기 도징모듈(140), 및 상기 선택적환원촉매(150)는 상기 배기라인(110)에 순차적으로 배치되고, 이들을 통해서 배기가스가 정화되어 외부로 배출된다.The
상기 산화촉매(120)는 배기가스에 포함된 탄화수소와 일산화탄소를 산화시키고, 상기 디젤매연필터(130)는 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하고, 설정된 온도조건에서 태워제거한다.The
아울러, 상기 산화촉매(120)는 배기가스에 포함된 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 전환하고, 상기 디젤매연필터(130)는 상기 산화촉매(120)의 산화반응에 의해서 온도가 상승되어 포집한 입자상물질을 자연적으로 자연재생시킨다.In addition, the
상기 도징모듈(140)은 상기 배기라인(110) 안으로 환원제를 분사하는데, 상기 환원제에는 우레아(UREA) 등이 있다. 상기 선택적환원촉매(150)는 상기 도징모듈(140)에서 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거한다.The
본 발명의 실시예에서, 상기 디젤매연필터(130)에 포함된 촉매성분에 의해서 그 후단부로 이산화질소(NO2)를 공급하여, 상기 선택적환원촉매(150)의 질소산화물정화 효율을 향상시킨다.In an embodiment of the present invention, by supplying nitrogen dioxide (NO 2) to the rear end by the catalyst component included in the
본 발명의 실시예에서, 상기 디젤매연필터(130)에는, La1-xSrx CoO3을 포함하는 촉매성분을 포함하고 있고, 이러한 촉매성분은 배기가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시켜 후단으로 공급한다. 여기서, 상기 선택적환원촉매(150)는 상기 디젤매연필터(130)에서 공급된 이산화질소를 이용하여 질소산화물의 정화효율을 극대화한다.In the embodiment of the present invention, the
상기 촉매성분을 구성하는 La, Sr, 및 Co의 몰비는 1-X : X : 1 이고, 상기 X는 0 내지 0.3의 범위 안에 포함되는 것이 바람직하다.The molar ratio of La, Sr, and Co constituting the catalyst component is 1-X: X: 1, and X is preferably included in the range of 0 to 0.3.
아울러, 상기 산화촉매(120)는, 백금(Pt: platinum)과 팔라듐(Pd: paladium)으로 구성된 촉매성분을 포함하고, 상기 선택적환원촉매(150)는 철(Fe) 또는 구리(Cu)가 이온교환된 제올라이트촉매성분을 포함한다.In addition, the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에 적용되는 새 디젤매연필터의 반응온도와 일산화질소의 전환율을 나타내는 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the reaction temperature and the conversion rate of nitrogen monoxide of the new diesel particulate filter applied to the exhaust gas aftertreatment system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 가로축은 배기가스의 온도 즉 반응온도를 나타내고, 세로축은 일산화질소가 이산화질소로 전환되는 전환율(%)을 나타내는 것으로, 촉매성분이 거의 새것(fresh)인 경우의 실험테이터이다.Referring to FIG. 2, the horizontal axis represents the temperature of the exhaust gas, that is, the reaction temperature, and the vertical axis represents the conversion rate (%) in which nitrogen monoxide is converted to nitrogen dioxide, which is an experimental data when the catalyst component is almost fresh.
반응온도가 섭씨 150도에서 약 300도까지 전환율이 상승하고, 350도 내지 400도의 범위에서는 전환율이 저하된다.The conversion temperature rises from 150 degrees Celsius to about 300 degrees Celsius, and the conversion falls in the range of 350 to 400 degrees.
도시한 바와 같이, 란탄늄(La), 스트론튬(Sr), 및 코발트(Co)의 몰비가 0.9:0.1:1인 촉매성분의 전환율, 및 란탄늄(La), 스트론튬(Sr), 및 코발트(Co)의 몰비가 0.7:0.3:1인 촉매성분의 전환율이 높으며, 최고의 전환율은 약 300도 부근이다.As shown, the conversion of catalyst components with a molar ratio of lanthanum (La), strontium (Sr), and cobalt (Co) of 0.9: 0.1: 1, and lanthanum (La), strontium (Sr), and cobalt ( Co) has a high conversion rate of the catalyst component having a molar ratio of 0.7: 0.3: 1, and the highest conversion rate is around 300 degrees.
한편, 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)의 몰비가 4:1인 촉매성분의 일산화질소에 대한 전환율, 란탄늄과 코발트가 포함된 촉매성분의 전환율, 및 란탄늄, 스트론튬, 및 코발트의 몰비가 0.6:0.4:1인 촉매성분의 전환율은 상대적으로 낮으며, 최고의 전환율은 약 300도 내지 350도 범위 부근이다.Meanwhile, the conversion ratio of the catalyst component having a molar ratio of platinum (Pt) and palladium (Pd) to 4: 1 to nitrogen monoxide, the conversion ratio of the catalyst component containing lanthanum and cobalt, and the molar ratio of lanthanum, strontium, and cobalt are The conversion of the catalyst component of 0.6: 0.4: 1 is relatively low, with the highest conversion being around 300 to 350 degrees.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에 적용되는 노후된 디젤매연필터의 반응온도와 일산화질소의 전환율을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the reaction temperature and the conversion rate of nitrogen monoxide of the aged diesel particulate filter applied to the exhaust gas aftertreatment system according to the embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 가로축은 배기가스의 온도 즉 반응온도를 나타내고, 세로축은 일산화질소가 이산화질소로 전환되는 전환율(%)을 나타내는 것으로, 촉매성분이 일정한 조건에서 사용된(fresh) 경우의 실험테이터이다.Referring to FIG. 3, the horizontal axis represents the temperature of the exhaust gas, that is, the reaction temperature, and the vertical axis represents the conversion rate (%) in which nitrogen monoxide is converted to nitrogen dioxide. Experimental data when the catalyst component is used under constant conditions (fresh) to be.
반응온도가 섭씨 150도에서 약 300도까지 전환율이 상승하고, 350도 내지 400도의 범위에서는 전환율이 저하된다.The conversion temperature rises from 150 degrees Celsius to about 300 degrees Celsius, and the conversion falls in the range of 350 to 400 degrees.
도시한 바와 같이, 란탄늄(La), 스트론튬(Sr), 및 코발트(Co)의 몰비가 0.9:0.1:1인 촉매성분의 전환율, 및 란탄늄(La), 스트론튬(Sr), 및 코발트(Co)의 몰비가 0.7:0.3:1인 촉매성분의 전환율이 높으며, 최고의 전환율은 약 300도 내지 350도 부근이다.As shown, the conversion of catalyst components with a molar ratio of lanthanum (La), strontium (Sr), and cobalt (Co) of 0.9: 0.1: 1, and lanthanum (La), strontium (Sr), and cobalt ( Co) has a high conversion rate of the catalyst component having a molar ratio of 0.7: 0.3: 1, and the highest conversion rate is about 300 to 350 degrees.
한편, 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)의 몰비가 4:1인 촉매성분의 일산화질소에 대한 전환율, 란탄늄과 코발트가 포함된 촉매성분의 전환율, 및 란탄늄, 스트론튬, 및 코발트의 몰비가 0.6:0.4:1인 촉매성분의 전환율은 상대적으로 낮으며, 최고의 전환율은 약 300도 내지 350도 범위 부근이다.Meanwhile, the conversion ratio of the catalyst component having a molar ratio of platinum (Pt) and palladium (Pd) to 4: 1 to nitrogen monoxide, the conversion ratio of the catalyst component containing lanthanum and cobalt, and the molar ratio of lanthanum, strontium, and cobalt are The conversion of the catalyst component of 0.6: 0.4: 1 is relatively low, with the highest conversion being around 300 to 350 degrees.
전술한 바와 같이, 란탄늄, 스트론튬, 및 코발트가 0.9:0.1:1인 경우와 0.7:0.3:1인 경우에 일산화질소의 전환율이 좋다.As mentioned above, the conversion of nitrogen monoxide is good when lanthanum, strontium, and cobalt are 0.9: 0.1: 1 and 0.7: 0.3: 1.
본 실시예에서, 상기 촉매성분을 포함하는 상기 디젤매연필터(130)의 실험조건은 가스조성이 일산화탄소 200ppm, C3H6 160pp, C3H8 40ppm, CO2 5%, O2 9.5%, NO 500ppm, H2O 5%, 나머지 N2이다.In this embodiment, the experimental conditions of the
아울러, 담체는 직경이 24mm이고 길이는 53mm이며, 400cpsi(cubic per square inch)/4mil 이며, 가스주입의 공간속도 SV(space velocity)는 50000/h이다. 에이징 온도는 섭씨 750도 25시간이다.In addition, the carrier has a diameter of 24 mm, a length of 53 mm, 400 cpsi (cubic per square inch) / 4 mil, and a space velocity SV of gas injection is 50000 / h. Aging temperature is 750 degrees Celsius 25 hours.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And all changes to the scope that are deemed to be valid.
100: 엔진
110: 배기라인
120: 디젤산화촉매
130: 디젤매연필터
140: 도징모듈
150: 선택적환원촉매100: engine
110: exhaust line
120: diesel oxidation catalyst
130: diesel particulate filter
140: dosing module
150: selective reduction catalyst
Claims (5)
상기 산화촉매의 후단부에 설치되어 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하는 디젤매연필터;
상기 디젤매연필터의 후단부에 설치되어 환원제를 분사하는 도징모듈; 및
상기 도징모듈의 후단부에 설치되어 배기가스에 포함된 환원제를 이용하여 질소산화물을 제거하는 선택적환원촉매; 를 포함하되,
상기 디젤매연필터에는, La1-xSrxCoO3를 갖는 촉매성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.An oxidation catalyst for oxidizing harmful substances contained in exhaust gas;
A diesel particulate filter installed at a rear end of the oxidation catalyst to collect particulate matter contained in exhaust gas;
A dosing module installed at a rear end of the diesel particulate filter to inject a reducing agent; And
A selective reduction catalyst installed at a rear end of the dosing module to remove nitrogen oxides using a reducing agent contained in exhaust gas; Including,
The diesel particulate filter, the exhaust gas after-treatment system, characterized in that it comprises a catalyst component having La 1-x Sr x CoO 3 .
La, Sr, 및 Co의 몰비는 1-X : X : 1 이고, 상기 X는 0 내지 0.3의 범위 안에 포함되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.In claim 1,
The molar ratio of La, Sr, and Co is 1-X: X: 1, and said X is included in the range of 0 to 0.3.
상기 산화촉매는, 백금(Pt: platinum)과 팔라듐(Pd: paladium)으로 구성된 촉매성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.In claim 1,
The oxidation catalyst, exhaust gas after-treatment system comprising a catalyst component consisting of platinum (Pt: platinum) and palladium (Pd: paladium).
상기 선택적환원촉매는 철(Fe) 또는 구리(Cu)가 이온교환된 제올라이트촉매성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.In claim 1,
The selective reduction catalyst exhaust gas after-treatment system, characterized in that the iron (Fe) or copper (Cu) ion-exchanged zeolite catalyst component.
상기 도징모듈은 설정된 조건에서 우레아를 분사하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.In claim 1,
The dosing module exhaust gas after-treatment system, characterized in that for spraying urea under the set conditions.
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KR101703624B1 (en) * | 2015-09-30 | 2017-02-07 | 현대자동차 주식회사 | Exhaust gas processing system |
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2010
- 2010-07-30 KR KR1020100073960A patent/KR20120012068A/en active Pending
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US9828895B2 (en) | 2015-09-30 | 2017-11-28 | Hyundai Motor Company | Exhaust gas post-processing system |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20100730 |
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PG1501 | Laying open of application | ||
A201 | Request for examination | ||
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20141014 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20100730 Comment text: Patent Application |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20150916 Patent event code: PE09021S01D |
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AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20160211 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20150916 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |
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PX0901 | Re-examination |
Patent event code: PX09011S01I Patent event date: 20160211 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PX09012R01I Patent event date: 20151020 Comment text: Amendment to Specification, etc. |
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E801 | Decision on dismissal of amendment | ||
PE0801 | Dismissal of amendment |
Patent event code: PE08012E01D Comment text: Decision on Dismissal of Amendment Patent event date: 20160321 Patent event code: PE08011R01I Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event date: 20160304 Patent event code: PE08011R01I Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event date: 20151020 |