JP2014522234A - 容器内の雰囲気ガス組成を制御する装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内の雰囲気を制御する新規の方法、および／または新規の容器装置、および／または容器内の雰囲気を制御するための装置を提供する。
【解決手段】
呼吸する農産物を収容する容器内のガス組成を制御する方法に関し、この容器は少なくとも一つのガス出口と少なくとも一つのガス入口とを含み、又この方法は、選択する制御条件の下で少なくとも一つのガス出口を介して容器内から選択膜エレメントを通してガスを吸引するステップと、選択する制御条件の下で少なくとも一つのガス入口を介して容器の外側から容器へ周囲空気を導入して容器の内側のガスの相対組成を制御するステップとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器内の雰囲気ガス組成を制御するための、具体的には、例えば輸送中の生鮮物の寿命を延ばすための方法および装置に関する。

本明細書に記載及び言及する文献、行為または情報は、優先日において、その文献、行為、情報、またはその組み合わせが共通一般知識の一部である、若しくは本明細書に関連する課題を解決しようとすることに関係する周知のものである、と認めるものではない。

輸送または貯蔵中の容器に保管される生鮮物（果物および野菜など）の保管寿命を長期化するには、一般に、容器内の雰囲気条件を制御することが重要である。これは、雰囲気パラメータ、例えば容器内の温度および雰囲気ガス組成が収穫後の作物の呼吸量および劣化に影響するからである。

農産物の保管寿命を延ばす従来の方法は、前記容器を冷却し、（呼吸する農産物によって二酸化炭素が発生することから）酸素および窒素を所望のレベルに維持しながら二酸化炭素レベルを低下させることであった。

発明の名称が「室内の通気制御置装置」であるＷＯ２０００／０２３３５０に記載された出願人の発明は、呼吸する農産物を収容する室内の雰囲気の調整方法に関し、当時は新規の手法を提案するものであった。この方法は、室内の二酸化炭素レベルではなく、室内の酸素レベルを監視し、酸素レベルが酸素設定点を下回ったことを検出すると、室内へ周囲空気を流入させ、容器内に保管される選択した量の二酸化炭素吸収材料により室内の雰囲気から所定量の二酸化炭素を除去することとを含むものである。二酸化炭素吸収材料の量は、保管／移動の前に、室内の雰囲気の中での二酸化炭素濃度が実質的に所定量を超えないように選択される。

他の周知の方法は、所定のガスについて選択的である透過膜を容器内で利用する方法である。すなわち、一部のガスは通過させるが、他の所定のガスは遮断する膜を使用する。該選択膜は、緩衝ゾーンを画定するライナ層として容器に設置され、容器の外側の周囲雰囲気に開放可能、または他の方法で操作可能である。ここで、一定の分圧差を膜にかけると緩衝ゾーンへ入るガスの選択的除去という作用を生ずる。このような技術は、二酸化炭素吸収材料を必要としない。

しかし、膜を使用する方法は、容器の内側に部分的な真空条件を発生させるため、不安定であり、ひいては呼吸する農産物に望ましい環境条件を設けることを困難にする。さらに、ある種の膜のみが、他のガスに比べある種のガスに対する必要な透過性を持たせるのに有効であり、より一般的に入手可能なガス分離膜は二酸化炭素に対する選択性が比較的低い。例えば、市販のＰＤＭＳ膜（Ｍｅｄａｒｒａｙ提供のものなど）は、比較的低いＣＯ_２／Ｏ_２およびＣＯ_２／Ｎ_２選択性を呈し、容器からの酸素および窒素の著しい損失が起こり得ることを意味する。酸素および窒素の容器からの損失は、結果的に容器内での部分的真空状態の発生を招くことが分かっており、この損失を防ぐには空気の大量補充を必要とする。しかしながら、空気の大量補充は、制御の不安定性または均衡状態の欠如につながり、結果的に雰囲気制御を困難にする。

容器の雰囲気ガスの制御をさらに複雑にするのは、膜のフィード側での全圧が膜のスイープ側での全圧より高くても、酸素（および／または窒素）の分圧差により抽出動作中に膜から酸素が引き戻されることがあるという現象である。

上記を考慮すると、発明の名称が「ガス透過膜」であるＷＯ２００８／０１７３０７に記載される膜のように、二酸化炭素選択性の高い特殊な膜を開発することが必要であると広く考えられてきた。

国際公開ＷＯ２０００／０２３３５０号 国際公開ＷＯ２００８／０１７３０７号

本発明は、上述した短所の一つ以上を改善すること、または少なくとも、容器内の雰囲気を制御する新規の方法、および／または新規の容器装置、および／または容器内の雰囲気を制御するための装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態によれば、呼吸する農産物を収容する容器内のガス組成を制御する方法を提供するもので、前記容器は少なくとも一つのガス出口と少なくとも一つのガス入口とを含み、この方法は、
選択した制御条件の下で少なくとも一つのガス出口を介して選択膜エレメントを通して容器内からガスを吸引するステップと、
選択した条件の下で少なくとも一つのガス入口を介して容器の外側から容器へ周囲空気を導入して、容器内のガスの相対組成を制御するステップと、
を含む。

好ましくは、吸引を実施するための選択制御条件は、ポンプ作動時に選択した流量範囲で容器内から膜エレメントを通してガスを吸引する吸引ステップと、膜を通る流量が最少となる保留ステップとを設ける。

好ましくは、略間欠的なガスの吸引が行われるように吸引ステップと保留ステップとを交互に行う。

好ましくは、制御条件は、吸引ステップを一つの持続時間行うとともに保留ステップを別の持続時間行い、二つの持続時間は等しくはない。

好ましくは、吸引ステップの時間は保留ステップより短く、容器内のガス成分および圧力の均衡状態を促進する。

好ましくは、吸引ステップの持続時間は保留ステップよりも最大約２０倍短い。

好ましくは、吸引ステップが膜エレメントを通して二酸化炭素を選択的に吸引し、容器内に存在する他のガスよりも高い流量で二酸化炭素が容器から抽出される。

好ましくは、本方法が容器気密性試験を実施して、漏出があればそのレベルを制御アルゴリズムに含めるステップを含む。

一つ以上のガス成分レベル読取値を提供するために、容器内の一つ以上のガス成分のレベルを監視するステップを含む方法である。請求項１乃至８のいずれか一つに記載の方法。

好ましくは、本方法は一つ以上のガス成分レベル読取値を提供するために、容器内のガス混合物の一つ以上のガス成分のレベルを監視するステップを含む。本方法が、一つ以上のガス成分のレベルを監視するステップを含む場合、導入ステップは一つ以上のガス成分読取値に応じたものでよい。好適な実施形態では、監視ステップは酸素の監視を含む。

好ましくは、吸引を実施するために選択する制御条件は、容器内からのガスの吸引量を時間とともに変化させることを含む。好ましくは、周囲空気の導入を実施するために選択する制御条件は、容器の外側からの周囲空気の導入量を時間とともに変化させることを含む。

好ましくは、容器から吸引されるガスは二酸化炭素である。

好ましくは、容器内から吸引するガスの量は、それぞれ吸引ステップと保留ステップとを表す最大吸引量とゼロ吸引量との間で変動する。いくつかの構成においては、選択する吸引制御条件は、最大吸引量と保留との間の間欠的なオン・オフである。制御条件は、吸引ステップと保留ステップとがほぼ等しい長さの持続時間のものであるという状況を含んでもよい。一実施形態において、前記持続時間はおよそ１５分でもよい。他の適切な持続時間としては、およそ１分、２分、５分、１０分、２０分、３０分、４５分、１時間、２時間のほか、１０分オンと２０分オフ、２０分オンと１０分オフなど不均一なオン・オフ時間を含む。ある種の果物の積載量が１５分の吸引ステップおよび３００分の保留ステップに適している場合があるのに対して、他のものは、安定性のため６０分の吸引ステップと３０分の保留ステップとを必要とする場合がある。他の組み合わせも考えられ、前記ステップの時間は特定積載量の農産物の寿命延長に必要とされる呼吸量および温度に従って変動する。

制御条件がガス吸引の変化量を含むこと、またはボトルあるいは周囲空気からの酸素導入の変化量が正弦波パターン、鋸歯パターン、または他の適当な波形によって決定されることが考えられる。鋸歯の勾配は、吸引と保留との間では急で、次の保留と吸引との間では平坦になることがあり、平衡状態の回復を可能にするため長い間隙が設けられるか、波形がより均一なものであってもよい。さらに、吸引が完全な保留停止ではなく少量となるように、吸引ステップの規模を単に縮小することが考えられる。この少量化は、例えば膜において他のガスの意図しない逆移動を抑制するなど、他の利点も有する。

ガス監視ステップは、容器内の酸素レベルを監視するステップを含んでもよい。酸素のレベル測定ステップでは、酸素レベルを所望の設定点と比較した後、選択した制御条件にしたがって周囲空気を容器へ導入することと組み合わされる。好ましくは、ガスの測定は、選択した時間間隔で定期的に実施され、この時間間隔に導入されるガスの量は、測定したガスレベルと選択した設定点との間の差分に左右される。

ガス監視ステップは、容器内の二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスの監視を含んでもよい。この方法はまた、測定した容器内のＣＯ_２ガスの量を比較してからＣＯ_２の選択的抽出の制御条件を変更するステップを含んでもよい。

選択した制御条件は、選択した回数での、スロットルステップによる流量低下またはゼロ流量でもよい。スロットルステップは、膜ユニットのフィードおよび／またはスイープ側に配置したダイヤフラムによって、または圧力を上昇させて膜ユニットでの流量を低下させる他の物理的または機械的な干渉によって生じる。スロットルは、ベンチュリ、オリフィス、部分的閉塞、チョーク、可変孔、括約筋、あるいは焼結ブロック、スポンジ、または他の適当な物質など何らかの多孔性材料であってもよい。スロットルは、トランスデューサによりフィードまたはスイープ流へ延出することにより行ってもよい。

さらに本発明の好適な形態は、膜エレメントの間欠的動作を通してデューティーフローの制御調整を含む。ＣＯ_２抽出流が低下するかゼロであることにより、容器内の酸素レベルが上昇する時間があり、空気入口での空気導入は酸素レベルの監視に応じて行われることから、膜を通したＣＯ_２の連続的吸引（ＣＯ_２以外の高レベルのガスを含む）により不安定となるという危険性を回避する。

吸引ステップは、膜エレメントを通したガスの強制的透過であると考えてよい。好適な構成において、二酸化炭素は、容器内に存在する他のガス、特に酸素および窒素より高い流量で膜エレメントを通って吸引される。

該膜エレメントは、酸素および窒素より高い流量で、好ましくは約２．５から約１５の間の流量で、二酸化炭素ガスが膜エレメントを透過できるという選択性を有する。好ましいＣＯ_２／Ｎ_２の選択性範囲は、約５から５０の間である。本発明の実施形態で非常に効果的であることを示す特に有利な構成では、二酸化炭素／酸素（ＣＯ_２／Ｏ_２）について適切な膜の選択性は比較的低めであるか低く、約４から５の間であり、二酸化炭素／窒素（ＣＯ_２／Ｎ_２）について適切な膜の選択性は同じように低めであって約７から１４との間である。この特定の膜はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で製造される。

本発明は、二酸化炭素ガスを吸引または抽出する他の手段を伴わずに実施する。

膜としては、ＣＯ_２について約３０００Ｂａｒｒｅｒの全体透過性を含み約３５μｍの厚さを備える膜が考えられるが、これは非常に高い透過性である。効果があると思われる他の材料としては、ＣＯ_２について６．３Ｂａｒｒｅｒの全体透過性を有するセルロースアセテートを含む膜である。透過性については大きな差があるが、膜厚を変化させて広い膜エリアを設けることにより両者の差は解消可能である。

好適な膜は、ＣＯ_２についての透過性が約３１００Ｂａｒｒｅｒで厚さが３５μｍであることが示されている。そのため適切な膜についての単位厚さあたりの透過性は約８８Ｂａｒｒｅｒ／μｍである。本発明の好適な実施形態での使用に適した膜のタイプの一つは、約４から５の間の低いＣＯ_２選択性と約１０から１１の間のＣＯ_２／Ｎ_２選択性とを有するポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で製造される。ノンシリコン膜を含む他の膜が適当な場合がある。

本発明の方法の好適な実施形態は、ＣＯ_２選択性の低い膜であるが、比較的低コストで広く入手可能なサイズおよびフォーマットの膜を利用するため有利である。本発明の好適な実施形態の利点は、低選択性および低コストの膜を制御システムに利用し、輸送中、呼吸する品物の寿命を延ばすための、安定且つ制御された適切な雰囲気を提供できることである。

本発明の別の形態によれば、呼吸する農産物の保管に適した容器が提供され、この容器は、
農産物の保管のための空間を画定する、対向する端壁および側壁と、対向する床部および頂部と、
少なくとも一つのガス出口と、使用時に容器内のガスが容器から容器の外側へ吸引されるようにガス出口との流体連通状態にある選択膜ユニットと、
膜ユニットを通してガスを吸引するための、膜ユニットとの流体連通状態にあるポンプと、
容器の外側から空間へ雰囲気ガスを導入するための少なくとも一つのガス入口と、ガス入口を通るガス流を制御するためのバルブと、
ポンプおよびバルブの動作を選択的に制御するための１台以上の制御装置と、
を含む。

好ましくは、容器内の一種類以上のガスのレベルを検知するためのセンサを設ける。好ましくは、センサは酸素センサである。任意であるが、別のセンサは二酸化炭素センサである。

好ましくは、容器ガスを排出するための第２ガス出口が設けられる。好ましくは、容器の雰囲気ガスの排出を制御するバルブが第２出口に設けられる。

好ましくは、容器は冷却ユニットである。

任意で、膜ユニットのフィードおよびスイープ部分を通るガスの圧力を上昇させて流れを減少させるためスロットルまたはチョークを設ける。

好ましくは、一つ以上の制御装置は、プロセッサ、メモリ、入力／出力デバイスを含み、制御装置または各制御装置はプログラムに従い様々な入力に応じてバルブおよびポンプの動作を制御する。

好ましくは、経過した時間に基づいて膜ユニットを作動する制御アルゴリズムを作動させるように、呼吸する農産物の保管中に経過した時間を測定するためのタイマも、制御装置または各制御装置の各々が含む。好ましくは、タイマ、熱電対、ガスモニタなどのデバイスからの入力、農産物の質量およびタイプを含む入力／出力デバイスを介したオペレータからの入力を受け取るように、制御装置の各々が構成される。メモリおよびプロセッサには、様々な積載量および農産物タイプについてランタイムを計算するためのテーブルがロードされてもよい。

一つの好適な農産物積載量については、ＣＯ_２のための設定点は約５％でもよい。

実際の実施形態では、容器は外側の雰囲気から完全に密閉されることはない。すなわち、容器の内側と外側との間の差圧に応じて、容器へ、または容器から多少の漏出がある。容器へのシステムの設置中またはその前に、気密性分析を用いてシステムを校正し、漏出が発明の作用に過度な影響を与えないことを保証してもよい。好ましくは、容器の基礎漏出は、容器内の農産物の呼吸量より少ない。

なお、呼吸する農産物によるＣＯ_２の発生は、一般的な状況では約３０ｍＬ／ｋｇ／時であり、容器内の農産物は通常１８トン程度である。そのため有効な容器については、農産物のＣＯ_２ガス発生量より低い漏出、つまり５４０Ｌ／時未満となる。

本発明の好適な実施形態の方法は、ＣＯ_２監視機器が必要ないため有利であるが、必要と思われる場合にはこれを使用してもよい。ＣＯ_２監視機器は、資本コストの点からも運転および保守の点からもコストがかかる。

上記のように、本発明の方法および装置は、他のステップのうち、酸素と、容器内の二酸化炭素の制御およびレベルに影響する外側から容器への雰囲気ガスの制御された入力とを監視するステップを利用できる。

また発明の別の形態によれば、呼吸する農産物を保管するのに適した容器内での雰囲気ガス組成を制御する方法による動作のために構成したコンピュータが提供され、この容器は少なくとも一つのガス出口と少なくとも一つのガス入口とを含み、この方法は、選択した制御条件の下で少なくとも一つのガス出口を介して容器内から膜要素を通してガスを吸引するステップと、制御した条件の下で少なくとも一つのガス入口を介して容器の外側から容器へ雰囲気ガスを導入して、容器の内側でのガスの相対組成を制御するステップとを含む。

本発明のさらなる態様によれば、コンピュータにロードした時に、上述の方法にしたがって容器内の雰囲気ガス組成を制御するための制御装置としてコンピュータが動作するように構成された、コンピュータに命令するためのコンピュータプログラムを提供する。

本発明のさらなる態様によれば、上述した方法にしたがって容器内の雰囲気ガス組成を制御するための制御装置としてコンピュータ媒体を動作させるために取り入れたコンピュータ読取可能プログラムコードが提供される。

本発明のさらなる態様によれば、上述した方法により容器内の雰囲気ガス組成を制御する制御装置としてコンピュータを動作させるために取り入れたコンピュータ読取可能プログラムコードを有するデータ信号を提供する。

より明白な理解を可能にするため、以下、図面を参照して発明をさらに説明および図示する。
本発明の一実施形態による容器の概略図面である。 ここに述べる結果を示すように構成された概ね本発明の実施形態による小型容器の試験構成の概略図である。 図２の試験構成に使用した膜ユニットの端面図である。 図３の膜ユニットの側面図である。 図３の膜ユニットの切断等角図である。 選択した初期条件において図２の試験構成で生じた結果のグラフである。 他の選択した初期条件において図２の試験構成で生じた結果のグラフである。 別の選択した初期条件において図２の試験構成で生じた結果のグラフである。 また別の選択した初期条件において図２の試験構成で生じた結果のグラフである。 図２の試験構成で生じた結果のグラフである。 本発明の別の実施形態による容器の概略図面である。 本発明の好適な実施形態との使用のための制御装置の一部である処理システムの概略図である。 図１２の処理システムのアーキテクチャの一部分の概略図である。 制御装置として使用してもよい分散型アーキテクチャの概略図である。 ３００分サイクルの中で１５分の供給という間欠性があったことと、ガス組成の安定性が適切なレベルで得られたこととを示す、本発明の好適な実施形態の改良モデルの試験結果のグラフである。 １５／７５分という異なる間欠特性を持つ別の設定改良試験結果のグラフであり、雰囲気は、容器内の空気組成についての開始条件であった。 前回の試験と同様に、１５／３０分の間欠性を持つ改良試験設定での別の試験結果についての別のグラフである。

図１を参照すると、冷却ユニット１２とドア１４とを含む冷却容器１０が示されている。容器１０は使用時に呼吸する農産物１３を格納し、ガス出口２０および２２とガス入口２４とを含む。

容器１０は、ガス出口２２との流体連通状態にある膜ユニット３０も含む。容器からの一部のガスが、他のガスよりも高い流量で膜を通して吸引される（つまり透過する）ように、所定の選択性の膜（図示せず）を通して容器１０からガスを吸引するポンプが、膜ユニット３０と連結している。

図の実施形態の膜の選択性は、ＣＯ_２：Ｏ_２については約４または５：１、あるいはＣＯ_２：Ｎ_２については約１０または１１：１と、比較的低めであるか低い。約２．５から１５の間を含む他の選択性がこの膜に使用されてもよい。

試験に使用する有効な膜は、ＣＯ_２については約３１００Ｂａｒｒｅｒの絶対透過率を有することが分かっており、約３５μｍの厚さを備える。そのため、適切な膜の単位厚さあたりの透過率は、１μｍあたり約８８Ｂａｒｒｅｒである。ここで述べる試験用の有効な材料の一つは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である。その理由の一つは、費用対効果が高く、輸送容器からガスを抽出するのに有効なフォーマットおよびサイズで広く利用可能なことである。

容器はさらに、ＣＰＵと、メモリと、プロセッサと、膜ユニット３０においてポンプを作動させるためのアクチュエータと、バルブ２０，２２，２４のためのアクチュエータとともに、酸素濃度測定デバイスの形のセンサを含む制御装置８を含む。制御装置はまた、容器内の温度、容器内の圧力、他のガスセンサなどに関連する入力を受け取る。

制御装置８の機能の一つは、選択した制御体制に従って膜ユニット３０においてポンプを作動させることである。効果的な制御体制は、容器内からのガスの吸引を時間とともに変動させることである。７５０Ｌの小型容器において、約５％のＯ_２設定点と約７％のＣＯ_２設定点とを維持するのに使用可能であることが試験で実証されたこの制御体制は、間欠的に容器１０からガスを吸引することである。これは、第１規定時間内の最大吸引量から、第２規定時間内のゼロ吸引量まで制御が変動することを意味する。この試験での最大ＣＯ_２吸引量は約０．２５ＳＬＰＭ（膜ユニットを通る全体空気吸引量は約３０標準リットル毎分（ＳＬＰＭ））であり、オン・オフ時間（第１および第２規定時間）はともに１５分であった。

当業者には理解されるだろうが、圧力降下が変化する時に空気流量が変化するため、膜での圧力降下はＣＯ_２の抽出量に影響する。そのため、膜を通る最大の全体空気流量は、吸引ステップでは約２０から３５ＳＬＰＭの間が有効である。これは有効範囲であるが、当然のことながら保留ステップ中には最大レベルと少量との間で吸引が変動してもよい。ＣＯ_２は通常の雰囲気ガスのわずかな成分に過ぎないため、実際のＣＯ_２の吸引量は全体流量よりかなり低く、ＣＯ_２が呼吸する農産物の容器にある時には、わずかに約７％であることが望ましい。

また当然のことながら、第１規定時間内の最大吸引量と第２規定時間内の低吸引量との間の制御を変動してもよい。また当然のことながら、吸引量間で、正弦波、鋸歯、または他の波形などステップ関数以外の制御体制を使用してもよい。重要な共通特徴は膜ユニット３０の動作の間欠性であり、平衡状態が連続して再確立できる。

制御装置８のセンサは、選択した間隔で酸素濃度の測定を行う。選択した値（「設定点」、容器内の農産物１３の呼吸量に従って予設定されてもよい）から酸素濃度が変動する場合、制御装置８は、電線１７または他の通信手段を介して信号を送ってバルブ２０および２４を開く。これにより入口２４を介して容器１０の外側から空気が導入され、出口２０を介して容器１０から空気が吸引される。出口２０は容器から空気を強制排気するファンを含んでいてもよい。容器１０へ空気を吸引するファンも入口２４に設けられていてもよい。

一実施形態では、酸素濃度を左右する制御装置８の部分は、８分サイクルで作動する。すなわち、８分ごとにセンサが酸素濃度レベルを点検して、これを設定点と比較するのである。このレベルが設定点からの偏差の許容範囲内である場合には、バルブ２０および２４は開かれない。所望の設定点と測定レベルとの間に大きな差分が存在する場合には、８分の間隔の大半部分でバルブが開かれる。差分が小さい場合には、８分間隔のうちわずかな部分だけバルブが開かれる。

本発明の一実施形態のシステムは、酸素を測定するためのセンサ手段を伴わなくても動作できる。酸素センサの代わりに、選択する計算を行い、選択するガス濃度、特にＣＯ_２およびＯ_２を選択するレベルに維持する機能を制御装置が果たすことができるように、選択する入力が制御装置へ提供される。これらの計算および入力は、農産物の呼吸量、農産物の体積／質量、容器内の雰囲気の温度、（ドア、シールなどを通した）容器１０のガス漏出量、そしてバルブ２０，２２，２４および膜ユニット３０におけるガス移送量を少なくとも含む。これらの入力が提供されてしまえば、制御装置は、必要な制御体制、例えば必要な間欠的動作の性質（第１および第２規定時間）を計算できる。

図１１は、センサがない場合の上記の本発明の別の構成の概略レイアウトを示す。制御装置は、バルブを動作させるタイマを含む。

図１２は、図１に示す制御装置８と同じ制御装置１１００の動作コンポーネントのブロック図を示す。本発明の好適な実施形態の方法は、後述するが、マシン、スマートフォン、または他のコンピュータにより実行してもよい。

制御装置１１００は、プロセッサ１１０２を有する制御デバイス１１０１を含む。本発明の好適な実施形態によるプロセッサ１１０２の動作を制御する命令およびデータは、プロセッサ１１０２とのデータ通信状態にあるメモリ１１０３に記憶する。

一般的に、制御装置１１００は、揮発性と不揮発性の両方のメモリと、二つ以上の各タイプのメモリとを含み、このようなメモリがまとめてメモリ１１０３と表されている。

図１３は、例となるメモリ１１０３の主要コンポーネントのブロック図を示す。メモリ１１０３は、ＲＡＭ１１０３ＡとＥＰＲＯＭ １１０３Ｂと大容量記憶デバイス１１０３Ｃとを含む。ＲＡＭ１１０３Ａは一般的に、プロセッサ１１０２による実行のためのプログラムファイルおよび関連データを一時的に保持する。ＥＰＲＯＭ１１０３ＢはブートＲＯＭデバイスであってもよく、および／または何らかのシステムまたは制御関連コードが入っていてもよい。大容量記憶デバイス１１０３Ｃは一般的に制御プログラムを記憶するのに使用され、プログラムの完全性はＥＰＲＯＭ１１０３Ｂまたは他のところからの保護コードを用いてプロセッサ１１０２により確認および／または認証されてもよい。

制御装置１１００のオペレータインタフェース１１２０と通信するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース１１０５を制御装置１１００が有し、オペレータインタフェース１１２０は数台の周辺デバイスを有する。入力／出力インタフェース１１０５および／または周辺デバイスは、入力／出力インタフェースまたは周辺デバイスとともに使用するための関連の命令およびデータを記憶するための独自のメモリを含むインテリジェントデバイスでもよい。

図１２に示す例では、制御デバイス１１０１と通信する周辺デバイスは、一つ以上のディスプレイ１１０６とタッチスクリーン１１０７とプリンタ１１０９とを備える。追加のハードウェアが制御装置１１００の一部として含まれてもよく、または特定の実行例について必要であればハードウェアを省いてもよい。

加えて、制御装置１１００は通信インタフェース、例えばネットワークカード１１１２を含んでもよい。ネットワークカードは例えば、中央制御装置、サーバ、またはデータベースへステータス情報や他の情報を送信し、中央制御装置、サーバ、またはデータベースからデータまたはコマンドを受信してもよい。

制御装置１１００の動作コンポーネントを分散することも可能であり、例えば入力／出力デバイス１１０６，１１０７，１１０８，１１０９，１１１０，１１１１を雰囲気制御装置１１０１から遠隔位置に設けてもよい。

図１４は、別の実施形態による制御システム２００を示す。制御システム２００は、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔネットワーク、ＬＡＮ、またはＷＡＮであってもよいネットワーク２０１を含む。この例では、２台の制御マシン２０２によるバンクが３つネットワーク２０１に接続されている。制御システム２０２は制御インタフェースを提供し、図１に示された制御装置８と同じ容器のバンクを一度に制御するなどの制御を実行するための要件に応じて機能的に簡素化してもよい。２台の制御装置によるバンク２０３が図１４に示しているが、１台、３台、またはそれ以上の制御装置によるバンクも考えられる。

１台以上のディスプレイ２０４をネットワーク２０１に接続してもよい。ディスプレイ２０４は、例えば、制御装置の一つ以上のバンク２０３と関連しているとよい。ディスプレイ２０４は、制御マシン２０２における制御状況と関連する表示を行うのに使用される、および／または他の表示を行うのに使用されるとよい。

シッククライアント実施形態では、制御サーバ２０５が制御システム２０２を用いて制御システムの一部を実行し、制御システム２０２が制御アルゴリズムの一部を実行する。この実施形態では、制御サーバ２０５と制御システム２０２の両方が制御の一部を実行するので、これらがまとまって制御された雰囲気制御装置となる。データベース管理サーバ２０６は、データベース２０６Ａでの制御デバイス２０２によるダウンロードまたはアクセスのためにアルゴリズムおよび関連のデータの保存を管理してもよい。

上記シッククライアント実施形態の変形例では、制御マシン２０２が制御を実行し、制御サーバ２０５は単に、制御アルゴリズムまたは方法を示すデータを実行のため制御マシン２０２に提供するように機能する。

この実行例では、制御方法を実行するようにクライアント端末により使用可能なコンピュータプログラムを含むデータ信号が、例えばクライアント端末によるリクエストに応じて制御サーバからクライアント端末へ伝達される。

シンクライアント実施形態では、制御サーバ２０５が制御マシン２０２を使用するオペレータにより方法のほとんどまたはすべてを実行し、制御マシン２０２は本質的に単なるオペレータインタフェースとなる。この実施形態では、制御サーバ２０５は方法制御装置となる。制御マシンは命令を受け取ってこの命令を制御サーバへ送り、制御サーバはこれを処理して設定および他の結果を制御マシンへ戻してこれらを表示する。シンクライアント実施形態では、制御マシンはコンピュータ端末、例えば標準的なコンピュータ入力および出力コンポーネントを用いて動作可能なユーザインタフェースとなるソフトウェアを実行するＰＣの可能性もある。

制御システム２００は、例えばファイアウォール２１１を通して、他の制御システム、企業ネットワークなど他のローカルネットワーク、および／またはインターネットなどのワイドエリアネットワークと通信してもよい。

本発明の好適な実施形態の有効性を実証するため、図２に従って試験設定を構成した。当業者にとっては当然のことであるが、試験に有効な測定値および機能性の中には商業的実施形態では必要ないものもあり、試験設定には本発明が商業的実施形態で機能するのに必要ないであろう特徴が含まれる。

この例では、上で説明したような特徴を同様の数字で示している。

試験には、容積７５０Ｌの容器１１０と、容器１１０内に配置された１５３．１ｋｇ荷重のバナナ１１３を用いた。容器１１０を約１１℃で冷却し、約２２℃に設定した試験室に配置した。

制御装置は１０８に設けられ、制御装置１０８を容器の壁にあるバルブ１２０，１２２，１２４と膜ユニット１３０とに動作接続した。バルブ１２０および１２４を介して容器から空気を強制排気し容器の外側から容器へ空気を吸引するため、ファン１２１および１２３も設ける。膜ユニット１３０はＣＯ_２に対する中程度の選択性を有する、つまり容器１１０からガスを吸引する時にＯ_２およびＮ_２よりもＣＯ_２を優先的に選択するＰＤＭＳ膜ユニットであった。

図３〜５には膜ユニット１３０が示されており、略円筒形のモジュールハウジング１９８は複数の中空膜（ＰＤＭＳ）繊維１９７を収容している。ハウジング１９８は、中空ＰＤＭＳ膜繊維の内側との流体連通状態にある側面またはフィードポート１９６を含む。試験では、側面ポート１９４は入口ポートとして機能し、側面ポート１９３は、入口バルブ１４６との流体連通状態にある出口または残余物ポートとして機能した。

ハウジング１９８はさらに、中空ＰＤＭＳ膜繊維１９７の外側との流体連通状態にあるシェル側面ポートまたは出口ポート１９１，１８９，１８８を含む。すなわち、これらのポートは、容器から抽出されて容器１１０の外側の周囲空気へ送られる透過物を含む。

動作時に、容器の雰囲気ガスは出口１２２から側面ポート１９４へ供給される。このガスの一部は膜１９７から出口ポート１９１，１８９，１８８へ透過し、一部は側面ポート１９３およびバルブ１４６を介して容器１１０へ戻った。

選択する初期条件にするためだけに、パージバルブ１４２とともに、洗浄バルブ１４０を容器１１０の壁に設けた。

さらに、膜ユニットは、ともに容器１１０の壁にある抽出ポート１２２と再導入ポート１４６とを有する。透過ガス（大部分はＣＯ_２だがＯ_２とＮ_２を含む他のガスも少量）は抽出ポート１２２を離れ、再導入ポート１４６を通って残余物は容器へ戻すことができる。

膜ユニット１３０を駆動するためポンプ１５０，１５２を設け、該ポンプ１５０，１５２は２４Ｖ直流電源１５４により動力供給された。フィルタ１５６および１５８をフィルタポンプ空気入力に設けた。

選択する設定点からの試験開始を容易にするため、容器には追加ポートが設けられた。

室内のガス成分監視と、膜ユニット１３０の入力および出力におけるガス成分の監視のため、分析室を１６４，１６６，１６８に設け、また膜ユニット１３０へ出入する流れを測定するため、流量計１９０および１９２を設けた。また容器内の温度を監視するため、温度計１９５を設けた。

データロガを１７５に設け、このデータロガへの入力のため、温度計、流量計、ガス分析デバイスなど様々なものからの様々なＡ／Ｄコンバータを、１８０に設けた。様々な装置などは電源１９９により電力供給された。

動作時には、様々なＯ_２濃度初期設定点で試験設定が開始された。図３は試験運転を示し、ここで、制御装置８により設定される制御アルゴリズムは、ＣＯ_２が最大流量で膜ユニット１３０が１５分作動した後ゼロ吸引量（保留）が１５分間続くものである。

膜ユニットのための１５分オン／１５分オフの制御アルゴリズムが進行している間に、制御装置１０８は、８分サイクルで酸素センサユニットを介して容器内のＯ_２レベルを監視していた。制御装置１０８は、この８分サイクルで必要に応じてバルブ１２０および１２４を開き（酸素レベルが設定点から離れていた場合には８分間ずっと、酸素レベルが設定点に近かった場合にはこれより短く開く）、これは酸素およびＣＯ_２の濃度も変化させる効果があった。その結果は図６〜９から明らかである。

図６および７は、フィード／スイープの差圧が１．５ｂａｒｇ／０ｂａｒｇである、（膜ユニット用の）１５分オン／１５分オフのアルゴリズムによる一組の試験結果を示す。図６は、試験運転中のバナナ貯蔵箱内でのガスレベルを示し、酸素レベルが適当な設定点（５％）を上回っている間に膜ユニット１３０は動作を開始した。ガス濃度トレース２０１は二酸化炭素であるのに対して、トレース２０２は酸素である。酸素レベルは約５％で安定したが、二酸化炭素レベルは約７％で安定したことが分かる。図７は、試験中に膜ユニット１３０を通る二酸化炭素ガスの流量を示し、膜ユニット１３０が洗浄をしている時に流量が安定することを示している。

図８および９は、膜ユニットでの１５分オン／１５分オフアルゴリズムと１．５ｂａｒｇ／０．５ｂａｒｇのフィード／スイープ差圧とを使用する別の二組の試験結果を示す。図８は、二酸化炭素レベルの開始点が約５．５％であり、その後、制御体制下、約７％で安定したことを示す。トレース２０３は二酸化炭素を示し、トレース２０４は酸素を示す。酸素レベルは、開始点の約５％での平衡状態のままであった。図９は、別の試験において酸素および二酸化炭素のレベルがそれぞれ開始点の約５％および７％のままであったことを示す。トレース２０５は二酸化炭素を示し、トレース２０６は酸素を示す。

なお、制御アルゴリズムの結果としてガス濃度が相反する方向に上昇および下降している（図９）。二酸化炭素が低下する間に、容器内の酸素が上昇する。これは、膜ユニットがオフの間に酸素がバルブ１２４を通って容器へ戻ることを示す。

図１０は、膜ユニット１３０の動作のため異なる制御体制を適用した結果を示す。適用された計画は、３０分オンの後に３０分オフが続くものである。フィードおよびスイープポート１９４，１９１での差圧は、１．５ｂａｒｇ／１．５ｂａｒｇであった。トレース２０７は酸素であり、トレース２０８は二酸化炭素である。これらのトレースは、酸素が約５％で安定し、二酸化炭素はゆっくりと約６．５％の平衡状態にいたることを示す。

再び、相反する方向へのガス濃度の変化が見られ、膜ユニット制御体制の間欠性の作用を実証している。

この結果は本発明の発明者らにとって驚きであった。なぜなら、このタイプの膜（つまりＣＯ_２についての選択性が高いか非常に高いもの以外の膜）の使用についてのこれまでの研究および分析は、このような技術の使用は上記の理由により結果的に平衡状態を生じないことを一貫して教示していたためである。

正しいアルゴリズムを発見することは複雑であるが、この方法および装置は、単純な時間基準での雰囲気の導入およびＣＯ_２の選択的抽出によって容器内のＣＯ_２レベルを制御できることを示している。実施形態にはＯ_２の測定を必要としないものもあるが、必要とするものもある。これも発明者らにとって意外であった。

使用した市販のＰＤＭＳ膜（この場合にはＭｅｄａｒｒａｙ提供）は、中程度のＣＯ_２／Ｏ_２およびＣＯ_２／Ｎ_２の選択性を呈するのみで、膜を作動する時に容器からの酸素および窒素に重大な損失があることを意味している。にもかかわらず、そして発明者らにとっては驚きであることに、これは制御された雰囲気システムの安定性を失うことにはつながらなかった。

容器の内圧の低下が生じた時の容積の減少を防ぐため、より剛性の高いボードを含めることにより、上記の試験装置を改良した。

漏出が若干少なくなるように試験装置の密閉性を高めたが。同様の熟し具合である同じ農産物―青いバナナを使用した。

様々な試験運転の結果を図１５，１６，１７に示す。図１７では、これまでの試験運転を繰り返し、その結果は反復可能であることが分かったが、ＣＯ_２レベルは必要量よりも大きく低下したので、１５／７５，１５／３００など他の間欠運転を実施した。これらはすべて図に示されている。

なお、単純なオン・オフ運転が行われているが、これは単に便宜上のものであり、膜ユニットに関連するポンプは、中間、完全オン、または完全オフのどのレベルにおいてもポンプを作動させるヴァリアック制御装置などによる運転が容易で、結果は同様であって本発明の範囲に含まれる。

上の例を拡大し、標準的な４０フィート容器の数学的モデルについて結果が繰り返された。容器容積が６７．４立方メートル、呼吸する品物の体積が２２．５ｍ^３、呼吸する品物の質量が３０トン、選択した漏出量および呼吸量、そして温度が摂氏１０度となるように、初期条件がモデリングされた。さらに、選択性、透過性などの膜定数を入力した。ある一定の流量の雰囲気空気入口がモデルに含められた。

このモデルの一回の運転では、膜透過性定数はＣＯ_２については３２５０Ｂａｒｒｅｒであり、厚さは３５μｍであり、窒素の膜透過性定数は２８０Ｂａｒｒｅｒであり、酸素についての膜透過性定数は６００Ｂａｒｒｅｒであり、水蒸気については３６０００Ｂａｒｒｅｒであった。

数学的モデリングの結果は、同じ呼吸量と温度と膜データとを使用し、周囲雰囲気に含有される酸素の可変だが間欠的な導入によって酸素制御装置により酸素設定点を求め、そして膜ユニットの間欠的動作を実施した時に、試験対象モデルの７５０Ｌ容器については概ね同じガス組成でシステムが安定化することを示した。

モデリングはまた、障害物または他の多孔性物品などの機械的干渉による、保留ステップ中に流量に影響する膜ユニットの圧力の変更は、保留ステップを発生させ膜ユニットでの流れを制御し平衡状態を促進するのに有効であることも示した。

本発明の方法および装置の好適な実施形態はＮ_２およびＯ_２に対するＣＯ_２選択性が中程度に過ぎない膜を利用するが、これは比較的低コストで容器の雰囲気を制御するために必要なサイズおよびフォーマットで広く利用可能な膜であり、有利である。本発明の好適な実施形態の利点は、選択性が低い低コストの膜ユニットを雰囲気ガス制御に導入した制御システムを利用して、呼吸する品物の輸送中の呼吸を抑制し、その寿命を延長するために、安定性があり制御された適切な雰囲気を提供できる点である。

本説明および請求項で使用する「含む」という語と、「含む」という語の語形は、請求項に記載の発明を限定して何らかの変更変形または追加も除外するものではない。

本発明の変更および改良は、当業者には容易に理解できるものである。このような変更および改良は本発明の範囲に含まれることを意図したものである。

８・・制御装置、１０・・容器、１３・・農作物、１７・・電線、１１００・・制御装置、１１０１・・制御デバイス、１１０２・・プロセッサ、１１０３・・メモリ、１１０６・・ディスプレイ、１１０７・・タッチスクリーン、１１０９・・プリンタ、１１２０・・オペレータインターフェース

Claims (29)

1. 呼吸する農産物を格納する容器内のガス組成を制御する方法であって、前記容器は少なくとも一つのガス出口と少なくとも一つのガス入口とを含み、
   選択する制御条件の下で前記少なくとも一つのガス出口を介して選択膜要素を通して前記容器内から前記容器の外側へガスを吸引するステップと、
   選択する制御条件の下で前記少なくとも一つのガス入口を介して前記容器の外側から前記容器へ周囲空気を導入して前記容器の内側でのガスの相対組成を制御するステップと、
   を含む方法。
2. 吸引を実施する、前記選択する制御条件が、ポンプを作動する時に選択する範囲の流量で前記容器内から前記膜要素を通してガスを吸引する吸引ステップと、前記膜を通る前記流量が最少となる保留ステップとを行うものである、請求項１に記載の方法。
3. 略間欠的なガスの吸引が行われるように前記吸引ステップと前記保留ステップとが交互に行われる、請求項２に記載の方法。
4. 前記制御条件は、前記吸引ステップが一つの持続時間のものであるとともに前記保留ステップが別の持続時間のものであって二つの持続時間が等しくないことである、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の方法。
5. 前記吸引ステップが前記保留ステップよりも短く、前記容器内のガス成分および圧力の平衡状態を促進する、請求項４に記載の方法。
6. 前記吸引ステップの持続時間が前記保留ステップよりも最大約２０倍短い、請求項５に記載の方法。
7. 前記吸引ステップが、前記膜エレメントを通して二酸化炭素を選択的に吸引することを含むため、前記容器内に存在する他のガスよりも高い流量で二酸化炭素が前記容器から抽出される、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の方法。
8. 容器ガス気密性試験を実施するステップを含む方法である、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の方法。
9. 前記容器の内側の一つ以上のガス成分のレベルを監視して一つ以上のガス成分レベル読取値を提供するステップを含む方法である、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の方法。
10. 前記導入ステップが一つ以上のガス成分読取値に応じて制御装置により実施される、請求項１乃至９のいずれか一つに記載の方法。
11. 前記監視ステップが、酸素を監視して前記容器内の監視された酸素のレベルを判断することを含む、請求項１０または１１に記載の方法。
12. 周囲空気の導入を実施する、前記選択する制御条件が、前記容器の外側からの周囲空気の導入量が選択する時間にわたって変化することである、請求項１乃至１１のいずれか一つに記載の方法。
13. 周囲空気の導入が実施する前記選択する制御条件が、監視された前記酸素のレベルと所望の酸素設定点との間の差分に基づいて前記容器の外側からの周囲空気の導入が行われることである、請求項１乃至１２のいずれか一つに記載の方法。
14. 本発明の別の形態によれば、呼吸する農産物を保管するのに適した容器が提供され、該容器は、
    対向する端壁および側壁と、対向する床部および頂部と、
    少なくとも一つのガス出口と、使用時に前記容器内のガスが前記容器から該容器の外側へ選択膜ユニットを通して吸引されるように前記ガス出口と流体連通状態にある選択膜ユニットと、
    前記膜ユニットを通してガスを吸引するための、前記膜ユニットと流体連通状態にあるポンプと、
    前記容器の外側から雰囲気ガスを導入するための少なくとも一つのガス入口と、該ガス入口を通るガス流を制御するためのバルブと、
    前記ポンプおよびバルブの間欠的動作のための一つ以上の制御装置と、
    を含む。
15. 前記一つ以上の制御装置がプロセッサとメモリと入力／出力デバイスとを含み、前記または各制御装置がプログラムに従い様々な入力に応じてバルブおよびポンプの動作を操作する、請求項１４に記載の容器。
16. 前記膜ユニットと流体連通状態にある前記ポンプを作動させる制御アルゴリズムを経過時間に基づいて操作するように、前記呼吸する農産物の保管について経過した時間を測定するためのタイマも、前記または各制御装置が含む、請求項１４または１５に記載の容器。
17. タイマと熱電対とガス濃度モニタとオペレータ入力デバイスとからなる群から選択されるデバイスから入力を受け取るように前記または各制御装置が構成される、請求項１４または１５または１６に記載の容器。
18. 前記メモリおよびプロセッサはが、様々な積載量および農産物タイプについてポンプおよびバルブのランタイムを計算するためのテーブルをロードするように構成される、請求項１４乃至１７のいずれか一つに記載の容器。
19. 前記膜エレメントは、酸素および窒素よりも高い流量で二酸化炭素が前記膜要素を透過できるようにする選択性を含む、請求項１４乃至１８のいずれか一つに記載の容器。
20. 二酸化炭素についての前記膜の選択性は、酸素よりも最大約２０倍高く、窒素よりも最大約４０倍高い、請求項１９に記載の容器。
21. 前記容器は、前記容器内の一つ以上のガスのレベルを検知するためのセンサを含む、請求項１４乃至２０のいずれか一つに記載の容器。
22. 前記センサは酸素センサである、請求項２３に記載の容器。
23. 前記容器は容器ガスを排出するための第２ガス出口を含む、請求項１４乃至２４のいずれか一つに記載の容器。
24. 前記第２出口にバルブを設け容器雰囲気ガスの排出を制御する、請求項２５に記載の容器。
25. 前記容器が冷却ユニットを含む、請求項１４乃至２６のいずれか一つに記載の容器。
26. 呼吸する農産物を保管するのに適した容器内の雰囲気ガス組成を制御する方法による動作のために構成されたコンピュータであって、前記容器はが少なくとも一つのガス出口と少なくとも一つのガス入口とを含み、前記方法は、選択されする制御条件の下で前記少なくとも一つのガス出口を介して前記容器内から膜エレメントを通してガスを吸引するステップと、選択する条件の下で前記少なくとも一つのガス入口を介して前記容器の外側から該容器へ雰囲気ガスを導入して前記容器の内側のガスの相対組成を制御するステップとを含む、コンピュータ。
27. 前記コンピュータにロードされた時に、請求項１乃至１３のいずれか一つの方法により容器内の雰囲気ガス組成を制御するための制御装置としてコンピュータが動作するように構成された、コンピュータに命令するためのコンピュータプログラムエレメント。
28. 請求項１乃至１３のいずれか一つの方法により容器内の雰囲気ガス組成を制御するための制御装置としてコンピュータ媒体を動作させるためのコンピュータ読取可能プログラムコード。
29. 請求項１乃至１３のいずれか一つの方法により容器内の雰囲気ガス組成を制御するための制御装置としてコンピュータを動作させるために取り入れられるコンピュータ読取可能プログラムコードを有するデータ信号。

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