JP6662053B2 - ガス供給装置及びそれを備えたコンテナ用冷凍装置 - Google Patents
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図1及び図2に示すように、コンテナ用冷凍装置(10)は、海上輸送等に用いられるコンテナ(収納庫)(11)に設けられ、該コンテナ(11)の庫内空気を冷却するものである。コンテナ(11)の庫内には、植物(15)が箱詰めされた状態で収納されている。植物(15)は、空気中の酸素(O2)を取り込んで二酸化炭素(CO2)を放出する呼吸を行うものであり、例えば、バナナやアボカド等の青果物、野菜、穀物、球根、生花等である。
図2に示すように、ケーシング(12)は、コンテナ(11)の庫外側に位置する庫外壁(12a)と、コンテナ(11)の庫内側に位置する庫内壁(12b)とを備えている。庫外壁(12a)及び庫内壁(12b)は、例えば、アルミニウム合金によって構成されている。
図3に示すように、冷媒回路(20)は、圧縮機(21)と、凝縮器(22)と、膨張弁(23)と、蒸発器(24)とを、冷媒配管(20a)によって順に接続することによって構成された閉回路である。
図4〜図6に示すように、CA装置(60)は、ガス供給装置(30)と、排気部(46)と、センサユニット(50)と、制御部(55)とを備え、コンテナ(11)の庫内空気の酸素濃度と二酸化炭素濃度とを調節するものである。なお、以下の説明で用いる「濃度」は、全て「体積濃度」を指す。
−ガス供給装置の構成−
ガス供給装置(30)は、コンテナ(11)の庫内に供給するための低酸素濃度の窒素濃縮空気を生成する装置である。本実施形態では、ガス供給装置(30)は、VPSA(Vacuum Pressure Swing Adsorption)によって構成されている。また、ガス供給装置(30)は、図1に示すように、庫外収納空間(S1)の左下のコーナー部に配置されている。
エアポンプ(31)は、ユニットケース(36)内に設けられ、それぞれ空気を吸引して加圧して吐出する第1ポンプ機構(加圧部)(31a)及び第2ポンプ機構(減圧部)(31b)を有している。第1ポンプ機構(31a)及び第2ポンプ機構(31b)は、モータ(31c)の駆動軸に接続され、モータ(31c)によって回転駆動されることにより、それぞれ空気を吸引して加圧して吐出する。
第1方向制御弁(32)及び第2方向制御弁(33)は、空気回路(3)におけるエアポンプ(31)と第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)との間に設けられ、エアポンプ(31)と第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)との接続状態を後述する3つの接続状態(第1〜第3の接続状態)に切り換えるものである。この切り換え動作は、制御部(55)によって制御される。
第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)は、内部に吸着剤が充填された円筒部材によって構成されている。第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)に充填された吸着剤は、加圧下で窒素成分を吸着して、減圧下で吸着した窒素成分を脱着させる性質を有している。
空気回路(3)には、生成した窒素濃縮空気をコンテナ(11)の庫内に供給する後述するガス供給動作と生成した窒素濃縮空気を庫外へ排出するガス排出動作とを切り換えるための給排切換機構(70)が設けられている。給排切換機構(70)は、排気用接続通路(71)と、排気用開閉弁(72)と、供給側開閉弁(73)とを有している。
空気回路(3)には、生成した窒素濃縮空気の濃度を、コンテナ(11)の庫内に設けられた後述するセンサユニット(50)の酸素センサ(51)を用いて測定する給気測定動作を行うための測定ユニット(80)が設けられている。測定ユニット(80)は、分岐管(測定用通路)(81)と測定用開閉弁(82)とを備え、供給通路(44)を流れる窒素濃縮空気の一部を分岐させて酸素センサ(51)に導くように構成されている。
上述したように、庫内収納空間(S2)に設けられた加圧通路(42)の一部分に、冷却器(90)と排水ユニット(91)とが設けられている。
(ガス生成動作)
ガス供給装置(30)では、第1吸着筒(34)が加圧されると同時に第2吸着筒(35)が減圧される第1動作(図4を参照)と、第1吸着筒(34)が減圧されると同時に第2吸着筒(35)が加圧される第2動作(図5を参照)とが、所定の時間(例えば、14.5秒)ずつ交互に繰り返し行われることにより、窒素濃縮空気と酸素濃縮空気とが生成される。また、本実施形態では、第1動作と第2動作との各合間に、第1吸着筒(34)と第2吸着筒(35)のいずれもが加圧される均圧動作(図6を参照)が、所定の時間(例えば、1.5秒)行われる。各動作の切り換えは、制御部(55)が第1方向制御弁(32)及び第2方向制御弁(33)を操作することによって行われる。
第1動作では、制御部(55)によって、第1方向制御弁(32)及び第2方向制御弁(33)が共に、図4に示す第1状態に切り換えられる。これにより、空気回路(3)は、第1吸着筒(34)が第1ポンプ機構(31a)の吐出口に連通して第2ポンプ機構(31b)の吸込口から遮断され、且つ第2吸着筒(35)が第2ポンプ機構(31b)の吸込口に連通して第1ポンプ機構(31a)の吐出口から遮断された第1接続状態となる。この第1接続状態では、第1ポンプ機構(31a)によって加圧された外気が第1吸着筒(34)に供給される一方、第2ポンプ機構(31b)が、第2吸着筒(35)から窒素濃度が外気よりも高く酸素濃度が外気よりも低い窒素濃縮空気を吸引する。
第2動作では、制御部(55)によって、第1方向制御弁(32)及び第2方向制御弁(33)が共に、図5に示す第2状態に切り換えられる。これにより、空気回路(3)は、第1吸着筒(34)が第2ポンプ機構(31b)の吸込口に連通して第1ポンプ機構(31a)の吐出口から遮断され、且つ第2吸着筒(35)が第1ポンプ機構(31a)の吐出口に連通して第2ポンプ機構(31b)の吸込口から遮断された第2接続状態となる。この第2接続状態では、第1ポンプ機構(31a)によって加圧された外気が第2吸着筒(35)に供給される一方、第2ポンプ機構(31b)が、第1吸着筒(34)から窒素濃縮空気を吸引する。
図6に示すように、均圧動作では、制御部(55)によって、第1方向制御弁(32)が第1状態に切り換える一方、第2方向制御弁(33)が第2状態に切り換えられる。これにより、空気回路(3)は、第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)が、共に第1ポンプ機構(31a)の吐出口に連通して第2ポンプ機構(31b)の吸込口から遮断された第3接続状態となる。この第3接続状態では、第1ポンプ機構(31a)によって加圧された外気が第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)の両方に供給される一方、第2ポンプ機構(31b)が減圧通路(43)に残存する窒素濃縮空気を吸引する。
また、ガス供給装置(30)では、給排切換機構(70)によって、空気回路(3)において生成した窒素濃縮空気をコンテナ(11)の庫内に供給するガス供給動作と、脱着動作の開始時点から所定時間の間、生成した窒素濃縮空気をコンテナ(11)の庫内へ供給せずに排気するガス排出動作とが切り換えられる。
図4〜図6に示すように、ガス供給動作では、制御部(55)によって、排気用開閉弁(72)が閉状態に制御され、供給側開閉弁(73)が開状態に制御される。これにより、第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)において交互に生成された窒素濃縮空気が供給通路(44)を通ってコンテナ(11)の庫内へ供給され、酸素濃縮空気は酸素排出通路(45)を通って庫外へ排出される。
図示を省略するが、ガス排出動作では、制御部(55)によって、排気用開閉弁(72)が開状態に制御され、供給側開閉弁(73)が閉状態に制御される。これにより、第1吸着筒(34)及び第2吸着筒(35)において交互に生成されて供給通路(44)に吐出された窒素濃縮空気は、供給通路(44)において供給側開閉弁(73)よりも庫内側への流通が阻止され、排気用接続通路(71)に流入する。排気用接続通路(71)に流入した窒素濃縮空気は、酸素排出通路(45)に流入し、酸素排出通路(45)を流れる酸素濃縮空気と共に庫外へ排出される。
ガス供給装置(30)では、制御部(55)により、ガス生成動作中に冷却器(90)において生じ、気液分離器(92)のタンク(92a)に捕捉された凝縮水を外部へ排出する排水動作が行われる。具体的には、制御部(55)は、ガス生成動作中には閉じていた排水弁(94)を開くことによって、気液分離器(92)のタンク(92a)に溜まった凝縮水を、排水通路(93)を介して外部へ排出する。
−排気部の構成−
図2に示すように、排気部(46)は、庫内収納空間(S2)と庫外空間とを繋ぐ排気通路(46a)と、排気通路(46a)に接続された排気弁(46b)と、排気通路(46a)の流入端部(庫内側端部)に設けられたメンブレンフィルタ(46c)とを有している。排気通路(46a)は、ケーシング(12)を内外に貫通するように設けられている。排気弁(46b)は、排気通路(46a)の庫内側に設けられ、排気通路(46a)における空気の流通を許容する開状態と、排気通路(46a)における空気の流通を遮断する閉状態とに切り換わる電磁弁によって構成されている。排気弁(46b)の開閉動作は、制御部(55)によって制御される。
庫内ファン(26)の回転の回転中に、制御部(55)によって排気弁(46b)を開くことによって、庫内に繋がる庫内収納空間(S2)の空気(庫内空気)が庫外へ排出される排気動作が行われる。
図2に示すように、センサユニット(50)は、庫内収納空間(S2)における庫内ファン(26)の吹出側の2次空間(S22)に設けられている。センサユニット(50)は、酸素センサ(51)と、二酸化炭素センサ(52)と、メンブレンフィルタ(54)と、連絡管(56)と、排気管(57)とを有している。
制御部(55)は、コンテナ(11)の庫内空気の酸素濃度及び二酸化炭素濃度を所望の濃度にする濃度調節運転を実行するように構成されている。具体的には、制御部(55)は、酸素センサ(51)及び二酸化炭素センサ(52)の測定結果に基づいて、コンテナ(11)の庫内空気の組成(酸素濃度及び二酸化炭素濃度)が所望の組成(例えば、酸素濃度5%、二酸化炭素濃度5%)になるように、ガス供給装置(30)及び排気部(46)の動作を制御する。
〈冷媒回路の運転動作〉
本実施形態では、図3に示すユニット制御部(100)によって、コンテナ(11)の庫内空気を冷却する冷却運転が実行される。
また、本実施形態では、図4に示す制御部(55)によって、CA装置(60)が、コンテナ(11)の庫内空気の組成(酸素濃度及び二酸化炭素濃度)を所望の組成(例えば、酸素濃度5%、二酸化炭素濃度5%)に調節する濃度調節運転を行う。濃度調節運転では、制御部(55)によって、酸素センサ(51)及び二酸化炭素センサ(52)の測定結果に基づいて、コンテナ(11)の庫内空気の組成が所望の組成となるように、ガス供給装置(30)及び排気部(46)の動作が制御される。
制御部(55)は、酸素センサ(51)で測定された庫内空気の酸素濃度が8%よりも高い場合、ガス生成動作によって窒素濃縮空気を生成し、該窒素濃縮空気をコンテナ(11)の庫内に供給するガス供給動作を実行する。
制御部(55)は、二酸化炭素センサ(52)で測定された庫内空気の二酸化炭素濃度が5%よりも高い場合、ガス供給装置(30)を運転してガス供給動作を行うと共に、排気弁(46b)を開いて排気動作を行う。このようなガス供給動作と排気動作とにより、庫内空気が二酸化炭素濃度0.03%の窒素濃縮空気に置換されるため、コンテナ(11)の庫内空気の二酸化炭素濃度が低下する。
また、制御部(55)は、ユーザからの指令により又は定期的(例えば、10日毎)に、ガス供給装置(30)において生成された窒素濃縮空気の酸素濃度を測定する給気測定動作を行う。なお、給気測定動作は、上述の濃度調節運転や試運転等のガス供給動作中に庫内ファン(26)が停止した際に並行して行われる。
以上のように、本実施形態によれば、第1ポンプ機構(31a)と第1及び第2吸着筒(34,35)とを繋ぐ加圧通路(42)に冷却器(90)を設け、加圧空気を外部の空気で冷却してから第1及び第2吸着筒(34,35)に供給することとした。そのため、冷却器(90)を設けない場合に比べて第1及び第2吸着筒(34,35)に供給される加圧空気の温度が低くなる。これにより、吸着動作において加圧空気中の所定の成分が吸着剤に吸着し易くなる。よって、エアポンプ(31)と第1及び第2吸着筒(34,35)とを備えたガス供給装置(30)において、吸着剤における吸着性能の向上を図ることができ、コンテナ(11)の庫内空気の組成の調節を効率よく行うことができる。
上記各実施形態については、以下のような構成としてもよい。
11 コンテナ(収納庫)
20 冷媒回路
22 凝縮器
25 庫外ファン
30 ガス供給装置
31 エアポンプ
31a 第1ポンプ機構(加圧部)
31b 第2ポンプ機構(減圧部)
34 第1吸着筒
35 第2吸着筒
36 ユニットケース
42 加圧通路
90 冷却器
91 排水ユニット
92 気液分離器
93 排水通路
94 排水弁(開閉弁)
Claims (9)
- 収納庫(11)に設けられ、
空気中の所定の成分を吸着する吸着剤が内部に収容された吸着筒(34,35)と、
上記吸着筒(34,35)に加圧した加圧空気を供給することによって該吸着筒(34,35)を加圧し、該吸着筒(34,35)において該加圧空気中の上記所定の成分を上記吸着剤に吸着する吸着動作を行わせる加圧部(31a)と、上記吸着筒(34,35)内から空気を吸引することによって該吸着筒(34,35)を減圧し、該吸着筒(34,35)において該空気中に上記吸着剤に吸着した上記所定の成分を脱着する脱着動作を行わせる減圧部(31b)とを有するエアポンプ(31)とを備え、
上記吸着筒(34,35)において上記吸着動作と上記脱着動作とを交互に行って所望の組成の調整ガスを生成して上記収納庫(11)の庫内に供給するガス供給装置であって、
上記加圧部(31a)と上記吸着筒(34,35)とを繋ぐ加圧通路(42)に設けられ、内部を流れる加圧空気と外部の空気とを熱交換させて該加圧空気を冷却する冷却器(90)と、
上記吸着筒(34,35)と上記エアポンプ(31)とを内部に収容するユニットケース(36)とを備え、
上記冷却器(90)は、上記ユニットケース(36)の外部に配置されている
ことを特徴とするガス供給装置。 - 請求項1において、
上記収納庫(11)は、庫内空気が外気よりも温度が低くなるように冷却された冷蔵収納庫であり、
上記ユニットケース(36)は、上記収納庫(11)の庫外に配置され、
上記冷却器(90)は、上記収納庫(11)の庫内に配置されている
ことを特徴とするガス供給装置。 - 請求項2において、
上記加圧通路(42)において上記冷却器(90)の下流側に設けられ、該冷却器(90)において加圧空気の一部が凝縮して生じた凝縮水を加圧空気から分離して捕捉する気液分離器(92)を備えている
ことを特徴とするガス供給装置。 - 請求項3において、
上記気液分離器(92)に接続され、該気液分離器(92)内の凝縮水を外部へ排出する排水通路(93)と、
上記排水通路(93)に設けられ、該排水通路(93)を開閉する開閉弁(94)とを備え、
上記エアポンプ(31)の運転停止時に、上記開閉弁(94)を開いて上記気液分離器(92)に捕捉された凝縮水を外部へ排出する排水動作を行うように構成されている
ことを特徴とするガス供給装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1つにおいて、
上記加圧通路(42)は、樹脂製のチューブによって構成され、
上記冷却器(90)は、上記チューブの中途部に接続された銅管によって構成されている
ことを特徴とするガス供給装置。 - 収納庫(11)に設けられ、
空気中の所定の成分を吸着する吸着剤が内部に収容された吸着筒(34,35)と、
上記吸着筒(34,35)に加圧した加圧空気を供給することによって該吸着筒(34,35)を加圧し、該吸着筒(34,35)において該加圧空気中の上記所定の成分を上記吸着剤に吸着する吸着動作を行わせる加圧部(31a)と、上記吸着筒(34,35)内から空気を吸引することによって該吸着筒(34,35)を減圧し、該吸着筒(34,35)において該空気中に上記吸着剤に吸着した上記所定の成分を脱着する脱着動作を行わせる減圧部(31b)とを有するエアポンプ(31)とを備え、
上記吸着筒(34,35)において上記吸着動作と上記脱着動作とを交互に行って所望の組成の調整ガスを生成して上記収納庫(11)の庫内に供給するガス供給装置であって、
上記加圧部(31a)と上記吸着筒(34,35)とを繋ぐ加圧通路(42)に設けられ、内部を流れる加圧空気と外部の空気とを熱交換させて該加圧空気を冷却する冷却器(90)を備え、
上記加圧通路(42)は、樹脂製のチューブによって構成され、
上記冷却器(90)は、上記チューブの中途部に接続された銅管によって構成されている
ことを特徴とするガス供給装置。 - 呼吸を行う植物が収納されるコンテナ(11)に取り付けられ、
冷凍サイクルを行って上記コンテナ(11)の庫内空気を冷却する冷媒回路(20)と、
所定の組成の調整ガスを生成して上記コンテナ(11)の庫内に供給するガス供給装置(30)とを備え、
上記コンテナ(11)の庫内空気の温度と組成とを所望の状態に調節するコンテナ用冷凍装置であって、
上記ガス供給装置(30)は、上記コンテナ(11)を上記収納庫(11)として庫内に上記調整ガスを供給する請求項1乃至6のいずれか1つのガス供給装置によって構成されている
ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。 - 請求項7において、
上記コンテナ(11)の庫内側に庫内に繋がる庫内収納空間(S2)と、上記コンテナ(11)の庫外に庫外に繋がる庫外収納空間(S1)とを形成するケーシング(12)を備え、
上記庫外収納空間(S1)には、上記冷媒回路(20)に接続された凝縮器(22)と、該凝縮器(22)に庫外空気を導く庫外ファン(25)と、上記ガス供給装置(30)とが設けられ、
上記冷却器(90)は、上記庫外収納空間(S1)において上記庫外ファン(25)によって形成される庫外空気の流れの上記凝縮器(22)よりも上流側に配置されている
ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。 - 呼吸を行う植物が収納されるコンテナ(11)に取り付けられ、
冷凍サイクルを行って上記コンテナ(11)の庫内空気を冷却する冷媒回路(20)と、
上記コンテナ(11)に設けられ、
空気中の所定の成分を吸着する吸着剤が内部に収容された吸着筒(34,35)と、
上記吸着筒(34,35)に加圧した加圧空気を供給することによって該吸着筒(34,35)を加圧し、該吸着筒(34,35)において該加圧空気中の上記所定の成分を上記吸着剤に吸着する吸着動作を行わせる加圧部(31a)と、上記吸着筒(34,35)内から空気を吸引することによって該吸着筒(34,35)を減圧し、該吸着筒(34,35)において該空気中に上記吸着剤に吸着した上記所定の成分を脱着する脱着動作を行わせる減圧部(31b)とを有するエアポンプ(31)と、
上記加圧部(31a)と上記吸着筒(34,35)とを繋ぐ加圧通路(42)に設けられ、内部を流れる加圧空気と外部の空気とを熱交換させて該加圧空気を冷却する冷却器(90)とを有し、
上記吸着筒(34,35)において上記吸着動作と上記脱着動作とを交互に行って所望の組成の調整ガスを生成して上記コンテナ(11)の庫内に供給するガス供給装置(30)とを備え、
上記コンテナ(11)の庫内空気の温度と組成とを所望の状態に調節するコンテナ用冷凍装置であって、
上記コンテナ(11)の庫内側に庫内に繋がる庫内収納空間(S2)と、上記コンテナ(11)の庫外に庫外に繋がる庫外収納空間(S1)とを形成するケーシング(12)を備え、
上記庫外収納空間(S1)には、上記冷媒回路(20)に接続された凝縮器(22)と、該凝縮器(22)に庫外空気を導く庫外ファン(25)と、上記ガス供給装置(30)とが設けられ、
上記冷却器(90)は、上記庫外収納空間(S1)において上記庫外ファン(25)によって形成される庫外空気の流れの上記凝縮器(22)よりも上流側に配置されている
ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。
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