JPH0494307A - 窒素ガス富化貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、貯蔵庫と、該庫内の雰囲気を窒素富化雰囲気
にする振動吸着法（ＰＳＡ法）を利用する窒素分離装置
とが一体化されてなる貯蔵装置に関する。

［発明の背景コ 生鮮野菜や果物の貯蔵（保存）技術、また最近では種々
の医薬、醗酵製品、バイオ関連生物あるいは製品、電子
部品、ファインケミカル等の貯蔵技術は、近年の消賛構
造の多様化、高度化に伴ってその重要度も増している。

従来から、食品、特に生鮮野菜や果物の貯蔵に多く利用
されている貯蔵方法として、ＣＡ（Ｃｏｎ−ｔｒｏｌｌ
ｅｄ　Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）貯蔵法が知られている。

このＣＡ貯蔵法は貯蔵庫（通常、冷凍機を備える）に不
活性ガス（通常、窒素ガス）を吹き込み、庫内の雰囲気
を不活性ガスで置換することによって、食品の鮮度の低
下を抑えたり、長もちさせる方法である。このＣＡ貯蔵
法に使用される不活性ガスの供給方法には種々の方法が
採られている。

例えば、石油系燃料の燃焼により発生させた窒素ガスを
主成分とするガスを利用する方法、窒素ボンベから直接
に、あるいは液体窒素容器と炭酸ガスボンベとを利用し
て窒素ガスを主成分とするガスを利用する方法、あるい
は典型的なＰＳＡ法（例えば、特開昭５１−５０２９８
号公報に記載の方法）を利用する窒素ガス分離（発生）
装置で分離された窒素ガスを利用する方法がある。しか
し、上記の貯蔵方法（装置）のうち石油系燃料の燃焼に
より発生させた窒素ガスを主成分とするガスを利用する
方法は、ガス発生装置自体が複雑であり、システム全体
を大型化（大容量貯蔵）しないとコスト高となるなどの
問題があり、また、窒素ボンベ等を利用して窒素ガスを
主成分とするガスを利用する方法は、直接窒素ガスを使
用してしするためランニングコストが高くつくなどの問
題がある。従って一般家庭用レベルでの使用には不向き
である。その点上記ＰＳＡ法を利用した窒素ガス分離装
置で分離された窒素ガスを利用する方法はガス分離装置
の小型化、コンパクト化がある程度可能であるため比較
的利用しやすい装置であるということができる。しかし
ながらこのガス分離装置においても二つの吸着塔とリザ
ーバを備えているため小型化、コンパクト化には限度が
ある。

また庫内の窒素ガス置換はできる限り短時間のうちに行
なわれることが望ましいが、小型化、コンパクト化され
た窒素ガス発生装置を用いた場合には高濃度の窒素ガス
を大量に発生させることが困難となり、従って庫内を目
的の濃度のガスに置換するには比較的時間を要するもの
であった。

なお、居住室内の空気の酸素濃度を高める装置として、
特開平１−１１１４２９号公報には気体分離膜を利用し
た酸素富化装置が提案されている。

［発明の要旨］ 本発明は以上のような要望のもとに案出されたもので、
その目的は、振動吸着法を利用する窒素ガス分離装置を
用いてシステム全体が一般の家庭においても導入できる
程度の小型、軽量、コンパクト化された貯蔵庫を提供す
ることである。

また、簡単な操作（例えば、ボタンのオン−オフ操作）
で窒素ガス置換が可能な貯蔵装置を提供することをもそ
の目的としている。

さらに、庫内の気体を所望の濃度（純度）の窒素ガス雰
囲気に効率よく、短時間で置換できる貯蔵装置を提供す
ることもその目的としている。

本発明は、酸素の存在により品質もしくは性能の劣化が
起きる物品を貯蔵する貯蔵庫に、振動吸着法を利用する
窒素分離装置の窒素富化ガスラインが接続されており、
かつ貯蔵庫内の雰囲気ガスを窒素分離装置に返還する返
還ラインが貯蔵庫と窒素分離装置とを接続していること
を特徴とする貯蔵装置にある。

［発明の詳細な記述］ 以下に本発明の貯蔵装置を添付図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の貯蔵装置の構成図を示すものである
。

第１図に示されるように、本発明の貯蔵装置１は貯蔵庫
２と振動吸着法を利用する窒素ガス分離装置（窒素ガス
発生装置）３とから構成されている。貯蔵庫２と窒素ガ
ス分離装置３との間には、窒素ガス分離装置３から発生
させた窒素ガスを供給する窒素富化ガスライン４と、貯
蔵庫２内の雰囲気ガスを窒素分離装置３に返還する返還
ライン５がそれぞれ接続されている。なお、本発明の貯
蔵装置には冷凍機などのイ」属機が設けらｈていてもよ
い。

貯蔵庫は、気密性が高いほど好ましく、従来から貯蔵庫
として使用されているものが使用できる。また、振動吸
着法を利用する窒素ガス分離装置も公知の装置が利用で
きる。振動吸着法を利用する窒素ガス分離方法（装置）
については、種々のタイプのものが提案されており、例
えば、特開平１−２８８３１３号、同２−５１４０５号
あるいは同２−９５４０９号各明細書に開示されている
ものが使用できる。

第２図は、窒素ガス分離装置の構成の好適な例を示すも
のである。

第２図に示されるように、窒素ガス分離装置３は吸着塔
２１、リザーバ２２、圧縮機Ｐ（ポンプ／圧縮−真空引
き併用型）、複数の自動弁（２３〜３０）およびこれら
を連結するバイブラインからなる。

吸着塔２１にはガス吸着剤がカラム状に充填されている
。吸着剤は特に制限されず、公知のものが使用できる。

吸着塔２１の一端（下部）には原料ガス（空気）供給口
３１に通じるバイブラインが接続されており、そのバイ
ブライン上には弁２３、弁２４および圧縮機Ｐが設けら
れている。

弁２４と圧縮機Ｐとの間には製品ガス取り出し口３２に
通じているバイブラインが弁２８を介して分岐されてお
り、またこの分岐点から排出口３３に通しているバイブ
ラインが弁２７を介して設けられている。弁２４と吸着
塔２１をつなぐバイブラインと、弁２３と圧縮機Ｐをつ
なぐバイブラインとの間には弁２６を介してバイパスが
設けられている。吸着塔２１の一端（下部）に接続され
たバイブライン上には人気導入口３４に通じるバイブラ
インが弁３０を介１ノで設けられている。吸着塔２１の
他端（上部）にはリザーバ２２と接続されたバイブライ
ンが弁２５を介して設けられている。またこのバイブラ
イン上の吸着塔２１と弁２５との間には排出口３５に通
じるバイブラインが弁２９を介ｌノで設けられている。

１−記窒素ガス分離装買３を第１図に示す貯蔵装置１に
組み込む場合には、窒素富化ガスライン４は第２図の製
品ガス取り出し口３２に接続され、また返還ライン５は
第２図の原料ガス供給口３１にそれぞわ接続される。

次に、本発明の貯蔵装置の作用について第３図苓−参照
しながら説明する。第３図は、窒素ガス分離装置３を作
動させたときの一サイクルにおける各弁の開閉状Ｍ（以
下、これを弁シーケンスと称す。）を示す図である（斜
線部が弁が開放されている時間を示す）。

ただ１ノ、ここで説明される態様け、吸着剤（ＭＳ−５
Ａ）によって吸着された窒素ガスを庫内置換ガスとして
利用する場合である。なお、吸着剤として酸素ガスを選
択的に吸着する吸着剤（ＣＭＳ）を使用することもでき
ることは前述の通りであり、この場合には、置換用の窒
素ガスは吸着塔を通過して集められた製品ガスが利用さ
れる。従って、吸着剤（ＣＭＳ）を使用する場合の弁操
作は上記の弁操作とは異なる。

上記弁操作に対する気体の流れは以下の通りである。

最初に、最低圧（真空圧）にある吸着塔２１に対して、
弁３０が断続的に開閉され（弁の断続的な開閉操作を以
下、パルス操作という。）、空気が導入される。パルス
操作は、２〜３回行なうことが好ましい。また、−回の
パルス操作について弁が開放されている時間は、０．０
５〜２．０秒が好ましく、弁が閉じられている時間は、
０．５〜３．０秒が好ましい。このようにして吸着塔に
は計量化された空気が導入される（第３図においては、
二回のパルス操作を行なっている）。次いで、弁２３お
よび弁２４が開放されて吸着塔２１に原料ガス供給口３
１（および返還ラインから）から空気（および庫内の雰
囲気ガス、混合気体）が急速に導入され、この導入に伴
って吸着塔２１内の圧力は所定の最高圧に達する。吸着
塔２１内の圧力が所定の作動圧近傍に達したら、弁２５
が短時間開放され、吸着塔２１内を通過するうちに酸素
ガスがリッチになったガスがリザーバ２２に導入される
。しかるのち、弁２４および弁２５は閉じられる。引き
つずき弁２７および弁２９が開放され、弁２９を介して
酸素ガスリッチのガスが大気に放出（廃棄）される（吸
着塔内は減圧される。）。弁２３および弁２９が閉じら
れると同時に弁２６が開放され、吸着塔２１内はさらに
減圧される（真空引きが開始される。）。吸着塔内の窒
素ガスを含む残留ガスは弁２６および弁２７を介して大
気に放出される。次に弁２７が閉じられ、同時に弁２８
が開放されて製品ガスとしての窒素ガスが製品ガス取り
出し口３２を通して捕集される。この窒素ガスは通常は
、−旦製品ガスリザーバ（記載なし）に貯えられる。製
品ガスの捕集が終了したら、弁２８が閉じられ、同時に
再度弁２７が開放されて、吸着塔内はさらに減圧される
。次いで弁２５がパルス操作されて、リザーバ２２内の
酸素ガスリッチのガスは吸着塔２１内に吹き込まれ、吸
着塔内に残留する窒素ガスと共に弁２７を介して大気中
に廃棄される（パージ操作）。此の場合のパルス操作の
条件は空気を吹き込む場合の操作と同様な条件で行なう
ことが好ましい（第３図においては、三回のパルス操作
を行なっている）。なお、本発明において上記のパージ
操作を導入する方法は高純度の窒素ガス分離を可能にさ
せるため好ましい方法といえるが、比較的低純度の窒素
ガスを発生させる場合にはこの操作を省くことができる
（これによって、リザーバ２２および弁２５を装置の構
成から省くことができ、従）て装置自体の簡略化がさら
に図わる）。

以上の弁操作は、−サイクルとして繰り返される。

上記のようにして得た窒素ガスは直接にあるいは製品ガ
スリザーバ（記載なし）から貯蔵庫内に一定流量で供給
される。同時に、この供給量とほぼ同量の貯蔵庫内の気
体（リサイクルガス）が返還ラインを介して窒素ガス分
離装置に導入（返還）される。返還されるガス量は返還
ライン上に設けられた弁により調節することができる。

このようにして、貯蔵庫内の雰囲気は短時間の内に窒素
ガス置換される。

本発明において、庫内の窒素ガス置換は一定の弁シーケ
ンスで発生させた窒素ガス、すなわち、一定の濃度の窒
素ガス（ガス発生量と濃度は相反する）で庫内ガス置換
を行なうことができる。また弁シーケンスを変更するこ
とにより、順次高い濃度の窒素ガスを発生させて段階的
に庫内の窒素ガス濃度を高めながら庫内ガス置換を行な
うこともできる。このように順次高い濃度の窒素ガスを
発生させて庫内ガス置換を行なう方法は、ガス置換の初
期（起動）の状態から成る所定の濃度にまで立ちあげる
場合に有効な方法である。

次に、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。

ただし、本発明はこれらの例に限定されない。

［実施例１］ 本発明に従う貯蔵装置（第１図参照）は以下の構成であ
る。

貯蔵庫： 気密冷蔵庫、内容ｊ１５３Ｍ 窒素ガス分離装置； 前記第２図に示した構成のものを使用 吸着塔：直径５３　ｍ　／　ｍ、長さ４５０　ｍ　／　
ｍ吸着剤；ＭＳ−５Ａ、充填量；４１６ｇ（なお、吸着
塔の入口端部に活性ア ルミナ２０８ｇ充填） 圧縮機；１２０Ｗ、圧縮−真空併用型 弁：電磁弁（３／８インチ） 窒素富化ガスライン４は第２図の製品ガス取り出し口３
２に直接にあるいは製品ガスリザーバ（記載なし）に接
続されている。

返還ライン５は第２図の原料ガス供給口３１に接続され
ている。

窒素ガス分離操作は第１表に示す弁シーケンス（−ザイ
クル／９０秒）で行なった。

第１表 弁番号　　　　弁開放時間（秒） ２、０〜４０　。

３５　、０〜４０　。

８４　、０〜８４　。

８６、０〜８６゜ ８８、０〜８８　。

４５、０〜９０　。

０　、０〜　２　。

４０　、０〜６０　。

８４、０〜９０　。

６０　、０〜８４゜ ０、０〜４５゜ ４０、０〜４５゜ ０、０〜　０　。

１　、０〜　１　。

上記の弁シーケンスで発生させた窒素ガスを貯蔵庫内に
、１．９４１１７分（酸素ガスの純度４．８％）で吹き
込んだ。また、同時に返還ライン上に設けられた弁（記
載なし）の開放時間を調節することにより、庫内からの
返還ガス量を窒素ガス吹き込み量と同量の１．９４１１
７分にした。

このような条件で貯蔵庫内のガス置換を行ない、庫内の
窒素ガス濃度が初期状態（窒素ガス濃度ニア９％）から
所定の濃度（９４％）になるまでに要する時間を測定し
た。

［比較例１］ 上記実施例１と同様な条件で窒素ガス置換を行なった。

ただし、返還ライン上に設けられた弁（記載なし）は閉
じたままで行なフた。すなわち、庫内からの返還ガスを
リサイクルガスとして使用しない単純吹き込み法を利用
して行なった。

以上の結果を第４図に示す。

図に示されるように、本発明の構成の装置を使用した場
合（庫内ガスをリサイクルガスとして使用した場合（曲
線Ａ））には、庫内ガスをリサイクルガスとして使用し
ない場合（曲線Ｂ）に比べて、窒素ガス置換が２０分短
縮された。

［発明の効果］ 本発明に従う貯蔵装置は、窒素ガス分離装置をさらに小
型、軽量、コンパクト化することができるから、システ
ム全体としても一般の家庭に容易に導入できる大きさ（
例えば、家庭用の冷蔵庫程度の大きさ）に設計できる。

また、貯蔵庫内の気体は窒素分離装置を介して循環され
るから、効率のよいガス置換が実現される。このため貯
蔵庫内の気体を短時間のうちに所望の濃度（純度）の窒
素ガス雰囲気に置換することができる。

なお、窒素ガスの循環的な置換は、窒素分離装置から発
生させる窒素ガスの量（濃度）を一定（ガスの吹出量を
固定）にして行なってもよい。

しかし、本発明に使用される窒素分離装置は発生させる
窒素ガスの量（濃度）を簡単な操作（ボタン操作）で可
変できるから（すなわち、弁シーケンスの可変が容易で
あるから）、庫内の気体を初期の状態から成る一定の濃
度の庫内に立ちあげるまでのガス置換は、発生させる窒
素ガスの量（濃度）を段階的に変える方法を利用して行
なうことが好ましい。そうすることによって、さらに効
率のよいガス置換ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の窒素ガス富化貯蔵装置の構成を示す図
である。 第２図は窒素ガス分離装置の一構成例を示す図である。 第３図は窒素ガス分離装置に設けられた各弁のサイクル
における作動（開閉）状Ｍ（弁シーケンス）を示す図で
ある。 第４図は庫内の酸素ガス濃度の時間に対する変化を示す
グラフである。 貯蔵装置；１、　　貯蔵庫；２、 窒素ガス分離装置：３、 窒素富化ガスライン；４、返還ライン：５、吸着塔：２
１、　　　リザーバ：２２、弁：２３〜３０、 圧縮機：

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １。酸素の存在により品質もしくは性能の劣化が起きる
   物品を貯蔵する貯蔵庫に、振動吸着法を利用する窒素ガ
   ス分離装置の窒素富化ガスラインが接続されており、か
   つ貯蔵庫内の雰囲気ガスを窒素ガス分離装置に返還する
   返還ラインが貯蔵庫と窒素ガス分離装置とを接続してい
   ることを特徴とする貯蔵装置。 ２。上記振動吸着法を利用する窒素ガス分離装置が吸着
   剤がカラム状に充填された一つの吸着塔のみを使用して
   いる装置である請求項第１項記載の貯蔵装置。 ３。上記窒素ガス分離装置が、 （１）窒素ガス吸着剤がカラム状に充填された吸着塔の
   入口より空気および貯蔵庫内の雰囲気ガスを加圧下にて
   導入し、窒素ガスを選択的に吸着剤カラムの入口側に吸
   着させて吸着気体帯域を形成させる気体導入工程； （２）空気および貯蔵庫内の雰囲気ガスの加圧下の導入
   を継続して行なうことにより上記吸着気体帯域の先端部
   を前進させながら、吸着剤カラムの末端部より分離され
   た酸素ガスの一部を捕集する工程； （３）吸着剤カラムへの空気および貯蔵庫内の雰囲気ガ
   スの導入および酸素ガスの捕集を停止する工程； （４）吸着剤カラム内に残存する酸素富化ガスの少なく
   とも一部を放出除去する工程； （５）吸着剤カラム内に吸着された窒素ガスを吸着剤カ
   ラムの入口側から捕集する工程； （６）上記工程（５）を停止する工程；および（７）上
   記工程（２）において捕集された酸素ガスの一部を吸着
   剤カラムの末端部より、空気および貯蔵庫内の雰囲気ガ
   スの加圧下の導入方向と逆方向に間欠的に導入、流通さ
   せることにより吸着剤カラム内に残存するガスを吸着塔
   の入口から放出除去する工程； からなる振動吸着法によって窒素ガスを分離可能な装置
   である請求項第１頁記載の貯蔵装置。