JPH0543012A

JPH0543012A - ガス濃度調整装置

Info

Publication number: JPH0543012A
Application number: JP20704691A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Watanabe; 和幸渡辺
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-08-19
Filing date: 1991-08-19
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は貯蔵庫の気体を再利用して気体供給
効率を高めるよう構成したガス濃度調整装置を提供する
ことを目的とする。【構成】培養器２の気体は吸着槽２７又は２８を介し
て排気される。排気された気体中に含まれたＣＯ₂は吸
着剤２７Ａ又は２８Ａに吸着される。Ｏ₂ボンベ、Ｎ₂
ボンベ１７，１８のガスを培養器２へ供給する際は前回
排気に使用された一方の吸着槽の排気側にボンベからの
Ｏ₂又はＮ₂ガスが供給され、吸着剤に吸着されたＣＯ
₂の気体分子を脱着しながらボンベからのＯ₂又はＮ₂
ガスが培養器２へ供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス濃度調整装置に係
り、特に貯蔵庫から排気される一の気体を回収し、回収
した一の気体を他の気体供給とともに庫内に戻すよう構
成したガス濃度調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、生鮮食料品等の貯蔵物は、一般
に出荷までの間、貯蔵庫内に貯蔵され鮮度の維持が図ら
れている。また、貯蔵物の長期保存には、貯蔵庫内を貯
蔵物が凍結しない程度に低温として不活性化すると共
に、庫内の雰囲気の酸素濃度を必要最小限に低下させ、
さらに二酸化炭素を与えて呼吸作用を抑制させるのが最
良手段とされており、昨今この種の研究がつづけられて
いる。この現像を利用した貯蔵方法は、ＣＡ（雰囲気制
御またはコントロールド・アトモスフィア）貯蔵法と呼
ばれている。

【０００３】この手段を用いたガス濃度調整装置では、
貯蔵庫内を必要最小限の酸素（Ｏ₂）に維持すると共に
必要最大限の二酸化炭素ガス（ＣＯ₂ガス）を入れ、残
りを窒素ガス（Ｎ₂ガス）等の不活性ガスで維持する必
要がある。

【０００４】又、上記貯蔵庫を培養器として使用する場
合、庫内の棚には微生物あるいは細胞等を培養するため
の培地が盛られていたペトリ皿等が並べられており、庫
内にはＣＯ₂ボンベ、Ｏ₂ボンベ、Ｎ₂ボンベからのガ
スが適宜供給され、庫内の気体濃度が培養に適した状態
に調整される。

【０００５】このような構成とされた培養器には内部の
気体濃度が経時とともに変化するため、常時気体濃度を
測定するＯ₂センサ、ＣＯ₂センサが設けられており、
これらのＯ₂センサ、ＣＯ₂センサからの信号に基づい
て、各ボンベからのガスを培養器に供給するとともに内
部に残存する気体を外部に排出していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来のガス
濃度調整装置では、気体供給時庫内の気体を外部にその
まま排気していたため、庫内のＣＯ₂濃度が下限値以下
に低下したときＣＯ₂ボンベからＣＯ₂ガスを庫内に供
給すると同時にＣＯ₂ガスを含む庫内の残留気体を外部
に排気しており、無駄が多く、気体濃度調整を効率良く
行うことができないといった課題がある。

【０００７】又、庫内の気体に含まれたＣＯ₂ガスを回
収する方法として、例えばＰＳＡ（Pressure Swing Ads
orption)式の装置を利用する方法、あるいはアルカリ液
を利用してＣＯ₂ガスを吸収する方法等がある。しかし
ながら、ＰＳＡ装置の場合、比較的低濃度のＣＯ₂ガス
を分離生成することが難しく、装置自体もかなり大型化
してしまうといった課題が生ずる。さらに、アルカリ液
によるＣＯ₂回収方法では、吸着剤としてＫＯＨ（水酸
化カリウム）またはＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）等の
水溶液を用いるが、劇薬であるため、取扱いが難しくコ
ストも高価である。また、科学反応による吸着であるた
め、吸収したＣＯ₂ガスを再びアルカリ液より放出させ
ることが難しく、庫内にＣＯ₂ガスを連続的に供給する
ことができない。

【０００８】そこで、本発明は上記課題を解決したガス
濃度調整装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、内部の気体濃
度が貯蔵物の保存に適した濃度に調整される貯蔵庫と、
該貯蔵庫に並列に接続され、夫々個別の気体を供給する
複数の気体供給手段と、該気体供給手段からの気体が前
記貯蔵庫に供給されるとともに庫内の残留気体を外部に
排出する排気管路と、該排気管路に設けられ、前記貯蔵
庫より排出される気体のうち一の気体を吸着する吸着剤
が充填された吸着槽と、一端が他の気体を供給する気体
供給手段に接続され、他端が前記吸着槽の排気側に接続
された給気管路と、該給気管路及び前記排気管路に配設
され、前記貯蔵庫内の残留気体を前記吸着槽へ排出さ
せ、又は前記気体供給手段からの他の気体を前記吸着槽
に供給し、前記吸着剤に吸着された一の気体を前記貯蔵
庫内へ還流させるように給排気の流れを切換える切換機
構と、よりなる。

【００１０】

【作用】庫内の残留気体を吸着槽に排出して、吸着槽内
に充填された吸着剤により一の気体を吸着せしめ、そし
て気体供給手段からの他の気体が吸着槽を通して庫内に
供給されることにより、吸着剤に吸着された一の気体分
子を脱着して庫内へ還流させ、従来外部に排出していた
庫内の気体を再利用することにより気体供給効率が高め
られる。

【００１１】

【実施例】図１に本発明になるガス濃度調整装置の一実
施例を示す。

【００１２】ガス濃度調整装置１は大略貯蔵庫としての
培養器２と、培養器２内の気体濃度を測定する濃度測定
ユニット３と、培養器２にガスを供給するボンベユニッ
ト（気体供給手段）４と、培養器２内の気体を排出する
排出管路に設けられた吸着ユニット５と、吸着ユニット
５の給排気を切換える切換機構６とよりなる。

【００１３】培養器２は貯蔵物としての培養物を出し入
れする扉を閉めた状態で気密になるよう構成されてお
り、庫内には内部の気体濃度が均一となるように内部気
体を攪拌するファン７が設けられている。又、培養器２
の内部に放置された棚２ａには微生物又は動植物細胞等
の培養物を培養するための培地８が盛られたペトリ皿９
が多数載置されている。

【００１４】又、培養器２の床面２ｂにはヒータ１０が
設けられ、このヒータ１０により培養器２内の温度が培
養に適した温度に調整される。

【００１５】又、培養器２には庫内の気体濃度を測定す
るためのＯ₂センサ１１，ＣＯ₂センサ１２が設けられ
ている。濃度測定ユニット３はＯ₂センサ１１と接続さ
れたＯ₂濃度計１３と、ＣＯ₂センサ１２と接続された
ＣＯ₂濃度計１４を有する。尚、Ｏ₂濃度計１３及びＣ
Ｏ₂濃度計１４より出力された濃度検出信号は制御回路
１５に入力される。

【００１６】この制御回路１５は培養器２の気体濃度変
化に応じてボンベユニット４からの気体供給量を制御し
て培養器２内の気体濃度が予め決められた所定濃度とな
るように濃度制御動作を行うボンベユニット制御手段１
５Ａと、培養器２に気体を供給する際吸着ユニット５を
介した給排経路を一定時間毎に切換える切換制御手段１
５Ｂと、吸着槽２７又は２８の使用時間を計測するタイ
マ１５Ｃとを有する。ボンベユニット４には、ＣＯ₂，
Ｏ₂，Ｎ₂ガスが夫々充填されたボンベ１６〜１８が設
置されている。各ボンベ１６〜１８はガス供給配管１９
〜２１を介して培養器２と接続されており、各配管１９
〜２１の途中には電磁弁よりなる開閉弁２２〜２４が配
設されている。

【００１７】吸着ユニット５は培養器２内の残留気体を
外部に排出する排気管路２５，２６上に設けられてお
り、一方の排気管路２５には第１の吸着槽２７が設けら
れ、他方の排気管路２６には第２の吸着槽２８が設けら
れている。又、第１，第２の吸着槽２７，２８は夫々内
部にＣＯ₂を吸着するための活性炭よりなる吸着剤２７
Ａ，２８Ａが充填されている。

【００１８】排気配管２５，２６は吸着槽２７，２８の
下流側で合流して排気管２９に接続されている。尚、排
気配管２５，２６の吸着槽２７，２８より下流側には電
磁弁よりなる排気弁３１，３３が配設されている。

【００１９】Ｏ₂ボンベ１７からの配管２０、Ｎ₂ボン
ベ１８からの配管２１より分岐した分岐配管３４，３５
は夫々給気配管３６，３７を介して吸着槽２７，２８の
排気側へ接続されている。そして、分岐配管３４，３５
及び給気配管３６，３７には切換機構６を構成する電磁
弁よりなる開閉弁３８，３９，３０，３２が配設されて
いる。

【００２０】次に、上記構成になるガス濃度調整装置１
における制御回路１５が実行する処理につき説明する。
尚、本実施例では、培養器２内の気体濃度がＯ₂＝５±
０．５％，ＣＯ₂＝１０±０．５％となるように設定さ
れている。

【００２１】装置始動前、培養器２内は空気（Ｏ₂濃度
約２１％）が充満しているので、当初はＯ₂濃度を２１
％から設定された５％に下げる必要がある。そのため、
ステップＳ１（以下ステップを省略する）でスタートス
イッチ（図示せず）がオンに操作されるとまず第１の吸
着槽２７に連通する排気弁３１を開弁し、Ｓ２でタイマ
１を始動させる。続いてＮ₂ガス用の配管２１に設けら
れた開閉弁２４を開弁し、Ｎ₂ボンベ１８のＮ₂ガスを
培養器２内に供給する（Ｓ２）。

【００２２】したがって、Ｎ₂ガスの供給とともに、培
養器２内のＯ₂濃度が徐々に低下し、培養器２内の圧力
が高まるとともに培養器２内の空気が第１の吸着槽２７
に流入する。そして、第１の吸着槽２７では排出された
空気中に含まれたＣＯ₂が吸着剤２７Ａにより吸収さ
れ、ＣＯ₂を除去された気体が排気弁３１を通って排気
管２９より大気中に排気される。

【００２３】尚、ＣＯ₂はＯ₂，Ｎ₂に比べて吸着剤２
７Ａ，２８Ａに吸着されやすいため、ＰＳＡ装置のよう
にコンプレッサにより加圧しなくても排気ガスが吸着槽
２７，２８を通過する間に吸着される。

【００２４】Ｎ₂ガスの供給は培養器２内のＯ₂濃度が
５％以下になるまで維持される（Ｓ４）。

【００２５】Ｓ４において、Ｏ₂濃度計１１の測定値が
Ｏ₂＜５％になると開閉弁２４を閉弁してＮ₂ガス供給
を停止する（Ｓ５）。

【００２６】次のＳ６ではタイマ１の経過時間ｔ₁を読
み取り、経過時間ｔ₁が予め設定された基準時間Ｔｍ₁
に達しているときは、（Ｓ７）吸着剤２７Ａが飽和状態
であるので、排気経路を第１の吸着槽２７から第２の吸
着槽２８に切換える（Ｓ８）。

【００２７】即ち、排出管路２５の排気弁３１を閉弁
し、他方の排出管路２６の排気弁３３を開弁させる。

【００２８】これにより、培養器２内に排気管路が切換
わり、培養器２より排出された気体は第２吸着槽２８に
排出される。

【００２９】次のＳ９ではタイマ１５Ｃをゼロリセット
した後、再びタイマ１５Ｃを始動させる（Ｓ１０）。
尚、Ｓ７においてタイマ１５Ｃの経過時間ｔ₁が基準時
間Ｔｍ ₁に達していないときはＳ８〜Ｓ１０の処理は省
略する。

【００３０】続いてＣＯ₂ガス用の配管１９に設けられ
た開閉弁２２を開弁し、ＣＯ₂ボンベ１６のＣＯ₂ガス
を培養器２内に供給する（Ｓ１１）。これにより、培養
器２内のＣＯ₂濃度が上昇し、ＣＯ₂ガスの供給は培養
器２内にＣＯ₂濃度が１０％以上になるまで継続される
（Ｓ１２）。

【００３１】Ｓ１２において、ＣＯ₂濃度計１４の測定
値がＣＯ₂＞１０％になると開閉弁２２を閉弁させＣＯ
₂ガス供給を停止させる（Ｓ１３）。尚、ＣＯ₂ガスが
供給される前に排気弁３１が閉弁して排気弁３３が開弁
したとき、培養器２から排出された気体は第２の吸着槽
２８を通過して排気管２９より大気中に排出される。そ
の際、吸着槽２８に流入した気体中に含まれたＣＯ
₂は、吸着剤２８Ａにより吸着される。

【００３２】続いて、排気弁３１が閉弁され（Ｓ１
４）、タイマ１５Ｃの経過時間ｔ₁を読み込む（Ｓ１
５）。

【００３３】次のＳ１６では経過時間ｔ₁が基準時間Ｔ
ｍ₁以上であるときは吸着槽を切換える必要があるの
で、Ｓ１７に移り次に開弁すべき排気弁を指定する。

【００３４】上記Ｓ１〜Ｓ１７の処理により培養器２内
の気体濃度が０₂５％，ＣＯ₂１０％に調整されると、
制御回路１５は図３，図４に示す処理を行う。尚、図３
はＣＯ₂濃度を制御するフローチャートであり、図４は
Ｏ₂濃度を制御するフローチャートである。

【００３５】図３中、制御回路１５は、Ｓ２１におい
て、ＣＯ₂濃度計１４の測定値が予め設定された下限値
９．５％以下に下がったとき、Ｓ１７で指定された排気
弁３１を開弁する（Ｓ２２）。そして、タイマ１５Ｃを
始動させる（Ｓ２３）とともに、Ｓ２４に移り開閉弁２
２を開弁してＣＯ₂ボンベ１６からのＣＯ₂ガスを培養
器２へ供給する。

【００３６】続いて、培養器２内のＯ₂濃度が５％以上
であるかどうかをチェックする（Ｓ２５）。このＳ２５
においてＯ₂濃度計１３の測定値が５％以上であるとき
は分岐配管３５に設けられた開閉弁３９及びＳ２２で開
弁した排気系路とは別の排気系路即ち給気配管３７に設
けられた開閉弁３２を開弁する（Ｓ２６）。

【００３７】そのため、Ｎ₂ボンベ１８のＮ₂ガスは開
閉弁３９，３２を介して排気側より第２の吸着槽２８に
供給される。従って、Ｎ₂ガスが第２の吸着槽２８を介
して培養器２内に供給されるとともに第２の吸着槽２８
の吸着剤２８Ａに吸着されたＣＯ₂が脱着されて培養器
２に還流する。

【００３８】又、Ｓ２５において、Ｏ₂濃度計１３の測
定値が５％以下であるときは、分岐配管３４に設けられ
た開閉弁３８及び開閉弁３２を開弁する（Ｓ２７）。

【００３９】この場合、Ｏ₂ボンベ１７のＯ₂ガスが開
閉弁３８，３２を介して排気側より第２の吸着槽２８に
供給される。従って、Ｏ₂ガスが第２の吸着槽２８を介
して培養器２内に供給されるとともに吸着剤２８Ａより
脱着されたＣＯ₂ガスが培養器２に還流する。

【００４０】このように、吸着槽２８の吸着剤２８Ａに
吸着されたＣＯ₂は外部に排気されずに、培養器２に還
流されるため、培養器２内のＣＯ₂を無駄に排気せず、
有効に利用することができる。しかも、その分ＣＯ₂ボ
ンベ１６の消費量を節約できるので、ＣＯ₂ボンベ１６
の交換時期を延ばすことができる。又、培養器２には２
系統からＣＯ₂ガスが供給されるため、ＣＯ₂濃度の調
整を短時間で行える。Ｓ２８では、培養器２内のＣＯ₂
濃度が１０．５％以上になるまでＳ２４〜２７の処理を
繰り返す。そして、Ｓ２８においてＣＯ₂濃度が１０．
５％以上となったとき、上記開閉弁３８又は３９，３２
を閉弁してＣＯ₂ガスの供給を停止する（Ｓ２９）。
尚、上記のようにＣＯ₂ガスが培養器２に供給されてい
る間は、培養器２より排出された気体が第１の吸着槽２
７を通過して排気管２９より排出されるため、吸着剤２
７ＡによりＣＯ₂が吸着される。

【００４１】次のＳ３０〜Ｓ３３では前述した図２のＳ
６〜Ｓ９と同様な処理を行う。そして、Ｓ３４で次に開
弁される排気弁３３を指定する。

【００４２】又、制御回路１５は、培養器２内のＯ₂濃
度が変化して上限値Ｏ₂５．５％あるいは下限値４．５
％を越えた場合、図４に示す処理を実行する。

【００４３】図４中、制御回路１５は、Ｓ４１において
Ｏ₂濃度計１３の測定値が５％以上となったとき、Ｓ４
２に移りＯ₂＞５．５％どうかをチェックする。

【００４４】Ｓ４２においてＯ₂濃度が５．５％以上で
あるときには、前回指定された排気弁３３を開弁する
（Ｓ４３）。そして、タイマ１５Ｃを始動させる（Ｓ４
４）とともに、Ｓ４５に移り開閉弁３９，３０を開弁し
てＮ₂ボンベ１８からのＮ₂ガスを第１の吸着槽２７に
供給する。

【００４５】そのため、Ｎ₂ガスが第１の吸着槽２７を
介して培養器２内に供給されるとともに第１の吸着槽２
７の吸着剤２７Ａに吸着されたＣＯ₂が脱着されて培養
器２に還流する。これによりＯ₂濃度が低下する。

【００４６】Ｓ４６において培養器２内のＯ₂濃度が５
％以下になったとき開閉弁３９，３０を閉弁してＮ₂ガ
スの供給を停止させる。

【００４７】次のＳ４８〜Ｓ５２では前述したＳ３０〜
Ｓ３４と同様な処理を行う。

【００４８】又、Ｓ４１において酸素濃度がＯ₂＜５％
になったときはＳ５３に移りＯ₂＜４．５％であるかど
うかをチェックする。Ｓ５３においてＯ₂＜４．５％で
あるときはＳ４３，４４と同様前回指定された排気弁３
３を開弁するとともに、タイマ１５Ｃを始動させる（Ｓ
５４，Ｓ５５）。

【００４９】続いて、開閉弁３８，３０を開弁してＯ₂
ボンベ１７からのＯ₂ガスを第１の吸着槽２７に供給す
る（Ｓ５６）。

【００５０】これにより、Ｏ₂濃度が上昇するとともに
吸着剤２７Ａに吸着されたＣＯ₂を培養器２へ還流でき
る。

【００５１】次のＳ５７では培養器２内のＯ₂濃度が５
％以上になったとき開閉弁３８，３０を閉弁してＯ₂ガ
スの供給を停止させる。その後は前述したＳ４８〜Ｓ５
２の処理が実行される。

【００５２】尚、上記実施例では吸着槽２７，２８でＣ
Ｏ₂が吸着されるとして説明したが、それ以外の気体分
子が排気系路で吸着され、気体供給時に還流するように
しても良い。その場合、吸着すべき気体の種類に応じた
吸着剤を選定すれば良い。従って、吸着剤は活性炭に限
らず、例えばゼオライト、アルミナ、シリカゲル等の吸
着剤を使用しても良い。

【００５３】又吸着槽の数は２個に限らず１個でも良い
し、あるいは２個以上の複数個設けて、各吸着槽を一定
時間毎に順次切換えるようにしても良い。

【００５４】又、上記実施例では培養器を例に挙げた
が、これに限らず、培養以外の貯蔵庫にも適用できるの
は勿論である。

【００５５】又、上記実施例ではボンベのガスを吸着槽
へ供給する構成であるが、例えばコンプレッサにより加
圧された気体を吸着槽の排気側に供給するようにしても
良いのは勿論である。

【００５６】

【発明の効果】上述の如く、本発明になるガス濃度調整
装置は、庫内の気体をそのまま排気せずに吸着槽へ流入
させて吸着槽内に充填された吸着剤に一の気体を吸着さ
せ、気体供給手段からの他の気体を吸着槽の排気側から
供給して吸着槽を介して庫内に流入させるため、吸着剤
に吸着された一の気体分子を吸着剤から脱着して庫内に
還流させることができ、従来外部に排出していた庫内の
気体を再利用することにより気体供給効率を高めること
ができる。しかも、排気管路に吸着槽を設け且つ切換機
構を設けるだけなので比較的簡単な構成にできる等の特
長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるガス濃度調整装置の一実施例の概
略構成図を示す図である。

【図２】制御回路が実行する処理を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図３】ＣＯ₂濃度を制御する処理を示すフローチャー
トである。

【図４】Ｏ₂濃度を制御する処理を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１ガス濃度調整装置２培養器３濃度測定ユニット４ボンベユニット５吸着ユニット６切換機構１１Ｏ₂センサ１２ＣＯ₂センサ１５制御回路１５Ａボンベユニット制御手段１５Ｂ切換制御手段１５Ｃタイマ１６ＣＯ₂ボンベ１７Ｏ₂ボンベ１８Ｎ₂ボンベ２２〜２４開閉弁３８，３９開閉弁３０，３２開閉弁３１，３３排気弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部の気体濃度が貯蔵物の保存に適した
濃度に調整される貯蔵庫と、該貯蔵庫に並列に接続され、夫々個別の気体を供給する
複数の気体供給手段と、該気体供給手段からの気体が前記貯蔵庫に供給されると
ともに庫内の残留気体を外部に排出する排気管路と、該排気管路に設けられ、前記貯蔵庫より排出される気体
のうち一の気体を吸着する吸着剤が充填された吸着槽
と、一端が他の気体を供給する気体供給手段に接続され、他
端が前記吸着槽の排気側に接続された給気管路と、該給気管路及び前記排気管路に配設され、前記貯蔵庫内
の残留気体を前記吸着槽へ排出させ、又は前記気体供給
手段からの他の気体を前記吸着槽に供給し、前記吸着剤
に吸着された一の気体を前記貯蔵庫内へ還流させるよう
に給排気の流れを切換える切換機構と、よりなることを特徴とするガス濃度調整装置。