JPH08230991A

JPH08230991A - 窒素ガス自動供給装置

Info

Publication number: JPH08230991A
Application number: JP7066959A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Sato; 重雄佐藤; Kazukiyo Takano; 和潔高野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 1996-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】窒素ガスを断続的に、しかも長時間に渡って
供給する必要のある装置（例えばビールサーバー等）に
おいて、ガス切れ等の心配を無くする。【構成】窒素ガスの供給源に大気中の窒素ガスを高濃
度に濃縮するＰＳＡ法による窒素濃縮器１を使用し、そ
の生成ガスを貯留タンク４に貯留しておき、該貯留タン
ク内の圧力変化を圧力検出手段５で検出して、該窒素濃
縮器の起動、停止を制御部６で制御するように構成して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒素ガスを自動的に供
給する装置、特に一定濃度のものを一定圧力で断続的
に、しかも長時間に渡って供給するものへの応用、例え
ば生ビールタンク内に窒素ガスを注入して与圧するため
の装置等への応用に関する。

【０００２】

【従来の技術】微生物や細胞の培養室内の酸素や炭酸ガ
ス等のガスの組成を一定に保つため、又は生ビールをビ
ールタンクより押し出すためのガス圧を一定値にして供
給する等の用途に対して各々の濃度検出部や圧力検出部
を設けて、目標値に対して、差異が生ずるときはそれを
一定値に保つため、外部より対応のガスを供給する必要
があるが、従来これ等は高圧力容器（以下、ボンベとも
いう）にてガスを供給していた。しかし、消費に従いこ
れ等の容器が空になるとその取替作業はボンベの重量が
重いので非常に重労働である。またその運搬費の高騰化
や交通渋滞に伴い、出費も嵩み必要なときにタイムリー
に入手する事も困難になりつつある。このため空気を原
料として容易に製造することの出来るＮ₂やＯ₂はＰＳ
Ａ方式やガス分離膜を用いた自動濃縮器が多く用いられ
るようになってきた。

【０００３】生ビールは、ビールタンクに入っているも
のを従来はボンベの炭酸ガスを配管にて接続し、ガスを
送り込んで生ビールをジョッキに注ぎ出す仕組みになっ
ている。この間、ビールタンクを飲み頃（約４℃）に冷
やしておき、冷たいビールを注ぐ方法と、ビールタンク
からジョッキ又はカップまでの配管に冷却器を持たせて
冷却する方法がある。ビール用には従来炭酸ガスが多く
使われてきたが炭酸ガスは水に溶け易く、長期間炭酸ガ
スを高い濃度と圧力でビールを加圧しておくと、本来持
っているビールの炭酸ガス溶解量より多い溶解量となっ
てくる。この事はビールをカップに注ぐと大きい泡が出
来ることとなりビールの味が変わってくる事を意味す
る。このため、水に溶解する溶解度の低い、しかも生体
にも影響のない窒素ガスをビール押出しガスとして使用
するものである。窒素ガスを用いる方が泡が細く味がま
ろやかになる。ビールには本来炭酸ガスがその味を決め
る一定量だけ溶解しており、これを保つためビールタン
クには圧力を加えた状態で保たれている。

【０００４】この押出しガスを空気中の窒素ガスを濃縮
して用いるようにしようとするもので、空気中の窒素ガ
スを高濃度に濃縮し、高圧にてビールタンクに供給して
おき、生ビールを栓を開けてジョッキに注ぐとその消費
したビールの分量の窒素ガスが送り込まれることとな
る。ビールタンクにかかる圧力はビールタンクの置かれ
ている温度により異なるが３〜４ｋｇｆ／ｃｍ²程度で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】長期にわたり少流量を
使用する場合とか、断続的に消費する用途の場合は濃縮
したガスをタンクに貯留しておき、ガスを消費してい
き、タンク内のガスが少なくなったとき、すなわちタン
ク圧力が下がったときに窒素濃縮器を起動してガスを製
造して貯留タンクに補充し高圧になったとき、この窒素
濃縮器を止める断続的な運転方法が考えられる。このと
き、起動初期に製造された濃縮ガスの濃度は低いのでそ
のままでは濃度変動が大きいという問題がある。

【０００６】また酸素ガスの分離手段が圧力変動吸着法
（以下、ＰＳＡ法ともいう）であっても透過膜式であっ
ても濃縮ガスの濃度と取出流量値との間には密接な関係
があり流量が多いと濃度は下がる。このため急激な大流
量を流すような場合は濃度変動が大きい。すなわち間歇
的に消費するガス需要に対し、貯留タンクに一定濃度以
上のガスを窒素濃縮器を間歇的に動作させて充填しなが
ら使用するシステムにおいて、窒素濃縮器の起動停止に
起因する濃度低下、また窒素濃縮器から貯留タンクに急
激に流れることによる濃度低下を防止することが一定基
準以上の安定した濃度のガスを使用する上で重要な課題
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】空気中の窒素ガスを濃縮
する窒素濃縮器と窒素ガスの貯留タンクと消費側容器が
あり、窒素濃縮器と該貯留タンクは自動弁手段と流量制
限手段を直列に接続した配管で接続され、窒素の貯留タ
ンクと消費側容器には圧力制御手段を介して配管で接続
し、該貯留タンクには圧力検出手段が接続され、この貯
留タンクの圧力情報を制御部へ伝え、該制御部は当該情
報により圧力が基準低圧力Ｐ_Lに低下すると窒素濃縮器
を起動し、該窒素濃縮器で濃縮されるガスの濃度が基準
濃度に達するまで又は基準濃度に達するために必要とす
る一定の時間運転した後、該自動弁手段を開にして該貯
留タンクに窒素ガスを供給し、該貯留タンクの圧力が基
準高圧力Ｐ_Hに達すると該制御部が窒素濃縮器を停止
し、自動弁手段を閉とする構成である。

【０００８】この窒素濃縮器の起動停止に伴う濃度の変
動は起動当初の低い濃度が上昇し、一定基準値になるま
で又はなるであろう時間を動作させた後、自動弁手段を
開にして濃縮された高濃度の窒素ガスを供給するように
する。また該窒素濃縮器と該貯留タンクの接続配管に流
量制限手段を設けることにより、自動弁手段を開にした
瞬間、高圧の窒素濃縮器から低圧の貯留タンクの方へ瞬
間大流量のガスが流れるのを防ぐことにより窒素濃縮器
の濃度が一瞬低下するのを防ぐように動作する。流量制
限手段はオリフィスを用いてもよいし、圧力が変わって
も一定の流量しか流れない定流量弁を使用してもよい。

【０００９】ビールはその保存する間に酸素ガスが存在
するとその味が変わるので、窒素濃度が下がることによ
って酸素ガスが混入することを大変きらう。そのため酸
素ガスの少ない高濃度の窒素ガスが必要となる。また、
一度に大量の消費が生ずる場合がある。すなわち客が一
度に５人程来て生ビールを注文する場合とか、低酸素培
養器へ使用する場合では、扉を開にして培養の途中の観
察を行い、続いて培養を継続するときは容器内の濃度環
境が扉開により外気が入るので崩れるので扉閉と同時に
一度に大量のガスが必要となる。

【００１０】このようなときのピーク容量に対応するた
め、貯留タンクを設けておき、ここに当該想定されるガ
ス量を高圧にて貯留しておく構成とする。そしてこのタ
ンク内にゼオライト又は活性炭のような吸着剤を充填し
ておくと吸着剤に吸着したガスは実質的にその体積はゼ
ロになるので貯留容器の容積を２〜３倍大きくしたのと
同程度のガス量を貯留することが出来る。こうすると小
さい容器の濃縮器で連続してガスを濃縮して精製し、貯
留容器に補充填しておく構成とすることにより安価な小
型の装置でよいこととなる。

【００１１】しかし一次に想定していた５人以上の客が
来た場合は能力オーバーでガス量が足らず圧力が規定値
より下がることがあるので、この時はランプ等で警報を
出して、一時待ってもらうよう表示をする。

【００１２】

【実施例】生ビールの押出ガスに空気中の窒素ガスを高
濃度に濃縮して使用する実施例を図１に示す。窒素濃縮
器１と窒素の貯留タンク４と消費側容器９としてのビー
ルタンクがあり、窒素濃縮器１と該貯留タンク４は自動
弁手段２と流量制限手段３を直列に接続した配管手段２
０で接続され、該貯留タンク４と消費側容器９には圧力
制御手段７及び流量制限手段８及びガス混合器１５と手
動弁１０を介して配管２１にて接続されている。ビール
タンクより導出配管２２にて導出され、冷凍機で冷やさ
れる熱交換器１１を通って注入弁１２を介して注入口１
３へと接続され、注入弁１２を操作することにより、注
入口１３の下に受けられるジョッキ又はカップに生ビー
ルがガスの圧力により押し出されて注がれる。その導出
の間に熱交換器１１で冷やされて冷たい飲み頃の生ビー
ルとなる。

【００１３】窒素の貯留タンク４には圧力検出手段５が
接続され、該貯留タンク４の圧力を測定し、その信号を
電気信号に変換して制御部６に伝え、該制御部は当該情
報により圧力が基準の低圧力Ｐ_Lまで低下すると窒素濃
縮器１を起動する。この窒素濃縮器は起動当初から諸条
件が整い、基準の濃度に達するまでに時間がかかる。こ
れを濃度でみて、濃縮される窒素ガスが基準濃度に達す
るまでとするか、あるいは基準濃度に達するまで時間を
一定にして運転した後、該自動弁手段２を開にして該貯
留タンク４に窒素ガスを供給するようにする。このと
き、該貯留タンク４は圧力がＰ_Lまで下がった後、窒素
濃縮器を起動し、濃度が基準値に達するまで自動弁手段
２を閉としているのでＰ_Lより更に下がっているので自
動弁手段２を開にすると、窒素濃縮器１から大流量が一
度に流れ込む、窒素濃縮器は取出せる製品（濃縮）ガス
の流量と濃度は密接に関係しており（ＰＳＡ法も透過膜
式も同じ）流量が多くなると濃度が下がり、少なくなる
と濃度は上がる。そのため短時間といえど急激に大量の
製品ガスが流れると濃度が低下する。これを防ぐため流
量制限手段３を入れて、その流れるガスの量を制限し
て、濃度を基準値に入るよう構成している。

【００１４】窒素濃縮器１から濃縮ガスを自動弁手段２
を開にして該貯留タンク４に供給し、該貯留タンク４の
圧力が高くなり、基準高圧力Ｐ_Hになると制御部６が窒
素濃縮器１を停止し、自動弁手段２を閉にする。窒素の
貯留タンク４内の窒素ガスを圧力制御手段７を介してビ
ールタンクに配管２１で接続しているが、ビールタンク
内の圧力は味の良い状態を保つためビールタンクの置か
れる温度により調節する必要があり圧力制御手段７を調
節して行う。またビールは溶解している炭酸ガスの量を
変化させないことが味を変えないこととなるので、ビー
ルタンク内のビールが減ってくるとタンク内は窒素ガス
のみであると炭酸ガスの分圧が下がるのでビール中より
一部の炭酸ガスが分離しガスとして出る。このためガス
混合器１５で炭酸ガスをビールのそれぞれの品種に合わ
せて混合するとより理想的である。尚、炭酸ガスは空気
中には３００ｐｐｍしか存在しないので空気より濃縮す
ることは出来ないのでボンベ等よりガスを供給する。

【００１５】図１において窒素濃縮器１はＰＳＡ法の２
本の吸着筒１０８，１０９を持つ常圧（大気圧）再生方
式のものの例である。空気圧縮機１０２は大気を吸入フ
ィルタ１０１よりゴミを取り除いて取込み圧縮して、圧
縮熱を冷却器１０３により冷却し、水滴とゴミを除水器
１０４により取り除き、取り除かれた水は弁手段１０５
を一時的に開にすることにより外部へ排出される。圧縮
空気は自動弁１０６（ここでは５方電磁弁を使用）で圧
縮空気を分子篩活性炭の充填している吸着筒１０８又は
１０９に送り込み、分子篩活性炭に酸素ガスを吸着さ
せ、その他端より濃縮された窒素ガスが得られ、窒素濃
縮ガスは逆止弁弁１１０又は１１１を通り自動弁手段２
が開なら装置外へ導出される。

【００１６】自動弁１０６は圧縮空気を吸着筒１０８に
導入しているときは、吸着筒１０９はサイレンサー１０
７を介して大気に開放するように接続するものであり吸
着筒１０９を大気圧まで減圧して、吸着した水分、酸素
ガスを脱着し吸着剤を再生する。その間、吸着筒１０８
で濃縮した窒素ガスの一部をオリフィス１１２を通じ
て、吸着筒１０９の上部より逆流させて、酸素ガスの離
脱を促進する。制御部６は自動弁１０６を切替えて吸着
筒１０８は酸素ガスの吸着でいっぱいになる前に、再生
した吸着筒１１９の方に圧縮空気の導入を切替え、吸着
筒１０８を再生する工程に移す。このように吸着筒を交
互に使用して、連続的に窒素ガスを濃縮する。

【００１７】図２は別の実施例で窒素濃縮器がＰＳＡ法
で１本の吸着筒を用いる真空再生方式の例を示す。この
図２においては、空気圧縮器１０２は空気圧縮器として
も真空ポンプとしても機能するものでありその入口は弁
手段１２５（３方弁）を介して吸入フィルタ１０１と吸
着筒１０８に接続し、出口は弁手段１２６（３方弁）を
介してサイレンサー１０７と吸着筒１０８に接続され、
吸着筒１０８には分子篩活性炭が充填されている。吸着
筒の出口は弁手段１２６（３方弁）を介してバッファタ
ンク１２０が接続されている。

【００１８】弁手段１２５が吸入フィルタ１０１の方に
切替っている（実線矢印）ときは弁手段１２６は吸着筒
１０８の方に切替っており、また弁手段１２１が開であ
るように制御部６で制御されており、このときは空気圧
縮器１０２は空気圧縮器として動作し、圧縮空気を吸着
筒１０８に送り込み、吸着筒１０８では酸素ガスが吸着
除去され、バッファタンク１２０に濃縮された窒素ガス
が入っていく。吸着筒１０８の吸着剤が酸素ガスでいっ
ぱいになる前に弁手段１２５及び１２６が点線矢印の方
向に一度に切替り、弁手段１２１が閉となる。このとき
は空気圧縮器の１０２は真空ポンプとして働き、吸着筒
１０８の空気を引き出しサイレンサー１０７を介して大
気中に排出し、吸着筒内の分子篩活性炭に吸着している
酸素ガス及び水分を真空にして脱着させ、吸着筒を再生
する。これを繰り返して間歇的に窒素ガスを濃縮する。
自動弁手段２が開になると逆止弁１２７を介して窒素の
貯留タンク４に導出されるが、間歇的に窒素ガスを発生
するため逆止弁１２７がついている。

【００１９】図３は透過膜式の分離膜を使用したものの
例を示す。同図において、空気圧縮器１０２により吸入
フィルタ１０１より大気を取込み圧縮して、圧縮熱を冷
却器１０３により冷却し、水滴とゴミを除水器１０４に
より取り除き、水は弁手段１０５を一時的に開にするこ
とにより外部へ排出するが大部分の圧縮空気は透過膜式
の分離膜１３０へ導入される。この分離膜１３０は中空
糸内に圧縮空気を導入し、酸素ガスが外部に排出され
る。この透過膜式の窒素濃縮器で生成する窒素ガスの濃
度は分離膜に加わる圧縮空気の圧力に影響するので空気
圧縮器１０２が起動し、圧縮空気の圧力が高くなり、一
定時間自動弁２を閉とした後、開にする。一定濃度に達
するのはＰＳＡ法より早い。なお、図１〜図３では電源
線や制御線あるいは吸着筒内の吸着剤の図示は省略し
た。

【００２０】なお、一定濃縮のガス発生能力を持つ装置
であるから、ビールを注ぐときに必要な窒素発生能力を
持たせると大きな能力を持つ装置が必要となる。また能
力を越えることがある。しかしビールを飲む客は１日平
均すると大体客の数，売れるビール量は限定され、それ
程多くない。しかし５人〜６人一度に来ることがあるの
で窒素貯留タンクに余分なガスの貯留が必要であり、一
時的に放出し次の客がくるまでに窒素ガスを製造し、貯
留タンクに補充するようにすることにより、装置を小型
にすることが出来る。しかしこのような装置は一度に客
が多く来ると連続してビールを注ぐと圧力がビールタン
クに加える基準圧を割り込んで下がることがある。この
ときは警報を発生してオペレータに知らせる事が重要で
ある。

【００２１】すなわち貯留タンク４の圧力がビールタン
クに必要な圧力以下に下がった事を圧力検出手段５によ
り検出した制御部６が表示（光学的又はブザー）により
警報を発し、オペレータに注意を促し、少しの間待って
もらえるようにする。又は貯留タンク４に圧力計を加え
表示し、圧力が低い場合は針の範囲を赤で表示してもよ
い。

【００２２】本発明を実施することにより、次のような
優れた効果が期待できる。微生物や細胞の培養室内のガス組成を一定に保つた
め、あるいは生ビールをビールタンクより押し出すため
に与圧するガス源として大気中に無尽蔵にある窒素ガス
を濃縮してほぼ純窒素に匹敵する高濃度の窒素ガスを供
給できるので、ボンベ等の容器に収容された有限の窒素
ガスとは異なり、ガス切れの心配がない。特に前記のビールタンクに応用した場合には、窒素ガ
スはビールに溶解しにくいので、ビールの味を変えるこ
とが炭酸ガスのみを使用する場合と比較して極めて少な
い。また、本発明をこのビールタンクに応用した場合に
は、窒素ガスと炭酸ガスを適当な比率で混合して使用す
ることにより好みの味を保ちながらビールを提供するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例の系統を示すフロー図
である。

【図２】第２の実施例で吸着筒を１個用いる場合の系
統を示すフロー図である。

【図３】第３の実施例で透過膜式の分離手段を使用す
る場合の系統を示すフロー図である。

【符号の説明】

１窒素濃縮器２自動弁手段３流量制限手段４貯留タンク５圧力検出手段６制御部７圧力制御手段８流量制限手段９消費側容器１０手動弁１１熱交換器１２注入弁１３注入口１５ガス混合器２０，２１配管手段２２導出配管１０１吸入フィルタ１０２空気圧縮器１０３冷却器１０４除水器１０５弁手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒素ガスと酸素ガスを主成分とする空気
から、酸素ガス分離手段によって酸素ガスを分離除去し
て窒素ガスを濃縮する窒素濃縮器（１）と、窒素ガスの
貯留タンク（４）と、消費側容器（９）とで基本的に構
成し、該窒素濃縮器と該貯留タンクは自動弁手段（２）
と流量制限手段（３）を直列的に接続した配管手段で連
通し、該貯留タンクと該消費側容器とは圧力制御手段
（７）を介して配管手段で連通し、該貯留タンクには圧
力検出手段（５）を接続して該貯留タンク内の圧力を検
出し、該貯留タンク内の圧力情報を制御部（６）に伝
え、該制御部はこの圧力情報により、予め設定した基準
低圧力Ｐ_Lになると前記の窒素濃縮器を起動し、該窒素
濃縮器で濃縮される窒素ガスの濃度が基準濃度に達した
後に、又は同窒素ガスの濃度が基準濃度に達するために
必要とする一定の時間後に、該自動弁手段を開にして該
貯留タンクに窒素ガスを供給し、該貯留タンク内の圧力
が予め設定した基準高圧力Ｐ_Hになると該制御部は窒素
濃縮器の動作を停止し、前記の自動弁手段を閉にするよ
うに構成したことを特徴とする窒素ガス自動供給装置。
【請求項２】前記の窒素ガス分離手段が圧力変動吸着
法による窒素濃縮器であることを特徴とする請求項１記
載の窒素ガス自動供給装置。
【請求項３】前記の窒素ガス分離手段が透過膜式ガス
分離手段による窒素濃縮器であることを特徴とする請求
項１記載の窒素ガス自動供給装置。
【請求項４】前記の貯留タンクに窒素ガスを選択的に
吸着する吸着剤を充填したことを特徴とする請求項１乃
至請求項３記載の窒素ガス自動供給装置。
【請求項５】前記の窒素ガスを選択的に吸着する吸着
剤がゼオライトであることを特徴とする請求項４記載の
窒素ガス自動供給装置。
【請求項６】前記の窒素濃縮器と同貯留タンクとの接
続配管の途中に流量制限手段として定流量弁を付設した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５記載の窒素ガス
自動供給装置。
【請求項７】前記の貯留タンク内の圧力が一定値以下
になったときに警報ランプを点灯させるか、又は準備完
了ランプを消灯するように構成したことを特徴とする請
求項１乃至請求項６記載の窒素ガス自動供給装置。
【請求項８】前記の消費側容器がビールタンクであ
り、同窒素ガスは該ビールタンク内の圧力を大気圧以上
に保つ与圧手段となるように構成したことを特徴とする
請求項１乃至請求項７記載の窒素ガス自動供給装置。
【請求項９】前記の消費側容器がビールタンクであ
り、同窒素ガスは該ビールタンク内の圧力を大気圧以上
に保つ与圧手段とする装置において、該ビールタンクに
供給するガスは、前記の窒素ガスと、高圧容器内の炭酸
ガスとをガス混合手段で混合した気体であることを特徴
とする請求項８記載の窒素ガス自動供給装置。