JP7037040B2 - 低酸素濃度空気の供給装置 - Google Patents

Description

本開示は、低酸素濃度空気の供給装置に関する。

下記特許文献１には、果実や野菜等を貯蔵する貯蔵庫内の雰囲気を窒素リッチの状態に制御するため、貯蔵庫内の空気を吸着塔に導いて窒素を吸着するとともに、難吸着性の酸素を系外に放出し、吸着した窒素を減圧条件で回収して貯蔵庫に戻す技術が開示されている。貯蔵庫内の空気は、ブロアで圧縮されることによって吸着塔に供給され、また、真空ポンプで吸着塔内を減圧することによって吸着された窒素が回収され、貯蔵庫に戻されるようになっている。

特開平７－３１３０５２号公報

特許文献１記載の技術は、吸着塔に対する窒素の吸着と脱着とを行うためにブロアと真空ポンプとを必要としている。このうちブロアは、空気を断熱圧縮するために発熱が大きく、それ自体の冷却が必要であるとともに、加熱された空気が吸着塔に供給されるため、吸着効率の悪化を招く。

本開示は、ブロア等の空気圧縮機によって空気の圧縮を行わずに、負圧発生器によって吸着部に対する窒素の吸着と脱着とを行い、低酸素濃度空気の供給を可能とする供給装置を提案する。

（１）本開示の低酸素濃度空気の供給装置は、
酸素よりも窒素を選択的に吸着する２つの吸着部と、
前記吸着部から空気を吸引する負圧発生器と、
前記負圧発生器によって２つの前記吸着部を順次切り換えて大気圧以下の領域で減圧させる減圧機構と、
低酸素濃度空気の供給経路と排出経路とを有し、かつ、前記吸着部を減圧させている間に当該吸着部から吸引された空気を前記供給経路又は前記排出経路に流す供給排出機構と、
減圧を終えた前記吸着部を大気圧に開放して増圧しかつ前記負圧発生器により当該吸着部に外気を流通させて窒素を吸着させる吸着機構と、を備えている。

以上の構成を有する低酸素濃度空気の供給装置は、空気圧縮機によって空気の圧縮を行わずに、負圧発生器によって吸着部に対する窒素の吸着と脱着とを行い、低酸素濃度空気を供給することができる。なお、本開示の供給装置は、２つの吸着部を含んでいればよく、３つ以上の吸着部を備えることを妨げない。

（２）好ましくは、前記供給排出機構が、前記吸着部から吸引された空気の酸素濃度に応じて、当該空気を流す経路を前記供給経路と前記排出経路とのいずれかに切り換える第１切換部を備えている。
このような構成によって、吸着部から吸引された空気を、供給経路と排出経路とに切り換えて流すことができる。

（３）好ましくは、前記減圧機構が、２つの前記吸着部を切り換えて前記負圧発生器に接続する第２切換部を含む。
このような構成によって、２つの吸着部をそれぞれ減圧させることができる。

（４）好ましくは、前記吸着機構が、２つの前記吸着部を切り換えて大気に接続する第３切換部を含む。
このような構成によって、２つの吸着部を順次に大気圧に開放することができる。

（５）好ましくは、前記吸着機構が、前記減圧機構とは異なる経路で、前記吸着部を前記負圧発生器に接続する吸着操作部をさらに備えている。
このような構成によって、負圧発生器を用いて吸着部に外気を流通させ、窒素を吸着させることができる。

（６）好ましくは、前記第１切換部が、前記吸着部からの空気の吸引時間に基づいて、当該空気を流す経路を前記供給経路と前記排出経路とのいずれかに切り換える。
このような構成によって、酸素濃度を直接的に計測せずに所定濃度の酸素を供給経路に流すことができる。

（７）好ましくは、前記供給排出機構が、前記吸着部から吸引された空気の酸素濃度を検出するセンサを備え、前記第１切換部が、当該センサの検出信号に基づいて、当該空気を流す経路を前記供給経路と前記排出経路とのいずれかに切り換える。
このような構成によって、酸素濃度を計測して、可及的に正確に所定濃度の酸素を供給経路に流すことができる。

第１実施形態に係る低酸素濃度空気の供給装置を適用したコンテナを示す説明図である。 低酸素濃度空気の供給装置を示す概略構成図である。 供給装置の動作手順を示すフローチャートである。 供給装置の開閉弁の開閉タイミングを示す図である。 供給装置の空気の流れを示す概略図である。 供給装置の空気の流れを示す概略図である。 供給装置の空気の流れを示す概略図である。 供給装置の空気の流れを示す概略図である。 供給装置の空気の流れを示す概略図である。 供給装置の空気の流れを示す概略図である。 供給装置の空気の流れを示す概略図である。 供給装置の空気の流れを示す概略図である。 供給装置の吸着筒における圧力の変動を示すグラフである。 吸着筒の圧力と窒素吸着量との関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る低酸素濃度空気の供給装置を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る低酸素濃度空気の供給装置を示す概略構成図である。

以下、図面を参照して実施形態に係る低酸素濃度空気の供給装置を説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る低酸素濃度空気の供給装置を適用したコンテナを示す説明図である。
本実施形態の供給装置１０は、例えば、海上輸送等に用いられ果実や野菜等の植物を鮮度を保持しながら長期に貯蔵するコンテナ１に適用される。具体的に、供給装置１０は、外気（大気）を取り込み、外気の酸素濃度（約２１％：体積含有率）よりも低い所定の酸素濃度（例えば１０％以下）の空気、すなわち低酸素濃度空気を生成する。そして、供給装置１０は、生成した低酸素濃度空気を供給先であるコンテナ１内に供給してコンテナ１内の酸素濃度を低下させ、コンテナ１に収容された貯蔵物Ａ、例えば箱詰めされた植物の呼吸量を低下させることによって植物の鮮度を保持する。また、供給装置１０は、低酸素濃度空気の生成過程で発生する酸素濃度の高い空気を外部へ排気する。

図２は、低酸素濃度空気の供給装置１０を示す概略構成図である。
本実施形態の供給装置１０は、吸着部２１，２２と、負圧発生器１２と、減圧機構１３と、吸着機構１４と、供給排出機構１５とを備えている。なお、図２には、供給装置１０における空気の流れの方向を矢印で示している。

吸着部２１，２２は、内部に吸着剤が充填され、起立した姿勢で設置されたた円筒状の部材である。したがって、以下においては、吸着部のことを「吸着筒」ともいう。本実施形態の供給装置１０は、第１の吸着筒２１と第２の吸着筒２２とを備えている。第１及び第２の吸着筒２１，２２は、それぞれ外部から空気を流入させるための流入口２１ａ，２２ａと、第１及び第２の吸着筒２１，２２の内部から空気を流出させるための第１流出口２１ｂ，２２ｂ及び第２流出口２１ｃ，２２ｃとを備えている。

第１及び第２の吸着筒２１，２２の内部に充填された吸着剤は、例えば、窒素分子の分子径（３．０オングストローム）よりも小さく、酸素分子の分子径（２．８オングストローム）よりも大きな孔径の細孔を有する多孔材のゼオライトで構成されている。このゼオライトを用いることによって、第１及び第２の吸着筒２１，２２は、酸素よりも窒素を選択的に吸着させることができる。

図１４は、吸着筒２１，２２の特性を示すグラフである。図１４から明らかなように、吸着筒２１，２２は酸素よりも窒素を多く吸着する特性を有している。また、吸着筒２１，２２は、圧力が高まることによって窒素の吸着量が増加し、圧力が低下することによって窒素の吸着量が減少する。したがって、吸着筒２１，２２内の圧力を高めることによって吸着剤に窒素を吸着させることができ、吸着筒２１，２２内の圧力を低下させることによって吸着剤から窒素を脱着（脱離）させることができる。なお、本実施形態の供給装置１０は、一例として、０～－６０（ｋＰａ）の範囲において吸着筒２１，２２内の圧力を変動させ、窒素の吸着及び脱着を行う。したがって、この場合の各吸着筒２１，２２に対する窒素の吸着量は、約１．３～２．３（Ｌ／１００ｇ）となる。

図２に示すように、負圧発生器１２は、大気圧よりも低圧の真空状態を生成する１台の真空ポンプにより構成されている。真空ポンプ１２は、吸引口１２ａと吐出口１２ｂとを備え、モータの駆動によって吸引口１２ａから空気を吸引し、空気の圧力を高めて吐出口１２ｂから吐出する。

減圧機構１３は、第１及び第２の吸着筒２１，２２の流出口２１ｂ，２２ｂと真空ポンプ１２の吸引口１２ａとの間に設けられている。そして、減圧機構１３は、真空ポンプ１２によって第１及び第２の吸着筒２１，２２を交互に切り換えて大気圧以下の領域で減圧させるものである。

より具体的に、減圧機構１３は、吸込経路２４ａ，２４ｂと、第２切換部３２とを有している。吸込経路２４ａ，２４ｂは、空気を流す配管からなり、第１の吸着筒２１の第１流出口２１ｂと真空ポンプ１２の吸引口１２ａとを接続する第１吸込経路２４ａと、第２の吸着筒２２の第１流出口２２ｂと真空ポンプ１２の吸引口１２ａとを接続する第２吸込経路２４ｂとを有する。第１吸込経路２４ａと第２吸込経路２４ｂとは、空気流方向の下流側で合流された状態で真空ポンプ１２に接続されている。

第２切換部３２は、第１吸込経路２４ａに設けられた第２開閉弁ｅ２と、第２吸込経路２４ｂに設けられた第４開閉弁ｅ４とを有している。第２開閉弁ｅ２と第４開閉弁ｅ４とは交互に開くことによって第１の吸着筒２１と第２の吸着筒２２とを交互に真空ポンプ１２に接続する。真空ポンプ１２に接続された第１及び第２の吸着筒２１，２２は、内部の空気が吸引されることによって減圧され、負圧となる。

吸着機構１４は、前述の減圧機構１３によって減圧を終えた第１及び第２の吸着筒２１，２２を大気圧に開放して増圧しかつ真空ポンプ１２により第１又は第２の吸着筒２１，２２に外気を流通させて窒素を吸着させるものである。

吸着機構１４は、具体的に、大気開放部２６と、吸着操作部２７とを有する。
大気開放部２６は、供給装置１０の外部と第１及び第２の吸着筒２１，２２の流入口２１ａ，２２ａとの間に設けられ、第１及び第２の吸着筒２１，２２をそれぞれ大気圧に開放するものである。

大気開放部２６は、流入経路２８ａ，２８ｂと、第３切換部３３とを有している。流入経路２８ａ，２８ｂは、空気を流す配管からなり、一端が第１の吸着筒２１の流入口２１ａに接続された第１流入経路２８ａと、一端が第２の吸着筒２２の流入口２２ａに接続された第２流入経路２８ｂとを有する。第１流入経路２８ａの他端と第２流入経路２８ｂの他端とは互いに合流され、供給装置１０の外部（外気）に接続されている。ただし、第１流入経路２８ａの他端と第２流入経路２８ｂの他端とは互いに合流されていなくてもよく、それぞれが外部に接続されていてもよい。

第３切換部３３は、第１流入経路２８ａに設けられた第１開閉弁ｅ１と、第２流入経路２８ｂに設けられた第３開閉弁ｅ３とを有している。第１開閉弁ｅ１と第３開閉弁ｅ３とは、交互に開くことによって第１の吸着筒２１と第２の吸着筒２２とを交互に外気に接続する。そして、大気開放部２６は、第１及び第２の吸着筒２１，２２をそれぞれ外気に接続することによって内部を大気圧に開放する。

吸着操作部２７は、第１及び第２の吸着筒２１，２２の流出口２１ｃ，２２ｃと真空ポンプ１２の吸引口１２ａとの間に設けられ、第１及び第２の吸着筒２１，２２に空気を流通させることによって吸着剤に窒素を吸着させるものである。吸着操作部２７は、吸込経路２９ａ，２９ｂと、第５開閉弁ｅ５と、逆止弁３０ａ，３０ｂとを有している。

吸込経路２９ａ，２９ｂは、空気を流す配管からなり、第１の吸着筒２１の第２流出口２１ｃと負圧発生器１２の吸引口１２ａとを接続する第３吸込経路２９ａと、第２の吸着筒２２の第２流出口２２ｃと真空ポンプ１２の吸引口１２ａとを接続する第４吸込経路２９ｂとを有する。第３吸込経路２９ａと第４吸込経路２９ｂとは、空気流方向の下流側において合流した状態で真空ポンプ１２に接続されている。

逆止弁３０ａ，３０ｂは、第３吸込経路２９ａと第４吸込経路２９ｂとにそれぞれ設けられている。逆止弁３０ａ，３０ｂは、第３及び第４吸込経路２９ａ，２９ｂから第２流出口２１ｃ，２２ｃへの空気の逆流を阻止する。
第５開閉弁ｅ５は、第３吸込経路２９ａと第４吸込経路２９ｂとの合流後の配管部分に設けられている。第５開閉弁ｅ５を開くことによって、第１及び第２の吸着筒２１，２２の双方が真空ポンプ１２に接続され、内部の空気が真空ポンプ１２によって吸引される。

供給排出機構１５は、第１及び第２の吸着筒２１，２２から吸引された空気を所定の経路に吹き出すものである。
供給排出機構１５は、真空ポンプ１２の吐出口１２ｂと供給装置１０の外部との間に設けられている。供給排出機構１５は、吹出経路３５ａ，３５ｂと、第１切換部３１とを有している。吹出経路３５ａ，３５ｂは、真空ポンプ１２の吐出口１２ｂとコンテナ１内の収納室とを接続する供給経路３５ａと、真空ポンプ１２の吐出口１２ｂと供給装置１０の外部とを接続する排出経路３５ｂとからなる。供給経路３５ａと排出経路３５ｂとは、空気流方向の上流側で合流された状態で吐出口１２ｂに接続されている。供給経路３５ａには、所定の酸素濃度まで低下した低酸素濃度空気をコンテナ１に流す経路である。これに対して、排出経路３５ｂは、所定の酸素濃度よりも高い酸素濃度の空気を外部に排出する経路である。

第１切換部３１は、供給経路３５ａに設けられた第７開閉弁ｅ７と、排出経路３５ｂに設けられた第６開閉弁ｅ６とを有している。第７開閉弁ｅ７と第６開閉弁ｅ６とは、交互に開くことによって真空ポンプ１２をコンテナ１内又は外部に接続し、真空ポンプ１２によって吸引された第１及び第２の吸着筒２１，２２内の空気は、コンテナ１内と外部とのいずれかに選択的に吹き出される。

なお、前述の真空ポンプ１２及び各機構１３，１４，１５（第１～第７開閉弁ｅ１～ｅ７）の動作は、図示しない制御装置によって制御される。具体的に、真空ポンプ１２は、供給装置１０の運転中に常時作動するように制御される。第１～第７開閉弁ｅ１～ｅ７は、第１及び第２の吸着筒２１，２２に対する窒素の吸着と脱着とを繰り返し行いかつ低酸素濃度空気をコンテナ１へ供給するように所定のタイミングで開閉制御される。

図３は、供給装置１０の動作手順を示すフローチャートである。供給装置１０は、図３に示すステップ１～ステップ８を１サイクルとし、このサイクルを繰り返し行うことによって第１及び第２の吸着筒２１，２２内の吸着剤に対する窒素の吸着及び脱着を行い、所定の酸素濃度の低酸素濃度空気をコンテナ１内に供給する。

図４は、供給装置１０の各開閉弁ｅ１～ｅ７の開閉タイミングを示す図である。第１～第７開閉弁ｅ１～ｅ７は、ステップ１～ステップ８の間、図４において太線を付したステップで開き、その他のステップで閉じる。ステップ１～ステップ８は、時間の経過によって進行する。図５～図１２は、供給装置１０における空気の流れを示す説明図である。また、図１３は、供給装置１０の吸着筒２１，２２における圧力の変動を示すグラフである。

以下、図３～図１３を参照して、供給装置１０の動作について詳細に説明する。
（ステップ１）
図３に示すように、まず、第１の吸着筒２１は、ステップ１の前工程（前サイクルのステップ８）で、大気圧以下に減圧されて窒素が脱着された状態にあり、第２の吸着筒２２は、ステップ１の前工程（前サイクルのステップ８）で、大気圧以下の範囲で増圧されて窒素が吸着された状態にある。

供給装置１０は、ステップ１として、第１の吸着筒２１について吸着工程（増圧）を行う。
具体的には、図４及び図５に示すように、供給装置１０は、第１開閉弁ｅ１、第５開閉弁ｅ５、及び第６開閉弁ｅ６を開き、その他の開閉弁を閉じる。第１の吸着筒２１は、外部に接続されることによって大気圧に開放される。これにより、第１の吸着筒２１内に外気が流入し、第１の吸着筒２１内の圧力が大気圧まで高まるとともに、流入した空気に含まれる窒素が吸着剤に吸着される。

また、真空ポンプ１２の作動によって、第１の吸着筒２１内に流入し、吸着剤に窒素が吸着された後の空気が第５開閉弁ｅ５及び第６開閉弁ｅ６を介して外部に排出される。
図１３に示すように、ステップ１の開始直後、第２の吸着筒２２はステップ１の前工程（前サイクルのステップ８）で大気圧以下の範囲で増圧され、第１の吸着筒２１はステップ１の前工程で減圧されているが、第１開閉弁ｅ１を開くことで第１の吸着筒２１はごく短時間で増圧され、第２の吸着筒２２よりも圧力が高くなる。また、第１及び第５開閉弁ｅ１，ｅ５を開くことで、第１の吸着筒２１を流れる空気の抵抗が小さくなる。そのため、このステップ１では、専ら第２の吸着筒２２よりも第１の吸着筒２１から空気が吸引される。したがって、ステップ１において、第２の吸着筒２２は、実質的に前工程（前サイクルのステップ８）から引き続いて待機工程を行う。

（ステップ２）
図３に示すように、供給装置１０は、ステップ２として、第１の吸着筒２１について予備減圧工程を行い、第２の吸着筒２２について減圧工程（排出）を行う。
具体的には、図４及び図６に示すように、供給装置１０は、第４開閉弁ｅ４、第５開閉弁ｅ５、及び第６開閉弁ｅ６を開き、その他の弁を閉じる。

第１の吸着筒２１は、第１開閉弁ｅ１を開じることによって外部と遮断され、第５開閉弁ｅ５を開くことによって引き続き真空ポンプ１２と接続される。そのため、第１の吸着筒２１は、内部の空気が吸引され、やや減圧される（図１３参照）。この第１の吸着筒２１の減圧は、後で説明するステップ６～ステップ８における実質的な減圧工程の前に予め行われる予備的な減圧であり、ステップ６～ステップ８において低酸素濃度空気をより早期に生成するために行われる。

第２の吸着筒２２は、第４開閉弁ｅ４を開くことによって真空ポンプ１２に吸引される。また、第５開閉弁ｅ５を開くことによって第２流出口２２ｃからも真空ポンプ１２に吸引される。これにより、第２の吸着筒２２も減圧される（図１３参照）。

また、第６開閉弁ｅ６を開くことによって、第１及び第２の吸着筒２１，２２内の空気が外部に排出される。このとき、第２の吸着筒２２の第１流出口２２ｂから流出する空気は、徐々に酸素濃度が低くなっているが、第１の吸着筒２１から流出する空気と、第２の吸着筒２２の第２流出口２２ｃから流出する空気とは、吸着剤によって窒素が吸着されて酸素濃度が高くなっているため、全体として、コンテナ１に供給すべき酸素濃度にまで低下していない。そのため、第１及び第２の吸着筒２１，２２から吸引された空気は、第６開閉弁ｅ６を介して外部に排出される。

（ステップ３）
図３に示すように、供給装置１０は、ステップ３として、第１の吸着筒２１について待機工程を行い、第２の吸着筒２２について引き続き減圧工程（排出）を行う。
具体的には、図４及び図７に示すように、供給装置１０は、第４開閉弁ｅ４及び第６開閉弁ｅ６を開き、他の開閉弁を閉じる。

第１の吸着筒２１は、第１及び第５開閉弁ｅ５を閉じることによって空気の流通が停止し、待機状態となる。
第２の吸着筒２２は、第４開閉弁ｅ４を開くことによって真空ポンプ１２に吸引される。ステップ３では、ステップ２で開放していた第５開閉弁ｅ５が閉じられるので、第２の吸着筒２２内の圧力はより低下する（図１３参照）。このステップ３では、第２の吸着筒２２から吸引される空気は、いまだコンテナ１に供給すべき酸素濃度よりも高い状態にあるため、第６開閉弁ｅ６を介して外部に排出される。

（ステップ４）
図３に示すように、供給装置１０は、ステップ４として、第１の吸着筒２１について引き続き待機工程を行い、第２の吸着筒２２について減圧工程（供給）を行う。
具体的には、図４及び図８に示すように、供給装置１０は、第４開閉弁ｅ４及び第７開閉弁ｅ７を開き、他の開閉弁を閉じる。

第１の吸着筒２１は、第１及び第５開閉弁ｅ５を閉じることによって空気の流通が停止し、待機状態が継続される。
第２の吸着筒２２は、第４開閉弁ｅ４を開くことによって真空ポンプ１２に吸引され、さらに第７開閉弁ｅ７を開くことによって吸引された空気がコンテナ１に供給される。第２の吸着筒２２は、ステップ２～ステップ３にかけて減圧され続けており、内部の圧力がより低下した状態にある。そのため、図１４に示すように、吸着剤に吸着された窒素がより脱着され易くなり、窒素濃度の高い空気、言い換えると、酸素濃度の低い空気が第２の吸着筒２２から流出する。

すなわち、ステップ２～ステップ３が経過する時間だけ第２の吸着筒２２が減圧されることによって、第２の吸着筒２２から吸引される空気の酸素濃度が所定以下（例えば、１０％以下）になる。これにより、所定の酸素濃度以下の低酸素濃度空気が生成され、第７開閉弁ｅ７を介してコンテナ１内に供給される。

次のステップ５からステップ８までの工程は、ステップ１～ステップ４において第１の吸着筒２１について行われた工程が第２の吸着筒２２について行われ、逆に、第２の吸着筒２２について行われた工程が第１の吸着筒２１について行われる。

（ステップ５）
図３に示すように、供給装置１０は、ステップ５として、第１の吸着筒２１について引き続き待機工程を行い、第２の吸着筒２２について吸着工程（増圧）を行う。
具体的には、図４及び図９に示すように、供給装置１０は、第３開閉弁ｅ３、第５開閉弁ｅ５、及び第６開閉弁ｅ６を開き、その他の弁を閉じる。第２の吸着筒２２は、ステップ４において減圧された状態になるので、第３開閉弁ｅ３を開いて外部に接続されることによって大気圧に開放される。これにより第２の吸着筒２２内に外気が流入し、第２の吸着筒２２内の圧力が大気圧まで増加するとともに（図１３参照）、流入した空気の窒素が吸着剤に吸着される。

また、真空ポンプ１２の作動によって、第２の吸着筒２２内に流入し、吸着剤に窒素が吸着された後の空気が第５開閉弁５及び第６開閉弁ｅ６を介して外部に排出される。
図１３に示すように、ステップ５の開始直後、第１の吸着筒２１はステップ４の工程で大気圧以下の範囲で増圧され、第２の吸着筒２２はステップ４の工程で減圧されているが、第３開閉弁ｅ３を開くことで第２の吸着筒２２はごく短時間で増圧され、第１の吸着筒２１よりも圧力が高くなる。また、第３及び第５開閉弁ｅ３，ｅ５を開くことで、第２の吸着筒２２を流れる空気の抵抗が小さくなる。そのため、このステップ５では、専ら第１の吸着筒２１よりも第２の吸着筒２２から空気が吸引される。したがって、ステップ５において、第１の吸着筒２１は、実質的にステップ４の工程から引き続いて待機工程を行う。

（ステップ６）
図３に示すように、供給装置１０は、ステップ６として、第１の吸着筒２１について減圧工程（排出）を行い、第２の吸着筒２２について予備減圧工程を行う。
具体的には、図４及び図１０に示すように、供給装置１０は、第２開閉弁ｅ２、第５開閉弁ｅ５、及び第６開閉弁ｅ６を開き、その他の弁を閉じる。

第２の吸着筒２２は、第３開閉弁ｅ３を開じることによって外部と遮断され、第５開閉弁ｅ５を開くことによって引き続き真空ポンプ１２と接続される。そのため、第２の吸着筒２２は、内部の空気が吸引され、やや減圧される（図１３参照）。この第２の吸着筒２２の減圧は、先に説明したステップ２～ステップ４における実質的な減圧工程の前に予め行われる予備的な減圧であり、ステップ２～ステップ４において低酸素濃度空気をより早期に生成するために行われる。

第１の吸着筒２１は、第２開閉弁ｅ２を開くことによって真空ポンプ１２に吸引される。また、第５開閉弁ｅ５を開くことによって第２流出口２１ｃからも真空ポンプ１２に吸引される。これにより、第１の吸着筒２１も減圧される（図１３参照）。

また、第６開閉弁ｅ６を開くことによって、第１及び第２の吸着筒２１，２２内の空気が外部に排出される。このとき、第１の吸着筒２１の第１流出口２１ｂから流出する空気は、徐々に酸素濃度が低くなっているが、第２の吸着筒２２から流出する空気と、第１吸着筒２１の第２流出口２１ｃから流出する空気とは、吸着剤によって窒素が吸着され、酸素濃度が高くなっているため、全体として、コンテナ１に供給すべき所定の酸素濃度にまで低下していない。そのため、第１及び第２の吸着筒２１，２２から吸引された空気は、第６開閉弁ｅ６を介して外部に排出される。

（ステップ７）
図３に示すように、供給装置１０は、ステップ７として、第１の吸着筒２１について引き続き減圧工程（排出）を行い、第２の吸着筒２２について待機工程を行う。
具体的には、図４及び図１１に示すように、供給装置１０は、第２開閉弁ｅ２及び第６開閉弁ｅ６を開き、他の開閉弁を閉じる。

第１の吸着筒２１は、第２開閉弁ｅ２を開くことによって真空ポンプ１２に吸引される。ステップ６で開放していた第５開閉弁ｅ５が閉じられるので、第１の吸着筒２１内の圧力はより低下する（図１３参照）。ステップ７では、第１の吸着筒２１から吸引される空気は、いまだコンテナ１に供給すべき酸素濃度よりも高い状態にあるため、第６開閉弁ｅ６を介して外部に排出される。
第２の吸着筒２２は、第３及び第５開閉弁ｅ３，ｅ５を閉じることによって空気の流通が停止し、待機状態となる。

（ステップ８）
図３に示すように、供給装置１０は、ステップ８として、第１の吸着筒２１について減圧工程（供給）を行い、第２の吸着筒２２について引き続き待機工程を行う。
具体的には、図４及び図１２に示すように、供給装置１０は、第２開閉弁ｅ２及び第７開閉弁ｅ７を開き、他の開閉弁を閉じる。

第１の吸着筒２１は、第２開閉弁ｅ２を開くことによって真空ポンプ１２に吸引され、さらに第７開閉弁ｅ７を開くことによって吸引された空気がコンテナ１に供給される。第１の吸着筒２１は、ステップ６～ステップ７にかけて減圧され続けており、内部の圧力がより低下した状態にある。そのため、図１４に示すように、吸着剤に吸着された窒素がより脱着され易くなり、窒素濃度の高い空気、すなわち、酸素濃度の低い空気が第１の吸着筒２１から流出する。これにより、所定の酸素濃度以下の低酸素濃度空気が生成され、第７開閉弁ｅ７を介してコンテナ１内に供給される。

第２の吸着筒２２は、第３及び第５開閉弁ｅ３，ｅ５を閉じることによって空気の流通が停止し、待機状態が継続される。
その後、以上のステップ１～ステップ８を１サイクルとして、このサイクルを繰り返し行うことによって、第１及び第２の吸着筒２１，２２に対する窒素の吸着動作、脱着動作が行われ、第１及び第２の吸着筒２１，２２から吸引された低酸素濃度空気がコンテナ１に供給される。したがって、コンテナ１内の酸素濃度が低い状態に保たれ、コンテナ１内の植物の呼吸が抑制されることによって長期にわたり新鮮な状態が保持される。

以上に説明したステップ１～ステップ８によって、第１の吸着筒２１と第２の吸着筒２２の内部の圧力は図１３に示すように変動する。具体的に、各吸着筒２１，２２内の圧力は、大気圧以下の範囲で変動し、ステップ２～ステップ４では、第２の吸着筒２２が真空ポンプ１２によって減圧され、ステップ６～ステップ８においては、第１の吸着筒２１が真空ポンプ１２によって減圧されている。すなわち、第１及び第２の吸着筒２１，２２は、減圧機構１３によって交互に減圧される。そして、第１及び第２の吸着筒２１，２２は、それぞれ減圧が終了した後に大気圧に開放されることによって増圧され、内部に空気が流通されて窒素が吸着されるようになっている（ステップ１及びステップ５）。

［第２の実施形態］
図１５は、第２実施形態に係る低酸素濃度空気の供給装置１０を示す概略構成図である。
本実施形態は、供給排出機構１５における第１切換部３１が、切換弁ｅ１０により構成されている。また、減圧機構１３における第２切換部３２が、切換弁ｅ９により構成されている。さらに、吸着機構１４における第３切換部３３が、切換弁ｅ８により構成されている。各切換弁ｅ８～ｅ１０は、２つの経路のいずれかに切り換えて空気を流す機能を有する。また、切換弁ｅ８，ｅ９は、２つの経路の双方の空気の流れを遮断する機能をも有する。そして、図３に示す開閉弁ｅ１～ｅ７の開閉タイミングと同様のタイミングで、各切換弁ｅ１０，ｅ９，ｅ８によって空気を流す経路を切り換えることによって、第１の実施形態と同様の動作を行うことができる。

［第３の実施形態］
図１６は、第３実施形態に係る低酸素濃度空気の供給装置１０を示す概略構成図である。
本実施形態は、供給排出機構１５が、真空ポンプ１２の吐出口１２ｂにおける酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３７を備えている。そして、第１切換部３１における第６開閉弁ｅ６と第７開閉弁ｅ７との開閉が酸素濃度センサ３７の検出信号に基づいて切り換えられる。具体的には、酸素濃度センサ３７によって検出された酸素濃度が、コンテナ１に供給すべき所定の酸素濃度よりも高い場合は、第６開閉弁ｅ６を開き、第７開閉弁ｅ７を閉じることによって、空気を外部へ排出する。逆に、酸素濃度センサ３７によって検出された酸素濃度が、コンテナ１に供給すべき所定の酸素濃度以下である場合は、第６開閉弁ｅ６を閉じ、第７開閉弁ｅ７を開くことによってコンテナ１へ低酸素濃度空気を供給する。すなわち、図３及び図４のステップ３からステップ４への移行、及び、ステップ７からステップ８への移行が、酸素濃度センサ３７の検出信号に基づいて行われる。

［本開示の作用効果］
以上の各実施形態で示される低酸素濃度空気の供給装置１０は、酸素よりも窒素を選択的に吸着する２つの吸着筒２１，２２と、吸着筒２１，２２から空気を吸引する真空ポンプ１２と、真空ポンプ１２によって２つの吸着筒２１，２２を順次（交互に）切り換えて大気圧以下の領域で減圧させる減圧機構１３と、低酸素濃度空気の供給経路３５ａと排出経路３５ｂとを有し、かつ、吸着筒２１，２２を減圧させている間に当該吸着筒２１，２２から吸引された空気を供給経路３５ａ又は排出経路３５ｂに流す供給排出機構１５と、減圧を終えた吸着筒２１，２２を大気圧に開放して増圧しかつ真空ポンプ１２により当該吸着筒２１，２２に外気を流通させて窒素を吸着させる吸着機構１４と、を備えている。

以上の供給装置１０は、空気の流れを生成する装置として真空ポンプ１２が用いられ、圧縮空気を生成するためのブロア等の空気圧縮機は用いられていない。そして、供給装置１０は、真空ポンプ１２によって大気圧以下の領域で各吸着筒２１，２２を減圧し、各吸着筒２１，２２に吸着された窒素を脱着して低酸素濃度空気を供給経路３５ａに排出する。その一方で、減圧を終えた吸着筒２１，２２は大気圧に開放することで増圧し、真空ポンプ１２により外気を流通させることで再び窒素を吸着させている。したがって、空気圧縮機を用いることなく、真空ポンプ１２を用いてコンテナ１内に低酸素濃度空気を供給することができる。そのため、部品点数を少なくし、供給装置１０の構造を簡素化し、製造コストを低減することができる。また、空気圧縮機を用いた場合、圧縮した空気の温度上昇によって吸着筒２１，２２に対する窒素の吸着効率が悪化する可能性があるが、本実施形態では、空気圧縮機を用いていないので、吸着効率の悪化を抑制することができる。また、駆動に大きな電力を必要とする空気圧縮機を備えていないので、小さいエネルギーで効率よく低酸素濃度空気を供給することができる。

上記各実施形態の供給排出機構１５は、各吸着筒２１，２２から吸引された空気の酸素濃度に応じて、当該空気を流す経路を供給経路３５ａと排出経路３５ｂとのいずれかに切り換える第１切換部３１（第６開閉弁ｅ６及び第７開閉弁ｅ７（図２参照）、又は、切換弁ｅ１０（図１５参照））を備えている。そのため、各吸着筒２１，２２から吸引された空気のうち、所定の酸素濃度の空気（低酸素濃度空気）をコンテナ１に供給し、それ以外の空気を外部に排出することができる。

第１及び第２の実施形態の供給装置１０は、第１切換部３１による排出経路３５ｂと供給経路３５ａとの空気の流れの切換が、ステップ２～ステップ３、及び、ステップ６～ステップ７の経過に応じて行われる。言い換えると、供給装置１０は、各吸着筒２１，２２から空気を吸引して減圧する工程が所定の時間経過したことをもって、各吸着筒２１，２２から吸引される空気の酸素濃度が所定以下になっていると判断し、排出経路３５ｂから供給経路３５ａへ空気の流れの経路を切り換えている。このような構成により、酸素濃度センサ等を用いることなく、低酸素濃度空気をコンテナ１に供給することができる。

一方、第３の実施形態の供給装置１０は、供給排出機構１５が酸素濃度センサ３７（図１６参照）を備え、この酸素濃度センサ３７の検出信号に基づいて、空気を流す経路を供給経路３５ａと排出経路３５ｂとのいずれかに切り換えている。そのため、第１及び第２の実施形態よりも正確に所定の酸素濃度の低酸素濃度空気をコンテナ１へ供給することができる。

上記各実施形態において、減圧機構１３は、２つの吸着筒２１，２２を切り換えて真空ポンプ１２に接続する第２切換部３２を含んでいる。そのため、各吸着筒２１，２２を順次（交互に）真空ポンプ１２に接続して空気を吸引し、減圧させることができ、各吸着筒２１，２２の吸着剤に吸着された窒素を脱着させて低酸素濃度空気を生成することができる。

上記各実施形態において、吸着機構１４は、２つの吸着筒２１，２２を切り換えて外部（大気）に接続する第３切換部３３を含んでいる。そのため、各吸着筒２１，２２を順次（交互に）大気圧に開放し、増圧することができる。すなわち、上記各実施形態の供給装置１０は、従来技術のようにブロア等の空気圧縮機を備えていないが、各吸着筒２１，２２を負圧の状態から大気圧に開放することによって容易に増圧することができる。

上記各実施形態において、吸着機構１４は、減圧機構１３とは異なる経路で、各吸着筒２１，２２を真空ポンプ１２に接続する吸着操作部２７をさらに備えている。そのため、各吸着筒２１，２２を減圧するために用いる負圧発生器１２を用いて、一方の吸着筒を減圧している間に、別の経路で他方の吸着筒に外気を流通させて窒素を吸着させることができる。

以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
例えば、各ステップ１～８の実施時間、すなわち上記各実施形態の第１～第３切換部３１～３３における各開閉弁ｅ１～ｅ７の開閉タイミング、又は、各切換弁ｅ８～ｅ１０の切り換えタイミングは、供給装置１０の設置環境や低酸素濃度の供給条件等に応じて適宜変更することが可能である。

上記各実施形態において、吸着機構１４の吸着操作部２７における開閉弁ｅ５は、第３吸込経路２９ａと第４吸込経路２９ｂとのそれぞれに設けられていてもよい。この場合、吸着工程（図３のステップ１、ステップ５）の際に双方の開閉弁ｅ５を同時に開いてもよいし、吸着工程を行う一方の吸着部２１，２２に対応する吸込経路２９ａ，２９ｂの開閉弁ｅ５のみを開いてもよい。後者の場合、各吸込経路２９ａ，２９ｂにおける逆止弁３０ａ，３０ｂを省略することができる。ただし、上記各実施形態のように第３及び第４吸込経路２９ａ，２９ｂに対して開閉弁ｅ５を一つだけ設けることによって、開閉弁の数を少なくし、コストダウンを図ることができる。

上記各実施形態において、吸着機構１４の吸着操作部２７における第３，第４吸込経路２９ａ，２９ｂ及び開閉弁ｅ５を省略することができ、吸着工程（図３のステップ１、ステップ５）を、第２切換部３２における開閉弁ｅ２，ｅ４を開くことによって第１，第２吸込経路２４ａ，２４ｂを用いて行うこともできる。つまり、吸着機構１４の一部として減圧機構１３を利用することができる。

本開示の供給装置１０は、減圧工程等を順次切り換えて行う２つの吸着部を含んでいればよい。つまり、供給装置１０は、３つ以上の吸着部を備えていてもよく、そのうちの少なくも２つが上記各実施形態の第１及び第２の吸着部２１，２２として機能すればよい。
例えば、供給装置１０は、第１及び第２の吸着筒２１，２２を２組以上備えることができる。この場合、各組の第１の吸着筒２１同士、又は、各組の第２の吸着筒２２同士が同じ工程を行うように減圧機構１３，吸着機構１４、及び供給排出機構１５を構成することができる。

また、例えば、供給装置１０は、減圧工程等を順次切り換えて行う３つ以上の吸着部を備えていてもよい。例えば、供給装置１０が３つの吸着部を備える場合、１サイクルのうちの１／３サイクル毎に各吸着部が順次減圧工程を行い、それぞれの吸着部が減圧後の２／３サイクルで吸着工程、予備減圧工程、及び待機工程を行うように、減圧機構１３、吸着機構１４、及び供給排出機構１５を構成することができる。吸着部が４つ以上ある場合も同様に構成することができる。

上記各実施形態において、予備減圧工程を省略することができる。また、減圧工程は、第２の吸着筒２２に対してステップ１～ステップ４の間に行うことができ、第１の吸着筒２１に対してステップ５～ステップ８の間に行うことができる。
上記各実施形態の供給装置１０は、互いに一部の構成を組み合わせたり、一部の構成を代替したりすることができる。

１０ ：供給装置
１２ ：真空ポンプ（負圧発生器）
１３ ：減圧機構
１４ ：吸着機構
１５ ：供給排出機構
２１ ：第１の吸着筒（吸着部）
２２ ：第２の吸着筒（吸着部）
２７ ：吸着操作部
３１ ：第１切換部
３２ ：第２切換部
３３ ：第３切換部
３５ａ ：供給経路
３５ｂ ：排出経路
３７ ：酸素濃度センサ

Claims (7)

1. 酸素よりも窒素を選択的に吸着する２つの吸着部（２１，２２）と、
   前記吸着部（２１，２２）から空気を吸引する１つの負圧発生器（１２）と、
   前記負圧発生器（１２）によって２つの前記吸着部（２１，２２）を順次切り換えて大気圧以下の領域で減圧させる減圧機構（１３）と、
   低酸素濃度空気の供給経路（３５ａ）と排出経路（３５ｂ）とを有し、かつ、前記吸着部（２１，２２）を減圧させている間に当該吸着部（２１，２２）から吸引された空気を前記供給経路（３５ａ）又は前記排出経路（３５ｂ）に流す供給排出機構（１５）と、
   減圧を終えた前記吸着部（２１，２２）を大気圧に開放して増圧しかつ前記負圧発生器（１２）により当該吸着部（２１，２２）に外気を流通させて窒素を吸着させる吸着機構（１４）と、を備え、
   前記減圧機構（１３）が、前記吸着部（２１，２２）を前記負圧発生器（１２）の吸込口（１２ａ）に接続する吸込経路（２４ａ，２４ｂ）を有し、
   前記吸着機構（１４）が、前記減圧機構（１３）の前記吸込経路（２４ａ，２４ｂ）とは別の経路で、前記吸着部（２１，２２）を前記吸込口（１２ａ）に接続する吸込経路（２９ａ，２９ｂ）を有している、低酸素濃度空気の供給装置。
2. 前記供給排出機構（１５）が、前記吸着部（２１，２２）から吸引された空気の酸素濃度に応じて、当該空気を流す経路を前記供給経路（３５ａ）と前記排出経路（３５ｂ）とのいずれかに切り換える第１切換部（３１）を備えている、請求項１に記載の低酸素濃度空気の供給装置。
3. 前記減圧機構（１３）が、２つの前記吸着部（２１，２２）を切り換えて前記負圧発生器（１２）に接続する第２切換部（３２）を含む、請求項１又は２に記載の低酸素濃度空気の供給装置。
4. 前記吸着機構（１４）が、２つの前記吸着部（２１，２２）を切り換えて大気に接続する第３切換部（３３）を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の低酸素濃度空気の供給装置。
5. 前記吸着機構（１４）が、前記吸込経路（２９ａ，２９ｂ）と、当該吸込経路（２９ａ，９ｂ）を開閉する開閉弁（ｅ５）とを有する吸着操作部（２７）を備えている、請求項１～４のいずれか１項に記載の低酸素濃度空気の供給装置。
6. 前記第１切換部（３１）が、前記吸着部（２１，２２）からの空気の吸引時間に基づいて、当該空気を流す経路を前記供給経路（３５ａ）と前記排出経路（３５ｂ）とのいずれかに切り換える、請求項２に記載の低酸素濃度空気の供給装置。
7. 前記供給排出機構（１５）が、前記吸着部（２１，２２）から吸引された空気の酸素濃度を検出するセンサ（３７）を備え、前記第１切換部（３１）が、当該センサ（３７）の検出信号に基づいて、当該空気を流す経路を前記供給経路（３５ａ）と前記排出経路（３５ｂ）とのいずれかに切り換える、請求項２に記載の低酸素濃度空気の供給装置。
   

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