JPH10215764A - 低温ｃａ用吸着分離システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 青果物の貯蔵及び輸送時の鮮度維持のための
ＣＡシステムにおいて、庫内雰囲気の酸素、窒素、炭酸
ガス、エチレンガス濃度を一定濃度に管理できる、低温
ＣＡ用吸着分離システムを提供する。 【構成】 ＣＡ冷蔵庫１０と、該冷蔵庫１０の冷蔵装置
１１と、空気圧源部１２と、庫内空気供給部１３と、冷
却部１４と、ＰＳＡ吸脱着部１５ないしＶＳＡ吸脱着部
１６と、ガス導出部１７と、吸引排出部２３とより構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、青果物の貯蔵及び
輸送時の鮮度維持のため、庫内雰囲気の窒素、酸素、炭
酸ガス、エチレンガス濃度を一定の濃度に管理するため
の、庫内空気の吸着分離システムに関し、特にＭＳＣ
（モレキュラーシーブス・カーボン）吸着剤を使用し、
庫内空気を窒素ガスに置換し、置換後の庫内炭酸ガス及
びエチレンガス濃度の管理をして最適組成の雰囲気ガス
を維持する構成とした、低温ＣＡ用吸着分離システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】変質しやすい食品は、単に室温で保管す
るよりは冷蔵によって貯蔵期間を長くすることができる
ことは周知の事実であるが、その貯蔵期間をさらに延長
するための有力な手段としてＣＡ冷蔵法が推奨され、特
に青果物の中でも、林檎の貯蔵には最適な方法として使
用されている。

【０００３】一般にＣＡ冷蔵では、冷蔵庫内の空気の酸
素濃度を低くし、炭酸ガス濃度を高くした雰囲気のなか
で冷蔵する。その場合冷蔵する食品、特に冷蔵対象とな
る当該青果物にはそれぞれ固有の最適ＣＡガス組成があ
って、その最適組成雰囲気のもとでの冷蔵貯蔵により貯
蔵期間の延長と付随する効果を期待している。

【０００４】ところで、上記ＣＡシステムに使用されて
いるＣＡ法には、 １、普通ＣＡ法；青果物の呼吸を活用する方法、 ２、燃焼式１；最適組成空気を予め作る方法、（ＣＡ組
成気体は、通常純プロパンを空気とともに燃焼させるこ
とにより作られる。） ３、燃焼式２；前記燃焼式１で作ったＣＡ組成空気を全
部捨てずに庫内空気の変動成分を補正して再循環させる
方法、 ４、非燃焼式；冷蔵庫内の酸素濃度下げるのに窒素発生
器を使用してＣＡ組成を最適に調整し、爾後ＣＡ調節器
で最適組成空気を維持する方法、 上記１〜４項にわたる方法があるが、現状では非燃焼式
に移行する傾向にある。なお、上記窒素発生器には膜式
分離型の常圧方式と加圧方式ＰＳＡがある。

【０００５】最近使用されている低温ＣＡシステムは、
前記酸素減少装置でもある窒素発生装置（ＰＳＡ）と、
炭酸ガス除去用吸着装置と、エチレンガス除去用吸着装
置とよりなっている。即ち、貯蔵品の入庫とともに窒素
発生器を使用して庫内の酸素濃度を引き下げを図り所定
酸素濃度に下げた後は、外気を定期的に導入してその濃
度を維持するとともに、呼吸作用により新に発生して庫
内に蓄積する炭酸ガスを炭酸ガス除去用吸着装置により
除去をして貯蔵品である果実の変質を防ぐとともに、貯
蔵品より生成されるエチレンガスをエチレンガス除去用
吸着装置により除去をして、例えば果実の場合の当該果
実の追熟、軟化、離脱、ヘタ落ち、貯蔵病害の発生を防
止するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記低温ＣＡシステム
による青果物の貯蔵においては、ＣＡ貯蔵を主として使
用する林檎の場合、品種に応じて低酸素（２〜３％）と
高炭酸ガス（１〜８％）を組み合わせた雰囲気組成のな
かで冷蔵すると、林檎の呼吸量は３０〜６０％減少す
る。また、ＣＡ貯蔵室内の相対湿度は９５％程度に高く
保持しても良いことが提唱されている。即ち、ＣＡ冷蔵
の温度と雰囲気組成の最適条件は、品種、栽培、収穫の
状況により微妙に変化するので、対応する前記炭酸ガス
除去用吸着装置やエチレンガス除去用吸着装置の持つ機
能、就中吸着剤の吸着機能には、微妙且つ正確な制御機
能が要求される。

【０００７】上記、工業用吸着剤としては、従来より活
性炭、シリカゲル、活性アルミナ、活性白土等が古くか
ら精製や分離の目的に使用され、図８に示す利用領域に
見るように、活性炭は非極性分子を選択的に吸着するの
に対し、他の吸着剤は極性分子を選択的に吸着する。例
えば、シリカゲルは極性分子の代表格である水を選択的
に吸着させる目的から、乾燥剤、脱水剤として広く使用
され、活性炭は湿度のある大気中からの溶剤回収や空気
浄化に利用されている。

【０００８】また、シリカゲルその他の吸着剤は、不飽
和結合を持つ分子を選択的に吸着し、何れの吸着剤も同
族中の分子量の大きな分子より吸着している。尤も、上
記何れの吸着剤も吸着に関与する細孔は５０〜２００ｎ
ｍ以下が主であり、それぞれの吸着剤の細孔径分布範囲
以上に大きな分子径のものは殆ど吸着されない。また、
１９５４年に出現したモレキュラーシーブスは、ＭＳＺ
−４Ａ、ＭＳＺ−５Ａ、ＭＳＺ−１０Ｘ、ＭＳＺ−１３
Ｘ等の種類があり、それぞれ約３．５ｎｍ、４．２ｎ
ｍ、９．０ｎｍ、１０．０ｎｍの有効孔径を持つ合成ゼ
オライトで、上記孔径以下の分子径のものしか吸着しな
い、分子径による選択原理を可能にしたもので、従来の
吸着剤の利用目的とは異なる分画精度の高い吸着分離が
極性分子をなし、飽和結合を持つ分子に対しては精度の
高い吸着分離が可能になっている。

【０００９】然し非極性分子や飽和結合を持つ分子に対
し、活性炭の選択吸着特性が有効に利用されているよう
な領域では、未だ上記分子篩的選択原理を持つ吸着剤は
実用化されていない状況であるが、前述の図８に示すよ
うに、最近上記事項に対応可能のＭＳＡ吸着剤のモレキ
ュラーシーブス・カーボンが開発提案されている。

【００１０】本発明者等は、上記従来のＣＡシステムに
つき種々研究を重ねた結果、前記非燃焼式のＣＡシステ
ムに準拠する方式を採用した場合、庫内雰囲気を一括窒
素置換するには短時間高能率の大量の窒素ガスの供給を
必要とするため、請求項１記載の発明は、窒素置換手段
には、吸着剤単位質量当たりの酸素ガスの吸着容量が大
きく、大なる窒素発生量を連続的に確保でき、吸着塔の
コンパクト化が図れる、低温下（０〜１３℃）、高圧力
下（７ａｔｍ以下）で作動し、且つ速度分離機能を持ち
選択的に酸素ガスを吸着可能なＭＳＣ（モレキュラーシ
ーブス・カーボン）を吸着剤に使用する、ワンスルー型
２塔切り換え式の窒素発生用ＰＳＡ装置で構成した、低
温ＣＡ用吸着分離システムの提供を目的としたものであ
る。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、雰囲気ガス
の中の炭酸ガス及びエチレンガスの吸着分離を能率よく
連続的に行うようにするため、雰囲気ガス最適組成制御
手段には、低温低圧力下で作動し、且つ分子篩機能を持
ち選択吸着可能のＭＳＣ（モレキュラーシーブス・カー
ボン）吸着剤を充填した２塔式吸着塔を切り換え使用し
て、連続選択除去を可能とした炭酸ガス及びエチレンガ
ス除去用循環型ＶＳＡ装置で構成した、低温ＣＡ用吸着
分離システムの提供を目的としたものである。特に、上
記ＭＳＣ吸着剤は、 ａ、多成分系ガスに対し、吸着速度の差による篩分けす
る吸着分離機能を持つため、複数成分（この場合は窒素
ガス中に含まれた炭酸ガス及びエチレンガス）の分離に
際して従来はそれぞれの除去用吸着剤による各別の除去
装置を必要としていたが、これに対し単一の吸着剤を使
用した単一除去装置で兼用除去できる。 ｂ、また、有機高分子の熱分解などで得られ、細孔がス
リット状に形成されているため、分画する分子径が非常
に小さく、そのため高い分画精度が要求される吸着分離
には最適である。 ｃ、上記理由により、ＭＳＣ吸着剤の使用は単純且つ効
率化された低温ＣＡ吸着分離システムの提供を可能にす
る。

【００１２】また、請求項３の発明は、請求項１記載の
発明と請求項２記載の発明の併用により、より効率的な
低温ＣＡ用吸着分離システムの提供を目的としたもので
ある。

【００１３】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の発明の目的に加え、ワンスルー型窒素発生用ＰＳＡ
装置の構成を低温高圧力下で連続作動し、且つ片道供給
可能に特定した、低温ＣＡ吸着分離システムの提供を目
的としたものである。

【００１４】また、請求項５記載の発明は、請求項３記
載の発明の目的に加え、炭酸ガス、エチレンガス除去用
循環型ＶＳＡ装置の構成を、低温低圧力下作動可能に特
定した、低温ＣＡ吸着分離システムの提供を目的とした
ものである。

【００１５】また、請求項６記載の発明は、請求項４、
請求項５記載の発明の目的に加え、除湿冷却部の構成を
冷蔵装置用ブライン・チラー水の有効利用を可能に特定
した、低温ＣＡ吸着分離システムの提供を目的としたも
のである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ＣＡ用吸着分離システムであって、該システムを形成す
る窒素置換手段を、ＭＳＣ（モレキュラーシーブス・カ
ーボン）吸着剤を充填した２塔式吸着塔を交互に切り換
え使用し、窒素の連続製造を可能とした、低温高圧力下
で作動するワンスルー型窒素発生用ＰＳＡ（Pressure S
wing Adsorption ）装置で構成した、ことを特徴とした
ものである。

【００１７】また、請求項２記載の発明は、ＣＡ用吸着
分離システムであって、該システムを形成する雰囲気ガ
ス最適組成制御手段を、ＭＳＣ（モレキュラーシーブス
・カーボン）吸着剤を充填した２塔式吸着塔を交互に切
り換え使用し、循環する雰囲気ガスより炭酸ガス及びエ
チレンガスの連続的除去を可能とした、低温低圧力下で
作動する炭酸ガス、エチレンガス除去用循環型ＶＳＡ
（Vacuume Swing Adsorption）装置で構成した、ことを
特徴としたものである。

【００１８】また、請求項３記載の発明は、ＣＡ用吸着
分離システムであって、ＣＡ冷蔵庫と、該冷蔵庫の冷蔵
装置と、庫内の空気を窒素ガスに一括置換する請求項１
記載のワンスルー型窒素発生用ＰＳＡ装置と、窒素ガス
に置換後の庫内雰囲気ガスの炭酸ガス及びエチレンガス
の濃度を制御する請求項２記載の炭酸ガス、エチレンガ
ス除去用循環型ＶＳＡ装置とを、主構成としたことを特
徴としたものである。

【００１９】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載のＰＳＡ装置は、圧縮空気を除湿冷却部を介して供給
する高圧低温空気供給部と、連続切り換え使用可能のＰ
ＳＡ用２塔式吸脱着部と、脱着用吸引排出部と、逆止め
弁付き窒素ガス導出部と、を含む構成としたことを特徴
としたものである。

【００２０】また、請求項５記載の発明は、請求項３記
載のＶＳＡ装置は、庫内空気を除湿冷却部を介して循環
供給する庫内空気供給部と、連続切り換え使用可能のＶ
ＳＡ用２塔式吸脱着部と、脱着用吸引排出部と、を含む
構成としたことを特徴としたものである。

【００２１】また、請求項６記載の発明は、請求項４、
請求項５記載の除湿冷却部は、請求項３記載の冷蔵装置
用ブライン・チラー水を併用する構成とした、ことを特
徴としたものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の形態を、
図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に
特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。図１
は、本発明の低温ＣＡ用吸着分離システムの概略の構成
を示すプロセスフローチャートで、図２は図１のフロー
チャートにおいて窒素置換手段を作動させた状況を示す
図で、図３は図１のフローチャートにおいて雰囲気ガス
最適組成制御手段を作動させた状況を示す図である。

【００２３】本発明の低温ＣＡ用吸着分離システムは、
窒素置換手段によりＣＡ冷蔵庫の庫内空気を一括置換
し、置換後雰囲気ガス最適組成制御手段により置換後の
庫内空気の炭酸ガスとエチレンガスとを除去して最適状
態にコントロールするシステムであって、上記窒素置換
手段は低温高圧力下で作動するワンスルー型窒素発生用
ＰＳＡ装置で構成し、雰囲気ガス最適組成制御手段は低
温低圧力下で作動する炭酸ガス、エチレンガス除去用循
環型ＶＳＡ装置により構成したものである。上記構成よ
りなる図１に示す本発明の低温ＣＡ用吸着分離システム
は、ＣＡ冷蔵庫１０と、該冷蔵庫１０の冷蔵装置１１
と、空気圧源部１２と、庫内空気供給部１３と、冷却部
１４と、ＰＳＡ吸脱着部１５ないしＶＳＡ吸脱着部１６
と、ガス導出部１７と、吸引排出部２３とより構成す
る。ＣＡ冷蔵庫１０には、庫内空気排気部１０ａと庫内
気圧調整部１０ｂと庫内ガス組成分析装置１０ｃ等を設
け、庫内ガス組成及び気圧を最適に維持調整できるよう
にしてある。また、冷蔵装置１１は、冷凍機１１ａによ
り得られたブライン・チラー水をＣＡ冷蔵庫１０の冷却
器１１ｂと冷却部１４のブラインクーラ１４ａとに、供
給して、それぞれ冷蔵庫１０の冷却と窒素ガス吸着分離
用高圧除湿空気及び雰囲気ガス制御用循環庫内空気の冷
却とを可能にしてある。冷蔵庫内温度を所要低温に冷却
する始動時には、冷凍機１１ａの冷凍負荷は最大となる
が、前記庫内温度を所要低温に下降させた後は、軽負荷
になる。然し上記構成により、冷却器１１ｂ用のブライ
ン・チラー水の有効利用を図ることができる。

【００２４】空気圧源部１２は、前記窒素置換手段を構
成するワンスルー型窒素発生用ＰＳＡ装置に使用する高
圧除湿空気を得るべく用意されたもので、コンプレッサ
１２ａとアフタクーラ１２ｂとドレーンセパレータ１２
ｄ等を含む構成とし、コンプレッサ１２ａから吐出され
る高圧高温空気［７ｂａｒ（Ｇ）で２００℃程度とな
る］は、アフタクーラ１２ｂ及びドレーンセパレータ１
２ｄを経由して約６０℃以下に冷却した高圧除湿空気を
得るようにしてある。なお、前記後雰囲気ガス最適組成
制御手段を構成する炭酸ガス及びエチレンガス除去用循
環型ＶＳＡ装置に使用する循環用庫内空気は、庫内空気
供給部１３に設けられたブロワー１３ａを介して、前記
ドレーンセパレータ１２ｄの前段に導入し該ドレーンセ
パレータ１２ｄにより除湿され、循環用庫内除湿空気を
得るようにしてある。

【００２５】冷却部１４には、前記したように冷凍機１
１ａよりブライン・チラー水の供給を受けて所要の冷却
を可能にしたブラインクーラ１４ａが設けられてある。
そこで、約６０℃以下に冷却された前記高圧除湿空気
は、ブラインクーラ１４ａを経由させることにより高圧
低温除湿空気に変換して、下流のワンスルー型窒素発生
用ＰＳＡ装置のＰＳＡ吸脱着部１５に投入するようにし
てある。また、前記循環用庫内除湿空気は、ブラインク
ーラ１４ａを経由させることにより低圧低温除湿空気に
変換して、下流の炭酸ガス、エチレンガス除去用循環型
ＶＳＡ装置のＶＳＡ吸脱着部１６に投入するようにして
ある。

【００２６】ＰＳＡ吸脱着部１５ないしＶＳＡ吸脱着部
１６は、２塔の吸脱着塔１８、１９と付随する切り換え
バルブ群とより構成し、窒素変換手段により庫内空気を
低酸素含有の窒素ガスに置換する際は、ＰＳＡ吸脱着部
として作動させる。また、前記窒素置換後雰囲気ガス最
適組成制御手段により庫内空気を循環させ炭酸ガス、エ
チレンガスを適当に除去して最適組成を維持する際は、
ＶＳＡ吸脱着部として作動させる。而して、２塔の吸脱
着塔１８、１９は、ＭＳＣ（モレキュラーシーブス・カ
ーボン）吸着剤が充填され、切り換えバルブ１８ａ、１
８ｂ、１８ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃの切り換え操作
により、適宜吸着ないし脱着再生用に機能するようにし
てある。

【００２７】ガス導出部１７は、製品ガス塔２０と逆止
弁２１と切り換え部２２と窒素ガスストップバルブ２１
Ｃ等を含む構成とし、製品ガス塔２０はＰＳＡ吸脱着部
１５を介して発生した窒素ガスの貯留するもので、下流
の逆止弁２１及び窒素ガスストップバルブ２１ｃを経由
して下流の各ＣＡ冷蔵庫へ適宜分岐供給できる。また、
切り換え部２２は、切り換えバルブ２１ａ、２１ｂを内
蔵し、雰囲気ガス最適組成制御手段により庫内空気を循
環調整する場合は、前記バルブ２１ａを閉とし、切り換
えバルブ２１ｂを開として、ＶＳＡ吸脱着部１６よりの
炭酸ガス及びエチレンガスを除去した最適雰囲気ガス
を、前記製品ガス塔２０へ供給せず直接ＣＡ冷蔵庫１０
へ切り換え供給するようにしたものである。

【００２８】吸引排出部２３は、真空ポンプ２３ａ、サ
イレンサ２３ｂを内蔵し、ＰＳＡ吸脱着部１５及びＶＳ
Ａ吸脱着部１６において、吸脱着塔１８、１９の何れか
を切り換え作動させて脱着再生する場合に吸着ガスを脱
着吸引作用をさせるもので、前記ＰＳＡ吸脱着部１５を
作動させたときは酸素ガスを脱着吸引し、ＶＳＡ吸脱着
部１６を作動させたときは炭酸ガスとエチレンガスを脱
着吸引排出するようにしてある。なお、排出酸素ガス
は、デイーゼルエンジンの酸素付加燃焼ガスとして有効
利用できる。

【００２９】前記ＭＳＣは最近開発された工業用吸着剤
で、選択原理に準拠区分けした利用領域を示す図７、及
び細孔構成を示す図８の模式図に見るように、ＭＳＺ−
５Ａが極性分子ないし非飽和結合を持つ分子の小径分子
を選択的に吸着するのに対し、ＭＳＣは非極性分子ない
し飽和結合を持つ分子の小径分子を選択的に吸着するよ
うにしたものである。なお、その特性に付き、極性分子
に対する選択性を図４を参照し、不飽和結合を持つ分子
に対する選択性を図５を参照し、また多成分系の混合ガ
スに対する選択性を図６を参照して下記に説明する。

【００３０】図４には、極性分子の水と非極性分子の窒
素についての選択性を比較すべく、その等温吸着線を示
してあるが、図に見るようにＭＳＺ−５Ａとは反対にＭ
ＳＣが非極性吸着剤であることを示している。図５に
は、エタンとエチレンの等温吸着線が示してあるが、エ
チレンの方が沸点が低いにも関わらず、ＭＳＺ−５Ａに
は多く吸着され選択性の大きいことを示しているがＭＳ
Ｃにはエタンの方が多く吸着され、通常の活性炭の場合
に似ている。

【００３１】図６には、窒素ガスの中に飽和炭化水素の
鎖式構造であるｎ−パラフィン系のｎ−ヘキサンとイソ
オクタンの２成分系について気相分離を活性炭、ＭＳ
Ｃ、ＭＳＺ−５Ａを使用して行った結果を示してある。
同図の（Ａ）に見るように、分子篩機能を持たない活性
炭の場合は、上記２成分ともに吸着され、一旦吸着され
たｎ−ヘキサンを押し出してイソオクタンが吸着される
ので、破過直後ｎ−ヘキサンの破過濃度は流入ガス以上
に上昇する。同図（Ｂ）、（Ｃ）に見るように、ＭＳＣ
及びＭＳＺ−５Ａでは、イソオクタンは最初から破過
し、ｎ−ヘキサンのみが吸着される。なお、ＭＳＣの破
過曲線の立ち上がりを示す傾斜がＭＳＺ−５Ａに比較し
急で、ＭＳＣの方が総括物質移動係数が大きく、ＭＳＺ
−５Ａより効率的に分離が行われることを示している。
上記のように、ＭＳＣ吸着剤が多成分系の吸着分離に対
し、 ａ、吸着速度の差による篩分けする吸着分離機能によ
り、複数成分（この場合は窒素ガス中に含まれた炭酸ガ
ス及びエチレンガス）の分離に際して従来はそれぞれの
除去用吸着剤による各別の除去装置を必要としている
が、これに対し単一の吸着剤（ＭＳＣ吸着剤）を使用し
た単一除去装置で兼用除去できる。 ｂ、また、有機高分子の熱分解などで得られ、細孔がス
リット状に形成されているため、分画する分子径が非常
に小さく、そのため高い分画精度が要求される吸着分離
を最適に可能にする。

【００３２】図２は、図１のフローチャートにおいて窒
素置換手段を作動させた状況を示し、図３は、図１のフ
ローチャートにおいて雰囲気ガス最適組成制御手段を作
動させた状況を示し、それぞれの場合に応じた各バルブ
の開閉状態を示したもので、図において白抜きは開のバ
ルブを示し、閉鎖バルブは黒塗りで示してある。なお、
ＰＳＡ吸脱着部１５及びＶＳＡ吸脱着部１６の切り換え
バルブ群１８ａ、１８ｃ、１９ａ、１９ｃの開閉は、そ
れぞれの吸脱着塔１８、１９が吸着にあるるときは開放
状態とし、脱着再生状態にあるときは閉鎖状態とする。
また、切り換えバルブ群１８ｂ、１９ｂはそれが接続す
る吸脱着塔８、１９が吸着状態にあるときは閉鎖し、脱
着再生状態にあるときは開放する。

【００３３】図２により庫内空気の窒素ガス置換の運転
操作の状況を説明する。まず、庫内空気供給部１３の庫
内空気バルブ１３ｂ及びガス導出部１７の切り換え部２
２の切り換えバルブ２１ｂを閉とし、空気圧源部１２で
圧空バルブ１２ｃを開とし、コンプレッサ１２ａの運転
により大気を約７ａｔｍ、約２００℃の高圧高温空気を
得、さらにアフタクーラ１２ｂとドレーンセパレータ１
２ｄを経由して約６０℃以下の高圧除湿空気を得る。

【００３４】ついで、上記高圧除湿空気を冷却部１４へ
送り、ブラインクーラ１４ａを介して約０〜１３℃の高
圧低温除湿空気に変換して、ＰＳＡ吸脱着部１５へ供給
する。ついで、切り換えバルブ１８ｂ、１９ａ、１９ｃ
を閉とし、開状態にある切り換えバルブ１８ａを介して
前記高圧低温除湿空気を吸脱着塔１８へ供給して、該吸
脱着塔１８で酸素ガスを吸着させて、該吸着により発生
した窒素ガスを切り換えバルブ１８ｃ、１９ｄ、２１ａ
を経由して製品ガス塔２０に供給する。ついで、切り換
えバルブ１８ａ、１９ｂ、１８ｃを閉とし、１８ｂ、１
９ａ、１９ｃを開とし、前記開状態とした切り換えバル
ブ１９ａを介して前記高圧低温除湿空気を吸脱着塔１９
へ供給して、該吸脱着塔１９で酸素ガスの吸着をさせ
て、該吸着により発生した窒素ガスを開状態とした切り
換えバルブ１９ｃを経由させ、切り換えバルブ１９ｄ、
２１ａを経由して製品ガス塔２０に供給する。一方、切
り換えバルブ１８ｂを開とし先に酸素ガスの吸着をさせ
た吸脱着塔１８を吸引排出部２３に接続して、真空ポン
プ２３ａを介して減圧脱着させ脱着した酸素ガスを大気
中に排出させる。排出し減圧状態にある吸脱着塔１８に
サイレンサ２３ｂを介して大気圧再生をして、ワンサイ
クルを終了する。このようにして、２塔切り換え方式で
ワンサイクルの窒素発生の連続操作を終了する。つい
で、２サイクル目に移行し、吸脱着塔１８における酸素
ガスの吸着による窒素ガスの発生と、吸脱着塔１９にお
ける酸素ガスの脱着排出操作に入る。なお、上記酸素ガ
ス排出過程において、該酸素ガスをデイーゼルエンジン
の酸素付加燃焼ガスとして有効利用を図ることができ
る。

【００３５】ついで、ガス導出部１７の製品ガス塔２０
に供給貯留された窒素ガスは、逆止弁２１、窒素ガスス
トッパ２１ｃを経由して供給され、ついでＣＡ冷蔵庫１
０に供給され気圧調整装置１０ｂと庫内空気排気部１０
ａとにより、適当気圧のもとに当該ＣＡ冷蔵庫１０の庫
内空気の窒素置換を終了する。

【００３６】図３において、庫内空気の窒素ガス置換後
の雰囲気ガス最適組成制御手段による運転操作の状況を
説明する。まず、ＣＡ冷蔵庫１０の庫内空気排気部１０
ａのバルブ１０ｄを閉、ガス導出部１７の切り換え部２
２の切り換えバルブ２１ａ閉、及び窒素ガスストップバ
ルブ２１ｃを閉、ガス空気圧源部１２の圧空バルブ１２
ｃを閉とする。そこで、庫内空気供給部１３の庫内空気
バルブ１３ｂを開としてブロワー１３ａを介して空気圧
源部１２のドレーンセパレータ１２ｄの前段に庫内空気
を供給し、前記ドレーンセパレータ１２ｄを介して除湿
して除湿庫内空気を得て、該空気を冷却部１４へ供給し
ブラインクーラ１４ａを介して低温除湿庫内空気を得
て、循環用低温除湿庫内空気としてＶＳＡ吸脱着部１６
へ供給する。

【００３７】ついで、切り換えバルブ１８ｂ、１９ａ、
１９ｃを閉とし、開状態にある切り換えバルブ１８ａを
介して前記循環用低温除湿庫内空気を吸脱着塔１８へ供
給して、該吸脱着塔１８で炭酸ガス及びエチレンガスと
を選択吸着させて雰囲気ガス制御をする。前記雰囲気ガ
ス制御された庫内空気は、切り換えバルブ１８ｃ、１９
ｄ、２１ｂを経由してＣＡ冷蔵庫１０に戻され循環す
る。ついで、切り換えバルブ１８ａ、１９ｂ、１８ｃを
閉とし、１８ｂ、１９ａ、１９ｃを開とし、前記開状態
とした切り換えバルブ１９ａを介して前記循環用低温除
湿庫内空気を吸脱着塔１９へ供給して、該吸脱着塔１９
で炭酸ガス及びエチレンガスを選択吸着させ雰囲気ガス
制御をする。前記雰囲気ガス制御された庫内空気は、切
り換えバルブバルブ１９ｃ、１９ｄ、２１ｂを経由して
ＣＡ冷蔵庫１０に戻され循環する。一方、切り換えバル
ブ１８ｂを開とし先に炭酸ガス及びエチレンガスの吸着
をさせた吸脱着塔１８を吸引排出部２３に接続して、真
空ポンプ２３ａを介して減圧脱着させ脱着した炭酸ガス
及びエチレンガスを大気中に排出させる。排出し減圧状
態にある吸脱着塔１８にサイレンサ２３ｂを介して大気
圧再生をして、ワンサイクルを終了する。このようにし
て、２塔切り換え方式でワンサイクルの炭酸ガス及びエ
チレンガスの連続除去を可能にする。ついで、２サイク
ル目に移行し、吸脱着塔１８における炭酸ガス及びエチ
レンガスの吸着と、吸脱着塔１９における炭酸ガス及び
エチレンガスの脱着排出操作に入る。

【００３８】上記炭酸ガス、エチレンガス除去用循環式
ＶＳＡ装置による雰囲気ガス最適組成制御は、ＣＡ冷蔵
庫１０に設けた庫内ガス組成分析装置を介して適性値が
得られるまで連続循環させ、またはＯＮ／ＯＦＦ運転を
する。なお、庫内空気の酸素ガスは時間の経過につれ減
少するため、外気より適宜少量補給する。

【００３９】

【発明の効果】上記構成により、 １、本発明の窒素置換手段には、ワンスルー型２塔切り
換え式窒素発生用ＰＳＡ装置を使用する構成とし、且つ
低温（０〜１３℃）、高圧力下（７ａｔｍ以下）で作動
させるようにしたため、吸着剤単位質量当たりの酸素ガ
スの吸着容量が大きく、大なる窒素発生量を連続的に確
保でき、吸着塔のコンパクト化と高能率高性能化を図る
ことができる。 ２、また、雰囲気ガス最適組成制御手段に低温低圧力下
で作動し、且つ分子篩機能を持ち選択吸着可能のＭＳＣ
（モレキュラーシーブス・カーボン）吸着剤を充填した
２塔式吸着塔を切り換え使用した、炭酸ガス及びエチレ
ンガス除去用循環型ＶＳＡ装置で構成したため、炭酸ガ
ス及びエチレンガスの選択吸着ができ、吸着分離が容易
にできる。 ３、また、ＭＳＣ吸着剤は、 ａ、多成分系ガスに対し、吸着速度の差による篩分けす
る吸着分離機能を持つため、複数成分の分離に際して従
来はそれぞれの除去用吸着剤による各別の除去装置を必
要としているが、これに対し単一吸着剤による単一除去
装置で兼用除去できる。 ｂ、また、細孔がスリット状に形成されているため、高
い分画精度の分離ができる。 ４、また、ワンスルー型窒素発生用ＰＳＡ装置と炭酸ガ
ス、エチレンガス除去用循環型ＶＳＡ装置を併設する構
成としたため、２塔式吸脱着塔及び冷却部、吸引排出部
を兼用できるため、コストの低廉化を図ることが出来
る。 ５、また、吸脱着塔に供給する高圧除湿空気や循環除湿
庫内空気の冷却用のブラインクーラにＣＡ冷蔵庫の冷却
器用ブライン・チラー水で兼用する構成としたため、冷
凍機負荷の均一化と冷凍機運転の効率化を図れる。 ６、また、吸脱着塔入り口に空気を冷却するブラインク
ーラを設けたため、従来の装置に必要とした入り口空気
の水分除去用ドライヤを省くことができる。 ７、また、窒素発生時に副産物として得られた酸素ガス
はデイーゼルエンジンの酸素付加燃焼ガスとして有効利
用が図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低温ＣＡ用吸着分離システムの概略の
構成を示すプロセスフローチャートである。

【図２】図１のフローチャートにおいて窒素置換手段を
作動させた状況を示すフローチャート図である。

【図３】図１のフローチャートにおいて雰囲気ガス最適
組成制御手段を作動させた状況を示すフローチャート図
である。

【図４】極性分子の水と非極性分子の窒素についての選
択性を示すＭＳＣ吸着剤の等温吸着線図である。

【図５】エタンとエチレンに対する選択性を示すＭＳＣ
吸着剤の等温吸着線図である。

【図６】窒素ガスの中のｎ−ヘキサンとイソオクタンの
２成分系について気相分離を示す線図であり、（Ａ）は
活性炭、（Ｂ）はＭＳＣ、（Ｃ）はＭＳＺ−５Ａを使用
して行った結果を示してある。

【図７】吸着剤ＭＳＣとＭＳＺ−５Ａの細孔形状の模式
図である。

【図８】選択吸着性から見た各種工業吸着剤の占める利
用領域を示す図である。

【符号の説明】

１０ ＣＡ冷蔵庫 １０ａ 庫内空気排気部 １０ｂ 庫内気圧調整装置 １０ｃ 庫内ガス組成分析装置 １１ 冷蔵装置 １１ａ 冷凍機 １１ｂ 冷却器 １２ 空気圧源部 １２ａ コンプレッサ １２ｂ アフタクーラ １２ｄ ドレーンセパレータ １３ 庫内空気供給部 １３ａ ブロワー １４ 冷却部 １４ａ ブラインクーラ １５ ＰＳＡ吸脱着部 １６ ＶＳＡ吸脱着部 １７ ガス導出部 １８、１９ 吸脱着塔 ２０ 製品ガス塔 ２１ 逆止弁 ２１ａ、２１ｂ 切り換えバルブ ２１ｃ 窒素ガスストップバルブ ２２ 切り換え部 ２３ 吸引排出部 ２３ａ 真空ポンプ ２３ｂ サイレンサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＡ用吸着分離システムであって、該シ
   ステムを形成する窒素置換手段を、ＭＳＣ（モレキュラ
   ーシーブス・カーボン）吸着剤を充填した２塔式吸脱着
   塔を交互に切り換え使用し、窒素の連続製造を可能とし
   た、低温高圧力下で作動するワンスルー型窒素発生用Ｐ
   ＳＡ（Pressure Swing Adsorption ）装置で構成した、
   ことを特徴とした低温ＣＡ用吸着分離システム。
2. 【請求項２】 ＣＡ用吸着分離システムであって、該シ
   ステムを形成する雰囲気ガス最適組成制御手段を、ＭＳ
   Ｃ（モレキュラーシーブス・カーボン）吸着剤を充填し
   た２塔式吸脱着塔を交互に切り換え使用し、循環する庫
   内の雰囲気ガスより炭酸ガス及びエチレンガスの連続的
   除去を可能とした、低温低圧力下で作動する炭酸ガス、
   エチレンガス除去用循環型ＶＳＡ（Vacuume Swing Adso
   rption）装置で構成した、ことを特徴とした低温ＣＡ用
   吸着分離システム。
3. 【請求項３】 ＣＡ用吸着分離システムであって、ＣＡ
   冷蔵庫と、該冷蔵庫の冷蔵装置と、庫内の空気を窒素ガ
   スに一括置換する請求項１記載のワンスルー型窒素発生
   用ＰＳＡ装置と、窒素ガスに置換後の庫内雰囲気ガスの
   炭酸ガス及びエチレンガスの濃度を制御する請求項２記
   載の炭酸ガス、エチレンガス除去用循環型ＶＳＡ装置と
   を、主構成としたことを特徴とした、低温ＣＡ用吸着分
   離システム。
4. 【請求項４】 前記ＰＳＡ装置は、圧縮空気を除湿冷却
   部を介して供給する高圧低温空気供給部と、連続切り換
   え使用可能のＰＳＡ用２塔式吸脱着部と、脱着用吸引排
   出部と、逆止め弁付き窒素ガス導出部と、を含む構成と
   した、請求項３記載の低温ＣＡ吸着分離システム。
5. 【請求項５】 前記ＶＳＡ装置は、庫内空気を除湿冷却
   部を介して循環供給する庫内空気供給部と、連続切り換
   え使用可能のＶＳＡ用２塔式吸脱着部と、脱着用吸引排
   出部と、を含む構成とした、請求項３記載の低温ＣＡ用
   吸着分離システム。
6. 【請求項６】 前記除湿冷却部は、前記冷蔵装置用ブラ
   イン・チラー水を利用併用を図る構成とした、請求項
   ３、請求項４、請求項５記載の低温ＣＡ用吸着分離シス
   テム。