JP2014126465A - 拡散濃度試験装置及び拡散濃度試験装置の動作方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】異なる種類のトレーサガスの濃度を一回の処理で、正確に測定することができる、拡散濃度試験装置を提供すること。
【解決手段】拡散濃度試験装置は、第1トレーサガスを吸収する吸収溶液を蓄える、複数の試験管と、各々が前記複数の試験管の各々に接続された、複数の中空管と、風路内の気体を前記各試験管を介して前記各中空管に吸引する、吸引機構と、前記複数の中空管に接続され、前記各中空管に吸引された気体における前記第2トレーサガスの濃度を測定する、第2ガス測定機構と、前記各中空管の接続先を、前記各試験管と前記第2ガス測定機構との間で切り換える、第1切替機構とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、拡散濃度試験装置及び拡散濃度試験装置の動作方法に関する。
煙突や排気筒などから放出される排ガスの拡散濃度を調べる為、大気拡散風洞試験が行なわれる場合がある。
上記に関連して、特許文献1(特開平7−311115号公報)には、風洞測定室の地形模型の上部空間を自在に移動できるトラバース装置を設ける点、これに装着した多数の吸入プローブにより、トレーサガスを吸引し、これをガスクロマトグラフに送る点、吸引したトレーサガスの濃度を測定し、コンピュータにより処理することにより、地形模型上空におけるトレーサガスの拡散状態を検証する点が開示されている。
また、特許文献1には、一挙に拡散状態を検証できるようにするために、複数のガス排出源から、それぞれ異なる成分のトレーサガスを同時に排出する点、拡散状態を検証する必要のある位置で、これらの複数のトレーサガスと空気の混合した拡散ガスを採取し、採取した拡散ガスを、個別のトレーサガスのみを溶解する溶液中に、順次通過させる点、及び、各溶液中に溶解したトレーサガスを測定することにより、拡散ガス中のトレーサガスの成分比を算出し、当該トレーサガスを排出したガス排出源からの排ガスの測定位置における拡散状態を一挙に検証する点が開示されている。
特開平7−311115号公報
特許文献1に記載されるトラバース装置を用いた手法によれば、トレーサガスの濃度を知ることができる。しかしながら、複数の排出源が存在する場合には、ガス排出源毎に実験を繰り返す必要があり、多大なコストと時間が費やされる。
一方、特許文献1に記載される、個別のトレーサガスのみを溶解する溶液を用いた方法によれば、異なる種類のトレーサガスの濃度を測定することができる。そのため、ガス排出源が複数存在する場合であっても、一回の測定で、各排出源からのトレーサガスの拡散状態を検出することができる。しかしながら、この方法では、複数のトレーサガス及び複数の溶液として、どのような組み合わせを用いるかが重要である。すなわち、最初に通過する溶液に対しては、複数のトレーサガスのうちの一つの溶液だけが溶解する必要がある。一方で、最初の溶液を通過したトレーサガスは、別の溶液に溶解する必要がある。そのような複数のトレーサガス及び複数の溶液の組み合わせを見つけることは、容易ではない。
そこで、本発明の課題は、異なる種類のトレーサガスの濃度を一回の処理で、正確に測定することができる、拡散濃度試験装置及び拡散濃度試験装置の動作方法を提供することにある。
本発明に係る拡散濃度試験装置は、風路に第1トレーサガスを導入する、第1ガス導入機構と、前記風路に第2トレーサガスを導入する、第2ガス導入機構と、前記風路に設定された複数の測定ポイントのそれぞれについて、前記第1トレーサガス及び前記第2トレーサガスの濃度を測定する、測定機構とを備える。前記測定機構は、前記複数の測定ポイントに対応して設けられ、前記第1トレーサガスを吸収する吸収溶液を蓄える、複数の試験管と、前記複数の測定ポイントに対応して設けられ、各々が前記複数の試験管の各々に接続された、複数の中空管と、前記風路内の気体を、前記複数の測定ポイントの各々から前記各試験管を介して前記複数の中空管に吸引する、吸引機構と、前記複数の中空管に接続され、前記各中空管に吸引された気体における前記第2トレーサガスの濃度を測定する、第2ガス測定機構と、前記各中空管の接続先を、前記各試験管と前記第2ガス測定機構との間で切り換える、第1切替機構とを備える。
本発明に係る拡散濃度試験装置の動作方法で用いられる拡散濃度試験装置は、第1ガス導入機構と、第2ガス導入機構と、測定機構とを備えている。前記測定機構は、風路に設定された複数の測定ポイントに対応して設けられ、第1トレーサガスを吸収する吸収溶液を蓄える、複数の試験管と、前記複数の測定ポイントに対応して設けられた、複数の中空管と、第2ガス測定機構とを備える。拡散濃度試験装置の動作方法は、前記第1ガス導入機構が、前記風路に第1トレーサガスを導入するステップと、前記第2ガス導入機構が、前記風路に第2トレーサガスを導入するステップと、前記各中空管を前記各試験管に接続するステップと、前記接続するステップの後に、前記風路内の気体を、前記各測定ポイントから前記各試験管を介して前記各中空管に吸引するステップと、前記吸引するステップの後に、前記各試験管内の前記吸収溶液を分析することにより、前記第1トレーサガスの濃度を計測するステップと、前記吸引するステップの後に、前記各中空管の接続先を、前記試験管側から前記第2ガス測定機構側に変更するステップと、前記変更するステップの後に、前記第2ガス測定機構により、前記各中空管に吸引された気体における前記第2トレーサガスの濃度を計測するステップとを備える。
本発明によれば、異なる種類のトレーサガスの濃度を一回の処理で、正確に測定することができる、拡散濃度試験装置及び拡散濃度試験装置の動作方法が提供される。
図1は、第1の実施形態に係る拡散濃度試験装置を示す概略図である。 図2は、拡散濃度試験装置の動作方法を示す概略図である。 図3は、ガス濃度の測定方法を示す概略図である。 図4は、第2の実施形態に係る拡散濃度試験装置を示す概略図である。 図5は、拡散濃度試験装置の動作方法を示す概略図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る拡散濃度試験装置1を示す概略図である。本実施形態に係る拡散濃度試験装置1は、ガス排出源(煙突、工場など)からの排ガスの地表への拡散状態を知る為に用いられる。
図1に示されるように、拡散濃度試験装置1は、風路2(風洞)、第1ガス導入機構20−1、第2ガス導入機構20−2、及び測定機構16を備えている。
風路2には、地形を模擬した模型(図示せず)が設けられている。また、風路2には、ガスの排出源を模擬した模型煙突3−1、3−2が設けられている。更に、風路2には、ガス濃度の測定地点として、複数の測定ポイント4(4−1〜4−3)が設定されている。
第1ガス導入機構20−1は、模型煙突3−1に接続されており、模型煙突3−1を介して風路2に第1トレーサガスを導入する機能を有している。第2ガス導入機構20−2は、模型煙突3−2に接続されており、模型煙突3−2を介して風路2に第1トレーサガスを導入する機能を有している。本実施形態では、第1トレーサガスとして、アンモニアが用いられるものとする。また、第2トレーサガスとしては、炭化水素ガス(例えば、メタン)が用いられるものとする。
測定機構16は、複数の測定ポイント4(4−1〜4−3)のそれぞれについて、第1トレーサガス及び第2トレーサガスの濃度を測定する機能を有している。測定機構16が、第1トレーサガス及び第2トレーサガスの濃度を測定することにより、複数のガス排出源が存在する場合であっても、一回の測定で拡散状態を知ることができる。以下、測定機構16の構成について、詳述する。
測定機構16は、複数の試験管5(5−1〜5−3)、第1切替機構21、複数のマノメータ管7(7−1〜7−3)、チャンバ8、ポンプ9(吸引機構9)、複数のポンプ10(10−1〜10−3)、第2ガス測定機構17、複数の第1流路管11(11−1〜11−3)、複数の第2流路管12(12−1〜12−3)、複数の第3流路管13(13−1〜13−3)、及び複数の第4流路管14(14−1〜14−3)を備えている。複数の試験管(5−1〜5−3)、複数のマノメータ管(7−1〜7−3)、複数のポンプ(10−1〜10−3)、複数の第1流路管(11−1〜11−3)、複数の第2流路管(12−1〜12−3)、複数の第3流路管(13−1〜13−3)、及び複数の第4流路管(14−1〜14−3)は、複数の測定ポイント(4−1〜4−3)に対応して設けられている。
各試験管5は、吸収溶液を蓄えるために設けられている。各試験管5には、吸収溶液により形成される液相と、液層上の気相とが形成されている。各試験管5は、各第1流路管11を介して、対応する測定ポイント4に接続されている。各第1流路管11の一端は、測定ポイント4に接続されており、各第1流路管11の他端は、各試験管5の液相中に配置されている。
吸収溶液としては、第1トレーサガスを吸収し、第2トレーサガスを吸収しない溶液が用いられる。第1トレーサガスとしてアンモニアが用いられ、第2トレーサガスとしてメタンが用いられる場合、吸収溶液としては、希硫酸が好適に用いられる。
複数のマノメータ管7(複数の中空管)の各々は、各試験管5を通過した気体を蓄えておく機能を有している。
チャンバ8は、複数のマノメータ管7に共通に設けられている。チャンバ8は、各マノメータ管7の底部に接続されている。チャンバ8には、各マノメータ管7内に液面が形成されるように、水が蓄えられている。
定量ポンプ9は、チャンバ8に接続されている。定量ポンプ9は、吸引機構として機能し、チャンバ8内の水を吸引する機能を有している。また、定量ポンプ9は、圧送機構としても機能し、チャンバ8内の水を押し出す機能も有している。
第2ガス測定機構17は、第2トレーサガスの濃度を測定する機能を有している。第2ガス測定機構17は、複数のFID装置15(全炭化水素分析計;15−1〜15−3)を備えている。複数のFID装置15は、複数の測定ポイント(4−1〜4−3)に対応するように、設けられている。
第1切替機構21は、各マノメータ管7の接続先を切り換えるために設けられている。第1切替機構21は、複数の3方切替弁(6−1〜6−3)を有している。複数の3方切替弁(6−1〜6−3)は、複数の測定ポイント(4−1〜4−3)に対応するように、配置されている。各3方切替弁6は、各第2流路管12を介して、各試験管5に接続されている。ここで、第2流路管12の一端は、各試験管5における気相内に配置されている。また、各3方切替弁6は、各第3流路管13を介して、各マノメータ管7に接続されている。また、各3方切替弁6は、各第4流路管14を介して、各FID装置15に接続されている。各3方切替弁6により、各第2流路管12、各第3流路管13、及び各第4流路管14の接続先を切り換えることができる。これにより、各マノメータ管7の接続先を、各試験管5と各FID装置15との間で切り換えることが可能である。
複数のポンプ(10−1〜10−3)の各々は、各第4流路管14に設けられている。各ポンプ10は、各3方切替弁6側から各FID装置15側へ気体を送出する機能を有している。
続いて、本実施形態に係る拡散濃度試験装置1の動作方法について説明する。図2は、拡散濃度試験装置1の動作方法を示す概略図である。
ステップS1;ガスの放出
まず、第1ガス導入機構20−1によって、模型煙突3−1から風路2に第1トレーサガス18−1が放出される。同時に、第2ガス導入機構20−2によって、模型煙突3−2から風路2に第1トレーサガス18−1が放出される。
ステップS2;吸引
一方、測定機構16においては、各3方切替弁6(6−1〜6−3)により、各試験管5と各マノメータ管7とが接続される。次いで、定量ポンプ9が起動される。これにより、チャンバ8内の水が一定流量で吸引され、各マノメータ管7における水位が一定速度で低下する。その結果、各測定ポイント4から、各試験管5を介して、各マノメータ管7内に気体が吸引される(図2中、矢印a、b、c参照)。
ここで、既述のように、各第1流路管11の先端は、各試験管5における液相内に配置されている。従って、吸引時に、気体は、吸収溶液内を通過することになる。吸収溶液内を通過する際に、第1トレーサガス18−1は、吸収溶液に吸収される。一方、第2トレーサガス18−2は、吸収溶液には吸収されず、各マノメータ管7に吸引される。
ステップS3;測定
続いて、ガス濃度の測定が行われる。図3は、ガス濃度の測定方法を示す概略図である。
吸引が終了すると、各3方切替弁6が操作され、各マノメータ管7の接続先が、各試験管5側から、各FID装置15側に変更される。
続いて、各試験管5が取り外され、吸収溶液に溶解した第1トレーサガスの濃度が測定される。第1トレーサガスがアンモニアであり、吸収溶液が希硫酸である場合、例えば、溶液伝導度法により、第1トレーサガス(アンモニア)の濃度を測定することができる。吸収溶液中の第1トレーサガスの濃度は、各測定ポイント4における第1トレーサガスの濃度を反映している。従って、測定結果に基づいて、排出源3−1からの排ガスの拡散状態を知ることができる。
また、第1トレーサガスの濃度測定と平行して、第2トレーサガスの濃度が測定される。具体的には、定量ポンプ9が、チャンバ8内の水を押し出すように、操作される。これにより、各マノメータ管7内の水位が上昇し、各マノメータ7内に吸引された気体が押し出される。また、この際、各定量ポンプ10も、定量ポンプ9の流量に対応する流量で運転する。これにより、各マノメータ管7内の気体が、各FID装置15に圧送される。各FID装置15では、圧送された気体中における第2トレーサガスの濃度が計測される。すなわち、各FID装置15により、各マノメータ管7に吸引された気体における第2トレーサガスの濃度が、測定される。各マノメータ管7における第2トレーサガス濃度は、対応する測定ポイント4における第2トレーサガスの濃度を反映している。従って、FID装置15による測定結果に基づいて、排出源3−2からの排ガスの拡散状態を知ることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、第1トレーサガスの濃度と第2トレーサガスの濃度とを同時に測定することができる。そのため、複数の排出源(3−1、3−2)からの排ガスの拡散状態を、一回の測定で知ることができる。
また、本実施形態では、第1トレーサガスだけが溶解するように、各トレーサガス及び吸収溶液を選択すればよい。第2トレーサガスは、吸収溶液に溶解しなければよい。従って、各トレーサガス及び吸収溶液の選択に関する自由度が増し、正確にガス濃度を測定することが可能になる。
更に、本実施形態では、定量ポンプ9が、チャンバ8を介して複数のマノメータ管7内の水を吸引する。このような構成を採用すれば、複数のマノメータ管7の間において、水位を同一にすることができる。その結果、各測定ポイント4から各マノメータ管7に吸引される気体の体積を、複数の測定ポイント4の間で同一にすることができる。従って、より正確にガス濃度を測定することが可能になる。
(第2の実施形態)
続いて、第2の実施形態について説明する。第1の実施形態では、複数の測定ポイント4に対応して、複数のFID装置15が用いられる。しかしながら、FID装置15は高価である。そこで、本実施形態では、使用するFID装置15の数を減らすことができるように、工夫がされている。
図4は、本実施形態に係る拡散濃度試験装置1を示す概略図である。本実施形態では、第1の実施形態に対して、第2切替機構23、及び第5流路管22が追加されている。また、第1の実施形態とは異なり、複数の測定ポイント(4−1〜4−3)に対して、一つのFID装置15が設けられている。更に、また、第1の実施形態における複数の定量ポンプ(10−1〜10−3)に代えて、単一の定量ポンプ10が用いられる。その他の点については、第1の実施形態と同様の構成を採用することができるので、詳細な説明は省略する。
第2切替機構23は、複数の測定ポイント(4−1〜4−3)に対応する複数の3方切替弁(19−1〜19−3)を有している。各3方切替弁19は、各第4流路管14の接続先を、第5流路管22と外部との間で切り換えるように、配置されている。
第5流路管22は、一端で第2切替機構23に接続され、他端でFID装置15に接続されている。
定量ポンプ10は、第5流路管22に設けられており、第2切替機構23側からFID装置15側へ気体を圧送する機能を有している。
続いて、本実施形態に係る拡散濃度試験装置1の動作方法を説明する。図5は、拡散濃度試験装置1の動作方法を示す概略図である。本実施形態では、第1の実施形態とは、第2トレーサガス濃度の測定方法が異なっている。その他の点については、第1の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図5に示されるように、第2トレーサガス濃度の測定時には、各マノメータ管7に気体が吸引された後、各3方切替弁6により、各マノメータ管7の接続先が、FID装置15側に切り換えられる。更に、複数のマノメータ管7のいずれかが、測定対象マノメータ管7として選択され、測定対象マノメータ管7が第5流路管22に接続されるように、各3方切替弁19が操作される。尚、測定対象マノメータ管7以外のマノメータ管7については、外部に接続されるように、各3方切替弁19が操作される。尚、図5に示される例では、マノメータ管7−1が測定対象マノメータ管として選択されており、マノメータ管7−1がFID装置15と接続されるように、各3方切替弁19が操作されている。
その後、第1の実施形態と同様に、定量ポンプ9及び定量ポンプにより、各マノメータ管7内の気体が、FID装置5側へ圧送される。これにより、測定対象マノメータ管7内の気体のみがFID装置5へ供給される。FID装置5により、測定対象マノメータ管7内における第2トレーサガスの濃度が測定される。
測定後、測定対象マノメータ管7が変更される。そして、変更後の測定対象マノメータ管7がFID装置5に接続されるように、各3方切替弁19が操作される。そして、変更後の測定対象マノメータ管7内の第2トレーサガス濃度が測定される。
上述の動作を繰り返すことにより、全てのマノメータ管7について(全ての測定ポイント4)について、第2トレーサガスの濃度が測定される。
以上説明したように、本実施形態によれば、一台のFID装置15によって複数の測定ポイント(4−1〜4−3)における第2トレーサガス濃度を測定することができる。FID装置15の使用台数を減らすことができ、拡散濃度試験装置1のコストを低減することができる。
以上、本発明について、第1及び第2の実施形態を用いて説明した。尚、これらの実施形態は独立するものではなく、矛盾のない範囲内で組み合わせて用いることも可能である。
1 拡散濃度試験装置
2 風路
3 模型煙突
4(4−1〜4−3) 測定ポイント
5(5−1〜5−3) 試験管
6(6−1〜6−3) 3方切替弁(第1切替機構)
7(7−1〜7−3) マノメータ管(中空管)
8 チャンバ
9 ポンプ(吸引機構、圧送機構)
10(10−1〜10−3) ポンプ
11(11−1〜11−3) 第1流路管
12(12−1〜12−3) 第2流路管
13(13−1〜13−3) 第3流路管
14(14−1〜14−3) 第4流路管
15(15−1〜15−3) FID装置
16 測定機構
17 第2ガス測定機構
18−1 アンモニア(第1トレーサガス)
18−2 メタン(第2トレーサガス)
19(19−1〜19−3) 3方切替弁
20−1 第1ガス導入機構
20−2 第2ガス導入機構
21 第1切替機構
22 第5流路管
23 第2切替機構

Claims (10)

  1. 風路に第1トレーサガスを導入する、第1ガス導入機構と、
    前記風路に第2トレーサガスを導入する、第2ガス導入機構と、
    前記風路に設定された複数の測定ポイントのそれぞれについて、前記第1トレーサガス及び前記第2トレーサガスの濃度を測定する、測定機構と、
    を具備し、
    前記測定機構は、
    前記複数の測定ポイントに対応して設けられ、前記第1トレーサガスを吸収する吸収溶液を蓄える、複数の試験管と、
    前記複数の測定ポイントに対応して設けられ、各々が前記複数の試験管の各々に接続された、複数の中空管と、
    前記風路内の気体を、前記複数の測定ポイントの各々から前記各試験管を介して前記複数の中空管に吸引する、吸引機構と、
    前記複数の中空管に接続され、前記各中空管に吸引された気体における前記第2トレーサガスの濃度を測定する、第2ガス測定機構と、
    前記各中空管の接続先を、前記各試験管と前記第2ガス測定機構との間で切り換える、第1切替機構とを備える
    拡散濃度試験装置。
  2. 請求項1に記載された拡散濃度試験装置であって、
    前記測定機構は、更に、前記複数の中空管に共通に接続されたチャンバを備え、
    前記チャンバには、前記各中空管内に液面が形成されるように、液体が蓄えられており、
    前記吸引機構は、前記チャンバ内の液体を吸引することにより、前記各中空管に気体を吸引するように構成されている
    拡散濃度試験装置。
  3. 請求項1又は2に記載された拡散濃度試験装置であって、
    前記第1切替機構は、前記複数の測定ポイントに対応するように設けられた、複数の切替部材を備え、
    前記測定機構は、更に、
    前記複数の測定ポイントに対応するように設けられた、複数の第1流路管と、
    前記複数の測定ポイントに対応するように設けられた、複数の第2流路管と、
    前記複数の測定ポイントに対応するように設けられた、複数の第3流路管と、
    前記複数の測定ポイントに対応するように設けられた、複数の第4流路管とを備え、
    前記複数の第1流路管の各々は、前記各試験管と前記各測定ポイントとを接続するように配置され、
    前記複数の第2流路管の各々は、前記各試験管と前記各切替部材とを接続するように配置され、
    前記複数の第3流路管の各々は、前記各切替部材と前記各中空管とを接続するように配置され、
    前記複数の第4流路管の各々は、前記各切替部材と前記第2ガス測定機構とを接続するように配置されている
    拡散濃度試験装置。
  4. 請求項3に記載された拡散濃度試験装置であって、
    前記第2ガス測定機構は、前記複数の測定ポイントに対応するように設けられた、複数の第2ガス測定装置を含み、
    前記複数の第2ガス測定装置の各々には、前記各第4流路管が接続されている
    拡散濃度試験装置。
  5. 請求項3に記載された拡散濃度試験装置であって、
    前記測定機構は、更に、
    前記複数の第4流路管と前記第2ガス測定機構とを接続するように配置された、第5流路管と、
    前記複数の第4流路管のいずれかが前記第5流路管に接続されるように、前記第5流路管の接続先を切り換える、第2切替機構とを備える
    拡散濃度試験装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載された拡散濃度試験装置であって、
    前記第1トレーサガスは、アンモニアであり、
    前記第2トレーサガスは、炭化水素ガスであり、
    前記各試験管には、前記吸収溶液として、希硫酸が蓄えられている
    拡散濃度試験装置。
  7. 請求項6に記載された拡散濃度試験装置であって、
    前記第2ガス測定機構は、FID(Flame Ionization Detector)を備えている
    拡散濃度試験装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれかに記載された拡散濃度試験装置であって、
    更に、
    前記測定機構は、更に、前記各中空管内の気体を前記第2ガス測定機構に圧送する、圧送機構を備えている
    拡散濃度試験装置。
  9. 第1ガス導入機構と、
    第2ガス導入機構と、
    測定機構と、
    を具備し、
    前記測定機構は、
    風路に設定された複数の測定ポイントに対応して設けられ、第1トレーサガスを吸収する吸収溶液を蓄える、複数の試験管と、
    前記複数の測定ポイントに対応して設けられた、複数の中空管と、
    第2ガス測定機構と、
    を備える
    拡散濃度試験装置の動作方法であって、
    前記第1ガス導入機構が、前記風路に第1トレーサガスを導入するステップと、
    前記第2ガス導入機構が、前記風路に第2トレーサガスを導入するステップと、
    前記各中空管を前記各試験管に接続するステップと、
    前記接続するステップの後に、前記風路内の気体を、前記各測定ポイントから前記各試験管を介して前記各中空管に吸引するステップと、
    前記吸引するステップの後に、前記各試験管内の前記吸収溶液を分析することにより、前記第1トレーサガスの濃度を計測するステップと、
    前記吸引するステップの後に、前記各中空管の接続先を、前記試験管側から前記第2ガス測定機構側に変更するステップと、
    前記変更するステップの後に、前記第2ガス測定機構により、前記各中空管に吸引された気体における前記第2トレーサガスの濃度を計測するステップとを備える
    拡散濃度試験装置の動作方法。
  10. 請求項9に記載された拡散濃度試験装置の動作方法であって、
    前記第2トレーサガスの濃度を計測するステップは、
    前記複数の中空管の中から、測定対象中空管を選択するステップと、
    前記選択するステップの後に、前記第2ガス測定機構と前記測定対象中空管とを接続するステップと、
    前記接続するステップの後に、前記第2ガス測定機構により、前記測定対象中空管内における前記第2トレーサガスの濃度を測定するステップと、
    第2トレーサガスの濃度を測定するステップの後に、前記測定対象中空管を切り換えるステップとを備えている
    拡散濃度試験装置の動作方法。
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