JP2016193398A - ガス発生装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】実験室規模での使用を想定し、簡便な方法によりVOC含有ガス中のVOCの濃度の調節が可能であり、かつ連続的にVOC含有ガスを供給することのできるVOC含有ガス発生方法及びVOC含有ガス発生装置を提供すること。
【解決手段】一定濃度のVOC含有ガスを発生させるガス発生方法であって、所定量の第1の液状VOCを収容したガス発生部内に、一定流量でベースガスを供給して接触させることで、VOC含有ガスを連続的に発生させるガス発生方法において、ガス発生部内の第1の液状VOCと連通する第2の液状VOCが貯留部内に存在し、第1の液状VOCの液面は、第2の液状VOCの液面より低い位置にあり、貯留部内の第2の液状VOCの液面高さを調整することで、第1の液状VOCの液面高さを一定に保つことを特徴とするガス発生方法である。
【選択図】図1

Description

本発明は、VOC含有ガス発生方法及びVOC含有ガス発生装置に関する。より詳しくは、VOC含有ガス中のVOCの濃度を一定に保ち、連続的に供給することのできるVOC含有ガス発生方法及びVOC含有ガス発生装置に関する。
近年、印刷機等の装置の排ガスに含まれる揮発性有機化合物(以後、VOCと表記することがある。)の回収等を目的として回収装置等の開発が行われている。これらの回収装置等は、VOC含有ガスを発生することができるVOC含有ガス発生方法又はVOC含有ガス発生装置を用いて評価が行われることがある。
VOC含有ガス発生装置としては、例えば、液状VOC中に空気等の不活性ガス(ベースガス)を吹き込み、ベースガスと液状VOCを接触させることにより発生したVOC含有ガスの濃度を測定する濃度測定装置と、その出力信号によりVOC含有ガスの濃度と基準濃度との差を検知するガス流量コントロールユニットと、VOC含有ガス流用指示調整計とVOC含有ガス用流量指示調節計と、を含むVOC含有ガス発生装置等が提案されている(特許文献1)。
特許文献1のVOC含有ガス発生装置は、ベースガス中のVOCの濃度の増減に応じて吹き込み側のベースガス流量と希釈側のベースガス流量を増減させることにより、ベースガス流量は一定のまま、設定した濃度のVOC含有ガスを安定的に供給することが可能である。
しかし、特許文献1のVOC含有ガス発生装置は、液状VOCが全て揮発した際、追加の液を系外から連続的に加える操作をすることができない。そこで、液状VOCの流量を測定する液体用流量計を備えた貯留部を備えたVOC含有ガス発生装置等が提案されている(特許文献2)。特許文献2のVOC含有ガス発生装置は、多種類のVOCを原料とするVOC含有ガスを連続的に得ることができるものである。
特開1983−215531号公報 特開2001−133366号公報
特許文献2のVOC含有ガス発生装置は、液状VOCの流量を測定する液体用流量計を備えていなければならず、流量制御に関わる制御系の装置が必要である。そのため、実験室規模でVOCの回収装置の評価用のVOC含有ガス発生装置としては大掛かりなものとなる。そのため、実験室規模での使用を想定した、より廉価で簡便な方法で連続的に一定濃度のVOC含有ガスを連続的に発生することのできるVOC含有ガス発生方法又はVOC含有ガス発生装置が求められる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、実験室規模での使用を想定し、簡便な方法によりVOC含有ガス中のVOCの濃度の調節が可能であり、かつ連続的にVOC含有ガスを供給することのできるVOC含有ガス発生方法及びVOC含有ガス発生装置を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、液状VOCが貯留されている貯留部を設け、貯留部の液状VOCの液面高さを調整することによって、VOC含有ガスのVOCの濃度の調整を行うことができることを発見した。そのため、当該供給部の液状VOCの液面高さを調整することを特徴とするガス発生方法であれば、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
(1)一定濃度のVOC含有ガスを発生させるガス発生方法であって、所定量の第1の液状VOCを収容したガス発生部内に、一定流量でベースガスを供給して接触させることで、前記VOC含有ガスを連続的に発生させるガス発生方法において、前記ガス発生部内の前記第1の液状VOCと連通する第2の液状VOCが貯留部内に存在し、前記第1の液状VOCの液面は、前記第2の液状VOCの液面より低い位置にあり、前記貯留部内の第2の液状VOCの液面高さを調整することで、前記第1の液状VOCの液面高さを一定に保つことを特徴とするガス発生方法。
(2)前記第1の液状VOCの温度を一定に維持する(1)に記載のガス発生方法。
(3)前記第1の液状VOCの液面高さを調整することで、前記VOC含有ガスの設定濃度を調整する(1)又は(2)に記載のガス発生方法。
(4)前記第1の液状VOCの液面の面積は、前記第2の液状VOCの液面の面積の5倍以上である、(1)から(3)のいずれかに記載のガス発生方法。
(5)一定濃度のVOC含有ガスを発生させるガス発生装置であって、一定流量でベースガスを供給するベースガス供給部と、第1の液状VOCを収容可能であり、前記ベースガス供給部から供給された前記ベースガスを、前記第1の液状VOCに接触させることで、前記VOC含有ガスを発生させるガス発生部と、前記第1の液状VOCの温度を一定に調整する温度制御部と、前記VOC含有ガスのVOC濃度を測定する濃度測定部と、前記ガス発生部と管を介して連通し、第2の液状VOCを収容可能な貯留部と、を備え、前記ガス発生部内の前記第1の液状VOCの液面高さを一定に保つために、前記貯留部内の前記第2の液状VOCの液面高さを調整可能な液面調整手段を有することを特徴とするガス発生装置。
本発明のガス発生方法であれば、供給部の液状VOCの液面高さを調整するという極めて関便な方法で、一定濃度のVOC含有ガスを連続的に発生させることが可能となる。そのため、特に実験室規模でのVOC回収装置等での評価において特に有用に使用することができる。
本発明のガス発生装置の一実施形態を表した模式図である。 VOC含有ガスの濃度変化確認試験における時間[分]とVOC含有ガスの濃度[ppm]との関係を表したグラフである。 液面高さとVOC含有ガスの濃度の相関確認試験における第2の液状VOCの液面高さb1とVOC含有ガスの濃度との関係を表したグラフ(相関図)である。
以下、本発明のVOC含有ガス発生方法及びVOC含有ガス発生装置の各実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されず、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
<ガス発生装置>
本発明のVOC含有ガス発生方法(以下、単にガス発生方法と表記することがある。)は、例えば、図1に示すような一定流量でベースガスを供給するベースガス供給部11と、ガス発生部12と、貯留部13と、温度制御部(図示せず)と、濃度測定部15と、を備えるVOC含有ガス発生装置1(以下、単にガス発生装置と表記することがある。)によって使用することができる。
ガス発生装置は、図1に示すように、ベースガス供給部11とガス発生部12が連結管によって接続され、ガス発生部12に供給されるベースガスの流量を図るために流量計14aが備えられている。さらに、図1に示すように、連結管を分岐させ、ガス発生部から排出されたVOC含有ガスと混合するような構成にすることもできる。流量計14a及び流量計14bによりベースガスの流量を確認し、調整することにより、VOC含有ガス中のVOCの濃度(以下、単にVOC含有ガスの濃度と表記することがある。)を調整することができる。なお、後述するようにベースガスの流量は一定に供給されることが必要となる。
また、ガス発生部12には、液状VOC(以後、ガス発生部内の液状VOCを第1の液状VOCと表記することがある。)が収容される。そして第1の液状VOCと連結管を介して連通する第2の液状VOCを収納可能な貯留部13を備える。以後、貯留部内の液状VOCを第2の液状VOCと表記することがある。なお、本明細書において、第1の液状VOCと第2の液状VOCとが連通するとは、内部が液状VOCによって満たされた連結管等によって第1の液状VOCと第2の液状VOCとが分離せずに連通することをいう。以下、本発明の一実施形態であるガス発生装置の各構成部について説明する。
[ベースガス供給部]
ベースガス供給部とは一定流量でベースガスを供給することのできるガス発生装置の一構成部である。ベースガスとは、VOC等と反応を起こさない気体(ガス)であれば特に制限されない。例えば空気等の酸素を含有する気体や、窒素、アルゴンガス等の希ガス等の不活性ガスを用いることができる。例えば、大気下で用いられる印刷機等の装置のVOC回収装置を評価する場合には空気等の酸素を含有する気体を用いるのが好ましい。また、ベースガスとして酸素を含有する気体を用いる場合には、VOCガスの濃度を測定する濃度計として接触燃焼式センサを好ましく用いることができる。
ベースガス供給部11は、ベースガスを一定量供給することができるものであれば特に制限されない。例えばガスボンベのようなものでも良いし、高圧ガスラインのようなものでもよい。
[ガス発生部]
ガス発生部とは、液状VOCを収容し、一定流量でベースガスを供給して液状VOCと接触させることでVOC含有ガスを発生させることができるガス発生装置の一構成部である。ガス発生部は、その内部を密閉することが可能であり、液状VOCを一定量収容可能であり、かつベースガスを供給することのできる容器であれば特に制限されない。例えば、3つ口フラスコ等の実験器具のようなものでよい。
(VOC)
VOCとは、揮発性有機化合物をいう。VOCは、揮発性を有する有機化合物であれば特に制限されない。例えば、メチルエチルケトン(MEK)、トルエン、ベンゼン、キシレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエタン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、アセトン等を挙げることができるが、これに制限されるものではない。
[貯蔵部]
貯蔵部13とは、液状VOCを収容可能なガス発生装置の一構成部であり、ガス発生部に液状VOCを供給することができる構成部である。上述したように、液状VOCによって満たされた連結管等によってガス発生部12内にある第1の液状VOCと貯蔵部13内にある第2の液状VOCとが分離せずに連通する構成である。また、貯蔵部13内にある第2の液状VOCの液面b2は、ガス発生部12内の第1の液状VOCの液面a2よりも高い位置となるように貯蔵部13は配置される。なお、貯蔵部13内にある第2の液状VOCの液面b2は、所定の液面調整手段によって調整できるような構成とすることが好ましい。
貯留部13内の第2の液状VOCの液面高さb1を調整する液面調整手段は特に制限されず、例えば、貯留部13の上部から滴下漏斗のようなものを用いて、液状VOCを手動で供給し、貯留部13内に液面高さb1を容易に上げるように調整することができる。また、貯留部13の下部にコックを付けることにより貯留部13内の第2の液状VOCを排出するような機構を設けることで、第2の液状VOCの液面高さb1を容易に下げるように調整することも可能である。
[温度調整部]
温度調整部とは、第1の液状VOCの温度を一定に調整することができるものをいう。温度調整部は、図1には図示されていないが、液状VOCの温度を一定に調整することができるものであれば特に制限されない。また、温度調整部は必ずしもガス発生装置に接続する必要はなく、例えば、空気調節器等による温度を調整することのできる装置等も含まれる。第1の液状VOCの温度を一定に調整することで、ガス発生部内の気圧を一定に調整することができる。そのため、より高精度でVOC含有ガスの濃度を調整することが可能となる。なお、第1の液状VOCの温度が一定に維持されていることを確認するために図1に示すようにガス発生部12に温度計16を用いるのがさらに好ましい。
[濃度測定部]
濃度測定部15とは、VOC含有ガスの濃度を測定することのできるガス発生装置の一部である。濃度測定部15は図1に示すように、ガス発生部12から排出されたVOC含有ガスの濃度を測定する機能を有する。濃度測定部は、例えばガスクロマトグラフィー等の一般的な濃度計(測定器)等を用いることができる。なお、ベースガスとして空気等の酸素を含有する気体を用いる場合には、接触燃焼式センサーを好ましく使用することができる。
[流量計]
本発明のガス発生装置は、必要に応じて流量計が備わっていてもよい。流量計は、例えば図1に示すように、ベースガス供給部から供給されたベースガスの流量を測定するために用いられる(図1中、流量計14a)。また、流量計14aとは別に、図1のようにガス発生部前で連結管を分岐させ、流量計14bのように他の流量計を備えていてもよい。流量計14aに流れるベースガスの流量と流量計14bに流れるベースガスの流量は、VOC含有ガスの濃度に影響を与える。そのため、流量計を用いることにより、ベースガスの流量が一定に維持されることを確認して本発明のガス発生方法を使用するのが特に好ましい。
<VOC含有ガス発生方法>
本発明のVOC含有ガス発生方法(以下、単にガス発生方法と表記することがある。)の一実施形態について説明する。本発明のガス発生方法は、例えば、上記のガス発生装置1を用いることにより使用することができる。
ガス発生部12内の第1の液状VOCには、一定流量でベースガスが供給される(第1の液状VOC内にベースガスが吹き込まれる)。第1の液状VOCとベースガスが接触することで、液状VOCが気化し、ベースガスと共に、液状VOCはVOC含有ガスとして排出される。液状VOCがVOC含有ガスとして排出されることで、ガス発生部12内の第1の液状VOCの液面a2は下がる。
ここで、ガス発生部には一定流量でベースガスが常に供給され、温度制御部により第1液状VOCの液面温度及びガス発生装置内は一定の温度であるため、ガス発生部内の気圧は常に一定である。また、ガス発生部にはベースガスが供給されているため、第1の液状VOCの液面a2が受ける気圧の方が第2の液状VOCの液面b2が受ける気圧(大気圧)よりも高い。そのため、第1の液状VOCの液面a2を、第2の液状VOCの液面b2より低い位置とすることで、第1の液状VOCの液面a2が下がることに連動して貯留部から液状VOCを供給することができる。第2の液状VOCの液面高さb1を一定になるように調整すれば、第2の液状VOCの液面高さb1に連動し、第1の液状VOCの液面高さa1も一定に調整することができる。
第1の液状VOCの液面高さa1(ガス発生部12内の第1の液状VOCの量)とVOC含有ガスの濃度は相関関係があるため、第1の液状VOCの液面高さa1を調整することで、VOC含有ガスの濃度を調整することができる。以上から、第2の液状VOCの液面高さb1を調整することで、ガス発生部12から排出されるVOC含有ガスの濃度を調整することができる。
本発明のガス発生方法は、貯留部13内の第2の液状VOCの液面高さb1を調整するという極めて簡便な方法によりVOC含有ガスの濃度を調整することができる点に技術的意義を有する。そのため、特に実験室規模でのVOC回収装置の評価用のガス発生方法としては特に有用である。
第1の液状VOCの液面a2の面積は、第2の液状VOCの液面b2の面積よりも大きいことが好ましく、第2の液状VOCの液面b2の面積に対して3倍以上がより好ましく、5倍以上であることがさらに好ましい。第1の液状VOCの液面a2の面積が、第2の液状VOCの液面b2の面積よりも大きい場合には、第1の液状VOCの液面高さa1の変化よりも第2の液状VOCの液面高さb1の変化の方が大きくなる。そのため、第2の液状VOCの液面高さb1を調整する液面調整手段によって、VOC含有ガスの濃度の微調整がより容易となる。
本発明のガス発生方法は、第1の液状VOCの温度が一定に維持されていることが好ましい。第1の液状VOCの温度が一定に維持されていることで、ガス発生部12内の気圧も一定にすることが可能となる。そのため、より高精度でVOC含有ガスの濃度を調整することが可能となる。第1の液状VOCの温度が一定に維持する方法は特に制限されず、例えば、空気調節器等による温度調節機能を有する室内で本発明を使用する方法でもよい。なお、第1の液状VOCの温度が一定に維持されていることを確認するために図1に示すようにガス発生部12に温度計16を用いるのがさらに好ましい。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例等に限定されるものではない。
<ガス発生装置の作成>
図1に示すように、ベースガス供給部11(高圧空気ライン)、貯留部13(コック付円筒ガラス管)、ガス発生部12(500ml三つ口フラスコ)、流量計14a(コフロック製RK1710)、流量計14b(コフロック製RK1710)、濃度測定部15(新コスモス電機製可燃性ガス検知器XP3110)、を装着し、それをガス発生装置とした。各部の連結は、連結管としてガラス管を用いることにより行った。貯留部13はガス発生部12よりも高い位置に設置し、それぞれの高さが変動しないようにクランプで固定した。
<VOC含有ガスの濃度変化確認試験>
不活性ガス供給部11からベースガスを供給し、流量計14a及び14bが下記表1になるように流量を一定に調整した。ガス発生部12に液状VOCを所定量導入し、貯留部13にも液状VOCを下記表1で示す液面高さ(ガス発生部12の第1の液状VOCの液面a2よりも高い位置にある。)になるまで導入し、ガス発生部12と貯留部13とを連結するガラス管内も液状VOCで満たすようにした。なお、ガス発生部12内の第1の液状VOCの液面a2の面積は液面高さ50mmの場合で78.54cm、40mmの場合で75.34cmであり、貯留部内13の第2の液状VOCの液面b2の面積は12.57cmであった。
流量計14a、流量計14bで示された流量(表1中、「流量計14a」及び「流量計14b」と表記)、ガス発生部の温度(表1中、「温度」と表記)、貯蓄部13の第2の液状VOCの液面高さb1(表1中、「液面高さ」と表記)を表1になるように一定に調整し、時間経過によるVOC含有ガスの濃度(表1中、ガス濃度)を濃度測定部15を用いて測定した。ガス発生部12においてベースガスに接触させることでVOC含有ガスを発生させた。なお、揮発性有機化合物(VOC)としてメチルエチルケトン(表1中、MEKと表記)及びトルエン(表1中、トルエンと表記)を用いた。測定結果を表1に示す。また、時間[分]とVOC含有ガスの濃度[ppm]との関係を図2に示す。なお、貯留部内の第2の液状VOCの液面高さb1を調整可能な液面調整手段は、滴下漏斗により液状VOCを供給し、目視により一定になることを確認する手段により行った。
Figure 2016193398
表1より、メチルエチルケトン及びトルエンのいずれのVOCにおいても、VOC含有ガスの濃度はほぼ一定であった。本試験結果から、本発明は、貯留部13の第2の液状VOCの液面高さb1を一定に調整することで、VOC含有ガスの濃度を一定に保つことができるガス発生方法及びガス発生装置であることが分かる。
<液面高さとVOC含有ガスの濃度の相関確認試験>
貯留部13の液面高さと、VOC含有ガスの濃度の相関を確認した。具体的には、貯留部13の第2の液状VOCの液面高さb1を表2になるようにし、室温(第1の液状VOCの温度)の温度一定(19℃)にし、上記濃度変化確認試験同様にメチルエチルケトン(MEK)をVOCとしてVOC含有ガスを発生させた。初期(時間0分)のVOC含有ガスの濃度との関係を確認した。VOC含有ガスの濃度は図1中の濃度測定部15により確認した。結果を表2に示す。また、第2の液状VOCの液面高さb1とVOC含有ガスの濃度との関係を図3に示す。
Figure 2016193398
図3より、液面高さとVOC含有ガスの濃度との相関は、一次式の相関係数の二乗Rが0.9832となっており、貯留部13の液面高さと発生したVOC含有ガスの濃度は高い相関関係があるのが分かる。また、本試験結果から、貯留部13内の第2の液状VOCの液面高さb1を一定に調整しなかった場合には、VOC含有ガスの濃度が変動し、一定濃度のVOC含有ガスを連続的に供給することができないことが推認される。
以上から、本発明のガス発生方法は、貯留部13内の第2の液状VOCの液面高さb1を調整することでガス発生部12内の第1の液状VOCの液面高さa1を調整することが可能となり、ガス発生部12内の第1の液状VOCの液面高さa1を調整することで、VOC含有ガスの濃度を調整することのできるガス発生方法であることが分かる。
1 ガス発生装置
11 ベースガス供給部
12 ガス発生部
13 貯留部
14a ガス発生部供給側のベースガス流量計
14b VOC含有ガス希釈用のベースガス流量計
15 濃度測定部
16 温度計
a1 第1の液状VOCの液面高さ
a2 第1の液状VOCの液面
b1 第2の液状VOCの液面高さ
b2 第2の液状VOCの液面

Claims (5)

  1. 一定濃度のVOC含有ガスを発生させるガス発生方法であって、
    所定量の第1の液状VOCを収容したガス発生部内に、一定流量でベースガスを供給して接触させることで、前記VOC含有ガスを連続的に発生させるガス発生方法において、
    前記ガス発生部内の前記第1の液状VOCと連通する第2の液状VOCが貯留部内に存在し、
    前記第1の液状VOCの液面は、前記第2の液状VOCの液面より低い位置にあり、
    前記貯留部内の第2の液状VOCの液面高さを調整することで、前記第1の液状VOCの液面高さを一定に保つことを特徴とするガス発生方法。
  2. 前記第1の液状VOCの温度を一定に維持する請求項1に記載のガス発生方法。
  3. 前記第1の液状VOCの液面高さを調整することで、前記VOC含有ガスの設定濃度を調整する請求項1又は2に記載のガス発生方法。
  4. 前記第1の液状VOCの液面の面積は、前記第2の液状VOCの液面の面積の5倍以上である、請求項1から3のいずれかに記載のガス発生方法。
  5. 一定濃度のVOC含有ガスを発生させるガス発生装置であって、
    一定流量でベースガスを供給するベースガス供給部と、
    第1の液状VOCを収容可能であり、前記ベースガス供給部から供給された前記ベースガスを、前記第1の液状VOCに接触させることで、前記VOC含有ガスを発生させるガス発生部と、
    前記第1の液状VOCの温度を一定に調整する温度制御部と、
    前記VOC含有ガスのVOC濃度を測定する濃度測定部と、
    前記ガス発生部と管を介して連通し、第2の液状VOCを収容可能な貯留部と、を備え、
    前記ガス発生部内の前記第1の液状VOCの液面高さを一定に保つために、前記貯留部内の前記第2の液状VOCの液面高さを調整可能な液面調整手段を有することを特徴とするガス発生装置。
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