JP6923156B2

JP6923156B2 - 火山ガス測定装置および測定方法

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Publication number: JP6923156B2
Application number: JP2017087854A
Authority: JP
Inventors: 武大場; 博義森田; 和総東出; 泰道山本; 健二大庭
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Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2021-08-18
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Description

本発明は、火山ガス測定装置および測定方法に関するものである。

日本国には火山が多く、噴火の前兆を検出するシステムを構築することが重要である。この火山噴火の前兆を検出するために、硫化ガス、例えば、硫化水素、二酸化硫黄などの濃度と、二酸化炭素の濃度とを測定することが有用であることが知られている。

特許文献１には、火山ガスの濃度測定に利用できる、一酸化窒素などのガスの濃度を測定する装置が開示されている。この装置は、ガスセンサに付着した雑ガスなどを除去するために、ガスセンサに対して空気を流す。これにより、検出感度及び応答速度に優れ、センサの劣化を防ぐ。

例えば、特許文献２には、紫外線の吸収スペクトルを用いて、二酸化硫黄濃度と三酸化硫黄濃度とを測定する方法が開示されている。三酸化硫黄を加熱し、二酸化硫黄に変化させることで、三酸化硫黄濃度を測定する方法が記載されている。

特開２００６‐３１７２０７号公報特開２０１０‐１０２３０１号公報

火山ガス測定装置は、火山ガスをガス導入管から吸引し、火山ガスの成分濃度を測定する。この火山ガスには、硫化ガスが多く含まれている。このため、ガス導入管には、火山ガスに含まれる硫化ガスにより、硫黄が堆積する。このため、火山ガスを常時測定するためには、ガス導入管のメンテナンスが必要である。

以上のような状況を鑑み、本発明は、硫化ガスの対策を備えることで、ガス導入管のメンテナンス頻度が少ない火山ガス測定装置を提供することを目的の１つとする。他の目的については、以下の記載及び実施の形態の説明から理解することができる。

以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る火山ガス測定装置（１０００）は、一端が外部に開放されているガス導入管（１００）と、ガス導入管の他端に接続されているチャンバー（２００）と、ガス導入管を介して外部から火山ガス（２０）を吸引しチャンバーに供給するポンプ部（３００）と、チャンバー内の火山ガスに含まれている硫化ガスの濃度を測定する第１測定部（５００）と、チャンバー内の火山ガスに含まれている二酸化炭素の濃度を測定する第２測定部（６００）とを備える。ポンプ部は、硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度を測定しないときの所定の時間、外部から空気を吸引しガス導入管（１００）から外部に排出する。

本発明の第２の態様に係る火山ガス測定方法は、ガス導入管（１００）を介して外部から火山ガス（２０）を吸引し、硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定する測定ステップ（Ｓ１１、Ｓ２２）と、硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定しないときに、ガス導入管（１００）を介して空気を排出する排気ステップ（Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２４）とを含む。

本発明によれば、火山ガスを吸引しても、ガス導入管に堆積する硫黄は少ない。

実施の形態１に係る火山ガス測定装置の模式図である。図１の第２測定部の模式図である。図１のポンプボックスの模式図である。実施の形態１に係る火山ガス測定装置の動作を説明するための図である。測定結果を説明するための図である。実施の形態２に係る火山ガス測定装置の動作を説明するための図である。実施の形態３に係るポンプボックスの構成図である。従来の火山ガス測定装置を説明するための図である。測定結果から得られるグラフを示す図である。赤外線吸収法による測定方法を説明するための図である。

従来の火山ガス測定装置について説明する。図８に示すように、従来の火山ガス測定装置２０００は、ガス導入管２０１０を介して外部から火山ガス２０を吸引し、硫化ガスと二酸化炭素との濃度を測定する。火山ガス２０は、約９５％が水蒸気で占められる高温の気体である。その他に、火山ガス２０には、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）、二酸化硫黄（ＳＯ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）などが含まれている。このため、吸引する火山ガス２０に含まれている硫化水素などの硫化ガス濃度が高いとガス導入管２０１０に硫黄が堆積するなどの問題が生じる。このため、従来の火山ガス測定装置２０００では、噴気孔１０から４ｍ程度離れた位置にガス導入管２０１０の吸引口を設置する。これにより、火山ガス測定装置２０００は、硫化ガスと二酸化炭素との濃度を測定する。言い換えると、従来の火山ガス測定装置２０００は、噴気孔１０から噴出した火山ガス２０が大気で薄められた気体を吸引し、火山ガスの成分濃度を測定する。このため、火山ガス測定装置２０００で測定できる硫化ガスの濃度は、例えば、硫化水素の場合、１０ｐｐｍ程度である。また、噴気孔１０から４ｍ程度離れた位置にガス導入管２０１０の吸引口を設置しても、硫化ガスを吸引するため硫黄が堆積し、火山ガスの成分濃度を常時測定することは難しい。

また、噴火の兆候を検出するには、測定した火山ガス２０に含まれている硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度との比を算出することが重要になる。図９に示すように、硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度との関係を示すグラフから、回帰直線３０を算出する。この回帰直線３０の傾きから噴火の兆候を検出する。具体的には、この傾きが大きくなると、噴火が近付いていると判断できる。また、この傾きは、各火山により異なり、常時算出することが重要である。

回帰直線３０の切片４０は、大気の状況に応じて変化する。このため、硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを１点でのみ観測しても回帰直線３０の傾きを算出することは難しい。つまり、測定できる硫化ガス濃度の範囲が広いほど、回帰直線３０の傾きを精度よく算出することができる。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る火山ガス測定装置１０００の構成を説明する。図１に示すように、火山ガス測定装置１０００は、ガス導入管１００と、チャンバー２００と、ポンプ部３００と、排気孔４００と、第１測定部５００と、第２測定部６００と、制御部７００とを備える。ガス導入管１００を介して外部から火山ガス２０を吸引する。第１測定部５００は吸引した火山ガス２０に含まれている硫化ガスの濃度を測定する。第２測定部６００は火山ガス２０に含まれている二酸化炭素の濃度を測定する。吸引した火山ガス２０は、排気孔４００から排出される。火山ガス２０の成分濃度を測定しないときは、ガス導入管１００から空気を排出する。これにより、ガス導入管１００に硫黄が堆積するのを抑制する。

ガス導入管１００は、火山ガス２０をチャンバー２００に導く管である。ガス導入管１００の一端は、吸引口として外部に開放され、他端はチャンバー２００に接続されている。ガス導入管１００の吸引口は、噴気孔１０から約５０ｃｍ離れた位置に設置される。このため、火山ガス測定装置１０００は、従来の火山ガス測定装置２０００と異なり、硫化ガスの濃度が高い火山ガス２０を吸引できる。ガス導入管１００は、火山ガス２０を吸引する吸引口に温度計１１０を備える。また、チャンバー２００の近傍に、オートドレン１２０を備える。

温度計１１０は、ガス導入管１００の吸引口の温度を測定する。噴気孔１０から火山ガス２０が噴出すると、温度計１１０は高い温度を検知する。

オートドレン１２０は、火山ガス２０に含まれる水分を排出する。火山ガス２０の約９５％は水蒸気である。また、吸引した火山ガス２０は、ガス導入管１００の吸引口からチャンバー２００に移動するに従い温度が下がる。このため、吸引した火山ガス２０に含まれる水蒸気が液化し、オートドレン１２０から排出される。これにより、チャンバー２００に水が溜まるのを抑制する。

チャンバー２００は、ガス導入管１００で吸引した火山ガス２０の成分濃度を測定するために設けられている。チャンバー２００には、硫化ガスの濃度を測定する第１測定部５００が配置されている。

第１測定部５００は、チャンバー２００内の硫化ガスの濃度を測定する。言い換えると、ガス導入管１００が吸引した火山ガス２０に含まれている硫化ガスの濃度を測定する。第１測定部５００は、硫化ガスの濃度として、硫化水素の濃度と、二酸化硫黄の濃度とを定電位電解法を用いて測定する。定電位電解法の詳細については、後述する。

第２測定部６００は、チャンバー２００に接続され、火山ガス２０に含まれる二酸化炭素の濃度を赤外線吸収法により測定する。赤外線吸引法の詳細については、後述する。

ポンプ部３００は、ガス導入管１００とチャンバー２００とを介して、外部から火山ガス２０を吸引し、排気孔４００から排出する。具体的には、ポンプ部３００には、ポンプボックス３１０と、エジェクタ３２０とを備える。エジェクタ３２０は、供給管３６０を介して、ポンプボックス３１０に接続されている。さらに、エジェクタ３２０は、排気管３７０を介して、排気孔４００に接続されている。また、供給管３６０は、ポンプボックス３１０とエジェクタ３２０との間に第１弁３４０を備える。このため、第１弁３４０を開放すると、ポンプボックス３１０から供給される空気は、供給管３６０と、エジェクタ３２０と、排気管３７０とを介して、排気孔４００から火山ガス測定装置１０００の外部に排出される。エジェクタ３２０は、吸引管３８０を介して、チャンバー２００に接続されている。チャンバー２００内の気体は、ポンプボックス３１０から供給される空気により、吸引管３８０を介して、エジェクタ３２０に吸引される。エジェクタ３２０に吸引された気体は、ポンプボックス３１０から供給される空気の流れに乗り、排気管３７０を介して、排気孔４００から排出される。チャンバー２００内の気体が排出されると、チャンバー内の圧力が低くなる。このため、チャンバー２００に接続されているガス導入管１００の吸引口から火山ガス２０が吸引される。言い換えると、ポンプ部３００は、ガス導入管１００を介して火山ガス２０を吸引し、チャンバー２００に供給する。

また、ポンプ部３００は、チャンバー２００の気体を第２測定部６００に吸引し、排気孔４００から排出する。具体的には、ポンプ部３００は第１ポンプ３３０を備える。第１ポンプ３３０は、第２測定部６００から気体を吸引する。このため、第２測定部６００の圧力は低下し、チャンバー２００から空気が供給される。また、ポンプ部３００は、第２測定部６００から吸引した気体を排気孔４００から火山ガス測定装置１０００の外部に排出する。

さらに、ポンプ部３００は、チャンバー２００に空気を供給し、ガス導入管１００の吸引口から空気を排出する。ポンプボックス３１０に接続されている供給管３６０は、図１に示すように、分岐点３６５で分岐し、チャンバー２００に接続されている。供給管３６０は、分岐点３６５とチャンバー２００との間に、第２弁３５０を備える。第２弁３５０を開放すると、ポンプボックス３１０から供給される空気は、供給管３６０を介して、チャンバー２００に供給される。チャンバー２００に空気が供給されると、チャンバー２００内の圧力が高くなる。このため、チャンバー２００に接続されているガス導入管１００の吸引口から空気が排出される。

制御部７００は、ポンプ部３００の動作など、火山ガス測定装置１０００の動作を制御する。また、第１測定部５００と第２測定部６００とで測定したデータを保存する。

次に、第２測定部６００の詳細について説明する。第２測定部は、図２に示すように、チャンバー２００とポンプ部３００の第１ポンプ３３０とを接続する導入管を備える。また、第２測定部は、この導入管に設けられた除去フィルタ６２０とＣＯ_２測定器６１０とを備える。

除去フィルタ６２０は、硫化水素、二酸化硫黄などの腐食性ガスを除去する。火山ガス２０には腐食性ガスが含まれている。このため、火山ガス２０をそのまま測定すると、ＣＯ_２測定器６１０の腐食が進む。この腐食を軽減するため、ＣＯ_２測定器６１０よりもチャンバー２００側に除去フィルタ６２０を設ける。また、ＣＯ_２測定器６１０から火山ガス２０を吸引する第１ポンプ３３０の腐食も低減できる。

ＣＯ_２測定器６１０は、チャンバー２００に含まれる二酸化炭素の濃度を測定する。第１ポンプ３３０により、チャンバー２００内から気体を吸引する。吸引された気体は、除去フィルタ６２０により腐食性ガスが除去される。このため、ＣＯ_２測定器６１０は、除去フィルタ６２０により腐食性ガスが除去された気体の二酸化炭素の濃度を測定する。言い換えると、ＣＯ_２測定器６１０は、腐食性ガスを除去したチャンバー２００内の気体について、二酸化炭素の濃度を測定する。

次に、ポンプボックス３１０の詳細について説明する。ポンプボックス３１０は、図３に示すように、第２ポンプ３１１と、除去フィルタ３１５とを備える。

第２ポンプ３１１は、ポンプボックス３１０内の空気を、供給管３６０を介して、巡回させる。具体的には、第２ポンプ３１１は、ポンプボックス３１０内の空気を吸引し、供給管３６０に排出する。供給管３６０には、図３に示すように、ポンプボックス３１０内で分岐している。分岐している供給管３６０の一方は弁３１２を介してポンプボックス３１０内に開放されている。このため、弁３１２を開放すると、第２ポンプ３１１が排出した空気は、供給管３６０を介して、ポンプボックス３１０内で循環する。他方はポンプボックス３１０の外部、つまりエジェクタ３２０とチャンバー２００とに接続されている。このため、弁３１２を閉鎖すると、第２ポンプ３１１が排出した空気は、ポンプボックス３１０の外部に供給される。ポンプボックス３１０の外部に空気を供給しない場合、弁３１２を開放し、空気を循環させる。これにより第２ポンプ３１１が、起動と停止とを繰り返す回数を減らし、第２ポンプ３１１の劣化を低減する。

除去フィルタ３１５は、火山ガス測定装置１０００の外部から空気を吸引する際に、硫化水素、二酸化硫黄などの腐食性ガスを除去する。火山ガス測定装置１０００は、火山の噴気孔１０近辺に設置される。つまり、火山ガス測定装置１０００の設置される位置は、硫化水素、二酸化硫黄などの腐食性ガスの濃度が高い。このため、腐食性ガスを含まない空気を、外部から常時供給することができない。そこで、火山ガス測定装置１０００の外部から空気を吸引する吸入口に除去フィルタ３１５を設ける。これにより、腐食性ガスの含まない空気をポンプボックス３１０に供給する。

このようなポンプボックス３１０を備えることで、第２ポンプ３１１と、除去フィルタ３１５とのメンテナンスの頻度は少ない。空気を排出する必要があるときは、火山ガス測定装置１０００の外部から空気を吸引し、ポンプボックス３１０から供給管３６０に排出する。空気を排出する必要がないときは、弁３１２を開放し、ポンプボックス３１０内で空気を循環させる。つまり、第２ポンプ３１１の起動と停止とを繰り返す必要がないため、第２ポンプ３１１の劣化を抑制することができる。また、必要な空気量に応じて、火山ガス測定装置１０００の外部から空気を吸引するため、除去フィルタ３１５も長い期間使用することができる。

次に、火山ガス測定装置１０００を用いて、火山ガス２０の成分濃度を測定する動作を説明する。

火山ガス測定装置１０００は、一定の周期でガス導入管１００を介して火山ガス２０を吸引し、火山ガス２０の濃度を測定する。

火山ガス２０の成分濃度の測定を開始する際に、火山ガス測定装置１０００は、火山ガス２０の吸引を開始する。具体的には、図４に示すように、第１弁３４０を開放し、第２弁３５０を閉鎖する。これにより、ポンプボックス３１０からエジェクタ３２０に空気を供給し、排気孔４００から排出する。このため、チャンバー２００内の気体がエジェクタ３２０を介して、排気孔４００に排出される。この結果、火山ガス２０がガス導入管１００を介してチャンバー２００内に吸引される。

また、図４に示すように、第１ポンプ３３０を起動し、第２測定部６００の気体を排気孔４００から排出する。このため、チャンバー２００内の気体が第２測定部６００を介して排気孔４００に排出される。

図４に示すように、Ｓ１１の期間、ガス導入管１００を介して火山ガス２０を吸引し続ける。このため、外部からチャンバー２００に火山ガス２０が供給される。つまり、チャンバー２００内に火山ガス２０が供給され、火山ガス２０の濃度が増加する。言い換えると、火山ガス２０に含まれる硫化ガスと二酸化炭素の濃度が増加する。

このＳ１１の期間に、第１測定部５００は連続して硫化ガスの濃度を測定する。具体的には、火山ガス２０の吸引を開始した時から、Ｓ１１の期間が終了するまで、第１測定部５００は硫化ガスの濃度を測定する。火山ガス２０の吸引を開始した時はチャンバー２００内の硫化ガスの濃度は低い。Ｓ１１の期間が終了するときには、チャンバー２００内に火山ガス２０が満たされるため、硫化ガスの濃度は高い。つまり、硫化ガスの濃度が増加していく間も、硫化ガスの濃度を測定する。これにより、第１測定部５００は硫化ガスの濃度が低い状態から高い状態まで変化する各状態において測定することができる。

また、第２測定部６００も、同様にＳ１１の期間に、連続して二酸化炭素の濃度を測定する。チャンバー内の気体が第２測定部６００を介して排出されるため、第２測定部６００ではチャンバー内の気体に含まれる二酸化炭素の濃度を測定できる。つまり、硫化ガスの濃度が増加していく期間に対応して、二酸化炭素の濃度を測定する。Ｓ１１は硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定する測定ステップと言える。

Ｓ１１の期間経過後、火山ガス測定装置１０００は、第２測定部６００内から測定していた気体を排出する。つまり、ポンプボックス３１０内の空気を第２測定部６００に供給し、測定していた気体を排出する。具体的には、第１弁３４０を閉鎖し、第２弁３５０を開放する。これにより、ポンプボックス３１０内の空気はチャンバー２００に供給される。ここで、第１ポンプ３３０は第２測定部６００内の気体を排気孔４００に排出するため、チャンバー２００から第２測定部６００に空気が供給される。つまり、ポンプボックス３１０内の空気が第２測定部６００に供給される。Ｓ１２の期間、ポンプボックス３１０内の空気を供給することで、第２測定部６００内の気体における二酸化炭素の濃度は、火山ガス測定装置１０００外部の大気における二酸化炭素の濃度と同程度になる。つまり、Ｓ１２は第２測定部６００の空気を入れ替える換気ステップと言える。

Ｓ１２の期間経過後、火山ガス測定装置１０００は、ガス導入管１００から空気を排出する。これにより、ガス導入管１００に硫黄が堆積するのを抑制する。具体的には、図４に示すように、第１ポンプ３３０を停止する。これにより、チャンバー２００から第２測定部６００に空気が供給されなくなる。また、チャンバー２００にはポンプボックス３１０から空気は供給され続ける。このため、チャンバー２００の圧力が上昇し、ガス導入管１００を介して空気が外部に排出される。次に火山ガス２０の測定を開始するまでのＳ１３の期間、ガス導入管１００を介して空気を排出する。つまり、Ｓ１３はガス導入管１００を介して外部に空気を排出する排気ステップと言える。

次に火山ガス２０の測定を開始すると、前述のとおり、火山ガス測定装置１０００は、火山ガス２０の吸引を開始する。火山ガス２０の吸引を開始するときには、チャンバー２００は、ポンプボックス３１０から供給される空気で満たされている。つまり、チャンバー２００は、火山ガス測定装置１０００が設置された大気から硫化ガスが除去された空気で満たされている。この状態から火山ガス２０を吸引する。この火山ガス２０を吸引しているＳ１１の間も硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定する。

以上のような処理を繰り返すことで、火山ガス測定装置１０００は、１回の測定で硫化ガスの濃度が低い状態から高い状態まで変化する各状態において成分濃度を測定することができる。つまり、火山ガス２０の吸引を開始してからの時刻に応じて、硫化ガスの濃度は変化する。また、硫化ガスの濃度を測定している間、二酸化炭素の濃度も測定する。このため、硫化ガスの濃度に対応する二酸化炭素の濃度を測定することができる。この測定結果を制御部７００に保存する。具体的には、図５に示すように、火山ガス２０の吸引を開始してから時刻ｔ１が経過したときの硫化ガスの濃度Ｓ１と、二酸化炭素の濃度Ｃ１とを測定する。時刻ｔ２が経過したときも同様に硫化ガスの濃度Ｓ２と、二酸化炭素の濃度Ｃ２とを測定する。つまり、火山ガス２０の吸引を開始してからの時刻に応じて、硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定する。ここで、チャンバー２００には火山ガス２０が供給され続けるため、硫化ガスの濃度はＳ１よりもＳ２が高い。また、Ｓ２よりもＳ３が高い。それぞれの状態において、二酸化炭素の濃度も測定する。この結果を制御部７００に保存する。

この測定結果を用いて、図９に示すように、回帰直線３０を算出することができる。つまり、１回の測定において、回帰直線３０を算出することができる。具体的には、図５に示すように、硫化ガスの濃度Ｓ１に対応する二酸化炭素の濃度Ｃ１が測定されている。これらの測定したデータを図９に示すようにグラフ化し、回帰直線３０を算出する。このように、１回の測定において回帰直線３０を算出できるため、大気の状態により二酸化炭素の濃度は変化するが、得られる回帰直線３０はこの濃度変化の影響を受けない。一方、従来の火山ガス測定装置では、１回の測定では、硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度との組み合わせを１回測定することしかできない。このため、図９に示すような回帰直線３０の傾きを算出するためには、複数回の測定が必要である。この結果、大気の状態が変化することで二酸化炭素の濃度変化の影響を受ける。このように、火山ガス測定装置１０００は、従来の火山ガス測定装置に比べて、大気の影響の小さい火山ガスの成分濃度の測定が可能になる。

また、火山ガス測定装置１０００は、火山ガス２０の成分濃度の測定を行わないときにガス導入管１００を介して空気を排出することで、ガス導入管１００への硫黄の堆積を抑制する。これにより、火山ガス測定装置１０００は、従来の火山ガス測定装置では不可能であった噴気孔１０の近傍による火山ガス２０の成分濃度の測定が可能である。これにより、硫化ガスの濃度が高い火山ガス２０の成分濃度の測定が可能である。例えば、硫化水素の濃度の場合、２００ｐｐｍを超える値を測定できる。つまり、図９に示す横軸の硫化ガス濃度に対して測定できる範囲が、従来の火山ガス測定装置よりも広い。このことからも、従来の火山ガス測定装置よりも精度の高い回帰直線３０を算出することができる。なお、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の各期間は予め決められた期間である。

（実施の形態２）
実施の形態１では、火山ガス２０の濃度測定を行わないときに、常にガス導入管１００から空気を排出する例を示したが、これに限定されない。火山ガス２０の濃度測定を行わないときに、所定の時間、ガス導入管１００から空気を排出してもよい。実施の形態２では、測定開始時と測定終了時に所定の時間、ガス導入管１００から空気を排出する動作を説明する。

図６に示すように、測定を開始するときに、まず、ガス導入管１００から空気を排出する。具体的には、ポンプボックス３１０から空気を排出する。第２弁３５０は開放されているため、ポンプボックス３１０からチャンバー２００に空気が供給される。これにより、ガス導入管１００を介して空気が排出される。また、Ｓ２１の期間、チャンバー２００に空気を供給することで、チャンバー２００内の気体は排出され、硫化ガスが除去されたポンプボックス３１０内の空気で満たされる。つまり、Ｓ２１の期間は、ガス導入管１００を介して空気を排出する排気ステップと言える。

Ｓ２１の期間が経過した後、Ｓ２２の期間に、火山ガス測定装置１０００は、ガス導入管１００から火山ガス２０を吸引し、硫化ガスの濃度を測定する。具体的には、第２弁３５０を閉鎖する。これにより、ポンプボックス３１０からチャンバー２００に空気が供給されなくなる。また、第１弁３４０が開放されているため、ポンプボックス３１０からエジェクタ３２０に空気が供給される。このため、チャンバー２００内の気体が排気孔４００から排出される。この結果、ガス導入管１００の吸引口から火山ガス２０が吸引される。これにより、チャンバー２００内の硫化ガスの濃度が増加する。火山ガス２０の吸引が開始されると、第１測定部５００は硫化ガスの濃度を測定する。これにより、Ｓ２２の期間に、第１測定部５００は硫化ガスの濃度が低い状態から高い状態まで変化する各状態において測定することができる。

また、硫化ガスの濃度測定に合わせて、Ｓ２２の期間に、第２測定部６００は二酸化炭素の濃度も測定する。具体的には、第１ポンプ３３０も起動する。このため、チャンバー２００の気体が、第２測定部６００を介して、排気孔４００から排出される。つまり、チャンバー２００の気体が第２測定部６００に流れ込む。これにより、第２測定部６００は、チャンバー２００内の気体に含まれる二酸化炭素の濃度を測定することができる。つまり、Ｓ２２の期間は、硫化ガスの濃度と、二酸化炭素の濃度とを測定する測定ステップと言える。

Ｓ２２の期間が経過した後、火山ガス測定装置１０００は、第２測定部６００内から測定していた気体を排出する。具体的には、第２弁３５０を開放し、チャンバー２００にポンプボックス３１０内の空気を供給する。第１ポンプ３３０が第２測定部６００内の気体を排出するため、Ｓ２３の期間経過するとチャンバー２００に供給された空気は第２測定部６００内に満たされる。Ｓ２３の期間は、第２測定部６００の空気を入れ替える換気ステップと言える。

Ｓ２３の期間が経過した後、火山ガス測定装置１０００は、ガス導入管１００から空気を排出し、硫黄の堆積を低減する。具体的には、第１ポンプ３３０を停止する。これにより、ポンプボックス３１０からチャンバー２００に供給される空気は、ガス導入管１００から排出される。このガス導入管１００を介して空気を排出するＳ２４の期間は、排気ステップと言える。

Ｓ２４の期間が経過した後、ポンプボックス３１０からの空気の供給を停止する。つまり、火山ガス測定装置１０００は、ガス導入管１００からの空気の排出を停止する。また、ポンプボックス３１０は、エジェクタ３２０にも空気を供給しないため、ガス導入管１００は火山ガス２０を吸引しない。つまり、次に測定を開始するまでのＳ２５の期間、火山ガス測定装置１０００内の気体は停滞する。つまり、Ｓ２５の期間は、停滞ステップと言える。

以上の動作を繰り返すことで、実施の形態１と同様に、硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定できる。また、ガス導入管１００を介して空気を排出することで、硫黄の堆積を抑制できる。さらに、ガス導入管１００を介して空気を排出する時間が短くなるため、ポンプボックス３１０から空気を排出する量は少ない。言い換えると、ポンプボックス３１０が外部の空気を吸引する量が少ない。つまり、除去フィルタ３１５により腐食性ガスを除去する空気の量が少ない。このため、除去フィルタ３１５を長く使用することができる。なお、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４の各期間は予め決められた期間である。

実施の形態２では、第１弁３４０が常に開放している例を示したが、これに限定されない。例えば、実施の形態１と同様に、第２弁３５０が開放しているときに、第１弁３４０を閉鎖してもよい。第１弁３４０を閉鎖することで、チャンバー２００からエジェクタ３２０を介して排気孔４００に排出される空気の量が少なくなる。また、第２弁３５０が開放しているときは、ポンプボックス３１０がチャンバー２００に空気を供給する。つまり、第１弁３４０を閉鎖することで、チャンバー２００に供給される空気が火山ガス測定装置１０００の外部に排出される量が少なくなる。このため、ポンプボックス３１０が供給する空気の量を少なくすることができる。

また、ポンプボックス３１０が空気を供給しないとき、つまりＳ２５の期間に第２弁３５０を開放している例を示したが、これに限定されない。例えば、第２弁３５０を閉じていてもよい。

実施の形態２では、第２測定部６００からガスを排出した後にガス導入管１００を介して空気を排出する排気ステップ、つまりＳ２４の期間を設ける例を示したが、これに限定されない。ガス導入管１００を介して空気が排出されればよく、第２測定部６００から気体を排出すると同時にガス導入管１００の吸引口から空気を排出してもよい。この場合、チャンバー２００に供給する空気の量を、第２測定部６００から排出する気体の量よりも多くする必要がある。

（実施の形態３）
実施の形態１、２では、ポンプボックス３１０内に１のポンプを備える例を示した。ポンプボックス３１０内に複数のポンプを備えていてもよい。ポンプボックス３１０内に２つのポンプを備える構成について説明する。

図７に示すように、ポンプボックス３１０Ａは、第２ポンプ３１１と、第３ポンプ３１３と、除去フィルタ３１５とを備える。第２ポンプ３１１と、除去フィルタ３１５は、実施の形態１、２と同様に動作する。

第３ポンプ３１３は、第２ポンプ３１１が故障したときに起動し、第２ポンプ３１１の代わりとして動作する。具体的には、供給管３６０は、分岐点３６７で分岐し、一方が第２ポンプ３１１に接続され、他方が第３ポンプ３１３に接続されている。また、供給管３６０は、分岐点３６７と第３ポンプ３１３との間で分岐している。分岐した供給管３６０は、弁３１４を介してポンプボックス内に開放されている。このため、第２ポンプ３１１が正常に動作する場合は、実施の形態１、２と同様に動作することができる。第２ポンプ３１１が故障したときは、第３ポンプ３１３が起動する。第３ポンプ３１３は、ポンプボックス３１０内の空気を吸引し、供給管３６０に排出する。また、図７に示すように、弁３１４を開放することで、ポンプボックス３１０内の空気は循環する。このようにして、第２ポンプ３１１が故障したときに、第３ポンプ３１３が起動し、ポンプボックス３１０から空気を排出する。これにより、第２ポンプ３１１が故障したとしても、ポンプボックス３１０は正常に動作し、火山ガス測定装置１０００は継続して火山ガスを測定することができる。

実施の形態３では、ポンプボックス３１０Ａ内の供給管３６０に２つの弁３１２、３１４を備える例を示したが、１つの弁で構成してもよい。具体的には、実施の形態３では、弁３１２を分岐点３６７と第２ポンプ３１１との間に、弁３１４を分岐点３６７と第３ポンプ３１３との間に設けた。１つの弁で構成する場合、分岐点３６７よりも下流、つまり第２ポンプ３１１、第３ポンプ３１３の逆側に設ける。これにより、第２ポンプ３１１と第３ポンプ３１３のいずれを用いても、ポンプボックス３１０Ａ内で空気を循環することができる。

また、ポンプボックス３１０Ａ内は、第２ポンプ３１１と、第３ポンプ３１３の２つのポンプを備える例を示したが、３以上のポンプを備えていてもよい。具体的には、供給管３６０が分岐され各ポンプに接続されている。また、各ポンプに対して、ポンプボックス３１０Ａ内で空気を循環させるための弁を設ける。これにより、３以上のポンプを備えるポンプボックス３１０Ａを実現することができる。

（変形例）
上記実施の形態では、第１測定部５００で、硫化ガスとして、硫化水素の濃度と二酸化硫黄の濃度とを測定する例を示したが、これに限定されない。硫化水素と二酸化硫黄とのいずれか一方の濃度を測定してもよい。いずれか一方の濃度を測定することで、図９に示すような回帰直線３０を算出することができる。

上記実施の形態では、チャンバー２００内の気体を吸引する吸引部として、エジェクタ３２０を備える例を示したが、これに限定されない。ポンプ部３００が、チャンバー２００内の気体を排気孔４００に排出できればよく、任意の方法を選択することができる。例えば、チャンバー２００内の気体を吸引し、排気孔４００に排出するポンプを設けてもよい。この場合、ポンプは、腐食性ガスを含む火山ガス２０を吸引するため、エジェクタ３２０を用いるよりも、火山ガス測定装置１０００のメンテナンスの頻度が多くなる。言い換えると、エジェクタ３２０を用いることで、火山ガス測定装置１０００のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。

また、第１ポンプ３３０を用いて、第２測定部６００から気体を排気孔４００に排出する例を示したが、これに限定されない。第２測定部６００から火山ガス２０を排出できればよく、任意の方法を選択することができる。例えば、エジェクタを用いて、第２測定部６００から気体を排出することもできる。

また、供給管３６０に第１弁３４０と第２弁３５０とを備える例を示したが、これに限定されない。ポンプボックス３１０からチャンバー２００への空気の供給と、ポンプボックス３１０からエジェクタ３２０への空気の供給とを制御できればよい。例えば、図１に示す分岐点３６５に、１入力２出力の制御弁を設け、空気の供給を制御してもよい。

上記実施の形態では、定電位電解法と赤外線吸収法とを用いて硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定する例を示したが、これに限定されない。硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とが測定できる任意の方法を選択することができる。例えば、紫外線吸収法、溶液導電率法などを選択することができる。

上記実施の形態では、第２測定部６００に除去フィルタ６２０を備える例を示したが、これに限定されない。ＣＯ_２測定器６１０と第１ポンプ３３０とが耐食性を有していれば、除去フィルタ６２０を備えなくてもよい。また、ＣＯ_２測定器６１０が耐食性を有していれば、硫化ガスの濃度測定と同様に、チャンバー２００内の火山ガス２０から直接、二酸化炭素の濃度を測定してもよい。

上記実施の形態では、一定周期で火山ガス２０の成分濃度を測定する例を示したが、これに限定されない。例えば、ガス導入管１００の吸引口に設けた温度計１１０が予め決められた温度より高い場合に測定を開始してもよい。噴気孔１０から火山ガス２０が噴出されると、ガス導入管１００の吸引口に火山ガス２０が吹き付けられる。このため、温度計１１０は高い温度を検知する。つまり、火山ガス２０が噴出されたときに火山ガス２０を測定することになる。火山ガス２０の成分濃度を確実に測定することができるという効果を有する。

また、測定する期間、つまりＳ１１とＳ２２の期間は予め決められている例を示したが、これに限定されない。例えば、第１測定部５００で測定した硫化ガスの濃度が予め決められた値を超えた場合に測定を終了してもよい。また、第２測定部６００で測定した二酸化炭素の濃度が予め決められた値を超えた場合に測定を終了してもよい。

また、第２測定部６００の気体を排出する期間、つまりＳ１２とＳ２３の期間は予め決められている例を示したが、これに限定されない。例えば、第２測定部６００で二酸化炭素の濃度を測定し、予め決められた値より小さくなった場合に排出を終了してもよい。

（赤外線吸収法）
赤外線吸収法は、測定する対象の赤外領域における光吸収を利用する。具体的には、図１０に示すように、光源２１１０から赤外線を測光器２１３０に照射する。この赤外線の光路上に試料ガスで満たした試料セル２１２０を配置する。このため、光源２１１０から照射された赤外線は、試料セル２１２０内の試料ガスで赤外線が吸収される。測光器２１３０で赤外線を測定することで、試料ガスによる吸収量を計測する。この吸収量から、試料ガスに含まれる特定の気体の濃度を算出する。ここで、試料セル２１２０に、試料ガスを吸引する吸引口２１２１と、試料ガスを排出する排出口２１２２を設ける。吸引口２１２１から連続して試料ガスを吸引することで、試料ガスに含まれる特定の気体の濃度を連続的に測定することができる。また、赤外線の波長は、測定する気体に応じて、変化させる。例えば、二酸化炭素の場合は、波長が４．２６μｍの赤外線を用いる。

（定電位電解法）
定電位電解法は、測定する対象を吸収させた電解質溶液に流れる電解電流からガスの濃度を計測する。電解質溶液に、参照電極と、作用電極と、対電極とが浸されている。参照電極と作用電極との間に一定の電圧を与える。この時に対電極に流れる電解電流を測定する。この電解電流はガスの濃度が高いほど高くなる。このため、電解電流を測定することで、ガスの濃度を計測することができる。

以上において説明した処理は一例であり、各ステップの順番、処理内容は、機能を阻害しない範囲で変更してもよい。また、説明した構成は、機能を阻害しない範囲で、任意に変更してもよい。

１０噴気孔
２０火山ガス
３０回帰直線
４０切片
１００ガス導入管
１１０温度計
１２０オートドレン
２００チャンバー
３００ポンプ部
３１０、３１０Ａポンプボックス
３１１第２ポンプ
３１２、３１４弁
３１３第３ポンプ
３１５除去フィルタ
３２０エジェクタ
３３０第１ポンプ
３４０第１弁
３５０第２弁
３６０供給管
３６５、３６７分岐点
３７０排気管
３８０吸引管
４００排気孔
５００第１測定部
６００第２測定部
６１０ＣＯ_２測定器
６２０除去フィルタ
７００制御部
１０００火山ガス測定装置
２０００従来の火山ガス測定装置
２０１０ガス導入管
２１１０光源
２１２０試料セル
２１２１吸引口
２１２２排出口
２１３０測光器

Claims

一端が外部に開放されているガス導入管と、
前記ガス導入管の他端に接続されているチャンバーと、
前記ガス導入管を介して外部から火山ガスを吸引しチャンバーに供給するポンプ部と、
前記チャンバー内の火山ガスに含まれている硫化ガスの濃度を測定する第１測定部と、
前記チャンバー内の火山ガスに含まれている二酸化炭素の濃度を測定する第２測定部と、
を備え、
前記ポンプ部は、硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定しないときの所定の時間、外部から空気を吸引し前記チャンバーと前記ガス導入管とを介して外部に排出し、
前記ポンプ部は、前記チャンバーの気体を前記第２測定部に吸引し、外部に排出し、
前記第２測定部は、
前記チャンバーから吸引された気体から腐食性ガスを除去する除去フィルタと、
前記除去フィルタにより腐食性ガスが除去された気体の二酸化炭素の濃度を測定する測定器と、
を備える
火山ガス測定装置。
一端が外部に開放されているガス導入管と、
前記ガス導入管の他端に接続されているチャンバーと、
前記ガス導入管を介して外部から火山ガスを吸引しチャンバーに供給するポンプ部と、
前記チャンバー内の火山ガスに含まれている硫化ガスの濃度を測定する第１測定部と、
前記チャンバー内の火山ガスに含まれている二酸化炭素の濃度を測定する第２測定部と、
を備え、
前記ポンプ部は、硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定しないときの所定の時間、外部から空気を吸引し前記チャンバーと前記ガス導入管とを介して外部に排出し、
前記ポンプ部は、外部から空気を吸引し前記チャンバーを介して外部に排出したあと、前記火山ガスを吸引し、
前記第１測定部と前記第２測定部とは、前記ガス導入管を介して前記火山ガスの吸引を開始するときから濃度を測定する
火山ガス測定装置。
請求項２に記載の火山ガス測定装置であって、
前記第１測定部と前記第２測定部とは、前記チャンバー内において吸引された前記火山ガスの割合が増加している間に複数回測定する
火山ガス測定装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の火山ガス測定装置であって、
前記ポンプ部は、
硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定するときに前記チャンバー内の気体を排出することで前記ガス導入管を介して前記チャンバーに前記火山ガスを吸引し、
硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定しないときの所定の時間、外部から前記チャンバー内に空気を供給することで、前記チャンバー内の気体を、前記ガス導入管を介して外部に排出する
火山ガス測定装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の火山ガス測定装置であって、
前記ポンプ部は、
ポンプボックスと、
硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定するときに、前記ガス導入管を介して外部から前記火山ガスを吸引する吸引部と
を備え、
前記ポンプボックスは、
前記火山ガス測定装置の外部から空気を吸引する吸入口に、腐食性ガスを除去する除去フィルタと、
前記ポンプボックス内の空気を吸引し、硫化ガスと二酸化炭素の濃度を測定しないときの所定の時間、前記チャンバーと前記ガス導入管とを介して外部に排出するポンプと
を備える
火山ガス測定装置。
請求項５に記載の火山ガス測定装置であって、
前記吸引部はエジェクタを備え、
前記ポンプは、前記ポンプボックス内の空気を吸引し、硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定するときに前記エジェクタに供給する
火山ガス測定装置。
請求項６に記載の火山ガス測定装置であって、
前記ポンプは、前記エジェクタに空気を供給しないとき、かつ、前記ガス導入管を介して外部に空気を排出しないときに、前記ポンプボックス内の空気を吸引し、前記ポンプボックス内に空気を供給する
火山ガス測定装置。
請求項１から７のいずれか１項に記載の火山ガス測定装置であって、
前記硫化ガスに硫化水素を含む
火山ガス測定装置。
請求項１から８のいずれか１項に記載の火山ガス測定装置であって、
前記硫化ガスに二酸化硫黄を含む
火山ガス測定装置。
硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定しないときに、ガス導入管を介して空気を排出する排気ステップと、
前記排気ステップのあと、前記ガス導入管を介して外部から火山ガスを吸引し、前記火山ガスの吸引を開始したときから硫化ガスの濃度と二酸化炭素の濃度とを測定する測定ステップと、
を含む火山ガスの測定方法。