CN114053846A - 水分分离装置 - Google Patents

Abstract

【课题】提供一种水分分离装置，其能够抑制设备成本和设置空间的增大，同时能够提高对样气的冷却效率而实现水分的分离能力的提高，进而能够容易地回收水分且有效地引导样气。【解决手段】包含水分的样气被导入第1配管(11)并向下方流动。第2配管(12)在内侧配置有第1配管(11)，冷却气体被导入第2配管(12)并向下方流动。在出口室(13)，从第1配管(11)导入样气，同时分离出的水分从第1配管(11)的下端部滴落。水分回收室(14)在出口室(13)的下方与出口室(13)连通，回收分离出的水分。样气引导部(15)与出口室(13)连通，引导流出到出口室(13)的样气。

Description

水分分离装置

技术领域

本发明涉及一种从包含水分的样气分离水分的水分分离装置。

背景技术

在使用红外分光光度计等分析仪对所采集的样气进行成分分析时，若样气中包含大量水分，则成分分析困难。需要说明的是，在利用红外分光光度计进行样气的成分分析时，通过基于红外线吸收峰的差异的红外光谱来进行成分的分析。另一方面，作为水分的水蒸气吸收红外线。因此，如样气中的水蒸气饱和或样气为高湿度这种样气中包含大量水分的情况下，分析对象的样气与水分的红外线吸收峰会重叠。因此，若样气中包含大量水分，则难以利用红外光谱进行成分的分析。

如上所述，若样气中包含大量水分，则难以利用分析仪进行成分的分析。因此，进行下述操作：从包含大量水分的样气中分离出一定程度的水分而减少了水分后，将样气供给至分析仪，进行样气成分的分析。作为从包含水分的样气分离水分的方法，存在下述方法：使用采用冷却水等液体制冷剂的热交换器，先将包含水分的样气冷却，使样气中包含的水分的一部分冷凝而分离除去。但是，该情况下，需要采用液体制冷剂的热交换器，会导致设备成本和设置空间的增大。

与此相对，作为无需采用液体制冷剂的热交换器的空气冷却式的水分分离装置，已知有专利文献1中公开的水分分离装置。专利文献1中公开的水分分离装置的构成中具备下述部分：排水分离器主体，设置于用于将样气导入分析仪的样气管线；和外筒容器，覆盖排水分离器主体的周围且在此导入和排出仪器空气。另外，专利文献1的水分分离装置构成为，通过在外筒容器内对排水分离器主体喷吹仪器空气，在排水分离器主体内将样气冷却，分离样气中的水分。需要说明的是，排水分离器主体设置于样气管线，样气在排水分离器主体的上端侧导入排水分离器主体中，在排水分离器主体的上端侧从排水分离器主体取出。另外，排水分离器主体内的从样气分离出的水分从设置于排水分离器主体的下部的排水排出口排出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-197422号公报

发明内容

发明所要解决的课题

专利文献1的水分分离装置无需采用液体制冷剂的热交换器，因此能够抑制设备成本和设置空间的增大。但是，根据专利文献1的水分分离装置，样气在排水分离器主体的上端侧导入排水分离器主体，并从排水分离器主体取出。并且，通过在外筒容器内对排水分离器主体喷吹仪器空气，在排水分离器主体内的上端侧的区域流动的样气被冷却。因此，无法有效地隔着排水分离器主体进行样气与仪器空气之间的热交换，样气的冷却效率降低。另外，由于样气的冷却效率低，所以难以充分地从样气分离水分，水分的分离能力也降低。

因此，希望实现一种能够提高对样气的冷却效率、并且能够实现水分分离能力的提高的水分分离装置。另外，在水分分离装置中，希望在提高对样气的冷却效率与提高水分的分离能力的同时，进而能够容易地回收从样气分离出的水分，并且能够有效地将分离出水分后的样气引导至分析仪等供给目的地。

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种水分分离装置，其能够抑制设备成本和设置空间的增大，同时能够提高对样气的冷却效率而实现水分的分离能力的提高，进而能够容易地回收水分且有效地引导样气。

用于解决课题的手段

(1)为了解决上述课题，本发明的一个方面的水分分离装置具备：第1配管，被导入包含水分的样气，且上述样气向下方流动；第2配管，至少一部分配置于上述第1配管的内侧或在内侧配置有上述第1配管的至少一部分，被导入温度低于上述样气的冷却气体，且上述冷却气体向上方或下方流动；出口室，上述第1配管的下端部开口，上述样气从上述第1配管导入，且从上述样气分离出的上述水分从上述下端部滴入该出口室；水分回收室，与上述出口室连通且配置于上述出口室的下方，回收从上述样气分离出的上述水分；和样气引导部，与上述出口室连通，引导流出到上述出口室的上述样气。

根据该构成，在第1配管中流动的样气和在第2配管中流动的冷却气体之间进行热交换，样气被冷却。并且，通过对样气的冷却，根据温度所致的饱和水蒸气量的差异，样气中包含的水分的一部分发生冷凝。由此，水分从样气中冷凝而被分离。由此，根据上述构成，在从样气分离水分时，无需采用液体制冷剂的热交换器，因此能够抑制设备成本和设置空间的增大。

另外，根据上述构成，样气在第1配管中向下方流动，并且冷却气体在配置于第1配管的内侧或在内侧配置有第1配管的第2配管中向上方或下方流动的同时，冷却气体与样气之间进行热交换，样气被冷却。因此，在第1和第2配管中的一者配置于另一者的内侧且沿上下方向延伸的区域中的上下方向的整个长度，样气和冷却气体沿着上下方向流动，同时在样气与冷却气体之间有效地进行热交换。由此，能够实现样气的冷却效率的提高，能够实现水分的分离能力的提高。

此外，根据上述构成，经冷却、水分分离后样气向下方流动的第1配管的下端部在出口室开口，从样气分离出的水分滴入出口室，并且分离出水分后的样气也流出到出口室。因此，能够使有效地进行冷却并分离的样气和水分直接简单地从第1配管向下方的出口室排出。并且，水分被回收到出口室的下方的水分回收室，分离出水分后的样气由与出口室连通的样气引导部所引导，供给至分析仪等供给目的地。因此，根据上述构成，能够容易地回收从样气分离出的水分，并且能够有效地引导分离出水分的样气。

因此，根据上述构成，可以提供一种水分分离装置，其能够抑制设备成本和设置空间的增大，同时能够提高对样气的冷却效率而实现水分的分离能力的提高，进而能够容易地回收水分且有效地引导样气。

(2)上述第1配管和上述第2配管有时分别设置成以直线状上下延伸，上述冷却气体沿着与上述第1配管中的上述样气的流动方向平行的方向在上述第2配管中流动。

根据该构成，第1和第2配管分别以直线状上下延伸，冷却气体沿着与样气的流动方向平行的方向流动。因此，能够更有效地进行在第1配管中流动的样气与在第2配管中流动的冷却气体之间的热交换。由此，能够进一步提高对样气的冷却效率，进一步提高水分的分离能力。

(3)上述第1配管有时以插入上述第2配管的内侧的状态配置。

根据该构成，样气在插入第2配管的内侧的第1配管的内侧流动，在第2配管中流动的冷却气体覆盖着第1配管的整周在第1配管的外侧流动。因此，借助样气流动的第1配管的整周的宽面积，冷却气体能够更有效地从样气除去热。由此，能够进一步提高对样气的冷却效率，进一步提高水分的分离能力。

(4)上述第1配管和上述第2配管有时设置成以中心轴线一致的同心状配置的双重管。

根据该构成，在与第1和第2配管的中心轴线垂直的截面中绕中心轴线的周向的区域中，样气和冷却气体的流量分布变得更均匀。因此，能够进一步降低冷却气体对样气冷却的不均，能够进一步提高对样气的冷却效率，能够进一步提高水分的分离能力。

(5)上述冷却气体有时沿着与上述样气的流动方向平行且相同的方向在上述第2配管中向下方流动。

根据该构成，冷却气体和样气一边进行热交换，一边沿平行且相同的方向流动。因此，冷却气体一边从样气除热一边流动的方向与样气一边被冷却气体冷却一边流动的方向为相同方向。由此，通过较大地设定进行热交换的冷却气体与样气之间的温度差，能够更有效地冷却样气。

(6)在上述第1配管的上述下端部向上述出口室开口的出口侧开口有时配置在上述样气引导部与上述出口室连通的位置的下方。

根据该构成，第1配管的出口侧开口配置在样气引导部与出口室的连通位置的下方，因此能够更确实地防止从出口侧开口滴入出口室的水分浸入样气引导部。因此，能够更确实地防止水分混入经水分分离而由样气引导部所引导的样气中。

(7)上述出口室有时具有：出口室主体部，上述第1配管向其开口且上述样气引导部与其连通；和连通管部，从上述出口室主体部的下端向下方延伸且与上述水分回收室开口连通，上述水分回收室构成为存积水，上述连通管部的下端构成为，在上述水分回收室中，在存积于上述水分回收室中的水的水面的下方开口。

根据该构成，从第1配管滴落并排出到出口室主体部的水分通过连通管部落下到存积于水分回收室中的水的水面，被回收到水分回收室中。另外，从第1配管流出到出口室主体部的样气向样气引导部流动并被样气引导部引导，供给至分析仪等供给目的地。并且，根据上述构成，将出口室主体部与水分回收室连通的连通管部的下端在存积于水分回收室中的水的水面的下方开口，在水分回收室内的水中开口。因此，能够确实地防止出口室主体部的外部的空气从在水分回收室开口的连通管部流入。由此，能够确实地防止外部的空气混入从出口室主体部向样气引导部流动并被样气引导部引导的样气中。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种水分分离装置，其能够抑制设备成本和设置空间的增大，同时能够提高对样气的冷却效率而实现水分的分离能力的提高，进而能够容易地回收水分且有效地引导样气。

附图说明

图1是示意性地示出下述系统的图，该系统中，由热处理装置产生的气体采集样气，在水分分离装置中从样气中分离水分，并将分离出水分后的样气供给至分析仪。

图2是示出本发明的第1实施方式的水分分离装置和将冷却气体供给至水分分离装置的空气冷却器的图。

图3是示出本发明的第1实施方式的水分分离装置的图。

图4是示出饱和水蒸气量与温度的关系的图，是用于对从样气分离出的水分进行说明的图。

图5是示出本发明的第2实施方式的水分分离装置的图。

图6是示出本发明的第3实施方式的水分分离装置的图。

图7中，图7(A)是示出第3实施方式的水分分离装置的截面的图，是示出从图6的A-A线向视位置观察的截面的图。图7(B)是示出第3实施方式的变形例的水分分离装置的截面的图。图7(C)是示出第3实施方式的另一变形例的水分分离装置的截面的图。

图8是示出本发明的第4实施方式的水分分离装置的图。

图9是示出本发明的第5实施方式的水分分离装置的图。

图10是示出本发明的第6实施方式的水分分离装置的图。

图11是示出本发明的第7实施方式的水分分离装置的图。

图12是示出第7实施方式的水分分离装置的截面的图，是示出从图11的B-B线向视位置观察的截面的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本具体实施方式进行说明。

[水分分离装置的应用形式]

本发明能够作为从样气分离水分的水分分离装置广泛应用于各种用途。例如，本发明适合用作水分分离装置，其中，从对被处理物进行各种处理时产生的气体采集样气并分离水分，将分离出水分后的样气供给至分析仪等供给目的地时，该水分分离装置用于从样气分离水分。在下述说明中，作为实施方式，以应用于下述系统的水分分离装置的方式为例进行说明，该系统从由在热处理装置产生的废气采集的样气分离水分，并将样气供给至分析仪。

图1是示意性地示出下述系统的图，该系统中，由在热处理装置100产生的废气采集样气，在水分分离装置1中从样气中分离水分，并将分离出水分后的样气供给至分析仪101。

热处理装置100构成为利用过热水蒸气加热金属制的被处理物(省略图示)而进行被处理物的热处理的装置。需要说明的是，过热水蒸气是被加热到高于沸点的温度的水蒸气，是温度高于沸点的干燥水蒸气。热处理装置100具备以筒状延伸的热处理室102、和从外部加热热处理室102的加热器103而构成。在热处理装置100中，被处理物在热处理室102内从入口102a向出口102b输送的同时，被过热水蒸气加热，从而进行被处理物的热处理。需要说明的是，过热水蒸气在具备锅炉和过热器而构成的过热水蒸气生成装置104中生成。在过热水蒸气生成装置104中，水被加热而蒸发，生成的饱和水蒸气被进一步加热，由此生成过热水蒸气，该过热水蒸气被供给至热处理室102。

作为在热处理装置100中利用过热水蒸气进行的对于被处理物的热处理，可示例出例如脱脂处理、烧结处理。在热处理装置100中进行脱脂处理的情况下，在热处理装置100中的处理前的处理工序中实施了机械加工等的被处理物被搬入热处理装置100中。并且，在热处理装置100中，附着于被处理物的油脂被过热水蒸气加热而气化，从被处理物除去。另外，在热处理装置100中进行烧结处理的情况下，将以被烧结材料形式构成的被处理物搬入热处理装置100，该被烧结材料利用以油脂成分为主要成分的粘结剂进行结合形成的。并且，在热处理装置100中，被处理物被过热水蒸气加热，粘结剂气化而被除去，接着利用过热水蒸气进一步加热，由此将除去了以油脂为主要成分的粘结剂的被处理物烧结。

若在热处理装置100中进行热处理，则被处理物从热处理室102的出口102b被运出。另外，在热处理装置100中进行热处理时，产生伴随着热处理室102内的脱脂处理等而生成的废气。废气构成为包含过热水蒸气和通过脱脂处理等从被处理物中除去的油脂的气体。在热处理装置100中产生的废气从设置于热处理室102中的出口102b的附近的排气口(省略图示)被排出至排气系统105。需要说明的是，在排气系统105例如设有喷射器(省略图示)，该喷射器通过利用压缩空气等高压流体产生负压来抽吸和排出废气。由此，从设置于热处理室102中的出口102b的附近的排气口抽吸废气并将其排出至排气系统105。

排气系统105与燃烧装置106连接。从热处理室102排出到排气系统105的废气在排气系统105中流动并被导入燃烧装置106中。燃烧装置106具备：被导入废气的燃烧室(省略图示)；氧供给部(省略图示)，通过将外部的空气供给至燃烧室内而将氧供给至燃烧室内；和加热器(省略图示)，设置于燃烧室内，将废气加热而使其燃烧。并且，燃烧装置106构成为在将导入的废气与空气混合的状态下将废气加热，使废气燃烧。导入燃烧室中的废气构成为包含过热水蒸气和油脂的气体，通过燃烧废气，油脂燃烧而成为二氧化碳。构成为包含过热水蒸气和油脂的气体的废气在燃烧装置106中燃烧，由此成为构成中包含过热水蒸气和二氧化碳气体的废气。

在燃烧装置106中燃烧的废气被排出至排出系统107a。排出系统107a的下游端向外部开放，从燃烧装置106排出至排出系统107a的废气通过排出系统107a排出至外部。另外，采样系统107b从排出系统107a分支，从燃烧装置106排出至排出系统107a的废气的一部分向采样系统107b流动。由此，在热处理装置100中产生并在燃烧装置106中燃烧后排出的废气的一部分作为样气被采集，并向采样系统107b流动。

从燃烧装置106排出的废气构成为包含过热水蒸气和二氧化碳的气体。并且，排出至排出系统107a后作为废气的一部分采集的样气在以配管形式构成的采样系统107b中流动的期间，隔着采样系统107b的管壁被采样系统107b的外部的空气冷却。样气在采样系统107b的流动中被冷却，温度降低至接近外部空气的温度即室温(例如，25℃)的温度，例如，温度降低至30℃左右。若温度降低，则样气成为以包含水蒸气和二氧化碳气体形式构成的状态。需要说明的是，样气中的水蒸气以饱和水蒸气的状态包含在样气中。并且，在采样系统107b中流动的样气被导入水分分离装置1中。

在水分分离装置1中，导入的样气被冷却，冷却至充分低于室温的温度，例如冷却至10℃左右。在水分分离装置1中，样气从导入水分分离装置1中时的温度(例如，30℃)被冷却至充分低于室温的温度(例如，10℃)，由此将根据温度所致的饱和水蒸气量的差异而冷凝的水分从样气中分离。由此，水分在水分分离装置1中充分从样气中分离。在水分分离装置1中充分分离出水分后的样气被引导至分析仪供给系统108，在分析仪供给系统108中流动。

在分析仪供给系统108中流动的样气在构成为配管的分析仪供给系统108的流动中，隔着分析仪供给系统108的管壁被分析仪供给系统108的外部的空气加热。样气在分析仪供给系统108的流动中被加热，由此升温至接近外部空气的温度即室温(例如，25℃)的温度，例如，温度上升至20℃左右。若温度上升，则样气的湿度降低。并且，湿度降低并以包含二氧化碳的气体形式构成的样气从分析仪供给系统108被供给至分析仪101。分析仪101例如以红外分光光度计构成。若样气被供给至分析仪101，则在分析仪101进行样气的成分的分析。通过在分析仪101进行样气的成分的分析，例如求出样气中的二氧化碳的含量。

如上所述，水分分离装置例如应用于下述系统，该系统从由在热处理装置100中产生的废气采集的样气分离水分，并将样气供给至分析仪101。以下，关于水分分离装置的详细实施方式，以第1～第7实施方式为例进行说明。

[第1实施方式]

图2是示出本发明的第1实施方式的水分分离装置1和将冷却气体供给至水分分离装置1的空气冷却器109的图。图3是示出本发明的第1实施方式的水分分离装置1的图。在图2和图3中，用截面图示出了水分分离装置1。需要说明的是，图1中，示例出在下述系统中应用第1实施方式的水分分离装置1的方式，该系统从由在热处理装置100中产生的废气采集的样气分离水分，并将样气供给至分析仪101。

图1～图3所示的水分分离装置1将从采样系统107a导入的样气冷却，分离样气中包含的水分，并将样气供给至分析仪供给系统108。另外，按用于冷却样气的冷却气体的导入来构成水分分离装置1。本实施方式中，水分分离装置1与空气冷却器109连接，用于冷却样气的冷却气体从空气冷却器109导入。

需要说明的是，空气冷却器109构成为下述装置：通过供给压缩空气，生成温度充分低于室温(例如，25°)的空气作为冷却气体。藉由压缩空气供给系统111从具备压缩机和压缩空气的储罐而构成的压缩空气供给源110向空气冷却器109供给压缩空气。若从压缩空气供给系统111向空气冷却器109供给高压的压缩空气，则高压的空气被供给至空气冷却器109内的涡流发生器。并且，高压的空气通过涡流发生器而在筒状的空气冷却器109内沿筒状的内周面的切线方向排出，形成一边膨胀一边以高速旋转的涡流的同时，沿着空气冷却器109的长度方向流动。并且，利用设置于空气冷却器109的一个端部109a的调整阀调整了风量的空气以热风的状态排出。另一方面，未从一个端部109a排出的剩余空气在空气冷却器109的筒内通过涡流的离心力形成的内侧的空洞内沿着与外侧的涡流相同的方向一边旋转一边膨胀，并向空气冷却器109的另一端部109b侧流动。此时，在涡流的内侧向另一端部109b侧移动的空气在膨胀的同时由于减速所致的制动作用而对外侧的涡流进行作功，由此温度降低至低于室温且高于0℃的规定温度。并且，温度降低至低于室温的规定温度的空气作为冷风向另一端部109b流动。空气冷却器109的另一端部109b藉由连接配管112与水分分离装置1连接，从空气冷却器109的端部109b作为冷风排出的低温的空气作为冷却气体被导入水分分离装置1。需要说明的是，如上所述，在空气冷却器109中生成并导入水分分离装置1的冷却气体的温度优选设定为低于室温且高于0℃的温度。进而，从空气冷却器109导入水分分离装置1的冷却气体的温度优选设定为高于0℃的温度且充分低于室温的温度，更具体而言，优选设定为高于0℃的温度且与室温相比更接近0℃的温度。

如图1～图3所示，水分分离装置1具备第1配管11、第2配管12、出口室13、水分回收室14和样气引导部15而构成。

第1配管11构成为被导入包含水分的样气且样气向下方流动的配管。对于第1配管11，以具有圆形截面、细长、并以直线状延伸的圆管状的配管的形式设置。第1配管11以导热性优异的金属制的圆管的形式设置，例如，以不锈钢制的圆管的形式设置。第1配管11由后述的第2配管12支撑。另外，第1配管11以其长度方向沿上下方向延伸的状态由第2配管12支撑，本实施方式中，设置成以直线状上下延伸。

第1配管11的上端部藉由连接器107c与采样系统107b的下游侧的端部连接。包含水分的样气以饱和水蒸气的状态从采样系统107b导入第1配管11的上端部。需要说明的是，图3中，用细虚线的箭头示意性地示出了样气流动的情况。从上方导入第1配管11的上端部的样气在第1配管11的内侧沿着第1配管11延伸的上下方向向下方流动。第1配管11贯通后述的第2配管12的内侧，第1配管11的下端部在后述的出口室13内开口。

第2配管12构成为下述配管：内侧配置有第1配管11的至少一部分，温度低于样气的冷却气体导入的同时，冷却气体向下方流动。第2配管12以圆形截面且以直线状延伸的圆筒状的配管的形式设置。第2配管12以导热性优异的金属制的圆管的形式设置，例如，以不锈钢制的圆管的形式设置。第2配管12例如由固定于水分回收室14的支撑框架16固定和支撑。另外，第2配管12以其长度方向沿上下方向延伸的状态由支撑框架16支撑，本实施方式中，设置成以直线状上下延伸。

在第2配管12设有：圆形截面并以直线状延伸的圆管状的管主体部12a；上盖部12b，塞在管主体部12a的上端部；和下盖部12c，塞在管主体部12a的下端部。上盖部12b设置成在中心形成有贯通孔的圆板状的部件，在以气密状态与管主体部12a的上端部密合的状态下固定于管主体部12a的上端部。并且，在上盖部12b的贯通孔中插穿有第1配管11。第1配管11在藉由密封件以气密状态与上盖部12b的贯通孔的缘部密合的状态下插穿在上盖部12b的贯通孔中。下盖部12c设置成中心形成有贯通孔的圆板状的部件，在以气密状态与管主体部12a的下端部密合的状态下固定于管主体部12a的下端部。并且，在下盖部12c的贯通孔中插穿有贯通管主体部12a的第1配管11。第1配管11在藉由密封件以气密状态与下盖部12c的贯通孔的缘部密合的状态下插穿在下盖部12c的贯通孔中。

第1配管11以贯通上盖部12b、插穿管主体部12a、进而贯通下盖部12c的状态安装于第2配管12。因此，第1配管11以插入第2配管12的内侧的状态配置。另外，第1配管11贯通设置于上盖部12b的中心的贯通孔，同时贯通设置于下盖部12c的中心的贯通孔。并且，第1配管11与管主体部12a平行地延伸，沿着其中心轴线插穿管主体部12a。因此，第1配管11和第2配管12设置成以中心轴线一致的同心状配置的双重管。

另外，在水分分离装置1中，设有冷却气体导入管17a和冷却气体排出管17b，冷却气体导入管17a和冷却气体排出管17b与第2配管12的管主体部12a连接。

冷却气体导入管17a设置成管长短的圆管，构成为将从空气冷却器109供给的冷却气体导入第2配管12。更具体而言，冷却气体导入管17a中，管长方向的一个端部连接至与空气冷却器109的端部109b连接的连接配管112，管长方向的另一端部在管主体部12a的上端侧连接于管主体部12a。另外，冷却气体导入管17a的另一端部以气密状态贯通设置于管主体部12a的上端侧并贯通管主体部12a的管壁的贯通孔，在管主体部12a的内部开口。由此，空气冷却器109的端部109b和第2配管12内的上端侧的区域藉由冷却气体导入管17a而连通。

冷却气体排出管17b设置成管长短的圆管，构成为将导入第2配管12并在第2配管12中流动的冷却气体从第2配管12排出。更具体而言，冷却气体排出管17b中，管长方向的一个端部在管主体部12a的下端侧连接至管主体部12a，管长方向的另一端部侧的部分向管主体部12a的外侧突出。并且，冷却气体排出管17b的一个端部以气密状态贯通设置于管主体部12a的下端侧并贯通管主体部12a的管壁的贯通孔，在管主体部12a的内部开口。另一方面，从管主体部12a向外部突出的冷却气体排出管17b的另一端部向外部开口。由此，第2配管12内的下端侧的区域和第2配管12的外部藉由冷却气体排出管17b而连通。

如上所述，在第2配管12的上端侧连接有冷却气体导入管17a。因此，被空气冷却器109冷却并从端部109b排出的空气作为冷却气体藉由冷却气体导入管17a被导入第2配管12内的上端侧的区域。并且，导入第2配管12内的冷却气体在第2配管12内向下方流动。需要说明的是，图3中，用细实线的箭头示意性地示出了冷却气体流动的情况。

另外，第1配管11和第2配管12均以直线状上下延伸，设置成中心轴线一致的双重管。并且，样气在以同心状配置于第2配管12的内侧的第1配管11的内侧向下方流动，冷却气体在第2配管12的内侧且第1配管11的外侧的区域中向下方流动。因此，冷却气体沿着与第1配管11中的样气的流动方向平行的方向在第2配管12中流动。此外，冷却气体沿着与样气的流动方向平行且相同的方向在第2配管12中向下方流动。通过使样气在第1配管11的内侧向下方流动，冷却气体在第2配管12的内侧且第1配管11的外侧向下方流动，样气与冷却气体之间隔着第1配管11的管壁的整个圆周进行热交换。由此，在第1配管11的流动中，样气被冷却，伴随着与样气中的温度降低相伴的饱和水蒸气量的减少，根据温度所致的饱和水蒸气量的差异而冷凝的水分在第1配管11内从样气中分离出去。在第1配管11内从样气中分离出的水分在第1配管11中落下，从在后述的出口室13内开口的第1配管11的下端部滴落至出口室13内。需要说明的是，图3中，用粗虚线的箭头示意性地示出了从样气分离出的水分落下的情况。

另外，在第2配管12的下游端侧连接有冷却气体排出管17b。因此，在第2配管12中向下方流动并隔着第1配管11的管壁与样气之间进行了热交换的冷却气体向冷却气体排出管17b流动，藉由冷却气体排出管17b排出至第2配管12的外部。

出口室13配置于第2配管12的下方，设置成被导入从第1配管11流出的样气的室。本实施方式中，出口室13与第2配管12在上下方向相邻地配置。所构成的出口室13具有出口室主体部18和连通管部19。

出口室13的出口室主体部18构成为在第1配管11向其开口且后述样气引导部15与其连通，设置成用于在样气被导入的同时将所导入的样气送至样气引导部15的室。具体而言，出口室主体部18例如具有形成为圆筒状的侧壁18a和形成为圆板状的底部壁18b。并且，出口室主体部18构成为下述室，该室是通过侧壁18a的上端侧被第2配管12的下盖部12c气密地封闭、且侧壁18a的下端侧被底壁部18b气密地封闭而划分出的。

另外，在出口室主体部18内，贯通第2配管12的下盖部12c的第1配管11从下盖部12c向下方延伸。第1配管11在出口室主体部18内从下盖部12c延伸至出口室主体部18中的上下方向的高度位置的中途位置。需要说明的是，本实施方式中，第1配管11在出口室主体部18内延伸至高度方向的大致中央部分的位置。并且，在出口室主体部18内向下方延伸的第1配管11的下端部在出口室主体部18内开口。另外，在出口室主体部18，在侧壁18a连通有后述的样气连通部15。

如上所述，由于第1配管11在出口室主体部18内开口，因此从第1配管11流出的样气被导入出口室13。此外，由于第1配管11的下端部在出口室主体部18内开口，因此在第1配管11内从样气分离出的水分成为水滴的状态，沿着第1配管11向下方落下，从第1配管11的下端部滴落至出口室13。这样，样气从第1配管11导入，并且从样气分离出的水分从第1配管11的下端部滴落至所构成的出口室13。

出口室13的连通管部19构成为下述管部分：从出口室主体部18的下端向下方延伸，并且在后述的水分回收室14开口而与其连通。连通管部19形成为在上下方向细长地延伸的圆管状，上端部与出口室主体部18的底壁部18b连接，下端部在后述的水分回收室14内开口。在形成为圆板状的底壁部18b的中心设有贯通孔，连通管部19的上端部以气密状态嵌入并固定于该贯通孔。连通管部19的上端部开口，连通管部19与出口室主体部18内连通。

连通管部19以与出口室主体部18内连通的状态连接至出口室主体部18的下端。因此，从样气分离出并在出口室主体部18内从第1配管11的下端部滴落的水分在出口室主体部18内落下，从出口室主体部18的下端向连通管部19移动。另外，连通管部19在水分回收室14内开口。因此，向连通管部19移动的水分在连通管部19中落下，被回收至水分回收室14。需要说明的是，本实施方式中，连通管部19的上端部配置于第1配管11的下端部的铅直下方。因此，在出口室主体部18内从第1配管11滴落的水分向下方落下并直接落下到连通管部19的上端部，在连通管部19内通过并回收至水分回收室14。

水分回收室14构成为下述室：与出口室13连通并配置于出口室13的下方，回收从样气分离出的水分。水分回收室14设置成上方开放的容器，构成为在内侧存积水。需要说明的是，图2和图3用截面图示出了在水分回收室14中存积有水Wa的状态。水分回收室14例如形成为上表面开放的长方体状或圆筒状的容器，与出口室13在上下方向串联配置，配置于出口室13的下方。水分回收室14中的开放的上表面例如配置于与出口室13的出口室主体部18的下端大致相同的高度位置。

另外，在水分回收室14设有排水口14a。排水口14a在水分回收室14的侧壁的上端侧设置成贯通孔。水被供给并存积于水分回收室14时，存积于水分回收室14中的水Wa的水面上升至排水口14a的高度位置。并且，若向水分回收室14供给的水超过排水口14a的高度位置，则水从排水口14a向水分回收室14的外部排出。需要说明的是，本实施方式中，在水分回收室14中，在排水口14a的位置连接有排水管14b，从排水口14a排出的水向排水管14b排出。

另外，在水分回收室14的内侧，从出口室主体部18的下端延伸的连通管部19从水分回收室14的上表面侧向底面侧向下方延伸。并且，连通管部19在水分回收室14内延伸至排水口14a开口的高度位置的下方的位置。因此，连通管部19的下端在水分回收室14内排水口14a开口的位置的下方开口。由此，连通管部19构成为其下端在水分回收室14中在存积于水分回收室14的水Wa的水面的下方开口。从样气分离出并从第1配管11滴落的水分在出口室主体部18通过并在连通管部19中落下，到达水分回收室14内的水Wa的水面，被回收至水分回收室14。

样气引导部15以与出口室13连接的配管形式设置，构成为与出口室13连通并对流出到出口室13的样气进行引导。更具体而言，样气引导部15设置成圆管，管长方向的一个端部在出口室主体部18的上半侧与出口室13的出口室主体部18的侧壁18a连接。并且，样气引导部15的管长方向的另一端部连接至与分析仪101连接的分析仪供给系统108。

另外，样气引导部15的一个端部以气密状态贯通设置于出口室主体部18的上半侧并贯通侧壁18a的贯通孔，在出口室主体部18的内部开口。由此，出口室主体部18的上半侧的区域与分析仪供给系统108藉由样气引导部15而连通。另外，在出口室主体部18中，样气引导部15在出口室主体部18的高度方向的中间位置的上方的位置处与出口室主体部18的内部连通。并且，在出口室主体部18内从出口室主体部18的上端侧向下方延伸的第1配管11延伸至出口室主体部18的高度方向的大致中间位置。因此，在第1配管11的下端部向出口室13开口的出口侧开口11a配置于样气引导部15与出口室13连通的位置的下方。因此，从出口侧开口11a流出至出口室13的样气向样气引导部15流动，另一方面，防止从出口侧开口11a滴落的水分向样气引导部15流动。

接着，对上述水分分离装置1的水分分离操作进行说明。分离水分的对象样气从采样系统107b被导入水分分离装置1。采取在热处理装置100中产生后在燃烧装置106中燃烧并排出至排出系统107a的废气的一部分作为样气，采样至采样系统107b。采样至采样系统107b的样气处于温度与室温相比相当高的状态，但随着在采样系统107b中流动，温度降低至接近外部空气的温度即室温(例如，25℃)的温度，例如，温度降低至30℃左右。并且，导入水分分离装置1中的第1配管11的样气处于温度降低至接近室温的温度的状态。

另外，从采样系统107b向水分分离装置1导入样气的同时，从空气冷却器109导入冷却气体。冷却气体在空气冷却器109中由压缩空气生成，生成冷却至温度充分低于室温的空气，例如，作为在温度高于0℃的范围冷却至温度充分低于室温的空气生成。冷却气体从空气冷却器109经冷却气体导入管17a被导入第2配管12。

继而样气和冷却气体导入水分分离装置1。样气继而被导入第1配管11，冷却气体经冷却气体导入管17a继而被导入第2配管12。样气如图3的细虚线的箭头所示那样导入第1配管11时，在上下延伸的第1配管11中从上方向下方流动。并且，冷却气体在导入第2配管12中时，如图3的细实线的箭头所示那样，在上下延伸的第2配管12中从上方向下方流动。此时，样气在配置于第2配管12的内侧的第1配管11的内侧流动，同时冷却气体在第2配管12的内侧且第1配管11的外侧流动。并且，样气和冷却气体沿相同方向流动的同时，样气与冷却气体之间隔着第1配管11的管壁进行热交换，样气被冷却。样气沿着第1配管11流动的同时被冷却，由此根据样气中的温度所致的饱和水蒸气量的差异，样气中包含的水分的一部分发生冷凝而被分离出去。

图4是示出饱和水蒸气量与温度的关系的图，是用于对从样气分离出的水分进行说明的图。以样气例如以30℃的状态导入第1配管11的情况为例进行说明。在样气中的水蒸气饱和的情况下(即，湿度100％的情况下)，如图4中的点X1所示，样气中包含的水蒸气的量为30.4g/m³左右。并且，样气一边在第1配管11中流动，一边与以高于0℃且充分低于室温的温度导入第2配管12且在第2配管12中流动的冷却气体之间进行热交换，由此被冷却。样气在第1配管11中的配置于第2配管12的内侧的部分通过而被冷却，被冷却至低于室温的温度。若样气被冷却至例如10℃，则如图4中的点X2所示，饱和水蒸气量为9.41g/m³左右。并且，通过冷却样气，根据温度所致的饱和水蒸气量的差异而冷凝的水分成为液态水，从样气中分离出去。在样气从30℃被冷却至10℃时，与30℃的饱和水蒸气量(30.4g/m³)和10℃的饱和水蒸气量(9.41g/m³)之差对应的水分发生冷凝而从样气中分离出去。

在第2配管12中流动并冷却样气的冷却气体藉由冷却气体排出管17b排出至第2配管12的外部。另一方面，样气在第1配管11中流动而被冷却，水分被分离出去后，样气从第1配管11的下端部的出口侧开口11a向出口室13流出。分离出水分后向出口室13流出的样气向样气引导部15流动，从样气引导部15向分析仪供给系统108流动。另外，在第1配管11内从样气分离出的水分从出口侧开口11a滴落至出口室13内，进而，落至水分回收室14而由水分回收室14回收。

从样气引导部15向分析仪供给系统108流动的样气在分析仪供给系统108中流动的期间被外部的空气加热，温度上升至接近室温(例如，25℃)的温度，例如，温度上升至20℃左右。样气在分析仪供给系统108中流动，温度上升，此时，饱和水蒸气量伴随着温度的上升而增多，因此湿度降低。并且，样气以湿度降低的状态供给至分析仪101，进行分析。

需要说明的是，若向分析仪供给系统108流动的样气的温度上升至例如20℃，如图4中的点X3所示，饱和水蒸气量为17.3g/m³左右。因此，在第1配管11中流动被冷却至10℃而分离出水分后的样气在分析仪供给系统108中流动而升温至20℃时，样气成为相对于17.3g/m³的饱和水蒸气量包含9.41g/m³的水分的状态。因此，升温至20℃的样气的湿度为54％左右。这种情况下，在导入水分分离装置1中前以温度高于室温且湿度100％的饱和水蒸气的状态包含水分的样气在水分分离装置1中被冷却而分离掉水分后，以温度接近室温、湿度大幅降低的状态被供给至分析仪101。并且，在分析仪101中，对湿度大幅降低、水分大幅减少的状态的样气进行成分的分析。

如上所述，根据本实施方式的水分分离装置1，在第1配管11中流动的样气与在第2配管12中流动的冷却气体之间进行热交换，从而样气被冷却。并且，通过冷却样气，根据温度所致的饱和水蒸气量的差异，样气中包含的水分的一部分发生冷凝。由此，水分冷凝而从样气中分离出去。由此，根据上述构成，在从样气分离水分时，无需采用液体制冷剂的热交换器，因此能够抑制设备成本和设置空间的增大。

另外，根据本实施方式的水分分离装置1，样气在第1配管11中向下方流动，并且冷却气体在内侧配置有第1配管11的第2配管12中向下方流动，与此同时，冷却气体与样气之间进行热交换，样气被冷却。因此，在第1配管11配置于第2配管12的内侧且沿上下方向延伸的区域中的上下方向的整个长度，样气和冷却气体沿着上下方向流动的同时，样气与冷却气体之间有效地进行热交换。由此，能够实现样气的冷却效率的提高，能够实现水分的分离能力的提高。

此外，根据本实施方式的水分分离装置1，样气在第1配管被冷却，分离掉水分，并向下方流动，该第1配管的下端部在出口室13开口，从样气分离出的水分滴落到出口室13，并且分离出水分后的样气也流出到出口室13。因此，能够使有效地进行冷却并分离的样气和水分直接简单地从第1配管向下方的出口室13排出。并且，水分被回收到出口室13的下方的水分回收室14，分离出水分的样气由与出口室13连通的样气引导部15所引导，供给至作为供给目的地的分析仪101。因此，根据水分分离装置1，能够容易地回收从样气分离出的水分，并且能够有效地引导分离出水分的样气。

因此，根据本实施方式，可以提供水分分离装置1，其能够抑制设备成本和设置空间的增大，同时能够提高对样气的冷却效率而实现水分的分离能力的提高，进而能够容易地回收水分且有效地引导样气。

另外，根据水分分离装置1，第1配管11和第2配管12分别以直线状上下延伸，冷却气体沿着与样气的流动方向平行的方向流动。因此，能够更有效地进行在第1配管中流动的样气与在第2配管中流动的冷却气体之间的热交换。由此，能够进一步提高对样气的冷却效率，进一步提高水分的分离能力。

另外，根据水分分离装置1，样气在插入第2配管12的内侧的第1配管11的内侧流动，在第2配管12中流动的冷却气体覆盖第1配管11的整周，同时在第1配管11的外侧流动。因此，借助流动样气的第1配管11的整周的宽面积，冷却气体能够更有效地从样气除去热。由此，能够进一步提高对样气的冷却效率，进一步提高水分的分离能力。

另外，水分分离装置1设置成第1配管11和第2配管12以中心轴线一致的同心状配置的双重管。因此，根据水分分离装置1，在与第1和第2配管(11、12)的中心轴线垂直的截面中的绕中心轴线的周向的区域中，样气和冷却气体的流量分布变得更均匀。由此，能够进一步降低冷却气体对样气的冷却不均，能够进一步提高对样气的冷却效率，能够进一步提高水分的分离能力。

另外，根据水分分离装置1，冷却气体和样气一边进行热交换，一边沿平行且相同的方向流动。因此，冷却气体一边从样气除热一边流动的方向与样气一边被冷却气体冷却一边流动的方向为相同方向。由此，通过较大地设定进行热交换的冷却气体与样气之间的温度差，能够更有效地将样气冷却。

另外，根据水分分离装置1，第1配管11的出口侧开口11a配置在样气引导部15与出口室13的连通位置的下方，因此能够更确实地防止从出口侧开口11a滴落到出口室13的水分浸入样气引导部15。因此，能够更确实地防止水分混入到水分分离后并被样气引导部15所引导的样气中。

另外，根据水分分离装置1，从第1配管11滴落并排出到出口室主体部18的水分通过连通管部19落下到存积于水分回收室14中的水Wa的水面，被回收到水分回收室14中。另外，从第1配管11流出到出口室主体部18的样气向样气引导部15流动并被样气引导部15引导，供给至供给目的地的分析仪101。并且，根据水分分离装置1，将出口室主体部18与水分回收室14连通的连通管部19的下端在存积于水分回收室14中的水Wa的水面的下方开口，在水分回收室14内的水Wa中开口。因此，能够确实地防止出口室主体部18的外部的空气从在水分回收室14开口的连通管部19流入。由此，能够确实地防止外部的空气混入从出口室主体部18向样气引导部15流动并被样气引导部15引导的样气中。

[第2实施方式]

接着，对本发明的第2实施方式的水分分离装置2进行说明。图5是示出本发明的第2实施方式的水分分离装置2的图。需要说明的是，图5中，用截面图示出了水分分离装置2，进而也一并示出了空气冷却器109的一部分。例如，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，第2实施方式的水分分离装置2应用于下述系统，该系统从由热处理装置100中产生的废气采集的样气分离水分，并将样气供给至分析仪101。需要说明的是，在下述第2实施方式的说明中，对与上述第1实施方式不同之处进行说明，对于与上述第1实施方式同样的构成或对应的构成，在附图中附加相同符号或引用相同符号，由此省略重复的说明。另外，图5中，与图3同样地，用细虚线的箭头示意性地示出了样气流动的情况，用细实线的箭头示意性地示出了冷却气体流动的情况，用粗虚线的箭头示意性地示出了从样气分离出的水分落下的情况。

与第1实施方式的水分分离装置1同样地，图5所示的第2实施方式的水分分离装置2将从采样系统107a导入的样气冷却，分离样气中包含的水分，并将样气供给至分析仪供给系统108。并且，与水分分离装置1同样地，水分分离装置2具备第1配管11、第2配管12、出口室13、水分回收室14和样气引导部15而构成。但是，水分分离装置2在关于第2配管12中的冷却气体的流动方向的构成方面与水分分离装置1不同。

在水分分离装置2中，与水分分离装置1的第2配管12同样地，第2配管12在内侧配置有第1配管11的一部分，并且以中心轴线一致的方式与第1配管11配置成同心状。并且，构成为从空气冷却器109供给的冷却气体藉由冷却气体导入管17a导入第2配管12。但是，在水分分离装置2中，与水分分离装置1不同，第2配管12构成为冷却气体向上方流动。

在水分分离装置2中，冷却气体导入管17a的管长方向的一个端部连接至与空气冷却器109连接的连接配管112，管长方向的另一端部在第2配管12的管主体部12a的下端侧与管主体部12a连接。并且，冷却气体导入管17a的另一端部以气密状态贯通设置于管主体部12a的下端侧并贯通管主体部12a的管壁的贯通孔，在管主体部12a的内部开口。由此，空气冷却器109和第2配管12内的下端侧的区域藉由冷却气体导入管17a而连通，来自空气冷却器109的冷却气体被导入第2配管12内的下端侧的区域。

另外，从冷却气体导入管17a导入第2配管12并在第2配管12中流动的冷却气体藉由冷却气体排出管17b从第2配管12排出。冷却气体排出管17b中，管长方向的一个端部在管主体部12a的上端侧与管主体部12a连接，管长方向的另一端部侧的部分向管主体部12a的外侧突出。并且，冷却气体排出管17b的一个端部以气密状态贯通设置于管主体部12a的上端侧并贯通管主体部12a的管壁的贯通孔，在管主体部12a的内部开口。另一方面，从管主体部12a向外部突出的冷却气体排出管17b的另一端部向外部开口。由此，第2配管12内的上端侧的区域和第2配管12的外部藉由冷却气体排出管17b而连通。

在水分分离装置2中，从空气冷却器109排出的冷却气体藉由冷却气体导入管17a被导入第2配管12内的下端侧的区域。并且，被导入第2配管12内的冷却气体在第2配管12的内侧且第1配管11的外侧的区域中向上方流动。另一方面，样气在以同心状配置于第2配管12的内侧的第1配管11中向下方流动。因此，通过使样气在第1配管11的内侧向下方流动，冷却气体在第2配管12的内侧且第1配管11的外侧向上方流动，隔着第1配管11的管壁的整周，样气与冷却气体之间进行热交换。由此，在第1配管11的流动中，样气被冷却，伴随着与样气中的温度降低相伴的饱和水蒸气量的减少，根据温度所致的饱和水蒸气量的差异而冷凝的水分在第1配管11内从样气中分离出去。在第1配管11内从样气中分离的水分在第1配管11中落下，从在出口室13内开口的第1配管11的下端部的出口侧开口11a滴落至出口室13内，在出口室13中通过并被水分回收室14回收。另外，在第2配管12中向上方流动、隔着第1配管11的管壁在与样气之间进行了热交换的冷却气体向冷却气体排出管17b流动，藉由冷却气体排出管17b被排出至第2配管12的外部。另外，分离出水分的样气从第1配管11流出到出口室13并向样气引导部15流动，从样气引导部15藉由分析仪供给系统108被供给至分析仪101。

根据上述水分分离装置2，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，在从样气分离水分时，无需采用液体制冷剂的热交换器，因此能够抑制设备成本和设置空间的增大。并且，根据水分分离装置2，样气在第1配管11中向下方流动，并且冷却气体在内侧配置有第1配管11的第2配管12中向上方流动，与此同时，冷却气体与样气之间进行热交换，样气被冷却。因此，在第1配管11配置于第2配管12的内侧且沿上下方向延伸的区域中的上下方向的整个长度，样气和冷却气体沿着上下方向流动的同时，样气与冷却气体之间有效地进行热交换。由此，能够实现样气的冷却效率的提高，能够实现水分的分离能力的提高。另外，根据水分分离装置2，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，能够容易地回收从样气分离出的水分，并且能够有效地引导分离出水分后的样气。

因此，根据第2实施方式，可以提供水分分离装置2，其能够抑制设备成本和设置空间的增大，同时能够提高对样气的冷却效率而实现水分的分离能力的提高，进而能够容易地回收水分且有效地引导样气。

[第3实施方式]

接着，对本发明的第3实施方式的水分分离装置3进行说明。图6是示出本发明的第3实施方式的水分分离装置3的图。需要说明的是，图6中，用截面图示出了水分分离装置3。例如，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，第3实施方式的水分分离装置3应用于下述系统，该系统从由热处理装置100中产生的废气采集的样气分离水分，并将样气供给至分析仪101。需要说明的是，在下述第3实施方式的说明中，对与上述第1实施方式不同之处进行说明，对于与上述第1实施方式同样的构成或对应的构成，在附图中附加相同符号或引用相同符号，由此省略重复的说明。另外，图6中，与图3同样地，用细虚线的箭头示意性地示出了样气流动的情况，用细实线的箭头示意性地示出了冷却气体流动的情况，用粗虚线的箭头示意性地示出了从样气分离出的水分落下的情况。

与第1实施方式的水分分离装置1同样地，图6所示的第3实施方式的水分分离装置3将从采样系统107a导入的样气冷却，分离出样气中包含的水分，并将样气供给至分析仪供给系统108。并且，与水分分离装置1同样地，水分分离装置3具备第1配管11、第2配管12、出口室13、水分回收室14和样气引导部15而构成。但是，水分分离装置3在具备多个第1配管11的构成方面与水分分离装置1不同。

图7(A)是示出水分分离装置3的截面的图，是示出从图6的A-A线向视位置观察的截面的图。需要说明的是，图7(A)中，作为水分分离装置3的截面，仅示出在图6的A-A线向视位置出现的第1配管11和第2配管12的截面，省略了水分分离装置3中的其他部分的图示。如图6和图7(A)所示，在水分分离装置3中，第1配管11设有多个，具体而言，设有2个。

2个第1配管11分别与水分分离装置1的第1配管11同样地构成，设置成细长并以直线状延伸的金属制的圆管，构成为被导入包含水分的样气且该样气向下方流动的配管。2个第1配管11分别以其一部分配置于第2配管12的内侧且其长度方向在上下方向以直线状延伸的状态由第2配管12支撑。另外，2个第1配管11在沿上下方向延伸的第2配管12的内侧沿着上下方向相互平行地延伸。并且，各第1配管11相对于第2配管12延伸的方向平行地延伸。需要说明的是，在第2配管12的上盖部12b和下盖部12c分别设有供各第1配管11以气密状态插穿的2个贯通孔，各第1配管11以插穿在上盖部12b和下盖部12c的贯通孔中的状态由第2配管12支撑。

另外，2个第1配管11各自的上端部连接至采样系统107b的下游侧的端部。需要说明的是，在第3实施方式中，采样系统107b在下游侧分支成2个系统。并且，2个第1配管11各自连接至在采样系统107b的下游侧分支的2个系统各自的下游侧的端部。以饱和水蒸气的状态包含水分的样气从采样系统107a中的分支的系统的下游侧的端部导入各第1配管11的上端部。从上方导入各第1配管11的上端部的样气在各第1配管11的内侧沿着各第1配管11延伸的上下方向向下方流动。各第1配管11在第2配管12的内侧插穿，各第1配管11的下端部在出口室13内开口。另外，在各第1配管11的下端部向出口室13开口的出口侧开口11a配置于样气引导部15与出口室13连通的位置的下方。

在水分分离装置3中，从空气冷却器109排出的冷却气体藉由冷却气体导入管17a被导入第2配管12内的上端侧的区域。并且，被导入第2配管12内的冷却气体在第2配管12的内侧且2个第1配管11各自的外侧的区域中向下方流动。另一方面，样气在以上下延伸的方式配置于第2配管12的内侧的各第1配管11中向下方流动。因此，通过使样气在各第1配管11的内侧向下方流动，冷却气体在第2配管12的内侧且各第1配管11的外侧向下方流动，样气与冷却气体之间隔着各第1配管11的管壁的整周进行热交换。由此，在各第1配管11的流动中，样气被冷却，伴随着与样气中的温度降低相伴的饱和水蒸气量的减少，根据温度所致的饱和水蒸气量的差异而冷凝的水分在各第1配管11内从样气中分离出去。在各第1配管11内从样气中分离的水分在各第1配管11中落下，从在出口室13内开口的各第1配管11的下端部的出口侧开口11a滴落至出口室13内，在出口室13中通过并被水分回收室14回收。另外，在第2配管12中向下方流动、隔着各第1配管11的管壁在与样气之间进行了热交换的冷却气体藉由冷却气体排出管17b被排出至第2配管12的外部。另外，分离出水分的样气从各第1配管11流出到出口室13并向样气引导部15流动，从样气引导部15藉由分析仪供给系统108被供给至分析仪101。

根据上述水分分离装置3，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，在从样气分离水分时，无需采用液体制冷剂的热交换器，因此能够抑制设备成本和设置空间的增大。并且，根据水分分离装置3，样气在多个(本实施方式中为2个)第1配管11中向下方流动，并且冷却气体在内侧配置有多个第1配管11的第2配管12中向下方流动，与此同时，冷却气体与样气之间进行热交换，样气被冷却。因此，在各第1配管11配置于第2配管12的内侧且沿上下方向延伸的区域中的上下方向的整个长度，样气和冷却气体沿着上下方向流动的同时，样气与冷却气体之间有效地进行热交换。由此，能够实现样气的冷却效率的提高，能够实现水分的分离能力的提高。另外，根据水分分离装置3，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，能够容易地回收从样气分离出的水分，并且能够有效地引导分离出水分的样气。

因此，根据第3实施方式，可以提供水分分离装置3，其能够抑制设备成本和设置空间的增大，同时能够提高对样气的冷却效率而实现水分的分离能力的提高，进而能够容易地回收水分且有效地引导样气。

另外，根据水分分离装置3，样气在多个第1配管11中向下方流动，并且冷却气体在内侧配置有多个第1配管11的第2配管12中向下方流动，与此同时，冷却气体与样气之间进行热交换，样气被冷却。因此，样气与冷却气体之间隔着多个第1配管11的管壁进行热交换。并且，在第1配管11为1个的情况和为多个的情况下，若在总截面积为相同大小、样气的每单位时间的总流量相同的情况下进行比较，第1配管11为多个时，与冷却气体之间进行热交换的第1配管11的管壁的表面积增大。因此，根据水分分离装置3，在冷却气体与样气之间能够更有效地进行热交换，因此能够进一步提高对样气的冷却效率，实现水分的分离能力的提高。

需要说明的是，在第3实施方式中，示例出了设有2个第1配管11的水分分离装置3的方式，但也可以实施设有更多第1配管11的方式。图7(B)是示出第3实施方式的变形例的水分分离装置3a的截面的图。图7(C)是示出第3实施方式的另一变形例的水分分离装置3b的截面的图。需要说明的是，图7(B)是在水分分离装置3a中与针对水分分离装置3以图6的A-A线向视线表示的位置所对应的位置处的截面。另外，图7(C)是在水分分离装置3b中与针对水分分离装置3以图6的A-A线向视线表示的位置所对应的位置处的截面。

图7(B)所示的变形例的水分分离装置3a和图7(C)所示的变形例的水分分离装置3b均与第3实施方式的水分分离装置3同样地构成，但第1配管11的数量不同。图7(B)所示的水分分离装置3a设有3个第1配管11，图7(C)所示的水分分离装置3b设有4个第1配管11。在水分分离装置3a和水分分离装置3b中，多个第1配管11均分别连接至在采样系统107b的下游侧分支的多个系统，并分别导入样气。并且，在水分分离装置3a和水分分离装置3b中，多个第1配管11均在第2配管12的内侧沿上下方向相互平行地延伸，样气在各第1配管11中向下方流动，此外，各第1配管11的下端部的出口侧开口11a在出口室13内开口。

如图7(B)和图7(C)所示的变形例的水分分离装置3a和水分分离装置3b这样，可以实施设有3个以上第1配管11的方式。根据该方式，可以根据第1配管11的数量进一步增大在与冷却气体之间进行热交换的第1配管11的管壁的表面积，能够进一步提高对样气的冷却效率，实现水分的分离能力的提高。

[第4实施方式]

接着，对本发明的第4实施方式的水分分离装置4进行说明。图8是示出本发明的第4实施方式的水分分离装置4的图。需要说明的是，图8中，用截面图示出了水分分离装置4。例如，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，第4实施方式的水分分离装置4应用于下述系统，该系统从由热处理装置100中产生的废气采集的样气分离水分，并将样气供给至分析仪101。需要说明的是，在下述第4实施方式的说明中，对与上述第1实施方式不同之处进行说明，对于与上述第1实施方式同样的构成或对应的构成，在附图中附加相同符号或引用相同符号，由此省略重复的说明。另外，图8中，与图3同样地，用细虚线的箭头示意性地示出了样气流动的情况，用细实线的箭头示意性地示出了冷却气体流动的情况，用粗虚线的箭头示意性地示出了从样气分离出的水分落下的情况。

与第1实施方式的水分分离装置1同样地，图8所示的第4实施方式的水分分离装置4将从采样系统107a导入的样气冷却，分离样气中包含的水分，并将样气供给至分析仪供给系统108。并且，与水分分离装置1同样地，水分分离装置4具备第1配管21、第2配管12、出口室13、水分回收室14和样气引导部15而构成。但是，水分分离装置4在第1配管21的构成方面与水分分离装置1不同。

在水分分离装置4中，与水分分离装置1的第1配管11同样地，第1配管21设置成金属制的圆管，构成为被导入包含水分的样气且该样气向下方流动的配管。并且，第1配管21的一部分配置于第2配管12的内侧，以插穿在上盖部12b和下盖部12c的贯通孔中的状态由第2配管12支撑。另外，第1配管21的上端部连接至采样系统107b的下游侧的端部。并且，第1配管21的下端部在出口室13内开口，配置于样气引导部15与出口室13连通的位置的下方。但是，第1配管21在配置于第2配管12的内侧的部分的形状方面与水分分离装置1的第1配管11不同。

第1配管21设置成在第2配管12的内侧多次弯转着向下方延伸。更具体而言，第1配管21设置成以圆弧状弯转着向下方延伸的部分和沿着与铅直方向倾斜的方向延伸着向下方延伸的部分交替重复着向下方延伸。

根据水分分离装置4，当样气被导入第1配管21，则沿着在第2配管12内多次弯转着向下方延伸的第1配管21向下方流动。并且，冷却气体在弯转延伸的第1配管11的外侧且第2配管12的内侧向下方流动。由此，隔着弯转着延伸的第1配管21的管壁的整周，冷却气体与样气之间有效地进行热交换，样气被冷却，水分从样气中被分离出去。

由此，根据第4实施方式，与第1实施方式同样地，可以提供水分分离装置4，其能够抑制设备成本和设置空间的增大，同时能够提高对样气的冷却效率而实现水分的分离能力的提高，进而能够容易地回收水分且有效地引导样气。

另外，根据水分分离装置4，样气在多次在第2配管12内弯转着向下方延伸的第1配管21中流动。由此，样气在第2配管12的内侧沿着与直线状路径时相比具有更长路径的第1配管21向下方流动的同时，隔着配管11的管壁与冷却气体之间进行热交换而被冷却，水分被分离出去。由此，若以样气的每单位时间的流量相同的情况进行比较，在与直线状路径时相比具有更长路径的第1配管21中，能够延长在与冷却气体之间进行热交换的时间。因此，根据水分分离装置4，冷却气体与样气之间能够更有效地进行热交换，因此能够进一步提高对样气的冷却效率，实现水分的分离能力的提高。

[第5实施方式]

接着，对本发明的第5实施方式的水分分离装置5进行说明。图9是示出本发明的第5实施方式的水分分离装置5的图。需要说明的是，图9中，用截面图示出了水分分离装置5。例如，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，第5实施方式的水分分离装置5应用于下述系统，该系统从由热处理装置100中产生的废气采集的样气分离水分，并将样气供给至分析仪101。需要说明的是，在下述第5实施方式的说明中，对与上述第1实施方式不同之处进行说明，对于与上述第1实施方式同样的构成或对应的构成，在附图中附加相同符号或引用相同符号，由此省略重复的说明。另外，图9中，与图3同样地，用细虚线的箭头示意性地示出了样气流动的情况，用细实线的箭头示意性地示出了冷却气体流动的情况，用粗虚线的箭头示意性地示出了从样气分离出的水分落下的情况。

与第1实施方式的水分分离装置1同样地，图9所示的第5实施方式的水分分离装置5将从采样系统107a导入的样气冷却，分离样气中包含的水分，并将样气供给至分析仪供给系统108。并且，与水分分离装置1同样地，水分分离装置5具备第1配管22、第2配管23、出口室13、水分回收室14和样气引导部15而构成。但是，水分分离装置5在关于第1配管22和第2配管23的配置的构成方面与水分分离装置1不同。

第1配管22构成为被导入包含水分的样气且样气向下方流动的配管。第1配管22设置成圆形截面并以直线状延伸的圆筒状的配管，构成为在长度方向的一个端部侧以节状(段状)缩径。第1配管22设置成导热性优异的金属制的配管，例如，设置成不锈钢制的配管。第1配管22例如由固定于水分回收室14的支撑框架16固定和支撑。另外，第1配管22以其长度方向沿上下方向延伸的状态由支撑框架16支撑，本实施方式中，设置成以直线状上下延伸。

第1配管22具备大径管部24和小径管部25而构成。在大径管部24设有：大径管主体部24a；上盖部24b，塞在大径管主体部24a的上端部；和下盖部24c，塞在大径管主体部24a的下端部。

大径管主体部24a设置成圆形截面且以直线状上下延伸的圆管状。并且，在大径管主体部24a的上端侧连接有样气导入管26。样气导入管26设置成细长的圆管，构成为将由采样系统107b供给的样气导入第1配管22。更具体而言，样气导入管26中，管长方向的一个端部连接至采样系统107b的下游侧的端部，管长方向的另一端部在大径管主体部24a的上端侧与大径管主体部24a连接。并且，样气导入管26的另一端部贯通设置于大径管主体部24a的上端侧并贯通大径管主体部24a的管壁的贯通孔。另外，样气导入管26的另一端部在藉由密封件以气密状态与大径管主体部24a的上端侧的贯通孔的缘部密合的状态下插穿在大径管主体部24a的上端侧的贯通孔中，在大径管主体部24a的内部开口。由此，采样系统107b和第1配管22的上端侧的区域藉由样气导入管26而连通，样气被导入第1配管22的上端侧的区域。

另外，在大径管主体部24a的下端侧设有贯通大径管主体部24a的管壁而供后述第2配管23插穿的贯通孔。第2配管23插入第1配管22中，其下端侧的部分从大径管主体部24a的内侧向外侧贯通大径管主体部24a的下端侧的贯通孔。另外，第2配管23的下端侧的部分在藉由密封件以气密状态与大径管主体部24a的下端侧的贯通孔的缘部密合的状态下插穿在大径管主体部24a的下端侧的贯通孔中，在大径管主体部24a的外部开口。

大径管部24的上盖部24b设置成中心形成有贯通孔的圆板状的部件，在以气密状态与大径管主体部24a的上端部密合的状态下固定于大径管主体部24a的上端部。并且，在上盖部24b的贯通孔中插穿有第2配管23。第2配管23在藉由密封件以气密状态与上盖部24b的贯通孔的缘部密合的状态下插穿在上盖部24b的贯通孔中。

大径管部24的下盖部24c设置成中心形成有贯通孔的圆板状的部件，在以气密状态与大径管主体部24a的下端部密合的状态下固定于大径管主体部24a的下端部。并且，在下盖部24c的贯通孔中固定有小径管部25。

小径管部25在大径管部24的下方与大径管部24上下串联排列地设置。另外，小径管部25相对于大径管部24在同一中心轴线上上下排列地设置。并且，小径管部25形成为直径小于大径管部24的圆管状，并设置成沿上下方向细长地延伸，同时从大径管部24的下端在出口室13内向下方延伸。因此，第1配管22构成为大径管部24和小径管部25依次以直线状上下排列，进而，在从大径管部24向小径管部25连续的下端侧，从大径的大径管部24向小径的小径管部25以节状缩径。

另外，小径管部25的上端部以气密状态嵌入并固定于设置在大径管部24的下盖部24c的中心的贯通孔，并向大径管部24开口。由此，小径管部25在其上端部连接至大径管部24的下盖部24c而与大径管部24连通。并且，小径管部25在其下端部在出口室13内开口而与出口室13连通。另外，小径管部25的下端部为第1配管22的下端部，在第1配管22的下端部向出口室13开口的出口侧开口22a配置于样气引导部15与出口室13连通的位置的下方。

第2配管23至少一部分配置于第1配管22的大径管部24的内侧，构成为被导入温度低于样气的冷却气体且冷却气体向下方流动的配管。第2配管23设置成圆形截面且细长地延伸的圆管状的配管。第2配管23设置成导热性优异的金属制的圆管，例如，设置成不锈钢制的圆管。第2配管23由第1配管22支撑。另外，第2配管23具有上下配管部23a和水平配管部23b。

第2配管23的上下配管部23a设置成在上下方向以直线状延伸的部分，以插入第1配管22的大径管部24的内侧的状态配置。上下配管部23a相对于大径管部24以中心轴线一致的同心状配置，配置成与大径管部24平行地上下延伸。上下配管部23a在上端侧以气密状态贯通设置于大径管部24的上盖部24b的贯通孔，被大径管部24支撑。另外，上下配管部23a的上端部从上盖部24b向上方突出而配置于大径管部24的外侧。并且，上下配管部23a的上端部藉由连接器(省略图示)连接至空气冷却器109的端部109b。由此，从空气冷却器109供给的冷却气体被导入第2配管23。

第2配管23的水平配管部23b设置成在上下配管部23a的下端侧与上下配管部23a连续、并且在水平方向上以直线状延伸的部分。水平配管部23b藉由弯曲成约90°的弯曲部与上下配管部23a连接，水平配管部23b的一个端部与上下配管部23a的下端部连通。并且，水平配管部23b设置成从与上下配管部23a的下端部连接的部分沿着水平方向延伸，并且从第1配管22的大径管部24的内侧向外侧延伸。另外，水平配管部23b以气密状态贯通设置于大径管部24的大径管主体部24a的管壁的贯通孔，被大径管部24支撑。并且，水平配管部23b中的与上下配管部23a连接一侧的相反侧的端部从大径管主体部24a向侧方突出，配置于大径管部24的外侧。另外，水平配管部23b在配置于大径管部24的外侧的端部开口。需要说明的是，水平配管部23b也可以通过连结2个配管部分而构成，从而容易以贯通大径管主体部24a的管壁并从大径管主体部24a的内侧向外侧突出地配置的状态形成。即，水平配管部23b可以通过连结与上下配管部23a连续并贯通大径管主体部24a的管壁的配管部分、和在大径管主体部24a的外侧延伸的配管部分而构成。

在水分分离装置5中，从采样系统107b排出的样气藉由样气导入管26被导入第1配管22内的上端侧的区域。并且，被导入第1配管22内的样气在第1配管22的内侧且第2配管23的外侧的区域中向下方流动。另一方面，从空气冷却器109排出的冷却气体被导入第2配管23的上下配管部23a，在配置于第1配管22的大径管部24的内侧的上下配管部23a中向下方流动。因此，通过使冷却气体在第2配管23的上下配管部23a的内侧向下方流动，样气在第1配管22的大径管部24的内侧且上下配管部23a的外侧向下方流动，由此样气与冷却气体之间隔着第2配管23的上下配管部23a的管壁的整周进行热交换。由此，在第1配管22的大径管部24的流动中，样气被冷却，伴随着与样气中的温度降低相伴的饱和水蒸气量的减少，根据温度所致的饱和水蒸气量的差异而冷凝的水分在第1配管22的大径管部24内从样气中分离出去。在大径管部24内从样气中分离的水分在大径管部24的下方与其连通的小径管部25中落下，从在出口室13内开口的小径管部25的下端部的出口侧开口22a滴落至出口室13内，在出口室13中通过并被水分回收室14回收。另外，在第2配管23的上下配管部23a中向下方流动、隔着上下配管部23a的管壁，与样气之间进行了热交换的冷却气体向水平配管部23b流动，从水平配管部23b的端部排出至第2配管23的外部。另外，分离出水分后的样气从第1配管22流出到出口室13并向样气引导部15流动，从样气引导部15藉由分析仪供给系统108被供给至分析仪101。

根据上述水分分离装置5，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，在从样气分离水分时，无需采用液体制冷剂的热交换器，因此能够抑制设备成本和设置空间的增大。并且，根据水分分离装置5，样气在第1配管22中向下方流动，并且冷却气体在配置于第1配管22的内侧的第2配管23中向下方流动，同时在冷却气体与样气之间进行热交换，样气被冷却。因此，在第2配管23配置于第1配管22的内侧且沿上下方向延伸的区域中的上下方向的整个长度，样气和冷却气体沿着上下方向流动的同时，样气和冷却气体之间高效地进行热交换。由此，能够实现样气的冷却效率的提高，能够实现水分的分离能力的提高。另外，根据水分分离装置5，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，能够容易地回收从样气分离出的水分，并且能够有效地引导分离出水分的样气。

因此，根据第5实施方式，可以提供水分分离装置5，其能够抑制设备成本和设置空间的增大，同时能够提高对样气的冷却效率而实现水分的分离能力的提高，进而能够容易地回收水分且有效地引导样气。

[第6实施方式]

接着，对本发明的第6实施方式的水分分离装置6进行说明。图10是示出本发明的第6实施方式的水分分离装置6的图。需要说明的是，图10中，用截面图示出了水分分离装置6。例如，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，第6实施方式的水分分离装置6应用于下述系统，该系统从由热处理装置100中产生的废气采集的样气分离水分，并将样气供给至分析仪101。另外，与上述第5实施方式的水分分离装置5同样地，第6实施方式的水分分离装置6构成为导入冷却气体并流动的第2配管23的一部分配置于导入样气并流动的第1配管22的内侧。需要说明的是，在下述第6实施方式的说明中，对与上述第1实施方式和第5实施方式不同之处进行说明，对于与上述第1实施方式和第5实施方式同样的构成或对应的构成，在附图中附加相同符号或引用相同符号，由此省略重复的说明。另外，图10中，与图3和图9同样地，用细虚线的箭头示意性地示出了样气流动的情况，用细实线的箭头示意性地示出了冷却气体流动的情况，用粗虚线的箭头示意性地示出了从样气分离出的水分落下的情况。

与第1实施方式的水分分离装置1和第5实施方式的水分分离装置5同样地，图10所示的第6实施方式的水分分离装置6将从采样系统107a导入的样气冷却，分离样气中包含的水分，并将样气供给至分析仪供给系统108。并且，与水分分离装置5同样地，水分分离装置6具备第1配管22、第2配管23、出口室13、水分回收室14和样气引导部15而构成。但是，水分分离装置6在具备多个第2配管23的构成方面与水分分离装置5不同。

如图10所示，在水分分离装置6中，第2配管23设有多个，具体而言，设有2个。2个第2配管23各自与水分分离装置5的第2配管23同样地构成，构成为下述圆管状的配管：一部分配置于第1配管22的大径管部24的内侧，导入温度低于样气的冷却气体，并且冷却气体向下方流动。

2个第2配管23各自与水分分离装置5的第2配管23同样地构成，具有上下配管部23a和水平配管部23b。各第2配管23的上下配管部23a配置成在第1配管22的大径管部24的内侧上下延伸。并且，2个第2配管23的上下配管部23a在上下延伸的大径管部24的内侧沿着上下方向相互平行地延伸。需要说明的是，在大径管部24的上盖部24b设有2个以密状态插穿各第2配管23的上下配管部23a的贯通孔，各第2配管23的上下配管部23a以插穿于上盖部24b的贯通孔中的状态由第1配管22支撑。另外，各第2配管23的水平配管部23b设置成相对于各上下配管部23a接续在其下端侧并沿水平方向延伸。并且，各第2配管23的水平配管部23b从第1配管22的大径管部24的内侧向外侧延伸，从大径管主体部24a向侧方突出并在大径管部24的外侧开口。需要说明的是，在大径管主体部24a的管壁设有2个以气密状态插穿各第2配管23的水平配管部23b的贯通孔，各第2配管23的水平配管部23b以插穿于大径管主体部24a的贯通孔中的状态被第1配管22支撑。

另外，2个第2配管23各自在从大径管部24的上盖部24b向上方突出的上下配管部23a的上端部藉由连接配管(省略图示)连接至空气冷却器109的端部109b。需要说明的是，在第6实施方式中，与空气冷却器109的端部109b连接的连接配管在与空气冷却器109的端部109b连接的一侧的相反侧的下游侧分支成2个系统。并且，2个第2配管23的上下配管部23a各自连接至在与空气冷却器109连接的连接配管的下游侧分支的2个系统各自的下游侧的端部。将冷却气体从与空气冷却器109连接的连接配管中的分支的系统的下游侧的端部导入各第2配管23的上下配管部23a的上端部。从上方导入各第2配管23的上下配管部23a的上端部的冷却气体在各第2配管23的上下配管部23a中向下方流动，接着，在各第2配管23的水平配管部23b中水平流动，向各第2配管23的外部排出。

在水分分离装置6中，从采样系统107b排出的样气藉由样气导入管26被导入第1配管22的大径管部24内的上端侧的区域。并且，导入第1配管22的大径管部24内的样气在大径管部24的内侧且2个第2配管23各自的外侧的区域中向下方流动。另一方面，从空气冷却器109排出的冷却气体被导入2个第2配管23各自的上下配管部23a，在配置于第1配管22的大径管部24的内侧的各上下配管部23a中向下方流动。因此，冷却气体在各第2配管23的上下配管部23a的内侧向下方流动，样气在第1配管22的大径管部24的内侧且各上下配管部23a的外侧向下方流动，样气与冷却气体之间隔着各第2配管23的上下配管部23a的管壁的整周进行热交换。由此，在第1配管22的大径管部24的流动中，样气被冷却，伴随着与样气中的温度降低相伴的饱和水蒸气量的减少，根据温度所致的饱和水蒸气量的差异而冷凝的水分在第1配管22的大径管部24内从样气中分离出去。在大径管部24内从样气中分离的水分在大径管部24的下方与其连通的小径管部25中落下，从在出口室13内开口的小径管部25的下端部的出口侧开口22a滴落至出口室13内，在出口室13中通过并被水分回收室14回收。另外，在第2配管23的上下配管部23a中向下方流动、隔着各上下配管部23a的管壁与样气之间进行热交换后的冷却气体向各第2配管23的水平配管部23b流动，各水平配管部23b的端部排出至各第2配管23的外部。另外，分离出水分后的样气从第1配管22流出到出口室13并向样气引导部15流动，从样气引导部15藉由分析仪供给系统108被供给至分析仪101。

根据上述水分分离装置6，与第1实施方式的水分分离装置1和第5实施方式的水分分离装置5同样地，在从样气分离水分时，无需采用液体制冷剂的热交换器，因此能够抑制设备成本和设置空间的增大。并且，根据水分分离装置6，样气在第1配管22中向下方流动，并且冷却气体在配置于第1配管22的内侧的多个(本实施方式中为2个)第2配管23中向下方流动，同时在冷却气体与样气之间进行热交换，样气被冷却。因此，在多个第2配管23配置于第1配管22的内侧且沿上下方向延伸的区域中的上下方向的整个长度，样气和冷却气体沿着上下方向流动的同时，样气与冷却气体之间有效地进行热交换。由此，能够实现样气的冷却效率的提高，能够实现水分的分离能力的提高。另外，根据水分分离装置6，与第1实施方式的水分分离装置1和第5实施方式的水分分离装置5同样地，能够容易地回收从样气分离出的水分，并且能够有效地引导分离出水分的样气。

因此，根据第6实施方式，可以提供水分分离装置6，其能够抑制设备成本和设置空间的增大，同时能够提高对样气的冷却效率而实现水分的分离能力的提高，进而能够容易地回收水分且有效地引导样气。

另外，根据水分分离装置6，冷却气体在多个第2配管23中向下方流动，并且样气在内侧配置有多个第2配管23的第1配管22中向下方流动，与此同时，冷却气体与样气之间进行热交换，样气被冷却。因此，隔着多个第2配管23的管壁，样气与冷却气体之间进行热交换。并且，在第2配管23为1个的情况和为多个的情况下，若在总截面积为相同大小、冷却气体的每单位时间的总流量相同的情况下进行比较，第2配管23为多个时，在与冷却气体之间进行热交换的第2配管23的管壁的表面积增大。因此，根据水分分离装置6，在冷却气体与样气之间能够更有效地进行热交换，因此能够进一步提高对样气的冷却效率，实现水分的分离能力的提高。

需要说明的是，在第6实施方式中，示例出了设有2个第2配管23的水分分离装置6的方式，但也可以实施设有更多第2配管23的方式。即，也可以实施在第1配管22的内侧配置有3个以上第2配管23的水分分离装置的方式。

[第7实施方式]

接着，对本发明的第7实施方式的水分分离装置7进行说明。图11是示出本发明的第7实施方式的水分分离装置7的图。需要说明的是，图11中，用截面图示出了水分分离装置7。例如，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，第7实施方式的水分分离装置7应用于下述系统，该系统从由热处理装置100中产生的废气采集的样气分离水分，并将样气供给至分析仪101。需要说明的是，在下述第7实施方式的说明中，对与上述第1实施方式不同之处进行说明，对于与上述第1实施方式同样的构成或对应的构成，在附图中附加相同符号或引用相同符号，由此省略重复的说明。另外，图11中，与图3同样地，用细虚线的箭头示意性地示出了样气流动的情况，用细实线的箭头示意性地示出了冷却气体流动的情况，用粗虚线的箭头示意性地示出了从样气分离出的水分落下的情况。

与第1实施方式的水分分离装置1同样地，图11所示的第7实施方式的水分分离装置7将从采样系统107a导入的样气冷却，分离样气中包含的水分，并将样气供给至分析仪供给系统108。并且，与水分分离装置1同样地，水分分离装置7具备第1配管27、第2配管28、第2配管29、出口室13、水分回收室14和样气引导部15而构成。但是，水分分离装置7在关于第1配管27、第2配管28和第2配管29的构成方面与水分分离装置1不同。

图12是示出水分分离装置7的截面的图，是示出从图11的B-B线向视位置观察的截面的图。需要说明的是，图12中，作为水分分离装置7的截面，仅示出在图11的B-B线向视位置出现的第1配管27、第2配管28和第2配管29的截面，省略了水分分离装置7中的其他部分的图示。如图11和图12所示，在水分分离装置7中，第1配管27的一部分配置于第2配管29的内侧，并且第2配管28的一部分配置于第1配管27的内侧。

第1配管27构成为被导入包含水分的样气且样气向下方流动的配管。第1配管27设置成圆形截面并以直线状延伸的圆筒状的配管，构成为在长度方向的一个端部侧以节状缩径。第1配管27设置成导热性优异的金属制的配管，例如，设置成不锈钢制的配管。第1配管27由后述的第2配管29支撑。另外，第1配管27以其长度方向沿上下方向延伸的状态由第2配管29支撑，本实施方式中，设置成以直线状上下延伸。

第1配管27具备大径管部30和小径管部31而构成。大径管部30设置成圆形截面且以直线状上下延伸的圆管状。并且，在大径管部30的上端侧连接有样气导入管32。样气导入管32设置成细长的圆管，构成为将由采样系统107b供给的样气导入第1配管27。更具体而言，样气导入管32中，管长方向的一个端部连接至采样系统107b的下游侧的端部，管长方向的另一端部相对于大径管部30连接至大径管部30的上端侧。并且，样气导入管32的另一端部贯通设置于大径管部30的上端侧并贯通大径管部30的管壁的贯通孔。另外，样气导入管32的另一端部在藉由密封件以气密状态与大径管部30的上端侧的贯通孔的缘部密合的状态下插穿在大径管部30的上端侧的贯通孔中，在大径管部30的内部开口。由此，采样系统107b和第1配管27的上端侧的区域藉由样气导入管32而连通，样气被导入第1配管27的上端侧的区域。需要说明的是，大径管部30配置于后述第2配管29的内侧，样气导入管32以贯通第2配管29的管壁的状态进而还贯通大径管部30的管壁。

另外，在大径管部30的下端侧设有贯通大径管部30的管壁而插穿后述第2配管28的贯通孔。第2配管28插入第1配管27中，其下端侧的部分在大径管部30的下端侧的贯通孔中从大径管部30的内侧向外侧贯通。另外，第2配管28的下端侧的部分在藉由密封件以气密状态与大径管部30的下端侧的贯通孔的缘部密合的状态下插穿在大径管部30的下端侧的贯通孔中。

大径管部30的上端部塞有中心形成有贯通孔的圆板状的上盖部件33。上盖部件33在以气密状态密合的状态下固定于大径管部30的上端部。需要说明的是，上盖部件33的直径大于大径管部30的直径，上盖部件33以从大径管部30向径向突出的状态设置。并且，在上盖部件33还固定有后述第2配管29的上端部。另外，在上盖部件33的贯通孔中插穿有第2配管28。第2配管28在藉由密封件以气密状态与上盖部件33的贯通孔的缘部密合的状态下插穿在上盖部件33的贯通孔中。

大径管部30的下端部塞有中心形成有贯通孔的圆板状的下盖部件34。下盖部件34在其上表面侧在以气密状态与大径管部30的下端部密合的状态被固定。需要说明的是，下盖部件34的直径大于大径管部30的直径，下盖部件34设置成从大径管部30向径向突出的状态。并且，在下盖部件34，在其外周的缘部分的上表面侧，还固定有后述第2配管29的下端部。需要说明的是，下盖部件34在其外周的缘部分的下表面侧以气密状态密合固定于出口室13的出口室主体部18a的上端部。另外，在下盖部件34的贯通孔固定有小径管部31。

小径管部31在大径管部30的下方与大径管部30上下串联排列地设置。另外，小径管部31相对于大径管部30在同一中心轴线上上下排列地进行设置。并且，小径管部31形成为直径小于大径管部30的圆管状，并设置成沿上下方向细长地延伸，同时从大径管部30的下端在出口室13内向下方延伸。因此，第1配管27构成为大径管部30和小径管部31依次以直线状上下排列，进而，在藉由下盖部件34从大径管部30向小径管部31连续的下端侧，从大径的大径管部30向小径的小径管部31以节状缩径。

另外，小径管部31的上端部以气密状态嵌入并固定于设置在下盖部件34的中心的贯通孔，并向大径管部30开口。由此，小径管部31在其上端部藉由下盖部件34连接至大径管部30而与大径管部30连通。并且，小径管部31在其下端部在出口室13内开口而与出口室13连通。另外，小径管部31的下端部为第1配管27的下端部，在第1配管27的下端部向出口室13开口的出口侧开口27a配置于样气引导部15与出口室13连通的位置的下方。

第2配管28构成为下述配管：至少一部分配置于第1配管27的大径管部30的内侧，导入温度低于样气的冷却气体，并且冷却气体向下方流动。第2配管28设置成圆形截面且细长地延伸的圆管状的配管。第2配管28设置成导热性优异的金属制的圆管，例如，设置成不锈钢制的圆管。第2配管28由上盖部件33、第1配管27和第2配管29支撑。另外，第2配管28具有上下配管部28a和水平配管部28b。

第2配管28的上下配管部28a设置成在上下方向以直线状延伸的部分，以插入第1配管27的大径管部30的内侧的状态配置。上下配管部28a相对于大径管部30以中心轴线一致的同心状进行配置，配置成与大径管部30平行地上下延伸。上下配管部28a在上端侧以气密状态贯通设置于上盖部件33的贯通孔，由上盖部件33支撑。另外，上下配管部28a的上端部从上盖部件33向上方突出而配置于大径管部30的外侧。并且，上下配管部28a的上端部藉由连接配管(省略图示)连接至空气冷却器109的端部109b。由此，从空气冷却器109供给的冷却气体被导入第2配管28。

第2配管28的水平配管部28b设置成在上下配管部28a的下端侧与上下配管部28a连续、并且在水平方向上以直线状延伸的部分。水平配管部28b藉由弯曲成约90°的弯曲部与上下配管部28a连接，水平配管部28b的一个端部与上下配管部28a的下端部连通。并且，水平配管部28b设置成从与上下配管部28a的下端部连接的部分沿着水平方向延伸，并且从第1配管27的大径管部30的内侧向外侧延伸，进而从第2配管29的内侧向外侧延伸。另外，水平配管部28b以气密状态贯通设置于大径管部30的管壁的贯通孔，被大径管部30支撑。此外，水平配管部28b还以气密状态贯通设置于配置在大径管部30的外侧的第2配管29的管壁的贯通孔，也由第2配管29支撑。并且，水平配管部28b中的与上下配管部28a连接一侧的相反侧的端部从大径管部30向侧方突出，并且进一步从第2配管29突出，配置于大径管部30和第2配管29的外侧。另外，水平配管部28b在配置于大径管部30和第2配管29的外侧的端部开口。

第2配管29内侧配置有第1配管27的一部分大径管部30，构成为温度低于样气的冷却气体导入的同时冷却气体向下方流动的配管。第2配管29设置成圆形截面并以直线状延伸的圆筒状的配管。第2配管29设置成导热性优异的金属制的圆管，例如，设置成不锈钢制的圆管。第2配管29例如由支撑框架16固定和支撑。另外，第2配管29以其长度方向沿上下方向延伸的状态由支撑框架16支撑，本实施方式中，设置成以直线状上下延伸。

第2配管29的上端部塞有上盖部件33，第2配管29的下端部塞有下盖部件34。上盖部件33被固定在以气密状态与第2配管29的上端部密合的状态，下盖部件34被固定在以气密状态与第2配管29的下端部密合的状态。需要说明的是，圆板状的上盖部件33在其外周的缘部分的下表面侧密合固定于第2配管29的上端部，径向的内侧的部分的下表面侧密合固定于大径管部30的上端部。另外，圆板状的下盖部件34在其外周的部分的上表面侧密合固定于第2配管29的下端部，径向的内侧的部分的上表面侧密合固定于大径管部30的下端部。

另外，在第2配管29的上端侧连接有冷却气体导入管35a。冷却气体导入管35a设置成细长的圆管，构成为将由空气冷却器109供给的冷却气体导入第2配管29。更具体而言，冷却气体导入管35a中，管长方向的一个端部藉由连接配管(省略图示)连接至空气冷却器109的端部109b，管长方向的另一端部在第2配管29的上端侧与第2配管29连接。并且，冷却气体导入管35a的另一端部贯通设置于第2配管29的上端侧并贯通第2配管29的管壁的贯通孔。另外，冷却气体导入管35a的另一端部在藉由密封件以气密状态与第2配管29的上端侧的贯通孔的缘部密合的状态下插穿在第2配管29的上端侧的贯通孔中，在第2配管29的内部开口。由此，空气冷却器109和第2配管29的上端侧的区域藉由冷却气体导入管35a而连通，冷却气体被导入第2配管29的上端侧的区域。需要说明的是，冷却气体导入管35a的另一端部在第2配管29内的第1配管27的大径管部30的外侧的区域中开口。因此，被导入第2配管29内的冷却气体在第2配管29的内侧的区域且第1配管27的大径管部30的外侧的区域、即第2配管29的内周面与大径管部30的外周面之间的区域中流动。

需要说明的是，冷却气体导入管35a的一个端部和第2配管28的上下配管部28a的上端部藉由连接配管(省略图示)连接至空气冷却器109的端部109b。第7实施方式中，与空气冷却器109的端部109b连接的连接配管在与空气冷却器109的端部109b连接的一侧的相反侧的下游侧分支成2个系统。并且，冷却气体导入管35a的一个端部和上下配管部28a的上端部分别连接至在与空气冷却器109连接的连接配管的下游侧分支的2个系统各自的下游侧的端部。由此，由空气冷却器109供给的冷却气体导入第2配管28和第2配管29两者。

另外，在第2配管29的下端侧连接有冷却气体排出管35b。冷却气体排出管35b设置成细长的圆管，构成为将导入第2配管29并在第2配管29中流动的冷却气体从第2配管29排出。更具体而言，冷却气体排出管35b中，管长方向的一个端部在第2配管29的下端侧与第2配管29连接，管长方向的另一端部侧的部分向第2配管29的外侧突出。并且，冷却气体排出管35b的一个端部以气密状态贯通设置于第2配管29的下端侧并贯通第2配管29的管壁的贯通孔，在第2配管29的内部开口。另一方面，从第2配管29向外部突出的冷却气体排出管35b的另一端部向外部开口。由此，第2配管29内的下端侧的区域和第2配管29的外部藉由冷却气体排出管35b而连通，在第2配管29中流动的冷却气体藉由冷却气体排出管35b被排出至外部。

在水分分离装置7中，从采样系统107b排出的样气藉由样气导入管32被导入第1配管27的大径管部30内的上端侧的区域。并且，被导入第2配管27的大径管部30内的样气在大径管部30的内侧且第2配管28的外侧的区域中向下方流动。另一方面，从空气冷却器109排出的冷却气体被导入第2配管28的上下配管部28a，并且藉由冷却气体导入管35a向第2配管29内的上端侧的区域导入。并且，导入上下配管部28a的冷却气体在配置于大径管部30的内侧的上下配管部28a中向下方流动。另外，导入第2配管29中的冷却气体在内侧配置有大径管部30的第2配管29的内侧的区域且大径管部30的外侧的区域中向下方流动。因此，冷却气体在上下配管部28a的内侧向下方流动，样气在上下配管部28a的外侧且大径管部30的内侧向下方流动，冷却气体在大径管部30的外侧且第2配管29的内侧向下方流动。由此，在第1配管27的大径管部30中流动的样气在大径管部30的内侧隔着第2配管28的上下配管部28a的管壁的整周与冷却气体之间进行热交换，同时隔着大径管部30的管壁的整周与冷却气体之间进行热交换。因此，在第1配管27的大径管部30的流动中，样气从大径管部30的内侧和外侧这两侧被冷却，伴随着与样气中的温度降低相伴的饱和水蒸气量的减少，根据温度所致的饱和水蒸气量的差异而冷凝的水分在第1配管27的大径管部30内从样气中被分离。在大径管部30内从样气中分离的水分在大径管部30的下方与其连通的小径管部31中落下，从在出口室13内开口的小径管部31的下端部的出口侧开口27a滴落至出口室13内，在出口室13通过，被水分回收室14回收。另外，在第2配管28的上下配管部28a中向下方流动、隔着上下配管部28a的管壁在与样气之间进行了热交换的冷却气体向第2配管28的水平配管部28b流动，从水平配管部28b的端部向第2配管28的外部排出。并且，在第2配管29中向下方流动、隔着大径管部30的管壁在与样气之间进行了热交换的冷却气体藉由冷却气体排出管35b被排出至第2配管29的外部。另外，分离出水分的样气从第1配管27流出到出口室13并向样气引导部15流动，从样气引导部15藉由分析仪供给系统108被供给至分析仪101。

根据上述水分分离装置7，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，在从样气分离水分时，无需采用液体制冷剂的热交换器，因此能够抑制设备成本和设置空间的增大。并且，根据水分分离装置7，样气在第1配管27中向下方流动，冷却气体在配置于第1配管27的内侧的第2配管28中向下方流动，并且冷却气体在内侧配置有第1配管27的第2配管29中向下方流动，同时在冷却气体与样气之间进行热交换，样气被冷却。因此，在第1配管27配置于第2配管29的内侧、并且第2配管28配置于第1配管27的内侧且在上下方向延伸的区域中的上下方向的整个长度，样气和冷却气体沿着上下方向流动，同时在样气与冷却气体之间有效地进行热交换。由此，能够实现样气的冷却效率的提高，能够实现水分的分离能力的提高。另外，根据水分分离装置7，与第1实施方式的水分分离装置1同样地，能够容易地回收从样气分离出的水分，并且能够有效地引导分离出水分后的样气。

因此，根据第7实施方式，可以提供水分分离装置7，其能够抑制设备成本和设置空间的增大，同时能够提高对样气的冷却效率而实现水分的分离能力的提高，进而能够容易地回收水分且有效地引导样气。

另外，在水分分离装置7中，设有2个第2配管(28、29)，一个第2配管28的一部分配置于第1配管27的内侧，另一个第2配管29在内侧配置有第1配管27的一部分。并且，在水分分离装置7中，样气在第1配管27中向下方流动，冷却气体在配置于第1配管27的内侧的第2配管28中向下方流动，并且冷却气体在内侧配置有第1配管27的第2配管29中向下方流动，与此同时，冷却气体与样气之间进行热交换，样气被冷却。因此，在第1配管27中流动的样气从第1配管27的内侧和外侧这两侧被冷却。由此，根据水分分离装置7，在冷却气体与样气之间能够更有效地进行热交换，因此能够进一步提高对样气的冷却效率，实现水分的分离能力的提高。

[变形例]

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述实施方式，能够在权利要求书所记载的范围内进行各种变更来实施。例如，可以实施下述变形例。

上述实施方式中，以应用于下述系统的方式为例进行了说明，该系统从由热处理装置产生的废气采集的样气分离水分，并供给至分析仪，但上述实施方式的水分分离装置不限于该例，可以广泛地应用。例如，上述实施方式的水分分离装置可以应用于下述系统，该系统从对被处理物进行热处理以外的处理时产生的气体采集样气并分离水分，将分离出水分的样气供给至分析仪等供给目的地。另外，上述实施方式的水分分离装置可以应用于下述系统，该系统从在各种气体产生源产生的气体采集样气并分离水分，将分离出水分的样气供给至分析仪或分析仪以外的各种供给目的地。

上述实施方式中，以下述方式为例进行了说明，其中，从通过供给压缩空气而将低温空气作为冷却气体生成的空气冷却器向水分分离装置导入冷却气体，但也可以不为该方式。即，可以实施下述方式：从空气冷却器以外的冷却气体供给源向水分分离装置导入冷却气体。例如，也可以实施下述方式：从下述冷却气体供给源向水分分离装置导入冷却气体，该冷却气体供给源具有存积液氮的储瓶，一边将液氮的一部分持续降压一边从储瓶放出，由此生成低温的氮气并作为冷却气体供给。

上述第1～第4实施方式中，以出口室在第2配管的下端侧与第2配管一体地结合的设置方式为例进行了说明，但也可以不为该方式。例如，第1～第4实施方式中，也可以实施下述方式的水分分离装置：出口室在第2配管的下方与第2配管分离地进行设置，与外部区隔开，并且第1配管、样气引导部和水分回收室连通。

上述第3～第7实施方式中，以构成为冷却气体在第2配管中向下方流动的水分分离装置的方式为例进行了说明，但也可以不为该方式。在第3～第7实施方式中，也可以实施构成为冷却气体在第2配管中向上方流动的水分分离装置的方式。

工业实用性

本发明能够广泛地用作从包含水分的样气分离水分的水分分离装置。

符号说明

1、2、3、4、5、6、7 水分分离装置

11、21、22、27 第1配管

12、23、28、29 第2配管

13 出口室

14 水分回收室

15 样气引导部

Claims (7)

1.一种水分分离装置，其具备：

第1配管，被导入包含水分的样气，且所述样气向下方流动；

第2配管，至少一部分配置于所述第1配管的内侧或在内侧配置有所述第1配管的至少一部分，被导入温度低于所述样气的冷却气体，且所述冷却气体向上方或下方流动；

出口室，所述第1配管的下端部在此开口，所述样气从所述第1配管导入，且从所述样气分离出的所述水分从所述下端部滴入该出口室；

水分回收室，与所述出口室连通且配置于所述出口室的下方，回收从所述样气分离出的所述水分；和

样气引导部，与所述出口室连通，引导流出到所述出口室的所述样气。

2.如权利要求1所述的水分分离装置，其中，所述第1配管和所述第2配管分别设置成以直线状上下延伸，

所述冷却气体沿着与所述第1配管中的所述样气的流动方向平行的方向在所述第2配管中流动。

3.如权利要求2所述的水分分离装置，其中，所述第1配管以插入在所述第2配管的内侧的状态配置。

4.如权利要求2所述的水分分离装置，其中，所述第1配管和所述第2配管设置成以中心轴线一致的同心状配置的双重管。

5.如权利要求2所述的水分分离装置，其中，所述冷却气体沿着与所述样气的流动方向平行且相同的方向在所述第2配管中向下方流动。

6.如权利要求1～权利要求5中任一项所述的水分分离装置，其中，在所述第1配管的所述下端部向所述出口室开口的出口侧开口配置在所述样气引导部与所述出口室连通的位置的下方。

7.如权利要求1～权利要求5中任一项所述的水分分离装置，其中，所述出口室具有：出口室主体部，所述第1配管在此开口，并且该主体部与所述样气引导部连通；和连通管部，从所述出口室主体部的下端向下方延伸且开口于所述水分回收室而与所述水分回收室连通，

所述水分回收室构成为水于此存积，

所述连通管部的下端构成为在所述水分回收室中开口在存积于所述水分回收室中的水的水面的下方。

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