ITBO20130671A1 - Metodo e dispositivo per l'analisi di un campione di gas - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“METODO E DISPOSITIVO PER L'ANALISI DI UN CAMPIONE DI GAS”

SETTORE TECNICO

La presente invenzione è relativa ad un metodo per l’analisi, un dispositivo per l’analisi ed una unità di analisi.

CONTESTO DELL’INVENZIONE

L’utilizzo della presente invenzione trova particolare applicazione nella rilevazione degli odori e nel campo dei cosiddetti nasi elettronici, cui la trattazione che segue fa specifico riferimento senza perdere di generalità.

Nel campo della rilevazione degli odori sono noti dispositivi comprendenti una camera di analisi, all’interno della quale, in corrispondenza di una parete di base, è disposta una pluralità di sensori ciascuno dei quali è atto a rilevare una diversa caratteristica di un campione gassoso. In uso, il campione gassoso viene convogliato attraverso la relativamente ampia camera di analisi sopra ai sensori e tangenzialmente ai sensori stessi. Dispositivi del tipo sopra descritto, benché precisi, hanno una velocità e sensibilità (sensitivity) relativamente basse.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo per l’analisi, un dispositivo per l’analisi ed una unità di analisi, i quali permettano di superare, almeno parzialmente, gli inconvenienti dell’arte nota e siano, nel contempo, di facile ed economica realizzazione.

SOMMARIO

Secondo la presente invenzione vengono forniti un metodo per l’analisi, un dispositivo per l’analisi ed una unità di analisi secondo quanto licitato nelle rivendicazioni indipendenti che seguono e, preferibilmente, in una qualsiasi delle rivendicazioni dipendenti direttamente o indirettamente dalle rivendicazioni indipendenti.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

L’invenzione viene di seguito descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano esempi d’attuazione non limitativi, in cui:

- la figura 1 è una vista frontale di un dispositivo in accordo con la presente invenzione;

- la figura 2 è un sezione secondo la linea I-I del dispositivo della figura 1;

- la figura 3 è una vista prospettica di una parte del dispositivo del dispositivo della figura 1 con alcuni particolari asportati per chiarezza;

- la figura 4 è una vista prospettica e schematica di un particolare del dispositivo della figura 1; e

- la figura 5 illustra una parte della figura 2 in scala ingrandita.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Nella figura 1, in accordo con un primo aspetto della presente invenzione, con 1 è indicato nel suo complesso un dispositivo per l’analisi di un campione di gas. Il dispositivo 1 comprende un’unità di analisi 2 ed un’unità di movimentazione 3 per convogliare il campione di gas attraverso l’unità di analisi 2.

Facendo particolare riferimento alla figura 2, l’unità di analisi 2 comprende un ingresso 4 per l’entrata del campione di gas nell’unità di analisi 2; una uscita (in particolare, per permettere al campione di gas di lasciare l’unità di analisi 2); un condotto 6 di alimentazione, il quale è disposto a valle dell’ingresso 4 (rispetto ad una direzione di alimentazione del campione di gas); ed almeno due (nel caso di specie tre) canali 7 di passaggio, i quali sono disposti a valle (rispetto ad una direzione di alimentazione del campione di gas) del condotto 6 di alimentazione ed a monte (rispetto ad una direzione di alimentazione del campione di gas) dell’uscita 5.

L’unità d analisi 2 comprende, inoltre, almeno due (nel caso di specie tre) sensori 8, ciascuno dei quali è disposto in corrispondenza di una rispettiva stazione di rilevamento 9 posizionata lungo un relativo canale 7 di passaggio a monte dell’uscita 5.

L’unità di movimentazione 3 è atta a convogliare il campione di gas dall’ingresso 4 all’uscita 5, lungo un percorso determinato. In particolare, l’unità di movimentazione 3 è atta a convogliare il gas (più precisamente, il campione di gas) dall’ingresso 4, lungo il condotto 6 di alimentazione, attraverso i canali 7 di passaggio, attraverso le stazioni di rilevamento 9, alla detta uscita 5.

Ciascun canale 7 di passaggio comprende un rispettivo tratto 10, il quale è disposto tra il condotto 6 di alimentazione e la relativa stazione di rilevamento 9. Ciascun canale 7 di passaggio è atto a permettere il movimento di una rispettiva porzione del campione di gas dal condotto 6 di alimentazione (in particolare, attraverso il rispettivo tratto 10 e la relativa stazione di rilevamento 9) al relativo sensore 8.

In questa maniera, in uso, ciascuna porzione del campione di gas viene fatta passare, separatamente dalle altre ed in modo controllato attraverso la rispettiva stazione di rilevamento 9. Inoltre, tutto il campione di gas (o perlomeno la sua gran parte) passa in corrispondenza dei sensori 8.

Vantaggiosamente, ciascun tratto 10 presenta una sezione trasversale sostanzialmente costante (uguale) lungo tutta la propria estensione longitudinale. In questo modo, il gas uscente da ciascun tratto 10 si muove, in uso, secondo un flusso sostanzialmente laminare.

Ciascun tratto 10 si estende dal condotto 6 di alimentazione alla rispettiva stazione di rilevamento 9.

Secondo alcune forme d’attuazione, ciascun canale 7 di passaggio si estende dal condotto 6 di alimentazione trasversalmente al condotto 6 di alimentazione 6 stesso. Più precisamente, i canali 7 di passaggio sono disposti in successione lungo l’estensione longitudinale del condotto 6 di alimentazione.

In particolare, ciascun canale 7 è delimitato (chiuso) lungo il perimetro laterale e presenta una estremità 11 aperta sul condotto 6 ed una estremità 12 aperta opposta all’estremità 11. Più precisamente, ciascun canale 7 è definito da un rispettivo foro passante attraverso la parete delimitante lateralmente il condotto 6.

A questo riguardo, si noti che, secondo alcune forme d’attuazione, il condotto 6 non presenta ulteriori aperture in aggiunta all’ingresso 4 ed ai fori definenti i canali 7.

Più precisamente, il condotto 6 presenta due estremità chiuse ed è delimitato lateralmente dalla citata parete.

Facendo riferimento alla forma d’attuazione illustrata (in particolare, si veda la figura 3), si noti che l’unità di analisi 2 comprende un corpo principale 2a (di pezzo) nel quale sono ricavati i canali 7 di passaggio ed il condotto 6 di alimentazione.

Con particolare riferimento alla figura 1, l’unità di movimentazione 3 comprende (in particolare, è) un dispositivo aspiratore (più precisamente, una pompa), il quale è disposto a valle delle stazioni di rilevamento 9 per condurre le porzioni del campione di gas attraverso le stazioni di rilevamento 9 stesse (ed attraverso l’uscita 5).

Secondo alcune forme d’attuazione, i sensori 8 sono scelti nel gruppo consistente di: sensori atti a rilevare una specifica sostanza, sensori agli ossidi metallici (MOS - ad esempio, quali quelli prodotti dall’azienda Figaro -http://www.figaro.co.jp) ed una loro combinazione.

In particolare, i sensori 8 (figure 2 e 4) atti a rilevare una sostanza specifica sono sensori elettrochimci (ad esempio, quali quelli prodotti dall’azienda Figaro).

Vantaggiosamente, ciascun sensore 8 è atto a rilevare una diversa caratteristica del campione. In questa maniera ed adoperando sensori di tipo MOS, è possibile utilizzare il dispositivo 1 come naso elettronico atto ad identificare differenti odori.

Facendo particolare riferimento alla figura 4, ciascun sensore 8 comprende un rispettivo elemento sensibile 13, il quale è atto ad interagire (in particolare, entrare in contatto) con un gas (in particolare, la rispettiva porzione del campione di gas) per rilevarne una caratteristica (ad esempio, la concentrazione di un determinato componente e/o la risposta ad una particolare sollecitazione).

Secondo alcune forme d’attuazione, l’elemento sensibile 13 è del tipo descritto nella domanda di brevetto con numero di pubblicazione WO2004/095013.

Ciascun sensore 8 comprende, inoltre, un case 14, sul quale è montato l’elemento sensibile 13 mediante rispettivi fili 15 d’oro. In particolare, i fili 15 d’oro congiungono l’elemento sensibile 13 a dei reofori 16 del case 14.

Secondo alcune forme d’attuazione, il case 14 è del tipo TO39.

I sensori 8 sono montati su un circuito stampato 17 comune mediante dei terminali 18 in materiale conduttivo (ad esempio ferro dorato).

Facendo particolare riferimento alla figura 5, vantaggiosamente, ciascun elemento sensibile 13 (più precisamente, una sua superficie attiva) è disposto in corrispondenza di una apertura di estremità 19 del rispettivo tratto 10 opposta al condotto 6 di alimentazione. In particolare, ciascun elemento sensibile 13 (più precisamente, la sua superficie attiva) è affacciato alla relativa apertura di estremità 18 del rispettivo tratto 10.

Vantaggiosamente, l’apertura di estremità 19 presenta una area inferiore o uguale (in particolare, inferiore) all’area dell’elemento sensibile 13 (più precisamente, della sua superficie attiva). Più precisamente, l’elemento sensibile 13 (in particolare, la sua superficie attiva) copre completamente l’apertura di estremità di 19 (nella direzione di avanzamento del gas lungo il tratto 10 ed, in particolare, nella direzione di avanzamento del gas in uscita dal tratto 10 attraverso l’apertura di estremità 18).

Secondo specifiche forme d’attuazione, l’elemento sensibile 13 (più precisamente, la sua superficie attiva) presenta un’area di almeno 0,5 mm<2>. In particolare, l’elemento sensibile 13 presenta un’area fino a 5 mm<2>.

In particolare, ciascun canale 7 di passaggio presenta un alveolo 20 presentante una sezione trasversale interna con area superiore all’area del rispettivo tratto 10. Ciascun alveolo 20 delimita una rispettiva stazione di rilevamento 9 ed alloggia un relativo sensore 5. Ciascun alveolo 20 presenta una prima estremità raccordata con il rispettivo tratto 10 ed una seconda estremità, la quale è opposta alla prima estremità ed in corrispondenza della quale è disposto un elemento di supporto 21 del rispettivo sensore 8 (più precisamente, del case 14). Ciascun elemento di supporto 21 è chiuso (in altre parole, non può essere attraversato da gas).

Più in particolare, ciascun elemento di supporto 21 è montato in contatto con la superficie interna del rispettivo alveolo 20 in modo (però) da permettere il passaggio di gas tra l’elemento di supporto 21 stesso e l’alveolo 20. In altre parole, ciascun elemento di supporto 21 è disposto nel rispettivo alveolo 20 non a tenuta di fluido.

Vantaggiosamente, l’elemento sensibile 13 è orientato in modo tale che la relativa porzione del campione di gas convogliata lungo il rispettivo canale 7 di passaggio entri in contatto con l’elemento sensibile 13 muovendosi in una direzione sostanzialmente perpendicolare all’elemento sensibile 13 stesso (più precisamente alla sua superficie attiva).

Secondo alcune forme d’attuazione, l’unità di analisi 2 comprende una camera di confluenza 22, la quale è atta a raccogliere il gas passato attraverso (tutte) le stazioni di rilevamento 9. In particolare, la camera di confluenza 22 è disposta a valle delle stazioni di rilevamento 9 (e dei sensori 8) ed a monte dell’uscita 5.

Si noti che la camera di confluenza 22 è delimitata dalla parte opposta rispetto ai canali 7 di passaggio dal circuito stampato 17. Vantaggiosamente, il circuito stampato 17 è chiuso (in altre parole, non può essere attraversato da gas). Il circuito stampato 17 è montato a tenuta di fluido sul corpo principale 2a dell’unità di analisi 2.

Vantaggiosamente, ciascun canale 7 di passaggio presenta una rispettiva portata volumetrica sostanzialmente uguale alle portate volumetriche degli altri canali 7 di passaggio. In particolare, ciascun tratto 10 presenta una rispettiva sezione trasversale interna con una area sostanzialmente uguale alle aree delle sezioni trasversali interne degli altri tratti 10.

In questa maniera, le porzioni del campione di gas che raggiungono ciascun sensore 8 sono tra loro sostanzialmente uguali.

Secondo specifiche forme d’attuazione, ciascun tratto 10 presenta una rispettiva sezione trasversale interna con una area da circa 0,2 mm<2>a circa 0,78 mm<2>. In alcuni particolari casi, ciascun tratto 10 presenta una rispettiva sezione trasversale interna con area di circa 0,2 mm<2>.

Vantaggiosamente, il condotto 6 di alimentazione presenta una sezione trasversale interna con una area almeno cento volte l’area della sezione trasversale interna di ciascun tratto 10.

Secondo specifiche forme d’attuazione, il condotto 6 di alimentazione presenta una sezione trasversale interna con una area da circa 110 mm<2>a circa 180 mm<2>. Secondo alcune forme d’attuazione, il condotto 6 di alimentazione presenta una lunghezza da circa 60 mm a circa 90 mm.

In questa maniera, si riesce a ridurre (sostanzialmente ad annullare) la perdita di carico tra i canali 7 di passaggio.

Vantaggiosamente, il condotto 6 di alimentazione presenta una sezione trasversale interna con una area di almeno dieci volte, in particolare almeno quindici volte, il quadrato della lunghezza di ciascun tratto 10.

Secondo alcune forme d’attuazione, ciascun tratto 10 presenta una lunghezza da circa 1 mm a circa 3 mm.

Vantaggiosamente, ciascun tratto 10 presenta una sezione trasversale interna con un’area di almeno un sedicesimo del quadrato della lunghezza del tratto 10 stesso.

Questi aspetti permettono di ridurre la perdita di carico lungo ciascun tratto 10 e permettere quindi che le porzioni del campione di gas raggiungano in modo particolarmente efficiente i sensori 8 (più precisamente, i loro elementi sensibili 13).

Secondo alcune forme d’attuazione, l’unità di analisi 2 comprende anche un elemento 23 di mescolamento, il quale è atto a determinare delle turbolenze nel gas (in particolare, nel campione di gas) passante lungo in condotto 6 di alimentazione. Le turbolenze permettono di migliorare il trasferimento di calore tra le pareti del condotto 6 (in particolare, il corpo principale 2a) ed il gas. Le turbolenze permettono anche di migliorare l’omogeneità del campione di gas.

L’elemento 23 presenta una forma sostanzialmente cilindrica, si estende longitudinalmente all’interno del condotto 6 di alimentazione e presenta una propria prima estremità in corrispondenza dell’ingresso 4 ed una seconda estremità opposta alla prima estremità immediatamente a monte dei canali 7 di passaggio.

La superficie esterna dell’elemento 23 presenta sostanzialmente la forma di una sinusoide (tridimensionale) che si estende lungo l’estensione longitudinale dell’elemento 23 stesso. In particolare, l’elemento 23 appare come una successione di elementi toroidali (privi del loro foro passante) tra loro sovrapposti.

In accordo con un secondo aspetto della presente invenzione, viene fornita una unità di analisi come sopra definita.

In accordo con un terzo aspetto della presente invenzione, viene fornito un metodo per l’analisi di un campione di gas mediante una unità di analisi 2 comprendente un condotto 6 di alimentazione; almeno due canali 7 di passaggio; ed almeno due sensori 8, ciascuno dei quali è disposto in corrispondenza di una rispettiva stazione di rilevamento 9 lungo un relativo canale 7 di passaggio. Ciascun canale 7 di passaggio comprende un rispettivo tratto 10, il quale è disposto tra il condotto 6 di alimentazione e la relativa stazione di rilevamento 9.

In particolare, l’unità di analisi 2 è come sopra definita in accordo con il secondo aspetto della presente invenzione. Più in particolare, il menzionato metodo viene implementato mediante un dispositivo 1 per l’analisi comprendente l’unità di analisi 2 ed una unità di movimentazione 3 di gas. Più precisamente, il dispositivo 1 è come definito in accordo con il primo aspetto della presente invenzione.

Il metodo comprende una fase di convogliare il campione di gas lungo il condotto 6 di alimentazione; una fase di portare almeno due porzioni del campione di gas dal condotto 6 di alimentazione, ciascuna, lungo un rispettivo canale 7 di passaggio (attraverso un rispettivo tratto 10 ed attraverso una rispettiva stazione di rilevamento 9), ad un rispettivo sensore 8; ed una fase di rilevamento, durante la quale ciascun sensore 8 effettua una rilevazione sulla rispettiva porzione del campione di gas.

Secondo alcune forme d’attuazione, ciascun sensore 8 rileva una caratteristica differente del campione.

Vantaggiosamente, ciascuna porzione di campione viene convogliata secondo un flusso sostanzialmente laminare contro un rispettivo elemento sensibile 13 del relativo sensore 8.

Vantaggiosamente, ciascuna porzione di campione viene convogliata contro un rispettivo elemento sensibile 13 del relativo sensore 8 in una direzione sostanzialmente perpendicolare all’elemento sensibile 13 (più precisamente, alla sua superficie attiva).

Le porzioni di campione vengono convogliate lungo ciascun canale 7 di passaggio con portate tra loro sostanzialmente uguali.

In particolare, la combinazione delle porzioni costituisce il campione di gas.

Vantaggiosamente, il campione di gas viene convogliato lungo il condotto 6 con un moto turbolento.

Claims (1)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1.- Dispositivo per l’analisi di un campione di gas; il dispositivo (1) per l’analisi comprende una unità di analisi (2) a sua volta comprendente un ingresso (4) per l’entrata del campione di gas nella unità di analisi (2); una uscita (5); un condotto (6) di alimentazione; almeno due canali (7) di passaggio; ed almeno due sensori (8), ciascuno dei quali è disposto in corrispondenza di una rispettiva stazione di rilevamento (9); il dispositivo (1) per l’analisi comprendendo almeno una unità di movimentazione (3) di gas per convogliare il gas dal detto ingresso (4), lungo il condotto (6) di alimentazione, attraverso i canali (7) di passaggio, attraverso le stazioni di rilevamento (9), alla detta uscita (5); il condotto (6) di alimentazione essendo disposto a valle dell’ingresso (4); ciascun canale (7) di passaggio essendo disposto a valle del condotto (6) di alimentazione ed a monte dell’uscita (5), essendo atto a permettere il movimento di una rispettiva porzione del campione di gas dal condotto (6) di alimentazione al relativo sensore (8) e comprendendo un rispettivo tratto (10), il quale è disposto tra il condotto (6) di alimentazione e la relativa stazione di rilevamento (9); ciascuna stazione di rilevamento (9) essendo disposta lungo un rispettivo canale (7) di passaggio a monte della detta uscita (5). 2.- Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui l’unità di movimentazione (3) di gas comprende un dispositivo aspiratore il quale è disposto a valle delle stazioni di rilevamento (9) per condurre le porzioni del campione di gas attraverso le stazioni di rilevamento (9) stesse. 3.- Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui ciascun sensore (8) presenta un proprio elemento sensibile (13) orientato in modo tale che la relativa porzione del campione di gas convogliata lungo il rispettivo canale (7) di passaggio entri in contatto con l’elemento sensibile (13) muovendosi in una direzione sostanzialmente perpendicolare all’elemento sensibile (13) stesso; in particolare, l’elemento sensibile (13) essendo orientato sostanzialmente perpendicolarmente alla estensione longitudinale del rispettivo canale (7) di passaggio; in particolare, ciascun sensore (8) essendo atto a rilevare una diversa caratteristica del campione. 4.- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun sensore (8) presenta un elemento sensibile (13) disposto in corrispondenza di una apertura di estremità (19) del rispettivo tratto (10) opposta al condotto (6) di alimentazione; in particolare, l’elemento sensibile (13) essendo affacciato all’apertura di estremità (19) del rispettivo tratto (10); in particolare, i sensori (8) essendo scelti nel gruppo consistente di: sensori atti a rilevare, ciascuno, una specifica sostanza (in particolare, sensori elettrochimici), sensori agli ossidi metallici ed una loro combinazione. 5.- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuno canale (7) di passaggio si estende dal condotto (6) di alimentazione, in particolare trasversalmente al condotto (6) di alimentazione stesso; più in particolare, i canali (7) di passaggio sono disposti in successione lungo l’estensione longitudinale del condotto (6) di alimentazione. 6.- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le portate volumetriche di ciascun canale (7) di passaggio sono tra loro sostanzialmente uguali; in particolare, le aree delle sezioni trasversali interne di ciascun tratto (10) sono tra loro sostanzialmente uguali. 7.- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il condotto (6) di alimentazione presenta una sezione trasversale interna con una area almeno cento volte l’area della sezione trasversale interna di ciascun tratto (10). 8.- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la unità di analisi (2) comprende una camera di confluenza (22), la quale è atta a raccogliere il gas passato attraverso le stazioni di rilevamento (9); la camera di confluenza (22) essendo disposta a valle delle stazioni di rilevamento (9) ed a monte dell’uscita (5). 9.- Unità di analisi comprendente un ingresso per l’entrata del campione di gas nella unità di analisi (2); una uscita (5); un condotto (6) di alimentazione; almeno due canali (7) di passaggio; ed almeno due sensori (8), ciascuno dei quali è disposto in corrispondenza di una rispettiva stazione di rilevamento (9); il condotto (6) di alimentazione essendo disposto a valle dell’ingresso (4); ciascun canale (7) di passaggio essendo disposto a valle del condotto (6) di alimentazione ed a monte dell’uscita (5), essendo atto a permettere il movimento di una rispettiva porzione del campione di gas dal condotto (6) di alimentazione al relativo sensore (8) e comprendendo un rispettivo tratto (10), il quale è disposto tra il condotto (6) di alimentazione e la relativa stazione di rilevamento (9); ciascuna stazione di rilevamento (9) essendo disposta lungo un rispettivo canale (7) di passaggio a monte della detta uscita (5). 10.- Unità di analisi secondo la rivendicazione 9 e presentante le caratteristiche di una delle rivendicazioni da 3 a 8. 11.- Metodo per l’analisi di un campione di gas mediante un dispositivo (1) per l’analisi (in particolare secondo una delle rivendicazioni da 1 ad 8) comprendente un condotto (6) di alimentazione; almeno due canali (7) di passaggio; ed almeno due sensori (8), ciascuno dei quali è disposto in corrispondenza di una rispettiva stazione di rilevamento (9) lungo un relativo canale (7) di passaggio; ciascun canale (7) di passaggio comprendendo un rispettivo tratto (10), il quale è disposto tra il condotto (6) di alimentazione e la relativa stazione di rilevamento (9); il metodo comprendendo: una fase di convogliare il campione di gas lungo il condotto (6) di alimentazione; una fase di portare almeno due porzioni del campione di gas dal condotto (6) di alimentazione, ciascuna, lungo un rispettivo canale (7) di passaggio ed attraverso una rispettiva stazione di rilevamento (9); ed una fase di rilevamento, durante la quale ciascun sensore (8) effettua una rilevazione sulla rispettiva porzione del campione di gas; in particolare, ciascun sensore (8) rileva una caratteristica differente del campione rispetto alle caratteristiche rilevate dagli altri sensori (8). 12.- Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui ciascuna porzione di campione viene convogliata secondo un flusso sostanzialmente laminare contro un rispettivo elemento sensibile (13) del relativo sensore (8). 13.- Metodo secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui ciascuna porzione di campione viene convogliata contro un rispettivo elemento sensibile (13) del relativo sensore (8) in una direzione sostanzialmente perpendicolare all’elemento sensibile (13). 14.- Metodo secondo una delle rivendicazioni da 11 a 13, in cui le porzioni di campione vengono convogliate lungo ciascun canale (7) di passaggio con portate tra loro sostanzialmente uguali; la combinazione delle porzioni costituendo il campione di gas.