CN101660983A - 集中器 - Google Patents

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Abstract

一种能够操作用以将来自高流量的采样气流的目标物质的微粒集中到低流量的副气流中的集中器。该集中器可以具有一批径向设置的叶片。各个叶片可以具有利用离心力以将通过它的微粒集中到采样气流的中心部分中的采样气流入口。在下游，叶片还可以具有主气流出口和刀口形的副气流入口，该刀口形的副气流入口将采样气流划分成一对侧向高流量的且已从其中去除微粒的主气流和携带集中的微粒的中心低流量的副气流。

Description

集中器
关于联邦政府所赞助的研究或进展的声明
本发明并不是由美国政府机构或根据与美国政府机构的协议作出的。
附图说明
图1为示以安装在三脚架13上的集中器10的俯视装配立体图；
图2为集中器10沿图1的线2-2得到的俯视立体截面图；
图3为集中器10的风机组件11的俯视分解立体图；
图4为集中器10的空气处理器12的俯视分解立体图；
图5为集中器10的空气处理器12沿图1的线5-5得到的截面图；
图5A为图5中圈中部分5A的放大图；
图5B为图5中圈中部分5B的放大图；
图6为类似于图5A的放大图，但是增加了气流线来显示采样气流102、主气流103和副气流104；
图7为空气处理器12的顶板42的仰视图；
图8为空气处理器12的外毂80的俯视平面图；
图8A为空气处理器12的外毂80的俯视立体图；
图9为空气处理器12的内毂81的俯视平面图；
图9A为空气处理器12的内毂81的俯视立体图；
图10为空气处理器12的叶片47之一的立体图；
图11为空气处理器12的叶片47之一的分解立体图；
图12为空气处理器12的叶片47之一的侧向立面图；
图12a为空气处理器12的叶片47之一的俯视平面图；
图12b为空气处理器12的叶片47之一的仰视图；
图13为空气处理器12的叶片47之一的端部立面图；
图14为空气处理器12的叶片47之一沿图12的线14-14得到的截面图；
图15为图14中的圈中部分15的放大图；
图16为图14中的圈中部分16的放大图；
图17为集中器10a的俯视分解立体图；
图18为集中器10a的下部的局部剖视的俯视装配立体图；
图19为集中器10a的仰视平面图；
图20-21为显示了集中器10的特定工作特性的图表；
图22为集中器10b的俯视立体图；
图23为正用于探询集装箱137的集中器10b的局部剖视立体图；
图24为机械振动器150的俯视立体图；和
图25为电磁振动器的截面图。
本发明的详细说明
背景技术
许多人类活动受到各种尘埃微粒存在的影响。例如，大多数自然有害物和病原体包括空气传播的微观生物微粒，诸如霉菌、真菌、细菌、病毒和多细胞微生物。由于这种微粒在空气中的体积小、易碎、密度低且和容积浓度低，因此通常很难从空气中收集并去除这种微粒以进行例如观察、识别、研究、试验或分析。不幸的是，只需一个这种微粒就能够造成感染或疾病，或者污染医院区域。
此外，干净的房间要求有机和无机尘埃微粒的浓度极低，以使晶片缺陷最小化并保持较高的设备产量。此外，反恐工作通常关键在于从空气中收集并去除微量的尘埃微粒，例如病原菌、它们的孢子，或者病毒武器或生化武器，以使这些粒子可以用于观察、识别、研究、试验或分析。此外，针对爆炸物进行的行李监测现在通常基于从空气中收集和去除直径可小达1微米的爆炸物的微观微粒。
所关心的尘埃微粒可以称之为包含目标物质的微粒，它们可以是包括所关心的任何物质的微粒，例如任何液体、固体、有机、无机、生物或非生物物质，或者它们的混合物。在下面的说明中，将严格通过非限制性示例来描述包含目标物质的微粒的运动，可以理解的是相同或类似的说明可以同样应用于任何其它种类的微粒的运动。
术语“空气”被广泛利用，以致它可以是除了空气之外的任何气体或气体混合物。
从大量采样空气中去除包含目标物质的尘埃粒子经常会遇到许多困难。第一，产生具有高流量的采样气流102的采样空气收集装置可能很重并且体积庞大。第二，高流量的采样空气收集装置可能很难采用多种类型的设计用于与具有低流量，例如每分钟500升(LPM)或更低流量的采样气流102一起利用的常规空气采样器、微粒分析器和分析装置。
空气采样器可以是从气流，例如从采样气流102中去除包含目标物质的微粒的任何装置，以致可以观察、识别、研究、试验或分析这些包含目标物质的微粒。微粒分析器可以是确定目标物质的微粒的尺寸、浓度、种类和/或大致成分(例如生物与非生物的比值)的任何装置。分析装置可以是在作为非限制性示例包括炸药、药品、细菌、孢子、病毒、毒素、动物和植物病原体以及工业化学品的微粒中检测和/或识别目标组成物质的任何装置。
第三，具有高流量的采样气流102通常会导致采样空气的高气流速度，由于高气流速度所导致的物理剪切力或脱水作用，这会对某些种类脆弱的包含目标物质的微粒，例如有机体产生损害。
第四，市场上可买到的集中器(用于使来自采样气流102的包含目标物质的微粒集中的装置)通常需要用于正确操作的较高的总压差。能够承受那些类型的压差的空气处理器，例如风机、鼓风机和空气涡轮机通常是笨重的、体积庞大并且效率低下的，对于相对小的采样气流102需要消耗大量的电力。这在采样气流102很小的情况下可能不是问题，因为集中器及其空气处理器的总电耗仍然是可以接受的。但是，对于采样气流102大于大约1000公升/分钟的应用来说，集中器和空气处理器的效率就变得非常重要。为此，市场上可买到的集中器系统对于期望处理大量采样空气的便携式应用而言通常是不合适或不可用的，这些便携式应用为例如对集装箱或船的底舱、火车车厢、农用设备、露天市场、食品加工设备和诸如礼堂和剧场、办公楼和购物中心的大型公共场所的采样。
集中器10
因此，为了应对前述一个或多个困难，集中器10可以是相对小型的、轻型的、低能耗的且为便携式的装置，它能够产生和处理具有高流量的采样气流102，并能够将其中包含目标物质的微粒集中到具有低得多的流量的副气流104中，该低得多的流量可以与任何常规空气采样器、微粒分析器或分析装置的输入要求相匹配。
鉴于这里的所有公开内容，应当理解的是集中器10可以设计用于产生具有与任何特定的空气采样器、微粒分析器或分析装置的输入要求相匹配的任何期望流量的副气流104，而不管该特定的空气采样器、微粒分析器或分析装置是否为商用的非定制装置。
作为示例，下文所描述的示例集中器10可以是小型的、轻型的、低能耗并且为便携式的。它可以产生和处理具有约3,000LPM到3,600LPM的相对高流量的采样气流102，将气流102划分为主气流103和副气流104。主气流103和副气流104的流量之和将等于采样气流102的流量。
示例集中器10可以将采样气流102中所存在的目标物质的微粒的大约60％到大约80％集中到副气流104中。副气流104的标称流量为主气流103的流量的1％到10％。副气流104及其所携带的包含目标物质的集中微粒可以随后以任何合适的方式传送到任何合适的空气采样器、微粒分析器或分析装置中。这整个过程可以仅利用50到100瓦特的电能就能实现。
如图1-2中最佳所示，集中器10可以包括两个主要部件，即，风机组件11和空气处理器12。就集中器10的定位而言，作为示例，将它显示为具有垂直定位的中心纵轴线A，以使其风机组件11直接位于其空气处理器12的上方。相应地，作为示例并且为了简化及便于理解，集中器10的各个部件以及它们彼此之间的关系将于此参照所示的垂直定位的集中器10来描述。
但是，应当理解的是，集中器10的轴线A可以相对于垂直方向成高达180度的任何角度倾斜。例如，如果其轴线A相对于垂直方向倾斜90度，则其风机组件11及其空气处理器12将并排设置；并且如果其轴线A相对于垂直方向倾斜180度，则其空气处理器12将直接位于其风机组件11的上方。
集中器10可以以任何合适的方式安装在支撑它的表面上方的任何期望高度处，同时其轴线A具有任何期望的定向，该表面例如通过利用长度可调的三脚架13、或者以任何合适的方式安装到其它设备的一个或多个部件上来支撑它。
作为替代，风机组件11和空气处理器12可以不直接连接在一起，而是可以通过任何合适的装置以任何合适的方式远距离连接在一起，例如通过在组件12的顶板42中的空气出口55和风机集气室15的空气入口22或风机16的空气入口31之间延伸的任何合适的空气导管来进行远距离连接。
集中器10、其风机组件11及其空气处理器12都可以称为“负压”装置，这是因为其风机组件11能够操作用以在空气处理器12的顶板42中的主气流出口55中产生负气压，以使经过组件12的采样空气的流动至少部分由围绕空气处理器12的外界较高压力的采样空气来驱动。
作为替代，可以利用具有任何合适结构的任何其它合适的风机组件11来代替于此所示并描述的风机组件11，其中具有任何其它合适结构的任何其它合适的风机组件11能够操作用以将负气压施加到空气处理器12的顶板42中的空气出口55。
作为另一种的替代，可以去掉风机组件11，以致集中器10可以仅包括负压空气处理器12。于是这种集中器10可以用于以任何合适的方式连接到任何合适的负气压源上。
如图1中所示，可以通过将集中器10直接设置在待采样空气内，就像将它放置在充满待采样空气的房间中一样来利用该集中器10。作为替代，可以通过将集中器10远离待采样空气设置，如图23中所示，来利用该集中器10，在那种情况下将采样气流102以任何合适的方式，例如经过输入导管141传送到集中器10中。
鉴于这里的所有公开内容，应该理解的是集中器10可以设计用于产生和处理具有任何期望流量的采样气流102。这可以以任何合适的方式来完成，例如经过相对于其部件的尺寸和数目按比例放大或缩小集中器10，通过增加施加到其空气处理器12上的负气压，或者通过以任何其它合适的方式改变集中器10完成。
集中器10B
现在转向图22和23，显示了作为替代的“护罩式”集中器10b。图22的集中器10b除了那些通过所有于此公开的内容而变得明显的差别外，可以与图1-16的集中器10以及图17-19的集中器10a在所有方面均相同或至少类似。
集中器10b可以进一步包括中空环形护罩147，其带有具有任何合适尺寸、形状和结构的入口149。可以具有不止一个入口149。护罩147可以包围外毂80的外表面，并且使其大小适于在外毂80的外表面周围提供环形气室。护罩147可以具有任何合适的尺寸、形状和结构，并且可以以任何合适的方式，例如通过装配到空气处理器12的顶板42和底板43上来装配到空气处理器12上。
风机组件11能够操作用以将负气压施加到护罩147内的气室中，并且同时能够操作用以将正气压施加到风机集气室15内。该负气压可以使采样气流102经过其入口149流入到护罩147中，然后流过集中器10b的空气处理器12。于是该正气压可以使主气流103经过其风机集气室15流出集中器10b。
集中器10b可以进一步包括具有任何合适的尺寸、形状和结构的任何合适的可选输入导管141和输出导管142，这些导管可以以任何合适的方式分别连接到集中器10b的入口149和风机集气室15。
可以以任何合适的方式利用集中器10b。例如，如图23中所示，输入导管141可以连接在集装箱137的出口139和集中器10b的入口149之间；同时输出导管142可以连接在集中器10b的风机集气室15和集装箱137的入口端口138之间。
然后，集中器10b所产生的负气压就可以使采样气流102经过输入导管141从集装箱137内的通风空间143内的采样空气流入到护罩147的入口149中，并且流经集中器10b的空气处理器12。接着，集中器10b在其风机集气室15内所产生的正气压可以使主气流103经过输出导管142从风机集气室15流出，并且经过其入口端口138流回到集装箱137中。
由此，已经发现集中器10b是能够操作用以形成闭合回路气流的，以使采样气流102经空气处理器12的流动由集中器10b的风机组件11所产生的正气压和负气压联合驱动。
作为替代，可以去掉输出导管142，以便可将来自空气集气室15的主气流103排入到围绕集中器10b的空气中。作为进一步的替代，护罩147的入口149可以设置在护罩147的除其圆筒表面146之外的任何合适的表面上，如图22-23中所示。例如，可将具有任何合适尺寸、形状和结构的一个或多个入口149设置在护罩147的顶端面148或底端面165上。
对于车辆或航行器安装应用而言，集中器10b是特别令人满意的。例如，如果其入口149设置在其护罩147(参见图22)的顶端面148或底端面165上，并且如果这种入口149沿移动方向定位，则可将由车辆或航行器前进运动所产生的动压用于至少帮助驱动采样气流102使其流经其空气处理器12。通过设置护罩147的直径尺寸，使得在运转期间在其顶端面148和底端面165之间没有较大的内部压差，于是其外毂80的整个外表面82将由采样气流102均匀施压，这确保采样气流102与车辆或航行器的前进速度无关地在护罩的外毂80的外表面中的各个采样气流入口凹部84处进行均匀的向内径向流动。在某些情况下，动压可足以完全驱动采样气流102，这消除了对于风机组件11的需要。在这种情况下，主气流103可以从设置入口149的位置流经处理器12的端板42、43中的任何合适的相应的主气流出口55排出空气处理器12，其中端板42、43位于护罩147的相对端。副气流103可以经过任一端板42、43排出。
作为替代，集中器10、10a同样可以包括护罩147、入口149和可选的入口导管141和出口导管142；并且可以以与利用集中器10b的方式相同或至少相似的方式利用。
风机组件11
现在转向图1-16的集中器10，如图2-3中最佳所示，风机组件11可以包括风机集气室15、带风机马达29的风机16、风机板18和气流整流叶片19。给风机马达29提供电源的动力电缆组件21可以是，也可以不是风机组件11的部件。
如图1和3中最佳所示，动力电缆组件21可以包括导管35、一对用于将导管35安装到空气处理器12的贯穿安装夹38、用于将导管35安装到集气室15的直角安装夹39、可以装配到风机板18的贯穿连接器37和用于给风机马达29提供电源的电线36。电线36可以顺序穿过导管35，穿过直角安装夹39进入到集气室的气室28中，并且穿过风机板18中的连接器37到达风机马达29。
风机16也可以具有叶轮30、叶轮30中的空气入口31、叶轮叶片34和叶轮叶片34之间的空气出口32。虽然图中显示的是高速电动离心式风机16，但是也可以利用具有任何合适的尺寸、形状、功率、结构和气动性能的任何合适的风机16，而不管其是否为电动的，这取决于这种因素，例如，经过集中器10的采样气流102的期望流量和风机组件11中或其上用于安装风机16的可用空间。可适于用作风机16的多种空气推进器都是可用的。这些空气推进器，例如风机和鼓风机对于诸如高流量、低或高压传送，和/或正压或负压操作的特性通常是最优化的。带有后弯叶片设计的离心式风机提供了电动-气动效率和操作灵活性的特别令人满意的结合，并且对于与集中器10集成而言是一种优选的空气推进器。
图中示意性地示出了风机马达29和叶轮30，可以理解的是，可以以任何合适的方式将风机马达29的任何合适的部件装配到风机板18上，以使叶轮30可以相对于风机马达29装配到风机板18的那部分旋转。
风机集气室15可以具有空气入口22、空气出口23、侧壁24、安装凸缘25、间隔凸缘26、位于叶轮30和集气室15的侧壁24之间的环形排气室27，以及位于风机板18和集气室15的出口23之间的圆柱形排气腔。虽然将集气室15显示为关于轴线A对称，但它也可以不关于轴线A对称。虽然将集气室15的侧壁24显示为沿其长度具有恒定尺寸和形状的圆形截面轮廓，但它也可以具有任何其它合适的几何或非几何截面轮廓，并且其截面面积和形状沿其长度也可以不是恒定的。
虽然显示了八个气流整流叶片19，但是也可以是少于八个、多于八个，或者没有叶片19。如果集中器10包括一个或多个叶片19，各个叶片19可以具有与所示不同的任何合适的尺寸、形状和结构，并且所有叶片19可以具有或可以不具有相同的尺寸、形状和结构。
为了装配风机组件11，可以将风机板18装配到风机马达29上，并且可将叶片19的下端装配到风机板18的顶部。为了将风机16装配到集气室15内，可将风机16(及其装配好的风机板18和叶片19)插入穿过集气室15的空气出口23，然后可将叶片19的外缘装配到集气室15的侧壁24上。当已将风机16装配到集气室15内时，在其叶轮30的空气入口31和风机集气室15的空气入口22以及安装凸缘25之间可能会有小间隙。
虽然将空气入口22、31显示为同心设置，同时入口31的尺寸大于入口22的尺寸，但是，入口22、31也可以相对于彼此具有任何合适的尺寸和任何合适的设置。例如，它们可以同心设置，同时入口22的尺寸大于入口31的尺寸，或者入口22、31可以具有相同的尺寸并且以首尾相连的方式设置。
风机组件11的各个部件可以以任何合适的方式，例如通过利用紧固件；过盈配合；摩擦配合；倒钩、螺纹、热压焊接、胶粘或者熔接连接；键；销；或机械套管装配在一起。
在集中器10的操作期间，来自其空气处理器12的主气流103可以由风机16驱动以从空气处理器12中的主气流出口55流入到集气室15的空气入口22中。然后，主气流103可由风机16驱动以流经风机16的叶轮30的空气入口31，并且经叶轮30的空气出口32流出。之后，集气室15的侧壁24可将由风机16排出的空气经过集气室15的位于气流整流叶片19之间的气室27、28向上传送，并且经过集气室15的空气出口23送出。由于集气室15和叶片19的存在，主气流103可以以主气流射流的形式从平行于集中器10的轴线A的空气出口23排出，其中随着主气流流动远离集中器10，其截面可以相对缓慢地变宽。
已经发现，通过以射流的方式排出主气流103，通过将主气流射流定向为使其沿集中器10的轴线A流动远离风机组件11，并通过将集中器10构造成使得随着采样气流102进入空气处理器12，采样气流102朝其轴线A径向向内流动，主气流射流与相继而来的采样气流102的任何混合趋向于令人满意地被最小化。使这种混合最小化可能是令人满意的，因为在采样气流102流经组件12时，将已经从采样气流102中去除包含目标物质的微粒中的许多微粒。由此，从风机组件11排出的废弃的主气流103将包含相当少的包含目标物质的残余微粒。因此，如果废弃的主气流103与相继而来的采样气流102混合，则废弃的主气流103将趋向于不合乎需要地减小，或稀释相继而来的采样气流102中包含目标物质的微粒的浓度。
此外，已经进一步发现，来自集气室15的主气流射流可以在集中器10周围令人满意地产生诱导通风效应。诱导通风效应是指在那里主气流射流将带走围绕集中器10的空气的一部分，从而产生所期望的朝向空气处理器12的径向向内流动。已经进一步发现，在围绕集中器10的采样空气停滞不动的情况下，这种诱导通风效应可令人满意地使集中器10的圆形感测半径变成两倍以上。
集中器10的圆形感测半径可以定义为围绕集中器10的最大半径，它将花费预定时间将采样空气从该半径吸入到空气处理器12中。例如，如果预定时间为五分钟，那么如果它花费五分钟将原来距空气处理器12八英尺远的空气吸入到空气处理器12中，则圆形感测半径将为八英尺。明显的是，例如在包含目标物质的微粒并未均匀分布在围绕集中器10的空气中的情况下，使集中器10的圆形感测半径加倍可能是令人极为满意的。
但是，作为替代，可以以任何合适的方式改变风机组件11，从而使所排出的主气流103沿任何期望的方向或者以射流的形式，或者不以射流的形式从集气室15排出。
空气处理器12
如图1-2和4中最佳所示，空气处理器12可以包括顶端板42和底端板43、中空的外毂80、中空的内毂81和叶片47。
虽然将毂80、81显示为沿它们各自的长度具有恒定的尺寸和形状的大致呈圆形的截面轮廓，但是两个毂之一或者两个毂都可以具有任何其它合适的几何或非几何截面轮廓，并且它们各自的截面面积和形状沿它们各自的长度也可以是不恒定的。
可以为叶片47设置O形圈68，可以为内毂81的颈部99设置O形圈101。O形圈68、101可以构成或者也可以不构成空气处理器12的一部分。
可以设置环形过滤器44以防止明显大于预定尺寸的任何物质进入外毂80，从而帮忙防止杂质和碎屑进入外毂80。例如，可以选择过滤器44来防止明显大于包含目标物质的微粒的任何物质进入。过滤器44可以构成或者可以不构成空气处理器12的一部分。
如图2、4和7中最佳所示，顶板42可以具有轮缘56、通过四个臂状物54连接到轮缘56的中心板52和四个主气流出口55。轮缘56可以具有用于接收过滤器44的顶缘的环形槽50，和用于接收外毂80的顶端的环形凹部51。中心板52可以限定用于接收内毂81的顶端颈部98的圆形凹部53。
如图2和4中最佳所示，底板43可以具有用于接收过滤器44的底缘的环形槽57、用于接收外毂80的底端的圆形凹部58和用于接收内毂81的底端颈部99的开口59。
叶片47
现在转向图2、4、5-6和10-16，各个叶片47可以关于纵向穿过叶片47的中心的假想对称平面对称；并且可以包括一对相同的叶片元件60。作为替代，各个叶片47也可以并不关于这种平面对称，并且叶片元件60也可以不相同。
各个叶片元件60可以包括叶片体61、杆69、三个副气流通道间隔件62、三个采样气流入口间隔件63、三个主气流出口间隔件64、一对可选的叶片安装凸缘65、带有用于O形圈68的槽67的O形圈安装凸缘66和在各个相邻对主气流出口间隔件64之间延伸的一对外缘72。
如图5-6和10-16中最佳所示，叶片47可以具有一对可由它的那对圆柱杆69形成的采样气流入口端口75。圆柱杆69是一种形成采样气流入口端口75的优选方法，因为它们可以给采样气流入口端口75提供各种各样的必然有用的缩扩喷嘴轮廓，并且因为杆69是可以低成本在市场上买到的，具有多种尺寸，由多种不同的材料制成，并且具有极高质量的表面光洁度。在商业上较小直径的杆69也可以称做“线”，但是于此并无差别。作为替代，入口端口75可以通过任何其它合适的结构以任何其它合适的方式形成，例如由外毂80(在该情况下可以去掉杆69)形成，或者通过部分由杆69形成、部分由外毂80形成的任何合适的组合来形成。
作为示例，采样空气入口端口75将被描述并且显示为采样气流入口缝隙75，可以理解的是，入口端口75可以具有任何其它合适的尺寸、形状和结构；并且于此关于入口缝隙75做出的相同或类似的公开也可以同样完全或者部分地应用于不是入口缝隙75的入口端口75。
如图6中最佳所示，由于杆69的圆柱形特征，因此入口缝隙75的侧部，从其上游侧部75a到其过流侧部75b，到其下游侧部75c，可以具有圆形截面轮廓。作为替代，杆69和入口缝隙75的侧部75a-75c可以具有除了圆形之外的任何其它合适的平稳变化的拱形轮廓，例如卵形、椭圆形或抛物线形。作为进一步的替代，杆69和入口缝隙75的侧部75a-75c可以具有任何其它合适的几何或非几何截面轮廓。此外，上游侧部75a和下游侧部75a、75c的拱形长度可以比所示的更短或更长。
入口缝隙75的宽度可以等于杆69之间的最小距离(即，可以等于彼此面对的一对采样气流入口间隔件63的组合厚度)，并且入口缝隙75的长度可以等于其相邻对间隔件63之间的距离。
各个叶片元件60可以具有可限定在杆69和叶片元件60的外缘72之间的一对主气流出口端口70。作为替代，出口端口70可以通过任何其它合适的结构以任何其它合适的方式形成，例如由外毂80(在该情况下可以去掉杆69)形成，或者通过部分由杆69形成、部分由外毂80形成并且部分由外缘72形成的任何合适的组合来形成。
作为示例，主气流出口端口70将被描述并且显示为主气流出口缝隙70，可以理解的是，出口端口70可以具有任何其它合适的尺寸、形状和结构；并且于此关于出口缝隙70做出的相同或类似的公开也可以同样完全或者部分地应用于不是出口缝隙70的出口端口70。
如图6最佳所示，由于杆69的圆柱形特征，因此出口缝隙70的上侧(杆69的下游侧部75c)可以具有圆形截面轮廓。作为替代，出口缝隙70的上侧可以具有任何其它合适的弧形(例如卵形、椭圆形或抛物线形)、几何或非几何截面轮廓。此外，出口缝隙70的上侧的拱形长度可以比所示的更短或更长。
虽然出口缝隙70的下侧，即，叶片47的外缘72显示为具有平坦的截面轮廓，但是它也可以具有任何其它合适的弧形、几何或非几何截面轮廓。
此外，各个边缘72所在的平面可以相对于纵向穿过叶片47中心并且将叶片47对分成两个相同的叶片元件60的假想对称平面成大约75度的内角。已经发现，尽管内角可以小于70度或大于80度，但如果内角在大约70度到大约80度的范围内，则可以实现主气流103经过主气流缝隙70的良好流动。优选的内角可以是大约75度。
主气流出口缝隙70的宽度(即，其杆69与其外缘72之间的最小距离)可以与其相邻的主气流出口间隔件64的厚度大致相等(即，间隔件64向外延伸超过外缘72的距离)，并且其长度可以等于其相邻的主气流出口间隔件64之间的距离。
叶片47也可以具有可以由其叶片体61的内缘72形成的一对副气流入口端口76。作为替代，入口端口76可以通过任何其它合适的结构以任何其它合适的方式形成，例如由外毂80形成，或者通过部分由外毂80形成并且部分由叶片体61的具有任何合适尺寸及形状的部件形成的任何合适的组合来形成。
作为示例，副气流出口端口76将被描述并且显示为由叶片体61的内缘72所形成的刀刃形的副气流出口缝隙76，可以理解的是，出口缝隙76可以具有任何其它合适的尺寸、形状和结构；并且于此关于出口缝隙76做出的相同或类似的公开也可以同样完全或者部分地应用于不是出口缝隙76的出口端口76。
虽然出口缝隙76的两侧显示为刀口形，作为替代，也可以是仅出口缝隙76的一侧是刀口形的。作为进一步的替代，出口缝隙76可以设置有具有除了那些所示之外的任何合适尺寸、形状和结构的任何其它合适的刀口形，例如朝采样气流入口缝隙75向上(即，朝向入口缝隙75的下游侧)延伸任何合适距离而进入从采样气流入口缝隙75排出的采样气流102的刀口形。
如图6中最佳所示，由于杆69的圆柱形特征，因此入口缝隙75的侧部，从其上游侧部75a到其过流侧部75b，到其下游侧部75c，可以具有圆形截面轮廓。作为替代，入口缝隙75的侧部75a-75c可以具有任何其它合适的弧形(例如卵形、椭圆形或抛物线形)、几何或非几何截面轮廓。此外，上游侧部75a和下游侧部75c的拱形长度可以比所示的更短或更长。
各个叶片47的副气流入口缝隙76可以包括位于其叶片体67之间的副气流通道73。各个通道73的其中两个侧部可以由其相邻对副气流通道间隔件62形成，同时其其它两个侧部可以由其叶片体61的相应面对的部分形成。
副气流通道73的宽度可以与其叶片体61的相应面对的部分之间的距离相等，其高度可以与其相邻对的副气流通道间隔件62之间的距离相等；并且其长度可以与其副气流入口缝隙76及其副气流出口缝隙105之间的距离相等。
副气流通道73的宽度可以从其入口缝隙76向下游的短距离内逐渐增大，然后在通道73的其余长度上保持这个增大的宽度。这样做是为了将经过副气流入口缝隙76进入的高速副气流104的动能的一部分转换成静压，以使通道73内的副气流104的气压可以接近外毂80的采样气流入口凹部84处的采样空气的环境压力，而不是其它情况。这种“压力恢复”效应可以很有用，因为，例如：(a)它可以令人满意地减少可以连接到空气处理器12的出口配件77的下游空气采样器、微粒分析器或分析装置所需的吸气量；(b)它可以令人满意地帮助允许将图17-19中所示的集中器10a作为独立的、高容量的基于过滤器的空气采样器来运行。
作为替代，也可以分别存在少达两个，或超过三个采样空气入口间隔件63、主气流出口间隔件64和副气流通道间隔件62；在这种情况下，叶片47的采样气流入口缝隙75、主气流出口缝隙70、副气流入口缝隙76和副气流通道73的数目可以相应地减少或增加。
如图6中最佳所示，当将叶片47安装在外毂80中时，主气流缝隙70可以包括形成在叶片47的各个边缘72的一部分和外毂80的内表面83之间的下游主气流通道71。同样如图6中最佳所示，各个边缘72所在的平面可以相对于纵向穿过叶片47中心并且将叶片47对分成两个相同的叶片元件60的假想对称平面成大约75度的内角。已经发现，尽管内角可以小于70度或大于80度，但如果内角在大约70度到大约80度的范围内，则可以实现主气流103经过主气流通道71的良好流动。优选的内角可以是大约75度。
叶片47可以以任何合适的方式装配，例如通过将其杆69装配到其间隔件63、64上，然后通过将其两个叶片元件60装配到一起进行装配。可以利用任何合适的方式来装配叶片47，例如通过利用紧固件；过盈配合；摩擦配合；倒钩、螺纹、热压焊接、胶粘或者熔接连接；键；销；或机械套管进行装配。
当叶片47已经装配好时，在副气流通道间隔件62的相应接触表面与其两个叶片元件60的采样气流入口间隔件63之间可以存在液密密封。
各个叶片47可以具有位于外毂80和内毂81中的相应的对应部分，即：(a)外毂80中的安装缝隙85、采样气流入口凹部84和采样气流入口缝隙90；以及(b)内毂81中的安装缝隙94和副气流入口缝隙96。虽然显示了二十个叶片47(及其相应的对应部分)，但也可以有少达一个叶片47(及其相应的对应部分)，或者也可以有超过二十个叶片47(及其相应的对应部分)。例如就它们的尺寸、形状、结构和空气处理能力而言，各个叶片47(及其相应的对应部分)可以与其它叶片47(及其相应的对应部分)相同或者不同。
各个叶片47可以如所示的那样是扁平的，或者也可以为弧形的、弓形的或者在其空气入口侧45和空气出口侧46之间并在其顶侧40和底侧41之间为螺旋形的。
虽然叶片47的采样气流入口缝隙75、主气流出口缝隙70和副气流入口缝隙76显示为笔直的，并且沿它们各自的长度具有恒定的尺寸和形状，但是它们也可以不是笔直的，并且它们也可以沿它们的长度不具有恒定的尺寸和形状。
虽然叶片47的杆69显示为笔直的，并且沿它们的长度具有尺寸和形状恒定的圆形截面轮廓，但是它们也可以是不笔直的，它们也可以具有任何其它合适的几何或非几何截面轮廓，并且它们可以沿它们的长度不具有恒定的尺寸和形状。此外，所有杆69可以在所有方面都相同，或者可以不同。
外毂80和内毂81
如图2、4-6、8和8A中最佳所示，中空的外毂80可以具有顶端87和底端88；侧壁89；以及中心腔体97。外毂80还可以具有用于各个叶片47的具有任何合适尺寸、形状和结构的相应的毂采样气流入口端口。例如毂采样气流入口端口可以包括位于其侧壁89的外表面82中的细长的采样气流入口凹部84和位于其侧壁89的内表面83中的用于接收其相应叶片47的安装凸缘65的相应细长的安装缝隙85。
各个安装缝隙85可以从毂80的顶端87延伸到其底端88。各个安装缝隙85的细长的中心部分可以形成与相应的采样气流入口凹部84液体连通的采样气流入口缝隙90。入口缝隙90和入口凹部84的长度足以使它们能够操作用以将采样气流102传送到它们相应的叶片47的采样气流入口缝隙75。
采样气流入口凹部84可以包括两个凹入的采样气流入口叶瓣(lobe)86，在采样气流入口缝隙90的两侧上各设有一个。虽然凹部84和叶瓣86的侧部显示为沿它们的长度具有恒定尺寸和形状的弧形形状，但是它们也可以具有任何其它合适的形状，并且可以沿它们的长度不具有恒定的尺寸和形状。作为替代，可以去掉采样气流入口凹部84，或者其叶瓣86中的一个或两个。
如图2、4-5、9和9A中最佳所示，中空的内毂81可以具有顶端91和底端92；侧壁93和中心腔体95。内毂81还可以在其侧壁93的外表面中为各个叶片47设置用于接收相应叶片47的O形圈安装凸缘66和O形圈68的相应的细长的安装缝隙94。安装缝隙94可以从毂81的顶端91延伸到其底端92。安装缝隙94的一部分可以形成用于内毂81的与中心腔体95流体连通的副气流入口端口96。副气流入口端口96可以具有任何合适的尺寸、形状和结构。例如，副气流入口端口96可以是副气流入口缝隙96。入口缝隙96长度可以足以使其能够操作用以接收来自其相应叶片47的次级空气出口缝隙105的副气流104。入口缝隙96的宽度可以选择为至少与其相应的出口缝隙105的宽度一样大，尽管它的宽度也可以选择为更大或更小。
内毂81的顶端91可以具有颈部98，其大小适于由空气处理器12的顶板42中的凹部53接收。内毂81的底端92可以具有中空的颈部99，其具有用于O形圈101的槽100。中空的颈部99可以用作内毂81的副气流出口99，并且其大小可以设置成由组件12的底板43中的开口59接收。
空气处理器12可以进一步包括具有大小适于装配在毂81的底端92内的颈部78的可选出口配件77，和比组件12的底板43中的开口59大的凸缘79。
虽然外毂80和内毂81显示为沿它们的长度为笔直的大体呈细长的圆筒体，但是它们中的一个或两个通常可以不是细长的圆筒体，而且也可以不是笔直的。虽然它们的中心腔体97、95显示为沿它们的长度具有恒定尺寸和形状的圆形截面轮廓，但是它们的中心腔体97、95也可以沿它们的长度不具有恒定尺寸和形状的截面轮廓，并且可以具有任何其它合适的几何或非几何截面轮廓。顶板42和底板43的尺寸、形状和结构可以以任何合适的方式进行更改，以能够与具有任何给定尺寸、形状和结构的任何外毂80和内毂81一起操作。
虽然采样气流入口缝隙90和副气流入口缝隙96显示为笔直的，并且沿它们的长度具有恒定尺寸和形状，但是它们可以不是笔直的，并且可以沿它们的长度不具有恒定尺寸和形状。
空气处理器12的装配
空气处理器12可以以任何合适的方式进行装配，例如通过将环形过滤器44的底缘放置在底板43中其安装槽57中，并且通过将外毂80的底端88放置在底板43中的其凹部58中进行装配。液密密封一方面可以存在于底板43之间，另一方面可以存在于外毂80的底端88与过滤器44的底缘之间。
可以通过将O形圈101安置在颈部99上的槽100中，将O形圈101装配在内毂81的颈部99上。然后将颈部99及其O形圈101插入到底板43中的开口59中。O形圈101可以在颈部99与开口59之间提供液密密封。
各个叶片47可以通过将O形圈68安置在其凸缘66中的槽67中，将其O形圈68装配到其O形圈安装凸缘66上。然后可以将各个叶片47插入到外毂80和内毂81中的其相应的安装缝隙85、94中，直到各个叶片47与底板43接触。
O形圈68可以具有多种功能。如图5和5B中最佳所示，O形圈68可以在叶片47和内毂81中的其安装缝隙94之间提供液密密封。此外，O形圈68还可以具有将其叶片47径向向外弹性推动，以将其叶片47安置在外毂80中的其相应安装缝隙85中的功能。这可以提供双重功能：(a)有助于在其叶片47的安装凸缘65与其相应安装缝隙85之间提供液密密封，和(b)有助于将叶片47的采样气流入口缝隙75相对于外毂80中的其相应采样气流入口缝隙90进行适当地定位。
然后可以通过将过滤器44的顶缘插入到在顶板42中的其环形槽50中，通过将外毂80的顶端87插入到顶板42中的其环形凹部51中，并且通过将内毂81的顶端颈部98插入到顶板42中的其圆形凹部53中，将顶板42装配到过滤器44、外毂80和内毂81。可以一方面在顶板42之间，另一方面在外毂80的顶端87、内毂81的颈部98与过滤器44的顶缘之间提供液密密封。
可将用于可选三脚架13的可选安装脚49在底板43上的任何合适的位置中装配到底板43中。然后可以将三脚架13装配到它们的相应安装脚49上。安装脚49和三脚架13可以构成或者可以不构成空气处理器12的一部分。
优选的是，随后通过移除底板43而不是顶板42接触空气处理器12的内部，例如进行清洗。这是因为一旦风机16、风机板18和叶片19已经装配到风机集气室15上，就很难接触风机组件11和空气处理器12之间的连接件。
风机组件11和空气处理器12可以通过将风机组件11的安装凸缘25装配到空气处理器12的顶板43的顶面而装配在一起。可以在安装凸缘25和顶板43之间提供液密密封。
可以构成或可以不构成空气处理器12的一部分的可选出口配件77可以通过将其顶端颈部78插入到内毂81的副气流出口99中，直到其凸缘79与底板43的底部接触而装配到底板43上。可以在其颈部78和内毂81之间，并在其凸缘79和底板43之间提供液密密封。可以构成或者可以不构成空气处理器12的一部分的任何合适的空气采样器、微粒分析器或分析装置的进气口可以随后以任何合适的方式直接或者间接连接到出口配件77的底端颈部48上，以使它能够接收副气流104和它携带的来自内毂81的包含目标物质的微粒。
作为替代，可以设置能够操作用以起到出口配件77的功能的任何其它合适的出口配件77。作为进一步的替代，出口配件77可以被去掉，并且空气采样器、微粒分析器或分析装置的进气口可以以任何合适的方式直接或者间接连接到内毂81的副气流出口99上。
集中器10的各个部件可以以任何合适的方式装配在一起，例如通过利用紧固件；过盈配合；摩擦配合；倒钩、螺纹、热压焊接、胶粘或者熔接连接；键；销；或机械套管装配在一起。
O形圈68和101可以由橡胶或者任何其它合适的回复性或弹性材料制成。过滤器44可以由任何合适的筛子或者任何合适的过滤介质制成，这取决于设计以防止进入外毂80的不受欢迎的微粒的尺寸。
风机组件11的集气室15、风机板18、叶轮30和叶片19；动力电缆组件21的导管35、连接器37和夹具38、39；以及空气处理器12的顶板42和底板43、外毂80和内毂81及叶片47可以以任何合适的方式由任何合适的坚固、耐用的物质制成，例如由金属、塑料或复合材料制成。
空气处理器12的操作
为了产生流入到空气处理器12中的采样气流102，可开启风机组件11中的风机16，以在顶板42中的空气出口55和外毂80的腔体97中产生负气压。然后入口凹部84和外毂80的入口缝隙90附近的更高环境压力的采样空气可以产生流入到凹部84中的采样气流102，凹部84的弧形凹入的叶瓣86可以令人满意地在采样气流102到达入口缝隙90之前，将一些旋转运动给予凹部84内的采样气流102。
为了简单起见，现在将参考图6来描述采样气流102经过一个凹部84及其相应的入口缝隙90和叶片47的流动，可以理解的是，类似的说明可以用于采样气流102到其它凹部84、入口缝隙90和它们的相应叶片47中的流动。此外，将描述采样气流102仅经叶片47的采样气流入口缝隙75中的一个的流动，可以理解的是，类似的说明也以用于叶片47的其它入口缝隙75。
来自入口缝隙90的采样气流102可以经过由叶片47的杆69所形成的采样气流入口缝隙75而进入叶片47。如图6中最佳所示，叶片47的杆69的圆形轮廓可以迫使相继而来的采样气流102绕杆69相对于纵向穿过叶片47的中心并且经过其采样气流入口缝隙75中心的假想对称平面形成两个镜像的半圆形流型。
采样气流102的两个半圆形流型在它们绕它们的相应杆69流动时所形成的旋转使得采样气流102中包含目标物质的微粒承受强大的离心力，这些力促使包含目标物质的微粒朝假想对称平面移动，从而当采样气流102穿过由杆69形成的采样气流入口缝隙75时，将包含目标物质的微粒集中在采样气流102的中心部分中。
叶片47的刀口形的副气流入口缝隙76可以随后将从采样气流入口缝隙75接收的采样气流102划分成：(a)左侧主气流103和右侧主气流103，其流过叶片47的左侧主气流缝隙70和右侧主气流缝隙70并且流到叶片47的外缘72与外毂80的内表面83之间的左侧主气流通道71和右侧主气流通道71中，和(b)一个中央副气流104，其进入到叶片47内的副气流通道73中。
当采样气流102被入口缝隙76划分成左侧主气流103和右侧主气流103时，采样气流102绕杆69的下游表面的旋转使得采样气流102中包含目标物质的微粒进一步承受强大的离心力，这些力同样促使包含目标物质的微粒朝假想对称平面移动，从而将在杆69所形成的采样气流入口缝隙75的下游将包含目标物质的微粒进一步集中在采样气流102的中心部分中。
来自所有叶片47的主气流103进入叶片47之间的外毂80中的中心腔体97，并且经过顶板42中的主气流出口55排出中心腔体97。
进入叶片47内的副气流通道73中的副气流104携带着集中的包含目标物质的微粒，因为副气流104是由采样气流102集中包含目标物质的微粒的中心部分产生的，同时左侧副气流103和右侧副气流103携带相对较少的包含目标物质的微粒，这是因为它们接收来自采样气流102的左侧和右侧的采样空气，这些采样空气在经过入口缝隙75之后携带着相对较少的包含目标物质的微粒。
许多常规集中器依赖于虚拟撞击原理。相继而来的空气通过首先组成轮廓非常分明的通常还称之为空气射流的准直空气射束来为撞击过程作准备。主射束的准直是通过利用非常平缓渐缩的主切口，或者利用恰好放置在该束离开主准直结构的点前的短而直的切口部件来实现的。
一旦空气束从主切口中流出，它将流过间隙并且撞击在包含第二切口的副表面上。内含第二切口的表面可以从两个具有一定角度的薄板变动到扁平的平面。大约10％的相继而来的空气进入到第二切口中，而45％的则在该切口的两侧消耗掉。由副气流辅助的主射束中的微粒的动量使主射束中的一部分微粒穿入到第二切口中，而不是继续位于急剧偏转并且分为两支的主射束路径中。由副气流捕获的微粒在那里作为集中微粒出现。这个过程是能效非常低的，并且摩擦损失和几何膨胀损失越过主空气回路产生较大的压降。
已经发现，这种不受欢迎的压降的相当大部分可以由集中器10的空气处理器12来避免，因为它不会将相继而来的采样气流102转变成采样空气的准直射束。而是，采样气流102作为非准直采样气流102流向并且流过采样气流入口端口75。
采样气流102由空气处理器12的采样气流入口端口75接收，如图6中最佳所示，该入口端口75形成为二维缩/扩喷嘴轮廓，该轮廓使采样气流102承受有效离心力，即使在采样气流102到达采样气流入口端口75的最窄部分之前，该离心力也能将包含目标物质的微粒朝采样气流102的中心部分移动。通过将副气流入口端口76放置在适当靠近它们相应的采样气流入口端口75的下游侧的位置上，并且通过将入口端口75的轮廓进行适当修整，使以其它方式与进入入口端口75并且分成左侧主气流103和右侧主气流103及中心副气流104三部分的采样气流102相关联的压降最小化，同时能够实现最初位于采样气流102中的包含目标物质的微粒在副气流104中的高集中度。
通过使采样气流102中的扩张和收缩压降最小化，形成采样气流入口端口75的杆69的平滑变化的曲线轮廓有助于显著减小越过入口端口75的压降。将采样气流入口端口75和它们相应的副气流入口端口76之间的距离以及叶片47和外毂80的内表面83之间的曲线形主气流通道71的形状和尺寸选择为，使得主气流104的截面突变最小化。这还意味着所有这些特性都有类似的尺度，并且整个空气处理器12相对较浅直到副气流入口端口76，这减小了空气处理器12的体积和重量。
已知直径为大约5微米或更小的包含目标物质的微粒易于变得非常粘，其程度达到如果它们撞击到物质表面上则它们很容易粘附在那个表面上，即，在那个表面上析出，从而从携带它们的任何气流中不受欢迎地流失。
但是已经发现，各个入口凹部84的弧形凹入的采样气流入口叶瓣86有助于使包含目标物质的微粒从采样气流102中的这种流失最小。这是因为采样气流入口叶瓣86的弧形特征引导相继而来的采样气流102，使其在弧形的流动路径中朝杆69移动，如图6中最佳所示，该流动路径很少与叶瓣86的壁或杆69的外表面接触。为了确保大量的包含目标物质的微粒不会在叶瓣86的表面上析出，有必要使与靠近叶瓣86的表面的采样气流102的弧形路径气流有关的离心力很小。这可以通过利用其曲率半径显著大于杆69的半径的叶瓣86来实现。由于采样气流102在叶瓣86中的速度较小，这同样有助于使包含目标物质的微粒在叶瓣86中的析出最小化。
此外，同样已经发现，由于杆69将包含目标物质的微粒集中到采样气流102的中心部分中，因此当采样气流102通过杆69之间的采样气流入口缝隙75时，由于大部分包含目标物质的微粒在它们流过采样气流入口缝隙75时远离并且不接触杆69的外表面，从而使包含目标物质的微粒因它们的粘性而从采样气流102中的流失最小化。换言之，采样气流102紧靠杆69的周向流动在杆69与经过杆69之间的采样气流102的中心部分之间产生了清洁的采样空气(即，已将大部分包含目标物质的微粒从其中去除的采样空气)的缓冲层。
此外，集中在采样气流102的中心部分中的大部分包含目标物质的微粒在经过叶片47的刀口形副气流入口缝隙76并且进入叶片47内的副气流通道73时也不接触叶片47。
进一步地，同样已经发现，由于副气流通道73围绕纵向穿过叶片47中心的假想对称平面的平稳、缓慢变化的对称的几何结构，可使包含目标物质的微粒因其粘附在副气流通道73的侧部而造成的流失最小化。
所有叶片47中的所有单独的副气流104，和由这些副气流104所携带的径向向内流经它们相应的副气流通道73的所有集中的包含目标物质的微粒经过它们相应的副气流出口缝隙75排出叶片47，并且经过内毂81中的它们相应的副气流入口缝隙96进入内毂81的中心腔体95中。
值得注意的是，由于叶片47相对于内毂81的径向设置，所有单独的副气流104朝向轴线A径向向内排出到内毂81的中心腔体95中。
已经发现，副气流104的这种径向向内流动令人满意地使它们在腔体95的中心部分中彼此碰撞，从而有效地防止任何副气流104直接撞击内毂81的内表面。令人满意的是，避免任何副气流104在内毂81的内表面上的直接撞击，这是因为假如这种直接撞击发生，则在正撞击的副气流104中的许多包含目标物质的微粒就可能会不受欢迎地通过粘附到内毂81的内表面上而流失掉。
副气流104和它携带的集中的包含目标物质的微粒可以随后经过出口配件77排出内毂81。
可将任何合适的空气采样器、微粒分析器或分析装置的入口以任何合适的方式连接到出口配件77上。正如已经提及的那样，由于在副气流通道73中发生的“压力恢复”效应，通道73内的副气流104的气压可以比其它情况更接近外毂80的采样气流入口凹部84处的采样空气的环境压力。因此，副气流104在内毂81内和在出口配件77处的气压也可比其它情况更接近外毂80的采样气流入口凹部84处的采样空气的环境压力。
这种“压力恢复”效应可以是很有用的，因为，例如，它可以令人满意地降低吸气量或者负压，空气采样器、微粒分析器或分析装置需要将该吸气量或者负压提供给出口配件77，从而使副气流104和它携带的集中的包含目标物质的微粒以任何特别期望的流量流过集中器10并且经过出口配件77流出。
在设计集中器10方面，一些因素可能是很重要的，例如将用于驱动集中器10的风机16的压容特性。其它重要的因素可以是集中器10的特有物理特征的某些相对尺寸或比率，因为集中器10的压降和流动特征，以及其从采样气流102中分离包含目标物质的微粒的能力可能取决于这些参数。
现在参考图6，重要的相对尺寸或比率可以包括采样气流入口叶瓣86的半径与其各自的杆69半径之间的比率、杆69的半径与其相应的采样气流入口缝隙75的宽度之间的比率；采样气流入口缝隙75的宽度与其相应的副气流入口缝隙76的距离之间的比率；和主气流通道71的宽度增量与对称平面的距离之间的比率。
在采样气流102为空气，并且包含目标物质的微粒的密度为大约1g/cc、直径在大约1微米到大约10微米的范围内的情况下，出于设计的目的，下述设计关系可以提供一些设计指导。采样气流入口叶瓣86的半径可以为其相应的杆69的半径的大约5倍到大约20倍；杆60的半径与其相应的采样气流入口缝隙75的宽度之间的比率可以在大约0.5到大约2.0的范围内；采样气流入口缝隙75的宽度与其到相应的副气流入口缝隙76的距离之间的比率可以在大约0.5到大约2.0的范围内；副气流入口缝隙76的宽度与其相应的采样气流入口缝隙74的宽度之间的比率可以在大约0.5到大约1.5的范围内。同样设想其它尺寸也是很重要的，但是于此所提及的参数对于采样气流102经过空气处理器12的流量以及空气处理器12对于副气流104中的包含目标物质的微粒的集中能力具有最大的影响。
已经发现，由于其新颖的结构，集中器10提供了优于其它装置的许多优点。例如，对于流过它的采样气流102的任何给定的期望流量来说，它是异乎寻常地小型的且轻质的。这是由于这些因素导致的，例如：(a)其外毂80、叶片47和内毂81绕其轴线A的径向设置；(b)其叶片47的采样气流入口缝隙75和副气流入口缝隙76之间的紧密间距；和(c)其所耗电相对较少，导致需要较小的、功率更低的风机16。
集中器10对于流过它的采样气流102的任何给定的期望流量具有耗电相对较少的优点，这是因为集中器10在其采样气流入口缝隙75和其主气流出口55之间需要相对小的驱动压差。这个相对小的驱动压差是由这些因素导致的，例如，其曲线形的采样气流输入结构(其杆69)，当包含目标物质的微粒经过采样气流入口缝隙75时，这种结构仅利用很小的压降就能非常有效地将其传送到采样气流102的中心部分中。此外，如图6中最佳所示，主气流出口缝隙70的大小根据曲线形的主气流出口通道71加以确定，以当将采样气流102划分为左侧主气流103和右侧主气流103时，能够使采样气流102的流通截面中的突变最小化，这导致在缝隙70和通道71之间产生小压降。进一步地，采样气流入口缝隙75和副气流入口缝隙76之间的紧密间距导致缝隙75、76之间的压降减小。此外，集中器10的外毂80、叶片47和内毂81绕其轴线A的径向设置导致采样气流102、主气流103和副气流104的流程相对较短，并且使采样气流102、主气流103和副气流104经过集中器10时的压降相对小。
示例集中器10
集中器10的各个部分至少大致按规定比例显示在图中。通过示例，集中器10的总高度为大约35.2cm。其风机集气室15的最大直径为大约23.8cm，并且总高度为大约17cm。
用于外毂80的过滤器44可以是具有大约0.6cm2的开口的粗孔筛，以防止大的碎屑进入外毂80。外毂80的外径为大约16.7cm，内径为大约14.8cm。外毂80中的采样气流入口凹部84的各个叶瓣86实质上为圆筒形，并且具有半径为大约0.65cm的圆形截面。入口凹部84中的采样气流入口缝隙90的长为大约14cm，宽为大约3.8mm。合起来，两个叶瓣86和它们相应的入口缝隙90一起在外毂80的外表面82中形成了宽度为2.29cm的开口。
在其两个叶片元件60的外表面之间测量时，各个叶片47的厚度可以为大约6.1mm。各个叶片47的叶片体61的外缘72可以相对于纵向穿过叶片47中心的假想对称平面倾斜大约75°的角度。叶片47的杆69的直径为大约1.6mm，杆69之间的各个采样气流入口缝隙75的宽度为大约0.61mm，长度为大约6.7cm。
叶片47中的各个副气流通道73可以具有宽度为大约0.61mm的刀口形的副气流入口缝隙76，它可以与其对应的采样气流入口缝隙75的0.61mm的宽度相匹配。入口缝隙76可以位于杆69的最低点的下游大约0.5mm，如图6中最佳所示。这个距离在大约0.3mm到大约0.8mm的范围内是非常有益的。
在其副气流入口缝隙75和副气流出口缝隙105之间测量时，各个副气流通道73的长度为大约4.75cm。
各个副气流通道73的宽度可以从其入口缝隙76处的0.61mm宽增加到从其入口缝隙76经过下游大约0.25cm的距离时的大约0.15cm宽，如图5A、6和15中最佳所示。副气流通道73在宽度上的这种增加可能是由于其在叶片体61内的侧壁在从入口缝隙76下游大约0.25cm处彼此平行之前，其侧壁以相对于纵向穿过叶片47的中心的假想对称平面成大约10度的角度偏离。
内毂81的内径为大约4.3cm，同时出口配件77的内径略小。示例集中器10的试验结果
为了试验，将用于示例集中器10的风机组件11选择为使集中器10能够让经过它的采样气流102的流量在大约3,000LPM到3,600LPM的范围内。当示例集中器10在这些流量下工作时，测量到的其单位总耗电量仅为50瓦特到90瓦特。
图20中的曲线108、109显示了作为微粒有效直径的集中因数的典型数据。微粒有效直径为采样气流102中的试验微粒的有效直径。为了形成曲线108、109，采样气流102的流量分别为3,600LPM和3,000LPM；同时副气流104的流量保持为恒定于300LPM。
集中因数通过获得副气流104中每单位体积的试验微粒的数量与相继而来的采样气流102中每单位体积的试验微粒的数量的比率加以确定。例如，如果副气流104每单位体积具有十个试验微粒，并且采样气流102每单位体积具有两个试验微粒，则集中因数将为五(即，10/2＝5)。
试验中所利用的试验微粒由加利福尼亚州帕洛阿尔托(Palo Alto)市的Duke科学公司(Duke Scientific Corporation)制成，并且是密度为1.05g/cc的荧光聚苯乙烯微球(fluorescent polystyrene micro spheres)及其碎片。曲线108、109是通过利用由俄勒冈州格兰茨帕斯(Grants Pass)市的Met One仪器仪表公司(Met One Instruments，Inc.)制造的Met One200L型激光微粒计数器进行的、对采样气流102和副气流104中每单位体积的试验微粒的数量予以计数的多次试验而确定的。
曲线108、109显示了密度为1.05g/cc(这代表是有机目标物质的微粒)，并且有效可视直径在0.5到1.0微米范围内的试验微粒集中到原来的3倍到5.6倍。在1.0到2.0微米范围内的试验微粒集中到原来的4倍到5.8倍，而10微米的试验微粒则集中到原来的大约6.4倍到7.3倍。
现在参考图21，其曲线110显示了作为副气流流量的函数的副气流中的相对集中度。与图20中的集中因数相比，副气流中的相对集中度为副气流104中的试验微粒的相对集中度。副气流流量为副气流104的流量。曲线110上的空心圆数据点111为理论数据点，而曲线110上的实心圆数据点112为实际数据点。
如由曲线110所示，降低副气流104的流量能够显著地进一步提高副气流104中的试验微粒的集中度。例如，在副气流104的流量为大约40LPM时，曲线110显示了图20中所示的集中因数增加到原来的大约3倍。换言之，对于图20中所示的1.0微米的试验微粒，图2中示出的4.0倍到5.6倍的集中因数增加到大约12倍到16.8倍；对于2.0微米的试验微粒，图20中所示的4.6倍到5.8倍的集中因数增加到大约13.8倍到17.4倍；并且对于10.0微米的试验微粒，图20所示的6.4倍到7.3倍的集中因数增加到大约19.2倍到21.9倍。
图21中的曲线113显示了作为副气流104的副气流流量的函数的集中的总微粒(相对％)。集中的总微粒(相对％)为出现在集中器10的副气流104中的试验微粒占采样气流102中的试验微粒的相对百分比，以副气流104在流量为300LPM处的收集性能为标准(300LPM＝100％)。
曲线113显示了当副气流104的流量低于大约250LPM时，集中在副气流104中的试验微粒的百分比开始下降，该流量值为流量为3,000LPM的采样气流102的流量的8％，并且为流量为3,600LPM的采样气流102的流量的7％。理论上，收集效率随着副气流104的流量的降低最终下降，这是因为需要使副气流104具有一定的流量，以便在试验颗粒集中于其中的副气流入口缝隙76紧前面充分减少采样气流102的中心部分。
集中器10a
现在转向图17-19，除了通过于此的全部公开将会变得明显的那些区别之外，集中器10a在所有方面与图1-16的集中器10相同或者至少类似。此外，为了清晰和简单起见，图17-19中的集中器10a的某些部件用与图1-16中用于集中器10的相应部件的附图标记相同的带后缀“a”的附图标记表示。
通常，集中器10和集中器10a之间的主要概念上的区别在于，已将集中器10a更改为使其可具有用作其本身的空气采样器、微粒分析器或分析装置的附加功能，也就是说，使其可以从副气流104中去除包含目标物质的微粒，从而可以观察、检测、试验和评估所去除的包含目标物质的微粒。
如图17-19中所示，集中器10a的空气处理器12的下部可以具有包括底部端板43a的过滤器组件、密封件116、可以具有过滤器元件118的过滤器117、过滤器支架119、过滤器支撑件120、过滤器适配器121，和同样可以用于将过滤器适配器121可拆卸地装配到底板43a的底部的安装脚49a。
底板43a可以具有四个副气流出口端口122、用于内毂81的支撑环123和四个用于支撑支撑环123的臂状物124。支撑环123的底部可以具有用于密封件116的环形槽134。底板43a还可以具有用于接收过滤器44的底缘的环形槽57a、用于接收外毂80的底端88的环形凹部58a和支撑环123中用于接收内毂81的底端颈部99和O形圈101的开口59a。
过滤器元件118可以包括任何合适的过滤介质，并且可以选择为能够从副气流104去除集中器10a的用户可能关注的特定种类的包含目标物质的微粒。过滤器支架119可以具有任何合适的结构，并且可以具有，例如过滤器支架手柄124和可以装配过滤器元件118的过滤器支架环125。作为替代，过滤器支架119可以被去掉，在这种情况下，过滤器元件118可以由过滤器支撑件120固定就位。
过滤器支撑件120可以具有支撑环126和四个支撑腿127。过滤器适配器121可以具有轮缘128、三个安装凹口129和过滤杯130。各个安装脚49a可以具有过滤器适配器凹口131和孔132弹簧加载销组件133装配到其中的钻孔132。
集中器10a的前述部件可以以任何合适的方式进行装配，例如通过将密封件116装配在内毂支撑环123的底部中的其槽133中进行装配。过滤器元件118可以装配到过滤器支架环125上，或者过滤器元件118可以已预装到过滤器支架环125上。
过滤器支撑件120可以通过将其支撑腿127装配到适配器121的过滤杯130的底部内侧上的任何合适位置而装配到适配器121上，并且安装脚49a可以装配到适配器121的过滤杯130的底部外侧上的任何合适位置上。可以通过将过滤器支架环125放置在支撑环126上而将过滤器117可拆卸地装配到过滤器支撑件120上。
如图19中最佳所示，随后可以通过将安装脚49a定位在其轮缘128中的凹口129中，并接着朝底板43a移动适配器121直到其轮缘128接触底板43a的底部，而将适配器121可拆卸地装配到底板43a的底部。然后可旋转适配器121，直到其轮缘128靠近其凹口129的边缘进入安装脚49a中相应的凹口131，并且由安装脚49a中的弹簧加载销133可拆卸地固定就位。当将适配器121和底板43a装配在一起时，在下述部件之间可存在液密密封：(a)支撑环126、过滤器支架环125、密封件116和底板43a的底部之间；以及(b)适配器121的轮缘128与底板43a的底部之间。
为了在利用过滤器117之后将其移除或进行替换，可旋转适配器121直到其轮缘128靠近其凹口129的边缘离开安装脚49a中相应的凹口131，并且不再由弹簧加载销133接合，此时，可将适配器121从底板43a的底部移除。
在上述示例集中器10中，当采样气流102的流量为大约3,600LPM，并且副气流104的流量为大约300LPM时，相对于围绕外毂80的采样气流102的环境压力来说，主气流103在外毂80的中心腔体97内的静压可以是大约-4.6cm的水柱压。另一方面，相对于围绕外毂80的采样气流102的环境压力来说，副气流104在内毂81的中心腔体95内的静压可以是大约-0.25cm到大约-0.4cm的水柱压。因此，内毂81的中心腔体95中的具有相对较高压力的副气流104与外毂80的中心腔体97中的具有相对较低压力的主气流103之间存在至少为大约4.2cm的水柱压的静压差。
集中器10a利用该静压差，以使内毂81的中心腔体95中的具有相对较高压力的副气流104依次流动：(a)通过过滤器元件118(其将从流过它的副气流104中去除包含目标物质的微粒)；(b)到适配器121的杯130中的腔体135中；(c)经过底板43a中的副气流出口端口122流出腔体135；(d)到叶片47之间的外毂81的中心腔体97中(在此处，副气流104将与主气流103混合)；(e)经过顶板42中的空气出口55流出腔体97；和(f)并以用于集中器10的主气流103的前述方式经过风机组件11流出。
这意味着集中器10a可以起到下述双重作用：(a)将来自高流量的采样气流102的包含目标物质的微粒集中到低流量的副气流104中；并(b)通过以任何合适的方式，例如通过利用过滤器117从低流量的副气流104中去除包含目标物质的微粒，从而用作空气采样器、微粒分析器或分析装置。
因此，集中器10a提供了许多优点。例如，它消除了对于从副气流104中去除包含目标物质的微粒的单独的空气采样器、微粒分析器或分析装置的需求；并且经过其过滤器117的其低流量的副气流104将会有助于防止损害易碎的包含目标物质的微粒，例如在该包含目标物质的微粒为有机体的情况下。此外，与将确定面积或容积以从高流量的采样气流102中去除包含目标物质的微粒的过滤器元件118相比，由于副气流104的低流量，可将过滤器元件118在其过滤器117中的表面积选择为使过滤器元件118的容积或面积最小化，从而潜在地使有效作用最大化，利用该有效作用可将过滤器元件118从副气流104中去除的包含目标物质的微粒从过滤器元件118中提取出来。
现在将描述集中器10a的一些替代结构。第一，过滤器支撑件120可以去掉，在这种情况下，过滤器117可以以任何合适的方式可拆卸地直接装配在开口59a上方的毂支撑环123的底部。
第二，过滤器117和过滤器支撑件120都可以去掉，并且圆形过滤器117可以由可以任何合适的方式可拆卸地紧固到副气流出口端口122上方的底板43a的底部的一个或多个环形过滤段117替换。
第三，适配器121可以以除上述方式之外的任何合适的方式可拆卸地装配到底板43a的底部；并且适配器121可以具有任何其它合适的尺寸、形状和结构，只要它能够操作用以将副气流104从开口59a传送到副气流出口端口122。
集中器10、10a、10b的示例用途
在全世界的港口，走私是非常严重的问题，因此需要能够有效地探询从航空集装箱到40英尺的远洋集装箱范围的具有各种尺寸的集装箱137(参见图23)的装置。通过探询，意思是可将指集装箱137内的采样空气中的包含目标物质的微粒从这种采样空气中去除，例如用于观察、识别、研究、检测或分析。包含目标物质的微粒可以是所关注的任何物质的微粒，例如毒品的微粒、炸药的微粒和生物战物质的微粒。
集中器10、10a和10b在探询集装箱137期间必须处理大量的采样气流102的任何场合可能是非常有用的，因此令人满意的是，使处理时间最少化，而不管该大量的采样气流102是来自集装箱137，还是来自任何其它所关注的完全或部分密闭的空间，例如体育馆和会议厅。通常，可将任何这种所关注的完全或部分密闭的空间可以称为“采样空间”。
在集中器10、10b已经处理采样气流102之后，包含目标物质的微粒可以通过可连接到它们相应的出口配件77上的任何合适的空气采样器、微粒分析器或分析装置从它们相应的副气流104中去除。另一方面，将单独的空气采样器、微粒分析器或分析装置连接到集中器10a上可能是不利的，这是因为其过滤器元件118将会从其副气流104中去除包含目标物质的微粒。
作为示例，现在将描述利用集中器10b来探询远洋集装箱137，可以理解的是，相同或类似的说明将应用于利用集中器10、10a、10b中的任一种来探询任何其它完全或部分密封的空间。
远洋集装箱137可以具有高达50,000升或更大的内部容量。集中器10b可具有前面就示例集中器10来描述的相同的工作特性，即，集中器10b可以产生并处理流量为大约3,600LPM的采样气流102。因此，即使集装箱137完全没有容纳物144，集中器10b也能够仅在大约十四分钟内一次处理完来自这种集装箱137内部的空气。比较起来，典型的便携式空气采样器、微粒分析器和分析装置可以处理在大约150LPM到500LPM范围内的采样气流102。因此，这种装置将要花费大约1.7消失到大约5.6小时才能一次处理完来自这种集装箱137内部的空气，考虑到需要探询的集装箱137的巨大数量，以及执行用于集装箱137的码头传送过程的速度，这么长的时段可能是无法接受的。
从上面可以看出，集中器10b能够处理来自这种集装箱137的空气的速度比典型的便携式空气采样器、微粒分析器或分析装置的速度快7倍到24倍。
此外，与集中器10一样，集中器10b易于设计(例如，通过尺寸按比例放大进行)，以致能够产生和处理具有任何期望流量的采样气流102，从而进一步降低了集中器10b一次处理完来自集装箱137内部的空气所花费的时间。
集中器10b可以用于以多种方式探询集装箱137。例如，可将它(及其连接到其出口配件77上的相关空气采样器、微粒分析器或分析装置)放置在集装箱137内。当将集中器10b放置在集装箱137内时，它对于高效探询具有若干有用的属性。第一，它是小型的。第二，它收集来自集装箱137内的遍及360°径向冲溅的采样空气，从而为最大侧面区域的有效采样提供了可能。
第三，主气流103以空气射流的形式从其风机集气室15中排出提供了下述优点：(a)在掠过集装箱137的内表面和其容纳物144的外表面将来自集装箱137的内表面及其容纳物144的外表面的包含目标物质的微粒释放到集装箱137内的空气中时是非常有效的；并(b)产生能够令人满意地使集中器10b的圆形感测半径大于最初两倍的诱导通风效应，这是通过使集装箱内的空气令人满意地朝集中器10b的入口149向内流动而引起的。换言之，诱导通风效应可以在集装箱137内产生巨大的循环气流流型，该循环气流流型能够确保集装箱137的整个内部容积的采样更加有效，这是因为循环流型甚至可以使集装箱137的最远部分的空气朝集中器10b移动。
作为替代，除了集中器10b外的任何其它合适的空气移动装置都可以提供空气射流。
如图23中所示，利用集中器10b来探询集装箱137的另一种方式可以是将集中器10b(及其连接到其出口配件77上的相关的空气采样器、微粒分析器或分析装置)设置在集装箱137的外部。
在这种情况下，集装箱137可以设置有具有任何合适的尺寸、形状和结构的任何合适的入口端口138和出口端口139。端口138、139可以设置在位于集装箱侧壁161、门162、顶部163或底部164中的任一个中的任何合适的位置中，以进入集装箱137内的通风空间143。优选地，端口138、139可以靠近集装箱137的侧壁161的顶部设置，以便即使当认为集装箱137满载时，也能进入通常在集装箱137内位于容纳物144上方的通风空间143。
将端口138、139放置在门162中是比其它的替代方式更实用的，这是因为与在集装箱137的侧壁161、顶部163或底部164中形成必要的端口138、139相比，它可以，例如更易于且更廉价地在门162中改进端口138、139，或者用带有端口138、139的门162替换没有端口138、139的门162。
集中器10b的护罩147的入口149可以以任何合适的方式，例如通过利用具有任何合适的尺寸、形状和结构的任何合适的输入导管141流体连接到集装箱137的出口端口139上。导管141可以将采样气流102从集装箱137的内部传送到集中器10b的护罩147。
可选的输出导管142可以将风机集气室15的出口23流体连接到集装箱137的入口端口138上。可以利用可具有任何合适的尺寸、形状和结构的任何合适的导管142。如果利用了导管142，则它可以将主气流103从风机集气室15传送到集装箱137的入口端口138上。
在图23的集中器10b的操作期间，其风机组件11将在空气处理器12的主气流出口55上产生负气压，该负气压将使集装箱137中的具有相对更高压力的采样空气形成采样气流102，该采样气流102将从集装箱137中的通风空间143流出，经过输入导管141流到护罩147内的环形通风空间，然后流经空气处理器12。之后，来自其风机组件11的主气流103可经过输出导管142流到集装箱137的入口端口138，在那里它可以重新进入集装箱137中的通风空间143。副气流104(及其所携带的包含目标物质的微粒)可以通过任何合适的低流量空气采样器、微粒分析器或分析装置都可以连接其上的出口配件77排出集中器10b。
已经发现，如果如图23中所示，端口138、139设置在集装箱137的同一侧壁161中、设置在那个侧壁161的顶部附近、并且设置在由它们相应的相邻侧壁161所形成的转角附近，则可以在集装箱137的通风空间143内产生令人满意的循环气流流型145。在图23中，设置有端口138、139的侧壁161包括集装箱137的门162。作为替代，端口138、139中的任一个或者两个可设置在集装箱137的顶部163或底部164中。
如图23中所示，通过这样设置端口138、139，从集中器10b的输出导管142返回的主气流103将作为高速、轴向定向的空气射流经过其入口端口138进入集装箱137内的通风空间143，这在通风空间143中产生令人满意的循环气流流型145。主气流103经过集装箱137的入口端口138以空气射流的形式向通风空间143中进行的转角喷射确保了主气流103到集装箱137中的良好气流贯穿度，并且有助于确保甚至是集装箱137的最远部分中的采样气流也可以经过其出口端口139排出集装箱137并且经过其输入导管141进入集中器10b。
作为附加好处，以这种方式将主气流103循环返回到集装箱137中能够使码头工作人员暴露在可能存在于主气流103中的任何包含目标物质的危险微粒(或者任何其它危险微粒)下的可能性最小化。但是，作为替代，导管142可以去掉，以便可将主气流103喷射到集中器10b附近的空气中，而不是返回到集装箱137中。
振动集装箱137及其容纳物144
在集装箱137的利用及装运期间，很有可能会有大量的包含目标物质的微粒已经由集装箱137的容纳物144释放到集装箱137内的空气中。这种包含目标物质的微粒中的很多可以随后将其自身粘附到集装箱137的内表面及容纳物144的外表面上。
已经发现，如果振动集装箱137的壁(于是这将同样也会振动容纳物144)，则集装箱137的壁和容纳物144的这种振动可以令人满意地使这种包含目标物质的粘附微粒的至少某一部分从集装箱137的内表面和容纳物144的外表面令人满意地释放到集装箱137内的空气中。这可以在利用集中器10、10a、10b处理集装箱137内的空气之前或期间进行。
在下面的讨论中，将讨论只振动集装箱137的情况，但是可以理解的是，振动集装箱137将通常引起集装箱内的容纳物144同样振动。
可以以任何合适的方式利用任何合适的振动设备来振动集装箱137。可以以任何合适的方式，例如通过利用机械或磁性紧固件；过盈配合；摩擦配合；倒钩、螺纹、热压焊接、胶粘或者熔接连接；键；销；或机械套管将一个或多个振动设备可拆卸地或固定装配到集装箱137上。
例如，振动设备可以是具有任何合适的尺寸、形状和结构的任何合适的电动、气动或液压机械振动器，例如图24中所示的机械振动器150。振动器150可以包括装配到可装配到集装箱137的基板153的任何合适的电机151。电机151可以旋转偏心锤152。当偏心锤152旋转时，它使集装箱137受到强烈的振动。振动器150本身除了其尺寸以外没有任何新颖之处，因为这种产生振动的方式(以较小的规模)普遍用于无声移动电话报警器。
作为另一示例，如果集装箱137由钢制成，则振动设备可以包括能够用于以任何合适的方式电磁振动集装箱137的具有任何合适的尺寸、形状和结构的任何合适的电磁振动器。其实，这将会使集装箱137位于电磁振动器下方的部分变成一种扩音器。这是因为在电磁振动器运转期间，集装箱137位于其下方的部分将会形成磁渗透膜(magneticallypermeable diaphragm)，该磁渗透膜可以响应通过形成电磁振动器的一部分的紧密耦合的电磁体施加至它的磁力而向内和向外移动。
电磁振动器154的示例显示在图25中，并且可以包括具有环形截面轮廓的圆筒形磁渗透壳体155、圆柱形磁渗透芯块156、圆柱形的可选永磁体157，和环绕芯块156的环形电磁线圈158。合并起来，芯块156和线圈158形成强大的电磁体。
磁体157和线圈158可以装配到壳体155的内部，并且芯块156可以装配到磁体157上。作为替代，如果没有磁体157，则芯块156可以装配到壳体155的内部。壳体155的环形轮缘159能够可拆卸地或者固定装配到集装箱137上，同时在集装箱137和芯块156之间设置有小的气隙160。
如果振动器154包括永磁体157，则磁体157的功能可以包括以任何令人满意的方式偏置振动器154的磁工作点，或者有助于将振动器154磁力装配到集装箱137上。
在振动器154的操作期间，当在其电磁线圈158上施加正弦形驱动电流时，越过气隙160的磁力将作为所施加的正弦形驱动电流的函数而变化，这引起磁渗透集装箱137位于振动器154下方的部分向内和向外振动，从而将集装箱137的那部分变为扩音器元件。
作为替代，壳体155可以具有除了环形以外的任何合适的几何或非几何截面轮廓。例如，壳体155可以具有正方形或矩形截面轮廓，并且其大小适于装配在通常形成集装箱137的侧壁的一部分的加强筋之间。
作为进一步的替代，振动设备可以包括任何合适的能够代替电磁振动器154的磁控螺线管或压电螺线管。在这种情况下，集装箱137位于螺线管下方的部分可以用作声换能器，该声换能器作为螺线管施加于它的力的函数向内和向外振动。
作为另一种替代，振动设备可以包括具有任何合适的尺寸、形状和结构的任何合适的声换能器，其可以以任何合适的方式装配到集装箱137的外部，或者可以以任何合适的方式设置在集装箱137内。在两种情况下，声换能器都可以用于以任何合适的方式使集装箱137振动。
作为进一步的替代，振动设备可以包括声能本身，在这种情况下可将声能以任何合适的方式引入集装箱137的内部，例如经过集装箱137中的任何合适的开口，如经过其入口端口138或出口端口139，以便振动集装箱137。
已知如果将声能注入到闭合端结构的一端中，则在某些频率下将在该结构内形成一个或多个声共振，即驻波。已经发现，与输入的声能在集装箱137内不形成声共振的情况相比，这种声共振可以用于更有效地振动集装箱137。
虽然在集装箱137内形成单个基本声共振可能具有一些价值，但是已经进一步发现，将一定频率范围内的声能注入到集装箱137内可以使集装箱137更加有效地振动，因为声能共振的波腹将沿着集装箱137的长度传播，从而在沿集装箱137的长度的不同点处有效提供令人满意的声能共振峰。在共振时，集装箱137内的声级可以比在输入源处的高很多，这是因为所输入的声能的各个周期用于以前一个周期为基础积极建立。
众所周知，奇次谐波是共振的，因此用于集装箱137的第一个谐波的波长将会是集装箱137长度的四倍，第三个谐波的波长将会是集装箱137长度的三分之四，等等。例如，对于通常40英尺的集装箱137而言，在25℃的空气中的基本共振频率为大约7.1Hz。任何合适的机械振动器150、电磁振动器154、磁控螺线管、压电螺线管或声换能器，例如常规的扩音器可以易于以任何合适的方式产生该基本共振频率和第一个为数不多的奇次谐波。
已经发现，于奇次谐波共振之间循环集装箱137内的声能将会使集装箱137剧烈地振动。
集装箱137的端口138、139中的每个或全部还可以用于在某些频率下将声能注入到集装箱137中以振动集装箱137，将这些频率选择为能够产生在集装箱137内纵向往复传播的共振声能峰。
如果同时经过集装箱137的两个端口138、139将声能引入到集装箱137中，或者通过改变集装箱137内所产生的纵向声能模式或共振的相位和频率，则可以在集装箱137内产生更加复杂或者更加强大的声能模式或共振。
作为另一种替代，可以通过将集装箱137放置在具有任何合适的尺寸、形状和结构的任何合适的振动装置上使其振动。
可以理解的是，在不背离要求保护的发明的范围和精神的前提下，集中器10、10a、10b中的任一种的任何具体部分可以与其相应的集中器10、10a、10b中的一个或多个其它部分进行合适地组合或者排列，以形成一个整体部分或者复合部分；可将可以制成一个部件的集中器10、10a、10b中的任一种的任何具体部分改为通过以任何合适的方式将两个或多个子部件装配在一起而制成；并且，集中器10、10a、10b中的任一种的不同部分除了于此所述的那些之外，还可以以任何合适的方式装配在一起，例如通过利用紧固件；过盈配合；摩擦配合；倒钩、螺纹、热压焊接、胶粘或者熔接连接；键；销或机械套管装配在一起。
同样可以理解的是，于此所公开的要求保护的发明的具体实施方式全然是通过非限定性示例进行公开的。因此，可以在不会背离要求保护的发明的范围和精神的前提下，对那些实施方式进行各种改变。此外，在具体实施方式的上下文中进行描述的要求保护的发明的某些方面可以在其它实施方式中进行组合或者去掉。虽然与要求保护的发明的特定实施方式相关的优点已经在该实施方式的上下文中进行了描述，但这种优点同样可以在其它实施方式中显现出来。此外，并不是所有的实施方式都需要显现这种优点中的任一个或全部，以落入到要求保护的发明的范围内。
当在权利要求中的任一项中利用短语“至少其中之一”时，那个短语被定义为意味着在那个短语前面所列出的事物或步骤中的任一个、任何不止一个或所有的事物或步骤是要求保护的发明的一部分。例如，若假定权利要求叙述为“A、B和C中的至少一个”，则该权利要求应该解释为其可以包括(除了权利要求中所述的别的东西以外)只有A、只有B、只有C、A和B、A和C、B和C，和/或A、B及C中的全部。
根据美国法典第35主题(35USC)第112部分最后一段的要求，在将权利要求中的元件解释为要求保护一种用于实现特定功能的装置之前，表述“用于....的装置”必须与那个元件结合利用。
正如于此所利用的那样，除了在权利要求中之外，单词“和”与“或”均定义为也可以表示“和/或”的意思。
考虑到于此公开的所有内容，所要求保护的发明的这些以及进一步的改良、改变及变型现在对于所属领域技术人员来说将是显而易见的，并且全都在所述权利要求的范围内。

Claims (36)

1.一种集中器，其中，所述集中器包括空气处理器，所述空气处理器包括：
采样气流入口端口，其能够操作用以接收采样气流，所述采样气流含有包含目标物质的微粒；和
副气流入口端口，其设置在所述采样气流入口端口的下游；
其中，所述采样气流入口端口和所述副气流入口端口共用共同的对称平面；
当所述采样气流作为非准直的采样气流流向并流过所述采样气流入口端口时，所述采样气流入口端口能够操作用以利用离心力将所述包含目标物质的微粒的至少一部分集中到所述采样气流的中心部分中；
所述副气流入口端口能够操作用以从所述采样气流的所述中心部分的至少一部分中提取副气流；并且
所述副气流流过所述副气流入口端口。
2.如权利要求1所述的集中器，其中，所述空气处理器进一步包括左侧采样气流入口叶瓣和右侧采样气流入口叶瓣，所述采样气流的至少一部分在进入所述采样气流入口端口之前流经所述左侧采样气流入口叶瓣和所述右侧采样气流入口叶瓣；并且各个所述采样气流入口叶瓣均能够操作用以将旋转运动传递到所述采样气流的相应部分。
3.如权利要求1所述的集中器，其中，所述采样气流入口端口由一对平行的杆形成。
4.如权利要求1所述的集中器，其中，所述副气流入口端口还能够操作用以将所述采样气流划分成均等的右侧主气流和左侧主气流；所述采样气流和所述副气流分别具有各自的流量；并且所述副气流的所述流量落入到小于所述采样气流的流量的大约1％到小于所述采样气流的流量的大约10％的范围内。
5.如权利要求1所述的集中器，其中，所述空气处理器进一步包括中心纵轴线和至少两个中空的叶片；各个叶片均包括各自的采样气流入口端口、各自的副气流入口端口和各自的副气流出口端口；各自的副气流从各个叶片的副气流出口端口流出；所述叶片绕所述轴线径向设置；并且各自的副气流朝向彼此并朝向所述轴线径向向内流动。
6.如权利要求1所述的集中器，其中，所述采样气流入口端口具有一对侧部；各个侧部具有平稳变化的拱形轮廓；所述采样气流入口端口具有压降；并且，与所述侧部并不具有所述平稳变化的拱形轮廓的情况相比，所述侧部的平稳变化的拱形轮廓使所述压降最小化。
7.如权利要求6所述的集中器，其中，所述采样气流入口端口由一对平行的杆形成。
8.如权利要求1所述的集中器，其中，所述空气处理器进一步包括中空的外毂和至少一个中空的叶片，所述外毂具有外毂中心腔体；所述叶片包括所述采样气流入口端口和所述副气流入口端口；所述叶片的采样气流入口端口位于所述外毂中；所述叶片的所述副气流入口端口还能够操作用以将所述采样气流划分成均等的右侧主气流和左侧主气流；所述主气流流入到所述外毂中心腔体中；所述空气处理器进一步包括一对端板；所述端板中的一个包括与所述外毂中心腔体流体连通的主气流出口；并且所述主气流的至少一部分通过所述主气流出口流出所述外毂中心腔体。
9.如权利要求8所述的集中器，其中，所述空气处理器进一步包括内毂，所述内毂具有内毂中心腔体；所述叶片在所述内毂和所述外毂之间延伸；所述叶片包括副气流出口端口；所述副气流从所述副气流出口端口流入到所述内毂中心腔体中；并且所述副气流通过位于其中一个所述端板中的开口流出所述内毂中心腔体。
10.如权利要求9所述的集中器，其中，所述空气处理器进一步包括风机，所述风机能够操作用以将相应的负气压施加到所述主气流和所述副气流；所述主气流的负气压大于所述副气流的负气压，以在所述主气流和所述副气流之间提供负压差；所述空气处理器进一步包括过滤器组件；所述过滤器组件包括过滤器；所述过滤器组件能够操作用以利用所述负压差促使所述副气流流出所述内毂中心腔体并且流过所述过滤器；并且所述过滤器能够操作用以从流出所述内毂中心腔体的副气流中去除所述包含目标物质的微粒的至少一部分。
11.如权利要求10所述的集中器，其中，所述端板中的另一个包括与所述外毂中心腔体流体连通的端板副气流出口端口；所述过滤器组件进一步包括过滤器适配器，所述过滤器适配器能够操作用以在所述内毂中心腔体和所述端板副气流出口端口之间提供流体连通。
12.如权利要求8所述的集中器，其中，所述集中器进一步包括风机，所述风机是能够操作用以促使所述主气流通过所述主气流出口流出所述外毂中心腔体。
13.如权利要求12所述的集中器，其中，所述集中器进一步包括用于所述风机的风机集气室；所述风机集气室具有中心纵轴线；所述风机能够操作用以促使所述主气流作为至少大致平行于所述轴线流动的空气射流流出所述集中器；所述集中器具有圆形感测半径；所述空气射流在所述集中器周围产生诱导通风效应；并且所述诱导通风效应将所述圆形感测半径增加到大于所述集中器不产生所述诱导通风效应的情况下的半径。
14.如权利要求1所述的集中器，其中，所述空气处理器进一步包括中心纵轴线、中空的外毂和至少两个中空的叶片；各个叶片均包括各自的采样气流入口端口和各自的副气流入口端口；各个叶片的采样气流入口端口均位于所述外毂中；并且所述至少两个叶片围绕所述轴线径向设置。
15.如权利要求14所述的集中器，其中，所述外毂具有外表面；所述集中器进一步包括中空的护罩，所述护罩能够操作用以在所述外毂的外表面的至少一部分的周围提供气室；所述气室与各个叶片的采样气流入口端口流体连通；并且所述护罩包括护罩入口，所述护罩入口能够操作用以接收所述采样气流。
16.如权利要求15所述的集中器，其中，所述护罩包括至少大体呈圆筒形的护罩外壁；并且所述护罩入口位于所述护罩外壁中。
17.如权利要求15所述的集中器，其中，所述护罩包括护罩端面；并且所述护罩入口位于所述护罩端面中。
18.如权利要求8所述的集中器，其中，所述空气处理器进一步包括风机，所述风机能够操作用以将相应的负气压施加到所述主气流和所述副气流；所述主气流的相应的负气压大于所述副气流的相应的负气压，以在所述主气流和所述副气流之间提供负压差；所述空气处理器进一步包括过滤器组件；所述过滤器组件包括过滤器；所述过滤器组件能够操作用以利用所述负压差促使所述副气流流出所述内毂中心腔体并且流过所述过滤器；并且所述过滤器能够操作用以从流出所述内毂中心腔体的副气流中去除所述包含目标物质的微粒的至少一部分。
19.一种用于在位于采样空间内的采样空气中增加大量包含目标物质的微粒的方法，其中，所述采样空间包括采样空间内表面和位于所述采样空间内的容纳物；所述容纳物包括外表面；所述采样空间中的包含目标物质的微粒的至少一部分最初位于所述采样空间内表面和所述容纳物的外表面的至少其中之一上；并且所述方法包括下述步骤：
(a)提供用于所述采样空间的振动设备；
(b)利用所述振动设备来激发所述采样空间内的一个或多个声共振；
(c)利用所述声共振使所述采样空间内表面和所述容纳物的外表面的至少其中之一振动到足以致使位于所述采样空间内表面和所述容纳物的外表面中的至少一个上的所述包含目标物质的微粒的至少一部分释放到所述采样空气中的量；和
(d)从所述采样空气中去除包含被释放到所述采样空气中的所述包含目标物质的微粒的至少一部分的采样气流。
20.如权利要求19方法，其中，所述方法进一步包括将所述振动设备选择为包括机械振动器、电磁振动器、磁控螺线管、压电螺线管、声换能器和声能中的至少一种的步骤。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述方法进一步包括将所述采样空间选择为包括集装箱的步骤。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述步骤进一步包括将所述振动设备选择为包括机械振动器、电磁振动器、磁控螺线管、压电螺线管、声换能器和声能中的至少一种的步骤。
23.如权利要求19所述的方法，其中，所述采样空间进一步包括采样空间出口端口；并且所述方法进一步包括下述步骤：
(e)将所述采样空间选择为包括集装箱；
(f)提供集中器，其中，所述集中器包括输入导管；
(g)将所述输入导管连接到所述采样空间出口端口；
(h)利用所述输入导管来执行步骤(d)；和
(i)利用所述集中器来接收所述采样气流并且集中被释放到所述采样空气中的所述包含目标物质的微粒的至少一部分。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述方法进一步包括步骤：
(j)利用所述集中器以从所述采样气流中去除被释放到所述采样空气中的所述包含目标物质的微粒的至少一部分。
25.如权利要求23所述的方法，其中，所述采样空间进一步包括采样空间入口端口；并且所述方法进一步包括下述步骤：
(j)为所述集中器提供输出导管；
(k)将所述输出导管连接到所述采样空间入口端口；和
(l)利用所述输出导管来将所述采样气流的至少一部分返回到所述采样空间。
26.如权利要求24所述的方法，其中，所述采样空间进一步包括采样空间入口端口；并且所述方法进一步包括下述步骤：
(k)为所述集中器提供输出导管；
(l)将所述输出导管连接到所述采样空间入口端口；和
(m)利用所述输出导管来将所述采样气流的至少一部分返回到所述采样空间。
27.一种用于采样空间的探询设备，其中，所述采样空间包括集装箱；所述集装箱包括顶部、入口端口、出口端口以及包含容纳物和采样空气的内部；所述采样空气的至少一部分位于所述集装箱的顶部与所述容纳物之间；
所述入口端口能够操作用以将轴向定向的输入气流射流传送到位于所述集装箱的顶部与所述容纳物之间的采样空气中；所述采样空间入口端口和所述采样空间出口端口设置成使所述轴向定向的输入气流射流能够引起采样空气在所述集装箱内的循环；和
所述出口端口能够操作用以从位于所述集装箱的顶部与所述容纳物之间的采样空气接收采样气流，并且将所述采样气流传送到空气采样器，所述空气采样器能够操作用以从所述采样气流中去除存在于所述采样气流中的任何包含目标物质的微粒的至少一部分。
28.如权利要求27所述的探询设备，其中，所述集装箱进一步包括顶壁、一对门、四个侧壁和底壁；并且所述入口端口和所述出口端口均位于所述顶壁、所述门、所述侧壁和所述底壁中的同一个中。
29.如权利要求27所述的探询设备，其中，所述集装箱进一步包括顶壁、一对门、四个侧壁和底壁；并且所述入口端口和所述出口端口分别位于所述顶壁、所述门、所述侧壁和所述底壁中的不同的一个中。
30.如权利要求27所述的探询设备，其中，所述空气采样器包括出口端口；并且所述探询设备进一步包括输出导管，所述输出导管能够操作用以将所述采样气流的至少一部分从所述空气采样器传送到所述入口端口。
31.如权利要求27所述的探询设备，其中，所述集装箱进一步包括内表面；所述容纳物包括外表面；存在于所述采样气流中的所述任何包含目标物质的微粒的至少一部分最初位于所述集装箱的内表面和所述容纳物的外表面中的至少一个上；并且所述探询设备进一步包括振动设备，所述振动设备用于振动所述集装箱的内表面和所述容纳物的外表面中的至少一个，以将最初位于所述集装箱的内表面和所述容纳物的外表面的至少一个上的所述任何包含目标物质的微粒的至少一部分释放到所述采样空气中。
32.如权利要求31所述的探询设备，其中，所述振动设备包括声能；并且所述声能经过所述集装箱的入口端口和出口端口中的至少一个引入到所述集装箱中。
33.如权利要求32所述的探询设备，其中，所述声能选择为能够操作用以在所述采样空气的至少一部分中激发声共振。
34.如权利要求33所述的探询设备，其中，所述声能选择为能够操作用以在所述采样空气的至少一部分中于奇次谐波共振之间循环。
35.如权利要求31所述的探询设备，其中，所述振动设备包括机械振动器、电磁振动器、磁控螺线管、压电螺线管和声换能器中的至少一种。
36.一种用于探询采样空间的方法，其中，所述采样空间包括集装箱；所述集装箱包括顶部、入口端口、出口端口以及包含容纳物和采样空气的内部；所述采样空气的至少一部分位于所述集装箱的顶部与所述容纳物之间；并且所述方法包括下述步骤：
(a)利用所述入口端口将轴向定向的输入气流射流传送到位于所述集装箱的顶部与所述容纳物之间的采样空气部分中；
(b)通过利用所述轴向定向的输入气流射流，并通过适当地设置所述集装箱的入口端口和出口端口，引起所述采样空气在所述集装箱内的循环；
(c)利用所述出口端口从位于所述集装箱的顶部与所述容纳物之间的采样空气接收采样气流；
(d)利用空气采样器从所述出口端口接收所述采样气流并且从所述采样气流中去除存在于所述采样气流中的所述任何包含目标物质的微粒的至少一部分。
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