货运集装箱查询装置和方法

专利名称：货运集装箱查询装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种货运集装箱查询装置和方法。
背景技术：
当前，具有多种不同的货运集装箱查询装置和方法，其中，样本空气在货运集装箱 内循环，然后被抽出用以通过任何合适的检测装置进行后续的分析，所述检测装置能够检 测样本空气中所关心的特定目标物质(例如，炸药或生物制剂)。美国专利申请公开No. US2010/0050750公开了一种货运集装箱查询装置和方法， 其中对货运集装箱进行了改动，从而包括位于货运集装箱一端的门中的入口和出口空气导 管。外部风扇使样本空气在货运集装箱内循环，移走样本空气用于分析，然后使空气返回到 货运集装箱。可设置用于使货运集装箱及其内容物振动的装置以帮助将可能存在于货运集 装箱的内部上或其内容物的外部上的目标物质移到样本空气中。美国专利No. 4，580，440公开了一种货运集装箱查询装置和方法，其中货运集装 箱包括位于货运集装箱的顶部中的入口 /出口端口，压缩空气通过所述端口被临时注入到 货运集装箱中，以搅动货运集装箱内可能含有样品物质的灰尘。然后，可将取样管连接于所 述端口以从货运集装箱中抽取样本空气。可设置用于使货运集装箱及其内容物振动的装置 以帮助将可能存在于货运集装箱的内部上或其内容物的外部上的目标物质移到样本空气 中。美国专利No. 6，823，714公开了一种货运集装箱查询装置和方法，其中对货运集 装箱的底部进行了改动，从而包括形成货运集装箱的底部中的气室的空气分配板。外部风 扇使样本空气在货运集装箱内循环，移走样本空气用于分析，然后使样本空气返回到货运 集装箱。美国专利No. 5，347，845公开了一种货运集装箱查询装置和方法，其中对货运集 装箱的侧部进行了改动，从而包括被薄膜片密封覆盖的开口，所述薄膜片可以被气体分析 器探针刺破，用于检测货运集装箱内的空气中的目标物质。

发明内容
根据本发明，货运集装箱查询装置可包括货运集装箱，其中货运集装箱可包括空 气输送管状框架构件，所述空气输送管状框架构件能够操作以接收输入空气并将输入空气 传输到所述货运集装箱的内部，或者能够操作以从货运集装箱的内部接收样本空气。在另一个实施方式中，所述空气输送管状框架构件可以包括具有空气输入外部端 口和空气输入内部端口的空气输入管状框架构件，所述空气输入外部端口能够操作以接收输入空气，所述空气输入内部端口能够操作以输送输入空气到货运集装箱的内部。在另一个实施方式中，所述空气输送管状框架构件可以包括具有样本空气输出内部端口和样本空气输出外部端口的样本空气出口管状框架构件，所述样本空气输出内部端 口能够操作以从集装箱的内部接收样本空气，所述样本空气输出外部端口能够操作以从样 本空气出口管状框架构件接收样本空气。在另一个实施方式中，货运集装箱可包括空气输入管状框架构件和样本空气出口 管状框架构件；这两个管状框架构件可以包括货运集装箱的公共壁的一部分；或者所述管 状框架构件可以包括货运集装箱的相应不同壁的一部分。在另一个实施方式中，查询装置可包括振动装置，所述振动装置能够操作以对顶 壁关于该顶壁的纵向中线施加周期性侧向摇动，其中所述侧向摇动用来在货运集装箱的顶 壁中在与所述纵向中线至少大体成大约直角的方向上激发出偶次谐波。在另一个实施方式中，本发明可包括利用一个或多个上述查询装置查询货运集装 箱的内部的方法。应当理解，本发明的上述概要不是要阐述所有其目的、特征、优点、特性、结构、材 料、方法和过程；因为有鉴于这里的公开内容，在下附权利要求的范围内，本发明的这些和 进一步的目的、特征、优点、特性、结构、材料、方法和过程对本发明所属领域的普通技术人 员是直接或本质上公开的


图1是货运集装箱10的外部的透视图，示出了安装在其中的外部端口 28 ；图2是沿图1的线2-2所取的集装箱10的透视横截面图；图3是图2的圆圈部分的放大视图；图4是图1的圆圈部分的放大视图；图5是与图4相似的视图，示出了外部端口 28的另一实施方式；图6是集装箱10移除了其顶壁13时的俯视正视图，示出了集装箱10内的空气流 57，并且还示出了在通过两个管状框架构件21a、21b查询集装箱10的过程中所使用的各种 辅助装置；图7是集装箱10移除了其顶部时的俯视正视图，示出了集装箱10内的空气流58， 并且还示出了在通过一个管状框架构件21b查询集装箱10的过程中所使用的各种辅助装 置，其中所述一个管状框架构件21b被分隔器56分为空气输入管状框架构件60和样本空 气输出管状框架构件61 ；图8是示出了下沉的湍流空气射流的形状对其速度的影响与距离之间关系的曲 线图；图9A-9D是对于顶壁13的基频谐振和前三次谐波(N = 2、3、4)，集装箱10的顶壁 13的竖直运动的特性范围的示意性图示；图10是振动装置75的示意性透视图；图11是在其壁13-15中具有端口 85_92的集装箱10的透视图；以及图12是沿图11的线12-12所取的集装箱10的透视图。
具体实施例方式货运集装箱10现在参照附图，在港口、机场以及其他货运设施存在的世界性的严重问题是，货运 集装箱10可能含有不许可的物质，如违禁物、毒品、炸药、生物武器物质或放射性物质。因此，需要将有效地对来自集装箱10的样本空气进行任何不许可物质查询的装 置和方法。所谓查询，指的是来自集装箱10内的样本空气可以从集装箱10接收，使得来自 样本空气中的不许可物质的任何气体或任何空载微粒均可通过任何合适的检测装置53进 行收集、观测、识别、检查、测试或分析。应当理解，当说到检测装置53可操作用以检测样本空气中的任何不许可物质时， 指的是检测装置可操作以收集任何这种不许可物质，并且可操作以观测、识别、检查、测试 或分析任何这种不许可物质。来自不许可物质的这些空载微粒可称作“含有目标物质的空载微粒”，并且可以是 任何液体、固体、有机物、无机物、生物材料或非生物材料或其混合物。含有目标物质的空载 微粒可以包括或者不包括除了目标物质之外的物质。术语“空气”是广义使用的，因此其可以是除空气之外的任何气体或气体混合物。在下面的描述中，通过非限制性示例，本发明的装置和方法将被公开成与典型的 远洋货运集装箱10 —起使用。然而，应当理解的是，本发明的装置和方法可与任何类型的 货运集装箱10 —起使用，远洋的或者非远洋的，大的或小的，并且该货运集装箱10具有至 少部分地包括管状框架构件19-23的框架18。管状框架构件19-23可具有任何几何或非几何的横截面构造，如正方形、矩形或 圆形。如从图1中看到的，集装箱10可包括底部12、顶壁13、一对侧壁14、后壁15、前壁 16以及框架18，前壁16可配备有一个或多个门17。集装箱10的结构刚性和形状可以至少部分地通过其框架18来提供。其框架18 可以具有任何适当的尺寸、形状和构造，并可包括例如周边的左侧、后侧、前侧以及后侧底 部框架构件19 ；位于集装箱10的四个拐角中的每一个处的拐角框架构件20 ；左侧和右侧 顶部的侧部框架构件21a、21b，前侧顶部框架构件22，以及后侧顶部框架构件23。框架构 件19-23可以以任何适当的方式连接在一起，例如通过焊接或通过使用紧固件。顶部的侧 部框架构件21a、21b可包括其相应的集装箱10的侧壁14的一部分。任何或所有框架构件19-23可由管状材料制成，例如管状框架构件21a、21b。虽然 底部框架构件19示出为包括I形梁，但底部框架构件19可由管状材料制成。集装箱10的壁13-15典型地可包括波纹材料24，该波纹材料24可以任何适当的 方式紧固于框架18，例如通过焊接或通过使用紧固件。集装箱10典型地可包括位于货物26的顶部与集装箱10的顶壁13的内侧之间的 未使用顶部空间25。顶部空间25的尺寸是可以改变的，这取决于货物26在集装箱10内堆 叠得多高。然而，即便当集装箱10名义上装满了货物26，顶部空间25 —般也将是存在的， 因为集装箱10中的货物26将集装箱10完全充满到其顶壁13的情况可能是较少见的。集装箱10典型地还可包括位于货物26与集装箱10的侧壁14、后壁15或前壁16 中的一个或多个之间的一个或多个侧部空间27。此外，如果壁14-16中的一个或多个包括波纹材料24，那么即使货物26延伸到壁14-16中的一个或多个，也可通过波纹材料24的凹 入部分在货物26与相邻的壁14-16之间提供侧部空间27。将理解，如果有办法接收来自集装箱10的顶部空间25或侧部空间27的样本空 气，那么将使得来自集装箱10中的任何不许可物质的样本空气中的任何气体或任何空载 微粒都可以通过任何适当的检测装置53进行收集、观测、识别、检查、测试或分析。已经发现，如果框架构件19-23中的任何一个是管状的，那么一个或多个这种框 架构件19-23可用作空气输送管状框架构件19-23或空气导管19-23，用以(a)接收来自 集装箱10的顶部空间25或侧部空间27内的样本空气，用于通过任何适当的检测装置53 进行收集、观测、识别、检查、测试或分析；(b)将新鲜空气传送到集装箱10的内部66 ；或者 (c)将之前从集装箱10接收的样本空气传送到集装箱10的内部66 ( S卩，使这种样本空气循 环回到集装箱10中)，从而帮助防止集装箱10周围的环境被来自集装箱10的内部66内、 可由样本空气携载的任何不许可物质的任何危险物质污染。在下面的讨论中，通过非限制性示例，假定框架构件21a、21b是可用作空气导管 的管状框架构件21a、21b。然而将理解，这里关于管状框架构件21a和21b、关于它们的外 部和内部端口 28和47以及关于使用构件21a和21b及端口 28和47作为集装箱查询装置 的一部分所进行的所有相同或相似的论述，均可等同地应用于可以是管状的以及可用作空 气导管的任何其他框架构件19-20和22-23。每个管状框架构件21a、21b可具有顶侧部20、底侧部30、外侧部31以及内侧部
32 ；并可限定有空气腔41。典型的远洋货运集装箱10的管状框架构件21a、21b的内部尺寸在高度和/或宽 度上可以是大约5至7cm。结果，这种管状框架构件21a、21b可用作空气导管，其可以能够 将空气每分钟数千升的空气沿其长度轴向地输送数米，并且仅具有适度的压降。例如，如果管状框架构件21a、21b具有面积为大约49cm2的正方形内部横截面构 造，那么可容易地计算出这样的管状框架构件21a、21b将能够将大约2，000升/分钟的气 流输送6米的长度，同时该长度上的压差仅为约0. 5mmHg。这种大小的空气压力差可以利用 加热和通风应用中使用的类型的传统离心送风机容易地产生。由于典型的远洋集装箱10可具有大约50，000升这一量级的容量，所以很显然，通 过使用管状框架构件21a、21b作为空气导管可以在非常短的时间内实现对来自集装箱10 的非常大体积的样本空气的查询。例如，如果样本空气的气流以大约8，000升/分钟的速 率由管状框架构件21a、21b传输到检测装置53，那么大约8，000升至大约24，000升体积的 样本空气可在大约1至3分钟这样短的时间内被传输到检测装置。在每天可能处理数百件或甚至数千个集装箱10的现代港口中，很显然，在合理地 尽可能短的时间内获得大体积的来自每个集装箱10的样本空气可能是重要的，以便增加 对每个集装箱10进行的针对不许可物质的查询的速度、灵敏度或精度，并增加在任意给定 时间内可查询的集装箱10的数量。外部端口 28管状框架构件21a、21b可设有具有任何大小、形状、尺寸、构造和位置的任何适当 的空气输送外部端口 28，用于提供管状框架构件21a、21b的空气腔41与集装箱10的外部 之间的流体连通。这里描述或示出的外部端口 28的所有各种实施方式都是非限制性的示例。任何特定的外部端口 28都可用来接收来自管状框架构件21a、21b的样本空气；用 来将新鲜空气传输到管状框架构件21a、21b中；或者用来将之前从集装箱10接收的样本空 气传输到管状框架构件21a、21b。应当理解，如果特定的外部端口 28是关于特定的管状框架构件(如管状框架构件 21a)描述或示出的，那么关于该外部端口 28的相同的论述和图示将等同地适用于关于管 状框架构件21b的情况，反之亦然。外部端口 28可通过管状框架构件2la、2Ib的侧部29_32中的任一个来接入管状 框架构件21a、21b的空气腔41。当特定的外部端口 28描述或示出为通过管状框架构件 21a、21b的侧部29-92中特定的一个接入空气腔41时，应当理解该特定的外部端口 28如果 需要可以容易地修改为通过管状框架构件21a、21b的其他侧部29-32中的任一个来接入空 气腔41。尽管对两个管状框架构件2la、2Ib中的每一个仅示出了一个外部端口 28，但是管 状框架构件21a、21b中的一个或多个可具有多于一个的外部端口 28。每个外部端口 28可位于沿着其相应的管状框架构件21a、21b的长度的任何适当 的位置。如果管状框架构件21a、21b仅仅具有一个外部端口 28，那么如果期望使沿着管状 框架构件21a、21b的长度的压降最小化，将该外部端口 28沿着管状框架构件21a、21b的长 度居中设置则可能是有利的。另一方面，如果特定的管状框架构件21a、21b具有多于一个的外部端口 28，那么 这些外部端口 28可以沿着管状框架构件21a、21b的长度以任何期望的规则或不规则的间 隔设置，并可沿着管状框架构件21a、21b的长度设置在任何适当的位置。特定管状框架构 件21a、21b的外部端口 28的数量、间隔以及位置可以根据适用的变量来选择，适用的变量 例如集装箱10和管状框架构件21a、21b的相应的长度和容量、期望多快地接收来自集装箱 10的样本空气、以及可用的连接到外部端口 28的气泵49、51的数量和尺寸。如图4所示，最简单类型的外部端口 28可包括位于管状框架构件21a的侧部 29-32中的任一个中的端口孔42，例如在其外侧部31中。端口孔42可包括任何合适的可 选的垫圈，用于提供与任何可与其相连的物体的密封，并且端口孔42可进一步包括任何合 适的可选的可移除或不可移除的盖子，用于防止雨水或外界物质进入到端口孔42中。外部端口 28的另一个实施方式在图1-3中关于管状框架构件21b示出，并在图4 中关于管状框架构件21a示出。这种外部端口 28可包括例如顶板33和底板34，该顶板33 和底板34可通过诸如焊接、粘结剂或紧固件的任何适当的方式紧固于集装箱10。顶板33的顶边缘可紧固于管状框架构件21b的底侧部30或外侧部31 ；并且顶板 33的侧边缘可紧固于集装箱10的侧壁14的波纹材料24的相应的相邻波纹侧部35或波纹 外部36。底板34的顶边缘可紧固于顶板33的底边缘；底板34的侧边缘可紧固于波纹材料 24的相应的相邻波纹侧部35或波纹外部36 ；并且底板34的底边缘可紧固于波纹材料24 的波纹内部37。底板34可定位成使得其顶边缘比其底边缘进一步远离波纹材料24的波纹 内部37。顶板33和底板34以及波纹材料24的波纹侧部35、波纹外部36和波纹内部37的相邻部分可形成外部空气输入/样本空气输出空气室40。从图3中能够最好地看到，空气 室40的上端可通过在管状框架构件21b的底侧部30中的端口 63而与管状框架构件21b 的空气腔41流体连通。外部端口 28还可包括端口孔38，端口孔38可位于底板34中。可替代地，端口孔 38可位于顶板33中。端口孔38可包括任何合适的可选垫圈39，用于帮助与任何可与其相连的物体形 成密封，并且可进一步包括任何合适的可选的可移除或不可移除的盖子，用于防止雨水或 外界物质进入到端口孔38中。如从图4中最好看到的，底板34的向内倾斜及其位于波纹材料24的一对相邻的 波纹外部36之间的位置使得顶板33以及波纹材料24的所述一对相邻的波纹外部36能够 帮助防止雨水或外界物质进入到端口孔38中。现在参照图5，示出了外部端口 28的另一种替代形式，其可包括可紧固在管状框 架构件21a的底侧部30中的端口 64上的任何合适的管状元件44，使得管状元件44与管状 框架构件21a的空气腔41流体连通。管状元件44可具有任何适当的大小、形状、尺寸、横 截面构造、结构和位置。管状元件44可位于波纹材料24的一对相邻的波纹外部36之间。管状元件44的底部可以敞开，从而形成经由管状元件44与管状框架构件21a的 空气腔41流体连通的端口孔59。可替代地，管状元件44的底端可封闭，并且端口孔59可 位于在管状元件44的侧部中的一个中。端口孔59可包括任何合适的可选垫圈，用于帮助 与任何可与其相连的物体形成密封，并且可进一步包括任何合适的可选的可移除或不可移 除的盖子，用于防止雨水或外界物质进入到端口孔59中。内部端口 47管状框架构件21a、21b可设有一个或多于一个的具有任何合适的大小、形状、尺 寸、构造和位置的任何合适的空气输送内部端口 47，用于提供管状框架构件21a、21b的空 气腔41与集装箱10的内部66之间的流体连通。这里描述或示出的内部端口 47的所有各 种实施方式都是非限制性的示例。任何特定的内部端口 47都可用来接收来自集装箱10内部66的样本空气，用来将 新鲜空气传输到集装箱10的内部66，或者用来将之前从集装箱10接收的样本空气传输到 集装箱10的内部66。应当理解，如果特定的内部端口 47是关于特定的管状框架构件(如管状框架构件 21a)描述或示出的，那么关于该内部端口 47的相同的论述和图示将等同地适用于关于管 状框架构件21b的情况，反之亦然。内部端口 47可通过管状框架构件2la、2Ib的侧部29_32中的任一个来接入管状 框架构件21a、21b的空气腔41。当特定的内部端口 47描述或示出为通过管状框架构件 21a、21b的侧部29-32中特定的一个接入空气腔41时，应当理解该特定的内部端口 47如果 需要可以容易地改变成通过管状框架构件21a、21b的其他侧部29-32中的任一个接入空气 腔41。每个内部端口 47可位于沿着管状框架构件21a、21b的长度的任何适当的位置。如 果管状框架构件2la、2Ib仅仅具有一个内部端口 47，那么该内部端口 47沿着管状框架构件 21a、21b的长度居中设置可能是有利的，以使到内部空间66的侧向接入最大化。
另一方面，如果管状框架构件21a、21b具有多于一个的内部端口 47，那么这些内 部端口 47可以沿着管状框架构件21a、21b的长度以任何期望的规则或不规则的间隔设置， 并可沿着管状框架构件21a、21b的长度设置在任何适当的位置。内部端口 47的数量、间隔 以及位置可以根据适用的变量来选择，所述适用的变量如集装箱10和管状框架构件21a、 21b的长度和容量、期望多快地接收来自集装箱10的样本空气、以及期望传输至集装箱10 的输入空气在什么方向上和以什么方式扫过集装箱10的内部66。如图3所示，最简单类型的内部端口 47可包括位于管状框架构件21b的侧部 29-32中的任一个中的端口孔43，例如位于底侧部30或内侧部31中。端口孔43可包括任 何合适的可选的垫圈，用于帮助形成与可与其相连的任何物体的密封，并且可进一步包括 任何合适的可选的可移除或不可移除的盖子，用于防止外界物质进入到端口孔43中。如图3所示，内部端口 47可进一步包括具有任何合适的大小、形状和构造的可选 的被动或主动喷嘴48。如果内部端口 47用来将新鲜空气或者循环的样本空气传输到集装 箱10的内部66，那么喷嘴48可以是空气输入喷嘴48，并且可用于例如以任何期望的预定 流动方向或预定的流动方式在集装箱10内(例如在集装箱10的顶部空间25内或者在其 一个或多个侧部空间27内)引导任何从喷嘴48传输来的输入空气。为了更彻底的查询集 装箱10，喷嘴48还可用来例如给予它传输到集装箱10的内部66的空气以任何期望的预定 湍流特性。这种湍流空气可有利于例如帮助集装箱10的内部66上的或货物26的外部上 的任何不许可物质的任何微粒被带起在随后从集装箱10的内部66接收的样本空气中；以 及帮助来自集装箱10的内部66中的任何不许可物质的任何气体与随后从集装箱10的内 部66接收的样本空气混合。另一方面，如果内部端口 47用来从集装箱10的内部66接收样本空气，那么喷嘴 48可以是样本空气输出喷嘴48，并且可以用来例如从任何期望的流动方向接收样本空气。 可替代地，这种内部端口 47可以不具有喷嘴48。为了更彻底的查询集装箱10，喷嘴48可以构造并设置成使得由它们传输到集装 箱10的内部66的进入空气根据相关的因素而在可合理实现的程度上相对均勻地扫过集装 箱10中的所有货物26，所述因素例如为集装箱10中的货物26的属性、量、形状、包装密度 和体积。每个喷嘴48可与一个或多个其他的喷嘴48具有或者不具有相同或相似的构造； 排出空气的每个喷嘴48可与一个或多个其他的喷嘴48在集装箱10的内部66内以相同或 不同的流动方向或流动方式引导其输送的空气；并且从集装箱10的内部66接收样本空气 的每个喷嘴48可以不从与一个或多个其他的喷嘴48相同的流动方向上接收样本空气。在图2-3中示出了被动喷嘴48。然而，也可以使用主动喷嘴48，主动喷嘴48具有 用于以任何期望的方向或方式主动地移动喷嘴48的任何合适的控制和构造，使其可在集 装箱10的内部66内(例如在其顶部空间25或侧部空间27内)以任何期望的流动方向或 流动方式引导任何其传输的空气；或者使其可从任何期望的一个或多个流动方向从集装箱 10的内部66接收任何样本空气。利用两个管状框架构件21a、21b进行查询现在参照图6，将描述通过使用两个管状框架构件21a、21b进行集装箱10的查询。 每个管状框架构件21a、21b可用作空气输入管状框架构件21a、21b或样本空气输出管状框架构件21a、21b。示例而言，假定管状框架构件21a是空气输入管状框架构件21a，其可以用来将新 鲜空气或之前已经从集装箱10接收的样本空气(即，循环的样本空气)传输到集装箱10 的内部66。进一步假定管状框架构件21b是样本空气输出管状框架构件21b，其可以用来从 集装箱10的内部66接收样本空气；并且假定空气输入管状框架构件21a和样本空气输出 管状框架构件21b都具有外部端口 28和内部端口 47。任何合适数量的任何合适的气泵49、51均可以任何适当的方式以任何适当的组 合连接到空气输入管状框架构件21a和样本空气输出管状框架构件21b的外部端口 28，以 将输入空气传输到集装箱10的内部66，并从集装箱10的内部66接收样本空气。示例而言，图6示出了一种集装箱10，其中，空气输入管状框架构件21a具有一个 居中设置的空气输入外部端口 28和九个空气输入内部端口 47。样本空气输出管状框架构 件21b具有八个样本空气输出内部端口 47和一个居中设置的样本空气输出外部端口 28。尽管在图6中仅示出了一种形式的外部端口 28和内部端口 47，但外部端口 28和 内部端口 47可包括这里描述的任何一种实施方式的外部端口 28和内部端口 47。可能期望 的是将样本空气输出管状框架构件21b的至少一些样本空气输出内部端口 47沿空气输出 管状框架构件21b的长度定位成处于空气输入内部端口 47沿着空气输入管状框架构件21a 长度的位置中间的位置处，以便在货物26上建立起更均勻的输入空气流，用于更有效地查 询集装箱10的内部66。任何合适的输入气泵49均可向空气输入管状框架构件21a的空气输入外部端口 28提供正压的输入空气。输入气泵49可包括可将输入气泵49的输出端连接到空气输入外 部端口 28的任何合适的空气输入导管50。输入空气将通过空气输入管状框架构件21a的 空气输入内部端口 47从空气输入管状框架构件21a传输到货运集装箱的内部66。样本空气通过样本空气输出管状框架构件21b的样本空气输出内部端口 47从集 装箱10的内部66接收。样本空气从样本空气输出管状框架构件21b的样本空气输出外部 端口 28接收在集装箱10的外部上。任何合适的输出气泵51均可连接到样本空气输出管状框架构件21b的样本空气 输出外部端口 28。输出气泵51可包括可将气泵51的输入段端连接到样本空气输出管状框 架构件21b的样本空气输出外部端口 28的任何合适的样本空气输出导管50。来自输出气泵51的样本空气可通过任何合适的检测装置空气导管54传送到任何 合适的检测装置53。样本空气在集装箱10内的空气流由气流图案57示出。检测装置53可包括输出气泵51、样本空气输出导管52、检测装置导管54以及样 本空气循环导管55中的一个或多个。如果希望使来自检测装置53的样本空气循环回到集装箱10中，那么可以设置从 检测装置53的输出端到输入气泵49的输入端的任何合适的样本空气循环导管55。如果样 本空气中存在来自货物26的任何危险的物质，那么使样本空气循环回到集装箱10中可能 是有利的。另一方面，如果不希望使样本空气循环回到集装箱10中，那么可以除去样本空 气循环导管55，并且可将输入气泵49附近的新鲜环境空气泵送到空气输入管状框架构件 21a 中。
如果样本空气不循环，那么检测装置53或输出气泵51的样本空气输出可以排回 到大气中，优选地通过一个或多个过滤器，该过滤器去除可能存在于样本空气中的任何危 险气体、蒸汽或微粒。作为替代形式，可以除去输入气泵49和空气输入导管50，在这种情况下，可以仅 仅通过输出气泵51来提供穿过集装箱10的样本空气流。在这种情况下，如果希望样本空 气循环，那么可将样本空气循环导管55直接连接到空气输入管状框架构件21a的空气输入 外部端口 28。作为另一种替代形式，可以除去输出气泵51及其样本空气输出导管52，在这种情 况下，可以仅仅通过输入气泵49来提供穿过集装箱10的样本空气流，并且可以将用于检测 装置53的检测装置导管54直接连接于样本空气输出管状框架构件21b的样本空气输出外 部端口 28。作为另一种替代形式，图6和图7的输出气泵51和检测装置53的位置可以互换， 使得检测装置53通过导管52连接于样本空气输出外部端口 28，并且输出气泵51连接于 导管54、55。这种互换在例如下面的情况下可能是期望的，其中在样本空气中可能存在不 许可物质的空载微粒，并且输出气泵51的构造使得空载微粒可能会撞击并附着于输出气 泵51的旋转部分，从而不期望地将空载微粒从样本空气中除去。这种互换在例如下面的情 况下也可能是期望的，其中被带起在样本空气中的不许可物质的任何空载微粒是微小的 (例如当空载微粒是被带起的微生物时)，并且输出气泵51的构造使得微小的空载微粒在 它们被输出气泵51的旋转部分冲撞时会被破坏。因此，当检测装置53从样本空气输出外部端口 28接收样本空气时，检测装置可直 接从样本空气输出外部端口 28接收样本空气，或者间接地从样本空气输出外部端口 28接 收样本空气(例如，可以从其输入端连接于样本空气输出外部端口 28的气泵51的输出端 接收样本空气)。类似地，当输出气泵51从样本空气输出外部端口 28接收样本空气时，输出气泵51 可直接从样本空气输出外部端口 28接收样本空气，或者间接地从样本空气输出外部端口 28接收样本空气(例如，可以从其输入端连接于样本空气输出外部端口 28的检测装置53 的输出端接收样本空气)。利用一个管状框架构件2la、2Ib进行查询现在参照图7，将描述利用一个管状框架构件21a、21b进行集装箱10的查询。任 一个管状框架构件21a、21b自身可用来对集装箱10进行查询。示例而言，假定将仅使用管状框架构件21b来对集装箱10进行查询。可以看到， 任何合适的分隔器56可以任何适当的方式安装在管状框架构件21b的空气腔41中任何合 适的位置，以将管状框架构件21b分隔成空气输入管状框架构件60和样本空气输出管状框 架构件61。分隔器56可以具有任何合适的尺寸、形状和物理构造，并且可以与管状框架构 件21b的内表面形成气密密封。仅仅利用管状框架构件21a、21b中的一个进行集装箱10的查询的好处在于，由于 与使用两个全长的管状框架构件21a、21b进行集装箱10的查询相比，减小了其管状框架构 件60、61的轴向流动长度，因此沿着所使用的管状框架构件21a、21b的长度的总的轴向压 降可以最小化。
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此外，与使用两个全长的管状框架构件21a、21b进行集装箱10的查询时相比，对 于任何给定的输入或输出气压，由于较短的管状框架构件60、61提供的流动阻力较低，所 以穿过管状框架构件60、61的输入空气或样本空气的流动速度可能期望地增加，从而如期 望地缩短了完全查询集装箱10的内部66所需的时间。尽管分隔器56示出为将管状框架构件21b分成等长的管状框架构件60、61，但是 分隔器在管状框架构件21b中可以设置在使得管状框架构件60、61不等长的位置处。如图7所示，空气输入管状框架构件61具有一个居中设置的空气输入外部端口 28 和四个空气输入内部端口 47。样本空气输出管状框架构件61具有四个样本空气输出内部 端口 47和一个居中设置的样本空气输出外部端口 28。作为替代形式，每个外部端口 28可以不是居中设置在其相应的管状框架构件60、 61中，并且对于管状框架构件60、61中的一个或两个可以具有多于一个的外部端口 28。作 为另一种替代形式，管状框架构件60、61中的一个或两个可以具有更少的或更多的内部端 口 47，所述内部端口 47可以沿着它们的相应管状框架构件60、61的长度彼此等距或不等距 地间隔开。尽管在图7中仅仅示出了一种形式的外部端口 28和内部端口 47，但是外部端口 28和内部端口 47可以包括这里描述的外部端口 28和内部端口 47的任何实施方式。任何合适的输入气泵49均可通过任何合适的输入导管50连接到输入管状框架构 件60的输入外部端口 28，以在其输入外部端口 28处提供正的输入气压。任何合适的输出 气泵51均可通过任何合适的输出导管52连接到输出管状框架构件61的输出外部端口 28， 以在其样本空气输出外部端口 28处提供负的输出气压。用于来自集装箱10的样本空气的 任何合适的检测装置53均可通过任何合适的取样导管54连接于输出气泵51的输出端。集 装箱10内的气流由气流图案58表示。如果希望使来自检测装置53的样本空气循环回到集装箱10中，那么可以设置从 检测装置53的输出端到输入气泵49的输入端的任何合适的循环导管55。如果样本空气中 存在来自货物26的任何危险的物质，那么使样本空气循环回到集装箱中可能是有利的。另 一方面，如果不希望使样本空气循环回到集装箱10中，那么可以除去循环导管55，并且可 将输入气泵49附近的新鲜环境空气泵送到输入管状框架构件61中。如果样本空气不循环，那么检测装置53或输出气泵51可将样本空气排回到大气 中，优选通过一个或多个过滤器，所述过滤器去除可能存在于样本空气中的任何危险气体、 蒸汽或微粒。作为替代形式，可以除去输入气泵49和输入导管50，在这种情况下，可以仅仅通 过输出气泵51来提供穿过集装箱10的样本空气流。在这种情况下，如果希望样本空气循 环，那么可将循环导管55直接连接到输入管状框架构件60的输入外部端口 28。作为另一种替代形式，可以除去输出气泵51及其输出导管52，在这种情况下，可 以仅仅通过输入气泵49来提供穿过集装箱10的样本空气流，并且可以将用于检测装置53 的取样导管54直接连接于输出管状框架构件61的外部端口 28。空气输入内部端口 47和空气输入喷嘴48的排放开口 68的形状现在将论述没有喷嘴48的空气输入内部端口 47中的排放开口 68的形状以及空 气输入喷嘴48中的排放开口 68的形状。示例性地，将在下面对没有喷嘴48的空气输入内 部端口 47中的排放开口 68的形状进行讨论，应当理解，相同的论述可以等同地适用于空气输入喷嘴48中的排放开口 68的形状。空气输入内部端口 47的排放开口 68可以具有任何合适的尺寸和形状。例如，已 经发现可能期望的是将输入空气射流从排放开口 68传输到集装箱10的内部66中，使得输 入空气射流行进到内部66中尽可能最长的距离。这可能是期望的，因为这可以使充分地查 询任何给定集装箱10的内部66可能所需的空气输入内部端口 47的数量最小化。此外，这 还可以增加内部66内可被任何给定的空气输入内部端口 47所传输的输入空气射流充分搅 动的面积，从而更好地查询集装箱10。通常，对来自集装箱10的内部66的样本空气进行查询的质量和速度将作为输入 空气射流覆盖内部66的彻底程度的函数而增加；其中当输入空气射流覆盖内部66的彻底 程度增大时，查询的质量和速度增加。这是因为，如果输入空气射流不彻底地覆盖内部66 的任何部分，那么来自内部66的样本空气可从集装箱10中的所有不许可物质中拾取任何 气体或任何空载微粒的可能性将降低，反之亦然。此外，对来自内部66的样本空气进行查询的质量和速度将作为输入空气射流在 内部66内搅动空气的彻底程度的函数而增加。这种搅动可能是有利的，因为该搅动使得输 入空气射流能够与集装箱13暴露的内表面以及货物26暴露的外表面相互作用，并且使得 输入空气射流能够从它们上移开并带起至少一些可能存在于它们上的任何不许可物质微 粒。因此，查询的质量和速度可随着输入空气射流在内部66内搅动空气的彻底程度增大而 增加，反之亦然。可能认为从具有圆形排放开口 68的空气输入内部端口 47传输的湍流形式的输入 空气射流在这方面将是最佳的。然而，已经发现在大部分情况下，与由圆形排放开口 68传 输的湍流形式的输入空气射流相比，由矩形排放开口 69输送的湍流形式的输入空气射流 将能够行进到集装箱10的内部66中更多，并且更充分地搅动内部66内的空气。这是因为，如所公知的，来自圆形排放开口 68的圆形横截面下沉(submerged)湍 流空气射流的中线速度Vca可近似地由下面的等式来给定
权利要求
一种货运集装箱查询装置，其中所述查询装置包括货运集装箱，并且所述货运集装箱包括内部；以及空气输送管状框架构件，其中所述空气输送管状框架构件能够操作以接收输入空气并将所述输入空气传输到所述货运集装箱的内部，或者能够操作以从所述货运集装箱的所述内部接收样本空气。
2.如权利要求1所述的查询装置，其中所述货运集装箱管状框架构件包括空气输入管 状框架构件，并且其中所述空气输入管状框架构件包括能够操作以接收所述输入空气的空 气输入外部端口，并且所述空气输入管状框架构件还包括空气输入内部端口，所述空气输 入内部端口能够操作以将来自所述空气输入管状框架构件的所述输入空气传输到所述货 运集装箱的所述内部。
3.如权利要求2所述的查询装置，其中所述查询装置还包括空气输入泵，所述空气输 入泵能够操作以将输入空气传输到所述空气输入管状框架构件。
4.如权利要求2所述的查询装置，其中所述货运集装箱还包括货运集装箱顶壁，其中 所述空气输入内部端口包括具有顶部和高度的排放开口，并且其中所述排放开口的所述顶 部位于所述货运集装箱的所述内部内与所述货运集装箱的顶壁相距不大于所述排放开口 的所述高度的大约10倍的竖直距离处。
5.如权利要求2所述的查询装置，其中所述空气输入内部端口包括具有宽度和高度 的排放开口，其中所述排放开口包括至少大体为矩形的形状，并且所述形状具有至少为约 3 1的宽高比。
6.如权利要求2所述的查询装置，其中所述空气输入内部端口包括喷嘴，所述喷嘴能 够操作以在所述集装箱的所述内部内按照预定流动方向、预定流动方式以及预定湍流流动 特性中的至少一个对输送到所述集装箱的所述内部的所述输入空气的至少一部分进行引导。
7.如权利要求2所述的查询装置，其中所述货运集装箱还包括货运集装箱顶壁，其中 所述空气输入内部端口包括喷嘴，其中所述喷嘴包括具有顶部和高度的排放开口，并且其 中所述排放开口的所述顶部位于所述货运集装箱的所述内部内与所述货运集装箱顶壁相 距不大于所述排放开口的所述高度的大约10倍的竖直距离处。
8.如权利要求2所述的查询装置，其中所述空气输入内部端口包括喷嘴，其中所述喷 嘴包括具有宽度和高度的排放开口，其中所述排放开口包括至少大体为矩形的形状，并且 其中所述形状具有至少为约31的宽高比。
9.如权利要求1所述的查询装置，其中所述货运集装箱管状框架构件包括样本空气输 出管状框架构件，其中所述空气输送管状框架构件包括能够操作以从所述货运集装箱的所 述内部接收样本空气的样本空气输出内部端口，并且其中所述样本空气输出管状框架构件 还包括能够操作以从所述样本空气输出管状框架构件接收所述样本空气的样本空气输出 外部端口。
10.如权利要求9所述的查询装置，其中所述查询装置还包括能够操作以从所述样本 空气输出外部端口接收样本空气的样本空气输出泵。
11.如权利要求9所述的查询装置，其中所述查询装置包括能够操作以从所述样本空 气输出外部端口接收样本空气的检测装置。
12.如权利要求1所述的查询装置，其中所述货运集装箱包括第一和第二所述货运集 装箱管状框架构件，其中所述第一货运集装箱管状框架构件包括空气输入管状框架构件， 其中所述空气输入管状框架构件包括能够操作以接收所述输入空气的空气输入外部端口， 其中所述空气输入管状框架构件还包括能够操作以将所述输入空气从所述空气输入管状 框架构件传输到所述货运集装箱的所述内部的空气输入内部端口，其中所述第二货运集装 箱管状框架构件包括样本空气输出管状框架构件，其中所述样本空气输出管状框架构件包 括能够操作以从所述货运集装箱的所述内部接收样本空气的样本空气输出内部端口，并且 其中所述样本空气输出管状框架构件还包括能够操作以从所述样本空气输出管状框架构 件接收所述样本空气的样本空气输出外部端口。
13.如权利要求12所述的查询装置，其中所述货运集装箱还包括两个壁，并且其中所 述第一和第二所述货运集装箱管状框架构件都包括所述两个壁中共同的一个的一部分。
14.如权利要求12所述的查询装置，其中所述货运集装箱还包括两个壁，并且其中所 述第一和第二管状框架构件每个均包括所述两个壁中不同的一个的一部分。
15.如权利要求12所述的查询装置，其中所述查询装置还包括样本空气循环导管，所 述样本空气循环导管能够操作以将所述样本空气从所述样本空气输出管状框架构件传送 到所述空气输入管状框架构件。
16.如权利要求1所述的查询装置，其中所述空气输送管状框架构件包括空气腔和空 气输送外部端口，其中所述货运集装箱还包括侧壁，其中所述侧壁包括波纹材料，所述波纹 材料包括重复的波纹外部和波纹内部的阵列，其中相邻的一对所述波纹外部和所述波浪内 部通过相应的波纹侧部结合，其中所述空气输送外部端口位于相邻的一对所述波纹外部之 间并且包括与所述空气输送管状框架构件的所述空气腔流体连通的外部空气室。
17.如权利要求1所述的查询装置，其中所述空气输送管状框架构件包括空气腔和输 送外部端口，其中所述货运集装箱还包括侧壁，其中所述侧壁包括波纹材料，所述波纹材料 包括重复的波纹外部和波纹内部的阵列，其中相邻的一对所述波纹外部和所述波纹内部通 过相应的波纹侧部结合，其中所述空气输送外部端口位于相邻的一对所述波纹外部之间并 且包括与所述空气输送管状框架构件的所述空气腔流体连通的管状元件。
18.如权利要求1所述的查询装置，其中所述集装箱还包括顶壁和一对侧壁，其中所 述顶壁具有位于所述一对侧壁的中间处的纵向中线，并且其中所述查询装置还包括振动装 置，所述振动装置能够操作以对所述顶壁关于所述纵向中线施加周期性侧向摇动。
19.如权利要求18所述的查询装置，其中所述侧向摇动用来在与所述纵向中线至少大 体成大约直角的方向上激发出所述集装箱的所述顶壁的偶次谐波。
20.如权利要求1所述的查询装置，其中所述集装箱包括壁，并且其中所述查询装置还 包括在所述壁中的空气输送端口，所述空气输送端口能够操作以接收所述输入空气并将所 述输入空气传输到所述货运集装箱的所述内部，或者能够操作以从所述货运集装箱的所述 内部接收所述样本空气。
21.—种查询货运集装箱的方法，其中所述货运集装箱包括内部以及空气输送管状框 架构件，并且其中所述方法包括下面的步骤利用所述空气输送管状框架构件用于将输入 空气传输到所述货运集装箱的所述内部以及从所述货运集装箱的所述内部接收样本空气 中的至少一个。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述空气输送管状框架构件包括空气输入管状框 架构件，并且其中所述方法还包括下面的步骤利用所述空气输入管状框架构件来将所述 输入空气传输到所述货运集装箱的所述内部。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述空气输送管状框架构件包括样本空气输出管 状框架构件，并且其中所述方法还包括下面的步骤利用所述样本空气输出管状框架构件 从所述货运集装箱的所述内部接收所述样本空气。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述货运集装箱包括第一和第二所述空气输送管 状框架构件，其中所述第一所述空气输送管状框架构件包括空气输入管状框架构件，其中 所述第二所述空气输送管状框架构件包括样本空气输出管状框架构件，并且其中所述方法 还包括下面的步骤利用所述空气输入管状框架构件将所述输入空气传输到所述货运集装 箱的所述内部的步骤、以及利用所述样本空气输出管状框架构件从所述货运集装箱的所述 内部接收所述样本空气。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述方法还包括下面的步骤利用检测装置从所 述样本空气输出管状框架构件接收所述样本空气并检测所述样本空气中的不许可物质。
26.如权利要求24所述的方法，其中所述方法还包括将所述样本空气从所述样本空气 输出管状框架构件传送到所述空气输入管状框架构件的步骤。
27.如权利要求21所述的方法，其中所述方法还包括下面的步骤在所述货运集装箱 内按照预定流动方向、预定流动方式以及预定湍流流动特性中的至少一个将所述输入空气 的至少一部分传输到所述货运集装箱的所述内部。
28.如权利要求21所述的方法，其中所述集装箱还包括顶壁和一对侧壁，其中所述顶 壁具有位于所述一对侧壁的中间处的纵向中线，并且其中所述方法还包括对所述顶壁关于 所述纵向中线施加周期性侧向摇动的步骤。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述方法还包括在与所述纵向中线至少大体成大 约直角的方向上激发出所述集装箱的所述顶壁的偶次谐波的步骤。
30.一种货运集装箱查询装置，其中所述查询装置包括货运集装箱，并且其中所述货运 集装箱包括内部、空气输入外部端口、样本空气输出外部端口、检测装置以及气泵；其中所述空气输入外部端口能够操作以接收输入空气并将所述输入空气传输到所述 货运集装箱的所述内部，其中所述空气输入外部端口具有排放开口，其中所述排放开口具 有顶部、宽度以及高度，其中所述排放开口的所述顶部位于所述货运集装箱的所述内部内 与所述货运集装箱顶壁相距不大于所述排放开口的所述高度的大约10倍的竖直距离处；其中所述样本空气输出外部端口能够操作以从所述货运集装箱的所述内部接收样本 空气，其中检测装置能够操作以从所述样本空气输出外部端口接收样本空气并检测所述样 本空气中的不许可物质；并且其中所述气泵能够操作以迫使所述输入空气进入所述空气输入外部端口，迫使所述样 本空气离开所述样本空气输出外部端口，并且迫使所述样本空气穿过所述检测装置。
31.如权利要求30所述的查询装置，其中所述集装箱还包括壁，并且其中所述查询装 置还包括空气输送管状框架构件，所述空气输送管状框架构件能够操作以接收所述输入空 气并将所述输入空气传输到所述货运集装箱的所述内部，或者能够操作以从所述货运集装 箱的所述内部接收所述样本空气。4
32.如权利要求30所述的查询装置，其中所述货运集装箱还包括两个壁，并且其中所 述空气输入外部端口和所述样本空气输出外部端口都包括所述两个壁中共同的一个的一 部分。
33.如权利要求30所述的查询装置，其中所述货运集装箱还包括两个壁，并且其中所 述空气输入外部端口和所述样本空气输出外部端口每个均包括所述两个壁中不同的一个 的一部分。
34.如权利要求30所述的查询装置，其中所述查询装置还包括喷嘴，并且其中所述喷 嘴包括所述排放开口。
35.如权利要求30所述的查询装置，其中所述排放开口能够操作以在所述货运集装箱 内按照预定流动方向、预定流动方式以及预定湍流流动特性中的至少一个对输送到所述集 装箱的所述内部的所述输入空气的至少一部分进行引导。
36.如权利要求30所述的查询装置，其中所述空气输入外部端口包括喷嘴，其中所述 喷嘴包括所述排放开口，并且其中所述喷嘴能够操作以在所述货运集装箱内按照预定流动 方向、预定流动方式以及预定湍流流动特性中的至少一个对输送到所述集装箱的所述内部 的所述输入空气的至少一部分进行引导。
37.如权利要求30所述的查询装置，其中所述货运集装箱还包括货运集装箱顶壁，其 中所述排放开口包括至少大体为矩形的形状，并且其中所述形状具有至少为约3 1的宽t匕。
38.如权利要求37所述的查询装置，其中所述查询装置还包括喷嘴，并且其中所述喷 嘴包括所述排放开口。
39.如权利要求30所述的查询装置，其中所述集装箱还包括顶壁和一对侧壁，其中所 述顶壁具有位于所述一对侧壁的中间处的纵向中线，并且其中所述查询装置还包括能够操 作以对所述顶壁关于所述纵向中线施加周期性侧向摇动的振动装置。
40.如权利要求39所述的查询装置，其中所述侧向摇动用来在与所述纵向中线至少大 体成大约直角的方向上激发出所述集装箱的所述顶壁的偶次谐波。
41.一种用于查询货运集装箱的方法，其中所述货运集装箱包括内部、空气输入外部端 口以及样本空气输出外部端口，并且其中所述方法包括以下步骤(a)利用所述空气输入外部端口将输入空气传输到所述货运集装箱的所述内部；(b)利用所述样本空气输出外部端口从所述货运集装箱的所述内部接收样本空气；以及(c)利用检测装置从所述样本空气输出外部端口接收所述样本空气并检测所述样本空 气中的不许可物质。
42.如权利要求41所述的方法，其中所述方法的步骤(a)还包括下面的步骤在所述 集装箱内按预定流动方向、预定流动方式以及预定湍流流动特性中的至少一个将所述输入 空气的至少一部分传输到所述货运集装箱的所述内部。
43.如权利要求41所述的方法，其中所述集装箱还包括顶壁和一对侧壁，其中所述顶 壁具有位于所述一对侧壁的中间处的纵向中线，并且其中所述方法还包括对所述顶壁关于 所述纵向中线施加周期性侧向摇动的步骤。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述方法还包括在与所述纵向中线至少大体成大 约直角的方向上激发出所述集装箱的所述顶壁的偶数次谐波的步骤。
全文摘要
一种货运集装箱查询装置和方法，其使用集装箱的管状框架构件将输入空气输送到集装箱的内部，并从集装箱的内部接收样本空气。可使用检测装置来检测从集装箱的内部接收的样本空气中的不许可物质。来自检测装置的样本空气可以利用集装箱的管状框架构件循环回到集装箱中。输入空气可以任何期望的方向或方式通过湍流输送到集装箱的内部，用于更好地对集装箱的内部进行查询。
文档编号G01N1/14GK101963551SQ20101015404
公开日2011年2月2日 申请日期2010年4月20日 优先权日2009年7月24日
发明者埃尔里克·W·塞斯基 申请人:国际研究有限公司