JPH0751214B2 - Opposed plate thermophoretic dust collector for collecting airborne particles and method for collecting airborne particles using the same - Google Patents

Opposed plate thermophoretic dust collector for collecting airborne particles and method for collecting airborne particles using the same

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JPH0751214B2
JPH0751214B2 JP4267129A JP26712992A JPH0751214B2 JP H0751214 B2 JPH0751214 B2 JP H0751214B2 JP 4267129 A JP4267129 A JP 4267129A JP 26712992 A JP26712992 A JP 26712992A JP H0751214 B2 JPH0751214 B2 JP H0751214B2
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plates
temperature
thermophoretic
airborne particles
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、対向板熱泳動集塵器及
びそれを用いた空中浮遊粒子の捕集方法に関し、更に詳
しくは、2枚の離れたプレートの安定かつ一定した大き
な温度勾配を維持することによって、空気が2枚のプレ
ートの間のギャップを通過するときに、粒子が効果的か
つ効率的に低温側のプレート上に集積するようにした、
対向板熱泳動集塵器及びそれを用いた空中浮遊粒子の捕
集方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a facing plate thermophoretic dust collector and a method for collecting airborne particles using the dust collector, and more particularly to a stable and constant large temperature gradient between two separated plates. To keep the particles effectively and efficiently accumulating on the cold side plate as the air passes through the gap between the two plates,
The present invention relates to a facing plate thermophoretic dust collector and a method of collecting airborne particles using the dust collector.

【0002】[0002]

【従来の技術】環境汚染、とりわけ公衆に深刻な健康上
の障害をもたらす大気汚染は、現在、世界的に深刻な問
題になっている。汚染源を突き止め、対応する解決策を
定めるには、それに先立って、空中に浮遊する汚染物質
粒子を抽出・収集しなければならない。更に、特定産業
の労働環境においては多量の粒子が産出されるが、これ
らの空中浮遊粒子は、そこで働く労働者に、深刻な健康
障害をもたらしたり、換気が不十分な米の製粉工場にお
いて空中浮遊粉塵によって起こる爆発のように安全を害
することさえある。したがって、粉塵の管理あるいは除
去のための装置の他、効果的かつ効率的な空中浮遊粒子
の補集装置が切望されている。
2. Description of the Related Art Environmental pollution, particularly air pollution causing serious health problems to the public, is now a serious problem worldwide. Prior to identifying the source of pollution and establishing a corresponding solution, airborne pollutant particles must be extracted and collected. In addition, a large amount of particles are produced in the working environment of a specific industry, but these airborne particles pose a serious health hazard to workers who work there, and they are aerial in air mills in poorly ventilated rice mills. It can even jeopardize safety like an explosion caused by airborne dust. Therefore, in addition to a device for controlling or removing dust, an effective and efficient trapping device for airborne particles is desired.

【0003】通常、空中浮遊粒子の補集に用いられる方
法には、慣性を利用した方法(慣性集塵)や、ろ過によ
る方法(ろ過集塵)がある。その他、あまり一般的では
ないが電気集塵や、熱泳動集塵も用いられる。空中浮遊
粒子を観察や分析を目的として集める場合には、ろ過に
よる方法は適当ではなく、一般に、このような目的に
は、慣性衝突集塵器が用いられる。慣性衝突集塵器で
は、空気が小さなノズルを通じて加速され、十分な慣性
を持った空中浮遊粒子が、コレクタープレート上に集積
する。この慣性を利用した方法の欠点は、空気流が高速
なため集塵効率が低いことである。すなわち、高速の空
気流は、補集された粒子をコレクタープレートから容易
に跳ね落とし、粒子の捕集状態にムラが生じる原因とな
る。
Generally, methods used for collecting airborne particles include a method utilizing inertia (inertial dust collection) and a method by filtration (filter dust collection). In addition, although not very common, electric dust collection and thermophoretic dust collection are also used. When collecting airborne particles for the purpose of observation or analysis, the method by filtration is not appropriate, and generally, an inertial collision dust collector is used for such purpose. In an inertial impingement dust collector, air is accelerated through a small nozzle, and airborne particles with sufficient inertia accumulate on a collector plate. The disadvantage of this inertial method is the low dust collection efficiency due to the high velocity of the air flow. That is, the high-speed air flow easily causes the collected particles to drop off from the collector plate, which causes unevenness in the collection state of the particles.

【0004】図1は従来の発熱線対向板熱泳動集塵器の
構造(図1及びGreen, H.L., and Watson, H.H., Medic
al Research Council, Special Report No.199, His Ma
jesty's Stationary Office, London, 1935 参照)を示
している。図は、元々は顕微鏡のカバーガラスである2
枚のプレート10及び11の間に位置する細長い金属線
9を示しており、この金属線9は室温から後に120℃
まで加熱される。通過する空気流によってもたらされる
粒子は、上記プレート上に集積することになる。プレー
ト間のギャップ8は0.5mmで、金属線9は直径0.2
54mmである。粉塵を含んだ空気は入口aから入り、ウ
ォーターアスピレーター(図示せず)に結合された出口
bを通じて排出される。空中浮遊粒子はコレクタープレ
ート上に徐々に集積されていく。
FIG. 1 shows the structure of a conventional heat-flow line facing plate thermophoretic dust collector (FIG. 1 and Green, HL, and Watson, HH, Medic).
al Research Council, Special Report No.199, His Ma
jesty's Stationary Office, London, 1935). The figure is originally a microscope cover glass. 2
Shown is an elongated metal wire 9 located between the plates 10 and 11, this metal wire 9 coming from room temperature to 120 ° C later.
Is heated up. The particles brought by the passing air flow will accumulate on the plate. The gap 8 between the plates is 0.5 mm, and the metal wire 9 has a diameter of 0.2.
It is 54 mm. The air containing dust enters through an inlet a and is discharged through an outlet b connected to a water aspirator (not shown). Airborne particles gradually accumulate on the collector plate.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の発熱線対向板熱泳動集塵器は、集塵効率が低く、集
塵容量が小さい。また、粒子の捕集状態にムラができ
(縞c状に)、空気流量も7cc/minと小さい。本発明
の主目的は、熱泳動効果を利用して、空中浮遊粒子や粉
塵の管理、除去並びに捕集を、高効率かつ効果的に行え
る方法及び装置を提供することにある。
However, the above-mentioned conventional heating wire facing plate thermophoretic dust collector has a low dust collecting efficiency and a small dust collecting capacity. Further, the state of collecting particles is uneven (in the form of stripes c), and the air flow rate is as small as 7 cc / min. A main object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of controlling, removing and collecting airborne particles and dust with high efficiency and effectively by utilizing thermophoresis effect.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】 本発明によれば、第
度に設定される第一プレートを設ける第一工程、第
二温度に設定され、整合する第二プレートを設ける第二
工程、上記二枚のプレートの間の熱移動を防止する
め、かつ、これらのプレートの間に空気流の通路を形成
するため、上記二枚のプレートの間に熱絶縁要素を配置
する第三工程粒子を含有する空気の流れが上記空気
流の通路を通り、上記第一プレート及び上記第二プレー
トのいずれか温度が低い方でその粒子の熱泳動捕集を行
う第四工程とを有することを特徴とする対向板熱泳動集
塵器を用いた空中浮遊粒子捕集方法が提供される。
According to the present invention According to an aspect of the first
A first step of providing a first plate set in the temperature, is set to a second temperature, and to prevent a second step of forming a second plate of matching, the heat transfer between the two plates
And form an airflow passage between these plates
Place a thermal isolation element between the two plates to
A third step, the flow of air containing particles the air
Through the flow passage, the first plate and the second play
Whichever has the lower temperature, the particles are subjected to thermophoretic collection.
Counter plate thermophoresis collection characterized by having a fourth step
A method for collecting airborne particles using a duster is provided.

【0007】 また、本発明によれば、第一温度に設定
される第一プレート上記一温と異なる第二温
に設定される第二プレート、上記二枚のプレートの間
の熱移動を防止するため、かつ、これらのプレートの間
に空気流が通過する通路を形成するため、上記二枚のプ
レートの間に配置された少なくとも一つの熱絶縁要素
を有していて、空中浮遊粒子が上記第一プレート及び上
記第二プレートのいずれか温度が低い方に沈殿すること
を特徴とする空中浮遊粒子捕集用の対向板熱泳動集塵器
が提供される。
Further, according to the present invention, a first plate which is set to the first temperature, a second plate which is set to a second temperature above Naru first temperature and different, the two plates In order to prevent heat transfer between the two plates and to form a passage for air flow between these plates , the two plates
At least one heat insulating element and disposed between the rate
And the airborne particles are above the first plate and above.
Precipitation on the lower temperature of the second plate
An opposing plate thermophoretic dust collector for collecting airborne particles is provided.

【0008】電気集塵器に比して、熱泳動集塵器は、比
較的効果が高く、かつ使用の簡単な装置である。熱泳動
集塵器の機構は、熱泳動の法則に基づくものである。粒
子は低温側においてよりも、高温側においての方がより
大きな運動量を持つので、温度勾配を伴う気体中に漂う
粒子は、温度が低下していく方向に移動する。これが熱
泳動として知られている現象である。この熱泳動効果
は、加熱された物体の周囲に無粒子層(particle-free
layer)が形成されることで証明される。
Compared with the electrostatic precipitator, the thermophoretic precipitator is a relatively effective device and is easy to use. The mechanism of the thermophoretic dust collector is based on the law of thermophoresis. Since the particles have higher momentum on the high temperature side than on the low temperature side, the particles drifting in the gas with a temperature gradient move in the direction of decreasing temperature. This is a phenomenon known as thermophoresis. This thermophoretic effect creates a particle-free layer around a heated object.
layer) is formed.

【0009】[0009]

【実施例】図2(a)及び図2(b)は、各々本発明の
好適な実施例の上部及び横断面を示している。図に示す
ように本発明を構成する主要な部品は、第一カバー1、
第一プレート2、熱絶縁要素3、第二プレート4、第二
カバー5及び複数個のO-リング6である。第一カバー
1と第一プレート2とは固着されて、その間に第一入口
hと第一出口iを有する第一通路が形成され、第一プレ
ート2上の第一予定温度を維持するために温水が強制的
に循環される。また、第二カバー5と第二プレート4と
は固着されて、その間に第二入口fと第二出口eを有す
る第二通路が形成され、第二プレート4上の第一温度と
は異なる第二温度を維持するために冷水が強制的に循環
される。更に、第一プレート2と第2プレート4の間
に、粉塵を含んだ空気流が通過するための第三通路が形
成される。図2(b)に示すように共にL形をした第三
入口gと第三出口dとは、第二プレートの両端部に形成
されて第三通路に通じており、そこを空気流が通過する
ようになっている。熱絶縁要素3は、2枚のプレートの
間に配設されて、2枚のプレートの間の熱を絶縁し、こ
れらのプレートの間の熱移動を防止する。
2 (a) and 2 (b) show the top and cross-sections of the preferred embodiment of the present invention, respectively. As shown in the figure, the main parts constituting the present invention are the first cover 1,
A first plate 2, a heat insulating element 3, a second plate 4, a second cover 5 and a plurality of O-rings 6. The first cover 1 and the first plate 2 are fixed to each other, and a first passage having a first inlet h and a first outlet i is formed therebetween to maintain a first predetermined temperature on the first plate 2. Warm water is forced to circulate. Further, the second cover 5 and the second plate 4 are fixed to each other, a second passage having a second inlet f and a second outlet e is formed between them, and a second temperature different from the first temperature on the second plate 4 is formed. Cold water is forced to circulate to maintain the two temperatures. Further, a third passage is formed between the first plate 2 and the second plate 4 for the air flow containing dust to pass through. As shown in FIG. 2B, the L-shaped third inlet g and the third outlet d are formed at both ends of the second plate and communicate with the third passage, through which the air flow passes. It is supposed to do. The thermal insulation element 3 is arranged between the two plates and insulates the heat between the two plates and prevents the heat transfer between these plates.

【0010】図3は、本発明の好適な実施例における主
要部品をそれぞれ分離して示した図である。この図によ
って、本発明の好適な実施例における符号1〜5の5つ
の主要部品が明瞭に理解できよう。
FIG. 3 is a view in which main parts in a preferred embodiment of the present invention are shown separately. From this figure, one can clearly see the five main parts 1-5 in the preferred embodiment of the invention.

【0011】図4は、本発明の好適な実施例において、
種々の温度勾配の下で実験して得られた集塵効率(%)
と粒子の直径(μm)との間の関係を説明しているグラ
フである。このグラフは、2枚のプレートの温度勾配が
大きくなるにつれて、熱泳動効果が大きくなり、低温側
プレートの集塵効率が高まることを明瞭に示している。
更にこのグラフは、温度勾配1093℃/cmで2枚のプ
レートの間の温度差が約44℃のときに、低温側プレー
トの直径0.3μm未満の空中浮遊粒子の集塵効率が9
5%にまで達することを示している。本実施例におい
て、空中浮遊粒子は普通の室内で捕集され、制御パラメ
ーターは以下の通りであった。 流量Q :0.5slpm プレート間のギャップ :0.4mm コレクタープレートの表面積 :20cm2 システム圧力損失 :6mmH2O
FIG. 4 illustrates a preferred embodiment of the present invention.
Dust collection efficiency (%) obtained by experiment under various temperature gradients
3 is a graph illustrating the relationship between the particle diameter and the diameter (μm) of the particle. This graph clearly shows that as the temperature gradient of the two plates increases, the thermophoretic effect increases and the dust collection efficiency of the low temperature side plate increases.
Further, this graph shows that when the temperature difference between the two plates is about 44 ° C. with a temperature gradient of 1093 ° C./cm, the collection efficiency of airborne particles with a diameter of less than 0.3 μm on the cold side plate is 9%.
It shows that it reaches up to 5%. In this example, airborne particles were collected in an ordinary room and the control parameters were as follows. Flow rate Q: 0.5slpm Gap between plates: 0.4mm Surface area of collector plate: 20cm 2 System pressure loss: 6mmH 2 O

【0012】2枚のプレートの温度勾配は、以下の因子
によって決定される。 (a)温度調節用の高温水と低温水との温度差。 (b)第一通路及び第二通路を通過する温度調節用の高
温水及び低温水の各々の流量。 (c)第三通路を通過する気体流量。 (d)2枚のプレートの間のギャップの幅、及び使用す
る熱絶縁要素の特性。
The temperature gradient of the two plates is determined by the following factors. (A) Temperature difference between high temperature water and low temperature water for temperature control. (B) Flow rates of high-temperature water and low-temperature water for temperature adjustment that pass through the first passage and the second passage. (C) Gas flow rate through the third passage. (D) The width of the gap between the two plates and the characteristics of the thermal insulation element used.

【0013】熱泳動効果は、2枚のプレートの温度勾配
が大きくなるにつれて、着実に大きくなり、この結果、
低温側(コレクター)プレート上の集塵効率が高まる。
上記好適な実施例において、2枚のプレートの間のギャ
ップは0.4mmに保たれ、熱絶縁要素は2枚のプレート
の間に配置される。熱絶縁要素は2枚のプレートの間の
熱移動を防止し、これによりこれらのプレートの大きな
温度勾配が維持される。
The thermophoresis effect steadily increases as the temperature gradient of the two plates increases, and as a result,
The dust collection efficiency on the low temperature side (collector) plate is increased.
In the preferred embodiment described above, the gap between the two plates is kept at 0.4 mm and the thermal isolation element is located between the two plates. The thermal isolation element prevents heat transfer between the two plates, thereby maintaining a large temperature gradient between these plates.

【0014】実際には、2枚のプレートの間のギャップ
は、下記数1に示すタルボットの理論に基づいた方程式
から必然的に算定される(図5参照)。
In practice, the gap between the two plates is inevitably calculated from the equation based on Talbot's theory shown in the following equation 1 (see FIG. 5).

【0015】[0015]

【数1】 [Equation 1]

【0016】ここで、Uthは熱泳動速度、μは気体速
度、Csは熱スリップ係数、Cmは運動量交換係数、Ct
は温度ジャンプ係数、ρは気体密度、Rは粒子半径、T
0は粒子付近の平均気体温度、(ΔT)Xは気体のX方向に
おける温度勾配、kgは気体の熱伝導率、kpは粒子の熱
伝導率、λ/Rはクヌーセン数、ηは対向板熱泳動集塵
器の集塵効率、Hはプレート間のギャップ幅、qnet
プレートへの真の熱流量、qoutはプレートから出る熱
流量、LはZ方向におけるプレートの長さ、を表すもの
とする。
Here, U th is a thermophoretic velocity, μ is a gas velocity, C s is a thermal slip coefficient, C m is a momentum exchange coefficient, and C t.
Is the temperature jump coefficient, ρ is the gas density, R is the particle radius, T
0 is the average gas temperature near the particles, (ΔT) X is the temperature gradient in the X direction of the gas, k g is the thermal conductivity of the gas, k p is the thermal conductivity of the particles, λ / R is the Knudsen number, and η is the opposite The dust collection efficiency of the plate thermophoretic dust collector, H is the gap width between the plates, q net is the true heat flow to the plates, q out is the heat flow out of the plates, and L is the length of the plate in the Z direction. Shall be represented.

【0017】2枚のプレートの間の温度差が一定に維持
されていれば、これらのプレート間に温度勾配が生じ、
これにより熱泳動効果及び低温側プレートの集塵効率
は、ギャップが狭くなるにつれて大きくなる。考慮すべ
きもう1つの重要事項は、ギャップが狭くなると、シス
テム圧力損失が大きくなることである。したがって、本
発明の設計及び操作にあたっては、適当なパラメーター
値を選択する必要がある。本発明では、捕集された空中
浮遊粒子が顕微鏡による観察及び分析に利用できるよう
に、顕微鏡のカバーガラス(図示せず)を第二プレート
上に置いて利用することができる。
If the temperature difference between the two plates is kept constant, a temperature gradient will develop between these plates,
As a result, the thermophoresis effect and the dust collection efficiency of the low temperature side plate increase as the gap becomes narrower. Another important consideration is that the narrower the gap, the higher the system pressure drop. Therefore, it is necessary to select appropriate parameter values when designing and operating the present invention. In the present invention, a cover glass (not shown) of the microscope can be placed on the second plate so that the collected airborne particles can be used for observation and analysis by the microscope.

【0018】粉塵の管理あるいは除去のため、集塵効率
及び集塵容量は、コレクタープレートの表面積、2枚の
プレートの温度勾配及び気体流量を大きくすることによ
って増大できる。気体流量は、本発明の装置を複数個並
行して配置することによって、大幅に増大させることが
できる。
For the control or removal of dust, the collection efficiency and collection capacity can be increased by increasing the surface area of the collector plate, the temperature gradient of the two plates and the gas flow rate. The gas flow rate can be greatly increased by arranging a plurality of the devices of the present invention in parallel.

【0019】以上、本発明を最も実用的かつ好適な実施
例によって説明したが、本発明はここに記載された実施
例に限定して理解されるべきではなく、むしろ特許請求
の範囲に表されている精神及び範囲に含まれる様々な変
形や類似の装置を包含するものであり、その範囲は、か
かる全ての変形や類似構造を含む最も広義の解釈と一致
すべきである。
Although the present invention has been described by way of the most practical and preferred embodiments, it should not be understood that the present invention is limited to the embodiments described herein, but rather represented by the claims. It is intended to cover various modifications and similar devices included in the spirit and scope of the present invention, and the scope should be consistent with the broadest interpretation including all such modifications and similar structures.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱泳動効果を利用して、空中浮遊粒子や粉塵の管理、除
去並びに捕集を、高効率かつ効果的に行える方法及び装
置が提供される。
As described above, according to the present invention,
(EN) Provided are a method and an apparatus capable of controlling, removing and collecting airborne particles and dust with high efficiency and effectively by utilizing a thermophoresis effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】発熱線対向板熱泳動集塵器の構造を示す図であ
る。
FIG. 1 is a view showing a structure of a heat generating line facing plate thermophoretic dust collector.

【図2】本発明の好適な実施例の平面図及び横断面図
(A−A断面図)である。
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view (AA sectional view) of a preferred embodiment of the present invention.

【図3】本発明の好適な実施例における主要部品をそれ
ぞれ分離して示した図である。
FIG. 3 is a view in which main parts in a preferred embodiment of the present invention are shown separately.

【図4】本発明の好適な実施例において、種々の温度勾
配の下での集塵効率(%)と粒子の直径(μm)との関
係を示すグラフである(流量Q=0.5slpm、プレート
間のギャップ=0.04cm)。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between dust collection efficiency (%) and particle diameter (μm) under various temperature gradients in a preferred embodiment of the present invention (flow rate Q = 0.5 slpm, Gap between plates = 0.04 cm).

【図5】数1に表した公式の一部に関する座標系を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a coordinate system related to a part of the formula shown in Expression 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第一カバー 2 第一プレート 3 熱絶縁要素 4 第二プレート 5 第二カバー 6 O-リング 8 ギャップ 9 金属線 10、11 プレート DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st cover 2 1st plate 3 Thermal insulation element 4 2nd plate 5 2nd cover 6 O-ring 8 Gap 9 Metal wire 10 and 11 plate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 以下の工程を有することを特徴とする
向板熱泳動集塵器を用いた空中浮遊粒子捕集方法。 (a)第一温度に設定される第一プレートを設ける。 (b)第二温度に設定され、整合する第二プレートを設
ける。 (c)上記二枚のプレートの間の熱移動を防止する
め、かつ、これらのプレートの間に空気流の通路を形成
するため、上記二枚のプレートの間に熱絶縁要素を配置
する。 (d)粒子を含有する空気の流れが上記空気流の通路を
通り、上記第一プレート及び上記第二プレートのいずれ
か温度が低い方でその粒子の熱泳動捕集を行う。
1. A method for collecting airborne particles using a facing plate thermophoretic dust collector , characterized by comprising the following steps. (A) Providing a first plate set to a first temperature . (B) Set a second plate which is set to the second temperature and matches
Kick (C) was to prevent heat transfer between the two plates
And form an airflow passage between these plates
Place a thermal isolation element between the two plates to
To do. (D) A flow of air containing particles passes through the passage of the air flow.
Street, either the first plate or the second plate
The particles are collected by thermophoresis at the lower temperature.
【請求項2】 上記二枚のプレートが互いに平行に位置
して、これらのプレートの間隔が0.4mmである請求
項1記載の空中浮遊粒子捕集方法。
2. The two plates are positioned parallel to each other.
And the spacing between these plates is 0.4 mm.
Item 2. A method for collecting airborne particles according to Item 1.
【請求項3】(a)第一温度に設定される第一プレート
と、 (b)上記第一温度と異なる第二温度に設定される第二
プレートと、 (c)上記二枚のプレートの間の熱移動を防止するた
め、かつ、これらのプレートの間に空気流が通過する通
路を形成するため、上記二枚のプレートの間に配置され
た少なくとも一つの熱絶縁要素とを有していて、空中浮
遊粒子が上記第一プレート及び上記第二プレートのいず
れか温度が低い方に沈殿することを特徴とする空中浮遊
粒子捕集用の対向板熱泳動集塵器。
3. (a) A first plate set to a first temperature
And (b) a second temperature set to a second temperature different from the above first temperature.
And (c) to prevent heat transfer between the two plates.
And the passage of airflow between these plates.
Placed between the two plates to form a passage
With at least one thermal isolation element
One of the first plate and the second plate is a play particle.
Floating in the air characterized by precipitation in a lower temperature
Opposed plate thermophoretic dust collector for collecting particles.
【請求項4】 上記二枚のプレートが互いに平行に位置
して、これらのプレートの間隔が0.4mmである請求
項3記載の対向板熱泳動集塵器。
4. The two plates are positioned parallel to each other.
And the spacing between these plates is 0.4 mm.
Item 3. The facing plate thermophoretic dust collector according to Item 3.
JP4267129A 1992-10-06 1992-10-06 Opposed plate thermophoretic dust collector for collecting airborne particles and method for collecting airborne particles using the same Expired - Lifetime JPH0751214B2 (en)

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