(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体流から微粒子を除去する装置であって、
気体がそれを通過して流れ得るセラミックモノリスフィルタ（３、６０）と、
該フィルタ近傍に配置されているが、該フィルタ（３、６０）から間隔をおいて配置されている、放電を引き起こす少なくとも１つの第１電極（１５、５２、５４、６６）と、
前記少なくとも１つの第１電極（１５、５２、５４、６６）と間隔をおいて配置される少なくとも１つの第２対向電極（１９、６５、６７）と、を備え、
前記少なくとも１つの第１電極及び少なくとも１つの第２対向電極は、１ｋＨｚ−２００ｋＨｚの範囲内の周波数で交流電圧を発生する交流電圧供給源（３１）に接続され、
第１の電極（１５、５２、５４、６６）により引き起こされる放電は、大気グロー放電であることを特徴とする装置。
【請求項２】
第１電極（１５、５２、５４、６６）は、フィルタ（３、６０）の上流に位置していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
対向電極又は各対向電極（１９、６５、６７）は、使用に際し、第１電極又は各第１電極（１５、５２、５４、６６）から下流にある位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
フィルタ（３、６０）は、気体流の方向に、１００ｍｍ以下の深さを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記フィルタ（３、６０）の深さは、気体流の方向に、１０ｍｍ−２５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
フィルタ（３、６０）は、気体流の方向にあるモノリス（３、６０）の深さを横切って延びる複数の管状セル（４２）を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記第１及び第２電極（１５）の少なくとも１つは、ポイント電極を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
電極（５２）の１つは、その表面の一部が放電位置を提供できる少なくとも１つの導電プレートを備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
電極（５４）の１つは、導電材料からなる穴をあけられているシート又は金網の形状をした網状電極を備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの第２対向電極（６５）は、フィルタ（３、６０）の表面に接着されているかまたは該表面上に付着されている導電材料の層を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
少なくとも１つの第２対向電極（６５）は、フィルタ（３、６０）の表面に接着されているかまたは該表面上に付着されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
第１電極又は各第１電極（１５、５２、５４、６６）は、複数の放電位置を備えていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
対向電極又は各対向電極（１９、６５、６７）は、複数の放電位置を備えていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
電圧供給源（３１）は、１８ｋＨｚ−３０ｋＨｚの周波数範囲で交流電圧を発生することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
電圧供給源（３１）は、２０ｋＨｚ−２５ｋＨｚの周波数範囲で交流電圧を発生することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
電圧供給源（３１）は、５ｋＶ−２５ｋＶの間の開回路出力電圧を提供することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
さらに、気体流れ用チューブスタック（５５）を含み、該スタックは、フィルタ（３、６０）の第１端部（１７）と軸方向に整列して配置されているが、該端部から間隔を置いてまた該端部の上流に配置されている複数の管状セルを備えていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
電極は、チューブスタック（５５）の一部に含浸されて接着又は付着されている導電材料の層形状をした表面電極を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
少なくとも１つの第１電極（１５、５２、５４、６６）は、インピーダンス要素（３４）により電気的に安定化されていることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
フィルタ本体（２）内に取り付けられ、該本体（２）には、ガスの入口及び出口用開口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
気体流から微粒子を除去する方法であって、
微粒子が気体流から分離され、フィルタ（３）に捕捉されるように、セラミックモノリスフィルタ（３）を通して気体流を移動させること、
フィルタ（３）の近傍に配置されているが、該フィルタ（３）から間隔をおいて配置されている少なくとも１つの第１電極（１５、５２、５４、６６）と該少なくとも１つの第１電極（１５、５２、５４、６６）から間隔をおいて配置されている少なくとも１つの第２対向電極（１９、６５、６７）との間に、１ｋＨｚ−２００ｋＨｚの範囲の周波数で交流電圧を加え、それにより、第１電極（１５、５２、５４、６６）から放電を発生させること、を含み
第１電極（１５、５２、５４、６６）により引き起こされる放電は、大気グロー放電であることを特徴とする方法。
【請求項２２】
フィルタ（３、６０）は、気体流の方向に、１００ｍｍ以下の深さを有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記フィルタ（３、６０）は、気体流の方向に、１０ｍｍ−２５ｍｍの範囲の深さを有することを特徴とする請求項２１または２２に記載の装置。
【請求項２４】
第１電極又は各第１電極（１５、５２、５４、６６）をフィルタ（３、６０）の上流に配置すること、及び
対向電極又は各対向電極（１９、６５、６７）を第１電極又は各第１電極（１５、５２、５４、６６）の下流にある位置に配置すること、
をさらに含むことを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
対向電極又は各対向電極（１９、６５、６７）をフィルタ（３、６０）の下流端部（１８）に電気的に接触して取り付けることを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
１８ｋＨｚ−３０ｋＨｚの範囲の周波数で交流電圧が供給されていることを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
２０ｋＨｚ−２５ｋＨｚの周波数範囲の交流電圧が供給されていることを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
電圧供給源は、５ｋＶ−２５ｋＶの間の開回路出力電圧が加えられることを特徴とする請求項２１乃至２７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、気体流から微粒子を除去するべく改良された装置及び方法に関する。該装置は、使用に際し自動選択的に再生（セルフ・クリーニング）するものである。
【０００２】
内燃機関及び静的炭化水素燃焼装置は、その排気システムを介して、一般的に微粒子と言われる炭素粒子を出す傾向にある。発生源における微粒子の排出を減少させることに向けてたゆまない努力が費やされている一方で、そのような装置の排気システムの微粒子フィルタ（トラップ）が、厳格な環境法や社会の期待にますます答えるためにきわめて重要になってきている。
【０００３】
再生される微粒子フィルタが周知である。いくつかのケースにおいて、該フィルタは、それらが装備されている装置からの定期的な取り外し、これに続く捕捉された微粒子の燃焼（酸化）及び装置への再装備を必要とする。微粒子フィルタは、この方法で、就業日の最後に取り外し、集められた微粒子を燃やすため夜中高温に加熱し、朝再装備することにより再生される。
【０００４】
取り外し、クリーニング及び再装備工程は、装置が数時間操業から外され、フィルタを取り外し、清浄化し、再装備する労力が必要とされ、フィルタが、概ね、その中の微粒子の蓄積レベルに関係なく定められたクリーニング工程を余儀なくされると言う不利な点を有する。さらに、フィルタが使用中にその微粒子の含有量を増すと、排気ガス流に対する抵抗が増し、その結果、規格以上の大きさのフィルタが必要とされることがある。
【０００５】
フィルタを再生するために道路上又は道路外の車両の運転を中止することは、特に望ましくないので、そのままでの再生は、明白な利点を提供する。
【０００６】
従来の選択は、各フィルタがそのままで再生されるために交互にバイパスされるような２つの平行するフィルタを設けることである。しかしながら、このシステムの場合、大きさと費用に著しい不利益がある。微粒子フィルタの大きさは、典型的には、連結されている無過給エンジンの行程容積と同じであり、連結されているターボチャージ付エンジンの行程容積の３倍を上限とする。
【０００７】
再生が使用中に起こることが明らかに望ましい。しかしながら、捕捉された微粒子の急速な酸化に対して、利用可能な十分な自由酸素がなければならず、該酸素は、微粒子の発生源での排気流内に含まれていることが好ましい。ディーゼルエンジンからの排気流内の自由酸素は、３％−２０％の範囲内で変動する。さらに、例えば、触媒又は燃料追加手段による前処理がなされない限りは、急速な酸化が行われるためには、微粒子は、少なくとも５５０℃の温度でなければならない。しかしながら、排気ガス温度のこのレベルは、エンジンの負荷−速度・マップの上方部分に対してのみ起こる。したがって、全てのエンジン作動状態に対し５５０℃以上に高くされるために、追加エネルギが、排気ガス流、フィルタ又は捕捉された微粒子中に注ぎ込まれなけれなならない。
【０００８】
微粒子フィルタを再生する従来の形状は、燃料バーナシステムを組み込んでいる。このことは、燃料供給で排気システムに導入される大量の熱に頼っている。したがって、少ない微粒子処理量が酸化され得る。しかしながら、付属バーナ、点火手段、空気ポンプ及び絶縁弁と連結される燃料バーナーシステムに関する信頼性が無く、そのようなシステムの費用は比較的高価である。さらに、最も従来的なシステムは、再生が始まる前に、捕捉されている微粒子の量を測定する方法を必要とする。このことは、困難であり、通常、作動の最適信頼性に関して非常に不正確である。また、そのようなシステムは、燃料消費に本来的に好ましからざる影響を及ぼす。
【０００９】
エンジンの絞り（throttling）の制御に頼っている他のシステムが、示唆されてきている。本質的に、そのようなシステムは、より高い排気温度に上げるべくエンジンを何倍かよりリッチな状態で動作させるために、断続的に使用される絞り装置を有している。そのようなシステムは、実際にはうるさく、また、車両駆動性能や燃料節減の両方に不利な影響を与えることが証明されている。
【００１０】
追加エネルギを与えるために電気抵抗ヒータを使用するシステムが、提案されている。しかしながら、従来の電気抵抗ヒータは、エンジンのバッテリ／発電機（alternator）・システムに受け入れることのできない高負荷をかけ得るほどの、著しいエネルギ入力を必要とする恐れがある。
【００１１】
必要とされる追加エネルギを与えるためのマイクロ波エネルギの使用が、いくつかのこれらの問題点を克服し得ることが示唆されている。しかしながら、そのようなシステムは、安全性と密接な関係を有する可能性があり、必ずしも安くない。
【００１２】
さらに、再生反応を維持すべく酸化の発熱性に依存した結果として、信頼性の問題が、多くの従来の再生型微粒子フィルタシステムに起こり得る。このことは、効率的な酸化を促進するためにフィルタに捕捉されている最適量の微粒子を有するという基本的な必要条件につながる。あまりに微粒子が多いと、酸化中に放出される熱がフィルタ構成要素又はモノリスの溶融を引き起こし、濾過のほとんど全損失を招く恐れがある。捕捉されている微粒子があまりに少ないと、酸化を維持する化学的エネルギが不十分であり、再生されないフィルタを残して処理が途絶えてしまうこともおこり得る。燃料バーナシステムは、酸化を維持するのに微粒子の化学的エネルギにほとんど依存せず、大量の熱エネルギを排気流の中に注ぎ込むことに依存する。しかしながら、これによって、潜在的により低い微粒子の処理量が酸化されることが可能になるが、バーナ、点火手段、空気ポンプ及び絶縁弁と連結される燃料バーナシステムの非信頼性については、既に概略説明されている。
【００１３】
これを避けることに向けられている公知の装置は、排気温度を上昇させるために、普通のレール噴射システムを介するパイロット噴射に加えて、酸化触媒と低温触媒及び再生が必要とされるときを検出するセンサーのようなエンジン制御方法と関連して、微粒子を燃焼させるのに必要とされる温度を下げるために制御された分量の燃料添加物を導入することにより動作する。したがって、このシステムは、潜在的に複雑で高価な装置の融合に頼っている。
【００１４】
微粒子フィルタが、フィルタを最小限の大きさに保ちながら濾過効率及び気体流れ効率を一定のレベル以上に維持するために、いかなる負荷状態でも使用中に自己再生するものであることが望ましいことが上記のことから理解される。また、フィルタが、微粒子の所定レベルが存在するときのみ再生し、いかなる外部からの感知手段も必要とすることなしに再生するように、自己制御されることが望ましい。さらに、外部から供給されるエネルギ又は材料の使用に際し、再生工程が経済的であること、フィルタの構造も経済的であること及び燃料やエンジン動作条件の形式と構成に関係なく、システムが効果的であることが望ましい。
【００１５】
ＷＯ９４／０７００８は、電気的スパーク及び／又は短時間（好ましくは、０．００１秒から０．１秒との間）のアーク放電が、捕捉されている微粒子を酸化し、燃やすべく、自己制御及び自己再生をする微粒子フィルタ装置を提供すると言われている装置と方法を開示している。炭素が十分な厚さ及び均質に蓄積して導電状態になり、その結果ある制限層に達すると導電層と電極との間のスパーク及び／又はアーク放電を招く時にのみ、電気的放電が発生することが‘０７００８内に主張されている。
【００１６】
機能を果たすために、装置は、少なくとも大量に詰め込まれたフィルタを必要とする。仮にも低負荷で仕事をすることは期待されていない。さらに、５０Ｈｚの好ましい周波数は、人の聴覚の範囲内にあり、容易に消音されない範囲内にある。したがって、可聴の排気音が生ずるであろう。
【００１７】
ＷＯ９４／０７００８は、また、ガス流を異なるフィルタが各々に取り付けられている２つの異なる流れに分けるのに特に適していること、及び再生中ガス流に空気及び／又は酸素の追加分を供給するのに特に有利であることを述べている。これらの各々の動作は、システム全体の費用と大きさを加えるであろう追加装置の必要性を招くであろう。
【００１８】
ＷＯ９４／０７００８は、従来の微粒子フィルタ・モノリスよりはむしろ単純なフィルタ・チューブ又はプレート装置を開示している。これらの単純な装置は、与えられた大きさに対し制限されたフィルタ表面積のみを提供する。受け入れられない背圧を避けるのに十分な面積の濾過表面を与えるために実行不可能な大きさであることを必要とするであろう。それに反して、従来の微粒子フィルタ・モノリスは、典型的には、２８００個の縦セルを包む長さ２５０ｍｍ、直径１５０ｍｍのシリンダーを備えていてもよい。該セルの１４００個の壁は、非常に大きなフィルタ表面積を提供するものである。そのような従来のモノリスを‘０７００８の再生装置に組み込むことは可能ではないであろう。
【００１９】
上記短所を軽減する自己再生型微粒子フィルタ装置及び方法を提供し、製造及び装着するのに比較的実用的で、経済的でかつコンパクトである自己再生型微粒子フィルタ装置を提供することが、本発明の目的である。
【００２０】
フィルタの微粒子負荷が低レベルであっても、自動選択的に感知し、捕捉されている微粒子を酸化することができる自己再生型微粒子フィルタ装置を提供することが、本発明固有の目的である。
【００２１】
排気ガスの温度又は酸素含有量、又は酸化温度、又は微粒子の他の特性値を加減する特別の装置なしに動作する自己再生型微粒子フィルタ装置を提供することがさらなる目的である。
【００２２】
排気背圧又は温度センサ、又は外部制御又は点火調整装置いずれも全く必要としない自己再生微粒子フィルタ装置を提供することがさらなる目的である。
【００２３】
自動選択的自己再生型微粒子フィルタ装置の動作のための方法を提供することがさらなる目的である。
【００２４】
本発明によれば、内燃機関の排気流のようなガス流から微粒子を取り除く装置は、気体が流れさせられるフィルタ、フィルタの近くに位置されるが間隔をおいて位置される大気グロー放電を生じさせるための少なくとも１つの第１電極、及び少なくとも１つの第２対向電極を備えている。前記第１及び第２電極は、１ｋＨｚ−２００ｋＨｚの範囲内の周波数で交流電圧を発生する交流電圧供給源に接続されている。
【００２５】
既に述べられたように、効率的な酸化のためには、微粒子は、少なくとも５５０℃の温度になければならない。排気ガス温度のそのようなレベルは、全てのエンジン動作状態を通して直面するものではないので、余分のエネルギが、その効率的温度が５５０℃以上に上昇させられるべく、排気ガス流、フィルタ又は捕捉されている微粒子自体に注ぎ込まれなければならない。本発明の装置は、大気グロー放電の形で比較的低い電力消費である電気的入力により必要とされる余分のエネルギを提供する。
【００２６】
本発明は、例えば、セラミックモノリスを含むタイプの微粒子フィルタの使用に際し、自動再生を可能とする。高電界強度と結合されている静電結合は、付着されている微粒子がシステムにより感知され、微粒子がフィルタ表面に到達するほとんど瞬間に、微粒子が放電中急速に酸化されることを可能とする。それで、本発明は、フィルタ内の微粒子負荷が比較的低いレベルでの微粒子の効率的な酸化を保証している。したがって、従来のシステムに必要とされるような、各々がそのままでの再生のために交互にバイパスさせられるような一対の平行なフィルタを提供する必要が無い。また、フィルタは、該フィルタが排気背圧の高レベル化及び／又はフィルタの損傷をもたらす微粒子の蓄積を有することを許されないので、従来のものより小さくてもよい。
【００２７】
交流電源の動作周波数は、装置の動作効率を決定するのに特に重要性を持つ。本発明は、比較的低い周波数を使用する。特に、コスト、大きさ及び車両への取り付けの容易性に関する際立った利点は、コンパクトで、信頼性があり、丈夫な構成部品をもって、比較的容易に、低価格で発生されるより低い周波数電源の使用から生じ得る。より高い周波数では、費用及び複雑さがより大きく，回路は概してあまり強いとはいえない。これらの要因は、最適周波数範囲の上限を決定する。２００ｋＨｚ又はそれ以下の交流電源が使用される。５０ｋＨｚ又はそれ以下の電源が、ソリッドステート技術の使用を最大限に活用するのに好ましい。
【００２８】
それに対して、より低い周波数においては、周波数の減少につれて減少するフィルタへの放電の静電結合は、あまり効率的ではない。本発明は、重要な静電結合が、先行技術に示唆されたよりもかなり低い周波数において引き起こされるという事実を利用している。それにもかかわらず、周波数があまりに低いと、静電路のリアクタンスが相対的に高くなり、機能を果たすために、装置は、ひどく負荷がかけられることを必要とする恐れがある。そして、低静電結合のせいで低負荷で仕事をすることを期待されない。本発明は、比較的低負荷におけるフィルタの、安定した効率的な再生を提供することを意図している。したがって、１ｋＨｚ以下の動作周波数は、概ね、望ましいとは考えられず、１０ｋＨｚ以上の周波数が好ましいようである。
【００２９】
交流電源の動作周波数は、人が耳で聞くことができる範囲外にあることが望ましい。その結果、電圧源の好ましい周波数範囲は、１８ｋＨｚ−３０ｋＨｚであり、より好ましくは２０ｋＨｚ−２５ｋＨｚである。およそ２０ｋＨｚの周波数が特に効率的であることが示されている。
【００３０】
電圧源は、５ｋＶと２５ｋＶの間の開回路出力電圧を提供することが好ましく、約１０ｋＶの開回路出力電圧であることが特に好ましい。
【００３１】
第１又は各第１電極がフィルタの第１端部に配置されていることが好ましい。対向電極又は各対向電極は、第１又は各第１電極から間隔をおいて配置されている。対向電極又は各対向電極は、使用に際し、第１又は各第１電極から下流にある位置に配置されていることが好ましく、フィルタの側部（例えば、半径方向に配置される）又は下流端に配置されていてもよい。第２又は各第２電極は、フィルタの第２下流端近傍に配置されていることが好ましく、該フィルタの第２下流端と電気的に接触していてもよい。
【００３２】
大気グロー放電を発生する電極、特に第１電極は、ポイント（point）電極を備えていてもよい。電極は、抵抗器により安定させられている。
【００３３】
本発明は、いくつかの応用例において、複数の対向電極及び／又は複数の第１電極が使用されているけれども、単一の第１電極及び単一の対向電極が使用されている実施形態を含んでいる。
【００３４】
第１及び／又は第２、又は各第１及び／又は各第２電極は、複数の放電領域を備えていてもよい。そのような複数の放電領域は、１連のポイント電極手段により与えられる。もう１つの選択肢として、１又はそれ以上のプレート電極が用意されている。各プレート電極は、放電領域を提供する導電プレートの表面部分を備えている。又は、導電材料からなる穴を開けられたシートまたは導電材料からなる金網の形状をした１又はそれ以上の網状電極が用意されている。上記ケースにおける導電材料は、例えば、銅のような金属材料からなることが好ましい。これらの電極のタイプの結合は、特定の応用例に応用できる。
【００３５】
特にフィルタ材料次第で使用可能であるような電極の別の形状は、フィルタの端面に塗布されるか又は含浸されて接着された導電材料の層として備えられている。そのような電極表面は、不連続でしっかりと接着された表面電極層を形成すべく小量が端面に吸収されるようなやり方で、フィルタの一部又は全部又は端部を溶融シリコンのような適当な導電体の浴槽に浸漬することにより形成される。導電体の形状及び／又は組成の制御は、電極の安定化及び運転制御の手段を提供する。
【００３６】
本発明は、微粒子フィルタの特定のタイプに固有ではない。セラミック表面のような表面において微粒子を捕捉することにより、気体流から微粒子を概ね取り除くようなフィルタ設計であれば本発明に従って利用され得る。例えば、フィルタは、セラミックの繊維、発泡体、膜体、シート又はパッド装置を備えていてもよい。それにもかかわらず、本発明の特に有利な点は、従来のモノリス微粒子フィルタを使用することができることにある。したがって、本発明によれば、フィルタは、多孔質のセラミック壁で定められている少なくとも１つの管状セルからなる少なくとも１つのモノリスを備えている。好ましくは、モノリスは、各々がそのように定められており、塞がれている他の端部を有している複数の同様に定められたセルを備えている。それで、セラミック壁は、従来のモノリスフィルタから良くしられているやり方でフィルタ表面として作用する。
【００３７】
既に示したように、本発明の装置は、モノリス内で付着された微粒子を効率的に自動選択的に探し出し、酸化させる。その結果、背圧が減少され得るので、本発明によるフィルタは、今までそうであったものより小型化され得る。特に、モノリスは、従来のフィルタ装置により通常要求されたものよりも非常に短くできる。従来のモノリスは、再生の前に９０％程度の高い負荷を、そしてそれゆえに使用可能なきれいな表面領域の１０％程度の小さい負荷を課している設計で機能を果たしている。したがって、モノリスの大きさに対する下限が、排気ガスが通過するに十分な多孔質の壁表面面積の必要性によって依然として要求されるけれども、本発明によるフィルタは、フィルタが従来のフィルタと比較して相応的に減少されている深さを有するモノリスを備えている場合に効率的に機能を果たすであろう。例えば、従来装置において遭遇する１００ｍｍ又はそれ以上の水準寸法と比べて、１０ｍｍ−２５ｍｍの範囲の深さが適当であろう。
【００３８】
気体流の乱れの問題を最小限に抑えるために、装置は、さらに、気体流チューブスタックを含んでいる。この気体流チューブスタックは、モノリスの第１の端部と軸方向に整列して配置されているが、該端部の上流で、該端部から離間して配置されている複数の管状セルを備えている。表面電極は、チューブスタックの一部に導電材料の層を含浸して接着又は付着させることにより与えられ得る。
【００３９】
フィルタ及び関連装置は、フィルタ本体内に装着される。該本体は、排気ガスのような気体流の入口及び出口用開口を設けられている。フィルタ本体は、それ自体、半径方向又はフィルタの下流端どちらかに対向電極を形成するか又は構成要素として含んでいる。そのような装置は、最高の性能のために気体流の方向にわたって制御させる。例えば、放電が大きいモノリスを十分に通って確実に侵入しない場合に生ずる問題を避けるために、本体に入る時の気体流がモノリスを通過する気体流の方向に対して水平方向にあるように、１又はそれ以上のモノリスをフィルタ本体内に配置することが望ましい。この方法で、モノリスにより与えられた全表面積が、モノリスの通し深さを増加させることなく増加され得る。したがって、過度に大きいモノリス深さに伴う放電侵入の問題を回避することができる。
【００４０】
本発明の別の形態によれば、気体流から微粒子を取り除く方法は、微粒子が気体流から分離され、フィルタによって捕捉されるように、フィルタを介して気体を流れさせること、フィルタ近傍であるが該フィルタから間隔を置いて配置されている少なくとも１つの第１電極を配置すること、少なくとも１つの対向電極を設けること、及び少なくとも１つの第１電極から大気グロー放電を生ずるように、電極間に１ｋＨｚ−２００ｋＨｚの範囲の周波数で交流電圧をかけることを備えている。
【００４１】
本方法によれば、捕捉されたフィルタ粒子は、そのままで点火され、酸化される。その利点は、上記装置の説明中で述べられている。安全で効率的な低電力源が使用されている。本方法は、従来のモノリスタイプのフィルタに適用可能である。さらに、本方法の好ましい特徴は、フィルタ装置についての上記特徴の類推によって当業者にとって容易に理解されるであろう。
【００４２】
例示によって、本発明は、添付図面を参照して説明されるであろう。
【００４３】
図面を参照すると、図１、２は、モノリス３を大部分取り囲む本体２を含んでいる従来の微粒子フィルタ１を示している。該モノリス３は、次に、各々が多孔質のセラミック壁５により定められ、各々がセラミック栓６で互い違いに塞がれている端部を有している複数の管状セル４を含んでいる。図２に別図で示されているように、各互い違いの端部がクリンピング（crimping）７により塞がれることも知られているが、めったにはない。
【００４４】
入口ポート８を経由してフィルタに入ってくる排気ガスは、モノリスの一つ置きのセル内から対応する壁９を強制的に通過させられる。したがって、微粒子集団の９０％までは内壁面１０への付着により濾過される。清浄化された排気ガスは、出口ポート１１を経由してフィルタを出る。
【００４５】
従来、フィルタは、決められた間隔又は連続的のどちらでも、集められた微粒子の酸化により再生され、結果として、小量の二酸化炭素に変換される。酸化を開始し、制御する従来の装置は、図に示されていないし、本発明に必要とされない。
【００４６】
本発明は、セラミックモノリスを含んでいるタイプの微粒子フィルタの使用における自動再生に関する。付着微粒子は、自動選択的に感知され、フィルタ内で非常に低いレベルの微粒子負荷で酸化される。結果として、比較的に小さいフィルタが使用され得る。
【００４７】
本発明の装置は、きれいになるように大気グロー放電の形で比較的低電力消費の電気入力により、捕捉された微粒子の急速で効率的な酸化のために必要とされる外部エネルギを提供する。
【００４８】
図３は、ポイント電極１５がモノリスの第１端部１７から軸方向に、例えば、４〜６ｍｍの間の距離だけ、離間して配置されている支持手段１６により保持されている本発明の第１実施形態の装置に関する。支持手段１６は、排気ガスの通過を可能とするために穴を開けられている。
【００４９】
対向電極は、モノリスの第２（下流）端部１８に設けられ、独立した電極（不図示）を備えている。しかし、実施例では、該電極は、モノリスの第２端部に軸方向に隣接して、又は該端部に電気的に接触して、穴を開けられるか又は網状プレート１９の形で設けられている。本実施形態においては、プレート１９は、モノリスに直接的に接触していないが、モノリスから近い距離に、例えば、４ｍｍまでの距離だけ、離間して配置され、電気接続体２０によりモノリスに接続されている。対向電極プレート１９は、穴を開けられるか又は網状をした鋼又は銅のような電気導電材料から形成されている。
【００５０】
モノリスは、電気的に絶縁された取付スリーブ２１によりフィルタ本体内に支持されている。モノリスの第１端部に隣接する電極支持手段１６及びモノリスの第２端部に隣接するプレート１９は、電気的絶縁取付部材２２によりフィルタ本体内に支持されている。代替案、例えばモノリスによる支持（不図示）が容易に分かる。電気供給及び帰路用導線２３、２４は、電極及びスクリーンに接続され、開口（不図示）を介してフィルタから引き出される。
【００５１】
２３０ボルト回路電源３１で動作する試験的な実験用装置３０が図４に示されている。該電源は、２０ｋＨｚの周波数で、約１２μの継続時間及び約１３μのゼロボルト期間を有する短い方形波パルスを発生する。低い自己インダクタンスを有するように巻かれているフェライトコア変圧器３２は、出力電圧を１０ｋＶにまで上げる。２０ｋＨｚの周波数は、上限が１６−１８ｋＨｚである通常人の可聴周波の範囲外にあり、装置の電流の流れと連携するのに比較的安全な周波数である。
【００５２】
装置は、また、より高い周波数、例えば、３８ＭＨｚで効率的に作動することが確認されたが、人間の快適性及び安全面での利点及び実用面での有利さのために、２０ｋＨｚが好ましい周波数として選択された。この好ましい周波数は、必要な電力レベルに到達するのに高価であり、一般的には頑健さに劣る回路を必要とし、簡単には小型化できないようなより高い周波数をしのいで強力な利点を有する。
【００５３】
変圧器の２次巻線側３３は、放電電流を制限するために、１０個の４７Ｗ、１０Ｗの低インダクタンス厚膜抵抗器に連結されている。厚膜抵抗器は、試験中の測定精度に影響を及ぼす恐れがある高周波数における表皮効果による抵抗の予測できない増加を最小限に抑える。また、それらの低インダクタンスは、寄生振動を減少させる。螺旋巻線抵抗器が、逆表皮効果を与えるために見出された。
【００５４】
試験的な実験用作動に使用されるモノリス３は、コージライトから構成された直径１４５ｍｍ、長さ１５０ｍｍの標準ユニットであった。最初の試験装置にとって便利なように、モノリスは、第２端部１８がプレート１９上に位置するように、軸方向垂直に置かれた。
【００５５】
１次回路の電流Ｉ1は、１００ｋＨｚまでのＤＣ周波数応答を有するクリップ留めの電流プローブで測定され、その出力は、ディジタルオシロスコープサンプリングの１つのチャンネル上に秒当たり５メガサンプル数で記録された。２次電流Ｉ2は、出力の接地側の２無誘導抵抗（不図示）両端の電圧降下を測定することにより得られた。変圧器の２次巻線の電圧出力及び電極１５の放電側とモノリス３との間のギャップ間の電圧は、７５ＭＨｚの帯域幅で高電圧プローブで測定された。オシロスコープ電圧プローブは、アルミニウム箔に包まれ、コロナ放電からの電磁ピックアップに対する遮蔽部材として作用する。
【００５６】
モノリスまで４ｍｍのギャップ間の放電に対する電圧及び電流波形が図５に示されている。正の電圧パルスが変圧器に加えられた時、約１３Ａの電流パルスに続いて負の電流パルスが存在した。このことは、変圧器の自己キャパシタンスに支配される無負荷における変圧器の動作に完全に起因すると考えられる。２次巻線における全電流は、主にコロナ電流及び容量性電流により約２５ｍＡであった。装置におけるコロナ効果は、導線端部の鋭角を避けることにより最小限に抑えられた。
【００５７】
２次巻線両端の電圧は、パルスの残り時間の間２ｋＶに落ちる前に、５μ内に１０ｋＶにまで立ち上がった。同じパルスの形が５ｋＶのピーク電圧を持つギャップ間で測定された電圧に見られた。ギャップ電圧が立ち上がり始める点において、２次回路の電流は、３．５ｍＡのピークにまで鋭く立ち上がる。この立ち上がりは、測定された著しい電圧のどの立ち上がりにも先行し、多分、変圧器３２を含む供給回路の容量による。小さな電流測定は、上記から得られた２５ｍＡの大部分が、変圧器の巻線及び回路の他の部分から接地するためにコロナ電流及び容量性電流になることを示唆している。３．５ｍＡの放電電流は、抵抗器を含む回路の全インピーダンスが２．８Ｍ程度に高くなり得ることを暗示している。見積もられた放電電流の低い値は、電力損失と一致し、したがって、厚膜安定抵抗器３４の電力損失から求められる電流に一致している。
【００５８】
典型的な放電抵抗の痕跡が見られない（すなわち、低い一定の電圧への急速な降下を起す閾値に対する電圧の最初の立ち上がり）ので、モノリスは、期待されるような相当のキャパシタンスを示した。
【００５９】
電流の各立ち上がりに先行する電圧のスパイク（spike）は、コロナの開始により引き起こされる。供給電流は、接地に対するキャパシタンス及びコロナ損失に相当する抵抗の分配された値を持つ電気的送電線としてより多く挙動する。モノリス自体は、抵抗及びキャパシタンスと直列に放電を有する送電線のように挙動する。
【００６０】
試験用装置から得られた結果が、図６に示されるような同列に扱われる構成要素を使って簡略化された等価回路３７を導き出すために使用された。変圧器３２は、低インダクタンス巻線の構造のせいでかなり大きいキャパシタンス（Ｃ1及びＣ2）を有する。モノリス３への放電は、小さなキャパシタンスＣTと直列にに接続されている抵抗器Ｒｄとして挙動する。Ｃ3は、接地に対するキャパシタンスを表わし、Ｒｃは、接続している供給回路の並列抵抗を表わし、Ｒｄは、コロナ放電を表わしている。
【００６１】
図７は、モノリス上の電極の高さ対測定されたギャップのピーク電圧との間の関係を示している。変圧器の２次巻線からの１０ｋＶパルスで、電極の高さが６ｍｍ以下である時のみ、絶縁破壊と放電が発生する。６ｍｍ以下の高さでギャップ電圧が一定である段階は、また、モノリスがコンデンサとして挙動することを示唆している。
【００６２】
図８は、電極の高さによるピーク電流の変化を示している。また、放電の開始に対応して、明白な段階を認識できる。６ｍｍ以下で、放電が発生し、電流の流れが生じる。６ｍｍ以上での小電流は、コロナ効果に起因すると考えられる。
【００６３】
図９は、上記測定から計算される放電のみ（すなわち、コロナを無視する）のおおよそのピーク電力を示している。放電が発生している間、ピーク電力は約２０Ｗであると推定される。しかしながら、平均電力（ｒ．ｍ．ｓ．）は、システムの負荷サイクルのために、これよりかなり低くなる傾向にある。システムは、１０Ｗに相当する負荷サイクル５０％を有するとここでは推測される。
【００６４】
図１０は、目に見える放電が全く存在していない、電極の高さが４ｍｍであるきれいなモノリス上でなされた電気的測定を示している。多数のスパイクは、コロナ電流が支配的であることを明白に示している。他のより長い周期の変動は、電圧ピックアップのせいである。
【００６５】
発明力のある方法を評価するために、試験装置のモノリス３は、高負荷で作動されているディーゼルエンジンからの微粒子に関し重い負荷をかけられた。重負荷のモノリスが、テスト中、段階的によりきれいになるにつれて、微粒子負荷のいろいろなレベルでの装置及び方法の試験が自動的に容易にされる。さらに、その後、試験は、微粒子負荷の過度の状態で装置及び方法の妥当性を提供するために、きれいなモノリスで実行される。
【００６６】
テストに関して、図１１を参照すると、放電活動が視覚的に観察され得るように、モノリス３が断面され、配置されている。スライドガラス（不図示）が観測窓を提供するためにモノリスに付着されているが、必ずしも必要とはみなされなかった。モノリスの第２端部は、図４に関連して既に説明されているように、モノリスと電気的に接触している電気的に導電性の金網手段による帰路用電気回路に電気的に接続された。
【００６７】
時間に伴う放電４０の推移に関する映像記録が撮られ、スチール写真が図１１の連続図面により表わされている。放電が観察され、半径７．５ｍｍにわたって微粒子の付着４１を捜し出し、そして、１３分後、充分に負荷が課せられたモノリス（図２）と併せて、２つのチャンネルを深さ１５ｍｍまできれいにした。
【００６８】
観察の間、放電が、モノリス内深く微粒子堆積物中の小さな割れ目の間で、対向電極として作用するスクリーン１９真下で発生することが明らかであった。これらの条件のもとで、モノリスは、微粒子の領域に相当する抵抗性、導電性領域及び抵抗性電気放電と直列に一連のコンデンサとして挙動する。モノリスの第１端部１７への単一の放電侵入が、モノリス４から４ｍｍ軸方向に間隔をおいて配置されている電極１５を使って、１６ｍｍであることを観察された。
【００６９】
きれいなモノリスの場合、該モノリスが純粋コンデンサとして挙動するために、非常に弱い円錐形状のコロナ放電（不図示）が電極の周りに存在することが見出された。コロナは、道筋に対する抵抗を低くすることにより、大気グロー放電のために道筋を用意しているように見える。したがって、放電が微粒子の捕捉に続いてすぐに可能となる。
【００７０】
上述された試験装置は、１回のテストに対し、最も不利な微粒子負荷の状態での装置及び方法を実証するために、微粒子で充分に負荷がかけられているモノリスを含んでいた。このレベルの負荷は、テスト目的のみのためであることが理解されよう。本発明は、従来技術装置とは違って、高負荷レベルを必要とせずに作動し得る。結果として、ディーゼルエンジンの排気ガス流の影響下にある比較的きれいなモノリスとの使用の最初は、モノリスの十分な容積にわたって、引き延ばされた連続的な再生エネルギ要求を避けるであろう。微粒子は、ほとんど付着する瞬間に装置によって目標とされる。再生に必要とされる電流は、ある程度まで付着されている微粒子のレベルに依存する。
【００７１】
図１２は、大気ガス放電のモノリスセルへの侵入のメカニズムを示している。放電が、セル４２から壁面１０上に付着される粒子４１を急速に捜し出し、酸化させると、酸化が行われている局所的領域４３は、さらにセルへの放電を誘導する陰電荷を呈するようになる。
【００７２】
図１３に示されるように、上記された試験装置及び方法は、２３０ボルト電源３１（図６）を従来の車両の電気システム（不図示）で設けられているような１２又は２４ボルト直流（ＤＣ）電源４５と交換し、該電源を必要とされる高電圧で好ましくは２０ｋＨｚの周波数出力を提供すべく構成することにより、車両の使用にあわせるよう改造されている。また、図１３には、好ましくは４７０ｋΩの安定抵抗器３４、放電４０及びモノリス３が示されている。後者（モノリス）は、コンデンサとして電気的機能で象徴的に示されている。
【００７３】
微粒子は、該微粒子がセルの壁面に到達するやいなや放電中に急速に酸化されので、排気ガスの背圧は、増大し得ないし、モノリスは、従来型よりも小さい寸法で作られ得る。したがって、モノリスは、車両の有効空間内に収めることがより容易になる。望むならば、車両運転者に装置のいかなる故障をも表示するために指示器（不図示）が設けられてもよい。
【００７４】
単一ポイント電極１５のための装置及び方法が、これまで述べられてきたけれども、装置は、複数のポイント電極を含んでいてもよい。図１４は、３つのポイント電極に関する電気的配列を示している。各電極は、例えば、各々独立した電気供給導線２３の４７０ｋΩ抵抗器３４により電気的に安定化されていなければならない。
【００７５】
図１５は、支持手段５０により支持されている４つのポイント電極１５を示している。支持手段は、図３の単一電極支持手段１６に形状的に似ていてもよいし、図１９に関連して説明されているような気体流を真っ直ぐにする手段を含んでいてもよい。ポイント電極は、使用に際し最も効率的であるように、計算又は実験で決められた距離に、お互い半径方向に間隔をおいて配置されている。実験上の最初の間隔は、１０ｍｍである。貫通孔５１が、電極支持手段５０を貫通して排気ガス通路用に設けられている。
【００７６】
さらに、図１６に関連する実施形態において、プレート電極５２が、単一又は多数ポイント電極１５の代わりに使用されている。プレート電極は、電気的に導電性の材料、好ましくは金属、例えば銅から製造され、モノリス３の第１端部１７の目標清浄領域（不図示）に略対応する領域を有している。プレート電極は、さもなければ生じ得る不均衡な電気放電を避けるために、折り返された周辺部５３を有している。プレート電極は、図１５に関連して説明された多数ポイント電極配列と同様なやり方で多数形状（不図示）に設けられてもよい。その場合、プレート電極の数は、清浄化されるモノリスの全面積及びモノリスへの気体流の衝撃（impact）に少なくとも依存する。
【００７７】
プレート電極５２及び重い負荷が課せられたモノリス３を含む試験装置において、大気グロー放電は、微粒子の蓄積によってプレート電極と対応するモノリスの目標清浄領域との間で自動選択的に移動する、すなわち、最も大きい蓄積部が最初に目標とされることが観察された。電気的放電は、プレート電極５２の表面のほぼ全領域にわたって移動することができることが観察された。
【００７８】
さらに、図１７に関連する実施形態において、図１６のプレート電極５２は同様の領域の網状電極５４に置き換えられた。網状電極は、好ましくは金属から製造され、穴があけられたシート状材料の形状であってもよいが、金網形状材料であることが好ましい。プレート電極５２をしのぐ網状電極５４の利点は、気体流に対して大幅に小さい障害物である点にある。図１８は、単一プレート又は網状電極装置に関する簡略化された電気回路線図である。
【００７９】
さらに、図１９に関連する実施形態において、気体が図１及び３に例示されるタイプの微粒子フィルタ１へ流れる場合、モノリス３の第１端部１７と軸方向に整列して置かれ、該端部から間隔をおいて配置される気体流用チューブ・スタック５５が、流れを誘導し、そして、それゆえに電気的放電４０（図１３）をより好ましく誘導するのに役立つ。チューブ・スタック５５は、この例では、３５ｍｍの長さを有し、チューブ・スタックとモノリスの第１端部との間に配置されている電極の取付を容易にすべく構成されている（不図示）。チューブ・スタックは、本明細書に説明されているいずれの電極構造と組み合わせて使用されてもよい。図３及び図１５と関連して述べられているような単一または多数ポイント電極１５用の支持手段１６が図に示されている。もう一つの選択肢として、チューブ・スタック５５の一部は、表面電極を作り出すために、導電性材料層を塗布され又は含浸しつつ接着されてもよい。表面電極は、チューブ・スタックの一部または全部に熱い溶融シリコン又は他の適切な導電性材料を使用して浸漬又は噴霧することにより形成される。前述された実施形態に共通して、チューブ・スタックの表面電極とモノリスとの間の最適距離は、４ｍｍと６ｍｍとの間である。
【００８０】
本明細書で既に述べたように、そのいくつかの実施形態における本発明の装置は、排気ガスの背圧に対する許容差が関係する限り、モノリスが従来装置におけるより著しく短いという利点を有して、モノリスに付着された微粒子を自動選択的かつ急速に捜し、酸化させるものである。しかしながら、モノリスの大きさの下限は、排気ガスが通過する十分な多孔質の壁面領域の必要性により依然として要求されている。
【００８１】
さらに、本発明の大気ガス放電は、装置及び付着微粒子のいくつかの形状において、モノリスの奥深くで付着微粒子間でのより小さい放電に分裂してもよいけれども、放電が充分にモノリスを通して確かに侵入しない場合が起こり得る。
【００８２】
図２０は、前述の２つの問題になっている事柄を克服する別の実施形態の装置に関する。
【００８３】
この実施形態において、（図１−３に例示されるモノリスの一般的構造を有する）スラブ状（slab-like）モノリス６０は、電気的絶縁支持体６２、６３により、フィルタ本体６１内であって、該フィルタ本体６１と間隔をおいて配置されている。モノリスは、関連する電極６６及び対向電極６７を、好ましくは穴を開けられた（網状）形状で、１又はそれ以上の従前の実施形態に概ね従って電気的接続体２０及び導線２３、２４と一緒に装備されている。明確にするために、電極６６及び導線２３による電気的接続は、単純化された形状で図に示されているが、もちろん、本発明の他の実施形態のいずれかに説明されているとおりであってもよい。
【００８４】
モノリスは、必要であれば、図１９に関連して既に述べられたような気体流れ整流器（straightener）を設けられてもよい。ただし、図２０には、該整流器は示されていない。フィルタに入ってくる排気ガスは、使用時の全ての条件の下での大気グロー放電の完璧な侵入を確保するために、比較的大きい透過性セル壁面領域を提供する一方、また、実質的に短い通路を備えているモノリス６０を通過する。
【００８５】
スラブ状モノリス６０のセルは、各セルの有効長さを最大にするために、栓をする（plugging）よりはむしろクリンプする（crimping）こと（図示されていないが、図２参照）により塞がれている１つ置きの端部を有する。モノリスのこのスラブ状機構は、モノリスが大量の微粒子の付着を保持している時、受入可能な気体流れを供給するために、比較的深いモノリスセルを必要とする従来の微粒子フィルタには受け入れられないであろう。
【００８６】
本実施例は、フィルタ機能を果たすためにセラミックモノリス６０を含んでいるけれども、代わりにセラミックの繊維、発泡体、膜体、シート又はパッドを含むことも実用的であることが留意されるべきである。
【００８７】
図２１は、本発明の別の実施形態による装置を示している。該装置においては、表面電極６５が、多孔質セラミックモノリス３、６０の端部に塗布又は注入的に接着されている導電材料の層形状で提供されている。図１９の実施形態におけるチューブスタック５５に設けられている表面電極と同様に、表面電極は、その少量がモノリスの端部に吸収され、不連続の確実に接着された表面層を形成して固定されている溶融シリコン又は他の適当な導電材料を使って、モノリスの端部６６の一部又は全部を浸漬又は噴射することにより形成されていてもよい。
【００８８】
モノリスの下流端は、この例では対向電極として作用する注入された電極表面を設けるのに特に適している。対向電極は、注入材の適切な組成及び／又は配列により電気的に安定化され、帰路導線２３に接続され、ここで既に述べたタイプの電極からの放電を可能とし、その結果、自動選択的に入り込み、モノリスのいかなるセルをもきれいにする。
【００８９】
本発明の自動選択的再生型微粒子フィルタ装置及び方法は、ディーゼル燃料内燃機関の排気システムに向けられている。また、そのように主として述べられているが、可燃性粒子を生成する他の装置に応用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
実施例を介して本発明は、添付されている図面を参照して説明される。
【図１】  従来型微粒子フィルタ本体及びモノリス装置の側方断面図である。
【図２】  微粒子の重い負荷を課していることを示している図１の従来型モノリスの部分側方断面図である。
【図３】  本発明の第１実施形態に従うポイント電極を有する装置の側方断面図である。
【図４】  試験装置及び実験室で２３０ボルト電源から得られる単一の大気グロー放電用回路のダイアグラムである。
【図５】  図４の試験装置及び回路における負荷が課せられたモノリスの放電回路波形のダイアグラムである。
【図６】  図４の試験回路と等価に扱われる構成要素を有する簡単化された回路のダイアグラムである。
【図７】  モノリスからの電極距離とピーク電圧との間の関係を示すテーブルである。
【図８】  モノリスからの電極距離とピーク電流との間の関係を示すテーブルである。
【図９】  モノリスからの距離とピーク電力との間の関係を示すテーブルである。
【図１０】  図４の試験装置及び回路におけるきれいなモノリス放電回路波形のダイアグラムである。
【図１１】  並列に配置されているセル内の微粒子の堆積を活発に見つけている単一の大気グロー放電を側面図で示す一連の静止画像の概略図である。
【図１２】  モノリスセル内への放電侵入のメカニズムを示す概略断面図である。
【図１３】  車両の１２又は２４ボルト電源から得られる単一大気グロー放電のための簡略化された電気回路のダイアグラムである。
【図１４】  並列ポイント電極装置の概略ダイアグラムである。
【図１５】  並列ポイント電極装置の投影図である。
【図１６】  本発明の第２実施形態に従うプレート電極装置の投影図である。
【図１７】  本発明の第３実施形態に従う網状電極装置の投影図である。
【図１８】  プレート又は網状電極を使用した大気グロー放電のための簡略化された電気回路のダイアグラムである。
【図１９】  本発明の第４実施形態に従う気体流チューブスタックを含んでいる微粒子フィルタ部分の断面図である。
【図２０】  本発明の第５実施形態に従う網状電極及び対向電極装置を有するスラブ（slab）状のモノリス微粒子フィルタの側方断面図である。
【図２１】  本発明の第６実施形態に従う含浸された電極を有する微粒子フィルタの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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