(57)【要約】【課題】フィルタ本体に捕集された微粒子物質（ＰＭ）に電磁波を用いた加熱処理を適用して酸化する場合にＰＭの反応残量を抑制することができる排気浄化装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る排気浄化装置は、排気ガスに含まれる微粒子物質を捕捉するフィルタ本体と、このフィルタ本体を収容する導電性の外容器と、周波数を可変とする電磁波を生成する電磁波発生装置と、この電磁波発生装置において発生する前記電磁波の周波数を所定の帯域内において可変に制御する周波数制御部と、を具備し、前記電磁波が前記フィルタ本体に照射されることにより、直接的もしくは間接的に前記フィルタ本体に付着した前記微粒子物質が加熱されるように構成された排気浄化装置である。前記周波数制御部は、前記外容器内部に発生する前記電磁波の伝搬モードを、前記フィルタ本体において、シングルモードを発生する周波数とマルチモードを発生する周波数をまたがるように経時的に変化させる機能を有する。【選択図】図１
2016053341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスに含まれる微粒子物質を捕捉するフィルタ本体と、
このフィルタ本体を収容する導電性の外容器と、
周波数を可変とする電磁波を生成する電磁波発生装置と、
この電磁波発生装置において発生する前記電磁波の周波数を所定の帯域内において可変に制御する周波数制御部と、
を具備し、
前記電磁波が前記フィルタ本体に照射されることにより、直接的もしくは間接的に前記フィルタ本体に付着した前記微粒子物質が加熱されるように構成された排気浄化装置であって、
前記周波数制御部は、前記外容器内部に発生する前記電磁波の伝搬モードを、前記フィルタ本体において、シングルモードを発生する周波数とマルチモードを発生する周波数をまたがるように経時的に変化させる機能を有することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記外容器のうち、少なくとも前記排気ガスが排出される側には、前記電磁波を反射する反射板が設けられ、前記外容器内にて空洞共振器を構成することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記フィルタ本体の温度を計測する機能を具備し、前記フィルタ本体の温度に従って前記電磁波発生装置から発生する前記電磁波の照射を制御する機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記電磁波発生装置において発生する前記電磁波の周波数は、その変化させる帯域の中心周波数と帯域幅の比が１０％以内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記変化させる帯域の中心周波数が、９０２メガヘルツ以上９２８メガヘルツ以下であることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記変化させる帯域の中心周波数が、２４００メガヘルツ以上２５００メガヘルツ以下であることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記変化させる帯域の中心周波数が、５７２５メガヘルツ以上５８７５メガヘルツ以下であることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記変化させる帯域の中心周波数が９０２メガヘルツ以上９２８メガヘルツ以下で帯域幅２６メガヘルツ以下、または中心周波数が２４００メガヘルツ以上２５００メガヘルツ以下で帯域幅１００メガヘルツ以下、または中心周波数が５７２５メガヘルツ以上５８７５メガヘルツ以下で帯域幅１５０メガヘルツ以下であることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
前記フィルタ本体に放射される前記電磁波の出力または位相を制御する機能、前記フィルタ本体に放射される前記電磁波の強度を検出する機能、および前記電磁波の強度値に従って前記フィルタ本体に放射される前記電磁波の出力または位相を指示する判断部を有し、
前記シングルモードもしくはマルチモードの状態各々について、前記フィルタ本体に吸収される電力が最大になるように前記電磁波の出力もしくは位相を制御する機能を有する請求項１〜８のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記出力もしくは位相を制御する機能は、その一部または全部が前記電磁波発生装置内に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばディーゼルエンジンなどの内燃機関や、火力発電所、石油ボイラ等から排出される排気ガスには、炭素粒子を主成分とする微粒子物質（ＰＭ：パティキュレート・マター）が含まれる。ＰＭは環境汚染物質であるため、例えば内燃機関から排出される排気ガスは、ＰＭを捕捉するフィルタ本体としてトラップフィルターが適用された排気浄化装置を通して外気に排出される。なお、排気浄化装置に用いられるトラップフィルターは、一般に、耐熱性に優れた多孔質のセラミックによって構成されており、このようなトラップフィルターは、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルター）と称されている。
【０００３】
ＤＰＦによるＰＭの捕集量が許容値を超えると、目詰まりが生じて、排気ガスの圧力が増大し、内燃機関の燃費が悪化する。このため、適切な時期に、ＤＰＦに対して再生処理（ＰＭの捕集能力を回復させる処理）を施すことで、ＰＭの捕集能力を回復させる必要がある。再生処理としては、ＤＰＦに対して余分に燃料を噴射することによってＤＰＦに付着したＰＭを酸化反応温度（例えば６００℃以上）まで加熱し燃焼させ、ＰＭを除去する、といった処理が知られている。しかしながら、このような酸化反応処理では、燃料とＰＭが混合して燃焼するため、過度に温度上昇が起こることがあり、ＤＰＦを損傷するため交換が必要になる場合がある。また、燃料を噴射する場合にはＤＰＦ以外の排気管の管壁なども加熱されるため、余分な燃料を使用することでエネルギーロスが大きくなる。
【０００４】
このような問題を防ぐため、例えば特許文献１〜３にあるように、燃料噴射に代わって電磁波の照射によりフィルタを加熱することで、ＤＰＦの温度をより制御しやすく、効率よく加熱することが可能である。
【０００５】
しかし、電磁波をＤＰＦが収容された排気管内に放射する場合、接地となる管壁付近では、排気管の中央部に比べて電界強度が低くなるため、管壁付近の温度が相対的に低くなる。さらに、多孔質のセラミックは熱伝導率が低いため、ＤＰＦの内部において、高温領域と低温領域とが生じる。この結果、特にＤＰＦの低温領域に捕捉されるＰＭは燃焼除去されず、再生処理が良好に実行されない、という問題がある。
【０００６】
この理由として、電磁波が排気管内を伝播する際に最も周波数が低くなるシングルモード（基本モード）と呼ばれる方式の場合、管壁の近傍での電界強度もしくは磁界強度が低くなるため、ここでの温度が低くなってしまうためである。シングルモードは例えば、方形の管内におけるＴＥ１０モードや、円形の管内におけるＴＥ１１モードが上げられる。電界強度が高く高温となる高温部は排気管の管壁の近傍には発生しないため、管壁の近傍が低温になる。
【０００７】
さらに、特許文献１および２に記述されているように、空洞共振器を利用してＤＰＦを加熱する場合には定在波が立つために進行方向に対しても同様に低温領域が生じる。電磁波は反射板にて反射されて定在波を構成するので、高温部の位置は動かない。このため進行方向に対しても低温部が生じる。これの対策のため、特許文献１にあるように反射板を移動させて定在波の位置を移動させることが例として挙げられるが、ＰＭの燃焼は６００℃以上の高温領域で行われるので、可動壁に耐久性を持たせつつ、円滑に動作させることは困難な問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５１６３６９５号公報
【特許文献２】特願２００６−１４００６３号公報
【特許文献３】特許第５２８２７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
実施形態は、フィルタ本体に捕集された微粒子物質（ＰＭ）に電磁波を用いた加熱処理を適用して酸化する場合にＰＭの反応残量を抑制することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態に係る排気浄化装置は、排気ガスに含まれる微粒子物質を捕捉するフィルタ本体と、このフィルタ本体を収容する導電性の外容器と、周波数を可変とする電磁波を生成する電磁波発生装置と、この電磁波発生装置において発生する前記電磁波の周波数を所定の帯域内において可変に制御する周波数制御部と、を具備し、前記電磁波が前記フィルタ本体に照射されることにより、直接的もしくは間接的に前記フィルタ本体に付着した前記微粒子物質が加熱されるように構成された排気浄化装置である。前記周波数制御部は、前記外容器内部に発生する前記電磁波の伝搬モードを、前記フィルタ本体において、シングルモードを発生する周波数とマルチモードを発生する周波数をまたがるように経時的に変化させる機能を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る排気浄化装置を含む排気浄化システムを示す概念図である。
【図２】図１の排気浄化システムに適用される本実施形態に係る排気浄化装置の具体的な構成の一例を示す図である。
【図３】図１の排気浄化システムに適用される本実施形態に係る排気浄化装置の具体的な構成の他の一例を示す図である。
【図４】図２に示す排気浄化装置の要部を模式的に示す斜視図であって、円形の筒体を用いた場合の構成を示す図である。
【図５】図２に示す排気浄化装置の要部を模式的に示す斜視図であって、方形の筒体を用いた場合の構成を示す図である。
【図６】本実施形態に係る排気浄化装置のＰＭ堆積処理部の要部断面図である。
【図７】シングルモードおよびマルチモードの周波数の説明図であって、同図（ａ）はシングルモードの周波数の説明図であり、同図（ｂ）はマルチモードの周波数の説明図である。
【図８】周波数可変制御部の各モード間の切り替えの経時的変化の例を示した図である。
【図９】周波数可変制御部の各モード間の切り替えの経時的変化の他の例を示した図である。
【図１０】周波数可変制御部の動作アルゴリズムの一例を示した図であって、図８に示す周波数パターンで電磁波の周波数が変化するように制御する例を示す。
【図１１】周波数可変制御部の動作アルゴリズムの他の一例を示した図であって、図８に示す周波数パターンで電磁波の周波数が変化するように制御する例を示す。
【図１２】図２に示す排気浄化装置のフィルタ本体に対してシングルモード発振周波数の電磁波を照射した場合における、フィルタ本体内部の電磁波の強度分布を模式的に示す図である。
【図１３】図２に示す排気浄化装置のフィルタ本体に対してマルチモード発振周波数の電磁波を照射した場合における、フィルタ本体内部の電磁波の強度分布を模式的に示す図であって、フィルタ本体の外の部分では電磁波がシングルモードで伝播し、フィルタ本体内部では電磁波がマルチモードで伝播する場合における図である。
【図１４】図２に示す排気浄化装置のフィルタ本体に対してマルチモード発振周波数の電磁波を照射した場合における、フィルタ本体内部の電磁波の強度分布を模式的に示す図であって、フィルタ本体の外の部分では電磁波がマルチモードで伝播し、フィルタ本体内部では電磁波がマルチモードで伝播する場合における図である。
【図１５】図３に示す排気浄化装置のフィルタ本体に対してシングルモード発振周波数の電磁波を照射した場合における、フィルタ本体内部の電磁波の強度分布を模式的に示す図である。
【図１６】図３に示す排気浄化装置のフィルタ本体に対してマルチモード発振周波数の電磁波を照射した場合における、フィルタ本体内部の電磁波の強度分布を模式的に示す図であって、フィルタ本体の外の部分では電磁波がシングルモードで伝播し、フィルタ本体内部では電磁波がマルチモードで伝播する場合における図である。
【図１７】図３に示す排気浄化装置のフィルタ本体に対してマルチモード発振周波数の電磁波を照射した場合における、フィルタ本体内部の電磁波の強度分布を模式的に示す図であって、フィルタ本体の外の部分では電磁波がマルチモードで伝播し、フィルタ本体内部では電磁波がマルチモードで伝播する場合における図である。
【図１８】本実施形態の第１の変形例に係る排気浄化装置の具体的な構成の一例を示す図である。
【図１９】本実施形態の第１の変形例に係る排気浄化装置における周波数可変制御部の動作アルゴリズムの一例を示した図であって、図８に示す周波数パターンで電磁波の周波数が変化するように制御する例を示す。
【図２０】本実施形態の第２の変形例に係る排気浄化装置の具体的な構成の一例を示す図である。
【図２１】図２０に示す排気浄化装置に適用される電磁波発生装置の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本実施形態に係る排気浄化装置を含む排気浄化システムを示す概念図である。図1に示すように、本実施形態に係る排気浄化システムにおいて、例えばディーゼルエンジンなどの内燃機関１から排出される排気ガス２は、排気浄化装置１０に導かれる。排気浄化装置１０、１０´、３０、４０は、排気ガス２に含まれる微粒子物質として例えば炭素粒子を主成分とするＰＭ（パティキュレート・マター）を、微粒子物質（ＰＭ）堆積処理部１１に配置されたフィルタ本体１２を用いて捕捉し、ＰＭが除去された排気ガス２を外気に排出する。このような排気浄化装置１０、１０´、３０、４０において、フィルタ本体１２に捕捉されたＰＭは、電磁波発生装置１３から発生した電磁波１４によって加熱して除去され、このようにしてフィルタ本体１２の再生処理が実行される。以下に、このようなシステムに適用される排気浄化装置１０、１０´、３０、４０について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図２は、上述の排気浄化システムに適用される本実施形態に係る排気浄化装置１０の具体的な構成の一例を示す図である。図２において、１５ａは電磁波１４を通過させ排気ガス２を遮断する石英板、１６ａは電磁波を遮蔽し排気ガスを通過させる孔の空いた導体壁である。これらにより電磁波１４と排気ガス２は同じ排気管である筒体１７内をフィルタ本体１２に向かって流通する。フィルタ本体１２にてＰＭを捕集および酸化反応を行い、清浄化された排気ガス２は筒体１７の反対側に出力される。出力側には入力側と同様の孔あき導体壁１６ｂと石英板１５ｂによって排気ガス２と電磁波１４は分離され、フィルタ本体１２を通過して減衰した電磁波１４は終端器１８にて吸収される。
【００１４】
また、フィルタ本体１２付近には、温度センサ２１が配置されてもよい。フィルタ本体１２の温度を計測して電磁波発生装置１３に伝送する。温度センサ２１の構成はサーミスタ、熱電対などの直接計測が一般的であるが、赤外線検知器などによる間接計測であってもよい。（フィルタ本体の温度を直接計測する場合のみならず、周囲温度若しくはＰＭの温度を測定する場合も含む。）
図３は、上述の排気浄化システムに適用される本実施形態に係る排気浄化装置１０´の具体的な他の構成の一例を示す図である。筒体１７´の出力側には孔あき導体壁１６ｂが設置されている。孔あき導体壁１６ａ、１６ｂ間で空洞共振器１９が構成されており、この中に電磁波１４を入力すると空洞共振器１９内で定在波が発生する。このような構成であってもよい。
【００１５】
なお、図３においても温度センサ２１が配置されているが、この温度センサ２１についても、必ずしも必要なものではない。
【００１６】
図４および図５は、図２に示す排気浄化装置１０の要部を模式的に示す斜視図である。排気浄化装置１０の筒体１７は、図４に示すように円形の筒体１７ｃであってもよいし、図５に示すように方形の筒体１７ｓであってもよい。円形の筒体１７ｃの場合、筒体１７ｃの内部をシングルモードとして例えばＴＥ１１波が伝播し、方形の筒体１７ｓの場合、筒体１７ｓの内部をシングルモードとしてＴＥ１０波が伝播する。フィルタ１２は筒１７ｃ、１７ｓ内の断面に合わせて円形または方形であることが一般であるが、必ずしも円筒の断面形状と一致している必要はなく、円形筒内に方形のフィルタがあっても、またその逆も電磁波１４の作用としては同じである。
【００１７】
なお、図３に示す排気浄化装置１０´の要部についての斜視図は図示しないが、終端構造を除いて図４または図５に示す構成と同等の構成となっており、これらと同等の作用を示す。
【００１８】
図６は、図２に示す排気浄化装置１０のＰＭ堆積処理部１１の要部断面図である。ＰＭ堆積処理部１１は、排気ガス２の流路となる筒体１７、筒体１７の内部に配置されたフィルタ本体１２、および電磁波発生装置１３、を備える。
【００１９】
筒体１７は、例えば両端が開口端となり、内径が場所によらず一定の円筒管形状の金属によって構成される、導電性の外容器である。筒体１７は、一方の開口端である流入端部から流入される排気ガス２を、他方の開口端である排出端部から排出することができる構造であればよく、例えば両端が開口端となる方形管形状の金属によって構成されてもよい。また、筒体１７の内径Ｒは、場所毎に異なっていてもよい。
【００２０】
このような筒体１７の内部には、排気ガス２に含まれる微粒子物質として例えば炭素粒子を主成分とするＰＭ（パティキュレート・マター）を捕捉するフィルタ本体１２が配置されている。フィルタ本体１２は、筒体１７の内部の一部領域を埋めることによって、筒体１７の流入端部側の内部空間Ｖｉｎと排出端部側の内部空間Ｖｏｕｔとを分離するように配置されている。
【００２１】
このフィルタ本体１２は、隔壁によって区画される複数の排気通路を有する多孔質体によって構成されるトラップフィルターであり、例えばＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルター）である。なお、多孔質体としては、例えば多孔質のセラミックである炭化珪素（ＳｉＣ）やコーディエライトがあげられる。
【００２２】
次に、電磁波発生装置１３は、所望の周波数帯の電磁波１４（例えばマイクロ波）を発生させ、発生した電磁波１４を、筒体１７の流入端部の全体から、筒体１７の内部に伝搬させ、フィルタ本体１２に照射する。このように電磁波１４が照射されることにより、フィルタ本体１２は加熱される。
【００２３】
この電磁波発生装置１３には、発生する電磁波１４の周波数を可変制御する周波数可変制御部２０が接続されている。周波数可変制御部２０は、シングルモード発振周波数とマルチモード発振周波数との境界周波数を含む所定の周波数帯域内において、電磁波発生装置１３から発生する電磁波１４の周波数を、継時的に変化させる。
【００２４】
図４に示されるように、筒体１７が円形の筒体１７ｃである場合、シングルモードはＴＥ１１波であり、図５に示されるように、筒体１７が方形の筒体１７ｓである場合、シングルモードはＴＥ１０波である。シングルモードは最も遮断周波数が低くなり、マルチモードは遮断周波数がそれより高いものである。筒体１７ｃ、１７ｓ内にフィルタ本体１２が有る場合、フィルタ本体１２の材質は一般的に真空中の比誘電率よりも高い値を示すため、フィルタ本体１２の存在する部分は、存在しない部分に比較して、筒体のサイズが同じであっても一般に遮断周波数が低くなる。
【００２５】
図７は、シングルモードおよびマルチモードの周波数の説明図である。同図（ａ）はシングルモードの周波数の説明図であり、同図（ｂ）はマルチモードの周波数の説明図である。図７（ａ）においてｆ１はシングルモードの周波数を示し、図７（ｂ）においてｆ２はマルチモードの周波数を示す。また、両図においてｆｂは境界となる周波数を示す。図７から明らかなように、ｆ１、ｆ２、ｆｂには常にｆ１＜ｆｂ＜ｆ２の関係があり、ｆｂはマルチモードの遮断周波数に相当する。
【００２６】
図８、図９は周波数可変制御部２０の各モード間の切り替えの経時的変化の例を示した図である。図８に示すように、経過時間ｔ１までは周波数ｆ１を発振し、経過時間ｔ１から（ｔ１＋ｔ２）までは周波数ｆ２を発振する。このｆ１、ｆ２は図７のｆ１、ｆ２にそれぞれ相当する。
【００２７】
図９に示すように、周波数の変化は断続的ではなく連続的であっても良い。また、一様に周波数が上昇・下降するものに限らず、ランダムに変化したり、断続的あるいは不連続に変化する場合も含むものとする。
【００２８】
図１０は、この周波数可変制御部２０の動作アルゴリズムの一例を示した図である。図１０に示す動作アルゴリズムは、温度センサ２１を利用しない場合の例である。例えば図８に示すような周波数パターンでの制御の例を示す。
【００２９】
動作開始後、周波数ｆ１を選択して（Ｓ１０１）、周波数を設定する（Ｓ１０２）。次に、電磁波発生装置１３に出力指示を行って出力をＯＮにし（Ｓ１０３）、タイマ（図２には明示なし）をスタートさせる（Ｓ１０４）。これにより、電磁波１４がフィルタ本体１２に送られ加熱を開始する。
【００３０】
タイマＴ１までフィルタ本体１２の加熱を継続後（Ｓ１０５）、電磁波発生装置１３に出力ＯＦＦの指示を行い（Ｓ１０６）、周波数ｆ２を選択して（Ｓ１０７）、周波数を再度設定する（Ｓ１０８）。次に、電磁波発生装置１３に出力指示を行って出力ＯＮにし（Ｓ１０９）、タイマＴ２までフィルタ本体１２の加熱を継続後（Ｓ１１０）、電磁波発生装置１３に出力ＯＦＦの指示を行い（Ｓ１１１）、終了通知を行って（Ｓ１１２）終了処理を行う。
【００３１】
さらにこの別の変形例について、図１１を参照して説明する。図１１は、温度センサ２１を利用した動作アルゴリズムの一例を示した図である。
【００３２】
動作開始後、周波数ｆ１の選択（Ｓ２０１）からタイマのスタート（Ｓ２０４）まで（Ｓ２０１〜Ｓ２０４）は、図１０のＳ１０１〜Ｓ１０４と同様に動作する。
【００３３】
温度センサ２１（図２、図３）を用いてフィルタ本体１２の温度（フィルタ直接のみならず、周囲温度若しくはＰＭの温度を測定する場合も含む）を測定し、測定のよって得られた温度が起動制限時間内に規定温度（例えば、ＰＭの燃焼開始温度）に達したか否かを判断し（Ｓ２０５およびＳ２０６）、フィルタ本体１２の温度が起動制限時間内に規定温度に達しない場合（Ｓ２０６においてＹｅｓ）、システム異常と判断してシステム異常処理を行う。すなわち、出力ＯＦＦを電磁波発生装置１３に指示し（Ｓ２０７）、アラームを通知する（Ｓ２０８）。
【００３４】
正常に温度上昇していれば（Ｓ２０５においてＹｅｓ）、タイマをリセットし（Ｓ２０９）、規定時間Ｔ１まで加熱を継続するが、フィルタ本体１２において温度上昇が過度に起こり温度暴走が起こるなどの理由により危険制限温度ＨＬｉｍｉｔを超えた場合（Ｓ２１０においてＹｅｓ）は、直ちにシステム異常処理を行う（Ｓ２０７およびＳ２０８）。
【００３５】
正常にタイマＴ１まで継続できた場合（Ｓ２１１においてＹｅｓ）は、電磁波発生装置１３からの出力をＯＦＦにするとともにタイマをリセットして（Ｓ２１２）、周波数をｆ２に変更するとともに時間をＴ２に読み替えて（Ｓ２１３）、再度同様な処理を行う。
【００３６】
これが正常に終了した場合は終了通知を行い（Ｓ２１４）、正常な終了処理を行う。これによって、周波数を変更してより効果的なフィルタ再生処理を実現することが可能である。
【００３７】
このように、周波数可変制御部２０は、シングルモード発振周波数とマルチモード発振周波数との境界周波数ｆｂを含む所定の周波数帯域内において、電磁波発生装置１３から発生する電磁波１４の周波数を、経時的に変化させる。
【００３８】
周波数帯域内において電磁波発生装置１３から発生する電磁波１４の周波数を経時的に変化させると、ある時間帯においてはシングルモード発振周波数の電磁波１４がフィルタ本体１２に照射され、他のある時間帯においてはマルチモード発振周波数の電磁波１４がフィルタ本体１２に照射される。この結果、フィルタ本体１２内部における電磁波１４の強度分布を、時間の経過とともに大幅に変化させることができる。以下にこの点について、図２の構成を例にとってさらに詳細に説明する。これまで説明したように、フィルタ本体１２が存在する場所と存在しない場所とでは各モードの遮断周波数が異なるため、以降はフィルタ本体１２部分のモードを基準に説明する。
【００３９】
図１２は、シングルモード発振周波数の電磁波１４をフィルタ本体１２に照射した場合における、フィルタ本体１２内部の電磁波１４の強度分布を模式的に示す図である。また、図１３および図１４は、マルチモード発振周波数の電磁波１４をフィルタ本体１２に照射した場合における、フィルタ本体１２内部の電磁波１４の強度分布を模式的に示す図である。なお、図１３は、フィルタ本体１２の外の部分では電磁波１４がシングルモードで伝播する場合を示しており、図１４は、図１３と比較して、フィルタ本体１２の外の部分も電磁波１４がマルチモードで伝播する場合を示している。
【００４０】
フィルタ本体１２に対してシングルモード発振周波数の電磁波１４を照射した場合、図１２に示すように、電磁波１４の強度が強い領域Ｓｓは、筒体１７の軸に沿った方向に対して周期的に分布する。この領域Ｓｓは、時間経過に対して出力側に移動していくため、フィルタ本体１２の中央部は高温になるものの、筒体１7の近傍の領域は常に電磁波１４の強度が低く低温のままである。
【００４１】
ところが、フィルタ本体１２に対してマルチモード発振周波数の電磁波１４を照射した場合、図１３または図１４に示すように、電磁波の強度が強い領域Ｓｍは、筒体１７の軸に垂直な方向に対しても周期的に分布するようになり、図１１に示す電磁波１４の強度分布と比較して、大幅に変化する。このため、筒体１７の近傍部分にも電磁波１４の強度が高くなる領域が生じて高温になる。一方でフィルタ本体１２の中央部にも低温の領域が生じるが、シングルモードのときに既に高温に達しているので、マルチモードで低温であっても問題はない。
【００４２】
図１５は、シングルモード発振周波数の電磁波１４をフィルタ本体１２に照射した場合における、図３に対応したフィルタ本体１２内部の電磁波１４の強度分布を模式的に示す図である。また、図１６および図１７は、マルチモード発振周波数の電磁波１４をフィルタ本体１２に照射した場合における、図３に対応したフィルタ本体１２内部の電磁波１４の強度分布を模式的に示す図である。なお、図１６は、フィルタ本体１２の外の部分では電磁波１４がシングルモードで伝播する場合を示しており、図１７は、図１６と比較して、フィルタ本体１２の外の部分も電磁波１４がマルチモードで伝播する場合を示している。
【００４３】
フィルタ本体１２に対してシングルモード発振周波数の電磁波１４を照射した場合、図１５に示すように、電磁波１４の強度が強い領域Ｓｓは、筒体１７´の軸に沿った方向に対して周期的に分布するが、図１５では導体壁１６ｂによって電磁波１４が反射されて定在波が立つため、時間経過に対して周波数を変えない場合、Ｓｓの位置は変化しない。このため筒体１７´の軸の方向にも電磁波１４の強度が低く低温な部分が生じる。シングルモード発振周波数の範囲内において電磁波１４の周波数を変化させると、電磁波１４の強度が強い領域Ｓｓが、筒体１７´の軸に沿った方向に対して間隔が変化するため、電磁波１４の強度分布は軸方向に変化し、低温であった部分も高温に変化する。ところが、筒体１７´の近傍においては電磁波１４の強度は中央部に比較して低いままであるため、なお低温な部分が残る。
【００４４】
ところが、フィルタ本体１２に対してマルチモード発振周波数の電磁波１４を照射した場合、図１６または図１７に示すように、電磁波１４の強度が強い領域Ｓｍは、筒体１７´の軸に垂直な方向に対しても周期的に分布するようになり、図１５に示す電磁波１４の強度分布と比較して、大幅に変化する。このため、筒体１７´の近傍部分にも電磁波１４の強度が高くなる領域が生じて高温になる。一方でフィルタ本体１２の中央部にも低温の領域が生じるが、シングルモードのときに既に高温に達しているので、マルチモードで低温であっても問題はない。
【００４５】
このように、シングルモード発振周波数の電磁波１４をフィルタ本体１２に照射した場合と、マルチモード発振周波数の電磁波１４をフィルタ本体１２に照射した場合と、では、フィルタ本体１２内部における電磁波１４の強度分布が大幅に異なる。したがって、シングルモード発振周波数とマルチモード発振周波数との境界周波数ｆｂを含む所定の周波数帯域内において、電磁波発生装置１３から発生する電磁波１４の周波数を経時的に変化させると、フィルタ本体１２内部における電磁波１４の強度分布も経時的に大幅に変化する。この結果、フィルタ本体１２内部における位置毎の温度は、短時間で周波数を変更すれば均一化され、温度差の発生が抑制される。あるいは、周波数の変更を頻繁に行わない場合であっても、高温部分のみを反応処理させた後、周波数を変更して残りの部分を高温とすることで、トータルでの反応残量を抑制する効果がある。
【００４６】
フィルタ本体１２に捕捉されたＰＭは、フィルタ本体１２に対して電磁波１４を照射し、フィルタ本体１２を加熱することによって燃焼除去され、このようにしてフィルタ本体１２に対して再生処理が実行される。
【００４７】
以上に説明した本実施形態についての作用および効果は、特に周波数範囲を限らないものであるが、実際に周波数資源は有限であり、実用上はさまざまな法的・技術的制約があることはいうまでもない。以下に、このことを考慮して、更に効果を高めるための周波数の使用方法について、図７を再度用いて説明する。
【００４８】
上記実施形態の説明で述べたとおり、シングルモードの周波数ｆ１とマルチモードの周波数ｆ２の中心周波数は（ｆ１＋ｆ２）／２であり、帯域幅は（ｆ２−ｆ１）である。シングルモードとマルチモード間の境界となる周波数ｆｂは、ｆ１とｆ２の間にあればよいので、ｆ２とｆ１の間が狭いほどこの排気浄化装置１０、１０´が使用する周波数が狭くなり、周波数利用効率が上がる。一般的に「帯域幅」÷「中心周波数」を比帯域と呼ぶが、加熱に好適な３０ＧＨｚ以下の周波数を対象として考えると、周波数の有効利用や目的毎の周波数割り当て幅から、これが概ね１０％以下であることが望ましい。
【００４９】
さらに、可搬型や車載機などの用途を想定する場合は、いわゆるＩＳＭバンド（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｍｅｄｉｃａｌ）と呼ばれる９０２ＭＨｚ〜９２８ＭＨｚ、２４００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚ，５７２５ＭＨｚ〜５８７５ＭＨｚの周波数帯で運用することが、装置価格や免許の容易性などからより実用的である。
【００５０】
また、ｆ１とｆ２の周波数間は連続である必要はないため、例えば２４００ＭＨｚと２５００ＭＨｚの２点、あるいは９２０ＭＨｚ，２４５０ＭＨｚと５８００ＭＨｚの３点で運用する場合なども含んであっても、前記実施形態の動作は同等である。
【００５１】
実施形態の変形例として、フィルタ本体１２に放射される電磁波１４の強度をモニタすることにより、フィルタ本体１２に照射される電磁波１４の出力もしくは位相を制御する機能を付加した形態について、以下に説明する。
【００５２】
＜第１の変形例＞
図１８は、実施形態の第１の変形例に係る排気浄化装置３０の構成の一例を示す図である。図１７に示される排気浄化装置３０は、図２に示した排気浄化装置１０の構成に対して、さらに双方向結合器３１、位相制御部３２、判断部３３が追加された形態である。
【００５３】
位相制御部３２は、スタブ３４および駆動用モータ３５を含んで構成されており、筒体１７内に金属もしくは誘電体等の棒（スタブ３４）を挿入することで位相を制御し、フィルタ本体１２側のインピーダンスと信号源側のインピーダンス間の整合を取る。
【００５４】
電力モニタとしての双方向結合器３１からは進行・反射電力の各モニタ値を、温度センサ２１からはフィルタ本体１２の温度（温度センサ２１による直接測定、若しくは赤外線検知等の間接的測定であってもよい）をモニタする。
【００５５】
測定値は判断部３３に送られ、フィルタ本体１２の温度が適切になるように判断部３３より各部に指示信号を伝送する。指示信号は例えば周波数可変制御部２０には周波数指示を、電磁波発生装置１３には出力指示を、位相制御部３２にはスタブ３４の移動量指示を伝送する。
【００５６】
周波数可変制御部２０、電磁波発生装置１３、位相制御部３２は受信した信号に基づいて適切な制御を行い、フィルタ本体１２の温度を適切に加熱するように制御をする。
【００５７】
図１９は、図１８に示す排気浄化装置３０の制御を示すアルゴリズム例である。例えば図８に示すような周波数パターンでの制御の例を示す。
【００５８】
動作開始後、周波数ｆ１を選択（Ｓ３０１）、指示して周波数可変制御部２０で周波数を設定する（Ｓ３０２）。次に、電磁波発生装置１３に出力指示を行って出力をＯＮにし（Ｓ３０３）、タイマ（図１７には明示なし）をスタートさせる（Ｓ３０４）。これにより電磁波１４がフィルタ本体１２に送られて加熱を開始するが、電力モニタとしての双方向結合器３１によりモニタされた送信・反射電力の比から、フィルタ本体１２側で消費されている電力を計算する（Ｓ３０５）。ここで、消費電力が小さい場合（Ｓ３０６においてＮｏ）は、整合条件が取れておらずフィルタ本体１２に効果的に電力が伝送されていないと判断されるため、スタブ３４の位置移動を位相制御部３２に指示し（Ｓ３０７）、消費電力が高くなるようにスタブ３４の位置を制御したり、出力の上昇を電磁波発生装置１３に指示する。
【００５９】
消費電力が規定値以上である場合（Ｓ３０６においてＹｅｓ）、フィルタ本体１２の温度（フィルタ直接のみならず、周囲温度若しくはＰＭの温度を測定する場合も含む）が起動制限時間内に規定温度（例えば、ＰＭの燃焼開始温度）に達したか否かを判断し（Ｓ３０８およびＳ３０９）、フィルタ本体１２の温度が起動制限時間内に規定温度に達しない場合（Ｓ３０９においてＹｅｓ）、システム異常と判断してシステム異常処理を行う。すなわち、出力ＯＦＦを電磁波発生装置１３に指示し（Ｓ３１０）、アラームを通知する（Ｓ３１１）。
【００６０】
正常に温度上昇していれば（Ｓ３０８においてＹｅｓ）、タイマをリセットし（Ｓ３１２）、規定時間Ｔ１まで加熱を継続するが、フィルタ本体１２において温度上昇が過度に起こり温度暴走が起こるなどの理由により危険制限温度ＨＬｉｍｉｔを超えた場合（Ｓ３１３においてＹｅｓ）は、直ちにシステム異常処理を行う（Ｓ３１０およびＳ３１１）。
【００６１】
正常にタイマＴ１まで継続できた場合（Ｓ３１４でＹｅｓ）は、電磁波発生装置１３からの出力をＯＦＦにするとともにタイマをリセットして（Ｓ３１５）、周波数をｆ２に変更するとともに時間をＴ２に読み替えて（Ｓ３１６）、再度同様な処理を行う。
【００６２】
これが正常に終了した場合は終了通知を行い（Ｓ３１７）、正常な終了処理を行う。これによって、周波数を変更してより効果的なフィルタ再生処理を実現することが可能である。
【００６３】
＜第２の変形例＞
図２０は、実施形態の第２の変形例に係る排気浄化装置４０の構成の一例を示す図である。図２１は、図２０に示す排気浄化装置４０に適用される電磁波発生装置４１の構成の一例を示す図である。この排気浄化装置４０は、第１の変形例において示した出力・位相制御機能を電磁波発生装置４１に内蔵させた例である。
【００６４】
図２０に示す排気浄化装置４０において、位相制御部は、図２１に示すように電磁波発生装置に内蔵されている。すなわち、図２０に示す電磁波発生装置４１は、可変周波数信号源４２、移相器４３、可変減衰器４４、固体増幅器４５、および同軸導波管変換器４６によって構成される。
【００６５】
図１９に示したアルゴリズムと同様の動作において、位相制御部への指示信号に変わり、判断部３３から電磁波発生装置４１には出力・位相指示信号が送信される。電磁波発生装置４１の内部（図２１）では、周波数指示に従って可変周波数信号源４２は発振周波数を決定し、移相器４３にて位相制御を、可変減衰器４４にて出力制御を行う。固体増幅器４５は発振された電磁波１４を増幅して同軸導波管変換器４６に導かれ、同軸導波管変換器４６にて電磁波１４は筒体１７内の空間に放射され、フィルタ本体１２に向かって伝送される。
【００６６】
このような構成によっても、出力・位相を適切に制御してより効果的なフィルタ再生処理を実現することが可能である。
【００６７】
なお、出力・位相支持機能を電磁波発生装置に内包しない場合、電磁波発生装置の構成は、図２１に示す構成から移相器４３及び可変減衰器４４を省略した構成となる。
【００６８】
以上に説明した実施形態に係る排気浄化装置１０、１０´、３０、４０によれば、電磁波発生装置１３、４１に、この装置１３、４１から発生する電磁波１４の周波数を可変制御する周波数可変制御部２０を接続している。そして、周波数可変制御部２０は、フィルタ本体１２に照射される電磁波１４の周波数を、シングルモード発振周波数とマルチモード発振周波数との境界周波数ｆを含む所定の周波数帯域内において経時的に変化させる。したがって、フィルタ本体１２内部における電磁波１４の強度分布を経時的に大幅に変化させることができる。この結果、フィルタ本体１２内部における位置毎の温度差の発生を抑制することができ、フィルタ本体１２の再生処理が良好に実行される。
【００６９】
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・内燃機関
２・・・排気ガス
１０、１０´、３０、４０・・・排気浄化装置
１１・・・微粒子物質（ＰＭ）堆積処理部
１２・・・フィルタ本体
１３、４１・・・電磁波発生装置
１４・・・電磁波
１５ａ、１５ｂ・・・石英板
１６ａ、１６ｂ・・・導体壁
１７、１７ｃ、１７ｓ、１７´・・・筒体
１８・・・終端器
１９・・・空洞共振器
２０・・・周波数可変制御部
２１・・・温度センサ
３１・・・双方向結合器
３２、４２・・・位相制御部
３３・・・判断部
３４・・・スタブ
３５・・・駆動用モータ
４２・・・可変周波数信号源
４３・・・移相器
４４・・・可変減衰器
４５・・・固体増幅器
４６・・・同軸導波管変換器
【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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