JPH10141046A - 加熱調整装置付き排気ガス濾過法およびその装置 - Google Patents

加熱調整装置付き排気ガス濾過法およびその装置

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JPH10141046A JP9308863A JP30886397A JPH10141046A JP H10141046 A JPH10141046 A JP H10141046A JP 9308863 A JP9308863 A JP 9308863A JP 30886397 A JP30886397 A JP 30886397A JP H10141046 A JPH10141046 A JP H10141046A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的にジーゼル車から排出される排気ガス
の微粒子排出を抑える装置および方法の提供。 【解決手段】 フィルターセット(1)からなるフィル
ターユニットであって、少なくとも1個のフィルター素
子(11,12,13)と、フィルター素子の領域(1
21,122,123)を加熱するための少なくとも1
個の抵抗素子(3)と、前記フィルターセット(1)の
汚れを測定する手段と、フィルターセット(1)の汚れ
の程度にしたがって前記抵抗素子のそれぞれを独立して
制御する制御手段(5)とからなることを特徴とするジ
ーゼルエンジンの排気ガスの後処理を目的としたフィル
ターユニットを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はジーゼル車から排出
される排気ガスの後処理に関する。最近、ヨーロッパで
は微粒子排出基準が制定された。これらの基準は、近い
将来ますます厳しくなるものと考えられる。排出される
微粒子の可溶性部分に特に有効な酸化触媒マフラーを装
着しても、そのときまでにエンジンおよび燃料を改良す
ることは困難であると思われる。
【0002】
【従来の技術】微粒子フィルターは、排気ガスの後処理
技術としてよく知られている。これによって、80%以
上の濾過効果を得ることができる。今日までに、多くの
濾過技術が開発されている。その例は、コーニング社に
よって販売されているセラミックモノリスまたは特許出
願WO-95/27,843で開示されているコイル状セラミックフ
ィルターである。
【0003】このようなシステムを開発する上で遭遇す
る技術的困難は、沈着したすすを燃焼させることによっ
てフィルターを定期的に再生しなければならないことで
ある。このような燃焼は、ガス温度が微粒子の酸化開始
に必要なレベルにまで達すると自然に起こることがあ
る。しかし、平均的な作動条件では、到達温度が微粒子
の自然燃焼開始温度よりもはるかに低い。そのためフィ
ルターが目詰まりを起こし、エンジン効率の低下、ひい
ては作動を脅かす恐れがある。したがって、人為的にフ
ィルターの再生を行う必要がある。そのために、多くの
技術が開発されている。 これらは、エンジンの作動変
更、すなわち吸気の絞り、排気の絞り、または噴射遅れ
の改良に基づくもの、排気ガスまたはフィルターへのエ
ネルギー供給に関連したものである(レジスター、バー
ナー、マイクロウエーブ等)。したがって、コンピュー
タで作動する外部制御手段によって、これら各種の装置
を制御する必要がある。最も頻繁に採用されている再生
開始基準は、排気ラインの背圧である。
【0004】微粒子フィルター再生を促進するために、
添加物、例えばすす沈着物中に存在し、一般に着火温度
を下げ、したがって再生頻度を増加せる有機金属添加物
の添加からなる化学的な試みも行われている。
【0005】添加物として最も一般的に用いられている
ものは、銅、鉄、セリウム、ナトリウム等である。試験
の結果、このような添加物が存在すると、排気ガス温度
が比較的低く(約200℃)ても部分的な生成が自然に
起こることが認められている。しかし、ある種の走行モ
ードでは、依然として背圧に関連した問題が存在し、し
たがって電気加熱等のエネルギーを外部から供給する必
要がある。
【0006】エネルギー消費に関して、電気ヒーターを
用いる公知のシステムのほとんどはフィルター素子全体
を加熱する。したがって、多かれ少なかれ制御されてい
るとしても、エネルギー消費の増加につながる。一般
に、フィルターの完全再生の開始に必要な電気エネルギ
ーは高く、車に搭載されている電源では間に合わない場
合が多い。特許EP-B1-0,485,179には、この原理に基づ
くシステムが開示されている。
【0007】さらに、再生条件は、フィルターの汚れ状
態に高度に依存する。公知の電気加熱手段は、フィルタ
ーの汚れ状態によっては効果がない。本発明は、車の操
作条件には関係なく、電力をフィルターに供給できる利
点がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】換言すれば、本発明の
全体的な効果は排気の平均背圧を良好に制御し、したが
ってエンジン効率の低下を制限することである。本発明
は、いくつかのパラメータおよびフィルター素子の“過
去”を同時に考慮するとにより、前記フィルターの再生
に要するエネルギーを最少限にすることができる利点が
ある。換言すれば、本発明はエネルギー節約のみならず
信頼性に関しても微粒子フィルターの作動を改善するこ
とができる。さらに、本発明は知的な再生管理によっ
て、過剰放熱によるフィルター素子の劣化リスクを最小
限に抑制することができる。したがって、本発明の目的
はジーゼルエンジンの排気ガスの後処理を目的としたフ
ィルターセットからなるフィルターユニットを提供する
ことである。
【0009】
【課題を解決する手段】本発明者らは上記課題を解決す
るため鋭意検討を行い本願発明に到達した。本発明は以
下の発明および実施態様を包含する。
【0010】(a) フィルターセット(1)からなる
フィルターユニットであって、少なくとも1個のフィル
ター素子(11,12,13)と、フィルター素子の領
域(121,122,123)を加熱するための少なく
とも1個の抵抗素子(3)と、前記フィルターセット
(1)の汚れを測定する手段と、フィルターセット
(1)の汚れの程度にしたがって前記抵抗素子のそれぞ
れを独立して制御する制御手段(5)と、制御手段
(5)と連動した利用可能電力の測定手段とからなるこ
とを特徴とするジーゼルエンジンの排気ガスの後処理を
目的としたフィルターユニット。
【0011】(b) 抵抗素子(3)がフィルター素子
(11,12,13)の領域(121,122等)の周
囲に螺旋状に設けられていることを特徴とする(a)に
記載のフィルターユニット。
【0012】(c) 各抵抗素子の電力が利用可能な総
電力と比較して低いことを特徴とする(a)または
(b)のいずれかに記載のフィルターユニット。
【0013】(d) さらに少なくとも1個の温度検出
装置を含むことを特徴とする(a)〜(c)のいずれか
に記載のフィルターユニット。
【0014】(e) さらにフィルター素子(11,1
2,13)と連動した少なくとも1個の絞り手段(3
1,32,33)を含むことを特徴とする(a)〜
(d)のいずれかに記載のフィルターユニット。
【0015】(f) さらに制御手段(5)と連動した
アクセルペダル位置の検出手段を含むことを特徴とする
(a)〜(e)のいずれかに記載のフィルターユニッ
ト。
【0016】(g) (a)〜(f)のいずれかに記載
のフィルターユニットを実行するためのプロセスであっ
て、フィルターセットをいくつかのフィルター素子(1
1,12,13)に分割し、フィルター素子(11,1
2,13)の少なくとも1個に、前記フィルター素子を
局部的に加熱するための少なくとも1個の抵抗素子
(3)を設け、フィルターセット(1)の汚れを検出
し、車の利用可能な電力を評価し、制御手段によって、
特に検出された汚れと電力の関数として抵抗素子または
素子群を選択的に活性化することからなるプロセス。
【0017】(h) 各領域が交互に加熱されることを
特徴とする(g)に記載の実行プロセス。
【0018】(i) さらにフィルターセット(1)の
いろいろな点で温度を検出することを特徴とする(g)
または(h)のいずれかに記載のプロセス (j) フィルターセット(1)の最も温度の低い領域
を加熱することを特徴とする(i)に記載のプロセス。
【0019】(k) フィルターセット(1)の温度の
最も高い領域を加熱することを特徴とする(i)に記載
の実行プロセス。
【0020】(l) 絞り手段(31,32,33)を
前記フィルター素子(11,12,13)の少なくとも
1個と連動させることによって前記素子を独立させるこ
とを特徴とする(g)〜(j)のいずれかに記載の実行
プロセス。
【0021】(m) 汚れが再生に適しているフィルタ
ー領域で加熱を行うことを特徴とする(g)〜(l)の
いずれかに記載の実行プロセス。
【0022】(n) 消費電力が利用可能電力に依存し
ていることを特徴とする(g)〜(m)のいずれかに記
載の実行プロセス。
【0023】(o) 抵抗素子がエンジンのある種の作
動状態の関数として活性化されることを特徴とする
(g)〜(n)のいずれかに記載のプロセス。
【0024】(p) 抵抗素子がアクセルペダルの位置
の関数として活性化されることを特徴とする(o)に記
載のプロセス。
【0025】(q) アクセルペダルの位置が最高速度
位置にあるとき抵抗素子が不活性化されることを特徴と
する(p)に記載のプロセス。
【0026】
【発明の実施の形態】本発明に係わるフィルターユニッ
トは、少なくとも1個のフィルター素子と、フィルター
素子ゾーンを加熱するための少なくとも1個の抵抗素子
と、前記フィルターセットの汚れを測定する手段と、フ
ィルターセットの汚れに応じて前記レジスターのそれぞ
れを独立して制御するための制御手段と、制御手段と連
動し、利用可能電力を測定するための手段とからなる。
【0027】特に、前記抵抗素子または素子群は、フィ
ルター素子ゾーンの周囲を螺旋状に設けられている。
【0028】各抵抗素子の電力は、利用可能な総電力に
比較して低いことが特徴である。また、本発明に係わる
フィルターユニットは、少なくとも1個の温度検出装置
を含でもよい。
【0029】また、本発明に係わるフィルターユニット
は、フィルター素子と連動した少なくとも1個の絞り手
段を含んでもよい。
【0030】さらに、本発明に係わるフィルターユニッ
トは、制御手段と連動したアクセルペダル位置検出手段
を含んでもよい。
【0031】さらに、本発明は、上記フィルターユニッ
トを実行するためのプロセスに関する。
【0032】特に、前記プロセスは主として、フィルタ
ーセットをいくつかのフィルター素子に分割し、フィル
ター素子の少なくとも1個に、前記フィルター素子を局
部的に加熱するための少なくとも1個の抵抗素子を設
け、フィルターセットの汚れを検出し、車の利用可能な
電力を評価し、制御手段によって、特に検出された汚れ
と電力の関数として抵抗素子または素子群を選択的に活
性化することからなる。
【0033】したがって、本発明の最も単純な実施例に
よると、例えば背圧が閾値に達したとき、フィルターセ
ットの単一領域を加熱することができる。本発明の別の
実施例によると、いろいろな領域を交互に加熱すること
ができる。さらに、当該プロセスはフィルターセットの
いろいろな点の温度を検出するように構成してもよい。
【0034】本発明の別の実施例によると、フィルター
セットの最も温度の低い領域を加熱する。本発明の別の
実施例によると、フィルターセットの最も温度の高い領
域を加熱する。
【0035】さらに、本発明に係わる絞り手段は、前記
フィルター素子の少なくとも1個と連動と連動させるこ
とによって、前記素子を独立させてもよい。さらに、他
の領域よりも汚れがひどいフィルター領域、すなわち再
生がより好ましい領域を加熱してもよい。
【0036】別の実施例によると、すすの性質が再生に
より好ましいフィルターの領域を加熱してもよい。本発
明の興味ある特徴によると、エンジンの作動条件、例え
ばアクセルペダルの位置にしたがって抵抗素子を選択的
に活性化する。
【0037】したがって、本発明の利点および特徴は、
一方でレジスターをいくつかの領域に分け、それぞれを
独立に設ける点にあり、他方では本発明にしたがって実
行される方策はエンジンの作動条件、走行モード、利用
可能エネルギー減、フィルターセットの汚れ特性に特に
適している。
【0038】本発明のその他の特徴、利点および詳細
は、ここに添付図面を参照し、後記の説明を熟読するこ
とによって明らかになると思うが、本発明は以下の記載
に限るものではない。
【0039】図1は、本発明に係わるユニットのフロー
シートである。図2は、本発明に係わるフィルター素子
の詳細な模式図である。図3は、バルブの開放、使用電
力およびフィルターセットの温度の関係を示す一連の曲
線である。
【0040】図1で、一般的に微粒子フィルターと呼ば
れるフィルターセット1が二重矢印で示す排気ガスの流
路に設けてある。フィルターセット1は、例えばアメリ
カの会社3Mによって販売されているフィルターカート
リッジからなるいくつかのフィルター素子11、12、
13で構成されている。パーティション6のような手段
を設けることによりフィルターセット1を分割し、フィ
ルター素子11、12、13を独立させる。
【0041】フィルター素子12を図2に示す。この素
子にはいくつかの抵抗素子3を設け、それぞれの抵抗素
子によってフィルター素子12の領域121、122、
123、124を加熱する。さらに正確に述べると、こ
こに示すレジスターはフィルターカートリッジ12の周
囲に螺旋状に設けてある。
【0042】最も単純な実施例によると、単一の抵抗ワ
イヤー3がフィルター素子12の領域121の周囲に螺
旋状に設けてある。
【0043】本発明の範囲から逸脱することなく、同様
に各フィルター素子に単一領域を設けることができる。
【0044】以下に述べる図2は、これらの素子につい
て考えらえる配置の1つを詳細に説明するものである。
【0045】各抵抗素子に、車に搭載されているバッテ
リーまたはオルタネータ7等の電源が接続されている。
【0046】電力継電器4またはその他の手段によっ
て、各抵抗素子への電流を供給または遮断する。コンピ
ュータ5によって、電力継電器4を以下に説明する方策
にしたがって制御する。
【0047】各フィルター素子11、12、13上また
は各フィルター素子の間におけるレジスター3は、実行
する方策に最も適したように分布させる。換言すると、
必ずしも全てのフィルター素子に同じ数の加熱レジスタ
ー3を設ける必要はない。さらに、1個またはそれ以上
の絞り手段31、32、33を前記フィルターセットに
設けてもよい。これら絞りバルブによって、特に後に述
べるように電力消費に関して、再生の改善が可能にな
る。フィルター素子11、12、13に、少なくとも1
個の絞り手段31、32、33を設ける。
【0048】さらに、各種の検出装置(図1に示さず)
によって、コンピュータ5にデータをインプットする。
フィルターセットの汚れの程度を測定するため、少なく
とも1個の圧力検出装置をフィルターセットの上流に設
ける必要がある。
【0049】図2は、フィルターカートリッジ12等の
本発明に係わるフィルター素子の簡単な模式図である。
処理すべき排気ガスは、矢印Aで示すように、カートリ
ッジを通って流れる。フィルターセット1に設けるカー
トリッジの数は、処理すべき排気ガスの流れが最高にな
るように設定する。
【0050】さらに、方策によっては、温度検出装置、
例えば加熱フィルムフローメーター等のマス流速測定手
段等の他の検出装置を用いる(図示せず)。
【0051】図2に模式的に示すように、各カートリッ
ジ12には、カートリッジ12のいろいろな領域12
1、122、123、124を加熱できるようにN個所
に加熱ワイヤーを設ける。本発明のこの実施例による
と、これに限定するものではないが、カートリッジの全
長をカバーするように相互に独立した加熱ワーヤーを4
個所に巻き付ける。レジスターの数およびレジスターに
よってカバーされるカートリッジの長さは、規定した方
策に適している。
【0052】加熱ワイヤーは、例えばサーモコアックス
社によって販売されているワイヤーであってもよい。
【0053】個々の抵抗素子は消費電力が小さいので、
抵抗素子3の電源として車のオルタネータを用いてもよ
い。電力供給量は前記電源の瞬間電力および消費制限を
したときの必要電力と一致しなければならない。各抵抗
素子3には、電力継電器4が接続されている。各電力継
電器4は、特にエンジンの作動条件およびフィルターセ
ットの汚れを考慮してあらかじめ設定された方策にした
がって、コンピュータ5によって制御される。これらの
方策は、コンピュータ5に記憶されている。方策の定義
は、一方ではエンジンが受ける背圧を制限し、他方では
フィルターの早期性能低下の原因となる物質の局部的蓄
積を防止するために、汚れをある閾値以下に保つもので
なければならない。
【0054】本発明の実行は、まず背圧が閾値を越えた
とき直ちに単一レジスターを活性化させることによっ
て、最小限のエネルギーによってエンジンに加わる背圧
を低下させることである。
【0055】ついで、設定した方策にしたがって、残り
のレジスターを同時に、または別々に活性化させる。
【0056】別の方法として、局部的に設けた各レジス
ターを活性化させることにより、通常の再生開始温度よ
りも低い温度にあるフィルター1の領域のみを加熱して
もよい。
【0057】大型フィルターの場合、エンジンから最も
距離が離れたフィルター領域の温度はフィルター入り口
の温度よりも50℃も低いことから、この方策は特に興
味がある。この場合、最も温度の低い領域を選択的に加
熱することによって、エンジンに最も近いフィルター領
域で“自然の”再生が起こり、一方フィルターの末梢領
域で“誘導”再生が起こるので、フィルター全体で燃焼
効率が向上する。このような部分的な加熱は、再生の伝
搬に好都合である。事実、フィルターの特定部位で選択
的に再生が始まると、この領域での流速が急速に増加す
る。これによって他の領域から酸素を奪い、そのためそ
の領域での燃焼が困難になり、汚れが不均一になる。高
度に汚れた領域が存在すると、その領域での燃焼から高
い熱が放出され、フィルターの寿命が短くなる。この現
象は、本発明に係わる局部的加熱によって防止すること
ができる。
【0058】本発明の別の側面によると、温度が最も高
く、再生開始温度に近い領域に存在するレジスターを活
性化することができる。したがって、限られた数のレジ
スターを活性化することによって、きわめて小さな電力
で燃焼を開始することができる。このようにして加熱領
域における燃焼から放出される熱を利用して、隣接領域
での燃焼を開始することができる。
【0059】本発明の範囲から逸脱することなく、フィ
ルター素子(11)の領域(121)の部分的加熱と前
記素子の部分的絞りを組み合わせることは容易に想像す
ることができる。
【0060】本法の操作を図3で説明する。この図で、
曲線A(実線)はバルブ31、32、33の閉鎖角αを
示す。曲線B(破線)は、加熱に必要な電力を示し、曲
線C(点線)は絞り素子の温度を示す。再生は時間t1
で開始させる。ついで、順次バルブを閉め、同時に絞り
素子を加熱する。
【0061】バルブの閉鎖と加熱がほとんど同時に行わ
れるので、両者間に相乗効果があり、バルブの閉鎖効果
によって加熱効果が増加する。所定の領域で燃焼が始ま
ると直ちに期待した効果が現れるので、バルブを再び開
放する。これにより、エネルギーを節約すると同時に再
生が可能である。本発明の別の実施例によると、各フィ
ルター素子間で沈着したすすの量ならびに質の観点で汚
れが不均一になるように、全てのバルブを制御すること
ができる。したがって、再生に最も適した(汚れがひど
く、炭化水素濃度の高いすす)フィルター素子の領域を
選択的に加熱することができる。加熱されるガスの流速
が低く、燃焼条件が好適であるので、再生に要する電力
は少なくてすむ。同一出願人によるフランス特許出願E
N96/11,292には、不均一性を作り出す方策が
開示されている。
【0062】最後に、本発明に係る別の操作によると、
再生のために消費される総電力は利用可能な電力の関数
として測定することができる。特に、エンジンの速度を
考慮してオルタネーターの容量、バッテリーの電圧また
は利用可能な電力と関連していると思われるその他の利
用可能な情報の評価、例えば再生時に作動しているその
他のユーティリティーの診断を行うことができる。
【0063】また、本発明によると、抵抗素子を例えば
アクセルペダルの位置等エンジンのある種の作動状態の
関数として選択的に活性化することも可能である。アク
セルペダルが最高の位置にある場合、すなわち運転者が
エンジンの最高出力を要求する場合、エネルギーの消費
を抑制し、エンジンのために最高電力を確保するため、
抵抗素子が自動的に不活性化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係わるユニットのフローシートであ
る。
【図2】 本発明に係わるフィルター素子の詳細な模式
図である。
【図3】 バルブの開放、使用電力およびフィルターセ
ットの温度の関係を示す一連の曲線である。
【符号の説明】
1 フィルターセット 3 抵抗素子 4 電力継電器 5 コンピュータ 6 パーティション 7 バッテリーまたはオルタネータ 31、32、33 絞り手段 11、12、13 フィルター素子 121、122、123、124 領域
フロントページの続き (72)発明者 ブリジッテ アルテ フランス国 69230 サン−ジュニー ラ バル シュマン デ ピュト 63 (72)発明者 オリヴィエ パジョ フランス国 78100 サン−ジェルマン− アン−レ− ルュ サン レジェ 2

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フィルターセット(1)からなるフィル
    ターユニットであって、少なくとも1個のフィルター素
    子(11,12,13)と、フィルター素子の領域(1
    21,122,123)を加熱するための少なくとも1
    個の抵抗素子(3)と、前記フィルターセット(1)の
    汚れを測定する手段と、フィルターセット(1)の汚れ
    の程度にしたがって前記抵抗素子のそれぞれを独立して
    制御する制御手段(5)と、制御手段(5)と連動した
    利用可能電力の測定手段とからなることを特徴とするジ
    ーゼルエンジンの排気ガスの後処理を目的としたフィル
    ターユニット。
  2. 【請求項2】 抵抗素子(3)がフィルター素子(1
    1,12,13)の領域(121,122等)の周囲に
    螺旋状に設けられていることを特徴とする請求項1に記
    載のフィルターユニット。
  3. 【請求項3】 各抵抗素子の電力が利用可能な総電力と
    比較して低いことを特徴とする請求項1または2のいず
    れかに記載のフィルターユニット。
  4. 【請求項4】 さらに少なくとも1個の温度検出装置を
    含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
    フィルターユニット
  5. 【請求項5】 さらにフィルター素子(11,12,1
    3)と連動した少なくとも1個の絞り手段(31,3
    2,33)を含むことを特徴とする請求項1〜4のいず
    れかに記載のフィルターユニット。
  6. 【請求項6】 さらに制御手段(5)と連動したアクセ
    ルペダル位置の検出手段を含むことを特徴とする請求項
    1〜5のいずれかに記載のフィルターユニット。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載のフィル
    ターユニットを実行するためのプロセスであって、フィ
    ルターセットをいくつかのフィルター素子(11,1
    2,13)に分割し、フィルター素子(11,12,1
    3)の少なくとも1個に、前記フィルター素子を局部的
    に加熱するための少なくとも1個の抵抗素子(3)を設
    け、フィルターセット(1)の汚れを検出し、車の利用
    可能な電力を評価し、制御手段によって、特に検出され
    た汚れと電力の関数として抵抗素子または素子群を選択
    的に活性化することからなるプロセス。
  8. 【請求項8】 各領域が交互に加熱されることを特徴と
    する請求項7に記載の実行プロセス。
  9. 【請求項9】 さらにフィルターセット(1)のいろい
    ろな点で温度を検出することを特徴とする請求項7また
    は8のいずれかに記載のプロセス
  10. 【請求項10】 フィルターセット(1)の最も温度の
    低い領域を加熱することを特徴とする請求項9に記載の
    プロセス。
  11. 【請求項11】 フィルターセット(1)の温度の最も
    高い領域を加熱することを特徴とする請求項9に記載の
    実行プロセス。
  12. 【請求項12】 絞り手段(31,32,33)を前記
    フィルター素子(11,12,13)の少なくとも1個
    と連動させることによって前記素子を独立させることを
    特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載の実行プロ
    セス。
  13. 【請求項13】 汚れが再生に適しているフィルター領
    域で加熱を行うことを特徴とする請求項7〜12のいず
    れかに記載の実行プロセス。
  14. 【請求項14】 消費電力が利用可能電力に依存してい
    ることを特徴とする請求項7〜13のいずれかに記載の
    実行プロセス。
  15. 【請求項15】 抵抗素子がエンジンのある種の作動状
    態の関数として活性化されることを特徴とする請求項7
    〜14のいずれかに記載のプロセス。
  16. 【請求項16】 抵抗素子がアクセルペダルの位置の関
    数として活性化されることを特徴とする請求項15に記
    載のプロセス。
  17. 【請求項17】 アクセルペダルの位置が最高速度位置
    にあるとき抵抗素子が不活性化されることを特徴とする
    請求項16に記載のプロセス。
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