Brevet FR2242831A1 — publié le 19750328

La présente invention concerne un four à micro-ondes permettant un chauffage homogène des matériaux qui le traversent sous forme de bandes continues. Depuis plus d'une décennie, les ondes électromagnétiques de longueurs d'ondes décimétriques ou centimétriques appelées également micro-ondes ont été exploitées industriellement dans le domaine du séchage, de l'évaporation de solvants polaires, de la gélification et de la réticulation des matières plastiques, etc. En particulier, on a mis au point des fours plans pour permettre l'aceom- plissement de ces opérations sur des feuilles ou sur des plaques continues. Ces fours sont généralement constitués d'un générateur ou émetteur de micro-ondes, par exemple du type à magnétron ou à klystron, d'un guide d'ondes creux de section genéralement rectangulaire dont les dimensions sont calculées de façon à ne permettre que la propagation du mode fondamental de ce type de ligne, le mode TE, 0, et d'une charge absorbante. Afin de rendre ces fours plus compacts, le guide d'ondes est généralement du type à méandres, c'est-à-dire qu'il est constitué par une série d'éléments rectilignes parallèles entre eux et raccordés en série par des coudes de 1800 de courbure. De tels fours sont décrits par exemple dans le brevet Etats-Unis 2 560 903 du 20.9.1946 au nom de Raytheon. Vu la configuration particulière du champ électromagnétique associé au mode TE 0 du guide d'ondes de section rectangulaire, il est possible d'effec 1,0 tuer une découpe au centre des grandes faces au guide d'ondes sans modifier sensiblement les lignes de courant. En outre, dans le guide, le champ électrique est maximum dans le plan de la découpe. Il en résulte donc que le matériau sous forme de bande continue défi- lant par cette fente au travers du four est exposé à une radiation a'intensitd optimale. En conséquence, le matériau traversant le four peut par interaction entre le champ électromagnétique et le moment dipolaire électrique d'un ou de plusieurs de ses constituants absorber une partie importante de l'énergie générée. Lorsque seule l'onde progressive engendrée par le générateur se propage dans le guide d'ondes, la densité d'énergie est égale en tout point de ce guide et le chauffage du matériau traversant le four est régulier et uniforme. Toutefois, on a constaté que l'introduction dans le four des matériaux à traiter, les couplages parasites entrains par les découpes du guide d'ondes et les renvois à 1800 de l'onde dans les coudes ont pour effet d'engendrer des ondes stationnaires parasites dans les sections rectilignes du guide d'ondes. Dans les appareillages utilisés jusqu'a présent, on constate que les noeuds et les ventres des ondes stationnaires générées dans les diverses sections rectilignes du guide d'ondes s'alignent suivant des génératrices droites perpendiculaires aux sections rectilignes du guide d'ondes et parallèles à la direction de déplacement du matériau à traiter. Ces ondes stationnaires viennent se superposer à l'onde progressive et provoquent, dès lors, une hétérogénéité transversale dans le chauffage du matériau traversant le four. Si dans certains cas, comme par exemple, lors d'une opération de séchage ou d'évaporation d'un solvant polaire, cette hétérogénéité n'est pas très gênante en soi, il n'en va pas de meme lorsque le four est utilisé pour chauffer un matériau qui présente un facteur de perte diélectrique qui augmente avec la température. Dans ce dernier cas, qui se présente notamment lorsque le four est exploité pour chauffer une résine polaire telle que les résines vinyliques, on constate que la résine défilant sous les ventres des ondes stationnaires a tendance à absorber de plus en plus d'énergie et que ce phénomène conduit rapidement à un échauffement local exagéré du matériau et partant à sa dégradation. Afin de remédier à cet inconvénient, on a déjà suggéré d'incliner la trajectoire suivie par le matériau par rapport à la direction de la fente du four pour éviter cet alignement néfaste des ventres et des noeuds des ondes stationnaires. Cette solution qui permet d'atteindre des bons résultats entraîne toutefois la nécessité de recourir à des fours surdimensionnes. La Demanderesse a maintenant mis au point un four plan et compact à microondes du type à méandres dans lequel les ventres et les noeuds des ondes stationnaires parasites ne s'alignent plus suivant des génératrices parallèles à la direction de la progression du matériau à traiter. Le four plan à micro-ondes du type à méandres conforme à la présente invention comprend un émetteur de micro-ondes, une charge absorbante et un guide d'ondes du type à méandres dans lequel les divers éléments rectilignes successifs du guide d'ondes ont des longueurs telles qu'il y ait une différence égale à Ag/4 entre les longueurs de deux éléments voisins, g étant la longueur de l'onle se propageant dans le guide. Grâce à la conception particulière du four conforme à l'invention, on obtient une alternance des ventres et des noeuds des ondes shtionnaires parasites et partant une absorption d'énergie plus homogène par le matériau à traiter. La valeur de kg peut etre facilement déterminée puisqu'elle est fonction de la longueur d'onde de la micro-onde émise et de la géométrie du guide d'ondes et est donnée par l'équation dans laquelle - Ào est la longueur d'onde de propagation dans le vide de l'onde produite par I'émetteur et peut etre considérée comme étant une constante puisque les générateurs industriels de micro-ondes doivent émettre sous la fréquence imposée de 2,450 Mc/sec - b est la longueur de la section rectangulaire du guide d'ondes. Le four à micro-ondes conforme à l'invention est pas ailleurs explicité plus en détail dans la description qui va suivre d'une variante de réalisation. Il est toutefois bien entendu que cette description est donnée à titre purement illustratif et que, de ce fait, elle ne limite en rien la portée de la présente invention. Dans cette description, on se référera aux figures des dessins annexés dans lesquelles - la figure 1 est une vue en perspective d'un four conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en position ouverte du four suivant la figure 1. Ainsi qu'il apparat dans les figures, le four est constitué d'un géné- rateur de micro-ondes (1), d'une charge-absorbante (2) et d'un guide d'ondes à méandres (3). Afin de permettre un accès aisé à l'intérieur du four, celui-ci est cons titué de deux parties séparables (4) et (5) assemblées par des charnières (6) et (7) et s'ouvrant comme un livre. Le guide d'ondes est constitué par 18 éléments rectilignes (8) de section rectangulaire raccordés entre eux en série par des coudes à 1800 (9). En outre, conformémént à l'invention, la longueur des éléments rectilignes successifs varie de Ag/4 de l'un à l'autre. Enfin, une fente (io) est prévue dans la paroi des éléments rectilignes du guide d'ondes pour permettre le passage au travers du four du matériau à traiter. En utilisant ce four, avec un générateur produisant une micro-onde de fréquence égale à 2,450 Mc/sec, la Demanderesse a pu gélifier uniformément des plastisols vinyliques et expanser de façon correcte des plastisols traités par battage mécanique. Elle a en outre constaté que-le risque de dégradation de ces matériaux par des surchauffes locales était complètement exclu. R E V E N D I- C A T I 0 N S i - Four à micro-ondes plan comportant un émetteur de micro-ondes, une charge absorbante et un guide d'onaes du type à méandres caractérisé en ce que les divers éléments rectilignes successifs du guide d'ondes ont des longueurs telles qu'il y ait une différence égale à Ag/4 entre les longueurs de deux éléments voisins, Àg étant la longueur de 11 onde se propageant dans le guide. 2 - Four à micro-ondes suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le guide d'onde est constitué de deux parties séparables assemblées par des charnières.