Brevet FR2412221A1 — publié le 19790713

La présente invention a pour objet un four à micro-onde. Elle trouve une application dans le chauffage de produits et no notamment dans la décongélation de produits congelés ou surgelés. On oennait le principe des fours à micro-onde. Une onde de fréquence appropriée (située dans la gamme des hyperfréquences et par exemple égale à 915 MHz ou à 2450 MHz) est introduite dans une chambre aux parois oe ductrices dans laquelle sont disposés les produits à diauffer. L'énergie du rayonnement est absorbée dans le volume des produits et s'y trouve dissipée sous forme de chaleur L'une des difficultés majeures rencontrée dans cette technique est liée à l'obtention d'une bonne homogénéité du champ hyperfréquence dans l'ensemble de l'enceinte de chauffage. Si 1' on utilise par exemple une cavité résonnante excitée localement (soit par un iris soit par une boucle de couplage) il s'établit, dans cette cavité, un système d'ondes stationnaires qui présente des naxima en certains points et des minima en d'autres. Une telle situation conduit donc à un échauffement très irrégulier des produits. Pour remédier à oet inconvénient, il a été proposé d'utiliser des organes llcaniques tournants, qui brassent le champ hyperfréquence et homogénéisent son intensité. Mais de tels systèmes sont onéreux et peu fiables. Il a été également proposé d'utiliser des enceintes non résonnantes, lemme des guides d'ondes fendus, qui fonctionnent non plus en ondes stationnaires mais en ondes progressives. Mais, des inconvénients subsistent encore dans ce cas, notamment le besoin d'utiliser des fours de grandes dimensions. La présente invention a justement pour objet un four à micro-onde qui ne présente pas ces inconvénients et dont la principale qualité est de conduire à une excellente homogénéité du champ byperfréquence De façon précise, ltinvention a pour objet un four à micro-onde qui est caractérisé en oe qu'il est constitué par une enceinte oenductrice en forme de cylindre circulaire alimentée en micro-onde par une pluralité de cables coaxiaux comportant des fentes rayonnantes et courbes en forme de boucles situées dans des plans perpendiculaires à l'axe du cylindre, ces cabales étant eux-memes alimentés en micro-onde. De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nUllement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue générale du four à microonde de l'invention , - la figure 2 représente une vue schématique d'une ins lallation de chauffage utilisant le four à micro-onde I de llinven- tion. Sur la figure 1, le four représenté comprend une enceinte conductrice 2, en forme de cylindre circulaire, alimentée par une pluralité de chables coaxiaux 4 comportant chacun des fentes rayonnantes 6 ; 9s câbles sont courbés en forme de boucles situées dans des plans perpendiculaires à l'axe du cylindre de l'enceinte 2. Les câbles possèdent à une de leurs extrémités des connecteurs coaxiaux 8 situés hors de l'enceinte et qui permettent de les relier à une source d'alimentation en micro-onde non représentée sur cette figure Les produits à réchauffer 10 sont disposés à l'intérieur de l'enceinte 2. Le four peut etre mini de portes 12 ou 14 lorsque les produits à réchauffer sont introduits dans le four et y sont laissés rn certain temps ; mais, il va de soi que le four peut etre utilisé également dans un mode à défilement, auquel cas les portes 12 et 14 ne sont plus nécessaires. he fonctionnement d'un tel four est le suivant : l'éner- gie micro-onde qui se développe dans l'enceinte 2 provient de la multitude de ventes réparties à la périphérie de l'enceinte. De ce fait, l'homogénéité du Champ hyperfréquence est excellente et les produits sont soumis à un échauffement régulier. Mise à part la disposition essentielle qui vient d'etre décrite, le four de l'invention en comprend d'autres qui relèvent de la technique des ondes hyperfréquences. C'est ainsi, par exemple, que les boucles formées par les câbles coaxiaux sont de préférence distantes de la paroi conductrice 2 d' un multiple impair du quart de la longueur d'onde de la micro-onde utilisée, cela pour tenir compte d'une condition aux limites oonnue qui impose que le champ électrique tangentiel soit nul au voisinage d'une paroi conductrice et maximum à tne distance égale à un multiple entier du quart de la longueur d'onde. En outre, chaque câble coaxial est conçu de façon à ce que la puissance de l'onde qui est réfléchie à l'entrée de la boucle, au niveau des connecteurs 8, soit minimale et si possible voisine de zéro. On s'efforce donc de réaliser, à ce niveau, une adaptation et pour cela on tente d'obtenir un taux d' ondes stationnaires le plus proche possible de 1. A cette fin, les fentes rayonnantes pratiquées dans le oenducteur extérieur des câbles coaxiaux sont de préférence distantes les unes des autres d'un multiple entier dO la longueur d'onde dans le câble et la dernière fente est située à un quart de longueur d'onde de l'extrémité court-circuitée du câble coaxial. On sait cependant que; dans la pratique, les générateurs industriels de micro-onde ont une fréquence qui peut varier dans une certaine bande. Par exemple, pour les générateurs fonctionnant vers 2450 Miz, cette bande peut aller de 2425 à 2475 MHz. Pour cette raison, on préfère menager, dans le conducteur extérieur des câbles, non pas une mais deux séries de fentes, la première accordée à la valeur la plus basse de la bande de fréquence du générateur et la seconde accordée à la valeur la plus haute De façon plus précise, chaque boucle de câble coaxial comprend deux séries de fentes, la première pour laquelle les fentes sont distantes les utes des autres dtun multiple entier de la valeur basse de la longueur d'onde et la seconde pour laquelle les fentes sont distantes les unes des autres d'un multiple entier de la valeur baute de la longueur d'onde. On obtient ainsi dans toute la-bande d'utilisation un taux d'onde stationnaire in- férieur à 1,4 et inférieur à 1,2 à la.fréquence centrale. La longueur d'une fente dbit être telle qu'elle ne modifie pas la position du maximum de champ électrique sur la ligne coaxiale. Theoriquement, cette longueur est voisine d'une demilongueur d'onde guidée pour des fentes pratiquées dans une surface métallique. Mais, comme Qs fentes sont réalisées dans le oonducteur extérieur d'un câble coaxial, leur longueur doit être légèrement inférieure à une demi-longueur d'onde guidée. Dans le mode de réalisation qui vivent d'être décrit, chaque câble coaxial peut être relié à un générateur micro-onde. Mais, dans une variante de réalisation privilégiée, qui est illustrée sur la figure 2, ltensemble des câbles coaxiaux est alimenté par une source inique. Sur cette figure, cette source porte la référence 16 ; elle est constituée, par exemple, par m magnétron de type industriel (à titre illustratif, un tel magnétron peut délivrer une puissance de quelques kilowatts à 2450 MHz). Omette source est couplée à un guide rectangulaire 18 dans lequel débouchent des cables coaxiaux de liaison 20 reliés aux câbles at ali- mentation 4 par les connecteurs 8 déjà mentionnés. Les cables coaxiaux de liaison traversent le grand coté du guide 18 et débouchent dans celui-ci par des plongeurs 22 distants les uns des autres d'une longueur d'onde guidée.A un quart de longueur blonde du dernier plongeur se trouve un court-circuit 24 qui ferme le guide d'onde. L'énergie hyperfréquen émise par le générateur 16 se répartit-entre toutes les boucles d'alimentation du four. Pour parfaire l'adaptation du guide et obtenir une répartition réguibère de l'énergie entre les différentes boucles on dispose avantageusement des plongeurs 26 à enfoncement réglable au moyen de vis 28. Ces plongeurs sont disposés au droit des conducteurs 22 mais sont décalés par rapport à ceux-ci d'un quart de longueur d'onde guidée, en avant de chaque conducteur. De cette manière, on peut obtenir une puissance réfléchie vers la source inférieu- re à 100 w pour 5 kW de puissance incidente et sensiblement 1kW de puissance rayonnée par boucle. Le four à micro-onde qui vient d'être décrit peut entre utilisé chaque fois que l'on désire chauffer des produits. Ses applications sont donc toutes celles des fours à micro-onde : séchage, cuisson, frittage, fusion, etc... Dans une application privilégiée, le four est utilisé à la décongélation de produits congelés ou surgelés. On sait, notamment par la demande de brevet français n 76 16784 du 3 juin 1976 au nom du demandeur, que l'on peut décongeler des produits en combinant l'action d1 une micro-onde et une pulvé- risation électrostatique de liquide cryogénique. C'est une telle application qui est illustrée schématiquement, à titre ezplicatif, sur la figure 2. Le four 2 décrit est suivi d'une enceinte 30 munie de moyens (non représentés) permettant cette pulvérisation électrostatique de liquide cryogénique sur les produits au cours de leur traversée du four 2. L'enceinte de pulverisation 30 peut d'ailleurs être suivie d'un second four 32, identique au premier, pour 'n réchauffement supplémentaire du produit et ainsi de suite. Dans cette application, le four de la présente invention apparait sous un caractère modulaire en ce sens qutil permet de constituer des enceintes de chauffage de grandes dimensions par simple juxtaposition de fours élémentaires identiques tels que celui qui a été decrit a' propos de la figure 1. REVENDICATIONS 1. Four à micro-onde, caractérisé en ce qu'il est constitué par une enceinte conductrice en forme de cylindre circulaire alimentée en micro-onde par une pluralité de cables coaxiaux comportant des fentes rayonnantes et courbés en forme de boucles situées dans des plans perpendiculaires à l'axe du cylindre, 9s câbles étant eux-mêmes alimentés en micro-onde. 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boucle de câble coaxial est située à une distance de l'enceinte conductrice égale à un multiple impair du quart de la longueur d'onde de la micro-onde utilisée. 3. Louer selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en Q que chaque câble coaxial comprend une pluralité de fentes rayonnantes distantes les unes des autres d'un multiple entier de la longueur d'onde de la micro-onde utilisée. 4. Four selon la revendication 3, caractérisé en ce que la micro-onde ayant une longueur d'onde située dans une bande allant d'une valeur basse à me valeur haute, chaque boucle com- prend deux séries de fentes, la première pour laquelle les fentes sont distantes les unes des autres d'un multiple entier de la valeur basse de la longueur d'onde, la seconde pour laquelle les fentes sont distantes les unes des autres d1 un multiple entier de la valeur haute de la longueur d'onde. 5. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en Q que chaque boucle de câble coaxial se termine par rn oo-urt-circuit distant de la dernière fente rayonnante d'un multiple impair du quart de la longueur d'onde. 6. Four selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisé en ce que les câbles coaxiaux sont couplés à un guide d'onde unique alimenté par une source de micro-onde unique. 7. lour selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque câble coaxial est réuni par un connecteur à un câble coaxial de liaison lui-même relié au guide d'onde par un plongeur à enfoncement réglable. 8. Four selon la revendication 7, caractérisé en ce que le guide d'onde est muni d'autant de vis de réglage d'adaptation que de plongeurs, ces vis étant disposées au droit des plongeurs et en avant de 9ux-ci, (par rapport à la direction de propagation de la micro-onde), d'un quart de longueur d'onde guidée. 9. Ebur à micro-onde, caractérisé en Q qu'il est cons- titué par une pluralité de fours selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, ces fours étant disposés en série. 10. Application du four selon lrune quelconque des revendications I à 9 au chauffage de produits et notamment à la décon- gélation de produits oongelés ou surgelés. Il. Application selon la revendication 10, à la décongé- lation par combinaison de l'action d'une micro-onde et d'une pulvérisation électrostatique de liquide cryogénique.