Brevet FR2410224A1 — publié le 19790622

La présente invention concerne un four combiné à chauffage par hyperfréquences et à chauffage par resistances électriques. La demande de brevet français nO 77.39078 déposée le 23 décem- bre 1977 au nom de la Demanderesse décrit un four de ce genre comportant un radiateur tournant d'énergie en hyperfrkquences. Mais le chauffage par résistances au moyen d'éléments chauffants positionnés autour du radiateur tournant, pour la cuisson ou l'autonettoyage, impose un joint aux vapeurs chaudes; par conséquent, des joints secondaires absorbant énergie en hyperfréquences, par exemple en matière plastique chargée de carbone ou en matière plastique sur des structures d'arrêt sont trop chauds s'ils sont pla cés devant le joint aux vapeurs. En outre, si un joint aux vapeurs à haute température de type courant est utilisé seul, il absorbe de grandes quantités d'énergie en hyperfréquences. L'invention concerne donc un joint d'arrêt d'énergie en hyperfréquences pour un four à haute température, dans lequel une structure d'arrêt principale comporte une paroi à encoches positionnée entre un joint chaud et l'intérieur du four. Plus particulièrement, la structure d'arrêt à encoches est encastrée dans la périphérie de l'ouverture d'accès au four, les encoches se trouvant dans une paroi qui est commune à la section d'arrêt et à la ligne de transmission d'entrée entre l'intérieur du four et la section d'arrêt. Un second joint à l'énergie en hyperfréquences est positionné entre le joint chaud et l'extérieur du four. Selon l'invention, un met alimentaire est positionné sur une grille dans les diagrammes de rayonnement produits par le radiateur tournant, de manière qu'une partie substantielle de l'énergie en hyperfréquences soit absorbée à la traversée de ce met, au premier passage avant la réflexion par les parois du four.Un chauffage à grand rendement peut ainsi être obtenu avec l'énergie en hyperfréquences, même si les parois du four sont faites d'une matière peu coûteuse, comme en tôle émaillée, se comportant également comme une charge du magnétron en l'absence d'un produit alimentaire, évitant ainsi l'établissement de champs électriques dans le four à un niveau pour lequel des arcs peuvent apparattre. Selon l'invention également, le magnétron peut être couplé de façon serrée avec le four au moyen d'un dispositif de couplage tel qu'un guide d'onde et une transition coaxiale, augmentant ainsi le rendement de conversion de 1 'énergie électrique d'entrée-en énergie en hyperfréquences couplée au corps à chauffer.Plus particulière ment, dans le cas de charges légères, ou si le four est allumé sans produits alimentaires à l'intérieur, le rayonnement énergie en hyperfréquences dans le four, réfléchi vers le radiateur tournant à orifices multiples par la paroi composée, par exemple la paroi supérieure du four, arrive à une jonction commune, par exemple le conducteur central d'une transition de ligne coaxiale avec des phases nettement différentes, de sorte que relativement peu d'énergie est couplée au magnétron tandis qu'une grande partie d'énergie est réfléchie dans le four pour tertre absorbée par ces parois. L'invention concerne également un joint d'arrêt d'hyperfré- quences à haute température placé entre un joint aux vapeurs à haute température et l'intérieur d'un four à hyperfréquences, ce joint n'étant pas contaminé par des vapeurs de cuisson condensées et pouvant par conséquent utiliser de l'air comme diélectrique principal. En outre, cette structure peut être réalisée en tôle d'acier émail le. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat tront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple nullement limitatif la figure 1 est une vue en coupe verticale partielle d'un four combiné selon l'invention, la figure 2 est une coupe transversale partielle du joint de porte de la figure 1, suivant la ligne 2-2 de cette figure, la figure 3 est une coupe verticale à plus grande échelle du joint aux hyperfréquences du four de la figure 1, suivant la ligne 3-3 de cette figure, la figure 4 est une coupe transversale à grande échelle du joint thermique de la figure 2, suivant la ligne 4-4 de cette figure, la figure 5 est une coupe verticale partielle à grande échelle de la charnière de porte et du joint de la figure 1, et la figure 6 est une vue à grande échelle du joint tissé de la figure 3. Les figures 1 et 2 montrent donc une enceinte à hyperfréquences lo fermée par une porte 12 et qui reçoit de l'énergie en hyperfréquences provenant d'un radiateur tournant 14 dans le fond du four. Le radiateur 14 reçoit de l'énergie en hyperfréquences provenant d'un magnétron 16 par l'intermédiaire d'un guide d'onde 18 et d'une ligne coaxiale 20 comprenant un conducteur central 22 fixé rigidement sur le radiateur tournant 14 et traversant le guide d'onde 18 jusqu'à un moteur 24 à réducteur. Le moteur 24 est fixé sur le fond du guide d'onde 18 et fait tourner le conducteur central 22 afin de faire tourner le radiateur 14. La ligne coaxiale 20 comporte un conducteur extérieur 26 fixé rigidement sur la paroi supérieure du guide d'onde 18 et traversant la paroi inférieure de l'enceinte 10, pour aboutir dans une chambre 28 du radiateur 14. Comme le montre plus particulièrement la figure 1, la chambre 28 comporte une plaque supérieure 30 fixée sur le conducteur central 22, avec plusieurs orifices 32 à des distancesdiftérentes de l'axe du conducteur 22. De l'énergie en hyperfréquences est émise depuis la chambre 28 dans enceinte 10 du four par les orifices 32. Un couvercle inférieur 38 de la chambre du radiateur 14 évite le rayonnement d'énergie en hyperfréquences radialement vers l'ex- térieur et-le dirige par les orifices 32; la surface inférieure du couvercle 38 est positionnée suffisamment au-dessus de la paroi inférieure de l'enceinte 10 pour que le radiateur 14 puisse tourner librement. Une ouverture dans le couvercle 38 reçoit l'extrémité supérieure du conducteur extérieur 26 de la ligne coaxiale. Comme le montrent les figures 1 et 5, une pièce conique 40 de transition de guide d'onde en ligne coaxiale est formée avec une structure d'arrêt à encoches entourant le conducteur central 22. La pièce de transition 40 est montée verticalement sur la paroi inférieure, le long du conducteur 22, sur une distance égale à un quart effectif de longueur d'onde électrique à la fréquence du magnétron 16, de manière à produire un effet d'arrêt pour l'éner- gie qui tente de s'échapper du guide d'onde 18 vers le moteur 24. Un palier lisse 42 en matière isolante est positionné entre la pièce de transition 40 et le conducteur 22 pour éviter tout amor çage d'arc dans le palier, et un palier métallique à butée 44 supporte I'extrémité inférieure de l'arbre 22 dont une partie de diamètre réduit traverse le palier 44 et est accouplée avec l'arbre du moteur 24. Les extrémités du guide d'onde 18 sont fermées par des pièces de court-circuit 46 qui sont positionnées de manière à assurer une adaptation d'impédance entre la sonde de sortie 48 du magnétron 16 et le conducteur central 22, selon la pratique courante. L'uérgie réfléchie vers les orifices 32, par exemple par la paroi supérieure de l'enceinte 10, est couplée dans ces orifices en fonction de sa polarisation, et elle se propage vers la jonction commune sur le conducteur central 22. Mais en raison des distances différentes que les ondes franchissent depuis le conducteur 22 jusqu'aux orifices 32, les différences de distance sont double des différences de longueur. Les ondes arrivent au conducteur central 22 avec des phases différentes, choisies de préférence de manière qutune annulation substantielle du vecteur champ électrique se produise, de sorte que le conducteur central 22 réfléchisse cette énergie à nouveau par les orifices 32, vers l'enceinte 10. Il en résulte que le magnétron est pratiquement isolé des ondes réfléchies. De plus, bien que cet effet soit choisi de préférence pour être maximal quand 1 'enceinte ne contient aucun produit alimentaire, la géométrie de l'enceinte étant fixée, une annulation substantielle se produit pour des charges légères telles que les petits produits alimentaires qui n'absorbent pas tout le rayonnement en hyperfréquences à sa première traversée. Dans ces conditions, il est donc possible d'assurer un couplage serré du magne- tron 86 avec l'enceinte 10, tout en maintenant de faibles gradients de champ d'énergie et par conséquent, de faibles pertes dans les parois du guide d'onde 18.Cette adaptation estobtenue principalement en choisissant la position des pièces de court-circuit 46 aux extrémités du guide d'onde, Le tour tO est réalisé de préférence en une matière introduisant des pertes relatives ou absorbant l'énergie, par exemple quelques % de l'énergie en hyperfréquences qu'elle reçoit et qu'elle réfléchit. Cette matière peut entre par exemple de la t81e d'acier utilisée dans les fours courants et revetue avec un émail classique, résistant à des températures supérieures à 5500C, selon la pratique courante. Des unités 34 et 36 de gril et de chauffage peuvent titre positionnées près des parois supérieure ét inférieure de l'enceinte 10, maintenues par des dispositifs de fixation 38 de type courant. Nais, dans le cas de l'unité de chauffage 36, il est préférable qu'elles soient en forme d'arc de cercle pour être positionnées près et autour de la périphérie du radiateur 14 afin de ne pas gener le diagramme de rayonnement de énergie émise. Les éléments 34 et 36 traversent la paroi arrière de l'enceinte to et leur gaine extérieure est connectée à cette paroi pour éviter toute perte d'énergie en hyperfréquences en ces points. Un produit alimentaire 58 est positionné par exemple sur une grille 60 au-dessus du radiateur 14 dans un plat 62 en matière transparente à énergie en hyperfréquences, par exemple en pyrocéramique. La grille 60 peut entre par exemple en tiges soudées avec des ouvertures nettement supérieures à /2, et supportée de façon réglable à différents niveaux dans l'enceinte 10, au moyen de rainures 64 dans ces parois latérales, ou par tout autre moyen voulu. De l'air provenant d'une soufflerie 50 est soufflé de la manière habituelle dans les ailettes de refroidissement du magnétron 16 et de là, dans le four 10, par exemple par l'intermédiaire du guide d'onde 18, par les ouvertures 52 des plaques de court-circuit 46, par la ligne de transmission 20 et dans l'espace entre le fond de l'enceinte 10 et la plaque 38. L'air circule devant l'élément chauffant 36 et passe sur le produit alimentaire 58 pendant la cuisson. L'air sort ensuite par une conduite 54 dans la partie supérieure du four, jusqu'au centre d'une unité 56 de plaques de cuisson. Pendant le cycle d'auto-nettoyage du four, en l'absence de produit alimentaire 58, la température est élevée jusqu'à 400 à 5500C en mettant sous tension l'unité de chauffage 36 pour vaporiser les dép8ts sur la paroi de l'enceinte 10 et chasser la vapeur par la conduite 54 chauffée qui peut contenir un catalyseur pour terminer l'oxydation des vapeurs selon la pratique courante. La porte 12 comporte un joint thermique 66, représenté plus en détails sur la figure 4, sous la forme d'un tube de fibres de verre tissées 68 sur une toile d'acier 70 élastique et tubulaire, positionnje entre la surface de la paroi du four et la surface de la porte afin d'éviter toute fuite de gaz chaud du four. Les joints thermiquespourdesfours à auto-nettoyage sont bien connus et sont généralement faits de fibres de verre tissées à haute température sur une matière élastique telle que de l'acier à ressort. Selon l'invention, il s'est avéré que des joints thermiques de ce genre peuvent aussi réduire les pertes d'énergie en hyperfréquences d'un four utilisant à la fois un chauffage par résistances et un chauffage par hyperfréquences, soit ensemble soit successivement mais un joint de ce genre peut produire des amorçages d'arc ou des piqûres, ou absorber des quantités excessives d'énergie en hyperfréquences. Selon l'invention, une structure 72 d'étanchéité à l'énergie en hyperfréquences est positionnée entre l'intérieur du four et le joint thermique 66. Une structure 72 d'arrêt d'énergie à hyperfréquences à encoches sur la porte 12 évite les fuites d'énergie en hyperfréquences hors du four 10, le long de la périphérie de la porte 12. La structure d'arrêt 72 peut être du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 767 884, comprenant une section d'entrée 74 couplée entre l'intérieur du four et une section d'arrêt 76, avec une paroi commune 78 à encoches pour éviter la transmission périphérique d'énergie en hyperfréquences autour du joint 72. Grâce à l'utilisation d'une structure d'arrêt à encoches, la fuite d'énergie en hyperfréquences vers le joint thermique 66 est encore réduite par rapport à celle qui se produit avec une structure d'arrêt courante sans encoches et par conséquent, un joint thermique 66 peut être utilisé, choisi principalement pour les applications à haute température, de même que les joints thermiques courants des fours à auto-nettoyage. Selon l'invention, et comme le montre plus particulièrement la figure 2, une seconde structure 80 d'étanchéite aux hyperfré- quences est positionnée à l'extérieur du joint thermique 66. La structure 80 comporte un second joint carré à encoches constitué par une section 82 de ligne de transmission de sortie entre un bord conducteur 84 de la porte 12 et une paroi commune 86 à encoches entre la structure de ligne de transmission de sortie et une structure d'arrêt 88 couplée avec la structure 82 dans une région 90, par l'intermédiaire d'une pièce 92 transparente à l'énergie en hyperfréquences.La région de couplage 90 est également couplée par la ligne de transmission 94 avec le joint thermique 66 et par conséquent, avec la ligne de transmission d'entrée 74 de la structure 72 d'arrêt d'énergie en hyperfréquences. Lorsqu'elle est ouverte, la porte 12 bascule vers le bas sur une charnière 96, comme le montre la figure 1. Par conséquent, le bord 84 de la porte se déplace parallèlement à la pièce à encoches 86 recouverte d'une pièce de rtylon 92; la pièce à encoches 78 se déplace parallèlement à la paroi 98 de l'enceinte 10 du four, de sorte qu'un mouvement substantiel du haut de la porte, par exemple en basculant la poignée, peut se faire sans fuite d'hyperfréquences. Par exemple, le haut de la porte 12 peut être ouvert de 6mm pour que des commutateurs de verrouillage, non représentés, actionnés manuellement par le mouvement de la porte désexcitent le magnétron 16 avant qu'un mouvement suffisant de cette porte permette une fuite substantielle d'énergie a partir du four. Comme le montrent les figures, un second joint 80 à l'énergie en hyperfréquences est formé sous forme d'une unité d'arrAt de chaque c8té de la porte du four, et une autre forme de structure d'arrêt secondaire 102 est utilisée en haut et en bas de la porte. La structure de joint 102 comporte une seconde pièce élastique positionnée entre une surface 104 de la porte du four et une surface 106 de la région de paroi voisine de l'ouverture du four. Comme le montre plus en détails la figure 3, les structures de joint 102 sont positionnées au-dessus et au-dessous de l'ouverture fermée par la porte 12 et peuvent consister en des éléments élastiques tubulaires comprenant une toile élastique tubulaire 108 assurant ltélasticité, recouverte par une pièce tubulaire tissée 110 présentant une surface conductrice à 1 'énergie en hyperfréquences et une absorption substantielle de cette énergie qui fuit par le joint thermique 66.Plus particulierement, la figure 6 reprEsen- te à grande échelle une partie de la structure 108 comprenant des fils de fibres de verre 112 entourés individuellement par un ruban métallique 114, par exemple d'acier inoxydable, ces fils étant ensuite tissés en forme tubulaire. il s'est avéré que cette structure absorbe l'énergie diffusée en hyperfréquences, soit des harmoniques de la fréquence prédominante qui excite l'enceinte 10, sot une fréquence fondamentale à bas niveau, soit des bandes latérales de cette fréquence fondamentale. Cet effet d'absorption est particulièrement utile lorsqu'il est utilisé avec des parois 104 et 106 de la même tôle d'acier que les fours courants, revote d'une mince couche de céramique 116, selon la pratique courante. Comme le montre la figure 4, le revêtement 116 est également utilisé dans la région du joint à haute température et produit une certaine perte d'énergie dans cette région. De préférence, le joint thermique 66 contourne la porte du four en lui étant fixé par tout moyen voulu, par exemple des rivets ou des vis, non représentés, mais éventuellement il peut être fixé sur la paroi du four.Le joint thermique 66 se présente corme un intervalle capacitif d'impédance relativement basse pour l'énergie en hyperfréquences et il est placé de préférence aussi près que possible du point de couplage de la section d'entrée 74 du joint 72 avec la section d'arrêt 76. Cette région de couplage peut être considérée par exemple comme la région entre les extrémités des doigts 78 de la paroi commune à encoches, et la partie 118 de la porte 12 formant une paroi de la section d'arrêt 66.Cette région de couplage représentée par exemple en 120, est considérée comme une région de haute impédance et la région de basse impédance très voisine du joint thermique 66 peut être considérée comme étant en série avec la région 120 de haute impédance. Il apparatt ainsi qutun joint efficace à haute température, combiné pour l'énergie en hy perfréquences et les vapeurs est réalisé pour un four combiné dans lequel l'auto-nettoyage peut être effectué facilement à la haute température voulue. L'auto-nettoyage peut entre effectué sans endommager les joints pour l'énergie à hyperfréquences ou les structures de couplage qui transmettent l'énergie du magnétron vers le four. Une carrosserie métallique 122 de type courant entoure le four et des éléments décoratifs, par exemple en 124, ainsi qu'un pupitre de commande 126 sont prévus selon la pratique courante. De plus, une lampe 128 peut entre utilisée pour éclairer l'intérieur du four 10, cette lampe étant positionnée au-dessus de l'enceinte et l'éclairant à travers une grille métallique 130 recouvete par une pièce de Pyrex 132 dans la paroi supérieure du four. il est évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit et illustré saris sortir du cadre de l'invention. Par exemple, des structures de chauffage par hyperfréquences autres que le radiateur tournant 14 peuvent convenir; des matieres autres que de la tôle émaillée peuvent être utilisées pour le four; et d'autres sources de chaleur courantes telles que de l'air chaud ou des brûleurs à gaz peuvent remplacer les unités de chauffage électrique 34 et 36. REVENDICATIONS 1 - Four à hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte qui reçoit de l'énergie en hyperfréquences, avec une ouverture d'accès et une pièce de fermeture, et un dispositif d'étanchéité de ladite pièce de fermeture le long de la périphérie de ladite ouverture, et comprenant un joint aux vapeurs chaudes et un joint dtarret d'énergie en hyperfréquences à encoches, positionné entre l'intérieur du four et le joint aux vapeurs chaudes. 2 - Four à hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte avec une ouverture d'accès et une pièce de fermeture, une source d'énergie en hyperfréquences couplée avec ladite encein te,etun.jolntthermique ainsi qu'un joint d'arrêt d'énergie en hyperfréquences à encoches positionné entre l'intérieur du four et le joint thermique. 3 - Four combiné à chauffage par hyperfréquences et à chauffage normal, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte qui contient un corps à chauffer et des éléments de chauffage par résistance, une source d'énergie en hyperfréquences couplée avec ladite enceinte une ouverture d'accès dans ledit four, fermée par une pièce de fermeture portant un joint thermique, et un joint d'arrêt d'énergie en hyperfréquences, à encoches positionné entre l'intérieur du four et ledit joint thermique. 4 - Four à hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte avec une ouverture d'accès et une pièce de fermeture, un dispositif qui introduit de l'énergie en hyperfréquences dans ladite enceinte, une structure d'arrêt énergie en hyperfréquences comprenant des régions de parois périphériques de ladite ouverture d'accès et de ladite pièce de fermeture, et comprenant une section de ligne de transmissiondd'entrée présentant une basse impédance entre ladite section de paroi périphérique et ladite section de fermeture dans la plage des fréquences desdites sources, tout en interdisant la transmission d'énergie dans une direction péri- phérique le long de ladite section d'entrée, et un joint aux vapeurs de haute température en matière élastique, en contact avec les régions de ladite paroi périphérique et de ladite pièce de fermeture. 5 - Four selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit joint aux vapeurs consiste en une toile métallique tubulaire couverte de matière isolante. 6 - Four selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites régions de parois périphériques et des régions de ladite pièce de fermeture en contact avec ladite pièce élastique sont en tôle d'acier laminée à froid revêtue d'émail. 7 - Four selon la revendication 4, caractérisé en ce qutil reçoit de l'énergie en hyperfréquences par une structure rayonnante tournante à orifices multiples formant simultanément plusieurs diagrammes de rayonnement d'énergie en hyperfréquences qui se déplacent cycliquement à l'intérieur dudit four. 8 - Four selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un corps à chauffer est supporté directement dans les trajets desdits diagrammes de rayonnement. 9 - Joint à haute température pour un four à hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comporte des parties de parois du four et des parties d'une porte dudit four, lesdites parties étant formées de matière conductrice et comprenant une structure de ligne de transmission entre l'intérieur dudit four et une structure présentant une haute impédance aux hyperfréquences qui lui sont couplées dans une région de couplage, une structure élastique de joint aux vapeurs en contact avec la paroi dudit four et la péri- phérie de ladite porte, près de ladite région de couplage de la structure de ligne de transmission, et formée d'une couche extérieure de matière isolante tissée et tubulaire supportée sur une couche tubulaire de toile métallique, ladite structure d'entrée comprenant un dispositif qui inhibe la transmission d'énergie en hyperfréquences dans ladite structure de ligne de transmission, dans la direction de la périphérie de ladite porte. 10 - Joint selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif d(inhibition consiste en des encoches dans ladite paroi ou ladite porte espacées d'une distance inférieure à une demi-longueur d'onde à la fréquence prédominante de ladite énergie en hyperfréquences. 11 - Joint selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un second joint aux hyperfréquences constitué par une couche tubulaire extérieure de fils tressés supportés sur une couche tubulaire de fibres de verre tressées positionnée à î'exté- rieur dudit joint aux vapeurs. 12 - Joint selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un second joint aux hyperfréquences comprenant une ligne de transmission de haute impédance aux hyperfréquences qui lui sont couplées, ce second joint étant couplé à la sortie dudit joint aux vapeurs. 13 - Joint selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit second joint comporte un dispositif qui inhibe la transmission d'énergie en hyperfréquences à ladite fréquence le long de la périphérie de ladite porte. 14 - Four à hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte qui reçoit de énergie en hyperfréquences, avec une ouverture d'accès et une pièce de fermeture, et un dispositif d'étanchéité de ladite pièce de fermeture le long de la périphérie de ladite ouverture, comprenant un joint aux vapeurs chaudes et un joint d'arrêt d'énergie en hyperfréquences positionné entre l'intérieur du four et ledit joint aux vapeurs chaudes. 15 - Four à hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte avec une ouverture d'accès et une pièce de fermeture, une source d'énergie en hyperfréquences couplée avec ladite enceinte et un joint thermique ainsi qu'un joint d'arrêt d'énergie en hyperfréquences positionné entre l'intérieur du four et le joint thermique