Brevet FR2483158A1 — publié le 19811127

L'invention concerne un dispositif de chauffage par micro-ondes pour fluides que l'on peut faire circuler et qui se laissent chauffer par haute fréquence, comprenant un émetteur de micro- ondes, un guide d'ondes et une cavité formant résonateur, dans laquelle est disposée une canalisation laissant passer les micro- ondes pour le fluide à chauffer. Dans les dispositifs de chauffage de ce type appar- tenant à l'état de la technique, le guide d'ondes est réalisé, comme cela est habituellement le cas en J'autres fours à micro- ondes, sous forme d'un tube cylindrique qui débouche dans une cavité, formant résonateur, qui est parallélépipédique. Il se pro- duit de ce fait un découplage partiel du résonateur, avec la consé- quence que le rendement de ces dispositifs est limité à environ %. Les 40% restants de l'énergie électrique apportée sont cédés à l'air environnant par le refroidissement nécessaire de l'émetteur de micro-ondes (magnétrons) et par la chaleur dissipée par le trans- formateur. Bien que ces pertes puissent être récupérées à des fins de chauffage à proximité immédiate du dispositif de chauffage, parce qu'il s'établit une sorte de chauffage par air chaud, le transport de l'air chaud dans des espaces ou des locaux voisins nLest généralement pas possible pour des, raisons liées à la cons- truction. Un tel transport entraînerait en effet les inconvénients connus d'un chauffage par circulation d'air chaud0 Il a également été proposé déjà, dans le même cadre faisant partie de l'état de la technique, afin d'améliorer l'exploitation de l'énergie appor- tée, de donner une forme particulière à la canalisation se trou- vant dans le résonateur, avec laquelle l'axe courbe du tube formant la canalisation est disposé à peu près sur la surface d'une pyramide droite tronquée. Cependant, la réalisation du guide d'ondes et du résonateur, mais surtout la réalisation de la canalisation per- méable aux micro-ondes, implique dans ce cas des mesures, pour la construction et la fabrication, qui rendent le dispositif de chauffage par micro-ondes plus compliqué et plus coûteux. L'invention vise à perfectionner un dispositif de chauffage par microondes dans le sens de la simplification de sa construction et de l'augmentation du rendement dans la transforma- tion de l'énergie des micro-ondes en chaleur pouvant être évacuée par le fluide chauffé. - Selon l'invention, un dispositif comme indiqué au début est essentiellement caractérisé en ce que le guide d'ondes et le résonatteur possèdent essentiellement la même section, sont disposés l'un derrière l'autre dans le sens longitudinal et sont mutuellement alignés et en ce que la canalisation perméable aux micro-ondes traverse le résonateur essentiellement dans le sens longitudinal. Ainsi, le guide d'ondes et le résonateur peuvent être formés par une seule cavité continue, de forme parallélépipé- dique, qui est délimitée dans une forme de réalisation particulière- ment avantageuse par un conduit parallélépipédique commun. Ce conduit peut être construit de façon simple d'éléments en tôle pliée. En raison de son passage longitudinal à travers ce conduit relativement étroit, la canalisation et le fluide à chauffer qu'elle contient sont exposés de façon intense au champ de micro-ondes, ce qui se traduit par une augmentation observée du rendement à 78%. Il ne reste donc plus à dissiper à l'air ambiant, comme chaleur perdue, que 22% de l'énergie absorbée, ce qui revient à dire que la portion de chauffage par l'air est réduite de moitié environ. Un autre avan- tage tout particulier réside cependant dans la possibilité de fabri- cation et de fixation simples de;la canalisation, disposée essentiel- lement en ligne droite dans le résonateur. Selon un mode de réalisation particulièrement avan- tageux de l'objet de l'invention, le guide d'ondes et le résonateur sont formés par un conduit parallélépipédique commun qui.s'étend en s'éloignant suivant le plus grand axe de l'émetteur de micro-ondes jusqu'à une paroi de tête située à l'extrémité, et la canalisation est réalisée sous forme d'une canalisation en épingle à cheveux, dont les extrémités ouvertes traversent la paroi de tête. Par sa courbure simple en épingle à cheveux, composée de deux longues branches droites et d'une partie en U qui les relie, on obtient une canalisation dont les extrémités à raccorder sont situées directement l'une à côté de l'autre et qui se laisse monter dans le conduit de la manière la plus simple. Pour le montage de la canalisation en épingle à cheveux, il est très avantageux, selon une autre caractéristique de l'invention, que le conduit comporte une bride perpendiculaire à l'axe longitudinal du conduit au droit de sa paroi de tête et que les extrémités de la canalisation soient fixées dans une plaque d'extrémité susceptible d'être fixée à la bride de façon imper- méable aux micro-ondes. Cette plaque d'extrémité peut servir en même temps à la fixation de canalisations de raccordement montées dans une autre plaque d'extrémité. La bride et les plaques d'extré- mité peuvent être assemblées par les mêmes vis. Comme matériaux pour la canalisation perméable aux micro-ondes, il est avantageux d'employer du polypropylène ou du polytétrafluoréthylène, lesquels se sont avérés convenir excellem- ment à cette application. Le fluide chauffé peut être pratiquement n'importe quel fluide se laissant chauffer par haute fréquence. Des huiles végétales du groupe comprenant l'huile de tournesol, l'huile d'arachide et l'huile de soja ont déjà donné de bons résul- tats (demande de brevet DE-OS 29 28 520 de la République Fédérale d'Allemagne). La "Bundespost" (P et T allemand) a libéré la fré- quence de 2 450 MHz pour les chauffages à haute fréquence. Pour une telle fréquence, avec une zone de tolérance de 50 MHz, il s'est révélé particulièrement avantageux de choisir les principales dimensions du dispositif de chauffage comme indiqué dans ce qui va suivre. Il est encore à noter que l'invention permet aussi de sup- primer le répartiteur de champ actuellement prévu dans le résona- teur. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tions ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif d'un dispositif de chauf- fage selon l'invention et de son installation en plusieurs exem- plaires, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective des parties essentielles d'un dispositif de chauffage par micro-ondes selon l'invention mais sans la canalisation perméable aux micro-ondes; - la figure 2 est une vue en-perspective de cette canalisation, en forme d'épingle à cheveux, à une position corres- pondant à sa position à l'état monté dans le dispositif de chauffage de la figure 1; - la figure 3 est une vue de côté d'une série de dispositifs de chauffage par micro-ondes montés dans une enceinte avec l'équipement d'alimentation correspondant; et - la figure 4 est une vue en plan de l'ensemble de figure 3. La figure 1 représente un dispositif de chauffage par micro-ondes 1 comportant un émetteur de micro-ondes 2 dont la partie essentielle est un magnétron en soi connu et dont on voit seulement un coffret extérieur 3. Celui-ci contient un venti- lateur de refroidissement et il possède une paroi 4 avec des fentes d'aération. Le magnétron dirige une tête émettrice 5 verticalement vers le bas dans un conduit parallélépipédique 6 en tôle, dont le plus grand axe s'étend, à partir de l'émetteur de micro-ondes 2 ou, plus précisément, de la tête émettrice 5, jusqu'à une paroi de tête 7 se trouvant à l'extrémité opposée et qui est formée, comme représenté figure 2, par une plaque d'extrémité 8. Au droit de la paroi d'extrémité 7, le conduit 6 lui-même présente une bride 9 qui est orientée perpendiculairement à l'axe longidudinal du conduit et sur laquelle la plaque d'extrémité 8 peut être vissée de façon imperméable aux micro-ondes. A la plaque d'extrémité métallique 8 est fixée, de façon étanche au liquide, une canalisation 10 perméable aux micro- ondes, qui est en polypropylène et a la forme d'une canalisation en épingle à cheveux 11. Elle possède deux branches parallèles 12 et 13 qui sont reliées par une partie de liaison 14 en un canal de circu- lation de fluide en U. Le sens d'écoulement est indiqué par des flèches. La canalisation 11 possède deux extrémités ouvertes 15 et 16 qui traversent la paroi de tête 7, c'est-à-dire la plaque d'extrémité 8, de façon étanche au liquide. Lorsque la plaque 8 est assemblée par vissage et avec interposition d'un joint avec une contre-plaque d'extrémité complémentaire, dans laquelle sont disposées les extré- mités correspondantes d'une canalisation d'amenée et d'une canali- sation d'évacuation, comme représenté figure 4, on obtient un circuit fermé dans lequel on peut faire circuler un fluide qui est chauffé par haute fréquence dans la canalisation 10. Les appareils des figures 1 et 2 peuvent être assem- blés par l'introduction de la canalisation 11 en épingle à cheveux à travers la bride 9 dans le conduit 6, jusqu'à ce que la plaque d'extrémité 8 s'applique à plat et à la position voulue contre la bride 9. La canalisation 11 est alors située de façon entièrement symétrique à l'intérieur du conduit 6, tant dans le sens horizontal que dans le sens vertical. Le sommet de la partie de liaison 14 en U de la canalisation 11 est alors situé à un endroit désigné sur la figure 1 par le point 17. La canalisation s'étend longitu- dinalement sur une partie de la longueur du conduit 6 et partage celui-ci en un guide d'ondesl8, situé à gauche du point 17 dans la représentation de la figure 1 et une cavité formant résonateur 19 située à droite de ce point. Ce partage résulte uniquement de l'action des différentes parties du conduit 6. Le conduit lui-même est continu et possède des parois planes et une section constante, de sorte que l'on peut considérer également que la canalisation Il en épingle à cheveux est disposée dans le "guide d'ondes". Il est naturellement possible aussi de diviser le conduit 6 dans le sens de sa longueur et d'équiper les différents tronçons de brides de liaison rectangulaires, comme représenté sur les figures 3 et 4. Dans tous les cas, les branches 12 et 13 de la cana- lisation Il en épingle à cheveux remplissent pratiquement toute la section intérieure du conduit 6; autrement dit, aux endroits o les génératrices de la canalisation Il sont les plus proches des parois du conduit 6, il n'existe qu-un intervalle de quelques milli- mètres entre elles. Pour une fréquence de 2 450 + 50 l{z, les dimen-. Sions pri-ncipales les plus favorables pour un dispositif de chauf- fage selon l'invention sont les suivantes Dimensions intérieures du conduit 6 Longueur 560 mm Largeur 36,4 mmi Hauteur 43,2 mm Dimensions de la canalisation en épingle à cheveux Il Diamètre extérieur du tube 32 mm Diamètre intérieur du tube 26 mm Longueur d'une branche (jusqu'à l'axe du 340 ma tube au milieu de la courbe de liaison) Espacement des génératrices extérieures 75 mm des branches Distance entre le centre de la tête émettrice 5 et l'extrémité de conduit fermée se trouvant à l'opposé de la bride 9 32,8 mm. Il convient de respecter ces dimensions avec une tolérance de + 0,1 mm. Des mesures avec un dispositif de chauffage sur lequel les dimensions indiquées ci-dessus ont été respectées ont montré que l'on peut obtenir, pour une puissance électrique absorbée de 2,2 kW, une puissance à haute fréquence transmissible au fluide à chauffer de 1,68 kW. Les figures 3 et 4 utilisent les mêmes références que celles employées jusqu'ici. Elles montrent une-disposition inverse de l'émetteur de microondes 2 et du conduit en ce sens que la tête émettrice 5 pénètre de bas en haut dans le conduit 6 ou le guide d'ondes 18. Chacun des dispositifs de chauffage repose sur un bloc d'alimentation 20 formé essentiellement par un transforma- teur. Une armoire de commande est désignée par 21. L'assemblage à bride 8/9 de chaque dispositif de chauffage comprend une contre- plaque d'extrémité complémentaire 22, dans laquelle sont fixées les extrémités d'une canalisation d'amenée 23 et d'une canalisation d'évacuation 24. L'ensemble est entouré d'une enceinte 25 et repose sur une embase 26. La figure 4 montre de quelle manière les dispositifs de chauffage 1 correspondant chacun à celui décrit relativement aux figures 1 et 2 - sont réunis en une batterie. Les différentes canalisationsen épingle à cheveux 11 sont branchées en parallèle, les canalisations d'amenée et d'évacuation 23, 24 étant continues et étant branchées sur deux des trois dispositifs de chauffage 1 représentés par des raccord en T 28. Le branchement sur le dernier dispositif de chauffage 1 s'effectue par des coudes 29. L'installa- tion comprend en outre un dispositif d'antiparasitage 27. Il est cependant à noter que le branchement en parallèle des dispositifs de chauffage par micro-ondes peut être supprimé et que les dispo- sitifs peuvent être branchés séparément et aussi être installés à différents endroits. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Dispositif de chauffage par micro-ondes pour fluides que l'on peut faire circuler et qui se laissent chauffer par haute fréquence, comprenant un émetteur de micro-ondes, un guide d'ondes et une cavité formant résonateur, dans laquelle est disposée une canalisation laissant passer les micro-ondes pour le fluide à chauffer, caractérisé en ce que le guide d'ondes (18) et le réso- nateur(19) possèdent essentiellement la même section, sont disposés l'un derrière l'autre dans le sens longitudinal et sont mutuellement alignés et en ce que la canalisation (10) perméable aux micro-ondes traverse le résonateur (19) essentiellement dans le sens longitu- dinal. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide d'ondes(18) et le résonateur (19) sont formés par un conduit parallélépipédique commun (6) qui s'étend en s'éloi- gnant suivant le plus grand axe de l'émetteur de micro-ondes (2) jusqu'à une paroi de tête (7) située à l'extrémité et en ce que la canalisation (10) perméable aux micro-ondes est réalisée sous forme d'une canalisation en épingle à cheveux (11), dont les extrémités ouvertes (15, 16) traversent la paroi de tête (7). 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit (6) comporte une bride (9) orientée perpen- diculaire à l'axe longitudinal du conduit au droit de sa paroi de tête (7) et en ce que les extrémités (15, 16) de la canalisation en épingle à cheveux (11) sont fixées dans une plaque d'extrémité (8) susceptible d'être fixée à la bride (9) de façon imperméable aux micro-ondes. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les dimensions intérieures du conduit (6) correspondent à- Longueur 560 mm Largeur 86,4 mu Hauteur 43,2 mm en ce que les dimensions de la canalisation en épingle à cheveux (11) correspondent à b Diamètre extérieur du tube 32 mm Diamètre intérieur du tube 26 mmn Longueur d'une branche (jusqu'à l'axe 340 mm du tube au milieu de la courbe de liaison) Espacement des génératrices extérieures 75 mm des branches et en ce que la distance entre le centre de la tête émettrice (5) et l'extrémité de conduit fermée se trouvant à l'opposé de la bride (9) correspond à 32,8 mm.