Brevet FR2500708A1 — publié le 19820827

"PROCEDE DE CHAUFFAGE PAR PERTES DIELECTRIQUES ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE". La présente invention concerne un procédé de chauffage d'une substance par pertes diélectriques dans cette substance d'une onde électromagnétique incidente. Elle concerne également un dispositif de chauffage d'une substance par pertes diélectriques dans cette substance d'une onde électromagnétique incidente, dispositif comportant un générateur fournissant l'onde électromagnétique incidente et une cavité résonnante contenant ladite substance. Le procédé et le dispositif de chauffage selon l'invention trouvent une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la décongélation industrielle de produits alimen tares. Les procédés et dispositifs de chauffage par pertes dielectxiques actuellement connus utilisent des ondes électromagnétiques dont la fréquence est située dans la gamme dite des hyperfréquences, encore appelées micro-ondes, et plus particulièrement autour de 0,9 GHz et 2,4 GHz. Les générateurs employés sont le plus souvent des magnétrons, du type de celui décrit dans la demande de brevet français nO 2191254. Cependant, aux fréquences élevées mentionnées cidessus, a décongélation ne donne pas toujours des résultats satisfaisants. Il se produit notamment des phénomènes de carbonisation de surface avant décongélation complète, surtout lorsque la masse de substance à décongeler est importante. Le but de la présente invention est de remédier a' cet inconvénient. Elle est basée sur l'idée que l'on pourrait utiliser des fréquences plus basses, où la décongélation s'effectuerait par une pénétration progressive, et donc, en partie de l'extérieur vers l'intérieur et vice versa, ce qui équivaut à un réchauffage graduel avec un risque atténué d'accumulation d'énergie au centre ou au bord de la substance traitée. En effet, selon la présente invention, un procédé de chauffage d'une substance par pertes diélectriques dans cette substance d'une onde électromagnétique incidente, est notamment remarquable, en ce que la fréquence de tonde électromagnétique incidente est choisie dans la gamme 300 - 500 MHz, la substance étant placée dans une cavité résonnante accordée sur une fréquence sensiblement égale à la fréquence de l'onde électromagnétique incidente. La cavité résonnante se comporte comme un circuit résonnant du type inductance-condensateur (circuit LC), la substance à chauffer jouant en quelque sorte le rôle du diélectrique du condensateur. Au cours du chauffage de la substance, au fur et à mesure que sa température s'élève, il se produit une variation de la constante diélectrique de la substance, donc une variation de la capacité du condensateur équivalent entrat- nant un désaccord de la cavité, d'où une perte de puissance dans la cavité et, de ce fait, dans la substance à chauffer. C'est pourquoi il est prévu qu'au cours du chauffage, l'accord entre la fréquence de résonance de la cavité et la fréquence de l'onde électromagnétique incidente est maintenue d l'aide de moyens d'asservissement. Ces moyens d'asservissement peuvent être mis en oeuvre selon deux modes d'exécution différents. Dans un premier mode, on envisage que les moyens d'asservissement consistent b ajuster la fréquence de l'onde électromagnétique incidente b la fréquence de résonance de la cavité. Réciproquement, dans un deuxième mode d'exécution, on prévoit que les moyens d'asservissement consistent 9 ajuster la fréquence de résonance de la cavité 8 la fréquence de l'onde électromagnétique incidente. L'invention concerne également un dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. En effet, selon la présente invention, un dispositif de chauffage d'une substance par pertes diélectriques dans cette substance d'une onde électromagnétique incidente, dispositif comportant un générateur fournissant l'onde électromagnétique incidente et une cavité résonnante contenant ladite substance, est notamment remarquable en ce que la fréquence de l'onde électromagnétique incidente émise par le générateur est comprise entre 300 et 500 MHz, la fréquence de résonance de la cavité contenant la substance étant sensiblement égale i la fréquence de l'onde électromagnétique incidente. Dans un mode de réalisation avantageux du dispositif selon l'invention, le générateur fournissant l'onde électromagnétique incidente comporte un oscillateur et un amplificateur de puissance dont la bande passante est au moins égale i 4 MHz. L'avantage de disposer d'un amplificateur large bande est de permettre d'envisager que le dispositif selon l'invention est muni de moyens d'ajustement de la fréquence de l'oscillateur A la fréquence de résonance de la cavité. En effet, dans ce cas, la fréquence de l'oscillateur peut être modifiée sans risque d'atténuation de l'onde électromagnétique incidente, du moins tant que la fréquence de l'oscillateur reste g l'in- térieur de la bande passante de l'amplificateur de puissance. Dans un exemple de réalisation particulier de l'invention, lesdits moyens d'ajustement sont constitués par un détecteur d'onde électromagnétique réfléchie par la cavité couplé à un élément b réactance variable de l'oscillateur. Lorsqu'au cours du chauffage il se produit une variation de la fréquence de résonance de la cavité entraSnant une perte de puissance dans la cavité par reflexion, le détecteur d'onde électromagnétique réfléchie par la cavité, fournit alors un signal à l'élément à réactance variable qui modifie la fréquence de ltoscillateur de sorte à annuler la puissance réfléchie par la cavité. Enfin, d'une façon analogue mais non équivalente, le maintien de l'accord entre la fréquence de Blonde électromagnétique et la fréquence de résonance de la cavité peut être également réalisé en faisant varier la capacité du condensateur du circuit LC équivalent à la cavité en fonction de la puissance réfléchie par la cavité. Pour cela il est notamment prévu que la cavité résonnante dispose d'au moins un élément mobile dont le mouvement est commandé par un détecteur d'onde électromagnétique réfléchie par la cavité. L'élément mobile est, par exemple, une paroi de la cavité. Il faut encore signaler un autre avantage de l'invention qui réside dans le fait que, la transmission de l'onde électromagnétique incidente se faisant par cables, il n'y a pas d'inconvénient à ce que la cavité contenant la substance à chauffeur soit placée assez loin de l'amplificateur de puissance. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut etre réalisée. La figure 1 est le schéma d'un dispositif de chauffage selon l'invention. La figure 2 est le schéma d'un mode de réalisation particulier du dispositif de chauffage de la figure 1. La figure 3 représente un dispositif de chauffage selon l'invention muni d'un premier type d'asservissement. La figure 4 représente un dispositif de chauffage selon l'invention muni d'un deuxième type d'asservissement. La figure 1 montre un dispositif de chauffage d'une substance 11 par pertes diélectriques dans cette substance d'une onde électromagnétique incidente. Ce dispositif comporte un générateur 12 fournissant l'onde électromagnétique incidente et une cavité résonnante 13 contenant la substance 11 à chauffer, cette cavité 13 est équivalente à un circuit inductancecondensateur (LC). Conformément à l'invention, la fréquence Fo de l'onde électromagnétique incidente émise par le générateur 12 est comprise entre 300 et 500 MHz, la fréquence de résonnance F de la cavité 13 contenant la substance 11 étant sensiblement égale à la fréquence Fo de l'onde électromagnétique incidente. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention représenté à la figure 2, le générateur 12 fournissant l'onde électromagnétique incidente comporte un oscillateur 21 et un amplificateur 22 de puissance dont la bande passante est d'au moins 4 MHz. La Demanderesse a notamment réalisé une expérience dans laquelle une onde électromagnétique incidente d'environ 434 MHz de fréquence était fournie par un oscillateur à transistor, l'amplificateur de puissance était une tétrode UHF du type télévision, de 10 MHz de bande passante. Enfin, la bande de sortie de la cavité était d'environ 7 MHz à - 1dB. Ce dispositif pouvait fournir une puissance d'au moins 5 KW. L'intérêt de disposer d'un amplificateur de puissance à large bande passante est de permettre d'envisager des moyens d'ajustement de la fréquence Fo de l'oscillateur à la fréquence de résonance F de la cavité. En effet, lors du chauffage de la substance 11, la variation de capacité du condensateur du circuit LC équivalent à la cavité 13 provoque le désaccord de la fréquence de résonance F de la cavité par rapport à la fréquence Fo de l'onde électromagnétique incidente, ce qui entraîne une perte de puissance utile dans la cavité.Cet inconvénient peut être évité en modifiant la fréquence Fo de l'oscillateur de sorte que l'accord oscillateur-cavité soit maintenu, à condi tion que cette modification de fréquence ne conduise pas à une atténuation de l'onde électromagnétique incidente due à une bande passante insuffisante de l'amplificateur de puissance 22. La figure 3 montre un exemple de réalisation desdits moyens d'ajustementscoEO3titués par un détecteur 31 d'onde électromagnétique réfléchie par la cavité 13 couplé à un élément 32 à réactance variable de l'oscillateur. Dans l'exemple de la figure 3, le détecteur 31 est un coupleur directif et l'élément 32 à réactance variable est une diode à capacité variable. On peut envisager le fonctionnement suivant pour ce type d'asservissement : la fréquence Fo étant modulée par une basse fréquence f, l'amplitude de l'onde électromagnétique incidente se trouve aussi modulée à la même fréquence f.L'onde électromagnétique réfléchie par la cavité 13, détectée par le coupleur directif 31 est envoyée sur un détecteur synchrone 33, accordé sur la fréquence f, qui délivre alors à la diode 32 à capacité variable une tension continue proportionnelle à l'amplitude de la modulation de l'onde réfléchie de façon à annuler la puissance réfléchie par la cavité. La figure 4 montre un autre type d'asservissement dans lequel, la fréquence Fo de l'onde électromagnétique incidente étant fixe, l'accord de la fréquence F sur la fréquence Fo est obtenu en ajustant mécaniquement la capacité de la cavité résonnante 13. Pour cela, cette dernière dispose d'un élément mobile 41 dont le mouvement est commandé par un détecteur 42 d'onde électromagnétique réfléchie par la cavité 13. Dans l'exemple de la figure 4, l'élément mobile 41 est la paroi supérieure de la cavité 13 et le détecteur 42 est un coupleur directif. Si, par exemple, la fréquence Fo est modulée par une basse fréquence f, l'onde électromagnétique réfléchie par la cavité 13 est modulée en amplitude à la même fréquence f. Un détecteur synchrone 43, accordé sur la fréquence f, rece want l'onde électromagnétique réfléchie détectée par le coupleur directif 42, délivre une tension continue proportionnelle à l'amplitude de la modulation de l'onde réfléchie. Cette tension continue commande alors un moteur 44 qui déplace la paroi mobile 41 de sorte que la puissance réfléchie par la cavité 13 s'annule. REVENDICATIONS 1 - Procédé de chauffage d'une substance par pertes diélectriques dans cette substance d'une onde électromagnétique incidente, caractérisé en ce que la fréquence de l'onde électromagnétique incidente est choisie dans la gamme 300 - 500 MHz, la substance étant placée dans une cavité résonnante accordée sur une fréquence sensiblement égale à la fréquence de l'onde électromagnétique incidente. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au cours du chauffage, l'accord entre la fréquence de résonance de la cavité et la fréquence de l'onde électromagnétique incidente est maintenu à l'aide de moyens d'asservissement. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement consistent à ajuster la fréquence de l'onde électromagnétique incidente à la fréquence de résonance de la cavité. 4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement consistent à ajuster la fréquence de résonance de la cavité à la fréquence de l'onde électromagnétique incidente. 5 - Dispositif de chauffage d'une substance (11) par pertes diélectriques dans cette substance d'une onde électromagnétique incidente, dispositif comportant un générateur (12) fournissant l'onde électromagnétique incidente et une cavité résonnante (13) contenant ladite substance (11), caractérisé en ce que la fréquence de l'onde électromagnétique incidente émise par le générateur (12) est comprise entre 300 et 500 MHz, la fréquence de résonance de la cavité (13) contenant la substance (11) étant sensiblement égale à la fréquence de l'onde électromagnétique incidente. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le générateur (12) fournissant l'onde électromagnétique incidente comporte un oscillateur (21) et un amplificateur (22) de puissance dont la bande passante est au moins égale à 4 bEz. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est muni de moyens d'ajustement de la fréquence de l'oscillateur (21) à la fréquence de résonance de la cavité (13). 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'ajustement sont constitués par un détecteur (31) d'onde électromagnétique réfléchie par la cavité (13) couplé à un élément (32) à réactance variable de l'oscillateur (21 > . 9 - Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la cavité résonnante (13) dispose d'au moins un élément mobile (41) dont le mouvement est commandé par un détecteur (42) d'onde électromagnétique réfléchie par la cavité (13).