Brevet FR2543778A1 — publié le 19841005

La présente invention concerne un applicateur micro-onde des- tiné au chauffage des matériaux diélectriques ou multi-diélectriques et métal, sous quelque forme que ce soit. Dans les applications de chauffage par micro-onde, on utilise généralement des dispositifs tels que, guides d'onde, résonateurs ou lignes coaxiales ou une combinaison de ces dispositifs. On utilise également les propriétés des gradients de permitti- vité des diélectriques pour former des structures, décrit dans "Jour- nal of Microwawe Power" 10 ( 1 i 1975. Les principaux inconvénients de ces systèmes résident dans le mode d'interaction de l'onde électro-magnétique avec le matériau. En effet, le diélectrique introduit dans le champ électro- magnétique perturbe celui-ci et désadapte la ligne au générateur Pour répondre à ce problème on est obligé, soit de compliquer les applica- teurs en introduisant des-organes d'adaptation automatique, soit de sacrifier le rendement en utilisant des circulateurs à ferrite. D'autre part, la fuite d'énergie électromagnétique par les ouvertures, dans le cas de traitement thermique continu, pose de gros problèmes. Enfin, il est difficile de chauffer efficacement un matériau diélectrique comportant un élément métallique. Dans les applicateurs de chauffage, il est également connu que le défilement du produit s'effectue par un système de convoyage par tapis, vis d'archimède, vibreur, sustentation et propulsion aéro- dynamique, (brevet U S no 3 549 848 >. Chaque application à un produit défini les conditions du choix de la combinaison Il-est nécessaire d'adapter spécifiquement l'ap- plicateur, ce qui rend très colteuse la mise au point du procédé pour obtenir un bon rendement i La présente invention a pour objet un dispositif pour le cou- plage d'énergie électro-magnétique sur un matériau à chauffer, carac- térisé en ce qu'il comporte en combinaison: une structure multi-diélectrique. un système propulso-sustentateur fluide, gazeux ou liquide, permet- tant un mode de couplage entre le générateur et le produit à chauffer, particulièrement avantageux. Selon une première variante, l'onde circulant dans une premi- ère structure multi-diélectrique calculée de telle façon qu'en l'abs- cence de produit à chaufferil'énergie circule le long de la structure par réflexions successives 1 puis est absorbée par une charge terminale -2auxiliaire. D'autre part, une deuxième structure multidiélectrique identi- que lui est disposée symétriquement à une distance inférieure à une longueur d'onde. Quand un produit circule entre ces deux structures, le milieu diélectrique vide est modifié par le diélectrique à chauffer Une par- tie de l'onde incidente circulant pénètre dans le matériau à chauffer et suivant ses caractéristiques une fraction de l'énergie est absorbée l'autre fraction pénètre dans la deuxième structure et effectue plus loin un trajet identique en subissant un affaiblissement à chaque pas- sage dans le matériau à chauffer. Les avantages d'un tel système sur tous les autres procédés de couplage, sont que l'adaptation du générateur micro-onde est toujours très bonne quelque soit le diélectrique à chauffer et sa position par rapport aux parois. La propagation dans la structure est dite à ondes lentes, et 1 ' onde qui sort de la structure est dite évanescente C'est à dire une onde dont les champs ne se raccordent pas, donc l'onde ne se propage pas suivant les équations de Maxwell La propagation d'une telle onde ne dépasse pas une longueur d'onde dans l'air L'énergie restante est donc très faible à courte distance ce qui est avantageux pour la cons- truction des fours. La configuration des champs électriques dans le volume forme entre les deux structures est hybride et homogène. Le couplage d'énergie est proportionnel à la quantité de matériau à chauffer. La combinaison des différents diélectriques dans le volume d'inter- action permet de maitriser le chauffage. Les dessins anndxés représentent un ensemble de structures diélectriques disposées pour chauffer des matériaux sous forme de pro- filés La figure 1 représente une structure vide, la figure 2 repré- sente une structure chargée par plusieurs produits sous forme de pro- filés La figure 3 et sa coupe figure 4 représente la combinaison avec le système propulso-sustentateur La figure 5 représente une stru cture multi-diélectriques en combinaison avec un organe propulso-sus- tentateur fluide liquide La figure 6 représente une structure multi- diélectrique en combinaison avec un système propulso-sustentateur composé d'un lit de particules solides fluidisées. Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend un ensemble de deux structures multi-diélectrique A et B espacées d'une longueur 3 2543778 d'onde La source d'énergie électromagnétique 1 excite la structure composée de deux diélectrique 2 et 3 o la permittivité de l'élément 2 est inférieure à celle de l'élément 3 L'onde incidente principale 4 en l'abscence de matériau à chauffer, se réfléchie 6 jusqu'à la charge auxilliaire 8 Une partie de l'onde se propage dans le milieu extérieur vide 5 La structure B n'est pas excitée. La figure 2 représente l'ensemble A et-B avec un matériau à chauffer compris dans le volume délimité par les deux faces internes 9 des structures A et B. La permittivité de ce corps 10 modifie la propagation dans la structure A de telle façon que l'onde évanescente 5 traverse le matériau à chauffer 10 et pénètre dans la structure B pour subir une réflexion 11 D'autre part, lors de la première réflexion dans la structure A l'onde incidente continue à se propager par réflexions successives en répétant le phénomène de couplage sur-le matériau. La combinaison des ondes incidentes quittant la structure A et des ondes réfléchies venant de la structure B donne un champ élecv trique intense dans-l'espace d'interaction m 4 m@ très près des parois métalliques 12. La figure 3 représente un exemple d'application avec un cais- son propulso-sustentateur à air 14 Les Jets d'air sortant en 15 sus- tentent et propulsent le profil 16 dans l'axe longitudinal de la strua ture sans perturber le couplage; les organes de réglage 13 permettent d'ajuster le couplage sur la structure B. La figure 5 représente une structure combinée à un système d' entraînement liquide 17 qui peut être par exemple une huile, le maté- riau 16 étant en suspension. La figure 6 représente une structure combinée à un système de propulsion en lit fluidisé de particules solides 18 transportant des matériaux à chauffer 16. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortirons de la description qui va suivre. Selon le mode de réalisation particulièrement avantageux du procédé conforme à la présente invention, le procédé de couplage d' énergie électromagnétique sur un matériau à chauffer utilise une structure multi-diélectrique rigide ou souple à symétrie circulaire. Cette disposition permet l'immersion de la structure dans un milieu fluide à chauffer quelque soit la nature du récipient, ou d'épouser la forme du produit à chauffer sur de très grands volumes. 4 2543778 La figure 7 représente une structure 19 immergée dans une boite métallique fermée 20 remplie d'un matériau à chauffer 21. La figure 8 représente un groupement de structures 22 dispo- sées en quinconce dans un conduit 23 sans spécification et o circu- le le matériau à chauffer 24. La figure 9 représente une structure souple 25 entourant un objet volumineux à chauffer par exemple la mise hors gel d'arbres fruitiers. A titre d'exemple non limitatif la structure représentée par la disposition de la figure 1 figure 2 et figure 3 et 4 peuvent at appliquer au chauffage des profilés caoutchouc extrudés en vue de leur vulcanisation ou polymérisation ou réticulation, ou bien encore aux cables électriques. La disposition des figures 5 et 6 peut s'appliquer au chauf- fage continu des matériaux en poudre ou en grains. La disposition de la figure 7 permet le chauffage de matéz riaux à l'intérieur d'enceinte métallique fermée de dimensions quel- conques telle que conserves. La disposition de la figure 8 permet le chauffage de très grands volumes sans précaution particulière de blindage, par exem- ple le séchage de grains se déplaçant par gravité dans un conduit quelconque. La disposition de la figure 9 -représente le chauffage d' un arbre ou d'une serre par une structure souple 25 Le couplage d'énergie s'effectue seulement sur les régions proches 26 de il objet à chauffer 24 inférieur à une longueur d'onde. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ces modes de mise en oeuvre, de réalisa- tion et d'application quÂi viennent d'8 tre décrits de façon plus explicite, elle en embrasse au contraire toute les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. 2543778 REVENDICATIONS 1 Dispositif de couplage d'énergie électromagnétique sur un matériau à chauffer, caractérisé par une structure multi-diélec- trique, rayonnant une onde évanescente, seulement quand un autre matériau diélectrique est disposé à une distance inférieure à une longueur d'onde, délimitant un volume actif de chauffage autour de cette structure. 2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif propulso-sustentateur est un fluide diélectrique qui n'influence pas le couplage. 3 Dispositif selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que la structure multi-diélectrique principale admet une ou plusieurs autres structures symétriques excitées par elle; 4 Dispositif selon la revendication 1 à 3 caractérisé en ce que les structures multi-diélectriques sont groupées en quincon- ce pour obtenir un grand volume de chauffage. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la structure multi-diélectrique est faite de matériaux souples. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la structure est terminée-par une char- ge auxiliaire. 7 Dispositif selon les revendications 3 à 6 caractérisé en ce que la structure multi-diélectrique peut être enroulée autour d'un objet à chauffer. 8 Dispositif selon les revendications 3 à 7 caractérisé en ce que la structure ifflti-diélectrique principale et la struc- ture multi-diélectrique secondaire forment une ligne bi-filaire qui peut être enroulée sur l'objet à chauffer. 9 Dispositif selon les revendications 1 à 8 caractérisé selon que l'énergie électromagnétique est d'une fréquence comprise entre 0,3 Ghz et 300 Ghz.