Brevet FR2599924A1 — publié le 19871211

DISPOSITIF 1ODULAIRE POJR L'APPLICATION DE MICRO-ONDES EN VUE NOTAMMENT DU CHAUFFAGE, SECHAGE OU TORREFACTION D'UN MATERIAU L'invention concerne un dispositif pour l'application de micro-ondes en vue du traitement d'un matériau. Elle s'applique en particulier aux matériaux se présentant sous forme divisée (poudres, matériaux granulaires, 10 copeaux,...) ou, le cas échéant, sous forme liquide. Le dispositif visé par l'invention peut être utilisé pour des traitements divers: chauffage (cuisson, stérilisation, pasteurisation, désinsectisation, polymérisation...), séchage, torréfaction... Le terme "traitement" doit être entendu au 15 sens le plus large, le dispositif pouvant éventuellement être utilisé en metrologie pour la mesure des caractéristiques d'un matériau (mesure d'humidité, mesure de constantes diélectriques...). L'application de micro-ondes à un matériau se 20 présentant sous forme divisée est oeénéralement réa]isée dans des fours tunnels dans lesquels le matériau est amené à défiler. Par exemple, le brevet FR 2 327 700 vise une installation-de ce type pour le traitement en continu de produits alimentaires. Toutefois, ces installations sont 25 complexes, onéreuses et souvent très encombrantes. D'autres techniques ont également Até proposées pour effectuer des traitements micro-ondes. Certaines mettent en oeuvre des applicateurs formés par des juxtapositions ou combinaisons particulières de guides d'ondes 30 dans lesquels sont placés les produits à traiter (brevet FR 2 500 707, FP 2 478 930...), mais ces dispositifs sont mal adaptés au traitement de produits se présentant sous forme divisée. D'autres visent des dispositifs plus particulièrement destinés au traitement de produits granulaires, tels que le 35 brevet FR 2 519 224 qui décrit un applicateur rotatif alimenté en micro-ondes à travers son arbre de rotation, lequel est muni à cet effet d'un canal coaxial, ou le brevet FR 2 458 772 qui décrit un dispositif formé par un guide d'ondes s'étendant dans le sens vertical avec une circulation par gravité des 4n produits dans celui-ci. Toutefois, ces dispositifs connus présentent des défauts résidant, soit dans leur complexité (applicateur rotatif), soit dans leur fonctionnement nécessairement discontinu (applicateur rotatif), soit dans la 5 répartition très hétérogène du champ qui conduit à des traitements peu uniformes (guide d'ondes vertical), soit encore dans leur manque de souplesse pour appliquer les microondes avpc un bon rendement à des types de produits différents (guide d'ondes vertical). La présente invention se propose de fournir un dispositif modulaire d'application des micro-ondes, - combinant un grand nombre de qualités essentielles en pratique: - grande simplicité structurelle (absence de 15 pièces en mouvement) conduisant à une robustesse remarquable permettant de l'utiliser dans des environnements sévères, - excellente homooénéité du champ conduisant à des traitements uniformes, - haut rendement, souplesse d'utilisation provenant en particulier de sa modularit,é, lui conférant des qualités de polyvalence, - possibilité de fonctionnement en continu, semi-continu ou discontinu. A cet effet, le dispositif d'application de micro-ondes conforme à l'invention comprend des modules, en nombre ajustable, qui sont adaptés pour être assujettis les uns aux autres en vue de former une colonne de traitement. Ces modules se caractérisent essentiellement en ce que: chaque module comprend une cavité résonnante formée de deux flasques en reoard et d'une paroi périphérique reliant ces flasques de façon à former une boîte fermée, lesdits flasques sont dotés d'ouvertures 35 situées en renard pour le passaqe du matériau à traiter,. ladite paroi périphérique est dotée d'une lumière et est couplée au niveau de celle-ci à un tronron de nuide d'ondes adapté pour être relié à une source de microondes, les modules sont extérieurement munis de manchons d'assemblage situés autour des ouvertures de leurs flasques et adaptés pour permettre de les assembler avec un écartement propre à assurer un découplage entre les cavités résonnantes voisines. Lin tel dispositif possède une structure modulaire extrêmement simple puisqu'il est essentiellement constitué par un empilement de boites assemblées les unes aux autres. Il est facile d'adapter le nombre de cavités 10 résonnantes au type d'application envisagée sans perturber le champ dans chaque cavité, puiscue chacune d'elles est découplée de ses voisines. Un tel dispositif permet, pour une grande variété de matériaux, de réaliser un couDlaoe énerúétioue optimal et un traitement homooène adapté a 15 l'application envisagée. De préférence, chaque cavité résonnante est prévue de forme cylindrique et est dimensionnée de façon à être accordée sur 2 à 4 fois la longueur d'ondes des microondes utilisées. On compense ainsi l'eauomentation de la 20 permittivité due O l'introduction du matériau. Le coefficient d'amortissement étant nénéralement très élevé, il ne se pose dans ces conditions aucun problème d'accord ni de couplage. En outre, les manchons d'assemblaqes sont avantaqeusement agencés de façon à permettre d'assujettir deux 25 modules voisins dans plusieurs positions angulaires l'un par rapport à l'autre. Ainsi, les divers modules de la co]onne peuvent être assembles avec des décalages angulaires les uns par rapport aux autres de façon à conduire à une répartition nloba]e du champ assurant une bonne homognénéité du traitement. 30 Selon un mode de réalisation adapté au traitenment d'un matériau se présentant sous forme divisée ou liquide, le dispositif comprend un tube de circulation du matériau, transparent aux micro-ondes et passant à travers les ouvertures des flasques, de façon à s'étendre sur toute la 35 hauteur de la colonne de traitement formée par les modules. Cette colonne est de préférence disposée le long d'un axe très approximativement vertical en vue d'autoriser une circulation par gravité du matériau dans le tube de circulation. L'invention s'applique au traitement d'un 40 grand nombre de matériau ayant des propriétés de réactivité à l'égard des micro-ondes: matériau agroalimentaire (torréfaction des noisettes, du café, séchage du mals,...) ou autres. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit en référence aux dessins annexés, lesquels en présentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente 10 description: - la figure 1 est une vue en perspective d'un module conforme à l'invention, - la figure 2 en est une coupe par un plan axial, - la figure 3 est une vue en perspective schématique d'un dispositif de traitement réalisé à partir de plusieurs modules, - la figure 4 est une coupe partielle dudit dispositif par un plan vertical axial. Le dispositif modulaire d'application de micro-ondes visé par l'invention comprend une superposition de plusieurs modules, chacun identioue, du type de celui représenté aux fiaures 1 et 2. Ce module cor.Drend une cavité résonnante 1 25 formée par une boite fermée délimitée par deux flasques - circulaires plats 2 et 3 qui sont situés en regard et par une paroi périphérique cylindrique 4 oui s'étend sur tout le pourtour des flasques et est soudée sur ceux-ci. En une zone de son pourtour, la paroi périphérique 4 est dotée d'une lumière 4a par laquelle un tronçon de guide d'ondes 5, de section rectangulaire, est couplé 8 la cavité résonnante 1. Ce tronçon de ouide est pourvu à son extrémité d'une bride 6 portant des trous d'assemblage 6a, en vue de permettre de relier ledit troncon à 35 une source de micro-ondes. En outre, les flasques 2 et 3 sont percés, en leur centre, d'ouvertures 2a et 3a qui en l'exemple sont de forme circulaire. Le flasque 3 est équipé autour de son 40 ouverture 3a d'un manchon externe 7, en l'exemple de section circulaire, qui présente une longueur suffisante Dour assurer un découplage de deux modules séparés par ledit manchon. Ce manchon est doté à son extrémité d'une bride 8 comportant des 5 trous d'assemblage 8a; ces trous sont régulièrement répartis autour de la bride, par exemple huit trous angulairement distants de 45 . Le flasque 2 est doté autour de son ouverture 2a de moyens d'assemblage tels que goujons 9 10 extérieurement soudés sur ledit flasque; ces goujons sont régulièrement répartis autour de ladite ouverture 2a pour pouvoir venir coopérer avec les trous 8a de la bride d'un autre module. En l'exemple précité, ces goujons sont au nombre de huit, angulairement distants de 45 . Il est ainsi possible d'assembler les modules au moyen des goujons 9, avec un décalage angulaire ajustable de n.45 (n La cavité résonnante 1 formée par la boite 2, 3, 4 est dimensionnée pour être accordée sur 3 fois la 20 longueur d'onde des micro-ondes utilisées. Par exemple, dans le cas de micro-ondes de fréquence égale à 2450!Hz, ces dimensions pourront être les suivantes: - diamètre interne de la cavité: 256 mm, - hauteur interne de celle-ci: 43 mm, 25 - lonoueur du manchon 7: 80 mm, - section intérieure du tronçon de guide d'ondes 6: 43/86 mm. Le diamètre du manchon 7 et des ouvertures 2a et 3a correspondantes n'est pas critique et peut être ajusté 30 selon les produits traités entre 30 et 100 mm. Les modules ci-dessus décrits peuvent être assemblés en positions superposées pour former une colonne de traitement s'étendant le long d'un axe sensiblement vertical, comme le schématisent les figures 3 et 4. Dans les exemples de transfert énergétiques fournis plus loin, le dispositif utilisé comportait 16 modules ainsi superposés, leur assemblage étant réalisé avec un décalage annulaire de 450 d'un module par rapport au module voisin. Le tronçon de guide d'ondes 5 de chaque module est relié par un guide d'ondes intermédiaire tel que 10 à un générateur de micro-ondes1l de puissance et/ou débit réglable. Les divers générateurs 11 et les modules sont assujettis à un bâti métallique 12 qui porte l'ensemble. En outre, un tube 13 de circulation du matériau à traiter est disposé selon l'axe des modules, de façon à traverser ceux-ci par leurs ouvertures 2a, 3a. Ce tube est réalisé en un matériau transparent aux micro-ondes. En 10 partie haute, une trémie 14 assure l'alimentation continue de celui-ci en matériau à traiter, cependant qu'en partie basse, le tube est équipé d'un système classique de régu]ation du débit de matériau s'écoulant par gravité (système symbolisé en 15). Le cas échéant, ce système peut être jumelé avec un 15 système d'aspiration des vapeurs. La colonne ci-dessus décrite a été utilisée pour réaliser des mesures de rendement de transfert énergétiques dans le cas de plusieurs produits granulaires ou liquides; les résultats suivants ont été obtenus-: 20 Produits Pendement - Eau........................ 97 % - tas à 10 % 20..... ..... 97 c; - Mas sec................... 75 % - Noisettes à 5 H20.......DTD: . 97 5 - Noisettes à 1,5 E H20...... 95 % - Sable à 1 Wf H20............ 96 ' Le dispositif visé par l'invention se démarque des dispositifs antérieurs par un ensemble de qualités qu'il associe: mndularité lui conférant une qrande 30 souplesse d'utilisation, haut rendement, homogénéité du traitement, simplicité structurelle conduisant à un faible coût, à une robustesse remarquable et à une grande facilité d'entretien, caractère peu critique facilitant sa fabrication, polyvalence, faible niveau de fuites, facilité d'adaptation à 35 des processus de fonctionnement continu, semi-continu ou discontinu.....DTD: REVENDICATIONS 1/ - Dispositif modulaire pour l'application de micro-ondes en vue du traitement d'un matériau, caractérisé 5 en ce qu'il comprend des modules adaptés pour être assujettis les uns aux autres en vue de former une colonne de traitement, À chaoue module comprenant une cavité r4sonnante (1) formée de deux flasques en regard (2, 3) et d'une paroi périphérique (4) reliant ces flasques de façon à 10 former une boite fermée, À lesdits flasques (2, 3) étant dotés d'ouvertures (2a, 3a) situées en regard pour le passage du matériau à traiter, ladite paroi périphérique (4) étant dotée 15 d'une lumière (4a) et étant couplée au niveau de celle-ci à un tronçon de guide d'ondes (5) adapté pour être relié à une source de microondes, les modules étant extérieurement munis de manchons d'assemblage (7) situés autour des ouvertures 2P (2a, 3a) de leurs flasoues et adaptés pour permettre de les assembler avec un écartement propre à assurer un découplage entre les cavités résonnantes voisines. 2/ - Dispositif modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module comprend 25 deux flasques circulaires et une paroi périphérique cylindrique, dimensionnés pour former une cavité résonnante cylindrique (1) accordé sur 2 à 4 fois la longueur d'ondes des micro-ondes utilisées. - 3/ - Dispositif modulaire selon la 30 revendication 2, caractérisé en ce que les ouvertures de passage du matériau (2a, 3a) sont situées au centre des flasques (2, 3) correspondants. 4/ - Dispositif modulaire selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les manchons 35 d'assemblage (7) sont agencés de façon à permettre d'assujettir deux modules voisins dans plusieurs positions angulaires l'un par rapport à l'autre. / - Dispositif modulaire selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque 40 module comprend, d'une part, sur l'un de ses flasques (3), autour de l'ouverture correspondante (3a), un manchon externe (7) muni d'une bride d'assemblage (8), d'autre part, sur l'autre flasque (2), autour de l'ouverture correspondante (2a), des moyens d'assemblage (9) aptes à coopérer avec la bride du module voisin. 6/ - Dispositif modulaire selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, pour le traitement d'un matériau se présentant sous forme divisée ou liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un tube de circulation du 10 matériau (13), transparent aux micro-ondes et passant à travers les ouvertures (2a, 3a) pour s'étendre sur toute la hauteur de la colonne de traitement formée par les modules. 7/ - Dispositif modulaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que la colonne formée par 15 les modules est disposée le lonq d'un axe très approximativement vertical en vue d'autoriser une circulation par aravité du matériau dans le tube de circulation (13). 8/ - Dispositif modulaire selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce oue 20 chaque tronçon de guide d'ondes (5) est doté d'une bride (6) en vue de sa liaison,à une source de micro-ondes (10, 11) de puissance et/ou de débit réglable.À 9/ - Application du dispositif modulaire conforme à l'une des revendications précédentes pour le 25 chauffage, le séchaqe ou la torréfaction d'un matériau réactif aux micro-ondes.