Brevet FR2724101A1 — publié le 19960308

L'invention concerne un accessoire de brunissement qui est adapté pour être utilisé dans l'espace de cuisson d'un four à micro-ondes fonctionnant à une fréquence normale et est constitué par un plat creux ou plat de cuisson. Cet accessoire est également dénommé, de manière générale, 'plat à brunir' pour four à micro-ondes classique et provoque des effets de brunissement que l'on ne pourrait pas obtenir sans lui. Ce plat est pourvu d'une partie métallique constituant le fond, de préférence circulaire, qui possède une bonne conductibilité thermique et dont la face inférieure est pourvue d'une couche, de préférence circulaire, constituée d'une matière qui absorbe les ondes haute fréquence. Cet accessoire de brunissement peut être placé dans l'espace de cuisson d'un four à micro-ondes de manière 1 0 à ce que, entre la face inférieure de la couche située sur la partie métallique formant son fond et la face supérieure du fond de l'espace de cuisson, on puisse maintenir une distance parallèle. De tels accessoires de brunissement, dont le mode d'action repose sur l'absorption de l'énergie des micro-ondes et sa transformation en chaleur, sont largement connus. On connaTt, par le brevet DE 31 50 619 C2, un appareil permettant de chauffer un aliment à rôtir grâce à l'énergie des micro-ondes et comportant un récipient dont la partie inférieure est pourvue de parties de parois métalliques. La partie supérieure de ce récipient est posée de manière pivotante sur la partie inférieure de celui-ci et est également pourvue de parties de parois métalliques. Sur le côté extérieur de la paroi supérieure de la partie supérieure du récipient qui s'appuie sur l'aliment à rôtir, est prévu un corps contenant du ferrite qui libère de la chaleur en présence d'un rayonnement hyperfréquence. Afin d'utiliser la chaleur libérée par le matériau absorbant les micro-ondes de manière optimale pour chauffer l'aliment à rôtir dans la zone de dessus de ce dernier, on propose de doter les parties métalliques du récipient de bords périphériques et de prévoir des aspérités sur la surface de la paroi supérieure de la partie métallique supérieure du récipient qui est située du côté de l'aliment à rôtir. Actuellement on sait que l'on peut obtenir des accessoires de brunissement qui sont constitués d'une matière céramique et dont le mode d'action repose uniquement sur les pertes diélectriques. Pour cela, une couche présentant des pertes très importantes est insérée dans le matériau de support diélectrique résistant aux températures élevées. Cependant, ces accessoires de brunissement sont non seulement très chers à fabriquer, mais leur efficacité est limitée dans le temps. Selon l'invention, I'accessoire de brunissement décrit dans le préambule présente différents avantages: le revêtement de la face inférieure de la partie métallique formant le fond, constitué dans une matière qui absorbe les ondes haute fréquence, est plus facile à exécuter que l'insertion d'une couche présentant des pertes dans la matière céramique. A ce sujet, on propose en tant que matière pour le revêtement un mélange d'une poudre de ferrite et d'un liant. Dans un four à micro- ondes, I'utilisation de ferrite entraîne une limitation de la température intrinsèque à cause de la disparition des propriétés magnétiques au moment o l'on atteint le point de Curie. Le revêtement en ferrite situé sur la face inférieure de la partie métallique formant le fond de l'accessoire empêche un contact de l'aliment à rôtir avec le matériau de ferrite et exclut de cette manière, sur l'aliment à rôtir, toute influence pouvant présenter des risques pour la santé. Cependant, pour obtenir un effet de brunissement suffisant de l'aliment à rôtir, il est nécessaire d'avoir une concentration de l'énergie des micro-ondes au-dessous de l'accessoire de brunissement. Pour parvenir à cette concentration, il existe essentiellement deux solutions courantes: le four à micro-ondes est conçu spécialement de manière à ce que l'entrée des micro-ondes, débouchant latéralement dans l'espace de cuisson, soit située sur un plan se trouvant au-dessous de l'accessoire de brunissement, une autre entrée des micro-ondes étant généralement nécessaire pour une autre utilisation du four à micro-ondes; ou bien l'accessoire de brunissement doit être équipé de dispositifs auxiliaires supplémentaires devant être placés à l'intérieur de l'espace de cuisson sur un niveau déterminé qui garantisse une concentration de l'énergie des micro-ondes au-dessous de cet accessoire de brunissement. Selon le niveau o il est nécessaire de disposer cet accessoire à brunir, I'espace de cuisson utile est considérablement réduit. On connaît, par le brevet DE 32 15 174 C2, un dispositif pour préparer des pizzas et des plats semblables dans un four à micro-ondes. Ce four est équipé d'un plat conduisant les micro-ondes dont la base d'appui est constituée d'une couche de matière absorbant les micro-ondes fixée sur sa face inférieure et qui chauffe au contact des micro-ondes, et d'un couvercle conduisant les micro-ondes qui s'appuie sur cette base. Pour avoir une distribution homogène de la température sur l'aliment à rôtir, et pour protéger contre les élévations de température dans la zone de l'appui de l'aliment à rôtir, cette base est pourvue de pieds d'appui saillant vers le bas, qui maintiennent le fond du plat écarté de la sole du four à micro-ondes. En outre, la base doit être pourvue d'une découpe centrale s'ouvrant en direction verticale et le plat doit avoir des parois latérales montantes. Ces dernières doivent se chevaucher partiellement avec le bord du couvercle dirigé vers le bas, tout en étant isolées électriquement de celui-ci. Par ce moyen, une certaine quantité de l'énergie des micro-ondes doit passer de l'intérieur du four à micro-ondes dans l'espace fermé par le plat et le couvercle. La présente invention a pour but de perfectionner un accessoire de brunissement du type décrit dans le préambule, de manière à ce qu'il puisse être utilisé dans l'espace de cuisson d'un four à micro-ondes de construction quelconque fonctionnant à une fréquence normale, et à ce qu'il garantisse un bon effet de brunissement. Au moyen de cet accessoire de brunissement, on doit pouvoir renoncer notamment, à la fois à un réglage en hauteur compliqué de ce dernier dans l'espace de cuisson, et à une entrée des micro-ondes devant être prévue à un niveau supplémentaire et/ou à un niveau déterminé par rapport au fond de l'espace de cuisson. Pour atteindre cet but, on part d'un accessoire de brunissement adapté pour être utilisé dans l'espace de cuisson d'un four à micro-ondes pourvu d'une entrée des micro-ondes et fonctionnant à une fréquence normale, constitué par un plat creux ou plat de cuisson pourvu d'une partie métallique constituant son fond, de préférence circulaire, possédant une bonne conductibilité thermique et dont la face inférieure est pourvue d'une couche, de préférence circulaire, constituée d'une matière qui absorbe les ondes hautes fréquences, cet accessoire de brunissement pouvant être placé dans l'espace de cuisson de manière à ce que, entre la face inférieure de la couche située sur la partie métallique formant son fond et la face supérieure du fond de l'espace de cuisson, une distance parallèle puisse être maintenue, et on prévoit, selon l'invention: - que la distance parallèle entre la face inférieure de la couche de la partie métallique formant le fond de cet accessoire et la face supérieure du fond de l'espace de cuisson fasse jusqu'à 6 mm, - que le diamètre de la surface de la partie métallique formant le fond de cet accessoire soit adapté à la surface du fond de l'espace de cuisson et que le diamètre de la surface de la couche de la partie métallique soit inférieur de 20 mm au maximum au diamètre de la surface de la partie métallique et, - que l'épaisseur de la couche de la partie métallique fasse de 0,5 à 3 mm et que la matière formant cette couche soit composée d'une poudre de ferrite et d'un liant, la proportion de poudre de ferrite étant égale à au moins 40% en volume, de préférence au moins 60% en volume. Le fonctionnement optimal de cet accessoire de brunissement est déterminé, selon l'invention, uniquement par ladite distance parallèle, lesdits diamètres et ladite épaisseur qui viennent d'être énoncés, ainsi que par les propriétés de la matière formant ladite couche. Grâce à ces seuls paramètres, on peut influencer la répartition du champ de résonnance de manière à ce que de bons résultats de brunissement puissent être obtenus dans des délais de cuisson courts. La répartition de l'énergie des micro-ondes dans l'espace de cuisson, au-dessous de cet accessoire de brunissement, peut notamment être influencée de manière positive grâce à une grande permittivité et perméabilité de la matière de revêtement. Un mode de réalisation d'un accessoire de brunissement conforme à l'invention et donné à titre d'exemple non limitatif est représenté dans les dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation de l'accessoire conforme à l'invention; - la figure 1 a représente schématiquement un four à microondes à cavité résonnante carrée; - la figure 2 représente schématiquement un four à micro-ondes à cavité résonnante 1 0 cylindrique; - la figure 3 est une coupe transversale de la cavité résonnante cylindrique; - la figure 4 est un schéma équivalent de la figure 3 montrant les lignes d'impédance; - la figure 5 représente graphiquement la répartition du champ de rayonnement des ondes. - la figure 6 représente graphiquement la courbe de la permittivité complexe et de la perméabilité complexe d'un mélange de poudres de ferrite Mn- Zn ayant un coefficient de remplissage volumique de la poudre de ferrite égale à 50/%; - la figure 7 représente graphiquement la courbe de la permittivité complexe et de la perméabilité complexe d'un mélange de poudres de ferrite Mn-Zn ayant un coefficient de remplissage volumique de la poudre de ferrite égale à 73% Comme le montre la figure 1, l'accessoire de brunissement est constitué par un plat creux circulaire 1 qui est utilisé, selon la figure la, dans un four à microondes 2 à cavité résonnante carrée et pourvu d'une entrée latérale 3 pour les micro-ondes. Le plat 1 est constitué d'un seul bloc par une partie métallique circulaire 4 formant le fond, pourvue d'une partie métallique périphérique 5 s'élargissant de manière conique vers le haut. La partie métallique 4 formant le fond est pourvue, sur sa face inférieure, d'une couche 6 qui est formée de poudre de ferrite et d'un liant. Ce plat 1 est pourvu, en outre, de trois pieds d'appui 7 sur lesquels l'accessoire de brunissement est posé solidement sur le fond 8 de l'espace de cuisson 9 défini par le four à micro-ondes 2. L'espace de cuisson 9 représente une cavité résonnante qui est alimentée en énergie micro-ondes par l'entrée des micro-ondes 3 constituée par un guide d'ondes. Il se forme une résonnance dans la cavité sous forme d'un mode E 110, le vecteur du champ 'E étant perpendiculaire au fond 8 de I'espace de cuisson 9. Pour pouvoir effectuer des calculs précis concernant cet accessoire constitué par un plat circulaire 1, la cavité résonnante carrée est modifiée en cavité résonnante cylindrique, représentée dans la figure 2. Par ce moyen, on obtient également une cavité résonnante ayant un vecteur de champ 'E' perpendiculaire au fond de cette cavité car, comme dans le cas selon la figure 1, la cavité est également alimentée en énergie micro-ondes par une entrée de micro-ondes 3 située sur le côté et constituée par un guide d'ondes. 1 0 Lorsque la positon du plat 1 est au niveau de l'entrée des microondes 3, on peut s'imaginer que des ondes se propagent le long de ce plat 1 dans le plan de l'axe r'. Dans cette position modèle, le plat 1 forme un élément directeur de résonnance qui est court-circuité au début et à la fin par la paroi de la cavité résonnante. Pour déterminer les mesures importantes pour le plat 1, on procède de la manière suivante: En premier lieu, on détermine les mesures de la cavité résonnante cylindrique selon la figure 2 en fonction des mesures du fond de la cavité résonnante carrée prédéterminée selon la figure 1. Le rayon rHR de la cavité cylindrique selon la figure 2 est choisi de manière à ce que, pour les deux formes de la cavité résonnante, la surface du fond ait la même grandeur. La propagation d'une onde le long du plat 1 est traitée sous la forme d'une ligne directrice de résonnance. Celle-ci consiste en un cercle représenté dans la figure 3 en tant que coupe à travers le plan 'r de la figure 2, qui est limité par le bord du plat 1 et la paroi de la cavité résonnante cylindrique, et par le plat 1 lui-même. Le schéma équivalent correspondant selon la figure 4 montre que les extrémités de la ligne d'impédance 'Z' ferment sur les deux côtés l'impédance Zes du plat 1. L'impédance du cercle se termine par un courtcircuit qui représente la paroi de la cavité résonnante cylindrique. Les impédances peuvent être calculées, de manière connue, en déterminant les inductivités et les capacités de l'accessoire puisque les mesures respectives 'rBs', 'rR' et l'épaisseur H de la couche 6, ainsi que les propriétés de sa matière, sont connues pour la fréquence de fonctionnement du four à micro-ondes. D'après le schéma équivalent représenté dans la figure 4, la répartition relative du champ E' le long du plat 1 peut être calculée et, de ce fait, la répartition du champ le long de la ligne directrice de résonnance peut être optimisée en modifiant le diamètre 3D du plat 1 et/ou I'épaisseur 'H' et/ou les propriétés de la matidère formant la couche 6. L'étape suivante sert à déterminer la répartition absolue du champ 'E' dans l'espace de cuisson du four à micro-ondes. Le plat 1 pourvu de la couche 6 sur la partie métallique 4 formant le fond fournit un condensateur à lames qui détermine la répartition de la tension et du champ 'E' le long de l'axe vertical de la cavité. A partir de la répartition de champ 'E qui peut être calculée et est représentée graphiquement dans la figure 5, on peut déterminer également la répartition de l'énergie. Pour ce faire, il faut tenir compte du fait que l'épaisseur 'H' de la couche 6 influence de manière essentielle la répartition de l'énergie des micro-ondes dans l'espace situé au-dessous du plat 1 grâce à la grande permittivité et perméabilité de la matière de revêtement. Cependant cette répartition est également influencée par la distance maintenue entre la couche 6 de la partie métallique 4 formant le fond du plat et le fond 8 de l'espace de cuisson 9, distance qui est déterminée par la hauteur des pieds d'appui 7 pour ce plat On utilise de préférence, en tant que matière pour la couche 6 sur la face inférieure de la partie métallique 4 formant le fond, des mélanges de poudre de ferrite et de matières synthétiques, la granulométrie de la poudre de ferrite devant présenter un grain principal de 200-2501m. Pour obtenir un coefficient de remplissage élevé du mélange, il faut essayer d'avoir une distribution granulométrique présentant une proportion suffisante de grains fins. On peut utiliser des ferrites Mn-Zn, que l'on mélange le cas échéant à des ferrites Ni-Zn, afin d'obtenir une perméabilité et une permittivité optimales du mélange pour la fréquence de fonctionnement du four à microondes. La composition du mélange influence elle-aussi le point de Curie, c'est-à-dire la limite de température à partir et au-dessus de laquelle on sait que la perméabilité des matières magnétiques chute fortement et les pertes magnétiques dans le mélange deviennent négligeables. Pour lier les poudres de ferrite, on peut utiliser des liants à base organique ou anorganique, dans la mesure o ils résistent pendant une utilisation prolongée à une température qui est supérieure au point de Curie de la poudre électromagnétique utilisée. En tant que liants à base organique, on utilise des matières synthétiques qui, outre leur résistance adéquate aux températures élevées, peuvent également lier une grande part de la substance électromagnétique absorbant les hautes fréquences. Ces matières sont par exemple: PAN, PPO, PSU, PI, PC, PS, PTFE, PVDF, PA, SIR, ainsi que des résines EP et PUR stabilisées. En tant que liants anorganiques, on utilise notamment des matières céramiques et des ciments. L'influence du coefficient de remplissage avec la poudre de ferrite sur les propriétés électromagnétiques, c'est-à-dire la permittivité et la perméabilité6, est représentée dans les figures 6 et 7. La figure 6 montre la courbe représentant la permittivité complexe %' et la perméabilité complexe 'll' d'un mélange de poudres de ferrite Mn-Zn ayant un coefficient de remplissage volumique de la poudre de ferrite égal à 50%. Pour une fréquence de 2500 MHz, on obtient les valeurs suivantes: Re E: 28; Im ú: 12 Re lI: 1,8; Imbu: 1,4 Cela donne un produit Re e/ x!i = 90,6. La figure 7 montre les valeurs d'un mélange de poudres de ferrite Mn-Zn ayant un coefficient de remplissage volumique de 73%. Pour une fréquence de 2500 MHz, on obtient les valeurs suivantes: Re c: 48; Im c: 22 Re ji: 2,2; Im i: 2,2 Cela donne un produit Re 4 / x p = 217,8. Dans le procédé de calcul ci-dessus, les propriétés de la matière ú et i, ainsi que la grandeur citée 'Re 4 E x I', interviennent dans la détermination de l'impédance de la partie de ligne représentée par le plat 1. Le fonctionnement du plat 1 dépend donc particulièrement des propriétés de la matière formant la couche 6; une telle couche 6 relativement mince ayant une bonne conduction thermique vers la partie métallique 4 formant le fond du plat 1 ne pouvant être obtenue qu'avec un produit Re [ú x yi] élevé. On dispose comme autres matières de revêtement, des nouveaux diélectriques, dits artificiels', qui présentent des pertes diélectriques importantes et ont une grande stabilité thermique. Il s'agit notamment, pour ces diélectriques, de matières céramiques qui, grâce à une poudre TiC bien dispersée ayant une grosseur de grains de l'ordre du nm, permettent d'avoir des permittivités et des pertes élevées en haute fréquence. Grâce à des essais réalisés avec un accessoire de brunissement conforme à l'invention utilisé dans un four à micro-ondes classique et présentant les caractéristiques suivantes: - diamètre 'D' de la partie métallique 4 formant le fond du plat 1: 250 mm - diamètre 'd' de la couche 6: 230 mm épaisseur 'H' de la couche 6:1,8 mm - distance parallèle 'P' entre la couche 6 et le fond 8 de l'espace de cuisson 9: 6 mm - matière formant la couche 6: poudre de ferrite Mn-Zn ayant un coefficient de remplissage volumique de 60%, on a pu démontrer qu'il est possible de préparer, par exemple, une pizza d'épaisseur habituelle adaptée au plat 1, dans un délai de 7 minutes, et d'obtenir avec cet accessoire un 1 0 brunissement optimal. REVENDICATION 1.- Accessoire de brunissement adapté pour être utilisé dans l'espace de cuisson d'un four à micro-ondes pourvu d'une entrée des micro-ondes et fonctionnant à une fréquence normale, constitué par un plat creux ou plat de cuisson pourvu d'une partie métallique (4) constituant son fond, de préférence circulaire, possédant une bonne conductibilité thermique et dont la face inférieure est pourvue d'une couche (6), de préférence circulaire, constituée d'une matière qui absorbe les ondes hautes fréquences, cet accessoire de brunissement pouvant être placé dans l'espace de cuisson de manière à ce que, entre la face inférieure de la couche (6) située sur la partie métallique (4) formant son fond et la face supérieure du fond (8) de l'espace de cuisson, une distance parallèle puisse être maintenue, cet accessoire étant caractérisé par le fait que: la distance parallèle 'P' entre la face inférieure de la couche (6) de la partie métallique (4) formant son fond et la face supérieure du fond (8) de l'espace de cuisson fait jusqu'à 6 mm, - le diamètre "D de la surface de la partie métallique (4) formant son fond est adapté à la surface du fond de l'espace de cuisson (8) et que le diamètre 'd' de la surface de la couche (6) est inférieur de 20 mm au maximum au diamètre 'D et, l'épaisseur OH' de la couche (6) fait de 0,5 à 3 mm et la matidère formant cette couche (6) est composée d'une poudre de ferrite et d'un liant, la proportion de poudre de ferrite étant égale à au moins 40% en volume, mais de préférence à au moins 60% en volume.