Brevet FR2837657A1 — publié le 20030926

PROCEDE ET APPAREIL OU INSTALLATION DE CHAUFFAGE COMBINANT CHAMP MICRO-ONDES FOCALISÉ ET IRRADIATION INFRA-ROUGE Les fours à micro-ondes représentent aujourd'hui une méthode largement diffusée pour chauffer les aliments. Le chauffage est rapide, la qualité de la nourriture est mieux préservée qu'avec la cuisine traditionnelle lente et la pénétration à c#ur des micro-ondes permet un chauffage beaucoup plus homogène. Toutefois, comme le chauffage vient de l'intérieur du produit, il y a un échappement de vapeur d'eau de l'intérieur vers l'extérieur qui maintient la surface humide. Le séchage de la surface est donc empêché. C'est un inconvénient important pour le chauffage d'aliments qui exigent la croustillance ou le brunissement de la surface. Le pain, les pommes frites, les pizzas etc. peuvent être quelques exemples de ce type d'aliments. Dans une grande partie des produits réchauffés le goût des consommateurs exige la formation d'une surface croustillante. La combinaison de l'énergie micro-ondes avec une autre source de chaleur est une solution courante. L'air chaud, le chauffage par résistance et les lampes infrarouges fournissent des solutions au problème. Parmi ces sources, les lampes halogènes produisant un rayonnement dans l'infrarouge sont celles qui fournissent la solution la plus efficace et le chauffage le plus rapide. D'autre part, le caractère directionnel du rayonnement fournit une concentration de l'énergie utile pour des petits produits. Les fours micro-ondes sont constitués d'une cavité dans laquelle on injecte l'énergie micro-onde au moyen d'un guide reliant la cavité à la source des ondes appelée magnétron. L'énergie micro-onde est repartie dans la cavité selon ses modes de résonance. Ces modes s'établissent dans la cavité de manière fluctuante selon le type et l'état du produit. Des ampoules contenant un filament ne peuvent pas être introduites dans une cavité micro-ondes à cause de la présence de champs électriques intenses. Ceuxci engendrent des étincelles qui conduisent rapidement à la destruction des ampoules. Afin de protéger les lampes contre des décharges électriques, des solutions qui impliquent une conception spéciale des lampes combinée avec des grilles de protection ou des écrans ont été envisagées pour des fours à micro-ondes (brevets US 4'728'763 ou US 6'153'867). Ces grilles ombragent partiellement la lumière venant des lampes limitant ainsi leur efficacité. La distance entre les lampes et le produit réduit également l'efficacité du chauffage. L'objet de la présente invention est la combinaison d'une méthode permettant de focaliser des micro-ondes avec l'utilisation de lampes infrarouges, par exemple halogènes. En effet, la focalisation des micro-ondes permet à certaines zones dans la cavité du four d'être exemptes du rayonnement micro-ondes. Dans cet espace, le positionnement des lampes halogènes infrarouges est complètement sûr. Les micro-ondes sont généralement conduites de la source (magnétron) à la cavité micro-ondes (four) par l'utilisation de guides d'onde. Ces guides d'onde sont généralement conçus de manière à privilégier la propagation d'un seul mode [Meredith R., Engineers' Handbook of industrial microwave heating, The Institution of Electrical Engineers, London, 1998]. Ils peuvent avoir des sections circulaires ou rectangulaires. Dans le cadre de cette invention, le guide d'onde est de préférence à section rectangulaire avec un mode de propagation de type TE01, qui est décrit dans la figure 1. Le champ électrique, représenté par des flèches, est perpendiculaire au côté large (longueur a) de la section de guide d'ondes. Les exposés d'invention EP 0'136'453, US 4'952'763 et EP 1'018'856 décrivent quelques méthodes particulièrement efficaces pour la transmission des micro-ondes. La particularité de ces méthodes est de créer une interférence entre deux ondes qui concentre l'énergie micro-onde au centre du produit. Dans tous les cas, la distribution du champ électromagnétique est bien définie et contrôlée. La présente invention révèle un effet supplémentaire. Si l'on transmet le champ électromagnétique micro-ondes dans une cavité, la concentration du champ à l'aide des méthodes décrites auparavant laisse quelques zones de la cavité complètement exemptes du champ. Selon l'invention, des émetteurs infra-rouge, par exemple des lampes halogènes peuvent être placées, sans écran, dans ces zones sans aucun risque d'arc électrique. Le procédé est d'abord basé sur la génération de deux ondes provenant de la même source de micro-ondes, par exemple un magnétron 1, qui voyagent dans des directions opposées à travers un guide d'onde rectangulaire en forme d'une boucle 2. Les deux ondes sont convoyées vers le produit à chauffer. Les ondes peuvent être obtenues à partir d'un seul magnétron 1, et dans ce cas, elles ont la même phase. Une autre voie de produire des micro-ondes est décrite dans EP 1'018'856 où les ondes sont produites par deux magnétrons placés dans les branches conjuguées d'un Té magique. Les ondes produites par chaque magnétron sont partagées en un couple d'ondes dans le guide d'onde principal qui a la forme d'une boucle. Le premier couple est constitué par deux ondes avec des phases identiques, tandis que le deuxième couple est constitué par deux ondes avec un déphasage de 180 . Le ou les magnétrons travaillent de préférence à une fréquence entre 2 et 3 GHz. Dans une installation ou un appareil selon l'invention, le produit 13 est placé dans une cavité 12 préférentiellement située au milieu de la boucle du côté opposé de la source, où les deux ondes se superposent de manière constructive. Une région où se concentre le champ électrique s'établit de cette manière. Ailleurs, dans la cavité, ce champ aura une intensité très basse. La pose d'objets sensibles aux micro-ondes, comme des lampes halogènes, dans les régions où le champ a une intensité faible est donc sans danger. La source de rayonnement infra-rouge peut donc être placée à l'intérieur de la cavité ou enceinte de chauffage, ou à la surface de celle-ci, sans grille de protection ni autre blindage conte le rayonnement micro-ondes. Dans la réalité, les lampes peuvent être situées assez près du produit donnant ainsi une efficacité maximale. Le procédé décrit ci-dessus s'utilise avantageusement pour le chauffage de produits qui présentent à l'extérieur un enrobage de pâte. Il est illustré dans les exemples suivants. Exemple 1 On présente dans cet exemple un appareil dédié au chauffage de pizzas congelées placées dans une cavité et entraînées par un plateau tournant (Figures 2 et 3, respectivement une vue latérale et une vue de face) avantageusement transparent aux micro-ondes et aux infra-rouges. Le chauffage radiatif de quatre lampes halogènes 3,4, 5,6 est appliqué sur un côté du plateau tournant 11 et l'énergie micro-ondes de l'autre. Des réflecteurs 7,8, 9,10 sont placés derrière les lampes afin de concentrer le rayonnement infrarouge. De grandes pizzas congelées et pesant 250 g peuvent être chauffées en 1 mn 30 s avec un brunissement parfait de la garniture. Par la rotation du plateau, on aura compris qu'il y a alternance d'irradiation micro-ondes et d'irradiation infra-rouges. Les résultats obtenus selon l'appareil de la présente invention sont comparés à ceux obtenus avec un four micro-ondes commercial avec grill dans le côté supérieur. La puissance est de 2. 1 kW dans les deux appareils. Présente invention Four micro-ondes Puissance micro-ondes [W] 1100 900 Puissance lampes halogènes [W] 1000Puissance grill [W] - 1200 Temps pour atteindre 80 C moyen 1 min. 30 sec. 5 min. Résultat Bon, légèrement Température inhomogène, croustillant points è Exemple 2 Ce système (Figures 4 et 5, respectivement une vue latérale et une vue de face) est conçu pour chauffer du pain, des rouleaux de printemps, des "calzone" et tout autre snack enrobé de pâte, farci et ayant une forme allongée. L'applicateur microondes est un guide d'ondes à deux branches selon EP 0'136 453. L'énergie microondes est fournie par deux magnétrons 14,15 opérant à 2. 45 GHz. Le champ électrique est concentré sur le produit 24 situé dans la partie centrale de la cavité, qui a une forme rectangulaire. Quatre lampes halogènes 20,21, 22,23 sont placées aux coins de la cavité à la distance de 3-5 centimètres du produit. Des réflecteurs traditionnels 16,17, 18,19 sont placés derrière les lampes afin d'assurer une distribution optimale de l'énergie sur la surface du produit. Les performances du système selon l'invention sont comparées à celles d'un four micro-ondes professionnel utilisant un chauffage combiné d'air chaud et micro-ondes. Le produit d'essai est un rouleau de printemps de 250 g, réfrigéré à +5 C. L'essai vise à chauffer de manière homogène le produit (pain+farce) à 70 C en produisant également une croûte dans les parties supérieure et inférieure de la pâte. Présente invention Four micro-ondes professionnel Puissance micro-ondes [W] 2000 1800 Puissance halogènes [W] 2000Puissance air chaud [W] - 2200 Temps pour atteindre 80 C moyen 1 min 20 sec. 6 min. Résultat Bon Bon REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffage par micro-ondes utilisant au moins une source de rayonnement micro-ondes et au moins une source de rayonnement infrarouge, par exemple une lampe halogène, dans lequel le champ micro-ondes est transmis dans une cavité contenant le produit à chauffer par au moins deux ondes constituant une paire provenant de la même source ou de deux sources qui sont guidées par un guide d'onde en forme de boucle, de manière à produire par interférence un champ à haute intensité dans une zone définie de la cavité, caractérisé par le fait que la source de rayonnement infrarouge est placée, sans écran, à l'intérieur de la cavité ou à sa surface interne, hors de la zone à haute intensité du champ électromagnétique. 2. Installation micro-ondes pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comprend des moyens pour convoyer le champ électromagnétique dans la cavité par l'intermédiaire d'au moins deux ondes constituant une paire provenant de la même source , les deux ondes étant guidées par un guide d'onde en forme de boucle de manière à produire par interférence un champ à haute intensité dans une zone définie de la cavité. 3. Installation micro-ondes pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source de micro-ondes est un Té magique comprenant deux magnétrons, montés chacun sur les branches conjuguées du Té magique, l'un des magnétrons transmettant dans un guide d'onde en forme de boucle deux ondes qui voyagent dans des directions opposées avec la même phase, et l'autre magnétron transmettant dans le même guide deux ondes qui voyagent dans des directions opposées avec un déphasage de 180 . 4. Installation micro-ondes selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle les lampes halogènes sont équipées de réflecteurs permettant de focaliser le rayonnement. 5. Installation micro-ondes selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée par le fait que le produit est mis en rotation par une table ou un plateau tournant. 6. Installation micro-ondes selon la revendication 5, caractérisée par le fait que la table tournante est transparente aux micro-ondes et aux infrarouges. 7. Installation micro-ondes selon la revendication 2 ou 3, caractérisée par le fait que le ou les magnétrons travaillent à une fréquence entre 2 et 3 GHz. 8. Utilisation du procédé selon la revendication 1 pour le chauffage de produits de boulangerie qui présentent à l'extérieur un enrobage de pâte. 9. Utilisation du procédé selon la revendication 1 pour le chauffage de tartes et pizzas.