Brevet FR2867012A1 — publié le 20050902

-1- 2867012 La présente invention concerne l'inertage des déchets domestiques ou industriels à forte composante diélectrique à partir d'un rayonnement haute fréquence (HF) fournissant préférentiellement la composante du champ électrique par le jeu conjugué de cavité(s) de résonnance et de guide(s) d'onde. D'une façon générale, les installations haute fréquence (HF) industrielles fonctionnent dans des gammes de fréquences situées à 6,78 MHz, 13,56 MHz et 27,12 MHz et comprennent en général un générateur d'ondes haute-fréquence, une ligne de transmission d'énergie, un applicateur, une boîte d'adaptation dont la fonction est d'accorder l'impédance du circuit. La présente invention concerne la réalisation d'un dispositif utilisant les propriétés conjointes des cavités de résonance (1) alliées aux propriétés des guides d'ondes (8) et étend l'application dans des gammes de fréquence allant de 1 MHZ à 300 MHZ.. L'utilisation conjointe de ces éléments confère au dispositif des propriétés particulières en terme d'orientation du champ électromagnétique ainsi que de l'adaptation des impédances ramenées de l'applicateur (9) vers le générateur de puissance HF. Dans l'état actuel de la technique, les générateurs HF de puissance sont souvent conçus à partir d'un montage auto-oscillateur qui comprend un circuit oscillant ainsi qu'un interrupteur rapide et une source de haute tension continue. Le circuit oscillant est excité par des impulsions provenant d'un tube à vide. En régime établi, la fréquence de fonctionnement est stabilisée autour de la fréquence de résonance du circuit oscillant. Un couplage de sortie, analogue à un transformateur, prélève la puissance du circuit oscillant pour la transmettre à l'applicateur. Pour limiter les dérives en fréquence et pour des raisons de rendement., le circuit oscillant doit posséder un coefficient de surtension Q élevé. On ne dépasse guère des valeurs de 100 pour "Q", car le courant réactif augmente avec Q, ce qui majore rapidement les pertes. C'est pourquoi, la présente invention substitue à la conception classique en circuit LC à éléments localisés, une conception en cavité résonnante (1) dont la particularité est de privilégier un mode de propagation du champ électrique convenant parfaitement à l'application visée tout en conférant au dispositif ub coefficient "Q" élevé. D'une façon classique, tout générateur HF est caractérisé par quatre grandeurs fondamentales: la puissance utile, le rendement, la fréquence et l'impédance nominale. É La puissance utile du générateur dépend essentiellement de la source haute tension continue (5 000 à 20 000 V) et du point de fonctionnement du tube lui-même. É Le rendement du générateur, entre puissance HF et réseau, est surtout déterminé par le point de fonctionnement du tube. Ce rendement dépend de l'impédance vue par le tube entre anode et cathode, de la polarisation de la grille, et du couplage entre la grille et le circuit oscillant. -2- 2867012 É La fréquence du signal de sortie et sa stabilité sont liées à la conception du circuit oscillant: fréquence de résonance, surtension. É L'impédance nominale du générateur est égale à l'impédance de l'applicateur qui, reliée à la sortie du générateur, permet au tube de travailler au point de fonctionnement choisi. Or, dans une installation HF industrielle, l'impédance que présente l'applicateur est fonction des caractéristiques du matériau à traiter. Toute variation de celles-ci va entraîner un décalage de la fréquence de résonance de l'applicateur car le matériau n'absorbe qu'une partie de l'énergie émise par le générateur. L'énergie non absorbée est consommée en partie dans les selfs de montage (chauffage) ou remonte vers le générateur, créant ainsi un phénomène d'onde stationnaire, responsable de flashes et de perturbations par rayonnement. La notion d'adaptation d'impédance est essentielle, car elle permet d'assimiler les conditions à respecter sur un montage haute fréquence ou micro-onde pour garantir une transmission optimale de l'énergie du générateur à sa charge et assurer ainsi la survie des éléments du dispositif. On dit qu'un système est adapté en impédance si le coefficient de réflexion de l'onde électromagnétique est nul. Cette définition est valable quel que soit le type de ligne d'alimentation y compris dans la présente invention l'utilisation d'une cavité (1) conjuguée à un guide d'onde (8).. Lorsque le coefficient de réflexion est nul, le niveau de puissance réfléchie est nul; toute l'énergie issue de la source est absorbée par l'applicateur et il n'y a pas de phénomène d'ondes stationnaires. La présente invention pallie cet inconvénient en introduisant dans le montage un ou plusieurs éléments passifs montés sur un système amovible dont la valeur variable est ajustée par des actionneurs selon les paramètres liés au comportement du tube lui-même. Ainsi la montée en puissance de l'énergie rayonnée dans l'applicateur suit la variation de l'impédance nominale du produit à traiter tout en assurant la protection du tube HF Ce dispositif assure le transfert graduel de toute l'énergie issue du générateur HF vers le produit situé dans l'applicateur. Dans la présente invention, l'impédance du guide d'onde (8) est choisie de telle sorte que l'image des impédances d'entrée et de sortie soit globalement égales. En particulier l'applicateur (9) peut être principalement réactif et dans ce cas l'image d'impédance d'entrée sera choisie comme étant elle même réactive. La relation existant entre ces deux impédances va conditionner le choix de la valeur du guide d'onde (8). Dans la présente invention, pour réaliser un tel accord le guide d'onde (8) est construit selon un mode de résonnance égal au quart de la longueur d'onde de propagation de l'onde HF. -3- 2867012 Le mode de propagation de l'onde HF dans la cavité (1) est choisi pour privilégier le captage de la composante électrique (TE) sur la composante magnétique TM De cette manière le captage du champ électrique dans la cavité sera principalement soumis à la composante électrique apportant ainsi l'énergie nécessaire au matériau présent dans 5 l'applicateur (9). Le guide d'onde (8) a pour fonction d'apporter cette énergie dans le matériau placé dans l'applicateur (9). Les déchets domestiques et industriels ont des composantes diélectriques très élevées et donc se comportent comme des isolants. lI est donc impératif de soumettre les matériaux à forte composante diélectrique à un champ électrique particulièrement important. La présente invention offre la possibilité d'ajuster également les dimensions de la cavité (1) en motorisant le panneau mobile (3) car celui ci est montée sur un panneau à glissières (4). La fréquence d'accord de l'ensemble s'ajuste également par le dimensionnement du condensateur (2) en motorisant une de ses parois (5). Le captage du champ électrique dans la cavité (1) peut se faire par tout moyen habituel selon le type de cavité choisi. Selon que la cavité est ouverte, semi-ouverte, réentrante ou non, le mode de prélèvement est réalisable par fente ou iris articulés sur un guide d'onde ou bien directement par antenne, panneau, self, boucle de captage, selon l'importance à accorder à la composante du champ rayonnant. Dans la présente invention une application particulière est montrée avec une cavité ouverte (1) dans laquelle le captage est réalisé par une boucle de captage (6). Afin de ramener une impédance acceptable sur la boucle de captage (6), un condensateur réglable (7) est monté en parallèle sur la boucle de captage ((6). Le guide d'onde (8) peut être réalisé de différentes manière: ligne bifilaire, guide solide de toute géométrie parallélépipédique ou cylindrique ou mixte. Le guide d'onde doit privilégier le mode de propagation TE, le mode TEIO convenant parfaitement. Dans la présente invention, le guide d'onde utilisé (8) est réalisé avec une ligne bifilaire (8) dont la longueur est un multiple impair du quart de la longueur d'onde de l'onde HF. Dans la présente invention, l'impédance de construction du guide d'onde (8) est donc directement liée à l'image de l'applicateur (9) lue en début du guide (8). Pour affiner l'adaptation des impédances, un condensateur réglable (7) est monté en entrée du guide (8). Dans une application particulière, la motorisation du condensateur réglable (7) est réalisée automatiquement par un actionneur au fur et à mesure des besoins liés aux variations de charges liées au matériau présent dans l'applicateur (9). Cette adaptation suit celles à la -42867012 fois de la cavité (1) par son panneau mobile (3) et du condensateur (2) de l'étage de puissance de sortie du tube en actionnat sa paroi (5). Dans une autre application particulière il est possible de réaliser cette adaptation d'impédance par des stubs placés sur le guide d'onde et dont la longueur varie en fonction de l'adaptation recherchée. Pour des impédances de charge quelconques, le système à trois éléments variables tel que constitué par 3 stubs, réalise une adaptation en agissant sur au moins deux des éléments. Si le guide d'onde est réalisé à partir d'un solide parallélépipédique, les stubs peuvent être constitués par des vis plongeant plus ou moins dans la lumière du guide lui même. Ce principe étant établi, la technologie d'adaptation d'impédance utilisée sera choisie en fonction du type de ligne de transmission utilisée. L'applicateur (9) pourra être réalisé selon différentes technologies. Dans le cas d'un guide solide à géométrie parallélépipédique, l'applicateur (9) pourra poursuivre la géométrie du guide est être ménagé de fentes ou d'iris donnant accès au champ électrique dans lequel plongera le matériau à traiter. Dans la présente invention, l'applicateur (9) est réalisé à partir d'une self de dimensions métriques dans laquelle est placé un contenant cylindrique construit en matériau à très faibles pertes. Ce contenant cylindrique reçoit les déchets à inerter. Dans une application particulière, les déchets pourront être mélangés à du sable afin de réaliser un vitrifiat facilement transportable, aisément stockable et réutilisable ultérieurement. De cette manière les déchets peuvent être entreposés avec une grande sécurité. REVENDICATIONS i. Dispositif d'inertage des déchets domestiques et industriels caractérisé en ce qu'il comporte des éléments qui mettent en jeu le chauffage diélectrique dans un applicateur sur dans une gamme de fréquence de 1 MHZ à 300 MHZ 2. Dispositif selon a revendication 1 caractérisé en ce que le circuit de puissance haute fréquence (HF) peut être constitué ou bien d'un tube oscillateur auto-oscillant ou bien d'un tube piloté par un système préamplificateur de puissance stabilisé en fréquence. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les constantes localisées des circuits d'adaptation et de propagation HF sont principalement remplacées par des constantes réparties matériellement représentées par une cavité de résonance (1) et un guide d'onde (8) comprenant en entrée un condensateur réglable (7). 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la cavité de résonance (1) est fabriquée pour fonctionner en mode TE (mode de propagation en composante électrique) 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'une des parois de la cavité de résonance (1) ainsi que le condensateur (2) sont réglables soit de manière figée soit de manière automatique par actionneur motorisé 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5 caractérisé en ce que le circuit de captage du champ électrique est réalisé par une boucle de captage (6) pourvue du condensateur réglable d'accord (7) afin d'affiner les accords d'impédance entre l'applicateur (9) et le tube électronique fournissant la puissance électrique à la charge 7. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le guide d'onde (8) est réalisé à partir d'une ligne bifilaire (8) dont la longueur est telle que résonnant en nombre impair de quart de longueur d'onde et dont l'impédance caractéristique est adaptée au couplage à réaliser entre l'impédance de charge liée à l'applicateur et l'impédance de travail du tube de puissance. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'applicateur (9) peut être réalisé à partir d'un tube creux parcouru par un liquide réfrigérant, le tube est enroulé sur lui-même de telle sorte que la géométrie obtenue s'apparente à celle d'un cylindre creux de dimensions métriques.