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Installation de chauffage de matériaux diélectriques.
L'invention se rapporte au traitement de matieres, @ et plus particulièrement au traitement de substances non
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',.., "-j<ii¯.,, conductrices au moyen d'ondes micrométriques.
Des efforts ont été faits jusqu'ici pour chauffer les matières ou les traiter différemment par l'énergie des ondes micrométriques, mais en général, de tels procédés n'ont pas été couronnés de succès. Le désavantage primordial dans les procédés précédents a été que l'appareil utilisé engendrait des ondes stationnaires qui déterminaient en certains points un chauffage exagéré et un chauffage nul en d'autres points, de sorte que les matières n'étaient pas uniformément traitées.
Dans le traitement du caoutchouc par exemple il en résultait des points chauds lesquels étaient tout à fait bien traités
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tandis que d'autres parties de la masse ne l'étaient pas du tout.
Un autre désavantage des précédents dispositifs est qu'ils ont tendance à émettre des signaux, lesquels perturbent la réception radio, ils exigent donc l'emploi de longueurs d'onde appropriée tandis qu'avec différentes ma- tières il peut être désirable d'employer différentes lon- gueurs d'onde en dehors du spectre permis.
L'objet primordial de la présente invention est de prévoir un appareil et une méthode pour traiter des ma- tières avec des ondes micrométriques évitant ces derniers et autres inconvénients.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un appareil pour le traitement de matières avec des ondes mi- crométriques doué d'une puissance élevée et d'un plus grand rendement.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un traitement dans lequel on évite la création des ondes station- naires, et dans lequel l'énergie est transférée uniformément à travers la matière afin d'éviter un surchauffement en di- vers points et un sous-chauffement en d'autres.
Un objet supplémentaire de l'invention est de pré- voir un dispositif de ce type qui évite l'émission de signaux en sorte qu'il n'y ait pas d'interférence avec la réception radio même dans le voisinage immédiat de l'appareil.
En général, ce résultat est acquis par l'emploi d'un dispositif et d'un procédé au moyen duquel on oblige le champ à l'intérieur d'une cavité à se déplacer vers le centre de la cavité et en même temps à se resserrer, la matière à traiter étant placée au centre de la cavité au point de plus grande concentration du champ et traversée par le champ de façon à être chauffée ou autrement trai tée.
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Des objets additionnels de l'invention apparaitront plus pleinement une fois pris en considération les dessins joints au texte.
Dans les dessins:
La figure 1 montre une coupe de l'appareil réalisant l'invention;
La figure 2 est une coupe sensiblement à la hauteur de la ligne 2-2 de la figure 1;
La figure 3 montre en coupe une forme modifiée de l'invention;
La figure 4 est une coupe sensiblement à la hauteur de la ligne 4-4 de la figure 3;
Les figures 5 et 6 sont des coupes d'autres types de dispositifs réalisant l'invention;
La figure 7 est une coupe à la hauteur de la ligne 7-7 de la figure 6 ; Les figures 8 à 15 sont des coupes d'autres types de dispositifs réalisant l'invention.
De manière générale, l'invention comprend la disppsition de l'article ou de la matière à traiter au centre d'une chambre symétrique par rapport à son axe, l'alimenta- tion de cette chambre en ondes micrométriques et la cons- truction de la chambre d'une façon telle que l'énergie des ondes micrométriques ou que le champ créé dans la chambre soit simultanément concentré et orienté vers le centre de la chambre où il doit tra.iter la matière. Plus particulièrement l'invention envisage que la chambre soit une cavité réson- nante et qu'elle communique avec une ou plusieurs cavités résonnantes dans lesquelles les ondes micrométriques sont créées, la liaison entre les deux cavités étant réalisée par guide d'ondes ou un câble coaxial.
L'invention est particulièrement apte à être utili-
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sée en liaison avec des générateurs d'ondes micrométriques tels que resnatrons ou magnétrons. Le resnatron est une té- trode oscillatrice-amplificatrice de haute puissance à ultra haute fréquence. Il combine la plupart des techniques qui ont été utilisées dans d'autres tubes telles que cavités réson- nantes séparées, groupement et formation du faisceau et intro- duction d'une rotation de phase entre grille et plaque des circuits oscillants pour compenser le temps de transit.
Néanmoins c'est fondamentalement une tétrode comprenant une cathode, une grille de contr8le, une grille-écran et une anode ces éléments étant clairement définis. Le resnatron fonctionne en effet comme une tétrode dont la grille est mise à la terre c'est-à-dire que, la grille de commande et la grille-écran sont toutes deux mises à la terre au point de vue haute fréquence, avec le filament oscillant par rapport à la grille de commande et l'anode oscillant par rapport à la grille-écran. Le tube consiste en effet en deux cavités, une,la cavité de sortie, entre la grille-écran et l'anode, et l'autre, cathodique, entre la grille de contr8le et le filament. La puissance est introduite dans la cavité ca- thodique à l'aide d'une boucle de couplage, et est extfaite de la cavité de sortie à l'aide d'une autre boucle de couplage.
Un tel tube est capable de produire d'une façon continue une puissance continue de 50 KW avec un rendement anodique de 60 et 70 %. Les cavités résonnantes sont accor- dables entre 350 à 650 mégacycles et cet accord peut être réalisé en cours de fonctionnement.
Le magnétron est un dispositif àcavités réson- nantes d'un type de construction bien connu. Il est connu que de tels tubes peuvent produire 5KW à 1. 050 mégacycles, et d'autres sont capables de produire un mégawatt à 300 mé- gacycles.
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Quoique ce soit les deux types préférés de tubes utilisés pour produire des ondes micrométriques suivant l'invention, d'autres dispositifs capables de produire des ondes micrométriques de 300 à 10. 000 mégacycles ou davantage peuvent être utilisés. Ces dispositifs renferment par exem- ple des générateurs d'ondes micrométriques opérant avec des rhumbatrons, klystrons ou analogues ; trait important de la présente invention réside dans la chambre de traitement elle-même. Cette chambre sera une cavité résonnante symétri- que par rapport à un axe et pourvue de cônes rentrants s'ef- filant vers le centre de la chambre et également symétriques par rapport à cet axe, et ayant leurs extrémités intér/iures séparées l'une de l'autre.
Comme montré dans la figure 1, par exemple, 2 est un resnatron générateur d'ondes micrométriques fournissant des micro-ondes à travers un câble coaxial 4 à une sonde 6 placée à proximité du plan horizontal central d'une cavité sphérique. Cette cavité est formée de deux parties 8,10 ayant des joues de contact 12 qui peuvent être ajustées au moyen des vis 14. Partant de la paroi supérieure et de la paroi inférieure de la sphère les organes tronc/coniques 16 s'effilent intérieurement vers le centre de la sphère et ont les faces opposées 18 séparées l'une de l'autre au centre de la sphère. En vue d'obtenir une surtension maximum à l'intérieur de la chambre, les demi-angles de ces cônes de- vront être compris entre 30 et 35 degrés, (33,5 de préféren- ce). En outre, les génératrices des cônes sont de préférence des rayons de la sphère.
La sonde 6 est disposée sensiblement à la hauteur du centre de la sphère et perpendiculairement à l'axe commun des cônes.
Avec une telle disposition il se produira des ondes. sphériques se propageant dans une direction radiale. Les li-
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gnes magnétiques forment des cercles dans des plans perpendi- culaire à,l'axe des cônes, et les lignes électriques sont perpendiculaires à la fois aux lignes magnétiques et aux di- rections radiales.
Les lignes magnétiques et électriques, à la fois sont perpendiculaires en tous points à la direction de propagation.
De cette façon une simple variation d'une demi- onde apparait le long du diamètre de la sphère et le champ électri- que est maximum au centre de la sphère et nul à la surface.
Avec un tel dispositif l'énergie totale utile est concentrée eu centre de la sphère de façon à produire un champ électrique d'intensité maximum. L'effet des cônes est que les ondes circulaires électro-magnétiques sont dirigées intérieu- rement vers le centre de la sphère et en même temps resser- rées, de sorte que la totalité de l'énergie passe à travers l'espace existant entre les extrémités intérieures des cônes.
Toute matière placée dans cet espace sera soumise à la pleine énergie du champ. En effet, les petites bases des cônes ren- trants constituent les pôles d'un éclateur placé en un point où le champ électrique a une intensité élevée. Si la distance entre les extrémités des cônes est petite et s'il n'y a pas de matière placée au centre, il s'établira un court circuit dans la ligne de transmission micrométrique. Ceci peut créer une décharge qui détruise toute résonance dans la cavité.
Cependant, le contrôle de la ligne de fuite est possible en réglant l'espace inter-anodique de façon à empêcher la fuite quand le dispositif fonctionne et qu'une matière a été placée dans cet espace. Le diamètre de la chambre sphérique est de préférence égal ou sensiblement égal à la longueur d'onde fournie par le générateur.
Dans l'appareil montré, figure 1, la distribution du champ électrique entre les deux cônes se fait par l'in- termédiaire des plaques 22 placées sur les extrémités infé-
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rieures des cônes, de sorte que l'énergie est distribuée à travers la surface totale de ces plaques. Un bandage de caout- chouc ou autre objet de grandes dimensions peut être placé en- tre ces plaques et recevra la pleine énergie du système. Si la matière introduite peut faire varier la résonance de la. sphè- re, cette dernière peut être accordée, par exemple, par le ré- glage de plongeurs 24 réalisés dans la paroi de la sphère per- pendiculairement à l'axe du cône; ou en accordant le généra- teur si celui-ci est du type susceptible d'être accordé sur une bande de fréquence, comme c'est le cas pour le resnatron.
Dans la forme du dispositif montrée dans les figures 3 et 4, une chambre cylindrique est montée recevant des ondes micrométriques en un point de sa paroi périphérique d'un câble coaxial 28 et d'une sonde 30,et possédant des cônes rentrants 32 dont les extrémités intérieures sont séparées par un espace restreint. Des plongeurs d'accord 34 sont prévus dans la paroi périphérique de la chambre ou cavité/de sorte que cette dernière peut être amenée à la résonance.
Un champ électrique élevé sera concentré entre les extrémités intérieures des deux cô@es et toute matière introduite en ce point recevra le plein effet du champ.
La figure 5 montre un dispositif quelque peu analogue à celui de la figure 1. Ce dispositif possède une sphère 36 et des cônes solides 38 ayant sur leur extrémité inférieure des plaques 40 entre lesquelles est disposéela matière telle que 42. Celle-ci peut être par exemple des pièces de bois résineux qui peuvent être sondées par l'énergie sans nécessi- ter l'emploi d'un adhésif addtionnel. Le plongeur d'accord est montré en 44, et le courant est fourni par le câble coa- xial 46 et la sonde 48.
Les figures 6 et 7 montrent une disposition pour le traitement de fils telsque nylon, latex ou rayonne, fils qui doivent être traités par ondes micrométriques.
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La sphère 36 est semblable à celle de la figure 5 et possède des cônes 38. Ces cônes sont disposés toutefois le long de l'axe horizontal. A la partie supérieure de la sphère se trouve un organe 40 ayant une pluralité depassages 42 à travers lesquels les fils 43 peuvent passer, et au fond se trouve un organe analogue avec des passages correspondants.
Les fils sont guidés comme montrés dans le figure 7 entre les extrémités intérieures 46 des cônes 38,etle champ indiqué par les flèches dans la figure 6 traverse et traite ces fils.
La figure 8 montre une disposition dans laquelle la matière est refoulée directement sous forme de fils dans l'es- pace existant entre les deux cônes. La sphère 36 possède un cône supérieur 48'à travers lequel sont pratiqués un ou plu- sieurs ajutages 50 alimentés par un réservoir 52 contenant la matière sous pression. La pression est fournie par la pom- pe 54 à partir d'une source 56. Cette matière peut être, sous forme liquide, du latex, nylon, rayonne ou analogue. Le cône inférieur 58 est creux et possède une ou plusieurs ouvertures 60 placéesen dessous de l'ajutage et en regard de celui-ci et recevant le fil qui a été coagulé une fois expulsé de l'aju- tage 50.
Des ondes micrométriques sont fournies par l'inte@- médiaire d'un câble coaxial 46 et d'une sonde 48 et le dis- positif peut être accordé par les plongeurs d'accord 44.
On remarquera que les cônes montrés dans la fi- gure 8 ont des extrémités plates ce qui est tout à fait du domaine de l'invention, puisque le point essentiel est que l'intérieur de cette portion de la cavité résonnante non occupée par les cônes doit être sphérique ou au moins sy- métrique par rapport à l'axe des cônes.
La figure 9 montre une disposition dans laquelle les ondes micrométriques sont fournies à la sphère 36 conte- nant les cônes et les plongeurs d'accord 44 par un guide
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d'onde rectangulaire 62 ou d'autres formes convenables à travers un iris 64. La figure 10 montre une disposition ana- logue dans laquelle la matière diélectrique 66 à traiter passe à travers la sphère à travers les ouvertures 68 dans la paroi opposée de celle-ci, cette matière progressant grâce à des rouleaux 70 (figure 11) ou d'une autre façon convena- ble.
La figure 12 montre une cavité sphérique 36 avec des cônes 38 et des plongeurs d'accord 44 recevant des ondes micrométriques par l'intermédiaire d'un câble coaxial 46 et d'une sonde 48, ces ondes émanent de la cavité 72 d'un magnétron.
L'énergie est extraite de cette dernière cavité à l'aide d'une sonde 74. Ainsi la cavité du magnétroh et la cavité de traitement sont en communication directe, et les ondes micrométriques se transmettent de l'une à l'autre.
La figure 13 montre une disposition pour le trai- tement de matière sous pression. La cavité sphérique 36 est de nouveau alimentée en ondes micrométriques par l'intermé- diaire du câble coaxial 46 et d'une sonde 48. Le c8ne inférieur 76 possède un prolongement vers le bas reposant sur une sur- face plate et forment socle pour l'unité tout entière. Le cône supérieur possède, passant en son intérieur un plongeur 80 ayant en son extrémité inférieure un plateau 92 adapté à reposer sur la matière à traiter 84 laquelle à son tour repose sur le plateau 86 du cône 76. Le plongeur 80 possède en son extrémité supérieure un piston 87 pouvant glisser dans un cy- lindre 88 alimenté ensuite sous pression par l'intermédiaire de la pompe 89.
En, disposant la matière sous les plaques 82, 86 et en'actionnant la pompe 89, la matière peut être soumise à la pression en même temps qu'à l'action de l'énergie des ondes mi crométri ques.
La figure 14 montre un dispositif pour soumettre un
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liquide à l'énergie des ondes micrométriques. La sphère 90 est construite de façon à être étanche à l'air, elle possède en son intérieur les cônes 91. L'air ou autre gaz à l'intérieur de la sphère peut être extrait par l'intermédiaire d'une pompe à vide 92.
Un tube 94 en verre, polystyrène ou matière analogue insensible aux ondes micrométriques et hermétiquement scellé aux parois de la cavité traverse la sphère en passant entre les extrémités intérieures des cônes 90. Un liquide tel que le lait passant dans le tube sera soumis à l'action des ondes micrométriques et pourra ainsi être traité.
La figure 15 montre schématiquement la combinaison d'une telle sphère avec un resnatron comme source d'énergie d'ondes micrométriques. L'énergie est prélevée de la cavité de sortie 96 du resnatron 98 à l'aide d'une sonde 100 et alimente par l'intermadiaire du câble coaxial 46 et de la sonde 48 l'intérieur de la sphère 36 possédant les cônes 38.
Les dispositifs tels qu'ils ont été montrés ici sont tels qu'ils soumettent la matière à traiter à toute, ou sensiblement toute l'énergie micrométrique fournie.
Les parois externes et internes de la sphère sont toutes les deux à un potentiel nul par rapport à la terre de sorte qu'il n'y a pas d'émissions de signaux pouvant trou- bler les radio-communications. La tension de crête se déve- loppe à travers l'espace existant entre les extrémitésinfé- rieures des cônes, et c'est en ce point que la matière est disposée en vue de son traitement.
Des méthodes variées peuvent être employées pour coupler la cavité de traitement au générateur d'ondes micro- métriques, et plus particulièrement à la cavité de ce géné- rateur. Il est possible d'utiliser soit un câble coaxial soit des guides d'ondes et de prélever l'énergie du générateur et
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l'introduire par la cavité de traitement par l'intermédiaire de boucles ou de sondes ou bien par l'intermédiaire d'un "iris". Quand le magnétron est utilisé comme source d'ondes micrométriques, il est préférable d'utiliser soit une boucle de couplage soit un "iris". Avec un resnatron on emploiera de préférence une boucle de couplage. Pour les deux sources (magnétrons ou resnatrons) les meilleurs résultats sont obtenus par l'emploi d'un guide d'onde circulaire ou rectan- gulai re.
Le rayon de la cavité varie selon les longueurs d'ondes micrométriques utilisées. De telles cavités peuvent varier en diamètre de 25 millimètres à environ 1,20 mètre.
Bien entendu, pour les objets de dimensions plus grandes, de plus grandes cavités et par conséquent de plus basses fré- quences doivent être utilisées.
Un système de deux ou plusieurs cavités résonnan- tes, l'une étant affectée au traitement, et connectées l'une à l'autre à l'aide de guides d'ondes ou de câbles coaxiaux est totalement exempt de pertes par radiation. Ainsi le système est non-radiant dans sa totalité, dans toute l'éten- due du spectre d'ondes micrométriques.
Mettant l'invention en pratique, on peut utiliser soit des ondes continues, telles que celles qui proviennent d'un resnatron, soit des ondes pulsées telles que celles provenant d'un magnétron.