CA2647926A1 - Procede et dispositif d'echauffement par micro-ondes - Google Patents
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Abstract
Le dispositif comprend des moyens (5, 6) pour générer, dans une zone d'irradiation (1), un rayonnement électromagnétique monomode. Un produit à traiter en forme de disque est tenu vertical dans un chariot (2a), et est déplacé en translation (7) dans la zone d'irradiation (1). Des lampes infrarouges (9, 9a, 9b) soumettent en amont le produit à un rayonnement infrarouge. On réalise ainsi une décongélation très rapide du produit.</SDOA B>
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF D'ECHAUFFEMENT
PAR MICRO-ONDES
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention concerne les procédés et dispositifs permettant d'échauffer des produits par micro-ondes, c'est-à-dire en irradiant les produits par une onde électromagnétique dont la fréquence est appropriée pour agiter certaines molécules contenues dans le produit.
Depuis sa découverte en 1946, le procédé de cuisson par micro-ondes a connu des développements considérables, et trouve de nos jours des applications très fréquentes, notamment dans le traitement thermique des aliments. Les fours à
micro-ondes font généralement partie de l'équipement des cuisines privées et professionnelles.
Dans un four à micro-ondes traditionnel, les aliments sont placés dans une enceinte de cuisson. Des ondes électromagnétiques sont générées par un magnétron et sont amenées par un guide d'ondes dans l'enceinte de cuisson. Le magnétron comprend généralement une anode cylindrique composée de cavités résonnantes, et une cathode chauffante qui libère des électrons dans l'espace d'interaction sous vide qui se trouve entre la cathode et l'anode. Des aimants accélèrent les électrons dans l'espace d'interaction, et un champ électrique continu est appliqué entre l'anode et la cathode. Le mouvement des électrons autour de la cathode génère des oscillations électromagnétiques dans les cavités résonnantes.
Une partie des ondes électromagnétiques ainsi générées est prélevée par le guide d'ondes, qui les conduit jusqu'à l'enceinte de cuisson. Les dimensions des cavités de l'anode sont choisies de façon que les ondes électromagnétiques émises aient une fréquence de 2 450 MHz.
Les molécules d'eau, qui sont de nature dipolaire, c'est-à-dire avec un barycentre des charges négatives différent du barycentre des charges positives, ont tendance à s'orienter en suivant le champ électrique composant les ondes électromagnétiques présentes dans la cavité de cuisson. Du fait de la nature alternative de ces ondes électromagnétiques, les molécules d'eau sont ainsi orientées successivement dans un sens puis dans l'autre à la vitesse de variation de l'onde électromagnétique, c'est-à-dire en oscillant 4 milliards 900 millions de fois par seconde.
Dans ce principe généralement utilisé, les ondes électromagnétiques générées par un magnétron parcourent la totalité de l'enceinte de cuisson en se réfléchissant sur les parois de l'enceinte, et pénètrent de façon aléatoire dans les
PAR MICRO-ONDES
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention concerne les procédés et dispositifs permettant d'échauffer des produits par micro-ondes, c'est-à-dire en irradiant les produits par une onde électromagnétique dont la fréquence est appropriée pour agiter certaines molécules contenues dans le produit.
Depuis sa découverte en 1946, le procédé de cuisson par micro-ondes a connu des développements considérables, et trouve de nos jours des applications très fréquentes, notamment dans le traitement thermique des aliments. Les fours à
micro-ondes font généralement partie de l'équipement des cuisines privées et professionnelles.
Dans un four à micro-ondes traditionnel, les aliments sont placés dans une enceinte de cuisson. Des ondes électromagnétiques sont générées par un magnétron et sont amenées par un guide d'ondes dans l'enceinte de cuisson. Le magnétron comprend généralement une anode cylindrique composée de cavités résonnantes, et une cathode chauffante qui libère des électrons dans l'espace d'interaction sous vide qui se trouve entre la cathode et l'anode. Des aimants accélèrent les électrons dans l'espace d'interaction, et un champ électrique continu est appliqué entre l'anode et la cathode. Le mouvement des électrons autour de la cathode génère des oscillations électromagnétiques dans les cavités résonnantes.
Une partie des ondes électromagnétiques ainsi générées est prélevée par le guide d'ondes, qui les conduit jusqu'à l'enceinte de cuisson. Les dimensions des cavités de l'anode sont choisies de façon que les ondes électromagnétiques émises aient une fréquence de 2 450 MHz.
Les molécules d'eau, qui sont de nature dipolaire, c'est-à-dire avec un barycentre des charges négatives différent du barycentre des charges positives, ont tendance à s'orienter en suivant le champ électrique composant les ondes électromagnétiques présentes dans la cavité de cuisson. Du fait de la nature alternative de ces ondes électromagnétiques, les molécules d'eau sont ainsi orientées successivement dans un sens puis dans l'autre à la vitesse de variation de l'onde électromagnétique, c'est-à-dire en oscillant 4 milliards 900 millions de fois par seconde.
Dans ce principe généralement utilisé, les ondes électromagnétiques générées par un magnétron parcourent la totalité de l'enceinte de cuisson en se réfléchissant sur les parois de l'enceinte, et pénètrent de façon aléatoire dans les
2 produits placés à l'intérieur de l'enceinte de cuisson. Il s'agit ainsi d'ondes électromagnétiques dites "multimode".
Lorsqu'une onde électromagnétique parvient à la surface d'un produit diélectrique placé dans l'enceinte de cuisson, une partie de l'onde est réfléchie, et une partie de l'onde pénètre dans le produit et se trouve absorbée en étant transformée en chaleur par agitation des molécules dipolaires d'eau du produit. La puissance absorbée P dans le produit dépend de l'intensité du champ électrique E
auquel est soumis le produit, de sa fréquence f, et du facteur de pertes diélectriques E" caractéristique de la matière constituant le produit, selon la formule approximative :
P=5.56.10`4.f.".E2 Lors des traitements thermiques, une difficulté est le caractère hétérogène du produit irradié par les micro-ondes : certaines zones du produit peuvent présenter un facteur de pertes diélectriques supérieur à d'autres zones du produit, en fonction de différents paramètres tels que la nature du produit, sa température, son état physique congelé ou décongelé.
Il en résulte que les zones de produit à fort facteur de pertes diélectriques s'échauffent plus vite, produisant des zones surchauffées, tandis que d'autres zones restent froides.
On tente généralement de réduire les inconvénients d'une telle hétérogénéité en organisant des réflexions multiples des ondes électromagnétiques sur les parois de la cavité de cuisson, et en déplaçant le produit sur un plateau rotatif.
Une autre difficulté résulte de la réflexion des ondes électromagnétiques, qui ne pénètrent pas dans le produit et n'assurent aucun échauffement, tout en étant redirigées vers d'autres zones de l'enceinte de cuisson et éventuellement vers le magnétron en risquant de le détruire.
Dans le cas de produits que l'on veut décongeler, une difficulté
supplémentaire résulte du facteur de pertes diélectriques très faible de l'eau à l'état solide, ce qui nécessite de prévoir des cycles de décongélation plus longs, dans lesquels on alterne des périodes d'irradiation par micro-ondes et des périodes d'attente sans irradiation, pour tenter d'éviter l'apparition d'une hétérogénéité très importante entre des zones déjà décongelées et des zones encore congelées d'un même produit.
Lorsqu'une onde électromagnétique parvient à la surface d'un produit diélectrique placé dans l'enceinte de cuisson, une partie de l'onde est réfléchie, et une partie de l'onde pénètre dans le produit et se trouve absorbée en étant transformée en chaleur par agitation des molécules dipolaires d'eau du produit. La puissance absorbée P dans le produit dépend de l'intensité du champ électrique E
auquel est soumis le produit, de sa fréquence f, et du facteur de pertes diélectriques E" caractéristique de la matière constituant le produit, selon la formule approximative :
P=5.56.10`4.f.".E2 Lors des traitements thermiques, une difficulté est le caractère hétérogène du produit irradié par les micro-ondes : certaines zones du produit peuvent présenter un facteur de pertes diélectriques supérieur à d'autres zones du produit, en fonction de différents paramètres tels que la nature du produit, sa température, son état physique congelé ou décongelé.
Il en résulte que les zones de produit à fort facteur de pertes diélectriques s'échauffent plus vite, produisant des zones surchauffées, tandis que d'autres zones restent froides.
On tente généralement de réduire les inconvénients d'une telle hétérogénéité en organisant des réflexions multiples des ondes électromagnétiques sur les parois de la cavité de cuisson, et en déplaçant le produit sur un plateau rotatif.
Une autre difficulté résulte de la réflexion des ondes électromagnétiques, qui ne pénètrent pas dans le produit et n'assurent aucun échauffement, tout en étant redirigées vers d'autres zones de l'enceinte de cuisson et éventuellement vers le magnétron en risquant de le détruire.
Dans le cas de produits que l'on veut décongeler, une difficulté
supplémentaire résulte du facteur de pertes diélectriques très faible de l'eau à l'état solide, ce qui nécessite de prévoir des cycles de décongélation plus longs, dans lesquels on alterne des périodes d'irradiation par micro-ondes et des périodes d'attente sans irradiation, pour tenter d'éviter l'apparition d'une hétérogénéité très importante entre des zones déjà décongelées et des zones encore congelées d'un même produit.
3 Il résulte de ces phénomènes que les traitements thermiques par micro-ondes sont relativement lents.
Le document WO 82/00403 vise à accélérer la décongélation par micro-ondes de quartiers d'animaux congelés, grâce à l'application d'un courant d'air froid à la surface des quartiers d'animaux, l'air froid assurant le refroidissement de la surface des quartiers d'animaux et favorisant en conséquence la pénétration des micro-ondes à l'intérieur du produit. Les micro-ondes utilisées sont du type multimode, dans une enceinte ayant une paroi à haute réflectivité. Les quartiers d'animaux sont déplacés à l'intérieur de l'enceinte, et peuvent tourner pour recevoir les micro-ondes à partir de plusieurs directions.
Un tel procédé reste lent, car la pénétration des micro-ondes reste superficielle et aléatoire.
On a récemment développé une technique de micro-ondes monomode, telle que décrite notamment dans le document US 4,775,770, permettant d'augmenter la pénétration des ondes électromagnétiques dans un produit. Le procédé, dans ce document, est appliqué à l'échauffement d'objets tels que des liquides emballés hermétiquement et soumis à une surpression externe. Deux trains d'ondes de sens opposés sont dirigés de part et d'autre du produit pour se superposer dans le produit en formant un champ cumulatif. Les deux trains d'ondes de sens opposés peuvent être réalisés par un seul émetteur dont l'énergie est scindée dans deux directions opposées et dirigée par des guides d'ondes en demi tore, ou par deux émetteurs de fréquences et d'amplitudes sensiblement identiques et de même polarisation qui génèrent chacun l'un des deux trains d'ondes dirigés vers le produit. L'application des micro-ondes sur le produit peut se faire de façon stationnaire, si le produit a une taille inférieure à celle de la zone recevant les micro-ondes. Dans le cas d'un produit de taille plus grande, celui-ci peut être déplacé dans la zone d'irradiation, par balayage.
La rapidité de traitement thermique par un tel dispositif reste cependant insuffisante, notamment dans le cas de produits congelés, et il. y a un risque important de destruction des magnétrons à cause de la réflexion des ondes électromagnétiques. On constate qu'il faut environ 120 secondes pour amener à
une température de 80 C environ, de façon relativement homogène, un produit tel qu'un hamburger initialement congelé à-18 C. La cuisson nécessite encore un temps supplémentaire.
En alternative, et de façon plus traditionnelle, on échauffe généralement les aliments par une mise en contact avec une surface chaude telle qu'une plaque chaude, une poêle, une casserole, ou par un rayonnement infrarouge par des
Le document WO 82/00403 vise à accélérer la décongélation par micro-ondes de quartiers d'animaux congelés, grâce à l'application d'un courant d'air froid à la surface des quartiers d'animaux, l'air froid assurant le refroidissement de la surface des quartiers d'animaux et favorisant en conséquence la pénétration des micro-ondes à l'intérieur du produit. Les micro-ondes utilisées sont du type multimode, dans une enceinte ayant une paroi à haute réflectivité. Les quartiers d'animaux sont déplacés à l'intérieur de l'enceinte, et peuvent tourner pour recevoir les micro-ondes à partir de plusieurs directions.
Un tel procédé reste lent, car la pénétration des micro-ondes reste superficielle et aléatoire.
On a récemment développé une technique de micro-ondes monomode, telle que décrite notamment dans le document US 4,775,770, permettant d'augmenter la pénétration des ondes électromagnétiques dans un produit. Le procédé, dans ce document, est appliqué à l'échauffement d'objets tels que des liquides emballés hermétiquement et soumis à une surpression externe. Deux trains d'ondes de sens opposés sont dirigés de part et d'autre du produit pour se superposer dans le produit en formant un champ cumulatif. Les deux trains d'ondes de sens opposés peuvent être réalisés par un seul émetteur dont l'énergie est scindée dans deux directions opposées et dirigée par des guides d'ondes en demi tore, ou par deux émetteurs de fréquences et d'amplitudes sensiblement identiques et de même polarisation qui génèrent chacun l'un des deux trains d'ondes dirigés vers le produit. L'application des micro-ondes sur le produit peut se faire de façon stationnaire, si le produit a une taille inférieure à celle de la zone recevant les micro-ondes. Dans le cas d'un produit de taille plus grande, celui-ci peut être déplacé dans la zone d'irradiation, par balayage.
La rapidité de traitement thermique par un tel dispositif reste cependant insuffisante, notamment dans le cas de produits congelés, et il. y a un risque important de destruction des magnétrons à cause de la réflexion des ondes électromagnétiques. On constate qu'il faut environ 120 secondes pour amener à
une température de 80 C environ, de façon relativement homogène, un produit tel qu'un hamburger initialement congelé à-18 C. La cuisson nécessite encore un temps supplémentaire.
En alternative, et de façon plus traditionnelle, on échauffe généralement les aliments par une mise en contact avec une surface chaude telle qu'une plaque chaude, une poêle, une casserole, ou par un rayonnement infrarouge par des
4 braises ou des résistances électriques. Ces techniques d'échauffement peuvent être rapides, mais agissent essentiellement depuis la surface du produit, et provoquent ainsi un échauffement plus intense de la surface. Le corur du produit reçoit l'énergie calorifique par conduction depuis la surface, et reçoit donc un échauffement moins intense. II en résulte encore une limite dans la rapidité
de traitement thermique si l'on veut éviter une trop grande hétérogénéité de traitement entre la surface du produit et le c ur du produit.
Et cette hétérogénéité est encore amplifiée dans le cas d'un produit initialement à l'état congelé. Par exemple, le traitement thermique de hamburgers, pour passer de l'état congelé à l'état cuit prêt pour la consommation, demande environ 122 secondes avec les techniques actuelles utilisées, par exemple dans la restauration rapide. Et ce traitement thermique nécessite l'intervention de la main-d'oeuvre pour des manipulations relativement nombreuses que l'bn ne peut pas automatiser à l'heure actuelle.
EXPOSE DE L'INVENTION
Le problème proposé par la présente invention est d'augmenter sensiblement la rapidité du traitement thermique de produits tels que des aliments, notamment des aliments qui sont initialement à l'état congelé, pour les amener à
un état décongelé et propre à la consommation.
L'invention vise également à permettre l'automatisation du traitement thermique.
II y a également un intérêt, dans ce traitement thermique, à conserver au maximum le poids initial du produit (eau, graisses), à réduire la consommation globale d'énergie pour ce traitement thermique, à réduire la pollution de l'environnement, et à conserver les propriétés de l'aliment.
L'objectif est par exemple de cuire un hamburger initialement congelé à
-18 C, la décongélation et la cuisson étant réalisées en moins d'une minute.
L'invention résulte de l'idée consistant à utiliser la variation brusque et significative du facteur de pertes diélectriques de l'eau au passage de son état solide à son état liquide. Le facteur de pertes diélectriques de l'eau pure gelée est de 0,003. Les produits habituels congelés ont une teneur en eau qui peut varier de 0% à 95 %. II est donc possible que leur facteur de pertes diélectriques à
l'état congelé varie considérablement. Les produits alimentaires congelés peuvent ainsi avoir en général un facteur de pertes diélectriques allant de 0,1 à 1,8, dépendant de la présence de sels, de la nature de la matière sèche, etc ... A l'état décongelé, les mêmes produits alimentaires ont un facteur de pertes diélectriques également variable, en moyenne de l'ordre de 14. Ainsi, au passage de l'état congelé à
l'état décongelé, le facteur de pertes diélectriques d'un produit alimentaire passe d'une valeur de l'ordre de 1,6 à l'état congelé à une valeur de l'ordre de 14 à
l'état décongelé. On organise, selon l'invention, i'utilisation de ce phénomène grâce à
l'application de micro-ondes monomodes dans une zone réduite de produit qui elle-
de traitement thermique si l'on veut éviter une trop grande hétérogénéité de traitement entre la surface du produit et le c ur du produit.
Et cette hétérogénéité est encore amplifiée dans le cas d'un produit initialement à l'état congelé. Par exemple, le traitement thermique de hamburgers, pour passer de l'état congelé à l'état cuit prêt pour la consommation, demande environ 122 secondes avec les techniques actuelles utilisées, par exemple dans la restauration rapide. Et ce traitement thermique nécessite l'intervention de la main-d'oeuvre pour des manipulations relativement nombreuses que l'bn ne peut pas automatiser à l'heure actuelle.
EXPOSE DE L'INVENTION
Le problème proposé par la présente invention est d'augmenter sensiblement la rapidité du traitement thermique de produits tels que des aliments, notamment des aliments qui sont initialement à l'état congelé, pour les amener à
un état décongelé et propre à la consommation.
L'invention vise également à permettre l'automatisation du traitement thermique.
II y a également un intérêt, dans ce traitement thermique, à conserver au maximum le poids initial du produit (eau, graisses), à réduire la consommation globale d'énergie pour ce traitement thermique, à réduire la pollution de l'environnement, et à conserver les propriétés de l'aliment.
L'objectif est par exemple de cuire un hamburger initialement congelé à
-18 C, la décongélation et la cuisson étant réalisées en moins d'une minute.
L'invention résulte de l'idée consistant à utiliser la variation brusque et significative du facteur de pertes diélectriques de l'eau au passage de son état solide à son état liquide. Le facteur de pertes diélectriques de l'eau pure gelée est de 0,003. Les produits habituels congelés ont une teneur en eau qui peut varier de 0% à 95 %. II est donc possible que leur facteur de pertes diélectriques à
l'état congelé varie considérablement. Les produits alimentaires congelés peuvent ainsi avoir en général un facteur de pertes diélectriques allant de 0,1 à 1,8, dépendant de la présence de sels, de la nature de la matière sèche, etc ... A l'état décongelé, les mêmes produits alimentaires ont un facteur de pertes diélectriques également variable, en moyenne de l'ordre de 14. Ainsi, au passage de l'état congelé à
l'état décongelé, le facteur de pertes diélectriques d'un produit alimentaire passe d'une valeur de l'ordre de 1,6 à l'état congelé à une valeur de l'ordre de 14 à
l'état décongelé. On organise, selon l'invention, i'utilisation de ce phénomène grâce à
l'application de micro-ondes monomodes dans une zone réduite de produit qui elle-
5 même se déplace de façon appropriée en direction et en vitesse.
Ainsi, pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention propose un procédé d'échauffement par micro-ondes pour (a décongélation et le traitement thermique d'un produit congelé, comprenant au moins une étape a) de décongélation au cours de laquelle on place une portion du produit dans une zone d'irradiation soumise à un rayonnement électromagnétique monomode à
superposition de trains d'ondes opposés et on réalise un déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit l'un par rapport à l'autre pour que la zone d'irradiation parcoure tout le produit congelé et selon une vitesse et une direction telles que la portion irradiée de produit s'étende en permanence, pendant ledit déplacement, de part et d'autre d'une frontière entre une zone déjà décongelée de portion irradiée de produit et une zone adjacente encore congelée de portion irradiée de produit.
Au cours de cette étape a), ladite au moins une portion irradiée de produit contient une frontière mobile située à chaque instant entre une zone décongelée de portion irradiée de produit et une zone encore congelée de portion irradiée de produit. Dans le cas d'un rayonnement monomode, la plus grande partie de l'énergie de rayonnement est concentrée selon une zone relativement étroite et rectiligne, que l'on désigne par i'expression "zone d'irradiation". La frontière mobile prend la forme de la zone d'irradiation, et est généralement rectiligne. La zone décongelée de portion irradiée de produit présente un facteur de pertes diélectriques élevé, qui concentre ainsi la transformation des ondes électromagnétiques en énergie calorifique, ce qui élève localement la température du produit dans la zone décongelée de portion irradiée de produit. Par conduction thermique, la chaleur présente dans la zone décongelée de portion irradiée de produit se propage, à travers la frontière, dans la zone adjacente encore congelée de portion irradiée de produit, provoquant sa décongélation. La frontière tend ainsi à se déplacer naturellement vers la partie encore congelée du produit, et s'éloigne de la partie de produit qui constituait précédemment la zone décongelée de portion irradiée de produit. Selon l'invention, on déplace la zone d'irradiation par rapport au produit (ou, ce qui revient au même, le produit par rapport à la zone d'irradiation) en suivant, en direction et en vitesse, le déplacement naturel de la frontière. Ainsi l'énergie des ondes électromagnétiques est utilisée pour échauffer la seule zone
Ainsi, pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention propose un procédé d'échauffement par micro-ondes pour (a décongélation et le traitement thermique d'un produit congelé, comprenant au moins une étape a) de décongélation au cours de laquelle on place une portion du produit dans une zone d'irradiation soumise à un rayonnement électromagnétique monomode à
superposition de trains d'ondes opposés et on réalise un déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit l'un par rapport à l'autre pour que la zone d'irradiation parcoure tout le produit congelé et selon une vitesse et une direction telles que la portion irradiée de produit s'étende en permanence, pendant ledit déplacement, de part et d'autre d'une frontière entre une zone déjà décongelée de portion irradiée de produit et une zone adjacente encore congelée de portion irradiée de produit.
Au cours de cette étape a), ladite au moins une portion irradiée de produit contient une frontière mobile située à chaque instant entre une zone décongelée de portion irradiée de produit et une zone encore congelée de portion irradiée de produit. Dans le cas d'un rayonnement monomode, la plus grande partie de l'énergie de rayonnement est concentrée selon une zone relativement étroite et rectiligne, que l'on désigne par i'expression "zone d'irradiation". La frontière mobile prend la forme de la zone d'irradiation, et est généralement rectiligne. La zone décongelée de portion irradiée de produit présente un facteur de pertes diélectriques élevé, qui concentre ainsi la transformation des ondes électromagnétiques en énergie calorifique, ce qui élève localement la température du produit dans la zone décongelée de portion irradiée de produit. Par conduction thermique, la chaleur présente dans la zone décongelée de portion irradiée de produit se propage, à travers la frontière, dans la zone adjacente encore congelée de portion irradiée de produit, provoquant sa décongélation. La frontière tend ainsi à se déplacer naturellement vers la partie encore congelée du produit, et s'éloigne de la partie de produit qui constituait précédemment la zone décongelée de portion irradiée de produit. Selon l'invention, on déplace la zone d'irradiation par rapport au produit (ou, ce qui revient au même, le produit par rapport à la zone d'irradiation) en suivant, en direction et en vitesse, le déplacement naturel de la frontière. Ainsi l'énergie des ondes électromagnétiques est utilisée pour échauffer la seule zone
6 décongelée adjacente à la frontière, et sert donc, par conduction thermique selon un chemin court, à décongeler rapidement la- zone congelée adjacente à la frontière.
On accélère ainsi très sensiblement la décongélation du produit, en combinant une absorption importante des ondes électromagnétiques dans la zone décongelée de portion irradiée de produit, et une conduction thermique rapide vers la zone adjacente encore congelée de portion irradiée de produit.
L'étendue de la zone décongelée de portion irradiée de produit est limitée à la zone immédiatement adjacente à la frontière avec la zone congelée de portion irradiée de produit, ce qui est rendu possible grâce au rayonnement électromagnétique monomode dont l'énergie est concentrée sur une zone étroite de produit de part et d'autre de la frontière entre la partie décongelée et la partie encore congelée. Cela évite de chauffer inutilement les zones décongelées plus éloignées de la frontière, zones qui n'auraient pas d'effet sensible de conduction de chaleur vers les zones encore congelées.
Pour amener le produit à une température nettement supérieure à 0 C, on prévoit en outre une étape ultérieure b) d'échauffement du produit déjà
décongelé, au cours de laquelle on irradie le produit par un rayonnement électromagnétique monomode en plaçant une portion irradiée du produit dans une zone d'irradiation et en réalisant un déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit l'un par rapport à l'autre de façon que la zone d'irradiation parcoure tout le produit, jusqu'à amener le produit à une température déterminée.
On sépare ainsi l'opération de décongélation et l'opération d'échauffement au-delà du 0 C. De la sorte, au cours de l'opération ultérieure d'échauffement, il ne reste dans le produit à traiter aucune zone encore congelée susceptible de constituer une zone à plus faible capacité d'absorption de l'énergie des ondes électromagnétiques. L'homogénéité de l'échauffement est ainsi améliorée.
De préférence, la zone d'irradiation présente une forme allongée selon une direction d'allongement, définissant une ligne de frontière entre la zone décongelée et la zone adjacente encore congelée de produit. Le déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit s'effectue transversalement par rapport à la direction d'allongement. Le rayonnement électromagnétique se propage, dans la zone d'irradiation, selon une direction de propagation sensiblement perpendiculaire à la direction d'allongement et à la direction du déplacement relatif.
De préférence, pour produire une décongélation en une seule passe du produit, on prévoit que :
On accélère ainsi très sensiblement la décongélation du produit, en combinant une absorption importante des ondes électromagnétiques dans la zone décongelée de portion irradiée de produit, et une conduction thermique rapide vers la zone adjacente encore congelée de portion irradiée de produit.
L'étendue de la zone décongelée de portion irradiée de produit est limitée à la zone immédiatement adjacente à la frontière avec la zone congelée de portion irradiée de produit, ce qui est rendu possible grâce au rayonnement électromagnétique monomode dont l'énergie est concentrée sur une zone étroite de produit de part et d'autre de la frontière entre la partie décongelée et la partie encore congelée. Cela évite de chauffer inutilement les zones décongelées plus éloignées de la frontière, zones qui n'auraient pas d'effet sensible de conduction de chaleur vers les zones encore congelées.
Pour amener le produit à une température nettement supérieure à 0 C, on prévoit en outre une étape ultérieure b) d'échauffement du produit déjà
décongelé, au cours de laquelle on irradie le produit par un rayonnement électromagnétique monomode en plaçant une portion irradiée du produit dans une zone d'irradiation et en réalisant un déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit l'un par rapport à l'autre de façon que la zone d'irradiation parcoure tout le produit, jusqu'à amener le produit à une température déterminée.
On sépare ainsi l'opération de décongélation et l'opération d'échauffement au-delà du 0 C. De la sorte, au cours de l'opération ultérieure d'échauffement, il ne reste dans le produit à traiter aucune zone encore congelée susceptible de constituer une zone à plus faible capacité d'absorption de l'énergie des ondes électromagnétiques. L'homogénéité de l'échauffement est ainsi améliorée.
De préférence, la zone d'irradiation présente une forme allongée selon une direction d'allongement, définissant une ligne de frontière entre la zone décongelée et la zone adjacente encore congelée de produit. Le déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit s'effectue transversalement par rapport à la direction d'allongement. Le rayonnement électromagnétique se propage, dans la zone d'irradiation, selon une direction de propagation sensiblement perpendiculaire à la direction d'allongement et à la direction du déplacement relatif.
De préférence, pour produire une décongélation en une seule passe du produit, on prévoit que :
7 - la zone d'irradiation présente, selon la direction d'allongement, une longueur sensiblement égale à une première dimension correspondante du produit à
traiter, - la zone d'irradiation présente, selon la direction de déplacement, une largeur inférieure à sa longueur et nettement inférieure à la dimension du produit à
traiter s dans cette même direction de déplacement.
Selon un mode de réalisation avantageux, lors du déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit, la zone d'irradiation est fixe et le produit est mobile.
Les faces du produit recevant les ondes électromagnétiques sont généralement soumises à un échauffement supplémentaire, qui peut provoquer un écoulement de liquides ou de graisses. Pour évacuer cet écoulement, il est avantageux que la direction d'allongement de la zone d'irradi.ation soit contenue dans un plan sensiblement vertical. Les liquides et les graisses évacués, recueillis à l'écart du produit, ne perturbent ainsi pas l'échauffement du produit lui-même par le rayonnement électromagnétique.
Les problèmes de réflexion des ondes électromagnétiques vers le magnétron peuvent être résolus en prévoyant que, lors du déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit, on adapte la puissance électromagnétique injectée à la taille et aux propriétés diélectriques de la portion irradiée du produit à traiter, de façon à assurer en permanence dans la portion irradiée une régulation de la puissance volumique, avantageusement à un niveau sensiblement égal à ou peu différent de la puissance volumique absorbable par la portion irradiée du produit.
Pour cela, la régulation de la puissance volumique peut s'effectuer par la variation de la vitesse de déplacement relatif entre la zone d'irradiation et le produit et/ou par la variation de la puissance électromagnétique globale injectée.
Selon un autre aspect, l'invention prévoit d'appliquer le procédé ci-dessus au traitement de produits devant être décongelés, cuits et grillés en surface. Pour cela on peut avantageusement prévoir que, préalablement à
l'étape a) de décongélation, on expose le produit à au moins un rayonnement infrarouge.
Ce traitement préalable par rayonnement infrarouge, lorsqu'il est appliqué à des produits tels que des produits carnés, en échauffant leur surface à
plus de 208 C environ, produit une croûte qui constitue à la fois un élément esthétique par son brunissement, et un élément protecteur qui enferme le cosur du produit et évite ultérieurement son desséchement lors de l'irradiation par les micro-ondes au cours de l'étape b) d'échauffement.
traiter, - la zone d'irradiation présente, selon la direction de déplacement, une largeur inférieure à sa longueur et nettement inférieure à la dimension du produit à
traiter s dans cette même direction de déplacement.
Selon un mode de réalisation avantageux, lors du déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit, la zone d'irradiation est fixe et le produit est mobile.
Les faces du produit recevant les ondes électromagnétiques sont généralement soumises à un échauffement supplémentaire, qui peut provoquer un écoulement de liquides ou de graisses. Pour évacuer cet écoulement, il est avantageux que la direction d'allongement de la zone d'irradi.ation soit contenue dans un plan sensiblement vertical. Les liquides et les graisses évacués, recueillis à l'écart du produit, ne perturbent ainsi pas l'échauffement du produit lui-même par le rayonnement électromagnétique.
Les problèmes de réflexion des ondes électromagnétiques vers le magnétron peuvent être résolus en prévoyant que, lors du déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit, on adapte la puissance électromagnétique injectée à la taille et aux propriétés diélectriques de la portion irradiée du produit à traiter, de façon à assurer en permanence dans la portion irradiée une régulation de la puissance volumique, avantageusement à un niveau sensiblement égal à ou peu différent de la puissance volumique absorbable par la portion irradiée du produit.
Pour cela, la régulation de la puissance volumique peut s'effectuer par la variation de la vitesse de déplacement relatif entre la zone d'irradiation et le produit et/ou par la variation de la puissance électromagnétique globale injectée.
Selon un autre aspect, l'invention prévoit d'appliquer le procédé ci-dessus au traitement de produits devant être décongelés, cuits et grillés en surface. Pour cela on peut avantageusement prévoir que, préalablement à
l'étape a) de décongélation, on expose le produit à au moins un rayonnement infrarouge.
Ce traitement préalable par rayonnement infrarouge, lorsqu'il est appliqué à des produits tels que des produits carnés, en échauffant leur surface à
plus de 208 C environ, produit une croûte qui constitue à la fois un élément esthétique par son brunissement, et un élément protecteur qui enferme le cosur du produit et évite ultérieurement son desséchement lors de l'irradiation par les micro-ondes au cours de l'étape b) d'échauffement.
8 De plus, la zone de surface ainsi traitée par infrarouges constitue une zone superficielle essentiellement transparente aux micro-ondes, qui favorise encore l'échauffement à coeur du produit par les micro-ondes.
Avantageusement, le ou les rayonnements infrarouges peuvent être appliqués sur le produit au voisinage de la zone d'irradiation, résultant en une application d'infrarouges par balayage suivant le déplacement relatif du produit.
Pour augmenter encore la rapidité de traitement thermique, le ou les rayonnements infrarouges peuvent être appliqués simultanément sur toute la surface du produit.
De préférence, préalablement à l'étape a) de décongélation, on expose le produit à un rayonnement infrarouge à ondes courtes et à un rayonnement infrarouge à ondes longues. Les ondes infrarouges courtes sècherit une pellicule de surface du produit, tandis que les ondes infrarouges longues agissent sur une plus grande profondeur et augmentent ainsi l'échauffement de la zone superficielle du produit.
De préférence, lors de l'exposition au rayonnement infrarouge, on génère un courant d'air pour évacuer l'eau évaporée et sécher le produit en surface. Cette disposition améliore encore la qualité et l'efficacité de la croûte de surface.
Lors du traitement, il est préférable de maintenir le produit en forme et en position.
Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif d'échauffement par micro-ondes pour la mise en oruvre du procédé ci-dessus, et comprenant :
- des moyens de génération de rayonnement pour générer dans au moins une zone d'irradiation un rayonnement électromagnétique monomode à trains d'ondes se propageant en sens opposés selon une direction de propagation, - des moyens de tenue de produit à traiter pour placer au moins une portion irradiée d'un produit dans la zone d'irradiation, - des moyens de déplacement pour assurer le déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit à traiter selon une direction de déplacement transversale par rapport à la direction de propagation du rayonnement, et selon une vitesse appropriée pour suivre le déplacement d'une frontière entre zone décongelée et zone encore congelée du produit à traiter.
En pratique, on peut avantageusement prévoir que la zone d'irradiation présente de préférence une forme allongée selon une direction d'allongement, les moyens de déplacement produisent un déplacement relatif selon une direction de déplacement transversale par rapport à la direction d'allongement, et les moyens
Avantageusement, le ou les rayonnements infrarouges peuvent être appliqués sur le produit au voisinage de la zone d'irradiation, résultant en une application d'infrarouges par balayage suivant le déplacement relatif du produit.
Pour augmenter encore la rapidité de traitement thermique, le ou les rayonnements infrarouges peuvent être appliqués simultanément sur toute la surface du produit.
De préférence, préalablement à l'étape a) de décongélation, on expose le produit à un rayonnement infrarouge à ondes courtes et à un rayonnement infrarouge à ondes longues. Les ondes infrarouges courtes sècherit une pellicule de surface du produit, tandis que les ondes infrarouges longues agissent sur une plus grande profondeur et augmentent ainsi l'échauffement de la zone superficielle du produit.
De préférence, lors de l'exposition au rayonnement infrarouge, on génère un courant d'air pour évacuer l'eau évaporée et sécher le produit en surface. Cette disposition améliore encore la qualité et l'efficacité de la croûte de surface.
Lors du traitement, il est préférable de maintenir le produit en forme et en position.
Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif d'échauffement par micro-ondes pour la mise en oruvre du procédé ci-dessus, et comprenant :
- des moyens de génération de rayonnement pour générer dans au moins une zone d'irradiation un rayonnement électromagnétique monomode à trains d'ondes se propageant en sens opposés selon une direction de propagation, - des moyens de tenue de produit à traiter pour placer au moins une portion irradiée d'un produit dans la zone d'irradiation, - des moyens de déplacement pour assurer le déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit à traiter selon une direction de déplacement transversale par rapport à la direction de propagation du rayonnement, et selon une vitesse appropriée pour suivre le déplacement d'une frontière entre zone décongelée et zone encore congelée du produit à traiter.
En pratique, on peut avantageusement prévoir que la zone d'irradiation présente de préférence une forme allongée selon une direction d'allongement, les moyens de déplacement produisent un déplacement relatif selon une direction de déplacement transversale par rapport à la direction d'allongement, et les moyens
9 de génération de rayonnement produisent un rayonnement électromagnétique monomode à direction de propagation sensiblement perpendiculaire à la direction d'allongement et à la direction de déplacement.
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif comporte des moyens de régulation de la puissance volumique injectée dans le produit, pour injecter de préférence une puissance volumique en permanence sensiblement égale à ou peu différente de la puissance volumique absorbable par le produit.
On évite ainsi les retours d'ondes électromagnétiques vers le générateur d'ondes électromagnétiques.
Par exemple, les moyens de régulation de la puissance volumique injectée peuvent comprendre des moyens de contrôle de la puissance électromagnétique globale et/ou de la vitesse de déplacement du produit à
traiter par rapport à la zone d'irradiation, pour adapter en permanence la puissance électromagnétique globale et/ou la vitesse en fonction du volume et des propriétés diélectriques de la portion irradiée du produit.
De préférence, le dispositif comporte en outre des moyens de génération d'un rayonnement infrarouge pour appliquer un rayonnement infrarouge à la surface du produit en amont de la ou des zones d'irradiation.
De préférence, les moyens de génération de rayonnement infrarouge peuvent être agencés pour appliquer un rayonnement infrarouge simultanément sur toute la surface du produit, avec de préférence des moyens d'aspiration et/ou de mise en circulation d'air pour sécher la surface du produit exposée au rayonnement infrarouge.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles :
- la figure 1 illustre la variation du facteur de pertes diélectriques en fonction de la température, pour l'eau distillée et pour quelques autres aliments habituels ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif d'échauffement par micro-ondes selon un mode de réalisation de la présente invention ;
- la figure 3 est une coupe de la vue en perspective de la figure 2, prise en diagonale selon le plan I-I ;
- les figures 4 à 7 illustrent quatre étapes successives du fonctionnement du dispositif des figures 2 et 3, au cours d'un procédé d'échauffement par micro-ondes selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 8 illustre en perspective le procédé de décongélation selon l'invention appliqué à un produit en forme de disque ; et - les figures 9 à 13 illustrent 5 étapes dudit procédé de décongélation.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
5 Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 2 à 7, le dispositif d'échauffement par micro-ondes selon la présente invention comprend des moyens de rayonnement pour générer un rayonnement électromagnétique monomode dans une zone d'irradiation 1, des moyens de tenue de produits à traiter 2, et des moyens de déplacement 3 pour assurer le déplacement relatif du produit à
traiter et
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif comporte des moyens de régulation de la puissance volumique injectée dans le produit, pour injecter de préférence une puissance volumique en permanence sensiblement égale à ou peu différente de la puissance volumique absorbable par le produit.
On évite ainsi les retours d'ondes électromagnétiques vers le générateur d'ondes électromagnétiques.
Par exemple, les moyens de régulation de la puissance volumique injectée peuvent comprendre des moyens de contrôle de la puissance électromagnétique globale et/ou de la vitesse de déplacement du produit à
traiter par rapport à la zone d'irradiation, pour adapter en permanence la puissance électromagnétique globale et/ou la vitesse en fonction du volume et des propriétés diélectriques de la portion irradiée du produit.
De préférence, le dispositif comporte en outre des moyens de génération d'un rayonnement infrarouge pour appliquer un rayonnement infrarouge à la surface du produit en amont de la ou des zones d'irradiation.
De préférence, les moyens de génération de rayonnement infrarouge peuvent être agencés pour appliquer un rayonnement infrarouge simultanément sur toute la surface du produit, avec de préférence des moyens d'aspiration et/ou de mise en circulation d'air pour sécher la surface du produit exposée au rayonnement infrarouge.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles :
- la figure 1 illustre la variation du facteur de pertes diélectriques en fonction de la température, pour l'eau distillée et pour quelques autres aliments habituels ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif d'échauffement par micro-ondes selon un mode de réalisation de la présente invention ;
- la figure 3 est une coupe de la vue en perspective de la figure 2, prise en diagonale selon le plan I-I ;
- les figures 4 à 7 illustrent quatre étapes successives du fonctionnement du dispositif des figures 2 et 3, au cours d'un procédé d'échauffement par micro-ondes selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 8 illustre en perspective le procédé de décongélation selon l'invention appliqué à un produit en forme de disque ; et - les figures 9 à 13 illustrent 5 étapes dudit procédé de décongélation.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
5 Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 2 à 7, le dispositif d'échauffement par micro-ondes selon la présente invention comprend des moyens de rayonnement pour générer un rayonnement électromagnétique monomode dans une zone d'irradiation 1, des moyens de tenue de produits à traiter 2, et des moyens de déplacement 3 pour assurer le déplacement relatif du produit à
traiter et
10 de la zone d'irradiation 1.
Ainsi, le dispositif est adapté pour traiter un produit 4.
Dans l'exemple illustré, le produit 4 a la forme d'un disque (figure 8), que l'on va tenir dans un plan vertical de déplacement, pour lui appliquer un rayonnement électromagnétique monomode dans la zone d'irradiation 1 où le rayonnement se propage dans le sens de l'épaisseur "e" du produit 4.
Les moyens de rayonnement pour générer le rayonnement électromagnétique monomode comprennent un premier ensemble générateur 5 et un second ensemble générateur 6, adaptés chacun pour générer un rayonnement électromagnétique monomode dans une moitié respective de la zone d'irradiation 1 : le premier ensemble générateur 5 produit un rayonnement électromagnétique monomode dans la première moitié la de la zone d'irradiation 1, tandis que le second ensemble générateur 6 produit un rayonnement électromagnétique monomode dans la seconde moitié 1 b de la zone d'irradiation I.
Le premier ensemble générateur 5 comprend un magnétron 5a qui introduit par un orifice 5b une onde électromagnétique dans deux guides d'ondes opposés 5c et 5d en demi-anneau à section transversale rectangulaire disposés symétriquement l'un de l'autre de part et d'autre du plan vertical de déplacement.
Les guides d'ondes 5c et 5d présentent chacun un plan médian de symétrie vertica!
perpendiculaire au plan vertical de déplacement. Les guides d'ondes 5c et 5d conduisent les ondes électromagnétiques jusqu'à un volume de convergence 1 c qui contient la partie de zone d'irradiation la correspondante et qui lui-même présente une forme parallélépipédique située entre les deux orifices de sortie respectifs 5e et 5f (figure 3) rectangulaires des guides d'onde 5c et 5d.
L'épaisseur E de la zone d'irradiation 1, ou distance entre les orifices de sortie 5e et 5f, est peu supérieure à l'épaisseur du produit 4 que l'on désire traiter. Dans le volume de convergence 1 c, et en particulier dans la zone d'irradiation 1, deux trains d'ondes provenant des guides d'ondes 5c et 5d se superposent, en étant de sens opposés
Ainsi, le dispositif est adapté pour traiter un produit 4.
Dans l'exemple illustré, le produit 4 a la forme d'un disque (figure 8), que l'on va tenir dans un plan vertical de déplacement, pour lui appliquer un rayonnement électromagnétique monomode dans la zone d'irradiation 1 où le rayonnement se propage dans le sens de l'épaisseur "e" du produit 4.
Les moyens de rayonnement pour générer le rayonnement électromagnétique monomode comprennent un premier ensemble générateur 5 et un second ensemble générateur 6, adaptés chacun pour générer un rayonnement électromagnétique monomode dans une moitié respective de la zone d'irradiation 1 : le premier ensemble générateur 5 produit un rayonnement électromagnétique monomode dans la première moitié la de la zone d'irradiation 1, tandis que le second ensemble générateur 6 produit un rayonnement électromagnétique monomode dans la seconde moitié 1 b de la zone d'irradiation I.
Le premier ensemble générateur 5 comprend un magnétron 5a qui introduit par un orifice 5b une onde électromagnétique dans deux guides d'ondes opposés 5c et 5d en demi-anneau à section transversale rectangulaire disposés symétriquement l'un de l'autre de part et d'autre du plan vertical de déplacement.
Les guides d'ondes 5c et 5d présentent chacun un plan médian de symétrie vertica!
perpendiculaire au plan vertical de déplacement. Les guides d'ondes 5c et 5d conduisent les ondes électromagnétiques jusqu'à un volume de convergence 1 c qui contient la partie de zone d'irradiation la correspondante et qui lui-même présente une forme parallélépipédique située entre les deux orifices de sortie respectifs 5e et 5f (figure 3) rectangulaires des guides d'onde 5c et 5d.
L'épaisseur E de la zone d'irradiation 1, ou distance entre les orifices de sortie 5e et 5f, est peu supérieure à l'épaisseur du produit 4 que l'on désire traiter. Dans le volume de convergence 1 c, et en particulier dans la zone d'irradiation 1, deux trains d'ondes provenant des guides d'ondes 5c et 5d se superposent, en étant de sens opposés
11 et dirigés l'un vers l'autre selon la direction de propagation reliant les orifices de sortie 5e et 5f.
Le second ensemble générateur 6 a la même structure que le premier ensemble générateur 5, avec un magnétron 6a et deux guides d'ondes opposés 6c et 6d.
Le fait d'utiliser deux ensembles générateurs 5 et 6 permet de doubler la surface de la zone d'irradiation 1, par exemple pour traiter un produit 4 ayant un diamètre plus important.
On pourra toutefois, sans sortir du cadre de l'invention, traiter des produits 4 de dimensions plus petites en utilisant un seul ensemble générateur tel que l'ensemble 5.
Les moyens de génération de rayonnement électromagnétique monomode peuvent être du type déjà décrit dans le document US 4,775,770, qui est cité ici comme référence. Les guides d'ondes 5c et 5d sont conformés, de façon connue, de manière à privilégier la propagation d'un seul mode de rayonnement.
De tels moyens de génération de rayonnement électromagnétique monomode produisent un rayonnement dont l'intensité est maximale dans le plan médian de symétrie des guides d'ondes (illustré par la direction d'allongement II-Il sur la figure 4), et dont l'intensité décroît rapidement de part et d'autre du plan médian de symétrie. Ainsi, l'énergie électromagnétique est concentrée essentiellement au voisinage immédiat du plan médian, ce qui définit la position et la largeur de la zone d'irradiation 1 illustrée en pointillés sur la figure 4.
On considérera que la zone d'irradiation 1 est définie par la portion étroite du volume de convergence 1 c qui reçoit plus de 60 % de l'énergie du rayonnement électromagnétique monomode.
Les magnétrons travaillent avantageusement à une fréquence comprise entre 2 et 3 GHz, de préférence à une fréquence de 2,45 GHz.
Les moyens de tenue de produits à traiter 2 comprennent, dans le mode de réalisation illustré, un chariot 2a en berceau, comportant une cavité 2b adaptée pour recevoir et contenir un produit 4 à traiter, avec une ouverture supérieure 2c pour l'introduction et le retrait du produit 4 à traiter et avec deux faces latérales ouvertes et munies de tiges de maintien 2d en quartz, de part et d'autre du produit 4 à traiter. Le chariot 2a peut être réalisé en métal, ou en tout autre matériau approprié pour supporter un rayonnement infrarouge et un rayonnement par micro-ondes.
Les moyens de déplacement 3, destinés à assurer le déplacement relatif de la zone d'irradiation 1 et du produit 4 à traiter, sont adaptés pour guider le
Le second ensemble générateur 6 a la même structure que le premier ensemble générateur 5, avec un magnétron 6a et deux guides d'ondes opposés 6c et 6d.
Le fait d'utiliser deux ensembles générateurs 5 et 6 permet de doubler la surface de la zone d'irradiation 1, par exemple pour traiter un produit 4 ayant un diamètre plus important.
On pourra toutefois, sans sortir du cadre de l'invention, traiter des produits 4 de dimensions plus petites en utilisant un seul ensemble générateur tel que l'ensemble 5.
Les moyens de génération de rayonnement électromagnétique monomode peuvent être du type déjà décrit dans le document US 4,775,770, qui est cité ici comme référence. Les guides d'ondes 5c et 5d sont conformés, de façon connue, de manière à privilégier la propagation d'un seul mode de rayonnement.
De tels moyens de génération de rayonnement électromagnétique monomode produisent un rayonnement dont l'intensité est maximale dans le plan médian de symétrie des guides d'ondes (illustré par la direction d'allongement II-Il sur la figure 4), et dont l'intensité décroît rapidement de part et d'autre du plan médian de symétrie. Ainsi, l'énergie électromagnétique est concentrée essentiellement au voisinage immédiat du plan médian, ce qui définit la position et la largeur de la zone d'irradiation 1 illustrée en pointillés sur la figure 4.
On considérera que la zone d'irradiation 1 est définie par la portion étroite du volume de convergence 1 c qui reçoit plus de 60 % de l'énergie du rayonnement électromagnétique monomode.
Les magnétrons travaillent avantageusement à une fréquence comprise entre 2 et 3 GHz, de préférence à une fréquence de 2,45 GHz.
Les moyens de tenue de produits à traiter 2 comprennent, dans le mode de réalisation illustré, un chariot 2a en berceau, comportant une cavité 2b adaptée pour recevoir et contenir un produit 4 à traiter, avec une ouverture supérieure 2c pour l'introduction et le retrait du produit 4 à traiter et avec deux faces latérales ouvertes et munies de tiges de maintien 2d en quartz, de part et d'autre du produit 4 à traiter. Le chariot 2a peut être réalisé en métal, ou en tout autre matériau approprié pour supporter un rayonnement infrarouge et un rayonnement par micro-ondes.
Les moyens de déplacement 3, destinés à assurer le déplacement relatif de la zone d'irradiation 1 et du produit 4 à traiter, sont adaptés pour guider le
12 chariot 2a et le produit 4 à traiter qu'il contient en coulissement selon une direction de déplacement relatif illustrée par la flèche 7, pour faire défiler le produit 4 à
traiter devant la zone d'irradiation 1. Ainsi, les moyens de déplacement 3 comportent des guides supérieurs 3a et des guides inférieurs 3b, et peuvent comprendre des moyens de motorisation tels qu'un vérin 2e pour déplacer le chariot 2a le long des guides 3a et 3b selon une vitesse appropriée.
Comme on le voit en coupe sur les figures 4 à 8, la zone d'irradiation 1 présente une forme allongée selon la direction d'allongement II-II, dans le plan médian des guides d'ondes 5c, 5d, 6c, 6d des ensembles générateurs 5 et 6, et les moyens de déplacement 3 produisent un déplacement relatif selon une direction de déplacement 7 qui est transversale par rapport à la direction d'allongement II-!I.
Comme illustré sur les figures, la zone d'irradiation 1 présente, selon la direction d'allongement 11-II, une longueur L1 sensiblement égale à la hauteur du produit 4 à traiter.
La zone d'irradiation 1 présente, selon la direction transversale qui est dans le plan médian et perpendiculaire à la direction de déplacement 7, une épaisseur E inférieure à l'épaisseur du produit 4 à traiter. Cette direction transversale d'épaisseur E est aussi la direction de propagation des ondes électromagnétiques dans la zone d'irradiation 1.
Par le fait que l'onde électromagnétique est essentiellement concentrée à proximité du plan médian de symétrie contenant la direction d'allongement II-II, la zone d'irradiation 1 présente, selon la direction de déplacement 7, une largeur L2 réduite, nettement inférieure à la dimension du produit 4 à traiter dans la direction de déplacement 7.
Dans la réalisation illustrée, la zone d'irradiation 1 est fixe, et les moyens de déplacement 3 déplacent le produit 4 à traiter par rapport à la zone d'irradiation 1 qui est fixe. Pour cela, le chariot 2a est sollicité par un vérin 2e lui-même piloté
par un dispositif de commande 8.
Le dispositif illustré comporte en outre des moyens de régulation de la puissance volumique injectée dans le produit à traiter. La raison est que la puissance volumique injectée doit, de préférence, être sensiblement égale à la puissance que peut absorber le produit dans l'état physique dans lequel il se trouve, afin d'éviter que les ondes électromagnétiques non absorbées traversent le produit et retournent aux magnétrons 5a et 6a, risquant ainsi de les détruire.
Ainsi, le dispositif de commande 8 pilote également les magnétrons 5a et 6a, auxquels il est relié par des lignes de commande respectives 5g et 6g, et le dispositif de commande 8 est relié au vérin 2e par une ligne de commande 2f.
Le
traiter devant la zone d'irradiation 1. Ainsi, les moyens de déplacement 3 comportent des guides supérieurs 3a et des guides inférieurs 3b, et peuvent comprendre des moyens de motorisation tels qu'un vérin 2e pour déplacer le chariot 2a le long des guides 3a et 3b selon une vitesse appropriée.
Comme on le voit en coupe sur les figures 4 à 8, la zone d'irradiation 1 présente une forme allongée selon la direction d'allongement II-II, dans le plan médian des guides d'ondes 5c, 5d, 6c, 6d des ensembles générateurs 5 et 6, et les moyens de déplacement 3 produisent un déplacement relatif selon une direction de déplacement 7 qui est transversale par rapport à la direction d'allongement II-!I.
Comme illustré sur les figures, la zone d'irradiation 1 présente, selon la direction d'allongement 11-II, une longueur L1 sensiblement égale à la hauteur du produit 4 à traiter.
La zone d'irradiation 1 présente, selon la direction transversale qui est dans le plan médian et perpendiculaire à la direction de déplacement 7, une épaisseur E inférieure à l'épaisseur du produit 4 à traiter. Cette direction transversale d'épaisseur E est aussi la direction de propagation des ondes électromagnétiques dans la zone d'irradiation 1.
Par le fait que l'onde électromagnétique est essentiellement concentrée à proximité du plan médian de symétrie contenant la direction d'allongement II-II, la zone d'irradiation 1 présente, selon la direction de déplacement 7, une largeur L2 réduite, nettement inférieure à la dimension du produit 4 à traiter dans la direction de déplacement 7.
Dans la réalisation illustrée, la zone d'irradiation 1 est fixe, et les moyens de déplacement 3 déplacent le produit 4 à traiter par rapport à la zone d'irradiation 1 qui est fixe. Pour cela, le chariot 2a est sollicité par un vérin 2e lui-même piloté
par un dispositif de commande 8.
Le dispositif illustré comporte en outre des moyens de régulation de la puissance volumique injectée dans le produit à traiter. La raison est que la puissance volumique injectée doit, de préférence, être sensiblement égale à la puissance que peut absorber le produit dans l'état physique dans lequel il se trouve, afin d'éviter que les ondes électromagnétiques non absorbées traversent le produit et retournent aux magnétrons 5a et 6a, risquant ainsi de les détruire.
Ainsi, le dispositif de commande 8 pilote également les magnétrons 5a et 6a, auxquels il est relié par des lignes de commande respectives 5g et 6g, et le dispositif de commande 8 est relié au vérin 2e par une ligne de commande 2f.
Le
13 dispositif de commande 8 est adapté pour réguler la puissance volumique dans le produit de façon à ce qu'elle soit en permanence sensibiement égale à ou peu différente de la puissance volumique absorbable par le produit.
Selon une première méthode, le dispositif de commande 8 contrôle la puissance électromagnétique globale délivrée par les magnétrons 5a et 6a pour adapter en permanence la puissance électromagnétique globale en fonction du volume et des propriétés diélectriques de la portion irradiée du produit.
En alternative ou en complément, le dispositif de commande 8 adapte en permanence la vitesse de déplacement du chariot 2a par le vérin 2e en fonction du volume de produit présent dans la zone d'irradiation 1: pour une forme de produit 4 en disque telle qu'illustrée sur la figure 4, on comprend que le volume de produit est croissant depuis un volume nul lorsque le produit 4 est tangent à la zone d'irradiation 1 en début de pénétration du produit dans la zone d'irradiation 1, puis augmente jusqu'à atteindre un maximum lorsqu'un diamètre du produit est présent dans la zone d'irradiation 1, puis diminue jusqu'à s'annuler lorsque le produit 4 devient à nouveau tangent à la zone d'irradiation 1. En pratique, le dispositif de commande 8 peut faire varier la vitesse de déplacement du chariot 2a, avec une vitesse plus importante en début de pénétration du produit dans la zone d'irradiation 1, puis en faisant décroître la vitesse au fur et à mesure qu'un volume plus important de produit se trouve dans la zone d'irradiation 1, puis en augmentant progressivement la vitesse jusqu'en fin de passage du produit dans la zone d'irradiation 1.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le dispositif d'échauffement selon l'invention comporte en outre des moyens de génération d'un rayonnement infrarouge 9, pour appliquer un rayonnement infrarouge à la surface du produit 4 en amont de la ou des zones d'irradiation 1, la et 1 b, Les moyens de génération de rayonnement infrarouge 9 sont pilotés par les moyens de commande 8, auxquels ils sont reliés par une ligne de commande 9c.
Le rayonnement infrarouge peut être appliqué sur une portion seulement de la surface du produit 4, comme représenté sur les figures, ou peut avantageusement être appliqué simultanément sur toute la surface du produit 4.
En pratique, le rayonnement infrarouge peut être produit par des lampes infrarouges 9a, 9b placées de part et d'autre des guides 3a et 3b, en amont de la zone d'irradiation 1 dans le sens de déplacement 7 du chariot 2a, et au voisinage de la zone d'irradiation 1.
Selon une première méthode, le dispositif de commande 8 contrôle la puissance électromagnétique globale délivrée par les magnétrons 5a et 6a pour adapter en permanence la puissance électromagnétique globale en fonction du volume et des propriétés diélectriques de la portion irradiée du produit.
En alternative ou en complément, le dispositif de commande 8 adapte en permanence la vitesse de déplacement du chariot 2a par le vérin 2e en fonction du volume de produit présent dans la zone d'irradiation 1: pour une forme de produit 4 en disque telle qu'illustrée sur la figure 4, on comprend que le volume de produit est croissant depuis un volume nul lorsque le produit 4 est tangent à la zone d'irradiation 1 en début de pénétration du produit dans la zone d'irradiation 1, puis augmente jusqu'à atteindre un maximum lorsqu'un diamètre du produit est présent dans la zone d'irradiation 1, puis diminue jusqu'à s'annuler lorsque le produit 4 devient à nouveau tangent à la zone d'irradiation 1. En pratique, le dispositif de commande 8 peut faire varier la vitesse de déplacement du chariot 2a, avec une vitesse plus importante en début de pénétration du produit dans la zone d'irradiation 1, puis en faisant décroître la vitesse au fur et à mesure qu'un volume plus important de produit se trouve dans la zone d'irradiation 1, puis en augmentant progressivement la vitesse jusqu'en fin de passage du produit dans la zone d'irradiation 1.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le dispositif d'échauffement selon l'invention comporte en outre des moyens de génération d'un rayonnement infrarouge 9, pour appliquer un rayonnement infrarouge à la surface du produit 4 en amont de la ou des zones d'irradiation 1, la et 1 b, Les moyens de génération de rayonnement infrarouge 9 sont pilotés par les moyens de commande 8, auxquels ils sont reliés par une ligne de commande 9c.
Le rayonnement infrarouge peut être appliqué sur une portion seulement de la surface du produit 4, comme représenté sur les figures, ou peut avantageusement être appliqué simultanément sur toute la surface du produit 4.
En pratique, le rayonnement infrarouge peut être produit par des lampes infrarouges 9a, 9b placées de part et d'autre des guides 3a et 3b, en amont de la zone d'irradiation 1 dans le sens de déplacement 7 du chariot 2a, et au voisinage de la zone d'irradiation 1.
14 Les lampes à rayonnement infrarouge 9a et 9b peuvent être des barrettes disposées verticalement, parallèlement aux faces principales du produit 4 et perpendiculairement à la direction de déplacement 7 du chariot 2a.
Les lampes à rayonnement infrarouge 9a et 9b peuvent comprendre successivement, dans la direction du déplacement 7, tout d'abord au moins une lampe à rayonnement infrarouge à ondes plus courtes, puis au moins une lampe à
rayonnement infrarouge à ondes plus longues.
Pendant le traitement thermique du produit 4, il y a intérêt à sécher la surface externe du produit. On prévoit pour cela des moyens d'aspiration et/ou de mise en circulation d'air 10, par exemple une turbine d'aspiration raccordée à
la zone occupée par les lampes à rayonnement infrarouge 9a et 9b et raccordée à
la zone d'irradiation 1. Les moyens d'aspiration 10 sont pilotés par les moyens de commande 8, auxquels ils sont reliés par une ligne de commande 10a.
Le chariot 2a peut avantageusement être réalisé en acier inoxydable.
Il peut avantageusement comprendre en outre des éléments tels que des tiges verticales en quartz 2d, qui sont transparentes aux ondes électromagnétiques lors de leur passage dans la zone d'irradiation 1, et qui participent au maintien en forme et en place du produit 4 au cours de son traitement dans la zone d'irradiation.
Dans le mode de réalisation des figures 4 à 7, comprenant un' échauffement superficiel préalable par infrarouges, on traite un produit 4 nu, dépourvu de toute enveloppe de conditionnement.
En début de cycle de fonctionnement, illustré sur la figure 4, le chariot 2a est à l'écart de la zone d'irradiation 1, et peut recevoir le produit 4 à
traiter par l'ouverture supérieure 2c de la cavité 2b. On déplace alors le chariot 2a dans la direction de déplacement 7 en direction de la zone d'irradiation 1.
Sur la figure 5, le produit 4 à traiter passe devant les moyens de génération d'un rayonnement infrarouge 9, qui génèrent un rayonnement infrarouge appliqué aux faces principales du produit 4.
Sur la figure 6, le produit 4 à traiter défile devant la zone d'irradiation 1, et est ainsi soumis aux ondes électromagnétiques produisant son échauffement à
c ur.
Sur la figure 7, le produit 4 à traiter arrive en fin de passage devant la zone d'irradiation 1, et on termine ainsi l'étape de décongélation.
Le mouvement illustré sur les figures successives 4 à 7 constitue une première étape a) de décongélation, au cours de laquelle on irradie partiellement par balayage le produit 4 par le rayonnement électromagnétique monomode généré
dans la zone d'irradiation 1. Une portion seulement du produit 4 est irradiée dans la zone d'irradiation 1, et on réalise un déplacement relatif de la zone d'irradiation 1 et du produit 4 l'un par rapport à l'autre de telle façon que la portion irradiée de produit 4 comprenne en permanence au moins une zone décongelée de portion 5 irradiée de produit et une zone adjacente congelée de portion irradiée de produit.
Après l'étape a), c'est-à-dire lorsque le produit 4 décongelé est arrivé à
l'écart de la zone d'irradiation 1, comme illustré sur la figure 7, on peut entreprendre une étape ultérieure b) d'échauffement, consistant à irradier partiellement par balayage le produit 4 par un rayonnement électromagnétique 10 monomode, en plaçant au moins une portion irradiée de produit dans une zone d'irradiation telle que la zone d'irradiation 1, et en réalisant un déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit l'un par rapport, jusqu'à amener le produit à
une température déterminée.
Par exemple, on peut déplacer le chariot 2a dans le sens inverse de la
Les lampes à rayonnement infrarouge 9a et 9b peuvent comprendre successivement, dans la direction du déplacement 7, tout d'abord au moins une lampe à rayonnement infrarouge à ondes plus courtes, puis au moins une lampe à
rayonnement infrarouge à ondes plus longues.
Pendant le traitement thermique du produit 4, il y a intérêt à sécher la surface externe du produit. On prévoit pour cela des moyens d'aspiration et/ou de mise en circulation d'air 10, par exemple une turbine d'aspiration raccordée à
la zone occupée par les lampes à rayonnement infrarouge 9a et 9b et raccordée à
la zone d'irradiation 1. Les moyens d'aspiration 10 sont pilotés par les moyens de commande 8, auxquels ils sont reliés par une ligne de commande 10a.
Le chariot 2a peut avantageusement être réalisé en acier inoxydable.
Il peut avantageusement comprendre en outre des éléments tels que des tiges verticales en quartz 2d, qui sont transparentes aux ondes électromagnétiques lors de leur passage dans la zone d'irradiation 1, et qui participent au maintien en forme et en place du produit 4 au cours de son traitement dans la zone d'irradiation.
Dans le mode de réalisation des figures 4 à 7, comprenant un' échauffement superficiel préalable par infrarouges, on traite un produit 4 nu, dépourvu de toute enveloppe de conditionnement.
En début de cycle de fonctionnement, illustré sur la figure 4, le chariot 2a est à l'écart de la zone d'irradiation 1, et peut recevoir le produit 4 à
traiter par l'ouverture supérieure 2c de la cavité 2b. On déplace alors le chariot 2a dans la direction de déplacement 7 en direction de la zone d'irradiation 1.
Sur la figure 5, le produit 4 à traiter passe devant les moyens de génération d'un rayonnement infrarouge 9, qui génèrent un rayonnement infrarouge appliqué aux faces principales du produit 4.
Sur la figure 6, le produit 4 à traiter défile devant la zone d'irradiation 1, et est ainsi soumis aux ondes électromagnétiques produisant son échauffement à
c ur.
Sur la figure 7, le produit 4 à traiter arrive en fin de passage devant la zone d'irradiation 1, et on termine ainsi l'étape de décongélation.
Le mouvement illustré sur les figures successives 4 à 7 constitue une première étape a) de décongélation, au cours de laquelle on irradie partiellement par balayage le produit 4 par le rayonnement électromagnétique monomode généré
dans la zone d'irradiation 1. Une portion seulement du produit 4 est irradiée dans la zone d'irradiation 1, et on réalise un déplacement relatif de la zone d'irradiation 1 et du produit 4 l'un par rapport à l'autre de telle façon que la portion irradiée de produit 4 comprenne en permanence au moins une zone décongelée de portion 5 irradiée de produit et une zone adjacente congelée de portion irradiée de produit.
Après l'étape a), c'est-à-dire lorsque le produit 4 décongelé est arrivé à
l'écart de la zone d'irradiation 1, comme illustré sur la figure 7, on peut entreprendre une étape ultérieure b) d'échauffement, consistant à irradier partiellement par balayage le produit 4 par un rayonnement électromagnétique 10 monomode, en plaçant au moins une portion irradiée de produit dans une zone d'irradiation telle que la zone d'irradiation 1, et en réalisant un déplacement relatif de la zone d'irradiation et du produit l'un par rapport, jusqu'à amener le produit à
une température déterminée.
Par exemple, on peut déplacer le chariot 2a dans le sens inverse de la
15 flèche 7, pour faire passer le produit 4 dans la zone d'irradiation 1 initialement utilisée pour la décongélation.
La puissance délivrée par les magnétrons lors de ce second passage d'échauffement peut être plus élevée que la puissance délivrée lors du premier passage de décongélation.
On se retrouve ensuite dans la position illustrée sur la figure 4, position dans laquelle le produit 4 peut être retiré du chariot 2a.
On comprend que le fonctionnement du dispositif peut être entièrement automatisé, depuis l'introduction du produit 4 comme illustré sur la figure 4, jusqu'à
son retrait dans cette même position de la figure 4.
On considère maintenant la figure 1, qui illustre la variation du facteur de pertes diélectriques " de l'eau et de quelques produits alimentaires en fonction de la température.
La courbe A correspond à l'eau pure, les courbes B, C, D, E et F
correspondent respectivement au boeuf cuit, au boeuf cru, aux carottes cuites, à la purée de pommes de terre, au jambon cuit.
On voit que dans tous les cas le facteur de pertes diélectriques E" est relativement faible pour les températures négatives, qu'il subit une augmentation très brusque au voisinage de la température 0 C, pour ensuite connaître dans la plupart des cas un maximum et une décroissance progressive lors de l'échauffement au-delà de la température 0 C.
Il en résulte que, à l'état congelé, un produit contenant de l'eau, par exemple un aliment à traiter thermiquement, présente un très faible facteur de
La puissance délivrée par les magnétrons lors de ce second passage d'échauffement peut être plus élevée que la puissance délivrée lors du premier passage de décongélation.
On se retrouve ensuite dans la position illustrée sur la figure 4, position dans laquelle le produit 4 peut être retiré du chariot 2a.
On comprend que le fonctionnement du dispositif peut être entièrement automatisé, depuis l'introduction du produit 4 comme illustré sur la figure 4, jusqu'à
son retrait dans cette même position de la figure 4.
On considère maintenant la figure 1, qui illustre la variation du facteur de pertes diélectriques " de l'eau et de quelques produits alimentaires en fonction de la température.
La courbe A correspond à l'eau pure, les courbes B, C, D, E et F
correspondent respectivement au boeuf cuit, au boeuf cru, aux carottes cuites, à la purée de pommes de terre, au jambon cuit.
On voit que dans tous les cas le facteur de pertes diélectriques E" est relativement faible pour les températures négatives, qu'il subit une augmentation très brusque au voisinage de la température 0 C, pour ensuite connaître dans la plupart des cas un maximum et une décroissance progressive lors de l'échauffement au-delà de la température 0 C.
Il en résulte que, à l'état congelé, un produit contenant de l'eau, par exemple un aliment à traiter thermiquement, présente un très faible facteur de
16 pertes diélectriques. Par conséquent, des ondes électromagnétiques appliquées sur le produit tendent à être réfléchies ou à traverser le produit, et à
retourner aux magnétrons.
Par contre, lorsque le produit est décongelé, le facteur de pertes diélectriques plus important permet une plus grande transformation de l'énergie électromagnétique en chaleur.
L'invention met à profit ce phénomène, en traitant le produit de manière à conserver en permanence, dans la zone d'irradiation, au moins une portion de produit décongelée qui va concentrer l'échauffement par les ondes électromagnétiques et transmettre cet échauffement par conduction vers la zone adjacente non encore décongelée.
Considérons la figure 8, qui illustre en perspective un produit 4 en forme de disque, en cours de traitement de décongélation dans une zone d'irradiation 1.
Le produit 4 en forme de disque présente une épaisseur e et un diamètre D. Il est contenu seulement en partie dans la zone d'irradiation 1 qui a elle-même une forme parallélépipédique de hauteur L1, de longueur L2, et d'épaisseur E.
L'épaisseur E de la zone d'irradiation est supérieure à l'épaisseur e du produit 4. La hauteur L1 de la zone d'irradiation est supérieure au diamètre D
du produit 4. La longueur L2 de la zone d'irradiation est nettement inférieure au diamètre D du produit 4.
Ainsi, la zone d'irradiation 1 présente une forme allongée selon une direction d'allongement I1-I1, verticale sur la figure 8.
Dans la zone d'irradiation 1, le produit 4 présente, essentiellement le long de la direction d'allongement II-II, une frontière F entre une partie décongelée 4a (illustrée avec des stries) et une partie encore congelée 4b (dépourvue de stries). Cette frontière F se déplace en direction de la partie encore congelée, comme illustré par la flèche V, à la vitesse de propagation de la chaleur dans le produit 4. Selon l'invention, on assure un déplacement relatif volontaire et contrôlé
V' du produit 4 et de la zone d'irradiation 1 à la même vitesse et selon la même direction que ce déplacement naturel de la frontière F, de sorte que la portion irradiée 4a, 4b du produit 4 s'étend en permanence, pendant le déplacement, de part et d'autre de la frontière F.
Sur la figure 9, le produit 4 est à l'état congelé, entièrement en dehors de la zone d'irradiation 1. On le déplace dans le sens illustré par la flèche V.
Sur la figure 10, une portion du produit 4 a pénétré dans la zone d'irradiation 1, et on voit l'apparition d'une frontière F entre une zone décongelée
retourner aux magnétrons.
Par contre, lorsque le produit est décongelé, le facteur de pertes diélectriques plus important permet une plus grande transformation de l'énergie électromagnétique en chaleur.
L'invention met à profit ce phénomène, en traitant le produit de manière à conserver en permanence, dans la zone d'irradiation, au moins une portion de produit décongelée qui va concentrer l'échauffement par les ondes électromagnétiques et transmettre cet échauffement par conduction vers la zone adjacente non encore décongelée.
Considérons la figure 8, qui illustre en perspective un produit 4 en forme de disque, en cours de traitement de décongélation dans une zone d'irradiation 1.
Le produit 4 en forme de disque présente une épaisseur e et un diamètre D. Il est contenu seulement en partie dans la zone d'irradiation 1 qui a elle-même une forme parallélépipédique de hauteur L1, de longueur L2, et d'épaisseur E.
L'épaisseur E de la zone d'irradiation est supérieure à l'épaisseur e du produit 4. La hauteur L1 de la zone d'irradiation est supérieure au diamètre D
du produit 4. La longueur L2 de la zone d'irradiation est nettement inférieure au diamètre D du produit 4.
Ainsi, la zone d'irradiation 1 présente une forme allongée selon une direction d'allongement I1-I1, verticale sur la figure 8.
Dans la zone d'irradiation 1, le produit 4 présente, essentiellement le long de la direction d'allongement II-II, une frontière F entre une partie décongelée 4a (illustrée avec des stries) et une partie encore congelée 4b (dépourvue de stries). Cette frontière F se déplace en direction de la partie encore congelée, comme illustré par la flèche V, à la vitesse de propagation de la chaleur dans le produit 4. Selon l'invention, on assure un déplacement relatif volontaire et contrôlé
V' du produit 4 et de la zone d'irradiation 1 à la même vitesse et selon la même direction que ce déplacement naturel de la frontière F, de sorte que la portion irradiée 4a, 4b du produit 4 s'étend en permanence, pendant le déplacement, de part et d'autre de la frontière F.
Sur la figure 9, le produit 4 est à l'état congelé, entièrement en dehors de la zone d'irradiation 1. On le déplace dans le sens illustré par la flèche V.
Sur la figure 10, une portion du produit 4 a pénétré dans la zone d'irradiation 1, et on voit l'apparition d'une frontière F entre une zone décongelée
17 4a et une zone encore congelée 4b, les zones 4a et 4b constituant la zone irradiée du produit 4. La frontière F a tendance à se déplacer vers la gauche.
Sur la figure 11, on a provoqué un déplacement relatif du produit 4 et de la zone d'irradiation 1 de façon à conserver la position relative de la zone d'irradiation 1 de part et d'autre de la frontière F qui sépare encore les zones décongelée 4a et encore congelée 4b dans la portion irradiée du produit 4.
Sur la figure 12, on a encore suivi la progression de la frontière F dans le produit 4, qui se situe alors dans la partie médiane du produit 4.
Sur la figure 13, la frontière F a bientôt atteint l'extrémité gauche du produit 4, et seule une frange réduite 4b reste congelée. Tout le reste du produit 4 est décongelé. On poursuivra le déplacement V' jusqu'à ce que la zone d'irradiation 1 ait parcouru la totalité du produit 4 initialement congelé.
Si l'on considère à nouveau la figure 8, les ondes électromagnétiques se propagent, dans le produit 4, selon la direction de son épaisseur e. Le déplacement relatif entre la zone d'irradiation 1 et le produit 4 s'effectue selon la direction de déplacement V. La zone d'irradiation est allongée selon la direction d'allongement Il-II. On voit que les trois directions précitées sont perpendiculaires les unes aux autres, dans ce mode de réalisation.
L'application d'ondes électromagnétiques monomodes permet de concentrer dans une zone d'irradiation 1 de largeur L2 d'environ 12 mm de part et d'autre de la direction d'allongement II-II plus de 60 % de l'énergie des ondes électromagnétiques appliquées sur le produit 4, concentrant ainsi l'énergie de façon à optimiser le phénomène de conduction de part et d'autre de la frontière F, entre la zone décongelée 4a et la zone encore congelée 4b du produit 4.
Ainsi, le processus d'échauffement selon l'invention est un processus d'échauffement hybride dans lequel l'échauffement intrinsèque par les ondes électromagnétiques collabore avec l'échauffement par conduction, de manière permanente et contrôlée.
Le résultat est une augmentation très sensible de la rapidité du traitement thermique, au moins dans l'étape de décongélation. Par rapport à un échauffement par micro-ondes sans balayage, on considère que le temps de décongélation selon l'invention est réduit de 50 %.
En pratique, le traitement préalable par infrarouges accélère encore ce processus, en réalisant un traitement de surface du produit qui à la fois génère une croûte relativement étanche et transparente aux ondes électromagnétiques, avec une portion déjà décongelée de produit en sous-couche au-dessous de la croûte.
Lors du passage ultérieur du produit dans la zone d'irradiation, les ondes
Sur la figure 11, on a provoqué un déplacement relatif du produit 4 et de la zone d'irradiation 1 de façon à conserver la position relative de la zone d'irradiation 1 de part et d'autre de la frontière F qui sépare encore les zones décongelée 4a et encore congelée 4b dans la portion irradiée du produit 4.
Sur la figure 12, on a encore suivi la progression de la frontière F dans le produit 4, qui se situe alors dans la partie médiane du produit 4.
Sur la figure 13, la frontière F a bientôt atteint l'extrémité gauche du produit 4, et seule une frange réduite 4b reste congelée. Tout le reste du produit 4 est décongelé. On poursuivra le déplacement V' jusqu'à ce que la zone d'irradiation 1 ait parcouru la totalité du produit 4 initialement congelé.
Si l'on considère à nouveau la figure 8, les ondes électromagnétiques se propagent, dans le produit 4, selon la direction de son épaisseur e. Le déplacement relatif entre la zone d'irradiation 1 et le produit 4 s'effectue selon la direction de déplacement V. La zone d'irradiation est allongée selon la direction d'allongement Il-II. On voit que les trois directions précitées sont perpendiculaires les unes aux autres, dans ce mode de réalisation.
L'application d'ondes électromagnétiques monomodes permet de concentrer dans une zone d'irradiation 1 de largeur L2 d'environ 12 mm de part et d'autre de la direction d'allongement II-II plus de 60 % de l'énergie des ondes électromagnétiques appliquées sur le produit 4, concentrant ainsi l'énergie de façon à optimiser le phénomène de conduction de part et d'autre de la frontière F, entre la zone décongelée 4a et la zone encore congelée 4b du produit 4.
Ainsi, le processus d'échauffement selon l'invention est un processus d'échauffement hybride dans lequel l'échauffement intrinsèque par les ondes électromagnétiques collabore avec l'échauffement par conduction, de manière permanente et contrôlée.
Le résultat est une augmentation très sensible de la rapidité du traitement thermique, au moins dans l'étape de décongélation. Par rapport à un échauffement par micro-ondes sans balayage, on considère que le temps de décongélation selon l'invention est réduit de 50 %.
En pratique, le traitement préalable par infrarouges accélère encore ce processus, en réalisant un traitement de surface du produit qui à la fois génère une croûte relativement étanche et transparente aux ondes électromagnétiques, avec une portion déjà décongelée de produit en sous-couche au-dessous de la croûte.
Lors du passage ultérieur du produit dans la zone d'irradiation, les ondes
18 électromagnétiques sont absorbées également par la portion décongelée de produit en sous-couche de la croûte, ce qui augmente la longueur de la zone de frontière entre la partie décongelée et la partie encore congelée de produit, assurant ainsi une accélération du processus de décongélation.
On a ainsi pu réaliser une accélération très sensible du traitement thermique du produit. A titre d'exemple, en moins de 45 secondes, on a pu réaliser une cuisson correcte d'hamburgers préalablement congelés à-18 C, avec à l'état final une croûte superficielle d'aspect et de consistance appropriés, et avec une cuisson appropriée à coeur. Les hamburgers objet de ce test avaient initialement un poids de 113 grammes, et une forme de disque ayant une épaisseur de 12,5 millimètres. Au cours de leur traitement selon l'invention, ils étaient disposés et déplacés comme illustré sur les figures.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après.
On a ainsi pu réaliser une accélération très sensible du traitement thermique du produit. A titre d'exemple, en moins de 45 secondes, on a pu réaliser une cuisson correcte d'hamburgers préalablement congelés à-18 C, avec à l'état final une croûte superficielle d'aspect et de consistance appropriés, et avec une cuisson appropriée à coeur. Les hamburgers objet de ce test avaient initialement un poids de 113 grammes, et une forme de disque ayant une épaisseur de 12,5 millimètres. Au cours de leur traitement selon l'invention, ils étaient disposés et déplacés comme illustré sur les figures.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après.
Claims (27)
1 - Procédé d'échauffement par micro-ondes pour la décongélation et le traitement thermique d'un produit (4) congelé, comprenant au moins une étape a) de décongélation au cours de laquelle on place une portion du produit (4) dans une zone d'irradiation (1) soumise à un rayonnement électromagnétique et on réalise un déplacement relatif (7) de la zone d'irradiation (1) et du produit (4) l'un par rapport à l'autre de façon que la zone d'irradiation (1) parcoure tout le produit (4) congelé, caractérisé en ce que :
- le déplacement relatif (7) de la zone d'irradiation (1) et du produit (4) l'un par rapport à l'autre est réalisé selon une vitesse et une direction telles que la portion irradiée de produit (4) s'étende en permanence, pendant ledit déplacement, de part et d'autre d'une frontière (F) entre une zone déjà décongelée (4a) de portion irradiée de produit et une zone adjacente encore congelée (4b) de portion irradiée de produit, - le rayonnement électromagnétique est monomode, formé de la superposition de trains d'ondes opposés.
- le déplacement relatif (7) de la zone d'irradiation (1) et du produit (4) l'un par rapport à l'autre est réalisé selon une vitesse et une direction telles que la portion irradiée de produit (4) s'étende en permanence, pendant ledit déplacement, de part et d'autre d'une frontière (F) entre une zone déjà décongelée (4a) de portion irradiée de produit et une zone adjacente encore congelée (4b) de portion irradiée de produit, - le rayonnement électromagnétique est monomode, formé de la superposition de trains d'ondes opposés.
2 - Procédé d'échauffement par micro-ondes pour la décongélation et le traitement thermique d'un produit (4) congelé selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il comprend en outre une étape ultérieure b) d'échauffement au cours de laquelle on irradie le produit (4) par un rayonnement électromagnétique monomode en plaçant une portion irradiée du produit (4) dans une zone d'irradiation (1) et en réalisant un déplacement relatif de la zone d'irradiation (1) et du produit (4) l'un par rapport à l'autre de façon que la zone d'irradiation (1) parcoure tout le produit (4), jusqu'à amener le produit (4) à une température déterminée.
en ce qu'il comprend en outre une étape ultérieure b) d'échauffement au cours de laquelle on irradie le produit (4) par un rayonnement électromagnétique monomode en plaçant une portion irradiée du produit (4) dans une zone d'irradiation (1) et en réalisant un déplacement relatif de la zone d'irradiation (1) et du produit (4) l'un par rapport à l'autre de façon que la zone d'irradiation (1) parcoure tout le produit (4), jusqu'à amener le produit (4) à une température déterminée.
3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone d'irradiation (1) présente une forme allongée selon une direction d'allongement en ce que le déplacement relatif (7) s'effectue transversalement par rapport à la direction d'allongement et en ce que le rayonnement électromagnétique se propage, dans la zone d'irradiation (1), selon une direction de propagation sensiblement perpendiculaire à la direction d'allongement (II-II) et à la direction du déplacement relatif (7).
4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que :
- la zone d'irradiation (1) présente, selon la direction d'allongement (II-II), une longueur (L1) sensiblement égale à une première dimension correspondante du produit à traiter (4), - la zone d'irradiation (1) présente, selon la direction de déplacement (7), une largeur (L2) inférieure à sa longueur (L1) et nettement inférieure à la dimension du produit à traiter (4) dans la direction du déplacement relatif (7).
- la zone d'irradiation (1) présente, selon la direction d'allongement (II-II), une longueur (L1) sensiblement égale à une première dimension correspondante du produit à traiter (4), - la zone d'irradiation (1) présente, selon la direction de déplacement (7), une largeur (L2) inférieure à sa longueur (L1) et nettement inférieure à la dimension du produit à traiter (4) dans la direction du déplacement relatif (7).
- Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la direction d'allongement (II-II) de la zone d'irradiation (1) est contenue dans un plan sensiblement vertical.
6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lors du déplacement relatif de la zone d'irradiation (1) et du produit (4), la zone d'irradiation (1) est fixe et le produit (4) est mobile.
7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lors du déplacement relatif de la zone d'irradiation (1) et du produit (4), on adapte la puissance électromagnétique injectée à la taille et aux propriétés diélectriques de la portion irradiée du produit à traiter (4), de façon à
assurer en permanence dans la portion irradiée une régulation de la puissance volumique, avantageusement à un niveau sensiblement égal à ou peu différent de la puissance volumique absorbable par la portion irradiée du produit (4).
assurer en permanence dans la portion irradiée une régulation de la puissance volumique, avantageusement à un niveau sensiblement égal à ou peu différent de la puissance volumique absorbable par la portion irradiée du produit (4).
8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la régulation de la puissance volumique s'effectue par la variation de la vitesse de déplacement relatif entre la zone d'irradiation (1) et le produit (4) et/ou par la variation de la puissance électromagnétique globale injectée.
9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que préalablement à l'étape a) de décongélation, on expose le produit (4) à au moins un rayonnement infrarouge (9).
- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que préalablement à l'étape a) de décongélation, on expose le produit (4) à un rayonnement infrarouge à ondes courtes et à un rayonnement infrarouge à ondes longues.
11 - Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le ou les rayonnements infrarouges (9) sont appliqués sur le produit (4) au voisinage de la zone d'irradiation (1), résultant en une application d'infrarouges par balayage qui suit le déplacement relatif (7) du produit (4).
12 - Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le ou les rayonnements infrarouges (9) sont appliqués simultanément sur toute la surface du produit (4).
13 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'on génère un courant d'air (10) pour sécher le produit (4) en surface lors de son exposition à un rayonnement infrarouge (9).
14 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'on maintient le produit (4) en position et en forme lors de son traitement.
15 - Dispositif d'échauffement par micro-ondes pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens de génération de rayonnement (5, 6) pour générer dans au moins une zone d'irradiation (1) un rayonnement électromagnétique monomode à trains d'ondes se propageant en sens opposés selon une direction de propagation, - des moyens de tenue de produit à traiter (2) pour placer au moins une portion irradiée d'un produit (4) dans la zone d'irradiation (1), - des moyens de déplacement (3) pour assurer le déplacement relatif de la zone d'irradiation (1) et du produit à traiter (4) selon une direction de déplacement (7) transversale par rapport à la direction de propagation du rayonnement, et selon une vitesse appropriée pour suivre le déplacement d'une frontière (F) entre zone décongelée (4a) et zone encore congelée (4b) du produit à traiter (4).
- des moyens de génération de rayonnement (5, 6) pour générer dans au moins une zone d'irradiation (1) un rayonnement électromagnétique monomode à trains d'ondes se propageant en sens opposés selon une direction de propagation, - des moyens de tenue de produit à traiter (2) pour placer au moins une portion irradiée d'un produit (4) dans la zone d'irradiation (1), - des moyens de déplacement (3) pour assurer le déplacement relatif de la zone d'irradiation (1) et du produit à traiter (4) selon une direction de déplacement (7) transversale par rapport à la direction de propagation du rayonnement, et selon une vitesse appropriée pour suivre le déplacement d'une frontière (F) entre zone décongelée (4a) et zone encore congelée (4b) du produit à traiter (4).
16 - Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la zone d'irradiation (1) présente une forme allongée selon une direction d'allongement (11-11), les moyens de déplacement (3) produisent un déplacement relatif selon une direction de déplacement (7) transversale par rapport à la direction d'allongement et les moyens de génération de rayonnement (5, 6) produisent un rayonnement électromagnétique monomode à direction de propagation sensiblement perpendiculaire à la direction d'allongement (11-11) et à la direction de déplacement (7).
17 - Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que :
- la zone d'irradiation (1) présente, selon la direction d'allongement une longueur (L1) sensiblement égale à une première dimension correspondante du produit à traiter (4), - la zone d'irradiation (1) présente, selon la direction de déplacement (7), une largeur (L2) inférieure à sa longueur (L1) et inférieure à la dimension du produit à
traiter (4) dans cette même direction de déplacement (7).
- la zone d'irradiation (1) présente, selon la direction d'allongement une longueur (L1) sensiblement égale à une première dimension correspondante du produit à traiter (4), - la zone d'irradiation (1) présente, selon la direction de déplacement (7), une largeur (L2) inférieure à sa longueur (L1) et inférieure à la dimension du produit à
traiter (4) dans cette même direction de déplacement (7).
18 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que les moyens de déplacement (3) déplacent le produit (4) par rapport à la zone d'irradiation (1) qui est fixe.
19 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (8) de régulation de la puissance volumique injectée dans le produit (4), pour injecter de préférence une puissance volumique en permanence sensiblement égale à ou peu différente de la puissance volumique absorbable par le produit (4).
20 - Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les moyens (8) de régulation de la puissance volumique injectée comprennent des moyens de contrôle de la puissance électromagnétique globale et/ou de la vitesse de déplacement du produit à traiter (4) par rapport à la zone d'irradiation (1), pour adapter en permanence la puissance électromagnétique globale et/ou la vitesse en fonction du volume et des propriétés diélectriques de la portion irradiée du produit (4).
21 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 20, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de génération d'un rayonnement infrarouge (9) pour appliquer un rayonnement infrarouge à la surface du produit (4) en amont de la ou des zones d'irradiation (1).
22 - Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend successivement, en amont de la ou des zones d'irradiation (1), au moins une lampe (9a, 9b) à rayonnement infrarouge à ondes plus courtes, puis au moins une lampe (9a, 9b) à rayonnement infrarouge à ondes plus longues.
23 - Dispositif selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce que les moyens de génération d'un rayonnement infrarouge (9) sont disposés en amont et au voisinage de la zone d'irradiation (1).
24 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 21 à 23, caractérisé en ce que les moyens de génération d'un rayonnement infrarouge (9) sont agencés pour appliquer un rayonnement infrarouge simultanément sur toute la surface du produit (4).
25 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 21 à 24, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'aspiration (10) et/ou de mise en circulation d'air pour sécher la surface de produit exposée au rayonnement infrarouge.
26 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 25, caractérisé en ce que les moyens de tenue de produit à traiter (2) comportent des éléments en acier inoxydable (2a).
27 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 26, caractérisé en ce que les moyens de tenue de produit à traiter (2) comportent des éléments en quartz (2d) pour maintenir en forme et en place le produit (4) au cours de son traitement dans la zone d'irradiation (1).
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