FR2696310A1 - Dispositif pour application d'ondes hyperfréquences avec boîtier de couplage multiplicateur. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif (1) destiné au traitement de produits dans une enceinte définissant une cavité, par application d'ondes hyperfréquences, comprenant des moyens d'excitation propres à créer un champ électrique (E) interne à la dite cavité, et un boîtier de couplage (4) des moyens d'excitation avec ladite enceinte. Le boîtier de couplage est symétrique par rapport à un plan médian longitudinal (5). Il présente un orifice unique (7) de sortie des ondes sur l'enceinte, de forme rectangulaire et deux compartiments (10, 11) symétriques par rapport audit plan médian. Les moyens d'excitation comportent deux magnétrons (15, 16), respectivement associés à chacun des deux compartiments. Le boîtier et les deux magnétrons sont agencés pour former un circuit de couplage des magnétrons permettant de réaliser la somme des puissances à la sortie du boîtier, les impédances ramenées du circuit étant telles qu'au moment où l'un des magnétrons émet, la voie de commutation vers l'autre est fermée par l'impédance ramenée du court-circuit.

Description

DISPOSITIF POUR APPLICATION D'ONDES
HYPERFREQUENCES AVEC BOITIER DE COUPLAGE XULTIPLICATEUR
La présente invention concerne un dispositif destiné au traitement de produits dans une enceinte définissant une cavité, par application d'ondes hyperfréquences, ou micro-ondes, le dispositif étant du type comprenant des moyens d'excitation de la cavité propres à créer un champ électrique (E) interne à la cavité et un boîtier de couplage des moyens d'excitation à ladite enceinte.

Par ondes hyperfréquences ou micro-ondes, il faut entendre les ondes de fréquence comprises entre 0,3 GHz et 300 GHz, et plus particulièrement celles situées dans la bande S (1,55 GHz à 5,2 GHz).

L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans le domaine de l'agro-alimentaire comme par exemple celui de la préparation rapide de plats chauds, prévue pour fonctionner de façon discontinue.

Dans ce cas, on utilisera notamment avantageusement des micro-ondes de fréquences standard égales à 2,45 MGHz.

L'invention est également applicable à tous autres domaines, sans limitations sur le type de produit ou le procédé spécifique mis en oeuvre. I1 peut s'agir par exemple du séchage de produits en plaque ou de la vulcanisation du caoutchouc.

Une partie importante du coût d'un dispositif du type ci-dessus mentionné est représentée par le coût du ou des générateurs de micro-ondes qui sont utilisés.

Si le coût d'un générateur ou magnétron standard à usage grand public, utilisé notamment dans les fours de cuisson à micro-ondes, est maintenant réduit compte tenu de la production de masse, il n'en est pas de même des magnétrons de plus forte puissance produits en plus petites quantités.

Ainsi la différence de prix entre un magnétron standard de puissance 1000 ou 1200 Watts et un magnétron de puissance double, est actuellement significative.

Or pour un grand nombre d'applications, la puissance d'un magnétron standard et peu cher du commerce est insuffisante.

On connaît déjà (FR 2.525.063) un dispositif qui, pour résoudre ce problème, utilise deux générateurs grand public de faible puissance en les associant à un même enceinte.

Dans ce cas les deux générateurs sont couplés séparément à l'enceinte dans laquelle sont placés les produits à traiter.

L'association avec une même enceinte de deux magnétrons est en effet rendue possible par le fait que les magnétrons standards n'émettent que pendant une demie alternance de la tension du secteur.

I1 suffit donc de réaliser un déphasage de 180 entre les deux alimentations de magnétrons pour que chacun d'eux émette alternativement. On obtient ainsi une puissance de l'ordre de 2000 Watts avec deux magnétrons de 1000 Watts.

Une telle solution présente des inconvénients. En effet elle impose le couplage séparé des générateurs avec l'enceinte, ce qui nécessite deux orifices de raccordement sur l'enceinte, deux boîtiers de couplage, et une disposition générale de l'ensemble enceinte et dispositif d'application qui est encombrante.

On ne connaît pas, en effet, jusqu'à présent de circuit de couplage de deux magnétrons sur un même orifice de raccordement permettant de réaliser sensiblement la somme des puissances à faible coût sans que le magnétron émetteur ne détruise le magnétron à l'arrêt.

La présente invention vise à fournir un dispositif répondant mieux que ceux antérieurement connus, aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet de réaliser sensiblement la somme des puissances de deux magnétrons en ne nécessitant qu'un seul orifice de raccordement avec l'enceinte, et ce de façon simple et peu coûteuse.

Le dispositif est compact, aisément connectable à une enceinte prévue avec un seul orifice standard de connexion avec un guide d'onde par exemple de dimension 86,5 mm x 43,5 mm pour une fréquence de 2,45 GHz.

De façon surprenante, les rendements de chauffage obtenus avec le dispositif de l'invention sont également supérieurs à ceux de l'art antérieur.

Dans ce but, l'invention propose essentiellement un dispositif destiné au traitement de produits dans une enceinte définissant une cavité, par application d'ondes hyperfréquences, ledit dispositif étant du type ci-dessus mentionné, caractérisé en ce que le boîtier de couplage est symétrique par rapport à un plan médian longitudinal, ledit boîtier présentant d'un côté un orifice unique de sortie des ondes vers l'enceinte, de forme rectangulaire, de dimension a x b, a étant la dimension du côté de l'orifice parallèle au plan médian, et de l'autre côté deux compartiments symétriques par rapport audit plan médian et respectivement terminés par une paroi d'extrémité rectangulaire de dimension a x b', en ce que les moyens d'excitation comportent deux magnétrons, chaque magnétron étant respectivement associé à un des deux compartiments, et en ce que ledit boîtier et les deux magnétrons sont agencés pour former un circuit de couplage des magnétrons permettant de réaliser sensiblement la somme des puissances à l'orifice de sortie du boîtier, les impédances ramenées dudit circuit étant telles qu'au moment où l'un des magnétrons émet, la voie de commutation vers l'autre est fermée par l'impédance ramenée du court-circuit.

Tout mode de fonctionnement de l'enceinte (TE01 ou un autre mode) peut être envisagé avec ce dispositif, notamment les multimodes et les modes hybrides.

Le mode résonnant est également possible, mais plus coûteux.

Dans un mode de réalisation avantageux le boîtier comprend une première partie de section transversale rectangulaire croissante terminée d'un côté par l'orifice de dimension a x b, et raccordée de l'autre côté à une seconde partie délimitant les deux compartiments, ladite seconde partie ayant une section transversale rectangulaire constante a x b" avec b " = 2b' et comprenant une paroi plane médiane rectangulaire située dans le plan médian longitudinal et séparant les deux compartiments entre eux, ladite paroi étant de dimension a x b avec d égal ou sensiblement égal à (2n + 1) A9/2 où A9 est la longueur d'onde moyenne des micro-ondes dans un guide d'onde et n est un nombre entier supérieur ou égal à O, et en ce que les magnétrons sont disposés de part et d'autre du boîtier et par rapport au plan médian longitudinal.

A9 (la longueur d'onde moyenne des microondes dans un guide) doit être distinguée de la longueur d'onde dans l'air ou de la longueur d'onde de coupure, la formule liant ces trois longueurs d'onde étant 1/# = 1/#g + 1/#c avec X longueur d'onde dans l'air, Àg longueur d'onde dans le guide et Àc longueur d'onde de coupure.

Avantageusement la fréquence correspondant à Àg étant égal ou sensiblement égal à 2,45 GHz, a est égal ou sensiblement égal à 86,5 mm, d est égal ou sensiblement égal à 43,5 mm, b" est égal ou sensiblement égal à 70 mm et d est égal ou sensiblement égal à 87 mm.

Dans un autre mode de réalisation avantageux de l'invention le boîtier comprend une première partie parallélépipèdique de section transversale de dimension a x b terminée d'un coté par l'orifice de dimension a x b, et raccordée de l'autre coté à une seconde partie à deux branches symétriques par rapport au plan médian, définissant chacune un compartiment, chaque branche comportant un coude de raccordement ouvert sur une portion d'extrémité parallélépipèdique s'étendant vers l'extérieur, perpendiculairement au plan médian, de section transversale a x b', et en ce que le boîtier comprend une cloison rectangulaire de séparation entre les deux compartiments située dans le plan médian, ladite cloison étant de dimensions a x d', avec b' égal ou sensiblement égal à (2n + 1) Gag/2, où À est la
g longueur d'onde moyenne dans un guide et n est un nombre entier supérieur ou égal à 0, les magnétrons étant disposés sur les parois externes de chaque portion d'extrémité perpendiculaires au plan médian.

Avantageusement la fréquence correspondant à Àg étant égal à 2,45 GHz, a est égal ou sensiblement égal à 86,5 mm b est égal ou sensiblement égal à 43,5 mm d' est égal ou sensiblement égal à 32 mm ~" est égal ou sensiblement égal à 21 mm, d" étant la distance entre le coté oblique du coude et l'arête de raccordement entre la première partie et la seconde partie
Dans des modes de réalisation avantageux on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - la distance d' entre le côté oblique du coude et
l'arête de raccordement entre la première partie
et la seconde partie d'un boîtier de dispositif
selon l'invention est égale à de l'ordre de
0,9 d - d ou b' est légèrement inférieur à Gag/2
Par légèrement inférieur, il faut entendre par
exemple inférieur de 1 à 3 mm - les magnerons sont de type standard, chacun ayant
une puissance de l'ordre de 1 KW ou de l'ordre de
1,2 KW - l'axe de l'antenne de chaque magnétron est située
à une distance de 18 mm, ou de l'ordre de 18 mm,
de la paroi d'extrémité rectangulaire du
compartiment correspondant.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs.

La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels
- La figure 1 est une vue schématique en coupe latérale d'un dispositif d'application selon un premier mode de réalisation de l'invention.

- La figure 2 est une vue en perspective du dispositif de la figure 1.

- La figure 3 est une vue en coupe latérale schématique d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention.

- La figure 4 est une vue en perspective schématique d'un boîtier de couplage d'un dispositif selon un troisième mode de réalisation de l'invention.

La figure 1 montre un dispositif 1 destiné au traitement de produits par application d'ondes hyperfréquences dans une enceinte (non représentée) définissant une cavité.

Le dispositif comprend des moyens d'excitation 3 pour créer un champ électrique (E) par exemple en mode
Traverse Electrique (TE) multimode interne à la cavité, et un boîtier de couplage 4 des moyens d'excitation avec l'enceinte.

Le boîtier de couplage 4 est métallique et symétrique par rapport à un plan médian longitudinal 5.

I1 présente d'un côté 6, un orifice unique 7 de sortie des ondes sur l'enceinte.

L'orifice (voir figure 2) est rectangulaire de dimension a x b, a étant la dimension du côté de l'orifice parallèle au plan médian 5 et b la dimension perpendiculaire au plan médian.

Plus précisément le boîtier comporte une première partie 8 présentant une section transversale rectangulaire croissante, terminée d'un côté par l'orifice 7 et connectée de l'autre côté à une seconde partie 9 délimitant deux compartiments 10 et 11 identiques, symétriques par rapport au plan médian 5.

Chaque compartiment est respectivement terminé par une paroi d'extrémité rectangulaire 12 et 13, de dimension a x b'.

La seconde partie 9 est de section transversale rectangulaire constante a x b", a indiquant toujours la dimension du côté du rectangle parallèle au plan médian et b" étant égal à 2b'.

Cette seconde partie comprend une paroi médiane rectangulaire métallique 14, située dans le plan médian longitudinal 5, et séparant les deux compartiments entre eux.

Ladite paroi est de dimension a x d avec b égal ou sensiblement égal à (2n + 1) A9/2, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 0.

Les dimensions de la section rectangulaire croissante de la première partie varient donc de a x b à a x b".

La longueur totale du boîtier de raccordement est désigné par L, la longueur dans le sens longitudinal de la première partie étant désignée par c et celle de la seconde partie étant donc égale à L - c.

La valeur de la dimension c est de préférence choisie pour réaliser une bonne adaptation d'impédance dans le plan de sortie de l'orifice 21.

Le dispositif 1 comprend de plus des moyens d'excitation de la cavité de l'enceinte comportant deux magnétrons 15 et 16 identiques, par exemple de 1 KW et des moyens (non représentés) d'alimentation par le secteur et de commande du fonctionnement de ces magnétrons, connus en eux-mêmes et propres à commander l'émission desdits magnétrons en alternance pendant une demi-période de la tension du secteur.

Chaque magnétron comporte une antenne 17, 18 dont l'axe 19, 20 se trouve à une distance 1 de la paroi d'extrémité rectangulaire correspondante 12 ou 13.

La distance entre l'extrémité des antennes des magnétrons et la face opposée dans le compartiment est avantageusement choisie comme étant la plus petite possible, compte-tenu des dimensions structurelles de cette antenne.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention les dimensions suivantes sont prévues a = 86,5 mm b = 43,5 mm b' = 35 mm b" = 70 mm d = 87 mm
L = 187 mm 1 = 18 mm
Avec un tel dispositif, deux magnétrons par exemple de puissance moyenne 1000 Watts fournissent dans le plan 21 perpendiculaire au plan médian et contenant l'orifice 7 de sortie, une puissance moyenne qui produit des effets supérieurs à ceux produits par deux magnétrons séparés.

Dans un mode de réalisation avantageux d est légèrement inférieur à A9/2, par exemple de l'ordre de 5%.

De façon surprenante, on constate alors un meilleur fonctionnement du système, sans chauffage excessif du boîtier et des magnétrons.

La figure 3 montre un dispositif 22 selon un autre mode de réalisation de l'invention.

I1 comporte un boîtier de couplage 23 comprenant une première partie 23' parallélépipédique, symétrique autour d'un plan médian 24 de section transversale a x b (a étant toujours la dimension du côté du parallélépipède parallèle au plan médian).

La première partie 23' est terminée d'un côté par l'orifice 25 de dimension a x b, le parallélépipède présentant une longueur c, comme indiqué précédemment dans le cas du premier mode de réalisation décrit.

La première partie 23 est par ailleurs ouverte sur son autre côté et raccordée à une seconde partie 26 à deux branches 27, 28 symétriques par rapport au plan médian 24, et définissant chacune, et respectivement, les compartiments 29 et 30.

Chaque branche comporte un coude de raccordement 31, 32 de section transversale perpendiculaire au plan médian 24, constante et en forme de trapèze rectangle.

Le côté rectangle du trapèze 33, 34 (en trait mixte sur la figure 3) est ouvert vers la première partie du boîtier et de hauteur égale à b/2.

La grande base de la section, respectivement 35 et 36 (également en trait mixte sur la figure 3) est égale à b', pour reprendre les mêmes conventions que dans le cadre des figures 1 et 2.

Elle est située dans le prolongement de la paroi 37, 38 correspondante de la première partie du boîtier. Cette base est ouverte sur une portion d'extrémité parallélépipèdique, respectivement 39 et 40 s'étendant au delà de ladite grande base, perpendiculairement au plan médian et terminée par une paroi d'extrémité rectangulaire.

Chaque enceinte est de section transversale a x b'.

La petite base 41 de la section trapézoïdale est commune aux deux branches et est contenue dans le plan médian 24. Le boîtier 22 comprend par ailleurs une cloison rectangulaire 42, de séparation entre les deux compartiments, située dans ledit plan médian et qui contient en totalité la petite base 41 de la section trapézoïdale, petite base qu'elle prolonge vers l'orifice 25.

Cette cloison sépare les deux coudes entre eux.

Elle est de dimension a x d' avec d' = (2n + 1) x où n est un entier supérieur ou égal à 0.

Deux magnétrons 43 et 44 identiques sont prévus.

Ils sont situés sur les parois externes, respectivement 45 et 46, des portions d'extrémité, de l'autre côté du boîtier par rapport à l'orifice.

Des moyens (non représentés) d'alimentation par le secteur et de commande du fonctionnement des magnétrons en alternance sont également prévus. Ils sont connus en eux-mêmes.

Les côtés 45 et 46 sont perpendiculaires au plan médian 24.

Les axes respectifs 47 et 48 des antennes 49 et 50 de chacun des magnétrons sont situés respectivement à une distance 1, par exemple égale à 18 mm, des parois d'extrémité rectangulaires 51 et 52 correspondantes, de dimensions a x b'.

Dans un mode de réalisation avantageux, la fréquence correspondant à la longueur d'onde des micro-ondes utilisée est 2,45 GHz, a est égal à 86,5 mm, b égal à 43,5 mm, b' égal à 32 mm et b" (distance entre le côté oblique 53 ou 54 et l'arête du raccordement 55 ou 56 entre première partie et seconde partie) est égale à 20 mm.

Eventuellement une excroissance avec un évidement complémentaire dans la paroi opposée à l'antenne peut être faite de façon à laisser entre l'extrémité de cette dernière et ladite paroi une distance suffisante.

La figure 4 montre un autre mode de réalisation du boîtier 60 d'un dispositif selon l'invention.

Le boîtier 60 est symétrique par rapport à un plan médian longitudinal 61. Il présente d'un côté un orifice 62 unique, de sortie des ondes sur l'enceinte, de forme rectangulaire, de dimensions a x b, (a étant la dimension du côté parallèle au plan médian) et de l'autre côté deux compartiments 62 et 63 symétriques par rapport audit plan médian, présentant des parois latérales longitudinales à courbure non nulle, convexes, et respectivement terminés par une paroi rectangulaire 64 et 65 de dimension a x b'.

Les moyens d'excitation comportent deux magnétrons (non représentés) qui sont respectivement placés sur les parois externes 66 et 67 de chacun des deux compartiments 62 et 63.

On va maintenant décrire la mise en oeuvre du dispositif de l'invention selon les figures 1 et 2.

Le produit à traiter est introduit en continu ou en discontinu dans l'enceinte.

Puis le traitement des produits est effectué. Pour ce faire on alimente électriquement et alternativement les magnétrons 15 et 16, par demi-période de l'alimentation secteur.

Par exemple pendant chaque demi-période positive, le magnétron 15 est excité et fonctionne, et pendant chaque demi-période négative c'est le magnétron 16 qui est excité et qui fonctionne.

Lorsqu'un magnétron émet dans son compartiment, par exemple le magnétron 15 dans le compartiment 10, il se crée à une distance de l'ordre de Gag/2 de la paroi 12 qui fait court-circuit une impédance ramenée du court-circuit qui ferme la voie de communication vers l'autre compartiment 11 et son magnétron 16, ce qui protège ce dernier.

Il devient donc possible d'utiliser avec un même boîtier de raccordement standard deux magnétrons dont on cumule la puissance au niveau du guide d'ondes, sans endommagements de l'un par l'autre.

Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation plus particulièrement décrits, mais en concerne au contraire toutes les variantes et notamment celles où les compartiments des branches de la figure 3, sont inclinés par rapport à la verticale et/ou les coudes de raccordement de ces compartiments sont de section transversale différente de celle décrite dans le mode de réalisation de la figure 3, et/ou les magnétrons sont de plus forte puissance.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Dispositif (1 ; 22) destiné au traitement de produits dans une enceinte définissant une cavité, par application d'ondes hyperfréquences, comprenant des moyens d'excitation (15,16 ; 43,44) de la cavité propres à créer un champ électrique (E) interne à la dite cavité, et un boîtier (4 ; 23 ; 60) de couplage des moyens d'excitation avec ladite enceinte, caractérisé en ce que le boîtier de couplage (4 ; 23 ; 60) est symétrique par rapport à un plan médian longitudinal (5 ; 24 ; 61), en ce que ledit boîtier présente d'un coté un orifice (7 ; 25 ; 62) unique de sortie des ondes sur l'enceinte, de forme rectangulaire, de dimensions a x b, a étant la dimension du coté de l'orifice parallèle au plan médian, et de l'autre coté deux compartiments (10,11 ; 29,30 ; 62,63) symétriques par rapport audit plan médian et respectivement terminés par une paroi d'extrémité rectangulaire (12,13 51,52 ; 64,65) de dimension a x b', en ce que les moyens d'excitation comportent deux magnétrons (15,16 ; 43,44), chaque magnétron étant respectivement associé à un des deux compartiments, et en ce que ledit boîtier et les deux magnétrons sont agencés pour former un circuit de couplage des magnétrons permettant de réaliser sensiblement la somme des puissances à l'orifice (7 ; 25; 62) de sortie dudit boîtier, les impédances ramenées dudit circuit étant telles qu'au moment où l'un des magnétrons émet, la voie de commutation vers l'autre est fermée par l'impédance ramenée du court-circuit.

2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (4) comprend une première partie (18) de section transversale rectangulaire croissante terminée d'un côté (6) par l'orifice (7) de dimensions a x b, et raccordée de l'autre coté à une seconde partie (9) délimitant les deux compartiments, ladite seconde partie (9) étant de section transversale rectangulaire constante a x b", avec b" = 2b' et comprenant une paroi plane médiane rectangulaire (14) située dans le plan médian longitudinal (5) et séparant les deux compartiments entre eux, ladite paroi étant de dimension a x d avec d égal ou sensiblement égal à (2n + 1) Gag/2, où A9 est la longueur d'onde moyenne des micro-ondes dans le guide et n est un entier supérieur ou égal à 0, et en ce que les magnétrons sont disposés de part et d'autre du boîtier et par rapport au plan médian longitudinal.

3. Dispositif (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence correspondant à Àg est égale ou sensiblement égale à 2,45 GHz a est égal ou sensiblement égal à 86,5 mm b est égal ou sensiblement égal à 43,5 mm b" est égal ou sensiblement égal à 70 mm et -d est égal ou sensiblement égal à 87 mm

4.Dispositif (22) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (23) comprend une première partie (23') parallélépipèdique de section transversale de dimension a x b terminée d'un coté par l'orifice (25) de dimension a x b, et raccordée de l'autre coté à une seconde partie (26) à deux branches (27,28), symétriques par rapport au plan médian, définissant chacune un compartiment (29,30), chaque branche comportant un coude de raccordement (31,32) ouvert sur une portion d'extrémité parallélépipédique (39,40) s'détendant vers l'extérieur, perpendiculairement au plan médian, de section transversale a x b, et en ce que le boîtier comprend une cloison (42) rectangulaire de séparation entre les deux compartiments située dans le plan médian (24), ladite cloison étant de dimensions a x d', avec d' égal ou sensiblement égal à (2n + 1) A9/2, où Àg est la longueur d'onde moyenne dans un guide et n est un entier supérieur ou égale à 0, les magnétrons étant disposés sur les parois externes (45,46) de chaque portion d'extrémité perpendiculaires au plan médian.

5. Dispositif (22) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence correspondant à Àg est égale ou sensiblement égale à 2,45 GHz a est égal ou sensiblement égal à 86,5 mm b est égal ou sensiblement égal à 43,5 mm d' est égal ou sensiblement égal à 32 mm d" est égal ou sensiblement égal à 21 mm, ~" étant la distance entre le coté oblique (53,54) du coude (31,32) et l'arête de raccordement (55,56) entre la première partie et la seconde partie

6. Dispositif (22) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la distance d" entre le coté oblique du coude et l'arête de raccordement entre la première partie et la seconde partie, est égale à de l'ordre de 0,9 b.

7. Dispositif (1,22) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que b ou d' est un peu inférieur à Gag/2

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les magnétrons (15,16 ; 43,44) sont de type standard, chacun d'une puissance de l'ordre de 1 KW ou de 1,2 KW.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe (19,20 ; 47,48) de l'antenne (17,18 ; 49,50) de chaque magnétron est situé à une distance de 18 mm ou de l'ordre de 18 mm de la paroi d'extrémité rectangulaire (12,13 ; 51,52) du compartiment correspondant.