FR2867940A1

FR2867940A1 - Industrial and domestic wastes melting device, has applicator applied with charge whose variation is adjusted in upstream by banjo bolt adjustable in opening of wave guide and downstream by sliding device

Info

Publication number: FR2867940A1
Application number: FR0413548A
Authority: FR
Inventors: Richard Caterini
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2005-09-23

Abstract

The device has a wave guide (8a) having characteristic impedance adapted for matching between a load impedance of an applicator (9a) and an operating impedance of a power tube. The variation of charge applied to the applicator during execution of melting of wastes, is adjusted in upstream by banjo bolt (7a) adjustable in an opening of the guide and downstream by a sliding device (5a) on a terminal portion of a wave guide (2a).

Description

La présente invention concerne la fusion de déchets industriels ouThe present invention relates to the melting of industrial waste or

domestiques dans des gammes de températures comprises entre 500 degrés et 2500 degrés centigrades en utilisant un champ radiofréquence. in temperatures ranging from 500 degrees to 2500 degrees centigrade using a radio frequency field.

D'une façon générale, les installations haute fréquence (HF) industrielles fonctionnent dans des gammes de fréquences situées à 6,78 MHz, 13,56 MHz et 27,12 MHz et comprennent en général un générateur d'ondes haute-fréquence, une ligne de transmission d'énergie, un applicateur, une boîte d'adaptation dont la fonction est d'accorder l'impédance du circuit. In general, industrial HF installations operate in frequency ranges of 6.78 MHz, 13.56 MHz and 27.12 MHz and generally include a high-frequency energy transmission line, an applicator, an adapter box whose function is to match the impedance of the circuit.

La présente invention concerne la réalisation d'un dispositif utilisant les propriétés io conjointes des cavités de résonance (1) alliées aux propriétés des guides d'ondes (8) pour entraîner la fusion thermique des matériaux dans des gammes de fréquence allant de 400 MHZ à 2500 MHZ. The present invention relates to the production of a device using the joint properties of the resonance cavities (1) allied to the properties of the waveguides (8) to cause the thermal melting of the materials in frequency ranges ranging from 400 MHZ to 2500 MHz.

L'utilisation conjointe de ces éléments confère au dispositif des propriétés particulières en terme d'orientation du champ électromagnétique ainsi que de l'adaptation des impédances 15 ramenées de l'applicateur (9) vers le générateur de puissance HF. The joint use of these elements gives the device particular properties in terms of orientation of the electromagnetic field as well as the adaptation of the impedances brought back from the applicator (9) to the RF power generator.

Dans l'état actuel de la technique, les générateurs HF de puissance sont souvent conçus à partir d'un montage auto-oscillateur qui comprend un circuit oscillant ainsi qu'un interrupteur rapide et une source de haute tension continue. In the present state of the art, HF power generators are often designed from a self oscillator arrangement that includes an oscillating circuit as well as a fast switch and a DC high voltage source.

Le circuit oscillant est excité par des impulsions provenant d'un tube à vide. The oscillating circuit is excited by pulses from a vacuum tube.

Ce tube électronique peut être un magnétron, un klystron, un tube à ondes progressives, un simple tube émetteur de radiofréquences. This electron tube may be a magnetron, a klystron, a traveling wave tube, a single radiofrequency transmitter tube.

En régime établi, la fréquence de fonctionnement est stabilisée autour de la fréquence de résonance du circuit oscillant. In steady state, the operating frequency is stabilized around the resonant frequency of the oscillating circuit.

Un couplage de sortie, analogue à un transformateur, prélève la puissance du circuit 25 oscillant pour la transmettre à l'applicateur. An output coupling, analogous to a transformer, draws power from the oscillating circuit to transmit it to the applicator.

Pour limiter les dérives en fréquence et pour des raisons de rendement, le circuit oscillant doit posséder un coefficient de surtension Q élevé. On ne dépasse guère des valeurs de 100 pour "Q", car le courant réactif augmente avec Q, ce qui majore rapidement les pertes. C'est pourquoi, la présente invention substitue à la conception classique en circuit LC à éléments localisés, une conception en cavité résonnante (1) dont la particularité est de privilégier un mode de propagation du champ électrique convenant parfaitement à l'application visée. To limit frequency drift and for efficiency reasons, the oscillating circuit must have a high Q overvoltage coefficient. The values of 100 are hardly exceeded for "Q" because the reactive current increases with Q, which rapidly increases the losses. Therefore, the present invention replaces the conventional LC circuit design with localized elements, a resonant cavity design (1) whose particularity is to favor a propagation mode of the electric field that is perfectly suitable for the intended application.

D'une façon classique, tout générateur HF est caractérisé par quatre grandeurs fondamentales: la puissance utile, le rendement, la fréquence et l'impédance nominale. In a conventional manner, any HF generator is characterized by four basic variables: the useful power, the efficiency, the frequency and the nominal impedance.

É La puissance utile du générateur dépend essentiellement de la source haute tension continue (1 000 à 25 000 Volts) et du point de fonctionnement du tube lui-même. La The useful power of the generator depends essentially on the high-voltage DC source (1000 to 25 000 Volts) and the operating point of the tube itself.

É Le rendement du générateur, entre puissance HF et réseau, est surtout déterminé par le point de fonctionnement du tube. Ce rendement dépend de l'impédance vue par le tube entre anode et cathode, de la polarisation de la grille, et du couplage entre la grille et le circuit oscillant. É The efficiency of the generator, between RF power and mains, is mainly determined by the operating point of the tube. This efficiency depends on the impedance seen by the tube between anode and cathode, the polarization of the gate, and the coupling between the gate and the oscillating circuit.

É La fréquence du signal de sortie et sa stabilité sont liées à la conception du circuit oscillant: fréquence de résonance, surtension. É The frequency of the output signal and its stability are related to the design of the oscillating circuit: resonant frequency, overvoltage.

É L'impédance nominale du générateur est égale à l'impédance de l'applicateur qui, reliée à la sortie du générateur, permet au tube de travailler au point de fonctionnement choisi. É The nominal impedance of the generator is equal to the impedance of the applicator which, connected to the output of the generator, allows the tube to work at the chosen operating point.

Or, dans une installation HF industrielle, l'impédance que présente l'applicateur est fonction lo des caractéristiques du matériau à traiter. Toute variation de celles-ci va entraîner un décalage de la fréquence de résonance de l'applicateur car le matériau n'absorbe qu'une partie de l'énergie émise par le générateur. L'énergie non absorbée est consommée en partie dans les selfs de montage (chauffage) ou remonte vers le générateur, créant ainsi un phénomène d'onde stationnaire, responsable de flashes et de perturbations par is rayonnement. However, in an industrial HF installation, the impedance that the applicator presents is a function lo of the characteristics of the material to be treated. Any variation thereof will cause a shift in the resonant frequency of the applicator because the material absorbs only a portion of the energy emitted by the generator. The unabsorbed energy is consumed partly in the assembling chokes (heating) or goes back to the generator, thus creating a stationary wave phenomenon, responsible for flashes and disturbances by is radiation.

La présente invention pallie cet inconvénient en introduisant dans le montage un ou plusieurs éléments passifs montés sur un système amovible dont la valeur variable est ajustée par des actionneurs selon les paramètres liés au comportement du tube lui-même. Ainsi la montée en puissance de l'énergie rayonnée dans l'applicateur suit la variation de l'impédance nominale du produit à traiter tout en assurant la protection du tube HF Ce dispositif assure le transfert graduel de toute l'énergie issue du générateur HF vers le produit situé dans l'applicateur. The present invention overcomes this disadvantage by introducing into the mounting one or more passive elements mounted on a removable system whose variable value is adjusted by actuators according to the parameters related to the behavior of the tube itself. Thus the increase in power of the energy radiated in the applicator follows the variation of the nominal impedance of the product to be treated while ensuring the protection of the RF tube. This device ensures the gradual transfer of all the energy from the RF generator to the product located in the applicator.

La notion d'adaptation d'impédance est essentielle, car elle permet d'assimiler les conditions à respecter sur un montage haute fréquence ou micro-onde pour garantir une transmission optimale de l'énergie du générateur à sa charge et assurer ainsi la survie des éléments du dispositif. The notion of impedance matching is essential because it allows to assimilate the conditions to be respected on a high frequency or microwave mounting to ensure optimal transmission of the energy of the generator to its load and thus ensure the survival of elements of the device.

On dit qu'un système est adapté en impédance si le coefficient de réflexion de l'onde électromagnétique est nul. Cette définition est valable quel que soit le type de ligne d'alimentation y compris dans la présente invention l'utilisation d'une cavité (1) conjuguée à un guide d'onde (8).. It is said that a system is impedance matched if the reflection coefficient of the electromagnetic wave is zero. This definition is valid regardless of the type of supply line including in the present invention the use of a cavity (1) conjugated to a waveguide (8).

Lorsque le coefficient de réflexion est nul, le niveau de puissance réfléchie est nul; toute l'énergie issue de la source est absorbée par l'applicateur et il n'y a pas de phénomène d'ondes stationnaires. When the reflection coefficient is zero, the reflected power level is zero; all the energy from the source is absorbed by the applicator and there is no standing wave phenomenon.

Dans la présente invention, l'impédance du guide d'onde (8) est choisie de telle sorte que l'image des impédances d'entrée et de sortie soit globalement égales. A ce paramètre lié à l'impédance du guide d'onde s'ajoute la longueur elle-même du guide d'onde. Ces deux paramètres convenablement ajustés conditionnent l'adaptation des impédances. En particulier l'applicateur (9) peut être principalement réactif et dans ce cas l'image d'impédance d'entrée sera choisie comme étant elle même réactive. La relation existant entre ces deux impédances va conditionner le choix du guide d'onde (8). In the present invention, the impedance of the waveguide (8) is chosen such that the image of the input and output impedances is substantially equal. To this parameter related to the impedance of the waveguide is added the length itself of the waveguide. These two parameters suitably adjusted condition the adaptation of the impedances. In particular, the applicator (9) may be mainly reactive and in this case the input impedance image will be chosen as being itself reactive. The relationship between these two impedances will condition the choice of the waveguide (8).

Dans la présente invention, pour réaliser un tel accord, le guide d'onde (8) est construit 5 selon un mode de résonance égal à un nombre entier de quart de la longueur d'onde de l'onde radiofréquence. In the present invention, in order to achieve such agreement, the waveguide (8) is constructed in a resonance mode equal to an integer of one quarter of the wavelength of the radio frequency wave.

Le mode de propagation de l'onde HF dans la cavité (1) est choisi pour privilégier le captage de la composante électrique TE sur la composante magnétique TM. The propagation mode of the HF wave in the cavity (1) is chosen to favor the capture of the electric component TE on the magnetic component TM.

De cette manière le captage du champ électrique dans la cavité sera principalement soumis io à la composante électrique apportant ainsi l'énergie nécessaire au matériau présent dans l'applicateur (9). Cette cavité est couplée au tube électronique lui-même par tout moyen de couplage tels que iris, fentes, antennes... In this way the capture of the electric field in the cavity will be mainly subjected to the electrical component thus providing the necessary energy to the material present in the applicator (9). This cavity is coupled to the electron tube itself by any coupling means such as iris, slots, antennas ...

Dans une application particulière, le tube électronique est constitué d'un magnétron couplé à la cavité par un brin conducteur (6a) résonnant en antenne. In a particular application, the electron tube consists of a magnetron coupled to the cavity by a conductive strand (6a) resonating in an antenna.

Le guide d'onde (8a) a pour fonction de conduire cette énergie dans le matériau placé dans l'applicateur (9a). The function of the waveguide (8a) is to conduct this energy in the material placed in the applicator (9a).

Sachant que les déchets domestiques et industriels sont faiblement conducteurs et se comportent comme des isolants,il est impératif de soumettre de tels matériaux à un champ électrique particulièrement important. Ce champ est obtenu à l'intérieur de l'applicateur (9a), lequel se comporte comme une cavité résonnante à fort coefficient de surtension. Given that domestic and industrial wastes are weak conductors and behave like insulators, it is imperative to subject such materials to a particularly important electric field. This field is obtained inside the applicator (9a), which behaves like a resonant cavity with a high overvoltage coefficient.

De ce fait il apparaît à l'intérieur de l'applicateur (9a) un fort champ électrique apte à entraîner la fusion thermique des déchets. As a result, there appears inside the applicator (9a) a strong electric field capable of causing the thermal fusion of the waste.

La présente invention offre la possibilité d'ajuster également les dimensions de la cavité (1) en motorisant le panneau mobile (3) car celui ci est monté sur un panneau à glissières (4). The present invention offers the possibility of also adjusting the dimensions of the cavity (1) by motorizing the movable panel (3) because it is mounted on a sliding panel (4).

La fréquence d'accord de l'ensemble s'ajuste également par le dimensionnement du condensateur (2) en motorisant une de ses parois (5). The tuning frequency of the assembly is also adjusted by sizing the capacitor (2) by motorizing one of its walls (5).

Dans une application particulière, une partie des éléments d'accord (7a) entre la cavité (1 a) et l'applicateur (9a) peuvent être installés dans le guide lui-même (8a) lorsque ce dernier est construit selon une géométrie parallélépipédique ou cylindrique. In a particular application, a part of the tuning elements (7a) between the cavity (1a) and the applicator (9a) can be installed in the guide itself (8a) when the latter is constructed according to a parallelepipedic geometry or cylindrical.

Ce système réalise une adaptation d'impédance entre la charge à fondre située dans l'applicateur (9a) et le tube électronique. Cette adaptation d'impédance est maintenue pendant le déroulement de la fusion des matériaux par l'ensemble des dispositifs (7a, 5a) de régulation du taux d'ondes stationnaires. Un système de refroidissement de l'applicateur (9a) limite la montée en température du dispositif. Les fumées sont évacuées par des fentes (10a) ménagées dans la paroi adéquate du guide lui-même ((8a). This system performs an impedance matching between the filler to be melted in the applicator (9a) and the electron tube. This impedance matching is maintained during the course of melting materials by all devices (7a, 5a) for regulating the standing wave ratio. An applicator cooling system (9a) limits the temperature rise of the device. The fumes are evacuated by slots (10a) formed in the adequate wall of the guide itself ((8a).

Le captage du champ électrique dans la cavité (1) peut se faire par tout moyen habituel selon le type de cavité choisi. Selon que la cavité est ouverte, semi-ouverte, réentrante ou non, le mode de prélèvement est réalisable par fente articulée sur un guide d'onde ou bien directement par antenne, panneau, self, boucle de captage.. The capture of the electric field in the cavity (1) can be done by any usual means depending on the type of cavity chosen. Depending on whether the cavity is open, semi-open, reentrant or not, the sampling mode is achievable by slot articulated on a waveguide or directly by antenna, panel, self, capture loop ..

Dans la présente invention une application particulière est montrée avec une cavité ouverte (1) dans laquelle le captage est réalisé par une boucle de captage (6). Afin de ramener une impédance acceptable sur la boucle de captage (6), un condensateur réglable (7) est monté en parallèle sur la boucle de captage (6). In the present invention a particular application is shown with an open cavity (1) in which the sensing is achieved by a sensing loop (6). In order to return an acceptable impedance to the sensing loop (6), an adjustable capacitor (7) is connected in parallel with the sensing loop (6).

Le guide d'onde (8) peut être réalisé de différentes manière: ligne bifilaire, guide solide de toute géométrie parallélépipédique ou cylindrique ou mixte. Le guide d'onde doit privilégier le mode de propagation TE, le mode TE101 convenant parfaitement. The waveguide (8) can be made in different ways: two-wire line, solid guide of any parallelepipedal or cylindrical or mixed geometry. The waveguide must favor the TE propagation mode, the TE101 mode being perfectly suitable.

io Dans la présente invention, le guide d'onde utilisé (8) est réalisé avec une ligne bifilaire (8) dont la longueur est un multiple impair du quart de la longueur d'onde de l'onde HF. In the present invention, the waveguide used (8) is made with a two-wire line (8) whose length is an odd multiple of a quarter of the wavelength of the RF wave.

Dans la présente invention, l'impédance de construction du guide d'onde (8) est donc directement liée à l'image de l'applicateur (9) lue en début du guide (8). Pour affiner l'adaptation des impédances, un condensateur réglable (7) est monté en entrée du guide (8). In the present invention, the construction impedance of the waveguide (8) is therefore directly related to the image of the applicator (9) read at the beginning of the guide (8). To refine the impedance matching, an adjustable capacitor (7) is mounted at the input of the guide (8).

Dans une application particulière, la motorisation du condensateur réglable (7) est réalisée automatiquement par un actionneur au fur et à mesure des besoins liés aux variations de charges liées au matériau présent dans l'applicateur (9). Cette adaptation suit celles à la fois de la cavité (1) et du condensateur (2) de l'étage de puissance de sortie du tube. In a particular application, the motorization of the adjustable capacitor (7) is carried out automatically by an actuator as and when the needs related to the variations in charges related to the material present in the applicator (9). This adaptation follows those of both the cavity (1) and the capacitor (2) of the output power stage of the tube.

Dans une autre application particulière il est, possible de réaliser cette adaptation d'impédance par des stubs placés sur le guide d'onde et dont la longueur varie en fonction de l'adaptation recherchée. Pour des impédances de charge quelconques, le système à trois éléments variables tel que constitué par 3 stubs, réalise une adaptation en agissant sur au moins deux des éléments. In another particular application it is possible to achieve this impedance matching by stubs placed on the waveguide and whose length varies according to the desired adaptation. For any load impedances, the system with three variable elements as constituted by 3 stubs, adapts by acting on at least two of the elements.

Si le guide d'onde est réalisé à partir d'un solide parallélépipédique, les stubs peuvent être constitués par des vis plongeant plus ou moins dans la lumière du guide lui-même (7a) ainsi que par un dispositif mobile d'accord (5a) modifiant la dimension du guide lui-même (2a) fermé à l'extrémité (4a). If the waveguide is made from a parallelepiped solid, the stubs may be constituted by screws more or less plunging into the light of the guide itself (7a) as well as by a mobile device of agreement (5a ) modifying the dimension of the guide itself (2a) closed at the end (4a).

Ce principe étant établi, la technologie d'adaptation d'impédance utilisée sera choisie en 30 fonction du type de ligne de transmission utilisée. As this principle is established, the impedance matching technology used will be chosen depending on the type of transmission line used.

L'applicateur (9) pourra être réalisé selon différentes technologies. Dans le cas d'un guide solide à géométrie parallélépipédique, l'applicateur (9) pourra poursuivre la géométrie du guide et être ménagé de fentes donnant accès au champ électrique dans lequel plongera le matériau à traiter. The applicator (9) can be made according to different technologies. In the case of a solid guide with parallelepipedal geometry, the applicator (9) can continue the geometry of the guide and be provided with slots giving access to the electric field in which the material to be treated will plunge.

Dans la présente invention, l'applicateur (9) est réalisé à partir d'une self de dimensions métriques dans laquelle est placé un contenant: cylindrique construit en matériau à très faibles pertes. Ce contenant cylindrique reçoit les déchets à fondre. In the present invention, the applicator (9) is made from a metric dimension inductor in which is placed a cylindrical container constructed of material with very low losses. This cylindrical container receives the waste to be melted.

Dans une application particulière, les déchets pourront être mélangés à du sable afin de réaliser un vitrifiat facilement transportable, aisément stockable et réutilisable ultérieurement. De cette manière les déchets peuvent être entreposés avec une grande sécurité. In a particular application, the waste may be mixed with sand in order to produce a vitrified easily transportable, easily storable and reusable later. In this way the waste can be stored with great security.

Dans une autre application particulière, les déchets sont placés dans un container étanche aux propagations des fumées (9a) dans lequel le rayonnement RF est amené par un guide (8a). Les fumées sont évacuées par des fentes (10a) ménagées dans le guide lui-même (8a). In another particular application, the waste is placed in a smoke-tight container (9a) in which the RF radiation is supplied by a guide (8a). The fumes are evacuated by slots (10a) formed in the guide itself (8a).

L'orientation du champ RF est privilégiée en mode TE dés la sortie du magnétron. Ce io champ se propage à travers la cavité (1a) suivie de son brin de liaison (6a) vers le guide (8a). Enfin l'onde RF atteint le produit placé dans l'applicateur (9a) se comportant comme une cavité résonnante. The orientation of the RF field is preferred in TE mode from the output of the magnetron. This field propagates through the cavity (1a) followed by its connecting strand (6a) towards the guide (8a). Finally the RF wave reaches the product placed in the applicator (9a) behaving like a resonant cavity.

Les variations de la charge lors du déroulement de la fusion des déchets sont ajustées en amont par une ou des vis (7a) plongeantes réglables en profondeur dans la lumière du guide (8a) et en aval par un dispositif coulissant (5a) sur la portion terminale du guide lui-même (2a). The variations of the load during the course of the melting of the waste are adjusted upstream by one or more screws (7a) plungers adjustable in depth in the guide light (8a) and downstream by a sliding device (5a) on the portion terminal of the guide itself (2a).

Claims

6- 2867940 CLAIMS

1. A device for melting domestic and industrial waste involving dielectric heating in a temperature range extending from 500 C to 2500 C, using the joint properties of a resonant cavity and a waveguide, characterized in that it comprises an applicator (9a) tunable by an adjustable device.

2. Device according to claim 1 characterized in that the adjustable device is made upstream of the applicator (9a) by one or more screws (7a) adjustable deep in the guide light (8a) and downstream of the applicator (9a) this adjustment is achieved by the elongation or shortening of the guide itself (8a), this variation in length of the guide (8a) is obtained by any sliding device (5a) on the terminal portion of the guide himself (2a).

3. Device according to the preceding claims characterized in that the cavity (3a) used is an open cavity (1a) whose geometry favors the electric field on the magnetic field.

4. Device according to one of the preceding claims characterized in that the capture circuit of the electric field can be achieved by a capture loop (6) provided with a tunable tunable capacitor (7) to refine the chords between the applicator (9) and the electronic tube providing the electric power to the load 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide (8a) can be made from a two-wire line. (8) whose length is such that it resonates in an odd quarter-of-wavelength number and whose characteristic impedance is adapted to the coupling to be performed between the load impedance linked to the applicator (9) and the impedance working of the power tube.

6. Device according to one of the preceding claims characterized in that the applicator (9a) is made from a smoke-tight assembly and traversed by a coolant.