WO2003079730A1 - Procede et appareil combinant un champ micro-onde focalise et des moyens de translation - Google Patents

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WO2003079730A1
WO2003079730A1 PCT/IB2003/001099 IB0301099W WO03079730A1 WO 2003079730 A1 WO2003079730 A1 WO 2003079730A1 IB 0301099 W IB0301099 W IB 0301099W WO 03079730 A1 WO03079730 A1 WO 03079730A1
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WO
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cavity
heating
waveguide
field
product
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PCT/IB2003/001099
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Inventor
Daniele Mari
Didier Bonzi
Yves Ecuvillon
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Rimm Technologies Corporation N.V.
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/70—Feed lines
    • H05B6/707—Feed lines using waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/78—Arrangements for continuous movement of material
    • H05B6/782—Arrangements for continuous movement of material wherein the material moved is food

Definitions

  • Pre-packaged meals today represent a growing sector for the distribution of food products. Reduced storage space, better inventory management and, of course, quick availability are just a few of the benefits that can be listed.
  • Pre-packaged meals can be preserved frozen or refrigerated. They can also be stored in a vending machine and be distributed thereafter. In practice, in each case, they must be heated before being consumed. Pre-conditioning in all cases involves packaging, which can in particular be a tray, a sachet and a compartmentalized box.
  • Products other than food may have similar packaging, for example blood transfusion bags containing blood, plasma or physiological fluid. These thermosensitive products require to be heated before use, without hot spots likely to degrade them.
  • Heating with microwave ovens is now a widely used method of heating food.
  • the heating is fast, the quality of the food is better preserved than with the traditional methods of slower cooking and the penetration in the heart of the microwaves allows a much more homogeneous heating.
  • Microwaves are a valid way to warm up pre-packaged meals.
  • the distribution of the electromagnetic field, carrying the heat energy is inhomogeneous and hot and cold spots appear in the product.
  • this distribution changes depending on the product and, for the same product, its condition.
  • a rotating device is used in order to uniformly redistribute such energy. How energy is absorbed by products is highly dependent on their composition and shape. In preconditioned meals, very often the distribution of products is very inconsistent.
  • Different compartments of a tray can contain different products, for example a meat and its filling which absorb microwaves differently. In these cases, it will be extremely difficult to obtain in a conventional microwave oven a uniform temperature in all the parts even by using a rotating device. In addition, the temperature differences increase if the heating rate is increased using high powers.
  • the classic microwave oven is a multi-mode cavity, allowing the establishment of several stationary resonance modes.
  • the cavity behaves like a sound box for microwaves.
  • the electromagnetic waves injected into the cavity establish modes of energy distribution with maxima and minima.
  • Several resonance modes can be established depending on the dimensions of the cavity, the product and its condition.
  • US Patent No. 4,121,078 describes a microwave oven in which the use of surface waveguides produces a field with periodic pattern of maxima and minima (cf. Fig. 2b), the tray carrying the product being subjected to a translational or rotational movement to heat the latter in a less heterogeneous manner.
  • the energy distribution decreases exponentially in a direction perpendicular to the surface of the waveguide.
  • Such an oven is advantageous for producing foods with a cooked and hardened external surface, but it is at best adapted to the heating of thermosensitive products such as plasma, blood or physiological liquid bags, or to the heating of pre-conditioned meals, in particular in a packaging with separate compartments containing differently absorbing microwaves.
  • the problem or object of the invention is to provide a microwave method and apparatus suitable for the uses mentioned above. This problem is solved by the invention as defined by the appended claims.
  • the invention relates to a method of heating packaged products using an apparatus comprising at least one microwave source, a waveguide, a cavity and a mobile system placed in the cavity, characterized in that the distribution of the electromagnetic field is defined and controlled, the electromagnetic field being conveyed into the cavity by at least two waves constituting a pair coming from the same source or from two sources which are guided by a waveguide in the form of a loop, so producing by interference a high intensity field in a defined area of the cavity, and the product to be heated is moved in the cavity by a translational movement.
  • the translational movement makes it possible to optimize the heating time in each of the parts of the cavity.
  • the translational movement has a direction perpendicular to the electric field.
  • its direction can be arbitrary, and in particular parallel to the electric field.
  • the translational movement can be continuous or discontinuous. It can for example be actuated by a programmable electric motor, according to a program optimized according to the product to be heated. Frequently, taking into account the distribution of the field, which generally comprises a single high intensity zone in the cavity, it is preferred to heat in a series of fixed positions, generally between 2 and 6, with programmed heating times.
  • the translational movement can consist of a movement of the plate from front to back and / or from left to right, under the action of one or more pushers.
  • Microwaves are usually conducted from the source (magnetron) to the microwave cavity (oven) using waveguides.
  • These waveguides are generally designed to favor the propagation of a single mode [Meredith R., Engineers' Handbook of industrial microwave heating, The Institution of Electrical Engineers, London, 1998], They can have circular or rectangular sections.
  • the waveguide is preferably of rectangular section with a TE01 type propagation mode, which is shown in Figure 1.
  • the electric field, represented by arrows, is perpendicular to the wide side ( length a) of the waveguide section.
  • the electromagnetic field is conveyed into the cavity by at least two waves constituting a pair originating from the same source which are guided by a waveguide in the form of a loop so producing by interference a high intensity field in a defined area of the cavity.
  • the invention also relates to the microwave installation for implementing this method.
  • the microwave source is a magic tee comprising two magnetrons, each mounted on the conjugate branches of the magic tee, one of the magnetrons transmitting in a waveguide looped two waves traveling in opposite directions with the same phase, and the other magnetron transmitting in the same guide two waves traveling in opposite directions with a phase shift of 180 °.
  • US Patent No. 4,952,763 and EP-A-1,018,856 describe methods and apparatuses which are particularly effective for microwave transmission and the establishment of a single mode field. teaching of these requests is incorporated here by reference. The particularity of these methods is to create an interference between two waves which concentrates the microwave energy at the center of the product and, in the case of EP-A-1'018'856 ', which also provides a homogeneous distribution in the direction of wave propagation. In all cases, the distribution of the electromagnetic field is well defined and controlled in the cavity.
  • the present invention uses an apparatus combining a single-mode microwave source (for example that which is described in American patent No. 4,952,763 and EP 1,018,856 cited above), and a system, for example mechanical or electromechanical, allowing the movement of a plate on which the product to be heated is placed.
  • the movement of the tray is controlled in order to illuminate the food of a programmed and optimized way. This is made possible by the fact that the distribution of the electromagnetic field is known and controlled.
  • the desired temperature distribution can be obtained even in products where the components which absorb microwaves differently are distributed in different places or which have a variable shape or thickness.
  • the method of the present invention and the apparatus for carrying it out provides a single maximum of energy for each waveguide. This makes it possible to be very precise in controlling the energy injected at a given location.
  • the heating time of each part of the product can be optimized by a continuous movement of translation or by fixed stages of heating.
  • the product to be heated can be any packaged product, for food or other use, capable of being heated by microwave energy.
  • the method and the apparatus of the invention are particularly suitable for heating pre-packaged meals, in a packaging which may in particular be a tray, a sachet and a box with separate compartments, in particular containing microwave-absorbing products.
  • a packaging which may in particular be a tray, a sachet and a box with separate compartments, in particular containing microwave-absorbing products.
  • containers in particular of bags, of heat-sensitive products such as blood, plasma or a physiological liquid.
  • the dimensions of the cavity are adapted, depending on the product to be heated, so as to allow the development of a single stationary resonance mode.
  • the magnetron (s) preferably work at a frequency between 2 and 3 GHz.
  • the mobile tray is made of a non-absorbent material and transparent to microwaves.
  • This material is, for example, a plastic material such as PET (polyethylenetelephthalate), PMMA (polymethylene methacrylate), a polycarbonate, a fluoropolymer, ceramic or glass.
  • the product to be heated is placed in a cavity preferably located in the middle of the loop on the opposite side of the source, where the two waves are superimposed. constructively.
  • the movement of the plate is generally carried out so as to have the direction of the electric field perpendicular to the movement. By doing so, the movement of the product compensates for the non-homogeneous distribution of the field in the rectangular waveguide (see Figure 1). It can also be envisaged that, for particular applications, for example for baking and hardening certain parts of the product better than others, this non-homogeneous distribution is advantageous. In this case we will use a movement parallel to the direction of the electric field.
  • One or more waveguides can be used to illuminate the entire surface of the tray.
  • Figure 2 for example, we show two waveguides.
  • Products other than food, which have an irregular shape or thickness can also be heated in the apparatus of this invention.
  • the method and apparatus of the invention are particularly suitable for heating products with a variable thickness such as bags containing a liquid or a solid.
  • the translational movement can be adapted to give the optimal amount of energy depending on the thickness.
  • Figure 1 shows the variation of the amplitude of the electric field in a rectangular waveguide in TE01 type propagation mode.
  • Figures 2 (side view) and Figure 3 (top view) show a single-mode field microwave oven in the cavity 3, supplied in the microwave by two magnetrons 1 using two guides d wave shaped ring 2 as described in US Patent No. 4,952,763.
  • the plate 5, driven by the electric motor 6, performs a linear movement inside the cavity 3. It makes it possible to position the tray 4 under the opening of the waveguide. Different parts of the tray can thus be heated differently depending on the exposure time.
  • FIGs 4 (side view) and Figure 5 (top view) show a single-mode field microwave oven in cavity 3, supplied in the microwave by two magnetrons 7 and 8 in the conjugate branches of a magic tee and transmitted into the cavity by a waveguide in the form of a ring.
  • This microwave oven is of the type described in EP-A-1 '018'856.
  • the plate 5, driven by the electric motor 6, performs a linear movement inside the cavity 3. It makes it possible to position the tray 4 under the opening of the waveguide. Different parts of the tray can thus be heated differently depending on the exposure time.
  • Example 1 Heating a frozen pre-conditioned meal.
  • the microwave applicator consists of two waveguides developed in the form of a loop 2 according to the teaching of American patent No. 4,952,763.
  • Microwave energy is supplied by two 1000 W magnetrons 1, operating at 2.45 GHz, each magnetron having its waveguide.
  • the electric field is concentrated on the product located in the central part of the cavity 3.
  • the product is a pre-conditioned dish in a tray 4 of dimension 180x120x30 mm.
  • the tray is moved back and forth by a tray 5 made of P MA (Poly (methyl methacrylate). Three fixed positions of the tray are programmed with waiting times also divided.
  • P MA Poly (methyl methacrylate
  • the movement of the tray is controlled by an electric motor 6, which can be under the control of an electronic card. It is thus possible to store information relating to the type of product to be heated and to change the product to be heated by simply changing the card.
  • This provides a programmable oven, including for example as many control cards as there are products to be heated in this oven.
  • the performance of the system relating to the present invention is compared with that of a conventional microwave oven having the same power 2000 W provided with two magnetrons of 1000W and a turntable.
  • the test product is a ready meal of 350 g containing chicken in sauce and rice shared in the two halves of the long side of the tray. The meal is frozen at -18 ° C. The microwave absorption of rice and chicken meat is very different.
  • the test aims to obtain a uniform temperature of 70 ° C of the components (chicken + rice).
  • Plasma bags are widely used for transfusions due to the fact that most of the nutrients and platelets are contained in the plasma while cells, potential carriers of viruses that cause diseases such as AIDS and hepatitis , are extracted from it.
  • Plasma should be stored frozen at -30 ° C and heated to 41 ° C before injection into the human body. Heating is very critical because a temperature above 50 ° C must not be exceeded to avoid the risk of degrading the essential elements of the plasma.
  • the microwave applicator consists of two waveguides shaped in the form of loop 2 according to the teaching of American patent No. 4,952,763.
  • the microwave energy is supplied by two magnetrons 1 of power 800 W, operating at 2.45 GHz, each magnetron having its waveguide.
  • the electric field is concentrated on the product located in the central part of the cavity 3
  • the pocket is placed on a plate made of PMMA (Poly (methyl methacrylate) moved continuously by a stepping motor.
  • the position of the plate is programmed by a programmable controller.
  • the temperature is controlled during the process by three infrared probes. These probes allow the programming of an optimum cycle of movement in order to obtain a homogeneous temperature in the pocket.
  • the final temperature of the liquid is controlled by a thermocouple which is immersed in the plasma.
  • the heating time in the microwave oven is chosen so as to reach a final temperature of 41 ° C.
  • the transformation of three proteins is used to control overheating.
  • a reference plasma bag is heated to 41 ° C in a thermo-regulated water bath.
  • Three types of immunoglobulins (type A, G, and M) are controlled after heating by water bath and by the two microwave systems.
  • Protein analysis 10% loss of IgA, 15% loss of IgG, 30% loss of IgM, compared to the water bath.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de chauffage de produits emballés à l'aide d'un appareil comprenant au moins une source micro-onde, un guide d'ondes, une cavité et un système mobile placé dans la cavité, caractérisé en ce que la distribution du champ électromagnétique est définie et contrôlée, le champ électromagnétique étant convoyé dans la cavité par au moins deux ondes constituant une paire provenant de la même source ou de deux sources qui sont guidées par un guide d'onde en forme de boucle, de manière à produire par interférence un champ à haute intensité dans une zone définie de la cavité, et le produit à chauffer est déplacé dans la cavité par un mouvement de translation, ainsi qu'un appareil pour la mise en uvre de ce procédé.

Description

PROCEDE ET APPAREIL COMBINANT UN CHAMP MICRO-ONDE FOCALISE ET
DES MOYENS DE TRANSLATION
Les repas pré-conditionnés représentent de nos jours un secteur croissant pour la distribution de produits alimentaires. Un espace de stockage réduit, une meilleure gestion des stocks et, évidemment, la disponibilité rapide sont seulement quelques-uns des avantages qui peuvent être énumérés. Les repas pré-conditionnés peuvent être préservés congelés ou frigorifiés. Ils peuvent être également stockés dans un distributeur automatique et être distribués par la suite. Pratiquement, dans chaque cas, ils doivent être chauffés avant d'être consommés. Le pré-conditionnement implique dans tous les cas un emballage, qui peut être notamment une barquette, un sachet et une boite compartimentée.
Des produits autres que des aliments peuvent avoir des emballages similaires, par exemple des poches de transfusion sanguine contenant du sang, du plasma ou du liquide physiologique. Ces produits thermo-sensibles demandent d'être chauffés avant utilisation, sans points chauds susceptibles de les dégrader.
Le chauffage à l'aide de fours à micro-ondes représente aujourd'hui une méthode largement diffusée pour chauffer les aliments. Le chauffage est rapide, la qualité de la nourriture est mieux préservée qu'avec les méthodes de cuisine traditionnelle plus lente et la pénétration à cœur des micro-ondes permet un chauffage beaucoup plus homogène. Les micro-ondes constituent une voie valable de réchauffement des repas pré-conditionnés. Cependant, dans les fours à micro-ondes classiques, la distribution du champ électromagnétique, portant l'énergie calorifique, est inhomogène et des points chauds et froids apparaissent dans le produit. De plus, cette distribution change en fonction du produit et, pour un même produit, de son état. Généralement, un dispositif tournant est utilisé afin de redistribuer de manière homogène une telle énergie. La manière dont l'énergie est absorbée par des produits dépend fortement de leur composition et de leur forme. Dans les repas préconditionnés, très souvent la distribution des produits est très inhomogène. Des compartiments différents d'une barquette peuvent contenir différents produits, par exemple une viande et sa garniture qui absorbent de façon différente les micro-ondes. Dans ces cas, il sera extrêmement difficile d'obtenir dans un four à micro-ondes classique une température homogène dans toutes les parties même en utilisant un dispositif tournant. De plus, les différences de température augmentent si la vitesse de chauffage est augmentée en utilisant des puissances élevées.
Le four à micro-ondes classique est une cavité multi-mode, permettant l'établissement de plusieurs modes de résonance stationnaires. La cavité se comporte comme une caisse de résonance pour les micro-ondes. Les ondes électromagnétiques injectées dans la cavité établissent des modes de distribution de l'énergie avec des maxima et des minima. Plusieurs modes de résonance peuvent s'établir en fonction des dimensions de la cavité, du produit et de son état.
On connaît aussi des fours à micro-ondes à champ mono-mode
Le brevet américain No. 4O52763 (ou EP 0'136'543) et EP1018856 décrivent par exemple respectivement un four à micro-ondes à un magnétron et un four à micro-onde à deux magnétrons, qui sont agencés pour permettre d'obtenir par interférence dans la cavité une distribution contrôlée mono-mode du champ électromagnétique, centrée sur l'objet à chauffer.
Le brevet américain No. 4, 121 '078 décrit un four à micro-ondes dans lequel l'utilisation de guides d'ondes de surface produit un champ à motif périodique de maxima et de minima (cf. Fig. 2b), le plateau portant le produit étant soumis à un mouvement de translation ou de rotation pour chauffer celui-ci de façon moins hétérogène. La distribution de l'énergie décroît de façon exponentielle dans une direction perpendiculaire à la surface du guide d'onde. Un tel four est avantageux pour produire des aliments à surface extérieure cuite et durcie mais il est au mal adapté au chauffage de produits thermo-sensibles tels que des poches de plasma, sang ou liquide physiologique, ou au chauffage de repas pré-conditionnés, en particulier dans un emballage à compartiments séparés contenant des produits absorbant les micro-ondes de façon différente.
Le problème ou le but de l'invention est de fournir un procédé et un appareil à micro-ondes adaptés aux utilisations mentionnées ci-dessus. Ce problème est résolu par l'invention telle que définie par les revendications ci-jointes.
L'invention concerne un procédé de chauffage de produits emballés à l'aide d'un appareil comprenant au moins une source micro-onde, un guide d'ondes, une cavité et un système mobile placé dans la cavité, caractérisé en ce que la distribution du champ électromagnétique est définie et contrôlée, le champ électromagnétique étant convoyé dans la cavité par au moins deux ondes constituant une paire provenant de la même source ou de deux sources qui sont guidées par un guide d'onde en forme de boucle, de manière à produire par interférence un champ à haute intensité dans une zone définie de la cavité, et le produit à chauffer est déplacé dans la cavité par un mouvement de translation.
Le mouvement de translation permet d'optimaliser le temps de chauffage dans chacune des parties de la cavité.
En général le mouvement de translation a une direction perpendiculaire au champ électrique. Pour certaines applications particulières, sa direction peut être quelconque, et notamment parallèle au champ électrique.
Le mouvement de translation peut être continu ou discontinu. Il peut par exemple être actionné par un moteur électrique programmable, selon un programme optimalisé selon le produit à chauffer. Fréquemment, compte tenu de la distribution du champ, qui comporte en général une seule zone de forte intensité dans la cavité, on préfère un chauffage effectué en une suite de positions fixes, en général entre 2 et 6, avec des temps de chauffage programmés.
Le mouvement de translation peut consister en un mouvement du plateau d'avant en arrière et/ou de gauche à droite, sous l'action d'un ou plusieurs poussoirs.
Les micro-ondes sont généralement conduites de la source (magnétron) à la cavité à micro-ondes (four) à l'aide de guides d'onde. Ces guides d'onde sont généralement conçus de manière à privilégier la propagation d'un seul mode [Meredith R., Engineers' Handbook of industrial microwave heating, The Institution of Electrical Engineers, London, 1998], Ils peuvent avoir des sections circulaires ou rectangulaires. Dans le cadre de cette invention, le guide d'onde est de préférence à section rectangulaire avec un mode de propagation de type TE01 , qui est représenté dans la Figure 1. Le champ électrique, représenté par des flèches, est perpendiculaire au côté large (longueur a) de la section de guide d'ondes.
Selon un premier mode d'exécution du procédé de l'invention, le champ électromagnétique est convoyé dans la cavité par au moins deux ondes constituant une paire provenant de la même source qui sont guidées par un guide d'onde en forme de boucle de manière à produire par interférence un champ à haute intensité dans une zone définie de la cavité. L'invention concerne aussi l'installation à micro-ondes pour mettre en œuvre ce procédé.
Selon un deuxième mode d'exécution du procédé de l'invention, la source de micro-ondes est un Té magique comprenant deux magnétrons, montés chacun sur les branches conjuguées du Té magique, l'un des magnétrons transmettant dans un guide d'onde en forme de boucle deux ondes qui voyagent dans des directions opposées avec la même phase, et l'autre magnétron transmettant dans le même guide deux ondes qui voyagent dans des directions opposées avec un déphasage de 180°.
Le brevet américain No. 4'952"763 et EP-A-1'018'856' décrivent des méthodes et des appareils particulièrement efficaces pour la transmission des micro- ondes et l'établissement d'un champ mono-mode. L'enseignement de ces demandes est incorporé ici par référence. La particularité de ces méthodes est de créer une interférence entre deux ondes qui concentre l'énergie micro-onde au centre du produit et, dans le cas de EP-A-1'018'856', qui permet de plus d'obtenir une distribution homogène dans la direction de propagation des ondes. Dans tous les cas, la distribution du champ électromagnétique est bien définie et contrôlée dans la cavité.
La présente invention utilise un appareil combinant une source micro-onde mono-mode (par exemple celle qui est décrite dans le brevet américain No. 4'952' 763 et EP 1O18'856 cités ci-dessus), et un système, par exemple mécanique ou électromécanique, permettant le mouvement d'un plateau sur lequel on pose le produit à chauffer. Le mouvement du plateau est contrôlé afin d'illuminer les aliments d'une manière programmée et optimalisée. Ceci est rendu possible par le fait que la distribution du champ électromagnétique est connue et contrôlée. On peut obtenir la distribution de température désirée même dans des produits où les constituants absorbant différemment les micro-ondes sont répartis à des endroits différents ou qui ont une forme ou une épaisseur variable.
Le procédé de la présente invention et l'appareil pour le mettre en oeuvre fournit un seul maximum d'énergie pour chaque guide d'onde. Ceci permet d'être très précis dans le contrôle de l'énergie injectée à un endroit donné. Le temps de chauffage de chaque partie du produit peut être optimalisé par un mouvement continu de translation ou par des étapes fixes du chauffage.
Le produit à chauffer, peut être n'importe quel produit emballé, à usage alimentaire ou un autre usage, susceptible d'être chauffé par énergie micro-onde.
Le procédé et l'appareil de l'invention sont particulièrement adaptés au chauffage de repas pré-conditionnés, dans un emballage qui peut être notamment une barquette, un sachet et une boîte à compartiments séparés, en particulier contenant des produits absorbant les micro-ondes de façon différente, et au chauffage de récipients, notamment de poches, de produits thermo-sensibles tels que le sang, le plasma ou un liquide physiologique.
Les dimensions de la cavité sont adaptées, selon le produit à chauffer, de manière à permettre le développement d'un seul mode de résonance stationnaire.
Le ou les magnétrons travaillent de préférence à une fréquence comprise entre 2 et 3 GHz.
Le plateau mobile est constitué d'un matériau non-absorbant et transparent aux micro-ondes. Ce matériau est par exemple, une matière plastique telle que le PET(polyéthylènetéléphtalate), le PMMA (polyméthylèneméthacrylate), un polycarbonate, un fluoropolymère, de la céramique ou du verre.
Le produit à chauffer est placé dans une cavité préférentiellement située au milieu de la boucle du côté opposé de la source, où les deux ondes se superposent de manière constructive. Le mouvement du plateau est en général effectué de manière à avoir la direction de champ électrique perpendiculaire au mouvement. En faisant ainsi, le mouvement du produit compense la distribution non homogène du champ dans le guide d'onde rectangulaire (voir Figure 1). On peut également envisager que, pour des applications particulières, par exemple pour cuire et durcir certaines parties du produit mieux que d'autres, cette distribution non homogène soit intéressante. On utilisera dans ce cas un mouvement parallèle à la direction du champ électrique.
Un ou plusieurs guides d'onde peuvent être utilisés afin d'illuminer la surface entière de la barquette. Dans la Figure 2, par exemple, on montre deux guides d'onde.
Des produits autres que des aliments, qui ont une forme ou une épaisseur irrégulières, peuvent également être chauffés dans l'appareil de cette invention. Le procédé et l'appareil de l'invention sont particulièrement adaptés au chauffage des produits avec une épaisseur variable comme des poches contenant un liquide ou un solide.
Le mouvement de translation peut être adapté afin de donner la quantité optimale d'énergie en fonction de l'épaisseur.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des Figures 1 et 2 et des Exemples 1 et 2 suivants. Ces figures et ces exemples sont donnés à titre illustratif et non limitatif.
La Figure 1 montre la variation de l'amplitude du champ électrique dans un guide d'onde rectangulaire en mode de propagation de type TE01.
La Figures 2 (vue latérale) et la Figure 3 (vue de haut) montrent un four à micro-ondes à champ mono-mode dans la cavité 3, alimentée en micro-ondes par deux magnétrons 1 à l'aide de deux guides d'onde en forme d'anneau 2 tels que décrits dans le brevet américain No. 4'952'763. Le plateau 5, entraîné par le moteur électrique 6, effectue un mouvement linéaire à l'intérieur de la cavité 3. Il permet de positionner la barquette 4 sous l'ouverture du guide d'onde. Différentes parties de la barquette peuvent ainsi être chauffés de manière différente selon le temps d'exposition.
La Figures 4 (vue latérale) et la Figure 5 (vue de haut) montrent un four à micro-ondes à champ mono-mode dans la cavité 3, alimentée en micro-ondes par deux magnétrons 7 et 8 dans les branches conjuguées d'un Té magique et transmis dans la cavité par un guide d'onde en forme d'anneau. Ce four à micro-onde est du type de celui décrit dans EP-A-1 '018'856. Le plateau 5, entraîné par le moteur électrique 6, effectue un mouvement linéaire à l'intérieur de la cavité 3. Il permet de positionner la barquette 4 sous l'ouverture du guide d'onde. Différentes parties de la barquette peuvent ainsi être chauffées de manière différente selon le temps d'exposition.
Exemple 1 Chauffage d'un repas pré-conditionné congelé.
L'exemple suivant illustre un système (cf. Figures 2 et 3) conçu pour chauffer des repas pré-conditionnés et congelés contenant un plat principal et une garniture séparés. L'applicateur micro-onde est constitué de deux guides d'ondes élaborés en forme de boucle 2 selon l'enseignement du brevet américain No. 4'952'763. L'énergie micro-onde est fournie par deux magnétrons 1 de 1000 W, fonctionnant à 2.45 GHz, chaque magnétron ayant son guide d'onde. Le champ électrique est concentré sur le produit situé dans la partie centrale de la cavité 3. Le produit est un plat pré-conditionné dans une barquette 4 de dimension 180x120x30 mm. La barquette est déplacée en avant et en arrière par un plateau 5 fabriqué en P MA (Poly(méthyle methacrylate). Trois positions fixes du plateau sont programmées avec des temps d'attente également divisés. Le mouvement du plateau est piloté par un moteur électrique 6, qui peut être sous le contrôle d'une carte électronique. On peut ainsi mettre en mémoire une information relative au type de produit à chauffer et changer le produit à chauffer en changeant simplement la carte. On a ainsi à disposition un four programmable, comprenant par exemple autant de cartes de contrôle qu'il y a de produits à chauffer dans ce four.
Les performances du système relatif à la présente invention sont comparées avec celles d'un four à micro-ondes classique ayant la même puissance 2000 W muni de deux magnétrons de 1000W et d'une plaque tournante.. Le produit test est un repas prêt de 350 g contenant du poulet en sauce et du riz partagés dans les deux moitiés du long côté de la barquette. Le repas est congelé à -18 °C. L'absorption des micro-ondes du riz et de la viande de poulet est très différente. L'essai vise à obtenir une température homogène de 70°C des composants (poulet + riz).
Les paramètres importants de trois tests et les résultats obtenus pour le chauffage de ce produit avec d'un part le four à micro-ondes selon l'invention, et d'autre part le four à micro-ondes, sont rassemblées dans les tableaux 1 et 2 suivants.
Tableau 1 : Four à micro-ondes selon l'invention
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Tableau 2 : Four à micro-ondes classique
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Les tableaux ci-dessus montrent que des temps nettement plus longs sont nécessaires pour obtenir avec un four à micro-ondes classique des résultats satisfaisants comparables à ceux obtenus avec le four à micro-ondes selon l'invention.
Exemple 2 Chauffage de poches de plasma congelé pour transfusion.
Les poches de plasma sont largement utilisées pour les transfusions grâce au fait que la plupart des éléments nutritifs et des plaquettes sont contenues dans le plasma tandis que les cellules, porteuses potentielles des virus à l'origine des maladies telles que le SIDA et l'hépatite, en sont extraites. Le plasma doit être préservé congelé à -30 °C et il est chauffé à 41 °C avant injection dans le corps humain. Le chauffage est très critique car une température supérieure de 50 °C ne doit pas être dépassée pour ne pas risquer une dégradation des éléments essentiels du plasma.
Nous avons chauffé des poches en plastique contenant 250 ml de plasma. L'applicateur micro-onde est constitué de deux guides d'ondes élaborés en forme de boucle 2 selon l'enseignement du brevet américain No. 4'952'763. L'énergie micro-onde est fournie par deux magnétrons 1 de puissance 800 W, fonctionnant à 2.45 GHz, chaque magnétron ayant son guide d'onde. Le champ électrique est concentré sur le produit situé dans la partie centrale de la cavité 3 La poche est posée sur un plateau en PMMA (Poly(méthyle methacrylate) déplacé en continu par un moteur pas à pas. La position du plateau est programmée par un automate programmable. La température est contrôlée pendant le processus par trois sondes infrarouges. Ces sondes permettent la programmation d'un cycle optimum du mouvement afin d'obtenir une température homogène dans la poche. Après chauffage, la température finale du liquide est contrôlée par un thermocouple que l'on plonge dans le plasma.
Les résultats obtenus avec un appareil selon la présente invention sont comparés à ceux obtenus avec un four à micro-ondes commercial de même puissance muni de deux magnétrons de puissance 800 W et équipé d'un plateau tournant.
Le temps de chauffage dans le four à micro-ondes est choisi de manière à atteindre une température finale de 41 °C. La transformation de trois protéines est utilisée pour contrôler la surchauffe. Une poche de plasma de référence est chauffée jusqu'à 41 °C dans un bain d'eau thermo-réglé. Trois types d'immunoglobulines (type A, G, et M) sont contrôlées après chauffage par bain-marie et par les deux systèmes à micro-ondes.
Les paramètres de chauffage et les résultats obtenus sont exposés ci- après.
Four à micro-onde classique
Température finale: 40+2 °C
Temps de chauffage: 3min 10 s
Analyse de protéines: 35% perte de IgA, 60% perte de IgG, 80 % perte de IgM, par rapport au bain-marie. Appareil à micro-onde selon l'invention
Température finale: 40+1 °C
Temps de chauffage: 1min 35 s
Analyse de protéines: 10% perte de IgA, 15% perte de IgG, 30 % perte de IgM, par rapport au bain-marie.
Les résultats ci-dessus montrent de façon nette que le four à micro-ondes classique a une efficacité moindre que l'appareil selon l'invention (temps de chauffage plus long pour atteindre la même température finale) et qu'il produit une dégradation beaucoup plus importante du plasma.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de chauffage de produits emballés à l'aide d'un appareil comprenant au moins une source micro-onde, un guide d'ondes, une cavité et un système mobile placé dans la cavité, caractérisé en ce que la distribution du champ électromagnétique est définie et contrôlée, le champ électromagnétique étant convoyé dans la cavité par au moins deux ondes constituant une paire provenant de la même source ou de deux sources qui sont guidées par un guide d'onde en forme de boucle, de manière à produire par interférence un champ à haute intensité dans une zone définie de la cavité, et le produit à chauffer est déplacé dans la cavité par un mouvement de translation.
2. Appareil pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le champ électromagnétique est convoyé dans la cavité par au moins deux ondes constituant une paire provenant de la même source qui sont guidées par un guide d'onde en forme de boucle de manière à produire par interférence un champ à haute intensité dans une zone définie de la cavité.
3. Appareil pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la source de micro-ondes est un Té magique comprenant deux magnétrons, montés chacun sur les branches conjuguées du Té magique, où l'un des magnétrons transmet dans un guide d'onde en forme de boucle deux ondes qui voyagent dans des directions opposées avec la même phase, et où l'autre magnétron transmet dans le même guide deux ondes qui voyagent dans des directions opposées avec un déphasage de 180°.
4. Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la direction de mouvement de translation est perpendiculaire au champ électrique.
5. Appareil selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le chauffage est effectué en une suite de positions fixes avec des temps de chauffage programmés.
6. Appareil selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le mouvement de translation du plateau consiste en un mouvement d'avant en arrière et/ou de gauche à droite, sous l'action d'un ou plusieurs poussoirs
7. Appareil selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le ou les guides d'onde sont à section rectangulaire avec un mode de propagation de type TE01
8. Appareil selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le ou les magnétrons travaillent à une fréquence comprise entre 2 et 3 GHz.
9. Utilisation du procédé de la revendication 1 ou de l'appareil selon l'une des revendications 2 à 8, pour le chauffage d'un repas pré-conditionné, dans un emballage tel qu'une barquette, un sachet et une boîte à compartiments séparés.
10. Utilisation du procédé de la revendication 1 ou de l'appareil selon l'une des revendications 2 à 8, pour le chauffage de récipients, notamment de poches, d'un produit thermo-sensible tels que le sang, le plasma ou un liquide physiologique.
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