WO2017118821A1 - Applicateur micro-ondes monomode, dispositif et procede de traitement thermique de produits - Google Patents

Applicateur micro-ondes monomode, dispositif et procede de traitement thermique de produits Download PDF

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WO2017118821A1
WO2017118821A1 PCT/FR2017/050031 FR2017050031W WO2017118821A1 WO 2017118821 A1 WO2017118821 A1 WO 2017118821A1 FR 2017050031 W FR2017050031 W FR 2017050031W WO 2017118821 A1 WO2017118821 A1 WO 2017118821A1
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waveguide
product
exposure
cavity
injection
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PCT/FR2017/050031
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Guy Hervé Jean
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Inovfruit
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Definitions

  • the present invention belongs to the field of the preparation, processing and preservation of all types of products to be subjected to a heat treatment. More particularly, the invention belongs to the field of heat treatment, by means of radio-electric microwaves, of products of all origins containing one or more polarized dielectric materials, that is to say materials generally considered as electrical insulators and whose molecule has an asymmetry of electrical charges, for example as the H20 water molecule.
  • microwaves of the order of GHz or a few GHz for the preparation of food especially for their heating or cooking before consumption.
  • a difficulty of the process implemented is to precisely control the illumination of seeds by microwaves to obtain the desired thermal effects, ensuring a homogeneous treatment of the seeds in an industrial flow, and without damaging the organoleptic qualities of the seeds.
  • the present invention relates to a heat treatment applicator wherein the particulate product to be treated is exposed to electromagnetic microwave radiation in a cavity in which electromagnetic waves are injected.
  • the cavity is, in the applicator of the invention, a section waveguide cavity adapted to a single-mode propagation, for a microwave frequency implemented, of an exposure waveguide, in which cavity the microwaves propagate in a longitudinal direction of the cavity.
  • the cavity has a product inlet opening and a product outlet opening remote from the inlet opening in a longitudinal direction of the cavity, and the applicator includes a product conveying system in the guide of the product. waves in a continuous flow in the longitudinal direction of the cavity of the exposure waveguide between the inlet opening and the outlet opening.
  • the transport system comprises separating partitions, formed of a material transparent to the radio waves implemented in the applicator, which determine adjacent sliding volumes moving in the cavity of the exposure waveguide, in the longitudinal direction of said exposure waveguide from the inlet opening to the outlet opening, so as to maintain a complete and uniform filling of the exposure waveguide by the product during the transportation of said product.
  • At least one injection waveguide one end end of which is connected to the exposure waveguide, at a radio window of the exposure waveguide, injects microwave, propagating in said at least one injection waveguide, in the cavity of the exposure waveguide. It is thus introduced at a given point of the exposure waveguide a desired microwave energy.
  • the applicator includes a plurality of injection waveguides and each waveguide is connected at one end end to the exposure waveguide at a radio window of the guide of the waveguide. exposure waves. Radio windows assigned to each of the exposure waveguides are distributed between the inlet opening and the outlet opening, offset from each other on the exposure waveguide in the longitudinal direction of said guideway. exposure waves.
  • a power of the microwave radiation injected in the form of a microwave radiation into the cavity of the exposure waveguide by each of the injection waveguides is defined to determine a temperature curve based on the time of the product flowing in the exposure waveguide.
  • the exposure waveguide is a waveguide in which the center line of the waveguide sections is circular, thereby forming a toric cavity
  • the transport system includes a rotor, wherein the separating walls are driven, a rotation of which relative to a fixed structure of the exposure waveguide, constituting a stator, ensures and or control the transport of the product in the cavity.
  • Such a shape is advantageous in terms of the mechanical simplicity of the drive system and its compactness.
  • the exposure waveguide is an open waveguide at its ends, for example a cylindrical or substantially cylindrical cavity linear waveguide, or a helical cavity waveguide , and the transport system drives scrolling volumes sliding in the cavity of the exposure waveguide between the open ends, from an end corresponding to the inlet opening to the other end corresponding to the outlet opening.
  • the drive system consists for example of a moving carpet to which the partition walls are attached.
  • Such shapes benefit from a simple exposure waveguide to be achieved because the transport system is not associated with a movable wall and poses a priori little problem of microwave tightness of which it is appropriate to limit the leaks as much as possible.
  • the exposure waveguide is a section waveguide adapted for single-mode propagation, of standardized dimensions for a frequency of 91 MHz, or a guide for single-mode, standardized-sized waves for a frequency of 2.45 GHz.
  • the applicator comprises at least two injection waveguides, and a total CW microwave energy introduced into the cavity of the exposure waveguide is distributed between the injection waveguides.
  • the total microwave energy CW is approximately half distributed in a first injection waveguide , substantially for a quarter in a second injection waveguide and substantially for a quarter in a third injection waveguide.
  • the applicator includes a plurality of exposure waveguides of similar structures arranged to operate in parallel.
  • the invention also relates to a device for heat treatment of a product containing at least one polarized dielectric material in which the product is exposed to electromagnetic microwave radiation from a wave generator in a cavity in which electromagnetic waves are injected, which comprises at least one applicator according to the applicator described above and comprises at least one continuous wave generator CW arranged to produce microwaves with an energy determined according to the product and temperatures at which the product must be worn and at a frequency corresponding to monomode propagation of microwaves in injection waveguides and in the exposure waveguide (s).
  • the wave generator comprises at least one high frequency head of which a microwave energy produced is divided, by at least one divider, to be conveyed by at least two injection waveguides. to an exhibition waveguide.
  • each injection waveguide includes an impedance adapter for modifying the impedance of the particular injection waveguide, the set of injection waveguides, impedance and dividers forming a wave distributor in which a distribution of the microwave power in each of the injection waveguides is networked by adjusting the impedance adapters. It is thus possible to modify the power distribution between injection waveguides without being limited to the inherent possibilities of the dividers.
  • the microwave energy produced by a high frequency head is divided twice to be fed by three injection waveguides to the exposure waveguide.
  • each divider is adjustable so as to adjust the power distribution in each of the divider outputs.
  • a wave generator associated with an exposure waveguide delivers in operation a maximum total power, in the form of microwaves centered on a frequency of 915 MHz, of substantially 75 kW, power compatible with the maximum power currently attained by microwave generators in this frequency range.
  • each injection waveguide comprises an impedance adapter to adapt its output impedance to the impedance of its charge in the exposure waveguide.
  • the device allows the implementation of a method of treating a plant product by exposure to microwave radiation in an applicator according to the applicator of the invention, wherein the product is continuously transported in a cavity of the invention.
  • exposure waveguide along a length of said cavity from the inlet opening of the cavity to the outlet opening of the cavity, wherein exposure waveguide the microwave radiation propagates according to single-mode propagation conditions.
  • the microwave radiation is for example introduced into the exposure waveguide in at least two different injection locations following the length of the cavity. It is thus obtained conditions that can evolve during the transport of the product in the exposure waveguide so as to subject the product successively to the thermal conditions resulting from exposure to the electromagnetic fields determined for the product under consideration and the desired treatment.
  • a distribution in each of the microwave power injection waveguides, produced by a high frequency head and divided to feed the injection waveguides, is networked. by adjusting impedance adapters of the injection waveguides.
  • the product transport velocity in the exposure waveguide and continuous CW radiation power introduced into the exposure waveguide at each injection location are determined for heat the product according to a desired temperature curve as a function of time.
  • the product is a mixture of products from two or three vegetable, animal and mineral sources.
  • Treatment according to the method comprises, as the case may be, at least:
  • Figure 1 a device according to the invention for the heat treatment of food products with the main subsets of the device;
  • Figure 2 a first embodiment of a toric cavity single-mode exposure waveguide applicator
  • FIG. 3 an example of a CW wave generator implementing a single high frequency head whose emitted power is distributed over three injection waveguides;
  • FIG. 4 a device according to the invention embodying a second embodiment of a linear waveguide applicator
  • FIG. 5 an example of a device comprising an applicator in which several toric cavity exposure waveguides are associated.
  • FIG. 5 represents, as an exemplary embodiment, a drawing of a device according to the invention in a form and in proportions close to a device made with technology components available today and adapted to a industrial implementation.
  • Figure 1 shows schematically a device 100 according to the invention for a product treatment by temperature.
  • the products may be of plant origin or of animal origin or of mineral origin, provided that they contain one or more polarized dielectric materials absorbing the radio waves, in particular the radio waves in the microwave domain, that is to say, whose frequencies are between 800 MHz and 3 GHz according to current conventions.
  • the term "product" 90 will be used in the description of the invention to denote the products to be treated by exposure to microwave radiation by means of the device.
  • the same term and its reference will be used to designate the product in its various stages of the treatment to which it is subjected during its passage through the device 100, regardless of the physico-chemical transformations that it may undergo.
  • the device 100 comprises an electromagnetic wave generator producing continuous waves, called CW (Continuous Waves), of the microwave domain, that is to say waves with frequencies between 800 MHz and 3GHz.
  • CW Continuous Waves
  • the frequency values used are not imposed and can be chosen according to technical constraints in each case.
  • the generator is adapted to produce microwaves centered on a determined frequency whose choice is directly related to that of the transverse dimensions of the waveguides adapted to the propagation of said waves, waveguides which in the device of the invention are also implemented for the transport of products 90 to be treated.
  • the electromagnetic wave generator of the device produces waves centered on a determined frequency, for example the frequency of 915 MHz which corresponds to a frequency allocated, administratively, to the public applications.
  • a determined frequency for example the frequency of 915 MHz which corresponds to a frequency allocated, administratively, to the public applications.
  • microwave frequency should be understood in the context of the invention as the frequency on which is centered an emission spectrum of the wave generator.
  • the generator is a continuous wave generator capable of continuously delivering, at least over a period of time adapted to the time scale of its implementation in the device, a nominal power of said generator wave.
  • the generator uses a modulation of the wave transmission duration to adjust an average power in a cycle of operation of the generator.
  • Such a modulated mode of the duration of emission of microwaves is realized with a small period compared to a transport speed of the products exposed to microwaves in the context of the invention, considered as a generator operation. in CW continuous mode to obtain a continuous average power lower than the maximum continuous power.
  • the device 100 comprises at least one continuous heating applicator 10 in which the products are transported between an inlet 1 1 of the applicator and an outlet 12 of the applicator.
  • the products are transported in an exposure waveguide 30 of the applicator, following a longitudinal direction of a cavity 32 of said exposure waveguide.
  • the longitudinal direction corresponds to a wave propagation direction in the waveguide.
  • the products When transported in the exposure waveguide 30, the products are exposed to the microwaves produced by the wave generator 20 propagating longitudinally in said exposure waveguide in a single-mode propagation mode.
  • the single-mode propagation of radio waves in a waveguide is known, and widely implemented in applications requiring the transfer of radio power with the minimum of loss, for example in radar devices for the transmission of radio waves.
  • energy between a generator and an antenna is obtained by a section, perpendicular to the longitudinal direction, of the cavity of the waveguide in which propagates the radio wave adapted to the frequency of said radio wave.
  • FIG. 2 illustrates an example of a focus 15 of the applicator 10 and having an exposure waveguide 30.
  • the exposure waveguide 30 determines a toric cavity, of section chosen to ensure the monomode propagation of the waves used.
  • the toric shape of the cavity is not limited to the only case of a circular section of the waveguide in an axial plane of the torus, a circular section generally considered in a purely mathematical definition of the torus.
  • the torus determines a tubular cavity of substantially constant section, rectangular in the illustrated examples, and a line of the centers of the sections, describes a circle.
  • the exposure waveguide 30 is also arranged to allow transport in the cavity of said exposure waveguide, at a controlled rate, the products to be exposed to microwaves.
  • the exposure waveguide has a cavity of rectangular section substantially 248 mm wide and 124 mm high, dimensions that ensure monomode propagation of microwaves centered on said frequency.
  • the exposure waveguide 30 has the main shape of a tube 31 whose walls are electrically conductive, for example made of a good electrically conductive material such as copper, aluminum, silver. .. or at least having a layer of an electrically conductive material deposited on inner walls of said tube, and a central portion of which determines a volume transparent to radio waves.
  • the central portion of the waveguide tube is a cavity 32 containing, outside the product to be exposed to microwaves, air that is suitable for most considered exposure cases.
  • the diagram of FIG. 2 corresponds to an O-shaped exposure waveguide with a cavity 32 of rectangular section in an axial plane of the torus.
  • the exposure waveguide 30 has, in one wall of said exposure waveguide, an inlet opening 33, through which products 90 to microwave radiation is introduced into the cavity 32 of said waveguide, and an outlet opening 34, through which the products 90 having been exposed to microwave radiation emerge from said waveguide.
  • a length L 0 of the exposure waveguide 30 between the inlet 33 and outlet 34 openings in which the products are transported determines a distance over which said products can be exposed to the microwaves.
  • the exposure waveguide 30, in the example of FIG. 2, is fixed, at least in part, placed with an axis of revolution 35 of the horizontal torus, with the inlet opening 33 located at a point the top of the torus and the outlet opening 34 located at a low point of the torus, in the illustrated example substantially at a point diametrically opposite to the inlet opening.
  • the exposure waveguide 30, at least one fixed wall of the tube 31 of said waveguide, constitutes, in mechanical terms, a stator of a transport system 40 of the products 90.
  • the sliding volumes ensure a continuous transport of the products 90 subjected to microwave radiation in the toric cavity 32 with a controlled rate of progression of said products which are confined in a sliding volume by the walls of the tube 31 and the two separating partitions determining said sliding volume.
  • the separating partitions 42 also make it possible to ensure a homogeneous product filling of the exposure waveguide. Indeed, on the one hand the product is maintained in the sliding volume where it has been placed, without being able to move randomly in the cavity of the waveguide until its exit through the outlet opening 34, and on the other hand a complete filling of the sliding volume with the product avoids the formation of a heterogeneity within said sliding volume, as would be the case in case of a partial filling, when the product is transported.
  • the separating partitions 42 are separated by a separation distance between adjacent partitions, following the perimeter of said toric cavity, to determine a product loading capacity of a sliding volume 43.
  • the choice of a separation distance between the separating partitions 42 is determined so that a volume comprised between two adjacent partitions is always full of the product 90 when said volume is in a portion of the exposure waveguide 30 into which the microwaves are injected. It is understood that the volume is considered full of the product when the loading device implemented no longer allows to introduce more product into the volume in question, even in the presence of interstitial voids between the grains of the material.
  • This filling condition, in practice as homogeneous as possible, of the sliding volumes 43 in the cavity of the exposure waveguide where the products are exposed to the microwaves, is important to obtain a homogeneous density of the product in the guide. exposure wave, which results in an electromagnetic field also homogeneous within the treated products.
  • the partitions are angularly separated by 30 ° so as to form six successive sliding volumes rotating in the cavity of the exposure waveguide, in the illustrated case where the exposure to microwaves is carried out on a angular sector of 180 °.
  • this value of 30 ° is not limiting and will be as much as of need adapted, in value higher or lower value, to the treated product and its behavioral characteristics so as to ensure a complete filling of the volumes and the necessary flow product to fill and empty volumes.
  • the separating partitions 42 are made of a material that is transparent to the electromagnetic waves of the frequencies considered, for at least one low attenuation material, so that the microwaves propagate in the cavity 32 of the exposure waveguide with a minimum mitigation related to compartmentalization of slippery volumes 43.
  • parts of the rotor in particular walls of the waveguide directly or indirectly supporting the partitions, are formed in conductive materials and arranged relative to the other parts of the waveguide to prevent leakage. microwaves and radiant energy losses.
  • a microwave frequency of 915 MHz corresponds to a standardized waveguide with a cavity section 247.65 mm x 123.82 mm.
  • the microwave radiation is in single-mode propagation.
  • an adapted standardized waveguide (WR340 or R26) has a cavity section of 86.36 mm x 43.18 mm.
  • the device 100 also comprises a microwave dispenser for supplying the energy to the applicator 10.
  • FIG. 2 shows three injection waveguides 29a, 29b, 29c which convey the microwaves from the wave generator 20 to the exposure waveguide 30.
  • Each of the injection waveguides is substantially tangentially coupled to the exposure waveguide 30 by a radio window 28a, 28b, 28c, respectively. so as to ensure, in the illustrated example, a propagation of the microwaves in the toric cavity 32 in a direction of transport of the products 90 in said toric cavity of the exposure waveguide, ie in the direction rotation of the rotor 41 a.
  • injection waveguides 29a, 29b, 29c are coupled to the exposure waveguide 30 each at different locations between the inlet aperture 33 and the exit aperture 34 so as to determine in the cavity 32 of said exposure waveguide of the successive exposure areas along the length L 0, each exposure zone corresponding to a volume of the exposure waveguide 30 subjected mainly to the energy of the injected waves by one of the injection waveguides and absorbed by the product.
  • each of the exposure zones corresponds to an angular sector of a portion of the toric cavity 32 in which the products 90 are transported between the point high and low point of said exposure waveguide.
  • the electromagnetic wave generator 20 produces microwaves in each of the injection waveguides 29a, 29b, 29c with a desired power to be injected into the exposure area corresponding to the guide. injection wave considered.
  • the electromagnetic wave generator 20 may comprise a plurality of high frequency heads producing microwaves, a head being assigned to a only injection waveguide or a limited number of injection waveguides.
  • each high frequency head is arranged to enable the power sent to be adjusted in the corresponding injection waveguide.
  • the electromagnetic waves being of the same frequencies for the set of injection waveguides 29a, 29b, 29c, said generator of FIG.
  • the electromagnetic wave comprises a single high frequency head 21 whose energy is divided and adjusted according to the powers to be provided in each injection waveguide.
  • a first divider 23a divides the total power of the high frequency head 21 by half on each of two outputs of said first divider.
  • a first output of the first divider 23a is connected to a first injection waveguide 29a to have 50% of the microwave energy produced by the high frequency head 21.
  • the power remaining on a second output of the first divider 23a is again divided by half between two outputs of a second divider 23b which are each connected to a second and third injection waveguide, 23a, 23b, to have each 25% of the microwave energy produced by the high frequency head 21.
  • each waveguide 23a, 23b, 23c comprises an impedance adapter, 24a, 24b, 24c respectively, for adjusting the output impedances to the load impedances corresponding to the product exposed in the exposure waveguide. the adaptation being carried out as a function of information transmitted by probes 25 for measuring the energy emitted and the energy reflected in each waveguide.
  • a recirculator 26 is arranged at the exit of the high frequency head 21 to trap waves that would otherwise be reinjected into the generator.
  • each impedance adapter 24a, 24b, 24c of an injection waveguide is implemented to control the power delivered in said injection waveguide so that the dispenser
  • the resulting wave forms an energy network management system which adjusts the power distribution provided by the high frequency head 21 between the different injection waveguides.
  • an impedance adapter 24a, 24b, 24c restores on the network the power initially distributed to it by the dividers 23a, 23b but which is not used, that is to say, which has not been absorbed by the product. This restored power can then be used by the other injection waveguides.
  • the energy can be accurately distributed to match the thermal profile in the exposure waveguide, without being dependent only on the proper dividing factors of the dividers 23a, 23b.
  • the distribution of the power between the different injection waveguides, as well as the effective power of the electromagnetic radiation in each injection waveguide, will be adapted by those skilled in the art depending on the type of products treated by the device, whose absorption capacities and thermal behavior are different from one product to another, the flow of products treated in the exposure waveguide, for example a mass flux in g / s , and also the temperatures at which the products must be carried in each of the exposure zones according to the desired effects on the products.
  • the powers in each injection waveguide are adjusted during implementation of the applicator based on measured parameters such as product temperature at different locations of the exposure waveguide. .
  • a granular product 90 naturally or following a preparation, to be treated by heating is in a first step placed in a supply distributor 50, for example a tank having a hopper for driving the product into a conduit substantially to the section of the exposure waveguide to an inlet 11 of the applicator 10.
  • a supply distributor 50 for example a tank having a hopper for driving the product into a conduit substantially to the section of the exposure waveguide to an inlet 11 of the applicator 10.
  • the product is driven for example by gravity, by a hopper, by screw or by any other known system suitable for the transport of the product in question, in particular its particle size, its fluidity and its texture, in particular to avoid a jam or clogging in transport from the reservoir to the exposure waveguide 30.
  • the duct is advantageously substantially of the section of the exposure waveguide implemented in the device to ensure a stable progression of the product to the inlet opening 33 of the exposure waveguide.
  • the product once introduced into the exposure waveguide 30 through the inlet aperture 33, is continuously transported at a controlled rate into said exposure waveguide by the rotor 41a through at the exit aperture 34.
  • the product 90 is subjected to preheating before being introduced into the cavity of the exposure waveguide.
  • Preheating for example at a chosen value of between 30 ° C. and 55 ° C. and having no appreciable effect on the products to be treated, makes it possible to reduce the microwave power required to raise the temperature of the product in the guide. wave exposure and allows to introduce the product in the exposure waveguide with a temperature and therefore initial conditions in the substantially constant waveguide.
  • the transport speed of the product 90 is imposed by the rotational speed of the rotor 41a from which a given duration of exposure of the product to the microwave radiation conditions results. in each of the areas of the exposure waveguide receiving microwave energy from the injection waveguides 29a, 29b, 29c.
  • this exposure time is particularly stable and reproducible because the product is substantially immobile inside the sliding volumes 43.
  • the rotor 41a is advantageously rotated at a constant speed by a motor, for example an electric or hydraulic motor.
  • the rotor may be free to rotate and be rotated by gravity under the effect of the weight of the product, subject to a path followed by the descending product in the waveguide, the rotor speed being within this case advantageously regulated by a brake.
  • the transported product 90 is contained in the sliding volumes 43, between the separating partitions 42, a configuration which results in a continuous flow and a perfect control of the passage times in the exposure waveguide, and in each of the zones of the exposure waveguide corresponding to the different microwave energy input of each of the injection waveguides, of all the volumes of product transported between the separating partitions 42.
  • the transport of the product by the rotor 41a limits the risk of clogging of the exposure waveguide with respect to uncompressed flow of the product, for example gravity flow, when the product does not exhibit a sufficiently fluid behavior for a gravity flow in the exposure waveguide.
  • the wave generator 20 is kept in operation to generate the continuous microwaves (CW) which are injected into the cavity 32 of said waveguide by the injection waveguides 29a, 29b, 29c.
  • CW continuous microwaves
  • the impedances are adapted for each waveguide so as to compensate for variations in the dielectric characteristics of the treated product.
  • the microwave energy injected into the exposure waveguide 30 has been absorbed by the product, the energy injected levels being adjusted. as much as necessary depending on the product treated and the implementation parameters to obtain this result, a residual energy being optionally retained by a conventional microwave trap.
  • the tangential or at least oblique injection of the microwaves by the injection waveguides 29a, 29b, 29c into the exposure waveguide 30 limits the risks of reflections which would have the negative consequence of reinjecting a part of the waves towards the source or sources 22 of the microwave generator 20.
  • the maximum microwave energy produced continuously, at the frequency used of 915 MHz, by the generator is 75 kW.
  • This power is, if necessary, adjustable to lower values to meet specific conditions and microwave absorption capabilities by the product to be heated.
  • the microwave radiation energy level sensors in the cavity 32 of the exposure waveguide transmit energy level measurements, measurements used to determine at any time the absorption capabilities. of the product and by a regulation system to adjust in real time the microwave powers injected by the various injection waveguides 29a, 29b, 29c.
  • the first injection waveguide 29a first following the path of the product in the exposure waveguide 30, receives about 50% of the energy produced by the generator. wave 20, or at most continuously, in the example considered, a power of 37.5 kW which is injected into a first exposure zone.
  • this first exposure zone it is in these conditions carried out a rise in temperature of the product without extraction of water.
  • the temperature of the seeds is brought to 85 ° C. during this first exposure, homogeneous temperature in the product under consideration with variations maximums obtained by the process below five degrees centigrade.
  • the second injection waveguide 29b receives about 25% of the energy produced by the generator, ie in the example at most continuously a power of 18.75 kW which is injected into a second exposure zone and which brings the temperature of the product to 1 15 ° C.
  • Exposure to these temperatures also allows to denature the lypases contained in the seeds and which are responsible for the degradation of the seeds and their by-products, as for example the oils which will be extracted from the seeds in a later stage of use of the seeds. product treated by the process.
  • a benefit of the control of the temperature and its homogeneity in the product during this phase makes it possible to obtain the desired result throughout the volume of the treated product while preserving the structure of the food components and without modifying the organoleptic qualities of the product.
  • the third injection waveguide 29c receives about 25% of the energy produced by the generator, in the example at most continuously, a power of 18.75 kW which is injected into a third exposure zone in which the temperature reached in the second zone is maintained.
  • this third zone it is realized in the example of oleaginous seeds, an extraction of water which is adjusted to maintain a desired quantity of residual water, for example of the order of 4%, so as to preserve the aptitudes the pressing of the product and subsequently to the treatment of better pressing conditions and a more complete extraction of oil contained in the product.
  • the power effectively transferred to the product by each injection waveguide can be controlled by means of the impedance adapters.
  • this distribution of the energy in the cavity 32 of the exposure waveguide 30 results in a homogeneous heating of the product and a temperature curve as a function of the time to which the product is subjected during its transport. in said exposure waveguide.
  • This temperature curve can be adjusted by modifying the parameters such as the powers injected into the exposure waveguide by each injection waveguide, or by implementing a number of injection waveguides. different from three as in the example described, for example one, two or four injection waveguides, or more, or such that the speed of travel of the material in the exposure waveguide.
  • the temperature obtained, resulting from the interactions of the microwaves with the material of the product, is in the device particularly homogeneous.
  • the granular product 90 arrives opposite the opening of 34, it is removed from the applicator to an outlet 12 for subsequent processing, packaging, storage or use of the treated product.
  • the treated product is removed from the gravity exposure waveguide.
  • evacuation modes may however be implemented, alone or in combination, for example a blowing of the product, for example a mechanical forcing.
  • a blowing of the product for example a mechanical forcing.
  • the number of injection waveguides may be different from three, as well as the power in each of the injection waveguides different from the described embodiment.
  • the number of injection waveguides and the power provided by each of said injection waveguides are adapted to distribute energy flows injected into the exposure waveguide, flux of energy from which results for a product, a temperature profile as a function of the position in the exposure waveguide, that is to say as a function of time, to which it is desired to subject the product during its circulation in the exposure waveguide.
  • the temperature at which the product is carried results from the direct absorption of the microwave energy by said product and that said temperature is a function not only of the microwave power introduced in the guide of the product. exposure wave, but also the ability of the product to absorb said microwave energy.
  • the angular sector traversed by the product is not necessarily limited as in the example illustrated at an angle of 180 °.
  • this angle may be less than or greater than 180 °, without being limited by gravity constraints.
  • the axis of the toric cavity exposure waveguide, or the axis of rotation of the rotor is not necessarily horizontal and can have any orientation in space, for example vertical.
  • the rectangular cavity, rectangular cavity waveguide in the first embodiment described may have other shapes.
  • FIG. 4 illustrates a device according to the principles of the invention in which the exposure waveguide is linear.
  • a side wall of the exposure waveguide is not shown to view the product in said waveguide.
  • the cavity of the waveguide is also of rectangular section and of dimensions adapted to the propagation of microwaves in single-mode mode.
  • the product 90 traverses the cavity 32 of the exposure waveguide from an inlet opening 33 through which said product is introduced, to an outlet opening 34 through which the treated product leaves.
  • the drive system 40 advantageously consists of a continuous belt 41b forming a loop functionally identical to the rotor 41a which is adapted to transport the product, deposited on said belt, along an axis of the waveguide exposure.
  • the exposure waveguide 30 is oriented with a longitudinal axis of said horizontal exposure waveguide, and in this case the product can be deposited so as to fill volumes.
  • sliders 43 determined by separating partitions 42, vertical in the example shown, to ensure a filling of said sliding volumes and a volume density of the product in the substantially constant exposure waveguide.
  • the separating partitions guarantee, on the one hand, that the waveguide is kept homogeneously filled and, on the other hand, the progression of the product without risk of slippage of the product with respect to the carpet. Uncontrolled slippage of the product on the carpet, or mixing of the product, would alter the exposure time of the product to the microwaves or randomize the exposure time of a product item, alter the product density in the product. exposure waveguide in an unpredictable manner, disrupting the propagation of microwaves, and could lead to clogging of the waveguide, phenomena which must be avoided in order to respect the temperature profiles of the product in the guide of exposure waves.
  • the use of separating partitions makes it possible to place the longitudinal axis of the exposure waveguide in any position, for example inclined, or even vertical, without producing a flow of product in the direction longitudinal waveguide that would not maintain a constant density density in the exposure waveguide.
  • a line of the centers of the sections of the exposure waveguide may have any trajectory, for example a spiral, for example with a curved part and a rectilinear part, making it possible, if necessary, to increase the number of radio windows by which the microwaves are injected into the exposure waveguide without necessarily increasing the diameter of a toroidal waveguide or without necessarily reducing a distance between two radio windows, provided that that a transport system can be implemented to provide the speed-controlled transport of the product over the exposure length of said exposure waveguide while maintaining waveguide filling.
  • the microwaves are introduced into the exposure waveguide by radio windows 28a, 28b, 28c with an angle of incidence of the injection waveguides 29a, 29b, 29c, preferably less than 30.
  • an angle of incidence of the injection waveguides 29a, 29b, 29c preferably less than 30.
  • the radio windows are closed by plates of a microwaves-transparent dielectric material which prevent the product or dust from getting into one of the waveguides. injection waves.
  • the rectangular section considered of the guide exposure waves in the embodiments described is adapted to the means used to carry out the controlled transport of the product in the cavity of said exposure waveguide, this form of the section is not imposed and that shapes of different sections, for example circular, oval or polygonal, can be used as long as the chosen section leads to a monomode propagation of the waves in the cavity of the exposure waveguide and is adapted to the complete filling of the sliding volumes 43.
  • a device in improved embodiments for increasing product processing capabilities, includes a plurality of exposure waveguides arranged in parallel.
  • FIG. 5 illustrates an exemplary device comprising three exposure waveguides, in accordance with the first exemplary embodiment described, with toric cavities and carrying the product transport by means of rotors.
  • the exposure waveguides share, for example, a rotation drive of the rotors, assembled on the same axis of rotation, by a common motor, for example a product distributor, for example a treated product collector. or a wave generator.
  • a common motor for example a product distributor, for example a treated product collector. or a wave generator.
  • the arrangement of several exposure waveguides in parallel operation makes it possible in practice to increase a treated product flow because for each exposure waveguide the flow rate is constrained by the section of the cavity of said guide.
  • exposure wave imposed by the single-mode propagation of the waves, and by the exposure times of the treated product which limits the speed of movement of said product in the exposure waveguide.
  • the invention thus makes it possible to continuously process a large quantity of product in an industrial installation.
  • a treatment may consist of a simple heating to bring a product to a given temperature, for example for a subsequent processing operation, heating which will be with the invention obtained quickly with a uniform temperature in the product.
  • a treatment may consist of a dehydration, more or less thorough, a product containing water, the ability to follow a precise profile of temperature variations to control the level of dehydration and side effects sought or that it is wished to avoid.
  • a treatment may consist of cooking a product, stewed or not.
  • the exposure waveguide at least in the part in which this braising is performed, is made with a sufficient seal to maintain a level of heated vapor or overheated to cook.
  • a treatment may consist of roasting.
  • a treatment may consist of thermal sterilization.
  • a treatment may consist of steam cracking, that is to say the cutting of long molecules contained in the product in the presence of water vapor.
  • a treatment can consist of a skinning, that is to say the separation of an envelope or a film of a grain, here carried out by a vaporization of water contained in the product, the vapor causing a mechanical separation envelope or film.
  • Treatment may consist of extensive dehydration of minerals by evaporation of bound water retained in the dry material.
  • the device and method of the invention are directed to any treatment of a product, containing at least one polarized dielectric material that can be heated by exposure to radio-electric microwaves, requiring place the product under precise temperature conditions following a thermal cycle.
  • treatments may apply to products of plant origin, products of animal origin or products of mineral origins, which may be raw products, processed products or elaborate products.
  • a requirement for the implementation of the device is that the product must have a granular shape, that is to say be sufficiently fractionated and have a physical structure to ensure the filling, complete and homogeneous, and the emptying of the slippery volumes that carry the product in the exposure waveguide.
  • the grains will preferably be of rounded shapes or with soft edges to facilitate the flow of the product and limit the risk of blockages that produce grains with sharp edges.
  • the grains or unitary elements of the product also have dimensions and shapes that ensure a relatively complete and homogeneous filling of the exposure waveguide by the product opposite interactions between the material and the microwaves used, and despite the inevitable voids between the grains.
  • the person skilled in the art will ensure that the filling of the sliding volumes and the waveguide, resulting from the characteristics of the grains, lead to a substantially isotropic medium, in all the waveguide of exposure, with respect to the electromagnetic waves used.
  • An advantage of the invention in the processing of products is the rapid heating of the product and the homogeneity of the temperatures obtained in the volume of the product, heating requiring substantially less energy than heaters by conventional methods using thermal conduction of the product when exposed to a source of heat.
  • Another advantage lies in the possibility of creating, by an adaptation of the applicator, the number of injection waveguides and the locations on the exposure waveguide and the microwave powers injected into the guide. of exposure waves by each of the injection waveguides, a profile of temperatures as a function of the time the product is subjected to.
  • Another advantage is the continuous operation of the applicator which is traversed by a product flow which allows to process large quantities of product in a reduced time compared to conventional solutions.
  • the macroscopic grains of the granular product to be treated in the device correspond, for example, to products naturally occurring in a granular form, such as raw vegetable seeds, for example wheat grains, hazelnuts or walnut kernels, and weights. ..
  • Such macroscopic grains are for example processed products such as fractionated or crushed and calibrated materials, and which meet the constraints of dimensions and shapes explained above.
  • split products may, for example, result from the cutting of plant leaves, fruits, vegetables, tubers or any other divisible product.
  • Such macroscopic grains are, for example, elaborated products such as, for example, food croquettes intended for human consumption or animal feed, or wood pellets intended for combustion.
  • the product may also be in the form of a powder, for example a flour of plant or animal origin, for example a mineral powder.
  • the product may also be in the form of a liquid, more or less viscous, for example an oil, for example an aqueous or non-aqueous solution, for example an emulsified polyphasic liquid.
  • a liquid more or less viscous
  • an oil for example an aqueous or non-aqueous solution, for example an emulsified polyphasic liquid.
  • the device can be implemented for the heat treatment of plant products such as seeds, fruits, tubers, leaves or any other part of plants.
  • cereal seeds such as: maize, wheat, barley, rye, oats, rice, sorghum and in general the seeds of grasses ...
  • fruits consumed as vegetables such as: cucurbitaceae fruits, Solanaceae fruits ... or consumed as fleshy fruits such as: berries, drupes, apples ... or other fruits such as: citrus, pineapple. ..
  • the treated seeds are, for example, so-called oleaginous seeds, or so-called proteinaceous seeds, or so-called oleoproteaginous seeds.
  • the treatment of plant products is for example intended to modify the water content of the product, either to bring this content to a desired value for conservation reasons or to bring this water content to a value suitable for further processing of the product.
  • the treatment of plant products is for example intended for a physicochemical transformation, such as, for example, the denaturation of enzymes responsible for the degradation of the product during its storage.
  • the product is subjected to a CW continuous microwave radiation for a period of the order of 180 seconds in which a temperature profile as a function of time is chosen to denature the phospholypase enzymes degrading the organoleptic qualities of treated products.
  • the treatment of the products can be a cooking, braising or no, a roasting, a roasting.
  • Braising is carried out in the exposure waveguide advantageously by reusing the superheated steam produced during heating, and the drying is advantageously carried out by evaporation of the water with suction of the steam through a porous wall of the stator.
  • the treatment of the products can be carried out on the products for example for food or feed purposes, for cosmetic purposes, for medicinal purposes or for purely physicochemical purposes, for example for the preparation of dyes.
  • the products may also be shaped products, such as the plant products mentioned above, which have undergone transformations to occur for example in the form of flakes, small pieces, powders ...
  • the products can also be elaborate products such as granules manufactured for human or animal food purposes, wood pellets intended for combustion ...
  • the products can also be of animal origin, for example flours.
  • the products can also be of mineral origin, for example ores or powders.
  • the device, the applicator and the method of the invention make it possible to raise the temperature of the products to a desired value, the temperature being obtained rapidly with a reduced energy cost, and the precise temperature being obtained homogeneously throughout the entire volume of the product. product.
  • Prototype-stage tests have made it possible to measure accuracies and temperature differences between the different locations in the volume of the heated material below five degrees centigrade, which in most cases results in a homogeneous treatment of the products.

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Abstract

Dans un applicateur (10) de traitement thermique d'un produit (90), le produit est exposé à un rayonnement électromagnétique micro-ondes dans un guide d'ondes d'exposition (30), dans lequel des micro-ondes sont injectées et se propagent suivant un mode de propagation monomode. L'applicateur (10) comporte un système de transport (40) du produit (90) en un flux continu suivant la direction longitudinale de la cavité (32) du guide d'onde d'exposition entre l'ouverture d'entrée (33) et l'ouverture de sortie (34).La cavité du guide d'ondes d'exposition peut être torique, cylindrique ou autre. Un dispositif de traitement de produit comporte au moins un applicateur (10) et au moins un générateur d'ondes continu CW. Le produit, chauffé par le rayonnement micro-ondes continu CW dans le dispositif, est soumis à un procédé de traitement thermique suivant une courbe de température fonction du temps, résultant notamment d'une vitesse de déplacement du produit dans le guide d'ondes d'exposition (30) et d'une puissance de rayonnement micro-ondes introduit dans le guide d'ondes d'exposition à chaque emplacement d'injection.

Description

APPLICATEUR MICRO-ONDES MONOMODE, DISPOSITIF
ET PROCEDE DE TRAITEMENT THERMIQUE DE PRODUITS
La présente invention appartient au domaine de la préparation, la transformation et la conservation de tous types de produits devant être soumis à un traitement thermique. Plus particulièrement, l'invention appartient au domaine du traitement thermique, au moyen de micro-ondes radioélectriques, de produits de toutes origines contenant un ou des matériaux diélectriques polarisés, c'est-à-dire des matériaux généralement considérés comme des isolants électriques et dont la molécule comporte une dissymétrie de charges électriques, par exemple comme la molécule d'eau H20.
ETAT DE L'ART
Il est connu de mettre en œuvre des micro-ondes de l'ordre du GHz ou de quelques GHz pour la préparation des aliments en particulier pour leurs chauffages ou leurs cuissons avant consommation.
Il est également connu de soumettre des graines à un rayonnement électromagnétique micro-ondes dans le cadre de la préparation industrielle des graines aux fins d'une meilleure utilisation de ces graines dans l'alimentation.
Dans la demande de brevet publiée sous le numéro EP 1955603, il est décrit de retirer la pellicule des graines de fruits à coques, par exemple des cerneaux de noix, en soumettant les graines à un chauffage par infrarouge puis par micro-ondes avant de procéder à une élimination mécanique de la pellicule.
Une difficulté du procédé mis en œuvre est de contrôler précisément l'éclairement des graines par les micro-ondes pour obtenir les effets thermiques recherchés, en garantissant un traitement homogène des graines dans un flux industriel, et sans endommager les qualités organoleptiques des graines.
Le brevet publié sous le numéro US 6270773 décrit un procédé amélioré de stabilisation de végétaux par les enzymes contenus dans le végétal en faisant suivre une étape de réhydratation par une étape de préchauffage par rayonnement puis par une étape de chauffage par micro-ondes à une température suffisante pour dénaturer les enzymes responsables de la dégradation des graines.
II est également connu de la demande de brevet EP 0036362 de chauffer des aliments en poudres ou en grains en les exposant à un rayonnement microondes. Les aliments sont entraînés suivant une direction horizontale par une vis d'Archimède de sorte à être brassés lors de leur passage dans la vis, les microondes étant introduites dans l'espace entre un cylindre tournant comportant une cloison hélicoïdale et une fourreau fixe comportant également une cloison hélicoïdale. Dans un tel dispositif, le remplissage partiel de la cavité par les aliments et la déformation continue de la cavité, lors de la rotation du tambour, dans laquelle sont introduites les micro-ondes ne permet pas d'obtenir un chauffage homogène des aliments et un rendement optimal de chauffage.
Ces dispositifs ne permettent pas de chauffer les produits en flux continu, rapidement, en garantissant une homogénéité de la température dans le produit traité et un bon rendement de chauffage, et ne permettent pas de générer une courbe de températures précise ou un cycle thermique auquel il est souhaité soumettre le produit.
EXPOSE DE L'INVENTION
Pour apporter une solution à ces problèmes, la présente invention concerne un applicateur de traitement thermique dans lequel le produit particulaire devant être traité est exposé à un rayonnement électromagnétique micro-ondes dans une cavité dans laquelle des ondes électromagnétiques sont injectées.
La cavité est, dans l'applicateur de l'invention, une cavité de guide d'ondes de section adaptée à une propagation monomode, pour une fréquence de micro-ondes mise en œuvre, d'un guide d'ondes d'exposition, dans laquelle cavité les micro-ondes se propagent suivant une direction longitudinale de la cavité. La cavité comporte une ouverture d'entrée du produit et une ouverture de sortie du produit, distante de l'ouverture d'entrée suivant une direction longitudinale de la cavité, et l'applicateur comporte un système de transport du produit dans le guide d'ondes en un flux continu suivant la direction longitudinale de la cavité du guide d'onde d'exposition entre l'ouverture d'entrée et l'ouverture de sortie.
Le système de transport comporte des cloisons séparatrices, formées dans un matériau transparent aux ondes radioélectriques mises en œuvre dans l'applicateur, qui déterminent des volumes glissants mitoyens se déplaçant dans la cavité du guide d'ondes d'exposition, suivant la direction longitudinale dudit guide d'ondes d'exposition depuis l'ouverture d'entrée vers l'ouverture de sortie, de sorte à maintenir un remplissage complet et homogène du guide d'onde d'exposition par le produit pendant le transport dudit produit.
Il est ainsi réalisé en continu, par le passage d'un flux de produit dans la cavité du guide d'ondes d'exposition, une exposition du produit à un champ électromagnétique qui, du fait de la propagation monomode dans le guide d'ondes d'exposition et d'une garantie d'un remplissage complet et homogène en produit de la cavité du guide d'ondes d'exposition, est traité de manière homogène en évitant dans le produit des zones surexposées au rayonnement micro-ondes et des zones sous-exposées.
Un tel résultat est obtenu par l'homogénéité du flux et du remplissage de produit dans le volume de la cavité du guide d'ondes d'exposition, et par la constance du temps d'exposition aux micro-ondes dans le guide d'ondes d'exposition.
II est également évité la formation d'accumulation de produit et des colmatages dans la cavité du guide d'ondes d'exposition, en particulier par un comportement non maîtrisé du produit particulaire en absence du dispositif de transport mis en œuvre.
Dans une forme de réalisation, au moins un guide d'ondes d'injection, dont une extrémité terminale est connectée au guide d'ondes d'exposition, au niveau d'une fenêtre radioélectrique du guide d'ondes d'exposition, injecte des micro-ondes, se propageant dans ledit au moins un guide d'ondes d'injection, dans la cavité du guide d'ondes d'exposition. Il est ainsi introduit en un point déterminé du guide d'ondes d'exposition une énergie micro-ondes souhaitée.
Dans une forme de réalisation, l'applicateur comporte une pluralité de guides d'ondes d'injection et chaque guide d'ondes est connecté par une extrémité terminale au guide d'ondes d'exposition au niveau d'une fenêtre radioélectrique du guide d'ondes d'exposition. Des fenêtres radioélectriques affectées à chacun des guides d'ondes d'exposition, sont réparties entre l'ouverture d'entrée et l'ouverture de sortie, décalées entre elles sur le guide d'ondes d'exposition suivant la direction longitudinale dudit guide d'ondes d'exposition.
Il est ainsi possible d'injecter une puissance micro-ondes au niveau de chacune des fenêtres radioélectriques et de générer dans le guide d'ondes d'exposition un profil d'énergie radioélectrique donné dont il résulte pour le produit en déplacement dans la cavité du guide d'onde d'exposition un profil d'exposition au rayonnement micro-ondes et à ses effets en fonction du temps.
Ainsi, une puissance du rayonnement micro-ondes injectée sous forme d'un rayonnement micro-ondes dans la cavité du guide d'ondes d'exposition par chacun des guides d'ondes d'injection est définie pour déterminer une courbe de températures en fonction du temps du produit circulant dans le guide d'ondes d'exposition.
Dans une forme de réalisation, le guide d'ondes d'exposition est un guide d'ondes dont la ligne des centres des sections du guide d'ondes est circulaire, formant ainsi une cavité torique, et le système de transport comporte un rotor, par lequel les parois séparatrices sont entraînées, dont une rotation par rapport à une structure fixe du guide d'ondes d'exposition, constituant un stator, assure et ou contrôle le transport du produit dans la cavité.
Une telle forme s'avère avantageuse sur le plan de la simplicité mécanique du système d'entraînement et de sa compacité.
Dans une autre forme de réalisation, le guide d'ondes d'exposition est un guide d'ondes ouvert à ses extrémités, par exemple un guide d'ondes linéaire à cavité cylindrique ou sensiblement cylindrique, ou un guide d'ondes à cavité hélicoïdale, et le système de transport entraîne le défilement des volumes glissants dans la cavité du guide d'ondes d'exposition entre les extrémités ouvertes, depuis une extrémité correspondant à l'ouverture d'entrée jusqu'à l'autre extrémité correspondant à l'ouverture de sortie.
Il est ainsi assuré un transport du produit dans la cavité du guide d'ondes, ouvert à ses extrémités, avec une densité volumique de produit sensiblement constante dans toute la cavité du guide d'ondes d'exposition entre ses extrémités.
D'autres formes de guide d'ondes d'exposition ouverts sont toutefois possibles, par exemple un guide d'ondes décrivant un arc de cercle ou une forme plus complexe.
Le système d'entraînement consiste par exemple en un tapis défilant auquel sont fixées les cloisons séparatrices.
De telles formes bénéficient d'un guide d'onde d'exposition simple à réaliser du fait que le système de transport n'est pas associé à une paroi mobile et pose a priori peu de problème d'étanchéité aux micro-ondes dont il convient de limiter au mieux les fuites.
Pour mettre en œuvre des composants disponibles dans l'industrie, le guide d'ondes d'exposition est un guide d'ondes de section adaptée à une propagation monomode, de dimensions standardisées pour une fréquence de 91 5 MHz, ou un guide d'ondes monomode de dimensions standardisées pour une fréquence de 2,45 GHz. Par exemple un guide d'ondes de sections perpendiculaires à la direction longitudinale rectangulaire standardisées pour lesquelles des composants industriels (raccords, adaptateurs, sondes ...) sont disponibles.
Dans une forme de réalisation, adaptée à un profil de température pour enchaîner des étapes de montée en température du produit, de cuisson ou vapocraquage puis d'extraction d'eau, l'applicateur comporte au moins deux guides d'ondes d'injection, et une énergie micro-ondes CW totale introduite dans la cavité du guide d'ondes d'exposition est répartie entre les guides d'ondes d'injection.
Par exemple, avec trois guides d'ondes d'injection, depuis l'ouverture d'entrée vers l'ouverture de sortie, l'énergie totale micro-ondes CW est répartie sensiblement pour moitié dans un premier guide d'ondes d'injection, sensiblement pour un quart dans un deuxième guide d'ondes d'injection et sensiblement pour un quart dans un troisième guide d'ondes d'injection.
Dans une forme de réalisation pour augmenter les capacités de traitement de produit d'un applicateur, l'applicateur comporte une pluralité de guides d'ondes d'exposition de structures similaires agencés pour fonctionner en parallèle.
Il est ainsi obtenu un applicateur compact de capacité de traitement augmenté et partageant des parties accessoires, par exemple moteurs d'entraînement, distributeur et collecteurs de produits.
L'invention concerne également un dispositif de traitement thermique d'un produit contenant au moins un matériau diélectrique polarisé dans lequel le produit est exposé à un rayonnement électromagnétique micro-ondes d'un générateur d'ondes dans une cavité dans laquelle des ondes électromagnétiques sont injectées, qui comporte au moins un applicateur conforme à l'applicateur décrit précédemment et comporte au moins un générateur d'ondes continues CW agencé pour produire des micro-ondes avec une énergie déterminée en fonction du produit et de températures auxquelles le produit doit être porté et à une fréquence correspondant à une propagation monomode des micro-ondes dans des guides d'ondes d'injection et dans le ou les guides d'ondes d'exposition.
Il est ainsi obtenu une installation de traitement par chauffage de produits sensibles aux micro-ondes avec les bénéfices de l'applicateur de l'invention.
Dans une forme de réalisation du dispositif, le générateur d'ondes comporte au moins une tête haute fréquence dont une énergie micro-ondes produite est divisée, par au moins un diviseur, pour être acheminée par au moins deux guides d'ondes d'injection vers un guide d'onde d'exposition.
Dans une forme de réalisation, chaque guide d'ondes d'injection comporte un adaptateur d'impédance pour modifier l'impédance du guide d'ondes d'injection considéré, l'ensemble des guides d'ondes d'injection, des adaptateurs d'impédance et des diviseurs formant un distributeur d'ondes dans lequel une répartition de la puissance micro-ondes dans chacun des guides d'ondes d'injection est gérée en réseau par ajustement des adaptateurs d'impédance. Il est ainsi possible de modifier la répartition de puissance entre les guides d'ondes d'injection sans être limité aux possibilités propres des diviseurs.
Par exemple, l'énergie micro-ondes produite par une tête haute fréquence est divisée deux fois pour être acheminée par trois guides d'ondes d'injection vers le guide d'onde d'exposition. Avantageusement chaque diviseur est réglable de sorte à ajuster la répartition de puissance dans chacune des sorties du diviseur.
Il est ainsi limité le nombre de sources produisant les micro-ondes utilisées par le dispositif.
Pour réaliser une installation industrielle, avantageusement un générateur d'ondes associé à un guide d'ondes d'exposition délivre en fonctionnement une puissance totale maximale, sous forme de micro-ondes centrées sur une fréquence de 915 MHz, de sensiblement 75 kW, puissance compatible avec les puissance maximales atteintes actuellement par les générateurs de micro-ondes dans cette gamme de fréquences.
Pour une utilisation optimale de l'énergie micro-ondes produite et pour éviter une réflexion des ondes vers la source, au moins un et de préférence chaque guide d'ondes d'injection comporte un adaptateur d'impédance pour adapter son impédance de sortie à l'impédance de sa charge dans le guide d'ondes d'exposition.
Le dispositif permet la mise en œuvre d'un procédé de traitement d'un produit végétal par exposition à un rayonnement micro-ondes dans un applicateur conforme au applicateur de l'invention, procédé dans lequel le produit est transporté en continu dans une cavité du guide d'ondes d'exposition, suivant une longueur de ladite cavité depuis l'ouverture d'entrée de la cavité jusqu'à l'ouverture de sortie de la cavité, dans lequel guide d'ondes d'exposition le rayonnement micro-ondes se propage suivant des conditions de propagation monomode. Le procédé permet ainsi de traiter en flux continu le produit qui est soumis à des niveaux micro-ondes très homogènes qui conduisent à un traitement complet du produit qui est transporté dans le guide d'onde d'exposition.
Le rayonnement micro-ondes est par exemple introduit dans le guide d'ondes d'exposition en au moins deux emplacements d'injection différents suivant la longueur de la cavité. Il est ainsi obtenu des conditions pouvant évoluer lors du transport du produit dans le guide d'ondes d'exposition de sorte à soumettre le produit successivement aux conditions thermiques résultant de l'exposition aux champs électromagnétiques déterminés pour le produit considéré et le traitement recherché.
Dans une méthode de mise en œuvre, une répartition dans chacun des guides d'ondes d'injection de la puissance micro-ondes, produite par une tête haute fréquence et divisée pour alimenter les guides d'ondes d'injection, est gérée en réseau par ajustement d'adaptateurs d'impédance des guides d'ondes d'injection.
Dans une forme de mise en œuvre, la vitesse de transport du produit dans le guide d'ondes d'exposition et une puissance de rayonnement microondes continu CW introduit dans le guide d'ondes d'exposition à chaque emplacement d'injection sont déterminés pour chauffer le produit suivant une courbe recherchée de température en fonction du temps.
Le procédé est mis en œuvre suivant les cas :
- pour des produits principalement d'origine végétale ;
- pour des produits principalement d'origine animale ;
- pour des produits principalement d'origine minérale.
Dans un mode de mise en œuvre, le produit est un mélange de produits de deux ou trois des sources végétales, animales et minérales.
Le traitement par le procédé comporte suivant les cas, au moins :
- une étape de chauffage ; et ou
- une étape de vapocraquage de chaînes moléculaires du produit ; et ou
- une étape de cuisson ; et ou
- une étape de déshydratation ; et ou
- une étape de grillage ; et ou
- une étape de torréfaction.
BREVE PRESENTATION DES DESSINS
La description détaillée d'exemples de réalisation de l'invention est faite en référence aux figures qui représentent schématiquement de manière non limitative :
Figure 1 : un dispositif suivant l'invention pour le traitement thermique de produits alimentaires avec les principaux sous-ensembles du dispositif ;
Figure 2 : une première forme de réalisation d'un applicateur à guide d'onde d'exposition monomode à cavité torique ;
Figure 3 : un exemple de générateur d'ondes CW mettant en œuvre une tête haute fréquence unique dont la puissance émise est répartie sur trois guide d'ondes d'injection ;
figure 4 : un dispositif suivant l'invention mettant en œuvre une deuxième forme de réalisation d'applicateur à guide d'ondes linéaire ; figure 5 : un exemple de dispositif comportant un applicateur dans lequel plusieurs guides d'ondes d'exposition à cavité torique sont associés.
DESCRIPTIONS DETAILLEES DE MODES DE REALISATION L'INVENTION
Sur les figures des éléments similaires sont identifiés par des repères identiques.
Sur les différentes vues il a été privilégié le côté illustratif d'un dispositif et d'un applicateur mis en œuvre par le dispositif et les échelles entre les différents éléments représentés ne sont pas nécessairement respectées.
Toutefois la figure 5 représente, à titre d'exemple de réalisation, un dessin d'un dispositif suivant l'invention dans une forme et dans des proportions proches d'un dispositif réalisé avec des composants de technologies disponibles aujourd'hui et adapté à une mise en œuvre industrielle.
La figure 1 représente schématiquement un dispositif 100 suivant l'invention destiné à un traitement de produits par la température.
Les produits peuvent être d'origines végétales ou d'origines animales ou d'origines minérales, pour autant qu'ils renferment un ou des matériaux diélectriques polarisés absorbant les ondes radioélectriques, en particulier les ondes radioélectriques du domaine des micro-ondes, c'est-à-dire dont les fréquences sont comprises entre 800 MHz et 3 GHz suivant les conventions actuelles.
De manière générique il sera utilisé, dans la description de l'invention, le terme « produit » 90 pour désigner les produits devant être traités par une exposition au rayonnement micro-ondes au moyen du dispositif. Le même terme et son repère seront utilisés pour désigner le produit dans ses différentes étapes du traitement auquel il est soumis lors de son passage dans le dispositif 100, indépendamment des transformations physico-chimiques qu'il peut y subir.
Le dispositif 100 comporte un générateur d'ondes 20 électromagnétiques produisant des ondes continues, dite CW (Continuous Waves), du domaine des micro-ondes, c'est-à-dire des ondes ayant des fréquences comprises entre 800MHz et 3GHz.
Les valeurs de fréquences mises en œuvre ne sont pas imposées et peuvent être choisies en fonctions de contraintes techniques dans chaque cas d'espèce.
Avantageusement, le générateur est adapté pour produire des micro- ondes centrées sur une fréquence déterminée dont le choix est en relation directe avec celui des dimensions transversales des guides d'ondes adaptés à la propagation des dites ondes, guides d'ondes qui dans le dispositif de l'invention sont mis en œuvre également pour le transport de produits 90 devant être traitées.
Le générateur d'ondes 20 électromagnétiques du dispositif produit des ondes centrées sur une fréquence déterminée, par exemple la fréquence de 915 MHz qui correspond à une fréquence attribuée, administrativement, aux applications publiques. L'expression « la fréquence des micro-ondes » doit être comprise dans le contexte de l'invention comme étant la fréquence sur laquelle est centré un spectre d'émission du générateur d'ondes.
Le générateur est un générateur d'ondes continu capable de délivrer en continu, au moins sur une période de temps adaptée à l'échelle de temps de sa mise en œuvre dans le dispositif, une puissance nominale dudit générateur d'ondes. Dans le contexte de l'invention et de la mise en œuvre du générateur d'ondes, il n'est pas exclu que le générateur utilise une modulation de la durée d'émission des ondes pour ajuster une puissance moyenne dans un cycle de fonctionnement du générateur. Un tel mode modulé de la durée d'émission des micro-ondes est, réalisé avec une période petite en regard d'une vitesse de transport des produits exposés audites micro-ondes dans le contexte de l'invention, considéré comme un fonctionnement du générateur en mode continu CW afin d'obtenir une puissance moyenne continue inférieure à la puissance maximale en continu.
Le dispositif 100 comporte au moins un applicateur 10 à chauffage continu dans lequel les produits sont transportés entre une entrée 1 1 de l'applicateur et une sortie 12 de l'applicateur.
Suivant une caractéristique de l'applicateur 10, les produits sont transportés dans un guide d'ondes d'exposition 30 de l'applicateur, en suivant une direction longitudinale d'une cavité 32 dudit guide d'ondes d'exposition.
La direction longitudinale correspond à une direction de propagation des ondes dans le guide d'ondes.
Lors de leur transport dans le guide d'ondes d'exposition 30, les produits sont exposés aux micro-ondes produites par le générateur d'ondes 20 se propageant longitudinalement dans ledit guide d'ondes d'exposition suivant un mode de propagation monomode.
La propagation monomode d'ondes radioélectriques dans un guide d'ondes est connue, et largement mise en œuvre dans les applications nécessitant le transfert d'une puissance radioélectrique avec le minimum de perte, par exemple dans les dispositifs radar pour la transmission de l'énergie entre un générateur et une antenne. La propagation monomode est obtenue par une section, perpendiculaire à la direction longitudinale, de la cavité du guide d'ondes dans laquelle se propage l'onde radioélectrique adaptée à la fréquence de ladite onde radioélectrique.
La figure 2 illustre un exemple d'un foyer 15 de l'applicateur 10 et comportant un guide d'ondes d'exposition 30.
Dans la forme de réalisation, illustrée sur la figure 2, le guide d'ondes d'exposition 30 détermine une cavité torique, de section choisie pour assurer la propagation monomode des ondes mises en œuvre.
La forme torique de la cavité n'est pas limité au seul cas d'une section circulaire du guide d'ondes dans un plan axial du tore, section circulaire généralement considérée dans une définition purement mathématique du tore. Comme il sera vu dans la suite de la description et dans les dessins, le tore détermine une cavité tubulaire de section sensiblement constante, rectangulaire dans les exemples illustrés, et dont une ligne des centres des sections, décrit un cercle.
Le guide d'ondes d'exposition 30 est également agencé pour permettre un transport dans la cavité dudit guide d'ondes d'exposition, à une vitesse contrôlée, des produits devant être exposés aux micro-ondes.
Dans l'exemple de la fréquence retenue de 915 MHz, le guide d'ondes d'exposition présente une cavité de section rectangulaire sensiblement de 248 mm de largeur et de 124 mm de hauteur, dimensions qui assurent une propagation monomode des micro-ondes centrées sur ladite fréquence.
De manière connue le guide d'ondes d'exposition 30 présente la forme principale d'un tube 31 dont des parois sont électriquement conductrices, par exemple réalisées dans un matériau bon conducteur électrique tel que le cuivre, l'aluminium, l'argent... ou pour le moins comportant une couche d'un matériau conducteur électrique déposée sur des parois intérieures dudit tube, et dont une partie centrale détermine un volume transparent aux ondes radioélectriques. En pratique dans le cas de l'invention, la partie centrale du tube guide d'ondes est une cavité 32 contenant, hors le produit qui doit être exposé aux micro-ondes, de l'air qui s'avère adapté à la plupart des cas d'exposition considérés.
Le schéma de la figure 2 correspond à un guide d'ondes d'exposition 30 de forme torique avec une cavité 32 de section rectangulaire dans un plan axial du tore.
Le guide d'ondes d'exposition 30 présente, dans une paroi dudit guide d'ondes d'exposition, une ouverture d'entrée 33, par laquelle des produits 90 à exposer aux rayonnements micro-ondes sont introduits dans la cavité 32 dudit guide d'ondes, et une ouverture de sortie 34, par laquelle les produits 90 ayant été exposés aux rayonnements micro-ondes ressortent dudit guide d'ondes. Une longueur Lgo du guide d'ondes d'exposition 30 entre les ouvertures d'entrée 33 et de sortie 34 dans lequel les produits sont transportés détermine une distance sur laquelle lesdits produits peuvent être exposés aux micro-ondes.
Le guide d'ondes d'exposition 30, dans l'exemple de la figure 2, est fixe, au moins en partie, placé avec un axe de révolution 35 du tore horizontal, avec l'ouverture d'entrée 33 située en un point haut du tore et l'ouverture de sortie 34 située en un point bas du tore, dans l'exemple illustré sensiblement en un point diamétralement opposé à l'ouverture d'entrée.
Le guide d'ondes d'exposition 30, au moins une paroi fixe du tube 31 dudit guide d'ondes, constitue, sur le plan mécanique, un stator d'un système de transport 40 des produits 90.
En outre, un rotor 41 a comportant un ensemble de cloisons séparatrices 42, agencées sensiblement dans des plans radiaux et espacées angulairement pour être de préférence sensiblement équidistantes, détermine, dans la cavité 32 torique, des volumes glissants 43 mitoyens entraînés avec une vitesse correspondant à une vitesse de rotation du rotor 41 a. Ainsi deux volumes glissants immédiatement voisins ne sont séparés que par une cloison séparatrice dans le guide d'ondes de sorte que lorsque les volumes glissants sont pleins de produit, le guide d'ondes d'exposition est également plein dudit produit, à l'épaisseur près des cloisons séparatrices.
Les volumes glissants assurent un transport continu des produits 90 soumis au rayonnement micro-ondes dans la cavité 32 torique avec une vitesse de progression contrôlée desdits produits qui se trouvent confinés dans un volume glissant par les parois du tube 31 et les deux cloisons séparatrices déterminant ledit volume glissant. Les cloisons séparatrices 42 permettent également d'assurer un remplissage homogène en produit du guide d'ondes d'exposition. En effet, d'une part le produit est maintenu dans le volume glissant où il a été placé, sans pouvoir se déplacer aléatoirement dans la cavité du guide d'ondes jusqu'à sa sortie par l'ouverture de sortie 34, et d'autre part un remplissage complet du volume glissant avec le produit évite la formation d'une hétérogénéité au sein dudit volume glissant, comme se serait le cas en cas d'un remplissage partiel, lorsque le produit est transporté.
Les cloisons séparatrices 42 sont séparées d'une distance de séparation entre des cloisons voisines, suivant le périmètre de ladite cavité torique, pour déterminer une capacité de chargement en produit d'un volume glissant 43.
Le choix d'une distance de séparation entre les cloisons séparatrices 42, qui peut dépendre dans des cas particuliers du produit 90 et d'un dispositif de chargement des volumes glissants en produit, est déterminé pour qu'un volume compris entre deux cloisons voisines soit toujours plein du produit 90 lorsque ledit volume se trouve dans une partie du guide d'ondes d'exposition 30 dans laquelle les micro-ondes sont injectées. Il est entendu que le volume est considéré plein du produit lorsque le dispositif de chargement mis en œuvre ne permet plus d'introduire plus de produit dans le volume en question, même en présence de vides interstitiels entre les grains du matériau. Cette condition de remplissage, en pratique aussi homogène que possible, des volumes glissants 43 dans la cavité du guide d'ondes d'exposition où les produits sont exposés aux micro-ondes, est importante pour obtenir une densité volumique homogène du produit dans le guide d'ondes d'exposition, de laquelle résulte un champ électromagnétique également homogène au sein des produits traités.
A défaut d'un remplissage suffisamment homogène de la cavité du guide d'ondes d'exposition, la répartition de l'énergie des micro-ondes dans le guide d'ondes d'exposition ne serait pas homogène et il se formerait dans le produit des variations excessives des températures atteintes en fonction de leur emplacement dans ladite cavité, ce qui doit être évité.
Dans un exemple de réalisation, les cloisons sont séparées angulairement de 30° de sorte à former six volumesglissants successifs tournant dans la cavité du guide d'ondes d'exposition, dans le cas illustré où l'exposition aux micro-ondes est réalisée sur un secteur angulaire de 180° . Cependant, cette valeur de 30° n'est pas limitative et sera autant eue de besoin adaptée, en valeur supérieure ou en valeur inférieure, au produit traité et à ses caractéristiques comportementales de sorte à assurer un remplissage complet des volumes et l'écoulement nécessaire du produit pour assurer le remplissage et le vidage des volumes. Les cloisons séparatrices 42 sont réalisées dans un matériau transparent aux ondes électromagnétiques des fréquences considérées, pour le moins un matériau à faible atténuation, de sorte que les micro-ondes se propagent dans la cavité 32 du guide d'ondes d'exposition avec un minimum d'atténuation liée au cloisonnement des volumes glissants 43.
A contrario, des parties du rotor, en particulier des parois du guide d'ondes servant directement ou indirectement de support aux cloisons, sont formées dans des matériaux conducteurs et agencées, par rapport aux autres parties du guide d'ondes, pour éviter les fuites de micro-ondes et les pertes d'énergie par rayonnement.
Dans le contexte d'une réalisation industrielle du dispositif, afin de prendre en compte les règlements et de bénéficier de la technologie et des composants techniques existants, il sera préféré mettre en œuvre des fréquences standardisées pour le type d'application considérée.
Ainsi, une fréquence micro-ondes de 915 MHz correspond à un guide d'onde standardisé avec une section de cavité 247,65 mm x 123,82 mm.
Dans un tel guide d'ondes de dimensions standardisées (standard EIA WR975 ou standard IEC R9) dans le domaine radioélectrique, le rayonnement micro-ondes est en propagation monomode.
II est également possible de mettre en œuvre d'autres fréquences microondes sous réserve d'utiliser des guides d'ondes dont les dimensions sont adaptées pour assurer un mode de propagation monomode. Par exemple pour une fréquence de 2450 MHz, un guide d'onde standardisé (WR340 ou R26) adapté présente une section de cavité de 86,36 mm x 43,18 mm.
Suivant un principe physique général, plus la fréquence utilisée est élevée, plus la section du guide d'ondes est petite, et cette contrainte sur la section pour avoir un guide d'ondes monomode sera prise en compte.
Un dispositif de l'invention destiné à une utilisation industrielle de traitement de produit à grand débit volumique aura avantage à mettre en œuvre, des fréquences micro-ondes les plus faibles possibles compatibles avec les effets thermiques recherchés pour bénéficier des guides d'ondes de plus grandes sections possibles. Le dispositif 100 comporte également un distributeur micro-ondes pour apporter l'énergie à l'applicateur 10. La figure 2 montre trois guides d'ondes d'injection 29a, 29b, 29c qui acheminent les micro-ondes depuis le générateur d'ondes 20 jusqu'au guide d'ondes d'exposition 30. Chacun des guides d'ondes d'injection est couplé de manière sensiblement tangentielle au guide d'ondes d'exposition 30 par une fenêtre radioélectrique, respectivement 28a, 28b, 28c, de sorte à assurer, dans l'exemple illustré, une propagation des micro-ondes dans la cavité 32 torique suivant une direction du transport des produits 90 dans ladite cavité torique du guide d'ondes d'exposition, c'est à dire dans le sens de rotation du rotor 41 a.
En outre les guides d'ondes d'injection 29a, 29b, 29c sont couplés au guide d'ondes d'exposition 30 chacun en des emplacements différents entre l'ouverture d'entrée 33 et l'ouverture de sortie 34 de sorte à déterminer dans la cavité 32 dudit guide d'ondes d'exposition des zones d'exposition successives sur la longueur Lgo, chaque zone d'exposition correspondant à un volume du guide d'ondes d'exposition 30 soumis principalement à l'énergie des ondes injectée par un des guides d'ondes d'injection et absorbée par le produit.
De par l'injection tangentielle des ondes dans le guide d'ondes au niveau de chaque fenêtre, il est également évité des réflexions susceptible de réinjecter de l'énergie vers le générateur d'ondes 20.
Dans le guide d'ondes à cavité torique correspondant au mode de réalisation illustré sur la figure 2, chacune des zones d'exposition correspond à un secteur angulaire d'une partie de la cavité 32 torique dans laquelle sont transportés les produits 90 entre le point haut et le point bas dudit guide d'ondes d'exposition.
Lorsque le dispositif est en fonctionnement, le générateur d'ondes électromagnétiques 20 produit des micro-ondes dans chacun des guides d'ondes d'injection 29a, 29b, 29c avec une puissance voulue devant être injectée dans la zone d'exposition correspondant au guide d'ondes d'injection considéré.
Le générateur d'ondes électromagnétiques 20 peut comporter plusieurs têtes hautes fréquences produisant des micro-ondes, une tête étant affectée à un seul guide d'ondes d'injection ou à un nombre limité de guides d'ondes d'injection.
Avantageusement dans ce mode de réalisation, chaque tête hautes fréquences est agencée pour permettre de régler la puissance envoyées dans le guide d'ondes d'injection correspondant.
Dans une forme de réalisation de générateur d'ondes 20, dont un exemple est illustré sur la figure 3, les ondes électromagnétiques étant de mêmes fréquences pour l'ensemble des guides d'ondes d'injection 29a, 29b, 29c, ledit générateur d'ondes électromagnétiques comporte une seule tête haute fréquence 21 dont l'énergie est divisée et ajustée en fonction des puissances devant être apportées dans chaque guide d'ondes d'injection.
Par exemple un premier diviseur 23a répartit la puissance totale de la tête haute fréquences 21 par moitié sur chacune de deux sorties dudit premier diviseur. Une première sortie du premier diviseur 23a est raccordée à un premier guide d'ondes d'injection 29a devant disposer de 50 % de l'énergie micro-ondes produite par la tête haute fréquences 21 . La puissance restante sur une seconde sortie du premier diviseur 23a est à nouveau divisée par moitié entre deux sorties d'un second diviseur 23b qui sont chacunes raccordées à un deuxième et troisième guide d'ondes d'injection, 23a, 23b, devant disposer chacun de 25 % de l'énergie micro-ondes produite par la tête hautes fréquences 21 .
Conformément aux règles de l'art dans le domaine des transferts de puissance, il sera réalisé, pour chacun des guides d'ondes d'injection, les adaptations d'impédance nécessaires pour assurer un transfert optimum de la puissance et éviter la réinjection de puissance vers une source 22 de la tête haute fréquences.
Avantageusement, chaque guide d'ondes 23a, 23b, 23c comporte un adaptateur d'impédance, 24a, 24b, 24c respectivement, pour ajuster les impédances de sortie aux impédances de charge correspondant au produit exposé dans le guide d'ondes d'exposition, l'adaptation étant réalisée en fonction d'informations transmises par des sondes 25 de mesure de l'énergie émise et de l'énergie réfléchie dans chaque guide d'ondes. Avantageusement, pour assurer une protection de la source 22, un recirculateur 26 est agencé à la sortie de la tête hautes fréquences 21 pour piéger des ondes qui seraient sinon réinjectées dans le générateur.
Dans une forme de réalisation, chaque adaptateur d'impédance 24a, 24b, 24c d'un guide d'ondes d'injection est mis en œuvre pour contrôler la puissance délivrée dans ledit guide d'ondes d'injection de sorte que le distributeur d'ondes résultant forme un système de gestion en réseau de l'énergie, qui permet de régler la répartition de la puissance, fournie par la tête hautes fréquences 21 , entre les différents guides d'ondes d'injection.
Dans ce mode de mise en œuvre, un adaptateur d'impédance 24a, 24b, 24c, en fonction de son ajustement, restitue sur le réseau la puissance qui lui est initialement distribuée par les diviseurs 23a, 23b mais qui n'est pas utilisée, c'est- à-dire qui n'a pas été absorbée par le produit. Cette puissance restituée est alors utilisable par les autres guides d'ondes d'injection.
Dans ce mode, l'énergie peut être répartie de manière précise pour adapter le profil thermique dans le guide d'ondes d'exposition, sans être dépendant des seuls facteurs de division propres des diviseurs 23a, 23b.
En pratique, la répartition de la puissance entre les différents guides d'ondes d'injection, tout comme la puissance effective du rayonnement électromagnétique dans chaque guide d'onde d'injection, sera adaptée par l'homme du métier en fonction du type des produits traités par le dispositif, dont les capacités d'absorption et le comportement thermique sont différents d'un produit à un autre, du flux des produits traités dans le guide d'ondes d'exposition, par exemple un flux massique en g/s, et également des températures auxquelles les produits doivent être portés dans chacune des zones d'exposition en fonction des effets recherchés sur les produits.
Dans une forme de réalisation, les puissances dans chaque guide d'ondes d'injection sont ajustées pendant la mise en œuvre de l'applicateur en fonction de paramètres mesurés tels que la température du produit en différents emplacement du guide d'ondes d'exposition.
L'homme du métier est ainsi en mesure de créer dans le produit, lors de son transport dans le guide d'ondes d'exposition, un profil de température en fonction du temps. Des avantages et intérêts du dispositif décrit ci-dessus ressortiront particulièrement de la description d'un exemple de mise en œuvre du dispositif.
Dans le dispositif, le produit est supposé sous une forme fractionnée qui donne au produit des capacités d'écoulement naturel. Des exemples de produits fractionnés sont donnés ultérieurement dans la description et de manière générique le produit sera considéré comme un produit granulaire. Dans le dispositif, un produit 90 granulaire, naturellement ou à la suite d'une préparation, devant être traité par chauffage est dans une première étape placé dans un distributeur 50 d'approvisionnement, par exemple un réservoir comportant une trémie pour entraîner le produit dans un conduit sensiblement à la section du guide d'ondes d'exposition vers une entrée 1 1 de l'applicateur 10.
Le produit est entraîné par exemple par gravité, par une trémie, par vis sans fin ou par tout autre système connu adapté au transport du produit considéré, en particulier sa granulométrie, sa fluidité et sa texture, notamment pour éviter un bourrage ou un colmatage dans le transport depuis le réservoir vers le guide d'ondes d'exposition 30.
Le conduit est avantageusement sensiblement de la section du guide d'ondes d'exposition mis en œuvre dans le dispositif pour assurer une progression stable du produit vers l'ouverture d'entrée 33 du guide d'onde d'exposition. Le produit, une fois introduit dans le guide d'ondes d'exposition 30 par l'ouverture d'entrée 33, est transporté de manière continue et à vitesse contrôlée dans ledit guide d'ondes d'exposition par le rotor 41 a jusqu'à l'ouverture de sortie 34.
Le cas échéant, le produit 90 est soumis, avant d'être introduit dans la cavité du guide d'ondes d'exposition, à un préchauffage. Un préchauffage, par exemple à une valeur choisie comprise entre 30°C et55°C et n'ayant pas d'effet sensible sur les produits à traiter, permet de diminuer la puissance micro-ondes nécessaire pour élever la température du produit dans le guide d'onde d'exposition et permet d'introduire le produit dans le guide d'ondes d'exposition avec une température et donc des conditions initiales dans le guide d'ondes sensiblement constantes.
Dans la cavité 31 du guide d'ondes d'exposition, la vitesse de transport du produit 90 est imposée par la vitesse de rotation du rotor 41 a de laquelle il résulte une durée d'exposition déterminée du produit aux conditions de rayonnement micro-ondes dans chacune des zones du guide d'ondes d'exposition recevant de l'énergie micro-ondes par les guides d'ondes d'injection 29a, 29b, 29c.
Vu par le produit, cette durée d'exposition est particulièrement stable et reproductible du fait que le produit est sensiblement immobile à l'intérieur des volumes glissants 43.
Le rotor 41 a est avantageusement entraîné en rotation à vitesse constante par un moteur, par exemple un moteur électrique ou hydraulique.
D'autre moyens d'entraînement en rotation sont cependant possible. Par exemple le rotor peut être libre en rotation et être entraîné en rotation par la gravité sous l'effet du poids du produit, sous réserve d'une trajectoire suivie par le produit descendante dans le guide d'ondes, la vitesse du rotor étant dans ce cas avantageusement régulée par un frein.
Dans le rotor 41 a, le produit 90 transporté est contenu dans les volumes glissants 43, entre les cloisons séparatrices 42, configuration dont il résulte un flux continu et un parfait contrôle des temps de passage dans le guide d'ondes d'exposition, et dans chacune des zones du guide d'ondes d'exposition correspondant aux différents apport en énergie micro-ondes de chacun des guides d'ondes d'injection, de tous les volumes de produit transportés entre les cloisons séparatrices 42.
En outre, le transport du produit par le rotor 41 a limite le risque d'un colmatage du guide d'onde d'exposition par rapport à un écoulement non forcé du produit, par exemple un écoulement par gravité, lorsque le produit ne présente pas un comportement suffisamment fluide pour un écoulement gravitaire dans le guide d'ondes d'exposition.
Il évite également les différences de températures pouvant résulter d'un déplacement dans lequel le produit est brassé plus ou moins aléatoirement, par exemple dans un milieu partiellement chargé en produit.
Au cours du transport du produit 90 dans le guide d'ondes d'exposition 30, le générateur d'ondes 20 est maintenu en fonctionnement pour générer les micro-ondes continues (CW) qui sont injectées dans la cavité 32 dudit guide d'ondes d'exposition par les guides d'ondes d'injection 29a, 29b, 29c.
Le cas échéant, les impédances sont adaptées pour chaque guide d'ondes de sorte à compenser les variations de caractéristiques diélectriques du produit traité.
En pratique, lorsque le produit 90 arrive au niveau de l'ouverture de sortie 34, l'énergie micro-ondes injectée dans le guide d'ondes d'exposition 30 a été absorbée par le produit, les niveaux d'énergie injectée étant ajustés autant que de besoin en fonction du produit traité et des paramètres de mise en œuvre pour obtenir ce résultat, une énergie résiduelle étant le cas échéant retenue par un piège à micro-ondes conventionnel.
Dans ce fonctionnement, il doit également être noté que l'injection tangentielle, ou au moins oblique, des micro-ondes par les guides d'ondes d'injection 29a, 29b, 29c dans le guide d'ondes d'exposition 30 limite les risques de réflexions qui auraient pour conséquence négative de réinjecter une partie des ondes vers la ou les sources sources 22 du générateur micro-ondes 20.
Dans un exemple non limitatif de dispositif industriel, l'énergie microondes maximale produite en continu, à la fréquence utilisée de 915 MHz, par le générateur est de 75 kW.
Cette puissance est au besoin ajustable à des valeurs inférieures pour répondre à des conditions spécifiques et aux capacités d'absorption des microondes par le produit à chauffer.
Dans une forme de réalisation des capteurs du niveau d'énergie du rayonnement micro-ondes dans la cavité 32 du guide d'ondes d'exposition transmettent des mesures de niveaux d'énergie, mesures utilisées pour déterminer à tout moment les capacités d'absorption du produit et par un système de régulation d'ajuster en temps réel les puissances micro-ondes injectées par les différents guides d'ondes d'injection 29a, 29b, 29c. Dans un exemple de mise en œuvre, le premier guide d'ondes d'injection 29a, premier en suivant le parcours du produit dans le guide d'ondes d'exposition 30, reçoit environ 50 % de l'énergie produite par le générateur d'ondes 20, soit au maximum en continu, dans l'exemple considéré, une puissance de 37,5 kW qui est injectée dans une première zone d'exposition.
Dans cette première zone d'exposition, il est dans ces conditions effectué une montée en température du produit sans extraction d'eau.
Dans l'exemple de graines végétales traitées, par exemple pour des graines oléagineuses devant être soumises à un profil de température particulier, la température des graines est amenée à 85 °C lors ce cette première exposition, température homogène dans le produit considéré avec des écarts maximaux obtenus par le procédé inférieurs à cinq degrés centigrades.
Le deuxième guide d'ondes d'injection 29b, deuxième en suivant le parcours du produit dans le guide d'ondes d'exposition, reçoit environ 25 % de l'énergie produite par le générateur, soit dans l'exemple au maximum en continu une puissance de 18,75 kW qui est injectée dans une deuxième zone d'exposition et qui porte la température du produit à 1 15 ° C.
Dans cette deuxième zone, il est réalisé, dans le cas de l'exemple de graines oléagineuses traitées, une cuisson et un vapocraquage de chaînes moléculaires longues contenues dans le produit traité pour une meilleure valorisation ultérieures des composants du produit, par exemple les huiles, par exemple les protéines.
L'exposition à ces températures permet également de dénaturer les lypases contenues dans les graines et qui sont responsables de la dégradation des graines et de leurs sous-produits, comme par exemple les huiles qui seront extraites des graines dans une étape ultérieure d'utilisation du produit traité par le procédé.
Un bénéfice du contrôle de la température et de son homogénéité dans le produit au cours de cette phase permet d'obtenir le résultat recherché dans tout le volume du produit traité en préservant la structure des composants alimentaires et sans modifier les qualités organoleptique du produit.
Le troisième guide d'ondes d'injection 29c, troisième en suivant le parcours du produit dans le guide d'ondes d'exposition, reçoit environ 25 % de l'énergie produite par le générateur, soit dans l'exemple au maximum en continu une puissance de 18,75 kW qui est injectée dans une troisième zone d'exposition dans laquelle la température atteinte dans la deuxième zone est maintenue.
Dans cette troisième zone, il est réalisé dans l'exemple des graines oléagineuses, une extraction d'eau qui est ajustée pour maintenir une quantité d'eau résiduelle voulue, par exemple de l'ordre de 4 %, de sorte à préserver les aptitudes au pressage du produit et à obtenir ultérieurement au traitement de meilleures conditions de pressage et une extraction plus complète d'huile contenue dans le produit.
Comme précisé précédemment, la puissance effectivement transférée au produit par chaque guide d'ondes d'injection peut être contrôlée par le moyen des adaptateurs d'impédance.
De manière générale, il résulte de cette distribution de l'énergie dans la cavité 32 du guide d'onde d'exposition 30 un chauffage homogène du produit et une courbe de températures en fonction du temps à laquelle est soumis le produit lors de son transport dans ledit guide d'ondes d'exposition.
Cette courbe de températures peut être ajustée en modifiant les paramètres tels que les puissances injectées dans le guide d'ondes d'exposition par chaque guide d'ondes d'injection, voire en mettant en œuvre un nombre de guides d'ondes d'injection différent de trois comme dans l'exemple décrit, par exemple un, deux ou quatre guides d'ondes d'injection, voire plus, ou telle que la vitesse de défilement de la matière dans le guide d'ondes d'exposition.
Par une élévation de température modérée dans le premier secteur, il peut être ainsi maintenue l'eau contenue dans la matière qui est en mesure par exemple de jouer un rôle d'accélérateur de l'activité enzymatique pour la suite du traitement du produit.
La température obtenue, résultant des interactions des micro-ondes avec la matière du produit, est dans le dispositif particulièrement homogène.
Il en résulte dans le dispositif 100 que les écarts de températures au sein de la matière, en différents points d'une même section transversale du guide d'ondes, sont limités. Expérimentalement il est constaté avec le dispositif des écarts inférieurs à 5°C.
Lorsque le produit 90 granulaire arrive en vis-à-vis de l'ouverture de sortie 34, il est évacué de l'applicateur vers une sortie 12 pour des étapes ultérieures de traitement, de conditionnement, de stockage ou d'utilisation du produit traité.
Dans un mode de mise en œuvre, le produit traité est évacué du guide d'ondes d'exposition 30 par gravité.
D'autres modes d'évacuations peuvent cependant être mis en œuvre, seuls ou en combinaisons, par exemple un soufflage du produit, par exemple un forçage mécanique. L'exemple de réalisation illustré et décrit de manière détaillé d'un dispositif suivant l'invention est susceptible de variantes sans se démarquer de l'invention.
Comme déjà signalé, le nombre de guides d'ondes d'injection peut être différent de trois, ainsi que la puissance dans chacun des guides d'ondes d'injection différente de l'exemple de réalisation décrit.
En pratique, le nombre de guides d'ondes d'injection et la puissance apportée par chacun desdits guides d'ondes d'injection sont adaptés pour répartir des flux d'énergie injectés dans le guide d'ondes d'exposition, flux d'énergie desquels il résulte, pour un produit, un profil de températures en fonction de la position dans le guide d'ondes d'exposition, c'est-à-dire en fonction du temps, auquel il est souhaité soumettre le produit lors de sa circulation dans le guide d'onde d'exposition.
Il doit être compris ici que la température à laquelle est porté le produit résulte de l'absorption directe de l'énergie micro-ondes par ledit produit et que ladite température est une fonction non seulement de la puissance micro-ondes introduite dans le guide d'onde d'exposition, mais également de la capacité du produit à absorber ladite énergie micro-ondes.
Dans le cas d'un guide d'ondes d'exposition à cavité torique, le secteur angulaire traversé par le produit n'est pas nécessairement limité comme dans l'exemple illustré à un angle de 180° . En pratique, le produit étant entraîné par le rotor 41 a, cet angle peut être inférieur ou supérieur à 180° , sans être limité par des contraintes de gravité.
De même l'axe du guide d'ondes d'exposition à cavité torique, ou l'axe de rotation du rotor, n'est pas nécessairement horizontal et peut avoir une orientation quelconque dans l'espace, par exemple vertical.
Le guide d'ondes d'exposition, à cavité torique et à section rectangulaire dans le premier mode de réalisation décrit, peut présenter d'autres formes.
Par exemple la figure 4 illustre un dispositif suivant les principes de l'invention dans lequel le guide d'ondes d'exposition est linéaire. Sur la figure 4 une paroi latérale du guide d'ondes d'exposition n'est pas représenté pour visualiser le produit dans ledit guide d'ondes.
Dans cette forme de réalisation, la cavité du guide d'ondes, comme illustré sur le détail « section AA » de la figure 4, est également de section rectangulaire et de dimensions adaptées à la propagation des micro-ondes en mode monomode.
Le produit 90 parcours la cavité 32 du guide d'ondes d'exposition depuis une ouverture d'entrée 33 par laquelle ledit produit est introduit, jusqu'à une ouverture de sortie 34 par laquelle ressort le produit traité.
Dans cette forme de réalisation, le système d'entraînement 40 consiste avantageusement en un tapis 41 b continu formant une boucle fonctionnellement identique au rotor 41 a qui est adaptée au transport du produit, déposés sur ledit tapis, suivant un axe du guide d'ondes d'exposition.
Dans l'exemple illustré sur la figure 4, le guide d'ondes d'exposition 30 est orienté avec un axe longitudinal dudit guide d'onde d'exposition horizontal, et dans ce cas le produit peut être déposé de sorte à remplir des volumes glissants 43 déterminés par des cloisons séparatrices 42, verticales dans l'exemple illustré, pour assurer un remplissage desdits volumes glissants et une densité volumique du produit dans le guide d'onde d'exposition sensiblement constante.
Les cloisons séparatrices garantissent d'une part que le guide d'onde est maintenu rempli de manière homogène et d'autre part la progression du produit sans risque d'un glissement du produit par rapport au tapis. Un glissement non contrôlé du produit sur le tapis, ou un brassage du produit, modifierait le temps d'exposition du produit aux micro-ondes ou rendrait aléatoire le temps d'exposition d'un élément de produit, modifierait la densité de produit dans le guide d'ondes d'exposition de manière imprévisible, perturbant la propagation des micro-ondes, et risquerait de conduire à des colmatages du guide d'ondes, phénomènes qui doivent être évités pour respecter les profils de températures du produit dans le guide d'ondes d'exposition.
En outre la mise en œuvre de cloisons séparatrices permet de placer l'axe longitudinal du guide d'ondes d'exposition dans une position quelconque, par exemple incliné, voire vertical, sans qu'il ne se produise un écoulement de produit suivant la direction longitudinale dudit guide d'onde qui ne permettrait pas de conserver une densité volumique constante dans le guide d'onde d'exposition.
D'une manière générale, une ligne des centres des sections du guide d'ondes d'exposition peut présenter une trajectoire quelconque, par exemple une spirale, par exemple avec une partie courbe et une partie rectiligne, permettant le cas échéant d'augmenter le nombre de fenêtres radioélectriques par lesquelles les micro-ondes sont injectées dans le guide d'ondes d'exposition sans nécessairement augmenter le diamètre d'un guide d'ondes d'exposition torique ou sans nécessairement réduire une distance entre deux fenêtres radioélectriques, pour autant qu'un système de transport puissent être mis en œuvre pour assurer le transport à vitesse contrôlée du produit sur la longueur d'exposition dudit guide d'ondes d'exposition en maintenant le remplissage du guide d'ondes.
Avantageusement, les micro-ondes sont introduites dans le guide d'ondes d'exposition par des fenêtres radioélectriques 28a, 28b, 28c avec un angle d'incidence des guides d'ondes d'injections 29a, 29b, 29c de préférence inférieur à 30 ° pour assurer une propagation des ondes dans le guide d'ondes d'exposition avec un minimum de risque de réflexion vers la source des microondes injectées.
Avantageusement, quelque soit la forme du guide d'ondes d'exposition, les fenêtres radioélectriques sont fermées par des plaques d'un matériau diélectrique transparent aux micro-ondes qui évitent que le produit ou des poussières ne s'engagent dans un des guides d'ondes d'injection.
Il doit être noté que, si la section rectangulaire considérée du guide d'ondes d'exposition dans les exemples de réalisation décrits est adaptée au moyens mis en œuvre pour réaliser le transport contrôlé du produit dans la cavité dudit guide d'ondes d'exposition, cette forme de la section n'est pas imposée et que des formes de sections différentes, par exemple circulaires, ovales ou polygonales, peuvent être utilisées pour autant que la section choisie conduise à une propagation monomode des ondes dans la cavité du guide d'ondes d'exposition et soit adaptées au remplissage complet des volumes glissants 43.
Dans des formes de réalisation améliorées pour augmenter des capacités de traitement de produit, un dispositif comporte une pluralité de guides d'ondes d'exposition agencés en parallèle.
La figure 5 illustre un exemple de dispositif comportant trois guides d'ondes d'exposition, conformes au premier exemple de réalisation décrit, à cavités toriques et réalisant le transport du produit au moyen de rotors.
Dans cet exemple, les guides d'ondes d'exposition partagent par exemple un entraînement en rotation des rotors, assemblées sur un même axe de rotation, par un moteur commun, par exemple un distributeur de produit, par exemple un collecteur de produit traité, ou encore un générateur d'ondes.
L'agencement de plusieurs guides d'ondes d'exposition en fonctionnement parallèle permet en pratique d'augmenter un débit de produit traité du fait que pour chaque guide d'ondes d'exposition le débit est contraint par la section de la cavité dudit guide d'onde d'exposition, imposée par la propagation monomode des ondes, et par les temps d'exposition du produit traité qui limite la vitesse de déplacement dudit produit dans le guide d'ondes d'exposition.
L'invention permet ainsi de traiter en continu de grande quantité de produit dans une installation industrielle.
Un traitement peut consister en un simple chauffage pour porter un produit à une température donnée, par exemple en vue d'une opération ultérieure de transformation, chauffage qui sera avec l'invention obtenu rapidement avec une température homogène dans le produit. Un traitement peut consister en une déshydratation, plus ou moins poussée, d'un produit contenant de l'eau, la possibilité de suivre un profil précis des variations de la température permettant de maîtriser le niveau de déshydratation ainsi que des effets secondaires recherchés ou qu'il est souhaité éviter.
Un traitement peut consister en une cuisson d'un produit, à l'étouffée ou non. Dans le cas d'une cuisson à l'étouffée, le guide d'ondes d'exposition, au moins dans la partie dans laquelle cette cuisson à l'étouffée est réalisée, est réalisé avec une étanchéité suffisante pour maintenir un niveau de vapeur chauffée ou surchauffée pour réaliser la cuisson.
Un traitement peut consister en une torréfaction.
Un traitement peut consister en une stérilisation thermique.
Un traitement peut consister en un vapocraquage, c'est-à-dire la coupure de molécules longues contenues dans le produit en présence de vapeur d'eau.
Un traitement peut consister en un dépelliculage, c'est-à-dire la séparation d'une enveloppe ou d'une pellicule d'un grain, ici réalisée par une vaporisation d'eau contenue dans le produit, la vapeur provoquant une séparation mécanique de l'enveloppe ou de la pellicule.
Un traitement peut consister en une déshydratation poussée de minéraux par évaporation de l'eau liée retenue dans le matériau sec.
D'une manière générale, le dispositif et le procédé de l'invention s'adressent à tout traitement d'un produit, contenant au moins un matériau diélectrique polarisé pouvant être chauffé par une exposition à des micro-ondes radio-électriques, nécessitant de placer le produit dans des conditions de températures précises en suivant un cycle thermique.
En particulier il doit être noté que certains produits qui pourraient apparaître ne pas répondre à l'exigence de chauffage par micro-ondes peuvent être traités par une préparation préalable, par exemple une hydratation, l'eau étant une molécule diélectrique polarisée bien adaptée au chauffage par microondes.
Sous réserve de présenter les qualités rappelées ci-dessus, traitements peuvent s'appliquer à des produits d'origines végétales, des produits d'origines animales ou des produits d'origines minérales, qui peuvent être des produits bruts, des produits transformés ou encore des produits élaborés.
Une exigence pour la mise en œuvre du dispositif est que le produit doit présenter une forme granulaire, c'est-à-dire être suffisamment fractionné et avoir une structure physique pour assurer le remplissage, complet et homogène, et le vidage des volumes glissants qui transportent le produit dans le guide d'ondes d'exposition.
Vis-à-vis de leurs formes, les grains seront de préférence de formes arrondies ou avec des arrêtes douces pour faciliter l'écoulement du produit et limiter les risques de blocages que produiraient des grains présentant des arêtes vives.
Outre les exigences de dimensions et de formes qui se déduisent de ces contraintes mécaniques, les grains ou éléments unitaires du produit ont également des dimensions et formes qui assurent un remplissage relativement complet et homogène du guide d'ondes d'exposition par le produit en regard des interactions entre la matière et les micro-ondes utilisées, et malgré les inévitables vides entre les grains. Pour le respect de cette condition, l'homme du métier veillera à ce que le remplissage des volumes glissant et du guide d'ondes, résultant des caractéristiques des grains, conduise à un milieu sensiblement isotrope, dans tous le guide d'ondes d'exposition, vis à vis des ondes électromagnétiques mises en œuvre.
Un avantage de l'invention dans les traitements des produits tient à la rapidité du chauffage du produit et à l'homogénéité des températures obtenues dans le volume du produit, le chauffage demandant sensiblement moins d'énergie que des chauffages par des méthodes conventionnelles mettant en œuvre la conduction thermique du produit lorsqu'il est exposé à une source de chaleur.
Un autre avantage tient à la possibilité de créer, par une adaptation de l'applicateur, du nombre de guide d'ondes d'injection et des emplacements sur le guide d'ondes d'exposition et des puissances micro-ondes injectées dans le guide d'ondes d'exposition par chacun des guide d'ondes d'injection, un profil de températures en fonction du temps auquel est soumis le produit.
Un autre avantage tient au fonctionnement continu de l'applicateur qui est traversé par un flux du produit ce qui permet de traiter de grandes quantités de produit dans un temps réduit par rapport aux solutions conventionnelles.
Les grains macroscopiques du produit granulaire devant être traité dans le dispositif correspondent par exemple à des produits se présentant naturellement sous une forme granulaire telles que des graines végétales brutes, par exemple des grains de blé, des noisettes ou des cerneaux de noix, des poids...
De tels grains macroscopiques sont par exemple des produits transformés tels que des matériaux fractionnés ou broyés et calibrés, et qui répondent aux contraintes de dimensions et de formes exposées supra. De tels produits fractionnés peuvent par exemple résulter du découpage de feuilles végétales, de fruits, de légumes, de tubercules ou de tout autre produit fractionnable.
De tels grains macroscopiques sont par exemple des produits élaborés tels que par exemple des croquettes alimentaires à destination de l'alimentation humaine ou de l'alimentation animale, ou des pellets de bois destinés à la combustion.
Le produit peut également se présenter sous la forme d'une poudre par exemple une farine d'origine végétale ou animale, par exemple une poudre minérale.
Le produit peut également se présenter sous la forme d'un liquide, plus ou moins visqueux, par exemple une huile, par exemple une solution aqueuse ou non aqueuse, par exemple un liquide polyphasique émulsionné. Dans ces cas, il sera naturellement pris la précaution de mettre en œuvre un guide d'ondes d'exposition présentant une étanchéité suffisante au liquide, au moins dans la partie dudit guide d'ondes d'exposition traversée par le produit.
Ainsi le dispositif peut être mis en œuvre pour le traitement thermique de produits végétaux tels que des graines, des fruits, des tubercules, des feuilles ou toute autre partie de plantes.
Il est ainsi possible de traiter des graines de fruits à coques telles que : noix, noisettes, amandes, cabosses ...
II est ainsi possible de traiter des graines céréalières telles que : maïs, blé, orge, seigle, avoine, riz, sorgho et de manière générale les graines de graminées ...
Il est ainsi possible de traiter les graines de fabacées telles que : fèves, pois, lentilles, haricots, soja, arachides ...
II est ainsi possible de traiter des tubercules ou des racines.
Il est ainsi possible de traiter des fruits consommés comme légumes tels que : fruits de cucurbitacées, fruits de solanacées ...ou consommés comme fruits charnus tels que : baies, drupes, pommes... ou autres fruits tels que : agrumes, ananas ...
II est ainsi possible de traiter des graines consommables d'autres catégories telles que : marrons, châtaignes, graines de caféier, fèves de cacao ...
Il est ainsi possible de traiter toute partie d'une plante telle que : feuilles, branches, écorces, racine.
Les graines traitées sont par exemple des graines dite oléagineuses, ou des graines dites protéagineuses, ou des graines dites oléoprotéagineuses.
Le traitement des produits végétaux est par exemple destiné à modifier la teneur en eau du produit, soit pour amener cette teneur à une valeur recherchée pour des raisons de conservation soit pour amener cette teneur en eau à une valeur adaptée à une transformation ultérieure du produit.
Le traitement des produits végétaux est par exemple destiné à une transformation physico-chimique comme par exemple la dénaturation d'enzymes responsables de la dégradation du produit lors de sa conservation.
Par exemple, le produit est soumis à un rayonnement micro-ondes continu CW pendant une durée de l'ordre de 180 secondes dans lequel un profil de température en fonction du temps est choisi pour dénaturer les enzymes phospholypase dégradant les qualités organoleptiques de produits traités.
Le traitement des produits peut être une cuisson, cuisson à l'étouffée ou non, un grillage, une torréfaction.
La cuisson à l'étouffée est réalisée dans le guide d'ondes d'exposition avantageusement par la réutilisation de la vapeur surchauffée produite lors du chauffage, et le séchage est réalisé avantageusement par évaporation de l'eau avec une aspiration de la vapeur au travers d'une paroi poreuse du stator.
Le traitement des produits peut être réalisé sur les produits par exemple à des fins d'alimentation humaine ou animale, à des fins cosmétiques, à des fins médicinales ou à des fins purement physico-chimiques, par exemple pour la préparation de colorants.
Les produits peuvent également être des produits façonnés, tels que les produits d'origine végétale cités précédemment, ayant subi des transformations pour se présenter par exemple sous la forme de flocons, de morceaux de dimensions réduites, de poudres ...
Les produits peuvent également être des produits élaborés tels que des granulés manufacturés à des fins alimentaires humaines ou animales, des pellets de bois destinés à une combustion...
Les produits peuvent également être d'origine animale, par exemple des farines.
Les produits peuvent également être d'origine minérale, par exemple des minerais ou des poudres.
Le dispositif, l'applicateur et le procédé de l'invention permettent de porter la température des produits à une valeur recherchée, la température étant obtenue rapidement avec un coût énergétique réduit, et la température précise étant obtenue de manière homogène dans tout le volume du produit.
Des essais au stade prototype ont permis de mesurer des précisions et des écarts de températures entre les différents emplacements dans le volume de la matière chauffée inférieurs à cinq degrés centigrades permettant d'obtenir dans la plupart des cas un traitement homogène des produits.

Claims

Revendications
- Applicateur (10) de traitement thermique d'un produit (90) particulaire contenant au moins un matériau diélectrique polarisé dans lequel ledit produit est exposé à un rayonnement électromagnétique micro-ondes dans une cavité dans laquelle des ondes électromagnétiques sont injectées, caractérisé en ce que :
- la cavité est une cavité (32) de guide d'ondes de section adaptée à une propagation monomode, pour une fréquence de micro-ondes mise en œuvre, d'un guide d'ondes d'exposition (30), dans laquelle cavité (32) les microondes se propagent suivant une direction longitudinale de ladite cavité, ladite cavité comportant une ouverture d'entrée (33) du produit (90) et une ouverture de sortie (34) dudit produit, distante de l'ouverture d'entrée suivant la direction longitudinale de la cavité, et
- l'applicateur (10) comporte un système de transport (40) du produit (90) dans le guide d'ondes en un flux continu, suivant la direction longitudinale de la cavité (32) du guide d'onde d'exposition, entre l'ouverture d'entrée (33) et l'ouverture de sortie (34), ledit système de transport comportant des cloisons séparatrices (42), formées dans un matériau transparent aux ondes radioélectriques mises en œuvre dans ledit applicateur, déterminant des volumes glissants (43) mitoyens se déplaçant dans la cavité (31 ) du guide d'ondes d'exposition (30), suivant la direction longitudinale dudit guide d'ondes d'exposition depuis l'ouverture d'entrée (33) vers l'ouverture de sortie (34), de sorte à maintenir un remplissage complet et homogène du guide d'onde d'exposition par le produit (90) pendant le transport dudit produit.
- Applicateur suivant la revendication 1 comportant au moins un guide d'ondes d'injection (29a, 29b, 29c) dont une extrémité terminale est connectée au guide d'ondes d'exposition (30), au niveau d'une fenêtre radioélectrique (28a, 28b, 28c) du guide d'ondes d'exposition, pour injecter des micro-ondes, se propageant dans ledit au moins un guide d'ondes d'injection, dans la cavité du guide d'onde d'exposition. 3 - Applicateur suivant la revendication 2 comportant une pluralité de guides d'ondes d'injection (29a, 29b, 29c), comportant chacun une extrémité terminale connectée au guide d'ondes d'exposition (30) au niveau d'une fenêtre radioélectrique (28a, 28b, 28c) du guide d'ondes d'exposition, et dans lequel des fenêtres radioélectriques sont réparties entre l'ouverture d'entrée (33) et l'ouverture de sortie (34), décalées entre elles sur le guide d'ondes d'exposition (30) suivant la direction longitudinale dudit guide d'ondes d'exposition.
4 - Applicateur suivant la revendication 3 dans lequel une puissance du rayonnement micro-ondes injectée dans la cavité (31 ) du guide d'ondes d'exposition (30) par chacun des guide d'ondes d'injection (29a, 29b, 29c) est définie pour déterminer une courbe de températures en fonction du temps du produit (90) circulant dans ledit guide d'ondes d'exposition.
5 - Applicateur suivant l'une des revendications précédentes dans lequel le guide d'ondes d'exposition (30) est un guide d'ondes de forme torique dont une ligne des centres de sections dudit guide d'ondes est circulaire et dans lequel le système de transport (40) comporte un rotor (41 a), par lequel les cloisons séparatrices (42) sont entraînées, dont une rotation par rapport à une structure fixe du guide d'ondes d'exposition (30), constituant un stator, assure et ou contrôle le transport du produit (90) dans la cavité (32). 6 - Applicateur suivant l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le guide d'ondes d'exposition (30) est un guide d'ondes ouvert à des extrémités, par exemple un guide d'ondes linéaire à cavité (31 ) cylindrique ou sensiblement cylindrique, ou un guide d'ondes à cavité hélicoïdale, et dans lequel le système de transport (40) entraîne le défilement des volumes glissants (43) dans ladite cavité du guide d'ondes d'exposition (30) entre les extrémités ouvertes, depuis une extrémité correspondant à l'ouverture d'entrée (33) jusqu'à l'autre extrémité correspondant à l'ouverture de sortie (34). - Applicateur suivant l'une des revendications précédentes dans lequel le guide d'ondes d'exposition (30) est un guide d'ondes de section adaptée à une propagation monomode, de section perpendiculaire à la direction longitudinale rectangulaire et de dimensions standardisées pour une fréquence de 91 5 MHz, ou de dimensions standardisées pour une fréquence de 2,45 GHz. - Applicateur suivant l'une des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 3 comportant au moins deux guides d'ondes d'injection, et dans lequel une énergie micro-ondes continue CW totale introduite dans la cavité (31 ) du guide d'ondes d'exposition (30) est répartie entre les guides d'ondes d'injection. - Applicateur suivant l'une des revendications précédentes comportant une pluralité de guides d'ondes d'exposition (30) de structures similaires agencés pour fonctionner en parallèle. - Dispositif (100) de traitement thermique d'un produit (90) contenant au moins un matériau diélectrique polarisé, dans lequel le produit est exposé à un rayonnement électromagnétique micro-ondes d'un générateur d'ondes (20) dans une cavité dans laquelle des ondes électromagnétiques sont injectées, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un applicateur (10) conforme à l'une des revendications précédentes et comporte au moins un générateur d'ondes (20) continues CW agencé pour produire des micro- ondes avec une énergie déterminée en fonction du produit (90) et de températures auxquelles ledit produit doit être porté et à une fréquence correspondant à une propagation monomode desdites micro-ondes dans des guides d'ondes d'injection (29a, 29b, 29c) et dans le ou les guides d'ondes d'exposition (30). - Dispositif suivant la revendication 1 0 dans lequel le générateur d'ondes (20) comporte au moins une tête haute fréquence (21 ) dont une énergie microondes produite est divisée par au moins un diviseur (23a, 23b) pour être acheminée par au moins deux guides d'ondes d'injection (29a, 29b, 29c) vers un guide d'onde d'exposition (30).
12 - Dispositif suivant la revendication 1 1 dans lequel chaque guide d'ondes d'injection (29a, 29b, 29c) comporte un adaptateur d'impédance (24a, 24b,
24c) pour modifier l'impédance dudit guide d'ondes d'injection, l'ensemble des guides d'ondes d'injection, des adaptateurs d'impédance et des diviseurs formant un distributeur d'ondes dans lequel une répartition de la puissance micro-ondes dans chacun des guides d'ondes d'injection est gérée en réseau par ajustement des adaptateurs d'impédance.
1 3 - Dispositif suivant la revendication 1 1 ou la revendication 1 2 dans lequel l'énergie micro-ondes produite par une tête haute fréquence (21 ) est divisée deux fois pour être acheminée par trois guides d'ondes d'injection (29a, 29b, 29c) vers le guide d'onde d'exposition (30).
14 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 0 à 1 3 dans lequel un générateur d'ondes (20) associé à un guide d'ondes d'exposition (30) délivre en fonctionnement une puissance totale maximale, sous forme de micro-ondes centrées sur une fréquence de 91 5 MHz, de sensiblement 75 kW.
1 5 - Procédé de traitement d'un produit (90) par exposition à un rayonnement micro-ondes dans un applicateur conforme à l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le produit est transporté en continu dans la cavité (32) du guide d'ondes d'exposition (30), suivant une longueur de ladite cavité depuis l'ouverture d'entrée (33) jusqu'à l'ouverture de sortie (34), dans lequel guide d'ondes d'exposition le rayonnement micro-ondes se propage suivant des conditions de propagation monomode. 1 6 - Procédé de traitement suivant la revendication 1 5 dans lequel le rayonnement micro-ondes est introduit dans le guide d'ondes d'exposition (30) en au moins deux emplacements d'injection différents suivant la longueur de la cavité (32). 17 - Procédé de traitement suivant la revendication 1 6 dans lequel une répartition dans chacun des guides d'ondes d'injection (29a, 29b, 29c) de la puissance micro-ondes, produite par une tête haute fréquence (21 ) et divisée pour alimenter lesdits guides d'ondes d'injection, est gérée en réseau par ajustement d'adaptateurs d'impédance (24a, 24b, 24c) desdits guides d'ondes d'injection.
1 8 - Procédé de traitement suivant l'une des revendications 1 5 à 17 dans lequel une vitesse de transport du produit dans le guide d'ondes d'exposition (30) et une puissance de rayonnement micro-ondes introduit dans le guide d'ondes d'exposition à chaque emplacement d'injection sont déterminés pour chauffer le produit suivant une courbe recherchée de température en fonction du temps.
1 9 - Procédé suivant l'une des revendications 1 5 à 1 8 dans lequel le produit (90) est principalement d'origine végétale.
20 - Procédé suivant l'une des revendications 1 5 à 1 8 dans lequel le produit (90) est principalement d'origine animale.
21 - Procédé suivant l'une des revendications 1 5 à 1 8 dans lequel le produit (90) est principalement d'origine minérale. 22 - Procédé suivant l'une des revendications 1 5 à 21 dans lequel le traitement comporte au moins une étape de chauffage.
23 - Procédé suivant l'une des revendications 1 5 à 22 dans lequel le traitement comporte au moins une étape de vapocraquage de chaînes moléculaires du produit.
24 - Procédé suivant l'une des revendications 1 5 à 23 dans lequel le traitement comporte au moins une étape de cuisson. - Procédé suivant l'une des revendications 15 à 24 dans lequel le traitement comporte au moins une étape de déshydratation. - Procédé suivant l'une des revendications 15 à 25 dans lequel le traitement comporte au moins une étape de grillage. - Procédé suivant l'une des revendications 15 à 26 dans lequel le traitement comporte une étape de torréfaction.
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EP17701175.6A EP3400757A1 (fr) 2016-01-06 2017-01-05 Applicateur micro-ondes monomode, dispositif et procede de traitement thermique de produits
US16/068,326 US11523476B2 (en) 2016-01-06 2017-01-05 Single-mode microwave applicator, device and method for thermal treatment of products

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201908940D0 (en) 2019-06-21 2019-08-07 C Tech Innovation Ltd Electromagnetic heating reactor
CN116159849A (zh) * 2023-01-09 2023-05-26 中车山东机车车辆有限公司济南低碳科技分公司 一种连续热解装置与方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0036362A1 (fr) * 1980-03-13 1981-09-23 Joel Soulier Dispositif pour le traitement thermique de matières en poudres ou en grains
WO2007007068A1 (fr) * 2005-07-11 2007-01-18 Re18 Limited Récipient, appareil de chauffage et procédé de chauffage d'une charge de départ
DE102005049533B3 (de) * 2005-10-17 2007-01-25 Püschner Gmbh & Co. Kg Mikrowellen-Durchlaufofen

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3535795A (en) * 1968-09-06 1970-10-27 Varian Associates Process of drying lithocarpus densiflora rehd. (tanoak) wood with radio wave energy
JPS58191998A (ja) * 1982-05-06 1983-11-09 動力炉・核燃料開発事業団 環状槽型マイクロ波加熱装置
NZ206150A (en) * 1983-11-04 1987-06-30 Nz Government Food processor; screw conveyor pitch wider in microwave chamber than preheating chamber
US6294773B1 (en) * 1999-07-14 2001-09-25 Chung Jing-Yau Microwaving in a carousel with magnetrons below a food product isolated by a nonconductor
US20080179318A1 (en) * 2007-01-30 2008-07-31 Christopher John Cornwell Apparatus and Method for Vacuum Microwave Drying of Food Products
HUE047217T2 (hu) * 2007-10-15 2020-04-28 Enwave Corp Készülék és eljárás szerves anyagok mikrohullámú vákuumszárítására
PL2525675T3 (pl) * 2010-01-18 2015-08-31 Enwave Corp Suszenie mikrofalowo-próżniowe materiałów organicznych
US20130172526A1 (en) * 2011-12-29 2013-07-04 Eastman Chemical Company Wood treatment method and apparatus employing laterally shiftable transportation segments

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0036362A1 (fr) * 1980-03-13 1981-09-23 Joel Soulier Dispositif pour le traitement thermique de matières en poudres ou en grains
WO2007007068A1 (fr) * 2005-07-11 2007-01-18 Re18 Limited Récipient, appareil de chauffage et procédé de chauffage d'une charge de départ
DE102005049533B3 (de) * 2005-10-17 2007-01-25 Püschner Gmbh & Co. Kg Mikrowellen-Durchlaufofen

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US11523476B2 (en) 2022-12-06

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