BE1017073A3 - Procede d'irradiation controlee des matieres par une intelligence artificielle. - Google Patents

Abstract

Procédé d'élévation de température de matières et/ou matériaux quelconques-entrant ou non dans des processus industriels-par irradiation par micro-ondes ou hautes fréquences et par tout autre procédé d'apport d'énergie agissant simultanément ou non. Durant le processus d'élévation de température, les sources d'énergie sont contrôlées par une intelligence artificielle indiquant la méthode optimale de chauffe en fonction de la courbe non linéaire (Hystèrèse) ou linéaire, d'élévation des températures et de la courbe, linéaire ou non, de refroidissement.

Description

  Procédé d' irradiation contrôlée des matières par une intelligence artificielle. Objet de l'invention 

  
Procédé d'élévation de température de matières et/ou matériaux quelconques - entrant ou non dans des processus industriels - par irradiation par micro-ondes ou hautes fréquences et par tout autre procédé d'apport d'énergie agissant simultanément ou non. Durant le processus d'élévation de température, les sources d'énergie sont contrôlées par une intelligence artificielle indiquant la méthode optimale de chauffe en fonction de la courbe non linéaire (Hystérèse) ou linéaire, d'élévation des températures et de la courbe, linéaire ou non , de refroidissement . Etat de la technique De nombreuses techniques industrielles existent déjà pour chauffer des matières par micro-ondes.

   Jusqu'à présent cependant aucune méthode de contrôle de la température n'a permis de tenir compte de manière constante et automatique de l'évolution dans le temps de la forme de la courbe d' élévation de température non linéaire 

  
(hystérèse) ou linéaire. 

  
L'irradiation par micro-ondes entraîne en effet des inhomogénéités physiques et la modification des paramètres thermiques des éléments à chauffer. 

  
L'invention concerne l'irradiation contrôlée par une intelligence artificielle de l'élévation de température de  matières irradiées par micro-ondes ou par hautes fréquences pendant la phase non linéaire (hystérèse) d'élévation de température et pendant la phase linéaire ou non de refroidissement . L'étude de l'évolution des températures ainsi que la distribution spatiale de celles-ci dans le four permettront de contrôler les paramètres thermiques des matériaux pendant le chauffage.

   Le processus se déroule en plusieurs étapes : - la détermination de la courbe d'élévation de température des matières soumises à irradiation ou à tout autre technique de chauffage sa modélisation mathématique en temps réel par un système de mesure des températures (Infra rouge ou autre) l'analyse par l'intelligence artificielle des données communiquées par le système de mesure et la gestion du four corrélative au résultat de l'analyse. 

  
- La détermination, le contrôle et la gestion par l'intelligence artificielle de l'épaisseur optimale de la matière et/ou des matériaux à irradier en fonction de l'énergie utilement consommée. 

  
- La détermination et le contrôle par l' intelligence artificielle de la courbe de refroidissement des matières et/ou matériaux soumis au procédé. - La gestion sécurisée des matières volatiles émises lors du processus.  L'innovation technologique, but, éléments caractéristiques: Le contrôle, par analyse thermique, du séchage des matériaux soumis aux micro-ondes. La détermination de 1' hystérèse thermique de matériaux irradiés par microondes. 

  
D'un point de vue scientifique on entend par hystérèse : le fait que l'état d'équilibre d'un système dépend du chemin suivi par ce système pour atteindre l'équilibre. On peut dire que l'élévation de température d'une matière quelconque, induite par l'apport extérieur de calories est linéaire et répond aux lois de la thermodynamique. Exemple : fig 1. 

  
Il n'en est pas de même de l'élévation de température d'une matière ou d'un matériau soumis aux radiations micro-ondes. En effet des études réalisées démontrent que la courbe d'élévation de température en fonction de l'énergie dissipée n'est pas linéaire. 

  
Elle est non - linéaire (bistable) et correspond à une courbe d'hystérésis. Fig 2 (a : courbe théorique (mathématique) ,b : élévation de température sous microondes, c : courbe pratique ( réelle), d :bi stabilité de la matière irradiée, e :énergie ) 

  
Le problème est que ce type de caractéristique matière n'est pas encore très bien connu. Un des buts de l'invention est de déterminer la courbe de bi stabilité des matières et matériaux différents utiles sur le marché et nécessitant séchage ou polymérisation. 

  
Chaque matériau, chaque matière a sa propre courbe d'élévation de température due à la chaleur massique ou chaleur spécifique de chaque élément.  Cette courbe reflète la quantité d'énergie calorifique (ou énergie thermique) nécessaire pour élever chaque gramme de matière d'un degré. 

  
Il faut, par exemple, différentes quantités d'énergie calorifique (de chaleur) pour élever un kilo de A un kilo de B ou un kilo de C de un degré. Fig. 3. Ces courbes sont tracées d' après des mesures scientifiques faites en laboratoires sur base d' un échauffement de la matière par un apport d'énergie extérieur (qui ne provient pas de la matière elle même) . Par exemple une résistance électrique plongée dans de l'eau transmet l'énergie calorifique qu'elle produit à l'eau qui l'entoure par conduction. L' échauffement de la matière par irradiation micro-ondes n'apporte pas d'énergie calorifique. 

  
C'est la matière qui soumise aux champs électro magnétiques voit ses molécules s'agiter entre elles et c'est le frottement de ces molécules qui engendre un dégagement de chaleur. Ce dégagement de chaleur provient de la matière et non pas de l'extérieur. 

  
L'observation des courbes d'élévation de température d'un matériau ou d' une matière pouvant être soumis aux microondes montre une allure tout à fait différente de ce qu'il est habituel de voir. Fig. 4. 

  
Cette courbe peut être divisée en trois parties : la partie A, semblable à une progression classique d'élévation de température n'est pas constante dans sa progression (elle n'est pas linéaire) et change brusquement d'allure (partie B) en sautant brutalement du point 1 au point l' puis reprend une tendance classique de 2 à 2' (la partie C) .  Nous sommes en présence d'une bi stabilité thermique (hystérèse) . 

  
Dans le graphique quantifié de manière imaginaire (fig. 5) une matière de masse M est portée de la température Tl à la température T . Il faut pour cela une quantité d'énergie W en Joule (J) . 

  
Si l'apport d'énergie se fait par une méthode traditionnelle (conduction ...) il faut tenir compte de la courbe A (en gris) et lire que l'énergie dépensée pour atteindre T4 est égale à »W-W[iota]» soit : WM . 

  
Si l'apport énergétique se fait par irradiation par microondes, la valeur de WM sera de : 

  
»W2-W1» + IW3-W2I + IW4-W3' I qui est plus petit de M on peut même affirmer que WM- est plus petit de M de » W3'- 31 ou encore WM = WM- + » 3 -W3 » . 

  
Le graphique aura donc l'allure suivante : fig. 6 Un chauffage de type micro-ondes sera utilisé pour atteindre le point T3. Après cela, on utilisera un chauffage de type classique pour atteindre le point T4. Pour autant qu'une application trouve ses besoins à des températures au-delà de T3 

  
Arrêtons-nous sur le saut de T2 à T3, points limites de 1' hystérèse. Dans l'hypothèse d'un apport classique d'énergie celui- ci sera de »W3.-W2» soit X unités sur l'échelle. Si l'apport d'énergie se fait par micro-ondes, pour la même élévation de température, l'énergie absorbée sera de »W3-W2» soit Y unités sur l'échelle. Il est évident que »W3- 2» est plus petit que »W3--W2» Dans cette partie de la courbe (hystérèse) il est plus rentable d'utiliser une énergie micro-ondes plutôt qu'un apport classique d'énergie.

    Quant à l'allure de la courbe dans le cas du refroidissement de la matière M (non soumise aux effets des micro-ondes ), alors que l' échauffement a eu lieu sous effet micro-ondes, le refroidissement lui est linéaire :il ne suit pas la courbe d' échauffement sous micro-ondes ce qui est tout à fait normal puisque la matière n'est plus soumise aux micro-ondes. 

  
Quant à la partie de la courbe comprise entre T2 et T3 (fig. 7), si la courbe d'élévation de température est raide entre 2- 3 et +- droite, la courbe de refroidissement, elle, est de pente douce et d'une allure tout à fait différente de celle de la courbe de chauffe. 

  
Le but de l'invention est bien là : il concerne la partie de la courbe de refroidissement appelée x - x ' . Cette partie de courbe a pour particularité d'avoir son point de départ au sommet de la courbe d' échauffement rapide et son arrivée est le point de départ de la courbe d' échauffement. Ces points x - x' correspondent en fait au départ et à la fin du saut de température engendré par 2 - 3 . Une fois le point x atteint, l'émetteur micro-ondes doit être stoppé, pour pouvoir démarrer un chauffage classique si nécessaire. 

  
Si une élévation de température n'est plus nécessaire, la température atteinte T3 pourra être maintenue en redémarrant au point x' l'irradiation micro-ondes. 

  
Dans le cas d' évaporation de liquide aux températures comprises entre T2 et T3, la température d' évaporation pourra être maintenue à moindre coût énergétique en irradiant la matière entre ces deux points particuliers et si nécessaire à des pressions différentes voire dans le vide afin de rester dans la partie hystérèse.  Deux constatations importantes résultent de ce qui précède : 

  
A. L'énergie nécessaire pour maintenir une masse M à une température comprise entre T2 et T3 sera moins importante par irradiation micro-ondes que par une méthode de chauffage classique, en particulier dans le tracé de hystérèse. 

  
B. Pour porter la masse M de la température Ti à T4, l'apport énergétique W sera moins important par chauffage micro-ondes que par chauffage classique. 

  
Afin de pouvoir quantifier le gain en énergie et préciser les températures entre lesquelles ce gain peut se manifester, il faut déterminer les courbes d'élévation de température des matériaux susceptibles d'être échauffés (séchage, polymérisation, dilatation...) et ce sous irradiation micro-ondes ( voir revendications) . 

  
Pour déterminer ces courbes et les rendre interactives avec les alimentations micro-ondes, ou d'autres types de chauffage, un système de mesure  intelligent  utilisant diverses technologies de mesure infra -rouge ou autres sera utilisé. Ces mesures et interactions se font en  temps réel  afin de garantir une  inertie machine  la plus courte possible dans le temps. Le four construit à cet effet interagit avec la station de mesure et dispose de technologies de chauffage classique 

  
(résistance électrique, ...) et/ou micro-ondes et/ou HF.

Claims (10)

Revendications

1. Procédé d'élévation de température de matières et/ou de matériaux quelconques quels que soient leur état physique - entrant ou non dans des processus industriels - par irradiation micro-ondes ou hautes fréquences combiné ou non avec des procédés classiques de chauffage.

2. Procédé selon la revendication 1 contrôlé par une intelligence artificielle gérée par de la logique floue ou classique.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'intelligence artificielle détermine l' hystérèse non linéaire ou la courbe linéaire de l'élévation de température propre à la matière et/ou aux matériaux irradiés.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'intelligence gère l'irradiation micro-ondes ou haute-fréquence en fonction des points limites de la courbe d' hystérèse ou de la courbe linéaire.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'irradiation peut être active seule ou combinée avec des procédés de chauffage classiques et en ce que les irradiations ont une fréquence sensiblement comprise entre 100 Hz et 3000 MHz.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matière et/ou matériaux comprennent de l'eau maternelle ou ajoutée.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'épaisseur de la matière et/ou des matériaux à irradier est déterminée par l'intelligence artificielle en fonction de la position des limites de la courbe d' hystérèse et de l'élévation de température souhaitée et de l'énergie absorbée.

8. Procédé selon lequel les matières volatiles émises pendant le chauffage et/ou l'irradiation sont ou ne sont pas soumises à l'irradiation en fonction de leur nature.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'irradiation et/ou le chauffage peut se faire sous différentes pressions voir sous vide.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la courbe, linéaire ou non de refroidissement de la matière et/ou des matériaux est contrôlée par l'intelligence artificielle.