Four électrique à très haute fréquence La présente invention se rapporte à un four élec trique à très haute fréquence. Des matériaux comme des aliments par exemple peuvent être chauffés ou cuits par l'absorption directe de l'énergie radiante communiquée au four. On utilise souvent une énergie se situant dans la gamme des fréquences des micro ondes ou près de cette gamme.
Des difficultés se sont souvent présentées dans l'équilibrage de l'impédance de la charge avec celle de la source de radiations dans ces sortes de four. Un déséquilibre d'impédance peut provoquer un échauffement de la source et un manque de chauffage du matériau que l'on doit chauffer. Les difficultés d'équilibrage s'accroissent dans les fours à micro- ondes de petites dimensions, parce que probablement ils peuvent admettre moins de modes divers de pro pagation pour une longueur d'onde donnée.
La présente invention tend à réduire les possibi lités de déséquilibre entre l'impédance de la charge d'un four à très haute fréquence et celle de sa source, et concerne spécialement des fours à micro-ondes de petites dimensions.
Selon l'invention, le four électrique comporte un circuit d'entrée couplé avec une source d'énergie de haute fréquence, un compartiment de chauffage, et des moyens pour injecter cette énergie sous forme de radiations à travers une ouverture pratiquée dans ce compartiment, et est caractérisé en ce que le compar timent de chauffage comporte des moyens agencés pour supporter les matériaux à chauffer à l'intérieur dudit compartiment et en ce qu'un écran est interposé entre ces matériaux à chauffer et ladite ouverture,
l'écran ayant une position et des dimensions telles que l'impédance de la charge du four présente pra- tiquement la même valeur que l'impédance de la source d'énergie couplée avec le circuit d'entrée.
La périphérie dudit écran peut être espacée des parois du compartiment de façon à créer un champ électromagnétique pratiquement uniforme à l'inté rieur de ce compartiment.
Selon un autre mode de réalisation de la pré sente invention, le four peut comporter une source de radiations constituée par un oscillateur à magné- tron refroidi par l'air, muni d'un ensemble d'ailettes de refroidissement. Un dispositif de ventilation peut être placé à proximité des ailettes de refroidissement de telle sorte qu'un courant d'air direct soit dirigé sur les ailettes vers un guide d'onde qui connecte la sortie du magnétron avec le compartiment du four.
Un ensemble d'ouvertures du guide d'onde peut être dis posé selon un emplacement correspondant à un point où l'air à l'extérieur du guide d'onde se trouve à une pression élevée, et de ce fait l'air s'écoule à tra vers ces ouvertures et à travers le guide d'onde puis dans le compartiment du four. Le compartiment du four peut être muni de parois comportant un ensem ble d'ouvertures pour permettre au courant d'air de s'échapper du compartiment de four, emportant avec lui les vapeurs qui se forment pendant la cuisson. L'écran sert à étaler l'énergie électromagnétique qui s'écoule à travers l'ouverture extérieurement le long de la surface de l'écran vers les bords extérieurs de l'écran.
L'énergie rayonnante se trouve de ce fait introduite dans le compartiment de façon sensible ment uniforme sur la périphérie de la plaque d'écran, ce qui contribue à créer une intensité de champ sen siblement uniforme à l'intérieur du compartiment. L'écran sert aussi à équilibrer l'impédance de la charge avec celle du magnétron. Afin de réduire les effets dus aux légers manques d'uniformité du champ, on peut monter un plateau rotatif à l'intérieur du compartiment sur lequel on peut disposer des ali ments pendant l'opération de cuisson, et ces aliments sont de ce fait mis en rotation pendant qu'ils cuisent pour que la cuisson soit uniforme pour la masse entière des aliments.
De plus, le compartiment du four peut être muni de dispositifs de verrouillage qui empêchent le fonctionnement du magnétron lorsqu'il ne se trouve aucun aliment à l'intérieur de la chambre de cuisson, et lorsque la porte du compartiment du four est ouverte.
Un mode de réalisation de l'invention est repré senté à titre d'exemple aux dessins annexés, sur lesquels la fig. 1 représente une vue en perspective d'un four à très haute fréquence ; la fig. 2 représente une coupe verticale trans versale d'une partie du four représentée sur la fig. 1 ; la fig. 3 représente une vue arrière du compar timent du four représenté sur les fia. 1 et 2 ; la fig. 4 représente une vue en plan de la partie du four représentée sur les fig. 1 et 2, et la fig. 5 représente une coupe verticale d'une partie du four de la fi-. 1.
En se reportant maintenant aux dessins, on voit un four comprenant un compartiment 10 constitué par une boite de forme rectangulaire composée de feuilles de métal et comprenant une extrémité ouverte déterminée par un flasque périphérique 12. Ce com partiment est de préférence enfermé dans un cof fre 14 dont une partie est représentée sur la fig. 2, et une charnière 16 est fixée sur une partie du coffre 14 et sur une porte 18 pour permettre d'ouvrir et de fermer à volonté ladite porte de façon à faciliter l'introduction et le retrait des aliments dans le com partiment du four 10.
Un mécanisme de fermeture comprenant une poignée 20 maintient la porte dans sa position haute ou fermée.
Les aliments à l'intérieur du compartiment du four 10 sont cuits par un chauffage diélectrique créé par des micro-ondes de haute fréquence que l'on injecte dans le four 10 au moyen d'un guide d'onde 22 muni d'une fente 24 alignée sur une fente 26 de la paroi supérieure 27 du compartiment du four 10. La fente 24 est placée dans le guide d'onde 22 en un endroit qui correspond à l'intensité de champ maximale à l'intérieur du guide d'onde.
Une plaque d'écran métallique 28 placée direc tement en dessous des fentes 24 et 26 est suspendue à la paroi supérieure du compartiment du four par un couple d'entretoises diélectriques 30, dont les bords sont écartés des parois latérales et finales d'en viron 1/i d'une longueur d'onde de la fréquence que l'on applique.
La fonction de la plaque d'écran 28 consiste à étaler l'énergie rayonnante qui traverse les fentes alignées 24 et 26 de façon sensiblement égale autour de la périphérie de l'intérieur du four, pour égaliser l'intensité du champ à l'intérieur dudit four. Les ali- ments à cuire sont placés sur une plate-forme 32 à l'intérieur du compartiment du four 10, qui est mon tée pour tourner sur une plaque de support 36, laquelle à son tour est supportée par un couple de tiges 38 qui traversent la paroi arrière 39 du com partiment du four 10.
Le plateau rotatif 32 est fixé sur un arbre 40 qui traverse la paroi inférieure 41 du compartiment du four 10, et comporte une pou lie 42 fixée sur son extrémité inférieure, ce qui per met de faire tourner l'arbre 40 et le plateau rota tif 32 par des moyens moteurs comportant une cour roie connectée à la poulie 42.
La présence de la plaque-écran 28 permet aussi à la charge qui se trouve à l'intérieur du comparti ment relativement petit du four de s'équilibrer étroi tement avec l'impédance de la source.
Pour faire fonctionner le four, on place les ali ments sur le disque rotatif 32 que l'on met en rota tion tandis qu'on l'expose à l'énergie des micro-ondes qui pénètrent dans le four par les fentes alignées 24 et 26. En dépit de l'effet égalisateur de l'écran 28, il se produit des variations d'intensité de champ à l'intérieur du compartiment du four qui pourraient occasionner une cuisson non uniforme des aliments dans ledit compartiment. Lorsque le plateau rotatif est mis en rotation cependant, l'intensité du champ s'établit selon une moyenne sur la surface des ali ments que l'on met à cuire.
De plus, la rotation du plateau 32 chargé d'aliments fait passer devant l'écran 28 une surface à chauffer qui varie avec la rotation de l'arbre 40, à moins que les aliments soient placés sur le plateau 32 d'une façon axiale- ment symétrique à l'arbre 40. Ces variations de sur faces à chauffer résultant du mouvement du plateau rotatif, provoquent de légères modifications de la fréquence engendrée par le magnétron, et de ce fait, l'orientation du champ est déplacée à l'intérieur de la chambre de cuisson. De plus, les propriétés diélec triques des aliments se modifient généralement pen dant le traitement de cuisson.
Cette particularité existe lorsque le contenu d'humidité des aliments se modifie considérablement pendant le traitement de cuisson. Elle affecte aussi l'impédance de charge comme on peut le voir sur le magnétron dont la fréquence varie et dont l'orientation du champ se déplace. Le résultat de tous ces éléments permet de cuire les aliments dans le four de façon pratique ment uniforme pour tout le volume des aliments.
La mise en place et les dimensions de l'écran 28 sont toutes deux quelque peu critiques, de petites différences donnant lieu à des différences correspon dant dans le fonctionnement, mais les dimensions optimales de l'écran et sa position optimale peuvent être facilement évaluées par la méthode d'approxi mation, la distance optimale entre les bords de la plaque d'écran 28 et les parois latérales 43 et les parois d'extrémité 39 et 84 du compartiment du four étant de l'ordre de 1/.1 de longueur d'onde corres pondant à la fréquence des micro-ondes d'entrée.
Les supports 30 de la plaque d'écran 28 sont faits de préférence d'un matériau diélectrique pour empêcher la plaque d'écran 28 et les supports 30 de former une boucle fermée avec la paroi supérieure 27 du compartiment du four, ce qui produirait un cou plage magnétique avec le champ dudit compartiment et provoquerait une extrême élévation de tempéra ture des pièces métalliques. L'emploi d'un matériau diélectrique pour ces supports 30 pallie pratiquement cet effet.
Un magnétron 44 fournit l'énergie en micro- ondes nécessaire pour cuire les aliments à l'intérieur du compartiment du four, et se trouve placé de pré férence derrière le compartiment du four 10, et connecté avec le guide d'onde 22 et le conducteur central 45 (fig. 5), de son dispositif de sortie coaxial connecté à une prise 48 introduite dans le guide d'onde 22 pour transmettre l'énergie engendrée par le magnétron 44 au guide d'onde 22. Le conducteur extérieur 46 est connecté électriquement avec le guide d'onde 22.
Ce guide d'onde présente de pré férence un dôme sur la paroi latérale directement opposée à l'emplacement auquel le magnétron 44 est connecté, pour créer un couplage d'énergie à bande large, pratiquement insensible aux variations de l'impédance de charge qui peuvent se produire pour diverses sortes d'aliments et différentes impé dances pendant le traitement de cuisson. Le magné- tron 44 est de préférence du type refroidi par l'air comportant un ensemble d'ailettes 48, et l'on fait passer un courant d'air de refroidissement à travers ces ailettes de rayonnement 48 au moyen d'un venti lateur comportant un moteur 50 et des pales 52.
Les dimensions du guide d'onde sont telles que seul le mode dominant peut exister à l'intérieur du guide d'onde.
Le guide d'onde 22 est muni près de son extré mité d'un ensemble d'ouvertures 54 (fig. 5) qui se trouvent sur le trajet du courant d'air que l'on fait passer dans les pales 52 du ventilateur. L'air déplacé par ces pales s'écoule donc dans le guide d'onde 22 par les ouvertures 54, et se déplace le long du guide d'onde 22 pour passer dans le compartiment du four 10 à travers les fentes alignées 24 et 26. On laisse s'échapper le courant d'air du compartiment du four 10 à travers la paroi arrière 39 du compar timent, qui est munie d'une ouverture rectangulaire 58 fermée par un écran de recouvrement 60 bou lonné sur la paroi arrière 46 avec des boulons 62.
L'écran 60 comporte un ensemble multiple de trous 64 suffisamment petits chacun pour empêcher le rayonnement de s'échapper de l'intérieur du compar timent du four 10 par l'écran 60. L'air que l'on fait passer dans le guide d'onde 22 cependant, se déplace librement à travers les trous 64 de l'écran 60 et entraîne avec lui les odeurs de cuisson et d'autres vapeurs indésirables engendrées par l'opération de cuisson.
Une cornière 66 est boulonnée sur la paroi arrière 39 du compartiment de four 10 au moyen de boulons 67 et supporte un couple de pivots 68 qui ont la forme de boulons maintenus en position fixe par rapport à la cornière 66 par des écrous 70 qui s'y trouvent vissés sur le côté opposé de la cor nière 66 depuis leur tête. Les extrémités supérieures des pivots 68 ont des pointes aiguisées qui sont en contact avec les colliers 72 fixés sur les tiges de support 38. Un contrepoids ayant la forme d'une barre 74 est fixé sur les extrémités de chacune des tiges de support 38.
La plate-forme 36 est montée pour pouvoir pivo ter à l'intérieur du compartiment du four 10,- et est conçue pour pivoter par rapport aux axes 68 en fonction du poids des aliments qui peuvent être placés à l'intérieur du compartiment du four 10. Lorsqu'il n'y a pas d'aliments à l'intérieur du compartiment de four 10, la position de la plaque de support 36 est élevée, comme on peut le voir sur la fig. 2, mais lorsque les aliments sont placés à l'intérieur du four, le poids des aliments fait pivoter l'ensemble dans le sens sinistrorsum, comme on peut le voir sur la fig. 2, sur les éléments de pivotement 68.
La connexion entraînée par la poulie 42 est suffisam- ment souple pour accuser les légers déplacements de la poulie en fonction du déplacement de la plaque de support 36.
Un micro-interrupteur 76 est fixé sur la paroi arrière 39 du compartiment du four 10 et son élément de commande est engagé dans le contrepoids 74 dans la position représentée sur les fig. 2 et 3, quand il ne se trouve aucun aliment à l'intérieur du com partiment 10. Lorsque l'ensemble pivote en réponse aux aliments qui sont placés dans le compartiment du four, le contrepoids 74 s'élève pour couper le contact avec le dispositif de manoeuvre du micro= interrupteur 76, par quoi un signal électrique est créé pour indiquer que les aliments se trouvent en place dans le compartiment du four 10.
Le micro-inter- rupteur 76 est de préférence connecté dans le circuit du magnétron 44 pour déconnecter son potentiel d'anode, ou autrement dit, déconnecter le magnétron lorsqu'il ne se trouve aucun aliment à l'intérieur du compartiment du four 10. Cette action est nécessaire pour prévenir un rapport d'ondes démesurément élevé qui pourrait se produire sans aucune charge diélec trique dans le four, ce qui tendrait à réduire la longueur de vie du magnétron ou, autrement dit, altérer son fonctionnement.
Lorsque l'opération de cuisson est en cours, il est important que la porte 18 empêche toute quantité appréciable de radiations de s'échapper du compar timent du four 10. Ceci parce que ces radiations ne sont pas seulement dangereuses pour l'homme à des doses élevées, mais aussi parce que son quatrième harmonique peut gêner les instruments de mesure de navigation aérienne. La porte 18 qui est mieux représentée sur la fig. 4 comporte un cadre creux comprenant une paroi extérieure 78 et une paroi intérieure 80.
Cette paroi intérieure 80 est pourvue d'un ensemble d'ouvertures alignées selon la surface plane du flasque 12 du compartiment de four 10 sur toute la périphérie dudit flasque. Dans chacune des ouvertures, on a placé un arbre 82 qui est fixé sur un élément de fermeture 84 placé sur le côté opposé de la plaque arrière 80. A l'intérieur de la porte 18, on a fixé un collier 86 sur chaque arbre 82, et un ressort séparé 88 comprime chaque arbre 82 vers l'arrière, en appliquant une certaine force entre la paroi frontale avant 78 de la porte 18 et le collier 86.
La plaque de fermeture 84 est faite d'un matériau élastique pour lui permettre de s'appliquer pratiquement sur le contour du flasque 12, si ce contour diffère de la surface plane. De cette façon, les fuites de radiations par la porte lorsqu'elle est en position fermée sont pratiquement empêchées.
La surface plane du flasque 12 est conçue pour être environ de 1/4 de longueur d'onde de la fré quence d'entrée des micro-ondes, pour atténuer encore toute radiation qui pourrait fuir entre le flas que 12 et l'élément de fermeture 60.
Un micro-interrupteur 90 (fig. 2) est fixé sur le coffre 14, et son élément de commande coopère avec la paroi arrière 80 de la porte 18, lorsque cette dernière est en position fermée comme on peut le voir sur la fig. 2. Le micro-interrupteur 90 indique de cette façon que la porte est ouverte ou fermée, et il est connecté au circuit du magnétron pour empêcher son fonctionnement lorsque la porte est ouverte, ce qui empêche les radiations de s'échapper du compartiment du four 10 lorsque la porte 18 est ouverte par inadvertance pendant l'opération de cuisson.
L'extrémité avant du guide d'onde 22 est munie d'une paroi amovible 92 portant une poignée 94, ce qui permet de régler la longueur du guide d'onde 22 selon le point voulu de fonctionnement du magnétron situé sur sa courbe de fonctionnement. Une fois que la paroi 92 est réglée dès le début, elle peut rester dans cette position sans qu'il soit nécessaire de pro céder à un autre réglage. Sa principale fonction consiste simplement à se plier aux variations de dimensions et de géométrie du guide d'onde et du compartiment de four 10 qui sont dues aux tolérances de fabrication. L'équilibrage de l'accord et de l'impé dance du système peut être recherché par l'intro duction d'une sonde dans la fente 91 du guide d'onde 22, et examen du rapport d'onde stationnaire.
La paroi amovible 92 est initialement réglée selon une charge moyenne à l'intérieur du compar timent du four 10 pour donner un rapport d'onde stationnaire 1/I à l'intérieur du guide d'onde 22. Des variations de charge à l'intérieur du compar timent de four 10 peuvent provoquer l'élévation à 2/1 du rapport d'onde stationnaire environ pen dant l'opération de cuisson, bien que des rapports plus élevés soient admissibles suivant les caractéris tiques du magnétron 44. Un rapport d'onde sta tionnaire 1/1 indique que toute la puissance trans mise est absorbée par la charge, ce qui est par conséquent le but de l'appareil.
La présence de la plaque d'écran 28 permet au compartiment 10 du four avec sa charge sous la forme d'aliments de présenter une impédance de charge vue par le magnétron très voisine de la valeur de l'impédance de sortie du magnétron qui, dans un cas typique, se situe aux environs de 50 ohms. L'écran 28 empêche aussi la surexposition de la surface supérieure des aliments à cuire en empêchant les radiations de se propager directement à partir de la source primaire représentée par les fentes ali gnées 24 et 26. Il en résulte une répartition de champ plus uniforme à travers toute l'épaisseur des aliments à cuire, ce qui fournit une cuisson sensible ment uniforme des aliments.
Dans un mode de réalisation de la présente inven tion que l'on peut prendre à titre d'exemple, le magnétron utilisé avait une puissance de 1 KW et était refroidi par l'air, les dimensions des divers élé ments étant les suivantes : pour la fréquence utilisée qui était de 2450 mégacycles, le compartiment du four avait une largeur de 178 mm, une hauteur de 114 mm, une profondeur de 213 mm; le guide d'onde était de 43 x 86 mm, la distance de sa base à la plus proche paroi d'extrémité du guide d'onde 22 étant de 22 mm, le centre de l'ouverture 24 étant à 223 mm du centre de la base 48, et à 57 mm de la paroi d'extrémité 92 du guide d'onde 22. La pla que d'écran 28 était fixée à 22,3 mm au-dessous de la paroi supérieure 27.