EP1614327B1 - Dispositif a micro-ondes ou a radio-frequences comprenant trois generateurs decouples - Google Patents

Dispositif a micro-ondes ou a radio-frequences comprenant trois generateurs decouples Download PDF

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EP1614327B1
EP1614327B1 EP04727619A EP04727619A EP1614327B1 EP 1614327 B1 EP1614327 B1 EP 1614327B1 EP 04727619 A EP04727619 A EP 04727619A EP 04727619 A EP04727619 A EP 04727619A EP 1614327 B1 EP1614327 B1 EP 1614327B1
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EP
European Patent Office
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propagation
applicator
guides
generators
plates
Prior art date
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EP04727619A
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German (de)
English (en)
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EP1614327A1 (fr
Inventor
Georges Roussy
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Rimm Technologies Corp NV
Original Assignee
Rimm Technologies Corp NV
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Publication date
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    • H05B2206/04—Heating using microwaves
    • H05B2206/044—Microwave heating devices provided with two or more magnetrons or microwave sources of other kind

Definitions

  • the invention relates to a microwave or radio-frequency device.
  • the solution of the multimode resonant cavity is not satisfactory from the industrial point of view because it applies to small volumes, for example of the order of one liter of product.
  • small volumes for example of the order of one liter of product.
  • it is often necessary to have a total power greater than a few kW, but the design of a homogeneous electromagnetic distribution with a single source then poses a serious problem.
  • the invention relates more particularly to a microwave or radio frequency device comprising an applicator intended to receive a product to be treated and several generators supplying the applicator via propagation guides.
  • a device of this type is known from the European patent application published July 12, 2000 under the number EP 1018856.
  • Two generators feed the applicator via a magic tee.
  • the homogeneity of the electric field in the applicator is obtained by a combination of the electric field distributions produced by the two generators operating in a decoupled manner with respect to each other, ie without debiting the one in the other.
  • the decoupling is obtained by the magic tee and the symmetry of the object to be irradiated with respect to a median plane.
  • the power supply of this type of device is limited to two generators.
  • the object of the invention is to modify a microwave or radio-frequency device of the type recalled above to increase the total irradiation power of the device while maintaining a homogeneous electromagnetic field distribution in the applicator.
  • the subject of the invention is a microwave or radio-frequency device comprising an applicator intended to receive a product to be treated and several generators supplying the applicator via propagation guides, characterized in that that three propagation guides propagating the microwaves or the radio-frequencies generated respectively by three generators are respectively mounted on three plates forming a tri-rectangular trihedron and are arranged symmetrically with respect to the ternary axis of symmetry of the trihedron for that the generators feed the applicator by being decoupled from each other.
  • the decoupling of generators is explained by the theory of electrical images.
  • the electromagnetic field produced by a source, situated above a perfectly conducting indefinite plane, can be calculated by adding to the electromagnetic field produced by the source, that produced by the symmetrical image of this one with respect to the metallic plane.
  • the three propagation guides of the device according to the invention are arranged symmetrically on the three faces of the tri-rectangular trihedron identified OX, OY, OZ to open into the applicator so as to propagate an electric field respectively parallel to the axis OX, parallel to the OY axis and parallel to the OZ axis.
  • the images of the propagation guide disposed in the XOY plane, with respect to the YOZ and ZOX planes, are all located in the same XOY plane with electric fields parallel to OX.
  • these images emit electric field distributions whose polarization is parallel to OX, ie perpendicular to the polarization of the electric field of the distributions emitted by the two other generators. As long as the applicator is empty or occupied by a homogeneous object, the three generators are thus decoupled.
  • the decoupling of the three generators allows the applicator to irradiate the object to be treated homogeneously, with three separate electromagnetic field distributions that add up.
  • the total power supplied by the generators is thus three times that provided by each of them. It is possible for example to irradiate an object with a total power of 2.7 kW using three generators of 900 W each. From an economic point of view, if each generator costs 50 euros, we get 2.7 kW for 150 euros.
  • the use of three low-power generators dispenses with the use of Circulators that are needed when using high power generators.
  • each magnetron can be supplied by each of the three phases of the three-phase sector, so that the power supply of an applicator remains balanced.
  • Figure 1 schematically shows a microwave device according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a basic view showing three propagation guides of rectangular section, arranged perpendicularly to the faces of the trihedron according to the first embodiment illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a basic view showing three propagation guides of rectangular section, arranged parallel to the faces of the trihedron according to a second embodiment.
  • Figures 4A and 4B schematically show a rectangular section propagation guide having slots formed in the long side of the propagation guide.
  • FIG. 5 is a basic view showing three propagation guides of a radio frequency device, in the form of coaxial cables, arranged perpendicular to the faces of the trihedron according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a principle view showing a propagation guide of a radio frequency device, in the form of a current loop disposed in a plane perpendicular to the faces of the trihedron according to a fourth embodiment of FIG. invention.
  • FIG. 7 is a principle view showing the three rectangular section propagation guides illustrated in FIG. 1, rotatably mounted around their longitudinal direction of propagation and in translation parallel to the faces of the trihedron on which they are placed.
  • FIGS. 8A and 8B schematically show a propagation guide of a device according to FIG. 1, mounted detachably in rotation and in translation on one of the plates of the tri-rectangular trihedron.
  • FIG. 9 represents the distribution of the electromagnetic field created by a microwave device according to the first embodiment of the invention, the circular section applicator being a dehydration reactor.
  • Figure 10 schematically shows a microwave device according to the first embodiment of the invention wherein the applicator is a glass furnace.
  • a microwave device comprises an applicator 1 intended to receive an object to be treated 3, for example a liquid, and three generators (not shown). supplying the applicator 1 via three propagation guides 101, 102 and 103.
  • the latter propagate the microwaves generated respectively by the three generators by being mounted respectively on three plates 71, 72 and 73 forming a trillion trihedron. rectangular identified by the axes OX, OY and OZ.
  • the three propagation guides 101, 102 and 103 are arranged symmetrically with respect to the ternary axis of symmetry ⁇ of the trihedron.
  • each propagation guide 101, 102 or 103 extends in a longitudinal direction of propagation L1, L2 or L3 perpendicular to the plate 71, 72 or 73 on which it is mounted.
  • the three propagation guides 101, 102 and 103 are of rectangular section and mounted respectively on the three plates 71, 72 and 73 so that the short sides 91, 92 and 93 of their rectangular section remain two. with two orthogonal ones.
  • the vectors of the electric field, oriented parallel to the short sides 91, 92 and 93 of the rectangular section, are orthogonal to one another. This arrangement allows the three generators to feed the applicator 1 by being decoupled from each other.
  • the three propagation guides 101, 102 and 103 open into the applicator 1 by microwaveable windows 41, 42 and 43 formed at one end of each guide, in correspondence with openings formed in the plates 71, 72 and 72. 73 on which they are mounted.
  • the tri-rectangular trihedron is disposed above the applicator 1 along the ternary symmetry axis ⁇ of the trihedron.
  • the product to be treated 3 can be recovered by a lower line.
  • the distribution of the energy applied to the object to be treated is the sum of the squares of the components of the electric fields generated by each generator. From this it follows that the contribution of each generator to the total power of the device is the largest possible.
  • a second embodiment of the invention differs from the previous one in that each propagation guide 201, 202 and 203 extends in a longitudinal direction of propagation l1, l2 or l3 parallel to the plate 71, 72 or 73 on which it is mounted.
  • the three propagation guides 201, 202 and 203 are arranged symmetrically with respect to the ternary axis of symmetry ⁇ of the trihedron.
  • the three propagation guides 201, 202 and 203 are also of rectangular section and mounted respectively on the three plates 71, 72 and 73 so that the short sides 91, 92 and 93 of their rectangular section remain two to two orthogonal. This arrangement again allows the three generators to feed the applicator 1 by being decoupled from each other.
  • the three propagation guides 201, 202 and 203 open into the applicator by slots 51, 52, and 53 formed in the short side of each propagation guide, in correspondence with openings formed in plates 71, 72 and 73 on which they are mounted.
  • the slots are machined in the small side of the propagation guides to have a length equal to ⁇ g / 4 and be spaced from a short circuit located at the bottom of the guide of (1 + 2n) ⁇ g / 4 where ⁇ g is the length of propagation wave in the rectangular section feed guides.
  • ⁇ g is the length of propagation wave in the rectangular section feed guides.
  • ⁇ g is 173 mm for a section propagation guide defined by a short side equal to 43 mm and a large side equal to 86 mm.
  • the distribution of the electromagnetic field is more homogeneous than that obtained with the transparent window propagation guides, such as those used in the first embodiment.
  • the energy density existing in the vicinity of the slots can be adjusted to the demand not to exceed a critical value and avoid the presence of arc when it is desired to increase the power of the generators.
  • slots 51A, 52A or 53A are machined in the long side 21A, 22A or 23A of the propagation guides 201-203 in the longitudinal direction L1-L3 propagation to have a distance between two successive slots equal to ⁇ g / 2 and being spaced from a short circuit located at the bottom of the (1 + 2n) ⁇ g / 4 guide.
  • FIG. 4B, slots 51B, 52B or 53B are machined in the long side 21B, 22B, 23B of the propagation guides 201-203 to have a distance between two successive slots equal to ⁇ g / 2 and be spaced from a short circuit located at the bottom of the guide of n ⁇ g / 2.
  • a third embodiment of the invention differs from the first or the second mode in that the three propagation guides 301, 302 and 303 are coaxial cables that extend in a longitudinal direction. propagation L1, L2 and L3 perpendicular to the plates 71, 72 and 73 and which open into the applicator by one of their stripped end 81, 82 and 83.
  • the three propagation guides 301, 302 and 303 are arranged symmetrically by relative to the ternary axis of symmetry ⁇ of the trihedron.
  • the vectors of the electric field, oriented parallel to the cables 301, 302 are orthogonal to each other. This arrangement again allows the three generators to feed the applicator by being decoupled from each other.
  • a fourth embodiment of the invention differs from the third embodiment in that the three propagation guides 401, 402 and 403 are coaxial cables terminated by current loops 411, 412 and 413.
  • the three propagation guides 401, 402 and 403 extend in a longitudinal direction of propagation L1, L2 and L3 perpendicular to the plates 71, 72 and 73 and open into the applicator by a current loop 411, 412 and 413, one stripped end 421, 422 and 423 is fixed to the corresponding plate tri-rectangular trihedron.
  • the three propagation guides 401, 402 and 403 are arranged symmetrically with respect to the ternary axis of symmetry ⁇ of the trihedron.
  • the vectors of the magnetic field induced by the current loops are oriented along the axis A perpendicular to the plane of each current loop to remain orthogonal to each other. This arrangement again allows the three generators to feed the applicator by being decoupled from each other.
  • the propagation guides 101-103, 201-203 or 301-303 occupy a position that is variable around a rotation about their longitudinal direction of propagation and a translation parallel to the plates 71. -73 on which they are mounted while conversing the symmetry with respect to the ternary axis of symmetry ⁇ of the tri-rectangular trihedron identified OX, OY, OZ to regulate the decoupling of the generators according to the shape of the object received in the applicator 1.
  • a propagation guide 101 is removably mounted via a circular flange 801 welded to the propagation guide.
  • the flange 801 comprises twelve smooth holes regularly arranged on a circle to be fixed by bolts to an intermediate plate 501 having twelve corresponding holes.
  • the intermediate plate also comprises four slots 601 receiving bolts to be fixed in turn to the plate 71 of the tri-rectangular trihedron.
  • the twelve holes of the intermediate plate 501 and the flange 801 allow the propagation guide 101 to occupy a variable position in rotation around the propagation direction L1 of the guide, the pitch being determined by the angular difference between two successive holes.
  • the lights 601 extend parallel to the plate 71 of the tri-rectangular trihedron to allow the propagation guide 101 to occupy a variable position also in translation relative to the plate 71.
  • the position of the three guides is thus variable in rotation and in translation, while conversing the symmetry of position of the three guides with respect to the axis of symmetry ternary ( ⁇ ) of the trihedron.
  • the direction of the lights 601 depends generally on the position of the plates 501 with respect to the faces 71-73 of the tri-rectangular trihedron.
  • the coefficients R and T are functions of the coordinates x1, y1 or y2, z2 or z3, x3 of the center of the section of each guide, respectively 101, 102 or 103, which opens into the applicator , of the angle ⁇ 1 or ⁇ 2, ⁇ 3 that the electric field makes in the plane of the tri-rectangular trihedron on the face of which the propagation guide, respectively 101, 102 or 103, is arranged and the distance of the object to treat at the top O of the trihedron.
  • the transmission between the propagation guides is canceled by appropriately choosing the three quantities indicated above to restore the decoupling of the three generators.
  • An adapter known per se and disposed in the propagation guide considered also makes it possible to cancel the complex reflection coefficient R seen by each generator.
  • the reflection coefficient R is also measured with the aid of a network analyzer.
  • the applicator 1 is of circular or triangular section.
  • the tri-rectangular trihedron by its symmetry excites the three basic modes. Since these modes are orthogonal, there is no coupling between the modes created on the one hand and the guides that excite them, on the other hand. The decoupling of the guides remains if the triangular applicator becomes circular.
  • the applicator is a dehydration reactor of a gas comprising a zeolite column traversed by a wet gas.
  • a gas comprising a zeolite column traversed by a wet gas.
  • the water of the gas is adsorbed by the zeolites.
  • the column is purged by irradiating it with the microwave device to desorb the water.
  • the reactor is cylindrical of circular section, for example of diameter equal to 30 cm.
  • a microwave device according to the first embodiment of the invention is used: three propagation guides 101, 102 and 103 of rectangular section are respectively mounted on the three faces 71, 72 and 73 tri-rectangular trihedron OX, OY, OZ so that the small sides 91, 92 and 93 of their rectangular section remain two orthogonal two.
  • the trihedron is disposed above the reactor by aligning the ternary axis of symmetry ⁇ with the central axis of the reactor.
  • the surface of the adsorbent is irradiated according to the curve 1 of FIG. 9.
  • the electromagnetic field has circular symmetry with a maximum at the center of the section and a minimum in the vicinity of the reactor wall. If the transparent windows are moved away from the propagation guides with respect to the vertex O of the trihedron, the distribution of the electromagnetic field takes on the shape of curve 2. It can be seen that for the diametrical plane passing through a generator, the maximum is shifted towards the opening of the generator considered. The decoupling of the three generators allowing the distributions of the electromagnetic field of each generator to add up as a function of the squares of the electric field modules results in a more uniform total distribution.
  • the microwave device is all the more interesting to use that the energy supplied is used essentially to desorb the water without heating the zeolites, which avoids cooling the column before reusing it for the phase of 'adsorption.
  • This example shows that by moving the three generators away from or closer to the vertex O of the trihedron, the distribution of the electromagnetic field radiated in a section of the applicator is modified, without accepting that the generators flow into each other.
  • the global distribution of the energy radiated in the direction of the ternary axis of symmetry of the trihedron and around it can be adjusted to demand.
  • microwave device is not limited to the dehydration of zeolites but is also suitable for any physicochemical or catalytic operation, such microwave-stimulated evaporation of a solvent contained in a product. or a gasoline.
  • the applicator is a reactor for burning the toxic gaseous components of the air and for cleaning the air by passing the gas through a column filled with a catalyst, for example granules of alumina or silica. on which metals have been deposited, for example 0.8% platinum by weight or silicon carbide.
  • the applicator comprises a column having a diameter of 1.5 meters and a height of 2 meters. It is powered by three 10 kW generators, operating continuously at 915 MHz. It should be noted that the air to be treated may circulate only in the center of the column since the vicinity of the wall of the column, corresponding to the hatched portions in Figure 9, sees a low intensity electric field.
  • the applicator is a glassmaker's oven.
  • the furnace of FIG. 10 comprises a cylindrical crucible 111 of circular cross-section, of refractory alumina silica, pivotally mounted on a metal support 110. It can contain several liters of molten glass 113.
  • the heating is obtained by a microwave device according to the first embodiment of the invention.
  • the tri-rectangular trihedron is disposed above the applicator by aligning the ternary axis of symmetry ⁇ with the central axis A of the crucible.
  • the three domestic generators each deliver a power of 1.2 kW so that the total irradiation power is 3.6 kW.
  • the tri-rectangular trihedron OX, OY, OZ equipped with three propagation guides 101, 102 and 103 switches around a hinge 114 to allow access crucible when the glass comes to pick molten glass. It is obvious that the generators are off when the oven is open.
  • the power emitted by the magnetrons can be finely tuned so that the operation of the furnace is very economical. It is quickly put into operation, we can change the crucibles that contain different colors and store them separately.
  • a microwave device operates for example at the frequency of 915 MHz or 2450 MHz.
  • a radio frequency device, third or fourth embodiment operates for example at the frequency of 13.56 MHz or 27.12 MHz.

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Description

  • L'invention se rapporte à un dispositif à micro-ondes ou à radio-fréquences.
  • A l'heure actuelle, il est important de concevoir des dispositifs à micro-ondes réalisant des distributions de champ électromagnétique homogènes et très intenses.
  • La solution de la cavité résonnante multimodes n'est pas satisfaisante du point de vue industriel parce qu'elle s'applique à des petits volumes, par exemple de l'ordre d'un litre de produit. Pour les volumes importants à traiter dans l'industrie, il faut disposer souvent d'une puissance totale supérieure à quelques kW, mais la conception d'une distribution électromagnétique homogène avec une seule source pose alors un problème sérieux.
  • L'invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif à micro-ondes ou à radio-fréquences comprenant un applicateur destiné à recevoir un produit à traiter et plusieurs générateurs alimentant l'applicateur par l'intermédiaire de guides de propagation.
  • Un dispositif de ce type est connu de la demande de brevet européen publiée le 12 juillet 2000 sous le numéro EP 1018856. Deux générateurs alimentent l'applicateur par l'intermédiaire d'un Té magique. L'homogénéité du champ électrique dans l'applicateur est obtenue par une combinaison des distributions de champ électrique produites par les deux générateurs fonctionnant de façon découplée l'un par rapport à l'autre, c'est à dire sans débiter l'un dans l'autre. Le découplage est obtenu par le Té magique et par la symétrie de l'objet à irradier par rapport à un plan médian. Toutefois, l'alimentation de ce type de dispositif est limitée à deux générateurs.
  • Le but de l'invention est de modifier un dispositif à micro-ondes ou à radio-fréquences du type rappelé ci-dessus pour augmenter la puissance totale d'irradiation du dispositif tout en conservant une distribution de champ électromagnétique homogène dans l'applicateur.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif à micro-ondes ou à radio-fréquences comprenant un applicateur destiné à recevoir un produit à traiter et plusieurs générateurs alimentant l'applicateur par l'intermédiaire de guides de propagation, caractérisé en ce que trois guides de propagation propageant les micro-ondes ou les radio-fréquences générées respectivement par trois générateurs sont montés respectivement sur trois plaques formant un trièdre tri-rectangulaire et sont disposés de façon symétrique par rapport à l'axe de symétrie ternaire du trièdre pour que les générateurs alimentent l'applicateur en étant découplés les uns des autres.
  • Le découplage des générateurs s'explique par la théorie des images électriques. Le champ électromagnétique produit par une source, située au-dessus d'un plan indéfini parfaitement conducteur, peut se calculer en ajoutant au champ électromagnétique produit par la source, celui produit par l'image symétrique de celle-ci par rapport au plan métallique.
  • Les trois guides de propagation du dispositif selon l'invention sont disposés de façon symétrique sur les trois faces du trièdre tri-rectangulaire repéré OX,OY,OZ pour déboucher dans l'applicateur de façon à propager un champ électrique respectivement parallèle à l'axe OX, parallèle à l'axe OY et parallèle à l'axe OZ. Les images du guide de propagation disposé dans le plan XOY, par rapport aux plans YOZ et ZOX, sont toutes situées dans ce même plan XOY avec des champs électriques parallèles à OX. De surcroît, ces images émettent des distributions de champ électrique dont la polarisation est parallèle à OX, c'est à dire perpendiculaire à la polarisation du champ électrique des distributions émises par les deux autres générateurs. Tant que l'applicateur est vide ou occupé par un objet homogène, les trois générateurs sont ainsi découplés.
  • Le découplage des trois générateurs permet à l'applicateur d'irradier l'objet à traiter de façon homogène, avec trois distributions de champ électromagnétique séparées qui s'additionnent. La puissance totale fournie par les générateurs est ainsi trois fois celle fournie par chacun d'entre eux. Il est possible par exemple d'irradier un objet avec une puissance totale de 2,7 kW en utilisant trois générateurs de 900 W chacun. D'un point de vue économique, si chaque générateur coûte 50 euros, on obtient ainsi 2,7 kW pour 150 euros. De surcroît, le fait d'utiliser trois générateurs de faible puissance dispense d'utiliser des circulateurs qui sont nécessaires lorsqu'on utilise des générateurs de forte puissance.
  • Dans cette invention chaque magnétron peut être alimente par chacune des trois phases du secteur triphasé, de sorte que l'alimentation électrique d'un applicateur reste équilibrée.
  • D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de quatre modes d'exécution illustrés par les dessins.
  • La figure 1 montre de façon schématique un dispositif à micro-ondes selon un premier mode d'exécution de l'invention.
  • La figure 2 est une vue de principe montrant trois guides de propagation de section rectangulaire, disposés perpendiculairement aux faces du trièdre selon le premier mode d'exécution illustré par la figure 1.
  • La figure 3 est une vue de principe montrant trois guides de propagation de section rectangulaire, disposés parallèlement aux faces du trièdre selon un deuxième mode d'exécution.
  • Les figures 4A et 4B montrent de façon schématique un guide de propagation à section rectangulaire, possédant des fentes formées dans le grand côté du guide de propagation.
  • La figure 5 est une vue de principe montrant trois guides de propagation d'un dispositif à radio-fréquences, sous la forme de câbles coaxiaux, disposés perpendiculairement aux faces du trièdre selon un troisième mode d'exécution de l'invention.
  • La figure 6 est une vue de principe montrant un guide de propagation d'un dispositif à radio-fréquences, sous la forme d'une boucle de courant disposée dans un plan perpendiculaire aux faces du trièdre selon un quatrième mode d'exécution de l'invention.
  • La figure 7 est une vue de principe montrant les trois guides de propagation de section rectangulaire illustrés par la figure 1, montés amovibles en rotation autour de leur direction longitudinale de propagation et en translation parallèlement aux faces du trièdre sur lesquelles ils sont placés.
  • Les figures 8A et 8B montrent de façon schématique un guide de propagation d'un dispositif selon la figure 1, monté amovible en rotation et en translation sur l'une des plaques du trièdre tri-rectangulaire. La figure 9 représente la distribution du champ électromagnétique créé par un dispositif à micro-ondes selon le premier mode d'exécution de l'invention, l'applicateur de section circulaire étant un réacteur de déshydratation.
  • La figure 10 montre de façon schématique un dispositif à micro-ondes selon le premier mode d'exécution de l'invention dans lequel l'applicateur est un four de verrier.
  • En référence aux figures 1 et 2, un dispositif à micro-ondes selon un premier mode d'exécution de l'invention comprend un applicateur 1 destiné à recevoir un objet à traiter 3, par exemple un liquide, et trois générateurs (non représentés) alimentant l'applicateur 1 par l'intermédiaire de trois guides de propagation 101, 102 et 103. Ces derniers propagent les micro-ondes générées respectivement par les trois générateurs en étant montés respectivement sur trois plaques 71, 72 et 73 formant un trièdre tri-rectangulaire repéré par les axes OX, OY et OZ. Les trois guides de propagation 101, 102 et 103 sont disposés de façon symétrique par rapport à l'axe de symétrie ternaire Δ du trièdre. De surcroît, chaque guide de propagation 101, 102 ou 103 s'étend suivant une direction longitudinale de propagation L1, L2 ou L3 perpendiculaire à la plaque 71, 72 ou 73 sur laquelle il est monté.
  • Dans ce premier mode d'exécution, les trois guides de propagation 101, 102 et 103 sont de section rectangulaire et montés respectivement sur les trois plaques 71, 72 et 73 pour que les petits côtés 91, 92 et 93 de leur section rectangulaire restent deux à deux orthogonaux. Ainsi, comme illustré par la figure 2, les vecteurs du champ électrique, orientés parallèlement aux petits côtés 91, 92 et 93 de la section rectangulaire, sont orthogonaux l'un à l'autre. Cet agencement permet aux trois générateurs d'alimenter l'applicateur 1 en étant découplés les uns des autres.
  • Les trois guides de propagation 101, 102 et 103 débouchent dans l'applicateur 1 par des fenêtres 41, 42 et 43 transparentes aux micro-ondes formées à une extrémité de chaque guide, en correspondance avec des ouvertures formées dans les plaques 71, 72 et 73 sur lesquelles ils sont montés. Le trièdre tri-rectangulaire est disposé au-dessus de l'applicateur 1 suivant l'axe de symétrie ternaire Δ du trièdre. Le produit à traiter 3 peut être récupéré par une conduite inférieure.
  • II convient de noter que la présence du liquide dans l'applicateur décale les images électriques des générateurs par rapport à la surface libre du liquide, d'une quantité en rapport avec la permittivité du liquide. Il s'ensuit que les trois générateurs restent découplés même en ce qui concerne les ondes réfléchies par la surface libre du liquide.
  • Conséquence du découplage des trois générateurs, la distribution de l'énergie appliquée à l'objet à traiter est la somme des carrés des composantes des champs électriques générés par chaque générateur. D'où il résulte que la contribution de chaque générateur à la puissance totale du dispositif est la plus grande possible.
  • En référence à la figure 3, un deuxième mode d'exécution de l'invention se distingue du précédent en ce que chaque guide de propagation 201, 202 et 203 s'étend suivant une direction longitudinale de propagation ℓ1, ℓ2 ou ℓ3 parallèle à la plaque 71, 72 ou 73 sur laquelle il est monté. Les trois guides de propagation 201, 202 et 203 sont disposés de façon symétrique par rapport à l'axe de symétrie ternaire Δ du trièdre.
  • Dans ce deuxième mode d'exécution, les trois guides de propagation 201, 202 et 203 sont également de section rectangulaire et montés respectivement sur les trois plaques 71, 72 et 73 pour que les petits côtés 91, 92 et 93 de leur section rectangulaire restent deux à deux orthogonaux. Cet agencement permet là encore aux trois générateurs d'alimenter l'applicateur 1 en étant découplés les uns des autres.
  • Les trois guides de propagation 201, 202 et 203 débouchent dans l'applicateur par des fentes 51, 52, et 53 formées dans le petit côté de chaque guide de propagation, en correspondance avec des ouvertures formées dans les plaques 71, 72 et 73 sur lesquelles ils sont montés.
  • Les fentes sont usinées dans le petit côté des guides de propagation pour avoir une longueur égale à λg / 4 et être distantes d'un court-circuit situé au fond du guide de (1 + 2n) λg / 4 où λg est la longueur d'onde de propagation dans les guides d'alimentation de section rectangulaire. A titre d'exemple, à la fréquence de 2450 MHz, λg vaut 173 mm pour un guide de propagation de section définie par un petit côté égal à 43 mm et un grand côté égal à 86 mm. Il s'ensuit que la distribution du champ électromagnétique est plus homogène que celle que l'on obtient avec les guides de propagation à fenêtre transparente, comme ceux utilisés dans le premier mode d'exécution. De plus, la densité d'énergie existant au voisinage des fentes peut être ajustée à la demande pour ne pas dépasser une valeur critique et éviter la présence d'arc lorsque l'on désire augmenter la puissance des générateurs.
  • Il est prévu de former les fentes dans le grand côté des guides de propagation de section rectangulaire. Figure 4A, des fentes 51A, 52A ou 53A sont usinées dans le grand côté 21A, 22A ou 23A des guides de propagation 201-203 suivant la direction longitudinale L1-L3 de propagation pour avoir une distance entre deux fentes successives égale à λg / 2 et être distantes d'un court-circuit situé au fond du guide de (1 + 2n) λg / 4.. Figure 4B, des fentes 51B, 52B ou 53B sont usinées dans le grand côté 21B, 22B, 23B des guides de propagation 201-203 pour avoir une distance entre deux fentes successives égale à λg / 2 et être distantes d'un court-circuit situé au fond du guide de n λg / 2. L'angle des fentes par rapport à la direction longitudinale de propagation des guides dépend du nombre des fentes usinées dans un guide. Il convient de se reporter par exemple à la publication suivante : A.F. Harvey, « Microwave Engineering », Academic Press (1963), pages 634-636 et en particulier les références 332 et 457 citées aux pages 690 et 694 respectivement. En référence à la figure 5, un troisième mode d'exécution de l'invention se distingue du premier ou du deuxième mode en ce que les trois guides de propagation 301, 302 et 303 sont des câbles coaxiaux qui s'étendent suivant une direction longitudinale de propagation L1, L2 et L3 perpendiculaire aux plaques 71, 72 et 73 et qui débouchent dans l'applicateur par une de leur extrémité dénudée 81, 82 et 83. Les trois guides de propagation 301, 302 et 303 sont disposés de façon symétrique par rapport à l'axe de symétrie ternaire Δ du trièdre. Les vecteurs du champ électrique, orientés parallèlement aux câbles 301, 302 sont orthogonaux l'un à l'autre. Cet agencement permet là encore aux trois générateurs d'alimenter l'applicateur en étant découplés les uns des autres.
  • En référence à la figure 6, un quatrième mode d'exécution de l'invention se distingue du troisième mode en ce que les trois guides de propagation 401, 402 et 403 sont des câbles coaxiaux terminés par des boucles de courant 411, 412 et 413. Les trois guides de propagation 401, 402 et 403 s'étendent suivant une direction longitudinale de propagation L1, L2 et L3 perpendiculaire aux plaques 71, 72 et 73 et débouchent dans l'applicateur par une boucle de courant 411, 412 et 413 dont une extrémité dénudée 421, 422 et 423 est fixée à la plaque correspondante du trièdre tri-rectangulaire. Les trois guides de propagation 401, 402 et 403 sont disposés de façon symétrique par rapport à l'axe de symétrie ternaire Δ du trièdre. Les vecteurs du champ magnétique induit par les boucles de courant sont orientés suivant l'axe A perpendiculaire au plan de chaque boucle de courant pour rester orthogonaux l'un à l'autre. Cet agencement permet là encore aux trois générateurs d'alimenter l'applicateur en étant découplés les uns des autres.
  • D'une façon avantageuse pour chacun des modes d'exécution précédents, les guides de propagation 101-103, 201-203 ou 301-303 occupent une position variable suivant une rotation autour de leur direction longitudinale de propagation et une translation parallèlement aux plaques 71-73 sur lesquelles ils sont montés tout en conversant la symétrie par rapport à l'axe de symétrie ternaire Δ du trièdre tri-rectangulaire repéré OX,OY,OZ pour régler le découplage des générateurs en fonction de la forme de l'objet reçu dans l'applicateur 1.
  • Comme illustré par les figures 8A et 8B, un guide de propagation 101 est monté amovible par l'intermédiaire d'une bride circulaire 801 soudée au guide de propagation. La bride 801 comprend douze trous lisses disposés régulièrement sur un cercle pour être fixée par des boulons à une plaque intermédiaire 501 comportant douze trous correspondants. La plaque intermédiaire comprend également quatre lumières 601 recevant des boulons pour être fixée à son tour à la plaque 71 du trièdre tri-rectangulaire. Les douze trous de la plaque intermédiaire 501 et de la bride 801 permettent au guide de propagation 101 d'occuper une position variable en rotation autour de la direction de propagation L1 du guide, le pas de rotation étant déterminé par l'écart angulaire entre deux trous successifs. Les lumières 601 s'étendent parallèlement à la plaque 71 du trièdre tri-rectangulaire pour permettre au guide de propagation 101 d'occuper une position variable également en translation par rapport à la plaque 71. La position des trois guides est ainsi variable en rotation et en translation, tout en conversant la symétrie de position des trois guides par rapport à l'axe de symétrie ternaire (Δ) du trièdre. Il convient de noter que la direction des lumières 601 dépend de façon générale de la position des plaques 501 par rapport aux faces 71-73 du trièdre tri-rectangulaire.
  • Il est possible de définir un coefficient de réflexion complexe R et un coefficient de transmission complexe T entre les générateurs alimentant l'applicateur. En référence à la figure 7, les coefficients R et T sont des fonctions des coordonnées x1,y1 ou y2,z2 ou z3,x3 du centre de la section de chaque guide, respectivement 101, 102 ou 103, qui débouche dans l'applicateur, de l'angle θ1 ou θ2, θ3 que fait le champ électrique dans le plan du trièdre tri-rectangulaire sur la face duquel le guide de propagation, respectivement 101, 102 ou 103, est disposé et de la distance de l'objet à traiter au sommet O du trièdre. La transmission entre les guides de propagation est annulée en choisissant convenablement les trois grandeurs indiquées ci-dessus pour rétablir le découplage des trois générateurs. Un adaptateur connu en soi et disposé dans le guide de propagation considéré permet par ailleurs d'annuler le coefficient de réflexion complexe R vu par chaque générateur.
  • Le découplage des trois générateurs est quantifié par la mesure du coefficient complexe T avec un analyseur de réseau du commerce. Le découplage est acceptable quand le module du coefficient de transfert T est inférieur à 0,1 de sorte que seulement 10% de la puissance émise par un générateur est reçue par un autre. Si le coefficient de transfert T est supérieur à 0,1 les générateurs risquent de se détruire les uns les autres et le rendement énergétique de l'applicateur est mauvais, le rendement η de chaque générateur étant défini par la puissance délivrée au produit rapportée à la puissance émise et valant η = 1 -R2 - 2T2. On mesure le coefficient de réflexion R à également l'aide d'un analyseur de réseau.
  • Dans le premier, le deuxième ou le troisième mode d'exécution, l'applicateur 1 est de section circulaire ou triangulaire.
  • Il convient de noter que la distribution du champ électromagnétique dans l'objet à traiter est déterminée par le fait qu'un applicateur dont la section est un triangle équilatéral a trois modes fondamentaux de propagation transverses électriques qui ont une même longueur d'onde de coupure λc= 1.5 a. Le mode de propagation d'ordre supérieur immédiat est un mode TM λ c = ( a ⁢ 3 ) / 2
    Figure imgb0001
     et le mode TE suivant a pour λc=a/2. Le trièdre tri-rectangulaire, par sa symétrie excite les trois modes fondamentaux. Comme ces modes sont orthogonaux, il n'y a pas de couplage entre les modes crées d'une part et les guides qui les excitent, d'autre part. Le découplage des guides subsiste si l'applicateur triangulaire devient circulaire.
  • Trois exemples d'application de l'invention sont décrits ci-après.
  • Dans un premier exemple, l'applicateur est un réacteur de déshydratation d'un gaz comprenant une colonne de zéolithes parcourue par un gaz humide. Au cours de la phase d'adsorption, l'eau du gaz est adsorbée par les zéolithes. Lorsque les zéolithes ont retenu une quantité d'eau correspondant en général à 30% de leur poids, on purge la colonne en l'irradiant par le dispositif à micro-ondes pour désorber l'eau.
  • Le réacteur est cylindrique de section circulaire, par exemple de diamètre égal à 30 cm. En référence à la figure 1, on utilise un dispositif à micro-ondes selon le premier mode d'exécution de l'invention : trois guides de propagation 101, 102 et 103 de section rectangulaire sont montés respectivement sur les trois faces 71, 72 et 73 du trièdre tri-rectangulaire OX,OY,OZ pour que les petits côtés 91, 92 et 93 de leur section rectangulaire restent deux à deux orthogonaux. Le trièdre est disposé au-dessus du réacteur en alignant l'axe de symétrie ternaire Δ avec l'axe central du réacteur.
  • Si les fenêtres transparentes des guides de propagation sont proches du sommet O du trièdre, la surface de l'adsorbant est irradiée selon la courbe 1 de la figure 9. Le champ électromagnétique a la symétrie circulaire avec un maximum au centre de la section et un minimum au voisinage de la paroi du réacteur. Si on éloigne les fenêtres transparentes des guides de propagation par rapport au sommet O du trièdre, la distribution du champ électromagnétique prend l'allure de la courbe 2. On voit que pour le plan diamétral qui passe par un générateur, le maximum est décalé vers l'ouverture du générateur considéré. Le découplage des trois générateurs permettant que les distributions du champ électromagnétique de chaque générateur s'additionnent en fonction des carrés des modules des champs électriques engendre une distribution totale plus uniforme.
  • Il faut noter que le dispositif à micro-ondes est d'autant plus intéressant à utiliser que l'énergie apportée sert essentiellement à désorber l'eau sans chauffer les zéolithes, ce qui évite de refroidir la colonne avant de la réutiliser pour la phase d'adsorption.
  • Cet exemple montre qu'en éloignant ou en rapprochant les trois générateurs du sommet O du trièdre, on modifie la distribution du champ électromagnétique rayonné dans une section de l'applicateur, sans pour autant accepter que les générateurs débitent les uns dans les autres. Il s'ensuit qu'on peut ainsi ajuster à la demande la distribution globale de l'énergie rayonnée dans le sens de l'axe de symétrie ternaire du trièdre et autour de celui-ci.
  • L'utilisation du dispositif à micro-ondes selon l'invention n'est pas limitée à la déshydratation des zéolithes mais convient également à toute opération physico-chimique ou catalytique, telle évaporation stimulée par micro-ondes d'un solvant contenu dans un produit ou une essence.
  • Dans un deuxième exemple, l'applicateur est un réacteur pour brûler les composants gazeux toxiques de l'air et dépolluer l'air en faisant parcourir le gaz dans une colonne remplie d'un catalyseur, par exemple des granulés d'alumine ou de silice sur lesquels on a déposé des métaux, par exemple 0,8% de platine en poids ou du carbure de silicium. L'applicateur comprend une colonne ayant un diamètre de 1,5 mètre et une hauteur de 2 mètres. Il est alimenté par trois générateurs de 10 kW, fonctionnant en continu à 915 MHz. Il convient de signaler que l'air à traiter peut ne circuler qu'au centre de la colonne puisque le voisinage de la paroi de la colonne, correspondant aux parties hachurées sur la figure 9, voit un champ électrique de faible intensité.
  • Dans un troisième exemple, l'applicateur est un four de verrier.
  • Les artisans verriers souhaitent souvent conserver plusieurs fonds de verre de différentes couleurs ou de différentes qualités et en disposer quand ils le veulent.
  • Le four de la figure 10 comprend un creuset cylindrique 111 de section circulaire, en silice alumine réfractaire, monté pivotant sur un support métallique 110. Il peut contenir plusieurs litres de verre en fusion 113. Le chauffage est obtenu par un dispositif à micro-ondes selon le premier mode d'exécution de l'invention. Le trièdre tri-rectangulaire est disposé au-dessus de l'applicateur en alignant l'axe de symétrie ternaire Δ avec l'axe central A du creuset. Les trois générateurs domestiques débitent chacun une puissance de 1,2 kW de sorte que la puissance totale d'irradiation est de 3,6 kW. Le trièdre tri-rectangulaire OX,OY,OZ muni des trois guides de propagation 101, 102 et 103 bascule autour d'une charnière 114 pour permettre l'accès creuset au lorsque le verrier vient cueillir du verre en fusion. Il est évident que les générateurs sont éteints lorsque le four est ouvert.
  • La puissance émise par les magnétrons peut être réglée finement de sorte que l'exploitation du four est très économique. On le met rapidement en fonctionnement, on peut changer les creusets qui contiennent différentes couleurs et les stocker séparément.
  • Il convient de noter qu'un dispositif à micro-ondes selon l'invention, premier ou deuxième mode d'exécution, fonctionne par exemple à la fréquence de 915 MHz ou de 2450 MHz. Un dispositif à radio-fréquences, troisième ou quatrième mode d'exécution, fonctionne par exemple à la fréquence de 13,56 MHz ou de 27,12 MHz.

Claims (11)

  1. Dispositif à micro-ondes ou à radio-fréquences comprenant un applicateur (1,111) destiné à recevoir un objet à traiter (3,113) et plusieurs générateurs alimentant l'applicateur par l'intermédiaire de guides de propagation, caractérisé en ce que trois guides de propagation (101-103,201-203,301-303,401-403) propageant les micro-ondes ou les radio-fréquences générées respectivement par trois générateurs sont montés respectivement sur trois plaques (71-73) formant un trièdre tri-rectangulaire (OX,OY,OZ) et sont disposés de façon symétrique par rapport à un axe de symétrie ternaire (Δ) du trièdre pour que les générateurs alimentent l'applicateur en étant découplés les uns des autres.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trois guides de propagation (101-103,201-203) sont de section rectangulaire et montés respectivement sur les trois plaques pour que les petits côtés (91-93) de leur section rectangulaire restent deux à deux orthogonaux.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque guide de propagation (101-103) s'étend suivant une direction longitudinale de propagation (L1-L3) perpendiculaire à la plaque sur laquelle il est monté.
  4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque guide de propagation (201-203) s'étend suivant une direction longitudinale de propagation (ℓ1-ℓ3) parallèle à la plaque sur laquelle il est monté.
  5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les trois guides de propagation débouchent dans l'applicateur par des fenêtres (41-43) transparentes aux micro-ondes formées à une extrémité de chaque guide de propagation.
  6. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les trois guides de propagation débouchent dans l'applicateur par des fentes (51-53,51A-53A,51B-53B) formées dans un côté (91-93,21A-23A,21B-23B) de chaque guide de propagation.
  7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trois guides de propagation (301-303) sont des câbles coaxiaux qui s'étendent suivant une direction longitudinale (L1-L3) de propagation perpendiculaire aux plaques (71-73) et qui débouchent dans l'applicateur par une boucle de courant (411-413).
  8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trois guides de propagation (401-403) sont des câbles coaxiaux qui s'étendent suivant une direction longitudinale (L1-L3) de propagation perpendiculaire aux plaques (71-73) et qui débouchent dans l'applicateur par une de leur extrémité dénudée (81-83)
  9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les guides de propagation occupent une position variable suivant une rotation autour de leur direction longitudinale de propagation (L1-L3,ℓ1-ℓ3) et suivant une translation parallèlement aux plaques (71-73) sur lesquelles ils sont montés tout en conservant la symétrie par rapport à l'axe de symétrie ternaire (Δ) du trièdre (OX,OY,OZ) pour régler le découplage des générateurs en fonction de la forme de l'objet reçu (3) dans l'applicateur (1).
  10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'applicateur (1) est de section circulaire ou triangulaire.
  11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'applicateur est un réacteur chimique ou un four de verrier (111).
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