PROCEDE ET INSTALLATION COMBINANT CHAMP MICRO-ONDES FOCALISE ET IRRADIATION INFRAROUGE Le chauffage par four à micro-ondes représente aujourd'hui une méthode largement diffusée pour chauffer les aliments. Le chauffage est rapide, la qualité de la nourriture est mieux préservée qu'avec la cuisine traditionnelle lente et la pénétration à coeur des micro-ondes permet un chauffage beaucoup plus homogène. Toutefois, comme le chauffage vient de l'intérieur du produit, il y a un échappement de vapeur d'eau de l'intérieur vers l'extérieur qui maintient la surface humide. Le séchage de la surface est donc empché. C'est un inconvénient important pour le chauffage d'aliments qui exigent la croustillance ou le brunissement de la surface. Le pain, les pommes frites, les pizzas, les tartes, les sandwichs etc. peuvent tre quelques exemples de ce type d'aliments. Dans une grande partie des produits réchauffés, le goût des consommateurs exige la formation d'une surface croustillante.

La combinaison de l'énergie micro-ondes avec une autre source de chaleur est une solution courante. L'air chaud, le chauffage par résistance et les lampes infrarouge fournissent des solutions au problème. Parmi les sources de chaleur, les lampes halogène produisant un rayonnement dans l'infrarouge sont celles qui fournissent la solution la plus efficace et le chauffage le plus rapide. D'autre part, le caractère directionnel du rayonnement fournit une concentration de l'énergie utile pour des petits produits.

Les fours à micro-ondes sont constitués d'une cavité dans laquelle on injecte l'énergie micro-onde au moyen d'un guide reliant la cavité à la source des ondes appelée magnétron. L'énergie micro-onde est repartie dans la cavité selon ses modes de résonance. Ces modes s'établissent dans la cavité de manière fluctuante selon le type et l'état du produit.

Des ampoules contenant un filament ne peuvent pas tre introduites dans une cavité micro-ondes à cause de la présence de champs électriques intenses. Ceux- ci engendrent des étincelles qui conduisent rapidement à la destruction des ampoules.

Afin de protéger les lampes contre des décharges électriques, des solutions qui

impliquent une conception spéciale des lampes combinée avec des grilles ou écrans de protection qui font office de cage de Faraday, ont été envisagées pour des fours à micro-ondes (US 4'728'763, US 6'153'867 ou FR 2759547). Ces grilles ombragent partiellement la lumière venant des lampes, limitant ainsi leur efficacité. La distance entre les lampes et le produit réduit également l'efficacité du chauffage.

EP 0'136'543 (US 4'952'763) et EP1018856 décrivent respectivement une installation à micro-ondes à un magnétron et une installation à micro-ondes à deux magnétrons, installations qui sont agencées pour permettre d'obtenir par interférence une distribution contrôlée du champ électromagnétique sur l'objet à chauffer. Ces installations à micro-ondes ne comprennent pas de source de rayonnement infrarouge.

Le problème ou but de l'invention est de proposer un procédé et une installation à micro-ondes pour mettre en oeuvre ce procédé combinant une source de rayonnement micro-ondes et au moins une source de rayonnement infrarouge, qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.

Ce problème est résolu par l'invention telle que définie par les revendications ci-jointes.

Le procédé de l'invention et l'installation à micro-ondes pour le mettre en oeuvre permettent en effet le chauffage par infrarouge efficace du produit, sans grille ou écran de protection ombrageant le rayonnement, à l'aide d'une source de rayonnement infrarouge située à proximité du produit.

L'invention concerne un procédé de chauffage par micro-ondes à l'aide d'une installation comprenant au moins une source de rayonnement micro-ondes et au moins une source de rayonnement infrarouge, par exemple une lampe halogène, caractérisé en ce que dans cette installation le champ micro-ondes est transmis dans une cavité contenant le produit à chauffer par au moins deux ondes constituant une paire provenant de la mme source ou de deux sources, qui sont guidées par un guide d'onde en forme de boucle, de manière à produire par interférence un champ à haute intensité dans une zone définie de la cavité, et que la source de rayonnement infrarouge est placée, sans grille ou écran de protection, à l'intérieur de la cavité ou à

sa surface interne, dans une zone de champ électromagnétique faible ne nuisant pas au fonctionnement de la source de rayonnement infrarouge.

La présente invention est basée sur la découverte inattendue que la transmission dans une cavité conductrice du champ micro-ondes produit par au moins deux ondes constituant une paire provenant de la mme source ou de deux sources qui sont guidées par un guide d'onde en forme de boucle, de manière à produire par interférence un champ à haute intensité, permet d'obtenir dans cette cavité des zones de champ électromagnétique suffisamment faible pour ne pas nuire au fonctionnement de la source de rayonnement infrarouge.

Les micro-ondes sont généralement conduites de la source (magnétron) à la cavité micro-ondes (four) à l'aide de guides d'onde. Ces guides d'onde sont généralement conçus de manière à privilégier la propagation d'un seul mode [Meredith R., Engineers'Handbook of industrial microwave heating, The Institution of Electrical Engineers, London, 1998]. Ils peuvent avoir des sections circulaires ou rectangulaires.

Dans le cadre de cette invention, le guide d'onde est de préférence à section rectangulaire avec un mode de propagation de type TE01, qui est représenté dans la Figure 1. Le champ électrique, représenté par des flèches, est perpendiculaire au côté large (longueur a) de la section de guide d'ondes.

Selon un premier mode d'exécution du procédé de l'invention, le champ électromagnétique est convoyé dans la cavité par au moins deux ondes constituant une paire provenant de la mme source qui sont guidées par un guide d'onde en forme de boucle de manière à produire par interférence un champ à haute intensité dans une zone définie de la cavité. L'invention concerne aussi l'installation à micro-ondes pour mettre en oeuvre ce procédé.

Selon un deuxième mode d'exécution du procédé de l'invention, la source de micro-ondes est un Té magique comprenant deux magnétrons, montés chacun sur les branches conjuguées du Té magique, l'un des magnétrons transmettant dans un guide d'onde en forme de boucle deux ondes qui voyagent dans des directions opposées avec la mme phase, et l'autre magnétron transmettant dans le mme guide deux ondes qui voyagent dans des directions opposées avec un déphasage de 180°.

Les documents EP 0'136'453, US 4'952'763 et EP 1'018'856 décrivent des méthodes et des appareils particulièrement efficaces pour la transmission des micro- ondes et l'établissement d'un champ mono-mode dans une cavité. L'enseignement de ces documents est incorporé ici par référence. La particularité de ces méthodes est de créer une interférence entre deux ondes qui concentre l'énergie micro-onde au centre du produit. Dans tous les cas, la distribution du champ électromagnétique est bien définie et contrôlée. La présente invention est fondée sur un effet supplémentaire découvert pour ces méthodes. Si l'on transmet le champ électromagnétique micro- ondes dans une cavité, la concentration du champ à l'aide des méthodes décrites auparavant laisse quelques zones de la cavité pratiquement exemptes du champ.

Selon l'invention, des émetteurs infrarouge, par exemple des lampes halogène peuvent tre placées, sans grille ou écran de protection, dans ces zones sans aucun risque d'arc électrique.

Le procédé est d'abord basé sur la génération de deux ondes provenant de la mme source de micro-ondes, par exemple un magnétron 1 (cf. Figures 2 et 3), qui voyagent dans des directions opposées à travers un guide d'onde rectangulaire en forme d'une boucle 2. Les deux ondes sont convoyées vers le produit à chauffer. Les ondes peuvent tre obtenues à partir d'un seul magnétron 1, et dans ce cas, elles ont la mme phase.

Une autre voie de produire des micro-ondes est décrite dans EP 1'018'856 où les ondes sont produites par deux magnétrons 14,15 (cf. Figures 4 et 5) placés dans les branches conjuguées d'un Té magique. Les ondes produites par chaque magnétron sont partagées en une paire d'ondes dans le guide d'onde principal qui a la forme d'une boucle. La première paire est constituée par deux ondes avec des phases identiques, tandis que la deuxième paire est constituée par deux ondes avec un déphasage de 180°.

Le ou les magnétrons travaillent de préférence à une fréquence comprise entre 2 et 3 GHz.

Dans une installation ou un appareil à micro-ondes selon l'invention, le produit est placé dans une cavité préférentiellement située au milieu de la boucle du

côté opposé de la source, où les deux ondes se superposent de manière constructive.

Une région où se concentre le champ électrique s'établit de cette manière. Ailleurs, dans la cavité, il existe des zones où le champ électromagnétique est suffisamment bas pour ne pas nuire au fonctionnement de la source infrarouge.

La source de rayonnement infrarouge peut tre constituée de lampes infrarouge, par exemple des lampes halogène. Celles-ci peuvent tre situées près du produit à chauffer, ce qui permet l'efficacité du chauffage infrarouge. De préférence elles sont situées à une distance inférieure à 8 cm, en particulier inférieure à 5 cm du produit.

Les lampes infrarouge peuvent également tre équipées de réflecteurs permettant de focaliser le rayonnement sur le produit à chauffer.

Le produit à chauffer sera éventuellement placé sur un plateau tournant de manière à ce que les lampes halogène et les micro-ondes illuminent toute sa surface avec alternance d'irradiation micro-ondes et d'irradiation infrarouge. Si l'on désire que le produit soit croustillant à la fois dans sa partie supérieure et dans sa partie inférieure le plateau sera fabriqué dans une matière transparente ou semi-transparente aux micro-ondes et à la lumière infrarouge, par exemple en quartz.

Le procédé défini ci-dessus s'utilise avantageusement pour le chauffage de produits qui présentent à l'extérieur un enrobage de pâte, de tartes, pizzas et sandwichs.

L'invention sera mieux comprise à l'aide des Figures 1 à 5 et des Exemples 1 et 2 suivants. Ces figures et ces exemples sont donnés à titre illustratif et non limitatif.

L'invention est illustrée dans les figures 1 à 5.

La Figure 1 montre la variation de l'amplitude du champ électrique dans un guide d'onde rectangulaire en mode de propagation de type TE01.

Les Figure 2 et 3 représentent respectivement une coupe et une vue latérale d'une installation à micro-ondes correspondant à un premier mode d'exécution

du procédé de l'invention dans laquelle le champ micro-onde est formé par un guide d'onde 2 de section rectangulaire en forme d'anneau qui débouche dans la partie arrière de la cavité 12. Ce guide reçoit une paire d'ondes provenant de la division en deux parties égales du faisceau émis par le magnétron 1. Quatre lampes halogène 3,4, 5 et 6 sont placées dans la partie avant. Le produit 13, placé sur un support tournant 11, est chauffé d'un côté par les lampes halogène et de l'autre par le champ micro- onde.

Les Figure 4 et 5 représentent respectivement une coupe et une vue latérale d'une installation à micro-ondes correspondant à un deuxième mode d'exécution du procédé de l'invention dans laquelle le champ micro-onde est formé par un guide en forme d'anneau recevant deux paires d'ondes issues de deux magnétrons 14 et 15. Le produit 24 est chauffé en mme temps par quatre lampes halogène 20,21, 22 et 23, placées aux quatre coins de la cavité.

Exemple 1 Comparaison du réchauffage d'une pizza dans une installation à un magnétron selon l'invention et dans un four à micro-ondes classique (Figures 2,3) On utilise d'une part l'installation à un magnétron selon l'invention représentée sur les Figures 2 et 3, comme appareil dédié au chauffage de pizzas congelées placées dans une cavité et entraînées par un plateau tournant transparent aux micro-ondes et aux infra-rouges. Le chauffage radiatif de quatre lampes halogène 3,4, 5,6 est appliqué sur un côté du plateau tournant 11 et l'énergie micro-ondes de l'autre. Des réflecteurs 7,8, 9,10 sont placés derrière les lampes afin de concentrer le rayonnement infrarouge. Par la rotation du plateau, on aura compris qu'il y a alternance d'irradiation micro-ondes et d'irradiation infrarouge. La puissance de cette installation à micro-ondes est de 2,1 kW.

On utilise d'autre part un four micro-ondes commercial classique de puissance 2,1 kW avec grill électrique (résistance chauffante) dans le côté supérieur.

De grandes pizzas congelées pesant 250 g sont chauffées dans chacun de ces deux fours.

Certaines caractéristiques de ces fours et les résultats obtenus sont rassemblés dans le Tableau 1 ci-après.

Tableau 1 Installation Four à micro-ondes selon l'invention classique à un magnétron à résistance chauffante Puissance micro-ondes [W] 1100 900 Puissance lampes halogène [W] 1000 Puissance grill [W]-1200 Temps pour atteindre 80 °C moyen 1 min 30 sec. 5 min Résultat Goût agréable, Température inhomogène, croustillant points chauds

L'installation à micro-ondes selon l'invention permet donc de préparer rapidement des pizzas croustillantes au goût agréable.

Exemple 2 Comparaison du réchauffage de rouleaux de printemps dans une installation à deux magnétrons selon l'invention et dans un four à micro-ondes classique (Figures 4 et 5) On utilise d'une part l'installation à deux magnétrons selon l'invention représentée sur les Figures 4. et 5, comme four pour chauffer du pain, des sandwichs, des rouleaux de printemps, des"cal zone"et tout autre snack enrobé de pâte, farci et ayant une forme allongée. L'applicateur micro-ondes est un guide d'ondes à deux branches selon EP 1'018'856. L'énergie micro-ondes est fournie par deux magnétrons 14,15 opérant à 2,45 GHz. Le champ électrique est concentré sur le produit 24 situé dans la partie centrale de la cavité, qui a une forme rectangulaire. Quatre lampes

halogène 20,21, 22,23 sont placées aux coins de la cavité à la distance de 3-5 centimètres du produit. Des réflecteurs traditionnels 16,17, 18,19 sont placés derrière les lampes afin d'assurer une distribution optimale de l'énergie sur la surface du produit.

On utilise d'autre part un four à micro-ondes classique utilisant un chauffage combiné d'air chaud et micro-ondes.

Le produit d'essai est un rouleau de printemps de 250 g, réfrigéré à +5°C.

L'essai vise à chauffer de manière homogène le produit (pain + farce) à 80°C en produisant également une croûte dans les parties supérieure et inférieure de la pâte.

Certaines caractéristiques de ces fours et les résultats obtenus sont rassemblés dans le Tableau 2 ci-après.

Tableau 2 Installation selon Four à micro-ondes l'invention à deux classique magnétrons à air chaud Puissance micro-ondes [W] 2000 1800 Puissance halogène [W] 2000- Puissance air chaud [W]-2200 Temps pour atteindre 80 °C moyen 1 min 20 sec. 6 min Résultats satisfaisants satisfaisants

L'installation à micro-ondes selon l'invention permet donc d'obtenir des résultats satisfaisants dans le chauffage des rouleaux de printemps en un temps beaucoup plus court qu'avec le four classique.