FR2867012A1 - Domestic or industrial wastes inerting device, has resonance cavity in which electric field is controlled, where field control is subjected to electrical component for providing energy to material present in applicator, via wave guide - Google Patents

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Abstract

The device has a resonance cavity (1) in which electric field is controlled by a controlling loop (6). The electric field control is subjected to an electrical component for providing energy to material present in an applicator (9), via a wave guide (8). An adjustable capacitor (7) is placed on the loop for restoring acceptable impedance on the loop. The capacitor is placed at the input of the wave guide.

Description

-1- 2867012-1- 2867012

La présente invention concerne l'inertage des déchets domestiques ou industriels à forte composante diélectrique à partir d'un rayonnement haute fréquence (HF) fournissant préférentiellement la composante du champ électrique par le jeu conjugué de cavité(s) de résonnance et de guide(s) d'onde.  The present invention relates to the inerting of domestic or industrial waste with a high dielectric component from a high-frequency radiation (HF) preferably supplying the component of the electric field by the conjugated set of resonance and guide cavities (s). ) wave.

D'une façon générale, les installations haute fréquence (HF) industrielles fonctionnent dans des gammes de fréquences situées à 6,78 MHz, 13,56 MHz et 27,12 MHz et comprennent en général un générateur d'ondes haute-fréquence, une ligne de transmission d'énergie, un applicateur, une boîte d'adaptation dont la fonction est d'accorder l'impédance du circuit.  In general, industrial HF installations operate in frequency ranges of 6.78 MHz, 13.56 MHz and 27.12 MHz and generally include a high-frequency energy transmission line, an applicator, an adapter box whose function is to match the impedance of the circuit.

La présente invention concerne la réalisation d'un dispositif utilisant les propriétés conjointes des cavités de résonance (1) alliées aux propriétés des guides d'ondes (8) et étend l'application dans des gammes de fréquence allant de 1 MHZ à 300 MHZ.. L'utilisation conjointe de ces éléments confère au dispositif des propriétés particulières en terme d'orientation du champ électromagnétique ainsi que de l'adaptation des impédances ramenées de l'applicateur (9) vers le générateur de puissance HF.  The present invention relates to the realization of a device using the joint properties of the resonance cavities (1) allied to the properties of the waveguides (8) and extends the application in frequency ranges from 1 MHZ to 300 MHZ. The combined use of these elements gives the device particular properties in terms of the orientation of the electromagnetic field as well as the adaptation of the impedances brought back from the applicator (9) to the power generator HF.

Dans l'état actuel de la technique, les générateurs HF de puissance sont souvent conçus à partir d'un montage auto-oscillateur qui comprend un circuit oscillant ainsi qu'un interrupteur rapide et une source de haute tension continue.  In the present state of the art, HF power generators are often designed from a self oscillator arrangement that includes an oscillating circuit as well as a fast switch and a DC high voltage source.

Le circuit oscillant est excité par des impulsions provenant d'un tube à vide. En régime établi, la fréquence de fonctionnement est stabilisée autour de la fréquence de résonance du circuit oscillant. Un couplage de sortie, analogue à un transformateur, prélève la puissance du circuit oscillant pour la transmettre à l'applicateur.  The oscillating circuit is excited by pulses from a vacuum tube. In steady state, the operating frequency is stabilized around the resonant frequency of the oscillating circuit. An output coupling, analogous to a transformer, takes the power of the oscillating circuit to transmit it to the applicator.

Pour limiter les dérives en fréquence et pour des raisons de rendement., le circuit oscillant doit posséder un coefficient de surtension Q élevé. On ne dépasse guère des valeurs de 100 pour "Q", car le courant réactif augmente avec Q, ce qui majore rapidement les pertes. C'est pourquoi, la présente invention substitue à la conception classique en circuit LC à éléments localisés, une conception en cavité résonnante (1) dont la particularité est de privilégier un mode de propagation du champ électrique convenant parfaitement à l'application visée tout en conférant au dispositif ub coefficient "Q" élevé.  To limit drift in frequency and for reasons of efficiency, the oscillating circuit must have a high Q overvoltage coefficient. The values of 100 are hardly exceeded for "Q" because the reactive current increases with Q, which rapidly increases the losses. Therefore, the present invention replaces the conventional LC circuit design with localized elements, a resonant cavity design (1) whose particularity is to favor a propagation mode of the electric field that is perfectly suited to the intended application while conferring on the device ub coefficient "Q" high.

D'une façon classique, tout générateur HF est caractérisé par quatre grandeurs fondamentales: la puissance utile, le rendement, la fréquence et l'impédance nominale.  In a conventional manner, any HF generator is characterized by four basic variables: the useful power, the efficiency, the frequency and the nominal impedance.

É La puissance utile du générateur dépend essentiellement de la source haute tension continue (5 000 à 20 000 V) et du point de fonctionnement du tube lui-même.  La The useful power of the generator is essentially dependent on the DC high voltage source (5,000 to 20,000 V) and the operating point of the tube itself.

É Le rendement du générateur, entre puissance HF et réseau, est surtout déterminé par le point de fonctionnement du tube. Ce rendement dépend de l'impédance vue par le tube entre anode et cathode, de la polarisation de la grille, et du couplage entre la grille et le circuit oscillant.  É The efficiency of the generator, between RF power and mains, is mainly determined by the operating point of the tube. This efficiency depends on the impedance seen by the tube between anode and cathode, the polarization of the gate, and the coupling between the gate and the oscillating circuit.

-2- 2867012 É La fréquence du signal de sortie et sa stabilité sont liées à la conception du circuit oscillant: fréquence de résonance, surtension.  -2- 2867012 É The frequency of the output signal and its stability are related to the design of the oscillating circuit: resonant frequency, overvoltage.

É L'impédance nominale du générateur est égale à l'impédance de l'applicateur qui, reliée à la sortie du générateur, permet au tube de travailler au point de fonctionnement choisi.  É The nominal impedance of the generator is equal to the impedance of the applicator which, connected to the output of the generator, allows the tube to work at the chosen operating point.

Or, dans une installation HF industrielle, l'impédance que présente l'applicateur est fonction des caractéristiques du matériau à traiter. Toute variation de celles-ci va entraîner un décalage de la fréquence de résonance de l'applicateur car le matériau n'absorbe qu'une partie de l'énergie émise par le générateur. L'énergie non absorbée est consommée en partie dans les selfs de montage (chauffage) ou remonte vers le générateur, créant ainsi un phénomène d'onde stationnaire, responsable de flashes et de perturbations par rayonnement.  However, in an industrial HF installation, the impedance that the applicator presents is a function of the characteristics of the material to be treated. Any variation thereof will cause a shift in the resonant frequency of the applicator because the material absorbs only a portion of the energy emitted by the generator. The unabsorbed energy is consumed partly in the assembly chokes (heating) or goes back to the generator, thus creating a stationary wave phenomenon, responsible for flashes and radiation disturbances.

La notion d'adaptation d'impédance est essentielle, car elle permet d'assimiler les conditions à respecter sur un montage haute fréquence ou micro-onde pour garantir une transmission optimale de l'énergie du générateur à sa charge et assurer ainsi la survie des éléments du dispositif.  The notion of impedance matching is essential because it allows to assimilate the conditions to be respected on a high frequency or microwave mounting to ensure optimal transmission of the energy of the generator to its load and thus ensure the survival of elements of the device.

On dit qu'un système est adapté en impédance si le coefficient de réflexion de l'onde électromagnétique est nul. Cette définition est valable quel que soit le type de ligne d'alimentation y compris dans la présente invention l'utilisation d'une cavité (1) conjuguée à un guide d'onde (8)..  It is said that a system is impedance matched if the reflection coefficient of the electromagnetic wave is zero. This definition is valid regardless of the type of supply line including in the present invention the use of a cavity (1) conjugated to a waveguide (8).

Lorsque le coefficient de réflexion est nul, le niveau de puissance réfléchie est nul; toute l'énergie issue de la source est absorbée par l'applicateur et il n'y a pas de phénomène d'ondes stationnaires.  When the reflection coefficient is zero, the reflected power level is zero; all the energy from the source is absorbed by the applicator and there is no standing wave phenomenon.

La présente invention pallie cet inconvénient en introduisant dans le montage un ou plusieurs éléments passifs montés sur un système amovible dont la valeur variable est ajustée par des actionneurs selon les paramètres liés au comportement du tube lui-même. Ainsi la montée en puissance de l'énergie rayonnée dans l'applicateur suit la variation de l'impédance nominale du produit à traiter tout en assurant la protection du tube HF Ce dispositif assure le transfert graduel de toute l'énergie issue du générateur HF vers le produit situé dans l'applicateur.  The present invention overcomes this disadvantage by introducing into the mounting one or more passive elements mounted on a removable system whose variable value is adjusted by actuators according to the parameters related to the behavior of the tube itself. Thus the increase in power of the energy radiated in the applicator follows the variation of the nominal impedance of the product to be treated while ensuring the protection of the RF tube. This device ensures the gradual transfer of all the energy from the RF generator to the product located in the applicator.

Dans la présente invention, l'impédance du guide d'onde (8) est choisie de telle sorte que l'image des impédances d'entrée et de sortie soit globalement égales. En particulier l'applicateur (9) peut être principalement réactif et dans ce cas l'image d'impédance d'entrée sera choisie comme étant elle même réactive. La relation existant entre ces deux impédances va conditionner le choix de la valeur du guide d'onde (8).  In the present invention, the impedance of the waveguide (8) is chosen such that the image of the input and output impedances is substantially equal. In particular, the applicator (9) may be mainly reactive and in this case the input impedance image will be chosen as being itself reactive. The relationship between these two impedances will condition the choice of the value of the waveguide (8).

Dans la présente invention, pour réaliser un tel accord le guide d'onde (8) est construit selon un mode de résonnance égal au quart de la longueur d'onde de propagation de l'onde HF.  In the present invention, to achieve such agreement the waveguide (8) is constructed in a resonance mode equal to one quarter of the propagation wavelength of the RF wave.

-3- 2867012 Le mode de propagation de l'onde HF dans la cavité (1) est choisi pour privilégier le captage de la composante électrique (TE) sur la composante magnétique TM De cette manière le captage du champ électrique dans la cavité sera principalement soumis à la composante électrique apportant ainsi l'énergie nécessaire au matériau présent dans 5 l'applicateur (9).  -3- 2867012 The propagation mode of the HF wave in the cavity (1) is chosen to favor the capture of the electrical component (TE) on the magnetic component TM In this way the capture of the electric field in the cavity will be mainly subjected to the electrical component thus providing the necessary energy to the material present in the applicator (9).

Le guide d'onde (8) a pour fonction d'apporter cette énergie dans le matériau placé dans l'applicateur (9).  The waveguide (8) serves to bring this energy into the material placed in the applicator (9).

Les déchets domestiques et industriels ont des composantes diélectriques très élevées et donc se comportent comme des isolants.  Domestic and industrial waste has very high dielectric components and therefore behaves like insulators.

lI est donc impératif de soumettre les matériaux à forte composante diélectrique à un champ électrique particulièrement important.  It is therefore imperative to subject materials with a high dielectric component to a particularly large electric field.

La présente invention offre la possibilité d'ajuster également les dimensions de la cavité (1) en motorisant le panneau mobile (3) car celui ci est montée sur un panneau à glissières (4). La fréquence d'accord de l'ensemble s'ajuste également par le dimensionnement du condensateur (2) en motorisant une de ses parois (5).  The present invention offers the possibility of also adjusting the dimensions of the cavity (1) by motorizing the movable panel (3) because it is mounted on a slide panel (4). The tuning frequency of the assembly is also adjusted by sizing the capacitor (2) by motorizing one of its walls (5).

Le captage du champ électrique dans la cavité (1) peut se faire par tout moyen habituel selon le type de cavité choisi. Selon que la cavité est ouverte, semi-ouverte, réentrante ou non, le mode de prélèvement est réalisable par fente ou iris articulés sur un guide d'onde ou bien directement par antenne, panneau, self, boucle de captage, selon l'importance à accorder à la composante du champ rayonnant.  The capture of the electric field in the cavity (1) can be done by any usual means depending on the type of cavity chosen. Depending on whether the cavity is open, semi-open, reentrant or not, the sampling mode is achievable by slot or iris articulated on a waveguide or directly by antenna, panel, self, capture loop, depending on the importance to give to the component of the radiating field.

Dans la présente invention une application particulière est montrée avec une cavité ouverte (1) dans laquelle le captage est réalisé par une boucle de captage (6). Afin de ramener une impédance acceptable sur la boucle de captage (6), un condensateur réglable (7) est monté en parallèle sur la boucle de captage ((6).  In the present invention a particular application is shown with an open cavity (1) in which the sensing is achieved by a sensing loop (6). In order to reduce an acceptable impedance on the sensing loop (6), an adjustable capacitor (7) is connected in parallel with the sensing loop (6).

Le guide d'onde (8) peut être réalisé de différentes manière: ligne bifilaire, guide solide de toute géométrie parallélépipédique ou cylindrique ou mixte. Le guide d'onde doit privilégier le mode de propagation TE, le mode TEIO convenant parfaitement.  The waveguide (8) can be made in different ways: two-wire line, solid guide of any parallelepipedal or cylindrical or mixed geometry. The waveguide must favor the TE propagation mode, the TEIO mode being perfectly suitable.

Dans la présente invention, le guide d'onde utilisé (8) est réalisé avec une ligne bifilaire (8) dont la longueur est un multiple impair du quart de la longueur d'onde de l'onde HF.  In the present invention, the waveguide used (8) is made with a two-wire line (8) whose length is an odd multiple of a quarter of the wavelength of the RF wave.

Dans la présente invention, l'impédance de construction du guide d'onde (8) est donc directement liée à l'image de l'applicateur (9) lue en début du guide (8). Pour affiner l'adaptation des impédances, un condensateur réglable (7) est monté en entrée du guide (8).  In the present invention, the construction impedance of the waveguide (8) is therefore directly related to the image of the applicator (9) read at the beginning of the guide (8). To refine the impedance matching, an adjustable capacitor (7) is mounted at the input of the guide (8).

Dans une application particulière, la motorisation du condensateur réglable (7) est réalisée automatiquement par un actionneur au fur et à mesure des besoins liés aux variations de charges liées au matériau présent dans l'applicateur (9). Cette adaptation suit celles à la -42867012 fois de la cavité (1) par son panneau mobile (3) et du condensateur (2) de l'étage de puissance de sortie du tube en actionnat sa paroi (5).  In a particular application, the motorization of the adjustable capacitor (7) is carried out automatically by an actuator as and when the needs related to the variations in charges related to the material present in the applicator (9). This adaptation follows those at the -42867012 times of the cavity (1) by its movable panel (3) and the capacitor (2) of the output power stage of the tube by actuat its wall (5).

Dans une autre application particulière il est possible de réaliser cette adaptation d'impédance par des stubs placés sur le guide d'onde et dont la longueur varie en fonction de l'adaptation recherchée. Pour des impédances de charge quelconques, le système à trois éléments variables tel que constitué par 3 stubs, réalise une adaptation en agissant sur au moins deux des éléments.  In another particular application it is possible to achieve this impedance matching stubs placed on the waveguide and whose length varies depending on the desired adaptation. For any load impedances, the system with three variable elements as constituted by 3 stubs, adapts by acting on at least two of the elements.

Si le guide d'onde est réalisé à partir d'un solide parallélépipédique, les stubs peuvent être constitués par des vis plongeant plus ou moins dans la lumière du guide lui même.  If the waveguide is made from a parallelepiped solid, the stubs may be constituted by screws more or less plunging into the light of the guide itself.

Ce principe étant établi, la technologie d'adaptation d'impédance utilisée sera choisie en fonction du type de ligne de transmission utilisée.  This principle being established, the impedance matching technology used will be chosen according to the type of transmission line used.

L'applicateur (9) pourra être réalisé selon différentes technologies. Dans le cas d'un guide solide à géométrie parallélépipédique, l'applicateur (9) pourra poursuivre la géométrie du guide est être ménagé de fentes ou d'iris donnant accès au champ électrique dans lequel plongera le matériau à traiter.  The applicator (9) can be made according to different technologies. In the case of a solid guide parallelepiped geometry, the applicator (9) may continue the geometry of the guide is provided with slots or irises giving access to the electric field in which will dive the material to be treated.

Dans la présente invention, l'applicateur (9) est réalisé à partir d'une self de dimensions métriques dans laquelle est placé un contenant cylindrique construit en matériau à très faibles pertes. Ce contenant cylindrique reçoit les déchets à inerter.  In the present invention, the applicator (9) is made from a metric dimension inductor in which is placed a cylindrical container constructed of material with very low losses. This cylindrical container receives the waste to be inerted.

Dans une application particulière, les déchets pourront être mélangés à du sable afin de réaliser un vitrifiat facilement transportable, aisément stockable et réutilisable ultérieurement. De cette manière les déchets peuvent être entreposés avec une grande sécurité.  In a particular application, the waste may be mixed with sand in order to produce a vitrified easily transportable, easily storable and reusable later. In this way the waste can be stored with great security.

Claims (8)

REVENDICATIONS i. Dispositif d'inertage des déchets domestiques et industriels caractérisé en ce qu'il comporte des éléments qui mettent en jeu le chauffage diélectrique dans un applicateur sur dans une gamme de fréquence de 1 MHZ à 300 MHZ  i. Device for inerting domestic and industrial waste, characterized in that it comprises elements that involve dielectric heating in an applicator over a frequency range of 1 MHZ to 300 MHZ 2. Dispositif selon a revendication 1 caractérisé en ce que le circuit de puissance haute fréquence (HF) peut être constitué ou bien d'un tube oscillateur auto-oscillant ou bien d'un tube piloté par un système préamplificateur de puissance stabilisé en fréquence.2. Device according to claim 1 characterized in that the high frequency power circuit (HF) may be constituted either of a self-oscillating oscillator tube or of a tube controlled by a frequency stabilized power preamplifier system. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les constantes localisées des circuits d'adaptation et de propagation HF sont principalement remplacées par des constantes réparties matériellement représentées par une cavité de résonance (1) et un guide d'onde (8) comprenant en entrée un condensateur réglable (7).  3. Device according to claims 1 and 2 characterized in that the localized constants of the HF adaptation and propagation circuits are mainly replaced by physically distributed constants represented by a resonance cavity (1) and a waveguide (8). ) comprising as input an adjustable capacitor (7). 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la cavité de résonance (1) est fabriquée pour fonctionner en mode TE (mode de propagation en composante électrique)  4. Device according to claim 3 characterized in that the resonance cavity (1) is manufactured to operate in TE mode (electrical component propagation mode) 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'une des parois de la cavité de résonance (1) ainsi que le condensateur (2) sont réglables soit de manière figée soit de manière automatique par actionneur motorisé5. Device according to claim 4 characterized in that one of the walls of the resonance cavity (1) and the capacitor (2) are adjustable either fixedly or automatically by motorized actuator 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5 caractérisé en ce que le circuit de captage du champ électrique est réalisé par une boucle de captage (6) pourvue du condensateur réglable d'accord (7) afin d'affiner les accords d'impédance entre l'applicateur (9) et le tube électronique fournissant la puissance électrique à la charge6. Device according to claims 4 and 5 characterized in that the capture circuit of the electric field is formed by a capture loop (6) provided with tunable adjustable capacitor (7) to refine the impedance agreements between the applicator (9) and the electron tube supplying the electric power to the load 7. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le guide d'onde (8) est réalisé à partir d'une ligne bifilaire (8) dont la longueur est telle que résonnant en nombre impair de quart de longueur d'onde et dont l'impédance caractéristique est adaptée au couplage à réaliser entre l'impédance de charge liée à l'applicateur et l'impédance de travail du tube de puissance.7. Device according to claim 4 characterized in that the waveguide (8) is made from a two-wire line (8) whose length is such that resonant in odd quarter-of-wavelength and whose the characteristic impedance is adapted to the coupling to be made between the load impedance linked to the applicator and the working impedance of the power tube. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'applicateur (9) peut être réalisé à partir d'un tube creux parcouru par un liquide réfrigérant, le tube est enroulé sur lui-même de telle sorte que la géométrie obtenue s'apparente à celle d'un cylindre creux de dimensions métriques.  8. Device according to any one of the preceding claims characterized in that the applicator (9) can be made from a hollow tube traversed by a coolant, the tube is wound on itself so that the geometry obtained is similar to that of a hollow cylinder of metric dimensions.
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