Классификация теплогенерирующих устройств и особенности их конструкций

Источниками тепловой энергии, широко применяемой в предприятиях общественного питания, являются: химическая энергия топлива, электрическая энергия, а также энергия, выделяемая при изменении агрегатного состояния вещества (водяной пар). Преобразование названных видов энергии в тепловую осуществляется в теплогенерирующих устройствах (ТУ), которые являются основными элементами тепловых аппаратов. ТУ определяют размеры теплового аппарата; от них зависит надежность и долговечность, производительность, эффективность, условия труда и безопасность жизнедеятельности. Классификация теплогенерирующих устройств приведена в табл. 15.1.

Электронагреватели, греющей средой которых является жидкость (электролит), используют в электродных пищеварочных котлах. Электролит — это вещество, которое ионизируется в растворителе, создавая электропроводящую среду. В пищеварочных котлах имеется камера, заполненная водным раствором соды (электролит) и два электрода. При включении электродов в электрическую цепь положительные и отрицательные ионы начинают поляризоваться и двигаться к противоположно заряженным электродам. Ионы при этом ускоряются приложенным к электродам электрическим полем. При движении ионов в растворе возникают силы трения, а поскольку количество ионов в растворе велико, то возникающие силы трения переходят в тепло и нагревают раствор. Электроды выполняются в виде пластин прямоугольной формы. Интенсивность нагрева среды зависит от площади поверхности погружения электродов в электролит, расстояния между электродами, удельного сопротивления электролита и силы тока между электродами. Нагреватели на базе электродов отличаются от других видов нагревателей простотой конструкции, долговечностью и высокой надежностью в случае снижения уровня электролита в камере нагрева. Наряду с основными электродами иностранные фирмы устанавливают в камере котла еще два вспомогательных электрода, которые осуществляют нагрев в режиме "тихого кипения". В отечественном оборудовании, применяемом на предприятиях общественного питания, жидкостные электронагреватели не применяются.

Таблица 15.1 Классификация теплогенерирующих устройств

Электронагреватели с металлическим сопротивлением по конструктивному оформлению делятся на открытые, закрытые (с доступом воздуха к спирали) и герметически закрытые (без доступа воздуха к спирали).

К открытым электронагревателям относится спираль, уложенная в канавки керамических плиток, подвешенная на фарфоровых изоляторах или заключенная в керамические бусы. Основной вид передачи теплоты от спирали к нагреваемой среде — излучение.

К достоинствам открытых нагревателей относятся простота изготовления, удобство замены спирали, малая тепловая инерция, высокий КПД.

Среди недостатков открытых нагревателей следует выделить малый срок службы из-за возможного попадания жидкостей на поверхность и постоянного контакта с кислородом воздуха; возможность внешнего механического повреждения и межвитковых замыканий при удлинении спирали в нагретом состоянии; повышенная опасность поражения током и пожароопасность. Отмеченные недостатки являются настолько серьезными, что именно они не позволяют использовать открытые нагреватели в тепловом оборудовании.

Закрытые электронагреватели представляют собой спираль, запрессованную в электроизоляционный материал, имеющий высокую теплопроводность. Конфорки, отлитые из серого чугуна, с внутренней стороны имеют спирально расположенные каналы. В эти каналы и запрессовывается спираль с диэлектрической массой. Спираль изготовлена из нихромовой проволоки. Корпус конфорки защищает спираль от механических повреждений, но не защищает от доступа воздуха (рис. 15.1). Такие электронагреватели применяются в конфорках электроплит.

Достоинством закрытых нагревательных элементов являются их высокая надежность и долговечность по сравнению с открытыми нагревателями.

Недостатки в конструкции закрытых нагревателей следующие: быстрый перегрев поверхности конфорки и ее коробление при снятой наплитной посуде; необходимость использования посуды только с утолщенным дном для обеспечения хорошего контакта с поверхностью конфорки; постоянный контакт спирали с кислородом воздуха, что приводит к уменьшению диаметра спирали нихромовой проволоки и снижению рабочего ресурса.

Рис. 15.1. Закрытые электронагревательные элементы (конфорки):

1 — конфорка; 2 — спираль; 3 — стенки пазов; 4 — изоляционная масса; 5 — экранирующий лист; 6 — воздушная прослойка; 7,9 — фольга; 8 — листовой асбест; 10 — металлический лист

К герметически закрытым электронагревателям относятся тэны (трубчатые электронагреватели) и рэны (ребристые электронагреватели). Этот тип нагревателей наиболее широко применяется в тепловом оборудовании предприятий общественного питания. Их конструкции рассматриваются в разд. 15.4.

Рэны отличаются от тэнов только наличием наружного оребрения, которое позволяет увеличить количество тепла, передаваемого с поверхности рэна нагреваемой среде. Их применяют в тепловых пекарских шкафах.

Тэны в зависимости от вида нагреваемой среды подразделяются на воздушные, водяные и масляные и должны эксплуатироваться только в той среде, для которой они предназначены. По сравнению с открытыми и закрытыми электронагревателями тэны имеют следующие преимущества: большой срок службы (до 10 000 ч); высокую защищенность спирали; удобство монтажа и замены; возможность изготовления сложной геометрической формы.

К недостаткам следует отнести сложную технологию изготовления и невозможность проведения ремонта тэнов.

Инфракрасный нагрев (ИК-нагрев) осуществляется ИК-генераторами. В зависимости от длины волны ИК-гене-раторы делятся на "светлые" (в спектре которых имеется видимое излучение) и "темные". К "светлому" типу генераторов относятся кварцевые инфракрасные излучатели с йодным наполнителем марки КИ и КИО.

В генераторах типа КИ (кварцевый излучатель) в качестве тела накала служит вольфрамовая проволока, которая находится в кварцевой герметичной трубе и нагревается до температуры 2100—2500 °С. Имеются ИК-нагреватели, у которых хромоникелевая спираль помещена в негерметичную кварцевую трубку. Температура нагрева спирали составляет 1050—1300 °С. Срок службы ИК-нагревателей до 5000 ч.

К "темным" относят такие излучатели, которые не содержат видимого излучения, температура нагрева которых составляет 400—750 °С. К этому типу генераторов относятся тэны и силитовые электронагреватели (сэны). Сэны изготовляются как открытого типа, так и закрытые. Спираль может располагаться как снаружи, так и внутри керамической трубки. От места расположения спирали зависит спектр излучения. Так, при расположении спирали на поверхности керамической трубки спектр излучения будет бихроматическим (двойным) и складываться из спектра самой спирали и спектра электромагнитных волн, излучаемых нагретой трубкой.

Источником СВЧ-нагрева являются магнетроны, которые преобразуют электрическую энергию в высокочастотное электрическое поле. Для предприятий общественного питания принята частота электрического поля 2375— 2450 МГц. Принцип работы СВЧ-аппарата заключается в следующем: магнетрон, создавая электрическое поле, направляет его по волноводу в рабочую камеру, в которой размещен продукт, содержащий воду (вода является диполем, так как молекула воды состоит из положительных и отрицательных зарядов). Воздействие внешнего электрического поля на продукт приводит к тому, что диполи начинают поляризоваться, т.е. диполи начинают поворачиваться. При повороте диполей возникают силы трения, которые превращаются в тепло. Поскольку поляризация диполей происходит по всему объему продукта, что вызывает его нагрев, этот вид нагрева также называют объемным. СВЧ-нагрев называют еще и микроволновым, имея в виду короткую длину электромагнитных волн.

Основным преимуществом СВЧ-нагрева является быстрота приготовления пищи при полном сохранении пищевой и биологической ценности продукта. СВЧ-аппарат имеет высокий КПД и не оказывает отрицательных воздействий на окружающую среду.

К недостаткам СВЧ-нагрева следует отнести неоднозначность в определении времени при приготовлении сложных блюд с различным содержанием влаги каждого из компонентов, а также отсутствие на поверхности продукта поджаристой корочки в процессе приготовления. Отечественная промышленность выпускает СВЧ-аппараты типа "Электроника".

ТВЧ-нагрев. Его принцип работы заключается в следующем. Промышленный ток частотой 50 Гц посредством трансформаторного блока преобразуется в ток высокой частоты (20—40 кГц), который создает в индукторе переменное магнитное поле. Сверху на индукторе размещают наплитную посуду с утолщенным дном из металла (сковорода, чайник и т. д.). Магнитное поле индуктора вызывает в дне наплитной посуды индуктированные токи (их называют также вихревыми или токами Фуко), которые и нагревают дно посуды. Тепло теплопроводностью или конвекцией передается содержимому наплитной посуды.

Достоинства индукционных нагревателей состоят в их высокой эффективности (КПД достигает 80%), надежности, безопасности, а также в полной автоматизации работы конфорки.

Газовые горелки