Классификация теплогенерирующих устройств

Теплогенерирующие устройства

Классификация теплогенерирующих устройств и особенности их конструкций

Источниками тепловой энергии, широко применяемой на предприятиях общественного питания как Российской Федера­ции, так и всего мира, 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 прежде всего 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 кот-пах. Электролит — вещество, которое ионизируется в растворите­ле, создавая электропроводящую среду. В пищеварочных котлах имеется камера, заполненная водным раствором соды (электроплит), 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.

Классификация теплогенерирующих устройств

Типы

теплогенерирующих

устройств

Газоходы, теплообменники газ-газ, газ—жидкость, газ—твердое тело — за счет излучения и пере­дачи тепла через стенку

Пластинчатые, пластинчато-ребристые, трубчатые — за счет передачи тепла через стенку

Непосредственная подача пара в обогреваемую среду

Нагрев током при его прохожде­нии через жидкости и металли­ческие проводники

Нагрев лучистым потоком, излу­чаемым ИК-нагревателем

Нагрев за счет поворота диполей (полярных молекул продукта) электрическим полем, генериру­емым магнетроном

Нагрев металлов вихревыми токами, генерируемыми индук­тором

ТВЧ-нагрев

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, удобство замены спирали, малая тепловая инерция, высокий КПД.

Недостатки: малый срок службы из-за возможного попадания костей 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 пожароопас­на. Отмеченные недостатки настолько серьезны, что именно ним 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, по не защищает от доступа воздуха. Такие электронагреватели при­меняются в конфорках электроплит.

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

Недостатки: 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.

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

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.

Недостатки: сложная технология изготовления и невозмож­ность проведения ремонта тэнов.

Инфракрасный нагрев (ИК-нагрев) осуществляется ИК-генераторами. В зависимости от длины волны ИК-генераторы 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) телом 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 излучатели, не содержащие видимого из­лучения, температура нагрева которых составляет 400—750 °С. Это тэны и силитовые электронагреватели (тэны). Тэны изготовляют как открытого типа, так и закрытые. Спираль может располагаться как снаружи, так и внутри керамической трубки. От места |им положения спирали зависит спектр излучения. Так, при расположении спирали на поверхности керамической трубки спектр из­учения будет бихроматическим (двойным) и складываться из самой спирали и спектра электромагнитных волн, излучаемых нагретой трубкой.

Источником СВЧ-нагрева являются магнетроны, преобразую­щие электрическую энергию в высокочастотное электрическое поле. Для предприятий общественного питания принята частота критического поля 2375— 2450 МГц. Принцип работы СВЧ-аппарата: магнетрон, создавая электрическое поле, направляет его по волноводу в рабочую камеру, где 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. поворачиваться. При повороте диполей возникают силы трения, которые превращаются в тепло. Пос­кольку поляризация диполей происходит по всему объему продук­та, вызывая его нагрев, этот вид нагрева также называют объем­ным. СВЧ-нагрев называют еще и микроволновым, имея в виду короткую длину электромагнитных волн.

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

Недостатки: 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. Принцип его работы заключается в следующем. Промышленный ток частотой 50 Гц посредством трансформатор­ного блока преобразуется в ток высокой частоты (20—40 кГц), со­здающий 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. Достоинствами индукционных нагревателей являются их высокая эффективность (КПД достигает 80 %), надежность, безопасность, а также полная автоматизация работы конфорки. Особенно широко индукционный нагрев применяется в бытовых электроки- пятильниках типа «Тефаль»