8.4.4. Конвектоматы и пароконвектоматы
Конвектоматы и пароконвектоматы — это аппараты с принудительной циркуляцией греющей среды в рабочей камере. В конвектоматах в качестве греющей среды используется паровоздушная смесь. Некоторые конвектоматы имеют систему увлажнения. В пароконвектоматах в качестве греющей среды используется пар.
Деление на конвектоматы и пароконвектоматы — условное, так как в большинстве пароконвектоматов осуществляется тепловая обработка продуктов в паровоздушной среде.
В аппаратах с принудительным движением регулируемой паровоздушной среды можно осуществлять практически все виды тепловой кулинарной обработки от варки на пару до жарки, а также размораживание и разогрев полуфабрикатов высокой степени готовности. Искусственное увлажнение греющей среды с помощью собственного парогенератора или водяной форсунки позволяет избежать излишних потерь влаги изделиями, что повышает их качество.
На доготовочных и специализированных предприятиях общественного питания используют в основном конвектоматы и пароконвектоматы периодического действия на электрообогреве небольшой производительности, а на крупных доготовочных предприятиях и заготовочных фабриках — высокопроизводительные.
Конвективная тепловая кулинарная обработка пищевых продуктов реализуется за счет создания в рабочей камере вынужденного турбулентного движения паровоздушной смеси. Увлажнение греющего воздуха происходит либо естественно, за счет испарения влаги, выделяющейся из продукта, либо принудительно, за счет подачи в аппарат мелкодисперсной воды или полученного в парогенераторе пара.
Увеличение скорости движения греющей среды приводит к увеличению конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи и снижению температуры греющей среды. Увеличение коэффициента теплоотдачи приводит к сокращению продолжительности тепловой кулинарной обработки, а мягкий обогрев с меньшими температурными уровнями благоприятно сказывается на качестве кулинарной продукции.
При теплообмене, определяемом естественной конвекцией, в большинстве случаев преобладает лучистая составляющая. В результате взаимного экранирования за счет разноудаленное от нагретых стенок рабочей камеры и нагревательных элементов создается значительная неравномерность нагрева кулинарных изделий. Естественно, это не может не затруднить реализацию технологического процесса, нацеленного на приготовление партии кулинарных изделий примерно одинакового, достаточно высокого качества.
При резком (с помощью вентилятора) увеличении скорости движения греющей среды, кроме значительного увеличения доли конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи, достигается эффект выравнивания температурного поля в рабочей камере, что позволяет разместить в ней большую партию обрабатываемых изделий на нескольких противнях, автоматизировать процесс нагрева, а в итоге — значительно увеличить производительность.
Аппараты с принудительным движением теплоносителя состоят, как правило, из теплоизолированной рабочей камеры, теплогенерирующего устройства, вентилятора и системы каналов для организации движения теплоносителя.
В зависимости от схемы организации движения теплоносителя в рабочей камере различают конвективные аппараты (рис. 8.41) с последовательным и параллельным движением (см. рис. 8.41, а, б). При последовательной схеме движения теплоносителя происходит интенсивный нагрев изделий, расположенных в первой секции, в то время как последующие, и особенно изделия в последней секции, будут нагреваться менее интенсивно. Для аппаратов периодического действия схема с последовательным движением теплоносителя неприемлема.
Достаточно высокой равномерностью нагрева характеризуются шкафы с параллельным движением греющей среды в рабочей камере. При этом оно может быть организовано, относительно противня с изделием, продольным, поперечным, смешанным и сложным (см. рис. 8.41, в...ё).
Противни могут быть установлены в рабочей камере неподвижно или подвижно в кассетах или стеллажах, которые вращаются во время тепловой кулинарной обработки (см. рис. 8.41, е). Принудительное параллельное движение греющей среды в рабочей камере в сочетании с вращением противней с изделиями обеспечивает практически идеальную равномерность нагрева всех изделий на противнях.
Из опыта создания аппаратов конвективного типа следует, что расстояние между противнями, т.е. высота яруса, обычно составляет от 40 до 60 мм, что предопределяется возможностью размещения и тепловой кулинарной обработки большинства обрабатываемых изделий. В отдельных случаях, когда требуется произвести обработку крупнокусковых полуфабрикатов, часть противней (через один) изымается из камеры. В этом случае высота яруса увеличивается до 100... 140 мм.
Для обеспечения турбулентного течения теплоносителя, омывающего обрабатываемые изделия, оптимальная скорость в рабочей камере конвективного аппарата должна составлять от 1 до 3 м/с.
В конструкциях аппаратов с неподвижными противнями для улучшения равномерности нагрева предусматривается установка турбулизаторов в нагревательном канале и отклоняющих пластин после выходных отверстий. В этом случае не только выравнивается температура поступающего потока, но и сам поток направляется под определенным углом к поверхности изделий, что позволяет значительно интенсифицировать процесс тепловой кулинарной обработки.
Рис. 8.41. Принципиальные схемы аппаратов с вынужденным движением теплоносителя (конвектоматов): а - последовательным; б - параллельным; в - продольным; г - поперечным; д - смешанным; е — сложным; 1 — корпус; 2 — вентилятор; 3 — направляющие; 4 — рабочая камера; 5 — противень; 6 — теплоизоляция; 7 — нагнетательный воздуховод; 8 — нагревательные элементы; 9 — электродвигатель; 10 — дверца рабочей камеры; 11 — привод с обгонной муфтой; 12 — стеллаж; 13 — шаровая опора
Конвектоматы по сравнению с аппаратами, работающими при естественной конвекции, обладают следующими преимуществами:
- равномерный нагрев продукта независимо от его расположения в объеме рабочей камеры;
- увеличение выхода готового продукта минимум на 15 %;
- экономия электроэнергии до 30 %;
- сокращение продолжительности приготовления до 50%;
- малая инерционность (достижение рабочей температуры не более чем за 3...5 мин).
Для обоснованного выбора геометрических параметров элементов каналов при организации движения теплоносителя в целях получения равномерной его раздачи в рабочей камере при параллельном движении необходимо рассмотреть взаимодействие притока и вытяжки. Анализ работы канала постоянного сечения с отверстиями равной площади по длине канала показывает, что максимальное количество воздуха проходит через последние по ходу движения воздуха отверстия. Это наглядно представлено на рис. 8.42, на котором приведены эпюры распределения расходов воздуха по высоте рабочей камеры.
На рис. 8.42 видно, что для обеспечения равномерного нагрева изделий, размещенных на разных по высоте камеры противнях, необходимо добиться равномерной раздачи не только притока, но и вытяжки при их совместной работе. Одним из наиболее распространенных способов достижения этой цели является подбор площадей отверстий по высоте канала. Так, для всасывающего канала, имеющего девять рядов отверстий, соотношение площадей сверху вниз соответствует: 100, 77, 53, 33, 28, 19, 17, 14, 13%, т.е. площадь отверстий, ближайших к вентилятору, должна быть минимальной. Для нагнетательного канала эта зависимость должна быть обратной. Причем суммарная площадь отверстий нагнетательного и всасывающего каналов должна быть одинаковой.
Рис. 8.42. Эпюры распределения воздуха по высоте рабочей камеры с отверстиями по длине канала равной площади: 1 - рабочая камера; 2 - нагнетательный канал; 3 - вентилятор; 4 - всасывающий канал
Внутри теплоизолированной камеры (сбоку или снизу) монтируют крыльчатку вентилятора, которая прогоняет теплоноситель через блок электронагревателей (обычно ТЭНов), после чего системой каналов и перепускных отверстий нагретый теплоноситель направляется в рабочую камеру на полки с обрабатываемым продуктом.
В пароконвектоматах увлажнение греющей среды обычно осуществляют с помощью парогенератора, который подает пар в циркулирующий в аппарате теплоноситель перед вентилятором или блоком электронагревателей. В некоторых конструкциях конвективных аппаратов увлажнение греющей среды осуществляют с помощью водяной форсунки, впрыскивающей воду на крыльчатку вентилятора, которая им распыляется до мелкодисперсного состояния.
Далее в качестве примера рассматриваются конструкции некоторых типовых конвективных аппаратов.
Печь малогабаритная электрическая ПМЭ-20 предназначена для выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий на предприятиях общественного питания и пекарнях малой мощности. Она представляет собой аппарат с принудительной конвекцией (рис. 8.43). Тепловая кулинарная обработка изделий происходит в потоке горячей паровоздушной среды со смешанным движением теплоносителя. Теплоноситель из рабочей камеры через сетчатое ограждение всасывается вентилятором, размещенным на задней стенке, и нагнетается им через блоки ТЭНов и нагнетательные боковые каналы в рабочую камеру.
Рис. 8.43. Печь ПМЭ-20: / — кожух; 2 — концевой выключатель; 3 — тяга; 4 — дверь пекарной камеры; 5 — каркас; 6 — дверь подставки; 7 — подставка; 8 — ручка; 9 — панель управления; 10 — соленоидный клапан; 11 — ТЭН; 12 — электродвигатель; 13 — вентилятор; 14— сетка; 15 — нагнетательный канал; 16— стеллажная стенка; 17 — теплоизоляционный материал; 18 — отсек с приборами управления; 19 — отсек с электроаппаратурой; 20 — термобаллоны датчиков-реле температуры и термометра
Печь установлена на подставке с двумя дверями. Рабочая камера теплоизолирована и закрывается дверью, имеющей смотровое стекло для наблюдения за процессом выпечки. Дверь имеет электрическую блокировку, и работа печи возможна только при закрытой двери. При открывании двери концевой выключатель размыкает свой контакт посредством подпружиненной тяги при повороте на открытие ручки двери. Внутри рабочей камеры расположены стеллажные стенки для размещения противней с изделиями.
Слева от рабочей камеры смонтирована панель управления, на которую выведены: ручка автоматического выключателя для подключения к электрической сети; кнопка включения увлажнителя; шкала термометра, показывающего температуру в рабочей камере; лимбы терморегулятора и реле времени; сигнальные лампы.
За отсеком с приборами управления расположен отсек с электроаппаратурой, в котором размещены: магнитные пускатели, плавкий предохранитель, тепловое реле и датчик-реле температуры (термоограничитель). Термобаллоны термометра, терморегулятора и термоограничителя установлены в левом нагнетательном канале после блока ТЭНов один под другим.
Увлажнение теплоносителя в рабочей камере осуществляется включением соленоидного клапана. При этом вода из водопровода по трубопроводу подается к водяной форсунке, подающей воду на крыльчатку вентилятора. Излишки воды сливаются через специальную дренажную трубу, выведенную наружу с левой нижней стороны печи.
Процесс тепловой кулинарной обработки в печи автоматизирован с помощью системы управления и сигнализации. Выпечка хлебобулочных и кондитерских изделий производится на противнях, установленных на стеллажной стенке. Необходимая температура в рабочей камере устанавливается на лимбе терморегулятора. Продолжительность выпечки устанавливается реле времени.
Кондитерская электрическая печь КЭП-400 предназначена для выпечки широкого ассортимента мелких хлебобулочных и кондитерских изделий. Она представляет собой шкаф (рис. 8.45), разделенный на две половины и состоящий из металлического каркаса с облицовкой из листовой стали. В левой половине помещены трубчатые электронагреватели, вентилятор, парогенератор и система управления и сигнализации, а в правой — теплоизолированная минеральной ватой рабочая (пекарная) камера с дверью.
Рис. 8.45. Конвективная электрическая печь КЭП-400: 1 — сигнальная лампа готовности; 2 — вентиляционная труба; 3 — конечный включатель; 4 — механизм вращения стеллажной тележки; 5 — паровой предохранительный клапан; 6 — вентиляционная труба; 7 — смотровое окно; 8 — запорное устройство двери; 9 — дверца пекарной камеры; 10 — стеллажная тележка; 11 — каркас печи; 12 — центрирующий шарик; 13 — патрубок для отвода конденсата; 14 — патрубок для присоединения питьевой воды; 15 — клемма заземления; 16 — нижняя дверца; 17— пульт управления; 18 — средняя дверца; 19 — терморегулятор; 20 — верхняя дверца; 21 — рукоятка шибера
Процесс тепловой кулинарной обработки в печи автоматизирован с помощью системы управления и сигнализации. Выпечку хлебобулочных и кондитерских изделий производят на листах-подиках, установленных на стеллажную тележку, которую после расстойки уложенных на листы тестовых заготовок вкатывают в рабочую камеру печи. В пекарной камере тележка фиксируется и центрируется снизу шариком, а сверху сцепляется с механизмом вращения тележки, который находится на потолке рабочей камеры.
Механизм приводит тележку во вращение на время выпечки изделий.
Механизм вращения тележки состоит из электродвигателя, двухступенчатого червячного редуктора, муфт сцепления и захвата. Поскольку тележку можно выкатить из рабочей камеры только в определенном положении, вращательный механизм оборудован муфтой свободного хода, позволяющей установить тележку в нужном положении.
Дверь рабочей камеры имеет электрическую блокировку, и работа печи возможна только при закрытой дверце. При открывании дверцы установленный над ней концевой выключатель автоматически прерывает электрическую цепь управления, вследствие чего вращательный механизм и вентилятор останавливаются и нагревательные элементы выключаются. Печь запускается снова, если дверцу закрыть и зафиксировать запором.
В нижней части левой половины печи расположен парогенератор, который состоит из массивных чугунных плит, нагреваемых ТЭНами. Для защиты от перегрева парогенератор оборудован термоограничителем (термореле), отключающим нагревательные элементы при достижении предельной температуры. Подача воды в парогенератор производится электромагнитным клапаном, управление которым осуществляется нажатием на кнопку подачи воды. Получаемый из парогенератора пар поступает в рабочую камеру печи, а при необходимости — в расстоечный шкаф. Излишки пара удаляются из пекарной камеры через вентиляционную трубу.
В комплект печи входят шесть стеллажных тележек, на которых происходят расстойка, выпечка изделий, транспортирование на небольшие расстояния тестовых заготовок и готовых изделий, а также расстоечный шкаф, который представляет собой теплоизолированный корпус, обогреваемый снизу двумя ТЭНами.
Продолжительность выпечки устанавливается на реле времени. По истечении установленной продолжительности выпечки подаются звуковой и световой сигналы. Для наблюдения за процессом выпечки служит вделанное в дверцу смотровое окно. Пекарная камера освещается встроенными в камеру двумя лампами.