Глава 4. Теплогенерирующие устройства и теплоносители

4.1. Характеристика теплогенерирующих устройств и теплоносителей

Тепловая кулинарная обработка изделий в тепловых аппаратах может осуществляться при их непосредственном обогреве как от теплогенерирующих устройств, так и за счет косвенного обогрева от промежуточных теплоносителей.

К теплогенерирующим устройствам относятся электрические нагревательные элементы, а также устройства, работающие на твердом, газообразном и жидком топливе.

Электрические нагревательные элементы используются для нагрева пищевых продуктов, технологических сред и элементов конструкций тепловых аппаратов за счет теплопроводности, конвекции и лучеиспускания. Кроме того, на предприятиях общественного питания для нагрева продуктов используется энергия электромагнитного высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) поля.

К электрическим нагревательным элементам следует относить все виды устройств, способных обеспечить нагрев за счет выделения теплоты при прохождении электрического тока через сопротивление или поглощение ими электромагнитной энергии волн ВЧ- и СВЧ-диапазона.

Для сжигания газообразного топлива используются газовые горелки, а для сжигания жидкого топлива — жидкотопливные форсунки и испарительные горелки. Твердое, жидкое и газообразное топливо сжигается в специальных теплообменных устройствах — топочных камерах.

В качестве промежуточных теплоносителей в принципе применимы любые химические вещества и соединения, имеющие при выбранных рабочих температурах жидкую и паровую фазы. В зависимости от уровня рабочих температур в рабочей камере аппарата они подразделяются на низко- и высокотемпературные. К низкотемпературным теплоносителям относятся вода, водяной пар и воздух, к высокотемпературным — минеральные масла, глицерин, высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ), кремнийорганические жидкости.

4.2. Электрические нагревательные элементы

4.2.1. Назначение и область применения

В любом электрическом тепловом аппарате имеется нагревательный элемент — преобразователь электрической энергии в тепловую. Электрические нагревательные элементы (электронагреватели) наибольшее распространение получили в тепловых аппаратах предприятий общественного питания.

К основным причинам широкого распространения электронагревателей можно отнести их компактность, возможность работы в разных средах, высокий КПД и высокую точность учета израсходованной энергии, надежность в эксплуатации, удобство монтажа и регулирования технологических процессов.

При использовании электронагревателей по сравнению с теплогенерирующими устройствами, работающими на твердом, газообразном и жидком топливе, отпадает необходимость в заготавливании, транспортировании и хранении топлива, удалении продуктов сгорания, а следовательно, уменьшается пожарная опасность и улучшается санитарное состояние производственных помещений, снижается вредное экологическое воздействие на окружающую среду и повышается производительность труда обслуживающего персонала. Кроме того, уменьшается площадь производственных помещений.

В зависимости от способа трансформирования электрической энергии в тепловую электрические нагревательные элементы подразделяются на электронагреватели сопротивления электромагнитные излучатели сверхвысокочастотного и индукционного нагрева.

Электронагреватели сопротивления, в которых реализуется эффект нагрева металлического проводника в результате прохождения по нему электрического тока, подразделяются на металлические, неметаллические и жидкостные (электродные). В металлических и неметаллических электронагревательных элементах основным элементом конструкции является токопроводящая проволока или токопроводящий слой, играющий роль электрического сопротивления — резистора. Данный тип электронагревателя является резистивным и называется резистором. Неметаллические электронагреватели используются в качестве ИК-излучателей.

Электромагнитные излучатели сверхвысокочастотного и индукционного нагрева представляют собой преобразователи электрической энергии в электромагнитные колебания, которые затем преобразуются в тепловую энергию либо непосредственно в самом продукте, либо в посуде, в которой находится продукт.

Электронагреватели сопротивления могут быть классифицированы по следующим основным признакам:

- виду нагреваемой среды на те, которые предназначены для работы в воде, масле, воздухе или паровоздушной смеси;

- способу контакта электропроводящего элемента (спирали) с воздухом — на открытые (в воздухе), закрытые (с ограниченным доступом воздуха) и герметичные (без доступа воздуха);

- виду материала электропроводящего элемента — металлические (нихром, фехраль, хромаль, вольфрам), неметаллические (си-литовые, композитные), жидкостные (электролиты);

- материалу защитной оболочки — из обычной стали, стали с защитным покрытием, нержавеющей стали, меди, латуни, бронзы, чугуна, керамики, кварцевого и обычного стекла. Кроме того, материал защитной оболочки подразделяется на материал, не пропускающий ИК-излучение и сам являющийся излучающим элементом (металлические и керамические кожуха или трубки), и материал, пропускающий ИК-излучение (кварцевые трубки, стекло);

- форме наружной оболочки — трубчатые (стержневые), плоские, спиралеобразные, ребристые, сложной конфигурации;

- мощности — от 0,2 до 5 кВт;

- напряжению — 110, 220 и 380 В.

Классификация электрических нагревательных элементов приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема классификации нагревательных элементов