4.2.4. Электродные (жидкостные) нагреватели
Электродный нагрев представляет собой непосредственное прохождение электрического тока промышленной частоты (50 Гц) через нагреваемую среду. В этом случае непосредственно в нагреваемой среде, обладающей определенной проводимостью (сопротивлением), происходит выделение теплоты при прохождении через нее электрического тока. Электрический ток подводится к нагреваемой среде с помощью электродов. Соответственно основным конструктивным элементом этих нагревателей являются электроды.
Если нагрев пищевого продукта осуществляется непосредственно электрическим током при контактировании его с электродами, то такой нагрев называется электроконтактным.
Электроконтактный нагрев представляет собой объемный нагрев, при котором возрастает концентрация энергии в единице объема, что приводит к резкому сокращению продолжительности тепловой кулинарной обработки. Однако для осуществления электроконтактного нагрева электроды необходимо подводить индивидуально к каждому изделию, а процесс тепловой кулинарной обработки является неуправляемым и может быть использован только для разогрева кулинарной продукции.
Аппараты электроконтактного нагрева просты по устройству, ремонтопригодны, практически безынерционны и имеют высокий КПД. Однако этот вид нагрева не нашел применения на предприятиях общественного питания в связи с тем, что металл с электродов переносится в пищевой продукт и часть продукта, соприкасавшаяся с электродами, будет непригодна в пищу. Кроме того, в электроконтактном аппарате для тепловой кулинарной обработки значительного количества одновременно нагреваемых изделий, чтобы обеспечить надежный подвод электрической энергии к каждому изделию, кулинарная продукция должна иметь строго стандартные размеры, что в общественном питании практически отсутствует.
Рис. 4.13. Принципиальная схема электродного нагрева
Так как напряжение в сети предприятий общественного питания есть величина постоянная, то мощность электродного нагревателя будет зависеть от удельного сопротивления электролита (воды), размеров электродов и расстояния между ними.
Следует учитывать, что с ростом температуры удельное сопротивление электролита уменьшается, что приводит к возрастанию мощности нагревателя. Кроме того, при закипании воды появляются пузырьки пара в сечении, по которому протекает электрический ток, за счет чего уменьшается его сечение и соответственно мощность.
Как показывает исследование, удельное сопротивление воды в процессе нагрева падает со 100 до 40%. При этом минимальное значение сопротивления воды находится при температуре воды 100 °С и, естественно, при пуске аппарата происходит плавный его запуск, так как его пусковая мощность будет значительно меньше номинальной.
Аппараты электродного нагрева просты по устройству, ремонтопригодны, практически безынерционны и имеют высокий КПД. Однако электроды имеют небольшой срок службы за счет переноса металла в электролит под воздействием электрического тока, а при осуществлении технологического процесса возникают сложности, заключающиеся в том, что с изменением температуры и концентрации электролита меняется его удельное сопротивление и соответственно мощность электродных нагревателей. Кроме того, возникает возможность появления опасного для жизни человека потенциала на корпусе аппарата. Все это ограничивает на предприятиях общественного питания использование электродного нагрева.
Несмотря на указанные недостатки, электродный нагрев иногда используется на предприятиях общественного питания при получении горячей воды для технических целей и в парогенераторах некоторых конструкций зарубежных пищеварочных котлов.
В водонагревателях проточного типа электродные нагреватели обычно представляют собой соосно размещенные два цилиндрических электрода. Водопроводная вода, протекающая между цилиндрическими электродами, нагревается проходящим через нее электрическим током. Размеры электродов и расстояние между ними рассчитываются исходя из напряжения в сети, необходимой мощности и удельного сопротивления нагреваемой воды.
Для электродных нагревателей, устанавливаемых в парогенераторах, например, пищеварочных котлов в качестве электролита обычно используется раствор соды Na2C03 в дистиллированной воде. Концентрация раствора соды выбирается исходя из обеспечения необходимого удельного электрического сопротивления электролита. Обычно для электродных парогенераторов пищеварочных котлов употребляется вода с содержанием солей 2...8 %.
Электроды в парогенераторе обычно изготовляют из металлических полос в форме спирали, закрепленных на диэлектрических подставках (рис. 4.14) на съемном фланце. Фланец с электродами жестко крепится к дну парогенератора через герметизирующую прокладку болтами с гайками, для чего во фланце имеются соответствующие отверстия. Подвод электроэнергии к электродам осуществляется через проходные изоляторы. В качестве материала для электродов используется медь, латунь, иногда нержавеющая сталь. Для осуществления регулирования технологического режима тепловой кулинарной обработки в блоке нагревателей парогенератора размещают шесть электродов: три больших и три малых. Малые электроды используются для осуществления режима слабого нагрева, обеспечивающего режим «тихого» кипения.
Рис. 4.14. Блок электродных нагревателей парогенератора: 1 — фланец; 2 — большой электрод; 3 — проходной изолятор; 4 — стержень-держатель; 5 — малый электрод; б — опора; 7 — диэлектрическая подставка; 8 — сливная трубка
Питание котла осуществляется от трехфазной сети напряжением 220 или 380 В. Одни и те же электроды могут быть использованы для разных напряжений питающей сети при условии заливания в парогенератор электролитов разной концентрации.
4.2.5. Сверхвысокочастотные генераторы
Принцип действия сверхвысокочастотного (СВЧ) нагрева основан на эффективном поглощении влагой, содержащейся в нагреваемом продукте, сверхвысокочастотной электромагнитной энергии, подводимой в рабочую камеру от генератора (магнетрона).
Магнетрон представляет собой мощный электровакуумный прибор, преобразующий энергию постоянного электрического тока в энергию сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний. Для тепловой кулинарной обработки пищевых продуктов в Российской Федерации используются магнетроны, работающие в дециметровом диапазоне частот [(433, 915, 2375) ± 50] МГц. Для бытовых печей и предприятий общественного питания в основном используются магнетроны, работающие на частоте (2 375 ± 50) МГц.
Принцип работы магнетрона основан на взаимодействии движущихся зарядов в электрическом и перпендикулярно направленным к нему магнитном поле. Магнитное поле обычно создается постоянным магнитом. Охлаждение в основном принудительное воздушное. Мощные магнетроны для промышленных печей имеют водяное охлаждение. Коэффициент полезного действия современного магнетрона (преобразование электрической энергии в сверхвысокочастотную электромагнитную) составляет примерно 70 %. Срок службы магнетрона не менее 1 000 ч. Долговечность работы магнетрона зависит от точности поддержания оптимального режима его питания и согласования с нагрузкой рабочей камеры в процессе его эксплуатации.