7.2 Загальні принципи будови та класифікація теплових апаратів

Теплова обробка продуктів відбувається в теплових апаратах, які класифікуються за технологічним призначенням, джерелами тепла (видами енергоносіїв), способом обігрівання, принципом роботи, ступенем автоматизації.

За технологічним призначенням розрізняють теплові апарати універсальні (плити) і спеціалізовані; спеціалізовані, у свою чергу, поділя­ються на варильні (котли, кавоварки, сосисковарки, пастакукери, вакуум-апарати тощо), жарильні (сковороди, фритюрниці, пекарські, конвекційні, пароконвекційні шафи, грилі, жарильні поверхні), водонагрівальні (водонагрівачі, кип'ятильники, чайники, самовари) і допоміжні (марміти, теплові стійки, термоси).

За джерелами тепла апарати поділяються на електричні, парові, газові, рідинно-паливні.

За способом обігрівання розрізняють контактні теплові апарати і поверхневі теплообмінники з безпосе­реднім і непрямим обігрівом. У контактних теплових апаратах нагрівання продукту, що обробляється, відбувається за допомогою безпосереднього зіткнення з теплоносієм. У поверхневих теплообмінних апаратах із безпосереднім обігрівом тепло від середовища, яке гріє, до того, яке нагрівається, передається через стінку, а в апаратах з непрямим обігрівом – через проміжний теплоносій.

За принципом роботи розрізняють апарати безперервної дії, в яких завантаження, теплова обробка і вивантаження продукту відбувається одночасно, і періодичної дії, в яких продукт послідовно завантажується, піддається тепловій обробці і розвантажується.

За ступенем автоматизації апарати поділяються на: неавтоматизовані, тобто такі, в яких контроль за безпечною роботою і дотриманням режиму теплової обробки здійснює обслуговуючий персонал; напівавтоматизовані, де безпечна робота апарата забезпе­чується приладами автоматики, а режим теплової обробки контролюється обслуговуючим персоналом, і автоматизовані, в яких контроль за безпечною роботою і дотриманням теплового режиму роботи здійснюється приладами автоматики.

Теплові апарати повинні відповідати вимогам технології приготування страв, забезпечувати теплову обробку продуктів з міні­мальною затратою енергії, мати високий ступінь надійності, створювати оптимальні умови роботи для обслуговуючого персоналу і відпо­відати вимогам техніки безпеки та виробничої санітарії. Вимоги до теплових апаратів можна поділити на експлуатаційні, конструктивні, економічні і охорони праці.

До експлуатаційних вимог належать: відповідність апарата своєму цільовому призначенню, максимальна інтенсивність праці, відмінна якість готових виробів, достатня продуктивність, зручність в обслуговуванні.

Конструктивні вимоги: простота будови, розбирання, збирання і регулювання апарата, невелика маса і габаритні розміри, антикорозійність частин, що стикаються з харчовими продуктами.

Економічні вимоги: дешевизна апарата, невеликі питомі витрати енергоносія, довговічність, автоматизація і високий коефіцієнт заповнення робочого об'єму.

До вимог охорони праці належать: безпека роботи, достатня міцність апарата, наявність запобіжних клапанів, автоматичних сигналізаторів та інших пристосувань для попередження аварій.

Усі теплові апарати незалежно від їх виду і призначення мають загальну будову і складаються з таких основних частин: робочої камери, нагрівального пристрою, корпуса, теплоізоляції, кожуха, основи, арматури і контрольно-вимірювальних приладів. У деяких апаратів ті чи інші основні частини можуть бути сполучені.

У робочій камері відбувається теплова обробка харчових продуктів. Форма робочої камери переважно циліндрична або прямокутна. Робоча камера закривається дверцятами (кришкою), яка вста­новлюється зверху або збоку. Кришка може щільно (герметичне) закриватися або вільно прилягати.

Розрізняють апарати з нерухомою робочою камерою (пекарські шафи, стаціонарні харчоварильні котли, жарильні поверхні тощо) і з перекидною (електросковороди, котли, які перекидаються).

Нагрівальний пристрій перетворює різні види енергії в теплову і передає її стінками робочої камери. У вогневих і газових апаратах – це камера згорання (топка) і газоходи, розташовані всередині апарата, в паровій харчоварильній апаратурі – парова сорочка; у електрохарчоварильних котлах – парогенератор, в якому розташовані електронагрівальні елементи. У деяких апаратів нагрівальний пристрій сполучається з робочою камерою, наприклад, в електричних жарильних шафах.

Корпус – це основна частина апарата, на якій монтуються всі інші вузли і деталі.

Теплоізоляція слугує для зменшення втрат апаратом тепла у навколишнє середовище і для запобігання опіків обслуговуючого персоналу.

Кожух захищає ізоляцію від руйнування і надає апарату привабливого зовнішнього вигляду.

Апарат встановлюється на основу, зроблену здебільшого у вигляді відливки з чавуну різної форми або каркаса з кутової сталі.

Пуск, зупинка, контроль за роботою апарата, регулювання його теплового режиму і забезпечення безпеки обслуговуючого персоналу здійснюється за допомогою контрольно-вимірювальних приладів.

За технологічним призначенням всі теплові апарати поділяються на: варильні, жарильні, жарильно-пекарські, водонагрівальні і допо­міжні.

Апарати з електричним і газовим обігрівом можуть бути використані для здійснення процесів варіння і смаження. Парові харчоварильні апарати призначені переважно для варіння.

Розігрівання окремих охолоджених страв, нагрівання продуктів до температури менше за 100°С, підсушування хліба для панірування тощо здійснюється у теплових шафах, температура повітря в яких не більше 120…150°С.

Для підтримання готової продукції у гарячому стані існують спеціальні апарати різної конструкції – марміти, термоси, електростійки та ін.

Всі апарати можна поділити на універсальні (плити) і спеціалізовані, призначені для проведення певних технологічних процесів. Спеціальні апарати мають високий ККД, забезпечують хорошу якість виробів і покращують умови праці.

На підприємствах ресторанного господарства використовують апарати, в яких передача тепла від одного тіла (джерела тепла) до іншого (термічно оброблюваного середовища) здійснюється через нагрівальну стінку. Такі апарати називаються поверхневими тепло­обмінниками.

Існує багато конструкцій поверхневих теплообмінних апаратів, які відрізняються одна від одної розташуванням. Найбільш широко використовують оболонкові, кожухотрубні, змійовикові та ребристі теплообмінники (рис. 7.2).

Рис. 7.2 Поверхневі теплообмінники

а – оболонковий; б – кожухотрубний; в – змійовиковий; г - ребристий

Оболонкові теплообмінники (харчоварильні котли, автоклави, сковороди з непрямим обігрівом, марміти) мають циліндричні, сферичні чи плоскі подвійні стінки, через які відбувається теплообмін. Характеризуються такі теплообмінники відносно низьким коефіці­єнтом теплопередачі, що обумовлено невеликою швидкістю руху рідинного теплоносія в оболонці і малим значенням коефіцієнтів тепловіддачі продуктів.

Кожухотрубні теплообмінники (парові кип'ятильники, водо­нагрівачі, водонагрівальні пристрої) – це пучок труб, розташованих у циліндричній камері (кожусі). До нижньої частини міжтрубного простору кожуха подається середовище, що нагрівається, у верхню розподільну коробку пучка труб – теплоносій.

Змійовикові теплообмінники (водонагрівальні пристрої вогневих плит, парові водонагрівачі, парогенератори з поверхнями нагріву) – це труби у формі змійовика, зануреного в посудину з рідиною. Тепло­носій подається у змійовик зверху, охолоджується і стікає вниз.

Ребристі теплообмінники (конфорки вогневих плит з боку топки, оребрені поверхні кип'ятильних посудин вогневих кип'ятильників) використовують у тому випадку, коли теплоносієм є гаряче повітря.

У деяких апаратах можуть використовуватися декілька поверхневих теплообмінників. Наприклад, у стаціонарному харчоварильному електричному котлі парогенератор з блоком ТЕНів, які мають у робочій частині форму спіралі, можна розглядати як змійовиковий теплообмінник, а систему варильна посудина-зовнішній котел – як оболонковий.

Залежно від джерела тепла всі теплові апарати поділяються на три групи: 1) електричні; 2) газові; 3) парові.

Кожна група апаратів, класифікованих за джерелами тепла, має різну будову, але об'єднує їх те, що в кожному апараті є нагрівальний пристрій, за допомогою якого здійснюється той чи інший технологічний процес готування їжі.

У апаратах з електричним обігріванням одним із основних елементів с електронагрівач певної конструкції. Ця група апаратів найбільш широко застосовується на підприємствах ресторанного господарства завдяки простоті використання, можливості автома­тизації регулювання ступеня нагріву, точності обліку витрат енергії.

Теплові апарати з газовим обігріванням можна віднести до вогневих апаратів, оскільки при спалюванні газу в них утворюються полум'я і продукти згорання газу.

У парових апаратах використовується насичена водяна пара низького тиску, що має високий коефіцієнт тепловіддачі і велику теплоту пароутворення. Подається вона в камери апаратів, що нагріваються. У випадку використанні пари як теплоносія в апаратах застосовують подвійні днища і стінки, трубчасті змійовики. Пара, що надходить у паровий харчоварильний апарат, конденсується і віддає теплоту пароутворення стінкам апарата, а конденсат відводиться з камери, яка гріє.