11. Мікрохвильові печі. Призначення, будова, принцип роботи, правила експлуатації
До основних переваг використання устаткування з НВЧ-нагріванням порівняно з традиційним тепловим належать економія часу та енергії; висока якість готових продуктів; екологічна чистота при переробленні; супутні ефекти пастеризації та стерилізації продуктів; можливість одержання нових блюд.
Класифікація установок НВЧ-нагрівання
Класифікують установки з НВЧ-нагріванням за такими параметрами:
1. потужністю (0,5-8 кВт);
2. продуктивністю (5-200 кг/г і більше);
3. вибірковістю нагрівання (з високим тангенсом кута діелектричних втрат);
4. рівномірністю нагрівання (рівномірний розподіл теплоти по всьому об'єму продуктів незалежно від їх розміру та теплопровідності);
5. частотою нагрівання (проникнення мікрохвильової енергії до продуктів через захисну плівку, діелектричні оболонки вікна без використання проміжних теплоносіїв);
6. саморегуляцією нагрівання (якщо частина продуктів висохла, нагрівання автоматично припиняється);
7. коефіцієнтом утворення мікрохвильової енергії;
8. конструктивним виконанням (вбудовані, настільні та підлогові);
9. способами дії (періодичної та неперервної дії);
10. технологічним призначенням (розморожування, розігрівання, приготування, консервування, сушіння, комбінування).
Принцип дії НВЧ-апаратів
Основним елементом НВЧ-апаратів є генератор надвисоких частот (магнетрон), де електрична енергія постійного чи змінного стуму перетворюється на енергію електромагнітного поля надвисоких частот. Магнетрони мають високу потужність - від 0,5 до кількох десятків кіловат і високий ККД. Це діод з особливою конструкцією анода. Анод виконаний у вигляді мідного блока кільцевої форми, на внутрішньому боці якого розміщена парна кількість щільних резонаторів довжиною 1/4 довжини хвилі. Оскільки змінний магнітний потік одного резонатора замикається через сусідні резонатори, усі резонатори магнетрону взаємопов'язані в певному порядку мідними перемикачами - низками. Для підтримання теплового режиму в зовнішній частині анода передбачено оребрення. В одному з резонаторів вмонтована петля для виведення енергії коливання, що з'єднана з коаксіальною лінією, яка, у свою чергу, закрита герметичним ковпаком (ковпак виконаний з прозорого матеріалу для НВЧ-поля). Виводи катодних ніжок розміщуються у скляних трубках. З боків анод закритий кришками, які разом з анодом створюють вакуумний простір. Анод має високий позитивний потенціал, а катод - негативний. Оскільки анод є корпусом магнетрона, його заземлюють.
Між анодом і катодом виникає електричне поле, силові лінії якого розміщені радіально. Уздовж осі катода діє магнітне поле, утворене спеціальним електромагнітом, який змушує електрони, що виходять з катода, відхилятися від радіального напрямку і рухатись у просторі за складною спіральною траєкторією. Траєкторія руху електрона залежить від напруженості магнітного поля та анодної напруги. У середовищі взаємодії постійно існує електронна хмара, що обертається навколо катода з постійною кутовою швидкістю. Коли електрони проходять поблизу щілинних зазорів резонаторів, у них виникають імпульси наведеного струму і відбувається загасання коливань. Взаємопов'язані резонатори становлять складну коливальну систему.
Геометричні параметри магнетронів, параметри електричного та магнітного полів вибирають так, щоб електрони, взаємодіючи зі змінним електричним полем, яке потрапляє в зазори резонатора, віддавали цьому високочастотному електричному полю резонатора частину своєї енергії, отриманої внаслідок прискорення постійним електричним полем, доданого між катодом і анодом. Енергія, що виникає в системі резонатора за допомогою індуктивної петлі зв'язку та коаксіальної лінії, подається до зовнішнього навантаження.
Нині випускають НВЧ-апарати з комбінованим способом нагрівання та можливістю здійснення різних способів оброблення продуктів харчування (розморожування, варіння, смаження, випікання та ін.
Принцип роботи НВЧ-апаратів незалежно від конструктивних особливостей один, а саме: магнетрон генерує електромагнітну енергію, що передається хвилевідводом до робочої камери. На розміщений у робочій камері діелектрик (продукт) діє електромагнітне поле і він нагрівається. Залежно від способу кулінарного оброблення (смаження, варіння, випікання) додатково вмикають елементи регулювання (гриль, комбі, випікання та ін.).
Практика використання апаратів з НВЧ-нагріванням засвідчує зменшення порівняно з традиційними методами:
- тривалості оброблення продуктів у 10 разів;
- тривалості технологічних циклів у 20-65 разів;
- витрат маси сировини від 3-10 до 0,5%;
- виробничої технологічної площі у 3-5 разів;
- обслуговуючого персоналу на 20-25%;
- витрат електроенергії на 25-50%;
- площі, об'єму та маси промислового устаткування у 2-4 рази.
При цьому продуктивність підвищується на 20-50%.
Рис. 25. Мікрохвильова піч