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所謂的雙層鍋?....(續)

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再來聊聊第二種的雙層鍋設計。



上圖是自己設計的烘豆機,從火排下方進入的冷空氣,經由火排加熱,再接觸擋火板二次加熱,並從擋火板兩側移動至烘焙桶四周,從結果來看,烘焙桶被一層高溫的熱風包裹,傳導熱的部分相對來說,總量會比想像中的多。
這麼說來也沒什麼可以借鑑的科學原理,鍋爐經由高溫熱風而非直接火焰受熱,至少可以猜想的好處是不會因為火燄溫度過高而導致鍋體局部高溫造成生豆的表面灼傷,均勻的熱風包裹鍋體也能讓鍋體從四周圍同時均勻的吸熱。也具有相當強的保溫效果,即使烘焙桶的熱被生豆吸走,烘焙桶洲為均勻的熱也能迅速的提供熱源。
直接的好處?
連續烘焙時可以避免鍋體過熱,這一點相信有不少人有類似的體驗,尤其厚鍋體的設計,連續烘焙四~六鍋,鍋體的熱會居高不下,為了回到一定的鍋爐溫度,得花上一段時間冷卻。

間接的好處?
設計之初,總會希望烘焙過程中,升熱吸熱最快時由前段的傳導熱提供足夠的基礎熱(140度C以前),而接下來的升溫都採用熱風來提高溫度,而進入烘焙桶的空氣經由二次加熱,至少在進入烘焙桶時得到的是足夠溫度的熱風,140度C後的加熱以熱風為主的另一好處,就是升溫的快慢可以經由火力大小來快速改變,因為火力直接影響熱風的溫度。

這裡會出現的誤判?
較常見的有:
例如高入豆溫時,會出現較低的回溫點,因為鍋體的熱被大量吸走,然而鍋體的保溫除了鍋體的厚度也包含的外裹熱風層,很明顯的狀況是回溫後的快速升溫階段,速度較一般的半熱風烘豆機結構快。因為火力不會直接炙燒到烘焙桶,因此也不容易有表面灼傷的狀況出現。

有熱風的保溫層,對於火力的調整方式就要相對的較弱,因為火力主要以加熱空氣為主要目的,而非直接加熱烘焙桶,與傳統火焰直接炙燒烘焙桶的結構在思考上會有很大的差異。

抽風除了維持熱風的流動外,還包括了以較高流速的熱風去攪拌咖啡豆,並提供較高溫區段的升溫,風門的調整也會有所差異。

再來嘛........等使用者回報吧。

烘焙時的邏輯思考?

從邏輯上來說,應該是說一個思考的推導過程,應該多少有點依據,才不至於推導到最後文不對題。
咖啡烘焙常見的幾個因素:烘焙時間、溫度、膨脹係數、烘焙顏色、香氣等等。
在烘焙前先找一個可以量化的因素是接下來推導的基礎,一般會建議以時間為主軸,總烘焙時間。
先設定總烘焙時間,如何設定?例如:聽別人說的、自己的經驗、文章上寫的等等,無論緣由,在烘焙前先提出總烘焙時間;這支衣索比亞的日曬耶加,預估總烘焙時間在11分下豆,那總烘焙時間就是11分。
有了烘焙時間,再來就是烘焙度,日曬耶加的烘焙度會落在何處?用一爆密集的聲音?下豆溫度?香氣?顏色?下豆的因素仍然以可以量化的數值,通常是下豆溫度。
一台烘豆機的一爆開始溫度,假設在196度C,則一爆密集的溫度假設在208度C(別問我這個數值怎麼來的!),設定一爆開始到一爆密集下豆花了1分30秒,則一爆開始到一爆密集下豆的過程中平均的每分鐘升溫(RoR)是(208-196)/1.5=8度C/分鐘。
接下來推算入豆開始到一爆開始的時間,總烘焙時間11分 - 1分30秒=9分30秒。
這9分30秒就是入豆後到一爆開始升溫的時間。
通常狀況下,入豆溫是由烘焙者預定的,設定入豆溫180度C來說,回溫點有可能落在70~90度C之間,則根據回溫點的溫度,如果回溫點是75度C,則一爆開始溫度196 - 回溫點75=升溫範圍121。
而入豆到回溫點的時間通常是1分鐘的話,則可求出讓這一鍋生豆從回溫點升溫到一爆開始的時間是9分30秒 - 1分 = 8分30秒。
接下來可以計算出回溫點開始到一爆開始的過程平均的每分鐘升溫速率(RoR) 為:121/9.5=12.73....
所以接下來的烘焙過程大致上維持在每分鐘升溫速率(RoR)為12~13度C。
然而生豆吸熱的速度有階段性的不同,吸熱最快的階段是入豆到150度C,該階段生豆的溫度較低,熱量移動的速度最快。

把從回溫點到一爆開始的過程分成三個階段:
1.回溫點→100度C
2.100度C→150度C
3.150度C→一爆開始溫度(這裡設定為196度C)

※為什麼要設定150度C,有很多現象可以觀察,豆子變成褐色、水氣的移動等等,有興趣的人可以自行搜尋相關資料。

第一個階段吸熱最快,再來依序是第二第三階段,所以每個階段的升溫速率(RoR)其實會有明顯的不同。
而這三個階段的平均升溫為12~13度C,第一個階…

所謂的雙層鍋?

最近設計的烘豆機大概都避不開"雙層鍋"這個概念。
為什麼說避不開呢?
這就要討論到雙層鍋的優缺點了。
就我個人認為,雙層鍋在設計上有兩個主要的方向,一種就是真的雙層鍋,一個內鍋外面再套著一個外鍋,下列的網址上的圖片很好的表示了雙層鍋的狀態:
https://venezianocoffee.com.au/new-roaster-for-melbourne/

另一種算是界於單層鍋與雙層鍋之間的,可以從下列的網址裡的照片得知一二:
https://www.home-barista.com/home-roasting/probat-l12-restoration-modification-t26133-10.html
這種只在火焰與烘焙桶之間增加了一塊我稱之為"擋火板"來避免火焰直接燒到烘焙桶。

這兩種做法的目的為何?
我認為是增加熱風的溫度與降低烘焙桶表面傳導熱過高造成的燒焦,尤其在烘焙量較大的狀況下。

第一種雙層鍋,內鍋與外鍋之間有一定的距離,主要是讓空氣成為溫度傳導的緩衝層,即使外鍋受到大火高溫加熱,內鍋因為有空氣層的緩衝,使得內鍋不會有明顯的高溫,內鍋與生豆接觸的過程中,如果內鍋表面溫度太高,仍會造成生豆表面灼傷燒焦,而過高的傳導熱也容易讓使咖啡表面過度烘焙甚至有明顯的焦苦味。而空氣緩衝層除了可以延緩並均勻的加熱內鍋,也具有保溫的效果,再大量生豆進入烘焙桶的當下所需要的大量基礎熱都是由內鍋所提供時,穩定的高溫空氣層可以迅速的提供足夠的熱量卻不會造成生豆表面的過熱。

第二種作法,雖然可以稱的上是雙層,卻又單一個烘焙桶,很難確切的描述,大多在德國的PROBAT L12烘豆機上看見,這種作法需要極強的抽風,因為限制火排的入風口,抽風不足的狀況下,火焰容易因為調過小或是空氣混合不足而產生紅火甚至熄滅,可想而知PROBAT採用這種設計時,雖然有風門卻仍保留相當大的抽風量,而"擋火板"同時可以做為空氣的熱交換板。
相對於第一種來說,第二種做法在一定的烘焙量(10kg)以內可以有控制上的餘量,然而在烘焙量(30kg以上)較大的狀況下,不免會有升溫不足的狀況。
畢竟入豆量越大,達到升溫的基礎熱量越高。
而這部分又會討論到厚鍋薄鍋的量級。
什麼狀況下需要厚鍋?什麼狀況下需要薄鍋?
我認為要根據烘焙量的需求來設定,畢竟1kg的烘…

傳導熱較高的狀況?

常見的半熱風烘豆機,在火源的配置上,先不論火源的面積,單以火焰是否會接觸到烘焙桶這一點來看,有明顯的差異。
主要的兩種,一種認為火焰必須能接觸到烘焙桶才能提供足夠的烘焙熱量;而另一種認為火焰不要接觸到烘焙桶較佳。
就我個人認為,火焰是否接觸到烘焙桶的問題,還得包括了火焰加熱過程的熱風比例、烘焙桶內部攪拌葉片的設計、烘焙桶後方的進氣孔洞面積等等因素。
但就火焰接觸烘焙桶的比例,去思考生豆在烘焙桶內攪拌時的吸熱比例,或許可以提出一些想法。
火焰越靠近烘焙桶,烘焙桶表面的吸熱越快,熱量從高溫往低溫移動的速度會受到物質的傳導系數影響,然而高溫段的溫度越高,移動的熱量會增加是必然的,而火焰接觸烘焙桶的話,很明顯的烘焙桶在接觸火焰的位置會有較明顯的高溫,這些高溫再移動到烘焙桶其他位置,這個傳導的過程會有時間差,而豆子在烘焙桶內接觸金屬表面的時間與位置也會不斷的改變,而生豆在不同位置的金屬表面接觸時,接觸時的傳導熱多寡,就要看該位置的熱值有多少了。
所以如何提供較均勻的熱在烘焙桶上,一直是個很重要的設計問題。
然而金屬表面溫度太高呢?當然容易造成燒焦的狀況出現,通常會有這種狀況的烘豆機,都會利用較高的轉速來減少生豆與烘焙桶表面接觸的時間。
至於火焰接觸烘焙桶較明顯的狀況,由於烘焙桶表面的溫度較高,生豆接觸的表面受熱也較明顯,於是較常出現的烘焙狀況,是烘焙後的著色度較深、易出油、焦糖化明顯、部分會有些微的苦味。
通常是咖啡表面的受熱溫度較高,造成豆表的焦糖化明顯。

而第二種的火焰不要接觸到烘焙桶,相較於第一種的明顯不同就是設計上為了能夠提供足夠的熱量,需要較佳的保溫系統與完善的熱風加熱路線來避免失溫的狀況發生;而這種狀況提供的熱風量非常大,也需要較強的抽風來搭配。烘焙上的好處是生豆在烘焙桶內攪拌時可以避免表面的過高溫度,上色較淺,焦糖化較低,烘焙時可以依靠熱風比例較高的狀況來調整風味。

僅就火焰的高低不同,即使相同的烘焙曲線也會造成不同的烘焙結果。

當你發現烘焙後的上色較深與風味甜度較高時,也許可以從火焰的角度去思考,並利用這個方法去應對一些較厚實與酸度高的生豆。

烘豆機的CP值?

一直以來,我總是以個人(玩家?)的角度去看待咖啡這一件事。
雖然也有過年少輕狂的時期,覺得大多數的咖啡店提供的咖啡並不如何,現在想來,也是太過自以為是了。
店家的生存,主要在於提供商品的同時獲取"應有"的利潤,請注意"應有"這兩個字,何謂應有呢?
當星X克與便利商店的咖啡被咖啡人不斷抨擊時,換個角度來看,站在星X客與便利商店的立場,無論提供的咖啡品質如何,仍是有消費者願意花錢消費這杯咖啡。
這杯咖啡的CP值如何呢?
有自己沖煮甚至烘焙咖啡的人大多會嗤之以鼻,不可否認的是大多數人不會去抨擊這種咖啡的消耗量與金流,畢竟很吸引人不是嘛?
然而這些咖啡豆的消耗量建立在遍佈台灣的便利商店與裝潢美麗的連鎖咖啡店上,單純去討論咖啡的美味與否還有空間,而硬是要撇開營運成本與物流人流金流等成本的話,也談不上CP值了。

再來談到烘豆機的CP值,如果用手網就可以烘焙出滿意的咖啡,何必購買烘豆機呢?
用手網的優點是便宜,不考慮健身的附加效果,在瓦斯爐前揮汗搖動手網10~30分鐘,可以持續下去的人有多少呢?這裡所謂的CP值單純談到手網的價格與咖啡生豆的話,大概很少有設備可以相提並論吧?
扣除烘焙過程其中消耗的熱量與實際烘焙產量的話!
這裡還不討論穩定性。

台灣製作的一些工具機通常會提出"萬能機"的概念,萬能機就是可以提供眾多功能並適應各種不同的製程。
雖然"萬能機"很吸引人,可是實際使用後通常會發覺,為了更換製程需要花更多時間調整工具機,調整的過程還得考慮到穩定性,而多種功能又得仰賴高超精準的製造工藝,高超的製造工藝來自於該產業經驗豐富的師傅,累積經驗需要大量的金錢與時間,那CP值呢?

要提出CP值主要來自個人或產業的需求,一個跨時代技術的發展需要仰賴長期的技術累積,而當下要獲得高於付出金錢的價格的價值時,就得看個人或產業本身具備的能力到什麼程度了。
很多的金屬加工廠都會製作例如輥圓機、折床、銃床等各種工具機,為何不自己製作而值接購買成品呢?
因為主要的工作需要高精度的加工工具,自己做雖然便宜,考慮到製作過程中需要的修改與未來的保養維修等,直接購買專門製作工具機廠商提供的商品是更加有效率的做法。
因為時間的不足。
我相信人類只要有足夠的時間,大多的設備應該都做的出來。
但是時間是不足的。

設計需要時間、製作需要…

家用最適直火烘豆機

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編號DIY007,直火烘豆機,500g。


算是對早期製作的烘豆機的一種紀念吧。
回首懷念一下自己製作的烘豆機,終究是以在家裡用瓦斯爐就可以烘焙的初衷前進的,雖然外型有許多的改變,最終仍是以最早的設計做為這系列的一個紀念。
直火烘豆機因為鍋體表面佈滿孔洞,相對於半熱風鍋的穩定傳導熱,對流熱(熱風)的比例是相當高的,烘焙時要以火力的調整做控制的主軸。
直火鍋表面的孔洞可以讓空氣自由進出,而火焰尖端的高溫層與被加熱的高溫空氣可以從孔洞進入烘焙桶與咖啡生豆接觸,通常會認為直火烘豆機的香氣較為明顯,或許是沒有半熱風鍋經由鍋體間接傳遞熱量的穩定,不穩定的中高溫熱氣在直火鍋內混合攪拌的過程總是有種神秘感。
直火烘豆機究竟需不需要抽風呢?
就我個人來看,得看烘焙量的多寡,如果僅僅100g的話,似乎抽風就變得難以控制?
烘焙量多一點呢?1kg以上?銀皮哪麼多,還是需要抽風的協助。

是的,銀皮才是考慮的重點,直火烘豆機最大的缺點就是銀皮掉落燃燒的問題,越大烘焙量的直火烘豆機這一點越難解決。
而家用的直火烘豆機需要風門嗎?
要看在家烘焙需要烘到1kg以上嗎?
這一點就見仁見智了。

有興趣的人可以前往烘豆機網站:http://www.cafecreator.com/


1kg烘豆機的出發點。

烘豆機的結構說來並不困難,最困難的是設計過程中需要投入的各種技術所需的經驗成本,例如:一個螺絲孔,該用哪種規格?英制還是公制?攻牙前的開孔孔徑?使用的工具?
這樣去思考的話,先討論自身所具備的技術再去思考如何設計,慢慢的就會出現許多條件。 以一台烘豆機來說,花錢買是最快的。 但是從最難的價格的限制角度來說,總是會出現"黑鐵一公斤才多少錢?"的奇妙聲音,鐵本身並不貴,貴的是把鐵成形的過程所需的成本。 單純用"鐵一公斤才多少錢?"這一句話來涵括整個加工過程很明顯是太粗暴了。 本人從烘豆機的設計開始,提供參與者烘豆機設計的概念並實際參與加工組裝的過程,參與者需七個工作天一同討論與製作烘豆機,每一位參與者需支付新台幣12萬元的費用,計畫完成後即可獲得自己加工組裝的1kg烘豆機一台: 1.烘豆機設計的開端。6小時 1-1.烘焙量 1-1-1.烘焙桶的尺寸 1-1-2.烘焙桶的固定 1-1-3.半熱風、直火 1-1-4.烘焙桶攪拌葉片 1-2.烘焙形式 1-2-1.半熱風 1-2-2.直火 1-3. 烘豆機外形 1-3-1.一體成形 1-3-2.工業風
2.烘豆機的結構。6小時 2-1.烘豆機的主結構。 2-1-1.正面結構 2-1-2.側面結構 2-1-3.底部結構 2-2.火排的選用。 2-1-1.傳統火嘴(一) 2-1-2.傳統火嘴(二) 2-1-3.傳統火嘴(三) 2-1-4.新式火排 2-3.抽風的設計 2-3-1.內風管 2-3-2.外風管
3.底座與冷卻盤的設計。6小時 3-1.底座的設計。 3-1-1.底座的用途 3-1-2.底座與冷卻盤的設計 3-2冷卻盤的設計。 3-2-1.冷卻盤的尺寸 3-2-2.冷卻風扇的選用 3-2-3.攪拌葉片的設計
4.烘豆機控制面板的設計。6小時 4-1.溫度顯示。 4-1-1.PID的選擇 4-1-2.溫度針的選擇 4-2.開關 4-2-1.開關的選用 4-2-2.開關的配置 4-2-3.保險絲 4-3.面板的配置設計
5.烘豆機組裝(一)。6小時 5-1.烘豆機主體組裝 5-2.底座組裝
6.烘豆機組裝(二)。6小時 6-1.烘豆機配線 6-2.烘豆機火排
7.烘豆機測試。6小時 7-1.風門的調整 7-2.火力的調整
上述討論為七個工作天,每個工作天分為上午三小時、下午三小時的主題…