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生豆吸熱與放熱的狀況..........

談到咖啡生豆吸熱與放熱的現象,說實在的,我就是因為烘不好才走上做機器的不歸路。
不過,以設計機器的角度而言,大多數會把重點放在空氣動線與加熱、機體保溫的問題上。
但是最近朋友們一直提供一些新的視角,重新審視最重要的一點,就是時間。
有個朋友對熱風相當的狂熱,尤其重視熱風的加熱過程,其中注意的要點就是將從烘豆機排出的熱風加熱即將進入烘豆機的冷空氣。
這個步驟是為了減少熱量的消耗與增加冷空氣加熱的過程,因為空氣加熱需要接觸面積與時間,與電熱管或火源接觸的時間越久,冷空氣才能被加熱到一定的溫度。
Loring的烘豆機就是把這一點思考到極致,並在較小的機體內實現熱回收的功能性,才能不需要較長的管道與較強的火源來加熱空氣。
因為回收排出的熱風,重新加熱到一定的溫度點就不需要較長的時間,這一點才是熱回收的重點。(個人認為)

而生豆的吸熱放熱的表現,也會跟時間這一變因有關係。
假定生豆吸熱到一個量數就會轉變成放熱,則第一次放熱的現象可以設定為一爆。
那需要多少的熱才會達到一爆?
單純的來看待這一點,用的是接觸熱(傳導)或是對流熱(熱風)似乎就沒有什麼差異。
但是先對接觸熱與對流熱這兩種熱交換的方式來做區別,一般會認為對流熱的加熱效果優於接觸熱,因為熱風與生豆的接觸面積較大於生豆與鍋子的接觸面積,以至於會有全熱風烘焙的時間較短的狀況。
然而把時間這一變素考慮進去的話,最大的問題應該是熱風烘焙需要一個相對平衡的壓力狀態,就是熱風進入烘焙桶的空氣壓力要略大或等於排出烘焙桶的空氣壓力,我個人的想法是因為要增加鍋內的壓力,使生豆能在較短的時間內吸入較多的熱。
有點類似壓力鍋的原理,利用較高的壓力使沸點提高,相對吸熱會較多,同時進風的壓力略大於出風,可增加鍋內空氣迴流的現象,使熱風與生豆的接觸時間較長一點,生豆吸熱的效果才會出來。
這部分尤其與生豆的大小有關係,生豆越小,表面積越大,熱風的接觸面積越大,熱傳遞的效率越佳。
生豆吸熱越高,放熱的現象(一爆)就越完整,所以可以由此來思考熱風烘焙的設計。
但是熱風的加熱應用的應該是潛熱而不是顯熱,考慮到這一部分的話,熱風得形成真正的"熱風"才能達到我們希望的效果,簡單的說就是熱風得真正加熱到該溫度再進入烘焙桶內,而短短的加熱通道如何能保證該熱風有攜帶足夠的熱量呢?

一般的想法,增加吸熱流程,把加熱的過程分段實施,這一點就可以看出熱回收的好處,就是加熱冷空氣的效率,已經加熱到一個基礎的溫度的熱空氣,再加熱到預定的溫度,需要的時間較短。
熱風的好處,顏色較淺、風味較平衡。

再來談接觸熱的部分,其實接觸熱靠的是烘焙桶與生豆攪拌時接觸的面積,就是固體與固體之間熱量的傳導,雖然效率較低,但是接觸的熱較能夠進入生豆內部?應該是說,由於烘豆機內部烘焙的整體熱量高,藉由機體所傳遞的熱量經由烘焙桶與生豆之間的接觸做為一個熱量移動的方式,重點是攪拌的過程,生豆與生豆之間也會有熱量轉移的現象,所以這種吸熱的方式中,烘焙量大的吸熱效果較烘焙量少的佳。因為生豆量大,吸熱與熱量轉移的現象較頻繁,相對的吸熱的效率也會增加。
接觸熱的好處就是生豆吸熱會比較容易達到內部,顏色較深,香氣也較為明顯。

那以現階段接觸到的傳統橫式烘焙桶結構的烘豆機來看,其實是熱風與接觸熱比例不同,因為在烘焙桶內的現象是傳導、對流、幅射三種熱移動的現象同時作用,先不討論輻射熱的話,已傳導、對流兩種來看,風門的大小與火力的大小基本上就是控制傳導與對流兩種熱交換方式的比例不同。
兩種的比例在生豆開始吸熱達到放熱的階段中,根據烘焙者的想法不同而有所改變。
用這種視角來看待烘焙的脫水至一爆,其實可以發覺因應不同生豆的吸熱效率,可以根據該機器的整體效能與熱點來調整烘焙的節奏。

個人意見。

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著作蔡政育製作,以創用CC 姓名標示-非商業性-禁止改作 3.0 台灣 授權條款釋出。

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風門的作用與測定

有人問這個問題,真不知道要從哪裡開始回答?
首先先來談談風門的發展,就我個人的角度來討論;以烘豆機而言,風門的發展是有必然性的,由於歐美於18、19世紀開始發展的咖啡烘焙設備主要以數十公斤甚至上百公斤等級的烘豆機,當時為了因應大量的咖啡需求,能穩定烘焙並烘熟,不容易損壞為原則,其實在Probat提出現在主流的滾筒式烘豆機之前,能見到的多是連續式烘豆設備,主體為長圓鑄鐵管,下方採用瓦斯或木炭等火源,內部設置攪拌葉片,攪拌的過程生豆會逐漸在鑄鐵圓管前進,烘焙的過程就是一端下生豆,另一端出來就是熟豆,至於銀皮與煙塵等等,當時可沒這麼多限制排放的規定,完全就是自然排出。
工業式烘焙進入的中小型烘焙,則是由Probat提出的滾筒式烘豆機為主流,體積小(以當時而言),價格優勢,適合以鐵路為主要運輸的歐洲國家在鐵路的要站設置小型烘焙廠。然而排煙的問題開始出現了,就算烘焙量較少,每鍋也至少有15~30公斤,如何在較小型的烘焙機中將煙塵適當的排出便成了主要的課題。
以我個人的角度來說,風門的主要作用就是避免悶燒,造成咖啡豆內燃,甚至設備的損壞。理所當然也發展出了應用旋風集塵原理的集塵設備,而逐漸嚴格的排放標準也是主要的推手之一,而各種高單價的生豆在市面上開始流通,小型烘豆機的需求應運而生,而製作烘豆機的工廠也開始蓬勃而生,每個人設計製作的概念會因為接觸的環境不同有所差異,也形成了目前的主流半熱風、直火烘豆機。
這兩種形式的烘豆機各有優缺點,而要去思考的就是熱量的交換形式的差異。
直火烘豆機其實主要依靠熱風來烘焙咖啡,跟一般認為的採用接觸熱來烘焙的角度不同,所以典型的富士皇家的直火烘豆機,得達到5kg等級才能有穩定的熱風與接觸熱比例,操控的手法也與1kg的直火烘豆機熱風比例較高完全不同。

台灣的楊家烘豆機普遍以熱源不穩定與價格低廉著稱,先不論這兩點,該烘豆機的鑄鐵鍋極為扎實,卻也因為過於扎實,烘焙易產生所謂的鑊氣。
鑊氣為中華料理中,鐵鍋經高溫過油產生的特有香氣,炒菜時可快速將食物表面炙熟形成保護膜鎖住食物的水分,一般家庭使用的瓦斯爐由於溫度不夠,不易形成鑊氣。
離題了,主要提醒的點是說明烘焙咖啡豆時,如果採用極厚實的鑄鐵鍋,就要很注意熱源的足夠與抽風的強度,不然極易形成鑊氣,烘焙出的咖啡豆具備相當明顯的特徵。
要避免鑄鐵鍋的鑊氣這種特徵,得先了解烘豆時的熱量交換過程的差異:熱風、接…

關於烘豆機的火力與風門的測定,個人見解。

起因是昆明的網友在網路上發問,討論的過程有一些看法。
測試過後的結果挺有趣的,在這裡紀錄一下。
Q:抽風機的選擇與測試?
A:抽風機得測試,每台烘豆機的狀況不一樣,最快的方式是先搜尋國外網站提供的資料,根據做的機器屬於流速快慢,再參考網站上類似機型所提供的抽風數據來挑選抽風機。
裝上測試後,重點是看風門關閉(全閉的狀況下必須有留一個小口)的時候,火力是否穩定,如果火焰不穩定,表示風門的最小口開得太小;風門全開的狀況下,火焰會不會飄。如果火焰的燃燒很勉強,會飄表示風管的口徑太小,需要換大一點,風門全關,火焰會燃燒不太完全是因為進入的新鮮空氣不足。
然後去取樣口,用打火機測試風門:



Q:風門開最大還是升溫快是不是抽風不夠?
A:不是,風門開最大,升溫快要看是接觸熱的作用還是熱風比例高。因為風門開大,抽風變強,烘焙桶本身的蓄熱夠,溫度仍然會上升。

Q:火焰離烘焙桶要多少距離?
A:火焰最高點與烘焙桶至少要有5cm~10cm。

Q:火焰離太近了是不是容易烤焦豆子?大火火焰直接燒到滾筒?
A:所以桶身有焦痕,那是燃燒不完全炭附著,紅火是氧氣不足。

Q:圓直徑20cm,長度24cm的滾筒是烘焙量是多少?
A:以圓徑150mm,高150mm,最大的烘焙量是800g,最適合的烘焙量是500g,最佳烘焙量350g,用這樣去計算的話,20cmX24cm的桶子,最佳的烘焙量是1~1.2kg,最大的烘焙量跟最佳烘焙量是不同的。簡單的做法就是把生豆倒進去,不要超過桶子2/5,大概可以算是最大的烘焙量使用圓直徑跟長度一樣的桶子,重點是豆子有空間可以攪拌,所以重點是圓直徑,不是高。火焰的範圍要比度少約4~5cm,不然發生把火焰吸入烘焙桶內造成內燃的狀況,有危險性。

Q:滾筒後面進熱風空間要多少呢?
A: 熱風的空間5cm就夠了。

Q:設計的時候要注意什麼?
A:火排的不同放置的位置不一樣,火力面積大火焰輸出強的口琴式火排或是熱水氣火排不要直接放在烘焙桶正下方,因為這種爐子的輸出很大,要利用空氣從爐嘴之間經過加熱的熱風效果來烘焙;半熱風的機器,靠抽風就可以了,設計的角度都是把零件最少化,但是效果最大化,不然實際製作,會很麻煩。還有設計的時候要考慮裝卸的過程順不順利,螺絲越多,雖然設計的時候很麻煩,但是組裝相對容易,也比較好修改。

Q:好好把要做的機器設計好,我之前一直有個誤區,熱風吹多了豆子味道單薄,後來發…

DIY002_800g烘豆機的組裝過程。

因為懶得畫組裝說明書(其實是不會畫~~),所以用影片的方式說明DIY編號002的烘豆機如何組裝。
主要使用的工具有:
1.十字螺絲起子
2.六角板手
3.7號梅花板手
4.耐心


六角板手直接使用五金行買的到的版本就好,主要用來鎖止付(無頭)螺絲,而7號的梅花板手,最好也準備另一種7號的套筒板手。

整組的六角板手。
梅花板手(7號)
套筒板手(7號)
至於耐心,就不用多說了,因為組裝過程中要不斷的調整烘焙桶的位置,所以鎖螺絲時最好不要一次就鎖緊,等該組件的螺絲都鎖上去後,再轉動烘焙桶,根據轉動的順暢度來確定螺絲的位置,確定好後再鎖緊。

烘豆機的零件:

比較難組裝的部份的零件會先組裝好,這樣在組裝的過程中就不至於花太多時間。
根據組裝的實際狀況來說,熟練的話大概1~2小時能裝完,至於不熟練呢?
就培養耐心吧。

這次使用的是直火鍋,厚度2mm的沖孔不鏽鋼板輥圓銲接。

其實料件不多的狀況下,只要跟著影片中的步驟組裝,應該都能順利完成?
馬達的線路會先接線完成,但是根據每個人使用的馬達也許會有不同,仍就希望採用厚利貿易的 6W AC感應馬達或是 20W的直流無刷馬達,組裝的時候才能符合馬達固定座的開孔尺寸,至於無刷馬達需要直流電,所以必須另外購買一組 AC to DC的電源供應器,這部分另外再寫一篇討論。

開關只有兩個,一個總電源,另一個是4"工業風扇的開關,開關的設定是總開關開啟,馬達就會啟動,而風扇不會動作,得打開風扇開關才會通電。
影片分為三個:
1.主要機體



2.後方機體



3.前方組件與組裝完成




影片是用Iphone 6S手持拍攝,些許晃動請大家多多包涵
有興趣的可以參考一下。

至於有沒有人會去複製?這部分就懶得想了.......

另外備註一下,該台DI002_800g烘豆機將於8/31~9/3於台北南港展覽中心四樓厚利貿易的展位展出,有興趣的人可以於上班時間洽詢
厚利貿易 台中營業所 江小姐 何小姐
台中市407西屯區工業1路96巷7弄1號1F-3
TEL:04-23550318 FAX:04-23550319
E-MAIL:fang@sunholy.com.tw


再備註一下,會從500g改為800g是因為有客戶來試烘,發現下了1kg的耶加雪非一樣烘得很漂亮,於是建議用1kg的容量來銷售,將這一點跟經銷商討論後,決定以800g的容量來銷售。


本著作由蔡…