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電熱與瓦斯之間的一些看法.......

前幾天在嘉義擺攤時,一位網友攜家帶眷的來找我聊天。
其實很多人會來找我聊天,通常我都記不太起來對方的姓名等,但是許多人來了,又走了,至於經過我這裡時,交談了些什麼或是得到又或是失去什麼,我是不清楚的。
有人問,我就會嘗試的去解題。大概從小就得不斷的解決問題,解決自己的、解決別人的,有些可以解決,有些只能暫時解決。
解決的過程中,再抽絲剝繭的去思考,這個問題是怎麼產生的?通常回溯發生問題的過程,大多可以思索出一點可能解決問題的想法。
這位網友來問說,為什麼他買了電熱式的烘豆機,烘焙起來味道都是一樣的呢?
從電熱管與瓦斯火源之間去探討的話,可以發現一點有趣的事情。
電熱管的最高溫度值與瓦斯火源的最高溫度值是不同的!
有人會問說,同樣都是熱源,最高值有差別嗎?
瓦斯火焰的溫度可以達到2500℃,這是藍火的狀態,而一般黃火的狀態也具有1000~2000℃,加上火焰具有向外擴散的流動狀態,所以可以根據被加熱體改變形狀的特性,可以有效的延伸加熱的範圍。
電熱管呢?電熱管可以根據外覆保護管材的材質去判斷最高溫度,像是SUS304的不鏽鋼管材,最高溫是650℃,再上去呢?Incoloy 鎳合金管可以達到900℃;而電熱管的發熱主要是保護管材的接觸面,再怎麼產生熱量,還是只有保護管材表面溫度最高,要有效的加熱空氣,或是延伸加熱其他被加熱的物體,則必須依靠大量的空氣或是流體。

這樣可以很快的發覺,以咖啡烘焙的狀況來說,為什麼瓦斯火源的反應速度較電熱管快?
因為溫度的最高值遠遠高於電熱管, 同樣加熱時間下,瓦斯火源的加熱量會高於電熱管。
該結論可以導出一個很有趣的狀況,為什麼瓦斯火源的烘豆機可以烘焙較大量的咖啡豆,而電熱式烘豆機普遍為烘焙量較小的機型。
並非電熱的效果不佳,而是要達到瓦斯同樣加熱效率的電熱設備,設置在小型烘豆機上的成本會增加非常多,1~5kg的烘焙量狀態,瓦斯燃燒成本與設備價格會低於需要達到同樣效率的電熱式。而較大型的烘豆機呢?據說Toper有相關的產品,有興趣的人可以去Toper的網站搜尋。

回到這個網友的問題,假設建立在上述的瓦斯火源與電熱管之間的一些差異,那電熱式烘豆機的操作手法是不是跟瓦斯火源的烘焙方式不同了呢?
一般烘焙,一定溫度下豆時,烘焙桶的溫度會快速下降,因為熱量轉移到生豆上,相對的下豆量越多,被轉移的熱量越多,現在以同樣的烘焙時間下不同烘焙量該如何調整,就是改變下豆時的溫度,盡可能達到接近的回溫點。當然烘焙量不同時升溫速度也會不同,此時可以調整瓦斯的火力與風門來控制升溫的一致。
而電熱管式的烘豆機,則是加熱的反應速度較慢,慢的原因一是最高溫度較低,同樣時間加熱效率低;二是電熱管需要依靠氣體的流動來把溫度傳遞到烘焙桶與生豆,我們會說,電熱管不是離烘焙桶很近嗎?這樣不是可以直接加熱到烘焙桶?
考慮到電熱管發熱,傳遞到保護管材表面,再由保護管材表面影響到烘焙桶,這個過程相較於瓦斯火源速度來說,並不是很快。要達到接觸熱穩定,電熱式烘豆機就必須更注意熱機,因為達到穩定的溫度後,電熱管通常不會繼續加熱,為了保護管材,有一定的安全溫度限制,而抽風帶動氣流,形成的熱風溫度也會被抽風的效率影響,簡單的說,以電熱管設定加熱的段數來說,去調整抽風的段數就會發覺風門越大,溫度上升越快,但是風門調整到一定大小,溫度就不會繼續上升,甚至會下降,這就是電熱管本身經由空氣傳遞熱量的限制。
先得出電熱管的每段火力最高升溫的風門,才能在接下來的烘焙時知道每個火力能夠搭配的最大風門。
由此可以發覺,穩定的熱機,才能使烘焙的過程穩定,這一點瓦斯烘豆機也是一樣的。
而穩定的熱機,另一個問題就是機體已經達到一定溫度了,電熱管的反應與設定呢?以電熱管的最高溫來說,當然有一定溫度的狀況下,繼續加熱到最高溫的時間會較短,但是達到一定溫度一樣會停止加熱。
所以最高溫被限制的狀況下,操作的方式會變的完全不同。

大致上是這樣的看法。
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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…