珈琲狂時代

 DIY010也算是在我製作烘豆機的時間裡占了不少部分的機種，除了標新立異的側火排，實際在烘焙的操作上也算是有很多意外之處。 當時設計側火主要針對直火烘焙桶，因為採用側火可以避免過多掉落的銀皮燒焦；然而果真是如此嗎？ DIY010側火熱風路徑，霧狀區是銀皮掉落的位置、藍色框是導引火焰往下的導引陶瓷板。 事實上，在烘焙過程中，進入一爆前的銀皮燃燒狀況確實減少很多，但由於熱風溫度極高加上細碎銀皮掉落時被引燃後落在銀皮聚集處造成悶燒的狀況也不少，目前都是烘焙過程中用吸塵器清潔銀皮托盤的方式。 明明銀皮聚集處已經離火排夠遠了？卻還是會引燃，這是因為烘焙室內的溫度極高，乾燥的銀皮已經維持一個即將引燃的狀況，只要稍微有點火星就會燃燒起來，當然主要是火焰長度過長 (火排的預混效率佳)，再加上導引陶瓷板將火焰往下移動，火焰的無色高溫區就會靠近銀皮堆積處引起燃燒。解決的方向呢？有幾個想法，但是目前不打算改動 (有很多考量...)。 DIY010熱風路徑，烘焙桶內的紅線是直火、藍線是半熱風。 後來許多DIY010的使用者選用半熱風，有趣的點在這裡，選用半熱風，抽風變得更強，相對來說雖然熱風比例更高，然而採用低碳鋼的材料後，傳導熱也變得更強，烘焙過程中，接近一爆時的鍋體蓄熱也相當的高，對於採用固定風門火力漸降烘焙手法來說的話，這算是一個蠻平衡的模式？也不盡然，因為烘焙時間縮短至10分鐘左右時，日曬甚至於特殊處理法的生豆比較容易出現豆色不均的現象，至於這是生豆品質影響較大或是烘豆機本身的風格 (豆量少。)，很難說得明白。 以低碳鋼的半熱風鍋為基礎的話，我自己採用火力漸大搭配抽風漸大的模式烘焙，畢竟從早期的直火與半熱風烘焙累積起來的習慣也不是那麼容易改變的。 一台烘豆機的烘焙模式通常跟使用者的習慣有關，倒也不是哪種方式最好，而是烘焙出來的風格是否喜歡而已。 對於側火烘豆機的優點，對我來說，更多的是體積大小、保養、維修方面的優點更多，至於烘焙的狀況，設計上也算留了很多空間讓烘豆者調整，這一點算好還是不好呢？難說。

側火的系統，基本上就是對流熱(熱風)比例較高的加熱系統。 1. 烘焙桶距離火焰較遠：     由於採用燃燒效率高的火排，加熱空氣的效率極高，火焰則是避免直接碰觸到烘焙桶，藉由對流熱的比例提高許多，優點是在火力控制上比較直覺；豆子的膨脹較明顯，上色較淺。 2. 掉落銀皮的燃燒狀況減少：     火焰的進入方向與烘焙桶的攪拌方向一致，半熱風烘焙桶前端多少會掉落銀皮被火焰燃燒的狀況減少；而直火烘焙桶直接掉落的銀皮，也因為咖啡豆在烘焙桶的位置集中於火焰的較遠端，銀皮燃燒的現象會減少，但是烘焙量較多時，也必須抽出銀皮收集盤清理銀皮。 3. 變頻風門的應用範圍較寬：     這套側火系統採用直流變頻馬達的風機，可以提供穩定的轉速來對應抽風的壓力，抽風系統為： 設定抽風數值→偵測風管內的抽風壓力→傳送壓力數值→PID運算→調整馬達轉速→達到抽風數值 重複以上的調整，而抽風壓力會盡可能維持在一個範圍內上下浮動，這是因為烘焙桶攪拌生豆時造成的不穩定風流影響，搭配機械式壓差錶，來輔助烘豆者對數值的判斷。 下圖是側火烘豆機的剖面圖，可以看到冷空氣被火排加熱後進入烘焙室的路徑： 下圖是半熱風系統的剖面圖，空氣動線從烘焙桶後方進入，在由上方經風管移動： 下圖是直火烘焙桶，空氣從烘焙桶表面的孔洞進入，往上方的風管移動： 對流熱高的烘焙系統，仰賴保溫性強的烘焙室，烘焙桶的厚度也需要對應，過厚或過薄都會影響烘豆者的操控性，側火是我目前設計的烘豆機中較注重操控性的烘焙系統，從烘豆者能操作的範圍為前提製作。 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- The Heating System of the so-called Side Heating(Fire) Construction December 04, 2020 The side heating system, is basically with a high proportion ratio of convective heat (hot air). 1. The roasting dr...

咖啡豆烘焙的過程中，第一次爆裂與第二次爆裂都是很重要的烘焙度判斷點，近來流行的淺焙尤以第一次爆裂的過程最為重要。 然而，第一次爆裂的溫度，應該只是相對溫度而非絕對溫度，所以這個相對溫度會因為量測的位置與溫度針的材質、敏感度有關。 在大多數人眼中，溫度針插入烘焙旋轉的豆堆中，量出來的溫度就是豆溫，這種直觀的看法在烘焙過程中並不是說完全正確，但也談不上完全錯；量測體溫度的顯示是一個結果，而要把這個結果回推出烘焙的過程，得先考慮量測溫度點的誤差。 首先討論溫度針的敏感度，烘焙上採用的溫度針主要是K-type，在-20℃~400℃之間量測的精度可以達到小數點第一位，就烘焙的過程來說，也算是夠用了，一般K-type的溫度針主要由兩種不同金屬導線組成，量測點則是將兩種不同的金屬導線銲接，相關的資料可以自行上網搜尋。 通常該銲接點會由金屬管包裹住，來避免銲接點在量測過程中被量測物碰撞，而這就影響了量測的敏感度，因為包裹的金屬管越粗，對溫度的敏感度就越低，之前的溫度針實驗中，兩種不同的溫度針 (細速型Φ1.6mm、傳統型Φ3.8mm)，高溫量測值 (190℃)時兩者誤差1℃，而在投入生豆後，回溫點誤差20℃。 因為溫度針鎖固在烘豆機正面板上，所以在溫度顯示上，160℃前主要是正面板的熱通過溫度針傳遞給生豆，該階段時生豆的溫度低於正面板；而在160℃後，生豆溫度逐漸接近並高過正面板的溫度，在溫度的傳遞上會造成感溫的差異。 接下來討論咖啡豆一爆的溫度，第一次爆裂簡略的說，是咖啡豆的組織經高溫脆化，且內部的壓力增大，造成爆裂，這個爆裂的過程就是累積熱量，內部壓力增大，超過脆化組織的承受，導致組織破裂，大量的壓力 (氣體)洩出。 影響一爆溫度的因素？ 在機械式風門的烘豆機上，可以藉由風門來影響烘焙桶內部壓力，相較於咖啡豆的內部壓力，利用一爆前降低風門，增加烘焙桶內的壓力，來讓咖啡豆的外部壓力增大，提高一爆的溫度，另一種說法就是：讓豆體吸較多的熱才進一爆。 這種做法的優點就是可以有效的讓低溫焦糖化比例更高，也可以視為豆芯的溫度提高，豆芯與豆表的溫度提高，就結果來說，當然可以視為焦糖化比例更高，這種做法早期用在水洗豆較多，針對豆體較硬的高海拔豆都算不錯。 這同樣是有缺點的，一爆前降低風門雖然可以有效增加烘焙桶內的壓力，相對的也可能造成豆芯的溫度過高，一爆溫過度提高，這也是近來較多的高海拔衣索比...

後來設計的烘豆機，Fustaer L1.5、DIY010、DIY015等，採用PID來顯示量測的溫度。 溫度量測主要放在豆溫、排風溫、爐溫、入風溫這幾個比較容易判讀的點，根據機器不同，量測的點從兩組到四組。 使用PID來顯示溫度，就設備上來說，除了顯示外，當然還有諸多功能，但大多僅用來做為溫度警示與訊號輸出，訊號輸出主要採用RS485通道，連結 TAIE的KA-301通訊器，可以接到PLC或是電腦上，這裡說明的是與電腦上Artisan連接的一些設定。 1.DIY010、DIY015： 2.Fustaer L1.5： 基本上的設定根據PID數量的多寡來決定，基本上只要照著上圖設定基本上沒有什麼問題的。

烘焙記錄影片：https://youtu.be/b6jSCwM4_E0 關於少量烘焙，通常會建議注意烘焙室的蓄熱，常出現的狀況是烘焙室的蓄熱不足，這一點相較於辦熱風的直火烘豆機會比較明顯，而判斷烘焙室的蓄熱狀況需要一點經驗，建議參考的點是： 1.烘焙豆量 2.入豆溫 3.回溫點 4.回溫點到100度C的升溫速度 5.火力 基本上可以由上述五點構建出一個對烘焙室的蓄熱基本的判斷，首先建立一個前提，生豆進入烘焙桶內的前2~3分鐘主要的吸熱來源是由烘焙室提供，烘焙室包括了烘焙桶本身的蓄熱與包裹烘焙桶的烘焙環境，通常在直火烘豆機上，為了避免烘焙室內的蓄熱不足以提供生豆在初期的吸熱，高入豆溫與開火入豆是常見的處置方式。 入豆量較多，回溫點較低；入豆量少，回溫點高。 入豆溫高，回溫點高；入豆溫低，回溫點低。 回溫點到100度C的升溫速度，則是跟烘焙室的蓄熱有關，保溫的效果越好，蓄熱越高，初始火力也會有影響。 火力大，升溫快；火力小，升溫慢。 先來討論少量烘焙的定義，相較於烘豆機的最大烘焙量來說 (DIY010是1.2kg )，最大烘焙量的1/2以下都可以算是少量烘焙了，影片裡的烘焙量是300g的衣索比亞谷吉產區的日曬。 在避免烘焙室蓄熱過高的狀況下，這是第二鍋烘焙，影片裡的爐溫與豆溫基本上持平，入豆溫度是160度C，可以從影片裡觀察回溫點在 00:30 時降到78.7度C。 而接下來的升溫， 01:29  升溫至100度C，很明顯的升溫較快(以入豆→回溫點→100度C的過程不要超過3分鐘) ，這還在可以接受的範圍內，所以可以判斷在這個入豆溫入豆量300g ，回溫點在75~80度C之間，升溫至100度C約在 01:30 是一個基礎數據。 因為豆量較少，所以風門基本上維持在20Pa，烘焙桶的轉速是42rpm。 接下來根據130度C、150度C等溫度點的升溫速度來決定火力大小，因為是日曬豆，存放得比較久一點，所以希望在較短的時間內烘焙完畢，可以從影片裡看到火力的調整時機與風門的調整。 可以做為一個烘焙上的參考。

談不上多高明的想法，重點是在設計的過程中，有沒有什麼問題是可能這樣設計就能解決或改善的？ 這是近來設計的直火烘豆機，設計的初衷是因為大多數的烘豆機都長的差不多，然而去翻看一、二次世界大戰時期的烘豆機專利文件，會發現各式各樣的烘豆機在當時是蓬勃生長，出現各種樣式的烘豆機，而非現今烘豆機的結構幾乎已經定型了，在"有趣"的大前提下，有什麼思考的方向呢？ 一開始是以德國的G.W Barth Menado 60kg的烘豆機為雛型，後來為了延續之前設計的L1.5的線條，於是出現了上圖的造型，以拆卸組裝方便的大原則下，大量的螺絲是無法避免的。 這次希望能解決的是什麼問題呢？終究還是烘焙時所產生的煙與銀皮，直火烘豆機一直很難避開的就是火源在正下方造成落下的銀皮燃燒的狀況，在小型機器上的影響不大，但是3公斤以上的直火烘豆機，大量銀皮燃燒是無法避免的，早期常使用的狀況，在富士皇家的烘豆機上採用的方式是在火排底部的銀皮盤加水，使大量的銀皮堆積降溫避免燃燒。 而義大利的做法則是將火源上移，銀皮由烘焙桶下方抽離，優點是銀皮經過火排的燃燒所形成的煙不會通過烘焙桶，然而這樣的設計，風門的效果與一般的下方火源的直火烘豆機完全不同，形成對流設比例更高的系統，迄今，義大利的IMF就是這種設計類型的主要廠商之一。 以個人設計為主的小型工作室規模，當然很難去思考動輒30~90公斤的中大型烘豆機，但是小型烘豆機的發想倒是可以試試，在這年頭，萬事皆備，只欠圖紙的狀況下，當然絞盡所剩不多的腦汁，來設計一台可以盡可能避免銀皮燃燒的直火烘豆機了。 目前能想到的處理方式就是側火，而側火必須搭配穩定的氣流移動路徑，抽風較強是必須的，而常見的狀況是早期富士皇家的直火烘豆機會用到悶這個手法，這是機械風門的優勢，但是在維持相對較強的抽風狀態又能夠有一定的風門效果，也只能從變頻風機下手。 組裝上考驗的是加工廠的精度，而採用的材料包括了黑鐵與不鏽鋼，兩者的誤差值各有不同，目前看起來也算有驚無險的組裝完成。 至於實際烘焙的效果如何？就等電路的部分完成後就開始來試試。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Facinating! 1.2k...