盧貝思專欄

烘焙咖啡豆時鍋爐內壓差非常重要|要這樣補償壓差 (盧貝思專欄#12)

1368 | 2020-09-25

關於壓差補償系統

在以前的專欄(盧貝思專欄#2) 認識什麼是壓差計? 裡面,我們主要可以知道以 下三件事情: 

1.鍋爐內外的壓力差可以反映鍋爐內的真實排風程度

2.同樣的風門大小,不一定代表同樣的排風量;但同樣的壓差,則可以代表同樣的排風量

3.如果排風管路阻塞,即使開同樣風門大小,鍋爐內的壓差值卻會偏低,此時必須加大風門數值去補償因阻塞而減少的排風量,讓鍋爐內壓差維持在穩定的數值

因此,如果烘豆機本身能透過量測壓力值,自動補償差異的話,便可把排煙管清潔問題導致的排風減損,降到最低,於是具備"壓差補償系統"的烘豆機,可以透過即時量測的壓差數據,經過電腦計算,自動適時的補償風門以維持穩定的壓差,確保每鍋全自動烘焙重現過程中,都能保持原先創作風味時的排風量,達到更精準的風味重現。

為何需要壓差補償系統 

可以降低連續烘焙變因

烘豆機使用一段時間過後,油汙及粉塵附著於排風管上,造成排氣負擔。同樣的烘豆機、同樣大小的風門,在使用一段時間後,壓差數值會隨著時間逐漸下降。然而,不同排風量烘出來的咖啡豆,風味特徵上會有顯著的差異,例如風流變化、熱對流變化、排風量大小都是烘焙過程中影響風味的關鍵因素,有了壓差補償系統後,將能有效降低排風量不穩定的變因,能夠讓電腦更精準地重現烘豆師的經典風味。

可以拉長清潔週期

烘豆機的清潔是多數烘豆師最苦惱的一環。除了清潔本身是一項耗時費力的工作外,清潔後烘豆師還必須重新調整烘焙手法以確保風味不會跑掉,對於量產烘豆業者來說,烘豆機停擺都是需要考量的營業成本,因此,若能延長清潔的週期,相對來說就能減少營業損失。盧貝思的壓差補償系統能夠補償管路阻塞造成排風量降低的情況,電腦將適當的加大風門以維持穩定的排風量;清潔過後也不需再花時間校正手法,可以直接繼續量產供貨,不僅延長了清潔的週期也降低了清潔後的變因。

此外,專業的烘豆師通常會觀察壓差計數值,藉以判斷排風系統是否需要清潔。如果烘豆機電腦發現開同樣大小風量,壓差計卻達不到一樣的值時,會自動跳出視窗提醒用戶機器該進行例行清潔,讓烘豆師平時能更專心享受於烘豆,不用再花額外心力去擔心機器的清潔狀況。

圖1.盧貝思烘豆機壓差補償系統的清潔通知提醒,避免排風系統過度堵塞,引發其他更嚴重的問題。

壓差補償的設計方向

當烘豆機清潔確實、排風順暢,各個風速的大小都會有對應的壓差值。如圖2中,烘豆機開風速至80%時,壓差計讀值大約為40Pa,

圖2. 風速80%,所對應的壓差約為40pa。

當我們烘焙大量咖啡豆以後,會開始阻塞管線,此時排風管塞住,如圖3。

圖3. 烘焙大量以後堵塞的排風管圖

我們利用膠帶黏貼了2/3的面積,藉以模擬風管堵塞的狀況。如圖4


圖4, 以膠帶黏貼排風管,模擬66%堵塞情況

當烘豆機配有追補壓差的功能時,系統會藉由控制壓差來穩定實際排風量。以盧貝思烘豆機全自動模式為例,若當下壓差過低,烘豆機會自動調整風門,使風壓與記錄中一致。如圖2,記錄曲線中,風力80%應有的壓差值約為40pa左右。當機器堵塞時(圖5),壓差整整少了約15pa左右。

圖5. 堵塞以後量測,風速80%,壓差值約為25pa。(未堵塞時風速80%,壓差約為40pa)

為了重現當時應有的排風量,系統介入,智慧加大風門至100%左右,於極短的時間內重現記錄曲線中的壓差值(應有的實際排風量),如圖6

圖6. 開啟壓差補償功能後,智慧調整風門,穩定排風量

即便在更極端的堵塞情況下如圖7

圖7 模擬風管極端堵塞狀態

壓差補償系統仍能在短時間內補償因堵塞所流失的排風量,如圖8

圖8.透過電腦即時運算,追補風壓曲線,穩定每一鍋烘焙的排風量。

烘豆實戰

我們設計了一項實驗來測試壓差補償系統的效果如何。如圖9為了模擬現實堵塞的風管,我們用膠帶遮蓋約50%風管面積。

圖9.模擬堵塞的風管

在實驗中,我們挑選一支曲線如圖10,以盧貝思全自動模式重現烘焙手法。分別對未開啟壓差補償與開啟壓差補償做比較。

圖10.原始紀錄曲線


未配有壓差補償功能的烘豆機

圖11.未配有壓差補償功能的盧貝思烘豆機,僅風門、火力操作重現功能
市面上多數烘豆機在管路阻塞的情況下,即便照著烘焙曲線,開著同樣的風門,排風量也會受連續烘焙的影響而有所不同,情況因機種而異。如圖11。雖然電腦在極端堵塞的情況下仍重現了烘焙中的風門曲線,但壓差卻足足有了約20pa的差異。這也再一次驗證了:「同樣的風門大小,不一定代表同樣的排風量。」這也是為什麼烘豆師每隔一段時間就必須清潔機器與校正手法的原因。

啟壓差補償功

圖12.開啟壓差補償功能

改由控制壓差來穩定實際排風量後如圖12,可以發現即便在排風系統嚴重阻塞的情況下,壓差補償功能可以確保每一鍋烘焙的排風量一致,補償了20pa因堵塞造成的壓差值。電腦適當的加大風門,使壓差值趨於記錄曲線。整個豆溫的重現過程,不會有偏移的情況,即使排風管塞住了,打開壓差補償功能後,追溫又回到跟原本一模一樣的狀態,完全不受到堵塞影響,完美重現了烘焙手法!