發成果220 新新季刊第四十三卷第二期圖一烘焙機基本架構方塊圖左邊為烘焙部分, 中間為機電部分, 右邊為控制部分 ; 控制部分以單板電腦為核心, 配以觸控 LCD 顯示幕機電部分由溫度感測器馬達 / 驅動器數位瓦斯控制閥與其他機電組件組成 ; 溫度感測器使用熱偶合感測器, 用以量測烘焙室溫度,

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逸伍
7 years ago
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1 發成果前言自家咖啡豆烘焙在最近幾年又逐漸流行起來, 除了新鮮與經濟的因素外, 咖啡喜好者可以獲得個人喜好的風味以及自己烘焙的樂趣本項傳統產業產品加值開發計畫, 採用高效節能的瓦斯烘焙與 ICT 技術, 開發一種新型的咖啡豆烘焙機利用瓦斯與空氣預先混合及直火式烘焙技術, 在垂直旋轉的烘焙室內, 火源與滾動的咖啡豆直接接觸烘烤, 以提升能源效率此外更設計有一多功能的單板電腦與易操作之觸控式人機介面, 用來選取已儲存之各種烘焙模式控制烘焙程序或新建 / 調整烘焙曲線供往後使用成果顯示, 本項究所設計之架構確具環保之節能少排煙, 且產出之咖啡豆的風味品質與要求一致電子系統所參與軍通傳產高值化應用計畫, 負責依據產業需求, 有效轉化本所成熟優勢技術能量, 整合跨產業技術, 開發高值化家電產品, 優化產業體質, 提升產品附加價值本文係於 103 年度輔導瓦斯控制開關製造廠家關隆股份有限公司升級轉型, 開發高效節能瓦斯咖啡豆烘焙機計畫之執行成果論述家庭中使用器具烘焙咖啡豆的方式已有一世紀的歷史, 隨後因商業烘焙與電子系統究所即溶式咖啡的問世而逐漸匿跡然而近年來, 自家烘焙又有復活的跡象 [1-3], 除了新鮮與經濟的因素外, 自家烘焙對咖啡豆的風味與品質, 可以獲得良好控制, 不僅有趣容易, 而且只要花費 10 到 15 分鐘使用烘焙機就可完成目前市售的烘焙機, 基本上分成滾筒式與熱風式兩種, 需要依賴資深烘焙師傅的經驗才能烘出好的咖啡豆本項究則以滾筒式, 配以預混燃氣提供熱源的直火式烘焙法, 兼具有熱風式的優點 ; 預混燃氣是指瓦斯與空氣預先依一定比例混合的燃氣 [4], 燃氣在滾筒內直接接觸咖啡豆燃燒烘焙, 可以提升熱效率, 減少瓦斯的耗用量, 獲得香氣厚實的咖啡豆此外本項開發更設計有一多功能的單板電腦 (SBC) 與易操作之觸控式人機介面, 用來選取已儲存之各種烘焙模式控制烘焙程序或新建 / 調整烘焙曲線供往後使用任何人只需一點經驗就可以享受親手烘焙出可口咖啡豆的樂趣烘焙機的基本架構設計瓦斯為一次能源且無雜質, 正常燃燒後僅產生水蒸汽及二氧化碳, 是一種非常乾淨的能源, 加上火候控制容易與經濟成本因素 ( 約為電力之 0.7 倍 ), 本項究開發之烘焙機採用瓦斯熱源, 其架構如圖一所示, 主要由三個部分組成 ; 中華民國 104 年 4 月 219

2 發成果220 新新季刊第四十三卷第二期圖一烘焙機基本架構方塊圖左邊為烘焙部分, 中間為機電部分, 右邊為控制部分 ; 控制部分以單板電腦為核心, 配以觸控 LCD 顯示幕機電部分由溫度感測器馬達 / 驅動器數位瓦斯控制閥與其他機電組件組成 ; 溫度感測器使用熱偶合感測器, 用以量測烘焙室溫度, 馬達與驅動器用來轉動烘焙滾筒, 翻滾烘焙中之咖啡豆, 其它組件部分則用來建立高效能瓦斯爐具烘焙部分包含烘焙滾筒燃燒器與冷卻風扇, 燃燒器的燃氣控制是以數位方式控制, 燃燒溫度可控制到 ±1 精度, 冷卻風扇與鼓風機是讓烘焙完的咖啡豆能夠快速冷卻烘焙控制器與其他主要模組設計一烘焙控制器設計烘焙控制器是由 F r i e n d l y A R M mini 2440 單板電腦及 3.5" 觸控顯示幕 ( 像素 ) 構成 [5], 用以服務咖啡喜好者烘焙咖啡生豆本團隊藉由提供的作業系統與工具, 以 C++ 來撰寫應用程式, 就咖啡烘焙三程序的動作, 如烘焙前準備預熱, 烘焙中的進豆控溫滾豆計時測溫升溫排煙熄火, 及烘焙後之冷卻收拾銀皮清理等動作予以程式化當程式軟體功能驗證完成後, 燒入單板電腦內, 隨後藉此嵌入式軟體與內存的烘焙模式, 這控制器便能跟隨烘焙曲線, 重複一致性的烘焙而觸控顯示幕具有直覺的控制與清晰的顯示程序, 提供咖啡喜好者有效的使用烘焙機資訊, 進行咖啡豆烘焙此控制器也可用以顯示或細部調整烘焙曲線, 也設計可以有效避免錯誤的操作二咖啡豆的基本烘焙曲線烘焙咖啡豆的師傅對烘焙時使用的溫度與時間造成不同程度的烘焙豆, 賦以不同的名稱, 例如美式烘焙 (Medium Roast) 城市烘焙(City Roast) 法式烘焙 (French Roast) 等等自動烘焙機依據烘焙曲線, 較易展現特定的色香韻等風味烘焙曲線是一條以時間溫度為軸的圖形 ( 或數據表 ), 如圖二所示這曲線可以人為記錄或用計算機加資料記錄器 (Data Logger) 連結烘焙室內的溫度計自動擷取修正, 再存到控制器內當菜單從圖二可以看出, 咖啡烘焙機基本操作於溫度 220~250 之間, 烘焙時間約 8~14 分鐘, 烘焙機烘烤前預熱至 200 的程序是必要的, 開始時, 放入之生豆先是吸熱, 然後再加熱至一爆 ( 水氣釋出 ), 溫度約達 220, 此時豆子成為輕圖二咖啡豆基本烘焙曲線

3 , 具有可飲用的酸香原味持續發成果烘焙烘焙加熱, 豆子漸黑, 最後在中黑時, 會產生二爆 ( 油氣釋出 ), 溫度約 250, 豆子成為重烘焙, 具有微甜回甘與濃香苦味, 此時即需關閉熱源快速利用風扇冷卻烘焙豆, 以防豆粒再受熱變焦黑而呈苦味三烘焙室設計家用烘焙器主要是一次烘焙 300 公克以下的咖啡豆供個人享用, 以保持每次享用新鮮咖啡的滋味, 因此我們設計一個具有直徑 4.5 英吋, 長度 6.5 英吋滾筒的滾動機器, 如圖三所示, 這滾動機器由馬達驅動垂直滾轉烘烤時, 滾筒內部有用來將咖啡豆在熱環境下, 由底端帶到頂端再讓咖啡豆落下烘焙之螺旋卡板, 熱源是由預混空氣的瓦斯燃氣提供, 燃燒之火燄直接接觸滾筒中的咖啡豆烘烤烘焙室內設計有一個溫度計, 用以量測烘烤的溫度烘烤完成後, 關閉瓦斯源, 由鼓風機送風冷卻風扇抽風, 快速冷卻圖三滾筒機器結構圖四高效率瓦斯爐燃燒器設計由於咖啡豆烘焙需要提供一個超過 250 的瓦斯爐具, 考量要能容易與安全地數位化控制燃氣, 在這項計畫中, 選擇關隆公司產製的 GM391 數位瓦斯控制閥 [6] 圖四為使用 GM931 設計數控瓦斯爐具的方塊圖, 圖中 ARM 控制器依烘焙火力大小需求控制進入混合器之瓦斯流量, 同時控制鼓風機以一定比例打入空氣量至混合器, 空氣與瓦斯混合後, 再送入滾筒內的燃燒器燃燒, 這種主動混氣的機制可以讓瓦斯達到完全燃燒, 精確控溫, 以及提高熱效率與安全性如此, 混合燃氣燃燒時, 會產生較高的熱量與較低的 CO 濃度, 而且熱量大小也可以經由控制數位控制閥而得到數位化控制因此加熱的過程也就容易依據烘焙曲線執行良好的溫度控制與完全燃燒, 讓此型烘焙機只釋出水蒸氣與二氧化碳, 而且烘焙機外圍釋出的熱量少, 溫度就比較低烘焙中途若意外熄火, 電子自動點火線路會重新動作點燃圖五為此高效能瓦斯燃燒爐具重要組件, (a) 為數位瓦斯控制閥 GM931,(b) 為混合器結構圖,(c) 為混合器實體圖圖四高效能瓦斯燃燒器方塊圖圖五高效能瓦斯燃燒器重要組件 :(a) 數位瓦斯控制閥 GM931;(b) 混合器結構圖 ;(c) 混合器實體圖中華民國 104 年 4 月 221

4 發成果222 新新季刊第四十三卷第二期五人機界面設計咖啡喜好者除了選擇已儲存的烘焙模式烘焙咖啡豆外, 尚可由控制器的觸控螢幕設定或調整烘焙曲線的參數 ; 當選擇此功能時, 觸控螢幕會出現如圖六 (a) 之畫面, 此畫面分成四部分 ; 最外層圓形環用以調整時間, 中間圖形用以調整火力大小, 右下角圖形用以控制或顯示烘焙室溫度, 而烘焙機的狀態或訊息則顯示於畫面下方之文字列圖六 (b) 到 (d) 說明畫面操作情形 ; 如調整時間時, 以順時鐘方向滑動則增加烘焙時間, 反之則減少 ; 設定爐火大小時, 則往外圈滑動, 火力增大, 反之則減少 ; 螢幕顯示紅點的多寡類比於爐火大小 ; 設定溫度限制時, 點觸或滑動溫度指示範圍的位置, 畫面會顯示限定之溫度則安排於風道上出口處, 銀皮收集盒採用抽取式, 易於每次烘焙完時清潔, 濾煙器則濾除細微焦黑碳粒子, 僅讓咖啡香氣排放於室內系統整合與試驗在全系統整合前, 需先進行燃燒測試, 以求取空氣與瓦斯混合比的關係 ( 即鼓風機轉速與瓦斯流量關係 ), 存於控制器內 ; 將鼓風機燃氣混合器與燃燒爐具聯結, 如圖七 (a) 與圖七 (b), 進行混合比尋優的燃燒測試, 獲得的結果如圖七 (c) 所示, 紅色線為自來瓦斯 (NG), 藍色線為液態瓦斯 (LP); 瓦斯進氣燃燒產生之最大熱量與鼓風機轉速接近線性關係, 因此就容易獲得最佳的烘焙條圖六 (a) 具有 3.5 英吋觸控螢幕及人機界面畫面之微控器 ;(b) 時間調整 ;(c) 火力大小調整 ;(d) 溫度設定調整六其他輔助機制設計其他的設計有驅動滾筒的馬達齒輪銀皮收集盒濾煙器及冷卻風扇等銀皮收集盒濾煙器及冷卻風扇等圖七 (a) 預混燃氣爐具整合測試 ;(b) 燃燒測試 ;(c) 瓦斯燃燒熱量對鼓風機轉速關係圖

5 ( 實驗結果得知, 利用預混燃氣法提發成果件供熱源的烘焙方法, 較其他烘焙方法, 減少約 26% 瓦斯的消耗量, 同時, 釋出的 CO 濃度僅 22ppm, 遠少於其他烘焙法及 CNS 國家瓦斯室內使用安全標準的 300ppm 各組件功能組裝設計如圖八 (a), 烘焙部分設計安裝於上端, 控制及機電部分設計安裝於下端, 上下易於拆卸與清理 ; 測試完成後, 再由關隆公司委託大可產品設計公司進行全機之造型設計, 如圖八 (b) 圖八 (a) 瓦斯咖啡豆烘焙機組裝圖 ;(b) 產品之造型設計結論與展望本項究所開發之高效節能瓦斯咖啡豆烘焙機除能點選自動程序烘焙咖啡豆外, 也能幫助咖啡喜好者以些微的經驗及記錄精細地調整烘焙的參數, 如時間溫度以及熱量的增減, 以獲得個人喜好的風味換句話說, 咖啡喜好者可以很容易的選擇烘焙度及烘焙時間試驗的結果顯示, 本項究所開發之瓦斯咖啡豆烘焙機除具有環保概念, 節省瓦斯少排煙外, 而且烘出來的豆子風味品質與要求一致未來此烘焙機更換烘焙曲線, 更能成為其他豆類的烘焙機另外本案運用 ICT 技術, 輔導廠家開發具觸控程控功能之產品, 技術領先國內外業界據合作廠商關隆公司估計, 本項新產品近期可以取代進口機種, 未來更能邁入國際化, 進軍大陸及東南亞新興市場, 將可促進 50 員就業人口, 創造 10 億元商機參考文獻 [1] Davids, Kenneth. Home Coffee Roasting: Romance and Revival. St. Martin's Griffin; revised edition, November ISBN [2] Owen, Tom. "Hot Rod Home Coffee Roasters: The Spirit of Invention", Sweet Marias. Retrieved February 24, [3] roasting_coffee. [4] Hsiu-Chen Hsu and Rong-Chin Lo, "Integrated wireless value-added kitchen appliance based on zigbee link technology for eco smart home", International Journal of Applied Mechanics and Materials (AMM), 2013 [ISSN: ]. [5] mini2440/. [6] 許秀貞女士 : 國立臺北科技大學電子工程系博士候選人中華民國 104 年 4 月 223

( 三 ) 加强指导, 创新机制在统筹规划的前提下, 有效利用各方面教育资源, 引导社会办学单位参与会计人员继续教育, 并不断丰富继续教育内容, 创新继续教育方式, 整合继续

( 三 ) 加强指导, 创新机制在统筹规划的前提下, 有效利用各方面教育资源, 引导社会办学单位参与会计人员继续教育, 并不断丰富继续教育内容, 创新继续教育方式, 整合继续会计人员继续教育规定财会 2013 18 号第一章总则带格式的 : 要点, 字体 : ( 默认 ) 仿宋, ( 中文 ) 仿宋, 四号删除的内容 : 征求意见稿带格式的 : 字体 : ( 默认 ) 仿宋, ( 中文 ) 仿宋, 四号第一条为加强会计人员继续教育管理, 推进会