全國高級中等學校專業群科 105 年專題暨創意製作競賽 專題組 作品說明書 群 別 : 機械群 作品名稱 : 烘豆機設計組裝實作 關鍵詞 : 烘豆機 雷射切割 板材組裝
作品名稱 : 烘豆機設計組裝實作 壹 摘要近年來雷射加工在工業應用 文創產業等使用非常蓬勃發展, 利用雷射加工 可以很容易在板材上完成切割 雕刻等工作, 不管是金屬還是非金屬材質都可以輕易切割精確尺寸的直線或曲線, 這次專題的研究是利用學校的雷射切割機台切割板材後, 設計最容易的方式組裝, 我們設計可以將螺帽以限制片固定在板件上的技巧, 以及利用雷射切割精確的特性, 設計組裝的卡榫, 讓烘豆機能夠以最少的機械加工過程來組裝完成 台灣的咖啡市場非常龐大, 相關咖啡的產業也蓬勃發展, 咖啡的品質與烘焙過程有很大的關係 烘焙咖啡的方式有瓦斯直火 電熱加熱等方式, 本研究是設計以遠紅外線為加熱源的烘豆機, 希望透過可程式溫度控制的方式, 讓烘豆的人員可以依不同的咖啡豆, 設計不同的烘豆行程, 並且利用遠紅外線加熱特性, 可以深入咖啡豆內部加熱 貳 研究動機家裡的爸媽都有在喝咖啡, 聞到濃郁的咖啡香令人精神ㄧ振 咖啡的品質與 烘焙過程有很大的關係, 搜尋網路相關資料後, 發現烘豆機的形式非常多種, 我們想以本身的機械專業及電機專業設計及製作ㄧ台符合我們想法的烘豆機, 並且實際測試烘豆效果 ㄧ 我們的研究目的如下 : 1. 了解咖啡產業的發展及烘豆機的相關產品 2. 設計及組裝完成可程式控制溫度的烘豆機 3. 以最少機械加工的方式來組裝相關機構 4. 設計組裝咖啡豆銀皮吹離機 二 研究與課程相關性研究主題 課程相關性 書籍 雷射切割 新興加工技術 機械製造 組立技術 鉗工 機械工作法 溫控電路 工業配電 基本電學實習 1
參 研究方法 ( 過程 ) 一 研究流程 研究動機 : 設計製作ㄧ台自己想要的烘豆機 咖啡飲用歷史及種類 咖啡烘焙方式 文獻探討 遠紅外線加熱方式 現有烘豆機設計 遠紅線烘豆機設計 滾筒設計機架固定方式設計入出豆口設計 加工組裝 功能測試及修正 二 文獻探討 結論 圖 1 研究流程圖 ( 一 ) 咖啡飲用的歷史咖啡發現的說法很多, 相關說法如下 : 1. 奧羅莫人的祖先是被認為是首個認識到咖啡有令人振奮的功效 2. 一千多年前, 在九世紀的衣索比亞西南部的高原地區, 一位牧羊人發現他的羊吃了一種植物的種子後, 變得十分興奮, 繼而發現咖啡 3. 有說法是當地發生了一場大火, 燒了一片咖啡林, 透過燒烤的香氣引起周圍居民的注意 人最初以咀嚼咖啡的果實來提神, 後來烘烤磨碎加入麵粉製成麵包, 最為勇士的糧食, 提高作戰士氣 到十一世紀左右, 人們才開始用水煮咖啡當作飲料 十三世紀時, 衣索比亞軍隊入侵葉門, 把咖啡帶到阿拉伯世界 因伊斯蘭教的教義禁止信徒飲酒, 有些
宗教界人士認為這種飲品刺激神經, 違反教義, 曾經一度禁止並關閉咖啡店, 但埃及蘇丹認為咖啡不違反教義因而解禁, 咖啡因此在阿拉伯地區流行了起來 咖啡 (Coffee) 這個詞源自於阿拉伯語的 (Qahwa), 意思是 植物飲料, 後來傳到土耳其, 成為歐洲語言中這個詞的來源 咖啡的種植與製作方法在阿拉伯人不斷改進而逐漸完善 ( 二 ) 咖啡豆的種類咖啡生產地帶 ( 咖啡帶 ) 介於北緯 25 度到南緯 30 度 咖啡得種植之所以集中在這一帶狀區域, 主要是受到氣溫的限制 因咖啡樹容易受到霜害, 無論是緯度偏北或偏南都不適合, 以熱帶地區為宜, 此地區的熱度和濕度最適合為咖啡的種植 目前全球約有 66 個國家種植咖啡豆, 可分為 Arabica Robusta Liberica 三種,Arabica 為目前主要的咖啡豆品種, 產量約占 80% 其香味 品質均較為優秀 而 Robusta 因品質較差, 所以都用來製成即溶咖啡 Liberica 因品質 產量少, 很少被提及 因為咖啡的風味會因栽種地區的經緯度 土壤 栽焙方式 處理方法而有所不同, 因此市面傷的咖啡豆主要以國家名 產區甚至港口來命名 以下為各種常見咖啡豆的產地及特色介紹 : 藍山咖啡 (BLUE MOUNTAIN) 藍山咖啡是生產於牙買加藍山海拔 2500 尺以上的咖啡豆, 有一種微酸 柔順 帶甘 風味細膩的咖啡 ; 純藍山咖啡口感 香味較淡, 但喝起來卻非常香醇精緻 ; 具有貴族的品味, 乃咖啡中之極品 因為藍山地區的氣候 土壤 空氣合宜, 拿一樣的藍山品種的種苗移植到氣候類似的地方, 生產出來的品質都無法比擬真正的 藍山咖啡 摩卡咖啡 (MOCHA ) 目前以葉門所生產的咖啡為最佳, 其次為依索比亞的摩卡 ; 摩卡咖啡帶潤滑中之中酸至強酸 甘性特佳 風味獨特, 含有巧克力的味道 ; 具有貴婦人的氣質, 是極具特色的一種純品咖啡 在美國摩卡奇諾就是指加入了巧克力的義式卡布奇諾與義式卡布奇諾相同, 摩卡咖啡上面也有牛奶泡沫, 不過有些時候會以打發的鮮奶油取代 摩卡咖啡頂上常會加上一些肉桂粉或者可可粉 有時候也會在上面加上棉花糖增加風味或做為裝飾 哥倫比亞咖啡 (COLOMBIA) 哥倫比亞咖啡中以 SUPREMO 最具特色, 其咖啡柔軟香醇 ; 帶微酸至中酸, 其品質及香味穩定, 屬中度咖啡, 是用以調配綜合咖啡的上品 哥倫比亞咖啡屬於阿拉比卡種, 處理方式則用水洗處理法 煎焙過的咖啡豆, 會散發一種甜香, 口感不錯, 具有獨特的酸味, 而且由於濃度適中, 經常用於高級的混合咖啡 3
曼特寧咖啡 (MANDELING) 曼特寧咖啡是生產於印尼, 蘇門答臘中最具代表性的咖啡 ; 風味香 濃 苦, 口味相當強, 但柔順不帶酸, 是印尼生產的咖啡中品質最好的一種咖啡 印尼蘇門達臘地區自十八世紀開始栽植咖啡, 但一直沒有受到外界的注意 到 50 年代, 派駐當地的日本士兵偶然間喝到當地 蘇門達臘 出產的咖啡, 向咖啡小販詢問咖啡名稱, 小販誤以為日本士兵詢問 你是什麼族人 故回答 曼特寧, 實際上曼特寧是蘇門達臘島當地一個種族的名字 一般曼特寧咖啡應有的濃郁粗曠野香之外, 頂級黃金曼特寧咖啡經專家團隊不斷的調試 努力下, 成就出口感更圓潤 更香醇 更厚實的極品 蘇門達臘黃金曼特寧 曼特寧屬於深度烘焙咖啡豆, 味道濃郁, 厚實香醇, 適宜的甘苦味, 幾乎不帶酸味, 是品嚐重口味咖啡的最佳選擇 碳燒咖啡 (CHARCAL FIRE) 炭燒咖啡是指島國的一種重度烘焙的咖啡, 味道焦 苦不帶酸, 咖啡豆有出油的現象, 極適合用於蒸氣加壓咖啡 正宗的炭燒咖啡一般用碳火深度烘焙 ( 烘焙分煤氣 碳火和紅外 ), 色澤較黑, 味道又香又醇, 品起來不覺得酸, 如果加煉奶又有一番風味 巴西咖啡 (SANTOS) 巴西乃世界第一的咖啡生產國, 粒大, 淡綠或為淡黃色的豆, 因為當地豆子多以日曬法處理, 中間的裂紋呈褐色, 所產之咖啡, 口感中帶有較濃的酸味, 配合咖啡原有的甘苦味, 入口極為滑順, 且帶有淡淡的青草芳香, 在清香為中略帶苦味, 是調配溫和咖啡不可或缺的品種, 是大部分人都可以接受的咖啡 從盛產咖啡豆出口大國巴西所生產的咖啡豆所精選的極品之稱 肯亞咖啡 (KENYA AA) 是非洲高地栽焙的代表性咖啡 肯亞的咖啡分級制度採 AA-Plus(AA+) AA AB 三種來區別, 此分級法係指以咖啡豆的粒徑均勻度來做區隔, 而非指咖啡品質的良劣 其咖啡豆肉質厚呈圓形, 味濃質佳, 通常採用淺焙 清晨起來喝一杯肯亞, 具有醒腦的效用 非洲地區向來是世界上最好的咖啡產地之一, 且多以迷人的酸 香氣聞名全球, 肯亞當然也不缺席 肯亞是東非的咖啡大國, 也是極重要而不可取代的產國之一, 緊鄰世界咖啡的原生地衣索比亞共和國隔壁 夏威夷咖啡 (KONA FANCY) 屬於夏威夷西部火山所栽焙的咖啡, 也是美國唯一生產的咖啡品種, 口感較強, 香味濃, 帶強酸, 風味特殊 品質相當穩定, 是前往夏威夷的觀光客必購土產之一 真正的夏威夷科纳咖啡帶有焦糖般的甜味, 讓人享受獨特的快意, 引你慢慢進入品嘗咖啡的超然狀態 而這完全來自于最古老的阿拉比卡咖啡樹 4
表ㄧ 常見咖啡豆的種類及風味說明 名稱 產地國家 地區 酸 甘 苦 醇 香濃 附註 藍山 (BLUE 牙買加 MOUNTAIN) 西印度群島 中美洲 弱 強 強 強弱 最高品質 摩卡 (MOCHA) 衣索比亞 非洲 強 中 強 強 強中 特殊風味 曼特寧印尼 (MANDELING) 蘇門達臘 亞洲 中 強 強 強強 特殊風味 哥倫比亞 (COLOMBIA) 哥倫比亞 南美洲 中 中 中 強中 標準品質 羅姆斯達印尼 (ROBASTA) 爪哇島 亞洲 中 強 中 中強 苦味特佳 瓜地馬拉 (GUATEMALA) 瓜地馬拉 中美洲 弱 強 弱 強 中中 特殊風味 巴西聖多士 (BRAZIC 巴西南方 南美洲 弱 弱 弱 強 高級品質 SANTOS) 哥斯大黎加 (COSTARICA) 哥斯大黎加 中美洲 中 弱 弱 中 中弱 一般品質 秘魯 (PERUR) 秘魯 南美洲 弱 中 弱 中 中中 宜配合用 ( 三 ) 咖啡烘烤的方式咖啡烘豆機常用的加熱方式如圖 2 所示, 專業用烘焙機又可分為兩大類型 : 1. 滾轉式 (Drum): 傳統的烘焙機設計, 所需時間較長約 12 至 25 分鐘, 比較適合慢炒, 風味較低沈 龐雜 2. 熱氣式 (Hot-Air): 新式的設計, 其導熱較佳, 可縮短了烘豆時間, 約 5 至 13 分鐘即可出爐, 適合快炒, 快炒豆較明亮 活潑, 酸味較尖銳 咖啡豆烘焙的深淺會影響咖啡風味和咖啡因含量, 若當咖啡豆淺烘焙時, 其果酸味較濃, 咖啡豆烘焙愈深時酸味會變淡, 甘苦味則會變明顯, 而且咖啡因也會在烘焙過程被破壞, 也就是說深烘焙咖啡豆的咖啡因含量比淺焙少, 所以咖啡的酸味及咖啡因含量和烘焙度呈反比 圖 3 為目前市面上販售的烘豆機, 針對不同的市場作設計, 有個人化烘豆機, 也有專業量產的烘豆機 5
圖 2 烘豆機的加熱方式 圖 3 市面上販售的烘豆機 6
( 四 ) 烘豆流程烘豆機的操作大致依如下流程進行 : 啟動及預熱 --> 秤重 --> 進豆 --> 烘焙 --> 下豆及冷卻專業烘豆師傅會針對不同的豆類及顧客需要烘出不同的口味, 烘焙的溫度控制及時間控制會影響咖啡的口感, 因此ㄧ台好的烘豆機在烘咖啡豆時, 對於每ㄧ種口感的咖啡豆烘製重現性就很重要, 因此烘豆機的各項控制須要能穩定進行 圖 4~5 為各種不同烘焙程度的咖啡豆 圖 4 咖啡豆烘焙顏色變化 圖 5 烘焙度對照圖 ( 五 ) 遠紅外線的加熱特性遠紅外線 (Far Infrared, 縮寫 FIR), 一般是指光譜上位於 15~1000um 波長區域, 屬於紅外線的波長範圍如圖 6 生物體可以 熱 的形式, 感受存在於 4um~14um 範圍的遠紅外線, 遠紅外線與人體的分子會產生共振, 可以促進微血管擴張, 使血液循環順暢, 促進新陳代謝, 進而增加身體免疫力, 因此此段遠紅外線又稱為 生育之光 任何物體只要其溫度高於絕對溫度 (0 度 K 或攝氏零下 273 度 ), 就會發射出紅外線 發射出的紅外線是以連續性的頻譜展現 (0.8 微米 ~1 毫米 ), 當物體本身溫度上升, 則發射出的紅外線強度也會隨之增強, 大約是以溫度的 4 次方這個比例增強 如果物體的溫度提升多 1 倍, 則每單位面積發射出的紅外線能量能提升 16 倍 以紅外線來加熱物體, 很重要的一件事是發射紅外線的物體 ( 熱源 ) 之溫度要很明顯的高於被加熱物, 如此才能保證淨能量流動是流往被加熱物 物體溫度提升時的另一個明顯效應就是發射的紅外線的波長變短, 越來越多的能量是以短波紅外線的形式或可見光發射出去 一般業界, 賀利氏把波長區分成三種波段 : 短波 中波 長波 ( 即遠紅外線 ) 短波 : 波長小於 2 微米中波 : 波長介於 2~4 微米長波 : 波長大於 4 微米註 :1 micron meter = 1 微米 = 10E-6 公尺, 是 1 mm 的千分之一 7
圖 6 紅外線光譜 圖 7 光線照射物體後結果 紅外線如何加熱物質?( 吸收光譜 - 物質吸收紅外線能量的依據 ) 當電磁波遇到物體時, 只有三個可能會發生, 此輻射被反射 ( 就像鏡子反射光線一樣 ) 或此輻射穿透物體( 就像光線穿透玻璃一樣 ), 或者此輻射被物體吸收 只有被吸收的部分才能夠有加熱的效果如圖 7 所示 使用紅外線烘豆的好處 : 1. 超強穿透力均勻烘豆傳統的直火式 熱風式烘豆機, 熱比較不易傳到豆子內部, 會使烘出的豆子內外烘焙程度不均, 使咖啡豆風味變差, 產生焦 苦味 使用遠紅外線具有很好的穿透力, 可以將咖啡豆由內到外均勻的烘焙 2. 超高效率烘豆傳統的直火式 熱風式烘豆機, 由於熱源是火, 要達到 200 度高溫常需要等待時間, 還要考慮到鍋爐受熱不均的問題, 陶瓷遠紅外線加熱裝置可水平及垂直安裝, 加熱源可以使火力集中, 效率更高 3. 低酸咖啡利用遠紅外線烘豆, 因為由內而外受熱均勻, 生豆內所含的酸類在烘焙過程中很早便轉變, 可以烘焙出低酸的咖啡豆 三 遠紅外線咖啡機設計由於學校有金屬雷射切割機, 所以我們設計的咖啡機構造以不銹鋼鋼板來組裝, 希望不需要太多專業的機器等方式, 以最簡單方便的方式組立 ( 一 ) 機架及外殼設計最初的設計方式是以鋼板透過固定塊來固定機架, 設計如圖 8 所示, 我們先以 AUTOCAD 來繪製 2D 圖, 設計各塊板材的相對位置及接縫卡榫處, 設計完成實際加工鋼板組裝如圖所示 經過測試後具有烘咖啡豆的功能, 可是外形不美觀, 且固定塊的設計須要再加工如圖 9~10, 所以我們構想以較簡單的方式組裝, 設計完成的烘豆機主體如圖 11 所示, 上面修改為圓形較為美觀, 同時固定方式修改為如圖 12 所示, 在不銹鋼板切割時就切割出螺帽固定處並且利用ㄧ片限制鋼片將螺帽限制於槽內不會掉落, 鎖緊螺絲可以直接鎖固機架 8
圖 8 第ㄧ代的設計 2D 圖 圖 9 板金固定方式 圖 10 實際安裝情況 圖 11 新ㄧ代烘豆機機架外型設計 圖 12 新設計固定螺帽的方式 9
我們使用四支遠紅外線陶瓷如圖 13, 安裝在滾筒的左右及下方 45 度角度的位置, 每支加熱器有四條電線, 兩條為加熱電源線, 另外兩條為溫度偵測線 圖 13 遠紅外線陶瓷長方弧形加熱板 (240mm x 60mm) ( 二 ) 滾筒設計遠紅外線必須直接照射咖啡豆, 因此滾筒外表須要有孔隙, 我們先將支架焊接起來, 如圖 14 所示, 內部有撥片, 可以使咖啡豆在翻滾時可以更均勻攪拌, 同時當出豆口開啟時, 撥片可以將豆子往出口移動, 咖啡豆就會自動滾出來 外層披覆不銹鋼網, 完成組裝如圖 15 所示 圖 14 組裝撥片完成的滾筒 圖 15 安裝於機架上的滾筒 ( 三 ) 驅動馬達連接設計方式第一代的驅動馬達與滾筒連接方式為撓性聯軸器如圖 16, 雖然撓性聯軸器可以允許軸心略為偏移, 但是若馬達心軸須與滾筒心軸歪斜嚴重時, 一樣會影響滾筒的轉動 第二代的連接方式我們使用齒輪, 如圖 17 所示, 安裝上較為容易, 同時烘豆過程中的熱有較不會傳到馬達心軸上, 中心線有偏移時也可以順暢運轉 圖 16 以連軸器連接 圖 17 齒輪連接方式 10
( 四 ) 入豆口設計咖啡豆入豆口位置與抽氣口相同位置, 如圖 18 所示咖啡豆從漏斗放入後, 我們設計ㄧ個閘門可以先將咖啡豆留在漏斗內, 當開始烘豆時再將閘門放下如圖 20, 咖啡豆就進入滾筒內, 同時閘門下方有檔片可以限制咖啡豆不會彈跳到抽氣管內 完成的閘門如圖 19 所示 另外原本的入豆漏斗是買現成的圓形, 安裝後會使整體高度變高, 因此我們第二代設計成方形漏斗, 直接以 0.5mm 的不銹鋼板點焊而成, 圖 21 為點焊過程 完成的漏斗如圖 22 所示 圖 18 入豆口設計圖圖 19 入豆口閘門圖 20 閘門控制把手 圖 21 新設計漏斗點焊組立圖 22 安裝完成的入豆漏斗 ( 五 ) 出豆口設計出豆位置如圖 23 所示, 當烘焙豆子完成後, 就可以出豆冷卻了, 開門設計方式使用配重控制, 門板上開有ㄧ觀景視窗, 可以觀察咖啡豆在烘焙過程的顏色變化, 出豆後咖啡豆經由導槽滾入冷卻網槽內冷卻如圖 24 圖 23 出豆口位置 圖 24 出豆時情況 11
( 六 ) 溫度控制電路設計烘焙豆子過程中, 溫度控制非常重要, 因此對於烘豆機各部位的溫度須要能顯示出來, 如圖 25 所示, 其中ㄧ支溫度計安裝於滾筒心軸內 ( 桶溫 ), 可以偵測滾筒中央的空氣溫度, 另外ㄧ支溫度計安裝於出口左上方 ( 豆溫 ), 因為烘焙時咖啡豆會集中在該位置滾動, 使用溫度計直接測量咖啡豆的溫度 第一代烘豆機相關溫度控制 馬達轉速控制等電子儀器安裝於左側機架上如圖 26, 第二代烘豆機的相關電子儀器則裝置於下方控制盒內 圖 25 溫度計安裝位置 圖 26 控制面板 溫度計測量的溫度可以透過傳輸線與電腦連結如圖 27, 利用軟體來顯示溫度變化, 同時可以畫出溫度曲線圖, 控制電路單線圖如圖 28 所示 圖 27 溫度控制 圖 28 控制電路系統圖 四 其他配件安裝 1. 氣門控制烘豆過程中, 熱氣的抽氣會影響烘豆的溫度變化, 因此風門設計如圖 29, 可以透過無段調整來控制排氣的流量, 盡可針對不同豆子的烘焙過程設計較佳的風門控制 12
2. 觀景視窗的安裝為觀察入豆及排煙 去銀皮效果, 我們安裝如圖 30 的觀景窗, 由於咖啡烘焙過程會產生粉塵, 觀景窗設計成易拆方式, 可以更換擦拭 圖 29 氣門調整片 圖 30 氣門排氣觀察窗 五 烘焙測試第一代烘豆機組裝後, 實際測試烘豆效果, 完成的咖啡豆如圖 31 所示, 可以針對不同的咖啡豆進行淺焙 中焙或是深度烘焙 烘焙成果如圖 32 所示 圖 31 第一代完成的烘豆機 13
圖 32 咖啡豆烘焙測試成果 肆 研究結果 一 烘豆機各功能及動作測試結果修正根據ㄧ些有經驗的烘豆師父表示, 烘豆過程須要聞味道 看顏色 聽爆聲 量溫度 測時間這幾個動作如圖 33, 我們設計的烘豆機須要有聞味道的功能, 入豆口閘門設計成可同時封閉抽氣系統的閥門, 也可以使烘豆機內部氣體從入豆口排出, 讓烘豆師傅可以確認味道 圖 33 烘豆機需要有的功能 14
二 烘豆機的溫度控制效果我們將溫度控制的各項數據取出, 完成的曲線如圖 34 所示, 分別有桶溫 ( 淺藍色 ) 風溫( 氣門處溫度 ) 豆溫( 紅色曲線 ) 加熱器溫度( 綠色曲線 ) 加熱器程式設定溫升 ( 黑色曲線 ), 各種豆子的烘焙溫度及程序會影響其風味, 因此我們需要將加熱器的加熱設定成不同的加熱程序, 並且可以記錄起來, 以這支 西達摩 咖啡豆, 他的加熱曲線為綠色, 當其曲線較陡時表示加熱速度較快, 因為生豆進入滾筒後會瞬間降低筒溫, 因此我們將溫度控制設定快速加熱, 讓豆溫能越接近黑色曲線上升, 烘豆機的效能會越好 風溫及桶溫曲線是作為烘焙參考, 了解烘豆過程溫度變化與其他溫升的關係, 可以在不同的咖啡豆類中分析其烘製過程中得差異性 圖 34 咖啡豆烘焙過程中的各項溫度曲線 15
伍 討論一 本台烘豆機烘豆重現度測試 烘豆過程可能會因為當天溫度及溼度不同, 及生豆儲存的時間長短而有不同的效果, 因此我們將同一種豆子在不同的時間烘焙, 得到的溫度曲線如圖 35 所示, 我們烘焙的豆子是薇薇特南果, 分別在 105 年 2 月 23 日 2 月 25 日 3 月 7 日各烘焙ㄧ次, 其中 23 日及 25 日的豆溫變化曲線較為接近,3 月 7 日的烘焙溫度曲線在開始 6 分鐘有差異, 但是後面的加熱溫度曲線則是非常接近 前面的加熱過程為升溫脫水階段, 會因為天氣濕度及室溫不同而略有變化, 但對於咖啡豆的風味影響較小, 後面的階段對於咖啡豆的風味影響較大, 從曲線中也可以發現後半段的豆溫曲線都非常接近, 表示我們設計的烘豆機可以ㄧ不同需求設計加熱程序, 同時也有相當重現性 溫度 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80-117.9-0.5 15.1 16.8 14.2 11.2 6.8 4.2 300 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 時間 ( 分 ) 圖 35 不同時間同一種豆子烘焙溫度曲線圖 6.4 7.1 8.9 8 8.5 4 5.3 7.2 溫度差 加熱器 600 500 400 溫度曲線 2016/02/23 設定溫 950 克 ->, 薇薇特南果 2 月 25 日 3 月 7 日 加熱器 16
二 銀皮去除裝置咖啡豆在烘製過程中, 咖啡豆表面的銀皮會脫落, 由於質輕可以經由排風系統吸走, 可是對於部分咖啡豆種類, 會產生較多的銀皮, 若沒有清理乾淨時, 沖泡咖啡時會產生不好的味道, 我們針對這個部分設計ㄧ台銀皮去除機, 利用風力來吹除銀皮 最早設計為單向如圖 36, 使用排風扇來分離銀皮, ㄧ個排風扇往咖啡豆吹氣, 另外兩個排風扇吸氣產生負壓將銀皮吸入過濾網內, 測試後另外構想可以讓氣體循環的設計, 因此我們完成如圖 38 的循環式銀皮吹離裝置 圖 36 單抽吹氣銀皮分離器 圖 37 實際組裝完成的銀皮分離器 圖 38 循環式銀皮去除裝置設計 圖 39 完成的修正銀皮去除裝置 17
修正後的銀皮吹離裝置實際測試, 結果如圖 40 所示, 可以發現銀皮都會集中收集合中, 表示可以有效分離銀皮, 未來設計上希望能將體積減小, 節省空間的浪費, 並且能有效分離銀皮 圖 40 收集到的銀皮 陸 結論 本研究是透過學校的機器設備, 經由機電整合來實作ㄧ台烘豆機及相關附件裝置, 由於咖啡市場非常龐大, 烘焙咖啡的方式也非常多樣, 使用遠紅外線加熱的烘豆機較為少見, 我們使用陶瓷加熱器當作熱源, 同時利用其產生的遠紅外線來深入咖啡豆加熱, 減少內生外熟的結果 自製第一代烘豆機可以運作, 我們針對第一代烘豆機的缺點改良製作第二代烘豆機, 希望將ㄧ個資深的烘豆師父想要的功能呈現出來, 讓烘豆師父可以針對不同品種的咖啡烘出他想要的不同口味咖啡豆 柒 參考資料及其他 1. 施忠良著, 機械基礎實習, 新文京出版社, 民國 98 年 2. 韓懷宗著, 咖啡學秘史 精品豆與烘焙入門, 時周文化,2008 年五月 3. 醜小鴨咖啡師訓練中心, 手沖咖啡大全, 東販出版,2015 年一月 4. 參考網站資料來源 : 紅外線加熱技術原理,http://weidon.com.tw/index.php?action=skill, 技術資料 2015 台灣國際茶酒咖啡展全華商行 CH6 遠紅外線烘豆機, http://caferedbean.blogspot.tw/2015/11/2015-ch6.html Uncle Coffee 咖啡大叔,http://dunway999.pixnet.net/blog 5. 中華民國專利檢索系統 :http://twpat6.tipo.gov.tw/tipotwoc/ 18