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液体灵魂2018-06-27 17:11:18

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前篇讲了烘焙中的热能,本来说这篇写如何改进R200的热转移效率。不过想了一下,没有风的话,火的作用将无法真实作用与烘焙过程。烘焙过程中对风的操控有时甚至比火更多,可以说无风不烘焙。


风助火势,火趁风威——赤壁之战曹操就因为忽视了风而吃了大亏。这个道理很简单,但如果对于烘焙只理解到这个程度,那仍然是要吃亏的。

理想的烘焙过程中,冷空气被充分加热,顺利导入滚筒内加热豆子,再顺利排出,同时尽可能提高空气导热,降低滚筒导热。(具体参考上文热风机的性能

风是空气的相对移动

烘焙过程中空气产生相对移动的原因

1、烟囱效应——热空气密度低,往高处流动。烟囱效应强度随进风口和排风口高度差增大而加强,以及随流通管道内和外界的温度差(密度差)增大而加强。


烟囱效应使整个烘焙机从进风口到排风口可以看做一个曲折的烟囱。,当火排点火后加热空气使燃烧室产生上升压,以及进气口和排气口的高度差,协同作用产生烟囱效应。

(逆烟囱效应——当低温域为密闭状态时高温气流向低温区流动,低温区温度上升,密闭空间变负压导致吸气。如果将进气口封闭,使燃烧室变成密闭空间,将导致火排上方热空气向下流动,发生逆烟囱效应)

2、风机:开启风机产生的压力将空气向排风口输送,此压力使靠近风机的部分空气流速突然变快,导致密度下降,结果使烟囱效应加强,即燃烧室上升压增强。

3、风门:风门可以限制风机产生的上升压,风门全开时限制为0,全关时等于没有排气口,风机100%被限制。


以半热风机器为例


4、压差,高压区向低压区流动,压差越大,空气流速越快。

随着烘焙进行,气流路径中烘焙机的各部位温度变化不同,产生压差。而压差的变化导致气流的流动方向,速度,产生重大影响变化,深刻地影响了豆子的加热状况。此部分也是最复杂,最难控制的。


压差如何变化及其影响

烘焙过程中压差可能发生的情况

1)燃烧室温度(压力)>滚筒内部温度(压力)>外界温度(压力)

此时冷空气从进气口进入在燃烧室加热,再进入滚筒加热豆子,再由排气口顺畅排出。

只要满足此压力温度的梯度,则唯一需要小心的是火力过大,导致滚筒过热烫伤或烧焦豆子表面。

2)燃烧室温度=滚筒内部温度>外界温度,同时

      燃烧室压力≥滚筒内部压力>外界压力

     因为滚筒内部温度仍比外界高,所以烟囱效应存在,燃烧室即便温度与滚筒内部一样,仍有上升压,但是压差变小,空气流速相对变小,对豆子的影响是空气传导热比例下降,滚筒传导热比例上升

造成这种情况的原因是火力不够。但有时我们也会需要这种情况,尤其是在后背后期,如果滚筒带来的辐射热超过了预期,此时如果加火豆子则会烫伤或偏离烘焙计划,只能降火来平衡豆子吸收的总热量,由此带来的副作用就是空气传导热比例下降。

3)滚筒内部压力温度>燃烧室压力温度>外界压力温度


此时燃烧室内空气的上升压和来自滚筒内部的压力发生对流,在火排附近产生湍流区。(湍流发生的标志是火焰发生不规则晃动,而不是直直向上)湍流会使燃烧室的空气上升受到阻碍,从而使热量堆积在燃烧室附近,导致滚筒下侧温度变高。同时滚筒内部气流仍向排气口方向排气,压力下降的同时温度也下降,随后重新回到燃烧室温度>滚筒内部温度>外界的情况。

对豆子的受热影响是,辐射热上升,空气传导的热量明显下降,滚筒传导的热量大量上升。

造成这种情况的原因是总上升压不够,即

①火力不够(视烘焙目的决定,如果是烘焙后期总热量已经超过所需则火力越低越好)

②风门和风机的效率不够。这里如果风机本身最大功率不够时风门就失去了作用。风机功率够的情况下即为风门开启不够。

4)滚筒内部温度>燃烧室温度>外界

      燃烧室压力>滚筒内部压力>外界

造成这种情况的原因是风机功率太大同时风门也太大。过大的上升压使冷空气来不及被加热就被导入,导致在比情况3)更低的温度区间和更靠近滚筒的地方甚至在滚筒内部发生剧烈湍流。对豆子的受热影响是失温。


综合上述几种情况,只有情况1)是我们希望发生的。

但是要注意,随着烘焙过程的进行,即便火力不变风门不变,由于烘焙机(主要是滚筒)蓄热升高,对内部空气的热辐射也增高,导致滚筒内部温度压力会随烘焙过程进行而越来越高。一般来说烘焙过程越往后,辐射热的比例越大,而实际豆子需要的热量使越来越小的,所以随着烘焙过程进行,风火的合理配置范围会越来越小,稍有差池就会使烘焙结果相差甚远。

所以为了达到正确操控烘焙中的温度与压力差,即风和火,是首要任务。

此时如何能迅速辨别火力和压差的实时情况,就必须借助一些设备和技巧。

1)看豆色豆貌,闻味道。这也是早期机器构造简单没有其他辅助设备时的唯一手段,需要大量的经验

2)以取样孔位置的气流状态来辅助判断滚筒内部的压力状态。这种方法费时费力,优点是比较直观

3)压差计,其作用是测量探针位置的相对压力(负压),探针位置一般在风门与滚筒之间。

4)电脑烘焙软件。可以实时显示烘焙过程中各位置的温度情况,可以记录大量信息,将操控烘焙过程的准确性大大提高

5)看火排,火焰的形状可以判断是否发生湍流,火焰的颜色可以判断是否完全燃烧,或吸气量过大

以上几种手段在不同情况下都有其价值。尤其是观察豆色豆貌闻味道是对烘焙情况最根本的判断。

此外还有一些细节,也会不断得使整个烘焙机的压力变化产生影响,如果不注意会对风火的操控产生偏差。

比如:

烘焙环境:如果在密闭的空间内烘焙,则会使环境产生负压(只有排气),导致排气作用减弱,甚至发生氧气气不足,产生危险。

银皮桶密封性:很容易忽略银皮桶作为气流通过路径的一部分这一事实,而如果银皮桶没关紧或有其他不密封的情况空气会从缝隙进入导致风机的作用减弱。同时也会是银皮桶内的银皮发生燃烧的可能性。

排烟管:烟囱效应与排烟管的高度呈正比,与排烟管的半径的平方呈反比。同时排烟管的水平长度和曲折程度都与烟囱效应呈反比。

滚筒转速:转速越高则排气作用越强。同时改变豆子与滚筒接触方式。

进气口:进气口的大小跟烟囱效应呈反比。即进气口越小,烟囱效应越强。进气口在无风门机器上可以一定充当风门作用。

进豆口与出豆口:一般烘焙过程为关闭,但是一旦开启则会立即改变压差和温度,属于特殊操作。

让风以合适的速度合适的温度,顺畅的进入滚筒内加热咖啡生豆再顺利的排出,同时控制好滚筒的温度,就可以得到好的结果。

日式慢焙和北欧快焙有广大的爱好者,其风火的操控也跳不出上面的基本道理。




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