冰滴咖啡為什麼會越滴越慢? 一次看懂滴速不穩的5個原因。
「明明好不容易調好10秒7滴,過1~2個小時卻變成10秒剩3滴」、「辛苦調好10秒7滴,上壺水量剩一半,卻完全不滴了,害咖啡粉餿掉了」,這是使用過傳統冰滴壺,都存有不好的經驗。
那傳統冰滴咖啡壺為什麼會越滴越慢? 主要有5個主要原因,分別為: 1. 儲水槽的水位下降、 2. 流量調節閥的材質與設計、3. 水的溫度變化、4. 水路產生氣泡、5. 使用久後產生水垢。
1. 儲水槽的水位下降 :
傳統冰滴壺主要依靠水位的重力產生水壓,依據物理學的托里切利定理(Torricelli's Law),流速v = √(2gh)(h為水面到出水口的高度差),可以看出水位越高,出口流速越快。當上方儲水槽水位高時,出口承受的水壓較高,滴速相對快;隨著水位逐漸降低,出口的水壓壓力減小,滴速便會減慢,這是傳統冰滴壺越滴越慢最主要原因。
2. 流量調節閥的材質與設計 :
冰滴咖啡需要的流量非常微小,一滴水的體積約0.05ml,10秒也才0.5ml,這麼低的流量下,閥門只要有微小變化,都會產生明顯差異。調節閥的設計過於粗糙,其公差過大、閥門過鬆,會隨水流持續通過,因水的摩擦力逐漸緊縮閥門。
另方面,調節閥採用金屬設計,金屬的熱漲冷縮會直接改變調節閥的閥門間隙,當流經冰水時,金屬冷縮,間隙變大,流量較大;當水溫度升高後,金屬熱脹,間隙變小,流量就會變小。這也是傳統冰滴壺放在室溫下,越低越慢的原因之一。
3. 水的溫度變化 :
水的溫度會明顯影響流速,當水溫升高時,水的流速會變快;當水溫降低時,流速則會變慢。主要由以下兩個核心物理特性決定:水的密度與黏性、水的動能,當水的溫度升高時,水的密度與黏性就會降低、同時水的動能也會增加,導致管內位能相同的高溫水的流速會快於低溫水。
4. 水路產生氣泡 :
由於氣泡會破壞液體的連續性,並在狹窄的通道中產生極大的阻力,導致滴速變慢,這現象在物理學界稱為賈敏效應(Jamin Effect),當微小的氣泡進入冰滴壺狹窄的節流閥(或毛細管路)時,因為通道變窄,氣泡會受到擠壓而變形,變形後的氣泡,其前端與後端的表面張力會產生不平衡。這個張力差會形成一個反向的阻力,擋住後方想要推進的水流,如果水路中串聯了多個微小氣泡,這些反向阻力就會相加,嚴重時會卡死水流,這現象最常發生在設計不良的調節閥。
5. 使用久後產生水垢:
傳統冰滴壺水流較慢,自來水或礦泉水中的鈣、鎂離子會容易析出沉澱,在器具表面及管內形成水垢,當調節閥內部微小的孔隙或螺紋縫隙被水垢佔據,水流通道變逐漸縮小,滴速逐漸降低,全部堵塞時就會斷流。
BAYBON智慧冰滴咖啡機如何解決這問題 ?
1. 採用生技實驗用的蠕動泵 :
蠕動泵的運作原理是利用滾輪壓迫彈性軟管,推動管內液體前進,由於液體全程只接觸軟管內部,因此具有極高的無菌與安全性。常被用在生技醫療中的細胞培養與生物反應器(Bioreactor)進料、層析分離與純化、精準分裝與定量,其可精準到每秒0.05ml。
由馬達驅動滾輪,將馬達定速後,推動管內液體前進的速度也會一致,使得冰滴咖啡製作過程,滴速全程一致。另一方面,因全程由馬達推動液體,管內一旦產生氣泡,氣泡阻力也會大幅降低。
2. 採用高等級矽膠管及蠕動泵管 :
BAYBON機芯內部採用鉑金級矽膠管與生技專用複合管,大幅降低內管卡水垢與細菌問題。