关于浓缩咖啡机热处理与管理

当我和其他咖啡人士谈论意式咖啡机时,影响萃取温度的因素经常会出现在讨论中.
几十年来,意大利工程师一直在努力平衡热/heat与压力/pressure的关系.热是流动—它总是从一个地方移动到另一个地方,产生和消散.为了更好地控制它,我们必须了解材料和工程物理科学.
商业咖啡机中最常见的金属是铜、黄铜合金和不锈钢,它们在传递和储存热能的方式上都有很大的不同.铜的传热速度比黄铜快近3倍,比不锈钢快近20倍.热移动的速度也决定了热量消散的速度.从本质上讲,设计一台意式咖啡机的关键是决定在什么地方需要加热(以及什么时候加热)以及热稳定性.
试图保持整个系统处于一个固定温度的传统商业咖啡机实际上设计起来相当简单:设定一个固定的目标温度,尝试在热量损失和对流之间取得平衡并保持其稳定.
而现在,所有人追求的是咖啡机对浓缩萃取过程中每个阶段温度(压力完全是另一个讨论话题)进行控制,这种对变化温度的控制很难,而且还要保持萃取温度曲线的一致性和稳定性.
这就是浓缩咖啡机热处理/管理的复杂性.
第一台手拉杆式浓缩咖啡机设计于20世纪30年代末.锅炉里（水蒸气）温度大约在120°C(248°F).由于暴露在环境空气中,冲煮头温度接近30°C(86°F).锅炉里的水在较高的温度下进入冲煮头/室萃取咖啡,但冲煮头温度较低,降低了萃取咖啡的水温,实际发生的情况是高压配合低水温萃取.
传统热交换咖啡机上（子母锅炉/利用母锅炉中的蒸汽加热子锅炉中的水）,浓缩咖啡萃取周期（预浸泡,萃取,系统恢复初始状态）可以在不需要复杂电子元件的条件下达成.
但是,在萃取下一份浓缩咖啡之前,咖啡机必须在温度上保持稳定.加速萃取周期会造成冲煮头温度过高（咖啡师可以放水降低冲煮头温度）.对于传导效率较低的不锈钢冲煮头,如果有一段时间没有萃取咖啡,咖啡师还必须放水提高冲煮头的温度.蒸汽温度过高造成咖啡萃取水温上升,大量使用蒸汽的情况下又会造成咖啡萃取水温过低.
铜锅炉热交换咖啡机可以对冲煮头进行快速加热,温度循环能够快速复位.随着温度的稳定,对流热量减缓,直到系统开始平衡传热和散热.手柄不应该从冲煮头中取下,手柄对稳定冲煮头温度有帮助.上世纪80年代, Brasilia的一款咖啡机配有一个2磅重手柄用于冲煮头降温.
不锈钢传热很差,因此必须使用另一种方法将热从一个地方转移到另一个地方:水.虽然水具有很高的热质量——它可以储存大量能量——但它在转移热量方面的效率与胶合板差不多.为了稳定温度,不锈钢锅炉和不锈钢冲煮头的咖啡机必须通过水来稳定温度.
La Marzocco饱和冲煮头的设计利用水的热特性来稳定冲煮温度（冲煮头与锅炉连接的水管有两个,进水管和回水管,水可以持续循环,从而使温度保持稳定）.
Faema咖啡机利用铜对流换热和水的流动来加热冲煮头.热水从交换器的顶部流入冲煮头对冲煮头进行加热,热交换后,热水温度降低从回水管回到锅炉.热水在铜锅炉和冲煮头组成的管路系统中循环流动,Faema咖啡机能够调节冲煮头静态温度,在萃取过程中稳定并稍微降低温度.
饱和冲煮头,实际上是水储存在冲煮头的腔室中,通过尽可能接近萃取点的测量来更精确地控制水的温度.但是,无论何时将两种温度的水混合在一起进行萃取,仍需要一段恢复期来重置冲煮头温度.
关于热管理还有一个值得关注的领域:电子元件.大多数传感器都是反应性的,每当温度发生变化时,电子控制器就会对输入信号作出反应,并通过改变混合比例或使元件啮合来产生响应.其中一个挑战是,咖啡萃取不同阶段的流速不同,试图根据传感器的变化来模拟温度变化曲线是一种不完美的方法.例如,PID控制器被设计用来做一件事:预测目标温度何时达到并精确地维持目标温度.PID对温度微小波动做出的反应与调节巨大温度下降的热处理程序截然不同.
Rancilio在浓缩咖啡机上为每个冲煮头分别设定了温度控制曲线,取得了良好的效果.
最新的浓缩萃取技术是,意式咖啡机根据流量计测量的流量来调整温度.使用自定义人工智能技术将温度调整功能映射到每份浓缩的萃取.