應用熱泵低溫低濕乾燥台灣咖啡

應用熱泵低溫低濕乾燥台灣咖啡生豆之可行性探討

•屏科大機研所 謝欽城.鍾志琛•

一、前言

咖啡樹屬茜草科常綠喬木(圖一)，以赤道為中心，南北緯23.5度的熱帶地區，雨量豐沛、平均氣溫約15~30℃是最好的栽培咖啡帶（COFFEE BELT）。在咖啡生產地區中，生咖啡豆的加工方式有二種，為乾式加工法及濕式加工法，乾式較為簡單，製程中對於咖啡豆的傷害較少，但品質較差偏酸性;相對的，濕式加工法需要嚴格的控制採收條件，雖然加工過程較為複雜，但品鑑專家均認為所得咖啡生豆的品質較佳。

本文目的為探討利用低溫低濕乾燥法乾燥國產咖啡生豆可行性。

二、熱泵低溫除濕乾燥機之構造及作業流程

熱泵低溫除濕乾燥機原理是以冷凍壓縮機取代一般乾燥機內之燃料或電力加熱器，利用冷凍機將乾燥室所排出之空氣中所含熱能加以凝集、回收，做為加熱的能源，故可節省可觀的能源費用，如圖二所示。

三、乾燥實驗

咖啡生豆的製程包括：(1)水選：浸水利用比重原理淘汰不良之咖啡果實。(2)去外皮：將優良的咖啡果實，置入去皮機中，使外皮與帶殼的咖啡豆分離。(3)發酵：去外皮後的咖啡豆浸置於水中約24～36小時，然後以清水搓洗數次至內皮沒有滑溜的感覺，確保發酵過程而不會帶走味道。(4)脫水：將洗淨之咖啡生豆置入脫水機中約 2~3 分鐘，使附著水分減至最少，再取出日曬乾燥(傳統法)。現改用熱泵低溫除濕乾燥機，以30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃乾燥實驗，依實驗時間及成分分析來選定後續之方向，結果如表一所示。

表一 台灣咖啡生豆乾燥時間及成分分析表：﹪

溫度	時間	水分	脂肪	蛋白質	糖分	單寧酸	礦物質	粗纖維	咖啡因	可溶物
日曬法	5-7天	11.60	5.92	12.50	8.33	5.0	7.34	20.08	0.64	28.59
55℃	26 hr	11.43	5.58	12.80	7.54	4.6	7.53	19.56	0.89	30.07
50℃	30 hr	11.53	6.45	12.58	8.40	5.2	7.51	28.64	0.94	18.75
45℃	34 hr	11.63	5.21	12.40	7.25	5.0	7.52	24.95	0.64	25.40
40℃	48 hr	11.46	4.74	12.30	7.11	4.8	5.71	18.33	0.59	34.96
35℃	66 hr	11.46	4.96	12.26	7.59	4.5	6.96	19.20	0.53	32.54
30℃	76 hr	11.18	4.98	12.16	4.47	4.3	7.18	18.00	0.49	37.24

表二 參考文獻咖啡生豆乾燥時間及成分分析：﹪

溫度	時間	水分	脂肪	蛋白質	糖分	單寧酸	礦物質	粗纖維	咖啡因	精華部
日曬法	5-7天	11.3	11.7	11.8	8.0	6.0	4.2	28.6	1.3	17.1

四、結論

經由上述之實驗數據 分析結果如下(1)以熱泵低溫低濕乾燥來取代傳統日曬法時以50℃乾燥方式可縮短乾燥時間10～26hr ；(2)50℃乾燥結果之成品品質比較接近文獻之日曬法品質(表二)。綜合以上資料選擇50℃低溫低濕乾燥，較符合經濟效益及品質的穩定性。(作者謝欽城連絡電話：08-7703202轉7007)

圖二 乾燥機空氣循環示意圖

替代能源之型式

替代能源之各種型式：

More stringent air-quality standards and improvements in technology are driving efforts to generate power from non-traditional sources of energy, as well as improve some older methods.

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How Diesel Locomotives Work

二衝程引擎

How Diesel Locomotives Work

Description:
The diesel locomotive is one of the coolest modes of transport out there. Massive machines like these are just full of technological treats! If you feel like taking a behind-the-scenes tour, get on board. Explore a hybrid-diesel locomotive -- from engine to engineer controls.

現代淘金潮：玉米汽油

美國為了擔心糧食生產過剩，以每英畝48美元的代價，鼓勵休耕。但目前因為能源價格高漲，使用玉米釀製乙醇，使得玉米的生產量提高。目前美國有家ＡＤＭ公司專門利用玉米釀製酒精，然後以85:15 h的比例與汽油混合，成為所謂的E85混合燃料（英文為methyl tertiary butyl ether, 簡稱 MTBE）。這家公司已經生產30年，承最近油價上漲之際，似乎利潤頗豐。在原油接近70美元一桶時，其利潤每英斗玉米可達五美元，而玉米之市場價格才僅二美元。

不過農業專家與能源專家仍然懷疑，就整個能源之應用而言是否真的合算。目前這些釀製乙醇的公司不但受到美國政府補助，而且在營業稅上也有51％的優惠。現在玉米市場價格平穩，倘若超過三美元，整個飼料市場就會開始吃緊，到時可能與E85的生產形成拉鋸局面，牛肉及奶製品的價格將會大漲。目前玉米價格維持如此低檔也有人為的因素，因為美國政府對玉米生產有大量的補貼，造成玉米生產過剩，也因而使玉米的價格低迷不振，並讓人產生這種暴殄天物想法。

實際上就能源學家的觀點：種植玉米也需要使用相當多的能源，由整地、播種、管理、肥料、收穫等過種均要動力與能源，辛辛苦苦產生的糧食又轉回為能源，整個過程反而不太經濟。只是因為人為創造的經濟因素，使某些環節成為有利可圖。比較實際的方式是利用玉米桿、麥桿、稻草等農業廢棄物為原料進行轉換，其意義較為重大。不過由於利之所趨，目前已形成另一種變態經濟，有些美國農民甚至組織合作社，積極加入這種將玉米轉換為能源的途徑，積極賺能源的錢。

由於玉米能源生產的方式預計兩年內之利潤可超過100%，多方人馬也覷覦這塊大餅。除農民的合作社組織外，其他投資者、平衡基金及如比爾蓋茲之流者也都積極參與這一行列。預計在年底前有卅九座提煉廠興建，其生產量每年可達46億加侖的乙醇代用汽油，比今年增產30%。預計2008年可達八十億加侖，但這一數量約僅能取代3%的石油用量，或者一天約160萬桶的原油量。

資料來源：
For Good or Ill, Boom in Ethanol Reshapes Economy of Heartland ：http://www.nytimes.com/2006/06/25/business/25ethanol.html?pagewanted=1&ei=5088&en=3db79885d5ce7f34&ex=1308888000&partner=rssnyt&emc=rss
The energy challenge ethanol:Fuel on-the-cob
http://www.nytimes.com/packages/html/business/20060625_ETHANOL_FEATURE/blocker.html

Atomic Bomb Test

這是一九五三年核子試爆的情形，其威力與二次大戰投擲在廣島的原子彈相同。

Atomic Bomb Test

http://video.google.com/videoplay?docid=7278951069225366106&pr=goog-sl

油井吸油

油井

Oil well pumping, gas, energy, Texas, oil industry, conservation, pollution, environment

http://video.google.com/videoplay?docid=-7415502152679971167&q=energy&pr=goog-sl

油井

Oil rig pumping oil, Texas, energy, gas, Oklahoma

http://video.google.com/videoplay?docid=5014019700140766028&q=energy&pr=goog-sl

Future Energy

燃料電池

Future Energy

http://video.google.com/videoplay?docid=-796282518441261215&q=energy&pr=goog-sl

能源與氣候

地球溫室效應升高，如何應付是當前各國重要的共同課題。二氧化碳及甲烷等之含量增高，均必須採取適當措施加以控制，目前地球暖化約華氏十度 ，海洋中之二氧化碳濃度也增高，對生態之影響也十分巨大。本影片有兩個主講者，開始由史丹福大學歐爾教授（Franklin M. (Lynn) Orr, Jr）主講地球環境之變遷。其中介紹奈米光電池之利用、引擎之改良、儲存二氧化碳及生物氫等等都是可行的方案。
另一主講者為洛姆先生（Joseph J. Romm），其主題為氫能之應用。他特別強調氫能要取代現在之石化原料，不太可能。氫的成本特高，其儲存不易。其主要應用問題包括：氫能車價格高、燃料費用高，空間小彈性小、燃料彈性小、安全性、不太環保且可能至少要到2025年才有機會出現商品化車。

Energy and Climate: Challenges and Solutions

http://video.google.com/videoplay?docid=299026900578510343&q=energy&pr=goog-sl

西北能源之核電廠

參觀一下核能發電廠，應該不會受到輻射線感染吧！ 這是西北能源之核電廠介紹。詳細情形可參看其網站 http://www.energy-northwest.com/

Tour of Energy Northwest's, Columbia Generating Station (Nuclear Power Plant)

http://video.google.com/videoplay?docid=-8481694803111366845&q=energy&pr=goog-sl

何謂自由能源

何謂自由能源或零點能源(Free or zero point energy)？自由能源存在嗎？它難道僅能存在於科幻小說中之神奇利器？而油源至2025年可能用馨，未來要如何？靜電的效應能作為未來的能源嗎？電漿電視已經在現在應用中成為今日之星，能否利用電漿放電的現象來增加動力。

Free Energy: The Race to Zero Point

http://video.google.com/videoplay?docid=-8943205214784769158&q=energy&pr=goog-sl

自由能源

我們的能源何時用完?這是一個很重要的問題。但是能源與我們日常生活息息相關，其需求也更為殷切。舊油源已經用馨，新的能源由何處來？ 今日的戰爭，大部份為的是爭油源。但油源即使一再開發，已經無法應付現在的消耗速度，未來如何，實難定論。這裡雖提出許多方案，但許多仍然行不通，即使生質能源、氫能源等專家們仍然不看好，那我們要怎麼辦好呢？坐觀油價高漲而窒息我們的未來經濟與生活嗎？

peak oil and free energy

http://video.google.com/videoplay?docid=1992629256196958115&q=energy&pr=goog-sl

如何節省能源

這是MSN的網頁:
如何利用太陽能是未來節省能源的方向。

http://video.msn.com/v/us/v.htm?g=fead2a8e-5d44-41bc-85dd-1528fae31594&f=&fg=copy

http://video.msn.com/v/us/v.htm?g=65391de1-93df-4eea-9f35-b9204e5e2775&f=&fg=copy

Easy Appliance Maintenance:

http://video.msn.com/v/us/v.htm?g=91a968a6-d9d0-423a-a1ba-64edec6bdf9e&f=&fg=copy

2005生歐盟物燃油產量大幅上升

根據歐洲生物燃料油理事會 (European Biodiesel Board, EBB)發佈的資料，2005年歐盟國家生物燃料油的產量已大幅上升，並成為全球生產生物燃油最多的地區。去年歐盟共生產3,184,000噸生物燃料油，較前年增加65%。美國生物燃料油的年生產量約為250,000噸。與石化燃料相比仍然杯水車薪，但為減少對石油的依賴及環保上的需求，這些努力仍值得肯定。歐盟近年來極力推動從植物油中提煉生物燃料油，供汽車使用。預計2010年可生產生物燃料油達到全球燃料油產量的5.75% ，屆時將會有顯著的替代效果。在歐盟二十個已生產生物燃料油的會員國中，去年以德國為1,600,000噸，比例最高，法國492,000噸次之，義大利為396,000噸 ，名列第三。
資料來源：雅虎新聞http://tw.news.yahoo.com/060506/43/33wcl.html

國際熱核實驗反應堆有把握成功嗎？

　　ＩＴＥＲ計畫為期30年，共計投資100億歐元。一般政客們肯定會保證說該計畫將大獲成功並實現它的目標，否則很難對得起選民。可是有些研究人員對在這樣一個龐大的計畫投入這麼大財力心存疑慮。這個研究項目是對科學與技術的雙重挑戰，因為即使計畫在卅年後達到預期的目標，仍然肯定會出現意想不到的困難。

國際熱核實驗反應堆將來能發電嗎？

　　不能。這個計畫雖然許多國家興緻頗高，其實國際熱核實驗反應堆只是一個研究工具，其目的僅在尋求聚變過程的最佳條件，將來不會連接電網。建置目標是建造一座功率可達500兆瓦、時間持續300秒以上的聚變反應堆。成功後，方有工業用之觀摩聚變發電裝置，其規模將比國際熱核實驗反應堆大20％，可以持續聚變，達到1000兆瓦的輸出功率。這種觀摩型裝置最快要到2035年才得以建造，而大部份的人仍需等到公元2050年以後才有望使用聚變反應堆所發出的第一度電，那時你我都將老去了。

國際熱核實驗反應堆有危險嗎？

　　與目前的核能發電方式不同，就反應過程而言核聚變是不可能發生洩漏的，因為只有在離子氣體達到相當高的溫度時才會發生聚變反應，溫度一下降反應即自然終止。因此，國際熱核實驗反應堆，甚至下一代聚變反應廠都不會像車諾比核電廠那樣發生重大事故。國際熱核實驗反應堆巨大的磁環其實是在800多立方米的空間裏只裝幾克燃料（氘和氚）。如果由於某種原因，環形容器內部的平衡被打破，等離子氣體就會迅速降溫，聚變反應也將曳然而止。聚變反應堆唯一要注意的問題就是要制定防輻射的保護措施。此外，聚變反應堆不對環境和周圍居民構成威脅。

聚變是清潔能源嗎？

　　聚變與核電站所採用的裂變不同，它不產生長達千年都不能分解的核廢料，就這一點而言可以說它是一種更為清潔的能源。但是聚變能產生壽命較短的輻射物質，也必須進行處理。首先受影響的是反應堆環形容器的金屬壁，在聚變反應產生的中子轟擊下，將會出現一些類似鈷的放射物質。等到國際熱核實驗反應堆運轉20年後拆除的時候，需要把這些材料留在原地一部分，直到它們的輻射程度降低。還有另外一種廢料：接觸過氚的材料。為了對這種材料進行處理，就必須對反應堆定期維護。總之，聚變反應堆產生的廢料總量相當於同等輸出功率的核電站產生的廢料。另外需要一提的是，聚變反應堆與裂變核反應爐一樣，不產生致溫室效應的氣體。

聚變反應堆如何運轉？

　　為控制聚變反應，科學家需把一種氣體加熱到很高的溫度，然後用強力電磁鐵把它控制在一個磁圈內。這種裝置是1968年由前蘇聯人發明的，取名托卡馬克(Tomak)，它是線圈的意思。國際熱核實驗反應堆的托卡馬克是一個直徑超過12米、容積可達837立方米的環形容器，有超導電磁線圈環繞。在這個環形磁場內，氘和氚的混合氣體被加熱到一億度以上的高溫。在這種條件下氘和氚才會聚變。ＩＴＥＲ的目標是讓設施維持聚變反應所需的500兆瓦功率，並且至少使這種狀態保持300秒鐘。世界上輸出功率最大的托卡馬克裝置是建在英國的歐洲聯合環JET。1997年它的最高輸出功率達到每次聚變16兆瓦，但是僅能保持幾秒鐘的時間。至於要讓它保持恆久的時間，科學家們仍然不敢做太多夢想。

國際熱核實驗反應堆有何用處？

國際熱核實驗反應堆並不能馬上解決地球上所面臨的能源問題，不過至少透過此計畫可以證明：由核聚變大量取得能源是可行的。目前世界上的核電站都是利用核裂變反應：將大的鈾原子分裂成兩個較小的原子，並經由此過程中釋放能量，通過渦輪機之轉換即可變成電能。聚變的方式是將兩個小原子合併成一個大原子，其反應如同太陽內部巨大能源的來源。目前軍事方面已可製造氫彈，其方法就是以氫原子核聚變時產生巨大爆炸能量。不過，近50年來，物理學家已體認到：這種聚變反應很難控制並加以利用。目前，為推展這項研究，科學家們需要一個比現有裝置功率大十倍的設施。這個設施將設在法國。