اسپرسو ماشینِ هیت اکسچنجر

میدانیم که مهمترین عوامل تاثیر گذار در دم آوری قهوه از طریق دستگاه اسپرسو ساز دما و فشار هستند. در نسل های اول اسپرسو ماشین ها از طرق مختلفی مشکل ایجاد فشار را حل کردیم (هد کروپ های لوردار). اما در مورد ایجاد فشار هنوز به بهترین روش دست نیافته ایم. هد کروپ های اهرمی کارآمدی لازم جهت استفاده مدام را نداشتند. مشکلات این سیستم های تامین فشار در مباحث قبلی به صورت جزئی بیان شد و در نسل های بعد راه حل های مفید تری برای حل کامل آنها پیشنهاد شدند. اما هنوز راه حل مناسبی برای دما پیدا نشده بود. افزایش فشار برای تهیه ی یک بخار خشک و باکیفیت در بویلر اصلی باعث بالارفتن دمای آب دم آوری میشد. این مشکل فقط از طریق ایزوله کردن آب دم آوری اسپرسو از بخار اتفاق می افتد. پس مبدل ها متولد شدند.

بویلر و مبدل از دید جانبی

آب سر ورودی بدون برخورد مستقیم با آب بویلر گرم شده و به سمت هد کروپ می رود

مبدل ها (هیت اکسچنجر) مخازنی در داخل بویلر هستند که آب دم آوری از داخل آنها عبور میکند. بدنه ی مبدل در داخل بویلر قرار دارد. انرژی گرمایی آب و بخار بویلر باعث گرم شدن آب داخل مبدل می شود. آب و بخار بدنه ی مبدل را گرم کرده و این گرما به آب داخل مبدل انتقال پیدا می کند. آب داخل مبدل و آب بویلر در هیچ نقطه ای مخلوط نمی شوند و ارتباط مستقیمی ندارند. این امر باعث می شود آب داخل مبدل به اندازه ی آب و بخار داخل بویلر گرم نشوند پس امکان افزایش فشار داخل بویلر بدون تاثیر (با تاثیر نسبتا کم) بر دمای آب دم آوری فراهم می شود. البته این کار کاملا بدون تاثیر نیست. بلکه این تکنولوژی کمترین میزان تاثیر گذاری را در پی خواهد داشت اما همچنان این تاثیر قابل صرف نظر نیست. اما مبدل ها به گونه ای طراحی و ساخته شدند که با تنظیم فشار 1.25 بار در داخل بویلر اصلی علاوه بر اینکه یک بخار با شرایط ایده آل را فراهم می آورد بلکه آب دم آوری را نزدیک به 93 درجه (که دمای مناسبی برای دم آوری اسپرسو است) نگاه میدارد.

بزرگترین حسن این دستگاه ها در قیاس با نسل های قبل همین ایزوله کردن آب دم آوری از بخار است. ایزوله کردن نه تنها می تواند در دمای آب تغییرات مثبتی را ایجاد کند بلکه کیفیت آب دم آوری را نیز بالا میبرد. از گذشته به ما ثابت گردیده است که آب جوشیده اگر برای مدت طولانی بدون مصرف بماند کیفیت و تازگی اش را از دست می دهد. فرهنگ چای نوشی ایرانیان نیز بر این امر تاکید دارد. برای دم آوری یک چای باکیفیت از آب تازه (نمانده در کتری و یا سماور) استفاده می شود. این آب در دستگاه های اسپرسو ساز به فرش واتر (fresh water) شهرت دارد. از آنجا که آب ورودی مبدل ها ارتباطی به بویلر ندارد و حجم یک مبدل در دستگاه اسپرسو ساز به قدری است که آب دم آوری چند قهوه (معمولا نزدیک به 10 اسپرسو) را تامین کند پس همیشه آب تازه برای دم آوری در دسترس است.

نحوه قرار گیری مبدل زاویه دید از داخل بویلر

اما این همه ی محاسن ورود مبدل به دستگاه های اسپرسو ساز نیست. حالا که برای کنترل سطح آب بویلر و روشن کردن المنت، جریان الکتریسیته به دستگاه وارد شده است و یک مسیر ایزوله برای آب دم آوری داریم؛ فشار آب دم آوری را به کمک امکاناتی که برق در اختیار ما قرار می دهد، کنترل نکنیم؟! پس از پمپ کمک خواهیم گرفت.

همزمان با ساخت اولین بویلر های مبدل دار در اسپرسو ساز صنعتی مفهوم سیستم هیدرولیکی در این دستگاه ها قدرت بیشتری یافت. سیستم بسته ای از لحظه ورودی آب به دستگاه تا برخورد آن با دانه های آسیاب شده ی قهوه. سیستم هیدرولیکی دستگاه اسپرسو ساز تعیین کننده ترین سیستم در کیفیت عصاره ی گرفته شده از قهوه است. سیستمی که سراسر از آب پر شده است و فضای خالی ندارد. سیستم بسته ای شامل لوله ها، مبدل و هد کروپ. سیستمی که میتواند دارای ویژگی هایی همچون فشار و دمای مستقل باشد.

شمای کلی سیستم هیدرولیکی یک اسپرسو ماشین دو کروپ هیت اکسچنج ترموسایفون

فشار در یک سیستم باز قابل ایجاد نیست. یکی از ویژگی های سیستم باز یک عدد منحصر به فرد برای فشار است. یعنی نمی توان فشار یک سیستم باز را کمتر یا بیشتر کرد. فرض کنید یک فشار سنج را در فضای باز در دست دارید و شروع به راه رفتن میکنید، در همه ی نقاط فضای باز فشار سنج یک عدد را نشان میدهد.[1] اگر از یک پمپ باد در فضای باز استفاده کنیم چطور؟ هر چقدر که پمپ فعالیت کند عدد فشارسنج تغغیر نخواهد کرد. حالا کمی فضایی که فشار سنج در آن قرار دارد را محدود میکنیم. در همان فضای باز فشار سنج را وسط لوله ای که دو سر آن باز است قرار میدهیم و از یک سر لوله شروع به دمیدن میکنیم. آیا عددی که فشار سنج نشان میدهد تغییر میکند؟ خیر. شاید فشار دمیدن ما کافی نیست، پس از یک پمپ هوا که به اندازه کافی قوی است کمک میگیریم. در این حالت چطور؟[2] باز هم خیر. حالا همین سیستم را در مورد آب و یا یک سیال دیگر امتحان میکنیم. اگر در عمق یک متری زیر آب شنا کنید نیز فشار سنج در همه ی نقاط استخر یک عدد را نشان میدهد. اگر یک پمپ آب در استخر روشن کنید نیز تاثیری در عدد نشان داده شده در فشار سنج ندارد. سیستم لوله و فشار سنج نیز در عمق یک متری استخر همان عدد را نشان خواهد داد. با اتصال پمپ آب به یک سر لوله نیز عدد تغییری نخواهد کرد.[3] همه ی این آزمایشات وقتی که یک سر لوله بسته باشد( ایجاد سیستم بسته) تغییر خواهد کرد. اگر در آزمایش فضای باز یک دست خود را در انتهای لوله قرار دهید و به داخل آن بدمید فشار سنج عدد بیشتری را نشان خواهد داد در استخر نیز همینطور است. پس برای بالا بردن فشار در یک سیستم نیاز داریم آن را محدود کنیم.

سیال تراکم ناپذیر در سیستم بسته میتواند از طریق نیروی خارجی دارای فشار گردد. فشار همان سیال در یک سیستم غیر بسته با اعمال نیرو تغییر نخواهد کرد.

با ورود مبدل به دستگاه اسپرسو ما یک سیستم بسته داریم که میتوانیم به طرق مختلف فشارش را بالاتر ببریم بدون آنکه روی دمای سیال داخل آن تاثیری داشته باشیم. اولین و ساده ترین راه، استفاده از یک پمپ در ابتدای سیستم هیدرولیکی است. از آنجایی که سیستم هیدرولیکی کاملا بسته است و کاملا توسط آب پر شده است، با روشن شدن پمپ فشار کل سیستم بیشتر خواهد شد. فشاری که پمپ ایجاد میکند همان فشاری خواهد بود که فشار سنج در همه ی نقاط این سیستم نشان میدهد.

فشار سیستم توسط پمپ و دمای سیال توسط مبدل ها بالا میرود

آب سردی که از پمپ گذشته است فشارش بالاتر رفته و با عبور از مبدل به دمای مورد نظر ما رسیده است و قبل از برخورد با دانه های آسیاب شده قهوه منتظر مانده است. حال که آب گرم با فشار مناسب داریم دیگر نیازی به هد کروپ های لور دار نیست. یک شیر ساده نیز میتواند مسیر آب را برای برخورد با سابه قهوه باز یا بسته کند. اما استفاده از شیر برقی (شیری با فرمان برقی) انتخاب عاقلانه تری است. در انتهای مسیر آب و دقیقا قبل از برخورد آب با قهوه از یک شیر برقی استفاده می کنیم. تحریک همزمان پمپ و شیر برقی نیز میتواند از طریق یک کلید الکتریکی ساده (همانند کلیدی که در منازل لامپ ها را روشن می کند) صورت گیرد. اگر همزمان پمپ روشن شود و شیربرقی مسیر عبور آب را باز کند، یک سیستمی ساخته ایم که در لحظه به فشار ایده ال رسیده و با یک فرمان ساده شروع به فعالیت میکند. این کار تاثیر عوامل خارجی همچون اپراتور را کم میکند. هزینه های ساخت و نهایتا قیمت دستگاه اسپرسو ساز را کاهش میدهد.

با فشردن کلید برق به پمپ و شیر برقی رسیده و هر دو فعال می شوند و آبی که در مبدل گرم شده با فشار پمپ وارد هد کروپ میشود و عصاره گیری شروع میشود

یک ابهام کوچک میتواند برخی معادلات را بر هم زند. ما تا قبل از این بویلر را نیز یک سیستم بسته معرفی کرده بودیم. پس چرا با اتصال مستقیم پمپ به بویلر نمیتوان به فشار مناسب برای عصاره گیری رسید و اینکه آیا بسته بودن سیستم بویلر با بسته بودن سیستم هیدرولیکی یک معنا را دارند؟! سیالی که داخل بویلر است[4] رفتار متناقض دارد. چرا که نیمی از بویلر آب و نیمی دیگر بخار است. بخار ویژگی گاز ها را دارد. مهمترین ویژگی گازها قابلیت تراکم پذیری ست. اگر از دید آب داخل بویلر به این سیستم نگاه کنیم به نگاهی شبیه به استخر در مثال فوق میرسیم. آب در بویلر در یک سیستم بسته قرار ندارد. هر چقدر که درون آب با پمپ سعی در ایجاد فشار کنید تاثیری نخواهد داشت[5] چرا که سیال تراکم پذیری همچون بخار نمیگذارد آب دارای فشار گردد و با جمع شدن خود همچون فنر نیروی حاصل از ایجاد فشار را از بین خواهد برد.[6] اما اگر بویلر کاملا از آب پر بود میشد فشارش را بوسیله ی پمپ افزایش داد.

از محاسن دستگاه های اسپرسو ساز دارای مبدل و پمپ میتوان به ثبات دما و فشار و سهولت استفاده نام برد. محاسنی که در قیاس با نسل های قبل از خود آنقدر بزرگ و حائز اهمیت هستند  که باعث شده است روند تولید این نسل از دستگاه های اسپرسو ساز تا به امروز ادامه یابد.

[1] از تغییر فشار در اثر تغییر ارتفاع صرفه نظر میکنیم. در اینجا منظور فضای کوچک است.

[2] از اثرات ناشی از مکش در لوله صرفه نظر میکنیم

[3] باز هم از اثرات ناشی از مکش صرف نظر میکنیم. در مقالات آتی به بررسی دقیق منحنی های توضیح فشار در سیستم های هیدرولیکی خواهیم پرداخت.

[4] بویلر هایی که ما تا به اینجای کار شناخته ایم

[5] این بی تاثیری وابسته به میزان تراکم پذیری بخار تغییر خواهد کرد که موضوع بحث نیست

[6] در خود ذخیره خواهد کرد