ห้างหุ้นส่วนจำกัด เอ็น เค แฟคตอรี่ จีโอ เซอร์วิส
ขอแนะนำ
ขอแนะนำ
เครื่องทำเบียร์ หรือ เครื่องดื่ม ต่างๆ
ให้เย็นจัดในเวลาสั้น
ให้เย็นจัดในเวลาสั้น
เครื่องต้นแบบทดลอง
การทดลองระบบเย็นเร็วครั้งแรก ใช้น้ำจืด
เริ่มผ่านน้ำ 26 องศาซี เมื่อ อุณหภูมิของ
ห้องแช่เย็นเร็ว ลดลงถึง -2.2 องศาซี
น้ำที่ใช้ทดสอบ อุณหภูมิ 26 องศาซี
ได้น้ำเย็น อุณหภูมิ 2 องศาซี ในเวลา 45 วินาที
ที่น้ำไหลผ่านระบบในห้อง เย็นเร็ว
เวลา 45 วินาที เป็นเวลาที่ น้ำหรือเครื่องดื่มใช้ในการไหลผ่านห้องเย็นเร็วเท่านั้น ไม่ใช่การเข้าไปแช่อยู่ในห้องเย็นเร็ว เพราะไม่มีระบบกักเก็บในห้องเย็นเร็วนี้ เนื่องจากอัตราการถ่ายเทความร้อนที่สูงมาก หากไม่ให้ไหลผ่านไปเลย
จะทำให้ ทั้งน้ำเครื่องดื่มหรือเบียร์
จะแข็งตัวกลายเป็น วุ้นอยู่ในท่อนี้
ซึ่งจะไม่สามารถนำออกมาได้
และสำหรับ ผู้ที่สนใจจะสร้างเครื่องขึ้นมาใช้งานเอง
ผมก็มีคำแนะนำที่เป็นประโยชน์ อันเป็น ข้อมูลที่ถูกต้อง จากการ ค้นคว้า วิจัย วิเคราะห์ ในห้อง เทอโม แลป ของเราเอง
เครื่องทำเบียร์วุ้น
ควรจะมี
หลักการทำงานพอสังเขป
เราก็คงต้องเริ่มต้นกันที่ เบียร์
คุณสมบัติหลายประการที่เป็น อุปสรรคในการทำเบียร์น้ำให้เป็นเบียร์วุ้น ที่ควบคุมได้ทั้งปริมาณและเวลาก็คือ
เบียร์ ไม่ใช่ สสารบริสุทธิ์นั่นเอง และที่แย่ไปกว่านั้น ค่าความไม่บริสุทธิ์ของเบียร์เอง ก็เป็นค่าไม่คงที่อีกด้วย ซึ่งมีผลในทาง ความร้อนอย่างมาก จนอาจกล่าวได้ว่า
เบียร์แต่ละหยด มีค่าความร้อนจำเพาะ ค่าความร้อนแฝง จุดเยือกแข็ง ไม่เท่ากัน แตกต่างกันเล็กน้อย เช่น
เบียร์สด
บางหยด จุดเยือกแข็งเท่ากับ -2.195 องศาซี
บางหยด จุดเยือกแข็งเท่ากับ -2.204 องศาซี หรือ
บางหยด จุดเยือกแข็งเท่ากับ -2.2 องศาซี เป็นต้น
ด้วย คอมม่อนเซนท์ หรือ ความคิดพื้นฐาน ของคนที่ไม่ได้ศึกษาในเรื่องนี้อย่างจริงจัง ก็อาจจะคิดว่า
"นั่นก็เท่าๆ กันนั่นแหละ คือประมาณ -2.2 องศาซี"
ถูกต้องครับ "ประมาณ"
แต่ที่คนส่วนใหญ่ไม่เข้าใจคือ คำว่าประมาณนี่แหล่ะ ที่ทำให้ การทำเบียร์วุ้นที่ผ่านมา นับตั้งแต่ วันแรก จนวันนี้ ก็ได้แต่ ประมาณ ทั้ง เวลาที่จะต้องแช่ไว้ในช่องฟรีซของตู้เย็น ประมาณปริมาณของความเป้นวุ้นที่ได้ และ ประมาณว่า ขวดที่แช่อาจจะแตกอยู่ในตู้เย็น
เพราะที่ใดมีคำว่า "ประมาณ" ที่นั้น ย่อมไม่มีคำว่า "แน่นอน"
ซึ่ง จุดเยือกแข็งของ เบียร์น้ำ ที่ ต้องการเอามาทำเป็น เบียร์วุ้น มีค่าเท่าไหร่นั้น ผู้ที่จะออกแบบสร้างเครื่อง ก็จะต้องค้นคว้าเอง
ตอนนี้เราจะสมมุติ ให้ง่ายที่สุด เพื่อให้เข้าใจหลักการของเครื่องก่อน ส่วนอุปสรรคที่ทำให้ยากขึ้น พวกคุณก็คงต้องไปหาทางวิจัย ค้นคว้า หาทางฟันฝ่ากันเอง ตามแต่ ความสามารถของแต่ละคน
ซึ่งผมพูดได้ว่า ที่ผมใช้ก็เป็นเพียง หนึ่งอย่าง ในหลายๆอย่างที่ผมคิดแล้วว่า ทำงานได้เช่นกัน แต่อาจมีราคาแพงกว่า
โดยการกำหนดให้ เบียร์ ทุกหยดที่อยู่ใน ภาชนะที่จะนำมาทำเป็น เบียร์วุ้น มี คุณสมบัติทางความร้อนเท่ากันหมด คือ
มีค่า
ความร้อนจำเพาะ เท่ากับ 0.92 กิโลแคลลอรี่ต่อกิโลกรัมต่อองศาซี
ค่าความร้อนแฝง เท่ากับ 129 กิโลแคลลอรี่ต่อกิโลกรัมต่อองศาซี
จุดเยือกแข็ง เท่ากับ -2.2 องศาซี
ค่าความถ่วงจำเพาะ เท่ากับ 1.1
เบียร์ที่ นำมามีปริมาตร 1 ลิตร เท่ากับ 1.1 กิโลกรัม
และ เบียร์ ที่นำมาทำเป็นวุ้น มีอุณหภูมิ เริ่มต้น ที่ 25 องศาซี
โดยต้องการให้เป็น วุ้น คุณภาพ 50% ภายในเวลา 60 วินาที
ที่จริงก็ยังมีอีกหลายค่า ที่เกี่ยวข้องกับการทำเบียร์น้ำให้เป็น เบียร์วุ้น แต่ ออกจะยากเกินไปสำหรับ ผู้ที่ ไม่ใช่นักวิจัย นักประดิษฐ์ นักวิเคราะห์ ผมก็จะไม่ขอกล่าวถึง
อันที่จริง ถ้าจะใช้ ค่าตัวเลข สี่ ชุดนี้ แล้ว ควบคุมให้ได้ เบียร์น้ำ ก็กลายเป็น เบียร์วุ้น ได้เหมือนกันครับ
เอาละ เริ่มกันที่ การคำนวณ พื้นฐาน
สำหรับ บุคคลทั่วไป ที่ไม่มีความรู้ทาง เทอโมไดนามิกส์ ก็ขอให้อ่าน โดยไม่ต้องพยายามทำความเข้าใจอะไร แค่ อ่านให้รู้ที่มาของ ค่าต่างๆ ที่ถูกนำเอาไปใช้ประโยชน์ ที่จะกล่าวถึงในภายหลัง ก็พอ
และ เพื่อให้ บุคคลทั่วไป เข้าใจง่ายขึ้น ก็คงต้องแปลงให้เป็นหน่วยที่ คุ้นเคย คือ
ความร้อนจำเพาะ เท่ากับ 0.92 บีทียู ต่อ ปอนด์ ต่อ องศาเอฟ
ค่าความร้อนแฝง เท่ากับ 129 บีทียู ต่อ ปอนด์ ต่อ องศาเอฟ
จุดเยือกแข็ง เท่ากับ 28 องศาเอฟ
ค่าความถ่วงจำเพาะ เท่ากับ 1.1
เบียร์ที่ นำมามีน้ำหนัก ครึ่งปอนด์
และ เบียร์ ที่นำมาทำเป็นวุ้น มีอุณหภูมิ เริ่มต้น ที่ 77 องศาเอฟ
โดยต้องการให้เป็น วุ้น คุณภาพ 50% ภายในเวลา 60 วินาที
หมายความว่า ถ้าต้องการทำให้ เบียร์ จำนวนดังกล่าว ให้เป็นวุ้น ก็ต้องเริ่มต้นที่ คำว่า คุณภาพ 50% ว่าหมายความว่าอะไรก่อน
หมายความว่า น้ำเบียร์ ไหลผ่านท่อต่างๆได้ เพราะ เป็น ของเหลวที่ไหลได้ แต่ ถ้ากลายสภาพเป็น น้ำแข็ง หรือ วุ้น 100% ก็จะไหลผ่านท่อไม่ได้
จากห้องวิจัยของผม และ จากขนาดท่อที่ผมใช้งาน เบียร์วุ้นจะยังคงไหลออกมาใช้งานได้ ต้องมี คุณภาพ 50%
คือ เป็น เบียร์น้ำ และ เบียร์แข็ง อย่างละ 50% คลุกเคล้ากัน เหมือนโคลน หรือ น้ำกระทิ หรือ น้ำผึ้ง นั่นเอง
ถ้าต้องการ คุณภาพสูงกว่านั้น ก็ต้อง คำนวณขนาดของท่อที่ใช้งานใหม่ ให้มีค่าความต้านทานความหนืดของของไหลที่พอเหมาะ
จากนั้น ก็เป็นเรื่องของการ ลดอุณหภูมิ จาก 77 องศาเอฟ เหลือ 28 องศาเอฟ
นั่นคือ เบียร์ ครึ่ง ปอนด์ จะต้องลดอุณหภูมิลง 49 องศาเอฟ
แล้ว เปลี่ยนสภาพจาก เบียร์น้ำ เป็น เบียร์วุ้น 50%
ก็ต้องผ่าน สองขั้นตอน คือ การลดอุณหภูมิ จาก 77 องศาเอฟ ให้ เหลือ เท่า อุณหภูมิ เก็บรักษาก่อน คือ 39 องศาเอฟ
อธิบายตรงนี้นิดนึงก่อน
อุณหภูมิเก็บรักษา หมายถึง อุณหภูมิต่ำสุดที่ไม่ทำให้ น้ำเบียร์ เสียหาย และ เป็น อุณหภูมิ ที่นิยมบริโภค เป็นอันดับสอง รองจาก เบียร์วุ้น เรียกว่า เบียร์เย็นจัด
หากทำให้ เบียร์มีอูณหภูมิต่ำกว่านี้ ก็คือ ผ่านไปเป็น วุ้นเลย
ขั้นที่หนึ่ง คือ
ลดอุณหภูมิ จาก 77 เป็น 39 องศาเอฟ เท่ากับลดลง 38 องศาเอฟ
เบียร์มีน้ำหนัก ครึ่งปอนด์ ทำให้ต้องมีการถ่ายเทความร้อนเท่ากับ
38 x 0.92 x 0.5 = 17.48 บีทียู
และ ขั้นที่สอง คือ
ลดอุณหภูมิ จาก 39 องศาเอฟ ถึงจุดเยือกแข็ง 28 องศาเอฟ เท่ากับ 11 องศาเอฟ ต้องมีการถ่ายเทความร้อนเท่ากับ
11 x 0.92 x 0.5 = 5.06 บีทียู
และ การถ่ายเทความร้อนเพื่อเปลี่ยนสภาพจาก เบียร์น้ำ เป็นเบียร์วุ้น เท่ากับ
129 x 0.5 = 64.5 บีทียู
รวมเป็น 69.56 บีทียู
เมื่อรวมกับ ขั้นที่หนึ่ง เท่ากับ
17.48 + 69.56 = 77.04 บีทียู
จะเห็นว่า ขั้นที่หนึ่ง คิดเป็น 22.69% และขั้นที่สองอีก 77.31%
ถ้าต้องการทำให้ เบียร์ดังกล่าวเป็น วุ้น ภายในเวลา 1 นาที ก็เท่ากับ เบียร์ ต้องการ การถ่ายเทความร้อนเท่ากับ 4,622.4 บีทียู ต่อ ชั่วโมง
ทำให้เราได้รู้ว่า
ขั้นที่หนึ่ง ใข้เวลา 12 วินาที
และ ขั้นที่สอง ใช้เวลา 48 วินาที
ดังนี้แล้ว ก็พอจะสรุปในขั้นต้นได้ว่า
ถ้าต้องการทำเบียร์สด ปริมาณ ครึ่งปอนด์ ด้วยเครื่องทำความเย็นมาตรฐาน อย่างน้อยที่สุด ก็ต้องใช้ คอมเพรสเซอร์ ขนาด 4700 บีทียู เป็นเครื่องกำเนิดความเย็น จึงจะพอ
หลังจากที่เรารู้ ความต้องการการถ่ายเทความร้อนของเบียร์ ครึ่งปอนด์แล้ว ว่าจะใช้ คอมเพรสเซอร์ที่มีขนาดเท่าไหร่ ต่อไปก็เป็นเรื่องที่สำคัญรองลงไป คือ ทำอย่างไร จึงจะ ถ่ายเทความร้อนออกจาก น้ำเบียร์ ที่เราต้องการทำให้เป็นวุ้น ในเวลาที่กำหนด คือ หนึ่งนาที
ผมต้องใช้เวลา ค้นคว้า วิจัย อยู่นานถึง เจ็ดปี กว่าจะรู้ว่า การถ่ายเทความร้อน แบบเบ็ดเสร็จ คือ คราวเดียวรวด เป็นไปไม่ได้
เพราะ ลักษณะการถ่ายเทความร้อน ในช่วงความร้อนจำเพาะ กับ ช่วงความร้อนแฝง จะใช้วิธีเดียวกันไม่ได้ครับ
ซึ่งก็เป็นเพราะ ลักษณะโครงสร้าง และ วัสดุที่ใช้ สำหรับกระบวนการทั้งสองนั้น ต้องมีคุณสมบัติที่เหมาะสมกับวิธีการ
ถ้าเราเอา น้ำใส่แก้ว แล้วเอาใส่เข้าไปใน ช่องฟรีซของตู้เย็น ทิ้งไว้จนนานพอ จะพบว่า น้ำจะเป็นน้ำแข็งที่บริเวณ ผิวบน และ ผนังแก้วก่อน และ เย็นมากกว่า น้ำที่อยู่ตอนกลางของแก้ว ทดสอบได้โดยการใช้ ตะเกียบจิ้มดู จะเห็นว่า ตอนกลางๆ จะนิ่มแทงทะลุได้ แต่ที่ ผิว และ ผนังแก้วจะแข็งกว่า
นั่นก็เป็นไปตาม หลักของการ นำความร้อน หรือการส่งต่อ ความร้อนความเย็น ที่เกิดขึ้นในเนื้อสาร
ในช่องฟรีซ ความเย็น จะเป็นเหมือน อากาศเย็น ที่ลอยตัว อยู่ทั่วห้อง
เมื่อวางแก้วไว้ตรงกลาง ก็จะมีไอ หรือ อากาศเย็น แผ่ปกคลุม แก้วบรรจุน้ำนั้น ส่วนที่จะได้สัมผัสกับ อากาศเย็นก่อนส่วนอื่นก็คือ ผิวน้ำตอนบน และ ผนังแก้วด้านนอก อากาศจึง นำความเย็นไปสู่ผิวน้ำ
แต่เนื่องจาก น้ำแต่ละโมเลกุล ไม่ได้สัมผัส อากาศเย็น พร้อมๆกัน หรือแม้แต่เท่าๆกัน เพราะ
เมื่อ น้ำที่ผิว และ ผนังแก้วด้านนอก ก็จะได้รับการสัมผัสอากาศเย็นโดยตรง และก็จะถูกดูดความร้อนออกไป ความเย็นก็จะถูกนำจากที่ที่เย็นมากกว่า ไปยังที่ที่ เย็นน้อยกว่า
จากตรงนี้ไป เพื่อให้ ผู้ที่ไม่มีความรู้ทางเทอโมไดนามิกส์ มากนักสามารถเข้าใจได้ ผมก็จะขอเปลี่ยนจากคำว่า ถ่ายเทความร้อน เป็น ถายเทความเย็น แทน เพราะ เนื้อหาสาระของ บทความนี้ เป็นผลที่เกิดจาก การถ่ายเทความร้อนออก ทำให้ สสารเย็นลง ดังนั้น การจะเรียกว่า ถ่ายเทความเย็นก็จะทำให้เข้าใจได้ง่ายขึ้น
ผิวน้ำและผนังแก้วด้านนอก จะได้รับการถ่ายเทความเย็นให้ สำหรับน้ำ ก็จะมีการ นำความเย็น ส่งต่อไปยัง โมเลกุลของน้ำที่อยู่ถัดไป ด้วยหลักของการ ไหลของความเย็น จากที่มีมากกว่า สู่ที่มีน้อยกว่า
รวมทั้ง ผนังแก้วด้านนอก ก็จะมีการ นำความเย็น สู่ผนังแก้วด้านใน สู่ โมเลกุลของน้ำที่สัมผัสอยู่ ด้วยหลักการเดียวกัน กับการนำควาเย็น คือ ที่มากกว่า สู่ ที่น้อยกว่า
ก็เป็นผลให้ โมเลกุลของน้ำที่อยู่บริเวณกลางแก้ว จะได้รับความเย็น น้อยกว่า ส่วนอื่น โดยที่ ผิวน้ำ เย็นมากที่สุด ถัดมาก็ ส่วนที่ติดกับผนังแก้วด้านใน
จากเรื่องนี้เอง การจะทำให้ เบียร์น้ำ กลายเป็น เบียร์วุ้น พร้อมๆ กันหมดในภาชนะ จึงเป็นไปไม่ได้ จากการทดลอง พบว่า ผิวเบียร์ด้านบน แข็งมากที่สุด จนเป็นก้อนน้ำแข็ง ในขณะที่ บริเวณกลาง ยังเป็น น้ำเบียร์อยู่
จึงต้องมีวิธีการที่เหมาะสม สำหรับการที่จะทำให้ เบียร์ ทุกโมเลกุล ได้รับการถ่ายเทความเย็น เท่าๆกัน พร้อมๆ กัน
งั้น เราก็คงต้องแช่เย็นเบียร์โดยแบ่งออกเป็นหยดๆ ใส่ภาชนะ โดยแต่ละภาชนะมีปริมาตร เพียง หนึ่งหยด ซึ่งถ้า คำนวณแบบคร่าวๆ ก็คงได้ ราว หยด ละ หนึ่งซีซี เบียร์ ครึ่งปอนด์ ก็ราวๆ หนึ่งลิตร หรือ หนึ่งพันซีซี เท่ากับใช้ ภาชนะ หนึ่งพันชุด ใส่ในช่องฟรีซ ก็จะทำให้ เบียร์ทั้ง ลิตร ถูกลดอุณหภูมิลงพร้อมๆ หรือ เกือบพร้อมๆ กันได้
แต่ผมใช้วิธีการที่ ให้ผลใกล้เคียงกัน คือ นำเบียร์ หนึ่งลิตร ผ่านไปตาม ท่อ สแตนเลส ที่มี ปริมาตรบรรจุ หนึ่งลิตร แล้ว นำ ท่อนั้นแช่ไว้ใน ของเหลวที่ เย็นจัด
การทำดังกล่าว ก็จะทำให้ ทุกๆ ความยาวที่แบ่งความยาวท่อออกเป็น หนึ่งพันส่วน ก็จะทำให้แต่ละส่วน มีปริมาตร หนึ่งซีซี ได้เช่นกัน
ถ้าเบียร์แต่ละซีซี ที่อยู่ในท่อ ไหลไปตามท่อ ก็จะถูกถ่ายเทความเย็นผ่านผนังท่อเข้าไป ตลอดทางตั้งแต่ ต้นทางเข้า จนถึง ปลายทางออก
และ ถ้ากำหนดให้ น้ำเบียร์ ใช้เวลา 10 วินาที ไหลผ่านท่อแล้ว ก็จะทำให้ เบียร์ หนึ่งลิตร หรือ พันซีซี ที่ไหลผ่านท่อ ถูกลดอุณหภูมิลง จนเท่า ความเย็นของ ของเหลวเย็น ที่บรรจุอยูภายนอก
แต่จะไม่เย็นไปกว่า เพราะ การถ่ายเทความร้อน เกิดขึ้น จากที่ มากกว่า ไปสู่ที่น้อยกว่า เท่านั้น
นั่นก็คือ ถ้า ของเหลวภายนอก มีอุณหภูมิคงที่ ที่ 38 องศาเอฟ
ก็จะทำให้ เบียร์น้ำที่ไหลออกมา มีอุณหภูมิ 38 องศาเอฟ ด้วยเช่นกัน
ถ้า
ผนังท่อ มี สัมประสิทธิ์ การถ่ายเทความร้อน ในอัตราที่กำหนดได้ ภายใน 10 วินาที
ซึ่งเรื่องนี้ จะเกี่ยวข้องกับ คุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนของท่อ ซึ่งเกี่ยวข้องกับ
ความยาว
ความหนา
และ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อด้านใน
สำหรับผม ในห้องทดลอง เครื่องต้นแบบ ของผมใช้ ท่อ สแตนเลส ขนาด เส้นผ่าศุนย์กลาง 9.525 มิลลิเมตร หนา 0.7 มิลลิเมตร ยาว 6000 มิลลิเมตร ทำให้ มีปริมาตรความจุภายใน เท่ากับ ประมาณ
3.1415926536 x (9.525/2 - 0.7) x 6000 / 1000
= 311.09 ซีซี
ทำให้ น้ำเบียร์ ที่ไหลผ่านท่อ ในเวลา 3 วินาที ตั้งแต่ไหลเข้าจนถึงทางออก
ท่อสแตนเลส มีค่าการนำความร้อน เท่ากับ
k = 17 W/m.K
คำอธิบายในเชิงวิชาการ คงไม่มีประโยชน์สำหรับ ผู้อ่านทั่วไป
ในขณะเดียวกัน ผู้ที่เป็น นักศึกษา นักวิชาการอยู่แล้วก็คงไม่ต้องให้ผม สอนจระเข้ให้ว่ายน้ำ ดังนั้น ผมก็จะผ่านๆ คำอธิบายเหล่านี้ไปบ้างครับ
สรุปว่า
ของเหลวที่หล่ออยู่ภายนอกท่อสแตนเลส ซึ่งจะต้อง ถ่ายเทความเย็นให้ เบียร์ ที่อยู่ในท่อ ผ่านผนังท่อ
แต่เมื่อมีการ ถ่ายเทความเย็นจากของเหลวให้ เบียร์ในท่อแล้ว ของเหลวก็จะเย็นน้อยลง จำเป็นต้องทำให้ ของเหลว เย็นลง จนพูดได้ว่า ความเย็นที่ ของเหลวถ่ายเทให้ เบียร์ ต้องได้รับคืนมาด้วย
และ ถึงแม้ว่า การถ่ายเทความเย็น ในทางทฤษฏี จะทำให้ เนื้อมวลสาร มีอูณหภูมิเท่ากันในที่สุดนั้น หมายความว่า สสารหนึ่ง เย็น 77 องศาเอฟ ได้การการถ่ายเทความเย็น จากสสารเย็น 38 องศาเอฟ และ ถ้า สสารเย็น 38 องศาเอฟได้รับการเติมความเย็น ให้ คงอยู่ที่ 38 องศาเอฟได้ตลอดเวลาก็ตาม แต่การที่จะถ่ายเทความเย็น ให้ สสารที่อุณหภูมิ 77 องศาเอฟ ลดลงเหลือ 38 องศาเอฟ นั้น ต้องการเวลาสำหรับการลดอุณหภูมิ เพราะมิใช่ว่า เมื่อนำสสารทั้งสองมาแตะกันก็จะทำให้ อุณหภูมิเท่ากันทันที
สำหรับนักวิชาการ คงเข้าใจได้ไม่ยาก แต่สำหรับผู้อ่านทัวไป ถ้าจะให้เข้าใจได้ง่ายๆ ก็จะขอยกตัวอย่าง หน้าหนาว ที่ อุณหภูมิภายนอก ต่ำเหลือเพียง 32-33 องศาเอฟ หรือ ประมาณ น้ำเกือบจะเป็นน้ำแข็งอยู่แล้ว แต่ เราก็ยังสามารถ เดินออกจาก บ้าน ไปขึ้นรถ ได้ทัน โดยที่ ตัวเรายังไม่แข็งไปซะก่อน ถ้ารีบๆ เดิน
สำหรับเรื่องนี้ก็เช่นกัน ถ้า เบียร์ ต้องการ ลดอุณหภูมิ ลงมาเหลือ 38 องศาเอฟ ในขณะที่มีเวลา ไหลอยู่ในท่อที่แช่อยู่ในสารที่เย็นกว่า เพียง 3 วินาที ประสิทธิภาพในการถ่ายเทความเย็น ของ ท่อ ก็ต้องนำมาคำนวณร่วมด้วย ว่า ต้องมีค่าการนำความร้อนเท่าไหร่ จึงจะพอ
แต่การเลือก ชนิดของท่อ ให้ได้ตามต้องการ ก็คงเป็นเรื่องยาก ทั้งในแง่ของการ ความเหมาะสม เช่น ราคา เป็นต้น
วิธีที่ง่ายกว่า ก็คือ คำนวณว่า ท่อที่ใช้ให้ เบียร์ ไหลผ่านนั้น มีค่าการนำความร้อนเท่าไหร่ ก็จะสามารถคำนวณย้อนไปได้ว่า จะต้องให้ ของเหลวที่หล่ออยู่ภายนอกมี อุณหภูมิเท่าไหร่ การถ่ายเทความเย็น จึงจะได้ ตามที่ต้องการ ในเวลาที่กำหนด
สำหรับ เครื่องต้นแบบทดลองของผม พบว่า ความแตกต่างของอุณหภูมิ ระหว่าง ของเหลวเย็นภายนอกท่อ กับ น้ำเบียร์ อุณหภูมิ 77 องศา ที่ไหลเข้าทางเข้า ผ่านท่อเป็นเวลา 3 วินาที และที่ไหลออกจากท่อ คือ 11 องศาเอฟ
ทำให้ รู้ว่า ถ้าต้องการ ให้เบียร์ ที่ไหลเข้าทางเข้า และ ออกทางออก มีอุณหภูมิ 38 องศาเอฟ ก็ต้องให้ ของเหลวเย็นนั้น มีอุณหภูมิคงที่ที่
38 - 11 = 27 องศาเอฟ
ดังนั้น ที่เราต้องทำก็คือ รักษาอุณหภูมิของ ของเหลวภายนอก ท่อเบียร์ให้คงที่ ที่ 27 องศาเอฟ ไว้ ในขณะที่ มีการไหลของเบียร์ในท่อ และ ต้องให้ คงที่ที่ 38 องศาเอฟ ในยามที่ ไม่มีการไหลของ เบียร์
เหตุผลก็เพราะว่า ถ้า เบียร์ ไม่ไหล ก็จะเกิดการถ่ายเทความร้อนต่อเนื่อง จนในที่สุด เบียร์ในท่อก็จะมีอุณหภูมิ 27 องศาเอฟ ซึ่งจะต่ำกว่า อุณหภูมิ ณ. จุดเยือกแข็ง ผลก็คือ เบียร์ ในท่อจะกลายเป็น เบียร์แข็งไปทั้งหมด อุดตันอยู่ในท่อ นำออกมาไม่ได้
ซึ่ง การ ลดความเย็น จาก 27 องศาเอฟ เป็น 38 องศาเอฟ ทันทีที่ น้ำเบียร์ หยุดไหล ก็คงต้องใช้ ฮีทเตอร์ ข่วย ไม่เช่นน้ำ ก็อาจมี น้ำเบียร์ บางส่วน โดยเฉพราะ บริเวนปลายท่อ เป็น น้ำแข็งไปซะก่อนที่ ความเย็นของ ของเหลวภายนอกท่อจะลดลงได้ทัน
ด้วยเหตุนี้เอง เครื่องต้นแบบผมจึงต้องมี ระบบสร้างและสะสมความเย็น เพื่อให้ทำงานร่วมกัน เพราะความต้องการความเย็น ไม่คงที่ตลอดเวลา ขึ้นลง ตามช่วงเวลาที่ต้องการ ในขณะที่ คอมเพรสเซอร์ เพิ่มความเย็นได้อย่างเดียว จะลดความเย็นก็คือ หยุดการทำงาน แล้ว ปล่อยให้ ความเย็น สลายตัวไปตามธรรมชาติ ซึ่ง ไม่ทันต่อความต้องการของระบบ
เช่นคอมเพรสเซอร์ หยุดทำงานที่ 27 องศาเอฟ แล้ว กว่าอุณหภูมิ จะเพิ่มเป็น 38 องศาเอฟ ก็คงใช้เวลาอย่างน้อยก็ 5 นาที ซึ่ง เบียร์ ในท่อที่หยุดไหล จะกลายเป็น น้ำแข็งไปซะก่อน ถ้าในช่วงเวลานั้นต้องการรินออกมาภายนอก ก็จะทำไม่ได้ นั่นเอง
ซึ่งผมก็เชื่อว่า นี่ก็อาจเป็น สาเหตุหนึ่งของความล้มเหลวในความพยายามสร้างเครื่องทำเบียร์วุ้นสำหรับ เบียร์สด โดยใช้หลักการ เบียร์ไหลผ่านท่อ ที่ผ่านมาในอดีต ตลอดระยะเวลา เกือบ ยี่สิบปี ที่ผม ค้นพบว่ามีความพยายามสร้างเครื่อง
คือเบียร์ในท่อที่ต้องการให้เป็นวุ้น แข็งตัวอยู่ในท่อหมด
นอกจากเครื่องเครื่องหนึ่ง ที่ผมอาจถือได้ว่าเป็นครั้งแรกของโลก
ซึ่งผมได้ค้นคว้าพบว่า มีการสร้างขึ้นมาที่ อเมริกา และได้ จดทะเบียน ขอสิทธิบัตรเอาไว้อย่างเป็นทางการ
ผมได้อ่าน และ ศึกษาหลักการทำงานของเครื่องนั้นโดยละเอิียด และ ยอมรับว่า เครื่องนั้น สามารถทำเบียร์สด ให้ออกมาเป็นวุ้นได้ เช่นกัน เพราะ หลักการของเครื่องนั้น ถูกต้องและเป็นไปได้ ถึงจะไม่เหมือน จนเรียกว่า แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงก็ตาม แต่ก็ไม่แปลกเพราะ ก็อาจมีหลายวิธีการที่สร้างผลลัพท์ อย่างเดียวกันได้
แต่ที่ยังไม่เคยเห็นว่า ผู้จดสิทธิบัตรนำไปสร้างหรือผลิตขาย ก็คงเป็นเพราะว่า เครื่องที่จดสิทธิบัตรนั้น มีขนาด พอๆ กับ ตู้แช่ขนาดใหญ่ที่เห็นกันตามร้าน ขายน้ำอัดลม จำนวน สามเครื่องวางเรียงต่อกันตามยาว
ผมว่า เขาคงลดขนาดให้เล็กลงจนผลิตขายในเชิงพาณิชย์ในแบบ เครื่องใช้ ไฟฟ้าในบ้าน ทั่วๆไป ไม่ได้ นั่นเอง
ซึ่งเมื่อพิจารณาหลักการทำงานในเครื่องของเขาแล้ว เท่าที่เห็น ภาพประกอบ ผมก็คิดว่า นั่นก็คงเป็นขนาดที่เล็กที่สุดแล้ว เพราะใช้ ระบบเครื่องทำความเย็นถึง สามชุด ทำงาน แยกส่วนกัน ทำความเย็น ให้กับ เบียร์ที่ไหล อยู่ในท่อ ในส่วนต่างๆกัน
ซึ่งหลักการของเครื่องนั้น ก็เรียบง่าย แต่ ล้ำเกินกว่า ความคิดพื้นฐานทั่วไป
คือ หลักการโดยรวมก็เกือบเหมือนกันที่ผมใช้ คือ แบ่งการ ลดอุณหภูมิ เบียร์น้ำ ลง ออกเป็น สามขั้นตอน คือ
ขั้นที่หนึ่ง ลดอูณหภูมิจาก อุณหภูมิห้อง ลงจนถึง อุณหภูมิเก็บรักษา คือ เป็น ช่วงที่ ลดจาก 77 องศาเอฟ เหลือ 38 องศาเอฟ ซี่งในส่วนนี้ ก็ใช้เครื่องทำความเย็น ที่เหมือนกับตู้เย็นเครื่องหนึ่ง โดยนำถังเบียร์ทั้งถัง แช่ไว้ภายใน ทำให้ อุณหภูมิ เบียร์น้ำ ถุกควบคุมให้ อุณหภูมิ คงที่ที่ 38 องศาเอฟ
ขั้นที่สอง คือส่วนที่ ใช้ลดอูณหภูมิ ของเบียร์ที่ 38 องศาเอฟ จนถึงจุดเยือกแข็ง คือ 28 องศาเอฟ
ข้้นที่สาม คือส่วนที่นำเอา ความร้อนแฝงออกจากเบียร์ที่จุดเยือกแข็ง
จนเบียร์กลายเป็น น้ำแข็ง ด้วยหลักการ ซุปเปอร์คูล
เครื่องจึงต้องมี ระบบทำความเย็น สามชุด
ชุดที่หนึ่งสำหรับ ทำตู้เย็นแช่ ถังเบียร์ ให้ อยู่ที่ อูณหภูมิ 38 องศาเอฟ อันเป็น อุณหภูมิ ที่ปลอดภัยสำหรับ การเก็บรักษา
ชุดที่สอง สำหรับ ลดอูณหภูมิ จาก จุดเก็บรักษาลงจนถึง จุดเยือกแข็ง
ชุดที่สาม สำหรับ ทำให้ เบียร์ที่จุดเยือกแข็ง กลายเป็น เบียร์วุ้น
เหตุที่ต้องมีถึงสามชุด ก็เพราะ ความต้องการทำวุ้นนั่นเอง เพราะถ้าต้องการเพียง เบียร์เย็น หรือ เย็นจัด ก็ตาม ใช้ เครื่องทำความเย็น เพียงชุดเดียวก็เพียงพอ แต่ก็ต้องมี การปรับความเย็นแบบ ไดนามิค แทนการปรับความเย็นแบบสแตติก
อธิบาย การถ่ายเทความเย็น แบบไดนามิก ได้ดังนี้
ความสามารถในการถ่ายเทความเย็นให้ น้ำเบียร์ในท่อ ขึ้นอยู่กับ ความเร็วในการเคลื่อนที่ของ เบียร์ในท่อ และ เวลาที่ ท่อเบียร์ แช่อยู่ใน ของเหลวถ่ายเทความเย็น
กล่าวคือ น้ำเบียร์ที่อยู่ในท่อ จึง มีหลายสภาวะการถ่ายเทความเย็นให้
ก. เบียร์ไหลต่อเนื่อง ของเหลวถ่ายเทความเย็นให้ เบียร์ในท่อก็ต้องมีมากพอ เพราะให้ สมดุลย์กับการไหลของเบียร์ในท่อ
ข. เบียร์ในท่อไม่ไหล ของเหลวถ่ายเทความเย็นก็ต้องอยู่ในระดับที่ ไม่เกินไปทำให้ เบียร์กลายเป็นน้ำแข็งไปในท่อ
สำหรับเครื่องต้นแบบที่ผมทำการทดลอง พบว่า
ก. เบียร์ที่ไหล อุณหภูมิของเหลวภายนอก ต้องต่ำกว่า อุณหภูมิเบียร์ที่ต้องการ เท่ากับ 11 องศาเอฟ
ข. เบียร์ที่ไม่ไหล อุณหภูมิของเหลวภายนอก ต้องต่ำกว่า อุณหภูมิเบียร์ที่ต้องการ เท่ากับ 4.4 องศาเอฟ
ทั้งสองข้อ ก็เนื่องมาจาก การถ่ายเทความเย็น ต้องการเวลาสำหรับ การถ่ายเทความเย็นผ่านผนังท่อ การถ่ายเท จึงต้องเป็นแบบเปลี่ยนแปลงไปตามความเหมาะสม หรือ ไดนามิก
จะให้การถ่ายเทแบบคงที่หรือ สแตติก ไม่ได้ เพราะ ต้องการลดอุณหภูมิลงจนเป็นวุ้นเท่านั้น จึง ขาดหรือเกิน ไม่ได้ เพราะ เบียร์ต้องเป็นวุ้นที่มีความอ่อนนุ่มอยู่ในระดับที่ไหลผ่านลำคอลงไปได้ ไม่ใช่เป็นก้อนเหมือนก้อนน้ำแข็ง
ไม่เหมือนกับการทำน้ำแข็งก้อน ที่ ยิ่งทำให้น้ำเย็นเร็วหรือมาก เท่านไหร่ก็ยิ่งทำให้ได้ก้อนน้ำแข็งเร็ว เพราะ ไม่มีข้อจำกัดความแข็งของ ก้อนน้ำแข็งนั้นเอง
คำถามที่สำคัญ ถ้า จุดเยือกแข็ง ของเบียร์ เท่ากับ 28 องศาเอฟ ตอนที่ยังเป็น เบียร์น้ำ และ ก็กลายเป็น เบียร์วุ้น แต่ก็ยังอยู่ที่ 28 องศาเอฟ คือ อุณหภูมิยังไม่เปลี่ยน เราจะรู้ได้อย่างไร ว่า
ณ. เวลาใดเวลาหนึ่ง ที่ เบียร์น้ำ ค่อยๆกลายเป็น เบียร์วุ้น ไปทีละ เปอเซนต์ ของ เบียร์น้ำ และ ถ้าเราต้องการจะ หยุดการเปลี่ยนไปเป็น เบียร์วุ้น เมื่อ การเปลี่ยน ดำเนินไปได้ 50% ไม่มากไม่น้อยไปกว่านั้น
ซึ่งเรื่องนี้ ก็คือ หัวใจของเครื่องทำเบียร์วุ้น ที่สามารถกำหนด เวลา และ ลักษณะความอ่อนนุ่ม ที่ต้องการได้
และ สิ่งที่ถือได้ว่า เป็นหัวใจของเครื่องทำเบียร์วุ้นก็คือ อุปกรณ์ที่ จะทำให้ บอกเราได้ว่า เบียร์น้ำ ได้ เปลี่ยนสภาพไปเป็น เบียร์วุ้น แล้ว นั่นเอง
ขณะที่ เบียร์น้ำที่จุดเยือกแข็ง คือ 28 องศาเอฟ ค่อยๆ กลายสภาพไปเป็นเบียร์วุ้น ซึ่งก็ที่ 28 องศาเอฟ เช่นกัน คือ ช่วงเวลาที่ เครื่องทำความเย็น กำลังถ่ายเทความเย็น เติมให้ เบียร์น้ำ เช่นเดียวกับ ตอนที่ ลดอุณหภูมิของเบียร์ ทีอุณหภูมิ 77 องศาเอฟ ลงมาจนถึง 28 องศาเอฟ เครื่องเย็นชุดเดิม ระบบการถ่ายเท ชุดเดิมทั้งหมด
เพียงแต่ ช่วงนี้ ระบถ่ายเทความเย็น จะต้อง ถ่ายเทความเย็นได้ มากถึง 126 เท่า ของช่วงเวลาก่อนหน้านั้น ซึ่งก็เป็นเพราะ ค่าความร้อนแฝงของการเยือกแข็งของเบียร์ เท่ากัน 126 บีทียูต่อปอนด์ต่อองศา
ถ้าต้องการให้ ช่วงเวลานี้ เสร็จสิ้น ภายใน 50 วินาที ( เดิมกำหนดให้ การทำเบียร์วุ้น ทั้งหมดเสร็จสิ้นภายในเวลา หนึ่งนาที หรือ 60 วินาที และ ได้ใช้ เวลา 10 วินาทีไปในการ ลดอุณหภูมิลงจาก 77 เหลือ 38 องศาเอฟ ไปแล้ว )
ก็หมายความว่า
ต้องใช้เวลา
2 วินาที ลดอุณหภูมิจาก 38 องศาเอฟ ลงเหลือ 28 องศาเอฟ
และ
42 วินาที เปลี่ยนสภาพ เบียร์น้ำที่ 28 องศาเอฟ ให้กลายเป็น เบียร์วุ้น ที่ 28 องศาเอฟ
ซึ่งก็จะเห็นว่า การเปลี่ยนอุณหภูมิ สามารถ ควบคุมการทำงานของเครื่องทำความเย็น ให้ เปิดปิด เพื่อ รักษาอุณหภูมิของ เบียร์ ได้ ด้วย อุปกรณ์ที่เรียกว่า เทอโมสตัด ที่มีความรวดเร็วในการ ตัดต่อระบบที่ แม่นยำ โดยมีความผิดพลาด ไม่เกิน 0.1 เปอร์เซนต์ และให้ทำงานร่วมกับ ฮีทเตอร์ สำหรับสร้างความร้อน ที่ ช่วยป้องกัน อุณหภูมิของ เบียร์น้ำที่จุดเยือกแข็ง ไม่ให้ ต่ำไปกว่า จุดเยือกแข็งไว้ เพราะ การเปลี่ยนอุณหภูมิจาก 28 องศาเอฟ ถ้าลงไปถึง 27.9 องศาเอฟ ก็เท่ากับว่า เบีียร์น้ำที่จุดเยือกแข็ง กลายเป็น เบียร์น้ำแข็ง ไปหมดแล้ว นั่นเอง
แต่ ในช่วงเวลาที่ เบียร์น้ำ กำลังเปลี่ยนสภาพจาก เบียร์น้ำเป็นเบียร์วุ้น ซึ่งอุณหภูมิไม่เปลี่ยน ก็ต้องใช้อุปกรณ์ ที่เรียกว่า เครื่องนับค่าการถ่ายเทความร้อนแฝง ที่ผมออกแบบขึ้นมาใช้งานเอง แทน เทอโมสตัด
หลักการทำงานของเครื่องก็ง่ายๆ โดยการ วัดการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้น ว่า ใน หนึ่งวินาที มีการถ่ายเทไปเท่าไร เพราะ เรารู้ว่า การถ่ายเทความร้อนแฝง เริ่มต้นที่ 1 หน่วย และจะไปสิ้นสุดที่ 126 หน่วย ซึ่งในช่วงเวลาที่ผ่านไปนั้น เบียร์น้ำ จะ ค่อยๆ แข็งตัวขึ้น กลายเป็น เบียร์วุ้นอ่อนนุ่ม คือ ราวๆ 12.6 หน่วย หรือ 10% และ ข้นขึ้นเรื่อยๆ จนถึง 53 หน่วย หรือ 50% ซึ่งเป็นขนาดที่พอเหมาะสำหรับการดื่ม และ เลยไปจนถึง 75% ก็จะแข็งจนไม่สามารถไหลผ่านท่อ จนถึง 126 หน่วย หรือ 100% คือ เบียร์น้ำ กลายเป็น ก้อนเบียร์แข็งติดคาอยู่ในท่อ ในที่สุด
ซึ่งเมื่อ คำนวณร่วมกับ กำหนดเวลา 48 วินาที สำหรับการถ่ายเทความร้อน 53 หน่วย ก็จะควบคุมระบบถ่ายเทความเย็นให้ พอดีกับความต้องการได้ เช่นกัน
ย้อนกลับไปถึงเรื่อง เครื่องทำความเย็น
ระบบทำความเย็นทั่วๆไป ก็จะใช้ หลักการของ การอัดน้ำยาทำความเย็น ให้กลายเป็นไอ ใน อีวาโพเรเตอร์ ถ่ายเทความเย็นให้อากาศหรือของเหลวโดยรอบด้วยการดูดความร้อนออก ทำให้ ไอนั้นกลายเป็น ไอร้อนๆ จากนั้น ก็ถูกดูดกลับไปยัง คอนเดนเซอร์หรือรังผึ้ง ด้วย คอมเพรสเซอร์ เพื่อ ดูดเอาความร้อนออกจากไอร้อนๆ ด้วย พัดลมที่ติดอยูที่รังผึ่ง เพื่อให้ ไอร้อนๆ กลายเป็น น้ำยาเย็น อีกครั้ง หมุนเวียนไปตลอดกาล เพราะ เป็นการใช้พลังงานกล เปลี่ยนสภาวะของ สสาร แล้วได้ประโยชน์จาก การเปลี่ยนสภาวะ ในรูปแบบของการ ดูดและถ่าย ความร้อนเข้าออกจากสสาร ซึ่งก็คือ น้ำยาทำความเย็น ที่มีอยู่หลายชนิด เช่น แอลกอฮอร์ น้ำมันก๊าด น้ำยาแอร์ หรือ แม้แต่ น้ำ ก็สามารถนำมาใช้เป็น แหล่งกำเนิดความเย็นได้ เช่นเดียวกับ น้ำยาแอร์
จากหลักการที่ต้องแบ่ง การทำความเย็น เป็น สามช่วงอุณหภูมิ รวบไปถึง โครงสร้างของเครื่องที่ใช้ในการถ่ายเทความเย็นที่แตกต่างกันด้วย
กล่าวคือ อุณหภูมิเก็บรักษา
อุณหภูมิเยือกแข็ง และ
การเปลี่ยนสภาพ
ซึ่ง จะต้องมีค่าการถ่ายเทความเย็น แตกต่างกัน
จึงควบคุมเครื่องทำความเย็นที่ระดับความเย็นเดียวไม่ได้ เพราะ ถ้าจะควบคุมให้พอดีกับช่วงไหน ก็จะ สูงไปหรือต่ำไป สำหรับ อีกสองช่วง
ซึ่งก็เป็นเหตุให้ เครื่องทำเบียร์วุ้นเครื่องแรกของโลก ที่ผมอ่านเจอใน เนท และ จดลิขสิทธิ์ไว้ที่ อเมริกา จึงต้องใช้ ระบบทำความเย็น ถึง สามชุด สำหรับ ระบบทั้งสามส่วน นั่นเอง
เมื่อ ประมาณ เจ็ดปีก่อน ผมเคย ร่วมงานกับ บ. แห่งหนึ่ง เพื่อสร้างเครื่องขึ้นมาครั้งแรกนั้น ตอนนั้น ผมก็ใช้ ระบบทำความเย็น สามชั้นเหมือนกัน แต่ได้หยุดไปก่อน เนื่องจาก ถูกระงับทุนสนับสนุน ซึ่งถ้าทำต่อ ก็จะสำเร็จ แต่ก็เป็นในแนว ทฤษฏีเดียวกับ ที่ผมเห็นใน เนทนั่นเอง
และอีก หลายปีต่อมา ก็ได้ ร่วมงานกับ บ. อีกแห่ง ด้วยจุดประสงค์เดียวกัน แต่ก็เป็น คนละแนวทฤษฏีกับ ที่ทำกับ บ. แห่งแรก โดยใช้แนวทางใหม่ แต่ก็ยังคงใช้ เทอโมสตัด สำหรับควบคุมความเย็นอย่างเดิม และ ก็ได้หยุดไปอีกครั้ง เนื่องจาก ถูกระงับทุนสนับสนุน
แต่สำหรับเครื่องนี้ ได้ใช้แนวทฤษฏีใหม่ และ ผู้สนับสนุนรายใหม่ ที่มองเห็น คุณค่า และ ความสามารถ จึงไม่กำหนดทุนที่จะต้องใช้ แต่ ผมเอง เริ่มจาก ไม่มีทุนทำ จึงใช้ทุนที่ได้ไม่จำกัดนั้น อย่างจำกัด และ จำเป็น ซึ่งก็คงเป็นเพราะความเคยชินจากสมัยที่ไม่มีทุนทำเอง
ในการควบคุมระบบทำความเย็น ของเครื่องนี้ เป็นระบบที่ ออกแบบขึ้นมาใช้งานเอง เนื่องจาก ไม่เคยมีมากก่อน จนพูดได้ว่า เครื่องที่ประสบความสำเร็จเครื่องนี้ เป็นคนละเครืื่องกับสองเครื่องก่อนหน้านั้น ซึ่งเป็นเครื่องนั้นที่ใช้ เทอโมสตัด โดยสิ้นเชิง
ส่วนในระบบเครื่องทำความเย็นถึงจะเป็นชุดเดียวกัน แต่ก็ เป็น พื้นฐานการทำความเย็นทั่วๆไป นั่นเอง ผมจึงไม่นำรวมเข้าไป จดสิทธิบัตรด้วย จะมีก็เพียง ชิ้นส่วนที่ ออกแบบขึ้นมาใหม่ทั้งหมด เท่านั้น ที่จดสิทธิบัตรและใช้กับเครื่องนี้
ที่ผมอ้างถึง การร่วมทุน สองครั้งแรก ก็เพื่อแสดงให้เห็นว่า การออกแบบสร้างเครื่องทำเบียร์ให้เป็นวุ้นนั้น มีได้หลายวิธีการ เพียงแต่ต้องเข้าใจว่า ความต้องการคืออะไร และ จะใช้อะไรทำให้ได้ตามความต้องการนั้น
ซึ่งความต้องการของเราก็คือ การทำเบียร์น้ำให้เป็นเบียร์วุ้น พูดให้ฟังดูง่ายๆก็คือ ถ่ายเทความเย็นเข้าไปในน้ำเบียร์ จนถึงจุดที่เบียร์เป็นวุ้น
ซึ่งถ้าไม่มีการกำหนดเวลา มันก็จะง่ายๆ อย่างนั้น คือ เมื่อรู้ว่า เบียร์สด มีจุดเยือกแข็งอยู่ที่ 28 องศาเอฟ เราก็ทำ กล่องแช่ถังเบียร์ ให้ เย็นถึง 28 องศาเอฟ เบียร์ก็จะเป็นวุ้นเองตามธรรมชาติของ ของเหลวที่ได้รับความเย็นเพียงพอ
แต่ถ้าต้องการ กำหนดเวลา รวมทั้งกำหนดปริมาณ เบียร์ ที่ต้องการทำให้เป็นวุ้นด้วย จะต้องทำอย่างไร
ก็คงต้องมีหลักวิชาการเข้ามากำหนดวิธีการ เพื่อให้ เครื่องที่สร้างทำงานได้อย่างสมบูรณ์
ดังที่อธิบายมาก่อนหน้านี้ ถึงวิธีการคำนวณ สิ่งต่างๆ ที่ต้องการ แต่ถึงแม้จะรู้ค่าความร้อน ความเย็นที่ต้องการใช้งาน และสมมุติว่า ค่าที่คำนวณถูกต้องหมด หมายถึง หลักการถูกต้อง แต่ก็ยังมีปัญหาวิธีการที่เกิดจาก อุปกรณ์ที่ใช้ทั้งหมด ยกตัวอย่างเช่น
ระบบทำความเย็น ปัจจุบันก็คือ คอมเพรสเซอร์ ปัญหาแรกของการใช้ระบบทำความเย็นแบบชั้นเดียวคือ ใช้คอมเพรสเซอร์สร้างความเย็นให้เบียร์ โดยต้องการกำหนดเวลาที่ต้องการ ซึ่งหมายความว่า ต้องให้เกิดการถ่ายเทความเย็น ในปริมาณที่ต้องการต่อเวลาที่ผ่านไป คิดเป็นวินาที
คือ ต้องการ ถ่ายเทความเย็นจำนวน 100 บีทียู ต่อ วินาที ตั้งแต่ วินาที ที่ 1 ถึง วินาทีที่ 10 เท่าๆกันตลอดทุกวินาที
เป็นไปไม่ได้ครับ เพราะการทำงานของ คอมเพรสเซอร์ ไม่ได้ผลิตความเย็นแบบ ลีเนียร์ คือ แบบ ต่อเนื่องคงที่ทุกวินาที แบบที่เราต้องการ แต่มีการทำงานแบบ นอนลีเนียร์ คือ วินาทีที่ 1 จะถ่ายเทความเย็น ทีละน้อย ทำให้ กำหนดปริมาณการถ่ายเทความเย็นในเวลาที่ต้องการไม่ได้
อุปกรณ์ต่อไปก็คือ อุปกรณ์ควบคุมการทำงานของ คอมเพรสเซอร์ ที่มีใช้กันอยู่ก็คิือ เทอโมสตัด ซึ่งก็ใช้ไม่ได้อีกเช่นกัน เพราะ
สมมุติว่า เราต้องการการถ่ายเทความเย็น จำนวน 100 บีทียู ขาดเกินไม่ได้ ทีนี้สมมุติอีกว่า ให้มีเทอโมสตัดที่ มีความรวดเร็วในการตัดไฟการทำงานของคอมเพรสเซอร์ ชนิดถูกต้องรวดเร็วที่สุดคือ เมื่อ เทอโมสตัด วัดได้ว่า การถ่ายเทความเย็นครบ 100 บีทียูก็ตัดไฟที่ป้อนให้คอมเพรสเซอร์ แต่เนื่องจาก คอมเพรสเซอร์ ทำงานด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า การตัดไฟ ก็ไม่ทำให้ มอเตอร์คอมเพรสเซอร์ หยุดทันที แต่ยังคงมีการหมุนต่อไปอีกด้วยแรงเฉื่อย แล้วจึงค่อยๆหยุดลง แต่ในระหว่างเวลาดังกล่าวนั้นเองที่ ระบบทำความเย็นยังคงถ่ายเทความเย็นต่อไปอีกเล็กน้อย แต่ไม่ว่าจะเล็กน้อยแค่ไหน ก็ทำให้ ค่า บีทียู เกิน 100 อยูดี นั่นคือ ถ้า เบียร์เริ่มเป็นวุ้นที่ 100 บีทียู ค่าความเย็นส่วนเกินนั่นแหล่ะที่ทำให้ เบียร์แข็งมากขึ้น จาก เบียร์วุ้น กลายเป็น เบียร์น้ำแข็ง ซึ่งถ้าเป็น เบียร์ขวด ตรงนี้แหล่ะที่ทำให้ ขวดเบียร์แตก
ต่อไปก็คือ ท่อนำเบียร์เข้า คูลเลอร์หรือห้องแช่เย็น เพื่อถ่ายเทความเย็นให้เบียร์ จะไม่เป็นไปตามที่คำนวณไว้ ซึ่งก็เป็นเพราะ ค่าการนำความเย็นผ่านผนังท่อสแตนเลส ที่คำนวณไว้จากคู่มือทางโลหะวิทยา ว่ามีค่าทางทฤษฏีเท่าไหร่ก็ตาม แต่ก็ไม่สามารถหาสแตนเลสที่จะ ถ่ายเทความร้อนให้ได้ตามที่คำนวณ นอกจากจะผลิตท่อสแตนเลสเอง เพื่อให้ มีค่าการถ่ายเทความเย็นเท่าที่กำหนด
และที่สำคัญที่สุดก็คือ เบียร์สด ที่มีค่าทางเทอโมไดนามิค ไม่เท่ากันเลยซักหยด อาจแตกต่างกันบ้างเล็กๆน้อยๆ ซึ่งถึงแม้ว่า จะเล็กๆน้อยๆ โดยมีค่าทางตัวเลขอยู่ใน ช่วงที่โดยทั่วไปเรียกว่า ค่าปัดทิ้งได้ แต่สำหรับเรื่องนี้ ปัดทิ้งไม่ได้
ห้องแลปความร้อนของผม ทดลองอยู่หลายปี หลายวิธีการ กว่าจะสรุปได้ว่า คอมเพรสเซอร์โดยตรงใช้กับเรื่องนี้โดยตรงไม่ได้ ต้องใช้แบบทางอ้อม
หลักการ ง่ายๆก็คือ สร้างสารสะสมความเย็นเพื่อให้มีการถ่ายเทความร้อนอย่างทันใจ ชนิดที่สามารถกำหนด ปริมาณการถ่ายเทความร้อนในช่วงเวลาที่ต้องการได้
วิธีการ ก็ง่ายพอกัน ก็คือ ใช้คอมเพรสเซอร์ สร้างสารสะสมความเย็น ที่มี ค่าการถ่ายเทความร้อนรอเอาไว้ใช้
ซึ่งเมื่อถึงเวลาต้องการใช้ ก็นำเอาไปถ่ายเทความเย็นให้เบียร์ได้ทันที
ซึ่งวิธิการนี้ จะได้ผลดีกว่า รอให้ คอมเพรสเซอร์ เริ่มทำงาน เริ่มถ่ายเทความเย็น พอแล้วจึงปิดเครืื่อง ซึ่งก็อธิบายไปแล้วว่า ปิดทันทีก็ยังมีส่วนเกิน
สารสะสมความเย็นที่สร้างรอเอาไว้ใช้ จะมีอุณหภูมิที่ต่ำมากๆ เช่น ที่เครื่องผมใช้คือ -4 องศาเอฟ แต่ยังอยู่ในรูปของเหลวที่ไหลได้
และเมื่อต้องการใช้งานก็ นำออกไปถ่ายเทความเย็นให้ เบียร์ที่อยู่ในท่อ โดยการ ฉีดพ่นใส่ท่อ ด้วย สารสะสมความเย็นที่มีปริมาณที่เหมาะสม และ ระยะเวลาที่เหมาะสม
ด้วยวิธีการนี้ เราก็สามารถ ลดอุณหภูมิของเบียร์ จาก อุณหภูมิห้อง หรือประมาณ 77 องศาเอฟ ให้ เหลือ 38 องศาเอฟ อันเป็นอุณหภูมิเบียร์ที่เย็นจัด ในเวลาไม่กี่วินาที สำหรับ ผู้ที่ชื่นชอบการบริโภค เพียงเบียร์เย็นจัด
หรือ จะลดลงให้ถึง 28 องศาเอฟ อันเป็นจุดเยือกแข็งของ เบียร์ และทำให้ เบียร์น้ำกลายเป็นเบียร์วุ้น ได้ในเวลาไม่กี่วินาทีเช่นก้น สำหรับผู้ที่ชื่นชอบการบริโภคเบียร์วุ้น และ ไม่ต้องการรอแช่เบียร์ไว้ในตู้เย็นนานๆ
สำหรับหลักการถ่ายเทความเย็นจากสารสะสมความเย็นให้ เบียร์ อย่างได้ผล ก็ต้องให้ เบียร์น้ำ ไหลไปตามท่อ ขนาดที่พอเหมาะ และ มีสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน ที่เหมาะสม เพื่อให้ น้ำเบียร์ ที่ไหลอยู่ในท่อ ลดอุณหภูมิลง จากอุณหภูมิห้องจนถึงอุณหภูมิที่ต้องการ ในเวลาที่กำหนด ซึ่งก็ขึ้นอยู่กับการเลือกใช้โลหะที่เหมาะสม แต่ต้องถูกสุขลักษณะด้วย เพราะ ท่อโลหะเป็นท่อที่น้ำเบียร์ไหล จึงต้องสะอาดตลอดเวลา และ การออกแบบที่ถูกต้อง ก็จะต้องมีระบบการทำความสะอาดท่อ ทั้งก่อนและหลังใช้ได้ อีกด้วย
ส่วนใหญ่ก็จะใช้ ท่อสแตนเลส 304
แต่ สแตนเลส มีค่าการถ่ายเทความร้อนที่ต่ำมาก คงใช้ได้กับระบบ เบียร์คูลเลอร์ ที่ทำแค่ความเย็นจัดเท่านั้น
แต่ถ้าจะใช้กับ การทำเบียร์วุ้น ก็ต้องเป็นโลหะที่มีค่าการนำความร้อนสูงกว่านั้นมากจึงจะใช้งานได้ เช่น ท่อเงิน ท่อทองคำ เป็นต้น
สแตนเลส 304 มีค่าการนำความร้อน เพียง 13.8 W/m.K
สแตนเลส 316 มีค่าการนำความร้อน เพียง 13.5 W/m.K
เงิน มีค่าการนำความร้อน 427 W/m.K
ทองคำ มีค่าการนำความร้อน 318 W/m.K
และ
ทองแดง มีค่าการนำความร้อน 398 W/m.K
หรือ
ทองเหลือง มีค่าการนำความร้อน 385 W/m.K
แต่ ทองแดงไม่สะอาดพอ และ เงิน หรือ ทองคำ ก็มีราคาสูงมาก
นั่นก็คือ หัวใจของการทำเบียร์วุ้น แบบที่สามารถควบคุมได้ทั้งปริมาณ และ เวลา หนึ่ง ใน สี่ อย่าง ก็คือ การเลือกชนิดของโลหะที่จะนำมาใช้ในการถ่ายเทความร้อน
อย่างที่สองเกี่ยวกับปริมาณความเย็นที่ต้องการ ก็คือ การเลือกขนาดของระบบทำความเย็น หรือ คอมเพรสเซอร์ ซึ่งจะต้องทำความเย็นมากกว่าที่ต้องการอีก 25% เป็นอย่างน้อย ซึ่งก็เพราะ คอมเพรสเซอร์ ทำงานแบบ นอนลีเนียร์ คือ เริ่มช้า การทำความเย็นจะไม่ได้ ตามหน่วยที่ต้องการในเวลาที่กำหนด จึงต้องเผื่อปริมาณที่เกิดจากการเริ่มช้าเข้าไปด้วย ซึ่งจากการทดลองใน ห้อง แลปเทอโม ของผมที่ทดสอบกับ คอมเพรสเซอร์ มากกว่า 10 รุ่น ทำให้รู้ว่า
ถ้า ต้องการ ทำความเย็น 100 บีทียู/นาที จะต้องใช้ คอมเพรสเซอร์ ขนาด 125 บีทียู/นาที เพราะว่า นาทีแรก คอมเพรสเซอร์ ขนาด 125 บีทียู/นาที จะทำความเย็นได้ เพียง 100 บีทียู เท่านั้น และ ในนาที ต่อๆไป จึงจะ ทำความเย็น 125 บีทียู/นาที นั่นเอง
อย่างที่สามเกี่ยวข้องโดยตรงกับการถ่ายเทความเย็น ให้เบียร์ ในวาระที่ต่างกัน ถึง สามวาระ คือ
วาระที่ลดอุณหภูมิลงถึงไม่เกิน อุณหภูมิเก็บรักษา ซึ่งสำคัญมาก กล่าวคือ ถ้าทำให้เบียร์ อุณหภูมิต่ำกว่านี้ จะทำให้ เบียร์เสียสภาพ
วาระที่ลดจากอุณหภูมิเก็บรักษา ไปจนถึง อุณหภูมิ เย็นจัด
และ วาระที่ลดจาก อุณหภูมิเย็นจัดจนกลายเป็นวุ้น
โดยที่แต่ละวาระต้องมีการถ่ายเทความเย็นที่แตกต่างกัน
ซึ่งทำให้ผมคิดค้นระบบ ของเหลวสะสมความเย็น ขึ้นมาใช้งาน ซึ่งก็เป็นเพราะ คอมเพรสเซอร์ ทำงานแบบนอนลีเนียร์ แต่ เราต้องการ การถ่ายเทความเย็นแบบลีเนียร์
คอมเพรสเซอร์ จะมีหน้าที่เพียงทำให้ สารสะสมความเย็น มีอุณหภูมิอยู่ในระดับที่ต้องการ เช่น
สำหรับ วาระแรก ต้องการเพียง ลดลงเหลือ 39 องศาเอฟ
สำหรับ วาระที่สอง ต้องการ ลดลงเหลือ 28 องศาเอฟ ภายใน 10 วินาที
สำหรับ วาระที่สาม ต้องการ ลดลงจนเป็นวุ้น ภายใน 50 วินาที
อย่างที่สี่ เกี่ยวข้องกับ เวลาที่กำหนด ก็คือ การออกแบบลักษณะของ ภาชนะที่ใช้ในการถ่ายเทความร้อน ซึ่งในที่นี้ก็คือ ท่อเบียร์ ที่จะต้องมีการกระจายการถ่ายเทความร้อนให้ น้ำเบียร์ในท่อ อย่างถูกต้อง และ ตรงเวลา ว่าเมื่อ เบียร์เริ่มไหลเข้าไปในท่อที่อยู่ในห้องแช่เฉพาะ ซึ่งมีเวลา 0 วินาที จะถูกถ่ายเทความเย็นเข้าไป เท่าไหร่ ต่อวินาที จนถึงทางออก
รวมไปถึง การถ่ายเทความเย็นออกจนกลายเป็นวุ้น ในห้องกำเนิดวุ้น
อีกทั้งขนาดของท่อในส่วนต่างๆ ก็อาจจะต้องไม่เท่ากัน เพราะ เบียร์น้ำ จะมีความหนืด น้อยกว่า ที่กำลังเริ่มเป็นวุ้น และ จะหนืดมากที่สุด ตอนที่เป็น วุ้นเต็มที่ ซึ่งมีความหนืดเกือบเท่าสเลอปี้
และสุดท้าย หัวจ่ายวุ้นที่จะออกมาสู่ภาชนะรองรับ ก็ต้องออกแบบให้ เหมาะสมกับการ รินเบียร์วุ้น ซึ่ง หัวจ่ายเบียร์แบบดั้งเดิม หรือที่เรียกว่า ดีสเพนเซอร์ จะใช้กับงานนี้ไม่ได้ ต้องออกแบบใหม่ทั้งหมด
ทั้งหมดนี้ นำไปสู่ การใช้ระบบทำความเย็นทางอ้อม ซึ่งก็คือ การใช้ คอมเพรสเซอร์ สร้างสารสะสมความเย็น ในที่นี้ ผมใช้ น้ำผสม อีจี 25% ทำให้ มีอุณหภูมิต่ำถึง -20 องศาเอฟ โดยที่ยังเป็นของเหลวอยู่
แล้วจึงใช้ปั้มของเหลวที่ทำงานภายใต้อุณหภูมิที่ต่ำมากๆได้ สูบไปใช้ยังห้องต่างๆ เช่นเดียวกับที่ อีวาโพเรเตอร์ ทำกับ สารสะสมความเย็นนั้นเอง แต่ที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด ก็คือ สารสะสมความเย็น จะมี อุณหภูมิ -20 องศาเอฟ ตลอดเวลา ไม่เหมือน อีวาโพเรเตอร์ ที่จะต้องค่อยๆ เพิ่มความเย็น ตอนเริ่มทำงาน
อีกทั้ง วิธีการนี้ จะทำให้ คอมเพรสเซอร์ ได้เวลาพักที่ยาวนานกว่าด้วย โดยการตั้งระยะเวลาพักเครื่องให้อุณหภูมิต่างกันมากได้ เช่น ถ้าเราต้องการใช้ สารสะสมความเย็น ที่ อูณหภูมิ -20 องศาเอฟ เราก็จะตั้งให้ ห้องกำเนิดสารสะสมความเย็น มีอูณหภูมิไว้ที่ ซัก -25 องศาเอฟ ให้คอมเพรสเซอร์ ปิด และ เปิดใหม่ที่ -20 องศาเอฟ ประหยัดไฟได้มากกว่า การเปิดคอมเพรสเซอร์ ให้ พยุงอุณหภูมิสารสะสมความเย็นให้คงที่ ที่ -20 องศาเอฟโดยตรง เพราะ อาจต้องให้ คอมเพรสเซอร์ เปิดปิด บ่อยครั้งกว่ามาก
ต่อจากนั้น จึงปั๊มสารสะสมความเย็น ผ่านท่อไปยัง ห้องใช้งาน สามห้องที่ต้องการ คือ
ห้องเก็บรักษาเบียร์สด หรือ ตู้เย็นสำหรับเบียร์ โดยการใช้ ท่อทองแดง ม้วนเป็นขด รอบห้อง เมื่อสารสะสมความเย็นที่มีอุณหภูมิต่ำถึง -20 องศาเอฟไหลอยู่ภายใน ก็จะทำให้ อุณหภูมิภายนอกท่อ ลดลง ก็ให้คงอุณหภูมิภายในห้อง ไว้ที่ 38 องศาเอฟ โดยใช้ เทอโมสตัด เปิดปิด ปั๊ม
ห้องแช่เย็นจัด หรือ คูลเลอร์ ก็จะเป็น อ่างสี่เหลี่ยมหรือทรงกระบอกก็ได้ ที่บรรจุสารสะสมความเย็น โดยมี ท่อทองแดงขึ้นรูปเป็นขด อยู่บริเวณผนังอ่าง และ ถัดเข้ามาก็เป็น ท่อนำน้ำเบียร์ ขดอยู่เป็นวงชั้นใน เหลือเนื้อที่ต้องกลางไว้ สำหรับให้ใบพัดที่หมุนตลอดเวลาเพื่อให้ เกิดการไหลเวียนของ สารสะสมความเย็น ถ่ายเทความเย็นจาก ท่อนำสารสะสมความเย็น ไปยัง ท่อเบียร์ ที่ต้องการอุณหภูมิคงที่ที่ 28 องศาเอฟ โดยใช้ เทอโมสตัด เปิดปิด ปั๊ม
หมายเหตุ โดยทั่วไปแล้ว ส่วนนี้ ที่มีจำหน่ายอยู่ จะใช้หลักการเดียวกันทั้งโลก ก็คือ ท่อนำสารสะสมความเย็น ก็จะเป็น ท่ออีวาโพเรเตอร์ ของระบบทำความเย็น ที่ต่อตรงมาจาก คอมเพรสเซอร์
ส่วนสารสะสมความเย็น ก็จะเป็น น้ำจืด หรือ น้ำจืดผสมไกลคอล ซึ่งความแตกต่างของการใช้งานก็ขึ้นอยู่กับว่า ต้องการเบียร์เย็นที่อุณหภูมิเท่าไร เช่น ทางยุโรป ไม่ต้องการเย็นจัด ก็จะใช้ น้ำจืด เพราะ น้ำจะเป็นน้ำอยู่ได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 32 องศาเอฟ ซึ่งก็เพียงพอ โดยจะทำให้ เบียร์ เย็นได้ถึง อุณหภูมิ 38-40 องศาเอฟ ซึ่งเป็นความเย็นที่นิยมดื่มกัน และก็เป็นการดีที่ น้ำจืดราคาถูกและเปลี่ยนถ่ายได้ง่าย สะดวกสำหรับผู้ผลิตและผู้ใช้งาน โดยมี ก๊อกไขออกและ ท่อเติมเข้าก็เพียงพอแล้ว
แต่สำหรับชาวเอเซีย ซึ่งมีอากาศร้อนกว่า ต้องการ เบียร์ที่เย็นกว่านั้น ซึ่งจะใช้ น้ำจืดเป็น สารสะสมความเย็นไม่ได้ จึงต้องผสม ไกลคอลลงไปในน้ำ เพื่อให้ สารสะสมความเย็น ยังคงสภาพเป็นของเหลวอยู่ได้ แม้อุณหภูมิจะต่ำกว่า 32 องศาเอฟ ซึ่งส่วนใหญ่ก็จะผสมในอัตราน้อยๆ โดยให้ ลดลงไปได้ ถึง 24-26 องศาเอฟ ก็เพียงพอ แต่ก็ต้องออกแบบเครื่องสำหรับให้บริการ เปลี่ยนหรือเติมสารสะสมความเย็นกับผู้ใช้งานด้วย เนื่องจากเป็นเคมี ที่ผู้ใช้งาน หรือ ร้านค้า คงไม่สามารถทำเองได้
และสำหรับห้องกำเนิดวุ้น ที่ต้องการการถ่ายเทความร้อนแฝง ที่ อุณหภูมิ 28 องศาเอฟ โดยใช้อุปกรณ์ สองชนิด คือ เทอโมสตัด เปิดปิดปั๊ม และ ลาเทนสตัด สำหรับวัดค่า ความเป็นวุ้นของ เบียร์ สำหรับ เลือกที่จะ รินออกมาใช้งาน
คูลเลอร์ ที่มีใช้กันอยู่ทั่วไป ใช้หลักการของการถ่ายเทความร้อนของเบียร์น้ำ ลงส่ง น้ำ และ ส่งต่อไปยังอีวาโพเรเตอร์ ซึ่งเป็นหลักการพื้นฐานที่ใช้กันมานานนับตั้งแต่มี เครื่องทำความเย็นใช้กัน ซึ่งเป็นการถ่ายเทความร้อนของค่าความร้อนจำเพาะเท่านั้น คือ น้ำ หนึ่งปอนด์ ก็จะถ่ายเทความร้อนได้ 1 บีทียู ต่อ องศาเคลวิน
แต่จากการทดลองในห้อง แลปเทอโม ของผม เราค้นพบวิธี ที่จะทำให้ น้ำ 1 ปอนด์ ถ่ายเทความร้อนได้มากถึง 126 บีทียู ต่อ องศาเคลวิน ซึ่งก็เป็นที่มาของเครื่องทำเบียร์วุ้นที่ผมออกแบบ
นั่นก็เพราะว่า น้ำเบียร์ 1 ปอนด์ ในช่วงที่ต้องการเปลี่ยนสภาวะจาก เบียร์น้ำเป็นเบียร์วุ้น ต้องการการถ่ายเท่ความร้อนออกเท่ากับ 126 บีทียู ซึ่งถ้าใช้ หลักการของคูลเลอร์ทั่วไป ก็ต้องรอเวลาเท่ากับ 126 เท่าของการลดอุณหภูมิลง 1 องศาเคลวิน ซึ่งไม่ทันต่อความต้องการในการบริโภค
จากการทดลองพบว่า การทำเบียร์ให้เป็นวุ้น หนึ่งขวด จากอุณหภูมิห้อง คือราวๆ 77 องศาเอฟ ให้เป็นเบียร์วุ้น โดยใช้ น้ำคลุกเกลือเป็น สารสะสมความเย็น เหมือนกับที่ใช้ใน ถังปั่นไอติมแบบโบราณที่เรารู้จักกันดีมาเป็น สิบๆ ปีแล้วซึ่งจะมีการถ่ายเทความร้อนออกได้ ครั้งละ 1 บีทียูต่อปอนด์ต่อองศาเคลวิน จะต้องใช้เวลานานถึง 5-10 นาที กว่าจะได้ เบียร์วุ้นซักขวด ถ้าขวดไม่แตกไปเสียก่อน
แต่เราใช้การถ่ายเทความร้อนคราวละ 126 บีทียูต่อปอนด์ต่อองศาเคลวิน จึงทำให้ เบียร์น้ำ ที่มีปริมาณ 1 ปอนด์ จะกลายเป็น เบียร์วุ้นได้ ในเวลาเพียง ประมาณไม่เกิน 1 นาที หรือ 60 วินาที ทุกครั้ง ที่ทำการทดลอง
ที่ใช้คำว่า ประมาณก็เพราะขึ้นอยู่กับ การจับคู่ อุณหภูมิ กับ โลหะที่ใช้ทดสอบ ตั้งแต่ ท่อ สแตนเลส 304,316 ท่อทองแดง ท่ออะลูมิเนียม ท่อเงิน เป็นต้น
ซึ่งการตั้งอุณหภูมิของสารสะสมความเย็น ที่เราทดลอง ก็มีการปรับเปลี่ยนค่าที่ใช้ทดลองไป ตั้งแต่ 20 องศาเอฟ ไปจนถึง -4 องศาเอฟ เพื่อหาว่า โลหะชนิดไหนที่เหมาะจะใช้ในเครื่องทำเบียร์วุ้นของเรา
ก่อนหน้านี้ ถ้าผมบอกสิ่งต่อไปนี้ก็คงไม่ค่อยมีใครเชื่อ แต่ถึงตอนนี้ หลังจากอธิบายมาค่อนข้างละเอียดแล้ว จึงเป็นการง่ายที่ จะเชื่อได้แล้วว่า
ถ้าจะสร้าง เครื่องทำ เบียร์น้ำ ให้เป็น เบียร์วุ้น โดยใช้เพียง คอมเพรสเซอร์หนึ่งชุด ตู้พลาสติกหนึ่งใบ ควบคุมการทำงานของ คอมเพรสเซอร์ด้วย เทอโมสตัดหนึ่งตัว และละก็ ผมขอแนะนำว่า ให้เอาเบียร์ใส่ช่องฟรีสในตู้เย็นที่บ้าน แล้ว เร่งความเย็นสูงสุด แช่ไว้จนกว่าจะได้ เบียร์วุ้นออกมา เลยก็ได้ เพราะ ตู้เย็นที่บ้านนั้น ช่องฟรีส ก็สามารถทำความเย็นได้เพียงพอให้ เบียร์น้ำในขวดกลายเป็นเบียร์วุ้นในขวดได้ ไม่ต้องลำบากในการ ออกแบบตู้เย็นรุ่นใหม่แต่อย่างใดเลย
เครื่องที่จะใช้ทำเบียร์น้ำให้เป็นเบียร์วุ้นนั้น แลปเทอโมของผม ก็ยังไม่สามารถ สร้างเครื่องที่จะทำให้ เบียร์ขวด หรือ เบียร์กระป๋อง ให้กลายเป็นวุ้นในขวดหรือกระป๋อง โดยที่สามารถกำหนดเวลาหรือคุณภาพความอ่อนนุ่มของ เบียร์วุ้น ได้เช่นกัน เพราะ ขวด และ กระป๋อง เอง ก็มีค่าการนำความร้อนที่ ไม่คงที่สม่ำเสมอ แต่ก็อยู่ใน รายการ ค้นคว้า วิจัย และ ทดลอง ในอันดับต่อไปจากเครื่องทำ เบียร์สดน้ำให้ออกมาเป็นเบียร์สดวุ้น และ ก็คงต้องออกแบบสร้างอุปกรณ์ประกอบการทำงานของระบบ เช่นเดียวกับที่ออกแบบให้ เครื่องนี้หลายอย่างด้วย
สำหรับ เครื่องทำเบียร์สดน้ำให้รินออกมาเป็นเบียร์สดวุ้นนี้ หลังจาก การค้นคว้า เสร็จสิ้นในระยะที่หนึ่ง คือ การสร้างเครื่องต้นแบบ ที่มีขนาดใหญ๋โตจนเกินความต้องการของ ส่วนต่างๆ และใช้ทดลองจนเครื่องทำงานได้คงทีแล้ว จึงได้พัฒนาต่อไปในส่วนของการลดขนาดของ ส่วนประกอบต่างๆลงให้เล็กที่สุดเท่านี่ยังสามารถทำงานได้ เช่นเดียวกับเครื่องใหญ่ ภายใต้ข้อจำกัดเดียวกัน กล่าวคือ
โจทย์ที่ตั้งไว้
ใช้กับ เบียร์สด ที่บรรจุอยู่ในถัง และ ถูกนำเข้าเครื่องผ่านระบบท่อและแรงดันจากถังซีโอทู
ต้องทำให้ เบียร์สดน้ำกลายเป้นเบียร์สดวุ้น ปริมาณ 300 ซีซี ภายในเวลา 1 นาที ได้อย่าง สม่ำเสมอ
ใช้ระบบทำความเย็นมาตรฐาน
มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่เป็นไปได้
การแก้ปัญหา
1 จึงทำให้ ต้องมีการคำนวณขนาดของ ถังบรรจุสารสะสมความเย็นใหม่ให้มีขนาดที่ีจะผลิตสารสะสมความเย็นได้เพียงพอต่อความต้องการ สรุปออกมาได้ว่า สารสะสมความเย็น ต้องมีอุณหภูมิในช่วงใช้งานคือ -20 องศาซี และ มีปริมาณ 10.74 ลิตร
2 คอมเพรสเซอร์ ที่ใช้ต้องสามารถผลิดความเย็นได้ อย่างน้อย 5450 บีทียู/ชั่วโมง
3 ท่อเบียร์ภายในห้องคูลเลอร์ ต้องเป็น ท่อ(ยังไม่เปิดเผย) ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก 10 มิลลิเมตร หนา 1 มิลลิเมตร ยาว 5.70 เมตร
4 ท่อนำสารสะสมความเย็นทั้งหมดที่ใช้ในเครื่อง ต้องเป็นท่อทองแดง ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก 10 มิลลิเมตร หนา 1 มิลลิเมตร ยาว 6.50 เมตร
5 โลหะที่ขึ้นรูปเป็น ส่วนกำเนิดวุ้น ต้องเป็น (ยังไม่เปิดเผย) และ มีรูปทรงตามแบบที่กำหนด
6 สารสะสมความเย็น เป็น น้ำผสมอีจี ที่มีส่วนผสม 29% สำหรับ คูลแบงค์ และ 5% สำหรับ คูลเลอร์
เริ่มต้นสร้างเครื่องต้นแบบทดลองขนาดเล็กที่สุดเท่าที่เป็นไปได้
เริ่มที่ กล่องบรรจุภายนอกของ ระบบทำความเย็น และ คูลแบงค์
ผมใช้ กล่องที่มีจำหน่ายอยู่แล้ว ทำด้วย พลาสติกพีอี ทีีมีความทนทานสูง ขนาด กว้าง 42 เซนติเมตร ยาว 61 เซนติเมตร และ สูง 31 เซนติเมตร แบบโปร่ง เพื่อประโยชน์ในการระบายความร้อนของระบบทำความเย็น เป็นกล่องใบนอก
และใช้ กล่องขนาด กว้าง 30 เซนติเมตร ยาว 40 เซนติเมตร และ สูง 30 เซนติเมตร ทำด้วย พลาสติกพีอี แบบทึบ สำหรับใช้งานเป็น กล่อง คูลแบงค์ และ คูลเลอร์
ติดตั้ง หน้าจอสำหรับ อ่านค่าอุณหภูมิใน คูลแบงค์ ซึ่งเป็นการอ่านค่าเฉยๆ และ หลอดไฟแสดงการทำงานของภาคส่วนต่างๆ และ หัวต่อท่อ ซึ่งเป็นจุดที่ เบียร์สดน้ำ เข้าเครื่อง
ส่วนที่แสดงอยู่นี้ แบ่งออกเป็นสองตอน คือ ตอนที่อยู่ล่าง ขนาดใหญ่กว่า เป็นส่วนที่เป็น เครื่องทำความเย็นขนาด 5900 บีทียู พร้อม คูลแบงค์ ที่บรรจุสารสะสมความเย็น จำนวน 11 ลิตร ( น้ำผสมอีจี 29% ซึ่งจะทำให้ มีจุดเยือกแข็งที่ -20 องศาซี โดยประมาณ )
มีปั๊มของเหลว สำหรับนำสารสะสมความเย็น
ขึ้นไปยังตอนบนที่มีขนาดเล็กกว่า ซึ่งเป็นส่วนที่เรียกว่า คูลเลอร์ ที่บรรจุสารสะสมความเย็น จำนวน 11 ลิตร ( น้ำผสมอีจี 5% ซึ่งจะทำให้ มีจุดเยือกแข็งที่ ประมาณ -2.2 องศาซี )
หมายเหตุ ที่ผมต้องใช้คำว่าประมาณ ก็เป็นเพราะว่า อีจี ที่มีจำหน่าย อาจมีค่าความถ่วงจำเพาะ ใกล้เคียงกัน แต่ก็คงไม่เท่ากัน 100% ในขณะเดียวกัน การผสมกับน้ำ ก็อาจมีค่าผิดพลาดได้ มากถึง 5-10% หมายความว่า จุดเยือกแข็ง จึงไม่เท่ากันในทุกครั้งที่ผสม แม้จะให้การตวงวัดที่ แม่นยำที่สุดในโลกแล้วก็ตาม อีกประการหนึ่งที่สำคัญมากก็คือ เมื่ออยู่ในระหว่างการใช้งาน จะมีการเกิดหยดน้ำขึ้นตามธรรมชาติ และ อาจไหลลงไปอยู่ใน คูลแบงค์ และ คูลเลอร์ ได้บ้างไม่มากก็น้อย ซึ่งก็จะทำให้ อัตราส่วนผิดพลาดไปในลักษณะที่ เจือจางลง จุดเยือกแข็ง ก็จะสูงขึ้นด้วย
ดังนี้เอง การใช้ เทอโมสตัด เพื่อปิดเปิดเครื่องทำความเย็น โดยการตั้งค่าอุณหภูมิไว้ที่ ค่าใดก็ตาม ก็จะเปิดปิด ผิดพลาดไปด้วย และ การใช้งานของเครื่องที่ผมออกแบบ มีหลักการสำคัญมากก็คือ สารสะสมความเย็นที่จะถูกนำไปใช้ ต้องอยู่ใน ช่วงรับความร้อนแฝงแล้วสะสมไว้ในเนื้อสาร ซึ่ง ช่างเวลานี้จะเกิดขึ้นที่ จุดเยือกแข็งเท่านั้น ต้องไม่ สูงกว่าหรือต่ำกว่า จนอาจเรียกได้ว่า การเปิดปิดคอมเพรสเซอร์ ต้องมีความผิดพลาดในการทำความเย็นไม่มากกว่า 0.1% ผมจึงต้องออกแบบ ลาเทนมิเตอร์ไว้ทำงานร่วมกับ ลาเทนสตัด สำหรับปิดเปิดคอมเพรสเซอร์
และ ด้วยความสามารถในการ หาและควบคุมการถ่ายเทความร้อนในช่วง ความร้อนแฝง จึงทำให้ เครื่องทำเบียร์น้ำให้เป็นเบียร์วุ้นนี้ ยังสามารถใช้ ทำ เครื่องดื่มผสมทุกชนิดให้เป้นวุ้นได้ ต้องเป็น ของผสมนะครับ เพื่อให้ การแข็งตัวของของเหลวที่ผสมกันอยู่มากกว่า หนึ่งอย่าง เกิดการแข็งตัวไม่พร้อมกัน และ เกิดสภาพวุ้นขึ้น เช่น น้ำส้ม น้ำมะนาว เป็นต้น
การทดสอบการทำงานของ คูลเลอร์ สามารถริน เครื่องดื่มน้ำที่มีอุณหภูมิ 37 องศาเอฟ ออกมาอย่างต่อเนื่อง ได้ตลอดเวลา ซึ่งก็เป็นเพราะ อุณหภูมิ สารสะสมความเย็นใน คูลเลอร์ อยู่ในสภาพพร้อมถ่ายเทความร้อนได้ มากถึง คราวละ 126 บีทียูต่อปอนด์เคลวิน
ตอนบนของ คูลเลอร์ จะเป็นส่วนที่ติดตั้ง ส่วนที่ใช้เปลี่ยน เบียร์น้ำให้เป็นเบียร์วุ้น จึงต้องต่อให้ เบียร์น้ำ และ ท่อส่งสารสะสมความเย็น สำหรับการใช้งาน
แต่ก่อนจะไปถึงเรื่องนั้น ยังมีเรื่องปลีกย่อยอีกเล็กน้อยที่เป็นสาเหตุอุปสรรคที่สำคัญ ในความพยายามสร้างเครื่องจ่ายเบียร์วุ้นที่ผ่านมา ก็คึิอ หัวจ่ายเบียร์ หรือ ที่เรียกว่า ดีสเพนเซอร์
ซึ่งเป็นเพราะ อุปกรณ์สี่ชิ้นที่อยู่ด้านล่างของภาพ
ซ้ายสุดคือ ท่อนำ เบียร์เข้า ซึ่ง เบียร์วุ้นจะผ่านได้ยาก เพราะโมเลกุลของเบียร์วุ้น จะถูกบีบอัด ทำให้ บางส่วน ละลายตรงนี้
ถัดมาคือ ชุดวาวล์เปิดปิดให้ ของเหลวไหลผ่าน ซึ่งมีขนาดช่องว่าง เพียงพอให้ น้ำเบียร์ผ่านได้ ด้วยความเร็วที่กำหนด แต่ เบียร์วุ้นจะต้องเสียดสีกับโลหะที่อยู่โดยรอบก็จะทำให้ เบียร์วุ้นละลายไปอีก
ถัดมาคือ รูปทรงปิรามิดกลม เป็นส่วนที่ใช้ควบคุมปริมาณเบียร์ที่ไหล และ ป้องกันการเกิดฟองขึ้น และ มีช่องให้ เบียร์น้ำไหลผ่านเป็นช่องเล็กๆ อีกทั้งยังเป็น โลหะ
ขวาสุด เป็น น๊อตล๊อกอุปกรณ์ทั้งหมด ซึ่งอยู่ภายใน หัวกด
จะเห็นได้ว่า หัวกดเป็นโลหะ และ สัมผัสอากาศภายนอกตลอดเวลา เพียงเท่านี้ก็เห็นได้แล้วว่า เมื่อเบียร์วุ้น ไหลเข้าไปในหัวกด จะถูกละลายไปเกือบหมด หรือ หมด ในหัวจ่ายนี้เอง
การติดตั้ง ห้องกำเนิดวุ้น ซึ่งมีน้ำหนักมาก เพราะมี ระบบท่อสารสะสมความเย็น ระบบท่อเบียร์ สารสะสมความเย็น อุปกรณ์ระบบเซนเซอร์คอมพิวเตอร์ จึงต้องทำ โครงที่จะรับน้ำหนักได้
น้ำเบียร์เย็นจัดที่ออกจาก ห้องแช่เย็นจัด จะถูกแบ่งออกไปเป็น สองข้าง
ข้างหนึ่งไปยัง หัวจ่ายเบียร์เย็นที่ติดตั้งไว้ด้านหน้า
อีกข้างหนึ่งเข้าไปยังห้องกำเนิดวุ้น
หลอดไฟด้านล่าง
สีแดงขวา คือ คอมเพรสเซอร์ กำลังทำงาน
การปรับปรุงโครงสร้าง ล่าสุด
หัวจ่ายเบียร์ที่เป็น ใช้สำหรับจ่ายเบียร์เย็นจัดได้เท่านั้น เพราะ เบียร์วุ้นผ่านหัวชนิดนี้ไม่ได้ ดังที่อธิบายก่อนหน้านี้
การทำให้ เบียร์ หรือ เครื่องดื่มที่มีลักษณะเป็น ของผสม ซึ่งมีจุดเยือกแข็งที่แตกต่างกัน ไม่ใช่เรื่องยาก เพราะ เมื่อ ลดอุณหภูมิลงไปเรื่อยๆ จนถึงจุดเยือกแข็งของ ส่วนผสมที่มีจุดเยือกแข็งสูงกว่า ส่วนผสมนั้นก็จะกลายเป็น ของแข็ง ที่จะคลุกเคล้าอยู่ในส่วนผสมที่ยังไม่เยือกแข็ง จนเมื่อ อุณหภูมิต่ำลงกว่า จุดเยือกแข็งของสวนผสมที่แข็งช้าที่สุด ก็จะทำให้ เบียร์หรือเครื่องดื่มนั้น กลายเป็นเหมือน ก้อนน้ำแข็งทั้งก้อนไปในที่สุด
ส่วนที่เป็นห้องกำเนิดวุ้น จะติดตั้งอยู่ตอนบนสุดของเครื่อง
แต่เมื่อเริ่มทำการติดตั้ง ก็พบอุปสรรค์กับโครงสร้างเดิมมากมาย จนทำให้ ต้องมีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างให้เข้ากับ ชิ้นส่วนใหม่อีกครั้ง
ซึ่งนั่นก็เป็นเพราะว่า เครื่องแรกของโลก ที่ไม่ใช้ ลอกแบบจากเครื่องสำเร็จรูปใดของใครก็ตาม กว่าจะสำเร็จจนถึงชิ้นสุดท้าย ต้องมีการพัฒนา ค้นคว้า ปรับปรุง เปลี่ยนแปลง อยู่เกือบทุกช่วงการทำงาน สิ่งที่ทำไว้ก่อนหน้าที่ใช้งานได้แล้ว อาจมีชิ้นส่วนที่ขัดขวางต่อการติดตั้งส่วนที่ตามมาภายหลัง ทำให้ต้อง ปรับตำแหน่งหรือขนาดหรือรูปทรงที่เหมาะสม โดยยึดการทำงานที่ดีแล้ว ให้คงเดิมแม้รูปลักษณ์จะเปลี่ยนไป
ทำให้ผมคิดถึงเมื่อหลายๆปีก่อน ตอนที่ร่วมงานกับ บริษัทแห่งหนึ่ง ตอนนั้น ทุกอย่างก็สำเร็จหมดแล้ว แต่จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนโครงสร้างทั้งหมด ซึ่งก็แน่ละ จำเป็นต้องเพิ่มทุนในส่วนนั้น แต่ บริษัทแห่งนั้น ไม่สามารถเพิ่มทุนให้ได้ ทำให้ การทำงานกับบริษัทแห่งนั้นต้องยุติลง ไปก่อนต้นแบบจะสำเร็จเพียงเล็กน้อย ก็เหลือเพียงราวๆ 5% เท่านั้นเอง
ยังไม่จบ
ซึ่ง จุดเยือกแข็งของ เบียร์น้ำ ที่ ต้องการเอามาทำเป็น เบียร์วุ้น มีค่าเท่าไหร่นั้น ผู้ที่จะออกแบบสร้างเครื่อง ก็จะต้องค้นคว้าเอง
ตอนนี้เราจะสมมุติ ให้ง่ายที่สุด เพื่อให้เข้าใจหลักการของเครื่องก่อน ส่วนอุปสรรคที่ทำให้ยากขึ้น พวกคุณก็คงต้องไปหาทางวิจัย ค้นคว้า หาทางฟันฝ่ากันเอง ตามแต่ ความสามารถของแต่ละคน
ซึ่งผมพูดได้ว่า ที่ผมใช้ก็เป็นเพียง หนึ่งอย่าง ในหลายๆอย่างที่ผมคิดแล้วว่า ทำงานได้เช่นกัน แต่อาจมีราคาแพงกว่า
โดยการกำหนดให้ เบียร์ ทุกหยดที่อยู่ใน ภาชนะที่จะนำมาทำเป็น เบียร์วุ้น มี คุณสมบัติทางความร้อนเท่ากันหมด คือ
มีค่า
ความร้อนจำเพาะ เท่ากับ 0.92 กิโลแคลลอรี่ต่อกิโลกรัมต่อองศาซี
ค่าความร้อนแฝง เท่ากับ 129 กิโลแคลลอรี่ต่อกิโลกรัมต่อองศาซี
จุดเยือกแข็ง เท่ากับ -2.2 องศาซี
ค่าความถ่วงจำเพาะ เท่ากับ 1.1
เบียร์ที่ นำมามีปริมาตร 1 ลิตร เท่ากับ 1.1 กิโลกรัม
และ เบียร์ ที่นำมาทำเป็นวุ้น มีอุณหภูมิ เริ่มต้น ที่ 25 องศาซี
โดยต้องการให้เป็น วุ้น คุณภาพ 50% ภายในเวลา 60 วินาที
ที่จริงก็ยังมีอีกหลายค่า ที่เกี่ยวข้องกับการทำเบียร์น้ำให้เป็น เบียร์วุ้น แต่ ออกจะยากเกินไปสำหรับ ผู้ที่ ไม่ใช่นักวิจัย นักประดิษฐ์ นักวิเคราะห์ ผมก็จะไม่ขอกล่าวถึง
อันที่จริง ถ้าจะใช้ ค่าตัวเลข สี่ ชุดนี้ แล้ว ควบคุมให้ได้ เบียร์น้ำ ก็กลายเป็น เบียร์วุ้น ได้เหมือนกันครับ
เอาละ เริ่มกันที่ การคำนวณ พื้นฐาน
สำหรับ บุคคลทั่วไป ที่ไม่มีความรู้ทาง เทอโมไดนามิกส์ ก็ขอให้อ่าน โดยไม่ต้องพยายามทำความเข้าใจอะไร แค่ อ่านให้รู้ที่มาของ ค่าต่างๆ ที่ถูกนำเอาไปใช้ประโยชน์ ที่จะกล่าวถึงในภายหลัง ก็พอ
และ เพื่อให้ บุคคลทั่วไป เข้าใจง่ายขึ้น ก็คงต้องแปลงให้เป็นหน่วยที่ คุ้นเคย คือ
ความร้อนจำเพาะ เท่ากับ 0.92 บีทียู ต่อ ปอนด์ ต่อ องศาเอฟ
ค่าความร้อนแฝง เท่ากับ 129 บีทียู ต่อ ปอนด์ ต่อ องศาเอฟ
จุดเยือกแข็ง เท่ากับ 28 องศาเอฟ
ค่าความถ่วงจำเพาะ เท่ากับ 1.1
เบียร์ที่ นำมามีน้ำหนัก ครึ่งปอนด์
และ เบียร์ ที่นำมาทำเป็นวุ้น มีอุณหภูมิ เริ่มต้น ที่ 77 องศาเอฟ
โดยต้องการให้เป็น วุ้น คุณภาพ 50% ภายในเวลา 60 วินาที
หมายความว่า ถ้าต้องการทำให้ เบียร์ จำนวนดังกล่าว ให้เป็นวุ้น ก็ต้องเริ่มต้นที่ คำว่า คุณภาพ 50% ว่าหมายความว่าอะไรก่อน
หมายความว่า น้ำเบียร์ ไหลผ่านท่อต่างๆได้ เพราะ เป็น ของเหลวที่ไหลได้ แต่ ถ้ากลายสภาพเป็น น้ำแข็ง หรือ วุ้น 100% ก็จะไหลผ่านท่อไม่ได้
จากห้องวิจัยของผม และ จากขนาดท่อที่ผมใช้งาน เบียร์วุ้นจะยังคงไหลออกมาใช้งานได้ ต้องมี คุณภาพ 50%
คือ เป็น เบียร์น้ำ และ เบียร์แข็ง อย่างละ 50% คลุกเคล้ากัน เหมือนโคลน หรือ น้ำกระทิ หรือ น้ำผึ้ง นั่นเอง
ถ้าต้องการ คุณภาพสูงกว่านั้น ก็ต้อง คำนวณขนาดของท่อที่ใช้งานใหม่ ให้มีค่าความต้านทานความหนืดของของไหลที่พอเหมาะ
จากนั้น ก็เป็นเรื่องของการ ลดอุณหภูมิ จาก 77 องศาเอฟ เหลือ 28 องศาเอฟ
นั่นคือ เบียร์ ครึ่ง ปอนด์ จะต้องลดอุณหภูมิลง 49 องศาเอฟ
แล้ว เปลี่ยนสภาพจาก เบียร์น้ำ เป็น เบียร์วุ้น 50%
ก็ต้องผ่าน สองขั้นตอน คือ การลดอุณหภูมิ จาก 77 องศาเอฟ ให้ เหลือ เท่า อุณหภูมิ เก็บรักษาก่อน คือ 39 องศาเอฟ
อธิบายตรงนี้นิดนึงก่อน
อุณหภูมิเก็บรักษา หมายถึง อุณหภูมิต่ำสุดที่ไม่ทำให้ น้ำเบียร์ เสียหาย และ เป็น อุณหภูมิ ที่นิยมบริโภค เป็นอันดับสอง รองจาก เบียร์วุ้น เรียกว่า เบียร์เย็นจัด
หากทำให้ เบียร์มีอูณหภูมิต่ำกว่านี้ ก็คือ ผ่านไปเป็น วุ้นเลย
ขั้นที่หนึ่ง คือ
ลดอุณหภูมิ จาก 77 เป็น 39 องศาเอฟ เท่ากับลดลง 38 องศาเอฟ
เบียร์มีน้ำหนัก ครึ่งปอนด์ ทำให้ต้องมีการถ่ายเทความร้อนเท่ากับ
38 x 0.92 x 0.5 = 17.48 บีทียู
และ ขั้นที่สอง คือ
ลดอุณหภูมิ จาก 39 องศาเอฟ ถึงจุดเยือกแข็ง 28 องศาเอฟ เท่ากับ 11 องศาเอฟ ต้องมีการถ่ายเทความร้อนเท่ากับ
11 x 0.92 x 0.5 = 5.06 บีทียู
และ การถ่ายเทความร้อนเพื่อเปลี่ยนสภาพจาก เบียร์น้ำ เป็นเบียร์วุ้น เท่ากับ
129 x 0.5 = 64.5 บีทียู
รวมเป็น 69.56 บีทียู
เมื่อรวมกับ ขั้นที่หนึ่ง เท่ากับ
17.48 + 69.56 = 77.04 บีทียู
จะเห็นว่า ขั้นที่หนึ่ง คิดเป็น 22.69% และขั้นที่สองอีก 77.31%
ถ้าต้องการทำให้ เบียร์ดังกล่าวเป็น วุ้น ภายในเวลา 1 นาที ก็เท่ากับ เบียร์ ต้องการ การถ่ายเทความร้อนเท่ากับ 4,622.4 บีทียู ต่อ ชั่วโมง
ทำให้เราได้รู้ว่า
ขั้นที่หนึ่ง ใข้เวลา 12 วินาที
และ ขั้นที่สอง ใช้เวลา 48 วินาที
ดังนี้แล้ว ก็พอจะสรุปในขั้นต้นได้ว่า
ถ้าต้องการทำเบียร์สด ปริมาณ ครึ่งปอนด์ ด้วยเครื่องทำความเย็นมาตรฐาน อย่างน้อยที่สุด ก็ต้องใช้ คอมเพรสเซอร์ ขนาด 4700 บีทียู เป็นเครื่องกำเนิดความเย็น จึงจะพอ
หลังจากที่เรารู้ ความต้องการการถ่ายเทความร้อนของเบียร์ ครึ่งปอนด์แล้ว ว่าจะใช้ คอมเพรสเซอร์ที่มีขนาดเท่าไหร่ ต่อไปก็เป็นเรื่องที่สำคัญรองลงไป คือ ทำอย่างไร จึงจะ ถ่ายเทความร้อนออกจาก น้ำเบียร์ ที่เราต้องการทำให้เป็นวุ้น ในเวลาที่กำหนด คือ หนึ่งนาที
ผมต้องใช้เวลา ค้นคว้า วิจัย อยู่นานถึง เจ็ดปี กว่าจะรู้ว่า การถ่ายเทความร้อน แบบเบ็ดเสร็จ คือ คราวเดียวรวด เป็นไปไม่ได้
เพราะ ลักษณะการถ่ายเทความร้อน ในช่วงความร้อนจำเพาะ กับ ช่วงความร้อนแฝง จะใช้วิธีเดียวกันไม่ได้ครับ
ซึ่งก็เป็นเพราะ ลักษณะโครงสร้าง และ วัสดุที่ใช้ สำหรับกระบวนการทั้งสองนั้น ต้องมีคุณสมบัติที่เหมาะสมกับวิธีการ
ถ้าเราเอา น้ำใส่แก้ว แล้วเอาใส่เข้าไปใน ช่องฟรีซของตู้เย็น ทิ้งไว้จนนานพอ จะพบว่า น้ำจะเป็นน้ำแข็งที่บริเวณ ผิวบน และ ผนังแก้วก่อน และ เย็นมากกว่า น้ำที่อยู่ตอนกลางของแก้ว ทดสอบได้โดยการใช้ ตะเกียบจิ้มดู จะเห็นว่า ตอนกลางๆ จะนิ่มแทงทะลุได้ แต่ที่ ผิว และ ผนังแก้วจะแข็งกว่า
นั่นก็เป็นไปตาม หลักของการ นำความร้อน หรือการส่งต่อ ความร้อนความเย็น ที่เกิดขึ้นในเนื้อสาร
ในช่องฟรีซ ความเย็น จะเป็นเหมือน อากาศเย็น ที่ลอยตัว อยู่ทั่วห้อง
เมื่อวางแก้วไว้ตรงกลาง ก็จะมีไอ หรือ อากาศเย็น แผ่ปกคลุม แก้วบรรจุน้ำนั้น ส่วนที่จะได้สัมผัสกับ อากาศเย็นก่อนส่วนอื่นก็คือ ผิวน้ำตอนบน และ ผนังแก้วด้านนอก อากาศจึง นำความเย็นไปสู่ผิวน้ำ
แต่เนื่องจาก น้ำแต่ละโมเลกุล ไม่ได้สัมผัส อากาศเย็น พร้อมๆกัน หรือแม้แต่เท่าๆกัน เพราะ
เมื่อ น้ำที่ผิว และ ผนังแก้วด้านนอก ก็จะได้รับการสัมผัสอากาศเย็นโดยตรง และก็จะถูกดูดความร้อนออกไป ความเย็นก็จะถูกนำจากที่ที่เย็นมากกว่า ไปยังที่ที่ เย็นน้อยกว่า
จากตรงนี้ไป เพื่อให้ ผู้ที่ไม่มีความรู้ทางเทอโมไดนามิกส์ มากนักสามารถเข้าใจได้ ผมก็จะขอเปลี่ยนจากคำว่า ถ่ายเทความร้อน เป็น ถายเทความเย็น แทน เพราะ เนื้อหาสาระของ บทความนี้ เป็นผลที่เกิดจาก การถ่ายเทความร้อนออก ทำให้ สสารเย็นลง ดังนั้น การจะเรียกว่า ถ่ายเทความเย็นก็จะทำให้เข้าใจได้ง่ายขึ้น
ผิวน้ำและผนังแก้วด้านนอก จะได้รับการถ่ายเทความเย็นให้ สำหรับน้ำ ก็จะมีการ นำความเย็น ส่งต่อไปยัง โมเลกุลของน้ำที่อยู่ถัดไป ด้วยหลักของการ ไหลของความเย็น จากที่มีมากกว่า สู่ที่มีน้อยกว่า
รวมทั้ง ผนังแก้วด้านนอก ก็จะมีการ นำความเย็น สู่ผนังแก้วด้านใน สู่ โมเลกุลของน้ำที่สัมผัสอยู่ ด้วยหลักการเดียวกัน กับการนำควาเย็น คือ ที่มากกว่า สู่ ที่น้อยกว่า
ก็เป็นผลให้ โมเลกุลของน้ำที่อยู่บริเวณกลางแก้ว จะได้รับความเย็น น้อยกว่า ส่วนอื่น โดยที่ ผิวน้ำ เย็นมากที่สุด ถัดมาก็ ส่วนที่ติดกับผนังแก้วด้านใน
จากเรื่องนี้เอง การจะทำให้ เบียร์น้ำ กลายเป็น เบียร์วุ้น พร้อมๆ กันหมดในภาชนะ จึงเป็นไปไม่ได้ จากการทดลอง พบว่า ผิวเบียร์ด้านบน แข็งมากที่สุด จนเป็นก้อนน้ำแข็ง ในขณะที่ บริเวณกลาง ยังเป็น น้ำเบียร์อยู่
จึงต้องมีวิธีการที่เหมาะสม สำหรับการที่จะทำให้ เบียร์ ทุกโมเลกุล ได้รับการถ่ายเทความเย็น เท่าๆกัน พร้อมๆ กัน
งั้น เราก็คงต้องแช่เย็นเบียร์โดยแบ่งออกเป็นหยดๆ ใส่ภาชนะ โดยแต่ละภาชนะมีปริมาตร เพียง หนึ่งหยด ซึ่งถ้า คำนวณแบบคร่าวๆ ก็คงได้ ราว หยด ละ หนึ่งซีซี เบียร์ ครึ่งปอนด์ ก็ราวๆ หนึ่งลิตร หรือ หนึ่งพันซีซี เท่ากับใช้ ภาชนะ หนึ่งพันชุด ใส่ในช่องฟรีซ ก็จะทำให้ เบียร์ทั้ง ลิตร ถูกลดอุณหภูมิลงพร้อมๆ หรือ เกือบพร้อมๆ กันได้
แต่ผมใช้วิธีการที่ ให้ผลใกล้เคียงกัน คือ นำเบียร์ หนึ่งลิตร ผ่านไปตาม ท่อ สแตนเลส ที่มี ปริมาตรบรรจุ หนึ่งลิตร แล้ว นำ ท่อนั้นแช่ไว้ใน ของเหลวที่ เย็นจัด
การทำดังกล่าว ก็จะทำให้ ทุกๆ ความยาวที่แบ่งความยาวท่อออกเป็น หนึ่งพันส่วน ก็จะทำให้แต่ละส่วน มีปริมาตร หนึ่งซีซี ได้เช่นกัน
ถ้าเบียร์แต่ละซีซี ที่อยู่ในท่อ ไหลไปตามท่อ ก็จะถูกถ่ายเทความเย็นผ่านผนังท่อเข้าไป ตลอดทางตั้งแต่ ต้นทางเข้า จนถึง ปลายทางออก
และ ถ้ากำหนดให้ น้ำเบียร์ ใช้เวลา 10 วินาที ไหลผ่านท่อแล้ว ก็จะทำให้ เบียร์ หนึ่งลิตร หรือ พันซีซี ที่ไหลผ่านท่อ ถูกลดอุณหภูมิลง จนเท่า ความเย็นของ ของเหลวเย็น ที่บรรจุอยูภายนอก
แต่จะไม่เย็นไปกว่า เพราะ การถ่ายเทความร้อน เกิดขึ้น จากที่ มากกว่า ไปสู่ที่น้อยกว่า เท่านั้น
นั่นก็คือ ถ้า ของเหลวภายนอก มีอุณหภูมิคงที่ ที่ 38 องศาเอฟ
ก็จะทำให้ เบียร์น้ำที่ไหลออกมา มีอุณหภูมิ 38 องศาเอฟ ด้วยเช่นกัน
ถ้า
ผนังท่อ มี สัมประสิทธิ์ การถ่ายเทความร้อน ในอัตราที่กำหนดได้ ภายใน 10 วินาที
ซึ่งเรื่องนี้ จะเกี่ยวข้องกับ คุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนของท่อ ซึ่งเกี่ยวข้องกับ
ความยาว
ความหนา
และ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อด้านใน
สำหรับผม ในห้องทดลอง เครื่องต้นแบบ ของผมใช้ ท่อ สแตนเลส ขนาด เส้นผ่าศุนย์กลาง 9.525 มิลลิเมตร หนา 0.7 มิลลิเมตร ยาว 6000 มิลลิเมตร ทำให้ มีปริมาตรความจุภายใน เท่ากับ ประมาณ
3.1415926536 x (9.525/2 - 0.7) x 6000 / 1000
= 311.09 ซีซี
ทำให้ น้ำเบียร์ ที่ไหลผ่านท่อ ในเวลา 3 วินาที ตั้งแต่ไหลเข้าจนถึงทางออก
ท่อสแตนเลส มีค่าการนำความร้อน เท่ากับ
k = 17 W/m.K
คำอธิบายในเชิงวิชาการ คงไม่มีประโยชน์สำหรับ ผู้อ่านทั่วไป
ในขณะเดียวกัน ผู้ที่เป็น นักศึกษา นักวิชาการอยู่แล้วก็คงไม่ต้องให้ผม สอนจระเข้ให้ว่ายน้ำ ดังนั้น ผมก็จะผ่านๆ คำอธิบายเหล่านี้ไปบ้างครับ
สรุปว่า
ของเหลวที่หล่ออยู่ภายนอกท่อสแตนเลส ซึ่งจะต้อง ถ่ายเทความเย็นให้ เบียร์ ที่อยู่ในท่อ ผ่านผนังท่อ
แต่เมื่อมีการ ถ่ายเทความเย็นจากของเหลวให้ เบียร์ในท่อแล้ว ของเหลวก็จะเย็นน้อยลง จำเป็นต้องทำให้ ของเหลว เย็นลง จนพูดได้ว่า ความเย็นที่ ของเหลวถ่ายเทให้ เบียร์ ต้องได้รับคืนมาด้วย
และ ถึงแม้ว่า การถ่ายเทความเย็น ในทางทฤษฏี จะทำให้ เนื้อมวลสาร มีอูณหภูมิเท่ากันในที่สุดนั้น หมายความว่า สสารหนึ่ง เย็น 77 องศาเอฟ ได้การการถ่ายเทความเย็น จากสสารเย็น 38 องศาเอฟ และ ถ้า สสารเย็น 38 องศาเอฟได้รับการเติมความเย็น ให้ คงอยู่ที่ 38 องศาเอฟได้ตลอดเวลาก็ตาม แต่การที่จะถ่ายเทความเย็น ให้ สสารที่อุณหภูมิ 77 องศาเอฟ ลดลงเหลือ 38 องศาเอฟ นั้น ต้องการเวลาสำหรับการลดอุณหภูมิ เพราะมิใช่ว่า เมื่อนำสสารทั้งสองมาแตะกันก็จะทำให้ อุณหภูมิเท่ากันทันที
สำหรับนักวิชาการ คงเข้าใจได้ไม่ยาก แต่สำหรับผู้อ่านทัวไป ถ้าจะให้เข้าใจได้ง่ายๆ ก็จะขอยกตัวอย่าง หน้าหนาว ที่ อุณหภูมิภายนอก ต่ำเหลือเพียง 32-33 องศาเอฟ หรือ ประมาณ น้ำเกือบจะเป็นน้ำแข็งอยู่แล้ว แต่ เราก็ยังสามารถ เดินออกจาก บ้าน ไปขึ้นรถ ได้ทัน โดยที่ ตัวเรายังไม่แข็งไปซะก่อน ถ้ารีบๆ เดิน
สำหรับเรื่องนี้ก็เช่นกัน ถ้า เบียร์ ต้องการ ลดอุณหภูมิ ลงมาเหลือ 38 องศาเอฟ ในขณะที่มีเวลา ไหลอยู่ในท่อที่แช่อยู่ในสารที่เย็นกว่า เพียง 3 วินาที ประสิทธิภาพในการถ่ายเทความเย็น ของ ท่อ ก็ต้องนำมาคำนวณร่วมด้วย ว่า ต้องมีค่าการนำความร้อนเท่าไหร่ จึงจะพอ
แต่การเลือก ชนิดของท่อ ให้ได้ตามต้องการ ก็คงเป็นเรื่องยาก ทั้งในแง่ของการ ความเหมาะสม เช่น ราคา เป็นต้น
วิธีที่ง่ายกว่า ก็คือ คำนวณว่า ท่อที่ใช้ให้ เบียร์ ไหลผ่านนั้น มีค่าการนำความร้อนเท่าไหร่ ก็จะสามารถคำนวณย้อนไปได้ว่า จะต้องให้ ของเหลวที่หล่ออยู่ภายนอกมี อุณหภูมิเท่าไหร่ การถ่ายเทความเย็น จึงจะได้ ตามที่ต้องการ ในเวลาที่กำหนด
สำหรับ เครื่องต้นแบบทดลองของผม พบว่า ความแตกต่างของอุณหภูมิ ระหว่าง ของเหลวเย็นภายนอกท่อ กับ น้ำเบียร์ อุณหภูมิ 77 องศา ที่ไหลเข้าทางเข้า ผ่านท่อเป็นเวลา 3 วินาที และที่ไหลออกจากท่อ คือ 11 องศาเอฟ
ทำให้ รู้ว่า ถ้าต้องการ ให้เบียร์ ที่ไหลเข้าทางเข้า และ ออกทางออก มีอุณหภูมิ 38 องศาเอฟ ก็ต้องให้ ของเหลวเย็นนั้น มีอุณหภูมิคงที่ที่
38 - 11 = 27 องศาเอฟ
ดังนั้น ที่เราต้องทำก็คือ รักษาอุณหภูมิของ ของเหลวภายนอก ท่อเบียร์ให้คงที่ ที่ 27 องศาเอฟ ไว้ ในขณะที่ มีการไหลของเบียร์ในท่อ และ ต้องให้ คงที่ที่ 38 องศาเอฟ ในยามที่ ไม่มีการไหลของ เบียร์
เหตุผลก็เพราะว่า ถ้า เบียร์ ไม่ไหล ก็จะเกิดการถ่ายเทความร้อนต่อเนื่อง จนในที่สุด เบียร์ในท่อก็จะมีอุณหภูมิ 27 องศาเอฟ ซึ่งจะต่ำกว่า อุณหภูมิ ณ. จุดเยือกแข็ง ผลก็คือ เบียร์ ในท่อจะกลายเป็น เบียร์แข็งไปทั้งหมด อุดตันอยู่ในท่อ นำออกมาไม่ได้
ซึ่ง การ ลดความเย็น จาก 27 องศาเอฟ เป็น 38 องศาเอฟ ทันทีที่ น้ำเบียร์ หยุดไหล ก็คงต้องใช้ ฮีทเตอร์ ข่วย ไม่เช่นน้ำ ก็อาจมี น้ำเบียร์ บางส่วน โดยเฉพราะ บริเวนปลายท่อ เป็น น้ำแข็งไปซะก่อนที่ ความเย็นของ ของเหลวภายนอกท่อจะลดลงได้ทัน
ด้วยเหตุนี้เอง เครื่องต้นแบบผมจึงต้องมี ระบบสร้างและสะสมความเย็น เพื่อให้ทำงานร่วมกัน เพราะความต้องการความเย็น ไม่คงที่ตลอดเวลา ขึ้นลง ตามช่วงเวลาที่ต้องการ ในขณะที่ คอมเพรสเซอร์ เพิ่มความเย็นได้อย่างเดียว จะลดความเย็นก็คือ หยุดการทำงาน แล้ว ปล่อยให้ ความเย็น สลายตัวไปตามธรรมชาติ ซึ่ง ไม่ทันต่อความต้องการของระบบ
เช่นคอมเพรสเซอร์ หยุดทำงานที่ 27 องศาเอฟ แล้ว กว่าอุณหภูมิ จะเพิ่มเป็น 38 องศาเอฟ ก็คงใช้เวลาอย่างน้อยก็ 5 นาที ซึ่ง เบียร์ ในท่อที่หยุดไหล จะกลายเป็น น้ำแข็งไปซะก่อน ถ้าในช่วงเวลานั้นต้องการรินออกมาภายนอก ก็จะทำไม่ได้ นั่นเอง
ซึ่งผมก็เชื่อว่า นี่ก็อาจเป็น สาเหตุหนึ่งของความล้มเหลวในความพยายามสร้างเครื่องทำเบียร์วุ้นสำหรับ เบียร์สด โดยใช้หลักการ เบียร์ไหลผ่านท่อ ที่ผ่านมาในอดีต ตลอดระยะเวลา เกือบ ยี่สิบปี ที่ผม ค้นพบว่ามีความพยายามสร้างเครื่อง
คือเบียร์ในท่อที่ต้องการให้เป็นวุ้น แข็งตัวอยู่ในท่อหมด
นอกจากเครื่องเครื่องหนึ่ง ที่ผมอาจถือได้ว่าเป็นครั้งแรกของโลก
ซึ่งผมได้ค้นคว้าพบว่า มีการสร้างขึ้นมาที่ อเมริกา และได้ จดทะเบียน ขอสิทธิบัตรเอาไว้อย่างเป็นทางการ
ผมได้อ่าน และ ศึกษาหลักการทำงานของเครื่องนั้นโดยละเอิียด และ ยอมรับว่า เครื่องนั้น สามารถทำเบียร์สด ให้ออกมาเป็นวุ้นได้ เช่นกัน เพราะ หลักการของเครื่องนั้น ถูกต้องและเป็นไปได้ ถึงจะไม่เหมือน จนเรียกว่า แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงก็ตาม แต่ก็ไม่แปลกเพราะ ก็อาจมีหลายวิธีการที่สร้างผลลัพท์ อย่างเดียวกันได้
แต่ที่ยังไม่เคยเห็นว่า ผู้จดสิทธิบัตรนำไปสร้างหรือผลิตขาย ก็คงเป็นเพราะว่า เครื่องที่จดสิทธิบัตรนั้น มีขนาด พอๆ กับ ตู้แช่ขนาดใหญ่ที่เห็นกันตามร้าน ขายน้ำอัดลม จำนวน สามเครื่องวางเรียงต่อกันตามยาว
ผมว่า เขาคงลดขนาดให้เล็กลงจนผลิตขายในเชิงพาณิชย์ในแบบ เครื่องใช้ ไฟฟ้าในบ้าน ทั่วๆไป ไม่ได้ นั่นเอง
ซึ่งเมื่อพิจารณาหลักการทำงานในเครื่องของเขาแล้ว เท่าที่เห็น ภาพประกอบ ผมก็คิดว่า นั่นก็คงเป็นขนาดที่เล็กที่สุดแล้ว เพราะใช้ ระบบเครื่องทำความเย็นถึง สามชุด ทำงาน แยกส่วนกัน ทำความเย็น ให้กับ เบียร์ที่ไหล อยู่ในท่อ ในส่วนต่างๆกัน
ซึ่งหลักการของเครื่องนั้น ก็เรียบง่าย แต่ ล้ำเกินกว่า ความคิดพื้นฐานทั่วไป
คือ หลักการโดยรวมก็เกือบเหมือนกันที่ผมใช้ คือ แบ่งการ ลดอุณหภูมิ เบียร์น้ำ ลง ออกเป็น สามขั้นตอน คือ
ขั้นที่หนึ่ง ลดอูณหภูมิจาก อุณหภูมิห้อง ลงจนถึง อุณหภูมิเก็บรักษา คือ เป็น ช่วงที่ ลดจาก 77 องศาเอฟ เหลือ 38 องศาเอฟ ซี่งในส่วนนี้ ก็ใช้เครื่องทำความเย็น ที่เหมือนกับตู้เย็นเครื่องหนึ่ง โดยนำถังเบียร์ทั้งถัง แช่ไว้ภายใน ทำให้ อุณหภูมิ เบียร์น้ำ ถุกควบคุมให้ อุณหภูมิ คงที่ที่ 38 องศาเอฟ
ขั้นที่สอง คือส่วนที่ ใช้ลดอูณหภูมิ ของเบียร์ที่ 38 องศาเอฟ จนถึงจุดเยือกแข็ง คือ 28 องศาเอฟ
ข้้นที่สาม คือส่วนที่นำเอา ความร้อนแฝงออกจากเบียร์ที่จุดเยือกแข็ง
จนเบียร์กลายเป็น น้ำแข็ง ด้วยหลักการ ซุปเปอร์คูล
เครื่องจึงต้องมี ระบบทำความเย็น สามชุด
ชุดที่หนึ่งสำหรับ ทำตู้เย็นแช่ ถังเบียร์ ให้ อยู่ที่ อูณหภูมิ 38 องศาเอฟ อันเป็น อุณหภูมิ ที่ปลอดภัยสำหรับ การเก็บรักษา
ชุดที่สอง สำหรับ ลดอูณหภูมิ จาก จุดเก็บรักษาลงจนถึง จุดเยือกแข็ง
ชุดที่สาม สำหรับ ทำให้ เบียร์ที่จุดเยือกแข็ง กลายเป็น เบียร์วุ้น
เหตุที่ต้องมีถึงสามชุด ก็เพราะ ความต้องการทำวุ้นนั่นเอง เพราะถ้าต้องการเพียง เบียร์เย็น หรือ เย็นจัด ก็ตาม ใช้ เครื่องทำความเย็น เพียงชุดเดียวก็เพียงพอ แต่ก็ต้องมี การปรับความเย็นแบบ ไดนามิค แทนการปรับความเย็นแบบสแตติก
อธิบาย การถ่ายเทความเย็น แบบไดนามิก ได้ดังนี้
ความสามารถในการถ่ายเทความเย็นให้ น้ำเบียร์ในท่อ ขึ้นอยู่กับ ความเร็วในการเคลื่อนที่ของ เบียร์ในท่อ และ เวลาที่ ท่อเบียร์ แช่อยู่ใน ของเหลวถ่ายเทความเย็น
กล่าวคือ น้ำเบียร์ที่อยู่ในท่อ จึง มีหลายสภาวะการถ่ายเทความเย็นให้
ก. เบียร์ไหลต่อเนื่อง ของเหลวถ่ายเทความเย็นให้ เบียร์ในท่อก็ต้องมีมากพอ เพราะให้ สมดุลย์กับการไหลของเบียร์ในท่อ
ข. เบียร์ในท่อไม่ไหล ของเหลวถ่ายเทความเย็นก็ต้องอยู่ในระดับที่ ไม่เกินไปทำให้ เบียร์กลายเป็นน้ำแข็งไปในท่อ
สำหรับเครื่องต้นแบบที่ผมทำการทดลอง พบว่า
ก. เบียร์ที่ไหล อุณหภูมิของเหลวภายนอก ต้องต่ำกว่า อุณหภูมิเบียร์ที่ต้องการ เท่ากับ 11 องศาเอฟ
ข. เบียร์ที่ไม่ไหล อุณหภูมิของเหลวภายนอก ต้องต่ำกว่า อุณหภูมิเบียร์ที่ต้องการ เท่ากับ 4.4 องศาเอฟ
ทั้งสองข้อ ก็เนื่องมาจาก การถ่ายเทความเย็น ต้องการเวลาสำหรับ การถ่ายเทความเย็นผ่านผนังท่อ การถ่ายเท จึงต้องเป็นแบบเปลี่ยนแปลงไปตามความเหมาะสม หรือ ไดนามิก
จะให้การถ่ายเทแบบคงที่หรือ สแตติก ไม่ได้ เพราะ ต้องการลดอุณหภูมิลงจนเป็นวุ้นเท่านั้น จึง ขาดหรือเกิน ไม่ได้ เพราะ เบียร์ต้องเป็นวุ้นที่มีความอ่อนนุ่มอยู่ในระดับที่ไหลผ่านลำคอลงไปได้ ไม่ใช่เป็นก้อนเหมือนก้อนน้ำแข็ง
ไม่เหมือนกับการทำน้ำแข็งก้อน ที่ ยิ่งทำให้น้ำเย็นเร็วหรือมาก เท่านไหร่ก็ยิ่งทำให้ได้ก้อนน้ำแข็งเร็ว เพราะ ไม่มีข้อจำกัดความแข็งของ ก้อนน้ำแข็งนั้นเอง
คำถามที่สำคัญ ถ้า จุดเยือกแข็ง ของเบียร์ เท่ากับ 28 องศาเอฟ ตอนที่ยังเป็น เบียร์น้ำ และ ก็กลายเป็น เบียร์วุ้น แต่ก็ยังอยู่ที่ 28 องศาเอฟ คือ อุณหภูมิยังไม่เปลี่ยน เราจะรู้ได้อย่างไร ว่า
ณ. เวลาใดเวลาหนึ่ง ที่ เบียร์น้ำ ค่อยๆกลายเป็น เบียร์วุ้น ไปทีละ เปอเซนต์ ของ เบียร์น้ำ และ ถ้าเราต้องการจะ หยุดการเปลี่ยนไปเป็น เบียร์วุ้น เมื่อ การเปลี่ยน ดำเนินไปได้ 50% ไม่มากไม่น้อยไปกว่านั้น
ซึ่งเรื่องนี้ ก็คือ หัวใจของเครื่องทำเบียร์วุ้น ที่สามารถกำหนด เวลา และ ลักษณะความอ่อนนุ่ม ที่ต้องการได้
และ สิ่งที่ถือได้ว่า เป็นหัวใจของเครื่องทำเบียร์วุ้นก็คือ อุปกรณ์ที่ จะทำให้ บอกเราได้ว่า เบียร์น้ำ ได้ เปลี่ยนสภาพไปเป็น เบียร์วุ้น แล้ว นั่นเอง
ขณะที่ เบียร์น้ำที่จุดเยือกแข็ง คือ 28 องศาเอฟ ค่อยๆ กลายสภาพไปเป็นเบียร์วุ้น ซึ่งก็ที่ 28 องศาเอฟ เช่นกัน คือ ช่วงเวลาที่ เครื่องทำความเย็น กำลังถ่ายเทความเย็น เติมให้ เบียร์น้ำ เช่นเดียวกับ ตอนที่ ลดอุณหภูมิของเบียร์ ทีอุณหภูมิ 77 องศาเอฟ ลงมาจนถึง 28 องศาเอฟ เครื่องเย็นชุดเดิม ระบบการถ่ายเท ชุดเดิมทั้งหมด
เพียงแต่ ช่วงนี้ ระบถ่ายเทความเย็น จะต้อง ถ่ายเทความเย็นได้ มากถึง 126 เท่า ของช่วงเวลาก่อนหน้านั้น ซึ่งก็เป็นเพราะ ค่าความร้อนแฝงของการเยือกแข็งของเบียร์ เท่ากัน 126 บีทียูต่อปอนด์ต่อองศา
ถ้าต้องการให้ ช่วงเวลานี้ เสร็จสิ้น ภายใน 50 วินาที ( เดิมกำหนดให้ การทำเบียร์วุ้น ทั้งหมดเสร็จสิ้นภายในเวลา หนึ่งนาที หรือ 60 วินาที และ ได้ใช้ เวลา 10 วินาทีไปในการ ลดอุณหภูมิลงจาก 77 เหลือ 38 องศาเอฟ ไปแล้ว )
ก็หมายความว่า
ต้องใช้เวลา
2 วินาที ลดอุณหภูมิจาก 38 องศาเอฟ ลงเหลือ 28 องศาเอฟ
และ
42 วินาที เปลี่ยนสภาพ เบียร์น้ำที่ 28 องศาเอฟ ให้กลายเป็น เบียร์วุ้น ที่ 28 องศาเอฟ
ซึ่งก็จะเห็นว่า การเปลี่ยนอุณหภูมิ สามารถ ควบคุมการทำงานของเครื่องทำความเย็น ให้ เปิดปิด เพื่อ รักษาอุณหภูมิของ เบียร์ ได้ ด้วย อุปกรณ์ที่เรียกว่า เทอโมสตัด ที่มีความรวดเร็วในการ ตัดต่อระบบที่ แม่นยำ โดยมีความผิดพลาด ไม่เกิน 0.1 เปอร์เซนต์ และให้ทำงานร่วมกับ ฮีทเตอร์ สำหรับสร้างความร้อน ที่ ช่วยป้องกัน อุณหภูมิของ เบียร์น้ำที่จุดเยือกแข็ง ไม่ให้ ต่ำไปกว่า จุดเยือกแข็งไว้ เพราะ การเปลี่ยนอุณหภูมิจาก 28 องศาเอฟ ถ้าลงไปถึง 27.9 องศาเอฟ ก็เท่ากับว่า เบีียร์น้ำที่จุดเยือกแข็ง กลายเป็น เบียร์น้ำแข็ง ไปหมดแล้ว นั่นเอง
แต่ ในช่วงเวลาที่ เบียร์น้ำ กำลังเปลี่ยนสภาพจาก เบียร์น้ำเป็นเบียร์วุ้น ซึ่งอุณหภูมิไม่เปลี่ยน ก็ต้องใช้อุปกรณ์ ที่เรียกว่า เครื่องนับค่าการถ่ายเทความร้อนแฝง ที่ผมออกแบบขึ้นมาใช้งานเอง แทน เทอโมสตัด
หลักการทำงานของเครื่องก็ง่ายๆ โดยการ วัดการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้น ว่า ใน หนึ่งวินาที มีการถ่ายเทไปเท่าไร เพราะ เรารู้ว่า การถ่ายเทความร้อนแฝง เริ่มต้นที่ 1 หน่วย และจะไปสิ้นสุดที่ 126 หน่วย ซึ่งในช่วงเวลาที่ผ่านไปนั้น เบียร์น้ำ จะ ค่อยๆ แข็งตัวขึ้น กลายเป็น เบียร์วุ้นอ่อนนุ่ม คือ ราวๆ 12.6 หน่วย หรือ 10% และ ข้นขึ้นเรื่อยๆ จนถึง 53 หน่วย หรือ 50% ซึ่งเป็นขนาดที่พอเหมาะสำหรับการดื่ม และ เลยไปจนถึง 75% ก็จะแข็งจนไม่สามารถไหลผ่านท่อ จนถึง 126 หน่วย หรือ 100% คือ เบียร์น้ำ กลายเป็น ก้อนเบียร์แข็งติดคาอยู่ในท่อ ในที่สุด
ซึ่งเมื่อ คำนวณร่วมกับ กำหนดเวลา 48 วินาที สำหรับการถ่ายเทความร้อน 53 หน่วย ก็จะควบคุมระบบถ่ายเทความเย็นให้ พอดีกับความต้องการได้ เช่นกัน
ย้อนกลับไปถึงเรื่อง เครื่องทำความเย็น
ระบบทำความเย็นทั่วๆไป ก็จะใช้ หลักการของ การอัดน้ำยาทำความเย็น ให้กลายเป็นไอ ใน อีวาโพเรเตอร์ ถ่ายเทความเย็นให้อากาศหรือของเหลวโดยรอบด้วยการดูดความร้อนออก ทำให้ ไอนั้นกลายเป็น ไอร้อนๆ จากนั้น ก็ถูกดูดกลับไปยัง คอนเดนเซอร์หรือรังผึ้ง ด้วย คอมเพรสเซอร์ เพื่อ ดูดเอาความร้อนออกจากไอร้อนๆ ด้วย พัดลมที่ติดอยูที่รังผึ่ง เพื่อให้ ไอร้อนๆ กลายเป็น น้ำยาเย็น อีกครั้ง หมุนเวียนไปตลอดกาล เพราะ เป็นการใช้พลังงานกล เปลี่ยนสภาวะของ สสาร แล้วได้ประโยชน์จาก การเปลี่ยนสภาวะ ในรูปแบบของการ ดูดและถ่าย ความร้อนเข้าออกจากสสาร ซึ่งก็คือ น้ำยาทำความเย็น ที่มีอยู่หลายชนิด เช่น แอลกอฮอร์ น้ำมันก๊าด น้ำยาแอร์ หรือ แม้แต่ น้ำ ก็สามารถนำมาใช้เป็น แหล่งกำเนิดความเย็นได้ เช่นเดียวกับ น้ำยาแอร์
จากหลักการที่ต้องแบ่ง การทำความเย็น เป็น สามช่วงอุณหภูมิ รวบไปถึง โครงสร้างของเครื่องที่ใช้ในการถ่ายเทความเย็นที่แตกต่างกันด้วย
กล่าวคือ อุณหภูมิเก็บรักษา
อุณหภูมิเยือกแข็ง และ
การเปลี่ยนสภาพ
ซึ่ง จะต้องมีค่าการถ่ายเทความเย็น แตกต่างกัน
จึงควบคุมเครื่องทำความเย็นที่ระดับความเย็นเดียวไม่ได้ เพราะ ถ้าจะควบคุมให้พอดีกับช่วงไหน ก็จะ สูงไปหรือต่ำไป สำหรับ อีกสองช่วง
ซึ่งก็เป็นเหตุให้ เครื่องทำเบียร์วุ้นเครื่องแรกของโลก ที่ผมอ่านเจอใน เนท และ จดลิขสิทธิ์ไว้ที่ อเมริกา จึงต้องใช้ ระบบทำความเย็น ถึง สามชุด สำหรับ ระบบทั้งสามส่วน นั่นเอง
เมื่อ ประมาณ เจ็ดปีก่อน ผมเคย ร่วมงานกับ บ. แห่งหนึ่ง เพื่อสร้างเครื่องขึ้นมาครั้งแรกนั้น ตอนนั้น ผมก็ใช้ ระบบทำความเย็น สามชั้นเหมือนกัน แต่ได้หยุดไปก่อน เนื่องจาก ถูกระงับทุนสนับสนุน ซึ่งถ้าทำต่อ ก็จะสำเร็จ แต่ก็เป็นในแนว ทฤษฏีเดียวกับ ที่ผมเห็นใน เนทนั่นเอง
และอีก หลายปีต่อมา ก็ได้ ร่วมงานกับ บ. อีกแห่ง ด้วยจุดประสงค์เดียวกัน แต่ก็เป็น คนละแนวทฤษฏีกับ ที่ทำกับ บ. แห่งแรก โดยใช้แนวทางใหม่ แต่ก็ยังคงใช้ เทอโมสตัด สำหรับควบคุมความเย็นอย่างเดิม และ ก็ได้หยุดไปอีกครั้ง เนื่องจาก ถูกระงับทุนสนับสนุน
แต่สำหรับเครื่องนี้ ได้ใช้แนวทฤษฏีใหม่ และ ผู้สนับสนุนรายใหม่ ที่มองเห็น คุณค่า และ ความสามารถ จึงไม่กำหนดทุนที่จะต้องใช้ แต่ ผมเอง เริ่มจาก ไม่มีทุนทำ จึงใช้ทุนที่ได้ไม่จำกัดนั้น อย่างจำกัด และ จำเป็น ซึ่งก็คงเป็นเพราะความเคยชินจากสมัยที่ไม่มีทุนทำเอง
ในการควบคุมระบบทำความเย็น ของเครื่องนี้ เป็นระบบที่ ออกแบบขึ้นมาใช้งานเอง เนื่องจาก ไม่เคยมีมากก่อน จนพูดได้ว่า เครื่องที่ประสบความสำเร็จเครื่องนี้ เป็นคนละเครืื่องกับสองเครื่องก่อนหน้านั้น ซึ่งเป็นเครื่องนั้นที่ใช้ เทอโมสตัด โดยสิ้นเชิง
ส่วนในระบบเครื่องทำความเย็นถึงจะเป็นชุดเดียวกัน แต่ก็ เป็น พื้นฐานการทำความเย็นทั่วๆไป นั่นเอง ผมจึงไม่นำรวมเข้าไป จดสิทธิบัตรด้วย จะมีก็เพียง ชิ้นส่วนที่ ออกแบบขึ้นมาใหม่ทั้งหมด เท่านั้น ที่จดสิทธิบัตรและใช้กับเครื่องนี้
ที่ผมอ้างถึง การร่วมทุน สองครั้งแรก ก็เพื่อแสดงให้เห็นว่า การออกแบบสร้างเครื่องทำเบียร์ให้เป็นวุ้นนั้น มีได้หลายวิธีการ เพียงแต่ต้องเข้าใจว่า ความต้องการคืออะไร และ จะใช้อะไรทำให้ได้ตามความต้องการนั้น
ซึ่งความต้องการของเราก็คือ การทำเบียร์น้ำให้เป็นเบียร์วุ้น พูดให้ฟังดูง่ายๆก็คือ ถ่ายเทความเย็นเข้าไปในน้ำเบียร์ จนถึงจุดที่เบียร์เป็นวุ้น
ซึ่งถ้าไม่มีการกำหนดเวลา มันก็จะง่ายๆ อย่างนั้น คือ เมื่อรู้ว่า เบียร์สด มีจุดเยือกแข็งอยู่ที่ 28 องศาเอฟ เราก็ทำ กล่องแช่ถังเบียร์ ให้ เย็นถึง 28 องศาเอฟ เบียร์ก็จะเป็นวุ้นเองตามธรรมชาติของ ของเหลวที่ได้รับความเย็นเพียงพอ
แต่ถ้าต้องการ กำหนดเวลา รวมทั้งกำหนดปริมาณ เบียร์ ที่ต้องการทำให้เป็นวุ้นด้วย จะต้องทำอย่างไร
ก็คงต้องมีหลักวิชาการเข้ามากำหนดวิธีการ เพื่อให้ เครื่องที่สร้างทำงานได้อย่างสมบูรณ์
ดังที่อธิบายมาก่อนหน้านี้ ถึงวิธีการคำนวณ สิ่งต่างๆ ที่ต้องการ แต่ถึงแม้จะรู้ค่าความร้อน ความเย็นที่ต้องการใช้งาน และสมมุติว่า ค่าที่คำนวณถูกต้องหมด หมายถึง หลักการถูกต้อง แต่ก็ยังมีปัญหาวิธีการที่เกิดจาก อุปกรณ์ที่ใช้ทั้งหมด ยกตัวอย่างเช่น
ระบบทำความเย็น ปัจจุบันก็คือ คอมเพรสเซอร์ ปัญหาแรกของการใช้ระบบทำความเย็นแบบชั้นเดียวคือ ใช้คอมเพรสเซอร์สร้างความเย็นให้เบียร์ โดยต้องการกำหนดเวลาที่ต้องการ ซึ่งหมายความว่า ต้องให้เกิดการถ่ายเทความเย็น ในปริมาณที่ต้องการต่อเวลาที่ผ่านไป คิดเป็นวินาที
คือ ต้องการ ถ่ายเทความเย็นจำนวน 100 บีทียู ต่อ วินาที ตั้งแต่ วินาที ที่ 1 ถึง วินาทีที่ 10 เท่าๆกันตลอดทุกวินาที
เป็นไปไม่ได้ครับ เพราะการทำงานของ คอมเพรสเซอร์ ไม่ได้ผลิตความเย็นแบบ ลีเนียร์ คือ แบบ ต่อเนื่องคงที่ทุกวินาที แบบที่เราต้องการ แต่มีการทำงานแบบ นอนลีเนียร์ คือ วินาทีที่ 1 จะถ่ายเทความเย็น ทีละน้อย ทำให้ กำหนดปริมาณการถ่ายเทความเย็นในเวลาที่ต้องการไม่ได้
อุปกรณ์ต่อไปก็คือ อุปกรณ์ควบคุมการทำงานของ คอมเพรสเซอร์ ที่มีใช้กันอยู่ก็คิือ เทอโมสตัด ซึ่งก็ใช้ไม่ได้อีกเช่นกัน เพราะ
สมมุติว่า เราต้องการการถ่ายเทความเย็น จำนวน 100 บีทียู ขาดเกินไม่ได้ ทีนี้สมมุติอีกว่า ให้มีเทอโมสตัดที่ มีความรวดเร็วในการตัดไฟการทำงานของคอมเพรสเซอร์ ชนิดถูกต้องรวดเร็วที่สุดคือ เมื่อ เทอโมสตัด วัดได้ว่า การถ่ายเทความเย็นครบ 100 บีทียูก็ตัดไฟที่ป้อนให้คอมเพรสเซอร์ แต่เนื่องจาก คอมเพรสเซอร์ ทำงานด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า การตัดไฟ ก็ไม่ทำให้ มอเตอร์คอมเพรสเซอร์ หยุดทันที แต่ยังคงมีการหมุนต่อไปอีกด้วยแรงเฉื่อย แล้วจึงค่อยๆหยุดลง แต่ในระหว่างเวลาดังกล่าวนั้นเองที่ ระบบทำความเย็นยังคงถ่ายเทความเย็นต่อไปอีกเล็กน้อย แต่ไม่ว่าจะเล็กน้อยแค่ไหน ก็ทำให้ ค่า บีทียู เกิน 100 อยูดี นั่นคือ ถ้า เบียร์เริ่มเป็นวุ้นที่ 100 บีทียู ค่าความเย็นส่วนเกินนั่นแหล่ะที่ทำให้ เบียร์แข็งมากขึ้น จาก เบียร์วุ้น กลายเป็น เบียร์น้ำแข็ง ซึ่งถ้าเป็น เบียร์ขวด ตรงนี้แหล่ะที่ทำให้ ขวดเบียร์แตก
ต่อไปก็คือ ท่อนำเบียร์เข้า คูลเลอร์หรือห้องแช่เย็น เพื่อถ่ายเทความเย็นให้เบียร์ จะไม่เป็นไปตามที่คำนวณไว้ ซึ่งก็เป็นเพราะ ค่าการนำความเย็นผ่านผนังท่อสแตนเลส ที่คำนวณไว้จากคู่มือทางโลหะวิทยา ว่ามีค่าทางทฤษฏีเท่าไหร่ก็ตาม แต่ก็ไม่สามารถหาสแตนเลสที่จะ ถ่ายเทความร้อนให้ได้ตามที่คำนวณ นอกจากจะผลิตท่อสแตนเลสเอง เพื่อให้ มีค่าการถ่ายเทความเย็นเท่าที่กำหนด
และที่สำคัญที่สุดก็คือ เบียร์สด ที่มีค่าทางเทอโมไดนามิค ไม่เท่ากันเลยซักหยด อาจแตกต่างกันบ้างเล็กๆน้อยๆ ซึ่งถึงแม้ว่า จะเล็กๆน้อยๆ โดยมีค่าทางตัวเลขอยู่ใน ช่วงที่โดยทั่วไปเรียกว่า ค่าปัดทิ้งได้ แต่สำหรับเรื่องนี้ ปัดทิ้งไม่ได้
ห้องแลปความร้อนของผม ทดลองอยู่หลายปี หลายวิธีการ กว่าจะสรุปได้ว่า คอมเพรสเซอร์โดยตรงใช้กับเรื่องนี้โดยตรงไม่ได้ ต้องใช้แบบทางอ้อม
หลักการ ง่ายๆก็คือ สร้างสารสะสมความเย็นเพื่อให้มีการถ่ายเทความร้อนอย่างทันใจ ชนิดที่สามารถกำหนด ปริมาณการถ่ายเทความร้อนในช่วงเวลาที่ต้องการได้
วิธีการ ก็ง่ายพอกัน ก็คือ ใช้คอมเพรสเซอร์ สร้างสารสะสมความเย็น ที่มี ค่าการถ่ายเทความร้อนรอเอาไว้ใช้
ซึ่งเมื่อถึงเวลาต้องการใช้ ก็นำเอาไปถ่ายเทความเย็นให้เบียร์ได้ทันที
ซึ่งวิธิการนี้ จะได้ผลดีกว่า รอให้ คอมเพรสเซอร์ เริ่มทำงาน เริ่มถ่ายเทความเย็น พอแล้วจึงปิดเครืื่อง ซึ่งก็อธิบายไปแล้วว่า ปิดทันทีก็ยังมีส่วนเกิน
สารสะสมความเย็นที่สร้างรอเอาไว้ใช้ จะมีอุณหภูมิที่ต่ำมากๆ เช่น ที่เครื่องผมใช้คือ -4 องศาเอฟ แต่ยังอยู่ในรูปของเหลวที่ไหลได้
และเมื่อต้องการใช้งานก็ นำออกไปถ่ายเทความเย็นให้ เบียร์ที่อยู่ในท่อ โดยการ ฉีดพ่นใส่ท่อ ด้วย สารสะสมความเย็นที่มีปริมาณที่เหมาะสม และ ระยะเวลาที่เหมาะสม
ด้วยวิธีการนี้ เราก็สามารถ ลดอุณหภูมิของเบียร์ จาก อุณหภูมิห้อง หรือประมาณ 77 องศาเอฟ ให้ เหลือ 38 องศาเอฟ อันเป็นอุณหภูมิเบียร์ที่เย็นจัด ในเวลาไม่กี่วินาที สำหรับ ผู้ที่ชื่นชอบการบริโภค เพียงเบียร์เย็นจัด
หรือ จะลดลงให้ถึง 28 องศาเอฟ อันเป็นจุดเยือกแข็งของ เบียร์ และทำให้ เบียร์น้ำกลายเป็นเบียร์วุ้น ได้ในเวลาไม่กี่วินาทีเช่นก้น สำหรับผู้ที่ชื่นชอบการบริโภคเบียร์วุ้น และ ไม่ต้องการรอแช่เบียร์ไว้ในตู้เย็นนานๆ
สำหรับหลักการถ่ายเทความเย็นจากสารสะสมความเย็นให้ เบียร์ อย่างได้ผล ก็ต้องให้ เบียร์น้ำ ไหลไปตามท่อ ขนาดที่พอเหมาะ และ มีสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน ที่เหมาะสม เพื่อให้ น้ำเบียร์ ที่ไหลอยู่ในท่อ ลดอุณหภูมิลง จากอุณหภูมิห้องจนถึงอุณหภูมิที่ต้องการ ในเวลาที่กำหนด ซึ่งก็ขึ้นอยู่กับการเลือกใช้โลหะที่เหมาะสม แต่ต้องถูกสุขลักษณะด้วย เพราะ ท่อโลหะเป็นท่อที่น้ำเบียร์ไหล จึงต้องสะอาดตลอดเวลา และ การออกแบบที่ถูกต้อง ก็จะต้องมีระบบการทำความสะอาดท่อ ทั้งก่อนและหลังใช้ได้ อีกด้วย
ส่วนใหญ่ก็จะใช้ ท่อสแตนเลส 304
แต่ สแตนเลส มีค่าการถ่ายเทความร้อนที่ต่ำมาก คงใช้ได้กับระบบ เบียร์คูลเลอร์ ที่ทำแค่ความเย็นจัดเท่านั้น
แต่ถ้าจะใช้กับ การทำเบียร์วุ้น ก็ต้องเป็นโลหะที่มีค่าการนำความร้อนสูงกว่านั้นมากจึงจะใช้งานได้ เช่น ท่อเงิน ท่อทองคำ เป็นต้น
สแตนเลส 304 มีค่าการนำความร้อน เพียง 13.8 W/m.K
สแตนเลส 316 มีค่าการนำความร้อน เพียง 13.5 W/m.K
เงิน มีค่าการนำความร้อน 427 W/m.K
ทองคำ มีค่าการนำความร้อน 318 W/m.K
และ
ทองแดง มีค่าการนำความร้อน 398 W/m.K
หรือ
ทองเหลือง มีค่าการนำความร้อน 385 W/m.K
แต่ ทองแดงไม่สะอาดพอ และ เงิน หรือ ทองคำ ก็มีราคาสูงมาก
นั่นก็คือ หัวใจของการทำเบียร์วุ้น แบบที่สามารถควบคุมได้ทั้งปริมาณ และ เวลา หนึ่ง ใน สี่ อย่าง ก็คือ การเลือกชนิดของโลหะที่จะนำมาใช้ในการถ่ายเทความร้อน
อย่างที่สองเกี่ยวกับปริมาณความเย็นที่ต้องการ ก็คือ การเลือกขนาดของระบบทำความเย็น หรือ คอมเพรสเซอร์ ซึ่งจะต้องทำความเย็นมากกว่าที่ต้องการอีก 25% เป็นอย่างน้อย ซึ่งก็เพราะ คอมเพรสเซอร์ ทำงานแบบ นอนลีเนียร์ คือ เริ่มช้า การทำความเย็นจะไม่ได้ ตามหน่วยที่ต้องการในเวลาที่กำหนด จึงต้องเผื่อปริมาณที่เกิดจากการเริ่มช้าเข้าไปด้วย ซึ่งจากการทดลองใน ห้อง แลปเทอโม ของผมที่ทดสอบกับ คอมเพรสเซอร์ มากกว่า 10 รุ่น ทำให้รู้ว่า
ถ้า ต้องการ ทำความเย็น 100 บีทียู/นาที จะต้องใช้ คอมเพรสเซอร์ ขนาด 125 บีทียู/นาที เพราะว่า นาทีแรก คอมเพรสเซอร์ ขนาด 125 บีทียู/นาที จะทำความเย็นได้ เพียง 100 บีทียู เท่านั้น และ ในนาที ต่อๆไป จึงจะ ทำความเย็น 125 บีทียู/นาที นั่นเอง
อย่างที่สามเกี่ยวข้องโดยตรงกับการถ่ายเทความเย็น ให้เบียร์ ในวาระที่ต่างกัน ถึง สามวาระ คือ
วาระที่ลดอุณหภูมิลงถึงไม่เกิน อุณหภูมิเก็บรักษา ซึ่งสำคัญมาก กล่าวคือ ถ้าทำให้เบียร์ อุณหภูมิต่ำกว่านี้ จะทำให้ เบียร์เสียสภาพ
วาระที่ลดจากอุณหภูมิเก็บรักษา ไปจนถึง อุณหภูมิ เย็นจัด
และ วาระที่ลดจาก อุณหภูมิเย็นจัดจนกลายเป็นวุ้น
โดยที่แต่ละวาระต้องมีการถ่ายเทความเย็นที่แตกต่างกัน
ซึ่งทำให้ผมคิดค้นระบบ ของเหลวสะสมความเย็น ขึ้นมาใช้งาน ซึ่งก็เป็นเพราะ คอมเพรสเซอร์ ทำงานแบบนอนลีเนียร์ แต่ เราต้องการ การถ่ายเทความเย็นแบบลีเนียร์
คอมเพรสเซอร์ จะมีหน้าที่เพียงทำให้ สารสะสมความเย็น มีอุณหภูมิอยู่ในระดับที่ต้องการ เช่น
สำหรับ วาระแรก ต้องการเพียง ลดลงเหลือ 39 องศาเอฟ
สำหรับ วาระที่สอง ต้องการ ลดลงเหลือ 28 องศาเอฟ ภายใน 10 วินาที
สำหรับ วาระที่สาม ต้องการ ลดลงจนเป็นวุ้น ภายใน 50 วินาที
อย่างที่สี่ เกี่ยวข้องกับ เวลาที่กำหนด ก็คือ การออกแบบลักษณะของ ภาชนะที่ใช้ในการถ่ายเทความร้อน ซึ่งในที่นี้ก็คือ ท่อเบียร์ ที่จะต้องมีการกระจายการถ่ายเทความร้อนให้ น้ำเบียร์ในท่อ อย่างถูกต้อง และ ตรงเวลา ว่าเมื่อ เบียร์เริ่มไหลเข้าไปในท่อที่อยู่ในห้องแช่เฉพาะ ซึ่งมีเวลา 0 วินาที จะถูกถ่ายเทความเย็นเข้าไป เท่าไหร่ ต่อวินาที จนถึงทางออก
รวมไปถึง การถ่ายเทความเย็นออกจนกลายเป็นวุ้น ในห้องกำเนิดวุ้น
อีกทั้งขนาดของท่อในส่วนต่างๆ ก็อาจจะต้องไม่เท่ากัน เพราะ เบียร์น้ำ จะมีความหนืด น้อยกว่า ที่กำลังเริ่มเป็นวุ้น และ จะหนืดมากที่สุด ตอนที่เป็น วุ้นเต็มที่ ซึ่งมีความหนืดเกือบเท่าสเลอปี้
และสุดท้าย หัวจ่ายวุ้นที่จะออกมาสู่ภาชนะรองรับ ก็ต้องออกแบบให้ เหมาะสมกับการ รินเบียร์วุ้น ซึ่ง หัวจ่ายเบียร์แบบดั้งเดิม หรือที่เรียกว่า ดีสเพนเซอร์ จะใช้กับงานนี้ไม่ได้ ต้องออกแบบใหม่ทั้งหมด
ทั้งหมดนี้ นำไปสู่ การใช้ระบบทำความเย็นทางอ้อม ซึ่งก็คือ การใช้ คอมเพรสเซอร์ สร้างสารสะสมความเย็น ในที่นี้ ผมใช้ น้ำผสม อีจี 25% ทำให้ มีอุณหภูมิต่ำถึง -20 องศาเอฟ โดยที่ยังเป็นของเหลวอยู่
แล้วจึงใช้ปั้มของเหลวที่ทำงานภายใต้อุณหภูมิที่ต่ำมากๆได้ สูบไปใช้ยังห้องต่างๆ เช่นเดียวกับที่ อีวาโพเรเตอร์ ทำกับ สารสะสมความเย็นนั้นเอง แต่ที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด ก็คือ สารสะสมความเย็น จะมี อุณหภูมิ -20 องศาเอฟ ตลอดเวลา ไม่เหมือน อีวาโพเรเตอร์ ที่จะต้องค่อยๆ เพิ่มความเย็น ตอนเริ่มทำงาน
อีกทั้ง วิธีการนี้ จะทำให้ คอมเพรสเซอร์ ได้เวลาพักที่ยาวนานกว่าด้วย โดยการตั้งระยะเวลาพักเครื่องให้อุณหภูมิต่างกันมากได้ เช่น ถ้าเราต้องการใช้ สารสะสมความเย็น ที่ อูณหภูมิ -20 องศาเอฟ เราก็จะตั้งให้ ห้องกำเนิดสารสะสมความเย็น มีอูณหภูมิไว้ที่ ซัก -25 องศาเอฟ ให้คอมเพรสเซอร์ ปิด และ เปิดใหม่ที่ -20 องศาเอฟ ประหยัดไฟได้มากกว่า การเปิดคอมเพรสเซอร์ ให้ พยุงอุณหภูมิสารสะสมความเย็นให้คงที่ ที่ -20 องศาเอฟโดยตรง เพราะ อาจต้องให้ คอมเพรสเซอร์ เปิดปิด บ่อยครั้งกว่ามาก
ต่อจากนั้น จึงปั๊มสารสะสมความเย็น ผ่านท่อไปยัง ห้องใช้งาน สามห้องที่ต้องการ คือ
ห้องเก็บรักษาเบียร์สด หรือ ตู้เย็นสำหรับเบียร์ โดยการใช้ ท่อทองแดง ม้วนเป็นขด รอบห้อง เมื่อสารสะสมความเย็นที่มีอุณหภูมิต่ำถึง -20 องศาเอฟไหลอยู่ภายใน ก็จะทำให้ อุณหภูมิภายนอกท่อ ลดลง ก็ให้คงอุณหภูมิภายในห้อง ไว้ที่ 38 องศาเอฟ โดยใช้ เทอโมสตัด เปิดปิด ปั๊ม
ห้องแช่เย็นจัด หรือ คูลเลอร์ ก็จะเป็น อ่างสี่เหลี่ยมหรือทรงกระบอกก็ได้ ที่บรรจุสารสะสมความเย็น โดยมี ท่อทองแดงขึ้นรูปเป็นขด อยู่บริเวณผนังอ่าง และ ถัดเข้ามาก็เป็น ท่อนำน้ำเบียร์ ขดอยู่เป็นวงชั้นใน เหลือเนื้อที่ต้องกลางไว้ สำหรับให้ใบพัดที่หมุนตลอดเวลาเพื่อให้ เกิดการไหลเวียนของ สารสะสมความเย็น ถ่ายเทความเย็นจาก ท่อนำสารสะสมความเย็น ไปยัง ท่อเบียร์ ที่ต้องการอุณหภูมิคงที่ที่ 28 องศาเอฟ โดยใช้ เทอโมสตัด เปิดปิด ปั๊ม
หมายเหตุ โดยทั่วไปแล้ว ส่วนนี้ ที่มีจำหน่ายอยู่ จะใช้หลักการเดียวกันทั้งโลก ก็คือ ท่อนำสารสะสมความเย็น ก็จะเป็น ท่ออีวาโพเรเตอร์ ของระบบทำความเย็น ที่ต่อตรงมาจาก คอมเพรสเซอร์
ส่วนสารสะสมความเย็น ก็จะเป็น น้ำจืด หรือ น้ำจืดผสมไกลคอล ซึ่งความแตกต่างของการใช้งานก็ขึ้นอยู่กับว่า ต้องการเบียร์เย็นที่อุณหภูมิเท่าไร เช่น ทางยุโรป ไม่ต้องการเย็นจัด ก็จะใช้ น้ำจืด เพราะ น้ำจะเป็นน้ำอยู่ได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 32 องศาเอฟ ซึ่งก็เพียงพอ โดยจะทำให้ เบียร์ เย็นได้ถึง อุณหภูมิ 38-40 องศาเอฟ ซึ่งเป็นความเย็นที่นิยมดื่มกัน และก็เป็นการดีที่ น้ำจืดราคาถูกและเปลี่ยนถ่ายได้ง่าย สะดวกสำหรับผู้ผลิตและผู้ใช้งาน โดยมี ก๊อกไขออกและ ท่อเติมเข้าก็เพียงพอแล้ว
แต่สำหรับชาวเอเซีย ซึ่งมีอากาศร้อนกว่า ต้องการ เบียร์ที่เย็นกว่านั้น ซึ่งจะใช้ น้ำจืดเป็น สารสะสมความเย็นไม่ได้ จึงต้องผสม ไกลคอลลงไปในน้ำ เพื่อให้ สารสะสมความเย็น ยังคงสภาพเป็นของเหลวอยู่ได้ แม้อุณหภูมิจะต่ำกว่า 32 องศาเอฟ ซึ่งส่วนใหญ่ก็จะผสมในอัตราน้อยๆ โดยให้ ลดลงไปได้ ถึง 24-26 องศาเอฟ ก็เพียงพอ แต่ก็ต้องออกแบบเครื่องสำหรับให้บริการ เปลี่ยนหรือเติมสารสะสมความเย็นกับผู้ใช้งานด้วย เนื่องจากเป็นเคมี ที่ผู้ใช้งาน หรือ ร้านค้า คงไม่สามารถทำเองได้
และสำหรับห้องกำเนิดวุ้น ที่ต้องการการถ่ายเทความร้อนแฝง ที่ อุณหภูมิ 28 องศาเอฟ โดยใช้อุปกรณ์ สองชนิด คือ เทอโมสตัด เปิดปิดปั๊ม และ ลาเทนสตัด สำหรับวัดค่า ความเป็นวุ้นของ เบียร์ สำหรับ เลือกที่จะ รินออกมาใช้งาน
คูลเลอร์ ที่มีใช้กันอยู่ทั่วไป ใช้หลักการของการถ่ายเทความร้อนของเบียร์น้ำ ลงส่ง น้ำ และ ส่งต่อไปยังอีวาโพเรเตอร์ ซึ่งเป็นหลักการพื้นฐานที่ใช้กันมานานนับตั้งแต่มี เครื่องทำความเย็นใช้กัน ซึ่งเป็นการถ่ายเทความร้อนของค่าความร้อนจำเพาะเท่านั้น คือ น้ำ หนึ่งปอนด์ ก็จะถ่ายเทความร้อนได้ 1 บีทียู ต่อ องศาเคลวิน
แต่จากการทดลองในห้อง แลปเทอโม ของผม เราค้นพบวิธี ที่จะทำให้ น้ำ 1 ปอนด์ ถ่ายเทความร้อนได้มากถึง 126 บีทียู ต่อ องศาเคลวิน ซึ่งก็เป็นที่มาของเครื่องทำเบียร์วุ้นที่ผมออกแบบ
นั่นก็เพราะว่า น้ำเบียร์ 1 ปอนด์ ในช่วงที่ต้องการเปลี่ยนสภาวะจาก เบียร์น้ำเป็นเบียร์วุ้น ต้องการการถ่ายเท่ความร้อนออกเท่ากับ 126 บีทียู ซึ่งถ้าใช้ หลักการของคูลเลอร์ทั่วไป ก็ต้องรอเวลาเท่ากับ 126 เท่าของการลดอุณหภูมิลง 1 องศาเคลวิน ซึ่งไม่ทันต่อความต้องการในการบริโภค
จากการทดลองพบว่า การทำเบียร์ให้เป็นวุ้น หนึ่งขวด จากอุณหภูมิห้อง คือราวๆ 77 องศาเอฟ ให้เป็นเบียร์วุ้น โดยใช้ น้ำคลุกเกลือเป็น สารสะสมความเย็น เหมือนกับที่ใช้ใน ถังปั่นไอติมแบบโบราณที่เรารู้จักกันดีมาเป็น สิบๆ ปีแล้วซึ่งจะมีการถ่ายเทความร้อนออกได้ ครั้งละ 1 บีทียูต่อปอนด์ต่อองศาเคลวิน จะต้องใช้เวลานานถึง 5-10 นาที กว่าจะได้ เบียร์วุ้นซักขวด ถ้าขวดไม่แตกไปเสียก่อน
แต่เราใช้การถ่ายเทความร้อนคราวละ 126 บีทียูต่อปอนด์ต่อองศาเคลวิน จึงทำให้ เบียร์น้ำ ที่มีปริมาณ 1 ปอนด์ จะกลายเป็น เบียร์วุ้นได้ ในเวลาเพียง ประมาณไม่เกิน 1 นาที หรือ 60 วินาที ทุกครั้ง ที่ทำการทดลอง
ที่ใช้คำว่า ประมาณก็เพราะขึ้นอยู่กับ การจับคู่ อุณหภูมิ กับ โลหะที่ใช้ทดสอบ ตั้งแต่ ท่อ สแตนเลส 304,316 ท่อทองแดง ท่ออะลูมิเนียม ท่อเงิน เป็นต้น
ซึ่งการตั้งอุณหภูมิของสารสะสมความเย็น ที่เราทดลอง ก็มีการปรับเปลี่ยนค่าที่ใช้ทดลองไป ตั้งแต่ 20 องศาเอฟ ไปจนถึง -4 องศาเอฟ เพื่อหาว่า โลหะชนิดไหนที่เหมาะจะใช้ในเครื่องทำเบียร์วุ้นของเรา
ก่อนหน้านี้ ถ้าผมบอกสิ่งต่อไปนี้ก็คงไม่ค่อยมีใครเชื่อ แต่ถึงตอนนี้ หลังจากอธิบายมาค่อนข้างละเอียดแล้ว จึงเป็นการง่ายที่ จะเชื่อได้แล้วว่า
ถ้าจะสร้าง เครื่องทำ เบียร์น้ำ ให้เป็น เบียร์วุ้น โดยใช้เพียง คอมเพรสเซอร์หนึ่งชุด ตู้พลาสติกหนึ่งใบ ควบคุมการทำงานของ คอมเพรสเซอร์ด้วย เทอโมสตัดหนึ่งตัว และละก็ ผมขอแนะนำว่า ให้เอาเบียร์ใส่ช่องฟรีสในตู้เย็นที่บ้าน แล้ว เร่งความเย็นสูงสุด แช่ไว้จนกว่าจะได้ เบียร์วุ้นออกมา เลยก็ได้ เพราะ ตู้เย็นที่บ้านนั้น ช่องฟรีส ก็สามารถทำความเย็นได้เพียงพอให้ เบียร์น้ำในขวดกลายเป็นเบียร์วุ้นในขวดได้ ไม่ต้องลำบากในการ ออกแบบตู้เย็นรุ่นใหม่แต่อย่างใดเลย
เครื่องที่จะใช้ทำเบียร์น้ำให้เป็นเบียร์วุ้นนั้น แลปเทอโมของผม ก็ยังไม่สามารถ สร้างเครื่องที่จะทำให้ เบียร์ขวด หรือ เบียร์กระป๋อง ให้กลายเป็นวุ้นในขวดหรือกระป๋อง โดยที่สามารถกำหนดเวลาหรือคุณภาพความอ่อนนุ่มของ เบียร์วุ้น ได้เช่นกัน เพราะ ขวด และ กระป๋อง เอง ก็มีค่าการนำความร้อนที่ ไม่คงที่สม่ำเสมอ แต่ก็อยู่ใน รายการ ค้นคว้า วิจัย และ ทดลอง ในอันดับต่อไปจากเครื่องทำ เบียร์สดน้ำให้ออกมาเป็นเบียร์สดวุ้น และ ก็คงต้องออกแบบสร้างอุปกรณ์ประกอบการทำงานของระบบ เช่นเดียวกับที่ออกแบบให้ เครื่องนี้หลายอย่างด้วย
สำหรับ เครื่องทำเบียร์สดน้ำให้รินออกมาเป็นเบียร์สดวุ้นนี้ หลังจาก การค้นคว้า เสร็จสิ้นในระยะที่หนึ่ง คือ การสร้างเครื่องต้นแบบ ที่มีขนาดใหญ๋โตจนเกินความต้องการของ ส่วนต่างๆ และใช้ทดลองจนเครื่องทำงานได้คงทีแล้ว จึงได้พัฒนาต่อไปในส่วนของการลดขนาดของ ส่วนประกอบต่างๆลงให้เล็กที่สุดเท่านี่ยังสามารถทำงานได้ เช่นเดียวกับเครื่องใหญ่ ภายใต้ข้อจำกัดเดียวกัน กล่าวคือ
โจทย์ที่ตั้งไว้
ใช้กับ เบียร์สด ที่บรรจุอยู่ในถัง และ ถูกนำเข้าเครื่องผ่านระบบท่อและแรงดันจากถังซีโอทู
ต้องทำให้ เบียร์สดน้ำกลายเป้นเบียร์สดวุ้น ปริมาณ 300 ซีซี ภายในเวลา 1 นาที ได้อย่าง สม่ำเสมอ
ใช้ระบบทำความเย็นมาตรฐาน
มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่เป็นไปได้
การแก้ปัญหา
1 จึงทำให้ ต้องมีการคำนวณขนาดของ ถังบรรจุสารสะสมความเย็นใหม่ให้มีขนาดที่ีจะผลิตสารสะสมความเย็นได้เพียงพอต่อความต้องการ สรุปออกมาได้ว่า สารสะสมความเย็น ต้องมีอุณหภูมิในช่วงใช้งานคือ -20 องศาซี และ มีปริมาณ 10.74 ลิตร
2 คอมเพรสเซอร์ ที่ใช้ต้องสามารถผลิดความเย็นได้ อย่างน้อย 5450 บีทียู/ชั่วโมง
3 ท่อเบียร์ภายในห้องคูลเลอร์ ต้องเป็น ท่อ(ยังไม่เปิดเผย) ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก 10 มิลลิเมตร หนา 1 มิลลิเมตร ยาว 5.70 เมตร
4 ท่อนำสารสะสมความเย็นทั้งหมดที่ใช้ในเครื่อง ต้องเป็นท่อทองแดง ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก 10 มิลลิเมตร หนา 1 มิลลิเมตร ยาว 6.50 เมตร
5 โลหะที่ขึ้นรูปเป็น ส่วนกำเนิดวุ้น ต้องเป็น (ยังไม่เปิดเผย) และ มีรูปทรงตามแบบที่กำหนด
6 สารสะสมความเย็น เป็น น้ำผสมอีจี ที่มีส่วนผสม 29% สำหรับ คูลแบงค์ และ 5% สำหรับ คูลเลอร์
เริ่มต้นสร้างเครื่องต้นแบบทดลองขนาดเล็กที่สุดเท่าที่เป็นไปได้
เริ่มที่ กล่องบรรจุภายนอกของ ระบบทำความเย็น และ คูลแบงค์
ผมใช้ กล่องที่มีจำหน่ายอยู่แล้ว ทำด้วย พลาสติกพีอี ทีีมีความทนทานสูง ขนาด กว้าง 42 เซนติเมตร ยาว 61 เซนติเมตร และ สูง 31 เซนติเมตร แบบโปร่ง เพื่อประโยชน์ในการระบายความร้อนของระบบทำความเย็น เป็นกล่องใบนอก
และใช้ กล่องขนาด กว้าง 30 เซนติเมตร ยาว 40 เซนติเมตร และ สูง 30 เซนติเมตร ทำด้วย พลาสติกพีอี แบบทึบ สำหรับใช้งานเป็น กล่อง คูลแบงค์ และ คูลเลอร์
ห่อหุ้มโดยรอบด้วย แผ่นพลาสติกหนา 3 มิลลิเมตร โดย เจาะช่องระบายลมตามตำแหน่งของการ ติดพัดลมสี่เหลี่ยมขนาดหกนิ้ว สำหรับดูดลมเย็นเข้า และ พัดลมสี่เหลี่ยมขนาดแปดนิ้ว สำหรับเป่าลมร้อนออก
ส่วนที่แสดงอยู่นี้ แบ่งออกเป็นสองตอน คือ ตอนที่อยู่ล่าง ขนาดใหญ่กว่า เป็นส่วนที่เป็น เครื่องทำความเย็นขนาด 5900 บีทียู พร้อม คูลแบงค์ ที่บรรจุสารสะสมความเย็น จำนวน 11 ลิตร ( น้ำผสมอีจี 29% ซึ่งจะทำให้ มีจุดเยือกแข็งที่ -20 องศาซี โดยประมาณ )
มีปั๊มของเหลว สำหรับนำสารสะสมความเย็น
ขึ้นไปยังตอนบนที่มีขนาดเล็กกว่า ซึ่งเป็นส่วนที่เรียกว่า คูลเลอร์ ที่บรรจุสารสะสมความเย็น จำนวน 11 ลิตร ( น้ำผสมอีจี 5% ซึ่งจะทำให้ มีจุดเยือกแข็งที่ ประมาณ -2.2 องศาซี )
หมายเหตุ ที่ผมต้องใช้คำว่าประมาณ ก็เป็นเพราะว่า อีจี ที่มีจำหน่าย อาจมีค่าความถ่วงจำเพาะ ใกล้เคียงกัน แต่ก็คงไม่เท่ากัน 100% ในขณะเดียวกัน การผสมกับน้ำ ก็อาจมีค่าผิดพลาดได้ มากถึง 5-10% หมายความว่า จุดเยือกแข็ง จึงไม่เท่ากันในทุกครั้งที่ผสม แม้จะให้การตวงวัดที่ แม่นยำที่สุดในโลกแล้วก็ตาม อีกประการหนึ่งที่สำคัญมากก็คือ เมื่ออยู่ในระหว่างการใช้งาน จะมีการเกิดหยดน้ำขึ้นตามธรรมชาติ และ อาจไหลลงไปอยู่ใน คูลแบงค์ และ คูลเลอร์ ได้บ้างไม่มากก็น้อย ซึ่งก็จะทำให้ อัตราส่วนผิดพลาดไปในลักษณะที่ เจือจางลง จุดเยือกแข็ง ก็จะสูงขึ้นด้วย
ดังนี้เอง การใช้ เทอโมสตัด เพื่อปิดเปิดเครื่องทำความเย็น โดยการตั้งค่าอุณหภูมิไว้ที่ ค่าใดก็ตาม ก็จะเปิดปิด ผิดพลาดไปด้วย และ การใช้งานของเครื่องที่ผมออกแบบ มีหลักการสำคัญมากก็คือ สารสะสมความเย็นที่จะถูกนำไปใช้ ต้องอยู่ใน ช่วงรับความร้อนแฝงแล้วสะสมไว้ในเนื้อสาร ซึ่ง ช่างเวลานี้จะเกิดขึ้นที่ จุดเยือกแข็งเท่านั้น ต้องไม่ สูงกว่าหรือต่ำกว่า จนอาจเรียกได้ว่า การเปิดปิดคอมเพรสเซอร์ ต้องมีความผิดพลาดในการทำความเย็นไม่มากกว่า 0.1% ผมจึงต้องออกแบบ ลาเทนมิเตอร์ไว้ทำงานร่วมกับ ลาเทนสตัด สำหรับปิดเปิดคอมเพรสเซอร์
และ ด้วยความสามารถในการ หาและควบคุมการถ่ายเทความร้อนในช่วง ความร้อนแฝง จึงทำให้ เครื่องทำเบียร์น้ำให้เป็นเบียร์วุ้นนี้ ยังสามารถใช้ ทำ เครื่องดื่มผสมทุกชนิดให้เป้นวุ้นได้ ต้องเป็น ของผสมนะครับ เพื่อให้ การแข็งตัวของของเหลวที่ผสมกันอยู่มากกว่า หนึ่งอย่าง เกิดการแข็งตัวไม่พร้อมกัน และ เกิดสภาพวุ้นขึ้น เช่น น้ำส้ม น้ำมะนาว เป็นต้น
การทดสอบการทำงานของ คูลเลอร์ สามารถริน เครื่องดื่มน้ำที่มีอุณหภูมิ 37 องศาเอฟ ออกมาอย่างต่อเนื่อง ได้ตลอดเวลา ซึ่งก็เป็นเพราะ อุณหภูมิ สารสะสมความเย็นใน คูลเลอร์ อยู่ในสภาพพร้อมถ่ายเทความร้อนได้ มากถึง คราวละ 126 บีทียูต่อปอนด์เคลวิน
ตอนบนของ คูลเลอร์ จะเป็นส่วนที่ติดตั้ง ส่วนที่ใช้เปลี่ยน เบียร์น้ำให้เป็นเบียร์วุ้น จึงต้องต่อให้ เบียร์น้ำ และ ท่อส่งสารสะสมความเย็น สำหรับการใช้งาน
แต่ก่อนจะไปถึงเรื่องนั้น ยังมีเรื่องปลีกย่อยอีกเล็กน้อยที่เป็นสาเหตุอุปสรรคที่สำคัญ ในความพยายามสร้างเครื่องจ่ายเบียร์วุ้นที่ผ่านมา ก็คึิอ หัวจ่ายเบียร์ หรือ ที่เรียกว่า ดีสเพนเซอร์
เป็นหัวจ่ายที่ออกแบบมาสำหรับ ของเหลวค่อนข้างใส เช่น เบียร์น้ำ แต่จะใช้ไม่ได้สำหรับ ของเหลวที่มี เนื้อสารปนอยู่ เช่น น้ำส้ม น้ำมะนาว หรือ เบียร์วุ้น ที่เป็น ข้องเหลวและของแข็งคลุกเคล้ากัน
เบียร์วุ้นที่ ถูกพยายามกดผ่านหัวจ่ายชนิดนี้ จะละลายกลายเป็นเบียร์น้ำไปหมด ภายในหัวกดนี้
ซึ่งเป็นเพราะ อุปกรณ์สี่ชิ้นที่อยู่ด้านล่างของภาพ
ซ้ายสุดคือ ท่อนำ เบียร์เข้า ซึ่ง เบียร์วุ้นจะผ่านได้ยาก เพราะโมเลกุลของเบียร์วุ้น จะถูกบีบอัด ทำให้ บางส่วน ละลายตรงนี้
ถัดมาคือ ชุดวาวล์เปิดปิดให้ ของเหลวไหลผ่าน ซึ่งมีขนาดช่องว่าง เพียงพอให้ น้ำเบียร์ผ่านได้ ด้วยความเร็วที่กำหนด แต่ เบียร์วุ้นจะต้องเสียดสีกับโลหะที่อยู่โดยรอบก็จะทำให้ เบียร์วุ้นละลายไปอีก
ถัดมาคือ รูปทรงปิรามิดกลม เป็นส่วนที่ใช้ควบคุมปริมาณเบียร์ที่ไหล และ ป้องกันการเกิดฟองขึ้น และ มีช่องให้ เบียร์น้ำไหลผ่านเป็นช่องเล็กๆ อีกทั้งยังเป็น โลหะ
ขวาสุด เป็น น๊อตล๊อกอุปกรณ์ทั้งหมด ซึ่งอยู่ภายใน หัวกด
จะเห็นได้ว่า หัวกดเป็นโลหะ และ สัมผัสอากาศภายนอกตลอดเวลา เพียงเท่านี้ก็เห็นได้แล้วว่า เมื่อเบียร์วุ้น ไหลเข้าไปในหัวกด จะถูกละลายไปเกือบหมด หรือ หมด ในหัวจ่ายนี้เอง
การเตรียมการติดตั้ง ห้องกำเนิดวุ้นที่อยู่ตอนบนสุด
ประกอบด้วย ท่อเบียร์น้ำเย็นจัด ที่มีอุณหภูมิ อย่างน้อย -3.1 องศาซี ซึ่งเป็น จุดเยือกแข็งของ เบียร์น้ำ และอยู่ในสภาวะพร้อมทีี่จะเป็นเบียร์วุ้นอยู่แล้ว ต้องการเพียงการถ่ายเทความเย็นเข้าไปอีก 126 บีทียู ก็จะกลายเป็น เบียร์วุ้น ท่อที่อยู่ด้านหลัง คือท่อนำเข้าและย้อนกลับของสารสะสมความเย็นที่ถูกนำขึ้นมาจาก คูลแบงค์ เพื่อถ่ายเทความเย็น ให้เบียร์น้ำกลายเป็นเบียร์วุ้น
การติดตั้ง ห้องกำเนิดวุ้น ซึ่งมีน้ำหนักมาก เพราะมี ระบบท่อสารสะสมความเย็น ระบบท่อเบียร์ สารสะสมความเย็น อุปกรณ์ระบบเซนเซอร์คอมพิวเตอร์ จึงต้องทำ โครงที่จะรับน้ำหนักได้
น้ำเบียร์เย็นจัดที่ออกจาก ห้องแช่เย็นจัด จะถูกแบ่งออกไปเป็น สองข้าง
ข้างหนึ่งไปยัง หัวจ่ายเบียร์เย็นที่ติดตั้งไว้ด้านหน้า
อีกข้างหนึ่งเข้าไปยังห้องกำเนิดวุ้น
หน้าปัดเครื่องที่ปรับปรุงให้ดูได้ง่ายขึ้น
ดิจิตอลเทอโมมิเตอร์สามตัว สำหรับแสดงอุณหภูมิในห้องต่างๆ
ตัวซ้ายบน แสดง อุณหภูมิสารสะสมความเย็นห้องแช่เย็นจัด
ตัวขวาบน แสดง อุณหภูมิเบียร์เย็นที่จ่ายออกมา
ตัวกลางขวา แสดง อุณหภูมิสารสะสมความเย็นในคูลแบงค์
สวิทซ์ด้านบนซ้าย สำหรับกดเบียร์วุ้นออกมาสู่ภาชนะ เนื่องจาก หัวจ่ายเบียร์มาตรฐาน เบียร์วุ้นไหลผ่านไม่ได้ จึงต้องมีการออกแบบ ชุดควบคุมการเปิดปิด ด้วยไฟฟ้าแทน
หลอดไฟด้านซ้าย
สีน้ำเงินกลาง คือ ไฟแสดงปั๊มสารสะสมความเย็น กำลังทำงาน
หลอดสีเขียวล่าง คือ ไฟแสดงปั๊มห้องแช่เย็นจัด กำลังทำงาน
หลอดไฟด้านล่าง
สีแดงขวา คือ คอมเพรสเซอร์ กำลังทำงาน
การปรับปรุงโครงสร้าง ล่าสุด
หัวจ่ายเบียร์ที่เป็น ใช้สำหรับจ่ายเบียร์เย็นจัดได้เท่านั้น เพราะ เบียร์วุ้นผ่านหัวชนิดนี้ไม่ได้ ดังที่อธิบายก่อนหน้านี้
การทำให้ เบียร์ หรือ เครื่องดื่มที่มีลักษณะเป็น ของผสม ซึ่งมีจุดเยือกแข็งที่แตกต่างกัน ไม่ใช่เรื่องยาก เพราะ เมื่อ ลดอุณหภูมิลงไปเรื่อยๆ จนถึงจุดเยือกแข็งของ ส่วนผสมที่มีจุดเยือกแข็งสูงกว่า ส่วนผสมนั้นก็จะกลายเป็น ของแข็ง ที่จะคลุกเคล้าอยู่ในส่วนผสมที่ยังไม่เยือกแข็ง จนเมื่อ อุณหภูมิต่ำลงกว่า จุดเยือกแข็งของสวนผสมที่แข็งช้าที่สุด ก็จะทำให้ เบียร์หรือเครื่องดื่มนั้น กลายเป็นเหมือน ก้อนน้ำแข็งทั้งก้อนไปในที่สุด
ดังนั้น ปัญหาจึงไม่ใช่เรื่องของเครื่องทำความเย็น หรือ
การถ่ายเทความร้อนให้ เบียร์ แต่อยู่ที่ เราจะรู้ได้อย่างไรว่า
ส่วนผสมแต่ละอย่าง เริ่มทะยอยกลายเป็น ของแข็งไปทีละส่วนๆ ซึ่งต้องใช้
ลาเทนเซนเซอร์และลาเทนสตัด ที่ผมออกแบบมาสำหรับการทำงานในลักษณะนี้โดยเฉพาะ
ส่วนที่เป็นห้องกำเนิดวุ้น จะติดตั้งอยู่ตอนบนสุดของเครื่อง
แต่เมื่อเริ่มทำการติดตั้ง ก็พบอุปสรรค์กับโครงสร้างเดิมมากมาย จนทำให้ ต้องมีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างให้เข้ากับ ชิ้นส่วนใหม่อีกครั้ง
ซึ่งนั่นก็เป็นเพราะว่า เครื่องแรกของโลก ที่ไม่ใช้ ลอกแบบจากเครื่องสำเร็จรูปใดของใครก็ตาม กว่าจะสำเร็จจนถึงชิ้นสุดท้าย ต้องมีการพัฒนา ค้นคว้า ปรับปรุง เปลี่ยนแปลง อยู่เกือบทุกช่วงการทำงาน สิ่งที่ทำไว้ก่อนหน้าที่ใช้งานได้แล้ว อาจมีชิ้นส่วนที่ขัดขวางต่อการติดตั้งส่วนที่ตามมาภายหลัง ทำให้ต้อง ปรับตำแหน่งหรือขนาดหรือรูปทรงที่เหมาะสม โดยยึดการทำงานที่ดีแล้ว ให้คงเดิมแม้รูปลักษณ์จะเปลี่ยนไป
ทำให้ผมคิดถึงเมื่อหลายๆปีก่อน ตอนที่ร่วมงานกับ บริษัทแห่งหนึ่ง ตอนนั้น ทุกอย่างก็สำเร็จหมดแล้ว แต่จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนโครงสร้างทั้งหมด ซึ่งก็แน่ละ จำเป็นต้องเพิ่มทุนในส่วนนั้น แต่ บริษัทแห่งนั้น ไม่สามารถเพิ่มทุนให้ได้ ทำให้ การทำงานกับบริษัทแห่งนั้นต้องยุติลง ไปก่อนต้นแบบจะสำเร็จเพียงเล็กน้อย ก็เหลือเพียงราวๆ 5% เท่านั้นเอง
ยังไม่จบ
