咖啡滤杯结构学（Dripper Structural Engineering）白皮书

Vihi Design Coffee Research Lab ｜ 2025 技术白皮书

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前言：为什么滤杯结构比想象中更重要？

咖啡滤杯在手冲体系中扮演着一个被严重低估的角色。
大多数人认为滤杯只是“承载滤纸的东西”，但从工程角度来看，滤杯是一个微尺度的流体动力设备（Micro-Fluidic Device）。

滤杯的几何形状、肋骨数量、角度、截面积变化、出口阻力等变量，将直接影响：

• 水流速度（Flow Rate）
• 粉床稳定性（Bed Stability）
• 压力分布（Pressure Distribution）
• 粉层厚度与流动路径（Flow Pathway）
• 萃取时间（Drawdown Time）
• 风味解析度（Extraction Clarity）

滤杯结构不只是“形状不同”，而是“萃取逻辑不同”。

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第一章：滤杯的核心结构变量

滤杯几何结构主要由以下变量构成：

1. 锥角（Cone Angle）

影响粉层高度、流速分布、集中或分散流路。
例如：V60 为 60°，Origami 为 58°，二者的粉层压力完全不同。

2. 底部结构（Flat-bottom vs Conical）

• 平底：流速稳定、抽滤均匀、粉层厚度较薄（如 Kalita Wave）
• 锥形：流速快、中心压力强、形变敏感（如 V60）

3. 肋骨（Ribs）数量与形状

肋骨决定水流能否顺畅通过滤纸外壁。
Origami 20 肋高速，Kalita 3 点接触慢速，V60 12 肋中速。

4. 排液孔（Drainage Hole）设计

孔越大 → 阻力越小 → 流速越快
孔越小 → 阻力越大 → 更易堵塞
孔的位置也决定流路方向。

5. 与滤纸接触面积

接触面积大 → 阻力大
接触面积小 → 流速快
折角一致性差 → 流速不稳定

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第二章：不同滤杯体系的结构学差异

（A）V60 体系

• 60° 锥角 + 大底孔
• 高速萃取
• 对注水动作极度敏感
• 粉层压力集中，形成“中心加速流”

适合：高溶质发展、轻烘焙、高解析度风味

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（B）Origami 体系

• 20 条肋骨，高速外壁流路
• 折角变化极大影响流速
• 使用不同滤纸，萃取逻辑完全不同

本质：可变结构滤杯，稳定性依赖滤纸形状

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（C）Kalita Wave 平底体系

• 平底 + 3 点接触
• 流速慢、均匀、可控
• 最接近“工业萃取结构”的家庭滤杯

缺点：滤纸折角一致性极差（这正是 V-Fold 解决的问题）

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第三章：滤纸几何对滤杯结构的影响

滤杯只是“外壳”，真正的萃取结构来自滤纸几何。

为什么滤纸角度重要？

不同角度会改变：

• 通道长度
• 特定区域的水阻（Local Resistance）
• 粉床压力梯度
• 碎粉堆积区域

例如：Kalita Wave 的折角 ±3–8° 的误差，会造成：

• 流速差异 8–15%
• 末段闷堵概率上升
• 碎粉沿壁堆积 → 流速更慢

这就是我们开发 V-Fold 的原因。

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第四章：粉床稳定性（Bed Stability）的工程模型

粉床稳定性 = 粒径分布 + 入水方式 + 过滤阻力 + 滤杯几何

影响粉床稳定性的三个关键现象：

1. 中央通道（Center Channeling）

常见于 V60；中心压力比边缘高。

2. 外壁加速（Wall Shear Flow）

Origami / 大肋骨滤杯常见。

3. 边缘堵塞（Edge Clogging）

平底滤杯常见；尤其当碎粉堆积于折角。

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第五章：流体动力学视角的滤杯

手冲咖啡本质是低雷诺数的重力主导单相流，但滤杯内部的几何变化会造成局部高剪切区、高阻力区。

• V60 → 高速中心流、低阻力
• Origami → 外壁高速通道
• Wave → 均匀的低速层流

不同几何 → 不同萃取逻辑。

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第六章：为什么 Vihi 的产品必须用 3D 打印实现？

1. 几何复杂度高

V-Fold 与 G-Flow 都是“功能结构”，无法用传统工艺做。

2. 结构迭代速度快

一天可打印 5–10 套实验结构。

3. 可以针对结构做实验验证

这是 Vihi 与其他品牌的最大差异。

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第七章：未来滤杯结构学趋势（2025–2030）

• 滤纸几何一致性必须可控（V-Fold）
• 滤杯几何将从“美学”转向“工程”
• 碎粉控制成为核心议题（G-Flow）
• 平底结构将再次兴起（Wave 系）
• 3D 打印将成为专业创新主力

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结语：滤杯不是配件，而是萃取引擎

滤杯结构决定了萃取的逻辑。
滤纸决定了流路的阻力。
粉床决定了萃取的均匀性。

Vihi Design 将持续从工程角度推进咖啡器具的科学化。
未来五年，咖啡器具的核心竞争力不是品牌知名度，而是：

谁能真正理解萃取结构学。

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