KR102571583B1

KR102571583B1 - 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법

Info

Publication number: KR102571583B1
Application number: KR1020230000359A
Authority: KR
Inventors: 황호재
Original assignee: 주식회사 올바른생각
Priority date: 2023-01-02
Filing date: 2023-01-02
Publication date: 2023-08-28

Abstract

커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법가 개시된다. 본 발명의 일실시례에 따른 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법은, 커피찌꺼기, 곡물껍질, 폐목재, 톱밥, 숯 중 하나 이상을 포함하는 원료를 저장하는 단계; 상기 원료를 기설정된 크기로 균질하게 파쇄하는 단계; 파쇄된 원료를 투입하여 함수율 6 내지 11%로 건조하는 단계; 건조된 원료에 잔존하는 악취를 탈취하는 단계; 탈취된 원료를 투입하여 기설정된 형태로 성형하여 성형품을 형성하는 단계; 상기 성형품의 밀도를 감지하는 단계; 상기 성형품에 천연향료를 첨가하는 단계; 상기 성형품이 기설정된 형상 및 밀도 상태가 되도록 보정하는 단계; 내부에 각각 마련된 센서들의 데이터를 분석하여 상기 성형품의 형상, 밀도, 습도, 상태를 모니터링하는 단계;를 포함한다.

Description

커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법{Processed product manufacturing method using coffee grounds}

본 발명은 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 커피 생산 부산물로 대부분 폐기되고 있는 커피찌꺼기를 이용하여 가공품을 제조하여 환경오염을 감소시킬 수 있고, 사용자가 원하는 형태로 가공하여 다양한 환경에서 사용할 수 있는 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 커피는 전 세계인의 기호식품으로서 국내의 경우 거의 전량 수입되고 있으며 은은한 향과 카페인 중독으로 인해 그 소비량도 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.

현재 커피의 국내 수입에 따른 지출비용은 막대한데, 비교적 고가로 수입 및 판매되고 있는 원두커피는 한번 사 용 후에는 그대로 버려지고 있는 실정이다. 특히 원두커피의 사용 후 재활용으로서 인정될 만한 것은 재떨이에 소량의 커피부산물(커피슬러지, 커피찌꺼기, 커피폐기물, 커피추출잔사라고도 함)을 담아 사용하고 있는 것이 거의 전부이며, 재떨이의 사용 후에도 그대로 버려지게 되는 것이 일반적이다.

이에 따라, 버려지는 커피부산물을 목재 등 산림 바이오매스를 대체할 수 있는 새로운 연료용 원재료로 사용하려는 시도들이 진행되고 있다. 구체적으로, 커피부산물은 고위발열량이 약 6,560kcal/kg로 4,000kcal/kg 내외인 목재보다 우수하고, 회분은 1.75%로 목재와 유사한 수준의 에너지 특성을 갖고 있으며, 펠릿 성형시 접착제 역할을 하는 리그닌도 소정량 함유하고 있어 기존의 목재펠릿을 대체할 수 있는 새로운 에너지자원으로 주목받고 있다.

그러나, 커피부산물을 이용한 종래의 연료 펠릿은 내구성이 상대적으로 열악하고, 특히 저위발열량이 연료 펠릿으로서 요구되는 수준에 미치지 못하고 있으며, 아울러 성형성이 부족하여 제형이 잘 되지 않는 문제점들이 존재한다.

이에, 커피부산물을 이용한 연료용 펠릿으로서, 발열량, 함수율, 밀도 및 내구성 등 제반 특성이 우수하고, 특히 발열량이 매우 높아 바이오매스 연료로 적용하기에 매우 적합하며, 성형성 또한 우수하여 제조시 제형상으로도 하자가 없는 새로운 제품에 대한 개발이 요구되고 있다.

한국등록특허 제10-2408086호

본 발명은 커피찌꺼기, 곡물껍질, 폐목재, 톱밥, 숯 등의 폐기물을 재활용하여 연료로 사용함으로 환경오염을 감소시킬 수 있는 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 커피찌꺼기, 곡물껍질이 포함하는 오일 성분으로 인해 화력이 강해지며, 선택적으로 사용자가 원하는 형상으로 성형함으로써, 사용이 간편한 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 커피찌꺼기와 같이 천연향료를 추가로 혼합 및 압축하는 공정을 통해 다양한 환경에서 성형품을 사용할 수 있는 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 성형성이 우수하고, 공정조건을 최적화함으로써, 제조되는 성형품의 강도 등 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 센서의 오류를 모니터링하여 성형품 제조 단계에서의 오류를 사전에 예방할 수 있는 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시례에 따른 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법은, 커피찌꺼기, 곡물껍질, 폐목재, 톱밥, 숯 중 하나 이상을 포함하는 원료를 저장하는 단계; 상기 원료를 기설정된 크기로 균질하게 파쇄하는 단계; 파쇄된 원료를 투입하여 함수율 6 내지 11%로 건조하는 단계; 건조된 원료에 잔존하는 악취를 탈취하는 단계; 탈취된 원료를 투입하여 기설정된 형태로 성형하여 성형품을 형성하는 단계; 상기 성형품의 밀도를 감지하는 단계; 상기 성형품에 천연향료를 첨가하는 단계; 상기 성형품이 기설정된 형상 및 밀도 상태가 되도록 보정하는 단계; 내부에 각각 마련된 센서들의 데이터를 분석하여 상기 펠릿의 형상, 밀도, 습도, 상태를 모니터링하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시례에 따른 상기 보정하는 단계는, 상기 성형품을 성형하기 위한 형상, 크기, 가압, 온도를 선택적으로 변경하여 다양한 형태로 성형할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시례에 따른 상기 밀도를 감지하는 단계는, 겉보기밀도가 640 내지 700kg/m³인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시례에 따른 상기 천연향료를 첨가하는 단계는, 허브, 편백수, 유칼립투스, 계피 중 어느 하나로 구성되는 천연향료를 첨가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시례에 따른 상기 모니터링하는 단계는, 상기 센서 데이터를 분석하여 실시간 센서 데이터의 신뢰도를 판단하되, 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 센서의 평균오차(A_err)가 기설정된 한계오차(S_err)보다 큰 경우, 상기 센서가 고장난 것으로 판단하는 고장여부를 진단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

(여기서, A_err은 평균오차, T_aver는 상기 센서 센서값의 전체평균, P_aver는 상기 센서 센서값 n개에 대한 일부평균, T_σ는 상기 센서 센서값의 전체표준편차를 의미함)

본 발명은 커피찌꺼기, 곡물껍질, 폐목재, 톱밥, 숯 등의 폐기물을 재활용하여 연료로 사용함으로 환경오염을 감소시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한, 커피찌꺼기, 곡물껍질이 포함하는 오일 성분으로 인해 화력이 강해지며, 선택적으로 사용자가 원하는 형상으로 성형함으로써, 사용이 간편한 효과를 가진다.

또한, 커피찌꺼기와 같이 천연향료를 추가로 혼합 및 압축하는 공정을 통해 다양한 환경에서 성형품을 사용할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 성형성이 우수하고, 공정조건을 최적화함으로써, 제조되는 성형품의 강도 등 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한, 센서의 오류를 모니터링하여 성형품 제조 단계에서의 오류를 사전에 예방할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법의 순서도이다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시례 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시례들을 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

<실시례 1>

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시례에 따른 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법은 원료를 저장하는 단계(110), 파쇄하는 단계(120), 건조하는 단계(130), 탈취하는 단계(140), 성형하는 단계(150), 밀도를 감지하는 단계(160), 천연향료를 첨가하는 단계(170), 보정하는 단계(180), 모니터링하는 단계(190)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 원료를 저장하는 단계(110)는, 커피찌꺼기, 곡물껍질, 폐목재, 톱밥, 숯 중 하나 이상으로 구성되는 원료를 저장할 수 있다.

상기 커피찌꺼기는 원두커피액의 제조 후 잔존하게 되는 원두커피 찌꺼기로서, 본 발명에 따른 펠릿의 주원료이다.

상기 커피찌꺼기는 '커피박'으로도 불리며, 식물성인 커피원두를 일정 온도 이상으로 가열하고 잘게 파쇄한 분말로부터 커피 원액을 추출하고 남은 찌꺼기이므로 식물의 주성분인 리그린(lignin), 셀룰로오스(cellulose) 등을 포함하며 다공성 물질이다.

또한, 상기 커피찌꺼기는 수분을 55 중량% 내지 60 중량%를 포함하고 있기 때문에 연료로 재활용하기 위해서는 건조 공정을 거쳐야 한다.

상기 커피찌꺼기를 고형연료의 수분함량 기준인 10 중량% 정도로 건조하면 저위발열량이 4,500 kcal/kg 내지 5,200 kcal/kg 수준으로서, 우드펠릿 3,900 kcal/kg, 하수 슬러지 3,000 kcal/kg 대비 열량이 우수하며, 회분, 염소 및 중금속 성분 모두 고형연료 품질 규격을 만족한다.

상기 커피찌꺼기는 발열량이 높고 회분, 유황분 함량은 낮아 연료로서의 가치는 우수하나 결착제 역할을 하는 리그닌 함량이 낮아 성형성이 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 상기 커피찌꺼기와 부가적인 재료를 같이 혼합하여 성형성을 향상시킬 수 있다.

상기 곡물껍질은, 사탕수수 껍질, 왕겨 껍질, 캐슈너트 껍질, 땅콩 껍질 등으로 이루어지는 군에서 선택적으로 사용할 수 있다.

상기 폐목재는, 순수 목재나 합판 또는 MDF 등의 폐가구류, 인삼지주목이나 버섯재배목 등의 농업폐목재, 가로수나 정원수 등의 전지목, 과일이나 어류의 목재상자, 놀이터나 공원 야외시설물의 방부폐목재를 포함할 수 있다.

상기 폐목재에 대해 오염물질 등이 묻어있는 경우에는 다양한 방식을 활용하여 이를 제거하는 작업을 수행할 수 있다.

상기 톱밥은 성형시 바인더 역할을 하는 성분으로서, 이의 첨가를 통해 리그닌의 함유율이 더욱 높아져 결착력이 증가하고, 성형품의 내구성 및 밀도가 향상되며, 함수율 또한 낮아지는 효과가 있다.

상기 톱밥으로는 당분야에서 통상적으로 사용되는 우드톱밥 등을 사용할 수 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.

상기 참숯은 성형품의 발열량 증가에 기여하고 발생가능한 제품의 이취 내지 악취를 제거하기 위해 첨가되는 성분이다.

상기 원료의 함유량은 커피찌꺼기 40 내지 45 중량부, 곡물껍질 25 내지 35 중량부, 폐목재 10 내지 20 중량부, 톱밥 10 내지 20 중량부, 숯 10 내지 20 중량부로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 커피 찌꺼기 40 중량부, 곡물껍질 30 중량부, 폐목재 15 중량부, 톱밥 15 중량부, 숯 15 중량부가 혼합될 수 있다.

상기 파쇄하는 단계(120)는, 상기 원료를 기설정된 크기로 균질하게 파쇄할 수 있다.

커피찌꺼기, 곡물껍질, 폐목재, 톱밥, 숯을 배합하여 조성물로 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당분야의 통상적인 절차 및 방법을 통해 수행할 수 있다. 구체적으로, 각각의 원료를 적절한 크기로 파쇄, 분쇄 및 건조한 다음 이들을 균질하게 혼합함으로써 성형을 위한 원재료 조성물을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 파쇄하는 단계(120)는 크기가 큰 원료를 소입자로 분쇄하기 위한 전 단계로서, 원료를 적절한 길이로 1차 절단하는 과정이다. 상기 분쇄는 파쇄된 원료를 원하는 크기(예컨대, 10~150메시 정도) 정도의 소입자로 분말화하는 것으로서, 이를 통해 원료들의 혼합 및 이후의 과정인 건조 과정을 보다 용이하게 진행할 수 있다.

상기 건조하는 단계(130)는, 상기 원료를 투입하여 함수율 6 내지 10%로 건조할 수 있다.

커피찌꺼기, 곡물껍질, 폐목재, 톱밥, 숯 등으로 이루어지는 다수의 원료들을 설정되는 수분함량인 뭉쳐질 수 있는 최소한의 수분함량을 갖도록 건조기를 통해 건조할 수 있다.

상기 원료들을 압축 성형시 혼합된 원료들이 뭉쳐져 부스러지지 않도록 각 원료의 설정된 수분함량은 6 내지 10% 이며, 바람직하게는 8 내지 9%의 수분 함량을 가지게 된다.

상기 탈취하는 단계(140)는, 상기 원료를 건조하는 과정에서 발생하는 악취를 탈취할 수 있다. 상기 탈취하는 단계(140)는, 상기 건조하는 단계(130)에서 악취배출관을 통해 건조 시 발생하는 좋지 않은 향을 외부로 배출하여 상기 원료에 잔향이 남지 않도록 한다.

또한, 상기 건조하는 단계(130)에서 발생하는 향 이외에도 분진을 배출할 수 있는 집진기가 구비되어, 상기 집진기를 통해 분진을 별도로 저장하여 재활용할 수도 있다.

상기 성형하는 단계(150)는, 분말형태의 상기 원료를 투입하여 다양한 형태의 성형품으로 성형할 수 있다.

상기 성형품은 펠릿형, 원형, 판상형, 육면체형 등 다양하게 설계변경이 가능하다.

예를 들면, 상기 원료를 펠릿 형상으로 제조될 때에는 혼합된 원료들을 압축 프레스 등으로 압축 성형하거나 압출 또는 인발가공을 통해 긴 길이의 펠릿 제조물로 가공할 수 있다.

혼합된 원료들이 펠릿 형상으로 형성되면, 설정되는 길이로 절단기를 통해 절단하여 최종 제조물로 제조하게 된다. 즉, 긴 길이로 가공된 펠릿은 절단기를 통해 사용자가 지정한 길이로 절단하게 된다. 여기서, 상기의 과정을 통해 가공된 펠릿의 지름과 길이는 사용 용도와 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

상기 밀도를 감지하는 단계(160)는, 상기 성형품에 대한 밀도를 감지할 수 있다. 상기 밀도를 감지하는 단계(160)는, 겉보기밀도가 640 내지 700kg/m³으로 설정될 수 있다.

즉, 상기 성형하는 단계(150)를 통해 성형된 성형품이 고형연료로 사용하기에 적합한 밀도인 겉보기밀도가 설정된 640 kg/m³ 이상인가를 확인하기 위한 것으로, 이는 상기의 겉보기밀도에 따라 미세분 발생 원인이 될 수 있기 때문이다.

상기 천연향료를 첨가하는 단계(170)는, 상기 성형품에 천연향료를 첨가할 수 있다.

상기 천연향료를 첨가하는 단계(170)는 허브, 편백수, 유칼립투스, 계피 등으로 이루어지는 군에서 선택적으로 사용될 수 있다. 상기 성형품은 고형연료의 용도 이외에도 퇴비, 건축 자재, 리사이클 제품, 애견용품 탈취제 등 다양하게 적용되어 사용될 수 있다. 따라서, 사용 용도와 환경에 따라 상기 천연향료를 첨가하는 단계(170)에서 상기 성형품에 향을 덧입혀서 제공함으로써, 상기 성형품의 품질을 향상시킬 수 있다.

상기 보정하는 단계(180)는, 상기 성형품을 기설정된 형상 및 밀도 상태가 되도록 상기 성형하는 단계(150)를 제어할 수 있다.

상기 성형품을 성형하기 위한 형상, 크기, 가압, 온도를 선택적으로 변경하여 다양한 형태로 성형할 수 있다.

일례로, 상기 성형품의 크기는 4mm 내지 10mm로 설정하고, 압출 성형기 내 압력은 2MPa 내지 5MPa, 온도는 10℃ 내지 70℃로 설정하여 상기 성형품을 성형할 수 있다.

상기 성형품의 겉보기 밀도 및 저위발열량에 따라 상기 보정하는 단계(180)를 통해 상기 성형품의 성형조건을 달리하여 여러가지 형태의 상기 성형품을 제조할 수 있다.

상기 모니터링하는 단계(190)는, 내부에 각각 마련된 센서들의 데이터를 분석하여 상기 성형품의 형상, 밀도, 습도, 상태를 모니터링할 수 있다.

상기 센서는 온도센서, 습도센서, 압력센서, 밀도센서, 이미지센서 등을 포함할 수 있다.

상기 모니터링하는 단계(190)는 상기 센서 데이터를 분석하여 실시간 센서 데이터의 신뢰도를 판단하되, 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 센서의 평균오차(A_err)가 기설정된 한계오차(S_err)보다 큰 경우, 상기 센서가 고장난 것으로 판단하는 고장여부를 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

[수학식 1]

여기서, A_err은 평균오차, T_aver는 상기 센서 센서값의 전체평균, P_aver는 상기 센서 센서값 n개에 대한 일부평균, T_σ는 상기 센서 센서값의 전체표준편차를 의미한다.

보다 상세하게는, T_aver는 상기 센서 센서값의 전체평균이며, 센서가 정상 동작하는 기설정된 기간동안(ex. 한 달) 다수의 데이터를 수집하여 센싱되는 센서값들의 전체 평균을 산출한 값을 의미하고, T_σ는 상기 기설정된 기간동안(ex. 한 달) 다수의 데이터를 수집하여 센싱되는 센서값들의 전체표준편차를 산출한 값을 의미한다.

또한, P_aver는 상기 센서 센서값 n개에 대한 일부평균이며, 상기 센서가 현장 설치되어 사용되는 과정에서 기설정된 수(n개)의 센서값을 실시간으로 입력받고 상기 기설정된 수(n개)의 센서값에 대한 평균을 산출한 것으로서, 일부 센서값의 평균에 해당하므로 일부평균이라 지칭할 수 있다.

이 때, 일부평균을 이용하여 95%의 신뢰도로 추정평균값을 산출하면, 추정평균값(μ)은 범위를 갖게 된다.

따라서, 추정평균값(μ)의 상한 또는 하한과 전체평균(T_aver)과의 차이값인 평균오차(A_err)는, 상기 [수학식 1]과 같이 산출될 수 있다.

그러므로, 상기 [수학식 1]에 의해 산출되는 평균오차(A_err)가 기설정된 한계오차(S_err)보다 크다는 것은 실시간으로 입력받은 기설정된 수(n개)의 센서값이 센서의 고장으로 잘못 입력되고 있을 가능성이 매우 높음을 의미하므로, 상기 모니터링하는 단계(190)는 상기 조건이 만족되면 센서가 고장난 것으로 판단할 수 있다.

한편, 상기 모니터링하는 단계(190)는 상기 센서에 오류가 있는지 판단하기 위해 상기 [수학식 1]에 의해 산출되는 평균값(Aerr)과 기설정된 한계값(Serr)을 비교하는 것과 동시에 상기 성형하는 단계(150)에서 온도를 측정하여 측정된 온도가 기설정된 범위를 벗어나지 여부, 상기 실시간 센서 데이터가 기설정된 구간크기 내에서 주기적으로 반복되는 패턴을 보이는지 여부, 상기 성형하는 단계(150)의 주변의 습도를 측정하여 측정된 습도가 기설정된 범위를 벗어나지 여부, 센서의 동작시간과 비동작시간의 비율을 분석하여 상기 비율이 기설정된 비율범위를 벗어나는지 여부 등을 판단하여, 상기 조건들이 적어도 하나 이상 만족되는 경우에 상기 실시간 센서 데이터에 오류가 발생한 것으로 판단할 수도 있다.

이하에서는 상기 오류 판단방법들의 구체적 내용을 상세하게 설명한다.

우선, 상기 성형하는 단계(150)에서 온도를 측정하여 측정된 온도가 기설정된 범위를 벗어나지 여부를 판단하기 위해서는, 상기 성형하는 단계(150)에서 기설정된 거리 내에 온도센서를 별도로 마련하고, 상기 온도센서를 통해 상기 성형하는 단계(150)에서 온도를 실시간 모니터링할 수 있다. 이는, 상기 성형하는 단계 (150)에서 정상동작하는 상황이라면 허용되는 범위(기설정된 발열온도범위) 내에서의 발열 온도를 유지한다는 기술적 원리를 이용하는 것이며, 발열이 지나치다거나 발열이 전혀 없는 경우라면 과부하가 걸렸거나 전혀 동작하지 않는 것으로 추측할 수 있으므로 그 경우는 상기 성형하는 단계(150)에 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있고, 이는 곧 실시간 센서 데이터에 오류가 발생한 것으로 추정할 수 있다.

다음으로, 상기 실시간 센서 데이터에 오류가 있는지 판단하기 위해서는, 상기 실시간 센서 데이터가 기설정된 구간크기 내에서 주기적으로 반복되는 패턴을 보이는지 여부를 모니터링할 수 있는데, 이는 상기 성형하는 단계(150)에서 이물질이 유입된 경우, 유입된 이물질에 의해 기설정된 구간크기 내에서 센서 데이터값이 반복적으로 특정 패턴으로 출력될 수 있다는 기술적 원리를 이용한 것이다. 이때, 상기 기설정된 구간크기는, 아래 [수학식 2]에 따라 결정될 수 있다.

[수학식 2]

A_range= {(T_aver + D_max) - (T_aver - D_max)}*0.3

A_range는 기설정된 구간크기이고, T_aver는 기설정된 기간동안의 전체 평균이며, D_max 는 기설정된 기간동안의 최대편차를 의미한다.

일례로, 기설정된 기간동안의 전체 평균이 70이고 최대편차가 20이라면 A_range는 12가 되므로, 최대값과 최소값의 차가 12를 넘지 않는 범위에서 주기적으로 반복되는 값이 출력(ex. 52, 62, 52, 62, 53, 62, 52, 63 등과 같은 유사한 값들이 반복 출력)된다면 이는 상기 성형하는 단계(150)에 이물질이 유입되어 실시간 센서 데이터에 오류가 발생한 것으로 추정할 수 있다.

다음으로, 상기 성형하는 단계(150)에서 습도를 측정하여 측정된 습도가 기설정된 값을 초과하였는지 여부를 판단하기 위해서는, 상기 성형하는 단계(150)에서 기설정된 거리 내에 습도센서를 별도로 마련하고, 상기 습도센서를 통해 상기 성형하는 단계(150)에서 습도를 실시간 모니터링할 수 있다. 이는, 상기 성형하는 단계(150)에 수분이 유입된 경우에는 비정상 동작한다는 기술적 원리를 이용하는 것이며, 습도가 기설정된 값을 초과했다면 상기 성형하는 단계(150)에 수분이 유입된 것으로 추측할 수 있다. 따라서 이 경우는 상기 성형하는 단계(150)에 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있고, 이는 곧 실시간 센서 데이터에 오류가 발생한 것으로 추정할 수 있다.

마지막으로, 상기 성형하는 단계(150)의 동작시간과 비동작시간의 비율을 분석하여 상기 비율이 기설정된 비율범위를 벗어나는지 여부 등을 판단할 수 있으며, 그 결과에 따라 상기 실시간 센서 데이터에 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있다.

일례로, 성형하는 단계(150)에서 절전을 위해 매 1초마다 0.1초씩 센서데이터를 수집하도록 설정되어 있다면, 동작시간과 비동작시간의 비율은 10 : 1이 되나, 실시간 모니터링을 통해 분석한 결과 그 비율이 1 : 10으로 역전되거나 현저히 다른 비율(ex. 30% 이상의 비율변화)로 변화했다면 상기 성형하는 단계(150)의 오동작 및 실시간 센서 데이터에 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있는 것이다.

상기와 같이, 본 발명의 일실시례에서 모니터링하는 단계(190)는 다수의 고장진단방법을 모두 고려하여 상기 실시간 센서 데이터에 오류여부를 판단할 수 있으며, 아래 [수학식 3]과 같이 다수의 고장진단방법을 모두 반영한 S_total 값으로 최종 판단될 수도 있다.

[수학식 3]

S_total = W1*R_aver + W2*R_tem + W3*R_rep + W4*R_hum + W5*R_rat

여기서, S_total은 다수의 오류판단값의 합산값, R_aver은 [수학식 1]에 의해 산출되는 평균값(A_err)과 기설정된 한계값(S_err)을 비교하여 도출한 오류판단값(오류 여부에 따라 0과 1중 하나의 값), R_tem은 온도가 기설정된 범위를 벗어나지 여부에 따라 오류여부를 판단한 값(오류 여부에 따라 0과 1중 하나의 값),R_rep은 반복 패턴이 나타나는지 여부에 따라 오류여부를 판단한 값(오류 여부에 따라 0과 1중 하나의 값), R_hum은 습도가 기설정된 범위를 벗어나지 여부에 따라 오류여부를 판단한 값(오류 여부에 따라 0과 1중 하나의 값),R_rat은 동작시간과 비동작시간의 비율을 분석하여 오류여부를 판단한 값(오류 여부에 따라 0과 1중 하나의 값), W1은 R_aver항목 가중치, W2는 R_tem항목 가중치, W3은 R_rep항목 가중치, W4는 R_hum항목 가중치, W5는 R_rat 항목 가중치를 각각 의미한다.

예를 들어, S_total가 4 이상이라면 실시간 센서 데이터에 오류가 있는 것으로 사전 설정할 수 있고, 발열온도가 매우 중요한 파라미터인 경우이라면 W2를 3으로 사전 설정하고, W1, W3, W4, W5는 모두 1으로 사전 설정할 수 있다.

이러한 조건에서 상기 다수의 고장진단방법에 따라 오류여부를 모니터링한 결과, R_aver는 1, R_tem은 1, R_rep 는 0, R_hum은 0, R_rat은 0으로 도출되었다면, S_total는 4가 되므로, 상기 실시간 센서 데이터에는 오류가 있는 것으로 최종 판단할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일실시례는 비록 한정된 실시례와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시례는 상기 설명된 실시례에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 일실시례는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법
110 : 원료를 저장하는 단계
120: 파쇄하는 단계
130: 건조하는 단계
140: 탈취하는 단계
150: 성형하는 단계
160: 밀도를 감지하는 단계
170: 천연향료를 첨가하는 단계
180: 보정하는 단계
190: 모니터링하는 단계

Claims

커피찌꺼기 40 내지 45 중량부, 곡물껍질 25 내지 35 중량부, 폐목재 10 내지 20 중량부, 톱밥 10 내지 20 중량부, 숯 10 내지 20 중량부로 구성되는 원료를 저장하는 단계;
상기 원료를 기설정된 크기로 균질하게 파쇄하는 단계;
파쇄된 원료를 투입하여 함수율 6 내지 11%로 건조하는 단계;
건조된 원료에 잔존하는 악취를 탈취하는 단계;
탈취된 원료를 투입하여 기설정된 형태로 성형하여 성형품을 형성하는 단계;
상기 성형품의 겉보기밀도가 640 내지 700kg/m³ 상태가 되도록 밀도를 감지하는 단계;
상기 성형품에 허브, 편백수, 유칼립투스, 계피 중 어느 하나로 구성되는 천연향료를 첨가하는 단계;
상기 성형품이 기설정된 형상 및 밀도 상태가 되도록 보정하는 단계;
내부에 각각 마련된 센서들의 데이터를 분석하여 상기 성형품의 형상, 밀도, 습도, 상태를 모니터링하는 단계;를 포함하고,
상기 보정하는 단계는,
상기 성형품을 성형하기 위한 형상, 크기, 가압, 온도를 선택적으로 변경하여 다양한 형태로 성형할 수 있고,
상기 모니터링하는 단계는, 상기 센서 데이터를 분석하여 실시간 센서 데이터의 신뢰도를 판단하되, 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 센서의 평균오차(A_err)가 기설정된 한계오차(S_err)보다 큰 경우, 상기 센서가 고장난 것으로 판단하는 고장여부를 진단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커피찌꺼기를 이용한 가공품 제조 방법.
[수학식 1]

(여기서, A_err은 평균오차, T_aver는 상기 센서 센서값의 전체평균, P_aver는 상기 센서 센서값 n개에 대한 일부평균, T_σ는 상기 센서 센서값의 전체표준편차를 의미함)
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