KR20190078823A - 커피박을 함유하는 성형탄의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팽창 방식의 성형으로 기공이 상대적으로 많이 형성되도록 하여 거의 완전하게 연소되고 고기구이용 등으로 원활히 사용할 수 있도록 하는 커피박을 함유하는 성형탄에 관한 것으로, 본 성형탄은 커피박 숯 60 내지 80중량%와, 건조 커피박 10 내지 30중량%와, 결합제 5 내지 10중량%와, 팽창제 3 내지 5중량%를, 포함한다.

Description

커피박을 함유하는 성형탄 및 이의 제조 방법{BRIQUETTE CONTAINING COFFEE GROUNDS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 커피박을 함유하는 성형탄 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 팽창 방식의 성형으로 기공이 상대적으로 많이 형성되도록 하여 거의 완전하게 연소되고 고기구이용 등으로 원활히 사용할 수 있도록 하는 커피박을 함유하는 성형탄 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 구이용으로 사용되는 숯의 경우, 통상 참숯과 성형탄으로 분류될 수 있는데, 상기 참숯은 나무 원목을 통째로 숯가마에 넣고 열분해를 통해 생산하고, 대부분 인테리어용이나 고급 식당, 호텔 등으로 판매되고 있으며, 상기 성형탄은 건설현장의 폐목이나 합판 등을 재활용 목적으로 톱밥으로 만들어 고온 고압으로 성형한 연료로서, 상기 성형탄의 낮은 품질을 보완하고자 중금속이나 유해물질이 함유된 화학약품을 첨가하여 제조하고 있다.

우리나라의 경우, 참숯의 공급 제한으로 인해 중국, 인도네시아 등지에서 수입한 저가의 성형탄을 주로 사용하는데, 수입산 성형탄의 경우 수입업자의 원산지 품목 표지만 관리되고, 제품 품질과 관련된 관리기준이 미흡하여 제도운영이 이루어지지 않고 있으며, 특히 폐목이나 합판에 함유된 비소, 수은, 납, 크롬, 안티몬, 바륨과 같은 유해중금속과 다이옥신이나 벤조피렌과 같은 유기성휘발물질(VOCs)은 성형탄 품질등급기준에조차 반영되지 못하는 상태여서 인체안전성이 매우 낮은 구이용 저질 성형탄이 전국에 유통되고 있는 실정이다.

한편, 종래 커피제조회사에서는 커피음료 등을 제조한 후 국내에서만도 연간 수십 만톤(ton) 이상의 커피박(커피찌꺼기)이 발생하게 되는데, 상기 커피박은 식물세포 조직의 특성상 통기성이 뛰어나며, 입도분포가 균일하고, 15 ~ 25%의 커피오일이 함유되어 있으며, 그 고형분은 kg 당 6000 kcal 이상의 고열량을 가진 에너지 자원이나 일부만 유기질 비료의 원료로 사용되고 대부분은 일반 쓰레기와 같이 소각되거나 매립처리 되고 있는 실정이다.

이에 최근 들어 커피박을 고형 연료로 이용하려는 시도가 이루어지고 있으나, 이미 알려져 있는 커피박을 이용한 고형 연료의 경우 압착 방식으로 성형 및 제조되어 연소시에 불완전 연소가 생겨 일산화탄소와 같은 인체에 유해한 가스가 발생하기 때문에 고기구이용 등으로 이용하는 데에는 한계가 있다.

등록특허 제10-1774991호 "커피부산물을 이용한 성형탄 제조방법"(2017.08.30.)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 팽창 방식의 성형으로 기공이 상대적으로 많이 형성되도록 하여 거의 완전하게 연소되고 고기구이용 등으로 원활히 사용할 수 있도록 하는 커피박을 함유하는 성형탄 및 이의 제조 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "커피박을 함유하는 성형탄"은, 커피박 숯 60 내지 80중량%와, 건조 커피박 10 내지 30중량%와, 결합제 5 내지 10중량%와, 팽창제 3 내지 5중량%를, 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "커피박을 함유하는 성형탄"의 상기 결합제는, 전분과 탄산칼륨이고, 상기 팽창제는, 중탄산나트륨과 탄산수소나트륨인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "커피박을 함유하는 성형탄의 제조 방법"은, 커피박을 무산소 분위기에서 가열하여 커피박 숯을 제조하는 커피박 숯 제조 단계와; 상기 커피박 숯, 건조된 커피박, 결합제, 팽창제 및 물을 교반기에 넣고 교반하여 혼합하면서 반죽하는 혼합물 반죽 단계와; 성형틀을 열고 상기 반죽된 반죽물을 상기 성형틀의 내부에 주입한 후에 상기 성형틀을 닫는 반죽물 주입 단계와; 2 내지 5분의 시간 동안 섭씨 80 내지 150도의 온도로 상기 성형틀을 가열하여 상기 반죽물을 건조시키면서 팽창시키는 가열 팽창 단계와; 상기 성형틀을 열고 가열 팽창되면서 성형된 성형탄을 배출시키는 성형탄 배출 단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "커피박을 함유하는 성형탄의 제조 방법"은, 상기 성형탄 배출 단계의 다음으로, 상기 배출된 성형탄을 건조기에 투입하여 섭씨 90 내지 110도의 온도로 재차 건조시키는 2차 건조 단계를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "커피박을 함유하는 성형탄의 제조 방법"의 상기 혼합물 반죽 단계에서, 상기 혼합물은 상기 커피박 숯 60 내지 80중량%, 상기 건조 커피박 10 내지 30중량%, 상기 결합제 5 내지 10중량% 및 상기 팽창제 3 내지 5중량%를 포함하여 혼합되고, 상기 물은 상기 혼합물의 전체 중량의 5 내지 10%의 중량비율로 투입되어 점성이 있는 반죽을 형성하며, 상기 결합제는, 전분과 탄산칼륨이고, 상기 팽창제는, 중탄산나트륨과 탄산수소나트륨인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 팽창 방식의 성형으로 기공이 상대적으로 많이 형성되도록 하여 거의 완전하게 연소되고, 커피박을 고기구이용 등으로 원활히 사용할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 성형탄을 보인 사진,
도 2는 본 발명에 따른 성형탄의 제조 방법을 보인 단계도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 성형탄을 보인 사진으로, 이에 제시된 바와 같이, 본 발명에 따른 커피박을 함유하는 성형탄은 커피박 숯 60 내지 80중량%와, 건조 커피박 10 내지 30중량%와, 결합제 5 내지 10중량%와, 팽창제 3 내지 5중량%를 포함한다.

상기 커피박 숯은 가장 많은 양으로 함유되어 본 성형탄이 거의 완전하게 연소될 수 있도록 하면서 성형탄의 외관이 숯 형태로 보일 수 있도록 하는 것이다. 이와 같은 상기 커피박 숯은 무산소 분위기에서 커피박을 가열하여 수분을 제거하면서 탄화시켜 제작된다.

상기 커피박 숯은 60중량%보다 적게 함유되면 이를 제외한 나머지 성분이 불완전하게 연소될 우려가 있고, 80중량%보다 많이 함유되면 성형성이 저하되거나 쉽게 파손된 우려가 있다.

상기 커피박은 수거된 커피박을 건조시킨 것으로, 그 자체에 함유되는 섬유질이 연소되고 또한 이 섬유질이 상기 커피박 숯과 혼합되어 대략 구형의 성형탄의 형태를 유지하도록 커피박 숯을 결착시키는 역할을 한다.

상기 건조 커피박은 10중량%보다 적게 함유되면 커피박 숯의 결착성이 저하되고, 30중량%보다 많이 함유되면 그 자체가 완전하게 연소되지 않아 성형탄이 불완전하게 연소될 우려가 있다.

상기 결합제는 커피박 숯과 커피박을 상호 결합시켜 성형성과 고형성이 우수해지도록 하는 것으로, 전분과 탄산칼륨을 혼합하여 사용한다. 상기 전분은 물에 혼합되면 점성을 가져 상기 커피박 숯과 커피박을 결합시키는 역할을 하고, 상기 탄산칼륨은 가열되면서 석회로 변환되어 전분에 의해 결합된 커피박 숯과 커피박을 단단하게 고형화시키는 역할을 한다.

이와 같은 상기 결합제는 5중량%보다 적게 함유되면 성형탄의 성형성과 고형성이 저하되는 원인이되고, 10중량%보다 많게 함유되면 성형탄의 연소성 및 열량을 저하시키는 원인이 된다.

상기 팽창제는 가열하면 가스를 발생시키면서 커피박 숯과 커피박 및 결합제의 혼합물을 팽창시켜 성형탄의 내부에 많은 기공을 형성하고, 이와 같은 성형탄의 팽창 및 기공 형성에 의해 성형탄이 원활히 성형되도록 하면서 거의 완전하게 연소될 수 있도록 하는 것이다. 이러한 상기 팽창제는 중탄산나트륨과 탄산수소나트륨이 사용된다.

상기 팽창제는 3중량%보다 적게 함유되면 그 팽창성이 저하되고, 5중량%보다 많이 함유하면 성형탄의 연소성과 열량을 저하시키는 원인이 된다.

도 2는 본 발명에 따른 성형탄의 제조 방법을 보인 단계도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 커피박을 함유하는 성형탄의 제조 방법은 커피박 숯을 제조하는 커피박 숯 제조 단계(S10)와, 커피박 숯과 커피박을 포함하는 혼합물에 물을 넣고 교반하여 반죽을 형성하는 혼합물 반죽 단계(S20)와, 성형틀에 상기 반죽된 반죽물을 주입하는 반죽물 주입 단계(S30)와, 성형틀을 가열하여 반죽물을 팽창시키는 가열 팽창 단계(S40)와, 상기 성형틀에서 제조된 성형탄을 배출시키는 성형탄 배출 단계(S50)와, 배출된 성형탄을 건조기에 넣고 재차 건조시키는 2차 건조 단계(S60)를 포함한다.

상기 커피박 숯 제조 단계(S10)는 커피박을 무산소 분위기에서 가열하여 커피박 숯을 제조하는 단계를 말한다. 상기 커피박 숯은 커비박을 가열하여 숯으로 형성된 것으로, 가장 많은 양으로 함유되어 본 성형탄이 거의 완전하게 연소될 수 있도록 하면서 성형탄의 외관이 숯 형태로 보일 수 있도록 하는 것이다.

상기 혼합물 반죽 단계(S20)는 상기 커피박 숯, 건조된 커피박, 결합제, 팽창제 및 물을 교반기에 넣고 교반하여 혼합하면서 반죽하는 단계를 말한다. 대략 분말 상인 커피박 숯, 건조된 커피박, 결합제 및 팽창제를 혼합하여 혼합물을 만들면서 이에 물을 투입하여 점성이 있는 반죽물을 형성하는 과정이다. 이와 같이 반죽물이 형성됨으로써, 성형틀에 대한 주입이 손쉬워지고 여러 재료가 적절히 혼합된다.

상기 혼합물은 상기 커피박 숯 60 내지 80중량%, 상기 건조 커피박 10 내지 30중량%, 상기 결합제 5 내지 10중량% 및 상기 팽창제 3 내지 5중량%를 포함하여 혼합되는 것이 바람직한데, 이는 앞서 상술한 바와 같다.

아울러, 상기 물은 상기 혼합물의 전체 중량의 5 내지 10%의 중량비율로 투입되어 점성이 있는 반죽을 형성하는 것이 바람직한데, 이는 물이 5중량%보다 적게 투입되면 점성이 저하되어 반죽의 형성이 어렵고, 10중량%보다 많이 투입되면 반죽의 점성이 너무 높아져 잘 뭉치지 않게 되고 수분을 제거하기가 상대적으로 어려워진다.

상기 결합제는 전분과 탄산칼륨이고, 상기 팽창제는 중탄산나트륨과 탄산수소나트륨인 것이 바람직한데, 이 또한 앞서 상술한 바와 같다.

상기 반죽물 주입 단계(S30)는 성형틀을 열고 상기 반죽된 반죽물을 상기 성형틀의 내부에 주입한 후에 상기 성형틀을 닫는 단계를 말한다. 이 단계는 성형틀에 반죽물을 주입하는 과정인데, 이때 상기 반죽물은 성형틀의 내부 용적보다 다소 적게 투입하는 것이 바람직한데, 이는 성형틀이 가열될 때 반죽물이 가열되면서 팽창되기 때문이다.

상기 가열 팽창 단계(S40)는 2 내지 5분의 시간 동안 섭씨 80 내지 150도의 온도로 상기 성형틀을 가열하는 단계로써, 이 단계는 상기 반죽물을 건조시키면서 팽창시키는 역할을 한다. 이와 같이 상기 반죽물이 건조되면서 팽창되면 성형탄의 내부에 수많은 기공이 형성되어 성형탄이 보다 완전하게 연소될 수 있게 된다. 상기 가열시간이 2분보다 짧거나 가열온도가 80도보다 낮으면 반죽물의 팽창이 원활하게 이루어지지 않게 되고, 가열시간이 5분보다 길거나 가열온도가 150도보다 높으면 과도한 팽창이 일어나거나 성형탄의 외면이 연소될 우려가 있다.

상기 성형탄 배출 단계(S50)는 상기 성형틀을 열고 가열 팽창되면서 성형된 성형탄을 배출시키는 단계를 말한다.

상기 2차 건조 단계(S60)는 상기 배출된 성형탄을 건조기에 투입하여 섭씨 90 내지 110도의 온도로 재차 건조시키는 단계를 말한다. 이 단계는 성형탄이 연소되지 않을 정도의 가열 온도로 성형탄을 재차 가열 건조시켜 성형탄에 함유된 수분을 최소화시켜 성형탄이 보다 완전하게 연소될 수 있도록 하는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

Claims (5)

1. 커피박 숯 60 내지 80중량%와, 건조 커피박 10 내지 30중량%와, 결합제 5 내지 10중량%와, 팽창제 3 내지 5중량%를,
   포함하는 것을 특징으로 하는 커피박을 함유하는 성형탄.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 결합제는, 전분과 탄산칼륨이고,
   상기 팽창제는, 중탄산나트륨과 탄산수소나트륨인 것을 특징으로 하는 커피박을 함유하는 성형탄.
   
3. 커피박을 무산소 분위기에서 가열하여 커피박 숯을 제조하는 커피박 숯 제조 단계(S10)와;
   상기 커피박 숯, 건조된 커피박, 결합제, 팽창제 및 물을 교반기에 넣고 교반하여 혼합하면서 반죽하는 혼합물 반죽 단계(S20)와;
   성형틀을 열고 상기 반죽된 반죽물을 상기 성형틀의 내부에 주입한 후에 상기 성형틀을 닫는 반죽물 주입 단계(S30)와;
   2 내지 5분의 시간 동안 섭씨 80 내지 150도의 온도로 상기 성형틀을 가열하여 상기 반죽물을 건조시키면서 팽창시키는 가열 팽창 단계(S40)와;
   상기 성형틀을 열고 가열 팽창되면서 성형된 성형탄을 배출시키는 성형탄 배출 단계(S50)를;
   포함하는 것을 특징으로 하는 커피박을 함유하는 성형탄의 제조 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 방법은,
   상기 성형탄 배출 단계(S50)의 다음으로, 상기 배출된 성형탄을 건조기에 투입하여 섭씨 90 내지 110도의 온도로 재차 건조시키는 2차 건조 단계(S60)를;
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 커피박을 함유하는 성형탄의 제조 방법.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 혼합물 반죽 단계(S20)에서, 상기 혼합물은 상기 커피박 숯 60 내지 80중량%, 상기 건조 커피박 10 내지 30중량%, 상기 결합제 5 내지 10중량% 및 상기 팽창제 3 내지 5중량%를 포함하여 혼합되고,
   상기 물은 상기 혼합물의 전체 중량의 5 내지 10%의 중량비율로 투입되어 점성이 있는 반죽을 형성하며,
   상기 결합제는, 전분과 탄산칼륨이고,
   상기 팽창제는, 중탄산나트륨과 탄산수소나트륨인 것을 특징으로 하는 커피박을 함유하는 성형탄의 제조 방법.

Images