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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 기존에 설치된 아날로그 온도계가 측정하였던 시간과 온도측정 결과와 유사한 경향을 갖는 온도측정을 가능하도록 하는 열전대의 두께와 삽입깊이를 기준이 되는 온도측정 조건을 기준조건으로 정하였다. Fig.
- 따라서 본 연구에서는 예열을 완료한 시점을 알려주어 수동으로 원두를 투입한 시점부터 시작하여 미리 설정된 정도의 로스팅이 완료되면 이 시점을 사용자가 알 수 있도록 하여 수동으로 배출구를 열수 있도록 하는 시점까지를 자동화하고자 하였다. 생두의 투입부터 로스팅 완료시점까지의 자동화를 위해서는 드럼내부의 온도를 측정하고 이를 시간에 따른 변화와 함께 데이터화 하여 배기 댐퍼를 적절한 수준으로 조절하는 기법이 필요하다.
- 또한 로스팅의 결과로 얻어지는 커피의 맛은 개인에 따른 차이가 크기 때문에 모든 종류의 원두와 다양한 형태의 로스터기에 일반적으로 적용될 수 있는 로스팅 자동화는 구현이 거의 불가능하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 한 종류의 원두(베트남 아라비카)에 대해 개량이 수행된 로스터기를 사용하여 원하는 커피 맛을 얻을 수 있는 로스팅 과정을 확립하고 이 과정을 자동화 하도록 하였다. 실제 제품화를 고려하는 경우 원두의 원산지와 종류에 따른 로스팅 과정을 전문적인 바리스타에 의해 확립한 후 이를 자동화가 가능한 로스터기의 제어변수로 입력하면, 이후 반복적인 로스팅과정은 자동적으로 구현이 가능하게 되는 것이다.
- 온도계는 회전하는 드럼의 내부 공간온도를 측정하기 때문에 로스팅 하는 과정에서 드럼 내부의 원두와 열전대는 지속적인 접촉이 발생하게 된다. 따라서 열전대의 내구성을 위해 지름이 6 mm인 열전대를 설치하여 로스팅 과정 중 시간의 변화에 따른 온도변화를 측정하고자 하였다. 그러나 초기 아날로그 온도계가 측정하였던 시간과 온도의 변화 경향과 뚜렷하게 차이를 보이는 데이터를 얻었다.
- 로스팅 과정을 자동화 한다는 것은 전술하였던 로스팅 과정을 요약한 Table 2를 알고리즘으로 구성한 뒤 이를 제어에 필요한 부품을 활용하여 실현하는 것을 의미한다. 물론 원두의 공급부터 로스팅 완료 및 생두배출과 냉각에 이르는 전 과정을 자동화하는 것이 이상적이겠지만, 개량된 이후의 제품가격 및 부품 증가에 따른 고장발생 가능성 상승을 고려하여 소규모 창업자에게 꼭 필요한 과정을 자동화 하도록 그 목표를 설정하였다.
- 커피 자체가 농산물이며 로스팅이라는 열분해 과정이 결국 화학적 변화를 의미하는 것이지만 화학적 변화는 측정이 어렵고 열량과 시간이 라는 공정제어 변수를 통해 화학적 반응을 제어하기 어려운 측면이 존재하기 때문에 본 기술논문에서는 논하지 않았다. 물리적 변화는 측정이 용이하고 공정제어에 중요한 몇 가지 요소를 제공하므로 이에 관해 간략히 서술하고자 한다.
- 본 기술논문에서는 수동으로 조작되는 기존의 커피 로스터를 기구적 개량과 전기적 제어기법을 도입하여 자동화된 로스터로 개량하는 과정에 관해 소개하고자 한다. 이러한 개량과정을 통하여 로스팅의 자동화에 필요한 요소에 대해 고찰하고 이를 구현하는 방법을 찾고자 하였다.
- 본 연구에서 로스터의 개선 목적은 모든 과정이 수동으로 이루어지는 커피 로스팅 과정을 기구적 개량과 전기적 신호를 이용하여 자동화하는 것이다. 이를 통하여 소규모 인원으로 원두의 로스팅과 판매 영업을 동시에 수행하는 소형 창업자가 간단한 과정으로 균일한 품질의 커피음료 생산이 가능토록 하는 것이 본 연구의 목표였다.
- 위의 4~6단계 강도의 로스팅은 1차 크랙과 2차 크랙의 전후에서 로스팅을 종료하여 얻어질 수 있다. 본 연구에서는 이 세가지 맛을 로스팅 과정을 통해 구현하는 것을 목표로 하였다.
- 본 기술논문에서는 수동으로 조작되는 기존의 커피 로스터를 기구적 개량과 전기적 제어기법을 도입하여 자동화된 로스터로 개량하는 과정에 관해 소개하고자 한다. 이러한 개량과정을 통하여 로스팅의 자동화에 필요한 요소에 대해 고찰하고 이를 구현하는 방법을 찾고자 하였다.
- 본 연구에서 로스터의 개선 목적은 모든 과정이 수동으로 이루어지는 커피 로스팅 과정을 기구적 개량과 전기적 신호를 이용하여 자동화하는 것이다. 이를 통하여 소규모 인원으로 원두의 로스팅과 판매 영업을 동시에 수행하는 소형 창업자가 간단한 과정으로 균일한 품질의 커피음료 생산이 가능토록 하는 것이 본 연구의 목표였다. 콩을 공급하는 위치에 놓은 후 예열부터 시작하여 로스팅 완료 이후 원두의 냉각까지 전 과정을 자동화하는 것이 이상적인 결과물일 수 있지만, 그 정도의 자동화를 위해서는 많은 추가적 부품에 따른 가격의 상승과 관련 기구부 고장 발생 및 수리의 가능성이 증가한다는 문제가 존재한다.
가설 설정
- 로스팅 과정에서 원두는 물리적, 화학적 변화를 갖게 된다. 커피 자체가 농산물이며 로스팅이라는 열분해 과정이 결국 화학적 변화를 의미하는 것이지만 화학적 변화는 측정이 어렵고 열량과 시간이 라는 공정제어 변수를 통해 화학적 반응을 제어하기 어려운 측면이 존재하기 때문에 본 기술논문에서는 논하지 않았다. 물리적 변화는 측정이 용이하고 공정제어에 중요한 몇 가지 요소를 제공하므로 이에 관해 간략히 서술하고자 한다.
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