"2조 - 브루어"의 두 판 사이의 차이

2018년 12월 17일 (월) 21:36 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 실시간알코올도수측정및모니터링이가능한수제맥주키트

영문 : DIY beer kits with real-time alcohol measuring and monitoring

과제 팀명

브러워

지도교수

나영승 교수님

개발기간

2018년 9월 ~ 2018년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2014430037 최예나(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430018 오진석

서울시립대학교 기계정보공학과 2013430006 김고운

서울시립대학교 기계정보공학과 2013430036 정해민

서울시립대학교 기계정보공학과 2013430041 최원진

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

가. 개요

맥주는 소주와 함께 우리나라에서 가장 많이 소비되는 주류이다. 하지만 국내 맥주시장은 독과점 때문에 맛이 없고 종류가 단순하다는 인식이 있다. 이러한 원인들로 소비자들은 수입맥주를 선호하는 현상을 보인다. 이러한 맥주의 추세는 수제맥주로 옮겨가고 있다. 일반맥주의 판매량은 감소한 반면 소규모맥주(수제맥주)는 매년 증가추세에 있으며 2020년 까지는 시장점유율이 20%에 달할 것으로 예측된다. 이러한 트렌드에 발맞춰 본 프로젝트는 가정용 수제 맥주키트를 개발하는 것을 목표로 한다.

개발 과제의 배경 및 효과

나. 프로젝트의 필요성

맥주의 품질은 원료 및 양조기술에 영향을 받으며 제조장에서 갓 출하된 신선감이 살아있는 맥주가 맛이 우수하다. 
소규모맥주(수제맥주)는 제정 공정 없이 맥즙 공정부터 시작되며 여과와 살균공정을 거치지 않고 생산이 된다. 그러한 이유로 소규모맥주는 품질에 영향을 주는 원료 인자에 의한 영향을 적게 받으며 집에서 바로 마실 수 있기 때문에 신선함을 느낄 수 있다는 장점이 있다.
하지만 사계절이 뚜렷한 한국의 특성상 양조기술 중 큰 영향을 끼치는 요소인 온도 제어에 어려움이 따르며 뛰어난 양조기술을 가진 전문적인 수제 맥주 키트는 가격이 매우 비싸다. 또 현재 발효 중인 맥주의 도수를 실시간으로 확인할 수 없다. 그리고 싼 가격에 측정을 하기 위해서는 발효조를 개봉해서 센서와 맥주가 접촉을 해야 하는 단점이 있었다.
이를 보완할 기술을 개발한다면 급격한 성장 중인 수제맥주 시장에서 우위를 선점할 수 있다.

개발 과제의 목표와 내용

다. 프로젝트의 목표

현재 시중에 있는 수제맥주 제조기는 단순히 원액과 발효조만을 제공한다. 때문에 시중의 수제맥주 제조기는 원료에 의해서만 맛이 결정이 된다. 또한 도수를 실시간을 확인할 수 없어 사용자가 도수를 조절하기에는 어려움이 있으며 맥주가 다 완성된 후에야 발효의 정도를 확인할 수 있다. 
이에 따라 본 프로젝트에서는 온도 제어 기술, IoT를 통해 실시간 알코올/발효도를 비접촉/무개폐로 측정하는 기술을 가진 수제맥주키트를 저렴한 단가로 제작한다.

관련 기술의 현황

State of art

가. 수제 맥주 키트의 배경

1.맥주의 정의
우리나라는 사용원료를 기준으로 맥주를 정의하고 있다. 맥아, 홉, 효모, 양조용수를 주 원료로 하여 제조된 발효 알코올 음료이다. 알코올분 도수는 대통령령으로 정하는 도수 범위 내인 것을 맥주라고 한다. 발효공법상 상면발효맥주, 하면발효맥주, 자연발효맥주로 분류된다.

2. 제조 공정
제조공정은 생보리를 효소가 생성된 맥아로 가공하는 제맥공정(5일 소요), 담금을 통해 맥아를 맥아즙으로 가공하는 맥즙공정(8시간 소요), 발효, 숙성, 저장, 여과, 포장공정을 거쳐 완제품을 만드는 맥주공정(3~4주)로 이루어진다.

여기서 수제맥주는 제맥공정 없이 맥즙공정부터 시작되며, 여과와 살균공정을 거치지 않고 생산된다.

나. 경쟁 제품 및 특허 동향

1. 경쟁제품 분석

시중에 나와 있는 세 가지의 경쟁 제품을 아래의 기준을 가지고 분석한다. 그러나 안정성의 경우 조사에 제한 사항이 있어서 정확성, 경제성, 편의성 세 가지로 분석하였다.

정확성	도수 측정과 온도 제어가 정확한가?
경제성	단가가 저렴한가?
안정성	부품의 크기가 안정한가? 쓰러질 염려가 없는가?
편의성	센서 박스의 외관과 어플의 UI가 사용자가 이해하기 쉬운가?

1.1 Minibrew

Minibrew는 약 50여 가지의 맥주를 제조할 수 있다. 직접 온도 제어를 하는 것이 아니라 맥아를 넣고 발효 전에 사용자의 희망 맥주를 선택하면 해당 레시피에 따라 양조와 발효방법이 설정된다. 어플로는 현재 발효 진행 상황을 볼 수 있다. 그러나 도수 확인은 할 수 없다. 가격은 1,199＄(약 136만원) 정도로 매우 비싸다. 조작은 맥주 키트에서는 할 수 없고 어플로만 가능하다.

1.2 iGulu

iGulu도 마찬가지로 온도를 사용자가 직접 제어할 수는 없지만 발효를 시작할 때 희망 맥주를 선택하면 해당 레시피에 따라 양조와 발효방법이 설정된다. 현재 발효주의 상태를 측정하는 센서를 알기에는 한계가 있어서 Minibrew보다 가격이 조금 더 저렴하므로 Minibrew보다 정확도가 떨어질 것으로 판단하였다. 그러나 iGulu는 어플로도 조작이 가능하고 맥주 키트에 부착되어 있는 스크린에서도 제어가 가능하다. 그리고 또한 어플로 제조 재료도 구입할 수 있어 편리하다. 999＄(약 113만원)

1.3 Coopers

Coopers는 발효진행 상황을 확인할 수 없다. 제어를 할 수 없고 맥아에 따라 맥주의 종류가 결정되게 된다. 온도를 확인할 수 없으며 도수 측정은 발효가 다 끝난 후 비중을 이용한 전통적인 방식으로 측정할 수 있다. 가격은 115,900원으로 타 제품에 비해서 저렴한 편이다.

2. 특허 현황

특허명	보냉 및 보온기능을 가지는 양조용 항아리를 구비하는 양조시스템
그림
출원번호	1011932470000
출원인	주식회사 배상면주가
상태	등록
구동방식	물받침 날개에 냉각수 또는 보온수를 공급하는 것을 특징으로 하는 보냉 및 보온 기능을 가지는 양조용 항아리 및 상기 양조용 항아리를 포함하는 간편 양조시스템
장점	도심지에 간편하게 양조시스템을 설치할 수 있어, 저온유통과정을 거치지 않고도 소비자에게 신선한 막걸리를 제공
단점	운송이 불편하고 항아리가 깨질 위험이 존재함

특허명	발효주 제조장치 및 그 제어방법
그림
출원번호	1020070064900 (2007.06.29)
출원인	경북대학교 산학협력단
상태	거절
구동방식	발효주 원료가 저장되는 공간으로서 발효용기와, 상기 발효용기를 가열하거나 냉각시키는 열 공급부와, 상기 열공급부를 제어하여 상기 발효주 원료의 발효온도를 조절
장점	열전소자식 가열체를 이용하여 발효주 제조장치 및 그 제어방법을 소형화, 경량화
단점	온도만을 통해 발효상태를 점검하기에 정확한 발효상태에 대한 정보가 부족

특허명 막걸리 품질 예측 분광분석 방법 그림

출원번호 1020150115977 (2015.08.18) 출원인 충남대학교 산학협력단 상태 등록 구동방식 근적외선 분광기를 통해 막걸리의 투과 스펙트럼을 획득하고, 막걸리 품질인자의 예측 모델을 선정해서 발효조에서 발효되는 막걸리의 품질을 예측하며, 예측 결과를 이용해서 막걸리 발효 모니터링 시스템의 성능을 평가하고, 상기 품질인자는 알코올 함량, 환원당 함량 및 유기산에 의해 결정되는 적정산도 중에서 하나 이상을 포함하는 구성을 마련하여, 발효 중인 막걸리의 품질인자를 비파괴적으로 신속하게 측정한다. 장점 근적외선 분광분석법을 이용해 비파괴적이고 신속한 방식으로 막걸리의 품질을 예측할 수 있다. 단점 가정에서는 구하기에 비싼 장치이다.

특허명 음주 측정 장치 그림

출원번호 1020100051941(2010.06.01) 출원인 한국과학기술원 상태 소멸 구동방식 흡입구에 부착된 바람개비가 설정속도 이상으로 회전하면 상기 알코올 감지부를 제어하고, 상기 알코올 농도를 표시하도록 상기. 음주량 표시부를 제어하여 음주량을 측정함 장점 휴대를 할 수 있기에 빠르고 간편하게 알코올 농도를 측정할 수 있다. 단점 유속이 일정속도 이상일 경우만 측정할 수 있다. 알코올 감지부에만 의존하여 측정하기에 분압이나 온도에 따른 정확한 농도를 측정하기 어렵다.

특허명 알코올 도수 제어가 용이한 발효주 제조장치 및 방법 그림

출원번호 1020060122989 (2006.12.06) 출원인 주식회사 엔유씨전자 상태 등록 구동방식 발효용기 바닥면에 압력 감지부를 설치하여 비중량과 알코올 도수의 관계식을 통해 액체 내 알코올 도수를 산출하고 이런 데이터를 제어부에서 취합하여 열전소자와 히터를 제어해 발효주를 만들어낸다. 장점 측정된 데이터를 통해 일반인도 발효주의 알코올 도수 제어를 쉽게 할 수 있다. 단점 비중량과 알코올 도수의 관계식에만 의존하여 산출한 알코올 도수이기 때문에 실측된 알코올 도수라 말하기 어렵다.

다. 평가와 문제 도출 제품과 특허를 분석한 결과 크게 3가지의 문제점을 도출할 수 있었다.

1. 비접촉/무개폐 측정(알코올 도수, 발효도)

왼쪽의 사진은 MInibrew의 어플리케이션 기능을 나타낸 사진이다. 사진을 보면 발효도만을 확인할 수 있는 것을 알 수 있다. 이처럼 가격이 비싼 제품의 경우 발효도에 대한 비접촉 측정이 가능하지만 도수를 확인할 수 있는 기능은 없었다. 따라서 사용자가 확인을 희망하는 경우 발효조를 개봉해야 한다. 가격이 싼 제품의 경우에도 마찬가지로 도수나 발효도를 측정하기 위해서는 발효조를 개봉해야 측정이 가능하고 이는 접촉식이라는 문제가 있었다.

2. 발효조 설계

왼쪽 사진은 쿠퍼스 수제 맥주 키트의 특징 중 하나를 나타낸 표이다. 사진을 보면 이산화탄소를 배출하는 기술과 세척에 대한 기능을 가지고 있을 뿐 온도제어에 대한 기능은 없다. 이처럼 특허와 경쟁제품 분석을 보면 온도제어와 온도 유지가 가능한 발효조는 이미 존재한다. 그러나 이것 또한 가격이 비싼 제품의 경우에만 온도제어가 가능하다. 가격이 싼 쿠퍼스 수제 맥주 키트는 단열/방열 기술이 없고 온도를 제어할 수 없다.

3. 사용자 실시간 확인

가격이 비싼 Minibrew, iGulu 같은 수제 맥주 키트는 LCD 또는 어플리케이션으로 동작할 수 있었지만 발효도만 퍼센트로 알 수 있을 뿐, 현재 진행 상황을 수치적으로 확인할 수는 없었다. 가격이 싼 수제 맥주 키트의 경우는 매뉴얼대로 기다리기만 할 뿐 출력장치가 없어서 현재 진행 상황을 확인할 수 없었다.

라. 기술로드맵

문제 도출을 바탕으로 본 프로젝트의 수제맥주키트의 기능은 크게 비접촉 측정, 발효조 설계, 사용자 실시간 확인 3가지로 분류하였다. 각 기술을 구현하기 위해 필요한 기술을 바탕으로 기술로드맵을 작성하였다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적 및 사회적 파급효과

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

내용

조립순서

내용

부품도

내용

제어부 및 회로설계

내용

소프트웨어 설계

내용

자재소요서

내용

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

내용

포스터

내용

특허출원번호 통지서

내용

개발사업비 내역서

내용

완료 작품의 평가

내용

향후평가

내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

내용

소프트웨어 프로그램 소스

내용

@@ 89번째 줄: / 89번째 줄: @@
   Coopers는 발효진행 상황을 확인할 수 없다. 제어를 할 수 없고 맥아에 따라 맥주의 종류가 결정되게 된다. 온도를 확인할 수 없으며 도수 측정은 발효가 다 끝난 후 비중을 이용한 전통적인 방식으로 측정할 수 있다. 가격은 115,900원으로 타 제품에 비해서 저렴한 편이다.
-====기술 로드맵====
+. 특허 현황
-내용
-====특허조사====
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-내용
+|특허명||보냉 및 보온기능을 가지는 양조용 항아리를 구비하는 양조시스템
-====특허전략====
+|-
-내용
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+|-
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+|-
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+|-
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+|-
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+특허명
+막걸리 품질 예측 분광분석 방법
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+출원번호
+1020150115977 (2015.08.18)
+출원인
+충남대학교 산학협력단
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+근적외선 분광기를 통해 막걸리의 투과 스펙트럼을 획득하고, 막걸리 품질인자의 예측 모델을 선정해서 발효조에서 발효되는 막걸리의 품질을 예측하며, 예측 결과를 이용해서 막걸리 발효 모니터링 시스템의 성능을 평가하고, 상기 품질인자는 알코올 함량, 환원당 함량 및 유기산에 의해 결정되는 적정산도 중에서 하나 이상을 포함하는 구성을 마련하여, 발효 중인 막걸리의 품질인자를 비파괴적으로 신속하게 측정한다.
+장점
+근적외선 분광분석법을 이용해 비파괴적이고 신속한 방식으로 막걸리의 품질을 예측할 수 있다.
+단점
+가정에서는 구하기에 비싼 장치이다.
+특허명
+음주 측정 장치
+그림
+출원번호
+1020100051941(2010.06.01)
+출원인
+한국과학기술원
+상태
+소멸
+구동방식
+흡입구에 부착된 바람개비가 설정속도 이상으로 회전하면 상기 알코올 감지부를 제어하고, 상기 알코올 농도를 표시하도록 상기. 음주량 표시부를 제어하여 음주량을 측정함
+장점
+휴대를 할 수 있기에 빠르고 간편하게 알코올 농도를 측정할 수 있다.
+단점
+유속이 일정속도 이상일 경우만 측정할 수 있다. 알코올 감지부에만 의존하여 측정하기에 분압이나 온도에 따른 정확한 농도를 측정하기 어렵다.
+특허명
+알코올 도수 제어가 용이한 발효주 제조장치 및 방법
+그림
+출원번호
+1020060122989 (2006.12.06)
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+주식회사 엔유씨전자
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+등록
+구동방식
+발효용기 바닥면에 압력 감지부를 설치하여 비중량과 알코올 도수의 관계식을 통해 액체 내 알코올 도수를 산출하고 이런 데이터를 제어부에서 취합하여 열전소자와 히터를 제어해 발효주를 만들어낸다.
+장점
+측정된 데이터를 통해 일반인도 발효주의 알코올 도수 제어를 쉽게 할 수 있다.
+단점
+비중량과 알코올 도수의 관계식에만 의존하여 산출한 알코올 도수이기 때문에 실측된 알코올 도수라 말하기 어렵다.
+다. 평가와 문제 도출
+제품과 특허를 분석한 결과 크게 3가지의 문제점을 도출할 수 있었다.
+. 비접촉/무개폐 측정(알코올 도수, 발효도)
+왼쪽의 사진은 MInibrew의 어플리케이션 기능을 나타낸 사진이다. 사진을 보면 발효도만을 확인할 수 있는 것을 알 수 있다. 이처럼 가격이 비싼 제품의 경우 발효도에 대한 비접촉 측정이 가능하지만 도수를 확인할 수 있는 기능은 없었다. 따라서 사용자가 확인을 희망하는 경우 발효조를 개봉해야 한다. 가격이 싼 제품의 경우에도 마찬가지로 도수나 발효도를 측정하기 위해서는 발효조를 개봉해야 측정이 가능하고 이는 접촉식이라는 문제가 있었다.
+. 발효조 설계
+ 왼쪽 사진은 쿠퍼스 수제 맥주 키트의 특징 중 하나를 나타낸 표이다. 사진을 보면 이산화탄소를 배출하는 기술과 세척에 대한 기능을 가지고 있을 뿐 온도제어에 대한 기능은 없다. 이처럼 특허와 경쟁제품 분석을 보면 온도제어와 온도 유지가 가능한 발효조는 이미 존재한다. 그러나 이것 또한 가격이 비싼 제품의 경우에만 온도제어가 가능하다. 가격이 싼 쿠퍼스 수제 맥주 키트는 단열/방열 기술이 없고 온도를 제어할 수 없다.
+. 사용자 실시간 확인
+ 가격이 비싼 Minibrew, iGulu 같은 수제 맥주 키트는 LCD 또는 어플리케이션으로 동작할 수 있었지만 발효도만 퍼센트로 알 수 있을 뿐, 현재 진행 상황을 수치적으로 확인할 수는 없었다. 가격이 싼 수제 맥주 키트의 경우는 매뉴얼대로 기다리기만 할 뿐 출력장치가 없어서 현재 진행 상황을 확인할 수 없었다.
+라. 기술로드맵
+ 문제 도출을 바탕으로 본 프로젝트의 수제맥주키트의 기능은 크게 비접촉 측정, 발효조 설계, 사용자 실시간 확인 3가지로 분류하였다. 각 기술을 구현하기 위해 필요한 기술을 바탕으로 기술로드맵을 작성하였다.
 ===관련 시장에 대한 분석===