다목적 작업기 부착형 과수원 잔가지 파쇄기 설계

이황규 ( Hwang-gyu Lee ),김기동 ( Ki-dong Kim ),김태욱 ( Tae-wook Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

전정작업은 과수의 가지나 줄기 및 잎의 일부분을 잘라내는 작업을 의미하며, 과실 하나가 수확시기까지 받을 수 있는 태양광의 양을 증가시켜 과수의 품질을 증가시킨다. 전정작업 후 남은 잔가지는 보일러 대중화 이전까지 효과적인 에너지원이었으나 현재 과수원의 미관 저해와 안전 등의 문제점을 내포하고 있다. 그러나 잔가지 파쇄기를 사용하여 잔가지를 목재 칩 및 톱밥으로 제작하고 이것을 지면에 뿌리면 멀칭효과로 잡초발생 방지 및 토양수분유지의 이점을 얻을 수 있다. 따라서 본 연구는 전정작업 후 남은 잔가지를 목재 칩 또는 톱밥으로 만들어 과수원으로 뿌리는 다목적 작업기 부착형 잔가지 파쇄기를 개발한다. 잔가지 파쇄기는 작업기 플랫폼 전면에 탈ㆍ부착하도록 3점 링크를 설계하고 작업기의 진행방향에 있는 잔가지를 효과적으로 파쇄기 내부로 공급하는 호퍼구조의 투입구를 설계한다. 파쇄작업은 호퍼를 통하여 들어온 잔가지가 파쇄장치의 회전으로 파쇄되어 배출된다. 파쇄장치의 폭은 1000mm이며, 투입된 잔가지를 파쇄하기에 앞서 절단하는 절단부와 절단된 잔가지를 파쇄하는 파쇄부로 설계한다. 절단부는 직경이 200mm, 두께는 5mm이다. 톱날 배치는 사각 회전축에 20mm간격으로 일정하게 3개를 배치하고 인접 날과의 위상차는 없다. 일정한 간격으로 배치된 3개의 톱날이 하나의 절단날처럼 작동하고 절단부에는 총 5개의 절단날이 일정한 간격(180mm)으로 배치되도록 설계한다. 파쇄부는 직경 300mm, 두께 10mm인 파쇄날을 120°마다 톱니를 배치하여 3개의 톱니가 절단된 잔가지를 파쇄한다. 파쇄날은 사각의 회전축에 인접날과 90°의 위상차로 설계하여, 4개의 파쇄날이 하나의 파쇄구조를 이룬다. 동력 전달 및 구동방식은 유압 모터의 회전력을 풀리와 V벨트 및 기어를 사용하여 파쇄장치와 연결한다. 유압모터와 파쇄부는 감속비 1:2인 풀리에 V벨트로 동력을 연결하고, 파쇄부와 절단부 회전방향을 바꾸기 위해 서퍼기어와 풀리가 결합된 회전축을 설계하여 파쇄부와 회전축을 2:3 감속비의 풀리에 V벨트로 연결하고, 회전축과 절단부는 동일한 감속비의 서퍼기어로 연결하여 파쇄부와 절단부의 회전방향을 다르게 설계한다. 따라서 본 연구의 다목적 작업기 부착형 잔가지 파쇄기는 전정작업 후 방치된 잔가지를 자동으로 공급하여 보다 효과적으로 파쇄작업을 진행할 수 있을 것으로 판다한다.

반자율 주행 고추정식기의 주행 플랫폼에 관한 연구

이황규 ( Hwang-gyu Lee ),신용인 ( Yong-in Shin ),박규식 ( Gyu-sik Park ),김진현 ( Jin-hyun Kim ),김태욱 ( Tae-wook Kim ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

우리나라의 농촌 노동력은 청년층 유입 부족으로 고령화가 진행 중이며, 특히 65세 이상 경영주의 비율은 62%인 반면 40세 미만의 비율은 0.7%이다. 농촌 노동력 감소의 문제를 해결하기 위해 농업 기계화에 대한 투자와 연구가 진행되고 있다. 국내 농업 기계화는 경운, 정지, 비닐 피복, 방제, 수확 등의 분야가 있으며, 경운과 정지분야는 2020년 기준 기계화율이 99.6%로 나타났다. 그러나 파종 및 정식 분야의 경우 12.2%로 낮은 기계화율이 나타났다. 따라서 파종 및 정식분야 기계화에 대한 연구와 현장 적용이 가능한 기술개발이 시급하다. 본 연구는 정식 분야의 기계화 문제를 해결하기 위해 반자율 주행과 1회전 2식부 기술을 적용한 고추정식기를 설계하였다. 반 자율 주행 고추 정식기의 주행 및 식재작업은 전동으로 설계하였다. 주행 플랫폼은 크게 주행부와 작업부, 배터리팩, 중앙제어장치로 구성하며 규격은 전장 2,400mm, 전폭 1,940mm, 전고 1,150mm이다. 플랫폼은 4륜 구동방식이며, 각각의 바퀴에 독립적으로 1.5kW 전기모터를 사용한다. 플랫폼은 제자리 선회가 가능한 중립조향 기술을 적용하여 새머리 조향이 가능하며 이랑의 폭에 적합하게 윤거폭을 조절할 수 있도록 설계하였다. 플랫폼의 작업부는 1회전 2식부 기술이 적용된 식부장치 및 턴태이블 방식의 묘공급장치를 적용하였다. 작업부는 2.0kW 전기 모터를 사용하며, 배터리팩은 주행부 및 작업부의 전기 모터에 동력을 공급하며, 2개의 베터리팩이 전륜과 후륜 사이에 하나씩 배치되도록 설계하였다. 전륜에 배치된 베터리팩은 작업부의 위치를 고려하여 플랫폼 상부에 배치하며, 후륜의 배터리팩은 플랫폼 하부에 부착하도록 설계하였다. 1개의 배터리팩은 2개의 배터리 모듈로 구성하며 48V에 180Ah 리튬이온방식이다. 향후 전동 플랫폼에 대한 구조해석 및 시뮬레이션을 진행할 계획이다.

과수원 잔가지 파쇄기 최적화 설계

이황규 ( Hwang-gyu Lee ),김기동 ( Ki-dong Kim ),김태욱 ( Tae-wook Kim ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

전정작업은 가지를 계획적으로 구성 및 유지하기 위하여 절단하는 작업이며 이것은 수관 내부에 햇볕을 골고루 들어갈 수 있도록하여 과실의 균일한 생장과 더불어 결실 부위를 고르게 분포하도록 도와준다. 작업 후 남은 잔가지는 보일러 대중화 이전까지 효과적인 에너지원이었으나 현재 과수원에 방치되어 작업자의 이동을 방해하여 작업능률을 낮추는 등의 사고를 유발한다. 따라서 이러한 위험요소를 제거하기 위하여 잔가지 파쇄기를 설계하였다. 잔가지 파쇄기는 잔가지를 칩과 같은 형태로 파쇄하기 위하여 파쇄날을 회전 드럼에 힌지 핀으로 고정하는 방식으로 설계하였다. 파쇄날의 높이는 115mm이며 결합하는 부분의 폭은 40mm, 날 폭은 85mm이고, 회전 드럼은 길이 620mm와 직경 140mm로 설계하였다. 파쇄날은 동작상태에서 전후 파쇄날 사이 충돌하지 않도록 120도 간격으로 3개를 배치하였으며 다음 열에 배치된 파쇄날은 인접 날과 60도의 위상차를 가지도록 설계하였다. 파쇄부의 길이는 620mm이며 회전 반경은 350mm이다. 동작 중 파쇄날은 잔가지와 충돌시 반력으로 회전 드럼과 충돌할 수 있어 결합장치에 브라켓을 설계하여 회전 드럼을 보호하였다. 파쇄날의 구조해석은 날 끝에 일정한 외력을 부가하여 파쇄날에 대한 파괴를 예측하기 위하여 실시하였다. 해석모델에 SKH-51의 기계적 성질을 적용하였으며, 외력의 방향과 위치는 파쇄날의 칼날에 수평한 방향으로 부가하였다. 외력의 크기는 국내 대표 수종 중 전단강도가 가장 큰 굴참나무의 전단강도(222kgf/㎠)와 측정된 가장 큰 잔가지의 단면적을 이용하여 외력을 결정한 뒤 안전율 1.5를 고려하여 12,094N을 파쇄날의 날끝에 적용하여 해석하였다. 정적해석의 결과는 날 끝에서 재료의 항복강도(350MPa) 보다 작은 본-미세스응력 249MPa이 발생하여 파쇄날은 안전하다고 판단하였다.

다목적 작업기 부착형 과수원 잔가지 파쇄기 개발

이황규 ( Hwang-gyu Lee ),김기동 ( Ki-dong Kim ),김태욱 ( Tae-wook Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

과수재배 중 전정작업 후 남은 잔가지는 보일러 대중화 이전까지 효과적인 에너지원이었으나 보일러 사용이 보편화된 현재 에너지원으로 사용가치가 떨어져 과수원에 방치되고 있다. 방치된 잔가지는 작업자의 이동을 방해하여 작업능률을 낮추는 등의 사고를 야기한다. 이러한 위험요소는 작업 후 잔가지를 과수원 밖으로 옮기면 해소할 수 있으나 농촌 작업인력의 노령화 및 여성화로 지면에 방치된 잔가지를 과수원 밖으로 들어 이동하는 것은 높은 강도의 노동력을 요구한다. 잔가지를 파쇄하여 칩 상태로 지면에 뿌리면 멀칭효과로 잡초발생 방지 및 토양수분유지의 이점이 있다. 따라서 본 연구는 지면에 방치된 잔가지를 칩 상태로 만들어 뿌리는 다목적 작업기 부착형 잔가지 파쇄기를 설계 개발한다. 잔가지 파쇄기는 작업기 전면에 탈·부착하도록 3점 링크와 투입구로 들어온 잔가지를 파쇄장치의 회전으로 파쇄하는 파쇄부를 포함하고 유압모터와 동력을 파쇄부로 전달하는 동력전달부로 설계하였다. 시작기 제작은 파쇄부, 커버, 구동부와 3점링크로 구성된다. 파쇄부는 폭 1,090mm 직경 300mm 이고, 파쇄날은 폭: 40mm, 길이: 40mm, 높이: 60mm로 제작하여 폭 80mm 직경 275mm 결합장치에 부착하였다. 파쇄날의 재질은 고속도 공구강(SKH-51)이며 결합장치는 목형을 제작하여 주조하고 표면을 가공하였다. 파쇄장치는 회전축 가운데 고정된 장치를 기준으로 30°씩 양쪽으로 6개씩 배치하였고(총 13개), 파쇄장치와 축을 고정하기 위하여 동일한 위치에 키 형상을 가공하였다. 파쇄기의 동력은 100cc/rpm의 기어형 유압모터를 사용하고 커버상부에 부착하였다. 동력 전달부는 유압모터의 회전을 파쇄부에 전달하며 각축에 동일한 잇수의 기어를 결합하고 이를 체인으로 서로 연결하였다. 3점 링크는 부착할 승용 관리기(KIOTI, CK4010)의 링크를 실측하여 제작 후 커버에 부착하였다. 완성된 잔가지 파쇄기는 폭 1,335mm, 길이 560mm, 높이 920mm이며 출력을 최대로 유지하였을 때 파쇄부 회전속도는 277RPM이었다.

다목적 작업기 부착형 과수원 제초기 설계

김태욱 ( Tae-wook Kim ),이황규 ( Hwang-gyu Lee ),김기동 ( Ki-dong Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

인구감소 및 노동인력의 도시집중으로 농촌 노동력은 고령화되고, 여성 인력의 농업활동 참여가 증가하고 있다. 잡초제거를 위한 제초작업 시 노동인력이 많이 소요되는 제초작업 보다는 제초제를 사용한 잡초제거를 선호하는 상황이다. 그러나 제초제의 화학성분은 토양오염의 근본적인 원인이며, 작업자의 호흡기를 통해 인체에 흡수되어 건강에 악 영향을 준다. 기계적인 제초는 화학성분이 포함된 제초제를 사용하지 않아 토양오염을 유발하지 않고 친환경적이다. 기계적인 제초 방법으로 배부식 예초기, 보행식 및 자주식예초기 등이 개발되어 편리성은 증가함에도 불구하고 여전히 과수 하단부 등에는 효율이 떨어지고 있다. 본 연구는 과수원 잡초제거에 효율적인 제초기 개발하기 위해 다목적 작업기 후방에 3점 링크로 부착되며, 폭 1m의 로터리형 제초부와 과수 하단부 잡초를 제거하기 위한 붐형 제초기를 포함하는 구조로 설계하였다. 로터리형 제초부는 원통에 높이 100mm와 폭 30mm, 140°로 절곡된 2개의 예초날이 하나의 Y자 모양, 일 열로 부착되며 총 3개의 열을 120° 각도로 ∅90인 회전원통에 배치하였다. 구동방식은 다목적 작업기의 유압 작동유를 사용하여 제초부 유압모터를 구동하며, 2개의 풀리로 감속비(1:4)를 설계하여 제초부 회전을 최대 3600RPM까지 공급하여 잡초를 제거 할 수 있도록 설계하였다. 붐형 제초기는 부착장치로 나무사이 잡초를 제거하며 나무와 접촉 시 본체 후면으로 이동하는 붐 구조이다. 붐형 제초날은 길이 250mm와 폭 30mm, 두께 10mm인 2도 날로 설계하였으며, 제초날 중점에 회전축을 연결하여 설계하였다. 구동방식은 다목적 작업기의 유압 작동유를 붐형 제초기 유압모터에 사용해 직접 제초날에 연결하여 동력을 전달하도록 설계하였다. 설계 제작한 제초기는 작업자가 다목적 작업기에서 조작하며, 부착된 제초기를 통하여 과수원의 지면과 나무사이 잡초까지 제초하기 때문에 배부식 및 주행식예초기를 사용한 예초작업에 비하여 작업자의 피로도가 낮고 제초성능은 높을 것으로 판단한다.

다목적 작업기 부착형 제초용 분무기의 분무량 분석

김태욱 ( Tae-wook Kim ),이황규 ( Hwang-gyu Lee ),김기동 ( Ki-dong Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

노지재배 시 제초작업은 지면의 잡초를 제거하여 과수의 생장 및 과실의 품질 향상에 중요한 작업이다. 물리적 제초 방법은 일정기간 후 잡초의 성장으로 반복작업이 필요하나 제초용 분무기를 이용한 화학적 제초 방식은 효과가 길고, 간편하여 과수 경작시 빈번하게 사용하고 있으나 과다 사용시 토양의 산성화 및 환경오염 등의 문제가 발생한다. 따라서 살포된 약액의 양을 제어하고, 균일하게 분사 할 수 있는 기술개발이 필요하다. 본 연구는 다목적 작업기 부착형 제초용 분무기의 분무량과 형상을 직접 측정 및 분석하였다. 제초용 분무기의 최대 분무 폭은 3,385mm이며, 높이는 300 ~ 800mm까지 가변 할 수 있도록 설계하였다. 실험 방법은 제초용 분무기에서 지면에 수직인 방향으로 분무된 약액의 양을 측정 및 분석하는 것이다. 실험에 영향을 줄 수 있는 외부요인이 차단된 장소에서 제초용 분무기의 분무장치를 분리하여 거치대에 800mm 높이로 고정하였고, 지면에는 8행 4열 총 32개의 300mL 플라스크를 결합할 수 있는 트레이를 16개를 배치하여 분무기에서 지면에 수직방향으로 분무된 약액이 플라스크 내부로 흘러들어가는 구조로 제작하였다. 측정 방식은 펌프를 구동하여 약액을 지면으로 4분동안 분사하고(분당 토출량 8.96L/min) 직경이 80mm인 플라스크에 담긴 약액의 양을 측정하였다. 측정은 동일한 조건으로 총 10회 실시 하며 가장 많은 양의 약액이 측정된 행은 3~5행에 분포하고 있음을 확인하였고, 각 노즐의 수직 방향 아래 배치된 플라스크에서도 대부분 많은 양의 약액이 분사된 것을 확인하였다. 지면과 30° 절곡된 노즐과 수직으로 배치된 노즐사이 분사량 분포가 낮아 노즐을 절곡하여 분사 폭을 증가시는 것에 대한 효과가 미비 한 것으로 판단하였고, 고정식 분무부의 노즐과 접이식 분무부 사이 간격이 넓어 약액의 도달하는 양이 적은 것을 확인하여 노즐사이 간격을 축소하여 약액의 분사가 중첩되는 구간의 비율을 증가시켜 지면에 도달하는 약액의 양을 증가시킬 수 있을 것으로 판단하였다.

다목적 작업기 부착형 과수원 방제기 노즐 분무특성 분석

김태욱 ( Tae-wook Kim ),이황규 ( Hwang-gyu Lee ),김기동 ( Ki-dong Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

방제기를 이용한 화학적 제초작업은 잡초의 잎과 뿌리를 효과적으로 제거하는데 용이하나 과다 사용시 토양의 산성화 및 환경오염 등의 문제가 발생한다. 따라서 살포된 약액의 양을 제어하고, 균일하게 분사할 수 있는 기술개발이 필요하다. 본 연구는 분사높이를 작업자가 원하는 높이에 따라 선택이 가능하고, 잡초의 크기에 따라 변경이 가능하도록 최소 300mm에서 최대 600mm까지 설정이 가능한 구조로 방제기를 설계하였다. 잡초의 높이에 따른 방제기의 분사높이 변경은 분사각도(70°) 및 분사량과 압력을 동일하게 유지 하였을 때 지면에 도달하는 약액의 포화도 및 면적변화에 중요하게 작용한다. 약액의 포화도와 면적은 분사위치가 높은 600mm 경우 약액의 포화도는 낮아지고 면적은 증가하며, 분사위치가 낮은 300mm는 면적이 감소하고 포화도가 증가한다. 분사높이가 600mm일 때 살포입자의 분포밀도는 300mm 일 때 보다 낮아 화학적 제초의 결과가 미흡할 것으로 판단한여 살포입자의 분포밀도가 낮은 분사위치에서 분사량의 보완이 필요하다고 판단한다. 분사량 보완은 수평으로 배치된 노즐의 간격을 조절하여 분사면적을 중첩하며, 전체 분사면적 당 중첩되는 분사면적의 비율을 도출한다. 분사높이별 최적중첩 비율은 높이가 300mm에서 50% ~ 60%, 400mm에서 60% ~ 70%, 500mm에서 70% ~ 80%, 600mm에서 80% ~ 90%로 가정하여 최적화된 노즐사이 간격을 도출한다. 분사면적은 분사높이와 분사각을 이용하며, 우선 삼각함수 연산으로 반지름을 도출 후 면적을 계산하였다. 노즐사이 거리는 관행 방제기를 조사하여 우선 10mm ~ 200mm 값으로 설정하고, 두 노즐에서 분사된 각 면적의 중심거리와 동일하다. 두 노즐간 중첩면적은 교집합의 형상으로 나타나며, 중첩된 면적을 계산 후 전체 분사면적과 비교하였다. 두 노즐에서 분사된 면적 중 중첩면적이 차지하는 비율은 노즐 사이거리가 15cm일 때 분사 높이 300mm에서 55.525%, 분사 높이 400mm에서 66.317%, 분사 높이 500mm에서 72.934%, 분사 높이 600mm에서 77.391%로 분사높이별 최적중첩 비율의 범위에 포함되어 노즐사이 간격은 15cm로 선정하면 균일하게 분사가 가능 할 것으로 판단한다.

밭고랑 잡초제거를 위한 원형 제초날 설계

이현준 ( Hyun-june Lee ),안홍민 ( Hong-min An ),이황규 ( Hwang-gyu Lee ),김기동 ( Ki-dong Kim ),김태욱 ( Tae-wook Kim ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

밭작물 경작에서 제초작업은 수시로 시행해야하는 작업으로 작물 성장에 안정성을 결정짓는 중요한 작업이다. 제초작업을 하기 위해 사용되는 제초날의 경우 대부분 평지 제초작업에 적합하게 설계 및 제작 되고 있어 형상이 불규칙한 지형의 제초에는 적합하지 않다. 형상이 불규칙한 밭고랑의 잡초제거는 기존의 2도날 등의 평면날을 적용한 예초기를 이용하는 것이 불가능하다. 따라서 배부식 예초기, 관리기의 로터리 등을 이용하여 밭고랑을 중경하는 방식으로 잡초를 제거하고 있으나, 제초율이 낮을 뿐만 아니라 작물뿌리 손상 및 멀칭 비닐 손상으로 제초작업이 비효율적이다. 특히, 배부식 예초기를 이용할 경우 용도에 맞지 않는 제초날의 사용으로 작물의 피해, 작업자의 안전사고 발생의 위험이 있다. 밭고랑을 제초에 적합한 제초기가 부재하고 제초작업에 투입될 인력이 부족하여 제초제의 사용이 증가하고 있으며, 이로 인하여 토양 산성화 및 환경오염의 문제를 야기하고 있다. 본 연구는 평지가 아닌 굴곡이 있는 지형의 고랑에 있는 잡초를 효율적으로 제거하기 위해 원형 제초날을 설계하였으며, 제초날에 홀 가공하여 예취끈을 결합시키는 방식으로 제초율을 높이는 최적화 설계하였다. 원형 제초날은 밭고랑의 기하학적 형상을 고려하여 직경 200mm~300mm, 높이 50~85mm로 설계하였으며, 원형 제초날 2개를 쌍으로 배치하는 방법으로 설계하여 제초 작업 폭을 높였다. 직경 300mm의 제초날에 홀 가공하여 예취끈을 결합할 경우 작업 폭은 532mm 이며, 작업 깊이는 204mm로 나타났다. 원형 제초날에 예취끈을 결합하여 제초기에 적용할 경우 제초기를 작업속도 2km/h 주행시킬 때 제초날의 회전수는 2,000rpm이 적정한 것으로 판단되었으며, 초당 주행거리 555.5mm, 예취끈의 작업간격 8.3mm로 나타났다. 따라서 본 연구에서 설계한 원형 제초날을 적용하여 제초작업 시 고랑의 잡초를 쉽게 제거 할 수 있을 것으로 판단된다.

연속식 고구마 구이 장치 개발

김태욱 ( Tae-wook Kim ),이황규 ( Hwang-gyu Lee ),안홍민 ( Hong-min An ),김주섭 ( Ju-seop Kim ),조현재 ( Hyeon-jae Jo ),김재덕 ( Jae-duk Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

고구마는 식이섬유가 풍부하여 배변활동과 변비에 도움이 되며, 낮은 칼로리에 높은 포만감으로 다이어트에 효과가 있다. 특히 군고구마는 겨울철 간식으로 매우 인기가 있으며 식사대용으로 소비자들에게 높은 선호도를 나타내고 있다. 그리고 국내 원물 가공시장에서 그 생산량과 생산액은 매년 증가하는 추세이다. 관행 군고구마 구이기계는 원통형의 드럼을 이용하거나 농산물 건조기의 형태의 다단 적재식으로 1회 가공할 수 있는 생산량이 한정된다. 또한 적재와 이재로 인해 많은 인력이 필요하며, 가공조건을 일정하게 유지하기 어려워 일정한 품질을 유지하기 어렵다. 따라서 일정한 가공조건 유지와 고품질의 군고구마를 연속적으로 대량으로 생산 할 수 있는 군고구마 구이장치 개발이 무엇보다 중요하다. 본 연구의 연속식 군고구마 구이기는 연속적인 가공방식을 위해 길이 5m 폭 1m의 컨베이어 시스템을 적용하며, 수평으로 배치된 타원형 롤러를 이용하여 투입구에서 취출구 까지 이송하고, 이송 시에 고구마의 자전을 야기하여 고구마에 일정한 열이 전달되어 구워질 수 있도록 설계 제작하였다. 가공은 컨베이어 시스템 내부 상단에 배치된 세라믹히터에서 발산된 복사열을 이용하여 수평으로 배치된 롤러 위를 자전하면서 이동하는 고구마에 열을 공급하여 가공하도록 설계하였다. 타원형 롤러의 형상은 하나의 롤러에 장축 75mm 단축 50mm 두께가 8mm인 타원형 평판이 일정한 간격으로 배치되며, 원활한 고구마의 이송과 자전을 위해 평판 사이 일정한 간격 내에 다음 롤러의 평판이 90°의 위상차로 맞물려 회전하도록 설계하였다. 수평으로 배치된 롤러는 하나의 체인으로 구속되어 전기모터의 동력으로 회전하며 회전수 변경에 용이하게 설계하였다. 세라믹 히터(2kW)는 1m 당 6개가 하나의 시스템을 구성하고 가공온도(250°c~270°c)를 다단으로 제어할 수 있는 시스템을 개발했으며, 고품질 고구마를 생산할 수 있도록 구간 별 적정 가공온도를 조절하여 가공조건을 일정하게 유지할 수 있는 프로그램을 설계하였다. 따라서 본 연구의 연속식 군고구마 구이장치를 사용하여 군고구마를 가공 생산하면 기존 구이기계보다 고품질의 고구마를 균일한 조건으로 대량생산 할 것으로 판단한다.

열회수장치를 적용한 농산물 건조기의 에너지 절감효과

이석진 ( Seok-jin Lee ),이선영 ( Sun-young Lee ),조종승 ( Jong-seung Cho ),윤홍선 ( Hong-sun Yun ),이황규 ( Hwang-gyu Lee ),김찬은 ( Chan-eun Kim ),김진현 ( Jin-hyun Kim ),김태욱 ( Tae-wook Kim ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

국내에서 사용되는 농산물 건조기는 약 25만대(‘20)로 알려져 있고, 고추의 경우 수확 후 건조과정에서 소비되는 에너지를 산출하면 1,044GWh 정도이다. 에너지 절감을 위해 산업용 전기용품들은 에너지 소비등급제를 의무적으로 적용하고 있으나, 농업 기계는 에너지 효율에 따른 등급이 규정되어 있지 않다. 더욱이 농사용 전기의 낮은 가격으로 인해 에너지 절감에 대한 농민들의 인식이 매우 낮은 실정이다. 본 연구는 농산물 건조기에서 배출되는 에너지를 재사용할 수 있는 열회수장치를 건조기에 부착하여 전기에너지를 획기적으로 절약하는 목적으로 연구하였다. 실험용 건조기는 기존 2kw 농산물 건조기(1회 건조용량 44kg, 생고추기준)에 전열교환효율이 72.5%인 열회수장치를 건조기 상부에 부착하도록 설계 제작하였다. 열회수장치가 적용된 실험기와 그렇지 않은 관행 건조기(비교기)의 건조성능을 비교 실험하였다. 건조 온도와 시간, 생고추 투입량은 실험기와 비교기에 동일하게 적용하여 실험하였다. 1차 실험은 22.1kg의 고추를 총 건조시간 48시간 중 6시간 밀폐하여 65℃로 건조하고 42시간을 배기하여 55℃로 건조 실험하였다. 1차실험 결과 전기에너지는 35.7% 감소하였다. 2차 실험은 21.5kg의 고추를 총 건조시간 36시간 중 2시간 밀폐하여 65℃ 로 건조하고 34시간을 배기하여 55℃로 건조 실험하였다. 2차 실험 결과 전기에너지는 43.5% 감소하였다. 1, 2차 실험 중 밀폐건조 시 열회수 장치는 구동하지 않는다. 3차 실험은 18.5kg의 고추를 55℃에서 열회수장치를 가동하여 36시간 건조하였으며, 비교기는 2차 실험과 동일하게 진행하였다. 3차 실험 결과 전기에너지 소모량은 비교기 대비 42.5% 감소하였다. 1, 2, 3차 실험결과 실험기와 비교기의 고추 품질은 거의 동일한 것으로 판단하였다. 향후 건조기 용량에 따라 열회수장치를 소형화 및 최적화 설계하여 생산되는 건조기는 물론 기존 보급된 건조기에 적용하여 전기에너지 소모량을 30%이상 감소하는 방법에 대해 진행할 계획이다.