초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
< 제 1 세부과제 : 고효율 절삭식 정미기 개발 >
○ 본 연구에서 개발한 미곡종합처리장 보급형 고효율 절삭식 정미기의 적정 정백조건을 확립하기 위하여 기초실험 요인으로서 절삭롤러 직경, 금망 및 절삭롤러 유도가이드 각도, 이송스크루 피치 및 주축 회전속도 등을 변수로 기초실험을 수행하였음

○ 적정 정백조건을 위한 기초 요인 실험은 최초 고효율 절삭식 정미기의 시간당 생산량을 3.0 ton 이상으로 하기 위해 수행하였음. 또한 생산량 3.0 ton/h 이상을 가공할 수 있는 조건에서 1,

Ⅳ. 연구개발결과
< 제 1 세부과제 : 고효율 절삭식 정미기 개발 >
○ 본 연구에서 개발한 미곡종합처리장 보급형 고효율 절삭식 정미기의 적정 정백조건을 확립하기 위하여 기초실험 요인으로서 절삭롤러 직경, 금망 및 절삭롤러 유도가이드 각도, 이송스크루 피치 및 주축 회전속도 등을 변수로 기초실험을 수행하였음

○ 적정 정백조건을 위한 기초 요인 실험은 최초 고효율 절삭식 정미기의 시간당 생산량을 3.0 ton 이상으로 하기 위해 수행하였음. 또한 생산량 3.0 ton/h 이상을 가공할 수 있는 조건에서 1, 2단의 주축 회전속도는 각각 950-1,050, 1,000-1,100, 1,050-1,150 및 1,100-1,160 rpm 조건에 따른 정백특성을 분석하여 미곡종합처리장 보급형 고효율 절삭식 정미기의 적정 정백조건을 확립하고자 하였음

○ 이상의 실험조건에 따른 정백특성 결과로부터 미곡종합처리장 보급형 고효율 절삭식 정미기의 적정 정백조건은 1단의 경우 절삭롤러 길이 570 ㎜, 축 직경 Φ 145 ㎜로 선정하였으며, 2단은 절삭롤러 길이 700 ㎜, 축 직경 Φ 148 ㎜로 선정하여 1, 2단의 정백실 체적을 증가시켰음. 절삭롤러 유도가이드 각도는 절삭식 정미기 1, 2단 모두 0°로 선정하였으며, 금망의 유도가이드 각도는 1단의 경우 0°, 2단은 5°로 선정하였음. 또한 절삭식 정미기 1, 2단의 송풍속도는 각각 40 ㎧와 31 ㎧로 선정하였고, 간극링 통풍구 수는 1, 2단 모두 3구로 선정하였음. 절삭식 정미기의 주축 회전속도는 1단은 1,000 rpm, 2단의 경우 1,100 rpm으로 선정하였음

○ 한편, 개발된 미곡종합처리장 보급형 고효율 절삭식 정미기의 적정 정백조건에서 신동진 현미를 이용하여 정백특성을 분석하였음. 그 결과, 정백 후 상승곡온 규정인 15 ℃ 보다 낮은 것으로 나타났고, 싸라기율 또한 모두 특 백미의 싸라기율 규정인 3.0 % 이하로 나타남. 동할미율의 경우 모든 조건에서 8.2∼10.4 % 범위로 비교적 낮은 것으로 나타남

○ 한편 함수율이 16.4 %의 신동진 현미와 함수율이 15.6 %의 일반혼합 현미를 이용하여 품종과 함수율 차이에 따른 정백특성을 분석하여 비교하였음. 그 결과, 개발된 미곡종합처리장 보급형 고효율 절삭식 정미기는 현미 품종과 함수율 차이에 관계없이 정백시 정백효율이 우수하여 백미 품질 변화를 최소화시키면서 고품질 백미를 생산할 수 있을 것으로 판단됨

○ 따라서 본 연구에서 개발한 미곡종합처리장 보급형 고효율 절삭식 정미기는 기존 마찰식 정미기의 정백시 규정온도 이상의 곡온 상승과 이것으로 인하여 발생하는 백미의 품질저하 문제를 해결할 수 있을 것으로 판단됨

< 제 2 세부과제 : 고효율 절삭식 건식 무세미기 개발 >
○ 본 연구에서 개발한 미곡종합처리장 보급형 고효율 절삭식 건식 무세미기의 성능평가는 2015년산과 2016년산 신동진 백미를 이용하여 수행하였음. 또한, 절삭식 건식 무세미기의 주축 회전속도, 상단 흡인구 조절, 압력조절판 압력, 분무량, 절삭날 직경 및 금망의 형태 등에 관한 성능을 평가함

○ 2015년산 백미를 이용하여 무세미기를 가공 할 경우 백도는 금망 및 압력조절판 조절과 관계없이 40.0 ∼ 41.2 범위로 큰 차이가 없는 것으로 나타났고, 곡온 상승은 모든 조건에서 1.4 ∼ 4.6℃ 범위로 큰 차이는 없는 것으로 나타남. 무세미 가공 후 탁도는 2단 압력조절판의 압력을 0 pitch 로 설정한 조건을 제외한 모든 조건에서 42 ppm 이하로 나타남. 무세미 가공 중 에너지 소비량은 2단 압력조절판의 압력을 0 pitch 로 설정한 조건에서 2.10 kWh/ton 으로 약간 적은 것으로 나타남

○ 2016년산 백미를 이용하여 절삭식 건식 무세미기의 1, 2단 주축 회전속도, 상단 흡인구 조절, 분무량, 절삭날 직경 및 금망의 형태 등에 따른 성능을 평가하였음. 주축 회전속도에 따른 성능평가는 2단 주축 회전속도를 1,100 rpm 으로 고정한 후, 1단 주축 회전속도 700, 800, 900 및 1,000 rpm 의 네 가지 조건에서 수행하였음. 상단 흡인구 조절에 따른 성능 평가는 측면 흡인구 개폐 정도를 20% 정도로 고정한 상태에서 상단 흡인구의 개폐 정도를 0 ∼ 50% 로 조절하여 수행하였음. 분무량에 따른 성능 평가는 분무량 72, 120 및 140 cc/min 의 세 가지 조건에서 수행하였음

○ 절삭롤러 직경 및 금망에 따른 절삭식 건식 무세미기의 성능 평가는 절삭롤러 직경의 경우 Φ 150 ㎜, Φ 153 ㎜ 의 두 가지 조건에서 수행하였음. 금망에 따른 성능 평가는 2단 금망(슬롯 간격 : 3 ㎜, 코팅 : 무, 유도가이드 : 무)을 고정한 후, 금망A(슬롯 간격 : 3 ㎜, 코팅 : 무, 유도가이드 : 무), 금망B(슬롯 간격 : 3 mm, 코팅 : 유, 유도가이드 : 유), 금망C(슬롯 간격 : 1.5 ㎜, 코팅 : 유, 유도가이드 : 무)의 세 가지 조건에서 수행하였음

○ 이상의 실험조건에 따른 절삭식 건식 무세미기의 적정 조건은 1단의 경우 절삭롤러 직경 Φ 153 ㎜, 절삭날의 라운딩 R-1.5 ㎜, 금망B(슬롯 간격 : 3 mm, 코팅 : 유, 유도가이드 : 유), 주축 회전속도 1,000 rpm 조건이 적정한 것으로 나타남. 2단의 경우에는 절삭 롤러 직경 Φ 150 ㎜, 절삭날의 라운딩은 R-5.1 ㎜, 금망A(슬롯 간격 : 3 ㎜, 코팅 : 무, 유도가이드 : 무), 주축 회전속도 1,100 rpm 조건이 적정한 것으로 판단됨. 또한, 1, 2단 상단 흡인구 개폐 정도는 25%, 측면 흡인구의 경우 20%가 적정하였고, 분무량은 72 cc/min 조건이 적정한 것으로 판단됨

< 제 3 세부과제 : 고효율 절삭식 정미기 및 건식 무세미기 경제성 분석 >
1. 고효율 절삭식 정미기 정백 특성에 따른 기존 정미기와의 경제성 비교 결과
○ 에너지(저기) 소비량을 단위 시간당 톤당(톤/h) 소비량으로 산출하여 비교한 결과, 절삭식 정미기(15 kW)를 기준 1로 할 때, 국산 A 1.60 배, 국산 B 2.30 배, 수입산 A 1.42 배, 수입산 B 1.35 배 수준임
○ 싸라기율과 수율은 절삭식 정미기가 3.05%, 71.9%로 기존 정미기보다 우수한 것으로 나타났으며, 국산 A(4.99%, 70.5%), 국산 B(3.99%, 71.2%), 수입산 A(4.16%, 71.1%), 수입산 B(3.63%, 71.4%) 수준임
○ 정미기 구매가격을 연 쌀 생산량 1,000 톤 기준으로 산출시, 그리고 절삭식 정미기 구매가격(1,700,680 원)을 기준 1로 할 때, 국산 A 0.90 배, 국산 B 0.71 배, 수입산 A와 B는 1.95 배 수준임
○ 설치공간은 절삭식 정미기(8.9 m2)를 기준 1로 할 때, 국산 A 1.23 배, 국산 B 0.63 배, 수입산 A 3.01 배, 수입산 B 2.01 배 수준임
○ 수리비용(교체를 위한 부속품 비용)을 산출하되 2,000 이용시간을 내용연수 1년으로 하여 산출한 결과, 절삭식 정미기(3,600 천원)를 기준 1로 할 때, 국산 A 0.66 배, 국산 B 0.63 배, 수입산 A 4.02 배, 수입산 B 2.14 배 수준임

2. 고효율 절삭식 정미기 수입대체효과 분석결과
○ 절삭식 정미기 가격 8,000 만원은 수입산 A사 2억6천만원, B사 3억원에 비해 가격 경쟁면에서 절대 우위에 있으며, 에너지, 수율 등에서 고효율의 특성을 갖는다. 이러한 측면에서 절삭식 정미기의 수입대체효과는 충분하다고 판단됨
○ 현재 수입 정미기의 50%를 절삭식 정미기로 대체할 경우, 총 282억8천 만원의 수입대체 효과가 있다고 평가되며 이는 $ 24,982,332(1USD = KRW 1,132 기준)에 해당됨

○ 절삭식 정미기(소매가격 8천만원)가 시장에 출시되고 기능이 수입산(소매가격 2억6천만원)과 유사하다는 조건에서 가격탄력성 0.8을 적용할 경우, 정미기의 시장가격 변화는 약 225%가 낮아지는 효과를 갖게 되며 시장에서 수입산에 대한 현재 수요의 180%가 절삭식 정미기에 대한 수요로 나타날 것으로 추정됨

3. 무세미 이용으로 인한 물 절약 및 하수정화비용 절약효과 및 수질오염 방지효과
○ 물 절약은 무세미 소비수준이 일반가정 20%, 제조업체, 음식점 및 단체급식업체 60%로 가정할 경우, 이로 인한 총 물 절약효과는 8,848,360,764 L이며 정수 생산비용으로 환산하면 총 3,829,570,538 원이 되고, 무세미를 소비함으로써 절약되는 정화비용은 총 6,928,266,479 원으로 나타남

○ 오염방지 효과는 무세미 소비가 일반가정(쌀 소비량의 20%), 제조업체 음식점 단체급식업체(쌀 소비량의 60%)인 경우, 질소는 약 539.408 톤 (539,408,288,340 mg), 인은 약 385.577톤 (385,577,729,040 mg)이 절약됨

< 제 1 협동과제 : 고효율 절삭식 정미기 및 건식 무세미기 시스템 조합 및 현장적응시험 >
1. 일자 및 장소
○ 2017. 9. 28. 농업회사법인 한우리농산(경북 칠곡)
2. 참석자
○ 89명(농업인 및 생산자 단체 18, 산업체 11, 품관원 3, 곡물협회 2, 학계 7, 본청 2, 도원 및 센터 17, 연구기관 28)
3. 주요내용
○ 고효율 절삭형 정미기 및 절삭형 건식 무세미기의 연구배경, 구조, 성능, 특성 등 설명 및 시연

4. 설문조사 결과
○ 현장에서 참석자 설문조사결과 만족도는 87.25%(작업성능 87.8%, 작업 간편성 83.7%, 보급 필요성 85.7%, (2년 이내)보급필요 91.8%)로 나타남

5. 현장 적응 시험 결과
○ 절삭식 정미기는 기존 정미기에 비해 가공품온 상승이 낮고 싸라기 발생이 낮아 고품위가공이 가능하였음. 소비 전력 기존 정미기 동력원 보다 마력이 낮은 모터를 사용가능하고 전력 소비도 낮아 비용절감효과가 있음
○ 무세미기는 국내 무세미 기준 40ppm을 만족하는 건식무세미 가공이 가능하여 폐수발생없는 친환경 쌀 가공 및 소비가 가능한 것으로 판단됨. 현장시험결과 참석자들의 의견은 2년이내에 조속한 보급을 희망하고 있어 개발기술의 산업화를 통한 보급이 필요하다는 결론을 얻었음

(출처 : 요약문 5p)

Abstract ▼

< Sub-project 1: Development of high-efficient cutting type rice milling machine >
For establishing proper milling conditions of high-efficient cutting type rice milling machine, basic factors experiment was conducted diameter based on diameter of cutting roller, metal net, induced guide angle, p

< Sub-project 1: Development of high-efficient cutting type rice milling machine >
For establishing proper milling conditions of high-efficient cutting type rice milling machine, basic factors experiment was conducted diameter based on diameter of cutting roller, metal net, induced guide angle, pitch of moving screw, and spin velocity of main pivot.

Basic factors experiment was conducted for producing milling rice of over 3.0 ton/h. The proper milling conditions of high-efficient cutting type rice milling machine were established based on milling characteristics from experimental results. And with conditions of producing milling rice 3.0 ton/h, experiments were conducted with main pivot velocity conditions of 950-1,050, 1,000-1,100, 1,050-1,150, and 1,100-1,160 rpm respectively.

Based on the above rice milling characteristics from experimental results, proper milling conditions of high-efficient cutting rice milling machine was found to be cutting roller length 570 ㎜, axis diameter Φ 145 ㎜ for 1st level, and cutting roller length 700 ㎜, axis diameter Φ 148 ㎜ for 2nd level. Induced guide angel of cutting roller of both 1st and 2nd levels were established as 0°.

Wind velocity of 1st and 2nd levels were established as 40 ㎧ and 31 ㎧ respectively. The number of vent for space gap ring was 3, and spin velocity of main pivot was established as 1,000 rpm and 1,100 rpm for 1st and 2nd levels respectively. Under proper conditions of developed high-efficient cutting type rice milling machine, Shindongjin brown rice was used for analysing milling characteristics. As results, increased grain temperature was turned out under 15 ℃, broken rice rate was turned out under 3.0 %, and cracked rice rate was turned out range of 8.2~10.4 %.

By using mixed rice with Shindongjin brown rice with moisture content rate, 16.4 % and general brown rice with moisture content rate, 15.6 %, milling characteristics were analyzed according to variety and moisture content. As results, it was judged that developed high-efficient cutting type rice milling machine could produce high level of milling efficiency, resulting in high quality milling rice with minimizing quality change, regardless of variety and moisture content of brown rice. It might be concluded that high-efficient cutting type rice milling machine, developed in the study, could solve the problem of reducing rice quality from increasing grain temperature during milling.

< Sub-project 2: Development of high-efficient cutting type dry rinse free rice machine >
Performance evaluation of high-efficient cutting type dry rinse free rice machine, developed in this study, was conducted by using Shindongjin milling rice produced in 2015 and 2016 respectively. And also performance evaluation of each part of cutting type dry rinse free rice machine, such as spin velocity of main pivot, inlet control of upper level, pressure of pressure throttle valve, nozzle discharge rate, diameter of cutting knife, type of wire net etc. was conducted.

By using milling rice produced in 2015, following results were found. That is, whiteness was found to be range of 40.0 ~ 41.2, regardless wire net and pressure control. Grain temperature increase showed range of 1.4 ~ 4.6℃ for all performance evaluation conditions. Turbidity of rinse free rice was found to be under 42 ppm for all performance evaluation conditions except condition of 0 pressure control of 2 levels. And energy consumption for producing rinse free rice was found to be 2.10 kWh/ton, with condition of 2 levels pressure 0 pitch.

Function evaluation of dry rinse free rice machine was conducted by using 2016 milling rice. The functions evaluated were main axis of spin velocity of 1, 2 levels, upper part control of inlet, nozzle discharge rate, diameter of cutting knife, wire net type etc. Function evaluation according to main axis spin velocity was conducted with fixing condition of 1,100 rpm of 2 levels main axis spin velocity. The conditions of one level main axis spin speed were 4 types 700, 800, 900, and 1,000 rpm. Function evaluation of upper part of inlet control was conducted according to open degree 0~50% of upper part of inlet with fixing open degree 20% of side part of inlet. Function evaluation, according to nozzle discharge rate, was conducted with 3 conditions of nozzle discharge rate, 72, 120, 140 cc/min.

Function evaluation of dry rinse free rice machine, according to cutting roller diameters and wire net, was conducted. Two cutting roller diameter conditions are Φ 150 ㎜ and Φ 153 ㎜. And 3 wire net conditions are wire net A(slot space : 3 ㎜, coating : no, induced guide : no), wire net B(solt space : 3 mm, coating : yes, induced guide : yes), and wire net C(slot space : 1.5 ㎜, coating : yes, induced guide : no) after fixing 2 levels wire net(slot space : 3 ㎜, coating : no, induced guide : no), Based on above experimental results, the proper conditions of cutting type rice rinse free machine were turned out as follows. In case of 1 level, proper conditions are cutting roller diameter Φ 153 ㎜, rounding of cutting knife R-1.5 ㎜, wire net B(slot space : 3 mm, coating : yes, induced guide : yes), main axis pivot velocity 1,000 rpm. In case of 2 level, proper conditions are cutting roller diameter Φ 150 ㎜, rounding of cutting knife R-5.1 ㎜, wire net A(slot space : 3 ㎜, coating : no, induced guide : no), main axis pivot velocity 1,100 rpm. In addition, it was found to be proper conditions that the open degrees of upper part and side part of inlet is 25%, 20% respectively for both 1 and 2 levels, and that nozzle discharge rate is 72 cc/min.

< Sub-project 3 : Economic analysis of high-efficient cutting type rice milling machine and rise free rice machine >
1. Comparisons of cutting type rice milling machine with existing milling machines according to milling characteristics
Based that energy consumption of cutting type rice milling machine is 15 kW(ton/h), domestic rice milling machines A and B consumed more by 1.60 and 2.30 times respectively. And imported rice milling machines A and B consumed more by 1.42 and 1.35 times respectively.

Based that broken rice rate and moisture content rate of cutting type rice milling machine is 3.05%, 71.9%, domestic rice milling machines A and B showed higher numbers by 4.99%, 70.5% and 3.99%, 71.2% respectively. And imported rice milling machines A and B showed higher numbers 4.16%, 71.1%, 3.63%, 71.4% respectively.

Based that market price of cutting type rice milling machine is 1,700,680 won(1,000 ton/year), the prices of domestic rice milling machines A and B showed 0.90 and 0.71 times respectively. And the prices of imported rice milling machines A and B showed 1.95 times.

Based that installation space of cutting type rice milling machine is 8.9 m², domestic rice milling machines A and B need more space by 1.23 and 0.63 times respectively. And imported rice milling machines A and B needs more space by 3.01 and 2.01 times respectively.

Based that cost for fixing(accessories for exchange) of cutting type rice milling machine is 3,600 thousand won and 2,000 service hour/1 durable year, domestic rice milling machines A and B need cost less by 0.66 and 0.63 times respectively. And imported rice milling machines A and B needs cost more by 4.02 and 2.14 times respectively.

2. Import substitution effect of cutting type rice milling machine
The price of cutting type rice milling machine(80,000 thousand won) is much cheaper than the prices of imported rice milling machines A(260,000 thousand won), B(300,000 thousand won). This result showed strong competitiveness in international market. Furthermore, cutting type rice milling machine has high-efficient characteristics in terms of energy consumption and moisture content rate.

Based on above results, it is enough import substitution effect of cutting type rice milling machine.
Based on applying import substitution rate 50% by cutting type rice milling machines, import substitution effect is valued by total 28,20,000 thousand won($ 24,982,332, 1USD = KRW 1,132).

Based on conditions of 1) retail price 80,000 thousand won of cutting type rice milling machines and 260,000 thousand won of imported rice milling machine, and of 2) same quality of domestic and imported machine function, 3) 0.8 price elasticity of cutting type rice milling machines, the price change effect in the retail market of cutting type rice milling machines might have reducing effect by 225%. And it is projected that current demand could increase by 180%.

3. Saving effects of water producing cost and sewage purification cost, & prevention effect of water pollution
Based on replace rate of milling rice with rinse free rice, 20% by home, 60% by manufacturing firms, restaurants, institutional food service, it is estimated water saving effect of 8,848,360,764 L, saving effect of water producing cost of 3,829,570,538 won, and water purification cost of 6,928,266,479 won.

Based on replace rate of milling rice with rinse free rice, 20% by home, 60% by manufacturing firms, restaurants, institutional food service, it is estimated prevention effects of nitrogen of about 539.408 ton (539,408,288,340 mg) and phosphorus of about 385.577 ton (385,577,729,040 mg).

< Cooperative project 1 : System combination and field of high-efficient cutting type rice milling machine and dry rinse free rice machine >
For cutting type rice milling machine, it was turned out that high qualified process is possible, since. processed goods temperature, broken rice rate are lower than existing milling machines. And it was turned out that energy was saved, since energy consumption is lower, resulting from lower horsepower motor.

Cutting type rinse free rice machine can be practicable to produce rinse free rice with under 40ppm, which is domestic rinse free rice criteria. This means that eco-friendly rice process is possible without waste water. The field experiment participants made hope that RPC could use cutting type rice milling machine and rinse free machine in two years. It was concluded that industrialization of developed skill is necessary as soon as possible.

(출처 : Summary 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 10
• 목차 ... 13
• 제 1 장 서 론 ... 14
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 제 1 절 국내 기술개발 현황 ... 16
• 제 2 절 국외 기술개발 현황 ... 18
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 19
• 제 1 절 시험용 절삭식 정미기 개발 ... 19
• 제 2 절 미곡종합처리장 보급형 고효율 절삭식 정미기 개발 ... 96
• 제 3 절 시험용 건식 무세미기 개발 ... 142
• 제 4 절 미곡종합처리장 보급형 고효율 건식 무세미기 개발 ... 201
• 제 5 절 고효율 절삭식 정미기 및 건식 무세미기 경제성 분석 ... 250
• 제 6 절 고효율 절삭식 정미기 및 건식 무세미기 시스템 조합 및 현장적응시험 ... 299
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 306
• 제 1 절 목표대비 대외 달성도 ... 306
• 제 2 절 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타) ... 307
• 제 5 장 연구 결과의 활용 계획 ... 308
• 제 1 절 연구개발결과의 활용방안 ... 308
• 제 2 절 기대성과 ... 309
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 310
• 제 7 장 기타 중요 변동사항 ... 311
• 제 8 장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 312
• 제 9 장 참고문헌 ... 313
• 끝페이지 ... 316