Method and apparatus for securing corn stalk rind strip from corn stalk in field

밭에 서 있는 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치 {Method and apparatus for securing corn stalk rind strip from corn stalk in field}

본 발명은 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 밭에 서 있는 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻고, 이를 현장에서 자연 건조하는, 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치에 관한 것이다.

바이오매스(bio-mass)란 작물과 나무, 농수축산 찌꺼기, 임산 찌꺼기, 수초, 동물의 배설물, 도시 쓰레기, 그리고 여타의 생명체로부터 생성된 유기성 폐기물, 즉 생명체의 생리작용에서 만들어 지는 "부산물 쓰레기"를 의미한다. 지식과 기술이 급속하게 발전하고, 자원 제한, 환경 보호, 지속 가능 발전(sustainable development)에 대한 요구가 점차 커지고 있으므로, 예전에 쓸모없는 대상물이었던 바이오매스가 이제는 소중한 자원으로 개발되는 일이 빈번하게 발생하고 있다. 다 만, 특정 바이오매스의 경제적 활용 여부는, 바이오매스에서 무슨 물질을 추출할 수 있는가 뿐만 아니라 바이오매스의 수집, 운반, 저장 등을 포함하는 전처리(preprocessing) 과정이 경제적으로 수행될 수 있는가라는 점에 의해서 결정된다.

옥수수대가 양질의 바이오파이버(bio-fiber)를 다량 함유하고 있다는 사실은 이미 널리 알려져 있다. 실험실 차원에서는, 옥수수대에 포함된 바이오파이버를 이용하기 위한 다양한 연구와 시도가 이루어져 왔다. 예를 들어, 옥수수대를 이용한 펄프, MDF(Medium Density Fiberboard), 합성 목재(Bio-Fiber Polymer Composite) 등에 관한 연구는 세계 각지에서 활발하게 진행되어 왔다. 그러나 옥수수대를 어떻게 저장하여 보관할 것인가에 대한 연구 및 기술은 아직 뚜렷한 성과를 보이지 못하고 있다. 나아가 옥수수대 중 바이오 파이버가 집중되어 있는 겉대를 따로 분리하는 방안에 대해서는 거의 아무런 성과가 없는 상태라고 해도 지나친 말이 아니다. 이제까지의 연구 및 기술은 주로 옥수수대 안에 포함되어 있는 양질의 바이오 파이버 및 옥수수대 겉대를 활용하는 방안에 집중되어 있을 뿐, 옥수수대의 전처리 과정, 운송, 저장, 보관 및 투입 과정을 효과적으로 운영할 수 있는 방안은 개발되어 있지 않다. 특히, 양산 공정에 옥수수대 속대를 포함한 옥수수대 전체를 투입하는 경우, 생산성이 크게 떨어지고, 품질 관리가 매우 어려워진다. 이는, 바이오파이버 양산 공정이 열화학 처리 과정을 수반하는데, 옥수수대 속대에 다량 함유되어 있는 리그닌과 다당류가 열화학 처리 과정에서 끓어 넘치기 때문이다. 결국, 옥수 수대, 특히 옥수수대 겉대를 바이오 파이버로서 이용하는 문제는 옥수수대 겉대를 효과적으로 얻는 방법, 즉, 옥수수대 겉대의 경제적 획득방법과 관련된다.

옥수수대 겉대를 활용하는 방안 및 옥수수대 속대와 겉대를 분리하는 방안에 대하여는, 본 발명자의 특허출원 제10-2008-0041669호 "바이오 파이버 원료로서 옥수수대 껍질 분말을 사용한 폴리머 복합체 및 옥수수대 분말로부터 옥수수대 껍질 분말을 분리하기 위한 분리방법 및 분리장치" 및 특허출원 제10-2008-0066436호 "옥수수대 속대를 제거하여 겉대를 획득하는 방법 및 장치"에 상세히 기재되어 있으며, 상기 특허출원에 기재된 내용은 본 명세서에 모두 포함된다.

기존에 사용되는 옥수수 관련 수확기를 살펴보면, 트랙터에 기반하여, 이동하면서 옥수수를 고속으로 처리하는 농업 자동화 기기로서, 주로 두 종류의 기기가 사용된다. 하나는 알곡 숙성 이전 단계의 옥수수 식물 전체(Whole Corn Plant)를 수확하는 먹이 수확기(Forage Harvester)이며, 다른 하나는 옥수수 알곡 수확기(Corn Combine Harvester)이다. 상기 먹이 수확기는 옥수수 알곡이 숙성하기 전, 어린 옥수수 식물 중, 지상에 나와 있는 전체 부분을 예취하는 장치로, 여기에는 옥수수대, 잎, 새끼 옥수수통(baby corn ear), 쭉쟁이 옥수수통(dwarf corn ear)을 모두 포함하며, 예취한 옥수수 식물 전체는, 먹이 수확기 내부에서 길이 2mm 내지 5cm로 잘게 잘린 후, 이동 중인 수확 기계로부터 1 내지 5m 간격을 두고, 함께 이동하는 트럭 혹은 트레일러로 이송된다. 이렇게 어린 옥수수 식물 전체(WCP: Whole Corn Plant)를 잘게 자른 쪼가리는, 담근 먹이(Silage)로 발효시켜서 최고급 사료로 사용된다. 기계 구조의 측면에서 보면, 먹이 수확기는, 옥수수 식물 전체를 예취하는 수단, 예취된 옥수수 식물 전체가 끌려 들어가는 통로(Throat), 옥수수 식물 전체를 잘게 절단하는 회전 칼날, 절단된 쪼가리를 방출하는 공기 이송기(air blower)로 이루어져 있다. 한편, 상기 옥수수 알곡 수확기는 주로 다음과 같은 작업을 수행한다. 먼저, 옥수수 식물 전체를 예취하여 끌어들이는 단계, 옥수수대로부터 옥수수통(corn ear)을 분리하는 단계, 분리된 옥수수통에서 옥수수통 껍질(corn husk)을 벗겨 내는 단계, 옥수수 하모니카(corn cob)로부터 옥수수 알곡을 털어내는 단계, 털어낸 옥수수 알곡을 함께 이동하는 트럭 혹은 트레일러의 저장 공간으로 이송하는 단계, 상기 단계에서 나오는 잎, 쭉쟁이 옥수수통, 옥수수 하모니카를 잘게 잘라 밭으로 방출하는 단계를 포함한다. 즉, 기존에 사용되는 옥수수 관련 수확기들에는, 옥수수대로부터 잎과 옥수수통을 제거하여 정제 옥수수대(Cleared Corn Stalk)를 만든다든지, 정제 옥수수대로부터 겉대만 벗겨낸다든지, 옥수수대 겉대 스트립(Corn Stalk Rind Strip)을 이용하여 즉석에서 로프(Corn Stalk Rind Strip Rope)를 만든다든지, 상기 로프를 이용하여 옥수수대 겉대 스트립 덩어리(Corn Stalk Rind Strip Pack)를 만들어, 자연 건조를 위하여 밭에 떨어뜨린다는 방법 및 수단이 사용되지 않는다.

또한, 예취 및 정제 기능이 없는, 단순히 옥수수대 겉대-속대 분리 기능만 가진 겉대 분리기를 사용하는 경우, 한 사람이 옥수수대를 낫질해서 다른 사람이 들고 갈 수 있도록 가지런히 눕혀 놓는 데, 옥수수대 한 본 당 대략 15초가 걸리며, 반경 10m 이내에 겉대-속대 분리 기계가 있다고 했을 때, 옥수수대를 분리 기계에 투입하는 데, 한 본 당 평균 10초가 소요된다. 즉, 기계 투입까지 필요한 낫질 및 이동에 필요한 육체 노동이 본당 평균 25초가 소요된다. 한 본당 25g의 건조된 겉대가 나온다고 가정했을 때, 1 톤(ton)의 건조 겉대를 얻기 위해서, 분리 기계가, 옥수수 식물 채취 작업자로부터 평균 10m 간격을 두고 이동하는 경우, 노동력이 약 35공(man/day) 정도 소요된다. 따라서, 겉대-속대 분리 기계를 밭에 투입하여, 잎과 쭉쟁이를 다듬는 공정 및 겉대 분리 공정을 자동화한다고 해도, 또한 상기 분리 기계가 낫질 및 투입 작업자들로부터 평균 반경 10m 이내에 존재한다고 해도, 낫질 및 투입에 필요한 노동력은, 건조 겉대 1톤 당 약 35공이 필요하다. 따라서, 바이오 파이버를 위한 바이오매스 원료로서 옥수수대를 사용하고자 한다면, 현지 밭에서 옥수수대를 잘라서 수확하는 작업부터 겉대를 추출하여, 현지 밭에 널어 말리기 위해 옥수수대 겉대 스트립 덩어리(CSRSP, Corn Stalk Rind Strip Pack)를 만들어 밭에 떨어뜨리는 공정까지, 트랙터를 기반으로 완전 기계화해야 경제성을 갖출 수 있다.

또한, 옥수수대 겉대의 경제적인 획득을 위해서는, 수분이 유지되어 있는 신선한 상태의 옥수수대를 처리하여야 한다. 여기서, "신선한 상태"란 옥수수 알곡이 여무는 시점으로부터, 밭에 뿌리를 박고 서 있는 상태로 90일을 넘지 않은 상태를 의미한다. 특히, 밭에 뿌리를 박고 서 있는 옥수수대를 대량으로 처리하여 옥수수 대 겉대를 획득하는 방법 및 장치가 필요하다. 즉, 옥수수대 겉대는 현장 밭에서 획득하여, 현장 밭에서 자연 건조시킨 후 이동하는 경우 바이오파이버로서 충분한 경제성을 가질 수 있다. 옥수수대 자체를 이동하여 현장이 아닌 곳에서 겉대와 속대를 분리한다든지 혹은, 현장 밭에서 겉대를 분리한 후 축축한 상태로 이동하는 경우, 운송비와 건조비가 급격히 상승한다. 예를 들면, 실험 결과에 의하면, 밭에 서 있는 신선한 옥수수대를 걷어 들여 적재한 상태의 부피가 7m ³ 정도 된다고 가정할 때, 무게로 1.8ton 정도이다. 품종에 따라, 이는 약 4,000 본에서 1,000 본 정도의 옥수수대에 해당된다. 여기에서 쭉쟁이 옥수수통과 잎을 제거하면 3m ³ 정도이며, 무게로 약 1.2ton 정도가 된다. 이 경우, 속대를 제거하면, 함수율이 80% 정도 되는 축축한 겉대가 1m ³ 정도 남게 되며, 이는 무게로 약 250kg 정도이다. 이를 함수율(moisture content) 5% 안팎으로 완전 건조시키면, 50kg 안팎의 겉대가 남는다. 겉대를 분쇄해서 포장하면, 부피는 0.15m ³ 가 되지 않는다. 이를 요약하면, 가장 신선한 상태의 옥수수 식물 전체와 건조 상태의 옥수수대 겉대 분말 사이에, 부피로 약 47배의 차이를 보이고, 무게로 약 36배 정도의 차이를 보인다.

즉, 옥수수대를 바이오파이버로 사용하기 위해서는, 현장 밭에 서 있는 옥수수 식물을 예취하여 겉대만 따로 벗겨내어 자연 건조되도록 적절한 덩어리로 엮어서 현장 밭에 떨어뜨리는, 경제성 있는 기계화된 방법이 요구된다.

본 발명의 목적은, 손 수확(Hand-Pick)이 끝난 후, 밭에 서 있는 옥수수 식물로부터, 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 밭에 서 있는 수확기의 옥수수 식물로부터, 옥수수통을 수확하는 과정과 결합하여 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 밭에 서 있는 수확기의 옥수수 식물로부터, 옥수수 알곡을 수확하는 과정과 결합하여 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 밭에 서 있는 알곡 성숙 이전의 옥수수 식물로부터, 먹이(forage)를 수확하는 과정과 결합하여 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 밭에 서 있는 옥수수 식물의 옥수수대의 아래 부분을 절단하여 끌어들이는 예취 단계; 상기 절단된 옥수수 식물의 옥수수대를 정제 통로 안에서, 길이 방향으로 통과시켜, 옥수수통(corm ear)과 잎을 상기 옥수수대로부터 분리하여, 정제 옥수수대(cleared corn stalk)를 만드는 정제 단계; 상기 정제 옥수수대로부터 속대를 분리하여, 옥수수대 겉대 스트립(corn stalk rind strip) 을 얻는 단계; 상기 옥수수대 겉대 스트립을 엮어 덩어리로 만드는 엮음 단계; 및 상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 밭에 떨어뜨리는 낙하 단계를 포함하는 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법을 제공한다. 여기서, 본 발명에 따른 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법은 상기 옥수수대 겉대 스트립으로 로프를 만드는 제삭(製索) 단계를 포함하며, 상기 옥수수대 겉대 스트립 로프를 이용하여 상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 만드는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 밭에 서 있는 옥수수 식물의 옥수수대 아래 부분을 절단하고, 상기 절단된 옥수수대를 끌어들이는 예취 수단; 상기 예취 수단의 일단에 연결되며, 상기 절단된 옥수수대를 길이 방향으로 통과시킴으로서, 상기 절단된 옥수수대로부터 옥수수통 및 잎을 분리하여, 정제 옥수수대를 만드는 정제 통로; 상기 정제 통로의 일단에 연결되며, 상기 정제 옥수수대로부터 속대를 분리하여 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 수단; 상기 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 수단의 일단에 연결되며, 상기 옥수수대 겉대 스트립을 엮어 덩어리로 만드는 엮음 수단; 및 상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 밭에 떨어뜨리는 낙하 수단을 포함하는 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치는, 옥수수대를 바이오파이버 원료로 사용할 수 있는 경제적이고 현실적인 방법을 제공하는 것으로, 우선 겉대만 얻을 수 있기 때문에, 매우 함량이 높은 바이오파이버를 원료로 얻을 수 있다. 둘째 겉대를 현장 밭에서 취득할 뿐 아니라, 이를 덩어리(CSRSP)로 엮어서 현장 밭에 떨어뜨려 자연 건조시킬 수 있으므로, 운송비, 건조비 및 저장비가 대폭 절감된다. 옥수수대를 막 예취했을 때 겉대의 함수율(moisture content)이 무려 80%라는 점을 고려하면, 이는 (1) 운송비를 대폭 줄일 수 있게 해 주며, (2) 축축한 겉대를 부패하지 않도록 보관하기 위한 고성능 건조 저장 시설을 갖출 필요를 원천적으로 제거하며, (3) 예취 단계에서 덩어리 낙하 단계까지, 완전 자동화되므로, 적은 비용으로 옥수수대 겉대를 획득할 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 노동력 측면에서, 건조 겉대 1ton을 만들기 위하여, 옥수수대를 낫질하여 분리 기계에 투입하는 과정에 소요되는 35공의 노동력이 대부분 절감된다. 또한 현장 밭에서 직접 옥수수대 겉대 스트립을 얻기 때문에, 자연 건조 전 옥수수대 겉대 스트립을 기준으로, 옥수수 식물 전체를 이동하는 경우에 비하여, 운송 무게에 있어서 약 1/7로 하중을 줄여 준다. 더불어, 현장 밭에서 직접 옥수수대 겉대 스트립을 자연 건조시키므로, 자연 건조된 옥수수대 겉대 스트립을 기준으로, 옥수수대 식물 전체를 이동할 때 비하여, 무게에 있어서 97% 이상을 줄여 준다. 또한, 현장 밭에 축축한 옥수수대 겉대 스트립을 자연 건조에 의해 말릴 수 있기 때문에, 고성능 건조 저장 시설에 대한 투자가 최소화된다.

셋째, 옥수수대 겉대 스트립으로 만든 로프(CSRSR)를 사용하여, 옥수수대 겉대 스트립을 덩어리로 묶으므로, 바이오파이버 공정에 투입할 때, 로프를 회수해야 할 필요가 완전히 제거된다. 공정 상에서 불순물로 작용하게 될 로프를 회수하기 위해 별도의 노동력을 투입하거나 기계 장치를 설치할 필요가 완전히 제거된다. 넷째, 옥수수대 겉대 스트립 덩어리(CSRSP)를 밭에 떨어뜨릴 때, 떨어지는 위치 일대에, 상기 정제 단계에서 발생하는 정제 부산물의 일부 혹은 전체를 뿌려두는 카펫팅 작업을 함으로써, 자연 건조 과정에서 옥수수대 겉대 스트립 덩어리가 흙이나 먼지에 의해 더러워지는 현상을 최소화시킨다. 흙이나 먼지에 의한 오염이 최소화되어야 바이오파이버 원료로서 최상의 품질을 유지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치의 적용 방식에 대하여 설명한다. 즉, 본 발명에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치는 밭에 서 있는 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치에 관한 것이므로, 현지 밭에 서 있는 옥수수 식물(corn plant)의 상태에 따라 그 적용 방식이 달라지며, 옥수수 식물의 상태는 크게 네가지로 분류된다. 첫째, 옥수수통을 손 수확(Hand-Pick)으로 걷어 들인 후, 밭에 서 있는 옥수수 식물에 적 용되는 경우로서, 이 경우, 본 발명에 따른 방법 및 장치를, 손 수확 후 겉대 수확기(PHPH: Post-Hand-Pick rind Harvester)라 명명한다. 둘째, 옥수수통(Corn Ear)을 수확하는 과정에 결합하여, 겉대를 수확하는 경우로서, 이 경우, 본 발명에 따른 방법 및 장치를, 옥수수통-겉대 동시 수확기(SERH: Single pass Ear-Rind Harvester)라 명명한다. 셋째, 옥수수 알곡을 수확하는 과정에 결합하여, 겉대를 수확하는 경우로서, 이 경우, 본 발명에 따른 방법 및 장치를, 알곡-겉대 동시 수확기(SGRH: Single pass Grain-Rind Harvester)라 명명한다. 넷째, 사료용 담근 먹이(forage)를 만들기 위해, 아직 여물지 않은 옥수수 식물을 수확하는 청초 먹이(Forage) 수확 단계에 결합하여, 겉대를 수확하는 경우로서, 이 경우, 본 발명에 따른 방법 및 장치를, 먹이-겉대 동시 수확기(SFRH: Single pass Forage-Rind Harvester)라 명명한다. 본 발명에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치는 상기 네가지 경우 모두 적용되며, 손 수확 후 옥수수대 겉대 스트립을 수확하는 경우를 기본으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법을 설명하는 순서도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 측면도이며, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 예취 수단을 설명하는 사진이며, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 예취 수단의 평면도이며, 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 정제 통로를 설명하 기 위한 도면이며, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 정제 통로의 측면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 옥수수 식물을 예취(刈取)하는 예취 단계(S 10); 예취한 옥수수대로부터 옥수수통 및 잎을 제거하여 정제 옥수수대를 얻는 정제 단계(S 30); 옥수수대로부터 속대를 분리하여 옥수수대 겉대 스트립(CSRS, corn stalk rind strip)을 얻는 단계(S 40); 상기 옥수수대 겉대 스트립을 엮어서 덩어리로 만드는 엮음 단계(S 70); 상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 밭에 떨어뜨리는 낙하 단계(S 80)를 포함하며, 상기 옥수수대 겉대 스트립으로 로프를 만드는 제삭(製索) 단계(S 60)를 더욱 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 옥수수대 겉대 스트립 로프(CSRSR, corn stalk rind strip rope)를 이용하여, 상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 만들 수 있다.

상기 예취 단계(S 10)는, 밭에 서 있는 옥수수 식물의 옥수수대의 아래 부분을 절단하여 끌어들이는 단계로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 예취 수단(100)에서 절단된 옥수수 식물은 정제 통로(200)로 들어간다. 즉, 상기 예취 수단(S 10)은 옥수수 식물을 절단하여, 길이 방향으로 정제 통로(200)로 끌어들이는 수단으로, 도 4a에 도시된 바와 같이, 두 개의 예취대(112)에 형성된 한 쌍의 이송 회전톱(115) 및 절단 회전톱(116)에 의하여, 밭에 서 있는 옥수수 식물이 절단되어, 길이방향으 로 예취 투입구(118)를 통하여, 정제 통로(200)로 끌려 들어간다.

상기 정제 단계(S 30)는, 상기 절단된 옥수수 식물 상태의 옥수수대를 정제 통로(200) 안에서, 길이 방향(longitudinal)으로 통과시키면서, 옥수수통(corn ear)과 잎을 옥수수대로부터 분리하여, 깨끗하게 가다듬어진 정제 옥수수대(cleared corn stalk)를 만드는 단계이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 정제된 옥수수대는 옥수수대 속대 분리 수단(400)으로 이송되며, 상기 분리된 옥수수통 및 잎은 수거 통로(300)로 이송된다. 상기 정제 단계(S 30)에 사용되는 정제 통로(200)는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 여러 가지 형상 및 크기를 가진 다수의 롤러(212)가 위아래로 배열되어 있으며, 상기 절단된 옥수수 식물(70)이 상기 롤러(212) 사이를 통과하면서, 옥수수통 및 잎이 분리되어, 하부에 위치하는 수거 통로(300)로 이송된다. 또한, 상기 정제 단계(S 30)는 정제 옥수수대를 만드는 것뿐만 아니라 정제된 옥수수대를 분류한다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 정제 통로(200) 내부에는 다수의 분지대(214)가 설치되어, 한편으로는, 옥수수대로부터 옥수수통과 잎잎을 제거하면서, 다른 한편으로는 예취 투입구에서 다발로 들어오는 옥수수대를 하나씩 나누어 주는 분지 통로(216)를 형성하고 있다. 상기 분지 통로(216)는 다수의 구간으로 나누어지며, 도 5a에 도시된 바와 같이, Ⅰ구간, Ⅱ구간, Ⅲ구간, Ⅳ구간 및 Ⅴ구간으로 구분된다. 특히, 상기 Ⅴ구간은 개별화 구간으로, 일단에는 슬롯 투입구(218)가 형성되어 있으며, 상기 슬롯 투입구(218)로 정제된 옥수수대 한 본이 투입되게 된다. 따라서, 상기 예취 투입구(118)를 통하여 들 어온 옥수수대는 Ⅰ구간, Ⅱ구간, Ⅲ구간, Ⅳ구간 및 Ⅴ구간으로 진행할수록 상기 분지대(214)에 의하여 한 본으로 분류된다. 상기 롤러(212)에 의한 분리 작업은 개별화 구간인 Ⅴ구간 뿐만 아니라 전 구간에서 발생한다. 여기서, 예취 투입구(118)에서 슬롯 투입구(218)까지, 옥수수대 1 본 당 분지 통로(216)의 상하 및 좌우 폭, 즉 정제 통로(200)의 본당 단면적(CSS: Cross Section per Stalk)은 점차적으로 좁아진다. 상기 예취 투입구(118)의 CSS를 CSS ₀ 으로 하고, 상기 슬롯 투입구(218)의 본당 단면적을 CSS _n 으로 하면, CSS는 '0'에서 'n'까지 이르는 과정에서 점차 좁아지게 구현되어 있다. 예를 들면, 초당 30본을 예취하는 예취기가 면적 9,000cm ² 의 예취 투입구를 가지고 있으면, CSS는 300 cm ² 가 되며, 반면, 슬롯 투입구(218)의 CSS는 일반적으로 30cm ² 를 넘지 않는다. 즉, 연속 분지 통로(216)를 지나면서, CSS가 약 1/10로 감소되며, 이처럼, CSS가 급격히 감소하는 이유는, 연속 분지(216)에서 롤러(212) 사이에 압착을 가하면서, 잎과 옥수수통을 털어내기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법은, 상기 분리된 옥수수통 및 잎을 절단하는 절단 단계(S 50) 및 상기 절단된 옥수수통 및 잎을 상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리의 낙하 자리에 미리 포설하는 카펫팅 단계(S 52)를 포함하며, 상기 카펫팅 단계(S 52)에서 사용하지 않고, 남은 정제 부산물을 외부로 배출하는 정제 배출 단계(S 54) 및 상기 분리된 속대를 배출하 는 속대 배출 단계(미도시)를 포함한다.

상기 절단 단계(S 50)는 옥수수 식물로부터 분리된 옥수수통 및 잎을 절단하는 단계이며, 상기 카펫팅 단계(S 52)는 상기 절단된 옥수수통 및 잎을 미리 포설하는 단계로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 정제 통로(200)에서 분리된 옥수수통 및 잎이 수거 통로(300)에 이송되며, 상기 옥수수통 및 잎은 상기 파쇄 배출기(310)에서 절단되며, 절단된 옥수수통 및 잎은 카펫팅 배출부(320)를 통하여 옥수수대 겉대 스트립 덩어리의 낙하 자리에 미리 포설된다. 또한, 상기 정제 배출 단계(S 54)는 상기 카펫팅 단계(S 52)에서 사용하지 않고 남은 것이 외부로 배출되는 단계로서, 상기 절단된 옥수수통 및 잎의 일부는, 도 3에 도시된 바와 같이, 이송관(340) 및 배출구(342)를 통하여 외부로 배출된다. 상기 속대 배출 단계(미도시)는 정제 옥수수대로부터 분리된 속대를 배출하는 단계이다.

상기 옥수수대로부터 속대를 분리하여, 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 단계(S 40)는 본 발명자가 출원한 특허출원 10-2008-0066436호 "옥수수대 속대를 제거하여 겉대를 획득하는 방법 및 장치"에 상세히 기재되어 있으며, 상기 특허출원에 기재된 내용은 본 명세서에 모두 포함된다. 상기 정제 옥수수대로부터 속대를 분리하여 옥수수대 겉대 스트립(CSRS)을 획득하는 단계(S 40)는, 상기 정제 옥수수대를 길이 방향으로 절단하여, 옥수수대 속대를 노출시키는 단계; 상기 정제 옥수수대 속대가 일정한 방향을 향하도록, 상기 절단된 옥수수대를 배열하는 단계; 상기 절단된 옥 수수대를 압착하여 펼침으로서, 옥수수대 속대의 노출 면적을 증가시키는 단계; 및 상기 펼쳐진 옥수수대 속대 면을 긁어, 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 단계를 포함한다.

상기 정제 옥수수대를 절단하여, 속대를 노출시키는 단계는, 옥수수대 속대의 표면적을 최대로 노출시키도록, 옥수수대 단면 중심을 따라 길이 방향(longitudinal)으로 절단하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 옥수수대 단면 중심을 따라 절단하는 경우, 반원 실린더 모양의 옥수수대 2개를 얻을 수 있다. 상기 절단된 정제 옥수수대를 배열하는 단계는, 상기 옥수수대의 속대가 일정한 방향을 향하도록 배열하는 면 지향 일관성(side orientation consistency)을 의미하며, 이는 상기 절단된 정제 옥수수대의 속대가 지면을 향하거나 겉대가 지면을 향하도록 배열하는 것이다. 상기 옥수수대 속대를 노출시키는 단계와 상기 절단된 옥수수대를 배열하는 단계의 한정되지 않은 예로, 옥수수대를 한 본씩 투입하여 길이 방향으로 움직이는 방식이 바람직하다. 이렇게 옥수수대가 한 본씩 투입되어 길이 방향으로 움직이는 동선을 "슬롯"이라고 명한다. 슬롯을 따라 옥수수대가 이동하면서 이루어지는 작업을 통하여, 첫째, 상기 옥수수대를 한 본씩 투입된 후, 옥수수대 단면의 중앙선이 칼날을 향해 들이 밀어 지도록 옥수수대의 좌우 대칭 간격을 유지하여, 옥수수대를 길이 방향(longitudinal)을 따라 길게 세로로 반으로 갈라서 반원 실린더를 획득하는 것, 둘째, 반원 실린더의 속대 면이 면 지향 일관성(side orientation consistency)을 갖도록, 예를 들어, 드러난 속대 면이 지면으로 향하 거나, 겉대 면이 지면으로 향하도록 눕히는 것을 실행할 수 있다. 상기 단계를 실행하면, 속대가 드러난 면 지향 일관성을 갖는 두 개의 반원 실린더 모양의 옥수수대를 얻을 수 있다.

상기 절단된 옥수수대를 압착하여 펼침으로서, 상기 옥수수대 속대의 노출 면적을 증가시키는 단계는, 예를 들어, 상기 절단된 옥수수대의 속대가 잘 노출되도록 하기 위해, 펼치기 힘 작용은 상기 반원 실린더 모양의 옥수수대 겉대 쪽에서 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 상기 펼쳐진 옥수수대의 속대 면을 긁어내는 단계는, 속대 면에 대패 접촉을 집중시켜 겉대의 손상을 최소화한 상태에서 최대한 완벽하게 속대를 긁어낸다. 즉, 면 지향 일관성을 갖는 반원 실린더 모양의 옥수수대의 속대가 지면을 향해 있을 경우, 상기 대패가 상기 옥수수대의 아래쪽에서 작용하고, 반대의 경우, 상기 대패가 상기 옥수수대의 위쪽에서 작용한다. 이 원리를 "면 지향 대패질(Side-Oriented Planing)"이라고 명한다.

상기 옥수수대 겉대 스트립으로 로프를 만드는 제삭(製索) 단계(S 60)는 상기 속대 분리 단계(S 40)의 종료 부분에서 시작된다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법의 제삭 단계를 설명하기 위한 도면이다. 상기 속대 분리 단계(S 40)는 도 6에 도시된 바와 같이, 옥수수대가 한 본 씩 순차적으로 이동되는 슬롯(410)으로 이루어져 있다. 도 6에서는 16개 슬롯(410)으로 이루어진 분리 단계에 연결되는, 정제 통로의 슬롯 투입구(218)를 보여준다. 도 6에 도시된 바와 같이, 속대 분리 단계(S 40)의 산출물은 16개 슬롯(410)에 의하여, 32개 옥수수대 겉대 스트립으로 나오게 된다. 한 슬롯 당 반원 실린더 2개씩 생기므로, 32개 옥수수대 겉대 스트립이 되는 것이다. 상기 제삭 단계(S 60)는 옥수수대 겉대 스트립의 일부 또는 전부를 로프로 만드는 단계로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 제삭기(510) 및 제2 제삭기(520)로 이루어질 수 있다. 제1 제삭기(510)는 두 슬롯, 즉 4개 옥수수대 겉대 스트립을 1차로 로프를 만드는 수단으로, 두 슬롯(410) 당 한 대씩 연결되어 있다. 제2 제삭기(520)는 2대의 제1 제삭기(510) 당 한 대의 제삭기(520)가 위치하며, 이는 4개의 슬롯(410), 8개의 옥수수대 겉대 스트립에 해당한다. 상기 로프는 상기 제1 제삭기(510) 및 제2 제삭기(520)를 통하여 단계적으로 만들어지므로, 작업의 효율성 및 운영의 제어가능성이 높아지며, 결국 견고한 로프를 만들 수 있게 된다. 더욱이 제3 제삭기 및 제4 제삭기가 위치할 수 있다. 상기 제1 제삭기(510) 및 제2 제삭기(520)를 통하여 만들어진 로프는 엮음 단계(S 70)인 권선기(610)로 들어간다. 또한, 상기 제삭 단계(S 60)는 옥수수대 겉대 스트립 전부를 로프로 만드는 것이 바람직하다. 예를 들면, 2차 제삭을 통해 직경 5 내지 30m 정도로 만들어진 로프를 사려서 자연건조 시키면, 건조가 진행됨에 따라 로프를 이루었던 옥수수 겉대 스트립 사이에 통풍 공간이 생겨서 곰팡이가 발생하거나 부패하지 않고 건조된다.

상기 엮음 단계(S 70)는, 상기 속대 분리 단계(S 40)를 통과한 옥수수대 겉대 스트립 로프를 엮는 단계로서, 상기 옥수수대 겉대 스트립 로프를 일정 길이로 틀어서, 또아리를 만들거나 공 모양을 만든다. 또한, 상기 엮음 단계(S 70)는, 상기 속대 분리 단계(S 40)를 통과한 옥수수대 겉대 스트립을 상기 옥수수대 겉대 스트립 로프를 이용하여, 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 만들 수 있다. 따라서, 상기 엮음 단계(S 70)는 옥수수대 겉대 스트립 로프를 이용하여, 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 만들므로, 나중에 바이오파이버 원료로 투입할 때에 로프를 빼내어야 할 필요가 원천적으로 제거되며, 로프를 별도로 저장해서 자동으로 풀어주는 공간 및 장치가 불필요하게 된다. 예를 들면, 초당 16본을 예취하는 경우, 시간당 1헥타, 즉 약 6만본을 처리하며, 100본 단위로 로프를 사용해서 묶고, 로프를 한 번 사용할 때마다 약 2미터를 쓰면, 시간당 1.2km의 로프를 사용하게 된다. 수확 시즌에 하루 15시간 작업을 하면, 이는 하루 약 20km의 로프를 사용하게 되며, 따라서, 로프를 별도로 준비하게 되면, 로프를 저장하고 풀어주는 장치의 크기는 기계 전체에 대해 상당한 부담을 주게 된다. 상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리(CSRSP)는, 일체의 인위적 이물질 없이 전체가 모두 옥수수대 겉대 스트립으로 이루어지며, 자연 건조를 위한 통풍이 잘 되는 형상을 가지며, 그 형상을 만들기 위한 기계 구조가 단순하며, 자연 건조가 끝난 후 회수할 때, 회수 작업이 용이하게 이루어지도록 형상이 유지되어야 한다.

상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리(CSRSP)를 밭에 떨어뜨리는 낙하 단계(S 80)는 상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 자연 건조시키는 단계로서, 상기 자연 건조 기간은 상기 옥수수 식물의 수확 시점에 따라 달라진다. 상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리의 낙하 주기는 임의로 조절할 수 있으며, 낙하 위치 및 낙하 순서는 필요에 따라 달라질 수 있다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법의 낙하 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 옥수수대 겉대 스트립 덩어리는 본 발명에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치(10)가 진행할 때, 상기 장치(10)의 후미 중앙에서 낙하시키는 것보다, 세로 중앙선(720)으로부터 최소 좌측으로 50cm 또는 우측으로 50cm 치우쳐 낙하하는 것이 바람직하다. 즉, 좌측으로 치우치는 경우, 좌측 종단으로부터 최소 50cm 또는 우측으로 치우치는 경우, 우측 종단으로부터 최소 50cm 치우쳐서 낙하시키는 것이 바람직하다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 장치(10)는 우측으로 치우쳐서 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 낙하하며, 화살표(722)는 낙하 작업의 진행 방향, 즉, 상기 장치(10)의 이동 방향을 의미하며, 굵은 점선(724)은 작업 경계선을 의미한다. 따라서, 상기 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치(10)의 낙하 작업이 진행함에 따라, 낙하된 옥수수대 겉대 스트립 덩어리는 하나의 띠(zone)를 이루게 된다. 예를 들면, 상기 장치(10)의 세로 중앙선(720)으로부터 우측으로 70cm 치우친 경우, 상기 장치(10)의 작업폭, 즉 예취폭이 3m라고 가정해 보자. 이 경우, 'n'번째 열(710)의 옥수수대 겉대 스트립 덩어리는, 'n+1'번째 열(712)의 옥수수대 겉대 스트립 덩어리와 그 중심을 기준으로 1m 40cm의 폭을 가지게 되며, 'n+1' 번째 열(712)과 'n+2'번째 열(714)은 4m 60cm의 폭을 가지게 된다. 즉, 나중에 자연 건조가 끝난 후, 중간에 수집 회수 장비가 운행될 수 있는 충분한 공간이 나온다. 또한 두 열의 옥수수대 겉대 스트립 덩어리가, 1m 40cm라는, 비교적 좁은 폭을 두고 위치하기 때문에, 수집 회수의 생산성이 높아 질 수 있다.

또한, 상기 낙하 단계(S 80)는 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 자연 건조시키기 위한 것이므로, 상기 낙하 단계(S 80) 이전에 카펫팅 단계(S 52)가 선행하는 것이 바람직하다. 자연건조는 1주일 이상 걸리는 바, 그 동안 흙이나 먼지가 옥수수대 겉대 스트립 덩어리에 묻으면 바이오파이버 원료로서의 품질이 저하된다. 따라서, 옥수수대 겉대 스트립 덩어리(CSRSP)가 하나씩 만들어질 때마다, 시차(△t)를 두고 그 낙하 시점(t ₁ )에 조금 선행한 시점(t ₂ )해서 카펫팅 저장 탱크(322, 도 7a 참조)의 카펫 배출구(324)가 열리면, 카펫이 형성된다. 이를 위해 본 발명에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치는 옥수수대 겉대 스트립 덩어리(CSRSP)가 형성되는 주기와 시점을 모니터링하는 낙하 제어부(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 카펫팅 작업과 낙하 작업을 모니터링하고, 각각 작업 주기 및 순서를 임의로 조절할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치에 대하여 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치는, 밭에 서 있는 옥수수 식물의 옥수수대의 아래 부분을 절단하고, 상기 절단된 옥수수 식물을 끌어들이는 예취 수단(100); 상기 예취 수단의 일단에 연결되며, 길이 방향으로 통과시켜, 상기 절단된 옥수수 식물로부터 옥수수통 및 잎을 분리하여, 정제 옥수수대를 만드는 정제 통로(200); 상기 정제 통로의 일단에 연결되며, 상기 정제 옥수수대로부터 속대를 분리하여 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 수단(400); 상기 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 수단의 일단에 연결되며, 상기 옥수수대 겉대 스트립을 일정 단위로 계량하고, 계량된 단위로 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 만드는 엮음 수단(600); 및 상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 밭에 떨어뜨리는 낙하 수단(미도시)을 포함한다. 상기 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치는 트랙터와 하나의 몸체로 결합된 자주식 기계 (self-propelled machinery)일 수 있고, 트랙터가 견인하는 견인식 기계 (pull-type machinery)일 수 있다. 도 3은 자주식 기계를 도시하고 있으며, 도면 부호 800은 트랙터를 의미한다.

상기 예취 수단(110)은, 밭에 서 있는 옥수수 식물 상태의 옥수수대의 아래 부분을 절단하고, 절단된 옥수수 식물을 끌어들이는 수단이다. 상기 예취 수단(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 선단에 형성되어 있으며, 일단은 정제 통로(200)와 연결되어 있으며, 절단된 옥수수대는 길이 방향으로 정제 통로(200)로 이송된다. 상기 예취 수단(100)은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 두 개의 예취대(112)에 각각 이송 회전톱(115) 및 절단 회전톱(116)이 형성되어 한 쌍으로 작용하며, 상기 이송 회전톱(115) 및 절단 회전톱(116) 사이에는 이송 가이드(114)가 형성되어 있다. 상기 절단 회전톱(116)은 상기 이송 회전톱(115)의 하부에 형성되어, 밭에 서 있는 옥수수 식물을 절단하며, 절단된 옥수수 식물은 상기 이송 회전톱(115)에 의하여 예취 투입구(118)로 들어가게 된다. 상 기 이송 가이드(113)는 옥수수 식물의 절단을 용이하게 도와주며, 상기 이송 회전톱(115)은 다수의 회전톱이 상하로 배열되어, 절단된 옥수수 식물을 길이방향으로 상기 예취 투입구(118)로 들어가게 도와준다. 상기 도 4a에 도시된 본 발명에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 예취 수단을 로터리 콘 헤드(rotary corn head) 형식이라고 부르며, 반면, 도 4b에 도시된 예취 수단을 커터바(cutter bar) 형식이라고 부른다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 다른 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 예취 수단은 평행하게 배열된 2개의 예취대(122a, 122b) 및 상기 예취대(122a, 122b) 중간에 위치한 중심부(124)를 포함하며, 상기 중심부(124)를 기준으로 좌우에 한 쌍으로 작용하는 체인형 톱(126)이 각각 중심부(124) 및 예취대(122a, 122b)의 측면에 마주보도록 위치한다. 상기 체인형 톱(126)은 이송 기능 및 절단 기능을 발휘할 수 있으며, 밭에 서 있는 옥수수 식물은 상기 체인형 톱(126)에 의하여 절단되어, 정제 통로(200) 속으로 길이 방향으로 끌려 들어가게 된다. 또한, 별도의 절단용 톱(미도시)이 상기 체인형 톱(126)의 하부에 형성되어, 밭에 서 있는 옥수수 식물을 절단할 수 있다. 상기 로터리 콘 헤드 형식의 예취 수단 및 커터바 형식의 예취 수단은 통상적인 먹이 수확기(forage harvester) 및 알곡 수확기(combine harvester)에서 사용되고 있으며, 상기 로터리 콘 헤드 형식의 예취 수단은 커터바 형식의 예취 수단에 비하여 제조원가가 많이 소요되지만, 옥수수 이랑 간격(row space)에 구애받지 않고 작업할 수 있는 장점을 가진다.

상기 정제 통로(200)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 연속 분지(sequentially branching out) 구조를 통해 예취 투입구(118)에서 다발로 들어온 옥수수대를 개별화시켜서 슬롯 투입구(218)에 한 번에 하나씩 넘겨주며, 그 분지 및 이송 과정에서 옥수수통과 잎을 털어서 정제해낸다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 여러 가지 형상 및 크기를 가진 다수의 롤러(212)가 위아래로 배열되며, 상기 절단된 옥수수 식물(70)이 상기 롤러(212) 사이로 통과하여, 옥수수통 및 잎이 분리되어, 정제 옥수수대만 남게 된다. 상기 롤러(212)는 잎과 옥수수통을 효과적으로 정제 통로(200) 외부로 배출하기 위하여, 롤러(212)의 위아래 폭이 점점 좁아지고, 축 방향이 뒤틀린 롤러를 사용할 수 있으며, 다양한 형상을 가진 롤러도 사용될 수 있다. 상기 롤러(212) 사이의 배열 간격도 간헐적으로 확장 또는 축소될 수 있다. 따라서, 상기 롤러(212)의 진행에 의하여 절단된 옥수수 식물이 분리 수단(400) 쪽으로 이동하면서, 옥수수통 및 잎이 상기 정제 통로(200)의 하부에 설치된 수거 통로(300)로 수거된다. 또한, 상기 정제 통로(300)는 상기 롤러(212)에 홈(214)이 형성되어, 상기 잎과 옥수수통을 분리할 수 있으며, 상기 홈(214)은 일반적으로 옥수수대의 진행 방향에 대하여 수직 방향으로 위치하며, 특히, 상기 진행 방향에 대하여 경사져 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 옥수수 잎 및 옥수수통은 용이하게 분리된다. 상기 정제 통로(200)에서 분리된 옥수수대와 잎을 "정제 부산물"이라 부른다. 개별화 구간(Ⅴ 구간)을 예로 들면, 상기 정제 부산물은 도 5b에 나오는 롤러(212) 사이의 빈틈으로 떨어지게 된다. 상기 롤러(212) 사이의 틈으로 정제 부산물이 빠져나가는 현상은 개별화 구간에서만 일어나는 것이 아니라, 그에 선행하는, 연속 분지(216) 의 거의 모든 구간에 걸쳐 일어난다. 따라서, 여러 등급의 생산 능력을 가진 제품 모델을 만들 수 있는 데, 이에 따라 예취 투입구(118)의 크기, CSS ₀ 의 크기, 연속 분지(216)의 길이, 롤러(212)의 조합은 매우 다양해진다. 그러나 어느 경우가 되든, 본 발명에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치는, 예취 투입구(118)로부터 슬롯 투입구(218)까지 옥수수대를 이동시키면서, 첫째, 연속 분지(216)를 통해 최종적으로 개별화 구간을 만들어 슬롯 투입구(218)에 옥수수대를 한 본 씩 차례로 공급하게 되고, 둘째, 상하, 좌우, 비스듬히 대칭을 이루는 롤러(212) 쌍으로 이루어진 통로를 사용하여, 이동하는 중에 잎과 옥수수대를 털어 내며, 셋째, CSS ₀ 에서 CSS _n 까지 약 5:1에서 30:1 사이의 비율이 되도록 연속적으로 CSS를 좁혀나간다는 기본 원리는 공통된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 정제 통로(200)의 하단에 위치하여, 상기 분리된 옥수수통 및 잎을 수거하는 수거 통로(300); 상기 수거 통로(300)의 일단에 연결되며, 상기 분리된 옥수수통 및 잎을 고속 회전 칼날로 잘게 절단하는 파쇄 배출기(310); 상기 파쇄 배출기(310)의 일단에 연결되어, 상기 절단된 옥수수통 및 잎을 이송하는 이송관(340); 및 상기 이송관의 다른 일단에 연결되어, 상기 절단된 옥수수통 및 잎을 외부로 방출하는 배출구(342)를 포함한다.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 파쇄기를 설명하기 위한 도면이다. 상기 수거 통로(300)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 일단이 파쇄 배출기(310)와 연결되어 있으며, 상기 파쇄 배출기(310)는 도 7a에 도시된 바와 같이, 고속 회전 칼날로 이루어진 절단기(312), 공기 배출기(314, air blower), 개폐기(316) 및 출구(318)를 포함하며, 상기 절단기(312)에 의해 적절한 길이로 절단된 옥수수통과 잎은 공기 배출기(314)에 의해 출구(318)로 보내진다. 상기 출구(318)는 두 개의 통로로 갈라지며, 그 중 하나는 이송관(340)으로 연결되어 배출구(342)를 통하여 외부로 배출되며, 다른 하나는 카펫팅을 위한 카펫팅 배출부(320)로 연결된다. 상기 개폐기(316)는 배출구(342)로 보내는 배출량 및 카펫팅 배출부(320)로 보내지는 배출량을 조절하는 수단이다. 상기 카펫팅 배출부(320)는 카펫팅 저장탱크(322) 및 카펫팅 배출구(324)를 포함하며, 상기 저장탱크(322)는 카펫팅 배출구(324)가 지면을 향해 되어 있으며, 상기 파쇄 배출기(310)의 출구(348)로부터 연결되어 있기 때문에, 일정한 압력이 존재한다. 제어부(미도시)를 통하여, 카펫팅 배출구(324)가 열리면, 상기 저장 탱크(322)로부터 절단된 옥수수통과 잎이 카펫팅 배출구(324)를 통해 지면에 뿌려지면서 카펫을 형성하게 된다. 카펫을 형성하는 위치 및 주기는 임의로 조절가능하다.

속대를 분리하여 상기 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 수단(400)은, 상기 정제 통로(200)와 연결되며, 옥수수대가 한 본씩 구분하여 투입되는 다수의 슬롯; 상기 옥수수대를 길이 방향으로 절단하여, 옥수수대 속대를 노출시키는 절단 칼날; 상기 절단 칼날에 의해 절단된 옥수수대의 속대가 일정한 방향을 향하도록, 상기 절단된 옥수수대를 배열하는 면 지향 눕히기 수단; 상기 절단된 옥수수대를 압착하여 펼침으로써, 상기 옥수수대 속대의 노출 면적을 증가시키는 펼치기 수단; 및 상기 펼쳐진 옥수수대의 속대 면을 긁어내는 면 지향 대패 수단을 포함하며, 필요에 따라 절단 밀어주기 수단 등을 포함할 수 있다. 상기 슬롯, 절단 칼날, 면 지향 눕히기 수단, 펼치기 수단, 면 지향 대패 수단 및 절단 밀어주기 수단의 구조 및 작용은 본 발명자의 특허출원 제10-2008-0066436호 "옥수수대 속대를 제거하여 겉대를 획득하는 방법 및 장치"에 상세히 기재되어 있으며, 상기 특허출원에 기재된 내용은 본 명세서에 모두 포함된다.

상기 슬롯은 옥수수대를 한 본(本)씩 구분하여 투입할 수 있는 것으로, 상기 옥수수대가 한 본씩 차례로 투입되는 자리를 "슬롯"이라 한다. 상기 슬롯 투입구(218)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 연속 분지 정제 통로(200)의 개별화 구간이 종료되는 지점에서 시작되며, 연속 분지 정제 통로(200)의 개별화 구간(Ⅴ 구간)이 종료되는 지점에서 슬롯(410)이 시작된다. 상기 슬롯 투입구(218)를 지난 정제 옥수수대는 상기 슬롯(410) 구간에서 길이 방향(longitudinal)으로 이동하면서 절단 칼날을 지나면서 두 개의 반원 실린더로 갈라진다. 즉 상기 슬롯(410)은 두 개의 서브 슬롯으로 분기(分岐)되며, 서브 슬롯 하나에 한 개의 반원 실린더 모양의 옥수수대를 통과시켜, 후속 단계의 방법이 이어지게 된다. 상기 슬롯 투입구(218)를 지나 슬롯(410)으로 진입한 옥수수대는 절단 밀어주기 수단에 의해 절단 단계로 들어가게 된다. 상기 절단 밀어주기 수단과 관련하여, 상기 절단 칼날과 옥수수대가 접촉하는 지점에서, 상기 옥수수대 단면의 중앙선이 상기 절단 칼날과 접촉할 수 있게 옥수수대가 좌우 대칭을 이루도록 조정하는 가이드와 옥수수대를 밀어주는 롤러로 이루어져 있다. 상기 가이드는 옥수수대가 뒤틀려 있더라도 절단 칼날과 접촉하는 지점에서는 항상 옥수수대의 중앙선을 맞추어, 절단 칼날이 옥수수대의 중앙선을 절단하게 한다. 이러한 가이드는 'V' 자(字) 형태의 홈에 옥수수대를 누르면서 절단 칼날 방향으로 밀어 주는 간단한 구조로도 구현이 가능하며, 보다 정교하게는, 양쪽에 스프링 롤러를 달아서 'V' 자(字) 형태의 홈을 구성하여 옥수수대의 직경에 변화가 있더라도 항상 옥수수대의 단면 중앙선이 절단 칼날에 닿도록 만들어 주는 방법으로도 구현 가능하다.

상기 절단 칼날은, 상기 옥수수대를 길이 방향으로 절단하여 옥수수대 속대를 노출시키는 것으로, 옥수수대의 진행방향에 마주 보고 서 있으며, 상기 옥수수대를 절단하여 반원 실린더 모양 옥수수대 2개로 나눈다. 상기 면 지향 눕히기 수단은, 상기 절단 칼날에 의해 절단된 옥수수대의 속대가 일정한 방향을 향하도록, 상기 절단된 옥수수대를 배열하는 것으로, 상기 절단된 옥수수대의 절단면에 평행하게 위치하며, 상기 절단된 옥수수대의 진행방향 쪽으로 아랫부분 또는 윗부분의 폭은 좁게 유지되는 반면, 윗부분 또는 아랫부분의 폭이 갈수록 넓어지는 곡면 입체를 가진다. 구체적으로, 상기 면 지향 눕히기 수단의 윗부분의 폭이 갈수록 넓어지면, 상기 두 개의 절단된 옥수수대 즉, 반원 실린더 모양 옥수수대의 겉대가 지 면을 향하도록 눕혀지게 되고, 아랫부분의 폭이 갈수록 넓어지면, 상기 반원 실린더 모양 옥수수대의 속대가 지면을 향하도록 눕혀져, 면 지향 일관성(Side Orientation Consistency)을 가지게 된다.

상기 펼치기 수단은 상기 절단된 옥수수대를 압착하여 펼침으로서, 상기 옥수수대 속대의 노출 면적을 증가시키는 것으로, 상기 절단된 옥수수대의 겉대 면 상부를 압착하는 1 내지 10개, 바람직하게는 2 내지 4개의 롤러이다. 롤러에는 15mm 이내의 좁은 간격으로 산과 골이 존재하여 반원 실린더를 압착하여 평평하게 펴주는 역할을 한다. 롤러의 구체적 형상과 롤러 쌍의 개수에는 매우 다양한 조합이 나올 수 있지만, 펼치기 과정을 구성하는 롤러 쌍들 사이의 간격이 진행 방향을 따라 점점 좁아지는 것이 바람직하다. 처음의 펼치기 롤러쌍 사이의 간격을 SRSS(Spreading Roller Set Space)라고 이름하고, 진행방향을 따라 롤러쌍 사이의 간격을 최초의 것을 SRSS ₁ 이라 하고 최종의 것을 SRSS _n 이라고 하면, SRSS ₁ 은 4mm 이상인 편이 바람직하고 SRSS _n 은 4mm 이하인 편이 바람직하다.

상기 면 지향 대패 수단은, 상기 펼쳐진 옥수수대의 속대 면을 긁어내는 것으로, 상기 펼쳐진 옥수수대의 속대 면 쪽에 위치하는 회전 대패로 이루어진다. 한정되지 않은 예로, 상기 펼쳐진 옥수수대의 속대 면 쪽에 위치한 회전 대패와 상기 펼쳐진 옥수수대의 겉대 면 쪽에 위치하는 상기 펼쳐진 옥수수대를 이동시키는 롤 러 혹은 컨베이어로 이루어질 수 있다. 상기 회전 대패는 연속해서 복수로 존재하면서 진행 방향을 따라 점차, 상기 겉대 면 쪽에 위치한 롤러 혹은 컨베이와 사이와의 간격이 좁아진다. 상기 회전 대패날의 정점과 롤러 사이의 거리는 약 2 내지 10mm 사이의 간격이 형성되어 있으며, 바람직하게는, 2 내지 3개의 대패가 연속으로 이어지면서 처음 롤러와 처음 대패 사이의 간격은 5 내지 10mm 이고, 다음 쌍에서는 4 내지 7mm이며, 마지막 롤러와 마지막 대패 사이의 간격은2 내지 5mm인 것이 바람직하다. 또한, 상기 면 지향 대패 수단은 상기 펼치기 수단에 의해 속대가 압착될 수 있으므로, 상기 대패 이전에 철로 만들어진 브러시 등을 더욱 포함하여, 압착된 속대를 다시 일으켜 세우고 대패질이 좀 더 쉽게 이루어질 수 있도록 만들 수 있다. 상기 대패와 브러시의 배열에 관해서는 매우 다양한 조합이 존재할 수 있으나, 어떤 조합이라 할지라도 "속대 면에 대패 접촉을 집중시켜 겉대의 손상을 최소화한 상태에서 최대한 완벽하게 속대를 긁어낸다"는 원리는 일관되게 지켜야 한다. 상기 회전 대패는 속대를 긁어내어 아래로 떨어뜨리게 되며, 상기 분리된 속대는 따로 "속대 분리 수거 통로"를 통해 모아져 공기 이송 장치를 통해 속대 배출구를 거쳐 외부로 배출된다.

상기 제삭 수단(미도시)은 옥수수대 겉대 스트립으로 로프를 만드는 수단으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 두 개의 제삭기(510, 520)가 사용될 수 있다. 상기 제삭기(510, 520)는 풀이나 짚을 가지고 새끼를 꼬는 로프 제삭기(製索機)로서, 통상적인 제삭기가 사용될 수 있다. 제1 제삭기(512)는 2개 내지 3개의 슬롯당 하나 를 배치하는 것이 바람직하며, 도 6은 2개 슬롯 당 하나의 제삭기가 위치하는 경우를 나타낸 것이며, 제1 제삭기(510)에서 나온 로프는 제2 제삭기(520)로 투입된다. 연속적 제삭 작업을 거치더라도 옥수수대 겉대 스트립 로프(CSRSR)의 직경은 15cm를 넘지 않는 편이 바람직하다. 옥수수대 겉대 스트립 로프(CSRSR)의 직경이 너무 크면, 안쪽에 있는 옥수수대 겉대 스트립 로프의 자연건조가 순조롭지 않기 때문이다.

상기 엮음 수단(610)은 상기 옥수수대 겉대 스트립을 일정 단위로 계량하고, 계량된 단위로 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 만드는 수단으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 제삭기(520)의 일단에 권선기(610)가 형성되어 있으며, 상기 권선기(610)는 통상적인 권선기가 사용될 수 있다. 상기 권선기(610)에는 각 사리마다 권선 작업의 진도를 모니터링하는 엮음 수단 센서(미도시)가 장착될 수 있다. 이 센서의 원리는, 권선기(610)에 감기는 사리의 두께를 감지하는 방식이 될 수도 있고, 권선기 축의 회전수를 카운팅하는 방식이 될 수도 있다.

본 발명에 따른 옥수수 식물로부터 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치는 "옥수수통 수확(Corn Ear Harvesting)"의 경우, "알곡 수확(Corn Combine Harvesting)"의 경우 및 "먹이 수확(Forage Harvesting)"의 경우에도 적용된다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 알곡 수확과 결합하여, 혹은 옥수수통 수확과 결합하여, 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법을 설명하는 순서도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 예취 단계(S 10); 옥수수통 및 잎을 제거하여 정제 옥수수대를 얻는 정제 단계(S 30); 옥수수대로부터 속대를 분리하여 옥수수대 겉대 스트립(CSRS, corn stalk rind strip)을 얻는 단계(S 40); 상기 옥수수대 겉대 스트립으로 로프를 만드는 제삭(製索) 단계(S 60); 상기 옥수수대 겉대 스트립을 엮어서 덩어리로 만드는 엮음 단계(S 70); 상기 옥수수대 겉대 스트립 덩어리를 밭에 떨어뜨리는 낙하 단계(S 80)를 포함하며, 또한, 상기 예취 단계(S 10) 및 정제 단계(S 30)의 사이에, 상기 절단된 옥수수 식물의 옥수수대로부터 옥수수통을 분리하는 단계(S 20)를 포함하며, 아울러 상기 분리된 옥수수통으로부터 옥수수 알곡을 채취하는 탈곡 단계(S 22) 및 상기 옥수수 알곡을 외부로 송출하는 알곡 송출 단계(S 24)를 포함한다.

상기 옥수수통 분리하는 단계(S 20)는 옥수수대로부터 옥수수통을 분리하는 단계로서, 옥수수대를 두 개의 원기둥형 롤러 사이를 통과시키면, 옥수수통이 훑어져서 분리된다. 옥수수대를 두 개의 원기둥형 롤러 사이를 통과시켜서 옥수수통을 분리하는 수단은 통상적인 옥수수통 수확기(Corn Ear Harvester) 및 알곡 수확기(Combine Harvester)에 사용되고 있는 장치가 사용될 수 있다. 상기 분리 단계(S 20)에서 분리된 옥수수통은 탈곡 단계(S 22)로 이송되지 않고, 별도로 수거될 수 있다. 즉, 상기 분리 단계(S 20)에서 분리된 옥수수통은, 상기 분리된 옥수수통을 따로 모으는 수거 단계(미도시)로 진입할 수 있으며, 상기 수거된 옥수수통은, 수 거된 옥수수통을 임시로 저장하는 저장 단계(미도시)로 이어질 수 있다. 또한, 상기 저장된 옥수수통은 저장통을 운반 차량 쪽으로 비워내는 비워내기 단계(미도시)로 이어질 수 있다. 아울러, 상기 옥수수통 분리 단계(S 20)에서 발생하는 일부 옥수수 잎과 쭉쟁이 옥수수통은, 별도의 수거 통로를 통해 수거 단계(미도시)를 거쳐서 절단 단계(미도시)로 이어질 수 있다.

상기 탈곡 단계(S 22)는 상기 분리된 옥수수통으로부터 옥수수 알곡을 채취하는 단계로서, 여기서 '탈곡'이란 옥수수통의 껍질(corn husk)을 제거한 후, 옥수수 하모니카(corn cob)로부터 알곡(corn grain)을 털어내는 과정을 의미한다. 상기 채취된 옥수수 알곡은, 상기 옥수수 알곡을 외부로 송출하는 알곡 송출 단계(S 24)로 넘어간다. 또한, 상기 탈곡 단계(S 22)에서 발생하는 부산물은 부산물 수거 단계(미도시)로 보내지며, 수거된 부산물은 절단 단계(미도시)로 보내져 절단된다. 상기 탈곡 단계(S 22)에 사용되는 탈곡기는 본 발명에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치에 장착될 수 있으며, 별도의 장치로 분리되어, 상기 본 발명에 따른 장치와 함께 이동하는 장치로 구성될 수 있다. 상기 별도의 기계 장치는 자주식(self-propelled) 장치일 수도 있고, 트레일러 형태로 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치 뒤에 매달려 올 수도 있다. 이 경우, 옥수수통을 분리한 후, 옥수수통을 별도의 탈곡 기계 장치로 송출하는 단계가 먼저 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법 및 장치에 있어서, "먹이 수확(Forage Harvesting)"의 경우가 적용될 수 있다.도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 파쇄기를 설명하기 위한 도면이다. 옥수수통 및 잎을 카펫팅 용으로 사용하는 경우, 보통 2 내지 3cm 정도로 절단되나, 먹이 수확의 경우, 5mm 이하로 절단한다. 카펫팅의 경우, 절단 크기를 키우는 이유는, 너무 잘게 토막치는 경우, 건조되기 전에 발효하거나 혹은 바람에 흩어지기 쉽기 때문이다. 따라서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 파쇄기(310)는 제2 절단기(332) 및 제2 공기 배출기(334)를 더욱 포함한다. 상기 제2 절단기(332) 및 제2 공기 배출기(334)의 구조 및 작동은 도 5a에 도시된 절단기(312) 및 공기 배출기(314)와 유사하며, 상기 제2 절단기(332)의 절단 속도 및 절단 간격은 절단되는 크기에 따라 달라진다. 절단기(312)에서 2 내지 5cm 이상의 크기로 파쇄된 옥수수통 및 잎은 출구(318)로 보내지며, 일부는 카텟팅 저장탱크(322)로 보내지며, 일부는 제2 절단기(332)로 보내진다. 제2 절단기(332)는 대상물을 2 내지 5cm 이하로 절단하며, 제2 공기 배출기(334)에 의하여 이송관(340, 도 3 참조)으로 보내져, 배출구(342, 도 3 참조)에 의하여 외부로 배출된다. 또한, 상기 먹이 수확용으로 절단된 옥수수통 및 잎은 공기 배출기(미도시)를 통하여, 본 발명에 따른 옥수수대 겉대 스트립 얻는 장치와 같이 이동하는 먹이 수확용 트레일러로 보내지는데, 이 경우 분리 단계(S 40, 도 1 참조)에서 분리된 속대도 상기 트레일러로 보내진다. 상기 트레일러로 먹이를 공기 이송시키기 위해서는 일반적으로 약 5 내지 10m의 거리를 날아 갈 수 있는 정도의 힘으로 분사시키므로, 먹이 수확기와 겉대 스트립 얻는 장치가 결합하는 경우, 파쇄물 배출 및 속대 배출을 위한 공기 배출기는 상대적 으로 강력해져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법을 설명하는 순서도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 알곡 수확과 결합하여, 혹은 옥수수통 수확과 결합하여, 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법을 설명하는 순서도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 측면도.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 예취 수단을 설명하는 사진.

도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 예취 수단의 평면도.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 정제 통로를 설명하기 위한 도면.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 정제 통로의 측면도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법의 제삭 단계를 설명하기 위한 도면.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 파쇄기를 설명하기 위한 도면.

도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 장치의 파쇄기를 설명하기 위한 도면.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 옥수수대 겉대 스트립을 얻는 방법의 낙하 단계를 설명하기 위한 도면.