KR101628569B1

KR101628569B1 - 고압 솔레노이드 밸브

Info

Publication number: KR101628569B1
Application number: KR1020140178105A
Authority: KR
Inventors: 황기호; 최영민; 김창호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2016-06-08
Also published as: CN105697195A; CN105697195B; DE102015221423A1; US20160169404A1

Abstract

본 발명은 고압 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 입구포트 및 출구포트가 형성되어 메인유로를 갖는 바디에 연결된 밸브하우징과; 상기 밸브하우징의 둘레에 권선된 솔레노이드코일의 자기력에 의해 밸브하우징의 일 측에 구비된 고정철심을 자화시켜 하측에 구비된 플런저A와 플런저B를 순차적으로 당겨 상기 바디의 메인유로를 개방하고, 상기 고정철심과 플런저B 사이에 탄성 구비된 메인스프링에 의해 메인유로를 닫을 수 있게 구성된 고압 솔레노이드 밸브에 있어서,
상기 고정철심은 상기 밸브하우징에 결합되는 디스크커버에 의해 일 측에 고정되는 제2고정철심과; 상기 제2고정철심에서 플런저B 측으로 왕복 작동할 수 있게 제1고정철심으로 분할 구성되며, 상기 제1,2고정철심 사이에 상기 제1고정철심을 플런저B 측으로 가압하는 보조스프링이 탄성 구비하여 구성하거나, 상기 플런저B는 제1플런저와 제2플런저로 분할 되며, 그 사이에 탄성 구비된 보조스프링에 의해 상기 제1,2플런저가 상호 반대측으로 벌어지게 구성된 솔레노이드 밸브를 제공함으로써, 밸브 내부 유로 축소, 부품 수 저감 등으로 소형화가 가능하고, 가격 및 중량을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

고압 솔레노이드 밸브{High pressure solenoid valve}

본 발명은 고압 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 플런저 작동의 최대 스크로크를 확보하여 연료의 충전유로와 공급유로를 일원화 함으로써, 밸브 내부 유로 축소, 부품 수 저감 등으로 소형화가 가능하고, 가격 및 중량을 절감할 수 있는 고압 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 솔레노이드 밸브는 전자석의 원리를 이용한 것으로, 일정한 방향으로 물리적인 힘을 전달하여 실린더와 플런저(plunger : ?따위와??(流體)를??내보내기???을??의 통칭) 사이의 출입구를 변환함으로써 유체의 흐름을 제어할 수 있도록 유로(流路)를 개폐하는 전자식 밸브의 일종이며, 전기, 전자, 기계장치 등과 같은 여러 산업분야에서 매우 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 솔레노이드 밸브는 플런저가 이동됨에 따라 유로를 개폐시키게 되는데, 고압가스가 유동하는 고압가스 시스템에서는 솔레노이드 밸브로 유입된 유로 내부의 모든 고압가스가 플런저에 직접 작용함으로써 고압가스의 저항으로 인해 플런저의 이동이 원활하게 이루어지지 못해 솔레노이드 밸브의 작동이 불안정하게 이루어지는 단점이 있다.

더욱이, 고압가스가 유입되는 입구포트에는 가스 중의 이물질을 필터링하기 위한 별도의 수단이 구비되어 있지 않기 때문에, 가스 중에 혼합된 이물질에 의해서 솔레노이드 밸브의 유로가 막혀 오작동을 일으키는 경우가 있었다.

한편, CNG(압축천연가스: compressed natural gas) 또는 수소를 연료로 하는 자동차에서 연료는 고압의 가스 형태로 고압 용기에 저장하게 되며, 일반적으로 고압용기에 직접 결합되는 솔레노이드 타입의 전자식 밸브를 적용하고 있다.

이때, 고압 솔레노이드 밸브는 상시 닫힘 구조로 차량이 시동되어 연료가 공급이 필요한 경우 솔레노이드코일에 전원이 공급되도록 하여 연료 공급 유로를 차단하고 있는 플런저를 개방함으로써 연료가 공급되는 구조이다.

따라서, 밸브를 구동하기 위해 2중 구조의 플런저를 갖는 파일럿 타입을 적용하여 고압 환경에서 저전력으로 밸브를 구동할 수 있도록 하는 것이 일반적인 기술이다.

도 1에 의하면, 솔레노이드 밸브에 전원 인가 시 플런저A가 메인스프링의 힘을 이기고 들어올려지면 탱크 내부가스가 플런저B의 중앙에 작은 홀(오리피스)을 통해 외부로 흐름이 발생되고 외부 압력이 상승하여 탱크 내부 압력과 동등한 수준이 되면 플런저B가 추가로 올려져 메인유로가 개방되는 것이며, 체크밸브(역류방지밸브)가 적용된 별도의 유로를 통해 충전하는 경우 수소 공급 시 1차, 플런저B가 들어올려지는 거리(스트로크, A+B)가 0.3mm 이내로 매우 작으며, 이러한 정도로도 공급 요구유량을 맞출 수 있으나, 충전 시에는 공급유량의 10배 이상의 유량으로 충전이 요구되지만 흐름 면적이 작아 충전 유량의 제한을 주게 된다.

따라서, 스트로크를 키우기 위해서는 솔레노이드코일을 크게 함에 따른 자력 상승으로 들어올리는 힘을 증대시켜야 하며 충전유량을 만족하기 위해서는 스트로크가 4배 이상 커져야 하나 현재 구조와 크기에 매우 부적합하여 적용이 불가능하다.

그리고, 연료 충전 시에는 별도의 유로에 기계식 체크밸브 등이 적용되어 충전압력이 탱크 내 저장된 압력보다 높은 경우 개방되며, 동등 또는 낮은 경우 체크밸브가 차단되는 구조이다.

이렇게 연료 충전 유로와 공급유로가 분리된 경우 밸브 내부 구조가 복잡하며 구성부품도 많아져 밸브 가격을 상승시키는 요인이 되며 내부 리크(leak)되는 부분이 많아지므로 개선이 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 고정철심 또는 플런저B를 분할하여 사이에 보조스프링을 포함함에 따라 플런저 작동의 최대 스크로크를 확보하여 연료의 충전유로와 공급유로를 일원화 함으로써, 밸브 내부 유로 축소, 부품 수 저감 등으로 소형화가 가능하고, 가격 및 중량을 절감할 수 있는 고압 솔레노이드 밸브를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입구포트 및 출구포트가 형성되어 메인유로를 갖는 바디에 연결된 밸브하우징과; 상기 밸브하우징의 둘레에 권선된 솔레노이드코일의 자기력에 의해 밸브하우징의 일 측에 구비된 고정철심을 자화시켜 하측에 구비된 플런저A와 플런저B를 순차적으로 당겨 상기 바디의 메인유로를 개방하고, 상기 고정철심과 플런저B 사이에 탄성 구비된 메인스프링에 의해 메인유로를 닫을 수 있게 구성된 고압 솔레노이드 밸브에 있어서,

상기 고정철심은 상기 밸브하우징에 결합되는 디스크커버에 의해 일 측에 고정되는 제2고정철심과; 상기 제2고정철심에서 플런저B 측으로 왕복 작동할 수 있게 제1고정철심으로 분할 구성되며, 상기 제1,2고정철심 사이에 상기 제1고정철심을 플런저B 측으로 가압하는 보조스프링이 탄성 구비되거나,

상기 플런저B는 제1플런저와 제2플런저로 분할 되며, 그 사이에 탄성 구비된 보조스프링에 의해 상기 제1,2플런저가 상호 반대측으로 벌어지게 구성된 솔레노이드 밸브를 제공한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 밸브 내부 유로 축소, 부품 수 저감 등으로 소형화가 가능하고, 가격 및 중량을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 솔레노이드 밸브의 단면 및 작동상태 구성도.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 고압 솔레노이드 단면 및 작동상태 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 고압 솔레노이드 밸브의 다른 실시예 구성도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

<제1실시예>

본 발명의 고압 솔레노이드밸브(200)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 입구포트(110) 및 출구포트(120)가 형성되어 메인유로(L1)를 갖는 바디(100)에 연결된 밸브하우징(210)을 구비한다.

상기 밸브하우징(210)의 둘레에 권선된 솔레노이드코일(213)의 자기력에 의해 밸브하우징(210)의 일 측에 구비된 고정철심(240)을 자화시켜 하측에 구비된 플런저A(220)와 플런저B(230)를 순차적으로 당겨 상기 바디(100)의 메인유로(L1)를 개방된다.

상기 고정철심(240)과 플런저B(230) 사이에 탄성 구비된 메인스프링(S1)에 의해 메인유로(L1)를 닫을 수 있게 고압 솔레노이드밸브(200)를 기본적으로 구성한다.

여기서, 상기 고정철심(240)은 상기 밸브하우징(210)에 결합되는 디스크커버(211)에 의해 일 측에 고정되는 제2고정철심(243)과; 상기 제2고정철심(243)에서 플런저B(230) 측으로 왕복 작동할 수 있게 제1고정철심(241)으로 분할 구성되고,

상기 제1,2고정철심(241,243) 사이에 상기 제1고정철심(241)을 플런저B(230) 측으로 가압하는 보조스프링(S2)이 탄성 구비된다.

<제2실시예>

본 발명의 고압 솔레노이드밸브(200)는 도 5에 도시된 바와 같이, 입구포트(110) 및 출구포트(120)가 형성되어 메인유로(L1)를 갖는 바디(100)에 연결된 밸브하우징(210)을 구비한다.

여기서, 상기 플런저B(230)는 제1플런저(235)와 제2플런저(237)로 분할 되며, 그 사이에 탄성 구비된 보조스프링(S2)에 의해 상기 제1,2플런저(235,237)가 상호 반대측으로 벌어지게 구성한다.

이때, 상기 제1플런저(235)에는 상기 제2플런저(237)가 제1플런저(235)로부터 이탈되지 안도록 결합핀(239)이 더 구비되는 것이 바람직하다.

더불어, 제1,2실시예에 모두 플런저B(230)의 중앙에는 플런저B시트픽서(233)가 나사 결합으로 관통 구비되며, 일 측에 상기 플런저A(220)에 형성된 충전유로(L2)를 개폐하는 플런저B시트(231)가 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 플런저A(220)의 중앙에는 충전유로(L2)가 관통 형성되고, 그 둘레에는 상기 메인유로(L1)를 개폐하는 플런저A시트(221)가 형성된다.

한편, 밸브하우징(210)은 비자성체이며, 솔레노이드코일(213)에 전원이 인가되면 솔레노이드코일(213) 주변에 전자기가 유도되어 플런저B(자성체), 제1고정철심, 제2고정철심(243)이 자화 되어 서로 인력(당기는 힘)이 작용하게 되어 플런저B(230)가 들어올려져 밸브가 개방하고, 제2고정철심(243)은 밸브하우징(210)과 나사결합 또는 용접으로 결합된 디스크커버(211)에 의해 고정된다.

따라서, 솔레노이드코일의 자력만으로 플런저B(230)를 들어올려 밸브를 개방하기 위해서는 제2고정철심(243), 제1고정철심(241)이 자화 되어 플런저B(230)를 끌어당기는 인력이 발생되어야만 하며, 제1,2고정철심(241,243)이 자화되기 위해서는 솔레노이드코일(213)이 권선되어 인가된 전원에 의해 밸브 개방 시 보조스프링(S2)은 작동되지 않고 고정철심(240)을 지지하는 역할을 수행하여 자화력에 무관하게 수소가 충전되는 압력에 의해 제2고정철심(243)이 밀려 밸브를 개방한다.

상기와 같이, 구성된 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 작용 및 작동을 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 작동상태에 의하면, 고정철심(240)을 두 부분으로 분리함과 아울러 상호 걸림 구조로 구성한 후 내부에 보조스프링(S2)을 추가로 적용하여 충전되는 가스 압력에 의해 플런저A(220)에서 플런저B(230)로 전달되고, 다시 제1고정철심(241) 순으로 힘을 전달받아 메인스프링(S1)과 보조스프링(S2)가 모두 압축되어 전체 플런저B(230)의 밀림 량이 증대되므로 충분한 메인유로(L1)가 형성됨에 따라 충분한 량으로 연료를 공급할 수 있다.

한편, 수소공급 시 스트로크(A) 만큼 솔레노이드코일(213)에 자기력으로 인해 플런저A(220)와 플런저B(230)가 순차적으로 들어올려져 밸브를 개방하게 된다. 이때, 상기 보조스프링(S2), 메인스프링(S1)의 힘이 솔레노이드코일(213)에 의한 제1,2고정철심(241,243)의 자화력에 비해 더 크게 하여 스트로크(A)가 유지됨에 따라 밸브 작동 성능을 향상된다.

솔레노이드 작동력: F1, 충전압력에 의한 힘: F2, 메인스프링1의 힘: f1, 메인스프링2의 힘: f2으로 추정할 경우, f1 < F1 < f2 << F2 순으로 힘을 갖는 것이 가장 적합하다.

따라서, 스트로크(A)+스트로크(B)를 포함하는 종래 총 스트로크에 비해 본 발명은 종래 총 스트로크에 스트로크(C)를 더 포함하여 종래 스트로크 보다 더 긴 스트로크를 얻을 수 있으므로 수소 충전에 필요한 충전유로(L2)를 더욱 확보할 수 있다.

또한, 밸브하우징(210)에는 길이방향을 따라 상기 플런저B(230)를 안내하는 밸브가이드(215)가 더 형성되는 것이 바람직하다.

상기 밸브가이드(215)는 비자성체이며, 솔레노이드코일(213)에 전원이 인가되면 솔레노이드코일(213) 주변에 전자기에 의해 자성체인 플런저B(230)가 유도되고 제1고정철심(241) 및 제2고정철심(243)가 자화됨에 따라 서로 인력이 작용하여 플런저B(230)가 들어올려져 밸브가 개방된다.

이때, 제2고정철심(243)는 밸브가이드(215)와 나사결합 또는 용접으로 결합될 수 있다.

따라서, 솔레노이드코일(213)의 작은 자기력 만으로 플런저B(230)를 들어올려 밸브를 개방하기 위해서는 제2고정철심(243) 및 제1고정철심(241)가 자화되어 플런저B를 끌어당기는 인력이 발생할 수 있으며, 제2고정철심(243), 제1고정철심(241)가 자화되기 위해서는 솔레노이드코일(213)의 내측에 위치하여야만 함에 따라 비자성체인 밸브가이드(215)가 필수적이다.

그리고 솔레노이드코일(213)에 전원이 인가되어 밸브 개방 시 보조스프링(S2)은 작동되지 않고 제1고정철심(241)을 지지하는 역할만으로 전원인가와 무관하게 수소가 충전되는 경우에만 제1고정철심(241)의 밀림에 의해 압축되게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 밸브 내부 유로 축소, 부품 수 저감 등으로 소형화가 가능하고, 가격 및 중량을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 바디
110: 입구포트
120: 출구포트
200: 솔레노이드 밸브
210: 밸브하우징
211: 디스크커버
213: 솔레노이드코일
215: 밸브가이드
220: 플런저A
221: 플런저A시트
230: 플런저B
231: 플런저B시트
233: 플런저B시트픽서
235: 제1플런저
237: 제2플런저
239: 결합핀
240: 고정철심
241: 제1고정철심
243: 제2고정철심
L1: 메인유로
L2: 충전유로
S1: 스프링
S2: 보조스프링

Claims

솔레노이드코일의 자장에 의해 자화되는 고정철심의 자력에 의해 플런저A와 플런저B를 순차적으로 당김에 따라 가스의 공급 및 충전을 위해 밸브하우징의 메인유로를 개폐시키는 고압 솔레노이드밸브에 있어서,
상기 고정철심은 상기 밸브하우징에 결합되는 디스크커버에 의해 일 측에 고정되는 제2고정철심과;
상기 제2고정철심에서 플런저B 측으로 왕복 작동할 수 있게 제1고정철심으로 분할 구성되고,
상기 제1고정철심과 2고정철심 사이에는 상기 제1고정철심을 항상 플런저B 측으로 탄성 가압하는 보조스프링이 더 구비되며,
상기 플런저B의 중앙에는 플런저B시트픽서가 나사 결합으로 관통 구비되며, 일 측에 상기 플런저A에 형성된 충전유로를 개폐하는 플런저B시트가 형성된 것을 특징으로 하는 고압 솔레노이드밸브.
삭제
솔레노이드코일의 자장에 의해 자화되는 고정철심의 자력에 의해 플런저A와 플런저B를 순차적으로 당김에 따라 가스의 공급 및 충전을 위해 밸브하우징의 메인유로를 개폐시키는 고압 솔레노이드밸브에 있어서,
상기 플런저B는 제1플런저와 제2플런저로 분할 되며, 그 사이에 탄성 구비된 보조스프링에 의해 상기 제1,2플런저가 상호 반대측으로 벌어지게 구성되며,
상기 제1플런저의 중앙에는 플런저B시트픽서가 나사 결합으로 관통 구비되며, 일 측에 상기 플런저A에 형성된 충전유로를 개폐하는 플런저B시트가 형성된 것을 특징으로 하는 고압 솔레노이드밸브.
청구항 3에 있어서,
상기 제1플런저에는 상기 제2플런저가 제1플런저로부터 이탈되지 안도록 결합핀이 더 구비된 것을 특징으로 하는 고압 솔레노이드 밸브.
삭제
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 플런저A의 중앙에는 충전유로가 관통 형성되고, 그 둘레에는 상기 메인유로를 개폐하는 플런저A시트가 형성된 것을 특징으로 하는 고압 솔레노이드 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브하우징에는 전원 인가로 인한 솔레노이드코일의 전자기에 의해 자성체인 플런저B가 유도됨과 아울러, 제1고정철심 및 제2고정철심가 자화됨에 따라 서로 인력이 작용하여 플런저B가 들어올려져 밸브를 개방할 수 있게 길이방향을 따라 상기 플런저B를 안내하는 비자성체의 밸브가이드가 더 형성된 것을 특징으로 하는 고압 솔레노이드 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 제1고정철심이 상기 제2고정철심으로부터 이탈되지 않도록 서로 걸림구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 고압 솔레노이드 밸브.