KR102152287B1

KR102152287B1 - 이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브

Info

Publication number: KR102152287B1
Application number: KR1020190081829A
Authority: KR
Inventors: 조길현
Original assignee: (주)솔텍
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2020-09-04

Abstract

본 발명 이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브는, 전원 인가 시 자기장을 발생시키는 코일이 감긴 보빈; 상기 보빈의 일단에 결합되어 자기 회로를 구성하는 요크; 상기 보빈의 중앙부 상단측에 결합되어 자기장에 의해 자화되는 코어; 상기 코어의 하방에 구비되어 전원 인가 시 자화된 코어 측으로 수직 이동되는 플런저; 상기 플런저 둘레에 구비되어 유로를 폐쇄하는 방향으로 상기 플런저를 밀어 탄성 지지하는 리턴 스프링; 상기 플런저 하단부에 구비되어 플런저의 수직이동에 따라 유로를 선택적으로 개방하는 밸브 및 밸브 씰; 및 상기 밸브 씰에 의해 압입 폐쇄된 상태로 전원 인가 시 밸브 씰의 상승에 따라 선택적으로 유로가 개방되는 밸브 시트를 포함하여 구성되되, 상기 밸브 씰은, 밸브의 하단부 둘레를 감싸는 고탄성재의 제1 씰부; 및 상기 제1 씰부의 둘레를 감싸 고정하는 저탄성재의 제2 씰부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브 {High pressure solenoid valve with double sealing structure}

본 발명은 고압 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소와 같은 고압 기체의 온오프(On-Off) 제어에 이용되는 고압 솔레노이드 밸브의 씰(Seal)을 이중 구조로 개선함으로써 다양한 고압에서의 압력 범위를 커버하도록 기밀성이 획기적으로 향상된 이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 온오프(On/Off) 방식의 고압 솔레노이드 밸브는 수소 등 고압 유체의 저장탱크에 설치되어 유로를 개폐하거나 자동차의 엔진을 포함하는 파워트레인(power train)에 설치되어 연료, 오일 등 유체의 흐름을 단속하는 역할을 한다.

종래 수소 등 고압의 탱크에 설치되는 고압 솔레노이드 밸브는, 일반적으로 외부에서 공급된 유체의 이송을 위한 유로가 형성된 밸브바디와, 솔레노이드에 의해 상승 또는 하강하는 플런저와, 플런저의 하단에 마련되어 유로를 개방 또는 폐쇄하는 밸브체와, 유로를 폐쇄하는 방향으로 플런저를 가압하는 스프링, 고압 유체가 흐르는 유로를 선택적으로 개폐하는 씰(Seal) 등을 포함하여 구성된다.

이러한 종래 수소 등의 유체 공급유로 상에 설치되는 고압 솔레노이드 밸브의 한가지 예가 한국등록특허 제1898478호(이하, ‘선행문헌’이라 함)에 상세히 개시되어 있다.

상기 선행문헌에서 도시된 종래 고압 솔레노이드 밸브의 씰(Seal) 구조는, 고압 조건에서 기밀성을 확보하기 위해 통상 밸브 시트의 연결유로 상단을 쐐기형으로 돌출 형성하는 경우가 많았고, 이에 따라 밸브의 기밀성이 어느 정도 보장될 수는 있었다.

그러나, 수백 bar에서 수십 bar 정도의 압력 범위를 갖는 고압 수소 탱크 등에 이러한 고압 솔레노이드 밸브를 설치하는 경우 상기 씰 구조에서는 수십 내지 수백 bar 압력 범위에서 다양한 압력이 가해짐에 따라 수백 bar 이상의 고압 조건에서 씰이 과도하게 눌려 영구 변형이 초래될 수 있고, 이에 따라 상기 영구 변형된 씰을 통해 고압 유체의 압력 누설이 발생됨에 따라 밸브체의 기밀성이 급격히 저하되는 문제점이 있었다.

또한 상기 선행문헌에서처럼 기밀성을 보다 향상시키기 위해 씰 하부의 연결유로의 상단을 쐐기형으로 구성하는 경우가 많은데(쐐기형의 연결 유로 상단이 씰을 파고 드는 구조), 이 경우에는 동일한 밸브 스트로크로 솔레노이드 밸브가 열리더라도 씰과 연결유로 사이의 실제 간격은 매우 협소하게 되므로 저장탱크로부터 고압의 유체가 신속히 배출되기에 충분한 통로를 제공하지 못하는 문제점이 있었다.

한편, 밸브 씰의 재료에 있어서도 고압의 공급유로에서 밸브 씰에 높은 강도를 부여하기 위해 통상 고강도 수지류를 단일의 소재로 적용하고 있는데, 이 때 이러한 수지류는 예컨대, 수백 bar 이상의 높은 고압 조건(수지류가 강하게 압박 및 밀착되는 상태)에서는 어느 정도 기밀성이 유지되나, 수십 bar 정도의 낮은 고압 조건(수지류가 강하게 압박 및 밀착되지 않는 상태)에서는 수지류가 충분한 탄성을 가지지 못하기 때문에 기밀성이 급격히 저하되는 문제점이 있었다.

또한 이러한 낮은 고압 조건에서 기밀성 문제를 극복하기 위해 상기 밸브 씰에 수지류 대신 고탄성의 고무를 사용하는 경우가 있는데, 이 때 수십 bar의 낮은 고압 조건에서는 상기 고무에 의해 기밀성이 어느 정도 확보될 수는 있으나, 수백 bar의 높은 고압 조건에서는 고무 자체의 내구성이 취약하기 때문에 이 역시 기밀성이 확보되지 못하는 문제점이 여전히 남아 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 본 발명은 수소 등 고압 유체를 개폐하기 위한 고압 솔레노이드 밸브의 씰 구조를 이중 씰링 구조로 개선함으로써 수백 bar의 높은 고압 조건에서 밸브 씰의 영구변형을 방지하면서도 기밀성이 향상되고, 한편 수십 bar의 낮은 고압 조건에서 밸브 씰의 내구성이 확보되면서도 이중 씰링으로 기밀성이 대폭 향상되는 이중 씰링 구조를 갖는 솔레노이드 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예에 따라, 전원 인가 시 자기장을 발생시키는 코일이 감긴 보빈; 상기 보빈의 일단에 결합되어 자기 회로를 구성하는 요크; 상기 보빈의 중앙부 상단측에 결합되어 자기장에 의해 자화되는 코어; 상기 코어의 하방에 구비되어 전원 인가 시 자화된 코어 측으로 수직 이동되는 플런저; 상기 플런저 둘레에 구비되어 유로를 폐쇄하는 방향으로 상기 플런저를 밀어 탄성 지지하는 리턴 스프링; 상기 플런저 하단부에 구비되어 플런저의 수직이동에 따라 유로를 선택적으로 개방하는 밸브 및 밸브 씰; 및 상기 밸브 씰에 의해 압입 폐쇄된 상태로 전원 인가 시 밸브 씰의 상승에 따라 선택적으로 유로가 개방되는 밸브 시트를 포함하여 구성되되, 상기 밸브 씰은, 밸브의 하단부 둘레를 감싸는 고탄성재의 제1 씰부; 및 상기 제1 씰부의 둘레를 감싸 고정하는 저탄성재의 제2 씰부를 포함하여 구성된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 제1 씰부는 고무 또는 우레탄 등의 고탄성 재료 중 하나로 이루어지며, 제2 씰부는 PEEK 또는 PTFE 등 고내열성 수지재 중 하나로 이루어진다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 밸브 시트는, 내부에 형성된 유로(밸브 하단부 오리피스)가 상기 밸브 씰에 의해 압입 폐쇄되며, 상기 밸브 씰에 의해 압입되는 유로의 상단부가 평면 형태를 갖는다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 밸브 씰에 의해 압입되는 유로의 상단부는, 제1 씰부와 접촉되는 제1 평면부; 및 상기 제1 평면부보다 낮은 높이를 가지며 제2 씰부와 접촉되는 제2 평면부로 단차지게 분리 형성된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 플런저 내부에는 하단으로부터 상방을 따라 일정 깊이로 공간부가 형성됨과 함께 상기 공간부에는 밸브 구조체가 삽입된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 밸브 구조체는, 플런저의 공간부 상단에 하방을 향해 고정 설치되는 오리피스 시트; 및 내부에 중공의 유로가 형성됨과 함께 상기 유로의 상단부를 구성하는 오리피스가 상기 오리피스 시트의 저면에 압입 폐쇄된 상태로 전원 인가 시 선택적으로 개방되는 밸브를 포함한다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 밸브의 상단부는 돔 형태의 구조를 가지며, 상기 돔 형태의 상단부가 오리피스 시트에 압입됨으로써 오리피스가 폐쇄된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 플런저의 일단에는 플런저 내부의 오리피스 시트 주변 공간부와 플런저 외경 간의 유체 누설을 위한 누설공이 더 형성된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 밸브의 중단부 둘레에는 요홈이 형성됨과 함께 상기 요홈에는 플런저를 관통하여 걸림핀이 삽입 고정되며, 전원 인가 시 플런저가 상승됨에 따라 상기 걸림핀이 밸브를 걸림하여 동반 상승하며, 전원 오프 상태에서는 상기 밸브의 요홈과 걸림핀이 밸브 스트로크의 갭만큼 서로 이격된 상태를 유지한다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 코어의 내부에는 유체 누설을 위한 중공이 길이방향을 따라 관통 형성되고, 상기 중공의 하단부에는 플런저의 상승 시 접촉되면서 상승을 제한하기 위한 중공의 스토퍼가 더 구비된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 코어와 플런저, 밸브는, 내부에 중공이 형성된 봉상의 하우징 내부에 차례로 삽입되고, 상기 하우징은 비자성체로서 코어와 플런저, 밸브를 완전히 감싸 밀폐된 구조를 갖는다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 수소 등 고압 유체를 개폐하기 위한 밸브 씰의 제1 씰부 재질을 고무 또는 우레탄 등의 고탄성 재질을 적용함에 따라 밸브 씰이 밸브 시트에 과도하게 눌려 영구 변형 또는 손상되는 문제점을 방지할 수 있다.

또한 수지재의 제2 씰부가 제1 씰부를 견고하게 지지함에 따라 내구성이 향상될 뿐만 아니라, 이와 더불어 고압 조건에서 상기 제1 및 제2 씰부에 의한 이중 씰링이 적용됨으로써 종래 씰링 구조 대비 기밀성이 대폭 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래 고압 솔레노이드 밸브의 일 실시예를 보인 단면도
도 2는 본 발명 이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브의 전체적인 외관을 보인 단면도
도 3은 도 2의 요부 확대도
도 4a는 본 발명 고압 솔레노이드 밸브의 전원 오프 상태에서의 작동 상태도
도 4b는 본 발명 고압 솔레노이드 밸브의 전원 온(On) 직 후 밸브만 개방된 작동 상태도
도 4c는 본 발명 고압 솔레노이드 밸브의 전원 온(On) 상태에서 밸브 하단부까지 완전히 개방된 작동 상태도
도 5는 본 발명에 따른 이중 씰링 구조의 확대도로서, (a)는 차압(고압-저압)이 저압 조건인 상태, (b)는 차압(고압-저압)이 중압 조건인 상태, (c)는 차압(고압-저압)이 고압 조건인 상태

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 고압 비례제어기능을 구비한 솔레노이드 밸브의 구성 및 작동 관계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브의 전체적인 외관을 보인 단면도이고, 도 3은 도 2의 요부 확대도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명 솔레노이드 밸브 구성은 먼저 하우징(560) 내부에 일정길이를 갖는 봉상의 코어(Core, 540)가 내부에 압입된다. 상기 코어는 내부에 중공(540a)이 형성된 구조로서, 솔레노이드 밸브에 전류가 인가 시 자화되어 후술할 하방의 플런저(Plunger, 600)를 상방으로 이동시키는 역할을 하는 부품이다.

상기 코어(540)의 상부 및 측면, 하부를 완전히 감싸도록 하우징(560)이 결합되는데, 이 때 상기 하우징(560)은 비자성체로서 코어(540)를 완전히 감싸 밀폐된 구조를 가지므로 수소와 같은 유체의 고압에도 견딜 수 있게 되며, 또한 코어(540) 내부의 높은 기밀성이 유지되도록 한다.

또한 하우징(560) 내부의 코어(540) 하단 가운데 부분에는 스토퍼(550)가 고정 설치되어 있어서, 전원 인가 시 스토퍼(550) 하방에 위치된 플런저(600)가 전자력에 의해 상승할 때 플런저(600)의 최대 상승높이를 차단하게 된다.

또한 플런저(600)의 하단에는 오리피스 시트(700)가 결합되며, 상기 오리피스 시트가 하방의 밸브에 형성된 오리피스(721)를 눌러 압착됨으로써 상기 밸브(720)의 유로가 폐쇄된다.

보다 구체적으로는, 상기 플런저(600) 내부 공간부(600a)의 최상단에는 오리피스 시트(700)가 하방을 향해 고정 결합되며, 상기 오리피스 시트의 하방에는 밸브(720)가 삽입된다.

이 때, 상기 밸브(720)의 최상단은 돔(Dome) 형상의 구조를 가지며, 상기 돔 형상의 중앙부에 형성된 오리피스(721)가 상기 오리피스 시트(700)에 의해 눌려 압입됨으로써 결국 밸브(17)의 유로가 폐쇄된다.

또한 상기 밸브(720)의 중단부에는 요홈(부호 미표기)이 형성됨과 함께 상기 요홈에는 플런저(600)를 관통하여 걸림핀(740)이 끼워지고, 상기 플런저(600)의 외향지게 절곡된 끝단부와 하우징(560) 사이에는 리턴 스프링(610)이 개재되어 있음에 따라 상기 리턴 스프링(610)이 플런저(600) 및 이와 걸림핀(740)에 의해 결속된 밸브(720)를 하방(밸브 밀폐 방향)으로 탄력적으로 밀어 지지하게 된다.

이 때, 도 3에서와 같이 전원이 오프(Off)된 상태에서 상기 걸림핀(740)과 밸브(720)의 요홈 간에는 밸브 스트로크(Valve stroke)만큼 일정한 간격을 유지한다.

또한 밸브 바디(500)의 측면 중단부 둘레에는 수소 등 고압 유체가 유입될 수 있도록 적어도 하나 이상의 공급홀(501)이 형성됨과 함께 하단면에는 배출홀(502)이 형성되어 있어서, 상기 공급홀(501)을 통해 수소 등 고압 유체를 공급하고 밸브의 개폐 동작을 제어함에 따라 배출홀(502)을 통한 고압 유체의 배출량을 제어하게 된다.

또한 상기 밸브 시트(570)의 상단 외주면에는 나사가 형성되거나 강제 압입되도록 구성됨에 따라 하우징(560)의 하단에 끼워져 나사 결합되거나 압입되며, 상기 유로를 제외한 하우징(560)와 밸브 바디(500) 사이, 밸브 시트(570)와 밸브 바디(500) 사이 및 캡(400) 등에는 밸브의 유체 누설을 방지하기 위해 각각 다수의 오링들(도면 미도시)이 구비된다.

한편, 상기 하우징(560)의 상단 바깥쪽 둘레에는 솔레노이드 코일(Coil, 530)이 권취된 보빈(Bobin, 520) 뭉치가 끼워져 결합되는데, 상기 보빈(520)의 하부에는 코일(530)에 전류 인가 시 유도된 자속이 흐르는 자기 회로를 구성하기 위한 요크(Yoke, 510)가 구비된다.

또한 상기 보빈(520)과 코일(530), 요크(510)의 둘레에는 전체적으로 자기 회로를 구성하는 자성체의 커버(Cover, 420)가 감싸지고, 상기 커버와 요크(510) 외곽부에는 다시 플라스틱 사출물인 오버몰드(Over mold, 410)가 전체적으로 완전히 감싸져 밸브의 외관을 보호한다. 상기 하우징(560)의 상단에는 오링 및 반구상의 캡(400)이 탈부착가능하게 나사 결합된다.

한편, 상기 코어(540)의 중공(540a)을 통해 누설된 유체는 플런저(600)의 외경과 하우징(560) 사이의 틈새로 누설되는데, 상기 플런저(600)의 중단부에는 상기 누설된 유체가 플런저(600) 내부 공간부(600a)로 유입될 수 있도록 누설공(600b)이 형성된다.

또한 상기 밸브(720)의 하단부에는 밸브 씰(620)이 구비됨과 함께 상기 밸브 씰의 하방에는 밸브 시트(570)가 구비되어 있음에 따라 결국 리턴 스프링(730)의 반발력에 의해 상기 밸브 씰(620)도 하방으로 누르게 된다. 이에 따라 상기 밸브 씰에 의해 밸브 시트(570)의 중앙부에 형성된 밸브 하단부 오리피스(571)가 압입됨으로써 유로가 폐쇄된 상태이다.

이 때, 상기 밸브 씰(620)의 구성을 보다 자세히 살펴보면, 먼저 밸브(720)의 하단부에는 중공(720a)의 주위를 고무 또는 우레탄 등의 고탄성재로 이루어진 제1 씰부(621)가 감싸지며, 상기 제1 씰부의 둘레는 PEEK, PTFE 등의 고내열성 수지류로 이루어진 제2 씰부(622)에 의해 고정된다.

이에 따라 고탄성을 가지는 제1 씰부(621)가 밸브 시트(570)를 탄력적으로 압입함에 따라 기밀성이 향상되는 한편, 내구성을 갖는 제2 씰부(622)가 밸브 시트(570)에 추가적으로 압박됨에 따라 상기 제1 씰부(621)와 제2 씰부(622)에 의한 이중 씰링 구조에 의해 밸브의 기밀성 및 내구성이 대폭 향상된다. (이에 대한 자세한 설명은 후술하는 도 5의 동작 설명을 참조)

이하 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명 솔레노이드 밸브의 작동 관계에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저 본 발명 솔레노이드 밸브는 수소 등 고압 유체의 압력이 밸브가 닫히는 방향으로 작용하는 상시 닫힘형 타입(Normal Close Type)의 솔레노이드 밸브로서, 예컨대, 12V 혹은 24V 직류 전원에 의해 밸브를 온오프(On-Off)함으로써 솔레노이드 밸브를 구동할 수 있다.

이 때 앞서 상술한 바와 같이 자기 회로 상의 코일(530)과 코어(540)로부터 플런저(600)를 상방으로 이동시키기 위한 전자력(electric magnetic force)이 유도됨은 이해 가능하다.

도 4a는 본 발명 고압 솔레노이드 밸브에 전원이 오프(Off)된 상태에서의 작동 상태도이다.

도 4a를 참조하여 먼저 본 발명 고압 솔레노이드 밸브가 폐쇄된 상태(Off, 솔레노이드 밸브가 닫힌 상태)를 살펴보면, 이때에는 코일(530)에 인가되는 전압이 없으며, 코어(540)와 플런저(600)에 어떠한 전자력도 발생하지 않은 상태이다.

그러므로 상기와 같이 전원이 오프된 상태에서는 코어(540)와 플런저(600) 사이에 구비된 리턴 스프링(730)의 반발력만이 존재하므로 상기 스프링의 반발력에 의해 플런저(600)와 밸브(720), 밸브(720)의 하단부가 밸브 시트(570) 쪽으로 눌려 전진되고, 이에 따라 상기 밸브(720)의 하단부에 결합된 밸브 씰(620)이 그 하방에 지지된 밸브 시트(570)의 밸브 하단부 오리피스(571)를 하방으로 눌러 유로가 폐쇄된 상태가 된다.

즉, 리턴 스프링(730)의 반발력에 의해서 결국 상기 밸브(720)의 하단부에 결합되어 있는 밸브 씰(620)이 밸브 시트(570)의 밸브 하단부 오리피스(571) 상면을 눌러 유로를 폐쇄함으로써 결국 밸브(720)의 하방에 위치된 유로가 완전히 차단된 상태가 된다.

이 때, 상기 플런저(600)의 상면에는 상기 리턴 스프링(730)의 반발력뿐만 아니라, 밸브 시트(570)의 밸브 하단부 오리피스(571)를 기준으로 상방의 고압부와 하방의 저압부 간의 압력 차에 의한 힘, 즉, 밸브 시트(570)의 오리피스(571) 단면적에 작용하는 고압과 저압의 압력 차에 의한 힘도 상기 리턴 스프링(610)의 반발력에 더해 하방으로 함께 작용함으로써 상기 두 힘의 합력이 동시에 밸브 씰(620)을 하방으로 누름으로써 밸브(720)의 하방에 위치된 유로를 상시(전원 오프 시)에 견고하게 폐쇄하는 상태가 된다.

도 4b는 본 발명 고압 솔레노이드 밸브의 전원 온(On) 직 후 밸브만 개방된 작동 상태도이다.

도 4b를 참조하면 본 발명 고압 솔레노이드 밸브는, 먼저 전원 공급 터미널(800)을 통하여 솔레노이드 코일(530)에 전원이 인가되면 코일(530)에 의해 유도된 전자력에 의해 플런저(600)가 리턴 스프링(730)을 압축시키며 상승하게 되는데, 이 때 상기 플런저(600)는 오리피스 시트(700)가 살짝 개방될 수 있도록 상승된다.

이 때, 플런저(600)를 상승시키기 위해 필요한 전자력은 오리피스 시트(700)가 개방될 때의 리턴 스프링(730)의 압축에 대한 반발력과 밸브 상단 오리피스(721)의 단면적에 작용하는 고압과 저압에 의해 누르는 힘의 합력보다 커야 한다.

또한 오리피스 시트(700)가 개방되면 플런저(600) 내부의 고압 유체가 오리피스(721)를 통해 하방으로 배출됨에 따라 결국 밸브 시트(570)의 오리피스(571)의 단면적에 작용하던 압력에 의한 힘이 해소되면서 밸브 씰(620)을 하방으로 누르던 유체의 차압(고압-저압)에 의한 힘도 해소되며, 따라서 플런저(600)의 상단부 직경과 밸브(720) 하단부의 오리피스(571) 직경의 면적 차에 작용하는 고압에 의한 힘에 의해 플런저(600)가 급격히 코어 쪽(상방)으로 이동된다.

도 4c는 본 발명 고압 솔레노이드 밸브의 전원 온(On) 상태에서 밸브 하단부까지 완전히 개방된 작동 상태도이다.

앞서 도 4b에서 살펴본 바와 같이 밸브 씰(620)을 하방으로 누르던 유체의 차압(고압-저압)에 의한 힘이 해소되면, 플런저(600)는 고정된 코어(540) 쪽으로 리턴 스프링(730)을 압축시키며 급격히 상방으로 이동된다.

상술한 바와 같이 플런저(600)가 밸브 스트로크(Valve stroke, 도 3 참조)를 넘어서 상방으로 더 이동되면 플런저(600)의 요홈 및 상기 요홈에 의해 구속된 걸림핀(740)도 상방으로 더 이동하게 되어 결국 밸브(720) 전체가 들어 올려 짐으로써 결국 밸브 시트(570)의 오리피스(571)의 유로가 개방됨으로써 밸브가 개방(On)된다.

이하 첨부된 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 이중 씰링 구조에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 5a는 차압(고압-저압)이 낮은 고압 조건인 상태, 도 5b는 차압(고압-저압)이 중간 고압 조건인 상태, 도 5c는 차압(고압-저압)이 높은 고압 조건인 상태이다.

먼저 도 5a를 참조하면, 밸브(720)의 하단부 및 밸브 씰(620)의 상방에 작용하는 차압이 예컨대, 수십 bar의 낮은 고압 조건인 경우, 상기 밸브(720)의 하단부 및 밸브 씰(620)을 누르는 힘도 크지 않으므로 밸브 씰(620)의 제1 씰부(621)만이 밸브 시트의 제1 평면부(572)에 접촉된 상태가 된다.

이 때, 상기 제1 씰부(621)는 고무 또는 우레탄 등의 고탄성재로 이루어져 있음에 따라 제1 씰부(621)가 제1 평면부(572)를 탄력적으로 눌러 압박하고 있음에 따라 밸브가 닫혀진 상태로 기밀이 유지된다.

또한 도 5b와 같이 밸브 하단부 및 밸브 씰의 상방에 작용하는 차압이 예컨대, 100 bar 정도의 중간 고압 조건인 경우, 상기 도 5a의 낮은 고압 조건일 때보다 차압(고압-저압)에 의해 누르는 힘이 커지게 되므로 제1 씰부(621)가 도 5a에서 보다 더욱 강하게 눌려지게 되고, 이에 따라 첨부된 도 5b에서 도시된 바와 같이 밸브 시트(570)의 제1 평면부(572)가 제1 씰부(621)에 일정깊이로 밀려들어가 압입되면서 요입된 형태가 된다.

이와 같이 제1 씰부(621)와 제1 평면부(572)가 서로 요입된 중간 고압 조건에서는 밸브 씰(620)의 기밀성도 함께 배가됨은 이해 가능하다.

한편, 도 5c에서는 차압(고압-저압)이 고압 조건인 상태, 예컨대 예컨대 100 bar를 초과하는 높은 고압 조건(100 bar 내지 700 bar)에서는, 이때 제1 씰부(621)가 도 5a 및 5b 대비 가장 큰 힘으로 눌리게 되므로 밸브 시트(570)의 제1 평면부(571)에 상기 제1 씰부(621)가 가장 깊이 압입되어지게 된다.

이와 더불어 상기 제1 씰부(621)를 감싸 고정하는 제2 씰부(622) 또한 제2 평면부(573)에 닿아 강하게 압착되므로 이때에는 결국 상기 밸브 시트(570)가 제1 씰부(621) 뿐만 아니라, 제2 씰부(622)에 의해서도 강하게 압착되어 씰링이 되므로 높은 고압 조건에서는 결국 제1 씰부(621) 및 제2 씰부(622)에 의해 이중으로 견고하게 씰링이 이루어진다.

앞서 상술한 바와 같이 제1 씰부(621)는 고무나 우레탄 등의 고탄성재로 이루어져 제1 평면부(572)가 제1 씰부(621) 내부로 깊숙이 압입되어 씰링되는 한편, 제2 씰부(622)는 PEEK 또는 PTFE 등의 고내열성 수지류(저탄성 재료)로 구성되어 고내구성을 가지므로 상기와 같이 높은 고압 조건에서 제2 평면부(573)에 강하게 압박되면서 이중으로 견고하게 씰링하는 한편, 이와 함께 제2 씰부(622)가 제1 씰부(621)의 둘레를 감싸 높은 고압 조건에서 제1 씰부(621)의 손상없이 견고하게 지지하는 역할을 겸하게 된다.

아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.

400 : 캡 410 : 오버몰드
420 : 커버 500 : 밸브 바디
510 : 요크 520 : 보빈
530 : 코일 540 : 코어
550 : 스토퍼 560 : 하우징
570 : 밸브 시트 600 : 플런저
620 : 밸브 씰 621 : 제1 씰부
622 : 제2 씰부 700 : 오리피스 시트
720 : 밸브 730 : 리턴 스프링
740 : 걸림핀 800 : 터미널

Claims

전원 인가 시 자기장을 발생시키는 코일이 감긴 보빈;
상기 보빈의 일단에 결합되어 자기 회로를 구성하는 요크;
상기 보빈의 중앙부 상단측에 결합되어 자기장에 의해 자화되는 코어;
상기 코어의 하방에 구비되어 전원 인가 시 자화된 코어 측으로 수직 이동되는 플런저;
상기 플런저 둘레에 구비되어 유로를 폐쇄하는 방향으로 상기 플런저를 밀어 탄성 지지하는 리턴 스프링;
상기 플런저 하단부에 구비되어 플런저의 수직이동에 따라 유로를 선택적으로 개방하는 밸브 및 밸브 씰; 및
상기 밸브 씰에 의해 압입 폐쇄된 상태로 전원 인가 시 밸브 씰의 상승에 따라 선택적으로 유로가 개방되는 밸브 시트를 포함하여 구성되되,
상기 밸브 씰은,
밸브의 하단부 둘레를 감싸는 고탄성재의 제1 씰부; 및
상기 제1 씰부의 둘레를 감싸 고정하는 저탄성재의 제2 씰부를 포함하며,
상기 코어의 내부에는 유체 누설을 위한 중공이 길이방향을 따라 관통 형성되고, 상기 중공의 하단부에는 플런저의 상승 시 접촉되면서 상승을 제한하기 위한 중공의 스토퍼가 더 구비되는,
이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 씰부는 고무 또는 우레탄의 고탄성 재료 중 하나로 이루어지며, 제2 씰부는 PEEK 또는 PTFE의 고내열성 수지재 중 하나로 이루어지는,
이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 밸브 시트는,
내부에 형성된 유로(밸브 하단부 오리피스)가 상기 밸브 씰에 의해 압입 폐쇄되며, 상기 밸브 씰에 의해 압입되는 유로의 상단부가 평면 형태를 갖는,
이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브.
제 3 항에 있어서,
상기 밸브 씰에 의해 압입되는 유로의 상단부는,
제1 씰부와 접촉되는 제1 평면부; 및
상기 제1 평면부보다 낮은 높이를 가지며 제2 씰부와 접촉되는 제2 평면부로 단차지게 분리 형성되는,
이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 플런저 내부에는 하단으로부터 상방을 따라 일정 깊이로 공간부가 형성됨과 함께 상기 공간부에는 밸브 구조체가 삽입되는,
이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브.
제 5 항에 있어서,
상기 밸브 구조체는,
플런저의 공간부 상단에 하방을 향해 고정 설치되는 오리피스 시트; 및
내부에 중공의 유로가 형성됨과 함께 상기 유로의 상단부를 구성하는 오리피스가 상기 오리피스 시트의 저면에 압입 폐쇄된 상태로 전원 인가 시 선택적으로 개방되는 밸브를 포함하는,
이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브.
제 6 항에 있어서,
상기 밸브의 상단부는 돔 형태의 구조를 가지며, 상기 돔 형태의 상단부가 오리피스 시트에 압입됨으로써 오리피스가 폐쇄되는,
이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브.
제 6 항에 있어서,
상기 플런저의 일단에는 플런저 내부의 오리피스 시트 주변 공간부와 플런저 외경 간의 유체 누설을 위한 누설공이 더 형성되는,
이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브.
제 6 항에 있어서,
상기 밸브의 중단부 둘레에는 요홈이 형성됨과 함께 상기 요홈에는 플런저를 관통하여 걸림핀이 삽입 고정되며,
전원 인가 시 플런저가 상승됨에 따라 상기 걸림핀이 밸브를 걸림하여 동반 상승하며, 전원 오프 상태에서는 상기 밸브의 요홈과 걸림핀이 밸브 스트로크의 갭만큼 서로 이격된 상태를 유지하는,
이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 코어와 플런저, 밸브는,
내부에 중공이 형성된 봉상의 하우징 내부에 차례로 삽입되고,
상기 하우징은 비자성체로서 코어와 플런저, 밸브를 완전히 감싸 밀폐된 구조를 갖는,
이중 씰링 구조를 갖는 고압 솔레노이드 밸브.