KR20080104824A - 압력 평형 솔레노이드 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다이아프램에 의해 분리되어 각각 솔레노이드부와 밸브부로 이루어진 압력 평형 솔레노이드 밸브에 관한 것으로서, 작은 전자기력으로 밸브를 원활하게 개폐 제어할 수 있는 압력 평형 밸브 구조로 형성되어 상기 솔레노이드부의 크기를 소형화시킬 수 있으며, 결빙이 쉽게 발생하는 유체의 사용으로 인한 밸브의 고착(결빙) 현상을 방지할 수 있으며, 특수유체(수소) 사용시의 폭발 위험성을 제거할 수 있도록 하는 압력 평형 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.
솔레노이드 밸브, 솔레노이드부, 밸브부, 압력 평형 밸브

Description

압력 평형 솔레노이드 밸브{Balance solenoid valve}
도 1은 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 구성을 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 솔레노이드부를 나타내는 확대 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 밸브부를 나타내는 확대 단면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 작동상태를 나타내는 작동도,
도 5는 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 고착 현상 방지를 위한 작동상태를 나타내는 작동도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 솔레노이드부 11 : 커넥터
12 : 솔레노이드 코일 13 : 플런저
14 : 영구자석 15 : 마그네틱 코어
16 : 부쉬 20 : 밸브부
21 : 밸브 하우징 22 : 입구
23 : 출구 24 : 챔버부
25 : 밸브체 26 : 가이드 부쉬
27 : 실링부재 28 : 다이아프램
29 : 고정플레이트 30 : 압축 스프링
31 : 밸브 시트
본 발명은 압력 평형 솔레노이드 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작은 전자기력으로 밸브를 원활하게 개폐 제어할 수 있는 압력 평형 밸브 구조로 형성되어 솔레노이드부의 크기를 소형화시킬 수 있으며, 결빙이 쉽게 발생하는 유체의 사용으로 인한 밸브의 고착(결빙) 현상을 방지할 수 있으며, 특수유체(수소) 사용시의 폭발 위험성을 제거할 수 있도록 하는 압력 평형 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.
일반적으로, 유압 또는 공기압을 이용한 자동화 장치의 유체 흐름을 제어하거나 차량의 연료공급 계통이나 자동화장치, 냉장 기기 또는 냉동 기기의 냉매순환계통을 포함하는 일반적인 유체제어 계통에는 전자제어방식으로서 유압 또는 공기압을 포함한 연료 또는 냉매와 같은 사용 유체의 흐름을 제어하기 위한 수단으로서 솔레노이드 밸브가 널리 사용된다.
상기 솔레노이드 밸브는 내부통로에 설치된 단일 플런저가 그 내부통로의 외주에 설치된 솔레노이드 코일에 전원이 인가되면서 발생된 전자기력에 의해 오리피스를 개폐하면서 사용 유체의 유동을 제어하는 구성으로 되어 있다.
그런데, 이러한 솔레노이드 밸브는 사용 유체의 압력이 높을 경우, 또는 밸브의 고착 현상을 극복하기 위하여 많은 전자기력을 필요로 하므로 솔레노이드 밸브의 크기를 증대시키는 방법으로 충분한 전자기력을 확보하였으나, 이러한 솔레노이드 밸브의 크기를 증대시키는 방법은 밸브의 개방을 방해하는 유체의 압력이 증대하게 되므로 이를 극복하고 밸브를 개방하기 위해서는 더 큰 전자기력이 요구되며, 이로 인하여 소비 전력의 상승을 야기시키는 문제점이 있다.
또한, 사용 유체가 수소일 경우, 솔레노이드부와의 접촉으로 인하여 폭발의 위험성을 내재하고 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 작은 전자기력으로 밸브를 원활하게 개폐 제어할 수 있는 압력 평형 밸브 구조로 형성되어 솔레노이드부의 크기를 소형화시킬 수 있으며, 결빙이 쉽게 발생하는 유체의 사용으로 인한 밸브의 고착(결빙) 현상을 방지할 수 있으며, 특수유체(수소) 사용시의 폭발 위험성을 제거할 수 있도록 하는 압력 평형 솔레노이드 밸브를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 밸브 구조체를 구동시키기 위한 솔레노이드부와 유체의 이동을 제어하는 밸브부;로 이루어진 솔레노이드 밸브에 있어서,
플런저(13)에 의해 고착현상이 제거되는 크랙 모드(crack mode)시 솔레노이드 코일(12)에 공급되는 전원의 상승을 통해 마그네틱 코어(15)의 전자기력이 영구자석(14)의 자력보다 크게 될 경우, 영구자석(14)으로부터 이탈되어 태핏(132)의 상부를 타격할 수 있도록 구성된 슬라이드 구조인 솔레노이드부(10)와;
상기 플런저(13)와 연동하면서 유체의 입,출구(22,23)를 개폐하는 밸브체(25)와; 상기 솔레노이드부(10)와 밸브부(20)를 서로 이격시켜 분리할 수 있도록 하는 분리수단인 다이아프램(28)과; 상기 다이아프램(28)에 고정·지지되며 밸브체(25)의 가압부(25a) 상부면의 가압 면적과 동일 가압 면적을 이루는 고정 플레이트(29)와; 상기 밸브체(25)에 지지되어 탄성력을 부여하는 압축 스프링(30)을 포함하는 압력 평형 밸브 구조인 밸브부(20)로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예에 있어서, 상기 솔레노이드부(10)는 솔레노이드 코일(12)의 둘레면 전체를 밀봉하는 방폭형 밀봉구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 솔레노이드부(10)와 밸브부(20)가 서로 분리된 상태에서, 태핏(132)과 밸브체(25)의 경계부는 서로 면접촉하고, 상기 밸브체(25)는 다이아프램(28)과 연동 가능하도록 그 상단부가 다이아프램(28)의 중심부에 결합된 것을 특 징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 솔레노이드부를 나타내는 확대 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 밸브부를 나타내는 확대 단면도이다.
또한, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 작동상태를, 도 5는 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 고착 현상 방지를 위한 작동상태를 각각 나타내는 작동도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전원이 인가되지 않을 경우, 유체의 이동이 항상 차단되어 있는 상태에서, 전자기력에 의해 플런저(13)가 왕복 운동을 하게 되고, 이로 인해 상기 유체의 이동이 자유롭게 이루어지는 노말 클로즈 밸브(normal close valve)에 있어서, 본 발명에 따른 바람직한 구현예는 밸브 구조체를 구동시키기 위한 솔레노이드부(10)와 유체의 이동을 제어하는 밸브부(20)로 구분되어 있다.
여기서, 상기 솔레노이드부(10)는 종래의 일반적인 밸브 구동수단과 유사 또는 동일하므로 간단하게 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 커넥터(11)와, 상기 커넥터(11)의 하단에 권선되어 전원 인가시 전자기력이 발생되는 솔레노이드 코일(12)과, 상기 솔레노이드 코일(12)에 전원 인가시 발생하는 전자기력에 의해 하 강 작동하는 플런저(13)와, 상기 플런저(13)의 내부에 설치된 영구자석(14)과, 상기 플런저(13)의 하단부에 설치되어 상기 솔레노이드 코일(12)을 지지하면서 솔레노이드 코일(12)에서 발생된 전자기력을 인가받는 마그네틱 코어(15)를 포함하여 구성되어 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 솔레노이드부(10)는 상기 솔레노이드 코일(12)에 전원이 공급되면, 플런저(13)에 의해 후술하는 밸브체(25)가 압축 스프링(30)의 탄성력을 극복하고 입,출구(22,23)를 개방할 수 있도록 하며, 반면 솔레노이드 코일(12)에 전원이 공급되지 않게 되면, 압축 스프링(30)의 탄성력에 의해 밸브체(25)가 초기 상태로 복귀되어 밸브부(20)의 입,출구(22,23)를 차단할 수 있도록 구성되어 있다.
이와 같이 상기 플런저(13)의 승하강 작동을 통해 밸브를 개폐 구동시키는 솔레노이드부(10)의 하단부에는 밸브부(20)가 구성되어 있는 바, 도 3에 도시된 바와 같이, 유체의 입구(22) 및 출구(23)를 좌우측면에 구비한 밸브 하우징(21)과, 플런저(13)의 작동에 연동하여 승하강하면서 상기 입,출구(22,23)의 중간 위치에 구비되어 입구(22)로부터 출구(23)쪽으로 이동하는 유체의 이동을 선택적으로 개폐 제어하는 피스톤 형태의 밸브체(25)와, 상기 밸브체(25)의 승하강 작동이 가능토록 작동 공간이 구비되어 있는 챔버부(24)를 포함하는 밸브부(20)가 구성되어 있다.
여기서, 특수 유체(폭발성 유체)의 사용시 상기 솔레노이드부(10)와의 접촉으로 인한 폭발의 위험성을 억제할 수 있도록 상기 솔레노이드부(10)와 밸브부(20) 사이에는 분리수단인 다이아프램(diaphragm)(28)이 설치되어 있어 그 두가지 주요 구성을 분리하는 기능을 하게 되며, 이때, 상기 솔레노이드부(10)와 밸브부(20)가 서로 분리된 상태에서 태핏(132)과 밸브체(25)의 경계부는 서로 면접촉하고, 상기 밸브체(25)는 다이아프램(28)과 연동 가능하도록 그 상단부가 다이아프램(28)의 중심부에 결합되어 서로 승,하강하도록 되어 있다.
또한, 상기 전자기력이 발생되는 솔레노이드 코일(12)에서의 스파크 발생으로 인한 폭발의 위험성을 방지하고자 그 둘레면 전체를 밀봉한 방폭형 밀봉구조로 이루어져 있다.
한편, 본 발명에 따른 바람직한 구현예에 있어서, 상기 밸브부(20)의 밸브체(25)는 고압의 유체 사용시 상기 밸브체(25)의 작동을 위해 필요한 소비 전력을 최소화할 수 있도록 압력 평형 밸브 구조를 구현한 바, 도 3의 확대 단면도를 참조하여 설명하면 다이아프램(28)과 일체 결합되어 상기 입구(22) 및 출구(23)를 차단한 상태에서 선택적으로 이를 개폐하는 밸브체(25)는 전원 미인가 시 고압의 유체가 입구(22)를 통해 유입될 경우, 그 가압부(25a)의 상부면을 통해 일정한 압력을 전달받게 된다.
이때, 상기 가압부(25a) 상부면의 가압 면적과 다이아프램(28)을 고정·지지하는 고정플레이트(29) 하부면의 가압 면적이 동일면을 형성하고 있어 입구(22)를 통해 유입된 유체는 그 작용 압력이 동일한 면적에 적용되도록 되어 압력 평형을 이루게 된다.
이러한 전원 미인가 시의 압력 평형을 이루는 상태에서, 상기 밸브체(25)의 가압부(25a) 하단면에는 일정한 탄성력을 통해 상기 밸브체(25)의 가압력을 지탱하 여 그 밸브체(25)로 하여금 입,출구(22,23)를 차단하도록 하는 압축 스프링(30)이 설치되어 있다.
상기와 같이 압력 평형을 이루는 상태에서, 전원이 인가될 경우, 압력 평형을 이루는 압축 스프링(30)의 탄성력을 극복할 수 있는 전자기력이 발생하게 되어 밸브체(25)의 가압부(25a)가 하강 작동하게 되는데, 이때 상기 전자기력은 밸브체(25)와 압축 스프링(30)의 압력 평형 상태를 해제할 수 있는 힘이면 만족하므로 작은 전자기력으로도 가능하다.
한편, 상기 밸브체(25)의 가압부(25a) 측면에 실링부재(27)가 설치되어 입구(22)에서 유입되는 유체가 밸브체(25)를 통해 챔버부(24)로 새는 것을 방지하게 된다.
그리고, 상기 밸브체(25)의 수직 작동부(25b)에는 그 밸브체(25)의 가이드 기능 및 이탈 방지 기능을 갖는 가이드 부쉬(26)가 설치되어 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 작동 원리 및 이에 따른 유체의 이동에 대하여 설명하면 다음과 같다.
입구(22)를 통해 유입된 유체의 압력에 따른 밸브체(25)의 이상 개방을 방지하는 동시에, 그 밸브체(25)를 지지하는 압축 스프링(30)의 탄성력에 의해 초기 전원 미인가 시에 입,출구(22,23)는 닫혀 있는 상태가 된다(normal close valve).
이러한 전원 미인가 상태에서, 상기 입구(22)에 고압의 유체가 유입될 경우, 그 유체는 고정플레이트(29)의 하부면 및 밸브체(25)의 가압부(25a) 상부면의 동일 면적에 동일한 압력을 가하게 된다.
즉, 다이아프램(28)은 상승 작동하게 되고, 밸브체(30)는 하강 작동하려 하는 바, 아래 방향으로 작용하려는 밸브체(25)는 압축 스프링(30)의 탄성력에 의해 제자리에 위치하게 되고, 이러한 상태에서 상기 솔레노이드 코일(12)에 전원이 공급되면, 플런저(13)와 함께 연동하는 밸브체(25)는 상기 압축 스프링(30)의 탄성력을 극복하고 하강되어 입,출구(22,23)를 개방하도록 하는바, 전원의 미인가 시에 입구(22)에 유입되는 유체의 압력이 상기 밸브체(25)의 가압부(25a)를 통해 압축 스프링(30)에 일정 부분 가해지고 있는 상태에서, 솔레노이드부(10)에서 발생하는 작은 전자기력으로도 입,출구(22,23)를 원활하게 개방할 수 있게 된다.
반면에, 상기 밸브체(25)의 차단 동작은 개방 동작의 역순으로 이루어지는 바, 솔레노이드 코일(12)에 전원이 공급되지 않게 되면 전자기력을 상실한 플런저(13)가 원위치로 되돌아가고 이로 인하여 밸브체(25) 및 상기 밸브체(25)의 둘레에 밀착된 상태에 있던 다이아프램(28)도 원위치로 이동하게 된다.
즉, 솔레노이드부(10)와 밸브부(20)를 분리시켜 유체의 이동을 차단하는 상기 다이아프램(28)은 그 장착 위치에서 플런저(13)와 연결되는 밸브체(25)의 작동과 연동하게 된다.
이와 같이 상기 밸브체(25)가 원위치로 복귀하게 될 경우, 압축 스프링(30)도 또한 원위치로 복귀하게 된다.
즉, 상기 밸브체(25)의 가압부(25a)의 상부면이 밸브 시트(31)와 밀착하게 되어 차단 상태를 유지하게 된다.
이에 따라 출구(23)로의 유체 이동은 차단되어 노말 클로즈 밸브(normal close valve) 상태에 놓이게 된다.
이와 같이, 솔레노이드 코일(12)의 작은 전자기력만으로도 쉽게 밸브체(25)를 개방할 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 다른 기능에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 유체의 특성 및 주위 분위기로 인하여 발생한 유체의 고착, 즉 응결 현상을 제거할 수 있는 임펄스(impulse) 타입의 플런저(13) 구조로 이루어진 바, 영구자석(14), 바아(131), 태핏(132), 밸브체(25)는 서로 결합된 상태에 있는 반면, 플런저(13)는 상기 바아(131) 및 영구자석(14)의 둘레에 슬라이드 가능하게 결합된 상태에 있는 바, 그 영구자석(14)으로부터 이탈되어 슬라이드 가능하게 결합된 상태에 있다.
한편, 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브의 작동 모드는 정상 작동 상태를 나타내는 노말 모드(normal mode)와, 고착 현상을 제거하는 크랙 모드(crack mode)로 구분할 수 있다.
즉, 밸브체(25) 또는 태핏(132)이 유체의 고착으로 인하여 작동되지 않을 경우, 크랙 모드로 전환되어 작동하게 되는데, 이때 솔레노이드 코일(12)에 지속적으로 공급되는 전원의 상승으로 인해 마그네틱 코어(15)의 전자기력이 영구자석(14)의 자력보다 크게 되며, 이로 인하여 플런저(13)가 영구자석(14)의 자력을 극복하고 하방으로 이탈하면서 슬라이드 이동되어 태핏(132)의 상부를 타격하게 된다.
이와 같은 타격 구동은 밸브체(25) 또는 태핏(132)의 고착 현상이 제거될 때 까지 지속적으로 구동하게 된다.
따라서, 본 발명은 다이아프램(28)을 통해 솔레노이드부(10)와 밸브부(20)를 분리하여 특수 유체에 의한 폭발 위험성을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 상기 솔레노이드부(10)가 임펄스 타입으로 형성되어 있어 밸브체(25) 또는 태핏(132)이 유체의 고착으로 인하여 작동되지 않을 경우, 크랙 모드로 전환되어 밸브체(25)의 작동 불능 상태를 해소할 수 있으며, 상기 밸브부(20)가 밸브체(25)의 가압부(25a) 상부면 및 고정플레이트(29) 하부면의 동일한 유체 작용 면적을 포함하는 압력 평형 밸브 구조로 이루어져 작은 전자기력으로도 밸브체(25)를 작동시킬 수 있어 솔레노이드부(10)의 크기를 소형화시킬 수 있게 된다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 압력 평형 솔레노이드 밸브에 의하면, 특수유체(수소) 사용시의 폭발 위험성을 제거할 수 있고, 작은 전자기력을 통해 작동되는 압력 평형 밸브 구조로 되어 있어 솔레노이드부의 크기를 소형화시킬 수 있으며, 이로 인해 부피 및 중량 감소를 도모할 수 있다.
또한, 밸브의 고착(결빙) 현상 발생 시 밸브 구조체의 작동 불능 및 온도의 상승을 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 밸브 구조체를 구동시키기 위한 솔레노이드부와 유체의 이동을 제어하는 밸브부;로 이루어진 솔레노이드 밸브에 있어서,
    플런저(13)에 의해 고착현상이 제거되는 크랙 모드(crack mode)시 솔레노이드 코일(12)에 공급되는 전원의 상승을 통해 마그네틱 코어(15)의 전자기력이 영구자석(14)의 자력보다 크게 될 경우, 영구자석(14)으로부터 이탈되어 태핏(132)의 상부를 타격할 수 있도록 구성된 슬라이드 구조인 솔레노이드부(10)와;
    상기 플런저(13)와 연동하면서 유체의 입,출구(22,23)를 개폐하는 밸브체(25)와; 상기 솔레노이드부(10)와 밸브부(20)를 서로 이격시켜 분리할 수 있도록 하는 분리수단인 다이아프램(28)과; 상기 다이아프램(28)에 고정·지지되며 밸브체(25)의 가압부(25a) 상부면의 가압 면적과 동일 가압 면적을 이루는 고정 플레이트(29)와; 상기 밸브체(25)에 지지되어 탄성력을 부여하는 압축 스프링(30)을 포함하는 압력 평형 밸브 구조인 밸브부(20)로 구성된 것을 특징으로 하는 압력 평형 솔레노이드 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 솔레노이드부(10)는 솔레노이드 코일(12)의 둘레면 전체를 밀봉하는 방폭형 밀봉구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 압력 평형 솔레노이드 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 솔레노이드부(10)와 밸브부(20)가 서로 분리된 상태에서, 태핏(132)과 밸브체(25)의 경계부는 서로 면접촉하고, 상기 밸브체(25)는 다이아프램(28)과 연동 가능하도록 그 상단부가 다이아프램(28)의 중심부에 결합된 것을 특징으로 하는 압력 평형 솔레노이드 밸브.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 밸브체(25)는 그 가압부(25a) 측면에 실링부재(27)가 설치된 것을 특징으로 하는 압력 평형 솔레노이드 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 밸브체(25)는 그 수직 작동부(25b)에 그 밸브체(25)의 가이드 기능 및 이탈 방지 기능을 갖는 가이드 부쉬(26)가 설치된 것을 특징으로 하는 압력 평형 솔레노이드 밸브.
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