KR20150099445A

KR20150099445A - 솔레노이드 밸브

Info

Publication number: KR20150099445A
Application number: KR1020150023403A
Authority: KR
Inventors: 마사미 요시다; 히데아키 야시로; 타카시 히라노
Original assignee: 에스엠시 가부시키가이샤
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2015-08-31
Also published as: DE102015101992A1; US9404601B2; DE102015101992B4; JP5773320B2; CN104864154A; JP2015155737A; TW201537074A; US20150240964A1; KR101640176B1; CN104864154B; TWI553252B

Abstract

솔레노이드 밸브(10)는 양방향으로 흐르는 유로에 배열되고, 제1 포트(26)와 제2 포트(28)가 형성된 솔레노이드 밸브 설치부(12)와, 단일 솔레노이드 밸브부(14)로 이루어진다. 제1 유량 안정화 오리피스(34)는 제1 포트(26)와 솔레노이드 밸브부(14)의 밸브 바디(66) 사이에 배치되고, 제2 유량 안정화 오리피스(36)는 제2 포트(28)와 밸브 바디(66) 사이에 배치된다. 바이패스 오리피스(44)는 제1 유량 안정화 오리피스(34)와 제2 유량 안정화 오리피스(36)를 바이패스하는 바이패스 유로(42)에 배치된다.

Description

솔레노이드 밸브{SOLENOID VALVE}

본 발명은 유로의 양방향에 실질적으로 같은 유량으로 유체가 흐르는 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.

종래부터, 농축 산소를 생성하기 위하여 압축 공기로부터 질소를 흡착하는 두 개의 흡착 기둥(adsorption column)이 제공된 의료용 산소 발생 장치가 알려져 있다. 이러한 유형의 산소 발생 장치에서는, 압축 공기로부터 농축 산소가 장시간 연속하여 생성될 수 있도록, 두 개의 흡착 기둥을 번갈아 사용하여 일측의 흡착 기둥에서 질소를 흡착하는 동안, 질소는 재생 가능하도록 타측의 흡착 기둥으로부터 제거된다. 이와 같이, 두 개의 흡착 기둥이 스위칭되어 번갈아 사용될 때, 두 개의 흡착 기둥과 연결된 유로의 압력이 신속하게 균일화되도록, 압력 균일화 밸브가 제공된다. 그리고, 일측의 흡착 기둥에 의하여 질소가 흡착될 때 타측의 흡착 기둥이 재생하는 동안에는, 상기 일측의 흡착 기둥에서 생성된 농축 산소의 일부는 압력 균일화 밸브를 바이패스하는 통로에 형성된 오리피스를 통하여 상기 타측의 흡착 기둥에 공급된다.

그리고, 압력 균일화 밸브의 구성으로서는, 매니폴드 블록에 동일 구조의 두 개의 솔레노이드 밸브개 배치되는 대칭적인 구성이 때로는 적용된다. 따라서, 농축 산소의 생성에 사용하는 흡착 기둥이 일측으로부터 타측으로 스위칭되는 경우나, 타측으로부터 일측으로 스위칭되는 경우, 유체가 흐르는 방향이 바뀌게 됨을 고려한 다음에, 어느 경우라도 일정한 유량이 확보된다.

그러나, 상기와 같이, 2 개의 솔레노이드 밸브가 구비된 매니폴드 타입의 압력 균일화 밸브에서는, 장치가 대형화하는 것을 피할 수 없다. 또한, 매니폴드 블록에 형성되는 유로가 복잡하며, 그 결과, 산소 발생 장치 전체로서 고가가 될 수 밖에 없는 문제가 지적된다.

여기서, 예를 들면, 일본공개특허 특개2001-090860호 공보에 개시된 산소 발생 장치용의 압력 균일화 밸브가 제안된다. 이러한 압력 균일화 밸브는, 솔레노이드 밸브를 1개로 한 경우에 생기는 문제, 더욱 구체적으로는, 유체가 흐르는 방향에 의하여 유량이 서로 달라지는 문제에 대처하기 위하여, 높은 유체압력에 대항하는 밸브를 여는 경우는, 그 유체압에 필요한 전류 및 통전 시간을 실측한 후에 밸브 바디 흡착시의 전류를 설정함으로써, 밸브 바디의 흡착력을 증대시키고, 밸브 바디 흡착후는, 흡착 유지에 필요한 가급적 작은 소정의 전류를 흐르도록 한 것이다. 따라서, 소형의 솔레노이드 밸브가 사용되더라도, 밸브 바디의 흡착 동안만 큰 전류를 흐르게 하여 큰 흡착력이 얻어질 수 있고, 1개의 솔레노이드 밸브에 대하여 양방향으로부터 유체가 흐르는 경우에, 어느 방향이라도, 그 유체 압력에 영향을 받는 일이 없이 유량이 일정하게 되도록, 밸브의 개폐가 제어될 수 있다.

위에서 서술한 일본공개특허 특개2001-090860호 공보와 같은 압력 균일화 밸브에서는, 단지 하나의 솔레노이드 밸브가 요구되더라도, 밸브 바디를 흡착하기 위한 큰 전류와 그 흡착 유지를 위한 작은 전류를 흐르도록 솔레노이드 밸브의 개폐를 제어하기 위한 특별한 제어 회로가 요구되며, 이로 인하여 장치가 고가가 됨과 동시에 제어 동작이 복잡하게 되는 문제가 있다.

일본공개특허 특개2001-090860호

본 발명은, 이와 같은 과제를 고려하여 이루어진 것이며, 단일 솔레노이드 밸브부가 구비된 구조가 제공되면서, 유체가 흐르는 방향에 기인한 유량에 차이가 발생하지 않으며, 밸브 바디의 흡착과 그 흡착 유지를 위한 전류를 제어하는 특별한 제어 회로를 필요로 하지 않으며, 또한, 제어도 간단한 솔레노이드 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는, 양방향으로 유체가 흐르는 유로에 배치되는 솔레노이드 밸브에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 제1 포트와 제2 포트가 형성된 솔레노이드 밸브 설치부와, 단일 솔레노이드 밸브부로 구성된다. 제1 유량 안정화 오리피스가 상기 제1 포트와 상기 솔레노이드 밸브부의 밸브 바디 사이에 배치되며, 제2 유량 안정화 오리피스가 상기 제2 포트와 상기 밸브 바디 사이에 배치된다. 또한, 바이패스 오리피스가 상기 제1 유량 안정화 오리피스 및 상기 제2 유량 안정화 오리피스를 바이패스하는 바이패스 유로에 배치된다.

상기의 솔레노이드 밸브에 의하면, 제1 포트로부터 제2 포트를 향하여 유체가 흐르는 경우나, 제2 포트로부터 제1 포트를 향하여 유체가 흐르는 경우에서, 밸브 바디의 부근에서 유체가 흐르는 방향이 다르더라도, 제1 유량 안정화 오리피스 및 제2 유량 안정화 오리피스 중 특히 하류측에 존해하는 유량 안정화 오리피스에 의하여 유량이 지배된다. 이러한 이유로, 제1 포트로부터 제2 포트를 향하여 유체가 흐르는 경우나, 제2 포트로부터 제1 포트를 향하여 유체가 흐르는 경우라도, 유량에 차이가 생기지 않는 구성이 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1 포트 및 상기 제2 포트가 형성된 상기 솔레노이드 밸브 설치부와, 상기 단일의 솔레노이드 밸브부로부터 전술한 솔레노이드 밸브를 구성함에 의하여, 매니폴드 구조를 필요로 하지 않는 상기 솔레노이드 밸브의 사이즈 축소가 실현될 수 있다. 또한, 상기 솔레노이드 밸브의 제어 목적용의 특별한 제어 회로가 필요없다.

상기 솔레노이드 밸브에서는, 상기 제1 유량 안정화 오리피스에 연결된 제1 통로와, 상기 제2 유량 안정화 오리피스에 연결된 제2 통로가 상기 솔레노이드 밸브 설치부에 형성될 수 있고, 상기 밸브 바디가 안착될 수 있는 밸브 시트가 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로 일측의 개방단에 형성될 수 있다. 또한, 상기 일측의 개방단은 원 형상이며, 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로 타측의 개방단은 상기 일측의 개방단 주위를 둘러싸는 원형 링 형상으로 형성된다. 이것에 의하면, 유로에 대한 밸브 바디의 배치 구성이 간단하게 될 수 있다.

또한, 상기 제1 포트와 상기 제2 포트는 상기 솔레노이드 밸브 설치부에 형성된 보어의 양단에 형성되고, 상기 제1 유량 안정화 오리피스 및 상기 제2 유량 안정화 오리피스는 상기 보어에 형성된 격벽 일측의 면과 상기 보어의 내벽면으로 구획되는 통로로 이루어질 수 있으며, 상기 바이패스 유로는 상기 일측의 면으로부터 상기 격벽의 반대측에 배치될 수 있다.

상기의 구성에 따르면, 보어에 형성된 격벽 일측의 면과 보어의 내벽면으로 구획되는 통로에 의하여, 제1 유량 안정화 오리피스 및 제2 유량 안정화 오리피스를 구성할 수 있다. 이와 함께, 격벽 일측의 면과는 반대측에 제1 유량 안정화 오리피스 및 제2 유량 안정화 오리피스를 바이패스하는 바이패스 유로를 구성할 수 있다. 따라서, 제1 유량 안정화 오리피스, 제2 유량 안정화 오리피스 및 바이패스 오리피스를, 제1 포트와 제2 포트가 형성된 솔레노이드 밸브 설치부 내에 컴팩트하게 배치될 수 있다.

그리고, 바이패스 오리피스는, 바이패스 유로의 길이 방향의 실질적으로 중앙에 배치되고, 바이패스 유로의 단면적은, 길이 방향의 각 단부로부터 바이패스 오리피스 부근의 소정 위치까지는 일정하고, 상기 소정 위치로부터 상기 바이패스 오리피스를 향하여 점차 작아지게 형성될 수 있다.

상기의 구성에 의하면, 바이패스 오리피스를 포함하는 바이패스 유로에 있어서 유체의 흐름이 원활하게 층류화될 수 있다.

또한, 바람직하게, 솔레노이드 밸브 설치부는 수지로 형성된다. 이 경우, 격벽을 포함하여 솔레노이드 밸브 설치부가 수지로 형성되므로, 제1 유량 안정화 오리피스, 제2 유량 안정화 오리피스 및 바이패스 오리피스가 별도의 부품으로 형성되거나, 절삭 가공으로 형성될 필요가 없이, 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 솔레노이드 밸브에 의하면, 유체가 흐르는 방향에 의하여 유량에 차이가 발생하지 않는 구성이 제공될 수 있다. 게다가, 매니폴드 구조가 필요없으므로, 솔레노이드 밸브는 사이즈를 줄일 수 있으며, 또한, 특별한 제어 회로가 필요하지 않다.

본 발명의 상기한 그리고 다른 목적들, 특징들, 그리고 장점들은 도시된 예로써 보여지는 본 발명의 바람직한 실시예들에 있어서 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 솔레노이드 밸브의 종단면도;
도 2는 도 1에 나타낸 솔레노이드 밸브를 구성하는 솔레노이드 밸브 설치부를 잘라낸 사시도;
도 3은 본 발명의 솔레노이드 밸브를 이용한 산소 농축 장치의 유체 회로도; 및
도 4는 도 3에 나타낸 산소 농축 장치의 동작을 설명하는 타이밍 차트

이하, 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브에 관하여 적절한 실시 형태를 들며, 첨부의 도면을 참조하면서 설명할 것이다.

본 발명의 실시 형태에 따른 솔레노이드 밸브(10)는, 도 1 및 도 2와 같이, 예를 들면, 후술할 산소 농축 장치(80)에 사용된다.

상기 솔레노이드 밸브(10)는, 수지제의 솔레노이드 밸브 설치부(12)와 단일의 솔레노이드 밸브부(14)로 구성된다. 도 2와 같이, 솔레노이드 밸브 설치부(12)는 실질적으로 직사각 형상의 바디(16)와, 바디(16)에 대향하는 측면으로부터 각각 외측으로 연이어 형성되는 제1 파이프 바디(18) 및 제2 파이프 바디(20)를 포함한다. 솔레노이드 밸브 설치부(12)는 제1 파이프 바디(18) 및 제2 파이프 바디(20)의 축선 방향으로 연장된 보어(22)를 포함하며, 제1 파이프 바디(18)와 제2 파이프 바디(20)의 내부에는 유로(24)가 형성된다. 따라서, 제1 파이프 바디(18)와 제2 파이프 바디(20)의 개방 단부는 각각 제1 포트(26)와 제2 포트(28)로서 기능한다.

제1 포트(26)로부터 제2 포트(28)에 이르는 유로(24)의 솔레노이드 밸브부(14)의 바로 아래에, 유로(24)의 길이 방향으로 연장되는 제1 격벽(30)이 배치되고, 제1 격벽(30)의 실질적으로 길이 방향 중앙으로부터 제1 격벽(30)에 대하여 실질적으로 수직하게 연장되어 제2 격벽(32)이 형성된다. 더욱 구체적으로는, 도 1과 같이, 제1 포트(26) 부근에 제1 유량 안정화 오리피스(34)가, 또한, 제2 포트(28) 부근에 제2 유량 안정화 오리피스(36)가, 제1 격벽(30)의 상측에서 유로(24)를 둘로 나누도록, 제2 격벽(32)을 사이에 두고, 실질적으로 대칭 형상으로 각각 형성된다.

제2 유량 안정화 오리피스(36)는, 제2 격벽(32)으로부터 굴곡하여 상측으로 세워지고, 단면이 원 형상인 제2 통로(40)로서 후술할 바닥 공간(46)과 연통한다. 한편, 제1 유량 안정화 오리피스(34)는 제2 격벽(32)으로부터 굴곡하여 상측으로 세워지고, 제2 통로(40)의 외측을 둘러싸도록 하여 경사지면서 링 형상으로 넓어지고, 제1 통로(38)로서 바닥 공간(46)과 연통한다. 도 1과 같이, 후술할 밸브 바디(66)의 밸브 시트(68)의 존재에 기인하여, 제2 통로(40)의 바닥 공간(46)과 연통하는 개방단은, 제1 통로(38)의 개방단보다도 약간 상측에 배치된다.

도 1에 있어서 제1 격벽(30)의 하부측에, 제1 유량 안정화 오리피스(34) 및 제2 유량 안정화 오리피스(36)를 바이패스하는 바이패스 유로(42)가 형성되고, 바이패스 오리피스(44)가 바이패스 유로(42)의 실질적으로 길이 방향 중앙에 형성된다. 도 1 및 도 2로부터 잘 알 수 있듯이, 바이패스 유로(42)는, 제1 격벽(30)의 길이 방향의 양단부로부터 바이패스 오리피스(44) 부근의 소정 위치까지의 영역에서는, 원기둥 형상의 영역이 정의된다. 또한, 상기 소정 위치로부터 바이패스 오리피스(44)에 이르기까지의 영역에서는 유로 면적이 좁은 원추 형상의 영역이 포함된다. 더욱 구체적으로는, 바이패스 유로(42)의 단면적은, 바이패스 유로(42)의 길이 방향의 각 단부로부터 바이패스 오리피스(44) 부근의 소정 위치까지 실질적으로 일정하며, 상기 소정 위치로부터 바이패스 오리피스(44)를 향하도록 연결되어 점점 작아지고, 바이패스 오리피스(44)의 위치에서 가장 작아진다.

도 1 및 도 2와 같이, 바디(16)는, 상단부의 링 형상 공간으로부터 바닥 공간(46)에 이르는 도중에 링 형상의 단차부(48)가 형성된다. 중앙에 큰 직경의 홀부가 형성된 씰 부재(50)는 단차부(48)에 안착된다.

솔레노이드 밸브부(14)는, 직사각 형상의 하우징(52)과 원통 케이싱(54)을 포함한다. 하우징(52)의 내부에는, 솔레노이드 코일(56), 보빈(57), 고정 철심(58) 등이 수용된다. 하우징(52)의 하단부가 바디(16)의 링 형상인 상단부에 안착되고, 상기 하우징(52)은 도시하지 않은 볼트 등의 수단에 의하여 바디(16)에 고정된다. 원통 케이싱(54)은, 고정 철심(58)에 맞닿아 접하여 보빈(57)의 내측에 배치되고, 축 방향으로 이동 가능한 가동 철심(62)은 상기 원통 케이싱(54)에 수용된다. 원통 케이싱(54)은, 하측만 개방되고 그 개방 단부에 플랜지(60)가 형성되는 모자 형상이다. 하우징(52)이 바디(16)에 고정되면, 씰 부재(50)가 플랜지부(60)와 바디(16)의 단차부(48) 사이에서 밀착 지지된다. 원통 케이싱(54)의 천장면과 가동 철심(62) 사이에는 가동 철심(62)을 하측으로 밀어 붙이는 코일 스프링(64)이 배치된다.

도 1과 같이, 밸브 바디(66)가 가동 철심(62)의 하단부에 고정된다. 두께가 두꺼운 디스크 형상의 밸브 바디(66)는, 탄성재로 이루어지고, 그 하면은, 제2 통로(40)의 개방단에 형성된 밸브 시트(68)를 덮도록 직경이 정해진 원 형상의 팽창 돌출부로서 형성된다.

밸브 바디(66)는, 고정구(70)를 통하여 가동 철심(62)에 고정된다. 고정구(70)는 상기 원 형상의 팽창 돌출부를 둘러싸는 링 형상 판 부재(72)를 포함하며, 링 형상 판 부재(72)는, 씰 부재(50)의 하면에 접하도록 내측으로 굴곡되고, 다음으로 상측으로 다리부(74)로서 연장된 금속재의 링 형상 몸체를 포함한다. 상측으로 올려 세워진 다리부(74)는, 씰 부재(50)의 큰 직경인 홀부와 밸브 바디(66)의 외측 둘레 가장자리 사이의 틈을 통하여, 가동 철심(62)의 하단부 부근에 도달한다. 가동 철심(62)의 하단부 부근에는, 둘레를 두르는(encircling) 결합홈(76)이 형성되며, 결합홈(76)과 다리부(74)의 내측으로 돌출된 정지부(78)가 결합된다.

본 실시 형태에 따른 솔레노이드 밸브(10)는, 기본적으로 이상과 같이 구성된 것이다. 다음으로, 솔레노이드 밸브(10)의 작동 및 효과에 관하여 설명할 것이다.

제1 포트(26)의 유체압이 제2 포트(28)의 유체 압력보다 클 때, 밸브 바디(66)가 열림 위치로 향하여 구동하도록 솔레노이드 코일(56)이 통전되면, 유체는 제1 포트(26)로부터 제2 포트(28)를 향하여 흐른다. 더욱 구체적으로는, 제1 포트(26)로부터 유입된 유체는, 제1 유량 안정화 오리피스(34)를 통과하여 압력이 저하되고, 이후, 유체는 제1 통로(38)로부터 바닥 공간(46)으로 공급된다. 상기 유체의 흐름 방향은 밸브 시트(68) 부근에서 방향을 바꾸고, 상기 유체는 바닥 공간(46)의 실질적으로 중앙에 위치하는 제2 통로(40)를 통하여 흐르며, 그리고 제2 유량 안정화 오리피스(36)를 통과하고, 제2 포트(28)로부터 흘러 나온다. 이때, 밸브 바디(66)의 부근에서 흐름의 방향이 바뀌는 등의 난류가 생기지만, 그 후 통과하는 제2 유량 안정화 오리피스(36)에 의한 교축 효과(throttling effect)는 크며, 제1 포트(26)로부터 제2 포트(28)를 향하여 흐르는 유체의 유량은, 제2 유량 안정화 오리피스(36)에 의하여 지배된다.

한편, 제2 포트(28)의 유체 압력이 제1 포트(26)의 유체 압력보다 클 때, 밸브 바디(66)가 열림 위치로 향하여 구동하도록 솔레노이드 코일(56)이 통전되면, 유체는 제2 포트(28)로부터 제2 포트(26)를 향하여 흐른다. 더욱 구체적으로는, 제2 포트(28)로부터 유입된 유체는, 제2 유량 안정화 오리피스(36)를 통과하여 압력이 저하되고, 이후, 유체는 제2 통로(40)를 통과하며, 밸브 바디(66)에 충돌하여 주위로 넓어지면서 바닥 공간(46)에 들어간다. 그리고, 유체는 제1 통로(38)를 통과한 후, 제1 유량 안정화 오리피스(34)를 통과하고, 제1 포트(26)로부터 흘러 나온다. 이때, 밸브 바디(66)의 부근에서 유체가 밸브 바디(66)에 충돌하는 등의 난류가 생기지만, 그 후 통과하는 제1 유량 안정화 오리피스(34)에 의한 교축 효과(throttle seffect)는 크며, 제2 포트(28)로부터 제1 포트(26)를 향하여 흐르는 유체의 유량은, 제1 유량 안정화 오리피스(34)에 의하여 지배된다.

이와 같이, 유체가 제1 포트(26)로부터 제2 포트(28)를 향하여 흐르는 경우나, 유체가 제2 포트(28)로부터 제1 포트(26)를 향하여 흐르는 경우에서, 유체가 밸브 바디(66)의 부근을 통과할 때의 흐르는 방향이 달라도, 유량은 대칭 형상으로 형성된 제1 유량 안정화 오리피스(34) 또는 제2 유량 안정화 오리피스(36)에 의하여 결정되므로, 유량에 차이가 생기지 않는다.

그리고, 바닥 공간(46)과 대면하는 유체는 씰 부재(50)의 큰 직경인 홀부와 밸브 바디(66)의 외측 둘레 가장자리 사이의 틈을 통과하고 가동 철심(62)의 상측을 돌아 들어가 압력을 미친다. 그리고, 유체가 제1 포트(26)로부터 제2 포트(28)를 향하여 흐르는 경우는, 유체가 바닥 공간(46)으로부터 제2 통로(40)로 들어갈 때에는 유체의 압력이 낮아지면서 유량이 증가한다. 한편, 유체가 제2 포트(28)로부터 제1 포트(26)를 향하여 흐르는 경우는, 유체가 제2 통로(40)로부터 바닥 공간(46)으로 들어갈 때에는 유체의 압력이 증대되면서 유량이 감소한다. 이러한 이유로 인하여, 유체가 제1 포트(26)로부터 제2 포트(28)를 향하여 흐르는 경우나, 유체가 제2 포트(28)로부터 제1 포트(26)를 향하여 흐르는 경우에서, 가동 철심(62)에 가해진 힘이 다르며, 밸브 바디(66)의 위치가 변한다. 그러나, 어느 경우라도, 하류측에서 유량을 지배하는 제1 유량 안정화 오리피스(34) 또는 제2 유량 안정화 오리피스(36)가 형성되어 있으므로, 종래 기술에 요구되던 제어 회로가 필요없다.

본 실시 형태에 따른 솔레노이드 밸브(10)의 산소 농축 장치(80)에 적용한 예를, 도 3 및 도 4를 참조하면서 설명할 것이다.

산소 농축 장치(80)는 컴프레서(82), 제1 흡착 기둥(84), 제2 흡착 기둥(86) 및 탱크(88)가 구비되다. 제1 흡착 기둥(84)과 제2 흡착 기둥(86)이 번갈아 사용되고, 질소가 컴프레서(82)에서 생성한 압축 공기로부터 흡착됨으로써, 산소 농도가 높아지고, 응축 산소는 탱크(88)에 저장된다. 제올라이트가 제1 흡착 기둥(84) 및 제2 흡착 기둥(86)에 질소 흡착재로서 내장되어 있다.

컴프레서(82)와 제1 흡착 기둥(84)을 연결하는 유로에는 개폐 밸브(SV1)가 설치되고, 제1 흡착 기둥(84)과 배기구(90)를 연결하는 유로에는 개폐 밸브(SV2)가 설치되어 있다. 개폐밸브(SV1)가 ON 상태일 때(통전시), 유체는 컴프레서(82)와 제1 흡착 기둥(84) 사이에서 자유로이 통과 가능하고, 개폐밸브(SV1)가 OFF 상태일 때(비통전시), 컴프레서(82)로부터 제1 흡착 기둥(84)을 향하는 유체의 흐름은 차단된다. 개폐 밸브(SV2)가 ON 상태일 때, 유체는 제1 흡착 기둥(84)과 배기구(90) 사이에서 자유로이 통과 가능하고, 개폐 밸브(SV2)가 OFF 상태일 때, 제1 흡착 기둥(84)으로부터 배기구(90)를 향하는 유체의 흐름은 차단된다.

컴프레서(82)와 제2 흡착 기둥(86)을 연결하는 유로에는 개폐 밸브(SV3)가 설치되고, 제2 흡착 기둥(86)과 배기구(90)를 연결하는 유로에는 개폐 밸브(SV4)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(SV3)가 ON 상태일 때, 유체는 컴프레서(82)와 제2 흡착 기둥(86) 사이에서 자유로이 통과 가능하고, 개폐 밸브(SV3)가 OFF 상태일 때, 컴프레서(82)로부터 제2 흡착 기둥(86)을 향하는 유체의 흐름은 차단된다. 개폐 밸브(SV4)가 ON 상태일 때, 유체는 제2 흡착 기둥(86)과 배기구(90) 사이에서 유체가 자유로이 통과 가능하고, 개폐 밸브(SV4)가 OFF 상태일 때, 제2 흡착 기둥(86)으로부터 배기구(90)를 향하는 유체의 흐름은 차단된다.

제1 흡착 기둥(84)으로부터 탱크(88)를 향하는 유체의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(92)가 제1 흡착 기둥(84)과 탱크(88)를 연결하는 유로에 배치되고, 제2 흡착 기둥(86)으로부터 탱크(88)를 향하는 유체의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(94)가제2 흡착 기둥(86)과 탱크(88)를 연결하는 유로에 설치된다.

그리고, 본 실시 형태의 솔레노이드 밸브(10)가 제1 흡착 기둥(84)과 제2 흡착 기둥(86)을 하류측에서 연결하는 유로에 설치된다. 솔레노이드 밸브(10)는 제1 포트(26)가 제1 흡착 기둥(84)과 연결되고, 또한, 제2 포트(28)가 제2 흡착 기둥(86)과 연결되도록 배치된다. 그리고, 도 3에 있어서는, 편의상, 솔레노이드 밸브(10)를 간략한 형식의 회로 요소로 표시되며, 제1 유량 안정화 오리피스(34) 및 제2 유량 안정화 오리피스(36)는 도시가 생략된다.

산소 농축 장치(80)가 작동하고 있을 때는, 이하의 제1 단계로부터 제6 단계까지 반복된다. 제1 단계는 제6 단계로부터 제1 단계로 되돌아갈 때의 동작을 포함하는 것이며, 전류가 제6 단계에서 솔레노이드 밸브부(14)의 솔레노이드 코일(56)에 공급되고 있기 때문에, 제1 단계에 있어서, 솔레노이드 밸브부(14)의 솔레노이드 코일(56)에 대한 전류의 공급은 정지된다.

(제1 단계)

개폐 밸브(SV1) 및 개폐 밸브(SV4)가 ON 상태에 있고, 솔레노이드 밸브(14)의 솔레노이드 코일(56)에 대한 전류의 공급이 정지된다(시각 t1). 개폐 밸브(SV2) 및 개폐 밸브(SV3)는 OFF 상태에 있다. 이때, 솔레노이드 밸브(10)에 있어서 제1 통로(38)와 제2 통로(40)의 연통이 차단되어 있으므로, 제1 흡착 기둥(84)에 연결된 제1 포트(26)와 제2 흡착 기둥(86)에 연결된 제2 포트(38)는 바이패스 오리피스(44)가 형성된 바이패스 유로(42)만에 의하여 연결된다.

컴프레서(82)로부터 압축된 공기는 개폐 밸브(SV1)를 통하여 제1 흡착 기둥(84)에 보내지고, 제1 흡착 기둥(84)에 있어서 도시하지 않은 제올라이트의 작용에 의하여 질소가 흡착된다. 제1 흡착 기둥(84)에서 생성된 농축 산소는, 그 대부분이 탱크(88)에 보내짐과 동시에, 그 일부, 즉, 솔레노이드 밸브(10)의 바이패스 오리피스(44)에 의한 한정된 유량에 상당하는 부분이 제2 흡착 기둥(86)으로 보내지며, 제2 흡착 기둥(86)의 제올라이트를 청정화하기 위하여 사용된 후, 개폐 밸브(SV4)를 통하여 배기구(90)로부터 배기된다. 제1 단계가 소정 시간 경과하면, 제1 흡착 기둥(84)의 제올라이트가 질소 흡착의 한계를 맞이한다.

(제2 단계)

여기서, 솔레노이드 밸브부(14)의 솔레노이드 코일(56)이 통전된다(시각 t2). 통전에 의하여, 가동 철심(62)이 축 방향으로 변위함으로써, 밸브 바디(66)가 밸브 시트(68)로부터 이격하여, 압력이 높은 제1 포트(26)로부터 흘러 들어간 유체가 압력이 낮은 제2 포트(28)를 향하여 흐른다. 제1 유량 안정화 오리피스(34) 및 제2 유량 안정화 오리피스(36)를 통과하는 유체의 유량은, 바이패스 오리피스(44)를 통과하는 유체의 유량보다도 훨씬 크며, 제2 단계에서는, 제1 흡착 기둥(84)으로부터 제2 흡착 기둥(86)을 향하여 농축 산소가 급속히 흐른다.

(제3 단계)

이후, 개폐 밸브(SV1) 및 개폐 밸브(SV4)가 OFF 상태에 있다(시각 t3). 따라서, 제1 흡착 기둥(84)의 압력과 제2 흡착 기둥(86)의 압력이 실질적으로 같아진다.

(제4 단계)

개폐 밸브(SV2) 및 개폐 밸브(SV3)가 ON 상태에 있는 상황에서, 솔레노이드 밸브부(14)의 솔레노이드 코일(56)에 대한 전류의 공급이 정지된다(시각 t4). 그러면, 솔레노이드 밸브(10)에 있어서 제1 통로(38)와 제2 통로(40)의 연통이 차단되므로, 제1 흡착 기둥(84)에 연결된 제1 포트(26)와 제2 흡착 기둥(86)에 연결된 제2 포트(28)는, 바이패스 오리피스(44)가 형성된 바이패스 유로(42)만에 의하여 연결된다.

컴프레서(82)로부터의 압축 공기는, 개폐 밸브(SV3)를 통하여 제2 흡착 기둥(86)으로 보내지고, 제2 흡착 기둥(86)에 있어서 도시하지 않은 제올라이트의 작용으로 질소가 흡착된다. 제2 흡착 기둥(86)에서 생성된 농축 산소는, 그 대부분이 탱크(88)로 보내짐과 동시에, 그 일부, 즉, 솔레노이드 밸브(10)의 바이패스 오리피스(44)에 의한 한정된 유량에 상당하는 부분이 제1 흡착 기둥(84)으로 보내지며, 제1 흡착 기둥(84)의 제올라이트를 청정화하는데 사용된 후, 개폐 밸브(SV2)를 통하여 배기구(90)로부터 배기된다. 제4 공정이 소정 시간 경과하면, 제2 흡착 기둥(86)의 제올라이트가 질소 흡착의 한계를 맞이한다.

(제5 단계)

여기서, 솔레노이드 밸브부(14)의 솔레노이드 코일(56)이 통전된다(시각 t5). 통전에 의하여, 가동 철심(62)이 축 방향으로 변위함으로써, 밸브 바디(66)가 밸브 시트(68)로부터 이격하여, 압력이 높은 제2 포트(28)로부터 흘러 들어간 유체가 압력이 낮은 제1 포트(26)를 향하여 흐른다. 제1 유량 안정화 오리피스(34) 및 제2 유량 안정화 오리피스(36)를 통과하는 유체의 유량은, 바이패스 오리피스(44)를 통과하는 유체의 유량보다도 훨씬 크며, 제5 단계에서는, 제2 흡착 기둥(86)으로부터 제1 흡착 기둥(84)을 향하여 농축 산소가 급속히 흐른다.

(제6 단계)

이후, 개폐 밸브(SV2) 및 개폐 밸브(SV3)가 OFF 상태에 있다(시각 t6). 따라서, 제1 흡착 기둥(84)의 압력과 제2 흡착 기둥(86)의 압력이 실질적으로 같아진다.

본 실시 형태에 따른 솔레노이드 밸브(10)에 의하면, 제1 포트(26)로부터 제2 포트(28)를 향하여 유체가 흐르는 경우나, 제2 포트(28)로부터 제1 포트(26)를 향하여 유체가 흐르는 경우에서, 밸브 바디(66)의 부근에서 유체가 흐르는 방향이 다르더라도, 대칭 형상으로 형성된 제1 유량 안정화 오리피스(34) 및 제2 유량 안정화 오리피스(36) 중 특히 하류측에 존재하는 유량 안정화 오리피스에 의하여 유량이 지배된다. 이러한 이유로 인하여, 제1 포트(26)로부터 제2 포트(28)를 향하여 유체가 흐르는 경우와, 제2 포트(28)로부터 제1 포트(26)를 향하여 유체가 흐르는 경우라도, 유량에 차이가 생기지 않는 구조가 제공될 수 있다.

또한, 제1 포트(26)와 제2 포트(28)가 형성된 솔레노이드 밸브 설치부(120 및 단일의 솔레노이드 밸브부(14)로 이루어지므로, 매니폴드 구조가 없이 솔레노이드 밸브부(14)의 사이즈를 줄일 수 있다. 또한, 특별한 제어 회로도 필요없다.

그리고, 제1 유량 안정화 오리피스(34)에 연결된 제1 통로(38) 및 제2 유량 안정화 오리피스(36)에 연결된 제2 통로(40)가 솔레노이드 밸브 설치부(12)에 형성되고, 밸브 바디(66)가 안착 가능한 밸브 시트(68)가 제2 통로(40)의 원 형상의 개방단에 형성된다. 게다가, 제1 통로(38)의 개방단은 제2 통로(40)의 개방단의 주위를 둘러싸는 원형 링 형상이므로, 유로에 대한 밸브 바디(66)의 배치 구성이 단순화될 수 있다.

그리고 또한, 제1 유량 안정화 오리피스(34) 및 제2 유량 안정화 오리피스(36)가 보어(22)에 형성된 제1 격벽(30) 일측의 면과 보어(22)의 내벽면으로 구획되는 통로에 의하여 구성될 수 있다. 이와 동시에, 바이패스 유로(42)가 제1 격벽(30) 일측의 면과는 반대측에 형성된다. 따라서, 제1 유량 안정화 오리피스(34), 제2 유량 안정화 오리피스(36) 및 바이패스 오리피스(44)는 제1 포트(26)와 제2 포트(28)가 형성된 솔레노이드 밸브 설치부(12) 내에 컴팩트하게 배치될 수 있다.

또한, 바이패스 오리피스(44)는 바이패스 유로(42)의 길이 방향의 실질적으로 중앙에 형성되고, 바이패스 유로(42)의 단면적은 길이 방향의 각 단부로부터 바이패스 오리피스(44) 부근의 소정 위치까지는 실질적으로 일정하고, 상기 소정 위치로부터 바이패스 오리피스(44)를 향하여 점차 작아지게 형성된다. 따라서, 바이패스 오리피스(44)를 포함하는 바이패스 유로(42)에 있어서, 유체의 흐름이 원활하게 층류화될 수 있다.

또한, 제1 격벽(30) 및 제2 격벽(32)을 포함하는 솔레노이드 밸브 설치부(12)는 수지로 형성되므로, 제1 유량 안정화 오리피스(34), 제2 유량 안정화 오리피스(36) 및 바이패스 오리피스(44)를 별도의 부품으로 형성되나 절삭 가공으로 형성할 필요가 없으므로, 솔레노이드 밸브 설치부(12)는 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는 위에서 서술한 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하는 일이 없이 다른 다양한 구조들이 적용될 수 있음은 물론이다.

Claims

양방향으로 유체가 흐르는 유로에 배치되는 솔레노이드 밸브에 있어서,
상기 솔레노이드 밸브는 제1 포트(26)와 제2 포트(28)가 형성된 솔레노이드 밸브 설치부(12)와, 단일 솔레노이드 밸브부(14)로 구성되며;
제1 유량 안정화 오리피스(34)가 상기 제1 포트(26)와 상기 솔레노이드 밸브부(14)의 밸브 바디(66) 사이에 배치되며, 제2 유량 안정화 오리피스(36)가 상기 제2 포트(28)와 상기 밸브 바디(66) 사이에 배치되고;
바이패스 오리피스(44)가 상기 제1 유량 안정화 오리피스(34) 및 상기 제2 유량 안정화 오리피스(36)를 바이패스하는 바이패스 유로(42)에 배치되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 유량 안정화 오리피스(34)에 연결된 제1 통로(38) 및 상기 제2 유량 안정화 오리피스(36)에 연결된 제2 통로(40)가 상기 솔레노이드 밸브 설치부(12)에 형성되고;
상기 밸브 바디(66)가 안착 가능한 밸브 시트(68)가 상기 제1 통로(38) 및 상기 제2 통로(40) 일측의 개방단에 형성되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
청구항 2에 있어서,
상기 일측의 개방단은 원 형상이며, 상기 제1 통로(38) 및 상기 제2 통로(40) 타측의 개방단은 상기 일측의 개방단 주위를 둘러싸는 원형 링 형상인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 포트(26)와 상기 제2 포트(28)는 상기 솔레노이드 밸브 설치부(12)에 형성된 보어(22)의 양단에 형성되고;
상기 제1 유량 안정화 오리피스(34) 및 상기 제2 유량 안정화 오리피스(36)는, 상기 보어(22)에 형성된 격벽(30) 일측의 면과 상기 보어(22)의 내벽면으로 구획되는 통로로 이루어지며;
상기 바이패스 유로(42)는 상기 일측의 면으로부터 상기 격벽(30)의 반대측에 배치되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 바이패스 오리피스(44)는 상기 바이패스 유로(42)의 길이 방향의 중앙에 배치되고;
상기 바이패스 유로(42)의 단면적은 길이 방향의 각 단부로부터 상기 바이패스 오리피스(44) 부근의 소정 위치까지는 일정하고, 상기 소정 위치로부터 상기 바이패스 오리피스(44)를 향하여 점차 작아지는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 솔레노이드 밸브 설치부(12)는 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 유체는 농축 산소인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.