KR100484392B1 - 전자식 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자식 밸브의 개폐방법에 있어서, 상기 전자식 밸브를 스프링에 의한 탄성력이외에도 영구자석에 의한 자기력으로 폐쇄상태를 유지하게 하고 이후 전류인가 내지 차단으로 인한 솔레노이드 코일의 전자기력뿐만 아니라 영구자석의 자기력을 이용하여 개폐시키는 전자식 밸브를 제공하는데 있다. 또한 정전시 수동조작을 가능하게 하며 정전해제시 별도의 수동조작이 없이도 전원인가로 인한 원 밸브개방상태유지로 자동복귀가 가능한 전자식 밸브를 제공하는데 있다. 또한 여과필터의 구성으로 이물질차단 기능이 가능한 전자식 밸브를 제공한다.

Description

전자식 밸브 { Electronic Valve }

본 발명은 전자식 밸브에 관한 것으로, 특히 밸브의 폐쇄 상태에서 전류가 인가되는 경우 솔레노이드 코일에 의해 유도된 자성을 영구자석의 자성에 유도된 플런저와 반대자성으로 유도하여 개방 상태 유지함으로써, 솔레노이드 코일만의 사용에 의한 밸브에 비하여 전기에너지 절약과 아울러 과열로 인한 화재위험을 제거하여 밸브의 신뢰성과 수명을 연장시키는 전자식밸브에 관한 것이다.

또한 본 발명은 정전시 수동 개폐조작기능과 정전 해제시 전류를 인가로 인한 자동복귀기능을 가지고 있는 전자식 개폐 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 전원이 차단되거나 전자밸브에 문제가 발생할시 수동조작레버를 마련하여 수동으로 개폐를 유지하며 밸브 개방상태에서 정전해제 시 전류를 인가로 자동적으로 수동레버의 자동복귀로 개방상태를 유지할 수 있도록 자동복귀기능을 특징으로 하는 전자식 계폐장치에 관한 것이다.

종래의 전자식 밸브는 도 1과 같은 기본 구조를 갖고 있는 바, 도시된 바와 같이 원형 코어(10)로 코어의 둘레에 솔레노이드 코일(11)이 감겨있어 인가되는 정격전압에 따라 자기장을 발생하는 상기 솔레노이드 코일(11)과 상기 솔레노이드 코일(11)의 내측에서 전압의 인가에 따라 자기장에너지가 유도되는 고정자(20)와 상기 고정자(20)를 그 중앙 플런저요홈(32)에 내삽된 연결핀(40)에 스프링(41)을 사이에 두고 삽입되어 전압의 인가 여부에 따라 고정자와 밀착 및 이격되는 플런저(31)와 상기 플런저의 상하이동의 플런저하우징(30)과 결착되고 유체가 유출입되는 밸브유출입포트(50)와 상기 플런저(31)의 이동에 따라 밸브유출입포트(50)를 개폐하는 다이아프램 셀(42)로 구성되어 있다.

상기와 같은 전자식 밸브의 구동원리는, 먼저 솔레노이드 코일(11)에 전류를 흘리면 상기 솔레노이드 코일(11)의 중앙에 자기장이 발생되어 솔레노이드 코일(11) 내측 중앙에 있는 고정자(20)가 전자석이 되며, 스프링(41)에 의해 이격되어 있던 플런저(32)가 솔레노이드 코일(11)의 자기장의 힘에 의해 이동하여 전자석이 된 고정자(20)에 밀착하게 된다. 이때 이동하는 힘으로 다이아프램 셀(42)이 이동되어 밸브를 열게 된다.

이때, 밸브를 이동하는 힘으로 이동한 만큼 플런저(32)는 이동하고 압력에 의한 많은 에너지가 필요하다. 즉, 솔레노이드 코일(11)에 흐르는 전류의 양을 증가시켜 이동시키며 전기에너지만을 높여 이용한다. 따라서 많은 소비전류가 발생하고, 이로 인한 코일의 열 발생으로 제품의 수명이 단축됨과 아울러 밸브의 신뢰성 등에도 많은 영향을 초래했다.

따라서 종래의 전자식 밸브는 기계식 밸브에 비해 제어가 쉽고, 원격 제어가 가능하다는 장점을 지니고 있지만, 전자식 밸브는 전기에너지가 필요하며 이에 전류의 크기가 커지며 이때 손실로 인한 열이 발생으로 인한 전자식 밸브의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

상기 전자적 밸브구조 하에 있어서는 밸브를 항상 열고 있어야 하는 기기에서는 코일에 항상 전류를 흘러야 개방되는 단점이 있다. 이에 거의 밸브를 열고 있는 상태는 같은 전압을 유지하므로 매우 많은 소비전류가 발생하고, 이로 인한 솔레노이드 코일(11)의 열 발생으로 제품의 수명이 단축됨과 아울러 밸브의 신뢰성 등 많은 영향을 초래한다.

또한 정전시 밸브에 전원이 공급되지 아니하여 밸브를 개방할 수가 없다. 이에 전기에너지의 소비가 없으나 상기 밸브는 스프링의 탄성력에 의한 폐쇄유지로 수동으로 밸브제어가 원활하지 아니한 문제점이 있다. 또한 상기 밸브를 개방상태로 유지한 경우 전원이 다시 공급되는 경우 다시 코일에 전류가 인가되어 수동으로 개방된 상태에서 전기에너지의 소비만이 있으며 전자적 밸브제어를 하지 못하는 문제점이 있다.

또한 종래의 전자식 밸브는 유입구(51)를 통한 유체에 흐름에 수반된 이물질로 인한 다이아프램 셀(42)의 물리적 손상의 문제점과 밸브시트면(53)의 이물질접착으로 인한 개폐상태의 밸브제어가 원활히 이루어지지 아니한다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 폐쇄 상태에서 전류 인가시 코일에 의해 유도된 자성을 영구자석의 자성과 반대자성으로 유도하고 개방 상태유지로 전기에너지 절약과 아울러 과열로 인한 화재위험을 제거하여 밸브의 신뢰성과 수명을 연장시키는 전자식밸브장치를 제공하는데 있다. 또한 정전시 또는 밸브장치에 문제가 생길경우 수동 개폐조작기능과 정전 해제시 전류를 인가된 경우 자동복귀기능을 가지게 하여 전자식 개폐 장치를 외부에서 제어가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다. 또한 전자식 밸브에 이물질이 유입되는 것을 차단하기 위하여 여과필터를 취합하므로 개폐제어의 신뢰성 향상 하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 외부로부터 인가된 전류에 따라 자기장을 발생하여 밸브를 폐쇄, 개방 및 유지 시키는 전자식 밸브에 있어서:

상기 밸브는 솔레노이드 코일(11)과 영구자석(60)으로 구성되어 상기 밸브의 유입구(51)와 유출구(52)를 형성하는 밸브유입포트(50)와, 상기 밸브유출입포트(50)의 상단에 결착되어 있는 영구자석(60)과, 상기 영구자석(60)에 의해 자화되는 플런저(31)와, 상기 플런저(31)에 하부로 탄성을 가하는 스프링(41)과, 상기 스프링(41)의 탄성력에 반발하여 전류를 인가시 전자력을 발생하는 솔레노이드 코일(11)과, 상기 솔레노이드 코일(11)에 전류 인가시 상기 영구자석과 반대자극으로 유도되고 전류 차단시 상기 영구자석과 같은 자극을 유도하여 상기 플런저(31)를 상하 이동시키는 고정자(20)와, 상기 자화된 고정자(20)와 플런저(31)의 밀착내지 이격에 따라 유입구(51)와 유출구(52)사이에서 개폐되는 다이어프램(42)으로 이루어진 전자식 밸브이다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고정자(20)상단에 고정자요홈(21)과, 상기 고정자요홈(21)에서 상하부로 이동하는 세트부시(70)와, 상기 세트부시(70)내에 리턴스프링(90)에 의한 회전내지 복귀 가능한 수동레버(80)로 구성되어 수동개폐기능과 자동 복귀기능을 갖는 전자식 밸브이다. 또한 전자식 밸브의 유입구(51)에 여과필터(100)를 형성하는 구조로 이물질 차단기능을 갖도록 구성되어 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 2a는 초기 상태의 단면도이며, 도 2b는 전원으로 작동된 밸브가 열린 상태의 단면도로서, 벨브유출입포트를 전후로 유입구(51)와 유출구(52)를 형성하고 그 사이에 다이아프램(42)과 일체형으로 플런저하우징(30)외부에 영구자석(60)과 솔레노이드 코일(11)이 구성되며 플런저하우징(30)내에 고정자(20)와 플런저(31)와 스프링(41)이 구성되어 있다.

상기 밸브에 유입구(51)와 유출구(52)를 형성하는 밸브유출입포트(50)사이에 밸브시트면(53)위로 유체가 흐를 수 있는 통로(54)가 마련되어 있다.

상기 통로(54)의 개폐는 다이아프램(42)의 상하부이동으로 밸브가 개폐된다. 상기 다이아프램(42)의 상하부이동은 일체적으로 결부되어 있는 플런저(31)의 상하부 이동에 의해 밸브가 개폐된다. 즉 상기 플런저는 플런저하우징내(30)에서 상부 이동을 하면 밸브는 개방되며 하부로 이동하면 밸브는 폐쇄된다.

실질적으로 밸브의 개폐는 플런저의 상하부이동에 따라 달라진다. 상기 밸브의 초기상태는 전류가 인가되기 전으로 상기 영구자석(60)을 밸브유출입포트(50) 상단에 결착시켜 영구자석(60)의 자성으로 플런저(31)를 N극과 S극으로 자화시킨다.

이는 플런지요홈(32)내의 스프링(41)에 의한 플런저(31)의 상부이동의 저항력뿐만 아니라 플런저(31)의 자성내지 영구자석(60)자체의 자성에 의해여 중앙에 위치하려는 힘이 작용이 발생한다. 상기 힘에 의하여 스프링의 탄성력과 더불어 밸브는 폐쇄상태를 유지한다.

그리고, 밸브를 개방하고자 하고자 할 경우는 솔레노이드 코일에 직류전류를 인가하면 직류의 극성에 따라 영구자석(60)에 의해 자화된 플런저(31)의 상부 자성과 반대되는 자성이 고정자(20)에 아래쪽에 발생하며 자력에 의하여 플런저(31)와 고정자(20)는 서로 당기는 힘이 작용한다. 이에 폐쇄상태를 유지하던 플런저(31)는 고정철봉에 밀착하게 되며 상기 플런저(31)의 상부이동으로 이격시 밸브는 개방된다.

즉, 상기 플런저(31)의 상부이동은 전류가 인가된 경우에 자기장을 발생하는 솔레노이드 코일이 자기장을 발생하며 영구자석(60)에 의해 일정한 자화상태인 플런저(31)는 다른 극성을 가진 고정자(20)에 밀착되어 진다. 상기 플런저(31)의 상부이동으로 이격시 밸브는 개방된다.

실시예로 다음과 같이 한다. 영구자석(60)에 의해 자성된 플런저(31)의 상부가 S극인 경우 솔레노이드 코일에 의해 자성된 고정자(20)의 하부는 N극으로 자성되게 직류전류를 인가하며 영구자석(60)에 의해 자성된 플런저(31)의 상부가 N극인 경우 솔레노이드 코일에 의해 자성된 고정자(20)의 하부는 S 극으로 자성되게 직류전류를 인가한다.

또한, 밸브를 다시 폐쇄하고자 하는 경우는 직류의 인가가 없을 시 상기 솔레노이드 코일(11)에 의하여 역기전력이 발생한다. 이 역기전력에 의하여 반대의 자기장이 발생되어 상기 영구 자석에 의해 자화된 플런저(31)의 상부자성과 같은 자성이 된다. 이에 발생하는 반발력, 스프링의 반발력, 움직이는 플런저(31)가 영구자석(60) 중앙에 위치하려는 힘이 합력으로 작용하여 플런저(31)는 하부이동하고 이에 영구자석(60)의 자력에 의해 밸브는 폐쇄상태를 유지한다.

즉, 상기 플런저(31)의 하부이동은 전류가 차단된 경우에 역기전력에 의해 솔레노이드 코일이 반대의 자기장을 발생하며 영구자석(60)에 의해 일정한 자화상태인 플런저(31)는 같은 극성을 가진 고정자(20)에 이격되어 진다. 상기 플런저(31)의 하부이동으로 이격시 밸브는 폐쇄된다.

따라서, 기존에 방식인 솔레노이드 코일에서 발생되는 전자기력만으로 열고 닫는 방식에서 필요한 힘을 상기 영구자석(60)이 반씩 나누어 같은 힘을 나타낸다. 이에 작은 전류로서 밸브의 개폐가 가능하다. 따라서 매우 낮은 전력으로 매우 안정된 동작을 할 수 있다.

즉, 상기 영구자석(60)의 자성을 이용함으로써 상기 솔레노이드 코일(11)의 자기력뿐만 아니라 영구자석(60)의 의해 플런저에 자성을 유도시켜 2중의 자기력을 가지게 하여 밸브의 개폐작용, 그리고 개폐의 상태의 유지하도록 하여 솔레노이드 코일만 이용할 경우에 비하여 적은 양의 소비로 전력의 효율성이 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 폐쇄사태의 유지에는 스프링의 탄성에만 의존하지 아니하고 영구자석(60)의 자기력에 의하여 밸브의 신뢰성을 증대시킬 수 있다.

또한 도 3a는 수동으로 조작 전의 수동레버(80)를 이용한 밸브가 폐쇄 상태의 단면도이며, 도 3b는 수동으로 조작 시에 수동레버(80)가 있는 밸브개방 상태의 단면도이며, 도 3c는 전원으로 작동 시에 자동 복귀상태의 전기적 밸브를 도시한 단면도 이며, 도 4는 수동레버(80)를 이용한 전자식 밸브의 구조를 도시한 분해사시도로서, 고정자(20)상단중심에 있는 고정자요홈(21)을 형성되고 세트부시요홈(71)내에 수동레버(80)로 구성된 수동개폐기능과 자동 복귀기능을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 고정자(20)중앙상부의 고정자요홈(21)으로 밸브의 폐쇄된 경우에 세트부시가 안착될 수 있게 구성하고 고정자요홈(21)의 옆의 돌출된 돌출부(22)의 구조로 갖는 구조를 이룬다.

상기 3a도면에서 폐쇄상태의 밸브에서 세트부스(70)내에 삽입된 리턴스프링(90)의한 탄성력으로 수동레버(80)는 연결핀(40)과 평형상태로 유지하고 있다.

이러한 구조에서 상기의 수동레버(80)를 위로 당기여 세트부시(70)를 고정자요흠(21)의 돌출부(22) 옆으로 눕히면 상기 고정자요홈(21)의 돌출부(22)가 수동레버(80)의 하단과 연결핀의 평형기준에서 15~35도 각도에서 안착될 수 있게 한다.

다만 상기 수동레버(80)의 하단이 상기 돌출부(22)에 안착 시 상기의 플런저(31)가 상기 고정자(20)와 밀착되지 아니한 상태인 일정한 간격을 유지한 상태로 개방한다.

상기 간격은 플런지하우징(30)의 상부내에서 있는 고정자(20)와 상부이동 가능한 플런저(31)사이의 간격이며 0.5~ 1mm의 정도로 유지한다.

이에 개방상태의 유지를 위해 상기 고정자요홈(21)의 돌출부(22)에 수동레버(80)의 하단을 안착시키면 플런지요홈(32)내 스프링의 상부저항의 힘과 리턴스프링(90)의 저항력은 상기 수동레버(80)의 안착된 상태의 마찰력의 힘과 같아 상기 플런저(31)는 더 이상의 하부이동이 없다. 이에 밸브는 개방된 상태를 유지한다.

이에 도 3b와 같이 상기의 수동레버(80)는 고정자요홈(21)의 돌출부(22)에 안착이 되어 플런저(31)의 상부이동상태가 유지되어 밸브는 개방상태를 유지한다.

상기는 정전이나 전자기 밸브에 문제가 생긴 경우 전기에너지에 의한 제어가 아닌 수동제어를 하기 위한 방법으로 전원의 공급의 없는 경우 수동레버(80)를 상부로 당겨 폐쇄상태의 밸브를 개방상태로 전환할 수 있다.

따라서 전원을 공급하지 아니하는 경우에도 상기 수동레버(80)의 수동 조작으로 인하여 밸브의 유지 상태를 유지할 수 있다. 이는 개방상태를 유지하고자 할 경우 불필요한 전원의 공급으로 전력의 소비를 줄일 수 있다.

이는 정전 시에도 수동조작으로서 전자기 밸브제어가 가능하며 이에 의하여 초기시의 영구자석에 의한 자성과 플런저요흠(32)내의 스프링(41)에 의한 폐쇄상태에서 수동레버(80)를 위로 당기어 고정자요홈(21)의 돌출부(22)에 수동레버의 하단으로 안착으로써 수동으로 조작하여 개방상태를 유지할 수 있다.

또한 전원이 공급된 경우 도 3b 및 도 3c에 도시한 바와 같이, 수동개방 된 상태라 하더라도 상기 일정간격을 두고 있는 상태에서 전원의 입력으로 인하여 솔레노이드 코일(11)의 자기력에 의한 플런저(31)가 상기 간격을 타고 상부로 이동하여 상기 고정자(20)에 밀착한 상태가 된다.

이때 밀착된 상태에서는 상기의 수동레버(80)의 하단이 돌출부(22)와의 마찰력이 제거된 상태로 수동레버(80)와 연결된 리턴스프링(90)의 탄성으로 인하여 수동레버(80)는 수동조작 전의 상태로 복귀함으로써 연결핀(40)과 평행을 유지하며 이에 수동조작의 수동레버(80)에 의한 마찰력에 의한 밸브 개방상태유지가 아닌 전기에너지에 의한 밸브제어가 가능한 상태가 된다.

따라서, 상기의 개방된 상태의 밸브는 외부 제어에 의해 원격제어가 가능한 상태가 된다. 따라서 전자식 제어 밸브로서 역할을 할 수 있다. 즉 전원공급이 되지 아니한 경우 역기적력에 의한 영구자석에 자성된 플런저(31)와 같은 자극을 가지어 이에 의한 반발력, 플린저요흠(32)내 스프링에 의한 탄성력, 영구자석(60)에 의한 자기력에 의해 밸브는 폐쇄상태를 유지한다.

따라서, 수동조작 후에 정전이 해제된 경우에 다시 수동으로 동작된 상태의 해제조작이 없어도 자동으로 전원이 인가 시에 상기 수동레버(80)가 중앙으로 연결핀과 평형을 이루며, 이는 정전이전시의 밸브의 개방상태로 복귀된 상태이다.

또한 도 5는 밸브 유입구(51)에 여과 필터를 도시한 밸브의 단면도이며, 전자식 밸브의 상기 유입구(51)에 여과필터(100)로 이루어진 구조로 이물질 차단기능을 특징으로 한다.

도 2a, 2b, 3a 및 3b 에 도시한 바이 있는 개폐하는 밸브에 있어서:

이는 상기 밸브의 유입구(51)와 유출구(52)를 형성하는 밸브유출입포트(50)사이에 밸브시트면(53)위로 유체가 흐를 수 있는 통로(54)가 마련된다. 상기 통로(54) 중 유체가 유입되는 유입구(51)와 밸브시트면(53) 사이에 여과 필터(100)를 결합한다.

이러한 여과 필터(100)의 결합으로 공간에 흐르던 유체가 통로를 통하여 상기 밸브시트면(53)위로 통과하여 유출구(52) 통해 흐른다. 따라서 유입구(51)와 유출구(52)사이에서 개폐되는 다이아프램(42)을 파괴내지 손상을 가할 수 있는 이물질의 흐름을 미리 제거할 수 있다.

상기에서 본 발명은 정전 시에 수동조각으로 인한 개방 시킬 경우를 설명하였지만 그 반대로 밸브를 폐쇄하는 경우에도 마찬가지이며, 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며 본 발명에 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 전자 밸브는, 스프링의 저항력 및 영구자석의 힘으로 폐쇄상태를 유지하고 전류의 인가로 인하여 개방시 영구자석의 자기력을 이용하여 전기에너지만의 이용이 아닌 플런저에 자성을 유도시켜 2중의 자기력을 가지게 되어 전력의 소비 50%정도의 절약과 과열로 인한 화재위험의 감소가 있다. 전류의 인가가 없는 경우에 영구자석의 자기력을 이용하여 밸브를 폐쇄함으로서 밸브의 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 수동개폐기능, 자동복귀기능을 부가하고 있어 정전 시 또는 비상시 수동으로 조작가능하고 정전내지 비상 해제 시 전류가 인가된 경우 별도의 수동조작의 필요 없이 자동으로 전자적 밸브 상태로 복귀하여 전자적 제어가능하게 하여 이에 별도의 수동조작을 요하지 아니하게 한다. 이에 정전 해제 시 원격으로도 밸브를 개폐를 제어할 수 있다.

또한, 본 발명은 이물질 차단필터링 기능을 부가 하고 있어 이물질 차단으로 인한 밸브자체의 손상 내지 부정확한 폐쇄로 인한 누수 등을 방지할 수 있어 밸브자체의 신뢰성을 향상 시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 전자식 밸브의 구조를 도시한 종단면도.

도 2a는 본 발명에 의한 전자식 밸브의, 초기 상태에 있어서 종단면도.

도 2b는 본 발명에 의한 전자식 밸브가, 전원으로 작동된 경우 밸브가

개방상태의 단면도.

도 3a는 본 발명에 의한 전자식 밸브가, 수동으로 조작 전의 밸브가

폐쇄 상태의 단면도.

도 3b는 본 발명에 의한 전자식 밸브가, 수동으로 조작 시에 수동레버를

이용하여 밸브가 개방 상태의 단면도.

도 3c는 본 발명에 의한 전자식 밸브가, 전원으로 작동 시에 자동복귀상태를

도시한 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 수동레버를 이용한 전자식 밸브의 구조를 도시한

분해사시도.

도 5는 본 발명에 의한 전자식 밸브의, 유입구에 여과 필터를 도시한

밸브의 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 코어 11: 솔레노이드 코일

20: 고정자 21: 고정자요홈

30: 플런저하우징 31: 플런저

40: 연결핀 41: 스프링

50: 밸브유출입포트 51: 밸브유입구

60: 영구자석 70: 세트부시

80: 수동레버 90: 리턴스프링

100: 여과 필터

Claims (5)

1. 솔레노이드 코일(11)과 영구자석(60)으로 구성되어 밸브의 유입구(51)와 유출구(52)를 형성하는 밸브유입포트(50);

   상기 밸브유출입포트(50)의 상단에 결착되어 있는 영구자석(60);

   상기 영구자석(60)에 의해 자화되는 플런저(31);

   상기 플런저(31)에 하부로 탄성을 가하는 스프링(41);

   상기 스프링(41)의 탄성력에 반발하여 전류를 인가시 전자력을 발생하는 솔레노이드 코일(11);

   상기 솔레노이드 코일(11)에 전류 인가시 상기 영구자석(60)과 반대자극으로 유도되고 전류 차단시 상기 영구자석(60)과 같은 자극을 유도하여 상기 플런저(31)를 상하 이동시키는 고정자(20); 및

   상기 자화된 고정자(20)와 플런저(31)의 밀착내지 이격에 따라 유입구(51)와 유출구(52)사이에서 개폐되는 다이어프램(42)으로 구성하여 외부로부터 인가된 전류에 따라 자기장을 발생하여 밸브를 폐쇄, 개방 및 유지 시키는 전자식 밸브에 있어서:

   상기 전자식 밸브의 유입구(51)에 여과필터를 형성하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자식 밸브.
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