KR101285212B1 - 고압가스용 솔레노이드 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명의 고압가스용 솔레노이드 밸브는, 입구포트와 출구포트가 형성되어 있고, 상기 입구포트와 출구포트를 연통하도록 제1유로가 관통되게 형성된 바디; 왕복 운동하면서 상기 제1유로를 개폐하는 메인밸브; 상기 바디에 결합되는 솔레노이드 하우징과, 상기 솔레노이드 하우징에 설치되며 코일이 권취된 보빈과, 상기 보빈의 중심에 설치된 코어 및 상기 코어의 자화에 따라 상기 메인밸브가 유로를 개방하도록 이동시키는 플런저로 구성된 전자 솔레노이드;를 포함하되, 상기 코어와 플런저의 대면 부위에는 각각 접촉 단면적을 늘려주는 접촉면이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 코어와 플러저의 대면 부위인 접촉면의 단면적을 크게 하여 낮은 전류에서도 코어에서 플런저로 흡인력이 충분히 전달되어 응답성이 우수한 효과가 있다.

Description

고압가스용 솔레노이드 밸브{solenoid valve}

본 발명은 고압가스용 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 전류에서도 응답성이 우수한 고압가스용 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 솔레노이드 밸브는 유체가 유동하는 유로를 개폐하거나 전환해주는 기능을 수행하는 장치로서, 전원공급에 따라 그 내부의 플런저가 이동되면서 유로를 개폐시키게 된다.

이러한 종래의 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.

이와 같은 문제점을 개선하기 위해 본 발명의 출원인이 선출원한 하기 문헌 1(이하, 종래기술)의 '고압가스용 솔레노이드 밸브'가 개시되었다.

그러나, 종래기술의 솔레노이드 밸브는 코어와 플런저의 접촉부위가 평면으로 형성되어 접촉 단면적이 작기 때문에 흡인력이 충분하지 않으므로 밸브 개방을 위해서는 높은 전류가 인가되었다.

즉, 낮은 전류가 인가되면 흡인력이 충분하지 않아 플런저가 작동하지 않을 수도 있어 응답성이 낮은 문제점이 있었다.

따라서, 낮은 전류에서도 동작하는 개선된 솔레노이드 밸브의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

[문헌 1] 한국공개특허 제2011-0012263호(2011.02.09)

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 낮은 전류에서도 코어에서 플런저로 흡인력이 충분히 전달되어 응답성이 우수한 고압가스용 솔레노이드 밸브를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다름 목적은 코어의 누설 자속을 최소화하는 고압가스용 솔레노이드 밸브를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고압가스용 솔레노이드 밸브는, 입구포트와 출구포트가 형성되어 있고, 상기 입구포트와 출구포트를 연통하도록 제1유로가 관통되게 형성된 바디; 왕복 운동하면서 상기 제1유로를 개폐하는 메인밸브; 상기 바디에 결합되는 솔레노이드 하우징과, 상기 솔레노이드 하우징에 설치되며 코일이 권취된 보빈과, 상기 보빈의 중심에 설치된 코어 및 상기 코어의 자화에 따라 상기 메인밸브가 유로를 개방하도록 이동시키는 플런저로 구성된 전자 솔레노이드;를 포함하되, 상기 코어와 플런저의 대면 부위에는 각각 접촉 단면적을 늘려주는 접촉면이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접촉면은 코어와 플런저의 외측에서 내측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접촉면은 호형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 솔레노이드 하우징을 감싸는 'ㄷ'자 형상의 요크가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인밸브에는 제1유로와 연통되도록 제2유로가 관통되며, 상기 플런저의 단부에는 상기 메인밸브의 제2유로를 개폐시키는 시트가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플런저의 길이방향에 대해 수직하게 관통되어 상기 플런저의 양측으로 돌출되는 핀이 더 구비되며, 상기 메인밸브에는 핀의 돌출된 양측 단부가 끼워지는 장공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고압가스용 솔레노이드 밸브에 따르면, 코어와 플러저의 대면 부위인 접촉면의 단면적을 크게 하여 낮은 전류에서도 코어에서 플런저로 흡인력이 충분히 전달되어 응답성이 우수한 효과가 있다.

또한, 원형의 요크와 워셔가 솔레노이드 하우징의 외면과 하면을 감싸도록 형성되어 코어의 누설자속을 최소화한다.

또한, 고압가스가 흐르는 솔레노이드 밸브의 제1유로 상에 구성된 메인밸브의 제2유로가 플런저의 이동에 의해 먼저 개방된 후, 메인밸브 하부에서 작용하는 압력에 의해 메인밸브가 상승하면서 솔레노이드 밸브의 유로가 개방됨으로써 솔레노이드 밸브의 작동이 안정적으로 이루어지는 효과가 있다. 즉, 높은 압력에서도 약한 기자력으로 유로를 개방할 수 있게 된다.

또한, 입구포트 내부에 설치된 필터가 입구포트를 통해 유입되는 고압가스 중에 포함된 이물질을 모두 걸러냄으로써 이물질에 의한 솔레노이드 밸브의 막힘 등에 의한 오작동을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 솔레노이드 하우징에 커넥터가 일체형으로 붙어 있어 심플하며 작업성이 용이하다.

또한, 보빈이 권취릴 형태로 형성되어 코일이 감기기에 적합한 형태로 양산에 매우 적합한 구조이다.

또한, 바디가 4 way 홀이 적용되어 압력 게이지 및 Sensor류 장착이 용이하다.

도 1은 본 발명에 따른 고압가스용 솔레노이드 밸브를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 2의 'a-a'부 단면도이다.
도 4는 도 3의 'b'부를 확대 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 고압가스용 솔레노이드 밸브의 작동상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 고압가스용 솔레노이드 밸브를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도이며, 도 3은 도 2의 'a-a'부 단면도이고, 도 4는 도 3의 'b'부를 확대 도시한 단면도이며, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 고압가스용 솔레노이드 밸브의 작동상태도이다.

도 1 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고압가스용 솔레노이드 밸브(A)는, 고압가스가 흐르는 바디(100)와, 상기 바디(100)의 유로를 개폐시키는 메인밸브(200) 및 상기 메인밸브(200)를 왕복이동시키는 전자 솔레노이드(300)로 구성된다.

먼저, 상기 바디(100)는 입구포트(110)와 출구포트(120)가 형성되어 있고, 상기 입구포트(110)와 출구포트(120)를 연통하도록 제1유로(130)가 관통되게 형성된다.

또한, 상기 입구포트(110)는 바디(100)에 착탈가능하게 나사 결합되는 중공의 피팅부재로서, 상기 입구포트(110)와 바디(110) 사이에는 압축 코일스프링(101)과 필터(102)가 순차적으로 설치되고, 상기 필터(102)는 스프링(101)에 의해서 바디(100)의 내측면에 진동이나 유격없이 견고하게 밀착되어 설치된다

이에 따라, 상기 바디(100)의 입구포트(110)로 유입되는 고압가스는 필터(102)를 통과하면서 고압가스 중에 포함된 이물질을 걸러 순수한 가스만이 바디(100) 내부로 유입되어 출구포트(120)로 배출된다. 즉, 이물질에 의한 솔레노이드 밸브의 막힘 등에 의한 오작동을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 상기 바디(100)는 황동 및 알루미늄을 단조 이외에 반응고주조 공법으로 제작할 수 있다.

한편, 상기 바디(100)는 입,출구포트(110,120)를 제외하고도 2개의 포트가 형성된 4way 구조로 형성되어 압력게이지 및 압력센서의 장착이 용이하다. 즉, 상기 바디(100)를 평면에서 바라볼 때, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 바디(100)는 '十'자 형태로 형성된다.

또한, 상기 바디(100)에는 메인밸브(200)가 상하로 승강될 수 있도록 설치되고, 상기 메인밸브(200)에는 제1유로(130)와 연통되도록 그 길이방향을 관통하게 제2유로(210)가 형성되며, 상기 제1유로(130)에는 메인밸브(200)의 승강에 의해 개폐되는 밸브공(131)이 형성된다.

더욱이, 상기 메인밸브(200)는 내부가 중공형으로 형성되어 입구포트(110)를 통과한 고압가스를 상기 제2유로(210)로 전달하도록 별도의 유로(미도시)가 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 바디(100)의 입구포트(110)로 유입된 고압가스는 메인밸브(200)의 중공과 제2유로(210)를 통해서 출구포트(114)로 배출되고, 상기 메인밸브(200)가 상승하는 경우에는 상기 제1유로(130)의 밸브공(131)이 개방됨으로써 상기 입구포트(110)로 유입된 고압가스는 메인밸브(200)를 통하지 않고 바로 출구포트(120)를 통해 신속하게 배출된다.

또한, 상기 전자 솔레노이드(300)는 상기 바디(100)에 결합되는 솔레노이드 하우징(310)과, 상기 솔레노이드 하우징(310)에 설치되며 코일(321)이 권취된 보ㅁ 빈(320)과, 상기 보빈(320)의 중심에 설치된 연자성체인 코어(330) 및 상기 코어(330)의 자화에 따라 상기 메인밸브(200)가 제1유로(130)의 밸브공(131)을 개방하도록 상기 메인밸브(200)를 이동시키는 플런저(340)로 구성된다.

그리고, 상기 솔레노이드 하우징(310)에는 외부 전원을 공급받기 위한 커넥터(311)가 일체로 사출 형성되어 솔레노이드 하우징(310)의 외관을 심플하게 한다.

더욱이, 상기 보빈(320)은 권취릴 형태로 형성되어 있어 코일(321)이 감기기에 적합한 형태로 양산에 매우 적합한 구조이다.

그리고, 상기 바디(100)와 대향되는 일측의 전자 솔레노이드(300)에는 슬리브(350)가 개재되며, 상기 슬리브(350)는 그 상단부가 솔레노이드 하우징(310)의 내부에 삽입되어 설치되고, 하단부는 상기 바디(100)에 착탈가능하게 나사 결합된다.

한편, 상기 코어(330)의 하단부는 솔레노이드 하우징(310) 뿐만 아니라 슬리브(350)의 상면을 관통하는 한편, 상기 코어(330)의 상단부에는 솔레노이드 하우징(310) 외측에서 너트(301)가 코어(330)에 체결되어 상기 코어(330)를 솔레노이드 하우징(310)에 관통된 상태로 고정시키게 된다. 이때, 후술하는 요크(400)도 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같이 설치된 코어(330)와 이격된 하부에는 플런저(340)가 슬리브(350)의 하단부를 관통하여 설치되고, 상기 플런저(340)와 코어(330) 사이에는 압축 코일스프링(302)이 설치되어 플런저(340)를 탄력 지지하게 된다. 이때, 상기 코일 스프링(302)은 그 양단부가 각각 코어(330)와 플런저(340)에 삽입되어 구비됨으로써 안정적인 압축작동이 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 이와 같이 설치된 플런저(340)의 하단부에는 메인밸브(200)의 제2유로(210)를 개폐시키는 시트(360)가 설치되고, 상기 시트(360)는 플런저(340)의 하단부에 착탈가능하게 고정 결합된다.

한편, 상기 코어(330)와 플런저(340)의 대면 부위에는 접촉 단면적을 늘려주는 접촉면(370)이 각각 형성되어 낮은 전류에서도 코어(330)에서 플런저(340)로 흡인력이 충분히 전달되어 응답성이 우수하다.

구체적으로, 상기 접촉면(370)은 코어(330)와 플런저(340)의 외측에서 내측으로 갈수록 하향 경사지게 형성되어 접촉 단면적을 크게 한다. 즉 종래기술의 코어와 플런저의 평면 접촉부위에 비해 접촉 단면적을 크게 향상시키게 된다.

더욱이, 상기 접촉면(370)은 호형으로 형성되어 접촉 단면적을 더욱 향상시킬 수 있다. 물론, 하향 경사지게 형성된 접촉면(370)을 호형으로 형성하여 접촉 단면적을 더욱 증대시킬 수도 있음은 물론이다.

또한, 상기 솔레노이드 하우징(310)을 감싸는 'ㄷ'자 형상의 비자성체 요크(400)가 구비되어 상기 코어(330)의 누설자속을 최소화하여 흡인력이 최대한 발생된다. 더불어, 상기 요크(400)는 솔레노이드 하우징(310)의 조립시에 설치되어 종래의 솔레노이드 하우징의 마지막 제조공정에서 인서트 사출에 의해 일체로 성형하는 것에 비해 조립성이 향상된다.

그리고, 상기 플런저(340)의 길이방향에 대해 수직하게 관통되어 상기 플런저(340)의 양측으로 돌출되는 핀(380)이 더 구비되며, 상기 메인밸브(200)에는 핀(380)의 돌출된 양측 단부가 끼워지는 장공(201)이 형성된다.

즉, 상기 코어(330)의 흡인력에 의해 플런저(340)가 상승하는 경우, 먼저 시트(360)가 상승하며 상기 핀(380)은 장공(201)의 상부에 밀착되고, 이후 압력의 평형에 의해 플런저(340)는 다시 상승하여 장공(201) 상부에 밀착된 핀(201)이 메인밸브(200)를 상승시켜 밸브공(131)을 개방시키게 된다.

이에 따라, 고압가스가 흐르는 상기 바디(100)의 제1유로(130) 상에 구성된 메인밸브(200)의 제2유로(210)가 플런저(340)의 이동에 의해 먼저 개방된 후, 메인밸브(200) 하부에서 작용하는 압력에 의해 메인밸브(200)가 상승하면서 상기 바디(100)의 제1유로(130), 즉 밸브공(131)이 개방됨으로써 솔레노이드 밸브의 작동이 안정적으로 이루어지는 효과가 있다. 즉, 높은 압력에서도 약한 기자력으로 제1유로를 개방할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 고압가스용 솔레노이드 밸브의 동작을 설명한다.

먼저, 도 5a와 같이 솔레노이드 밸브(A)의 바디(100)의 입구포트(110)로 고압가스가 유입되면, 필터(102)에 의해서 고압가스 중의 이물질이 걸러져 순수한 가스만이 유입된다. 이와 같이 유입된 고압가스는 노멀 클로징(normal closing) 상태인 메인밸브(200)에 의해서 외부로 유출되지 않는다.

한편, 이와 같이 입구포트(110)를 통해 바디(100) 내부로 유입된 고압가스는 고압센서(미도시)에 의해 감지되고,이러한 감지신호에 따라 제어부가 솔레노이드 하우징(310)의 커넥터(311)를 통해 코일(321)로 전원(전류)를 공급하게 된다.

그러면, 코일(321)에 전원이 공급됨에 따라 연자성체인 코어(330)는 자석으로 변하게 되고, 이와 같이 자화된 코어(330)는 플런저(340)를 끌어당기게 된다.

따라서, 상기 플런저(340)는 코어(330)에 의한 흡인력에 의해 메인밸브(200)로부터 분리되어 일부 상승되고, 상기 플런저(340)의 상승에 의해 시트(360)는 도 5b와 같이 플런저(127)와 같이 상승하면서 실링하고 있던 메인밸브(200)의 제2유로(210)를 미세하게나마 개방시키게 된다.

이와 같이 메인밸브(200)의 제2유로(210)가 개방됨에 따라 바디(100) 내부로 유입된 고압가스는 도 5b의 화살표와 같이 메인밸브(200)의 제2유로(210)를 지나 흐르게 된다.

이후, 상기와 같이 메인밸브(200)를 통하는 고압가스에 의한 메인밸브(200)의 주변 압력 즉, 메인밸브(200)의 상부에서 메인밸브(200)를 누르는 압력과 메인밸브(200)의 하부에서 메인밸브(200)를 상부로 밀어주는 전체 압력이 평형이 될 때, 메인밸브(200)가 도 5c에서와 같이 상승되어 바디(100)의 제1유로(130), 즉 밸브공(131)을 완전히 개방시키게 된다.

따라서, 바디(100)의 입구포트(110)를 통해 바디(100) 내부로 유입된 고압가스는 메인밸브(200)를 거치지 않고 개방된 바디(100)의 제1유로(130) 및 밸브공(131)을 통해 출구포트(120)로 직접 흘러 배출된다.

그리고, 코일(321)에 공급되던 전원이 차단되면 코어(330)가 비자화됨으로써 상승된 플런저(340)에 의해서 플런저(340)와 코어(330) 사이에서 압축되어 있던 코일 스프링(302)의 복원력에 의해 플런저(340)가 원상태로 하강하게 되고, 이러한 플런저(340)의 하강으로 인해 상승되어 있던 메인밸브(200) 역시도 원상태로 하강하여 도 5c와 같이 상기 바디(100)의 제1유로(130), 즉 밸브공(131)을 다시 차단(실링)하게 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

예를 들어, 전술한 설명에서는 고압가스용 솔레노이드 밸브를 설명하였지만, 이를 특별히 한정하는 것은 아니며, 다양한 종류의 유체(저압가스, 액체, 기체 등)를 개폐하는 솔레노이드 밸브에 적용될 수 있음을 밝혀둔다.

A - 솔레노이드 밸브 100 - 바디
200 - 메인밸브 300 - 전자 솔레노이드
400 - 요크

Claims (6)

1. 입구포트와 출구포트가 형성되어 있고, 상기 입구포트와 출구포트를 연통하도록 제1유로가 관통되게 형성된 바디;
   왕복 운동하면서 상기 제1유로를 개폐하는 메인밸브;
   상기 바디에 결합되는 솔레노이드 하우징과, 상기 솔레노이드 하우징에 설치되며 코일이 권취된 보빈과, 상기 보빈의 중심에 설치된 코어 및 상기 코어의 자화에 따라 상기 메인밸브가 유로를 개방하도록 이동시키는 플런저로 구성된 전자 솔레노이드;를 포함하되,
   상기 코어와 플런저의 대면 부위에는 각각 접촉 단면적을 늘려주는 접촉면이 형성되며, 상기 접촉면은 코어와 플런저의 외측에서 내측으로 갈수록 하향 경사지게 형성되고,
   상기 플런저와 코어 사이에는 압축 코일스프링이 삽입 설치되며,
   상기 입구포트와 바디 사이에는 압축 코일스프링과 필터가 순차적으로 설치된 것을 특징으로 하는 고압가스용 솔레노이드 밸브.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 접촉면은 호형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고압가스용 솔레노이드 밸브.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 솔레노이드 하우징을 감싸는 'ㄷ'자 형상의 요크가 구비되는 것을 특징으로 하는 고압가스용 솔레노이드 밸브.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 메인밸브에는 제1유로와 연통되도록 제2유로가 관통되며, 상기 플런저의 단부에는 상기 메인밸브의 제2유로를 개폐시키는 시트가 설치되는 것을 특징으로 하는 고압가스용 솔레노이드 밸브.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 플런저의 길이방향에 대해 수직하게 관통되어 상기 플런저의 양측으로 돌출되는 핀이 더 구비되며, 상기 메인밸브에는 핀의 돌출된 양측 단부가 끼워지는 장공이 형성되는 것을 특징으로 하는 고압가스용 솔레노이드 밸브.

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