KR20030058965A - 솔레노이드밸브 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 솔레노이드밸브 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 입구와 출구를 가지는 파이프의 일측에 설치되고, 플런저의 상하 이동에 의하여 다이어프램어셈블리를 통하여 파이프의 내부를 흐르는 유체를 단속하기 위한 솔레노이드밸브로써; 중심부분의 상하방향으로 형성되고 하방이 개구된 안내공간부(112)와, 상기 안내공간부의 외측에 권취되고 인가되는 전류의 방향에 따라서 형성되는 자력선의 상하방향의 극성이 변하는 코일(114)을 구비하는 보빈(110)과; 상기 안내공간부의 하면에서 끼워져 고정되고, 하방이 개구된 가이드공이 성형되어 있는 캡(122); 상기 캡 상부의 안내공간부에 설치되고, 캡과의 사이에서 스프링에 의하여 상방으로 탄성지지되며, 상단 및 하단이 다른 극성을 가져서 상기 코일에서 발생하는 자력에 반응하는 영구자석(124); 상기 캡의 가이드공의 내부에서 스프링에 의하여 하방으로 탄성지지되고, 상기 영구자석이 하방으로 이동하면 자력에 의하여 상방으로 이동하고 영구자석의 자력이 작용하지 않으면 스프링에 의하여 하방으로 이동하는 자성체로 형성되는 플런저(120)를 포함하여 구성되어; 상기 플런저의 상하이동에 의하여 다이어프램어셈블리가 파이프 내부의 유체 흐름을 단속한다.

Description

솔레노이드밸브 어셈블리{Solenoid valve assembly}

본 발명은 파이프의 내부를 흐르는 유체의 단속을 수행하는 솔레노이드밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구성이 간단함과 동시에 배터리에 의해서도 정확하게 구동될 수 있도록 구성되는 솔레노이드밸브에 관한 것이다.

도 1에는 일반적인 솔레노이드 밸브의 구성이 도시되어 있다. 그리고 이러한 솔레노이드밸브의 구성은 이미 공지된 것이고, 그 하나의 예로써 대한민국 특허출원 10-2000-0029128호로 출원된 기술내용이 특2000-0054247호 공개공보에 이러한 솔레노이드밸브의 구성이 자세하게 설명되고 있다.

솔레노이드밸브 자체의 구성은 이미 공지된 것이어서, 그에 대한 자세한 설명은 생략하기로 하고, 기본적인 구조만을 도 1에 기초하면서 살펴보기로 한다. 도시한 바와 같이, 솔레노이드밸브(10)는 유체가 흐르는 파이프(P) 상에 설치되어, 입구(In)로 들어온 유체를 출구(Out)를 통하여 배출시키는 단속여부를 제어할 수 있도록 구성되어 있다.

개략적인 구성을 보면, 솔레노이드밸브(10)의 내부에 설치되어 있는 플런저(14)는 전기적 자기력에 의하여 상승할 수 있도록 구성되며, 스프링(18)에 의하여 하방으로 탄성적으로 지지되어 있다. 그리고 다이어프램(12)는 입구(In)와 출구(Out)의 막혀 있는 배리어(17)의 상부에 설치되어, 그것을 통하여 파이프(P) 내부의 유체의 흐름을 단속하게 된다.

상기 솔레노이드밸브(10)에 전기적 신호가 인가되어, 플런저(14)가 상방으로 상승하게 되면, 통공(16)이 열리게 되어 다이어프램(12)의 상부의 공간(A)에 차있던 유체가 통공(16)을 통하여 빠지게 되면서 공간(A)의 압력이 떨어지게 된다. 이러한 압력저하에 따라서, 상기 다이어프램(12)이 실질적으로 상부로 들어올려지면서, 입구(In)에서 공급되는 유체가 출구(Out)를 통하여 공급될 수 있게 된다. 그리고 상기 플런저(14)가 하방으로 이동하게 되면, 플런저(14)의 하단부가 상기 통공(16)을 막게 되면서, 입구공(12a)을 통하여 상기 공간(A) 내부로 공급된 유체는 일정한 압력을, 다이어프램(12)의 상면에 작용시켜 유체가 출구(Out)로 공급되지않는 차단상태를 유지하게 된다.

다음에는 상기 솔레노이드밸브(10)의 상하동작에 대하여 살펴보기로 한다. 도시한 바와 같이, 보빈(22)에는 일방향으로 권취되고 전류가 흐르는 코일이 설치되어 있다. 상기 플런저(14)를 상부로 이동시키기 위해서는 상기 보빈(22)의 코일에 일방향으로 전류를 흘려서, 코일의 상측에 N측이, 그리고 코일의 하측에 S극이 형성되도록 한다. 이 때 자성체로 성형되고 보빈의 정중앙에 설치되어 있는 플런저(14)는, 코일에 의하여 형성되는 자력의 방향에 의하여 상부의 헤드(24)로 이동하게 된다. 이 때 파이롯 밸브구조에 있어서는, 유체가 개방되어 유체가 흐르게 되고, 이후 전원을 오프하더라도, 플런저는 헤드(24)의 자력에 의하여 지속적으로 개방되어 있는 상태이다. 그러나 직동형 밸브(direct valve)에서는, 밸브의 열린 상태를 유지하기 위해서는, 전류를 지속적으로 온상태로 하지 않으면 안된다.

그리고 유체를 차단하기 위하여, 상기 플런저(14)를 하방으로 이동시키는 동작에 대하여 살펴본다. 상기 보빈(22)의 코일에 전류를 반대방향으로 인가하여, 코일의 상측에 S극이, 그리고 하측에 N극이 형성된다. 그리고 상측에 설치된 헤드(24)에는 N극이 영구자석에 의하여 형성되어 있으나, 코일의 상측에 S극이 형성되기 때문에, 전류가 인가되고 있는 시간동안에는 극성이 상충하게 되어, 자극 및 자력이 소실된다. 이러한 상태에서, 헤드(24)와 플런저(14)는 자력에 의하여 붙어 있는 성질이 없어져서, 스프링(18)에 의하여, 플런저(14)는 하방으로 이동하게 되고, 상술한 바와 같이 유체의 흐름이 차단된다.

그러나 상기와 같은 구조를 가지는 솔레노이드밸브에 있어서는, 코일의 외측에 자속의 집중을 위하여 브라켓을 설치하여야 하고, 그 하부 내측에 양측으로 영구자석(26a,26b)을 설치해야 한다. 또한 보빈(22)의 상측에 헤드(24)로 설치해야 하기 때문에, 실질적으로 보빈의 설계 높이가 높아질 수 밖에 없어서, 전체적으로 구성부품의 수가 증가하게 됨과 동시에 소형화에 한계가 지적된다. 또한 직동식 밸브에 있어서는, 전류를 지속적으로 온상태로 유지해야 하는 등 전력소비가 많은 단점이 지적된다.

본 발명은 이와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로, 보다 간단한 구조를 가지면서, 유체의 단속을 정확하게 수행할 수 있는 솔레노이드밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 소형의 배터리 만을 이용하는 것이 가능하고, 파일롯밸브 및 직동식밸브에도 공통적으로 적용될 수 있는 솔레노이드밸브를 제공하는 것이다. 이는 전류의 소모가 극히 적어서 장기간 사용할 수 있는 솔레노이드밸브를 제공하는 것을 의미한다.

도 1은 종래의 솔레노이드밸브의 구성을 보인 단면도.

도 2는 본 발명의 솔레노이드밸브의 열린상태 단면 예시도.

도 3은 본 발명의 솔레노이드밸브의 닫힌상태 단면 예시도.

도 4는 본 발명의 변형예의 솔레노이드밸브의 분해 상태 예시 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 ..... 보빈112 ..... 안내공간부

114 ..... 코일120 ..... 플런저

122 ..... 캡123 ..... 가이드공

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 입구와 출구를 가지는 파이프의 일측에 설치되고, 플런저의 상하 이동에 의하여 다이어프램어셈블리를 통하여 파이프의 내부를 흐르는 유체를 단속하기 위한 솔레노이드밸브로써; 중심부분의 상하방향으로 형성되고 하방이 개구된 안내공간부와, 상기 안내공간부의 외측에 권취되고 인가되는 전류의 방향에 따라서 형성되는 자력선의 상하방향의 극성이 변하는코일을 구비하는 보빈과; 상기 안내공간부의 하면에서 끼워져 고정되고, 하방이 개구된 가이드공이 성형되어 있는 캡; 상기 캡 상부의 안내공간부에 설치되고, 캡과의 사이에서 스프링에 의하여 상방으로 탄성지지되며, 상단 및 하단이 다른 극성을 가져서 상기 코일에서 발생하는 자력에 반응하는 영구자석; 상기 캡의 가이드공의 내부에서 스프링에 의하여 하방으로 탄성지지되고, 상기 영구자석이 하방으로 이동하면 자력에 의하여 상방으로 이동하고 영구자석의 자력이 작용하지 않으면 스프링에 의하여 하방으로 이동하는 자성체로 형성되는 플런저를 포함하여 구성되어; 상기 플런저의 상하이동에 의하여 다이어프램어셈블리가 파이프 내부의 유체 흐름을 단속하게 된다.

다음에는 도면에 도시한 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.

도 2에는 본 발명의 솔레노이드밸브의 열린상태가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 솔레노이드밸브의 닫힌상태가 도시되어 있다. 이들을 참조하면서, 전체적인 구성에 대하여 살펴보기로 한다.

본 발명에 의한 솔레노이드밸브의 보빈(110)의 외측면에는 전류의 인가에 의하여, 자력을 발생하는 코일(114)이 권취되어 있다. 상기 코일은, 한쌍의 단자(T)에서 인가되는 전류에 의하여 일정한 방향의 자극이 형성된다. 예를 들어, 상기 단자(T)에, 도 2에 도시한 바와 같은 극성의 전류가 인가되면, 상기 코일(114)의 상부에는 S극이 형성되고, 코일(114)의 하부에는 N극이 형성된다.

그리고 도 3에 도시한 바와 같이, 공급되는 전류의 방향이 바뀌게 되면(도 2와는 반대방향으로 전류가 공급되면), 상기 코일(114)에 형성되는 극성이 그 반대로 된다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 단자(T)에 공급되는 전류의 방향이 바뀌게 되면, 코일(114)의 상부측으로는 N극이 형성되고, 코일(114)의 하부측으로는 S극이 형성된다.

상기 코일(114)이 권취되어 있는 보빈(110)의 중심부분에는, 상하방향을 따라 안내공간부(112)가 형성되어 있다. 상기 안내공간부(112)의 내부 상측에는 영구자석(124)이 상하 이동 가능하게 내장되어 있다. 상기 영구자석(124)은, 상단부에 S극이, 그리고 하단부에 N극이 형성되도록 배치되어 있다.

상기 영구자석(124)의 하부에 해당하는 안내공간부(112)에는 캡(122)이 삽입되어 고정되어 있다. 그리고 캡(122)은, 하방이 개구된 가이드공(123)을 중심부분에 구비하고 있다. 상기 영구자석(124)과 캡(122) 사이에는 스프링(Sa)이 개재되어 있다. 상기 스프링(Sa)은, 고정된 상태의 캡(122)의 상면에 지지되어, 상기 영구자석(124)을 상방으로 밀어올리는 탄성력을 발휘하게 된다.

그리고 상기 캡(122)의 중심부에 형성된 가이드공(123)의 내부에는 자성체로 성형되는 플런저(120)가 상하 이동 가능하게 설치되어 있다. 그리고 상기 캡(122)과 플런저(120) 사이에는 스프링(Sb)이 개재되어 있다. 상기 스프링(Sb)은, 상기 플런저(120)를 하방으로 가압하는 탄성력을 발휘하게 된다.

상술한 보빈(110)의 외측은, 외형을 형성하는 외부케이싱(116)이 설치된다. 상기 외부케이싱(116)과, 캡(122)의 하단부에서 방사상으로 연장된 플랜지부(122a) 사이에는, 플레이트(Pa)가 체결되어 고정되어 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 솔레노이드밸브는, 내부에 유체가 통과하는 파이프(P)의 일측에 연통하도록 설치되어, 상기 파이프(P) 내부를 흐르는 유체를 단속하게 된다. 상기 플런저(120)의 상하 이동에 의하여, 파이프(P) 내부의 유체가 단속되는 것은, 실질적으로 종래와 동일한 구성이다. 예를 들면, 파이프(P)의 입구(In)를 통하여 들어오는 유체는, 다이어프램 어셈블리(Da)의 상하이동에 의하여 출구(Out)로 배출된다. 그리고 상기 다이어프램 어셈블리(Da)의 상하이동은, 상술한 플런저(120)의 상하이동에 의하여 결정된다. 상기 플런저(120)의 상하이동에 의하여, 다이어플램 어셈블리(Da)가 상하이동하는 동작은, 종래의 것과 동일하기 때문에 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

다음에는 상술한 구성을 가지는 본 발명의 솔레노이드밸브의 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저 도 2에 도시한 상태는, 솔레노이드밸브가 온되어 파이프 내부의 유체가 흐를 수 있는 상태이다. 이러한 상태는, 상기 플런저(120)가 상부로 이동한 상태이다. 상기 플런저(120)가 상부로 이동한 상태를 자세하게 살펴본다.

상기 단자(T)의 일측은 (+)극의 전류가, 다른 일측은 (-)전류가 공급된다. 이렇게 전류가 공급되면, 상기 보빈(110)의 코일(114)에 흐르는 전류에 의하여 코일(114) 주위에는 자력이 형성되는데 도 2에 도시한 상태에서 보빈(110)에는 상부측에는 S극을, 그리고 하부측에는 N극을 가지는 자력이 형성된다. 이러한 자력은 대략적으로 코일(114)의 중심선(C)의 상하를 기준으로 형성될 것이다. 즉, 상기 영구자석(124)의 하부 N극이, 코일(114)에서 중심선(C)의 상부에 형성되는 S극의중심에 해당하는 위치이동하게 되는데, 이는 도 2에 도시한 바와 같은 상태를 의미한다.

이렇게 코일(114)에 의하여 형성되는 자력에 대하여, 상기 영구자석(124)이 반응하게 되어, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 영구자석(124)은 하방으로 이동하게 된다. 그리고 상기 영구자석(124)은, 중심선(C)의 상부측에 위치하는 캡(122)의 상면에 접촉하게 된다. 이러한 영구자석(124)의 하방 이동은, 스프링(Sa)을 압축시킬 수 있는 크기의 힘을 가지고 있어야 할 것임은 당연하다.

그리고 상기 영구자석(124)이 캡(122)의 상면에 닿게 되면, 상기 영구자석(124)의 자력에 의하여, 자성체로 만들어지는 플런저(120)가 상부로 당겨지게 된다. 여기서 상기 플런저(120)가 상부로 이동하는 힘(자력)은, 실질적으로 스프링(Sb)의 탄성력을 이길 수 있는 크기가 되어야 하는 것은 당연하다. 이와 같이 상기 플런저(120)가 상부로 이동함에 따라서, 상기 다이어프램어셈블리(Da)의 상부에 모여 있는 유체는, 중심에 형성된 배출공(Db)을 통하여 하방으로 흘러내리게 된다. 그리고 이 때 상기 다이어프렘어셈블리(Da)의 입구(In)측 하면에서 상부로 작용하는 유체의 압력에 의하여 다이어프렘은 상부로 들리게 되어, 실질적으로 입구(In)에서 출구(Out)로 유체가 흐를 수 있는 상태가 된다.

여기서 상기 플런저(120)를 상부로 잡아당기는 힘은, 하강한 상태의 영구자석(124)에서 발생하는 자력에 의한 것이다. 따라서 본 발명에서는, 상기 영구자석(124)을 하방으로 일정한 간격 이동시킬 수 있는 극히 짧은 시간 동안의 전류만을 상기 코일(114)에 흘려주는 것에 의하여 상기 영구자석(124)이 하방으로이동하게 되고, 상기 플런저(120)를 상부로 잡아당기는 상태를 유지할 수 있게 된다. 그리고 상기 영구자석이 하방으로 이동한 상태에서는, 상기 플런저(120)와 영구자석(124) 사이에 작용하는 자력에 의하여, 그 상태를 유지할 수 있게 된다.

다음에, 도 3에 도시한 바와 같은 상태, 즉, 영구자석(124)이 상부로 이동하게 되면서, 플런저(120)가 하방으로 이동하여 다이어프램어셈블리(Da)를 하방으로 밀어내리는 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

도 2에 도시한 바와 같은 상태에서, 상기 한쌍의 단자(T)에 인가되는 전류의 방향이 바뀌게 되면, 상기 코일(114)에는 반대방향의 자력이 형성된다. 따라서 상기 코일(114)에 대하여 중심선 이상의 상부에는 N극이 형성되고, 하부에는 S극이 형성된다. 이와 같이 코일(114)에 형성되는 자극은, 실질적으로 도 2에 도시한 것과는 반대방향이 된다.

이렇게 코일(114)에서 형성되는 자력의 극성이 바뀌게 되면, 상기 영구자석(124)은, 상방으로 이동하게 된다. 상기 영구자석(124)이 상방으로 이동하는 것은, 스프링(Sa)의 힘과, 코일(114)에서 발생하는 자력에 의한 것이다.

상기 영구자석(124)이 상부로 이동하게 되면, 플런저(120)와 사이에서 간격이 커지게 된다. 따라서 영구자석(124)의 자력은, 상기 플런저(120)를 구속할 수 없게 되어, 플런저(120)는 스프링(Sb)의 힘 및 자중에 의하여 하방으로 떨어지게 될 것이다.

그리고 상기 플런저(120)가 하방으로 떨어져서, 다이어프램어셈블리(Da)의 상부에 접촉하게 되면, 플런저(120)의 하단부는 다이어프램어셈블리(Da)의배출공(Db)을 막게 된다. 상기 배출공(Db)이 막히게 되면, 입구(In)에서 공급되는 유체는, 유입공(Dc)을 통하여 다이어프램어셈블리(Da)의 상부로 이동하게 된다. 그리고 다이어프램어셈블리(Da)의 상부의 공간에서, 다이어프램어셈블리(Da)를 하방으로 밀어내는 힘으로 작용하게 되어, 실질적으로 다이어프램어셈블리(Da)를 하방으로 이동시켜 출구(Out)로 유체가 배출되지 않는 폐쇄된 상태를 유지할 수 있게 되는 것이다.

이와 같은 동작과정에서도, 상기 코일(114)에는 순간적으로 전류를 흘려주는 것에 의하여 충분히, 닫힌 상태를 유지할 수 있게 되는 것은 당연하다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 기술자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다. 도 4에 도시한 사시도에서는, 코일을 내재하고 있는 보빈어셈블리 및 보빈어셈블리를 고정하기 위한 브라켓에 대한 다른 실시예를 보이고 있다.

도 4에 도시한 실시예에 있어서, 상술한 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하면서, 그에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에 있어서의 보빈어셈블리(B)는, 내부에 권취된 코일을 구비하고 있다. 그리고 내부에는 상하 관통하는 안내공간부(210)가 형성되어 있다. 본 실시예에서의 안내공간부(210)는, 상술한 실시예의 안내공간부(112)와 동일한 기능을 수행하게 될 것이다.

그리고 상기 안내공간부(210)의 개구된 상부는, 브라켓(220)에 의하여 막혀지게 되어, 상술한 실시예와 같이 영구자석(124)이 그 하부에서 일정 간격 상하 이동 가능하게 설치된다. 상기 브라켓(220)은, 상기 보빈어셈블리(B)의 안내공간부(210)의 상면을 막음과 동시에, 보빈어셈블리(B)를 하부에 대하여 고정시키게 된다. 예를 들면 상기 브라켓(220)은, 상기 보빈어셈블리(B)를 감싼상태에서, 하부의 플레이트(230)에 스크류를 이용하여 고정됨으로써, 실질적으로 보빈어셈블리(B)를, 내부에서 지지하게 된다. 그리고 상기 플레이트(230)는, 다수개의 스크류에 의하여, 파이프(P)의 상면부분(Pu)에 고정되는 것에 의하여, 보빈어셈블리를 견고하게 지지할 수 있게 된다.

본 실시예의 다른 부분의 구성 및 전체적인 동작은, 상술한 실시예와 동일하기 때문에, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 기본적이 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 변형이 가능함은 물론이다. 그리고 본 발명은 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여 해석되어야 할 것은 자명할 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 전체적으로 보다 간단한 구성으로 솔레노이드밸브를 구현할 수 있음을 알 수 있다. 또한 플런저를 상하 이동시키기 위해서, 하나의 영구자석에 대하여 반응할 수 있는 순간적인 전류를 흘리는 것으로, 정확하게 유체의 동작을 단속할 수 있게 되어, 배터리를 이용한 간단한 솔레노이드밸브를 구현하는 것이 가능하게 된다.

Claims (1)

1. 입구와 출구를 가지는 파이프의 일측에 설치되고, 플런저의 상하 이동에 의하여 다이어프램어셈블리를 통하여 파이프의 내부를 흐르는 유체를 단속하기 위한 솔레노이드밸브로써;

   중심부분의 상하방향으로 형성되고 하방이 개구된 안내공간부와, 상기 안내공간부의 외측에 권취되고 인가되는 전류의 방향에 따라서 형성되는 자력선의 상하방향의 극성이 변하는 코일을 구비하는 보빈과;

   상기 안내공간부의 하면에서 끼워져 고정되고, 하방이 개구된 가이드공이 성형되어 있는 캡;

   상기 캡 상부의 안내공간부에 설치되고, 캡과의 사이에서 스프링에 의하여 상방으로 탄성지지되며, 상단 및 하단이 다른 극성을 가져서 상기 코일에서 발생하는 자력에 반응하는 영구자석;

   상기 캡의 가이드공의 내부에서 스프링에 의하여 하방으로 탄성지지되고, 상기 영구자석이 하방으로 이동하면 자력에 의하여 상방으로 이동하고 영구자석의 자력이 작용하지 않으면 스프링에 의하여 하방으로 이동하는 자성체로 형성되는 플런저를 포함하여 구성되어;

   상기 플런저의 상하이동에 의하여 다이어프램어셈블리가 파이프 내부의 유체 흐름을 단속하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드밸브 어셈블리.