KR20170127094A - 유체 제어용 솔레노이드 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 유체 제어용 솔레노이드 밸브는 밸브 바디와, 밸브 바디의 하부에 장착되는 밸브 시트와, 상기 밸브 바디의 외주면에 장착되어 전원이 인가되는 코일과, 상기 밸브 바디의 내면에 장착되는 코어와, 상기 밸브 바디의 내면에 이동 가능하게 배치되고 오리피스가 형성되며, 그 하면에 밸브 시트에 밀착되는 밀착부가 일체로 형성되는 하부 플런저와, 상기 하부 플런저의 상측에 직선 이동 가능하게 배치되고 하부 플런저를 연동하여 작동되며, 상기 코일에 전원이 인가되면 직선 이동되고, 상기 오리피스에 밀착되는 작동봉이 형성되는 작동유닛을 포함하고, 상기 하부 플런저의 외면에는 상기 밸브 바디와 하부 플런저 사이의 틈새로 이동되는 유체의 흐름을 지연시켜 상기 하부 플런저의 상부와 하부 사이에 압력차를 발생시키는 유체 흐름 지연부가 설치되어, 하부 플런저의 상부와 하부 사이에 압력차를 발생시켜 하부 플런저를 상승시켜 밸브의 작동이 원활하게 이루어질 수 있다.

Description

유체 제어용 솔레노이드 밸브{Solenoid Valve for Fluid Control}
본 발명은 고압용기에 저장된 원료가스를 고압용기에 충전하거나 가스 사용부로 공급할 때 원료가스의 흐름을 제어하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.
현재, 수소 연료전지시스템의 경우 원료가스가 저장된 고압용기에 유체 제어용 밸브가 설치되어 고압용기로 원료가스를 충전할 때 원료가스의 흐름을 제어하고, 고압용기에 저장된 원료가스를 가스 사용부로 공급할 때 원료가스의 흐름을 제어한다.
유체 제어용 밸브는 전기적인 신호에 따라 정밀하게 원료가스의 흐름을 정밀하게 제어할 수 있고, 압력용기에 저장된 유체의 압력을 일정하게 유지해야되며, 수소 연료전지 자동차의 전복이나 화재 발생시 고압용기의 폭발을 방지할 수 있어야 된다.
종래의 솔레노이드 밸브는 등록특허공보 10-0002586(2012년 01월 30일)에 개시된 바와 같이, 하우징과, 상기 하우징내에 마련된 밸브코어와, 상기 하우징내에서 진퇴 가능하게 마련되는 플런저와, 플런저에 장착되는 패킹부재와, 상기 패킹부재에 의해 개폐되는 밸브시트를 포함하고, 플런저는 상기 패킹부재를 유동 가능하게 수용하는 제1수용부를 구비하고, 상기 제1수용부는 상기 패킹부재가 경사지게 안착되도록 마련된 경사부를 포함하며, 상기 패킹부재는 상기 밸브시트를 폐쇄하는 상태에서는 상기 밸브시트의 단부와 평행하게 배치되고, 상기 밸브시트를 개방하는 상태에서는 상기 밸브시트에 대해 소정각도 경사지게 배치되도록 상기 제1수용부 내부에서 유동하도록 구성된다.
하지만, 이와 같은 종래의 솔레노이드 밸브는 플런저의 끝부분에 밸브 시트를 개폐하기 위한 패킹부재가 장착되기 때문에 플런저에 패킹부재를 장착하는 공정을 필요로 하여 제조공정이 복잡해지고, 패킹부재가 고무재질로 형성되므로 고압에 의해 패킹부재가 찢어지는 문제가 발생된다.
다른 종래의 압축천연가스 저장탱크에 설치되는 솔레노이드 밸브는 등록특허공보 10-0428184(2004년 04월 09일)에 개시된 바와 같이, 가스관과 연결되는 밸브 하우징과, 이 밸브 하우징내에 감겨지는 코일과, 이 코일로 전원이 인가됨에 따라 밸브 스프링의 힘을 이기고 저장탱크로 연결되는 가스관을 선택적으로 개방시키도록 하는 피스톤으로 구성된다. 그리고, 피스톤은 밸브 하우징내에 설치되는 밸브스프링의 일단에 결합되면서 저장탱크로 연결되는 가스관을 개방시키거나 또는 차단시키는 방향으로 밸브 하우징 내에서 직선운동을 하는 스틸 재질의 상부 피스톤과, 일단에 형성된 결합축을 매개로 상부 피스톤에 길이방향으로 끼워져서 결합됨과 더불어 상기 상부피스톤을 따라 연동되는 스틸 재질의 하부 피스톤과, 이 하부 피스톤의 밑면에 축회전이 가능하도록 결합되면서 상기 상부피스톤을 따라 연동되어 저장탱크로 연결되는 가스관을 개방시키거나 또는 밀폐시키도록 하는 스틸 재질의 보조 피스톤으로 구성된다.
다른 종래의 솔레노이드 밸브는 상부 피스톤과 하부 피스톤 사이가 결합축으로 연결되므로 결합축의 강성이 약할 경우 고압에 의해 파손의 위험이 있고, 하부 피스톤의 하부에 보조 피스톤이 회전 가능하게 설치되므로 장시간 사용하다 보면, 보조 피스톤의 회전으로 인하여 마모가 발생되고, 이에 따라 보조 피스톤이 파손될 우려가 있으며, 밸브의 오작동 및 누출이 발생될 위험이 있다.
등록특허공보 10-0002586(2012년 01월 30일) 등록특허공보 10-0428184(2004년 04월 09일)
따라서, 본 발명의 목적은 하부 플런저의 외부 틈새로 유입되는 유체의 흐름을 지연시켜 하부 플런저의 상부와 하부 사이에 압력차를 발생시켜 밸브의 작동이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상부 플런저의 외부와 내부의 압력차를 해소하여 상부 플런저의 작동이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하부 플런저의 오리피스에 밀착되는 밸브부재가 상부 플런저와 별도로 상부 플런저의 내부에 직선 이동 가능하게 배치되어 오리피스와 밸브부재의 접촉시 충격을 완화하여 밸브의 파손을 방지할 수 있는 유체 제어용 솔레노이드 밸브를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 유체 제어용 솔레노이드 밸브는 밸브 바디와, 밸브 바디의 하부에 장착되는 밸브 시트와, 상기 밸브 바디의 외주면에 장착되어 전원이 인가되는 코일과, 상기 밸브 바디의 내면에 장착되는 코어와, 상기 밸브 바디의 내면에 이동 가능하게 배치되고 오리피스가 형성되며, 그 하면에 밸브 시트에 밀착되는 밀착부가 일체로 형성되는 하부 플런저와, 상기 하부 플런저의 상측에 직선 이동 가능하게 배치되고 하부 플런저를 연동하여 작동되며, 상기 코일에 전원이 인가되면 직선 이동되고, 상기 오리피스에 밀착되는 작동봉이 형성되는 작동유닛을 포함하고, 상기 하부 플런저의 외면에는 상기 밸브 바디와 하부 플런저 사이의 틈새로 이동되는 유체의 흐름을 지연시켜 상기 하부 플런저의 상부와 하부 사이에 압력차를 발생시키는 유체 흐름 지연부가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브 바디의 하부에는 원료가스가 출입하는 유입구가 형성되고, 그 상측에는 상기 작동유닛이 장착되는 제1공간부가 형성되고, 그 하측에는 상기 제1공간부에 비해 큰 내경을 갖도록 형성되고 하부 플런저가 장착되는 제2공간부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 유체 흐름 지연부는 상기 하부 플런저의 외면에 둘레방향으로 오목하게 패인 형태로 형성되는 그루브와, 상기 그루브에 삽입되고 상기 밸브 바디의 내벽면에 접촉되어 상기 밸브 바디와 하부 플런저 사이의 틈새를 막아주는 지연 링을 포함하고, 상기 지연 링은 상기 그루브에 유동 가능하게 장착되어 유체의 흐름이 상기 지연 링에 의해 지연되는 것을 특징으로 한다.
상기 작동 유닛은 상기 밸브 바디에 직선 이동 가능하게 설치되고 코일에 전원이 인가되면 직선 운동하는 상부 플런저와, 상기 상부 플런저의 내면에 직선 이동 가능하게 삽입되는 이동로드와, 상기 이동로드와 연동하여 작동되고 상부 플런저의 내면에 직선 이동 가능하게 삽입되며 그 끝부분에 오리피스의 개폐작용을 하는 작동봉이 형성되는 밸브부재와, 상기 이동로드와 코어 사이에 설치되어 작동봉이 오리피스에 밀착되도록 탄성력을 제공하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동부재는 메탈 재질로 형성되고, 상기 밸브부재는 상기 작동봉과 오리피스 사이가 접촉될 때 충격을 완화할 수 있도록 비메탈 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 플런저는 그 하면에 밸브 시트에 밀착되어 배출구의 개폐작용을 하는 밀착부가 형성되고, 그 중앙에는 관통되게 형성되어 작동봉에 의해 개폐되는 오리피스가 형성되며, 그 상측에는 상부 플런저가 삽입되는 삽입홈부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 플런저의 하측 외면에는 걸림핀이 장착되고, 상기 하부 플런저의 상측에는 상기 걸림핀이 설정된 범위 내에서 상하방향으로 이동 가능하도록 걸림되는 걸림 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 플런저에는 상부 플런저의 외부와 내부의 압력차를 해소하도록 유체가 통과하는 압력차 해소용 유체통로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 압력차 해소용 유체통로는 상부 플런저의 내부와 외부 사이를 연통하는 제1유체통로와, 상기 상부 플런저와 하부 플런저 사이에 형성되는 챔버와 상부 플런저의 외부 사이를 연통하는 제2유체통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 유체 제어용 솔레노이드 밸브는 하부 플런저의 외면에 그루브가 형성되고, 그루브에 유동 가능하게 지연 링이 장착되어 하부 플런저와 밸브 바디 사이의 틈새로 유입되는 유체의 흐름을 지연시켜 하부 플런저의 상부와 하부 사이에 압력차를 발생시켜 밸브의 작동이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 유체 제어용 솔레노이드 밸브는 상부 플런저에 압력차 해소용 유체통로가 형성되어 상부 플런저의 외부와 내부의 압력차를 해소하여 상부 플런저의 작동이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 유체 제어용 솔레노이드 밸브는 하부 플런저의 오리피스에 밀착되는 밸브부재가 상부 플런저와 별도로 상부 플런저의 내부에 직선 이동 가능하게 배치되어 오리피스와 밸브부재의 접촉시 충격을 완화하여 밸브의 파손을 방지한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 제어용 밸브 어셈블리의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 작동 상태도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 제어 시스템의 구성도이다.
일 실시예에 따른 유체 제어 시스템은 원료가스가 저장되는 고압용기(100)와, 고압용기(100)의 입구에 장착되어 유체를 제어하는 유체 제어용 밸브 어셈블리(200)와, 유체 제어용 밸브 어셈블리(200)에 제1파이프(500)로 연결되어 원료가스를 고압용기(100)에 충전하는 원료가스 충전구(300)와, 유체 제어용 밸브 어셈블리(200)에 제2파이프(600)로 연결되어 고압용기(100)에 저장된 원료 가스를 사용하는 가스 사용부(400)를 포함한다.
이와 같은 본 실시예에 따른 유체 제어 시스템은 수소 연료전지 차량에 설치되어 수소 원료의 흐름을 제어하는 데 주로 사용되고, 수소 연료전지 차량 이외에, 고압의 유체를 충전 및 공급하는 어떠한 시스템에도 적용이 가능하다.
고압용기는 700Bar 이상의 원료가스를 충분히 안전하게 저장할 수 있는 용기가 사용된다.
유체 제어용 밸브 어셈블리(200)는 고압용기(100)에 저장된 원료가스를 가스 사용부(400)로 공급하고, 고압용기(100)에 원료가스를 충전할 때 원료가스의 흐름을 제어하는 역할을 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 제어용 밸브 어셈블리의 단면도이다.
일 실시예에 따른 유체 제어용 밸브 어셈블리(200)는 원료가스가 충전된 고압용기(100)의 입구에 장착되고 복수의 밸브가 구비되고 복수의 유로가 형성되는 메인 밸브 바디(10)와, 메인 밸브 바디(10)에 설치되어 수동으로 유로를 개폐하는 수동 밸브(Manual Valve)(12)와, 메인 밸브 바디(10)에 설치되어 전기적인 신호에 따라 유로를 자동으로 개폐하는 솔레노이드 밸브(14)를 포함한다.
메인 밸브 바디(10)는 고압용기에 연결되고 고압용기(100)에 충전되는 충전용 원료가스가 통과하는 제1유로(20)와, 고압용기(100)에 연결되고 가스 사용부(400)로 공급되는 공급용 원료가스가 통과하는 제2유로(22)와, 제1유로(20)와 제2유로(22)가 연통되는 제3유로(24)를 포함한다.
그리고, 메인 밸브 바디(10)에는 원료가스 충전구(300)와 연결되어 원료가스가 유입되는 제4유로(26)와, 가스 사용부(400)와 연결되어 원료가스를 가스 사용부(400)로 공급하는 제5유로(28)가 형성되고, 제4유로(26)와 제5유로(28)는 제3유로(24)와 연통된다.
제4유로(26)와 제5유로(28)가 만나는 지점에는 원료가스에 포함된 미세 먼지를 걸러주는 필터(30)가 설치되고, 필터(30)는 10㎛의 다공성 소결필터가 사용된다. 본 실시예의 필터(30)는 금속 재질의 소결필터가 사용되기 때문에 원료가스의 압력에 의해 필터가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 필터의 수명을 증대시킬 수 있다.
제1유로(20)에는 고압용기(100)에 충전되는 충전용 원료가스의 제1방향(화살표 A방향) 흐름은 개방하고, 역방향으로 흐르는 것을 차단하는 제1체크밸브(32)가 장착되고, 제2유로(22)에는 가스 사용부(400)로 공급되는 공급용 원료가스의 제2방향(화살표 B방향) 흐름은 개방하고 역방향으로 흐르는 것을 차단하며, 충전용 원료가스가 자동 밸브(14)로 유입되는 것을 차단하는 제2체크밸브(34)가 장착된다.
솔레노이드 밸브(14)는 제2유로(22)에 설치되어 전기적인 신호에 따라 제2유로(22)를 자동으로 개폐하는 밸브로서, 제2체크밸브(34)의 전방측에 설치된다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 메인 밸브 바디(10)에는 충전용 원료가스가 통과하는 제1유로(20)와, 공급용 원료가스가 통과하는 제2유로(22)가 각각 별도로 형성되고, 자동 밸브(14)는 제2유로(22)에 설치되어, 고압용기로 원료가스를 충전할 때 제2체크밸브(34)가 제2유로(22)를 차단하여 충전용 원료가스가 자동 밸브(14)로 유입되는 것을 방지하므로 자동 밸브(14)가 고압의 충전압에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 솔레노이드 밸브(14)는 충전용 원료가스의 충전압에 영향을 받지 않기 때문에 오작동되거나 내구성 저하를 방지할 수 있고, 밸브의 수명을 연장할 수 있다.
수동 밸브(12)는 제3유로(24)에 설치되어 제3유로(24)를 수동으로 개폐하는 역할을 한다. 즉, 수동 밸브(12)는 제3유로(24)를 개폐하기 때문에 고압용기(100)에서 배출되는 원료가스의 흐름 및 고압용기로 충전되는 원료가스의 흐름을 개폐하는 역할을 한다.
제2유로(22)의 입구에는 고압용기(100)에 저장된 원료가스가 비정상적으로 과다하게 유출되는 것을 차단하는 과류차단밸브(Excess Flow Valve)(36)가 설치된다. 즉, 과류차단밸브(36)는 차량 사고나 전복시 차량의 배관이 끊어질 경우 고압용기(100) 내부의 원료가스가 순식간에 외부로 빠져나가면 위험하기 때문에 과류 발생시 제2유로(22)를 차단하여 안전 사고를 미연에 방지하는 역할을 한다.
그리고, 메인 밸브 바디(10)에는 차량 사고 등으로 인한 화재 발생시 고압용기(100)의 온도가 상승하면 고압용기(100) 내의 원료가스를 외부로 방출하여 고압용기가 폭발하는 것을 방지하는 압력해제장치(Pressure Relief Device)(38)와, 고압용기(100) 내의 원료가스를 외부로 방출시키는 브리드 밸브(Bleed Valve)(40)가 설치된다.
그리고, 메인 밸브 바디(10)의 일측에는 고압용기(100)에 저장된 원료가스의 온도를 측정하여 그 신호를 제어유닛으로 인가하는 서미스터(Thermistor)(42)가 설치된다.
그리고, 메인 밸브 바디(10)에는 제3유로(24)와 연통되어 제3유로(24)를 통과하는 원료가스가 유입되는 분기유로(6)가 형성되고, 분기유로(6)에는 원료가스의 압력을 측정하는 압력센서(8)가 설치된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 단면도이고, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 작동 상태도이다.
솔레노이드 밸브(14)는 전원이 인가되면 제2유로(22)를 자동으로 개폐하는 밸브로서, 메인 밸브 바디(10)에 장착되는 밸브 바디(50)와, 밸브 바디(50)의 하부에 장착되고 제2유로(22)와 연통되는 밸브 시트(52)와, 밸브 바디(50)의 외주면에 장착되어 전원이 인가되는 코일(54)과, 밸브 바디(50)의 내주면에 직선 이동 가능하게 설치되어 코일(54)에 전원이 인가되면 코일(54)과의 상호 작용에 의해 직선 이동되는 작동유닛(56)과, 작동유닛(56)과 연동하여 작동되어 밸브 시트(52)에 밀착되는 하부 플런저(58)을 포함한다.
밸브 바디(50)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형태로 형성되고, 상면에는 밸브 바디(50)의 상면을 밀폐시키는 코어(60)가 장착되고, 하측 외주면은 메인 밸브 바디(10)에 나사 결합되는 나사 결합부(62)가 형성되며, 하부 측면에는 제2유로(22)와 연통되어 원료가스가 출입하는 유입구(64)가 형성된다.
코어(60)는 밸브 바디(50)의 상부에 나사 결합되고, 그 외주면에 제1시일링(66)이 장착되어 유체가 유출되는 것을 방지한다.
밸브 바디(50)의 내부는 작동유닛(56)이 장착되는 제1공간부(82)와, 제1공간부(82)에 비해 큰 내경을 갖도록 형성되고 하부 플런저(58)가 장착되는 제2공간부(84)가 형성된다.
밸브 시트(52)는 밸브 바디(50)의 하면에 고정되고 원료가스가 배출되는 배출구(68)가 형성되며, 그 하면에는 메인 밸브바디(10)에 밀착되어 기밀을 유지하는 제2시일링(70)이 장착된다. 그리고, 밸브 시트(52)의 배출구(68)의 상단 내면에는 하부 플런저(58)가 접촉되는 경사면 형태의 시트부(72)가 형성된다.
작동유닛(56)은 밸브 바디(50)의 제1공간부(82)에 직선 이동 가능하게 설치되고 코일(54)에 전원이 인가되면 직선 운동하는 상부 플런저(90)와, 상부 플런저(90)의 내면에 직선 이동 가능하게 삽입되는 이동로드(92)와, 이동로드(92)와 연동하여 작동되고 상부 플런저(90)의 내면에 직선 이동 가능하게 삽입되며 그 끝부분에 오리피스(86)의 개폐작용을 하는 작동봉(96)이 형성되는 밸브부재(94)와, 이동로드(92)와 코어(60) 사이에 설치되어 작동봉(96)이 오리피스(86)에 밀착되도록 탄성력을 제공하는 스프링(98)을 포함한다.
하부 플런저(58)에 삽입되는 상부 플런저(90)의 하단에는 둘레방향으로 돌출되는 격벽부(110)가 형성되어 상부 플런저(90)과 하부 플런저(58) 사이에 유체가 유입되는 챔버(112)가 형성된다.
상부 플런저(90)의 하측 외면에는 걸림핀(120)이 장착되고 하부 플런저(58)의 상측에는 걸림핀(120)이 삽입되어 걸림되는 걸림슬롯(122)이 형성된다. 이때, 걸림슬롯(122)은 상하방향으로 일정 공간이 확보되도록 형성되어 걸림핀(120)이 걸림슬롯(122)의 상하 방향으로 설정된 범위 내에서 이동될 수 있도록 한다.
이와 같이, 상부 플런저(90)와 하부 플런저(58) 사이는 걸림핀(120)에 의해 걸림되어 상호 분리되는 것을 방지한다.
상부 플런저(90)에는 상부 플런저(90)의 외면과 내면 사이로 유입된 유체의 압력 차이를 해소하기 위한 압력차 해소용 유체통로(130,132)가 형성된다. 즉, 유체가 밸브 바디(50)의 내부로 유입되면 상부 플런저(90)의 외면과 밸브 바디(50)의 내면 사이의 틈새 및 상부 플런저(90)의 내면과 이동로드(92) 사이의 틈새로 유입된다.
이때, 상부 플런저(90)의 외부로 유입된 유체의 압력과 상부 플런저(90)의 내부로 유입된 유체의 압력이 서로 다르게 되면 상부 플런저(90)의 직선 이동에 방해가 되고, 이로 인하여 상부 플런저(90)의 초기 동작이 부정확하여 밸브의 작동이 정밀하지 못한 문제가 발생된다.
본 발명에서는 상부 플런저(90)에 내부와 외부가 연통되는 압력차 해소용 유체통로(130,132)를 형성하여 상부 플런저(90)의 내부압력과 외부압력이 항상 동일하도록 하여 상부 플런저(90)의 작동성을 향상시킨다.
압력차 해소용 유체통로(130,132)는 상부 플런저(90)의 외부와 내부가 서로 연통되도록 형성되는 제1유체통로(130)와, 상부 플런저(90)의 외부와 챔버(112) 사이가 서로 연통되도록 격벽부(110)에 형성되는 제2유체통로(132)를 포함한다.
기존의 솔레노이드 밸브는 상부 플런저에 작동봉이 형성되어 작동봉이 직접 하부 플런저에 접촉된다. 이 경우 상부 플런저에 고압이 작용하면 상부 플런저의 작동봉이 하부 플런저에 강하게 충격을 가하게 되고, 오리피스의 개폐를 위해 상부 플런저의 작동봉이 하부 플런저에 고압으로 반복 접촉되면 작동봉이 파손되고, 하부 플런저 역시 충격에 의해 변형되면서 오리피스 구멍 막히게 되는 문제가 있다.
본 발명의 이러한 문제를 해결하고자 상부 플런저(90)와 오리피스(86)를 개폐하는 밸브부재(94)를 분리하고, 밸브부재(94)는 상부 플런저(90)의 내면에 직선 이동 가능하게 배치하고, 밸브부재(94)에 내구성이 강한 이동부재(92)를 배치하여 밸브부재(94)가 오리피스에 접촉되도록 하여 상부 플런저(90)와 하부 플런저(58)가 손상되는 것을 방지한다.
여기에서, 이동부재(92)는 내구성이 강한 메탈 재질로 형성되고, 밸브부재(94)는 하부 플런저(58)와의 접촉시 충격이 발생되는 것을 방지하도록 비메탈 재질로 형성된다.
하부 플런저(58)는 밸브 바디(50)의 제2공간부(84)에 직선 이동 가능하게 배치되고 그 상면에는 상부 플런저(90)가 삽입되는 삽입홈부(140)가 형성되고, 그 하면에는 밸브 시트(52)에 밀착되는 밀착부(142)가 형성된다.
그리고, 하부 플런저(58)의 중앙에는 작동봉(96)에 의해 개폐되는 오리피스(86)가 관통되게 형성된다.
삽입홈부(140)에는 상부 플런저(90)에 고정된 걸림핀(120)이 걸림되어 상부 플런저(90)와 하부 플런저(58) 사이 연결하는 걸림슬롯(122)이 상하방향으로 형성되어 걸림핀(120)이 걸림슬롯(122)에 상하방향으로 설정된 범위 내에서 이동된다.
하부 플런저(58)에는 하부 플런저(58)의 외면과 밸브 바디(50)의 내면 사이의 틈새로 유입되는 유체의 흐름을 지연시키는 유체 흐름 지연부(150,152)가 형성된다.
유체 흐름 지연부(150,152)는 하부 플런저의 외면에 둘레방향으로 형성되는 그루브(150)와, 그루브(150)에 삽입되고 밸브 바디(50)의 내면에 접촉되는 지연 링(152)을 포함한다.
여기에서, 지연 링(152)은 그루브(150)에 유동 가능하게 삽입되어 하부 플런저(58)의 외면으로 유입되는 유체의 흐름을 지연시켜 하부 플런저(58)의 상부와 하부 사이에 압력차가 발생되도록 한다.
이와 같이, 하부 플런저(58)의 하부로 유입된 유체가 지연 링(152)에 의해 상부로의 유체 흐름이 지연됨에 따라 하부 플런저(58)의 상부와 하부 사이에 압력차가 발생되고, 이 압력차에 의해 하부 플런저(58)는 코일의 전기적인 신호에 의한 작동 전에 압력차에 의해 작동되어 하부 플런저(58)의 작동이 원활하게 이루어질 수 있다.
이와 같이, 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 작동을 다음에서 설명한다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 플런저(58)가 밸브 시트(52)에 밀착되고 작동봉(96)이 스프링(98)의 탄성력에 의해 오리피스(86)에 밀착되어 제2유로(22)가 닫힘 상태로 된다.
이러한 상태에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 코일(54)에 전원이 인가되면, 상부 플런저(90)가 상승되고, 상부 플런저(90)에 삽입된 밸브부재(94)가 상승되면서 오리피스(86)를 개방한다.
그러면 챔버(112)에 채워진 고압의 유체가 오리피스(86)를 통해 배출되면서 챔버(112) 및 상부 플런저(90)의 외부 및 내부에 채워진 유체는 저압 상태로 된다.
이때, 상부 플런저(90)의 직선 이동시 상부 플런저(90)에 형성되는 압력차 해소용 유체통로(130,132)에 의해 상부 플런저(90)의 내부와 외부의 압력이 동일하게 되어 상부 플런저(90)의 이동이 원활하게 이루어진다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 플런저(58)의 하부에 충진된 고압의 유체가 지연 링(152)에 의해 하부 플런저(58)의 상부로 이동되는 것이 지연되면서 순간적으로 하부 플런저(58)의 상부와 하부 사이에 압력차가 발생되고, 이 압력차에 의해 하부 플런저(58)가 코일(54)의 전기적인 신호에 따른 이동보다 먼저 이동되면서 밸브 시트(52)의 배출구(68)를 개방한다.
이와 같이, 코일(54)의 전기적인 신호에 의해 상부 플런저(90)가 당기는 힘이 하부 플런저(58)에 작용하기 전에 하부 플런저(58)가 상부와 하부의 압력차에 의해 이동되므로 하부 플런저(58)의 이동이 부드럽게 이루어지고 밸브 작동이 원활하게 이루어질 수 있다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 플런저(58)의 하부에 작용하는 고압의 유체가 하부 플런저(58)의 상부에 작용하여 하부 플런저(58) 및 상부 플런저(90) 전체에 고압의 유체가 작용한 상태로 되고, 배출구(68)는 개방되어 제2유로(22)를 통해 유체가 통과한다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10: 메인 밸브 바디 12: 수동 밸브
14: 솔레노이드 밸브 20: 제1유로
22: 제2유로 50: 밸브 바디
52: 밸브 시트 54: 코일
56: 작동유닛 58: 하부 플런저
60: 코어 68: 배출구
86: 오리피스 90: 상부 플런저
92: 이동부재 94: 밸브부재
96: 작동봉 120: 걸림핀
122: 걸림슬롯 130,132: 압력차 해소용 유체통로
150: 그루브 152: 지연 링

Claims (9)

  1. 밸브 바디;
    밸브 바디의 하부에 장착되는 밸브 시트;
    상기 밸브 바디의 외주면에 장착되어 전원이 인가되는 코일;
    상기 밸브 바디의 내면에 장착되는 코어;
    상기 밸브 바디의 내면에 이동 가능하게 배치되고 오리피스가 형성되며, 그 하면에 밸브 시트에 밀착되는 밀착부가 일체로 형성되는 하부 플런저; 및
    상기 하부 플런저의 상측에 직선 이동 가능하게 배치되고 하부 플런저를 연동하여 작동되며, 상기 코일에 전원이 인가되면 직선 이동되고, 상기 오리피스에 밀착되는 작동봉이 형성되는 작동유닛을 포함하고,
    상기 하부 플런저의 외면에는 상기 밸브 바디와 하부 플런저 사이의 틈새로 이동되는 유체의 흐름을 지연시켜 상기 하부 플런저의 상부와 하부 사이에 압력차를 발생시키는 유체 흐름 지연부가 설치되는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 바디의 하부에는 원료가스가 출입하는 유입구가 형성되고, 그 상측에는 상기 작동유닛이 장착되는 제1공간부가 형성되고, 그 하측에는 상기 제1공간부에 비해 큰 내경을 갖도록 형성되고 하부 플런저가 장착되는 제2공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유체 흐름 지연부는 상기 하부 플런저의 외면에 둘레방향으로 오목하게 패인 형태로 형성되는 그루브와,
    상기 그루브에 삽입되고 상기 밸브 바디의 내벽면에 접촉되어 상기 밸브 바디와 하부 플런저 사이의 틈새를 막아주는 지연 링을 포함하고,
    상기 지연 링은 상기 그루브에 유동 가능하게 장착되어 유체의 흐름이 상기 지연 링에 의해 지연되어 천천히 이동되는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 작동 유닛은 상기 밸브 바디에 직선 이동 가능하게 설치되고 코일에 전원이 인가되면 직선 운동하는 상부 플런저;
    상기 상부 플런저의 내면에 직선 이동 가능하게 삽입되는 이동로드;
    상기 이동로드와 연동하여 작동되고 상부 플런저의 내면에 직선 이동 가능하게 삽입되며 그 끝부분에 오리피스의 개폐작용을 하는 작동봉이 형성되는 밸브부재; 및
    상기 이동로드와 코어 사이에 설치되어 작동봉이 오리피스에 밀착되도록 탄성력을 제공하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이동부재는 메탈 재질로 형성되고, 상기 밸브부재는 상기 작동봉과 오리피스 사이가 접촉될 때 충격을 완화할 수 있도록 비메탈 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 하부 플런저는 그 하면에 밸브 시트에 밀착되어 배출구의 개폐작용을 하는 밀착부가 형성되고, 그 중앙에는 관통되게 형성되어 작동봉에 의해 개폐되는 오리피스가 형성되며, 그 상측에는 상부 플런저가 삽입되는 삽입홈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부 플런저의 하측 외면에는 걸림핀이 장착되고, 상기 하부 플런저의 상측에는 상기 걸림핀이 설정된 범위 내에서 상하방향으로 이동 가능하도록 걸림되는 걸림 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 상부 플런저에는 상부 플런저의 외부와 내부의 압력차를 해소하도록 유체가 통과하는 압력차 해소용 유체통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압력차 해소용 유체통로는 상부 플런저의 내부와 외부 사이를 연통하는 제1유체통로와, 상기 상부 플런저와 하부 플런저 사이에 형성되는 챔버와 상부 플런저의 외부 사이를 연통하는 제2유체통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어용 솔레노이드 밸브.

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