KR20180087593A - 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브 - Google Patents

독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템의 수소 저장계 일 지점에 배치될 수 있는 솔레노이드 밸브에 관한 것으로서, 상세하게는 고압용기로부터 연장되는 유로 상 일 지점에 구비되어 상기 유로를 개방 또는 폐쇄할 수 있는 솔레노이드 밸브에 있어서, 상기 밸브 내부로 가스가 유입될 수 있는 동공을 포함하는 메인 시트; 상기 메인 시트와 밀착 또는 분리될 수 있는 메인 플런저; 상기 밸브 내부의 상기 메인 플런저 상단에 구비될 수 있으며, 내부의 중공부를 포함하는 파일럿 플런저; 및 상기 파일럿 플런저의 내부 일측에 형성되며 끝단이 상기 메인 플런저와 맞닿을 수 있는 파일럿 플런저 헤드;를 포함하고, 상기 파일럿 플런저는 상기 밸브 내부에서 이동할 수 있고, 상기 파일럿 플런저 헤드는 상기 파일럿 플런저의 상기 중공부 내부에서 이동할 수 있으며, 상기 파일럿 플런저 헤드의 이동과 상기 파일럿 플런저의 이동이 서로 독립적으로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브에 관한 발명이다.

Description

독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브 {Solenoid valve including pilot plunger head which is moving independently from the pilot plunger}
본 발명은 연료전지 시스템이 탑재될 수 있는 차량의 수소 저장계에 구비될 수 있는 솔레노이드 밸브의 구조에 관한 것으로서, 상세하게는 메인 플런저와 파일럿 플런저를 포함하는 솔레노이드 밸브에 있어서, 파일럿 플런저의 일단에 구비될 수 있는 파일럿 플런저 헤드와 파일럿 플런저가 서로 독립하여 거동할 수 있으며, 그에 따라 수소등 고압 가스 충전시 플런저 헤드의 파손을 방지할 수 있다.
일반적으로, 연료전지차량의 수소저장시스템은 수소충전을 위한 충전구, 솔레노이드밸브, 수소탱크, 압력조절기 및 그 부품들을 연결하기 위한 고압배관류 등으로 구성되어 있다.
상기 연료 저장 시스템, 즉 수소 저장계에 구비되는 고압용기(수소 용기)에는 700bar 정도의 고압 압축 수소가 저장되어 있으며, 이 저장된 압축 수소는 수소 용기 입구부에 장착된 고압 솔레노이드밸브의 온/오프(on/off)에 따라 고압 라인으로 방출된 후, 압력조절기와 수소 공급 밸브를 거치면서 감압되어 연료전지 스택으로 공급된다.
연료전지차량에 고압의 수소를 충전하는 부분의 구성을 살펴보면, 충전소의 충전노즐을 차량에 결합하는 부분이 수소충전구(또는 충전 리셉터클)이며 충전된 수소가스는 고압배관을 통해 고압용기(또는 수소 탱크)에 결합된 밸브를 통해 고압용기로 충전되게 된다.
한편, 연료전지 시스템의 수소 저장계에 적용될 수 있는 상기와 같은 밸브에는 솔레노이드를 이용한 밸브를 사용할 수 있다. 일반적으로 솔레노이드 밸브는 전자석 원리를 이용하여 밸브를 개방 또는 폐쇄하는 것으로, 상세하게는 일정 방향으로 발생되는 물리적인 힘을 전달하여 실린더와 플런저 사이의 동공을 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 동공의 개방 또는 폐쇄에 따라 밸브에서는 유체의 흐름을 제어할 수 있으며 전기, 전자, 기계 장치등의 여러 산업 분야에서 광범위하게 사용될 수 있다.
다만, 솔레노이드 밸브 내부의 플런저가 상승 또는 하강함에 따라 밸브 내부로 고압의 가스가 유입될 수 있는데, 이 때 고압 가스의 압력이 플런저 헤드 부분을 직접적으로 강타할 수 있고, 그에 따라 플런저 헤드가 손상되는 경우가 있었다.
특히, 솔레노이드 밸브가 위치할 수 있는 유로에서 고압 가스의 공급 및 충전이 동시에 이루어지는 경우, 충전되는 가스압에 의해 플런저 헤드가 손상될 확률은 훨씬 더 커질 수 있으며, 따라서 고압의 가스압에 의한 플런저 헤드의 손상을 방지할 수 있는 솔레노이드 밸브의 구조에 대한 필요성이 존재하고 있다.
대한민국 등록 특허 제10-1628569호 (2016. 06. 08)
따라서, 본 발명에서는 연료전지 시스템의 수소 저장계에 구비될 수 있는 솔레노이드 밸브로서, 메인 플런저와 파일럿 플런저가 구비되며, 파일럿 플런저의 헤드가 파일럿 플런저 내부 공간에서 파일럿 플런저와는 독립적으로 거동할 수 있는 솔레노이드 밸브로서, 충전압과 같은 고압이 플런저 헤드에 인가되더라도 플런저 헤드의 손상을 방지할 수 있는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브 구조를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예로서, 고압용기로부터 연장되는 유로 상 일 지점에 구비되어 상기 유로를 개방 또는 폐쇄할 수 있는 솔레노이드 밸브에 있어서, 상기 밸브 내부로 가스가 유입될 수 있는 동공을 포함하는 메인 시트; 상기 메인 시트와 밀착 또는 분리될 수 있는 메인 플런저; 상기 밸브 내부의 상기 메인 플런저 상단에 구비될 수 있으며, 내부의 중공부를 포함하는 파일럿 플런저; 및 상기 파일럿 플런저의 내부 일측에 형성되며 끝단이 상기 메인 플런저와 맞닿을 수 있는 파일럿 플런저 헤드;를 포함하고, 상기 파일럿 플런저는 상기 밸브 내부에서 이동할 수 있고, 상기 파일럿 플런저 헤드는 상기 파일럿 플런저의 상기 중공부 내부에서 이동할 수 있으며, 상기 파일럿 플런저 헤드의 이동과 상기 파일럿 플런저의 이동이 서로 독립적으로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 메인 플런저와 상기 파일럿 플런저가 맞닿는 면에 형성될 수 있는 돌기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 돌기는 금속으로 구비되는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 파일럿 플런저 헤드의 일측에 부착될 수 있으며, 상기 중공부 내부에 구비될 수 있는 스프링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 스프링을 수용하기 위하여 상기 중공부 내부에 구비될 수 있는 스프링 가이드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 스프링과 상기 파일럿 플런저의 내주면 사이에 구비될 수 있는 마찰 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 솔레노이드 밸브의 외주면을 감싸기 위한 솔레노이드 밸브 가이드; 및 상기 솔레노이드 밸브 가이드 일단에 체결될 수 있는 고정 철심;을 더 포함하고, 상기 솔레노이드 밸브 가이드 타단에는 상기 메인 시트가 체결될 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 파일럿 플런저 및 상기 메인 플런저는 상기 솔레노이드 밸브 가이드 내부에 배치될 수 있으며, 상기 고정 철심과 상기 메인 시트 사이에서 거동할 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 파일럿 플런저 헤드의 일측에 부착될 수 있으며, 상기 중공부 내부에 구비될 수 있는 스프링;을 더 포함하고, 상기 스프링의 일측은 상기 파일럿 플런저 헤드에 체결되며, 상기 스프링의 타측은 상기 고정 철심에 체결될 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 메인 플런저와 상기 솔레노이드 밸브 가이드 사이에 상기 메인 플런저의 이동을 조절하기 위해 형성될 수 있는 마찰 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 파일럿 플런저 헤드는 플라스틱 또는 고무 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 고압용기의 충전 유로와 공급 유로가 동일한 시스템에 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
또한, 상기 메인 플런저는 상기 메인 플런저 중앙을 관통하는 유로;를 더 포함하고, 상기 유로의 일단은 상기 메인 시트의 상기 동공과 연결되며, 상기 유로의 타단은 상기 파일럿 플런저 헤드와 밀착 또는 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 연료전지 시스템의 수소 저장계에 수소 등의 연료가 충전되는 경우, 고압의 충전압의 순간적 인가 또는 충전 유량의 급격한 유입으로 인하여 솔레노이드 밸브에 가해질 수 있는 충격량을 분산시키거나 감쇄시킬 수 있다.
이에 따라, 솔레노이드 밸브의 파일럿 플런저 헤드에 가해지는 충격을 완화 시킬 수 있으며, 솔레노이드 밸브 파일럿 플런저 헤드의 손상을 방지하여, 부품 교체 비용과 필요한 공정들을 삭제할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 연료전지 시스템에 있어서, 가스 저장계의 충전 라인과 공급 라인이 분리될 수 있는 일 실시예의 구성 간 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 2는 연료전지 시스템이 있어서, 다른 일 실시예로서 가스 저장계의 충전 라인과 공급 라인이 동일한 경우의 구성 간 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 충전되는 가스의 압력이 작용함에 따른 각 구성의 이동 가능 방향을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서에 기재된 '일측, 타측, 일단 및 타단' 등의 표현은 해당 구성의 일 지점을 명확히 지칭하기 위한 것으로써 단어의 구별 없이 유사한 의미로 사용될 수 있다.
차량에 탑재되는 수소 저장 시스템은 수소를 충전 받을 수 있도록 충전구, 통신센서를 포함한 충전부, 충전된 수소를 안전하게 저장하기 위한 고압용기, 밸브를 포함한 저장부, 고압의 수소 압력을 1차 조정하는 감압부, 그리고 수소저장시스템에 포함된 온도, 압력센서의 신호를 처리하고 시스템에 구비되는 복수개의 밸브의 개방/폐쇄를 조절할 수 있는 제어부등을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서의 솔레노이드 밸브(이하 본 명세서에서 지칭하는 '밸브'는 솔레노이드 밸브를 의미할 수 있다.)는 전자기력으로 구동될 수 있으며, NC(normally closed) 타입의 밸브일 수 있다. 또한, 본 발명에서의 솔레노이드 밸브는 전자기력에 의해 솔레노이드 밸브가 구비된 유로의 일 지점에서 유체의 흐름을 제어할 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브를 채용할 수 있는 수소저장 시스템의 연결 관계를 도시한 도면이다. 도 1은 고압 용기에서 용기 내부로 충전될 수 있는 가스의 충전 라인과 용기 내부로부터 방출될 수 있는 가스의 공급 라인이 분리된 경우에 있어서, 연료전지 시스템 구성 간 연결 관계를 도시한 도면이다. 도 1에 따르면, 충전 유로를 따라 충전되는 고압 가스가 매뉴얼 밸브를 통과하여 분기점을 만나게되며, 분기점에서 일부 고압 가스는 공급 유로 상에 배치될 수 있는 밸브 측으로 분기될 수 있다. 따라서 밸브의 플런저 헤드가 위치하는 영역에는 충전되는 고압 가스의 압력이 인가될 수 있다.
도 2의 경우, 고압 용기에서 용기 내부로 충전될 수 있는 가스의 충전라인과 용기 내부로부터 방출될 수 있는 가스의 공급 라인이 동일한 라인으로 형성된 경우에 있어서, 수소저장 시스템 구성 간 연결 관계를 도시한 도면이다. 도 2에 따르면, 충전 유로와 공급 유로가 동일하므로, 충전되는 고압의 가스가 유로 상의 일지점에 배치될 수 있는 솔레노이드 밸브를 통과할 수 밖에 없으며, 따라서 도 1과 마찬가지로 밸브의 플런저 헤드가 위치하는 영역에는 충전되는 고압 가스의 압력이 인가될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는 도 1과 도 2의 경우, 즉, 연료 전지 시스템의 충전 라인과 공급 라인이 분리되어 있는 경우와 양 라인이 일체화되어 형성된 경우 모두에서 채용될 수 있다.
이하, 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드(400)를 포함하는 솔레노이드 밸브의 구조에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 단면을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는 고압 용기로부터 연장될 수 있는 유로 상의 일 지점에 구비될 수 있으며, 유로를 개방하거나 폐쇄하는 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 솔레노이드 밸브는 솔레노이드 밸브의 외주면을 감싸기 위한 솔레노이드 밸브 가이드(700)를 포함할 수 있다.
또한, 솔레노이드 밸브의 일단에는 고정 철심(800)이 구비될 수 있다. 바람직하게는 고정 철심(800)은 솔레노이드 밸브의 상부에서 솔레노이드 밸브 가이드(700)와 체결될 수 있고, 그에 따라 솔레노이드 밸브 가이드(700)와 함께 솔레노이드 밸브의 외주면을 형성할 수 있다. 바람직하게는 솔레노이드 밸브 가이드(700)는 내부가 빈 실린더 형태일 수 있다. 또한, 솔레노이드 밸브 가이드(700) 내부에 플런저들이 구비될 수 있으며, 플런저들은 실린더 내부에서 왕복 운동할 수 있다.
한편, 솔레노이드 밸브 가이드(700)를 기준으로, 고정 철심(800)의 반대편 타단, 바람직하게는 솔레노이드 밸브의 하단에는 메인 시트(100)가 구비될 수 있다. 또한, 솔레노이드 밸브 내부에는 메인 시트(100)와 밀착 또는 분리가 가능하고 상하 방향으로 이동할 수 있는 메인 플런저(200)가 구비될 수 있다. 상세하게는 메인 플런저(200)는 솔레노이드 밸브 가이드(700)를 따라 솔레노이드 밸브 가이드(700) 내부에서 일정 거리 만큼 상하 왕복 운동할 수 있다. 바람직하게는 메인 플런저와 솔레노이드 밸브 가이드(700) 사이에는 메인 플런저의 이동을 조절하기 위한 실링 부재(220)이 구비될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 고무 재질 등의 오링(O-ring)이 구비될 수 있다.
메인 시트(100)는 밸브의 일측에서 솔레노이드 밸브 가이드(700)와 체결될 수 있으며 기밀을 유지할 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 메인 시트(100)는 중앙에 일정 직경을 가지는 동공(110)을 포함할 수 있다. 따라서 상기 동공(110)을 통해 유로로부터 가스, 바람직하게는 수소가 유입되거나 밸브 내부로부터 유로로 가스가 배출될 수 있다.
또한, 메인 플런저(200)는 메인 플런저(200) 내부의 중앙에 형성될 수 있는 일정 직경의 유로(210)를 포함할 수 있다. 나아가, 메인 플런저(200) 내부 유로(210)에서 후술하는 파일럿 플런저(300) 측에 가까운 영역에는 일정 직경을 갖는 메인 플런저(200)의 유로보다 직경이 더 작은 오리피스가 형성될 수 있다.
한편, 밸브를 제어하는 제어부에 의해 메인 플런저(200)가 이동할 수 있고, 그에 따라 메인 플런저(200)가 하강하여 메인 시트(100)와 밀착되면 밸브가 폐쇄될 수 있다. 따라서 이 경우에는 밸브가 형성된 유로는 차단된 상태일 수 있다. 또한, 메인 플런저(200)가 상승함에 따라 메인 시트(100)로부터 분리되면 밸브가 개방된 것이며, 따라서 밸브가 형성된 유로에서는 유체가 자유로이 유동할 수 있다.
다시 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브에는 파일럿 플런저(300)와 파일럿 플런저 헤드(400) 및 스프링(600)이 구비될 수 있다. 바람직하게는 파일럿 플런저(300)는 밸브 내부에 구비될 수 있으며, 상세하게는 밸브 내부의 메인 플런저(200) 상단에 구비될 수 있다.
파일럿 플런저(300) 역시 솔레노이드 밸브 가이드(700) 내부에 형성되어 솔레노이드 밸브 가이드(700)를 따라 왕복 운동할 수 있으며, 상세하게는 메인 플런저(200)와 고정 철심(800) 사이에 구비될 수 있으며, 정해진 일정 거리만큼 왕복 운동을 할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 파일럿 플런저(300)는 메인 플런저(200) 상단과 고정 철심(800)의 하단 사이에 구비될 수 있다. 또한, 파일럿 플런저(300)는 그 내부에 중공부(310)를 포함할 수 있다. 중공부(310)의 형상에는 제한이 없으나, 파일럿 플런저 헤드(400)의 이동을 보장할 수 있는 형상과 일정 길이를 가지면 족하다.
한편, 파일럿 플런저 헤드(400)는 파일럿 플런저(300) 내부의 일측에 형성될 수 있다. 상세하게는 파일럿 플런저 헤드(400)는 파일럿 플런저 중공부(310)의 일측에 형성될 수 있다. 파일럿 플런저 헤드(400)는 파일럿 플런저 중공부(310) 내부에서 이동할 수 있다. 따라서, 파일럿 플런저 헤드(400)는 파일럿 플런저 중공부(310)의 형상에 대응되도록 설계될 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 파일럿 플런저 헤드(400)는 그 일단이 뾰족하게 형성될 수 있다. 이하에서는 파일럿 플런저 헤드(400)의 뾰족한 일단을 '파일럿 플런저 헤드 첨단'(410)이라고 명명할 수 있다. 즉, 파일럿 플런저 헤드(400)는 일단에 파일럿 플런저 헤드 첨단(410)이 구비될 수 있으며 그 타단으로는 스프링(600)이 체결될 수 있는 구조일 수 있다.
한편, 파일럿 플런저 헤드(400)는 파일럿 플런저 중공부(310) 내부에서 왕복 운동할 수 있다. 즉, 파일럿 플런저 헤드(400)는 파일럿 플런저(300) 내부에서 상하로 운동할 수 있다. 나아가, 파일럿 플런저(300)의 운동과 파일럿 플런저 헤드(400)의 운동은 별개로서, 서로 독립적으로 거동할 수 있다.
한편, 파일럿 플런저 헤드(400)는 기본적으로 메인 플런저(200)의 후단에 밀착된 상태로 유지될 수 있다. 상세하게는 파일럿 플런저 헤드 첨단(410)이 메인 플런저(200) 유로(210)의 후단과 맞닿아 밸브를 폐쇄시킨 상태를 기본적으로 유지할 수 있다. 즉, 파일럿 플런저 헤드 첨단(410)과 메인 플런저(200) 유로(210)의 오리피스가 서로 맞닿을 수 있으며, 파일럿 플런저 헤드 첨단(410)의 크기가 오리피스의 직경보다 크게 형성되어 파일럿 플런저 헤드(400)가 메인 플런저(200) 유로(210)를 밀폐한 상태가 유지될 수 있다. 바람직하게는 파일럿 플런저 헤드(400)는 플라스틱 또는 고무 재질로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 파일럿 플런저 중공부(310) 내부에 스프링(600)이 구비될 수 있다. 바람직하게는 전술한 스프링(600)은 중공부(310)에서 파일럿 플런저 헤드(400)의 일측에 부착될 수 있으며, 그 타측은 고정 철심(800)에 체결되어 고정될 수 있다. 즉, 스프링(600)은 파일럿 플런저 중공부(310)에 구비될 수 있으며, 일측이 파일럿 플런저 헤드(400)에, 타측이 고정 철심(800)에 부착될 수 있다. 이와 같은 스프링(600)은 설계시 필요한 일정 수준 이상의 탄성력을 가지는 일반적인 스프링(600)을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 중공부(310)에 구비될 수 있는 스프링(600)은 스프링(600)을 둘러싸는 스프링 가이드(610)를 더 포함할 수 있다. 스프링 가이드(610)는 선택적으로 구비될 수 있으며, 파일럿 플런저 헤드(400)의 소재가 고무 또는 플라스틱인 경우, 스프링(600)의 탄성력에 의한 파일럿 플런저 헤드(400)의 손상 및/또는 마모를 방지할 수 있다. 즉, 스프링 가이드(610)는 스프링(600)의 탄성력을 조절하면서 스프링(600)의 탄성 운동을 보완하는 가이드 역할을 수행할 수 있다.
또한, 스프링(600)과 파일럿 플런저(300)의 내주면 사이에는 스프링(600)의 탄성 복원력에 대응하여 스프링(600)의 이동 정도를 제어하기 위한 마찰 부재가 형성될 수 있다. 만일, 스프링 가이드(610)가 구비된 경우라면 스프링 가이드(610)와 파일럿 플런저(300)의 내주면 사이에 마찰 부재가 형성될 수 있다.
한편, 솔레노이드 밸브 내부에서 메인 플런저(200)와 파일럿 플런저(300)가 서로 맞닿는 면에는 돌기(500)가 형성될 수 있다. 돌기(500)의 형상은 무방하며, 다만, 메인 플런저(200)와 파일럿 플런저(300)가 충돌하는 경우, 충격량을 흡수하여 충격을 완화할 수 있어야 한다. 바람직하게는 돌기(500)는 금속 재질로 형성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 돌기(500)가 형성되는 면적이 넓을수록 메인 플런저(200)와 파일럿 플런저(300) 사이에서 완화될 수 있는 충격량이 증가하며, 그에 따라 더욱 큰 규모의 충격을 완화 시킬 수 있다.
이하에서는 도 4를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드(400)를 포함하는 솔레노이드 밸브의 작동에 대하여 상세히 후술한다.
고압의 충전 가스, 바람직하게는 수소가 유입되기 전 솔레노이드 밸브는 NC(Noramlly-closed)밸브이므로, 메인 플런저(200)는 메인 시트(100)에 밀착되고, 파일럿 플런저(300)는 메인 플런저(200)에 밀착되어 밸브가 폐쇄된 상태를 유지할 수 있다. 이 상태에서의 각 밸브 구성이 위치하는 상태를 '밸브가 원위치에 있다'라고 표현할 수 있다.
충전이 개시되어, 가스의 충전소로부터 가스가 유입되는 경우, 충전되는 가스의 고압이 메인 시트(100)의 동공(110) 측에 인가될 수 있다. 이에 따라, 메인 플런저(200) 역시 충전되는 가스의 고압에 의해 메인 시트(100)로부터 분리되어 후단으로 밀려날 수 있다. 메인 플런저(200)가 뒤로 밀려남에 따라, 메인 플런저(200)는 메인 플런저(200) 후단에 위치하던 파일럿 플런저(300)와 충돌할 수 있다.
종래 기술의 경우, 이 충격에 의해 파일럿 플런저 헤드, 상세하게는 파일럿 플런저 헤드 첨단에 충격이 집중되어 파일럿 플런저 헤드 및/또는 파일럿 플런저 헤드 첨단에 파손이 발생할 수 있었다. 그러나 본 발명에서는 메인 플런저(200)가 파일럿 플런저(300)를 타격함에 따라, 상세하게는 파일럿 플런저 헤드(400)를 타격함에 따라, 더욱 상세하게는 파일럿 플런저 헤드 첨단(410)을 타격함에 따라, 파일럿 플런저 헤드(400)가 파일럿 플런저(300)와는 독립적으로 파일럿 플런저 중공부(310) 내부로 밀려들어 갈 수 있다. 상세하게는 파일럿 플런저 헤드(400)를 타격하는 힘에 의해 파일럿 플런저 헤드(400) 후단의 스프링(600)이 압축력을 받아 압축되며, 그에 따라 파일럿 플런저 헤드(400)가 파일럿 플런저 중공부(310) 내부에서 후방으로 밀려날 수 있다. 이처럼, 파일럿 플런저 헤드(400)가 중공부(310) 내부로 밀려들어 감에 따라, 파일럿 플런저 헤드(400)가 받게되는 충격량은 크게 감소될 수 있으며, 결과적으로 파일럿 플런저 및/또는 파일럿 플런저 헤드(400)에 가해지는 충격이 완화되어 해당 부품의 파손이 방지될 수 있다.
나아가, 고압 가스의 충전이 완료되어 충전 라인 및/또는 공급 라인 상의 고압이 해소되는 경우에는 메인 시트(100)의 동공(110) 영역의 압력이 다시 원상태로 하강할 수 있다. 따라서, 이 경우 파일럿 플런저 헤드(400) 후단의 스프링(600) 복원력이 메인 플런저(200)가 파일럿 플런저(300) 및 파일럿 플런저 헤드(400)를 가압하는 힘보다 클 수 있다. 따라서, 파일럿 플런저 헤드(400) 후단에 배치될 수 있는 스프링(600)의 탄성 복원력에 의해, 파일럿 플런저 헤드(400)는 원위치(밸브의 NC상태)로 복귀할 수 있다. 즉, 파일럿 플런저 헤드(400)는 다시 메인 플런저(200)의 오리피스와 맞닿아 메인 플런저(200)를 밀폐할 수 있다. 그에 따라 메인 플런저(200) 역시 메인 시트(100) 방향으로 가압될 수 있으며, 원위치로 복귀하여 메인 시트(100)와 밀착될 수 있다.
정리하자면, 본 발명의 핵심 사상은 파일럿 플런저를 포함하는 솔레노이드 밸브에 있어서, 파일럿 플런저의 이동과 파일럿 플런저 헤드의 이동이 서로 독립적으로 이루어질 수 있다는 것이 특징이다.
즉, 외부의 충격에 의해 메인 플런저가 밀리면서 파일럿 플런저를 타격할 때, 파일럿 플런저의 헤드, 상세하게는 파일럿 플런저의 헤드 첨단이 모든 충격을 받는 구조가 아니라, 파일럿 플런저 헤드가 파일럿 플런저 내부에서도 후방으로 밀림으로써 파일럿 플런저와 메인 플런저 사이의 돌기에서 충격량을 흡수하는 것이 본 발명의 특징임에 유의하여야 한다.
또한, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명, 기술하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
나아가, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고 있다. 그리고 상기에서 사용된 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 메인 시트
110 : 동공
200 : 메인 플런저
210 : 메인 플런저의 유로
220 : 메인 플런저의 실링 부재
300 : 파일럿 플런저
310 : 파일럿 플런저의 중공부
400 : 파일럿 플런저 헤드
410 : 파일럿 플런저 헤드 첨단
500 : 돌기
600 : 스프링
610 : 스프링 가이드
700 : 솔레노이드 밸브 가이드
800 : 고정 철심

Claims (13)

  1. 고압용기로부터 연장되는 유로 상 일 지점에 구비되어 상기 유로를 개방 또는 폐쇄할 수 있는 솔레노이드 밸브에 있어서,
    상기 밸브 내부로 가스가 유입될 수 있는 동공을 포함하는 메인 시트;
    상기 메인 시트와 밀착 또는 분리될 수 있는 메인 플런저;
    상기 밸브 내부의 상기 메인 플런저 상단에 구비될 수 있으며, 내부의 중공부를 포함하는 파일럿 플런저; 및
    상기 파일럿 플런저의 내부 일측에 형성되며 끝단이 상기 메인 플런저와 맞닿을 수 있는 파일럿 플런저 헤드;
    를 포함하고,
    상기 파일럿 플런저는 상기 밸브 내부에서 이동할 수 있고, 상기 파일럿 플런저 헤드는 상기 파일럿 플런저의 상기 중공부 내부에서 이동할 수 있으며, 상기 파일럿 플런저 헤드의 이동과 상기 파일럿 플런저의 이동이 서로 독립적으로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메인 플런저와 상기 파일럿 플런저가 맞닿는 면에 형성될 수 있는 돌기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  3. 제2항에 있어서, 상기 돌기는 금속으로 구비되는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 플런저 헤드의 일측에 부착될 수 있으며, 상기 중공부 내부에 구비될 수 있는 스프링;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스프링을 수용하기 위하여 상기 중공부 내부에 구비될 수 있는 스프링 가이드;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  6. 제4항에 있어서, 상기 스프링과 상기 파일럿 플런저의 내주면 사이에 구비될 수 있는 마찰 부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  7. 제1항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브의 외주면을 감싸기 위한 솔레노이드 밸브 가이드; 및
    상기 솔레노이드 밸브 가이드 일단에 체결될 수 있는 고정 철심;
    을 더 포함하고, 상기 솔레노이드 밸브 가이드 타단에는 상기 메인 시트가 체결될 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  8. 제7항에 있어서, 상기 파일럿 플런저 및 상기 메인 플런저는 상기 솔레노이드 밸브 가이드 내부에 배치될 수 있으며, 상기 고정 철심과 상기 메인 시트 사이에서 거동할 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  9. 제7항에 있어서, 상기 파일럿 플런저 헤드의 일측에 부착될 수 있으며, 상기 중공부 내부에 구비될 수 있는 스프링;
    을 더 포함하고,
    상기 스프링의 일측은 상기 파일럿 플런저 헤드에 체결되며, 상기 스프링의 타측은 상기 고정 철심에 체결될 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  10. 제7항에 있어서, 상기 메인 플런저와 상기 솔레노이드 밸브 가이드 사이에 상기 메인 플런저의 이동을 조절하기 위해 형성될 수 있는 마찰 부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  11. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 플런저 헤드는 플라스틱 또는 고무 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  12. 제1항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 고압용기의 충전 유로와 공급 유로가 동일한 시스템에 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  13. 제1항에 있어서, 상기 메인 플런저는 상기 메인 플런저 중앙을 관통하는 유로;
    를 더 포함하고, 상기 유로의 일단은 상기 메인 시트의 상기 동공과 연결되며, 상기 유로의 타단은 상기 파일럿 플런저 헤드와 밀착 또는 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 독립 거동 가능한 파일럿 플런저 헤드를 포함하는 솔레노이드 밸브.
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