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KR102260127B1 - 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브 - Google Patents

벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브 Download PDF

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KR102260127B1
KR102260127B1 KR1020200060804A KR20200060804A KR102260127B1 KR 102260127 B1 KR102260127 B1 KR 102260127B1 KR 1020200060804 A KR1020200060804 A KR 1020200060804A KR 20200060804 A KR20200060804 A KR 20200060804A KR 102260127 B1 KR102260127 B1 KR 102260127B1
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KR
South Korea
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valve
bellows
rod
plunger
flow path
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KR1020200060804A
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Inventor
김한술
Original Assignee
(주)솔텍
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Publication date
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Abstract

본 발명 벨로우즈 타입의 솔레노이드 밸브는, 전원 인가 시 자기장을 발생시키는 코일이 감긴 보빈; 상기 보빈의 하단부에 결합되어 자기 회로를 구성하는 요크; 상기 보빈 및 요크 사이에 구비되어 코일에 전원 인가 시 요크 반대쪽으로 수직 이동되는 플런저; 상기 플런저의 중공에 끼워져 일체로 결합되는 로드; 상기 보빈 및 요크를 감싼 상태로 내부에는 플런저의 상단부가 수직 이동가능하게 끼워짐과 함께 플런저에 결합된 로드가 관통 결합되는 하우징 바디; 상기 로드의 둘레에 끼워진 상태로 플런저와 하우징 바디 사이에 구비되어 플런저를 요크쪽으로 밀어 탄성 지지하는 메인 스프링; 상기 하우징 바디의 상단부에 결합되어 하우징 바디를 관통한 로드의 일단이 중공을 통해 수직 이동가능하게 관통 결합되는 밸브 시트; 상기 밸브 시트의 중공 상단 및 로드와 맞대어 접촉됨으로써 유로를 폐쇄하고, 로드의 수직 이동에 따라 들어 올려짐으로써 유로를 선택적으로 개방하는 밸브 씰; 밸브의 유로가 상시 닫힘될 수 있도록 유로 방향에 수직하게 측면에 고압 유체의 공급홀이 형성됨과 함께 상기 공급홀의 하부에 밸브 시트의 중공과 로드 사이의 유로를 통해 연결되는 배출홀이 형성되어 전체적으로 밸브 시트와 밸브 씰을 감싸 보호하는 밸브 바디; 및 상기 밸브 바디의 내부에 구비되어 메인 스프링의 팽창력에 의해 밸브 씰이 들어올려지지 않도록 상기 밸브 씰을 탄력적으로 눌러 지지하는 벨로우즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브 {Bellows type high pressure solenoid valve}
본 발명은 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소와 같은 고압 기체의 온오프(On-Off) 제어 및 비례제어용으로 이용되는 고압 솔레노이드 밸브에 벨로우즈 구조를 적용함으로써 종래 동 분야에서 일반적으로 이용되었던 파일럿 방식의 고압 솔레노이드 밸브 대비 고압 제어의 성능은 그대로 유지하면서도, 파일럿 밸브 등 정밀 가공이 필요한 부품 및 차압을 제어하기 위한 관련 부품의 수가 대폭 절감되며, 아울러 고압 솔레노이드 밸브의 크기도 축소된 컴팩트한 구성을 갖는 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.
일반적으로, 솔레노이드 밸브는 자동차의 엔진을 포함하는 파워트레인(power train)에 설치되어 연료, 오일 등 유체의 흐름을 단속하거나 압력을 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 연료계통에서는 연료의 공급 및 분사를 제어하고, 냉각계통에서는 윤활 및 냉각을 위한 유체의 순환을 제어하며, 동력전달계통에서는 압력을 제어하는 등 다양한 역할을 한다.
종래 수소 등 고압 유체를 제어하기 위한 온오프(On-Off) 또는 비례제어 솔레노이드 밸브는, 수소 봄베에 장착되어 연료전지로 수소를 공급 또는 차단하거나 연료전지 시스템의 제트펌프와 수소탱크 사이를 연결하는 유로 상에 제트펌프의 노즐 입구압력을 변화시키는 동시에 수소 공급 유량을 조절하도록 제트펌프의 입구 측에 장착되며, 일반적으로 외부에서 공급된 유체의 이송을 위한 유로가 형성된 밸브바디와, 솔레노이드에 의해 상승 또는 하강하는 플런저와, 플런저의 하단에 마련되어 유로를 개방 또는 폐쇄하는 밸브체와, 유로를 폐쇄하는 방향으로 플런저를 가압하는 스프링 등을 포함하여 구성된다.
이러한 종래 고압 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 있었다.
따라서, 상기한 이유로 종래 고압 솔레노이드 밸브를 정밀하게 제어하기 위해서는 이중 구조의 플런저를 갖는 파일럿 구조를 적용함으로써 고압 환경에서 밸브를 제어할 수 있도록 하는 것이 일반화되어 있다.
종래 이러한 파일럿 타입의 솔레노이드 밸브의 한가지 예가 한국등록특허 제1628569호(이하, ‘선행문헌’이라 함)에 상세히 개시되어 있다.
이하 첨부된 도 1을 참조하면, 선행문헌에 개시된 종래 파일럿 타입의 고압 솔레노이드 밸브는 도 1에 도시된 바와 같이, 입구포트(110) 및 출구포트(120)가 형성되어 메인유로(L1)를 갖는 바디(100)에 연결된 밸브하우징(210)을 구비하고, 상기 밸브하우징(210)의 둘레에 권선된 솔레노이드코일(213)의 자기력에 의해 밸브하우징(210)의 일 측에 구비된 고정철심(240)을 자화시켜 하측에 구비된 플런저A(220)와 플런저B(230)를 순차적으로 당겨 상기 바디(100)의 메인유로(L1)를 개방된다.
또한, 상기 고정철심(240)과 플런저B(230) 사이에 탄성 구비된 메인스프링(S1)에 의해 메인유로(L1)를 닫을 수 있게 고압 솔레노이드밸브(200)를 기본적으로 구성한다. 여기서, 상기 고정철심(240)은 상기 밸브하우징(210)에 결합되는 디스크커버(211)에 의해 일 측에 고정되는 제2고정철심(243)과; 상기 제2고정철심(243)에서 플런저B(230) 측으로 왕복 작동할 수 있게 제1고정철심(241)으로 분할 구성되고, 상기 제1,2고정철심(241,243) 사이에 상기 제1고정철심(241)을 플런저B(230) 측으로 가압하는 보조스프링(S2)이 탄성 구비된다.
그러나, 상기 선행특허에 개시된 종래 파일럿 타입의 고압 솔레노이드 밸브는 수소와 같은 고압 기체를 온오프(On-Off) 제어 및 비례제어용으로 이용하기 위해 파일럿 밸브 등의 관련 부품들을 매우 정밀하게 가공해야만 했는데, 이 과정에서 파일럿 밸브 등 기본적인 정밀 부품 및 차압의 제어를 위한 부품의 수도 동시에 증가될 뿐만 아니라, 솔레노이드 밸브의 크기도 커지는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) 국내 등록특허 제 10-1628569호 (2016.06.01 등록)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 본 발명은 수소와 같은 고압 기체의 온오프(On-Off) 제어 및 비례제어용으로 이용되는 고압 솔레노이드 밸브에 벨로우즈 구조를 적용함으로써 종래 동 분야에서 일반적으로 이용되었던 파일럿 방식의 고압 솔레노이드 밸브 대비 고압 제어의 성능은 그대로 유지하면서도, 파일럿 밸브 등 정밀 가공이 필요한 부품 및 차압을 제어하기 위한 관련 부품의 수가 대폭 절감되며, 아울러 고압 솔레노이드 밸브의 크기도 축소된 컴팩트한 구성을 갖는 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예에 따라, 전원 인가 시 자기장을 발생시키는 코일이 감긴 보빈; 상기 보빈의 하단부에 결합되어 자기 회로를 구성하는 요크; 상기 보빈 및 요크 사이에 구비되어 코일에 전원 인가 시 요크 반대쪽으로 수직 이동되는 플런저; 상기 플런저의 중공에 끼워져 일체로 결합되는 로드; 상기 보빈 및 요크를 감싼 상태로 내부에는 플런저의 상단부가 수직 이동가능하게 끼워짐과 함께 플런저에 결합된 로드가 관통 결합되는 하우징 바디; 상기 로드의 둘레에 끼워진 상태로 플런저와 하우징 바디 사이에 구비되어 플런저를 요크쪽으로 밀어 탄성 지지하는 메인 스프링; 상기 하우징 바디의 상단부에 결합되어 하우징 바디를 관통한 로드의 일단이 중공을 통해 수직 이동가능하게 관통 결합되는 밸브 시트; 상기 밸브 시트의 중공 상단 및 로드와 맞대어 접촉됨으로써 유로를 폐쇄하고, 로드의 수직 이동에 따라 들어 올려짐으로써 유로를 선택적으로 개방하는 밸브 씰; 밸브의 유로가 상시 닫힘될 수 있도록 유로 방향에 수직하게 측면에 고압 유체의 공급홀이 형성됨과 함께 상기 공급홀의 하부에 밸브 시트의 중공과 로드 사이의 유로를 통해 연결되는 배출홀이 형성되어 전체적으로 밸브 시트와 밸브 씰을 감싸 보호하는 밸브 바디; 및 상기 밸브 바디의 내부에 구비되어 메인 스프링의 팽창력에 의해 밸브 씰이 들어올려지지 않도록 상기 밸브 씰을 탄력적으로 눌러 지지하는 벨로우즈;를 포함하여 구성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 벨로우즈의 유효경(Db)과 밸브 시트의 중공 내경(Ds)은 서로 일치된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 벨로우즈는 스테리인스 스틸(Stainless steel) 또는 인청동의 금속 박판으로 형성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 벨로우즈의 내부는 공기가 제거된 음압 상태로 밀폐된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 벨로우즈의 내부에는 팽창력을 부가하기 위해 벨로우즈 스프링이 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 밸브 씰과 벨로우즈 사이에는, 상단부가 벨로우즈의 하단에 밀폐 결합됨과 함께 하단부가 밸브 씰을 감싸 지지하는 밸브 씰 홀더가 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 밸브 바디의 상단부 중공에는 벨로우즈의 상단을 밀폐 결합하는 스토퍼가 구비됨과 함께 상기 스토퍼의 상단에는 밸로우즈의 팽창력을 조절하기 위한 플러그가 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 보빈과 하우징 바디 사이에는 플런저를 감싸 밀폐 및 보호하는 튜브가 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 밸브 시트의 중공과 로드 사이에는 로드가 끼워져 수직 이동이 가이드되는 가이드 부시가 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 하우징 바디와 밸브 바디가 서로 만나는 경계면 및 보빈과 튜브, 하우징 바디가 서로 만나는 경계면 중 적어도 한 곳 이상은 용접에 의해 서로 접합된다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 수소와 같은 고압 기체의 온오프(On-Off) 제어 및 비례제어용으로 이용되는 고압 솔레노이드 밸브에 벨로우즈 구조를 적용함으로써 종래 동 분야에서 일반적으로 이용되었던 파일럿 방식의 고압 솔레노이드 밸브 대비 고압 제어의 성능은 그대로 유지하면서도, 파일럿 밸브 등 정밀 가공이 필요한 부품 및 차압을 제어하기 위한 관련 부품의 수가 대폭 절감되는 효과가 있다.
또한, 상기 벨로우즈 구조의 적용에 의해 고압 솔레노이드 밸브의 크기도 컴팩트하게 축소될 수 있으며, 고압 솔레노이드 밸브의 단가도 저감되는 효과가 있다.
도 1은 종래 파일럿 타입의 고압 솔레노이드 밸브의 일 실시예를 보인 단면도
도 2는 본 발명 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브의 전체적인 구성을 보인 단면도
도 3은 도 2의 요부 확대도
도 4는 본 발명 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브의 작동 상태도로서, (a)는 평상 시 압력이 밸브가 닫혀지는 방향으로 가해짐에 따라 밸브의 유로가 폐쇄된 상태(Off), (b)는 제어 신호의 인가에 따라 벨로우즈가 압축되며 밸브의 유로가 개방된 상태(On)
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브의 구성 및 작동 관계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브의 전체적인 구성을 보인 단면도이고, 도 3은 도 2의 요부 확대도이다.
상기 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브의 구성은, 먼저 전원 인가 시 자기장을 발생시키는 코일(10)이 감긴 보빈(100)이 구비되고, 상기 보빈(100)의 하단부에는 자기 회로를 구성하는 요크(110)가 결합된다.
또한, 상기 보빈(100)의 둘레에는 오버몰드(140)가 감싸져 구비되며, 상기 오버몰드(140)의 일측에는 전원 인가를 위한 터미널(130)이 일체로 돌출 형성된다.
또한, 상기 보빈(100)과 요크(110) 사이에는 코일(10)에 전원 인가 시 요크(110) 반대쪽으로 수직 이동되는 플런저(200)와, 상기 플런저(200)에 끼워져 일체로 결합되는 로드(210)가 구비된다.
한편, 상기 오버몰드(140) 상부에는 하우징 바디(150)가 감싸져 구비되며, 상기 보빈(100)의 중공부에는 컵 형상의 튜브(120)가 끼워져 구비됨과 함께 상기 튜브(120) 내부에는 플런저(200)가 수직 이동가능하게 삽입된다. 이 때, 상기 플런저(200)의 상단부는 하우징 바디(150)의 중공을 통해 수직 이동가능하게 끼워진 상태로 플런저(200)에 결합된 로드(210)도 플런저(200)와 마찬가지로 상기 하우징 바디(150)의 중공에 관통 결합된다.
이 때, 상기 로드(210)의 둘레에는 메인 스프링(300)이 끼워진 상태로 플런저(200)와 하우징 바디(150) 사이에 개재되어 있는데, 상기 메인 스프링(300)은 플런저(200)를 요크(110)쪽으로 계속 밀어내면서 탄성 지지하고 있는 상태임은 이해 가능하다.
또한, 상기 하우징 바디(150)의 상단부에는 밸브 시트(400)가 결합되어짐과 함께 상기 하우징 바디(150)를 관통한 로드(210)의 일단이 상기 밸브 시트(400)를 통해 수직 이동가능하게 관통 결합된다.
이 때, 상기 밸브 시트(400)의 상단은 환형의 밸브 씰(410)에 서로 눌려져 강하게 접촉되어 있으므로 이 상태에서는 유로가 폐쇄된 상태가 된다. 한편, 상기 로드(210)가 상방으로 수직 이동되면 로드(210)의 상단이 밸브 씰(410)을 밸브 스트로크(Valve stroke, 도 4b 참조)만큼 밀어 올리게 되므로 이 때는 유로가 개방되어진다.
여기서, 본 발명은 고압 유체의 제어에 벨로우즈 구조를 이용하면서도 고압 솔레노이드 밸브가 고압 유체에 대해 상시 닫힘 구조를 갖는다는 데에 그 특징이 있다. 이를 위해 밸브 시트(400)와 밸브 씰(410)을 감싸 보호하는 밸브 바디(450)의 측면에 고압 유체의 공급홀(451)을 유로와 수직하게 형성함으로써 고압 유체의 압력이 밸브 씰(410)에 직접적으로 작용하지 않게 된다.
그러므로, 상기 공급홀(451)을 통해 고압 유체가 공급되더라도 밸브는 상시 닫힘 구조에 의해 기밀을 유지하게 되며, 제어 신호에 따라 밸브가 개방된 경우에만 상기 공급홀(451)을 통해 공급된 고압 유체가 밸브 시트(400)의 중공과 로드(210) 사이에 형성된 유로를 통해 배출홀(452)로 배출되어지게 된다.
또한, 상기 밸브 바디(450)의 내부 중공에는 벨로우즈(500)와 벨로우즈 스프링(510)이 함께 구비되어 있음에 따라 상기 벨로우즈(500) 및 벨로우즈 스프링(510)의 반발력에 의해 밸브 씰(410)이 상방으로 들어올려지지 않도록 상기 밸브 씰(410)을 탄력적으로 눌러 지지한다.
일 실시예에 따라, 상기 벨로우즈(500)는 스테리인스 스틸(Stainless steel) 또는 인청동의 금속 박판으로 형성될 수 있으며, 상기 벨로우즈(500)의 내부 공간부에는 공기가 제거되어 음압 상태로 밀폐된다.
이 때, 상기 벨로우즈(500) 내부에서 공기를 제거하여 음압을 형성하는 이유는 고압 유체를 정밀하게 제어하기 위해 온도에 따라 쉽게 팽창 또는 수축되지 않도록 내부 공기를 제거함으로써 비례제어 동작 시 밸브의 작동 민감도를 기민하게 유지할 수 있게 된다.
또한, 도 3을 참조하면, 상기 벨로우즈(500)의 유효경(Db)과 밸브 시트(400)의 중공 내경(Ds)은 서로 일치되게 형성되는데, 이에 따라 밸브 시트(400)를 상방으로 밀어 올리는 압력에 의한 힘과 밸브 씰 홀더(420)를 하방으로 누르는 압력에 의한 힘이 서로 상쇄되어진다. 즉, 상기 밸브 씰(410)을 기준으로 상, 하방에서 반대 방향으로 작용하는 압력에 의한 힘이 서로 상쇄되므로 상기 밸브 씰(410)에서는 상, 하방 압력에 의한 힘이 균형을 이루게 되고, 이 상태에서는 유로가 폐쇄된 상태를 유지하며 오직 플런저(200)에 작용하는 전자기력, 그리고 메인 스프링(300) 및 벨로우즈 스프링(510)에 작용하는 탄성력에 의한 힘만 관여하게 되므로 상, 하방의 압력이 상충되어진다.
또한, 상기 밸브 씰 홀더(420)의 상단부는 벨로우즈(500)의 하단에 내부의 음압을 유지하기 위해 밀폐 결합되며, 밸브 씰 홀더(420)의 하단부는 밸브 씰(410)을 완전히 감싸 지지한다.
한편, 상기 밸브 바디(450)의 상단부 중공에는 벨로우즈(500)의 상단에 밀폐 결합된 스토퍼(430)가 끼워져 구비되며, 다시 상기 스토퍼(430)의 상단에는 밸로우즈(500) 및 밸로우즈 스프링(500)의 반발력을 조절하기 위한 플러그(440)가 더 구비됨으로써 밸브 바디(450)의 상단 중공이 폐쇄된다.
또한, 상기 밸브 시트(400)의 중공과 로드(210) 사이에는 가이드 부시(220)가 구비된 상태로 로드(210)가 상기 가이드 부시(220)에 끼워져 수직 이동이 가이드된다. 일 실시예에 따라, 상기 가이드 부시(220)는 습동 베어링 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명 고압 솔레노이드 밸브의 기밀성을 유지하기 위해 밸브 바디(450)와 밸브 시트(400)의 둘레 적소에는 다수의 오링(O링)이 구비됨과 함께 상기 하우징 바디(150)와 밸브 바디(450)가 서로 만나는 경계면, 또는 보빈(100)과 튜브(120), 하우징 바디(150)가 서로 만나는 경계면 중 적어도 한 곳 이상은 용접에 의해 서로 접합된다.
이하 첨부된 도 4를 참조하여 본 발명 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브의 작동 관계에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 본 발명 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브의 작동 상태도로서, (a)는 평상 시 압력이 밸브가 닫혀지는 방향으로 가해짐에 따라 밸브의 유로가 폐쇄된 상태(Off), (b)는 제어 신호의 인가에 따라 벨로우즈가 압축되며 밸브의 유로가 개방된 상태(On)이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 본 발명 벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브는 수소 등 고압 유체의 압력이 밸브가 닫히는 방향으로 작용하는 상시 닫힘형 타입(Normal Close Type)의 솔레노이드 밸브로서, 예컨대, 12V 직류 전원을 인가하여 밸브를 온오프(On-Off) 제어하거나 듀티(duty) 전류를 인가하여 밸브를 비례제어 할 수 있다.
이 때, 앞서 상술한 바와 같이 자기 회로 상의 코일(10) 및 요크(110)로부터 플런저(200)를 상방으로 이동시키기 위한 전자력(electric magnetic force)이 유도되는데, 도 4a는 코일(10)에 인가되는 전압이 없기 때문에 코일(10)과 플런저(200) 사이에는 어떠한 전자력도 발생하지 않은 상태이다.
그러므로, 상기와 같이 전원이 오프된 상태에서는 하우징 바디(150)와 플런저(200) 사이에 개재된 메인 스프링(300)의 반발력은 플런저(200)를 상방으로 밀게 되며 상기 벨로우즈(500)와 벨로우즈 스프링(510)의 반발력에 의해 밸브 시트(400)와 밸브 씰(410)이 서로 눌려 접촉 및 이에 따라 유로가 밀폐된 상태가 된다.
이 때, 밸브 시트(400)의 상단은 밸브 씰(410)에 눌려 유로가 폐쇄된 상태가 되고, 공급홀(451)을 통해 공급된 고압 유체는 밸브 시트(400)의 중공과 로드(210) 사이에 형성된 유로와 연결되지 못하고 차단된 상태이다.
즉, 벨로우즈(500)의 반발력에 의해서 결국 상기 밸브 시트(400)의 유로가 폐쇄된 상태가 되는데, 이 때는 상기 밸브 씰(410)의 상면을 벨로우즈(500) 및 벨로우즈 스프링(510)이 누르는 힘만 존재하므로 밸브가 차단된 상태가 되며, 밸브 시트(400)의 내경(Ds)과 밸로우즈(500)의 유효경(Db)을 같게 함으로써 밸브 씰(410)에 걸리는 압력에 의한 힘이 서로 평형을 이루게 된다.
한편, 밸브 바디(450)의 상단에 구비된 플러그(440)를 일방향 또는 역방향으로 회전시켜 스토퍼(430)의 위치를 승하강 조절함에 따라 벨로우즈 스프링(510)의 탄성력을 변화시킬 수 있다. 이에 따라 상기 스토퍼(430)를 조정하여 밸브 씰(410)과 밸브 시트(400) 간의 압축력을 조정할 수 있게 되어 고압 솔레노이드 밸브의 기밀 특성이나 제어 특성 등이 조정 가능하게 된다.
도 4b는 본 발명 고압 솔레노이드 밸브의 전원 온(On) 상태에서의 작동 상태도이다.
도 4b에서와 같이 터미널(130)을 통해 코일(10)에 전원이 인가되면 상기 코일(10)에 의해 요크(110)와 플런저(200)가 자화되면서 강한 자력이 발생되고, 이에 따라 상기 플런저(200)가 메인 스프링(300)을 압축시키면서 급격히 상승된다.
이 때, 상기 플런저(200)를 상승시키기 위해 플런저(200)에 작용하는 전자력은 메인 스프링(300)의 압축에 대한 반발력 및 벨로우즈(500)와 벨로우즈 스프링(510)이 누르는 힘의 합보다 커야 함은 이해 가능하다.
일단 상기 플런저(200)가 상방으로 이동되면 플런저(200)에 결합된 로드(210)도 상방으로 이동하게 되는데, 이 때 상기 플런저(200)는 도 4b에 표시된 밸브 스트로크(Pilot valve stroke)만큼 튜브(120)로부터 상승되어진다. 이에 따라, 상기 플런저(200)에 결합된 로드(210)도 상기 밸브 스트로크(valve stroke, 도 4b 참조)만큼 상승하여 밸브 씰(410)을 상방으로 살짝 들어 올림으로써 결국 밸브 시트(400)와 로드(210) 사이의 간극에 형성된 유로가 개방된다.
이에 따라 공급홀(451)로 공급된 고압(공급압) 유체가 밸브 시트(400) 및 로드(210) 사이의 유로를 통해 하방의 배출홀(452)로 최종 배출된다.
즉, 상기 플런저(200)의 상승에 따라 로드(210)도 함께 상승되면서 밸브 씰(410)을 밸브 스트로크(Valve stroke, 도 4b 참조)만큼 상방으로 살짝 밀어 올리게 되고, 이 때 상기 밸브 시트(400)의 중공 및 로드(210) 사이의 간극에 형성된 유로가 개방되면서 고압 유체가 상기 유로를 통해 배출홀(452)로 배출되어진다.
따라서, 본 발명은 고압 유체의 솔레노이드 밸브로서, 종래 일반적으로 이용되었던 파일럿 타입의 고압 솔레노이드 밸브 대신에 구조가 간단하고 조립이 용이한 벨로우즈를 채택함으로써 종래 파일럿 타입의 고압 솔레노이드 밸브와 대비하여 고압 유체 제어의 성능 저하없이 종래 파일럿 밸브 등에 필수적으로 이용되던 정밀 부품 및 가공 공수를 대폭 절감할 수 있게 된다.
아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.
10 : 코일 100: 보빈
110: 요크 120: 튜브
130: 터미널 150: 하우징 바디
200: 플런저 210: 로드
220: 가이드 부시 300: 메인 스프링
400: 밸브 시트 410: 밸브 씰
420: 밸브 씰 홀더 430: 스토퍼
450: 밸브 바디 500: 벨로우즈
510: 벨로우즈 스프링

Claims (10)

  1. 전원 인가 시 자기장을 발생시키는 코일이 감긴 보빈;
    상기 보빈의 하단부에 결합되어 자기 회로를 구성하는 요크;
    상기 보빈 및 요크 사이에 구비되어 코일에 전원 인가 시 요크 반대쪽으로 수직 이동되는 플런저;
    상기 플런저의 중공에 끼워져 일체로 결합되는 로드;
    상기 보빈 및 요크를 감싼 상태로 내부에는 플런저의 상단부가 수직 이동가능하게 끼워짐과 함께 플런저에 결합된 로드가 관통 결합되는 하우징 바디;
    상기 로드의 둘레에 끼워진 상태로 플런저와 하우징 바디 사이에 구비되어 플런저를 요크쪽으로 밀어 탄성 지지하는 메인 스프링;
    상기 하우징 바디의 상단부에 결합되어 하우징 바디를 관통한 로드의 일단이 중공을 통해 수직 이동가능하게 관통 결합되는 밸브 시트;
    상기 밸브 시트의 중공 상단 및 로드와 맞대어 접촉됨으로써 유로를 폐쇄하고, 로드의 수직 이동에 따라 들어 올려짐으로써 유로를 선택적으로 개방하는 밸브 씰;
    밸브의 유로가 상시 닫힘될 수 있도록 유로 방향에 수직하게 측면에 고압 유체의 공급홀이 형성됨과 함께 상기 공급홀의 하부에 밸브 시트의 중공과 로드 사이의 유로를 통해 연결되는 배출홀이 형성되어 전체적으로 밸브 시트와 밸브 씰을 감싸 보호하는 밸브 바디; 및
    상기 밸브 바디의 내부에 구비되어 메인 스프링의 팽창력에 의해 밸브 씰이 들어올려지지 않도록 상기 밸브 씰을 탄력적으로 눌러 지지하는 벨로우즈;를 포함하되,
    상기 밸브 씰과 벨로우즈 사이에는, 상단부가 벨로우즈의 하단에 밀폐 결합됨과 함께 하단부가 밸브 씰을 감싸 지지하는 밸브 씰 홀더가 더 구비되는,
    벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 벨로우즈의 유효경(Db)과 밸브 시트의 중공 내경(Ds)은 서로 일치하는,
    벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 벨로우즈는 스테리인스 스틸(Stainless steel) 또는 인청동의 금속 박판으로 형성되는,
    벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 벨로우즈의 내부는 공기가 제거된 음압 상태로 밀폐되는,
    벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 벨로우즈의 내부에는 팽창력을 부가하기 위해 벨로우즈 스프링이 더 구비되는,
    벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 바디의 상단부 중공에는, 벨로우즈의 상단을 밀폐 결합하는 스토퍼가 구비됨과 함께 상기 스토퍼의 상단에는 밸로우즈의 팽창력을 조절하기 위한 플러그가 구비되는,
    벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 보빈과 하우징 바디 사이에는 플런저를 감싸 밀폐 및 보호하는 튜브가 더 구비되는,
    벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 시트의 중공과 로드 사이에는 로드가 끼워져 수직 이동이 가이드되는 가이드 부시가 더 구비되는,
    벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징 바디와 밸브 바디가 서로 만나는 경계면 및 보빈과 튜브, 하우징 바디가 서로 만나는 경계면 중 적어도 한 곳 이상은 용접에 의해 서로 접합되는,
    벨로우즈 타입의 고압 솔레노이드 밸브.
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