솔레노이드 밸브란 여러 겹으로 감은 코일에 전류가 흐를 때 자력이 발생되는 솔레노이드의 특성을 이용해 만든 것으로 수동밸브를 대신해서 주로 원격제어를 통한 유체의 흐름을 조절하는 데에 사용된다.
1. 솔레노이드의 개요
솔레노이드라는 것은 원통형으로 감겨진 전기 코일을 의미한다. 원형의 코일에 전류를 흘리게 되면 원형 코일 안쪽에는 자기력이 발생되는데, 이 자기력에 의해 원형 코일 근처에 자성물질을 접근시키게 되면 코일에서 발생한 자기력에 의해 접근된 물체가 코일 안쪽으로 이동된다.
따라서 솔레노이드의 힘은 전류 흐름에 의해 발생되는 자기력을 의미하고 이 자기력은 솔레노이드에 흐르는 전류의 세기와 솔레노이드에 감긴 코일의 수에 비례한다.
2. 솔레노이드밸브의 개념
솔레노이드밸브는 위에서 설명한 솔레노이드의 원리를 응용해서 만든 밸브로 유체의 흐름을 제어하는 장치를 의미한다. 전류의 흐름으로 발생하는 자기력이 구동원이 되기 때문에 유체장치에 사용되는 다른 일반 수동밸브들과는 달리 전기신호를 이용한 원격제어가 가능하다는 특징이 있다.
솔레노이드밸브는 구동원의 역할을 하는 솔레노이드와 유체가 흐를 수 있는 일종의 배관 역할을 하는 오리피스가 있는 밸브 몸체가 결합된 형태이다. 이에 따라 오리피스를 흐르는 유체는 솔레노이드의 전류 흐름 여부에 따라 흐름 자체가 열리거나 닫히게 되어 있다.
3. 솔레노이드밸브의 작동 원리
직동 밸브(Direct Acting Valve)에서는 솔레노이드에 전기가 통했을 때 코어가 직접 평상시 닫혀 있는(Normally Closed) 밸브의 오리피스를 열거나, 또는 평상시 열려 있는(Normally Open) 밸브의 오리피스를 닫는다. 이러한 밸브는 압력이 '0’일 때 최고 정격압력 사이에서 정상적으로 작동한다.
또한, 밸브를 열기 위한 힘은 오리피스 크기 및 유체압력에 비례한다. 즉, 오리피스 크기가 증가하면 밸브를 열기 위한 힘도 증가하며, 솔레노이드 크기를 작게 하면서 큰 오리피스를 열기 위해서는 파이럿이 내부에 사용된다.
내부 파이럿 작동 밸브(Internal Pilot Operated Valve)는 내부에 파이럿과 블리드 오리피스(bleed orifice)가 있으며, 이것들이 밸브 작동을 위한 보조압력을 사용할 수 있도록 해준다. 솔레노이드에 전기가 통하지 않을 때 파이럿 오리피스는 닫혀 있게 되고 유체압력은 피스톤과 다이어프램(diaphragm) 위에서 가하고 있어 확실한 닫힘상태를 유지하게 된다.
그리고 솔레노이드에 전기가 통할 때, 밸브의 출구쪽을 거쳐 피스톤 또는 다이어프램 위에서부터 압력이 이완되면서 코어가 파이럿 오리피스를 연다. 또, 유체압력 그 자신은 다이어프램과 피스톤을 주 오리피스로부터 들어 올려 밸브를 열게 한다.
이러한 내부 파이럿 작동 밸브에는 열린 상태를 유지하기 위하여 최소한의 밸브 입·출구 압력차를 요구하는 부동(浮動) 다이어프램과 피스톤 그리고 솔레노이드 코어에 의해 기계적으로 고정시켜 열린 상태인 헝 형(Hung-Type) 다이어프램이나 피스톤으로 '0’의 압력차에서 열린 상태를 유지한다.
수동 리셋 밸브(Manual Reset Valve)는 수동으로 핸들을 조작하여 위치변경을 해야 하며, 밸브 구조형태에 따라 솔레노이드에 전기가 통하거나 또는 통하지 않을 때에만 제 자리로 되돌아온다.
4. 솔레노이드 밸브의 종류
1. 작동방식에 따른 분류
1) 직동식 솔레노이드밸브
직동식 솔레노이드밸브는 솔레노이드에 전류가 흐르게 되면 코어에 의해 밸브의 오리피스가 열리거나 닫히는 방식이다. 이 때 밸브를 여는 힘은 오리피스의 크기와 흐르는 유체의 압력에 비례한다. 즉, 오리피스의 크기가 증가하게 되면 밸브를 여는 힘도 그만큼 커지게 되는 것이다.
2) 파이롯트식 솔레노이드밸브
이 밸브는 내부에 파이롯트와 오리피스가 있으며, 이것들이 밸브 작동을 위한 보조압력을 만들어낸다. 전기가 흐르지 않을 때에는 평상시에 파이롯트 오리피스는 닫혀 있는 상태이며 또한 흐르는 유체의 압력으로 인해 더욱 확실한 닫힘 상태를 유지할 수 있다.
2. 유로 수에 따른 분류
1) 2 Way 밸브
이 밸브는 각각 한 개의 입구와 출구가 있는 형태이다. 평상시 닫힘 구조로 있다가 전기가 통하게 되면 열리는 방식과 평상시 열림 구조로 있다가 전기가 통하면 닫히는 2가지 방식이 있다.
2) 3 Way 밸브
세 개의 파이프 접속구와 두 개의 오리피스가 있는 밸브로서 주로 다이어프램 밸브나 단동 실린더에 압력을 가하거나 배기시킬 때에 사용된다.
작동원리로는 첫째, 평상시 닫힘 구조(Normally Closed Construction)가 있는데, 밸브에 전기가 통하지 않을 때 압력 포트는 닫히고 배기 포트는 실린더 포트로 연결된다. 밸브에 전기가 통할 때에는 압력 포트가 실린더 포트에 연결되고 배기 포트는 닫힌다.
둘째로 평상시 열림 구조(Normally Open Construction)라는 방식은 밸브에 전기가 통하지 않을 때 압력 포트는 실린더 포트에 연결되고 배기 포트는 닫힌다. 밸브에 전기가 통할 때에는 압력 포트가 닫히고 실린더 포트는 배기 포트에 연결된다.
3) 4 Way 밸브
4 Way 밸브는 복동 실린더에 주로 사용되는 밸브로서, 이 밸브는 네 개 또는 다섯 개의 파이프 접속구가 있다.
한 개의 압력 포트와 두개의 실린더 포트 및 한 개 또는 두개의 배기 포트 위치에서 압력은 하나의 실린더 포트에 연결되고 다른 것은 배기로 연결되며, 압력과 배기 방향이 역전된다.
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