솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)에 대해 알아보자
배관의 통로를 열거나 닫아 유체의 흐름을 조절하는 것을 밸브(Valve)라고 합니다.
기체 MFC 또는 Vacuum을 취급할 때 꼭 필요한 구성품 중 하나인데, 산업 및 공업에서 사용되는 밸브는 매우 많은 종류가 있습니다.
이번 시간에는 전기적으로 제어되는 솔레노이드 밸브에 대해 알아보겠습니다.
솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)
솔레노이드라는 단어는 그리스어의 관(Solinas)에서 유래했습니다.
솔레노이드는 전기 에너지를 자기 에너지로 변환하기 때문에 에너지 변환장치라고도 할 수 있습니다.
내부 자기장의 크기는 전류의 크기에 비례하며, 단위 길이당 감은 코일의 수에 비례합니다.
솔레노이드는 코일을 원통형으로 말아 만든 기구인데, 여기에 전기를 흘려 자기장을 만들 수 있어 전자석으로 이용할 수 있습니다.
솔레노이드에는 코어(Core) 또는 플렌저(Plunger)라고 불리는 철심이 있으며그 주위에 전자기 유도 코일이 있습니다.
솔레노이드에 전류가 흐르면 코일에 전류가 흘러 자기장이 생성됩니다.
이것을 플렌저와 함께 자기 인력을 생성해 플렌저를 움직이고 내부의 스프링을 움직입니다.
솔레노이드 밸브는 전기가 통하지 않는 자연 상태에서 닫혀있거나, 열려있는 2가지 방식이 있습니다.
자연 상태에서 닫혀 있는 경우 전류가 통할 때 플렌저가 들어올려져 씰이 오리피스를 열립니다.
자연 상태에서 열려 있는 경우 전류가 통할 때 플렌저가 아래쪽으로 내려가 씰이 오리피스를 차단합니다.
자연 상태에서 열려있는 솔레노이드 밸브를 사용하는 이유는 사용 환경에 따라 밸브를 닫아놓는 시간보다 열어놓는 시간이 길 수도 있기 때문입니다.
전기를 사용하는 솔레노이드 밸브의 특성상 에너지 효율이 중요할 수 있습니다.
자연 상태에서 닫혀있는 솔레노이드 밸브의 작동 방법
출처 : Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Solenoid_valve
솔레노이드 밸브의 유형
솔레노이드 밸브는 구성 요소와 작동 방식에 따라 3가지 방식으로 나눌 수 있으며, 사용 환경에 따라 선택할 수 있습니다.
직접 작동 방식
직접 작동 방식은 간단한 원리로 작동됩니다.
자연 상태에서 닫혀 있는 밸브의 경우 전류가 흐르지 않는 상태에서 스프링의 미는 힘으로 인해 플렌저가 밸브의 씰로 오리피스를 차단합니다.
전류가 흐르면 전자기장이 생성되어 스프링의 미는 힘을 능가하는 힘으로 플렌저를 위로 끌어올리고, 오리피스가 열리면서 유체가 흐르게 됩니다.
최대 작동 압력 및 유량은 오리피스의 직경이나 솔레노이드 밸브의 자기력과 직접적인 관련이 있습니다.
따라서 직접 작동 방식의 솔레노이드 밸브는 일반적으로 비교적 작은 유량에 사용됩니다.
직접 작동 방식 솔레노이드 밸브는 최소 작동 압력이나 차압이 필요하지 않기 때문에 0 bar 에서도 사용할 수 있습니다.
간접 작동 방식
파일럿(Pilot) 작동 방식이라고도 불리는 간접 작동 방식의 솔레노이드 밸브는 밸브 입구 및 출구에 작용하는 유체의 압력을 이용해 밸브를 열고 닫을 수 있습니다.
따라서 일반적으로 약 0.5 bar 의 최소 압력 차가 필요합니다.
입구 및 출구 포트는 다이어프램(Diaphragm)이라고 불리는 고무 멤브레인으로 분리되어 있습니다.
멤브레인에는 유체가 밸브 입구에서 상부로 흐를 수 있도록 작은 구멍이 있으며, 자연 상태에서 닫혀 있는 경우 입구의 압력과 멤브레인 위의 스프링이 밸브가 닫힌 상태를 유지시켜줍니다.
솔레노이드에 전원이 공급되면 파일럿 오리피스가 열리고멤브레인 위의 압력이 떨어집니다.
멤브레인 양쪽의 압력 차이로 인해 멤브레인이 들어 올려지고 유체가 밸브 입구 에서 출구쪽으로 흐릅니다.
일반적으로 자연 상태에서 열려 있는 밸브는 동일한 구성 요소를 가지고 있으며, 반대로 작동하는 방식입니다.
멤브레인 위의 추가 압력 챔버는 증폭기와 같은 원리로 작동하기 때문에 작은 솔레노이드 밸브로도 큰 유량을 제어할 수 있습니다.
간접 작동 방식의 솔레노이드 밸브는 충분한 압력 차와 높은 유량이 필요한 분야에서 사용할 수 있습니다.
반 직접 작동 방식
반 직접 작동 방식의 솔레노이드 밸브는 직접 작동 방식과 간접 작동 방식의 특성이 결합되어 있습니다.
이를 통해 0 bar 에서도 작동이 가능하며, 높은 유량의 제어가 가능합니다.
이 밸브의 구성은 간접 작동 방식과 비슷하며, 양쪽의 작은 오리피스와 압력 챔버가 있는 이동식 멤브레인을 가지고 있습니다.
차이점은 솔레노이드 플렌저가 멤브레인에 직접 연결되어 있다는 것입니다.
솔레노이드에 전원이 공급되어 플렌저가 올라가면 플렌저에 연결된 멤브레인을 직접 들어올려져 밸브가 열립니다.
동시에 두 번째 오리피스는 멤브레인의 첫 번째 오리피스보다 약간 큰 플렌저에 의해 열립니다.
이로 인해 멤브레인 위의 챔버 압력이 떨어지고 압력 차에 의해 멤브레인이 들어 올려집니다.
반 직접 작동 방식의 솔레노이드 밸브는 0 bar 에서 작동이 가능하며, 큰 유량을 제어할 수 있는 장점이 있습니다.
출처