솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)의 구조와 동작원리

산업현장에서 공기나 액체의 흐름이나 방향을 제어해야 하는 경우가 발생하는데 이 경우 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)를 사용하게 됩니다. 산업현장에서 유체의 흐름을 제어하는 중요한 부품인 솔레노이드 밸브에 대해 알아보겠습니다.

 

솔레노이드 밸브란

먼저, 솔레노이드(Solenoid)란 도선을 촘촘하게 원통형으로 말아서 만든 것을 솔레노이드라고 합니다. 이 솔레노이드에 전류를 흘리게 되면 도선을 중심으로 동심원 방향의 자기장이 형성됩니다. 이 원리를 이용하여 밸브의 유로 열고 닫아 유체의 흐름을 조절하는 것을 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)라고 합니다.

솔레노이드 [출처 : http://www.h1563.com]

솔레노이드 밸브의 구조

솔레노이드 밸브는 구조별, 기능별, 작동방식별로 여러 솔레노이드 밸브가 존재합니다. 이 중 가장 보편적으로 많이 사용되는 스풀형 구조의 솔레노이드 밸브에 대해 알아보겠습니다.

솔레노이드 밸브 구조도 [출처 : http://www.kccpr.co.kr]

솔레노이드 밸브의 내부는 위 그림과 같이 생겼습니다. 이 솔레노이드 밸브는 평상시 ②스프링에 의해 ④스풀이 오른쪽으로 밀려있습니다. ⑨코일에 전류를 흘려주게 되면 자기장이 형성되며 ⑧플런저가 자기장 힘에 의해 오른쪽으로 움직이게 되고 공기가 공급되게 됩니다. 이 공기는 ⑥피스톤을 왼쪽으로 밀어주게 되고 이로 인해 ④스풀이 왼쪽으로 밀리게 되는 구조로 되어있습니다.

 

솔레노이드 밸브의 동작원리

그럼 5포트 단동 솔레노이드 밸브와 복동 솔레노이드 밸브의 동작원리에 대해 알아보겠습니다.

5포트 단동형 솔레노이드 밸브 [출처 : http://www.h1563.com]

첫번째로 단동 솔레노이드 밸브의 동작원리에 대해 살펴보겠습니다. 우선 이해를 쉽게 하기 위해 5개의 포트에 임의의 번호를 부여하겠습니다. 위 그림의 밸브 상단의 2개의 포트를 각각 1번, 2번 포트. 밸브 아래의 3개의 포트를 각각 3번, 4번, 5번으로 명하겠습니다. 아래 3포트 중 가운데 포트인 4번 포트는 공압라인을 연결하여 항시 공기를 공급하고 있는 상태입니다.

 

좌측에 위치한 솔레노이드 밸브의 코일에 전류가 흐르지 않는 상태에서는 스프링에 의해 스풀이 좌측으로 밀려있는 상태입니다. 이 상태에서는 5번 포트가 막혀있게 되며 4번 포트를 통해 공급된 공기는 2번 포트로 공급이 됩니다. 또한 1번 포트와 3번 포트를 통해 공기가 빠져나가게 됩니다. 이 상태에서 코일에 전류를 흘려주게 되면 자기장에 의해 플런저가 왼쪽으로 이동하게 되고 플런저와 피스톤 사이에 유체가 공급되어 피스톤이 오른쪽으로 이동하면서 스풀을 밀게 됩니다. 그러면 3번 포트가 차단이 되고 4번 포트를 통해 공급되는 공기는 1번 포트로 공급이 됩니다. 2번 포트에 이전에 공급된 공기가 5번 포트를 통해 빠져나가게 됩니다. 

 

5포트 복동형 솔레노이드 밸브 [출처 : http://www.h1563.com]

다음으로 복동형 솔레노이드 밸브의 원리에 대해 알아보겠습니다. 복동형 솔레노이드 밸브는 단동 솔레노이드 밸브의 스프링을 없애고 솔레노이드 코일을 하나 더 추가한 형태를 취하게 됩니다. 

 

우측에 위치한 솔레노이드 밸브의 코일에 전류가 흘려주면 플런저와 피스톤 사이에 공기에 의해 스풀이 좌측으로 이동하여 5번 포트가 막혀있게 되며 4번 포트를 통해 공급된 공기는 2번 포트로 공급이 됩니다. 또한 1번 포트와 3번 포트를 통해 공기가 빠져나가게 됩니다. 여기에서 좌측 코일에 전류를 흘려주게 되면 자기장에 의해 플런저가 왼쪽으로 이동하게 되고 플런저와 피스톤 사이에 유체가 공급되어 피스톤이 오른쪽으로 이동하면서 스풀을 밀게 됩니다. 그러면 3번 포트가 차단이 되고 4번 포트를 통해 공급되는 공기는 1번 포트로 공급이 됩니다. 2번 포트에 이전에 공급된 공기가 5번 포트를 통해 빠져나가게 됩니다.

 

이와 같이 단동형 솔레노이드 밸브와 복동형 솔레노이드 밸브의 차이는 전원 공급 및 차단 시 복귀 여부에 차이가 발생하게 됩니다. 단동형 솔레노이드 밸브는 전원 차단 시 자동복귀가 가능하고 복동형 솔레노이드 밸브는 사용자가 복귀를 임의로 조정할 수 있는 것이 특징입니다. 이 특징들과 동작원리에 대해 잘 이해하여 현장에 적용해 보시길 바랍니다. 그럼 다음 포스팅으로 만나뵙겠습니다.