[의료 장비 및 실험실 장비용 솔레노이드 밸브 선택에 있어 중요한 4가지 내부 디자인 요소]
안녕하세요,
25년 공압 전문 솔루션 제공, 와이에이치인터내셔날입니다.
오늘은 공압밸브 및 솔레노이드 밸브 선정에 있어 놓칠 수 있는 부분들에 대해 이야기해볼까 합니다.
솔레노이드 밸브를 선정함에 있어 우선적으로 고려하는 부분은 구동 전압 및 방법, 압력범위, 재질 등 눈에 보이는 부분들입니다. 하지만 저희가 간과할 수 있는 내부 디자인이 밸브 성능에 크나큰 영향을 미치곤합니다.
특히 사용하시는 유체가 혈액이나 특수화학 물질 등과 같은 경우 이 유체를 제어하는데에는 솔레노이드 밸브의 내부 디자인을 중요시 봐야합니다.
이번 글을 통해서 제약, 의료 또는 실험실 분석 용도에 공통적으로 적용될 수 있는 제어요구사항을 충족시키면서 고효율의 솔레노이드 밸브 성능을 발휘할 수 있는 내부 디자인 요소들에 대해 알아보고자 합니다.
솔레노이드 밸브 내부 디자인의 4가지 요소에 대해 알아볼까요?
첫번째, Flow Path(유체 경로)
용혈 작용(Hemolysis) 및 Homolytic Fission 등의 현상과 같이 세포나 화합물이 분열되는 것에 취약한 유체들은 이동에서 발생하는 난류를 최소화하는 것이 최우선 과제입니다. 따라서 솔레노이드 밸브 및 공압밸브의 유로가 부드러워질수록 좋습니다. 충분히 부드럽다면 값비싼 시약이나 용제가 필요한 경우 뿐만 아니라 주요 매체가 혈액인 경우 비용과 낭비를 줄일 수 있습니다.
두번째, Dead Space(데드스페이스)
데드 스페이스(Dead Space)는 밸브 내에서 흐름이 정체되는 공간이며 때로는 유체가 해당 공간에서 빙글빙글 도는 현상을 보이는 공간입니다. 예를 들어 밸브 구성요소들 사이의 외곽부분이나 좁은 공간들이 있습니다.
아래의 그림은 일반적으로 사용되는 공압 솔레노이드 밸브의 단면입니다.
흰색의 선은 유체의 경로를 의미하고 화살표는 방향을 의미합니다.
파란색 영역에서의 유체의 속도는 솔레노이드 밸브의 Inlet 및 Outlet부위에서 유체 속도에 0.2%미만을 보여줍니다.
따라서 파란색 영역에서는 상대적으로 낮은 속도로 인한 데드 스페이스(Dead Space)가 발생합니다.
솔레노이드 밸브에서 발생하는 이러한 현상은 유체가 밸브로 들어와 빠져나가면서 유체에 손상을 입힐 수 있습니다.
데드 스페이스(Dead Space)에 갇힌 이전의 유체들이 새롭게 투입되는 유체를 오염시킬 수 있기 때문입니다. 또한 갇혀있던 오랜된 미립자 심지어 부패한 입자와 같은 위험한 화합물이 새로운 유체에 유입될 수도 있습니다.
데드 스페이스(Dead Space)를 최소화하는 것은 의료 장비 및 실험실 장비와 같은 민감한 어플리케이션에서 중요한 고려요소가 됩니다.
세번째, Flushablity(세척가능성)
높은 수준의 청결함이 필요한 경우, 안전 그리고 최상의 결과물을 위해서 솔레노이드 밸브 내부는 세척이 원활하게 이루어져야 합니다. 밸브 내부가 세척될 수 있는 정도가 높은 수록 최상의 결과물을 보여줍니다. 세척될 수 있는 정도가 높기 위해서는 위의 데드 스페이스를 최소화해야 합니다.
데드 스페이스가 넓은 솔레노이드 밸브의 경우는 여러번 세척 과정을 진행해야 하며, 추가적인 조치들이 필요합니다. 즉, 비용이 추가됩니다.
네번째, Internal Volume(내부 볼륨)
첫번째 요소인 유체 경로 요소와 직접 관련된 또 다른 디자인 측면은 내부 볼륨입니다. 내부 볼륨을 최소화한다는 것은 유체가 접촉하는 부위를 최소화한다는 것입니다.
내부 볼륨을 최소화하는 것은 세척을 진행해야 하는 어플리케이션의 경우 특히나 비용을 감축시킬 수 있습니다. 내부 볼륨이 작아질 수록 데드 스페이스는 자동적으로 축소됩니다. 이에 따라 솔레노이드 밸브를 세척하는 것이 용이하고 결과적으로 솔레노이드 밸브의 유체 경로는 부드러워질 수 있습니다.
이로써 솔레노이드 밸브가 의도된 목적에 맞게 작동하는데 드는 시간과 비용이 절약됩니다.
추가로 간과해서는 안되는 조건이 온도입니다. 대부분의 솔레노이드 밸브는 모터 또는 코일로 인해 일정량의 열을 방출합니다. 따라서 유체를 특정 온도 이하로 유지해야 하는 상황에서는 솔레노이드 밸브의 유체 접촉부위를 제한하는 것이 좋습니다. 내부 볼륨이 작을 경우 접촉 부위가 감소하므로 온도 제어에 대한 비용을 절감할 수 있습니다.
결론적으로......
솔레노이드 밸브를 선택함에 있어 어떻게 유체가 밸브를 통해 이동하고 이 내부 디자인이 어떻게 어플리케이션에 영향을 미칠지 고려해야 합니다. 솔레노이드 밸브의 구매단가를 낮추기 위해 내부 디자인을 고려하지 않아도 되는 경우도 있지만 어플리케이션에서 요구하는 청결도와 유체의 특성에 따라 때론 위의 4가지 내부 디자인을 반드시 살펴봐야 하는 경우가 있습니다.
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