산업 자동화 설비에서 압축공기의 흐름을 제어하기 위해 가장 많이 사용하는 부품 가운데 하나가 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)입니다. 솔레노이드 밸브를 처음 접하면 2포트, 3포트, 5포트라는 표현부터 어렵게 느껴질 수 있습니다. 하지만 여기에서 말하는 숫자는 기본적으로 밸브에 연결되는 유체 통로의 개수라고 이해하면 어렵지 않습니다.
그중 가장 기본적인 형태가 2포트 솔레노이드 밸브(2 Way Solenoid Valve)입니다. 공기가 들어오는 입구와 공기가 빠져나가는 출구, 두 개의 포트를 가지고 있으며 전기 신호를 이용해 이 두 통로를 연결하거나 차단합니다.
SMC에서도 2포트 솔레노이드 밸브를 공기뿐 아니라 물·오일·스팀 등의 유체 제어 용도로 분류하고 있으며, NC와 NO 방식의 제품을 제공하고 있습니다.
1. 2포트 솔레노이드 밸브란?
2포트 밸브의 구조는 매우 단순합니다.
일반적으로 다음과 같이 구성됩니다.
1번 포트 : 공급측(IN)
2번 포트 : 출력측(OUT)
쉽게 표현하면
공급원 → 솔레노이드 밸브 → 사용 장치
순서입니다.
예를 들어 압축공기를 사용하는 장비에 설치했다면 1번 포트에는 컴프레서 또는 에어탱크에서 공급되는 압축공기가 연결되고, 2번 포트에는 실제로 공기를 사용하는 장치가 연결됩니다.
밸브가 열리면 1번과 2번 포트가 연결되면서 압축공기가 흐르고, 밸브가 닫히면 두 포트 사이의 통로가 차단됩니다.
즉 2포트 밸브의 가장 중요한 기능은 유체의 ON/OFF 제어입니다.
2. 솔레노이드는 어떻게 밸브를 움직일까?
솔레노이드 밸브 내부에는 코일과 움직이는 철심인 플런저 또는 아마추어가 있습니다.
코일에 전압을 인가하면 자기장이 발생합니다. 이 자기력에 의해 플런저가 움직이고, 플런저와 연결된 밸브 시트가 열리거나 닫히면서 공기의 흐름이 바뀝니다.
전원이 제거되면 일반적으로 내부 스프링의 힘에 의해 원래 위치로 복귀합니다.
따라서 솔레노이드 밸브는
전기 신호 → 자기력 발생 → 내부 가동부 이동 → 공압 통로 전환
이라는 과정으로 동작한다고 볼 수 있습니다.
PLC나 릴레이에서 출력 신호를 보내 솔레노이드 코일을 여자시키면 전기적인 신호를 실제 공기의 흐름 변화로 바꾸어 주는 것입니다.
3. NC형 2포트 솔레노이드 밸브
2포트 솔레노이드 밸브를 선택할 때 반드시 확인해야 하는 것이 NC(Normally Closed)와 NO(Normally Open)입니다.
NC는 평상시에 닫혀 있다는 의미입니다.
전원을 공급하지 않은 상태에서는 1번 포트와 2번 포트 사이가 차단되어 있습니다.
즉,
전원 OFF : 1번 × 2번 차단
전원 ON : 1번 → 2번 연결
방식입니다.
설비가 정지하거나 정전되었을 때 공기 공급이 자동으로 차단되어야 하는 장비에서는 NC 밸브가 많이 사용됩니다.
예를 들어 에어 블로우 장치가 있다고 생각해 보겠습니다.
버튼을 누르지 않을 때에는 에어가 나오지 않아야 하고 버튼 또는 센서 신호가 발생할 때만 에어가 나와야 합니다. 이런 경우 NC형 2포트 솔레노이드 밸브를 사용하면 제어가 간단합니다.
4. NO형 2포트 솔레노이드 밸브
NO는 Normally Open의 약자로 평상시에 열려 있는 방식입니다.
전원을 공급하지 않은 상태에서는 1번과 2번 포트가 연결되어 있고, 코일에 전원이 공급되면 유로를 차단합니다.
정리하면,
전원 OFF : 1번 → 2번 연결
전원 ON : 1번 × 2번 차단
방식입니다.
평소에는 유체가 계속 흐르고 특정 조건에서만 공급을 중단해야 하는 시스템에서 사용할 수 있습니다.
NC와 NO 중 어떤 것을 선택할지는 단순히 편의성만으로 판단해서는 안 됩니다. 정전이나 비상정지 상황에서 밸브가 어떤 상태가 되어야 설비가 안전한지를 먼저 판단하는 것이 중요합니다.
5. 직접 작동형과 파일럿 작동형의 차이
2포트 솔레노이드 밸브를 검색하다 보면 직동형(Direct Operated)과 파일럿 작동형(Pilot Operated)이라는 용어도 자주 만나게 됩니다.
직동형은 솔레노이드의 힘으로 밸브를 직접 열고 닫는 방식입니다.
구조가 비교적 단순하며 낮은 압력 또는 작은 유량을 제어할 때 많이 사용됩니다.
반면 파일럿 방식은 공급 압력의 일부를 이용해 메인 밸브를 움직이는 방식입니다. 솔레노이드가 대유량의 메인 통로를 직접 움직이는 것이 아니라 작은 파일럿 통로를 먼저 전환하고 그 압력 차이를 이용해 메인 밸브를 움직입니다.
SMC의 실제 2포트 제품군도 직동형, 파일럿 작동형, 차압 조건을 고려한 구조 등으로 세분화되어 있습니다.
따라서 단순히 배관 나사 크기만 보고 제품을 선택해서는 안 됩니다.
6. 2포트 밸브에서 배기 기능은 어떻게 될까?
여기에서 2포트와 3포트의 중요한 차이가 나타납니다.
2포트 밸브에는 공급과 출력 두 개의 통로만 있기 때문에 기본적으로 별도의 배기 포트가 없습니다.
예를 들어 2포트 밸브를 통해 어떤 밀폐 공간에 압축공기를 공급했다가 밸브를 닫는다고 해보겠습니다.
밸브를 닫는다고 해서 이미 공급된 공간의 압축공기가 자동으로 외부로 빠져나가는 것은 아닙니다. 밸브는 단지 새로운 공기의 공급을 차단할 뿐입니다.
그래서 공기를 공급한 후 다시 배출해야 하는 시스템에서는 3포트 방향제어밸브가 더 적합한 경우가 많습니다.
이 차이를 이해하는 것이 2포트와 3포트 솔레노이드 밸브를 구분하는 핵심입니다.
7. 2포트 솔레노이드 밸브는 어디에 사용할까?
대표적인 용도는 다음과 같습니다.
에어 블로우 장치, 압축공기 공급 차단, 물 공급 장치, 냉각수 제어, 진공 라인의 개폐, 가스 공급 제어 등 다양한 분야에서 사용됩니다.
실제로 제조사 제품군에서도 공기뿐 아니라 물, 오일, 스팀 등 여러 유체에 대응하는 2포트 밸브가 제공됩니다. 다만 사용 가능한 유체와 압력·온도·실 재질은 제품마다 다르므로 반드시 해당 모델의 사양을 확인해야 합니다.
8. 2포트 솔레노이드 밸브 선정 시 확인사항
솔레노이드 밸브를 선택할 때 가장 먼저 포트 크기를 보는 경우가 많지만 실제로는 더 많은 조건을 확인해야 합니다.
먼저 사용할 유체가 공기인지 물인지 오일인지 확인해야 합니다. 다음으로 사용 압력, 필요한 유량, 사용 온도, 주변 환경을 확인합니다.
그리고 NC인지 NO인지 결정해야 하며 사용하는 제어 전압도 확인해야 합니다.
DC 24V 장비에 AC용 코일을 적용할 수 없기 때문에 PLC 출력 전압과 솔레노이드 정격전압이 맞는지도 반드시 확인해야 합니다.
실링 재질 역시 유체 종류와 온도에 따라 영향을 받을 수 있습니다.
9. 2포트 밸브를 이해하는 가장 쉬운 방법
2포트 솔레노이드 밸브는 복잡하게 생각할 필요가 없습니다.
핵심은 하나의 입구와 하나의 출구 사이를 열거나 닫는 전기식 밸브라는 것입니다.
NC 방식이라면 평소에는 닫혀 있다가 전기를 넣으면 열립니다.
NO 방식이라면 평소에는 열려 있다가 전기를 넣으면 닫힙니다.
그리고 2포트에는 독립된 배기 통로가 없다는 점이 3포트 밸브와의 가장 큰 차이입니다.
공압 회로를 공부할 때 처음부터 복잡한 5포트 방향제어밸브를 이해하려고 하기보다 2포트의 ON/OFF 원리를 먼저 이해하면 3포트와 5포트 밸브의 구조도 훨씬 쉽게 이해할 수 있습니다.
핵심 정리
2포트 솔레노이드 밸브는 두 개의 포트를 이용해 공기나 다른 유체의 흐름을 개방하거나 차단합니다. NC와 NO 방식에 따라 무전원 상태가 달라지며, 직접 작동형과 파일럿 작동형 등 내부 구동 방식도 구분됩니다.
따라서 제품을 선택할 때에는 단순한 포트 크기뿐 아니라 유체 종류, 압력, 유량, 전압, NC·NO 상태, 작동 방식 및 정전 시 안전상태까지 함께 검토하는 것이 중요합니다.