KR101469727B1

KR101469727B1 - 콘덴서 소자 고정구 및 이를 채용한 콘덴서 장치

Info

Publication number: KR101469727B1
Application number: KR20140065900A
Authority: KR
Inventors: 박승열
Original assignee: 주식회사 디엔텍; 박승열
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2014-12-05

Abstract

콘덴서 소자 고정구 및 이를 채용한 콘덴서 장치가 제공된다. 소자 고정구는 콘덴서 소자의 밑면을 받쳐주는 플레이트와, 이 플레이트의 상면의 중심에서 법선 방향으로 소정 길이만큼 일체로 연장된 소자 지지봉을 갖는다. 소자 지지봉은 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 삽입 밀착되고, 측면에는 콘덴서 소자의 중심부 구멍에서 바깥으로 가스가 배출될 수 있게 해주는 적어도 하나의 제1 가스순환용 홈이 마련된다. 플레이트의 상면에는, 제1 가스순환용 홈과 연결되면서 가장자리까지 연장되어 제1 가스순환용 홈을 통해 배출되는 가스가 콘덴서 소자의 밑면을 가로질러 바깥으로 배출될 수 있게 해주는 적어도 하나의 제2 가스순환용 홈이 마련된다. 플레이트의 테두리의 복수 구간에서 일체로 소자 지지봉과 나란한 방향으로 소정 길이 연장되어 소자 지지봉이 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 삽입된 상태에서 콘덴서 소자의 측면에 밀착되어 지지해주는 복수 개의 측면지지부재가 더 마련될 수도 있다. 이 복수 개의 측면지지부재가 더 마련하는 대신, 소자 지지봉을 제거할 수도 있다. 이러한 소자 고정구는 직경이 35mm 이상의 대형 전해 콘덴서 또는 ELDC에 적용되어, 콘덴서 소자를 외장 케이스 안에서 움직이지 않도록 지지해주고, 콘덴서 소자의 중심부 구멍에서 발생하는 가스의 순환을 원활하게 하여 온도의 과도한 상승을 방지해준다.

Description

콘덴서 소자 고정구 및 이를 채용한 콘덴서 장치 {Capacitor fixing device and capacitor employing the same}

본 발명은 콘덴서 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외장 케이스 내부에 내장하는 콘덴서 소자를 안정적으로 고정해주는 콘덴서 소자 고정구와 이를 이용하여 콘덴서 소자를 고정시켜 만든 콘덴서 장치에 관한 것이다.

콘덴서 장치는 대개 원통형 외장 케이스(알루미늄으로 만듦) 안에 콘덴서 소자를 내장하고 두 전극이 밖으로 노출되게 한 채 입구부를 폐쇄, 밀봉하여 만든다. 콘덴서 소자는 전해지를 사이에 두고 알루미늄으로 된 양극 포일(foil)과 음극포일을 배치한 것을 원통형으로 둘둘 감고, 양극 포일과 음극 포일은 리드선을 통해 외장 케이스 외부로 노출된 두 전극과 연결된다. 콘덴서 소자는 전해지를 전해액에 충분히 함침한 후 외장 케이스 안에 수납된다. 알루미늄 포일을 원통형으로 감을 때 권심을 사용한다. 그 권심을 축으로 사용하여 알루미늄 포일을 원통형으로 감은 후, 그 권심을 빼낸다. 권심이 빠진 원통형 알루미늄 포일의 중앙부위에는 그 권심의 직경 크기의 구멍이 생긴다. 후술할 소자 고정구의 소자 지지봉을 이 구멍에 삽입하여 소자 고정구와 콘덴서 소자를 결합한다. 그런데 콘덴서 소자를 생산하는 업체마다 사용하는 권심의 크기가 달라, 콘덴서 소자 중앙부의 구멍(삽입공)의 크기 또한 다르다. 현재 여러 업체들이 대형 전해 콘덴서제조 시 사용하고 있는 권심은 직경이 작게는 7mm부터 크게는 10mm까지 여러 종류가 있다.

콘덴서 소자는 작동하는 동안(즉, 충전 및 방전을 하는 동안) 전기에너지의 일부가 열에너지로 변환하여 온도가 상승한다. 콘덴서 장치는 종류별로 허용 가능한 최고온도가 정해져 있는데, 종류에 따라 대략 85~125℃ 정도이다. 만약 콘덴서 장치가 최고온도 이상으로 온도가 상승하면, 열화로 인한 소자 손상이 발생하여 동작 특성이 나빠진다. 장시간 진행되면 진행성 쇼트로 연결되기도 하고, 과도한 가스 발생으로 인해 외장 케이스가 폭발하여 더 이상 정상적으로 기능할 수 없는 고장을 일으키기도 한다. 그런데 콘덴서 장치의 사용 중에 열이 발생하는 것은 불가피하다. 중요한 것은 그 발열이 콘덴서 장치의 고장을 일으키지 않도록 잘 관리하는 일이다. 즉, 발열로 인해 외장 케이스 내에 발생하는 가스가 콘덴서 장치의 폭발을 일으키지 못하도록 할 필요가 있다.

외장 케이스가 폭발하게 되는 원인을 살펴보면, 작동 중인 콘덴서 장치에서 발열이 일어나고, 그 열로 인해 외장 케이스 속에 내장된 콘덴서 소자의 각 구성요소들이 가열된다. 즉, 양극 포일, 음극 포일, 리드선, 전해지에 함침된 전해액 등이 가열되어 콘덴서 소자 전체적으로 부피가 팽창한다. 특히 전해액은 기화점 이상으로 가열되는 경우, 일부는 기화되면서 외장 케이스 내부에는 가스가 발생한다. 콘덴서 소자의 중앙부의 온도가 가장 먼저 높게 올라가므로 그 부위에서 기화 가스가 먼저 발생한다. 그런데 외장 케이스는 밀폐되어 있기 때문에 가스가 바깥으로 빠져나가지 못하고, 외장 케이스 내에 축적된다. 발생하는 가스량이 외장 케이스가 수용할 수 있는 양을 초과하면 외장 케이스 폭발 등의 문제가 발생할 수 있다.

전해 콘덴서 장치에서 쇼트가 발생할 수 있는 부위는 리드선과 외장 케이스 바닥간, 양극 포일과 음극 포일 간, 양극 포일과 외장 케이스 내벽 간 등이다. 외장 케이스 내부에 수납된 콘덴서의 외장 케이스가 안정적으로 고정되어 있지 않으면 이들 부위에서 쇼트가 발생할 수 있다. 외부에서 가해지는 강한 충격력, 또는 콘덴서 장치가 작동하였다가 작동을 멈추는 과정에서 일어나는 콘덴서 소자의 가열과 냉각에 따른 팽창과 수축 등이 쇼트 발생의 주된 원인이 될 수 있다. 그런데 이러한 원인은 콘덴서 장치를 사용하는 과정에서 불가피하게 발생하는 것들이므로, 쇼트를 예방하려면 이런 원인들을 감안하여 콘덴서 소자가 외장 케이스 내에서 움직이지 않고 안정적으로 고정된 상태를 유지할 수 있게 할 필요가 있다.

콘덴서 소자를 외장 케이스 내에서 움직이지 못하도록 안정적으로 고정하기 위해 소자 고정용 약제를 사용하는 종래기술('제1 종래기술')이 있다. 이 종래기술에 따르면, 알루미늄으로 된 외장 케이스 안에 융해된 약제를 일정량을 넣고, 그 약제가 굳기 전에 콘덴서 소자를 외장 케이스 안에 삽입하고 콘덴서 소자의 위치가 외장 케이스 중앙에 오도록 위치 조정을 한 상태에서 그 약제를 굳힘으로써, 콘덴서 소자를 외장 케이스 내에 고정시킨 후, 콘덴서 소자 보호를 위해 알루미늄 외장 케이스의 상부를 사출 단자판으로 덮은 후 조립하여 밀폐시킨다.

그런데 이 방법은 동작 중인 콘덴서 장치에서 발생한 열에 의해 약제가 녹아서 콘덴서 소자가 움직이게 되어 외장 케이스와 쇼트를 일으킬 수 있는 잠재적인 고장 원인을 내포하고 있는 단점을 가진다. 또한, 약제가 굳기 전에 콘덴서 소자를 삽입해야 하므로 약제의 굳어진 형태에 따라 콘덴서 소자의 위치가 틀어질 수 있으며, 콘덴서 장치의 사용 중 내부의 콘덴서 소자가 발열하는 경우 두께가 상대적으로 얇은 약제 부위에서 재융해 되어 소자가 움직여서 쇼트가 발생할 위험성이 높아지는 단점도 있다.

또한, 약제가 외장 케이스의 내부 공간을 3/4 이상을 채워버려, 콘덴서 소자에서 발생하는 가스의 수용공간이 매우 좁아진다. 콘덴서 장치의 온도가 과도하게 상승하여 발생하는 가스의 양이 많아지면, 좁은 가스 수용공간 때문에 외장 케이스가 폭발할 가능성이 높다.

이런 단점들을 개선하기 위한 다른 방법으로서, 외장 케이스 내부 바닥에 소자 지지봉을 일체로 만들고, 콘덴서 소자의 중심부의 개공에 그 지지봉을 끼워 결합하는 방법('제2 종래기술')이 제시되기도 하였다.

그런데 이 소자 지지봉 일체형 외장 케이스를 사용하는 방법은 소자고정용 약제를 사용하지 않는다는 점에서는 유리하지만, 소자 지지봉이 외장 케이스와 일체로 형성된 구조이어서, 콘덴서 소자의 밑면 중앙부에 마련된 삽입공에 그 소자 지지봉을 정확하게 맞춰 삽입하기가 어려운 단점이 있다. 대형 콘덴서 소자의 경우 길이가 통상 80mm~230mm 정도인데, 길이가 길수록 삽입공에 소자 지지봉을 정렬시켜 삽입하기가 더욱 어려워진다. 삽입공과 소자 지지봉이 제대로 정렬되지 않은 상태로 콘덴서 소자를 외장 케이스에 삽입하게 되면 콘덴서 소자의 밑면이 소자 고정 봉에 찔려 전해액에 함침된 전해지가 찢기거나 전극박이 휘어지는 등의 조립 불량이 발생한다. 이런 불량이 발생한 콘덴서 소자는 외장 케이스에서 꺼내 폐기하고, 새로운 콘덴서 소자를 다시 삽입해야 하는데, 그 작업을 할 때 밀폐되었던 외장 케이스까지 폐기 된다. 이렇듯 콘덴서 소자와 외장 케이스의 손상에 따른 비용 손실을 감안하면, 앞서 언급한 소자 고정 방법에 비해 반드시 더 낫다고 하기도 어려운 측면이 있다.

이런 단점을 개선하기 위해, 대한민국 등록실용신호공보 제20-035332호는 콘덴서소자 고정수단을 외장 케이스와 비일체형으로 마련하는 방안('제3 종래기술')을 제시하였다. 즉, 도 1에 도시된 것처럼, 원형 플레이트(31)의 상면에 소자 지지봉(32)이 일체로 법선방향으로 연장되고, 그 원형 플레이트(31)의 저면에는 받침돌기(31')가 마련된 구조의 콘덴서 소자 고정구(30)를 제안하였다. 외장 케이스(10) 안에 콘덴서 소자(20)를 수납하기 전에 지지봉(32)을 콘덴서 소자 중앙의 삽입공(21)에 미리 끼워 콘덴서 소자(20)와 소자 고정구(30)를 결합한 다음, 그 결합체를 외장 케이스(10) 안에 삽입하여 조립한다.

그런데 이 소자 고정구(30)는 지지봉(32)이 콘덴서 소자 중앙부의 삽입공을 막아버리기 때문에, 발열 중인 콘덴서 소자에서 발생하는 기화 가스가 외장 케이스(10) 내부 공간에 고르게 분산되지 못하고 그 좁아진 삽입공(21) 안에 갇히게 된다. 삽입공(21)이 막히지 않으면 아무런 문제가 생기지 않은 가스량이라 하더라도 이렇게 한 쪽이 막힌 삽입공(21)의 수용 한도를 초과할 수 있고, 그 경우 발열로 이어질 수 있다. 실제로 비 일체형 소자고정구(30)를 사용하는 경우, 이런 이유로 콘덴서 장치가 폭발하는 경우가 발생할 수 있다.

대형 사이즈의 콘덴서 장치는 예컨대 엘리베이터, 고속 열차, UPS, 또는 대형 용접기 등에 많이 사용되는데, 이들 기기는 고장 발생 시 인명 사고가 일어날 위험을 안고 있다. 400wv~500wv의 고전압 콘덴서는 불량 사고 발생 시 시설이나 장비의 고장으로 확대될 수 있기 때문에, 품질 요구가 매우 엄격한 부품 중 하나다. 특히, 용접기의 경우 제품이 보증하는 내리플 특성보다 순간적인 인가전류가 높거나 제품에 대해 빠르게 충, 방전 할 경우 과도한 발열에 의해 폭발하는 문제가 발생할 수 있다. 그러므로 제조물 책임제(Product Liability)에 의거하는 현재의 제조조건을 가지고는 고객의 안전과 피해를 보장하는 데 명백한 한계가 있다. 그런데 종래의 소자 고정구(30)를 사용하게 되면, 콘덴서 소자(20) 중앙부(21)의 가스 순환 통로가 마련될 수 없기 때문에 이런 품질 요구 수준을 만족시키는 데 한계가 있다.

또한, 앞서 언급하였듯이 콘덴서 소자의 중심부 구멍(권심을 빼낸 자리) 사이즈가 제조업체 마다 차이가 있기 때문에, 소자 고정구(30)는 한 가지 종류로는 부족하고 각 중심부 구멍 사이즈별로 따로 마련해야 한다. 소자 고정구(30)가 금형을 이용하여 제작하므로, 동일한 콘덴서 소자 사이즈에 대해 소자 고정구 제작용 금형을 여러 벌 필요로 하여, 금형비가 과다하게 높아지는 문제가 있다. 또한, 종래의 소자 고정구의 재질은 알루미늄이어서, 보관 및 사용 중에 수분의 영향을 받아 부식이 발생할 수 있다.

이상과 같은 점들을 감안하여, 본 발명은 콘덴서 소자를 외장 케이스 내부에서 안정적으로 고정되어 있도록 지지해주면서, 외장 케이스의 가스 수용공간을 최대화함과 동시에 콘덴서 소자에서 발생하는 가스의 순환을 원활하게 함으로써, 콘덴서 소자의 온도 상승 억제를 통해 발생하는 가스의 양을 최소화하여 콘덴서 장치의 폭발이나 쇼트 고장의 발생 가능성을 낮출 수 있는 콘덴서 소자용 고정구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 업체별로 콘덴서 소자의 중심부 구멍의 다양한 사이즈에 탄력적으로 매칭될 수 있는 소자 지지봉을 채용함으로써 생산을 위한 금형의 종류를 최소화함으로써 생산단가를 줄일 수 있도록 설계된 콘덴서 소자 고정구를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성할 수 있는 콘덴서 소자 고정구를 채용하여 외장 케이스 내의 콘덴서 소자를 안정적으로 지지해주면서 효율적인 가스순환을 보장함으로써 온도 상승을 억제하여 고온 발열에 의한 쇼트 고장 및 외장 케이스 폭발 고장의 가능성을 크게 낮출 수 있는 전해 콘덴서 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 콘덴서 소자의 밑면을 받쳐주는 플레이트와, 상기 플레이트의 상면의 중심에서 법선 방향으로 소정 길이만큼 일체로 연장된 소자 지지봉을 구비하고, 상기 소자 지지봉이 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 삽입된 상태로 상기 콘덴서 소자와 함께 콘덴서용 외장 케이스 안에 수납되어 상기 콘덴서 소자가 상기 외장 케이스 내에서 움직이지 못하도록 안정적으로 지지해주기 위한 콘덴서 소자 고정구에 있어서, 상기 소자 지지봉은 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 삽입되어 밀착되고, 상기 소자 지지봉의 측면에는 상기 중심부 구멍에서 바깥으로 가스가 배출될 수 있게 해주는 적어도 하나의 제1 가스순환용 홈이 마련되어 있고, 상기 플레이트의 상면에는, 상기 제1 가스순환용 홈과 연결되면서 상기 플레이트의 상면의 가장자리까지 연장되어 상기 제1 가스순환용 홈을 통해 배출되는 가스가 상기 콘덴서 소자의 밑면을 가로질러 바깥으로 배출될 수 있게 해주는 적어도 하나의 제2 가스순환용 홈이 마련된 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구가 제공된다.

상기 콘덴서 소자 고정구는, 상기 플레이트의 테두리의 복수 구간에서 일체로 상기 소자 지지봉과 나란한 방향으로 소정 길이 연장되어 상기 소자 지지봉이 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 삽입된 상태에서 상기 콘덴서 소자의 측면에 밀착되어 지지해주는 복수 개의 측면지지부재를 더 구비할 수 있다. 상기 복수 개의 측면지지부재는 상단 입구부가 상기 콘덴서 소자가 삽입이 용이하도록 위로 가면서 반경방향으로 넓게 벌어지고, 가운데 부분이 상기 콘덴서 소자의 측면에 밀착되도록 안쪽으로 완만하게 돌출된 형태의 측면가두리 공간을 제공하여, 상기 상단 입구부는 상기 외장 케이스의 측벽에 밀착되어 지지된다.

상기 콘덴서 소자 고정구에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스순환용 홈은 각각 상기 소자 지지봉의 표면에 길이방향으로 직선형으로 형성된 요홈과 상기 플레이트의 상면에 반경방향으로 직선형으로 형성된 요홈의 형태로 마련된다.

상기 콘덴서 소자 고정구에 있어서, 상기 제2 가스순환용 홈은 상기 플레이트의 중심영역에서 테두리 쪽으로 가면서 폭과 깊이 중 적어도 어느 하나가 점점 증가하는 형태의 요홈일 수 있다.

상기 소자 지지봉의 상부는, 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 대한 삽입을 용이하게 하기 위해, 탄두 모양처럼 상단으로 가면서 굵기가 점점 가늘어지는 형태로 마련되는 것이 바람직하다.

상기 소자 지지봉은, 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍의 여러 가지 크기의 직경에 탄력적으로 적용될 수 있도록, 하부의 직경이 아래로 가면서 점점 증가하는 것이 바람직하다. 이를 구현한 예로서, 상기 플레이트와 연결되는 상기 소자 지지봉의 하부는 아래쪽으로 내려가면서 그 직경이 증가하면서 라운드 가공된 형태로 된 것일 수 있다.

상기 플레이트의 저면에는 상기 외장 케이스의 내부 바닥과 상기 플레이트 사이에 간극이 마련되도록 복수 개의 받침돌기들이 마련되어 있는 것이 바람직하다.

상기 플레이트의 직경은 상기 외장 케이스의 직경의 51~97%의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

상기 콘덴서 소자 고정구는 플라스틱 사출에 의해 일체형으로 성형된 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 콘덴서 소자의 밑면을 받쳐주며, 상면에는 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍과 대면하는 중심영역에서 가장자리까지 연장되어 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에서 발생하는 가스가 상기 콘덴서 소자의 밑면을 가로질러 바깥으로 배출될 수 있게 해주는 적어도 하나의 제1 가스순환용 홈이 마련된 플레이트; 및 상기 플레이트의 테두리의 복수 구간에서 일체로 상방으로 소정 길이 연장되어 가두리 공간을 제공하며, 상기 가두리 공간 안으로 상기 콘덴서 소자가 상기 플레이트에 접촉되게 삽입된 상태에서 상기 콘덴서 소자의 측면에 탄성적으로 밀착되어 측방으로 움직이지 못하도록 지지해주는 복수 개의 측면지지부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구가 제공된다.

상기 콘덴서 소자 고정구에 있어서, 상기 제1 가스순환용 홈은 상기 플레이트의 중심영역에서 테두리 쪽으로 가면서 폭과 깊이 중 적어도 어느 하나가 점점 증가하는 형태의 요홈인 것일 수 있다.

상기 콘덴서 소자 고정구에 있어서, 상기 복수 개의 측면지지부재는 상단 입구부가 상기 콘덴서 소자가 삽입이 용이하도록 위로 가면서 반경방향으로 넓게 벌어지고, 가운데 부분이 상기 콘덴서 소자의 측면에 밀착되도록 안쪽으로 완만하게 돌출된 형태의 측면가두리 공간을 제공하여, 상기 콘덴서 소자 고정구가 콘덴서 수납용 외장 케이스에 수납되었을 때 상기 상단 입구부는 상기 외장 케이스의 내측벽에 밀착되어 지지된다. 또한, 상기 콘덴서 소자 고정구는, 상기 플레이트의 상면의 중심에서 법선 방향으로 일체로 연장된 소자 지지봉을 더 구비하고, 상기 소자 지지봉은 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 삽입되어 밀착되고, 상기 소자 지지봉의 측면에는 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에서 바깥으로 가스가 배출될 수 있게 상기 적어도 하나의 제1 가스순환용 홈과 각각 연결되는 적어도 하나의 제2 가스순환용 홈이 마련되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 연지의 양면에 양극 포일과 음극 포일을 배치한 상태에서 원통형으로 감기고 중심부에 구멍이 마련된 몸체부와, 상기 양극 포일과 상기 음극 포일에 각각 연결되어 상기 몸체부 바깥으로 연장된 양극 및 음극 리드선을 포함하는 콘덴서 소자; 상기 콘덴서 소자의 상기 몸체부와 결합되는 상기 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 청구항에 기재된 콘덴서 소자 고정구; 상기 콘덴서 소자와 상기 콘덴서 소자 고정구의 결합체를 내부에 수납하는 외장 케이스; 및 상기 외장 케이스의 입구부를 막고, 커링 가공된 상기 외장 케이스의 입구부와 밀착되어 상기 외장 케이스의 내부 공간을 밀봉하며, 상기 콘덴서 소자의 상기 양극 및 음극 리드선에 전기적으로 연결된 단자가 마련되어 있는 단자판을 구비하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 장치가 제공된다.

상기 콘덴서 장치는 직경이 35mm 이상의 대형 사이즈의 콘덴서 장치이다.

상기 콘덴서 장치는 전해 콘덴서 또는 전기이중층 캐패시터(Electric Double Layer Capacitors: ELDC) 이다.

본 발명에 따른 소자 고정구와 이를 채용한 전해콘덴서는 다음과 같은 장점을 갖는다.

첫째, 본 발명의 소자 고정구는 콘덴서 외장 케이스와는 분리형으로 마련되어 콘덴서 소자와의 삽입이 용이하게 함과 동시에, 콘덴서 소자에서 발생하는 가스가 외장 케이스 내에서 원활하게 순환되는 것을 보장함으로써 열 발산이 신속히 이루어지게 해주어 콘덴서 소자의 온도 상승 억제 효과를 제공한다.

구체적으로, 소자 고정구에 의해 콘덴서 소자가 외장 케이스 안에 측벽과 이격되어 안정적으로 수납되어, 콘덴서 소자의 측면과 외장 케이스 내측벽 사이에는 빈 공간(제1 공간)이 마련된다. 이 빈 공간은 소자 고정구가 삽입되는 중심부 구멍의 입구(제1 입구)의 맞은편 입구(제2 입구)와 연통된다. 또한, 플레이트 저면의 받침부에 의해, 플레이트와 외장 케이스의 바닥간에도 빈 공간(제2 공간)이 마련되고, 이 제2 공간 역시 제1 공간과 연통된다.

소자 고정구의 소자 지지봉 및 플레이트에 마련된 가스순환용 홈을 통해, 콘덴서 소자의 중심부 구멍에서 발생하는 가스가 그 구멍 밖으로 신속하게 배출되게 하여 외장 케이스 내부의 제1 및 제2 공간에 골고루 분산되도록 해준다. 제1 및 제2 공간은 외장 케이스의 측벽 및 바닥과 접해있으므로, 분산된 가스의 열은 외장 케이스의 측벽과 바닥의 표면을 통해 발산한다. 이처럼 열 발산 표면이 넓으므로 신속한 열 발산이 이루어질 수 있다.

또한, 제1 공간과 콘덴서 소자 중심부 구멍은 제2 입구를 통해 서로 연통되어 있으므로, 그 중심부 구멍에서 발생하는 가스는 소자 고정구에 마련된 가스순환용 홈을 거쳐 제1 공간을 지나 다시 제2 입구를 통해 그 중심부 구멍으로 순환할 수 있다. 외장 케이스 내에서 가스의 순환이 보장되므로, 콘덴서 소자에서 발생하는 열은 더욱 신속하게 외기로 방열될 수 있다.

이와 같은 열 발산 및 가스 순환 메커니즘에 의해, 본 발명에 따른 소자 고정구를 사용하는 콘덴서 장치는 온도 상승이 최대한 억제될 수 있고, 그에 따라 발생하는 가스의 양도 줄어들어, 폭발 고장이나 쇼트 고장이 일어날 가능성이 그 만큼 줄어드는 선순환 구조가 확보될 수 있다.

둘째, 본 발명의 소자 고정구는 콘덴서 소자가 외장 케이스 내에서 움직이지 못하도록 안정적으로 잡아주어 외장 케이스와의 접촉 등에 의한 쇼트 고장의 예방 능력이 뛰어나다. 플레이트는 콘덴서 소자의 밑면보다 더 넓으므로, 콘덴서 소자의 리드서 단자가 밑면 밖으로 돌출되는 사태(외부로부터 충격이 가해지거나 또는 콘덴서 장치의 가열과 냉각이 장기간 반복됨으로 인해 생길 수 있음)가 발생하여도 플레이트에 의해 막혀 외장 케이스 바닥과 직접 접촉하는 일이 발생하지 않는다. 또한, 콘덴서 소자는 소자 고정구에 의해 안정된 자세로 고정되어 있으므로, 외장 케이스의 내측벽과 접촉하는 일이 발생하지 않는다. 이렇듯 쇼트 고장이 일어날 수 있는 상황 발생이 본 발명에 따른 소자 고정구에 의해 원천적으로 차단된다. 특히, 측면지지부재가 마련된 구조의 소자 고정구는 그 측면지지부재가 소지 지지봉과 함께 콘덴서 소자의 수직 방향 및 수평방향(반경방향) 움직임이 불가하도록 더욱 안정적으로 잡아주어, 콘덴서 소자가 외장 케이스와 접촉함에 따른 쇼트 고장 발생을 원천적으로 막아준다.

셋째, 소자 고정구 자체의 부피 최소화에 의한 외장 케이스의 가스 수용능력 극대화가 가능하다. 소자 고정구는 외장 케이스 내에 존재하기 때문에 외장 케이스의 가스 수용공간을 잠식하는 구실을 하는 것이 불가피하다. 본 발명에 따른 소자 고정구는 가스순환용 홈이 형성되어 있고, 소자 지지봉의 길이가 기존의 소자 고정구에 비해 짧아 자체의 체적이 그만큼 작아 외장 케이스의 가스 수용공간을 증가시킨다. 외장 케이스의 가스 수용공간 확대는 콘덴서 소자의 온도 상승을 억제함과 동시에 외장 케이스 내 가스 과잉 축적에 의한 폭발의 가능성을 낮추어준다.

넷째, 콘덴서 소자에 대한 결합성 및 외장 케이스에 대한 삽입성이 우수하다. 소자 지지봉의 선단부가 총알 탄두 모양이어서 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 대한 삽입이 용이하다. 삽입 과정에서 전해지나 전극박에 대한 손상을 입힐 가능성이 크게 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 측면지지부재가 마련된 소자 지지봉도 그 측면지지부재가 형성하는 가두리 공간의 입구부가 충분히 넓어 콘덴서 소자와 결합하는 것이 용이하다. 콘덴서 소자에 결합된 소자 고정구를 외장 케이스 안에 수납할 때, 그 측면지지부재부터 먼저 들어가게 삽입하는데, 플레이트와 측면지지부재가 연결되어 있어 외장케이스에 대한 삽입이 비교적 용이하다. 수납 시 플레이트가 외장 케이스 입구에 걸려 외장 케이스에 손상을 입힐 가능성이 낮다.

다섯째, 본 발명의 소자 고정구는 소자 지지봉의 뿌리부 직경이 플레이트와 연결되는 맨 아래쪽으로 가면서 점점 굵어지도록 되어 있고, 그 뿌리부 직경의 범위가 여러 업체의 콘덴서 소자의 중심부 구멍의 직경을 모두 커버할 수 있는 정도이다. 그러므로 한 가지 종류의 소자 지지봉으로 콘덴서 소자 중심부 구멍의 업체별 다양한 사이즈에 탄력적으로 적용될 수 있다. 이는 소자 고정구를 콘덴서 소자 제조업체별로 다른 금형을 제작할 필요 없이 한 가지 금형만 마련해도 좋게 해주므로, 금형비를 절감할 수 있는 장점을 제공한다.

도 1은 종래 기술에 따른 콘덴서 소자 고정구를 사용하여 제조된 콘덴서 장치의 구성을 나타내는 단면도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 콘덴서 소자 고정구의 사시도이고,
도 3은 도 2의 콘덴서 소자 고정구를 아래쪽에서 본 사이도이며,
도 4는 도 2의 콘덴서 소자 고정구를 채용한 전해 콘덴서 장치의 가스 순환 메커니즘을 나타낸 단면도이며,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 변형예에 따른 콘덴서 소자 고정구의 사시도, 정면도 및 저면도를 각각 나타내고,
도 8과 도 9는 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 콘덴서 소자 고정구의 사시도 및 정면도를 각각 나타내며,
도 10은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 콘덴서 소자 고정구의 사시도이고,
도 11은 도 10의 절단선 A-A'를 따라서 본 단면도이며,
도 12는 도 10의 콘덴서 소자 고정구를 채용한 콘덴서 장치의 단면도를 나타낸다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시를 위해 필요한 사항에 관해 구체적으로 설명하기로 한다.

(1) 제1 실시예

도 2와 도 3에 본 발명의 제1 실시예에 따른 콘덴서용 소자 고정구(100)를 도시하고, 도 4는 이 소자 고정구(100)를 채용한 콘덴서 장치(400)를 나타낸다.

소자 고정구(100)는 플레이트(110)와 이 플레이트(110)의 상면 중앙에서 법선 방향으로 소정 길이만큼 일체로 연장된 소자 지지봉(120)을 포함하여 전체적인 형상이 압정과 유사하다.

플레이트(110)는 콘덴서 소자(50)의 양극 포일 및 음극 포일 그리고 이들 두 전극에 연결된 리드선이 외장 케이스(60)의 바닥 사이를 가로막아 그들 간에 쇼트가 일어나지 않도록 해주면서, 소자 지지봉(120)에 대하여 받침대 역할도 한다. 플레이트(110)는 원형이나 원형에 가까운 다각형 또는 타원형의 플레이트로 만드는 것이 바람직하며, 가장 바람직한 모양은 외장 케이스(60)의 바닥 모양과 같은 원형이다.

플레이트(110)의 외경 치수를 최적으로 설계하면 콘덴서 소자(50)의 형태 변형을 막을 수 있다. 종래의 소자 고정구는 플레이트의 외경 치수 기준이 명확하지 않아서 권취된 콘덴서 소자의 크기가 플레이트의 외경보다 큰 경우도 있었다. 그럴 경우, 콘덴서 소자가 플레이트 밖으로 돌출될 수 있어 콘덴서 소자의 테두리 부분의 변형이나 외장 케이스(60)의 접촉으로 인한 쇼트가 발생할 수 있다. 또한 외장 케이스(60)에 문제없이 삽입될 수 있기 위해서는, 플레이트(110)는 외장 케이스(60)에 비드 가공이 된 부분을 통과할 수 있는 크기여야 한다. 그러므로 플레이트(110)의 크기는 외장 케이스(60)의 직경보다는 작고 콘덴서 소자(50)의 직경보다는 작지 않는 것이 바람직하다. 콘덴서 설계기준에 따르면, 콘덴서 소자(50)의 직경은 외장 케이스(60)의 직경의 최대 85%를 넘을 수 없고 최소 50% 이상이어야 한다. 외장 케이스(60)에 비드 가공이 되어 있는 부분의 내경 최소 치수가 외장 케이스(60)의 입구부 직경의 97.5% 정도 되기 때문에, 외장 케이스(60)이 찌그러지지 않은 정상 상태로 플레이트(110)를 그 안에 삽입할 수 있기 위해서는, 플레이트(110)의 직경은 외장 케이스(60) 직경의 97%를 넘지 않아야 한다. 이상의 점들을 고려하면, 플레이트(110)의 직경은 외장 케이스(60) 직경의 51%~97% 정도인 것이 바람직하다. 플레이트(1100의 외경은 콘덴서의 설계 기준을 반영하여 콘덴서 직경의 대략 90% 정도로 설계하는 것이 가장 바람직하다. 이런 사이즈의 플레이트(110)는 콘덴서 소자(50)에 대한 안정적인 지지력과 외장 케이스(60) 바닥면에 대한 확실한 절연력을 제공할 수 있다.

플레이트(110)의 저면에는 높이가 동일한 복수 개의 받침돌기(140)들이 형성된다. 이 복수 개의 받침돌기(140)들은 외장 케이스(60)의 내부 바닥과 플레이트(110)를 이격시켜 공간이 마련되게 해준다. 그 공간은 가스 순환 공간으로 기능한다. 이에 의해 콘덴서 장치의 발열 분산을 위한 전체 공간이 더 많이 확보된다.

소자 지지봉(120)은 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)에 대한 삽입이 용이하고, 완전히 삽입되었을 때 소자 지지봉(120)의 외측면이 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)의 내측면과 밀착되어 콘덴서 소자(50)과 안정적인 결합을 이룰 수 있는 형상과 굵기를 갖는 것이 바람직하다. 삽입 용이성을 위해, 소자 지지봉(120)의 상부의 형상은 총알 탄두처럼 뾰족한 모양 즉, 상단으로 가면서 굵기가 점점 가늘어지는 형상인 것이 바람직하다. 또한, 소자 지지봉(120)은 그 굵기가 결합대상 콘덴서 소자의 중심부 구멍(70)의 직경보다는 크지 않아야 하되, 그 중심부 구멍(70)에 삽입된 상태가 헐거우면 콘덴서 소자(50)을 안정적으로 잡아줄 수 없다. 따라서 소자 지지봉(120)의 직경은 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)의 직경과 거의 동일하거나 아주 약간 작아서, 중심부 구멍(70)에 타이트하게 삽입된 상태가 될 수 있는 것이 바람직하다.

소자 지지봉(120)은 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)의 제1 입구부에서 일부 구간까지만 삽입되는 길이를 가진다. 콘덴서 소자(50)과 안정적인 결합을 이루는 데 필요한 최소한의 길이를 갖는 것이 바람직하다. 지나치게 길면 외장 케이스(60)의 가스 수용공간을 좁힐 뿐만 아니라, 휘는 정도가 커서 콘덴서 소자(50)에 삽입할 때 삽입성이 떨어질 수 있기 때문이다. 종래에는 소자 지지봉(120)의 길이를 50mm 정도로 만들었는데, 이 정도의 길이도 이런 문제로부터 자유롭지 못하였다. 그러므로 소자 지지봉(120)의 길이를 대략 20~40mm의 범위 내로 짧게 하여, 예컨대 30mm로 만들어 휘는 정도가 거의 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

소자 고정구(100)는 전해액에 대한 내화학성이 우수한 플라스틱 재질로 만드는 것이 바람직하다. 예를 들어, 나일론과 유리섬유(glass fiber)를 혼합한 혼합물(나일론과 유리섬유를 대략 100 대 20 ~ 100 대 40 정도의 혼합비로 혼합함), 폴리페닐린설파이드(PPS) 등을 사용하여 사출성형으로 소자 고정구(100)를 만들 수 있다. 예컨대 종래처럼 알루미늄 재질로 만들면, 취급 및 보관 중에 수분이 소자 고정구 표면에 부착될 경우 손상된 알루미늄 산화 피막 사이로 침투하여 진행성 알루미늄 부식 불량을 발생시킬 위험이 있다. 플레이트(110)와 소자 지지봉(120)이 일체로 성형되어야 하므로, 플라스틱 사출 성형으로 소자 고정구(100)를 제조할 수 있을 것이다. 염분은 콘덴서 소자(50)의 특성을 떨어뜨리므로 제조 직후나 취급 및 보관 시에 염분의 영향을 피하기 위해 지퍼 팩에 담아 두는 것이 바람직하다.

다음으로, 이 소자 지지봉(120)을 채용하는 콘덴서 장치(90)는 다음과 같이 조립한다. 양극 및 음극 리드선(64)의 두 탭이 각각 연결된 양극 포일과 음극 포일을 그 사이에 절연지를 두고 권심을 중심으로 원통형으로 감고 그 외부를 테이프(52)로 감아 마감하여 콘덴서 소자(50)를 만든다. 권심을 빼면 중심부에 구멍((70)이 마련된다. 양극 및 음극 리드선(64)은 사출단자판(66)에 너트 형태로 마련된 두 전극단자(67)에 각각 연결된다. 이 너트형 전극단자(67)에는 외부 전선과의 연결용으로 볼트(69)가 체결되어 있다. 전해 콘덴서인 경우 이 콘덴서 소자(50)를 전해액 욕조에 담가서 절연지에 전해액이 충분히 함침 되도록 하여 만들어진다. 소자 고정구(100)를 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)의 밑면 쪽 입구 안으로 삽입하여 콘덴서 소자(50)와 결합한다. 이 결합체를 입구부에 미리 비드 가공된 외장 케이스(60) 안에 삽입한 다음, 그 외장 케이스(60) 입구부를 커링한다. 커링 가공에 의해 직각으로 절곡된 외장 케이스(60)의 입구부 상단은 사출단자판(66)의 테두리 부분을 따라 접합된 고무링(68)을 덮어 눌러 외장 케이스(60)는 밀봉된다. 그리고 그 커링 가공에 의해, 사출단자판(66)이 내려오면서 양극 및 음극 리드선(64)을 누르게 되어, 그 양극 및 음극 리드선(64)이 지그재그 형태로 구부러지면서 콘덴서 소자(50)의 상부를 누르게 된다.

이 콘덴서 장치(90)에 따르면, 콘덴서 소자(50)는 소자 고정구(100)와 밀봉패드(62) 사이에 배치되고 사출단자판(66)이 리드선(64)을 통해 누름 작용을 가함으로써, 소자고정구(100)는 외장 케이스(60)의 바닥에 밀착되고, 콘덴서 소자(50)는 수직방향으로 자유로이 움직이지 못하도록 안정적으로 지지될 수 있다. 따라서 외부의 충격 등으로 인한 쇼트 고장률이 낮아질 수 있다.

또한, 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)은 가스순환용 홈(130)을 통해 콘덴서 소자(50) 외부 공간인 외장 케이스(60)의 내부 공간과 연통된다. 그러므로 중심부 구멍(70)에서 발생하는 가스가 콘덴서 소자(50) 외부 공간으로 원활하게 배출될 수 있고, 외장 케이스(60)를 통해 외기로 열 발산을 신속하게 할 수 있다. 이에 의해 온도 상승이 억제되고, 그 결과 가스 발생량도 많지 않게 되어, 고온 발열에 의한 고장률이 크게 낮아질 수 있다.

한편, 본 발명이 제안하는 소자 고정구(100)의 가장 큰 특징은 콘덴서 소자(50)에서 발생하는 가스가 외장 케이스(60)의 내부 공간 전체에 골고루 분산시킬 수 있는 가스 순환로(130)가 마련된다는 점이다. 가스가 가장 먼저 그리고 가장 많이 발생하는 영역은 바로 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70) 내부이다. 그 중심부 구멍(70) 내부에는 전해액이 가장 많이 존재하고 콘덴서 소자(50) 작동 시 온도도 가장 많이 올라가기 때문이다. 그런데 그 중심부 구멍(70)의 '일부 구간'(한쪽 입구에서 소자 지지봉(120)의 길이만큼)이 소자 지지봉(120)에 의해 막혀 있다. 그리고 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)의 내측면은 매끈한 표면으로 되어 있다. 따라서 소자 지지봉(120)은 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)의 나머지 구간에서 발생하는 가스가 상기 일부 구간을 통과하여 상기 한쪽 입구의 바깥으로 빠져나갈 수 있도록 해주는 제1의 가스 순환로가 형성되도록 하는 표면 형상을 가질 필요가 있다. 이를 위해, 소자 지지봉(120)의 표면에는 상부에서 하단까지(즉, 중심부 구멍(70)의 내측면과 접촉하는 전 구간) 길이방향으로 연장되어 상기 중심부 구멍(70)의 상기 나머지 구간에서 상기 한쪽 입구의 바깥까지 가스통행로로서 제공되는 적어도 하나의 요홈(130-1)이 형성된다. 도면에는 원활한 가스 순환을 보장하기 위해, 4개의 제1 가스순환용 홈(130-1)이 소자 지지봉(120)에 등간격으로 배치된 것이 예시되어 있다.

또한, 플레이트(110)의 상면의 적어도 일부는 콘덴서 소자(50)의 밑면을 받쳐준다. 플레이트(110)의 상면 전체가 평편하면 콘덴서 소자(50)의 밑면과 360도 전 방위로 서로 밀착되어 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)에서 제1 가스순환로를 통해 나온 가스가 바깥으로 빠져나가지 못하도록 막게 된다. 그러므로 플레이트(110)의 상면 역시 콘덴서 소자(50)의 밑면과 접촉하는 구간에서 상기 제1 가스 순환로와 연결되어 콘덴서 소자(50)의 밑면을 가로질러 그 밑면 바깥으로 가스가 배출될 수 있게 해주는 제2의 가스 순환로가 마련되도록 하는 표면 형상을 갖는다. 제2 가스 순환로 역시 플레이트(110)의 상면 중심부에서 제1 가스순환용 요홈(130-1)과 연결되어 반경방향으로 테두리까지 연장된 적어도 하나의 요홈(130-2) 형태로 마련된다. 도면에는 4개의 제2 가스순환용 요홈(130-2)이 4개의 제1 가스순환용 요홈(130-1)에 각각 연결된 채, 플레이트(110)의 상면에 등간격으로 배치되어 방사상으로 형성된 것이 도시되어 있다.

이렇게, 소자 고정구(100)는 소자 지지봉(120)에 마련된 제1 가스순환용 홈(130-1)과 플레이트(110) 상면에 마련된 제2 가스순환용 홈(130-2)이 서로 연결된 적어도 하나 이상의 가스순환로(130)를 제공한다. 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)에서 생겨나는 가스는 이 가스순환로(130)를 통해 콘덴서 소자(50) 바깥으로 빠져나가서 외장 케이스(60) 내부 공간에 고르게 분산되어 존재한다. 가스순환로(130)는 결국 외장 케이스(60)의 가스 수용공간을 확대시켜주는 기능을 하여, 콘덴서 장치의 가스에 의한 폭발 가능성을 크게 줄여준다.

다음으로, 도 5 내지 도 9은 제1 실시예의 소자 고정구(100)의 여러 가지 변형예를 나타낸다.

먼저, 도 5 내지 도 7에 도시된 소자 고정구(200)를 제1 실시예의 소자 고정구(100)와 차이점을 중심을 설명한다. 이하에서 특별히 설명하지 않는 것은 제1 실시예와 같다. 도시된 소자 고정구(200)는 플레이트(210)와 이의 중심에 일체로 연결되어 법선방향으로 연장된 소자 지지봉(220)을 포함하는 점에서는 제1 실시예의 소자 고정구(100)와 같다.

첫째, 제1 실시예의 소자 고정구(100)와 다른 점은 가스순환로(230)의 모양이다.

플레이트(210)의 상면에 형성되는 제2 가스순환용 홈(230-2)은 도 5의 (a)에 도시된 것처럼 그 폭이 플레이트(210)의 중심부에서 가장자리 쪽으로 가면서 점점 넓어지는 형태, 즉 부채꼴 모양으로 마련된다. 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)에서 생겨나는 가스는 제1 가스순환용 홈(230-1)을 거쳐 제2 가스순환용 홈(230-2)을 지나서 빠져나간다. 가스가 통과하는 배출로가 점점 넓어지므로 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)의 가스가 더 효과적으로 배출될 수 있다.

나아가, 제2 가스순환용 홈(230-2)은 깊이가 균일하게 마련될 수도 있지만, 도 5의 (b)에 도시된 것처럼 그 깊이가 플레이트(210)의 중심부에서 테두리 쪽으로 가면서 점점 깊어지는 형태로 마련될 수도 있다. 테두리 쪽으로 갈수록 제2 가스순환용 홈(230-2)의 단면적이 점점 넓어지므로, 이 형태 역시 가스 배출을 효과적으로 하는 데 기여한다. 제2 가스순환용 홈(230-2)의 중심부와 가장자리에서의 깊이 t₁과 t₂간의 차이 Δt는 대략 0.7~1.3mm 범위 내로, 예컨대 1mm 정도가 되게 하는 것이 바람직하다.

또한, 도시되지는 않았지만, 제1 가스순환용 홈(230-1)도 소자 지지봉(220)의 상부에서 플레이트(210)와 연결되는 뿌리 쪽으로 가면서 그 폭 및/또는 깊이가 점점 증가하는 형태로 마련될 수 있을 것이다. 이 또한 가스의 효율적 배출에 유리하다.

플레이트(210)의 상면에서 제2 가스순환용 홈(230-2)을 제외한 나머지 부분들은 동일한 높이의 볼록 부분으로 남아 콘덴서 소자(50)의 밑 부분에 접촉하여 콘덴서 소자가 움직이는 것을 방지한다.

둘째, 제1 실시예의 소자 고정구(100)와 또 다른 점은 소자 지지봉의 굵기가 높이에 따라 가변적이다. 소자 지지봉은 탄두 모양의 상단부를 제외하고 그 굵기가 일정하게 만들 수도 있지만, 이 경우에는 콘덴서 소자(50) 중심부 구멍(70)의 직경의 종류만큼 소자 지지봉의 굵기의 종류도 다양하게 마련해야 한다. 이는 곧 그 종류만큼의 금형을 별도로 준비해야 하는 문제로 귀결되므로, 금형비 상승의 문제가 있다.

도 8과 9에 도시된 소자 고정구(300)는 소자 지지봉(320)의 굵기가 하부에서 아래 쪽(뿌리 쪽)으로 가면서 점점 굵어지는 형태로 마련된 것이다. 이는 하나의 소자 지지봉(320)이 여러 가지 직경을 갖게 하는 효과를 제공한다. 이렇게 설계된 소자 지지봉(320)은 콘덴서 소자의 중심부 구멍(70)의 여러 가지 사이즈(위에서 언급하였듯이 콘덴서 소자는 제조사에 따라 그 중심부 구멍(70)이 7mm부터 10mm까지 다양한 직경을 가짐)에 탄력적으로 적용할 수 있다. 따라서 소자 고정구 제작용 금형의 개발비를 절감할 수 있다.

예를 들어, 소자 지지봉(320)을 탄두부를 제외한 나머지 부분을 크게 상부, 중간부, 하부로 크게 세 부분으로 구분하여 상부와 중간부의 직경은 예컨대 6mm 또는 7mm로 하고, 하부의 상단에서 하단으로 내려가면서 그 굵기를 점점 증가시켜 플레이트(310)와 만나는 맨 아래 부분의 직경은 예컨대 10mm가 되도록 한다.

소자 지지봉(320)과 플레이트(310)가 만나는 부위를 직각에 가까운 각진 형태가 아니라 흐름 라운드(R) 가공된 형태로 만들어 그 부위에서 소자 지지봉(320)의 하부의 굵기를 증가시킬 수도 있다. 즉, 소자 지지봉의 꼭지 부분의 외경은 3mm로 하고 라운드 가공 부위 전까지는 소자 지지봉(320)의 굵기를 6~7mm로 하고, 라운드 가공 부위의 상단에서 하단으로 가면서 흐름 R 가공 형태로 증가시켜 맨 아래 부분의 직경이 10mm가 되도록 한다.

이런 형태의 소자 지지봉(320)을 갖는 소자 고정구(300)를 사용하면, 가장 작은 사이즈(예컨대 7mm)에서부터 가장 큰 사이즈(예컨대 10mm)까지의 여러 사이즈의 중심부 구멍(70)에 대해서도 끼움 삽입되어 콘덴서 소자를 고정할 수 있다. 중심부 구멍(70)의 직경이 예컨대 10mm인 콘덴서 소자(50)은 소자(120)의 뿌리 맨 아래쪽 끝까지 내려간 상태로 소자 고정구(300)와 결합할 것이다. 반면에 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)의 직경이 예컨대 7mm로 작으며 그 콘덴서 소자(50)은 소자 지지봉(320)의 맨 아래 부분까지 내려가지 못하고, 굵기가 대략 7mm 정도 되는 지점에서 걸릴 것이다. 어느 경우라도 한 가지 종류의 소자 지지봉(320)으로 모든 제조사의 콘덴서 소자를 커버할 수 있게 된다. 따라서 소자 지지봉(320) 생산을 위한 금형을 한 가지만 준비하여도 되므로, 금형비를 절감할 수 있다.

셋째, 플레이트(210) 저면의 받침돌기(240)의 형상이 코인 모양인 점에서 차이가 있다. 제1 실시예에 따르면, 플레이트 저면의 받침돌기(140)의 형상은 점 형태인데 비해, 변형 실시예에 따른 받침돌기(240)는 어느 정도의 면적을 갖는 동전 형태 또는 도 6과 도 7에 도시된 것처럼 측면이 경사진 동전 형태이다. 이 받침돌기(240)는 외장 케이스(60)의 접촉 면적을 넓어져서 콘덴서 커링 시나 소자 고정구(200)의 취급 시 충격에 의해 플레이트(210)가 깨질 수 있는 위험을 방지한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예와 이의 여러 가지 변형예에 따른 소자 고정구(100, 200, 300)들에 관해 설명하였다. 이 소자 고정구(100, 200, 300)는 소자 지지봉(120, 220, 320)부터 플레이트(110, 210, 310)까지 가스배출로로서 기능하는 요홈(130, 230, 330)들이 마련되어 있으므로, 콘덴서 소자의 중심부 구멍(70)에 삽입될 경우 발열이 시작되는 콘덴서 소자의 중앙부 구멍의 가스부터 콘덴서 소자 바깥으로 배출할 수 있다. 이와 더불어, 플레이트의 저면에 마련된 받침부에 의해 외장 케이스(60) 내부 바닥과 플레이트의 저면 사이에도 빈공간이 생기고 콘덴서 소자 측벽과 외장 케이스(60) 내벽 사이에도 빈공간이 마련되어 있으므로, 콘덴서 소자의 바깥에 있는 가스도 콘덴서 소자의 중심부 구멍으로 유입될 수 있다. 이에 의해, 콘덴서 소자의 온도 상승으로 인해 발생하는 가스는 콘덴서 소자의 중심부 구멍에서 외부의 빈 공간으로 빠져나갔다가 다시 그 중심부 구멍으로 유입되는 순환 사이클이 확보된다. 이런 가스 순환 사이클에 의해, 콘덴서 소자에서 생기는 열이 효율적으로 발산되어 콘덴서 소자의 온도가 규정된 온도 이상으로 올라가지 않게 된다.

발명자들은, 품질 요구가 매우 엄격한 상황을 만족시키기 위해 콘덴서 장치의 발열감소를 목적으로 소자 고정구의 제품 평가를 해보았다. 테스트는 다음 세 가지의 소자 고정구를 채용한 85℃, 400볼트용 콘덴서 장치를 작동시켜 발열 온도를 '초기 온도'와 '24시간 작동 후 온도'를 각각 측정하여 비교해보는 방식으로 수행하였다: (i) 가스순환용 홈이 전혀 마련되어 있지 않은 제3 종래기술에 따른 소자 고정구, (ii) 제1 실시예에 따라 동일한 규격의 가스순환용 홈이 소자지지봉과 플레이트에 마련된 소자 고정구, 그리고 (iii) 변형실시예에 따라 소자지지봉에 마련된 가스순환용 홈은 폭이 일정한 반면 플레이트에 마련된 가스순환용 홈은 테두리 쪽으로 가면서 폭이 점점 확대되는 형태의 소자 고정구. 아래 표는 이런 테스트의 결과를 정리한 것이다.

소자 고정구	온도 (℃)		ΔT(℃)	적용된 인자
제3 종래기술	초기	24시간 후	ΔT(℃)	적용된 인자
제3 종래기술	85.1	89.0	3.9	가스순환용 홈이 형성되지 않음
제1 실시예	85.1	87.2	2.1	소자지지봉과 플레이트에 일자형 가스순환용 홈이 형성됨
변형 실시예	85.1	86.9	1.8	소자지지봉에 형성된 가스순환용 홈은 일자형, 플레이트에 형성된 가스순환용 홈은 부채꼴 모양

표 1에서, △T는 콘덴서 소자가 작동할 때, '초기 온도'와 '24시간 작동 후 온도'간의 차이이다. △T가 작을수록 외장 케이스(60) 내부의 콘덴서 소자의 발열이 작다는 것을 의미한다. 가스순환용 홈이 마련되지 않은 제3 종래기술의 경우, 온도 차 △T 값이 3.9℃까기 나타난다. 이에 비해, △T 값은 제1 실시예의 경우 2.1℃이고 제2 실시예는 1.8℃까지 낮아진다. 따라서 본 발명의 가스순환용 홈이 형성된 소자 고정구를 사용함으로써 콘덴서 장치에서 발생하는 열이 빨리 발산되어 온도 상승이 억제되는 효과가 얻어짐을 확인할 수 있다.

제3 종래기술과 제1 실시예 간의 온도 차이는 1.8℃이고, 제3 종래기술과 변형 실시예 간의 온도 차이는 2.1℃이다. 85℃용 콘덴서로 평가할 때의 이 온도 차이 1.8℃ 또는 2.1℃의 의미는 콘덴서 소자 내 알루미늄 포일의 열화와 관련이 있어서 콘덴서 사용 중에 포일이 열화될 경우에 장기적으로 제품의 성능에 영향을 주게 된다. 포일의 열화로 콘덴서 장치의 특성이 나빠짐에 따라 발열과 가스 발생은 더욱 증가한다. 콘덴서 사용 중 과도한 전류가 순간적으로 가해지는 경우, 온도는 더욱 높아지고 온도 차이는 점점 더 커지게 된다.

(2) 제2 실시예

도 10과 도 11에는 제2 실시예에 따른 콘덴서 소자 고정구(400)가 도시되어 있다. 제1 실시예나 그의 변형예의 콘덴서 소자 고정구(100, 200, 300)들을 채용한 콘덴서 장치(90)에 있어서, 사출단자판(66)의 양극 및 음극 리드선(64)을 통한 누름 작용에 의해 콘덴서 소자(50)가 외장 케이스(60) 안에서 수직방향 움직임을 확실하게 방지할 수 있다. 하지만, 콘덴서 소자(50)와 외장 케이스(60) 간에 측방으로는 간극이 존재하고, 소자 고정구(100)에는 콘덴서 소자(50)가 측방으로 움직이는 것을 직접적으로 방지하기 위한 구조가 마련되어 있지 않기 때문에, 외부에서 강한 충격이 가해지면 콘덴서 소자(50)가 측방으로 흔들릴 가능성도 있다. 특히, 사출단자판(66)과 콘덴서 소자(50)의 윗부분 간의 간격이 넓으면 넓을수록 좌우로 흔들리는 것을 차단하기가 어려워진다. 좌우로 심하게 흔들릴 경우 콘덴서 소자(50)가 외장 케이스(60)의 내측벽에 접촉할 수 있다. 이런 점을 개선하기 위한 한 가지 대안으로, 높이 보정용 플레이트를 소자 고정구(100)의 플레이트(110)의 저면에 더 부가하여 콘덴서 소자(50)를 외장 케이스(60)의 바닥 쪽으로 더 큰 힘으로 밀어붙이는 방안을 고려할 수 있겠지만, 그 높이 보정용 플레이트를 따로 제작해야 하는 부담이 새로 생겨난다.

제2 실시예의 소자 고정구(400)는 콘덴서 소자(50)의 이런 측방 흔들림의 가능성을 원천적으로 차단하기 위한 구조라는 점에 특징이 있다. 구체적으로 설명하면, 소자 고정구(400)는 원형의 플레이트(410)와 이의 중심부에 일체로 법선방향으로 소정길이 연장된 소자 지지봉(420)을 포함하는 점과, 이 소자 지지봉(420)과 플레이트(410)에 가스순환용 홈(430-1, 430-2)이 각각 마련되어 있는 점은 앞에서 설명한 제1 실시예의 변형예에 따른 소자 고정구(200, 300)와 같다. 소자 고정구(400)는 이런 구성요소에 더하여, 플레이트(410)의 테두리의 복수의 구간에서 일체로 수직방향 즉, 소자 지지봉(420)과 나란한 방향으로 소정길이 연장된 측면지지부재(450)를 더 갖는다는 점에 특징이 있다.

이 측면지지부재(450)는 도시된 것처럼 플레이트(410)의 테두리에서 등간격으로 이격된 네 구간에 마련된다. 네 개의 측면지지부재(450)는 각 구간에서 대략 수직방향으로 적어도 소자 지지봉(420)의 길이보다는 길고(소자 지지봉(420)보다 짧으면 지지력이 충분하지 않을 수 있기 때문) 그리고 외장 케이스(60)의 콘덴서 소자 수납공간의 높이보다는 짧은 길이로 연장된다. 가스순환용 홈(430-2)을 막지 않도록 플레이트(410)의 테두리 구간 중에서 가스순환용 홈(430-2)이 마련되지 않은 구간에 마련되는 것이 바람직하다. 각 측면지지부재(450)는 콘덴서 소자(50)의 몸체가 삽입되기 쉽도록 상단 입구부는 위로 가면서 반경방향(r방향)으로 넓게 벌어지는 형태이고, 그 아래로 내려가면서는 가운데 부분이 중심부 쪽(-r 방향)으로 휘어져 완만하게 돌출된 형상으로 되고, 하부로 가면서는 다시 반경방향으로 완만하게 휘어지면서 플레이트(410)의 테두리까지 내려오는 유선형 패드 형태로 마련되는 것이 바람직하다. 네 개의 측면지지부재(450)는 입구부가 플레이트(410)의 직경보다 약간 더 넓은 반면 가운데 완만돌출부는 플레이트(410)의 직경보다 약간 더 좁은 형태의 가두리(단, 제2 가스순환용 홈(430-2) 부분은 뚫려 있음) 공간을 형성한다.

도 12에는 제2 실시예에 따른 소자 고정구(400)를 채용한 콘덴서 장치(90-1)의 조립상태의 단면도가 도시되어 있다. 양극 및 음극 리드선(64)을 통해 사출단자판(66)과 연결된 콘덴서 소자(50)를 소자 고정구(400)와 결합한 다음, 그 결합체를 외장 케이스(60)에 수납하고 밀봉하는 조립 과정은 제1 실시예와 대동소이 하다. 특이한 점은, 측면지지부재(450)들로 된 가두리 공간의 입구가 넓어 콘덴서 소자(50)를 소자 고정구(400)와 결합하는 데 아무런 문제가 없다. 즉, 콘덴서 소자(50)를 소자 고정구(400)의 측면지지부재(450)들 안으로 삽입할 때 그 4개의 측면지지부재(450)가 벌어진다. 그리고 그 콘덴서 소자(50)가 밑면이 플레이트(410)에 접촉하도록 가두리 공간 안으로 완전히 삽입되고 나면, 측면지지부재(450)들이 탄성을 가지므로 가운데 완만돌출부가 콘덴서 소자(50)의 측면에 탄성적으로 밀착되어 콘덴서 소자(50)가 측방으로 움직이지 못하도록 단단히 잡아주고 지지해준다.

이 결합체를 외장 케이스(60)에 수납하게 되는데, 측면지지부재(450)들은 탄성을 가지므로 상단 입구부가 외장 케이스(60)의 사이즈에 맞게 좁혀지면서 내측벽에 접촉되어 지지된다. 그러므로 콘덴서 소자(50)는 수직방향은 물론 반경방향으로도 안정적으로 지지되어, 외부의 충격이 어떤 방향으로 가해지더라도 콘덴서 소자(50)는 소자 고정구(400)에 의해 안정적으로 지지되어 흔들리거나 외장 케이스(60)의 측벽에 직접 접촉되는 일이 생기지 않는다.

콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍(70)이 소자지지봉(420)과 플레이트(410)에 형성된 가스순환용 홈(430)을 통해 외부와 연통되어 가스순환로가 마련되는 점에서는 제1 실시예와 다를 바 없다.

한편, 제2 실시예에 다른 소자 고정구(400)에서 플레이트(410)와 측면지지부재(450)들만 남기고 소자 지지봉(420)은 배제시킨 형태로 설계 변경을 할 수도 있다. 이 경우, 플레이트(410)의 상면에는 콘덴서 소자(50)의 중심부 구멍과 대면하는 중심영역에서 가장자리까지 연장되는 적어도 하나의 가스순환용 홈이 마련된다. 콘덴서 소자의 중심부 구멍에서 발생하는 가스는 이 가스순환용 홈을 통해 콘덴서 소자(50)의 밑면을 가로질러 바깥으로 배출된다. 콘덴서 소자(50)를 안정적으로 잡아서 지지할 수 있도록 측면지지부재(450)들의 높이를 최대한 높게 하고 측면지지부재(450)들의 가운데 완만돌출부의 돌출 정도를 키워서 콘덴서 소자(50)에 대한 밀착력을 강화하는 것에 의해, 배제된 소자 지지봉(420)의 기능을 대체할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 절연지를 사이에 두고 양극 포일과 음극 포일을 권취하여 원통형으로 감아 만드는 소자라면 그 종류를 불문하고 적용될 수 있다. 전해 콘덴서 뿐만 아니라 ELDC 수퍼 콘덴서에도 이용될 수 있다. 주로, 본 발명의 소자 고정구는 직경이 35mm 이상의 대형 전해 콘덴서 또는 ELDC에 적용하면 효과적이다.

100, 200, 300, 400: 소자 고정구
110, 210, 310, 410: 플레이트
120, 220, 320, 420: 소자 지지봉
130-1, 230-1, 330-1, 430-1: 제1 가스순환용 홈
130-2, 230-2, 330-2, 430-2: 제2 가스순환용 홈
130, 230, 330: 가스순환용 홈
140, 240: 받침부 450: 측면지지부재

Claims

콘덴서 소자의 밑면을 받쳐주는 플레이트와, 상기 플레이트의 상면의 중심에서 법선 방향으로 소정 길이만큼 일체로 연장된 소자 지지봉을 구비하고, 상기 소자 지지봉이 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 삽입된 상태로 상기 콘덴서 소자와 함께 콘덴서용 외장 케이스 안에 수납되어 상기 콘덴서 소자가 상기 외장 케이스 내에서 움직이지 못하도록 안정적으로 지지해주기 위한 콘덴서 소자 고정구에 있어서,
상기 소자 지지봉은 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 삽입되어 밀착되고, 상기 소자 지지봉의 측면에는 상기 중심부 구멍에서 바깥으로 가스가 배출될 수 있게 해주는 적어도 하나의 제1 가스순환용 홈이 마련되어 있고,
상기 플레이트의 상면에는, 상기 제1 가스순환용 홈과 연결되면서 상기 플레이트의 상면의 가장자리까지 연장되어 상기 제1 가스순환용 홈을 통해 배출되는 가스가 상기 콘덴서 소자의 밑면을 가로질러 바깥으로 배출될 수 있게 해주는 적어도 하나의 제2 가스순환용 홈이 마련된 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제1항에 있어서, 상기 플레이트의 테두리의 복수 구간에서 일체로 상기 소자 지지봉과 나란한 방향으로 소정 길이 연장되어 상기 소자 지지봉이 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 삽입된 상태에서 상기 콘덴서 소자의 측면에 밀착되어 지지해주는 복수 개의 측면지지부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제2항에 있어서, 상기 복수 개의 측면지지부재는 상단 입구부가 상기 콘덴서 소자가 삽입이 용이하도록 위로 가면서 반경방향으로 넓게 벌어지고, 가운데 부분이 상기 콘덴서 소자의 측면에 밀착되도록 안쪽으로 완만하게 돌출된 형태의 측면가두리 공간을 제공하여, 상기 상단 입구부는 상기 외장 케이스의 측벽에 밀착되어 지지되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스순환용 홈은 각각 상기 소자 지지봉의 표면에 길이방향으로 직선형으로 형성된 요홈과 상기 플레이트의 상면에 반경방향으로 직선형으로 형성된 요홈인 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제1항에 있어서, 상기 제2 가스순환용 홈은 상기 플레이트의 중심영역에서 테두리 쪽으로 가면서 폭과 깊이 중 적어도 어느 하나가 점점 증가하는 형태의 요홈인 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제1항에 있어서, 상기 소자 지지봉의 상부는, 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 대한 삽입을 용이하게 하기 위해, 탄두 모양처럼 상단으로 가면서 굵기가 점점 가늘어지는 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제1항에 있어서, 상기 소자 지지봉은, 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍의 여러 가지 크기의 직경에 탄력적으로 적용될 수 있도록, 하부의 직경이 아래로 가면서 점점 증가하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제7항에 있어서, 상기 플레이트와 연결되는 상기 소자 지지봉의 하부는 아래쪽으로 내려가면서 그 직경이 증가하면서 라운드 가공된 형태로 된 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제1항에 있어서, 상기 플레이트의 저면에는 상기 외장 케이스의 바닥과 상기 플레이트 사이에 간극이 마련되도록 복수 개의 받침돌기들이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제1항에 있어서, 상기 플레이트의 직경은 상기 외장 케이스의 직경의 51%~97%의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제1항에 있어서, 상기 콘덴서 소자 고정구는 플라스틱 사출에 의해 일체형으로 성형된 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
콘덴서 소자의 밑면을 받쳐주며, 상면에는 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍과 대면하는 중심영역에서 가장자리까지 연장되어 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에서 발생하는 가스가 상기 콘덴서 소자의 밑면을 가로질러 바깥으로 배출될 수 있게 해주는 적어도 하나의 제1 가스순환용 홈이 마련된 플레이트; 및
상기 플레이트의 테두리의 복수 구간에서 일체로 상방으로 소정 길이 연장되어 가두리 공간을 제공하며, 상기 가두리 공간 안으로 상기 콘덴서 소자가 상기 플레이트에 접촉되게 삽입된 상태에서 상기 콘덴서 소자의 측면에 탄성적으로 밀착되어 측방으로 움직이지 못하도록 지지해주는 복수 개의 측면지지부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제12항에 있어서, 상기 제1 가스순환용 홈은 상기 플레이트의 중심영역에서 테두리 쪽으로 가면서 폭과 깊이 중 적어도 어느 하나가 점점 증가하는 형태의 요홈인 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
제12항에 있어서, 상기 복수 개의 측면지지부재는 상단 입구부가 상기 콘덴서 소자가 삽입이 용이하도록 위로 가면서 반경방향으로 넓게 벌어지고, 가운데 부분이 상기 콘덴서 소자의 측면에 밀착되도록 안쪽으로 완만하게 돌출된 형태의 측면가두리 공간을 제공하여, 상기 콘덴서 소자 고정구가 콘덴서 수납용 외장 케이스에 수납되었을 때 상기 상단 입구부는 상기 외장 케이스의 내측벽에 밀착되어 지지되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.
절연지의 양면에 양극 포일과 음극 포일을 배치한 상태에서 원통형으로 감기고 중심부에 구멍이 마련된 몸체부와, 상기 양극 포일과 상기 음극 포일에 각각 연결되어 상기 몸체부 바깥으로 연장된 양극 및 음극 리드선을 포함하는 콘덴서 소자;
상기 콘덴서 소자의 상기 몸체부와 결합되는 상기 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 청구항에 기재된 콘덴서 소자 고정구;
상기 콘덴서 소자와 상기 콘덴서 소자 고정구의 결합체를 내부에 수납하는 외장 케이스; 및
상기 외장 케이스의 입구부를 막고, 커링 가공된 상기 외장 케이스의 입구부와 밀착되어 상기 외장 케이스의 내부 공간을 밀봉하며, 상기 콘덴서 소자의 상기 양극 및 음극 리드선에 전기적으로 연결된 단자가 마련되어 있는 단자판을 구비하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 장치.
제15항에 있어서, 상기 콘덴서 장치는 직경이 35mm 이상의 대형 사이즈인 것을 특징으로 하는 콘덴서 장치.
제15항에 있어서, 상기 콘덴서 장치는 전해 콘덴서 또는 ELDC(전기이중층 캐패시터) 인 것을 특징으로 하는 콘덴서 장치.
제12항에 있어서, 상기 플레이트의 상면의 중심에서 법선 방향으로 일체로 연장된 소자 지지봉을 더 구비하고, 상기 소자 지지봉은 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에 삽입되어 밀착되고, 상기 소자 지지봉의 측면에는 상기 콘덴서 소자의 중심부 구멍에서 바깥으로 가스가 배출될 수 있게 상기 적어도 하나의 제1 가스순환용 홈과 각각 연결되는 적어도 하나의 제2 가스순환용 홈이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 콘덴서 소자 고정구.