냉매 없이 쿨링 유지: 차세대 펠티어 쿨링 기술

• Samsung Electronics와 Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory가 차세대 펠티어 냉각 기술을 공동 개발함
• 펠티어 효과 기반의 얇은 필름 반도체 소자를 사용하여 냉매 없는 쿨링을 실현, 환경 문제와 에너지 효율 개선의 가능성 제시함
• 이 기술은 2024년 출시한 Bespoke AI Hybrid Refrigerator에서 하이브리드 방식으로 응용되었으며, 앞으로 더욱 진화된 모델에 적용될 예정임
• 새로운 초박막 펠티어 소자는 기존 제품 대비 냉각 효율이 약 75% 향상되는 결과를 보여줌
• 삼성의 중장기 목표는 완전한 냉매 프리 냉장고 실현이며, AI, 반도체 가공, 3D 프린팅 등 첨단 기술과의 융합을 추진 중임

차세대 펠티어 냉각 기술의 개발 배경과 의의

• 2024년 6월 28일, Samsung Electronics와 Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) 이 공동 개발한 차세대 펠티어 냉각 기술 논문이 Nature Communications에 게재됨
• 나노 엔지니어링 기술을 이용한 고효율 초박막 반도체 펠티어 소자를 개발했으며, 냉매 없이도 뛰어난 냉각 성능을 입증함
• 전통적인 냉장고는 냉매를 이용한 기화 압축 시스템을 사용하지만, 이는 환경 문제와 설계상 한계가 있었음
• 반면, 펠티어 효과란 전기 흐름을 이용해 한쪽 면에서 열을 흡수, 다른 면에서 방출하는 반도체 원리 기반 기술임
• 구조가 단순하고 전기적 제어만으로 온도 조절이 가능해 디자인 유연성과 정밀 제어가 뛰어남

글로벌 협업과 차세대 펠티어 기술 고도화

• 2023년부터 삼성전자 DA 사업부, Samsung Research, Global Technology Research가 협업하여 펠티어 기술 성능을 강화함
• DA 사업부는 제품 개발, Samsung Research는 고성능 펠티어 소자 연구에 집중함
• 2023년 말, Johns Hopkins APL과 장기 공동연구를 시작해 밀리와트급 기존 펠티어 소자를 수십 와트급으로 대폭 개선함
• 기술적으로는 시스템 설계, 패키징, 그리고 효율적 열 전달을 위한 새로운 접착 및 조립 공법을 도입함
• 그 결과, 기존 소자에 비해 약 75% 향상된 냉각 효율을 가진 초박막 펠티어 소자를 구현함

최신 펠티어 기술의 생활 속 적용과 기대

• 개발된 차세대 펠티어 냉각 기술을 실제 가전제품에 적용하기 위해 DA 사업부가 제품화 추진함
• 2024년 출시된 Bespoke AI Hybrid Refrigerator는 하이브리드 구조로, 상황에 따라 압축기와 펠티어 장치를 지능적으로 전환함
• 예를 들어, 대량의 식료품 보관, 뜨거운 음식 투입 등 고부하 상황에서 펠티어 장치가 작동하면서 냉각 성능과 에너지 효율성이 크게 향상됨
• 실내 내부 구조 역시 펠티어 장치와 압축기의 최적 위치 배치로 열 간섭을 최소화함
• 결과적으로 대한민국 1등급 대비 최대 30% 전력 절감 및 내부온도 안정성이 크게 개선됨

완전 냉매 프리 미래를 향하여

• 펠티어 냉각 기술은 오존층 파괴 및 온난화 기여를 줄이는 친환경 기술로 주목받음
• 미주, 유럽 등에서 냉매 규제가 점점 강화되는 가운데, 삼성은 완전 냉매 없는 냉장고 개발을 중장기 목표로 설정함
• 완전 냉매 프리 구조 실현을 위해 AI, 반도체 가공, 3D 프린팅 등 첨단 기술과의 융합 연구를 꾸준히 지속함
• 현재 하이브리드 모델은 한국, 미국, 유럽 등 주요 시장에서 우선 상용화되었으며, 앞으로 덥고 습한 인도 등에도 적용 가능한 신모델을 개발 중임
• 삼성전자는 가전 혁신뿐 아니라, 차세대 쿨링 기술 패러다임 변환을 이끌겠다는 장기적 비전을 강조함