삼성전자, 냉매 없는 펠티어 냉각 기술 개발…무냉매 냉장고 도전

정하진 삼성전자 DA사업부 냉장고 플랫폼 랩 프로(왼쪽)와 정성진 삼성리서치 라이프솔루션팀의 프로(오른쪽)가 비스포크 AI 하이브리드 냉장고 앞에서 포즈를 취하고 있다./사진=삼성전자

삼성전자는 지난달 28일 존스홉킨스대 응용물리학 연구소와 공동으로 '차세대 펠리어 냉각 기술' 논문을 네이처 커뮤니케이션스에 게재했다고 8일 밝혔다. 세계 최초로 나노 공학 기술을 활용해 고효율 박막 펠티어 반도체 소자를 개발하고 냉매가 없는 냉각 실증에 성공했다.

펠티어 냉각은 전기를 이용해 열을 이동시키는 반도체 기반 기술이다. 펠티어 반도체 소자 양 끝에 전류를 흐르게 하면 한쪽에서는 열 흡수, 반대쪽에서는 열 방출이 발생한다. 전기만으로도 열 흐름을 정밀하게 제어할 수 있다는 게 특징이다. 증기 압축 방식을 사용하는 기존 냉장고는 냉매 사용에서 오는 환경 부담이 크고 소비 전력을 낮추는 데 한계가 있었다.

삼성전자가 개발한 차세대 박막 펠티어 소자는 이전 소자보다 냉각 효율이 약 75% 높다. 펠티어 소자 각 면의 열 손실을 최소화했다. 펠티어 냉각 특성상 소자의 양면에서 흡열과 발열이 동시에 발생해 두 면 사이 온도 차를 최대한 줄이는 것이 관건이다.

개발에 참여한 정성진 삼성리서치 라이프솔루션팀 프로는 "시뮬레이션과 반복 테스트로 문제 원인을 찾았다"며 "효율적인 열 이동이 가능하도록 신규 TIM(열 계면 소재, Thermal Interface Material)과 조립 방법을 설계해 새로운 패키지 방식을 연구에 적용했다"고 밝혔다.

삼성전자는 지난해 컴프레서와 펠티어 소자를 적용한 '하이브리드' 방식 냉장고를 국내 최초로 출시했다. 컴프레서 크기를 줄이고 펠티어 소자를 함께 탑재해 사용 조건에 따라 두 가지 냉각 방식을 전환하는 방식이다. 냉각기 안에 쌓인 성에를 녹일 때도 펠티어가 냉각을 유지해 내부 온도 상승을 제어할 수 있다.

삼성전자 DA(가전) 사업부는 한국과 미국, 유럽을 넘어 인도 등 고온다습한 지역에서 안정적으로 사용할 수 있는 제품을 만들기 위한 기술 개발에 힘을 싣고 있다. 펠티어 냉각 기술만으로 작동하는 완전 무냉매 냉장고를 만드는 것도 추진 중이다.

정하진 DA 사업부 냉장고 플랫폼 랩 프로는 "이전의 하이브리드 냉장고에 차세대 펠티어 냉각 기술을 탑재하면 한층 정밀한 온도를 유지하고 소비 전력을 개선할 수 있을 것"이라며 "제품화 단에서 필요한 요소들을 검토하고 상용화 시점을 앞당기기 위해 삼성리서치 등 관련 기관과 긴밀하게 협력하고 있다"고 말했다.

최지은 기자 choiji@mt.co.kr