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냉매 없이 쿨링 유지: 차세대 펠티어 쿨링 기술

 (news.samsung.com)
1P by GN⁺ 20시간전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • 삼성전자와 존스홉킨스대학교(Johns Hopkins University) 응용물리학연구소가 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
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GN⁺ 20시간전  [-]
Hacker News 의견
  • 이 기사에서는 AI라는 단어를 5번이나 사용하지만, 실제로는 아주 기본적인 마이크로컨트롤러 센서 데이터 읽기 수준임
    • 최근에 책을 샀는데, 페이지를 넘기면 내가 읽고 싶은 텍스트가 자동으로 표시됨, 분명 AI가 들어간 책임
    • 내 프로세스 제어 이론 교과서에는 신경망 관련 장이 있고, 제어 이론에서 사용되는 많은 언어가 AI 풍을 띄고 있음, 이 분야에서는 이런 AI 언어가 원래 자리 잡고 있어서 그렇게 과장된 것만은 아닐 수 있음
    • 이제 "AI"는 어떤 주제든 미래지향적으로 보이게 만들어주는 양념 같음
    • 사실 제품명에 AI가 들어간 것으로 보이는데, 실제로 AI라고 볼 수 있는 뭔가는 들어있는지 모르겠음, 하지만 마케팅적으로는 공식 제품명을 최대한 자주 쓰도록 유도할 것임
  • Peltier 쿨링의 비효율성에 대한 Technology Connections의 필수 영상이 있음: https://www.youtube.com/watch?v=CnMRePtHMZY
    • 이 영상은 이 기술이 시간이 지나도 변하지 않을 것이라고 가정함, Peltier 쿨링도 현재의 냉매보다 더 효율적인 국지적 최대 효용점이 있을 가능성이 있음
    • 영상의 내용을 요약해줄 수 있는지 궁금함, 직접 보는 대신 요점만 알고 싶음
  • AI 안녕, 정말 훌륭한 AI 기사였고, AI Peltier AI 쿨링 AI 기술에 대해 잘 다뤘음, 정말 AI 삼성의 새로운 AI 기기를 AI 기대함, AI 드림, P.S. AI
    • 이쯤 되면 그냥 if문임, 가끔 "switch"도 필요할 수 있음, 이런 수준의 AI임
  • 이 장치의 낮은 COP(성능계수)를 걱정하는 사람들을 위해, 실제 논문과 JHU APL의 보도 자료를 찾아보니, 온도차 1.3°C에서 COP가 약 15에 달한다고 주장함, 관련 HN 포스트 참고
    • 논문을 읽어보니, 방법론이 좀 허술함, 시스템 내 열저항값을 대략적으로 추측하고 단순 공기 온도 측정으로 열 흐름을 계산함, 이런 방식은 정확한 열 흐름 측정이 아니라고 생각함, 특히 박스가 실질적으로 더 단열성이 높으면 결과가 실제보다 좋아 보일 수 있음, 가장 쉽게는 박스 안에 일정량의 열을 내는 히터를 넣고 온도 상승을 측정하면 될 텐데 그것도 하지 않은 것 같음, 작은 온도차 영역에서는 측정 오류가 결과를 크게 왜곡할 수 있음, 열을 직접 측정하는 건 실제로 매우 어렵고, 간접적 측정도 위험이 큼, 이 점이 과거에 냉각 융합이 입증되었다고 잘못 믿게 만든 이유 중 하나임
    • COP가 뭔지 궁금하다면 Coefficient of Performance, 성능계수임, 위키백과 참고
    • COP은 반드시 같은 델타T에서 비교해야 함, 손실 없는 냉장고의 COP는 델타T=0이면 무한임, Peltier를 여러 개 쌓는다고 해서 COP가 올라가는 게 아니라 델타T가 커질 뿐임, 그럼에도 Peltiers는 여전히 멋지고 조금 더 나아지면 활용 아이디어가 많음, 기술 발전은 항상 환영임
    • "비교가 어려운 이유는 온도 구배(gradient) 때문임, 일반적인 에어컨은 15-20°C를 관리하고 사실 그 이상도 처리함, 냉동고는 50°C 이상도 관리함, 온도차가 클수록 효율이 더 안 좋아지는 경향이 있음"
    • 20°C 온도차에서는 어떨지 궁금함, 냉장고나 에어컨 대부분이 그 정도 온도차임, Peltier를 여러 개 쌓으면 델타T는 커질 수 있지만 COP는 급격히 떨어지고, 13°C정도 온도차를 내려면 10개 정도 쌓아야 하고 전력도 10배로 들어감, 게다가 위쪽에 있는 Peltier가 아래쪽에서 올라온 폐열까지 처리해야 해서 상황이 더 나빠짐
  • 존스홉킨스에서 새로 개발한 소재에 대해 좀 더 자세한 정보를 담은 기사임, 관련 기사
  • 존스홉킨스 공식 발표문이 훨씬 괜찮음, 링크
    • 오히려 더 부족한 기사로 보임, "얇은 필름 기술이 소형 냉장 시스템에서 대형 빌딩 HVAC 시스템까지 확장될 수 있다"고 말하는데, 기사 어디에도 전통적인 압축기 기반 열펌프와 직접 비교를 하지 않는 게 이해가 안 됨
    • 이 기술로 원하는 온도 범위를 유지하는 기기를 만들 수 있는지 궁금함, 예를 들어 x보다 크고 y보다 작은 온도를 유지해야 하는 경우가 약품 보관에 필요함
    • 이런 방식으로 체온처럼 버려지는 열에서도 전기를 생산할 수 있고, 폐열 활용에도 쓸 수 있음
  • 글 작성자가 검색엔진에서 AI 키워드를 얻으려는 게 느껴짐
  • 이 장치가 기존 Peltier 쿨러와 뭐가 다른지 구체적으로 설명해줬으면 좋겠음, 이미 시중에도 이런 Peltier 쿨러를 쓴 미니 냉장고가 있는데, 냉각 성능이 일반 냉장고만큼 유지되지 못함
    • 진짜 획기적 발전인지, 아니면 단순히 기존 기술의 마케팅 포장만 더 잘한 건지 알기 어렵게 느껴짐
    • 나도 Peltier 쿨러가 달린 아이스박스를 쓰고 있는데, 몇 도 정도밖에 못 내림, 단독 냉장고로는 신뢰가 안 되고, 전력 소모도 훨씬 큼
  • Peltier의 비효율성 문제를 해결한 건지 궁금함
    • 75% 더 효율적이라고 주장함, 일반 압축기보다 좋은지는 의문이지만, 고출력 압축기가 고부하를 처리할 때는 적합하고, 적은 냉각이 필요할 때는 압축기 효율이 떨어져서 Peltier가 더 나은 틈새가 있다고 봄, 일반 냉장고는 온도 범위를 넓게 허용해서 이정도로도 충분함
    • 기존 Peltier는 약 10% 효율(COP 0.5~0.7) 정도인데, 최근 비스무트 텔루라이드 합금 같은 소재 발전 덕에 실험실에서는 15~20%까지 올랐음
    • 삼성의 Bespoke AI Hybrid Refrigerator처럼 압축기는 평상시 작동하고, 고부하 상황(대량 식품 저장 등)에는 Peltier가 함께 동작해서 쿨링과 효율을 높임, 나는 그냥 더 큰 압축기가 달린 냉장고를 고를 것 같음
    • 기사에 따르면 기존 대비 75% 효율이 높아졌다고 함
  • 예전에 PC튜닝 붐이던 2006년쯤에 eBay에서 Peltier 모듈을 사서 CPU 온도를 영하로 낮춰보려 시도했던 기억이 있음, 조립까지는 했지만 결로를 막을 방법이 없어서 실제로 CPU에 적용하진 못함, 그때는 pccooling이나 pccasemods 같은 포럼이 활성화되어 있었음, 그 시절엔 액화질소 냉각, 수랭 쿨링이 화제였고 CPU 온도 60°C는 감당 못 한다고 봤음, 지금도 오버클럭은 하지만 저소음, 낮은 부하 위주로 사용함, Peltier가 PC 냉각 시장을 접수할 일은 없을 듯, 라디에이터 용량이 여전히 똑같이 필요하고, Peltier는 단지 열을 더 빠르게, 더 낮은 온도로 이동시킬 뿐임
    • 요즘 CPU가 거의 다 온도에 따라 성능이 조절되기 때문에, 이렇게 조절 가능한 Peltier가 차세대 Turbo 버튼이 될 수도 있겠음, 그런데 예전의 Peltier 쿨러 세팅은 전기 먹는 하마였던 기억임
    • Bit-tech.net도 PC튜닝 커뮤니티로 유명했음
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