삼성과 존스 홉킨스가 만든 미래 냉장고 - 조용한 기술의 반란

삼성과 존스 홉킨스와 함께 개발한 미해형 냉장고

 

냉매 없는 냉장고, 미래를 시원하게 열다

 

1. 기존 냉장 기술의 한계

우리가 사용하는 일반 냉장고는 냉매(예: 프레온)를 압축해 기화시키면서 내부의 열을 흡수해 식품을 냉각합니다. 

• 냉매가 지구온난화 유발
• 소음 발생(압축기, 팬)
• 에너지 소비가 큼

기존 냉장고 vs 미래형 냉장고 차이

 항목                                       기존 냉장고                                                         삼성의 미래형 냉장고               

냉각 원리	냉매(프레온 등) 압축/기화	반도체(Peltier 효과 기반)
기술 핵심	압축기+증발기+냉매	헬티어(HELIOT) 소자
소음	압축기와 팬에서 소음 발생	소음 거의 없음
환경성	냉매 유출 시 지구온난화 유발 가능	냉매 無 → 친환경
정밀 제어	느리고 제한적	정밀하고 빠른 온도 조절
내구성/전력 효율	기계적 마모 우려 있음	전기적 제어 중심, 고효율 기대

 

2. 기술 원리: ‘헬티어(HELIOT)’ 소자

• 삼성심 기술: 나노 공학 기반의 열전 반도체(thermoelectric) 기술
• 작동 원리:
  전기를 가하면 한 쪽은 뜨거워지고, 반대쪽은 차가워지는 '펠티에 효과(Peltier Effect)'를 활용
• 이 현상을 정밀 제어해 냉각 면만 내부로 향하게 하면 냉매 없이도 음식물을 차갑게 만들 수 있음

 

펠티에(Peltier) 소자 작동 원리 검증

펠티에 효과(Peltier Effect)는 전류를 흘렸을 때 두 접점 사이에서 한쪽은 냉각되고, 다른 쪽은 가열되는 열전 효과입니다. 이때 중요한 특징이 바로 전류 방향을 바꾸면, 열 흐름도 반대가 된다는 점입니다.

전류 방향                                              A → B                                                        B → A                                                       

A 접점	냉각 (-)	가열 (+)
B 접점	가열 (+)	냉각 (-)

펠티에 소자에 전류 방향을 반대로 흘리면, 원래 차가웠던 면이 뜨거워지고, 뜨거웠던 면이 차가워집니다.
→ 즉, 히터로도 작동 가능하다는 건 과학적으로 정확한 설명입니다.

펠티에 효과의 기원

발견자	장 샤를 아테나이즈 펠티에 (Jean Charles Athanase Peltier, 프랑스 물리학자)
발견 시기	1834년
발견 내용	서로 다른 두 금속(A, B)을 접합한 회로에 전류를 흘리면, 한쪽 접점에서는 열이 흡수되고, 다른 쪽에서는 방출된다는 현상
물리 원리	열전 현상의 일종으로, 전류의 방향에 따라 열의 흐름이 반전됨

현재 산업에서의 활용 사례

 A. 냉각 시스템

분야적용 사례

전자기기	CPU 냉각, GPU 쿨러, 하이엔드 노트북
(예: Intel NUC 시스템, 게이밍 PC 일부 모델)
광학기기	CCD/CMOS 이미지 센서 냉각 (장노출 촬영용 카메라 등)
의료기기	DNA 증폭 장치, 바이오칩 냉각기 등 정밀 온도 제어 장비
생활가전	와인셀러, 포터블 미니 냉장고, 휴대용 차량 냉장고 등
우주/군수	위성 내부 장비 온도 유지, 적외선 센서 냉각, 드론 내부 냉각 등

B. 가열 시스템

• 펠티에 소자는 전류 방향을 반대로 흘리면 ‘히터’로도 작동합니다.
• 이 특성을 활용해 정밀히 가열·냉각이 모두 필요한 시스템에 사용됩니다.
  • 예: 의료용 분석 장비, 레이저 제어기, 산업용 챔버

C. 미래 기술 적용

친환경 냉장고	삼성 × 존스 홉킨스: HELIOT 소자 → 펠티에 기반 냉각 시스템으로 냉매 無
전기차 배터리 냉각	EV 배터리 및 파워 인버터 부품을 정밀 온도 유지
웨어러블 쿨링	전자 피부 패치, 쿨링 벨트 등 소형 열전소자 사용

공식 발표 및 논문

• 삼성전자는 2025년 5월 28일, 존스 홉킨스 APL과 공동으로 개발한 이 기술에 대한 논문을 《Nature Communications》에 발표했습니다.

논문 제목은 **"Nano-Engineered Thin-Film Thermoelectric Materials Enable Practical Solid-State Refrigeration"**이며, 이는 고성능 박막 열전 소재를 활용한 실용적인 고체 냉각 기술을 의미합니다.  

 https://www.donga.com/en/article/all/20250529/5630197/1?m=kor

Samsung, Johns Hopkins develop refrigerant-free cooling tech

 

전기요금 관점에서의 비교 (예상)

비교 항목기존 냉장고 (300L급 기준)HELIOT 냉장고 (예상 기준)

연간 소비전력	약 220~300 kWh	(초기) 약 250~350 kWh (초기엔 더 높을 수 있음)
에너지등급	1~2등급 가능	초기에는 3~4등급 수준 예상
월 전기요금	약 5,000~7,000원	약 6,000~9,000원 (개선 여지 있음)

 

⚠️ 초기형 펠티에 냉장고는 대용량에선 전기 사용량이 약간 높을 수 있으나,
▶ 소형 냉장 시스템(의료용, 차량용, 포터블 등)에서는 오히려 효율적일 수 있습니다.

 

미래 개선 방향

- 전력 소모를 줄이는 고성능 박막 열전 소재 개발 중
    → 삼성-APL 팀은 열전 효율을 나타내는 ZT 값을 기존보다 높인 기술로 이를 보완

- 모듈화 구조 → 필요한 부분만 냉각 가능
    → 전체 공간이 아닌 식재료 주변만 국소적으로 냉각함으로써 에너지 절약

- AI 제어 기반 에너지 최적화
   → 사용자의 냉장고 사용 습관을 분석해 냉각 패턴 조절, 불필요한 전력 낭비 줄임

 

3. 친환경 + 조용함 = 차세대 냉장고

• 냉매 무사용: 탄소 배출 및 냉매 누출 문제 해결
• 소음 無: 압축기와 모터가 없어 정숙한 환경 구현
• 크기 축소 가능: 모듈화된 구조로 소형 냉장 시스템 가능 → 웨어러블, 의료용까지 확장 가능

---

4. 삼성 + 존스 홉킨스 협력

• 삼성은 미국 존스 홉킨스대 응용물리학 연구소(APL)와 공동 개발
• 연구 결과는 세계적 권위 학술지 **《Nature Communications》에 2024년 말 게재됨
• *냉각 기술의 혁신이라는 평가와 함께, 향후 가전뿐 아니라 우주, 군사, 의료까지 적용 가능성 있음

---

5. 앞으로 어떻게 활용될까?

• 가전제품(냉장고, 와인셀러, 미니쿨러 등)에 우선 적용
• 의료기기(정밀 냉각 필요 장비), 우주선 내부 냉각, 전자기기 발열 제어 등 다양한 분야 확장 기대
• ‘초정숙, 초절전, 초친환경’ 가전 시대의 포문을 여는 기술로 주목

“냉장고는 더 이상 단순한 저장 장치가 아닙니다.
삼성과 존스 홉킨스가 개발한 냉매 없는 반도체 냉각 기술은
조용하고 친환경적인 미래 주방의 패러다임을 열고 있습니다.
냉각 기술의 진화는, 곧 생활 방식의 진화입니다.”