상온 자기냉동연구에 관한 리뷰(Review on research of room trmperature magnetic refrigeration)

전문가 제언

□ 자기냉동(magnetic refrigeration)이란 자성물질에 자기장을 걸어주면 자기의 방향이 모아져서 열을 발산하고, 자기장에서 벗어나면 열을 흡수한다는 자기열량효과를 이용하여, 자성물질에 발생한 온도차를 주위에 흐르는 냉각수에 전달하여 냉각효과를 내는 것을 말한다. 기존 기계식 냉동방식은 프레온가스를 냉매로 사용하여 압축과 팽창과정을 통하여 주위의 온도를 흡수/방출 시키면서 냉각시키는 방식인데, 이 방식은 에너지 소모가 크고, 프레온 가스가 환경파괴의 주범이 되고, 움직이는 부품이 많아 소음이 많은 단점을 갖고 있다. 이 단점을 보완하기 위하여 대체 냉동방법으로 최근에 열전냉동(thermoelectric refrigeration) 과 자기냉동 방식이 세계 각국에서 활발히 연구 개발되고 있다.

□ 자기열량효과의 원리는 1920년대에 처음 발견되었다. 당시 이 원리를 이용하여 초전도 자석으로 강한 자기장을 걸어서 냉동효과를 얻는 장치가 개발되었지만 초전도자석이 -263℃의 극저온에서 작동하기 때문에 실용성이 낮았다.

□ 1996년에 미국 Ames 연구소가 가도리늄(Gd) 합금이 상온에서 자기냉동효과를 나타낸다는 사실을 발견하고, 이를 냉동방식에 응용한 자기냉동기를 최초로 개발하였다. 냉동기 개발 프로젝트는 Ames 연구소와 Astronautics 의 공동연구로 Ames 연구소는 재료개발과 장비기술연구를 담당했고, Astronautics는 기술과 장비를 만드는 연구를 담당하여 많은 연구비를 투자하고 있다. 앞으로 슈퍼마켓이나 식품 보관창고용의 대용량 냉동기를 개발할 계획을 갖고 있다고 한다.

□ 일본에서는 일본 교토대학 공학연구과에서 자기열량효과가 큰 자성물질로 망간, 비소와 안티몬의 화합물을 개발하는데 성공했다. 이는 자기엔트로피가 Gd 와 Gd5Si2Ge2 합금의 2배 정도 크다. 초전도자석을 이용하지 않고 영구자석을 사용한 자기냉동기를 개발하는데 크게 기여 할 것으로 전망하고 있다. 일본 중부전력과 도시바와 공동으로 영구자석을 이용하여 영도 이하까지 내릴 수 있는 자기냉동시스템을 개발 하였다고 2002년 테크노페어에서 공개한 바 있다.

□ 국내에서는 한국과학기술원 재료공학과에서 냉매 대신 수소저장 합금을 이용한 새로운 냉각방법을 개발하였다. 이 물질에 압력을 낮추면 저장하고 있는 수소를 방출하고 이때 주위의 열을 흡수하면서 온도를 내린다는 원리이다. 반대로 수소가 들어 올 때 열을 방출하므로 난방기로도 사용할 수 있다고 한다. 아직은 실용화 단계는 아니지만, 앞으로 연구 해 볼만한 흥미 있는 연구 분야이며, 차세대 냉난방 방법으로 활용되리라 기대가 된다.

저자

Yu, B.F.; Gao, Q.; Zhang, B.; Meng, X.Z.; Chen, Z.

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

에너지

연도

2003

권(호)

26(6)

잡지명

International Journal of Refrigeration

과학기술
표준분류

에너지

페이지

622~636

분석자

주*호

분석물

• 상온 자기냉동연구에 관한 리뷰.pdf [210,185 byte]

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