(국문)

본 연구는 히트파이프와 베이퍼 챔버와 같은 수동 열전달 장치를 통합하여 자기냉장 시스템의 열 방출 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 기존 증기압축식 냉장 시스템은 높은 에너지 소비와 환경에 유해한 냉매 사용이라는 한계를 가지고 있어, 자기장 변화에 의한 아디아바틱 온도 변화(ΔT_ad)를 활용하는 자기냉각 기술이 친환경 대안으로 주목받고 있다.

피어리뷰 저널에서 수집한 자화 데이터를 MATLAB에서 디지털화하고 처리하여 Maxwell 관계식을 이용해 자기엔트로피 변화(ΔS_M)를 계산하였으며, 문헌의 비열 값을 바탕으로 ΔT_ad를 추정하였다. MATLAB PDE Toolbox를 사용하여 히트파이프와 베이퍼 챔버 구조의 2차원 정상상태 열전달 해석을 수행하였으며, 자연대류 열전달 계수와 자기냉각재 표면 온도를 반영한 경계조건을 적용하였다.

연구 결과, 최적화된 베이퍼 챔버 형상이 능동형 팬 없이도 열 방출을 크게 가속화할 수 있으며, 이를 통해 시스템 성능계수(COP)와 내부 온도 안정성을 개선할 수 있음을 확인하였다. 히트파이프의 경우 심지 폭을 0.5mm에서 0.3mm로 조정하고 내부 압력을 0.15atm에서 0.10atm으로 낮출 때 등가 열저항이 약 12% 감소하였다. 베이퍼 챔버는 공동 높이를 2mm에서 2.8mm로 증가시켜 면내 열 확산 능력이 약 15% 향상되었다.

본 연구에서 제안한 설계 접근법은 친환경 냉장 응용을 위한 최적 자기냉각재와 수동 열 방출 구조 선택을 위한 재현 가능한 방법론을 제공한다. 이는 자기냉각 기술의 상용화 가능성을 높이고 에너지 효율적인 냉각 시스템 개발에 기여할 것으로 기대된다.

(영문)
This study aims to enhance the thermal dis sipation efficiency of magnetocaloric refrigeration systems by integrating passive heat transfer devices such as heat pipes and vapor chambers. The limitations of conventional vapor-compression refrigeration, including high energy consumption and environmentally harmful refrigerants, motivate the exploration of magnetocaloric cooling, which leverages the adiabatic temperature change (ΔT_ad) in duced by magnetic field variation. Magnetization data from peer-reviewed journals were digitized and processed in MATLAB to calculate the magnetic entropy change (ΔS_M) using the Maxwell relation and to estimate ΔT_ad based on literature heat capacity values. A 2D steady-state heat transfer analysis of heat pipe and vapor chamber struc tures was conducted using MATLAB PDE Toolbox, with boundary conditions reflecting natural convection heat transfer coefficients and magnetocaloric material surface temperatures. The results show that optimized vapor cham ber geometries can significantly accelerate heat rejection without active fans, thereby improving system coefficient of performance (COP) and internal temperature stability. The proposed design approach provides a reproducible methodology for selecting optimal magnetocaloric materi als and passive thermal dissipation structures for eco friendly refrigeration applications.