부동액
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1. 개요
부동액은 내연 기관의 냉각 시스템에서 물의 어는점 상승과 부식을 방지하기 위해 사용되는 물질이다. 초기에는 물이 냉각제로 사용되었으나, 어는점과 부식의 문제로 인해 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 등의 유기 화합물이 개발되었다. 에틸렌 글리콜은 높은 끓는점을 가지며, 프로필렌 글리콜은 독성이 낮아 대체재로 사용된다. 자동차 엔진 냉각 시스템에서는 부식 억제제, 윤활제 등이 첨가된 부동액이 사용되며, OAT, HOAT 등 다양한 기술이 적용된다. 부동액은 HVAC 시스템 및 산업용 열전달 매체로도 활용되며, 생물학적 부동액도 존재한다. 환경 및 안전 문제로 인해 부동액의 성분과 폐기 처리에 대한 규제가 존재하며, 한국에서는 에틸렌 글리콜 기반 부동액이 주로 사용되고 있다.
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| 부동액 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 냉각수 첨가제 |
| 주요 기능 | 물의 어는점 낮춤 |
| 용도 | 엔진 냉각 시스템, 산업용 냉각 시스템 등 |
| 주요 성분 | |
| 일반적인 성분 | 에틸렌 글리콜 프로필렌 글리콜 |
| 첨가제 | 부식 방지제 거품 억제제 pH 조절제 염료 |
| 작동 원리 | |
| 어는점 강하 | 물에 녹아 물 분자 간의 결합을 방해하여 어는점을 낮춤 |
| 종류 및 특징 | |
| 에틸렌 글리콜 기반 | 일반적으로 사용 어는점 강하 효과 우수 독성 |
| 프로필렌 글리콜 기반 | 저독성 환경 친화적 에틸렌 글리콜에 비해 어는점 강하 효과 다소 낮음 |
| 유기산 기술 (OAT) | 긴 수명 우수한 부식 방지 효과 |
| 무기산 기술 (IAT) | 전통적인 기술 수명 짧음 |
| 사용 시 주의사항 | |
| 혼합 비율 | 제조사 권장 비율 준수 |
| 보관 | 서늘하고 건조한 곳에 보관 |
| 교체 시기 | 제조사 권장 교체 주기 준수 |
| 독성 | 인체에 유해하므로 섭취 금지 |
| 기타 | |
| 스포츠 쿨런트 | 엔진 냉각 성능 향상을 위한 제품도 존재함 |
2. 역사와 원리
물은 라디에이터 내부의 가는 관을 파열시킬 수 있다. 순수는 섭씨 0도 이하에서 얼음이 되며 부피가 팽창하기 때문이다. 따라서 한랭지에서는 냉각수에 순수를 사용하는 것은 적합하지 않다. 대신 저온에서도 액체 상태를 유지하는, 빙점이 낮은 부동액을 사용해야 한다.
부동액의 주성분은 에틸렌글리콜(유럽산 자동차는 프로필렌글리콜[37])이며, 농도에 따라 저온 내성을 조절할 수 있다. 엔진용 부동액에는 방청제(녹 방지), 기포방지제(냉각 효율 증가) 등 다른 기능을 하는 성분도 포함되어 있다. 과거에는 2~3년 주기로 부동액을 교환했지만, 최근에는 신차 출고 시 10년간 교환이 필요 없는 타입도 나오고 있다.[38] 에틸렌글리콜은 독성이 있으므로, 교환 후 폐액을 하천이나 하수에 버리면 안 된다.[39] (일부에서는 독성이 없는 글리세린도 사용된다).
한랭지 사양 차량은 신차 출고 시 고농도 부동액이 충전되어 있다.[40]
엔진이나 난방 모두 농도 관리가 중요하다. 엔진의 경우 농도가 너무 높으면 고부하 시 과열의 원인이 된다. 난방도 순환액 보충 시 농도가 너무 진해지지 않도록 주의해야 한다. 반대로 증류수로 희석하면 동결이나 성능 저하의 원인이 되므로, 설명서에 따라 보충해야 한다.
농도가 낮을수록 열전도율이 높기 때문에, 여름에는 농도를 낮춰 엔진에 사용하는 경우도 있다. 영업용 차량은 차량 검사 및 점검 간격이 짧아 교환 주기도 짧으므로, 부동액을 넣은 후 다음 교환까지 증류수만 보충하기도 한다.
암모니아 흡수식 냉동기는 초기부터 실용화되었지만, 프레온 가스 규제 이후 업무용 냉동기에서 재평가받고 있다. 암모니아는 악취가 나는 독극물이므로, 누출 사고에 대비해 냉동기 본체와 다른 장소로 부동액 등을 순환시키는 간접식이 채택되기도 한다. 과거에는 영하 20℃에서도 얼지 않는 브라인(고농도 소금물)이 사용되었지만, 염분은 기기 부식의 원인이 되므로 현재는 자동차용과 마찬가지로 글리콜 용액이 주로 사용된다. 단, 냉동 기계 분야에서는 관례적으로 부동액을 브라인이라고 부르기도 한다.
2. 1. 초기 냉각 시스템
물은 내연 기관의 최초 냉각제였다. 물은 저렴하고 독성이 없으며 열용량이 높다는 장점이 있다. 그러나 물은 액체 상태의 온도 범위가 100켈빈에 불과하며, 얼면 부피가 팽창하는 단점이 있다.[1] 이러한 문제점을 해결하기 위해 성능이 향상된 대체 냉각제가 개발되었다.어는점과 끓는점은 용액의 성질이며, 용해된 물질의 농도에 따라 달라진다. 염은 수용액의 어는점을 낮추지만, 금속의 부식을 유발하기 때문에 냉각 시스템에는 사용되지 않는다. 반면 낮은 분자량의 유기 화합물은 물보다 어는점이 낮은 경향이 있어 부동액으로 사용하기에 적합하다. 특히 알코올을 포함한 유기 화합물의 용액이 효과적이다. 1920년대에 메탄올, 에탄올, 에틸렌 글리콜 등의 알코올이 상용화된 이후 모든 부동액의 기초가 되어 왔다.[1]
초기 엔진 냉각액 부동액은 메탄올(메틸알코올)이었다. 에틸렌 글리콜은 끓는점이 더 높아 난방 시스템과 더 호환되기 때문에 개발되었다.
2. 2. 에틸렌 글리콜의 등장
대부분의 부동액은 증류수, 첨가제, 그리고 모노에틸렌글리콜(MEG) 또는 모노프로필렌글리콜(MPG)과 같은 기본 제품을 혼합하여 만들어진다. 에틸렌글리콜 용액은 1926년에 처음 출시되었으며, 끓는점이 높아 추운 날씨뿐만 아니라 여름철에도 장점을 제공하기 때문에 "영구 부동액"으로 판매되었다.[1] 오늘날에는 자동차를 포함한 다양한 용도로 사용되지만, 프로필렌글리콜을 사용하여 만들어진 독성이 낮은 대체제도 있다.
에틸렌글리콜은 시스템 내에서 포름산, 옥살산, 글리콜산, 글리옥살산, 아세트산과 같은 5가지 유기산으로 산화될 수 있다. 이러한 에틸렌글리콜의 산화와 유기산 생성을 방지하기 위해, pH를 완충하고 용액의 알칼리성을 유지하는 첨가제가 포함된 억제된 에틸렌글리콜 부동액 혼합물이 사용된다. 또한, 금속의 부식 공격을 방지하기 위해 아질산염, 규산염, 붕산염, 아졸 등이 사용될 수 있다.
2. 3. 프로필렌 글리콜 및 기타 부동액
프로필렌 글리콜은 에틸렌 글리콜보다 독성이 훨씬 낮아 "무독성 부동액"으로 표시될 수 있다. FDA는 프로필렌 글리콜을 첨가가공식품에 다량 첨가하는 것을 허용하고 있으며, 아이스크림, 프로즌 커스터드, 샐러드 드레싱, 구운 제품 등과 전자 담배 액상의 주요 성분으로 널리 사용된다.[10] 이는 식품 가공 시스템이나 가정의 수도관 등 실수로 섭취될 가능성이 있는 곳에 에틸렌 글리콜 대신 사용될 수 있음을 의미한다.
프로필렌 글리콜은 산화되어 젖산이 된다.[10] 냉각 시스템에서는 생물막 형성으로 인해 박테리아 점액이 자라면서 부식 속도가 증가할 수 있다. 따라서 글리콜 용액을 사용하는 시스템은 동결 방지, pH, 비중, 억제제 수준, 색상 및 생물학적 오염을 정기적으로 모니터링해야 한다.[11][12][13][14]
프로필렌 글리콜 수용액이 붉은색이나 검은색으로 변하면 철이 심하게 부식되고 있다는 신호이므로 교체해야 한다. 억제제가 없으면 프로필렌 글리콜은 산소 및 금속 이온과 반응하여 포름산, 옥살산, 아세트산 등 다양한 유기산을 생성하여 시스템 내 금속 부식을 가속화한다.[11][12][13][14]
프로필렌글리콜메틸에테르는 디젤 엔진의 부동액으로 사용되는데, 글리콜보다 휘발성이 더 크다.[1] 글리세롤은 무독성이며, 비교적 높은 온도를 견디고, 부식성이 없어 한때 자동차 부동액으로 사용되었으나 널리 사용되지는 않는다.[1] 글리세롤은 에틸렌글리콜로 대체되기 전 자동차용 부동액으로 역사적으로 사용되었다.[15][16] 폭스바겐은 2008년에 글리세롤을 포함하는 ''G13''(TL 774-G) 부동액을 도입하여 저독성 및 감소된 온실가스 배출(이산화탄소(CO2))량으로 환경에 더 좋다고 판매했다.[17] 그러나 2018년부터 글리세롤이 더 이상 포함되지 않은 ''G12EVO''(TL 774-L)로 전환했다.[18]
3. 종류 및 특성
동결 방지 단백질은 특정 동물, 식물 등이 생성하는 화합물로, 얼음 생성을 방지하여 물의 어는점보다 낮은 온도에서도 생존할 수 있게 한다.[5][6] 극저온 생물학에서는 정자, 혈액, 줄기세포, 식물 종자 등의 동결을 방지하거나 억제하기 위해 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 글리세롤 등의 동결 방지제를 사용한다.[7][8]
에틸렌글리콜은 자체는 무색이지만, 시판 부동액에는 오인 섭취 방지 및 구분을 위해 착색제가 첨가된다. 자동차용 부동액의 경우, 일본 차에는 주로 빨강과 녹색이 사용되며, 그 외에도 연한 파랑, 분홍, 노랑 등 다양한 색상이 있다. 이러한 색상 차이는 제조사나 사용 기계에 따른 것이며, 성능과는 직접적인 관련이 없다.
색깔이 다른 부동액을 혼용하면 라디에이터나 냉각수 경로에 이상이 있는 것으로 오인될 수 있으므로, 같은 색깔의 부동액을 보충하거나 교체하는 것이 좋다. 하지만 정비 편의성 등의 이유로 다른 제조사 제품을 사용하거나, 성능상의 이유로 사외품을 사용하여 색깔이 바뀌는 경우에는 라디에이터나 냉각수 경로 내부를 깨끗이 세척한 후 교체해야 한다.
토요타자동차와 혼다기연공업은 수명이 연장된 슈퍼 LLC(Long Life Coolant)를 출시했다. 토요타는 슈퍼 롱라이프 쿨런트(분홍색), 혼다는 울트라 e 쿨런트(청색)로 색상을 변경했다. 이들 차량에는 기존의 적색 또는 녹색 LLC를 사용하면 누수나 부식 등의 문제가 발생할 수 있으므로 사용이 금지된다. 하지만 기존 토요타 및 혼다 차량에 일반 LLC 대신 슈퍼 롱라이프 쿨런트나 울트라 e 쿨런트를 사용하는 것은 문제가 없다. 단, 완전히 빼내고 넣는 것이 좋다. 마쓰다와 같이 일반 LLC와 슈퍼 LLC의 색상이 같은 경우(녹색)도 있으므로 혼용에 주의해야 하며, 라디에이터 캡에 FL22 표기가 있는지 확인해야 한다. 사외품 중에는 내전식 성능을 높인 제품도 있다.
프로필렌글리콜메틸에테르는 디젤 엔진의 부동액으로 사용되며, 글리콜보다 휘발성이 더 크다.[1]
글리세롤은 무독성이며, 비교적 높은 온도를 견디고, 부식성이 없다는 장점이 있어 한때 자동차 부동액으로 사용되기도 했다.[1] 폭스바겐은 2008년에 글리세롤을 포함하는 부동액을 도입하여 환경에 더 좋다고 판매했지만,[17] 2018년부터는 글리세롤이 포함되지 않은 부동액으로 전환했다.[18] 글리세롤은 많은 스프링클러 시스템에서 부동액으로 사용하도록 규정되어 있다.
3. 1. 에틸렌 글리콜 (Ethylene Glycol)
대부분의 부동액은 증류수, 첨가제, 그리고 주성분인 모노에틸렌글리콜(MEG)을 혼합하여 만들어진다.[1] 에틸렌글리콜 용액은 1926년에 처음 출시되었으며, 높은 끓는점 덕분에 추운 날씨뿐만 아니라 여름철에도 장점을 제공하여 "영구 부동액"으로 판매되었다.[1] 오늘날에는 자동차를 포함한 다양한 용도로 사용되지만, 독성이 낮은 프로필렌글리콜 기반 대체제도 사용된다.
에틸렌글리콜은 높은 끓는점, 낮은 어는점, 넓은 온도 범위에서의 안정성, 높은 비열 및 열전도율과 같은 바람직한 열적 특성을 가지고 있다.[1] 또한 점도가 낮아 펌핑에 필요한 에너지가 적게 든다.
에틸렌글리콜은 시스템 내에서 포름산, 옥살산, 글리콜산, 글리옥살산, 아세트산의 5가지 유기산으로 산화될 수 있다.[1] 이러한 산화를 방지하고 용액의 알칼리성을 유지하기 위해 pH 완충제가 첨가된 억제된 에틸렌글리콜 부동액 혼합물이 사용된다. 금속 부식을 방지하기 위해 아질산염, 규산염, 붕산염, 아졸 등이 사용될 수 있다.[1]
에틸렌글리콜은 쓰고 단맛이 나며, 섭취 시 독성 물질로 전환되어 치명적일 수 있다.[9] 순수 에틸렌글리콜의 치사량은 1.4ml/kg이지만, 1시간 이내에 치료하면 치사율이 훨씬 낮다. (에틸렌글리콜 중독 참조)[9] 따라서 에틸렌글리콜을 취급하거나 폐기할 때는 주의가 필요하다.
에틸렌글리콜 자체는 무색이지만, 시판 부동액에는 오인 섭취를 방지하고 부동액임을 쉽게 확인하기 위해 착색제가 첨가되어 있다. 자동차용 부동액의 경우 일본 차에는 주로 빨강과 녹색이 사용되며, 그 외에도 연한 파랑, 분홍, 노랑 등 다양한 색상이 사용된다. 이러한 색상의 차이는 제조업체나 사용 기계의 차이 등에 따른 것이며, 성능과는 직접적인 관련이 없다.
3. 2. 프로필렌 글리콜 (Propylene Glycol)
프로필렌 글리콜은 에틸렌 글리콜보다 독성이 훨씬 낮아 "무독성 부동액"으로 표시될 수 있다. 미국FDA는 프로필렌 글리콜을 첨가가공식품에 다량 첨가하는 것을 허용하고 있는데, 여기에는 아이스크림, 프로즌 커스터드, 샐러드 드레싱, 구운 제품 등이 포함되며, 전자 담배 액상의 주요 성분으로 널리 사용된다.[10] 프로필렌 글리콜은 식품 가공 시스템이나 가정의 수도관 등 에틸렌 글리콜이 부적절한 곳에 부동액으로 사용된다.프로필렌 글리콜은 산화되어 젖산이 된다.[10] 냉각 시스템 부식 외에도 생물막 형성이 발생한다. 박테리아 점액이 자라기 시작하면 시스템의 부식 속도가 증가한다. 글리콜 용액을 사용하는 시스템의 유지 보수에는 동결 방지, pH, 비중, 억제제 수준, 색상 및 생물학적 오염에 대한 정기적인 모니터링이 포함된다.
프로필렌 글리콜은 붉은색으로 변하면 교체해야 한다. 냉각 또는 난방 시스템의 프로필렌 글리콜 수용액이 붉은색 또는 검은색으로 변하면 시스템 내의 철이 상당히 부식되고 있음을 나타낸다. 억제제가 없으면 프로필렌 글리콜은 산소와 금속 이온과 반응하여 유기산(예: 포름산, 옥살산, 아세트산)을 포함한 다양한 화합물을 생성할 수 있다. 이러한 산은 시스템 내 금속의 부식을 가속화한다.[11][12][13][14]
3. 3. 기타 부동액
프로필렌 글리콜은 에틸렌 글리콜보다 독성이 훨씬 낮아 "무독성 부동액"으로 사용될 수 있다. 미국 FDA는 프로필렌 글리콜을 첨가가공식품에 다량 첨가하는 것을 허용하고 있으며, 전자 담배 액상의 주요 성분으로도 널리 사용된다.[10] 프로필렌 글리콜은 산화되어 젖산이 된다.[10] 글리콜 용액을 사용하는 시스템은 동결 방지, pH, 비중 등 정기적인 모니터링이 필요하다. 프로필렌 글리콜이 붉은색으로 변하면 교체해야 하는데, 이는 시스템 내 철의 부식을 나타낸다.[11][12][13][14]프로필렌글리콜메틸에테르는 디젤 엔진의 부동액으로 사용되며, 글리콜보다 휘발성이 더 크다.[1]
글리세롤은 무독성이며, 비교적 높은 온도를 견디고, 부식성이 없다는 장점이 있어 한때 자동차 부동액으로 사용되기도 했다.[1] 폭스바겐은 2008년에 글리세롤을 포함하는 부동액을 도입하여 환경에 더 좋다고 판매했지만,[17] 2018년부터는 글리세롤이 포함되지 않은 부동액으로 전환했다.[18] 글리세롤은 많은 스프링클러 시스템에서 부동액으로 사용하도록 규정되어 있다.
4. 자동차 엔진 냉각 시스템에서의 활용
대부분의 자동차 엔진은 폐열을 제거하기 위해 '물' 냉각형을 사용하는데, 여기서 사용되는 '물'은 실제로는 물과 부동액의 혼합물이다. 자동차 산업에서는 내연기관의 대류 열전달이라는 주요 기능을 포함하는 '''엔진 냉각액'''이라는 용어를 널리 사용한다. 자동차 분야에서 사용되는 경우, 알루미늄, 주철, 구리, 황동, 납땜 등 다양한 금속으로 만들어진 라디에이터를 보호하기 위해 부식 억제제가 첨가되며, 워터 펌프 씰 윤활제도 첨가된다.[1]
부동액은 열전달 유체로서의 물이 가진 단점을 극복하기 위해 개발되었다.
- 일반 물 사용 시 문제점
- * 동결: 북부 지역에서 일반 물을 엔진 냉각액으로 사용하면 동결되어 엔진 내부에 심각한 손상을 입힐 수 있다.
- * 갈바닉 부식: 일반 물은 갈바닉 부식의 발생률을 높인다.
- 엔진 냉각액 과열 시 문제점
- * 엔진 내부에서 끓어 보이드(수증기 주머니) 발생, 국부적인 열점 발생, 엔진의 치명적인 고장으로 이어질 수 있다.
- 부동액 사용의 이점
- * 적절한 엔진 냉각액과 가압 냉각 시스템은 물의 이러한 단점을 없애준다.
- * 적절한 부동액을 사용하면, 엔진 냉각액은 넓은 온도 범위를 견딜 수 있다. (예: 50%(체적) 프로필렌 글리콜을 증류수로 희석하고 15 psi의 가압 냉각 시스템을 사용하는 경우)
초기 엔진 냉각액 부동액은 메탄올(메틸알코올)이었다. 에틸렌 글리콜은 더 높은 끓는점이 난방 시스템과 더 호환되기 때문에 개발되었다.
에틸렌글리콜이 주성분이며(유럽산 자동차는 프로필렌글리콜[37]), 농도에 따라 저온 내성을 조절할 수 있다. 엔진용 부동액에는 녹을 방지하는 방청제와 냉각 효율을 높이는 기포방지제 등 다른 기능을 하는 성분이 포함되어 있어, 2~3년 정도를 기준으로 정기적으로 교환하는 것이 일반적이었지만, 최근에는 신차 출고 시점부터 10년간 교환이 필요 없는 타입으로 바뀌고 있다.[38] 에틸렌글리콜은 독성이 있으므로, 교환한 폐액을 하천이나 하수에 버리는 것은 금물이다.[39]
한랭지 사양 차량에는 신차 단계부터 고농도 부동액을 충전하여 한랭지 사용에 적합하게 하고 있다.[40]
엔진이나 난방 모두 농도 관리를 적절히 해야 한다. 엔진의 경우 농도가 너무 높으면 고부하 시 과열의 원인이 된다. 난방의 경우에도 순환액을 보충할 때는 농도가 너무 진해지지 않도록 조절해야 한다. 반대로 증류수로 희석하면 동결이나 성능 저하의 원인이 되므로, 설명서에 따라 보충하는 것이 좋다.
다만, 농도가 낮을수록 열전도율이 높기 때문에, 여름에는 농도를 낮춰 엔진에 사용하는 사용자도 있다. 또한, 영업용 차량의 경우, 차량 검사 및 점검 간격이 짧고 교환 주기도 짧다는 것을 전제로, 교환 시 부동액을 넣은 후 다음 교환까지 증류수만 보충하는 경우가 많다.
4. 1. 부동액 표준 및 규격
폭스바겐 그룹(VW TL 774)과 BASF(글리산틴(Glysantin)) 등 주요 자동차 제조사 및 화학 회사는 자체적인 부동액 표준을 개발하여 사용하고 있다.폭스바겐 그룹의 표준에는 G11, G12, G12+, G12++, G13, G12evo 등이 있으며, BASF의 표준에는 G30, G40, G48, G05, G33, G34 등이 있다.[3] [4] 각 표준은 부동액의 조성, 특성, 적용 차종 등에 따라 구분된다.
폭스바겐 그룹과 BASF의 주요 부동액 표준은 다음과 같다.
| 제조사 | 표준 |
|---|---|
| 폭스바겐 그룹 | |
| BASF |
토요타자동차와 혼다기연공업은 LLC(Long Life Coolant)를 발전시킨 슈퍼 LLC를 출시하였다. 토요타는 슈퍼 롱라이프 쿨런트(분홍색), 혼다는 울트라 e 쿨런트(청색)라는 이름으로, 각각 7년/16만 km, 11년/20만 km의 긴 수명을 제공한다.
일본공업규격(JIS)에서는 JIS K 2234 부동액(Engine antifreeze coolants)으로 표준화되어 있으며, 1종과 2종이 규격화되어 있다.
| 종류 | 기호 | 사용 기간 |
|---|---|---|
| 1종 (Class 1) | AF | 한겨울 |
| 2종 (Class 2) | LLC | 연중 |
4. 2. 부동액 관리 및 유지보수
부동액을 물과 섞어 사용한 후에는 주기적인 관리가 필요하다. 엔진 냉각수가 누출되거나 끓거나 냉각 시스템 배출 및 재충전이 필요한 경우 부동액의 동결 방지 기능을 고려해야 한다.[19] 더 추운 환경에서 차량을 운행해야 할 경우 부동액 비율을 높이고 물의 비율을 낮춰야 한다. 부동액 농도를 측정하여 용액의 어는점을 결정하는 데는 일반적으로 다음 세 가지 방법이 사용된다.[19]비중과 굴절률은 모두 온도의 영향을 받지만, 비중은 덜 민감하다. 그럼에도 불구하고 굴절률 측정에는 온도 보정이 권장된다.[19] 프로필렌글리콜 용액은 40% 및 100% 용액의 비중이 같아[19] 비중을 사용하여 시험할 수 없다. 다만 일반적인 사용에서 농도가 60%를 넘는 경우는 거의 없다.
위 세 가지 방법 중 하나로 얻은 농도를 통해 비등점도 비슷하게 결정할 수 있다. 글리콜/물 냉각제 혼합물에 대한 데이터 시트는 화학 공급업체에서 구할 수 있다.[20]
누출이 없다면 에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜과 같은 부동액은 기본적인 성질을 무기한 유지할 수 있다. 반대로 부식 억제제는 점차 소모되므로 때때로 보충해야 한다. HVAC 시스템과 같은 대형 시스템은 전문 업체가 관리하며, 부식 억제제를 첨가하고 냉각제 구성을 조절한다. 대부분의 자동차 제조업체는 부식 억제제를 갱신하고 축적된 오염 물질을 제거하기 위해 엔진 냉각수를 주기적으로 완전히 교체할 것을 권장한다.
냉각수가 동결하면 라디에이터 내부의 가는 관이 파열될 수 있다. 예를 들어 순수는 섭씨 0도 이하가 되면 얼음이 된다. 순수가 고체화되면 부피가 팽창하기 때문에, 순수를 사용하면 라디에이터 등이 파열될 수 있다. 따라서 섭씨 0도 이하가 되는 한랭지에서는 냉각수에 순수를 사용하는 것은 적합하지 않다. 그래서 저온에서도 액체 상태를 유지하는, 빙점이 낮은 부동액으로 교체해야 한다.
주성분은 에틸렌글리콜(유럽산 자동차는 프로필렌글리콜[37])이며, 농도에 따라 저온 내성을 조절할 수 있다. 엔진용 부동액에는 녹을 방지하는 방청제와 냉각 효율을 높이는 기포방지제 등 다른 기능을 하는 성분이 포함되어 있기 때문에, 2~3년 정도를 기준으로 정기적으로 교환하는 것이 일반적이었지만, 최근에는 신차 출고 시점부터 10년간 교환이 필요 없는 타입으로 바뀌고 있다.[38] 에틸렌글리콜은 독성이 있으므로, 교환한 폐액을 하천이나 하수에 버리는 것은 금물이다.[39]
한랭지 사양 차량에는 신차 단계부터 고농도 부동액을 충전하여 한랭지 사용에 적합하게 하고 있다.[40]
엔진이나 난방의 경우 모두 농도 관리를 적절히 해야 한다. 엔진의 경우 농도가 너무 높으면 고부하 시 과열의 원인이 된다. 난방의 경우에도 순환액을 보충할 때는 농도가 너무 진해지지 않도록 조절해야 한다. 반대로 증류수로 희석하면 동결이나 성능 저하의 원인이 되므로, 설명서에 따라 보충하는 것이 좋다.
다만, 농도가 낮을수록 열전도율이 높기 때문에, 여름에는 농도를 낮춰 엔진에 사용하는 사용자도 있다. 또한, 영업용 차량의 경우, 차량 검사 및 점검 간격이 짧고 교환 주기도 짧다는 것을 전제로, 교환 시 부동액을 넣은 후 다음 교환까지 증류수만 보충하는 경우가 많다.
5. 유기산 기술 (OAT) 부동액
대부분의 현대 자동차는 유기산 기술(OAT) 부동액(예: DEX-COOL[25]) 또는 하이브리드 유기산 기술(HOAT) 제형(예: Zerex G-05)[26])을 사용하여 제작되며, 이들은 모두 5년 또는 240000km의 연장된 수명을 가진다고 주장한다. OAT 부동액은 기존 부동액에 사용되던 규산염이나 인산염 대신 유기산을 부식 방지제로 사용하여 수명이 길고 부식 방지 성능이 향상되었다.
DEX-COOL은 특히 논란을 일으켰는데, 제너럴 모터스(GM)의 특정 엔진에서 흡기 매니폴드 가스켓 고장 등의 문제를 일으킨다는 주장이 제기되어 소송으로 이어지기도 했다.[27] 이러한 문제의 원인 중 하나로 지목된 2-에틸헥사노산칼륨 및 에틸헥산산은 나일론 6,6 및 실리콘 고무와 호환되지 않는 가소제로 알려져 있다. 미국과 캐나다에서 집단 소송이 제기되었고,[27] GM은 결국 합의를 통해 원고들에게 보상했다.[28][29]
DEX-COOL 제조사에 따르면, "'녹색' [비 OAT] 부동액을 DEX-COOL과 혼합하면 배치의 교체 간격이 2년 또는 약 48280.20km로 단축되지만, 그 외에는 엔진에 손상을 주지 않는다"라고 한다.[31] 그러나 DEX-COOL에 사용된 세바케이트와 2-EHA(2-에틸헥산산) 중 2-EHA는 경수와 잘 반응하지만 가스켓 누출을 유발할 수 있다.[23]
혼다와 토요타의 장수명 부동액은 2-EHA 없이 세바케이트를 사용하는 OAT를 사용하며, OAT가 축적되는 동안 보호 기능을 제공하기 위해 약간의 인산염을 첨가한다.[23] 혼다는 특히 2-EHA를 사용하지 않는다.[23]
일반적으로 OAT 부동액은 기존 부동액과 구별하기 위해 주황색 염료를 사용하지만, 빨간색이나 자주색 염료가 사용되는 경우도 있다. 일부 최신 OAT 부동액은 모든 유형의 부동액과 호환된다고 주장하며, 녹색이나 노란색을 띠기도 한다.[21]
토요타자동차와 혼다기연공업은 슈퍼 롱라이프 쿨런트(LLC)를 출시하여 부동액 수명을 연장했다. 토요타는 분홍색, 혼다는 파란색으로 색상을 변경하여 기존 부동액과의 혼용을 방지하고 있다. 하지만, 기존의 차량에 슈퍼 LLC를 사용하는 것은 문제가 되지 않지만, 완전히 빼내고 넣는 것이 권장된다. 마쓰다와 같이 슈퍼 LLC와 일반 LLC의 색상이 같은 경우(녹색) 혼용에 주의해야 하며, 라디에이터 캡에 FL22 표기가 있는지 확인해야 한다.
5. 1. 하이브리드 유기산 기술 (HOAT) 부동액
하이브리드 유기산 기술(HOAT) 부동액은 유기산 기술(OAT) 부동액에 전통적인 억제제(일반적으로 규산염)를 혼합한 것이다.[32] 지렉스(Zerex) G05는 규산염 함량이 낮고 인산염이 없으며, 벤조산염(benzoate) 억제제를 포함하는 HOAT 부동액의 한 종류이다.[23] HOAT 부동액의 수명은 최대 10년/약 289681.20km에 달할 수 있다.[32]HOAT 부동액에는 다음과 같은 종류가 있다.
6. 기타 산업 분야에서의 활용
유사한 혼합물은 HVAC 및 산업용 난방 또는 냉각 시스템에서 고용량 열전달 매체로 일반적으로 사용된다. 많은 제형에 부식 억제제가 포함되어 있으며, 고가의 배관 및 장비의 부식을 방지하기 위해 이러한 화학 물질을 (수동 또는 자동 제어하에) 보충할 것으로 예상된다.[3]
7. 생물학적 부동액
동결 방지 단백질은 특정 동물, 식물 및 기타 생물이 얼음 생성을 방지하기 위해 생성하는 화합물이다. 이러한 화합물 덕분에 숙주 생물은 물의 어는점보다 훨씬 낮은 온도에서도 기능할 수 있다. 동결 방지 단백질은 작은 얼음 결정에 결합하여 성장과 재결정화를 억제하는데, 이는 생물에게 치명적일 수 있다.[5][6]
동결 방지제는 극저온 생물학에서 정자, 혈액, 줄기세포, 식물 종자 등의 동결을 방지하거나 억제하는 데 사용된다.[7][8] 자동차 부동액에 사용되는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤은 생물학적 동결 방지제로도 활용된다.[7][8]
8. 환경 및 안전 문제
대부분의 상용 부동액에는 부식 방지제와 함께 식별을 돕기 위한 착색제(일반적으로 형광 녹색, 빨간색, 주황색, 노란색 또는 파란색)가 첨가된다.[21] 이러한 착색제는 누출 부위를 쉽게 확인하고, 서로 다른 종류의 부동액을 구별하는 데 도움을 준다.[21] 예를 들어, 플루오레세인 이나트륨 염료는 기존 에틸렌 글리콜 제형에 첨가되어 누출 시 다른 차량 유체와 시각적으로 구별되며, 비호환성 유형과 구별하기 위한 유형 표시자 역할을 한다.[21] 이 염료는 햇빛이나 검사등의 청색 또는 UV 광에 비추면 밝은 녹색 형광을 낸다.
자동차 부동액은 부식 억제제인 톨릴트리아졸 첨가 때문에 특유의 냄새가 난다.[34]
모든 자동차 부동액 제형은 윤활제, 완충제, 부식 억제제 등 첨가제(약 5%)의 혼합물 때문에 환경적으로 유해하다.[33] 이러한 첨가제는 제조사별로 다르며, 자세한 성분은 안전보건자료(SDS)를 통해 확인할 수 있다.[33] 일반적인 첨가제로는 규산나트륨, 인산이수소나트륨, 몰리브덴산나트륨, 붕산나트륨, 벤조산데나토늄, 덱스트린(히드록시에틸 전분)이 있다.
에틸렌글리콜은 독성이 있으므로, 교환 후 폐기할 때 하천이나 하수에 버려서는 안 된다.[39]
9. 한국의 부동액 시장 및 규제
한국에서는 일본공업규격(JIS) JIS K 2234 부동액(Engine antifreeze coolants)을 참고하여 부동액을 표준화하고 있다. JIS K 2234에는 1종과 2종이 규격화되어 있다.
| 종류 | 기호 | 사용 기간 |
|---|---|---|
| 1종 (Class 1) | AF | 한겨울 |
| 2종 (Class 2) | LLC | 연중 |
AF는 antifreeze의 약자로 보이며, LLC는 "2종 또는 LLC(롱 라이프 쿨런트라고 기재해도 무방)"라고 명시된 것으로 보아 long life coolant(장수명 부동액)으로 추정된다.[1]
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