CO₂ 저농도 혼합가스 제어 방법: MFC를 활용한 정밀 혼합 솔루션 가이드
CO₂ 저농도 혼합가스(500~2000 ppm)를 안정적으로 생성하는 것은 다양한 산업 및 연구 환경에서 필수적인 요구사항입니다. 본 포스팅에서는 Mass Flow Controller(MFC)를 활용한 CO₂ 희석 방식의 기술적 원리와 실무 적용 방안을 소개합니다.
1. CO₂ 희석 방식의 개요
500~2000 ppm 수준의 저농도 CO₂ 혼합가스를 생성하기 위해 일반적으로 두 가지 방법이 고려됩니다:
- 직접 희석 방식: 100% CO₂를 다단계 희석하여 목표 농도를 달성
- Pre-mixed 가스 희석 방식: 5% CO₂ in N₂ 또는 Ar 혼합가스를 이용하여 2차 희석
실제 적용에서는 Pre-mixed 혼합가스를 사용하는 방식이 정밀도, 안정성, 반복성 면에서 더욱 우수합니다.
2. 권장 시스템 구성 및 사양
MFC 혼합기를 활용한 시스템은 아래와 같은 구성으로 운영됩니다:
| MFC1 | 5% CO₂ in Ar, Full Scale 100 SCCM |
| MFC2 | 순수 Ar, Full Scale 2000 SCCM |
| 희석 방식 | 전체 유량 2000 SCCM 고정 후, MFC1/MFC2 비율 조절 |
| 제어 방식 | Readout Unit(SERO-2000N)을 통한 유량 설정 |
이 구성을 통해, 하나의 MFC 조합으로 500~2000 ppm 범위의 연속적 농도 제어가 가능합니다.
3. 목표 CO₂ 농도별 MFC 설정값
전체 유량을 2000 SCCM으로 고정한 상태에서, 원하는 CO₂ 농도(ppm)를 달성하기 위한 유량 설정값은 다음과 같습니다:
| 목표 CO₂ 농도(ppm) | MFC1 설정값(SCCM) | MFC2 설정값(SCCM) |
| 500 | 20.0 | 1980.0 |
| 700 | 28.0 | 1972.0 |
| 1000 | 40.0 | 1960.0 |
| 1500 | 60.0 | 1940.0 |
| 2000 | 80.0 | 1920.0 |
※ 계산식: MFC1 = 목표 CO₂ 농도(ppm) × 0.04 (전체 유량 2000 SCCM 기준)
4. 유량 제어 시 유의사항
- MFC1은 최소 20 SCCM 이상 설정해야 정밀 제어가 가능합니다. 이는 본 시스템의 최저 설정 농도 500 ppm에 해당합니다.
- MFC의 정확도는 ±1% F.S이며, 제어 가능 범위는 2~100%입니다.
- 설정값이 최소 제어 범위(예: MFC1의 경우 20 SCCM) 이하일 경우, 정확한 제어가 어려우므로 주의해야 합니다.
5. 기술적 결론 및 추천
CO₂ 저농도 혼합을 위한 최적의 솔루션은 다음과 같습니다:
- Pre-mixed 5% CO₂ in N₂/Ar 실린더 + N₂ 희석 조합
- 전체 유량 고정 후 MFC1 제어를 통한 농도 설정
- MFC 최소 제어 유량 확보(≥ 20 SCCM)로 안정성 확보
이 구성은 정밀 제어가 가능하며, 반복성과 재현성이 우수한 장점을 가집니다.
6. 장비 선택 참고 정보
MFC 및 Readout Unit 구성에 따른 추천 사양:
| 항목 | 모델명 | 사앵요약 |
| MFC | 3660 시리즈 | N2기준 최대 20 SLM, 정확도 ±1% F.S |
| Readout | SERO-2000N | ±15V 공급, 0~5V 제어, 최대 8CH 지원 |
7. 결론
500~2000 ppm 범위의 CO₂ 희석 제어를 위해서는 Pre-mixed 가스와 MFC 혼합기 조합이 최적의 솔루션입니다. 기술적 정확성과 실무적 안정성을 동시에 만족시킬 수 있는 구성으로, 연구소 및 반도체, 환경 분석 등 다양한 분야에서 효과적으로 적용할 수 있습니다.
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