1. 서 론

이번 회에서는 열식 유량계에 속하는 매스 플로우 컨트롤러(MFC)와 매스 플로우 미터(MFM, 두 기기를 통칭하여 ‘매스 플로우’라 함)의 압력 조건에 대해, 이전 연재에서 다루었던 내용을 보완하여 설명한다. 현재 매스 플로우 시장의 주류는 반도체 제조 장비용 유량 제어 분야이다. 반도체 제조 공정에서는 일반적으로 MFC의 2차 측 압력이 대기압 이하 또는 진공 상태인 조건에서 가스를 제어한다. 이에 비해 시장 규모는 상대적으로 작지만, 2차 측이 가압 상태이며 1 MPa 이상의 고압 영역에서 유체를 제어해야 하는 애플리케이션도 분명히 존재한다. 이번 회에서는 이러한 고압 조건에서 사용되는 MFC를 중심으로, 반드시 이해해야 할 주요 사항을 설명하고자 한다.

2. MFC의 압력 조건에 관한 오해

필자는 평소 MFC라는 기기가 사용자들로부터 몇 가지 오해를 받고 있다고 생각한다. 그중 대표적인 것이 “MFC는 원하는 유량을 반드시 공급해 준다”는 인식이다. 즉 “MFC는 만능 장치이므로 배관에 설치하기만 하면 항상 설정한 유량을 공급해 준다”는 생각인데, 이는 큰 오해이다. 필자는 이러한 오해의 배경에 “MFC는 펌프이거나, 펌프와 유사하게 스스로 유량을 만들어내는 장치”라는 잘못된 선입견이 자리하고 있다고 본다. 그러나 지금까지의 연재를 통해 설명했듯이, MFC의 본질은 결코 그렇지 않다. MFC는 유량 센서가 측정한 유량값(PV: Process Value)과 외부에서 입력된 유량 설정값(SV: Set Value)을 비교한 후, 밸브 제어 신호(MV: Manipulated Value)를 증감시켜 내장된 유량 제어 밸브의 조임부에서 발생하는 압력 손실을 조절한다. 이를 통해 결과적으로 유량을 감소시키거나 일정하게 유지하는 방식이다(그림 1). 즉 MFC는 유량을 제어하는 장치일 뿐, 스스로 새로운 유량을 생성하는 장치는 아니다. 따라서 MFC를 포함한 가스 공급 시스템에서는 전체 압력 손실을 극복할 수 있을 만큼 충분한 압력으로 가스를 공급해야 한다. 또한 공급 압력은 MFC 후단의 압력 조건에도 영향을 받는다. 특히 대유량용 MFC의 경우 출구 측이 대기압 또는 진공 상태인 사례는 많지 않다. 대용량의 가스를 진공 챔버에 공급하고, 이를 배출할 수 있는 충분한 용량의 진공 펌프가 설치된 특수한 경우를 제외하면, 대부분의 애플리케이션에서는 2차 측 역시 어느 정도의 가압 상태가 된다. 따라서 필요한 2차 측 압력을 기준으로 역산하여 가스 공급측 압력을 결정해야 한다. 이 과정에서 MFC의 공급 압력이 1 MPa를 초과하여, 국내 「고압가스 안전관리법」에서 규정하는 ‘고압가스’ 범주에 해당하는 경우도 적지 않다.

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⇒ 본고는 월간지 ‘計測技術’(일본, 일본공업출판주식회사 발행)

2026년 4월호(연재)를 번역·전재한 것입니다. 본 기사의 무단 전재 및 복사는 저작권법상 금지되어 있습니다.