KR20150016100A - 가스 센서 모듈, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법 - Google Patents

가스 센서 모듈, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은, 대상 가스를 수용액에 용해시켜 수용액의 pH 변화를 측정함으로써, 대상 가스에 대한 선택도와 민감도를 향상시킬 수 있는 가스 센서 모듈, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면은, 수용액에 짝이온을 미리 용해시키되 그 양과 초기 수용액의 Ph를 조절하여 측정 대상 가스에 대한 측정 범위와 민감도를 조절할 수 있는 가스 센서 모듈, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 대상 가스의 양을 측정하는 가스 센서 모듈은, 상기 대상 가스와 동일한 해리 상수(pKa)를 갖는 물질의 짝이온이 용해된 수용액을 포함하고, 상기 대상 가스가 상기 수용액에 용해됨으로써 발생되는 상기 수용액의 pH 변화를 측정한다.

Description

가스 센서 모듈, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법{GAS SENSOR MODULE, REFRIGERATOR HAVING THE SAME AND CONTROL METHOD FOR THE REFRIGERATOR}
본 발명은 대상 가스의 양을 측정하는 가스 센서 모듈, 가스 센서 모듈을 포함하는 전자 제품 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
가스 센서는 특정 가스의 농도를 측정하는 장치로서, 측정 원리에 따라 반도체식 가스 센서, 접촉 연소식 센서, 전기화학 센서 등이 있다. 이 중에서 반도체식 가스 센서는 측정 대상 물질이 산화 또는 환원되면서 저항 성분이 바뀌는 영향을 측정하는 방식이고, 전기화학식 가스 센서는 전해질에 용존된 가스를 산화/환원시켜 발생하는 이온의 양을 측정하는 방식이다.
불활성 가스를 제외한 대부분의 가스가 산화/환원 경향을 가지고 있기 때문에 반도체식 가스 센서나 전기화학식 가스 센서는 측정하고자 하는 대상 가스 이외에 함께 존재하는 다른 가스 또한 측정되는 크로스토크(crosstalk) 현상이 발생한다. 따라서, 특정 가스를 선택적으로 측정할 수 있는 측정 선택도(selectivity)에 한계가 있다.
또한, 인체의 후각 기관은 냄새를 유발하는 가스를 ppb 레벨까지 감지할 수 있는데 반해, 현재의 가스 센서는 측정의 민감도(sensitivity)가 인체의 후각 기관보다 떨어져 ppm 레벨 이하의 가스를 측정하는데 어려움이 있다.
대상 가스를 수용액에 용해시켜 수용액의 pH 변화를 측정함으로써, 대상 가스에 대한 선택도와 민감도를 향상시킬 수 있는 가스 센서 모듈, 이를 포함하는 전자 제품 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면은, 대상 가스를 수용액에 용해시켜 수용액의 pH 변화를 측정함으로써, 대상 가스에 대한 선택도와 민감도를 향상시킬 수 있는 가스 센서 모듈, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면은, 수용액에 짝이온을 미리 용해시키되 그 양과 초기 수용액의 Ph를 조절하여 측정 대상 가스에 대한 측정 범위와 민감도를 조절할 수 있는 가스 센서 모듈, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 대상 가스의 양을 측정하는 가스 센서 모듈은, 상기 대상 가스와 동일한 해리 상수(pKa)를 갖는 물질의 짝이온이 용해된 수용액을 포함하고, 상기 대상 가스가 상기 수용액에 용해됨으로써 발생되는 상기 수용액의 pH 변화를 측정한다.
상기 대상 가스는, 휘발성 유기산 또는 암모니아인 것으로 할 수 있다.
상기 수용액에 용해된 짝이온의 농도에 따라 상기 가스 센서 모듈의 분해능이 달라질 수 있다.
상기 수용액의 초기 pH에 따라 상기 대상 가스의 농도에 대한 측정 범위가 달라질 수 있다.
상기 대상 가스가 휘발성 유기산인 경우, 상기 수용액은 상기 대상 가스의 해리 상수보다 높은 초기 pH를 가질 수 있다.
상기 수용액은 6 이상의 초기 pH를 가질 수 있다.
상기 대상 가스가 아세트산인 경우, 상기 수용액은 0.1mM 내지 100mM의 아세테이트(acetate) 이온이 용해될 수 있다.
상기 대상 가스가 암모니아인 경우, 상기 수용액은 상기 대상 가스의 해리 상수보다 낮은 초기 pH를 가질 수 있다.
상기 수용액은 7 이하의 초기 pH를 가질 수 있다.
상기 대상 가스가 암모니아인 경우, 상기 수용액에는 1μM 내지 10mM의 암모늄(ammonium) 이온이 용해되어 있다.
상기 수용액에는, 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 글리세롤(Glycerol) 및 폴리에틸렌 글리콜(Poly ethylene glycol)를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나가 첨가될 수 있다.
상기 가스 센서 모듈은 상기 pH 변화를 측정하는 전기 화학 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 전기 화학 센서는, 상기 수용액내의 pH 변화에 따라 전위가 달라지는 작업 전극; 및 상기 작업 전극의 기준이 되는 기준 전극을 포함할 수 있다.
상기 수용액을 수용하고, 가스가 유입되는 입구가 형성된 하우징; 및 상기 입구를 통해 유입된 가스를 투과시키는 다공성 멤브레인을 더 포함할 수 있다.
상기 다공성 멤브레인은, 다공성 폴리테트라 플루오로 에틸렌(polytetrafluoroethylene) 멤브레인을 포함할 수 있다.
상기 작업 전극과 상기 기준 전극은, 금속 박막의 형태를 갖고, 상기 수용액에 잠겨 있다.
상기 가스 센서 모듈은 상기 작업 전극과 상기 기준 전극의 전위차를 측정하는 전압계를 더 포함할 수 있다.
상기 작업 전극은 백금 전극이고, 상기 기준 전극은 염화은(Ag/AgCl) 전극인 것으로 할 수 있다.
상기 수용액에는 100mM 내지 4M의 염소 이온이 용해되어 있다.
상기 수용액은, 상기 수용액의 pH 변화에 따라 색이 달라지는 pH 지시약과 혼합되어 있다.
상기 pH 지시약은, 상기 대상 가스가 카르복실산인 경우, 0.001 중량% 내지 0.1 중량 %의 브로모티몰 블루(bromothymol blue) 및 0.001 중량% 내지 0.1 중량%의 메틸 레드(methyl red)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 것으로 할 수 있다.
상기 pH 지시약은, 상기 대상 가스가 암모니아인 경우, 0.001 중량% 내지 0.1 중량 %의 티몰 블루(thymol blue) 시약, 0.001 중량% 내지 0.1 중량 %의 크레솔 레드(cresol red) 및 0.001 중량% 내지 0.1 중량%의 페놀프탈레인(phenolphtalein) 시약을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 것으로 할 수 있다.
상기 수용액을 수용하고, 가스가 유입되는 입구가 형성된 하우징; 및 상기 입구를 통해 유입된 가스를 투과시키는 다공성 멤브레인을 더 포함할 수 있다.
상기 다공성 멤브레인은, 다공성 폴리테트라 플루오로 에틸렌(polytetrafluoroethylene) 멤브레인을 포함할 수 있다.
상기 수용액은, 액체 상태 또는 겔(gel) 상태로 존재할 수 있다.
상기 하우징은 그 내부에 섬유(fibre)를 포함하고, 상기 수용액은 상기 섬유에 흡수되어 고정될 수 있다.
상기 하우징은, 기체 투과성이 없고, 투명한 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전자 제품은 상기 가스 센서 모듈을 포함한다.
상기 전자 제품은 상기 가스 센서 모듈로부터 출력되는 신호를 수신하는 신호 수신부; 및 상기 수신된 신호에 기초하여 대상 식품의 상태를 판단하는 제어부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 가스 센서 모듈로부터 출력되는 신호와 상기 대상 식품의 상태 사이의 관계에 관한 정보를 미리 저장하고, 상기 저장된 정보에 따라 상기 대상 식품의 상태를 판단할 수 있다.
상기 전자 제품은 상기 판단된 대상 식품의 상태를 냉장고로 전달하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 전자 제품은 상기 판단된 대상 식품의 상태를 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
상기 전자 제품은 냉장고이고, 상기 제어부는, 상기 판단된 대상 식품의 상태에 따라 상기 냉장고의 온도를 제어할 수 있다.
상기 냉장고는 대상 식품의 희망 상태를 입력 받는 입력부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 입력된 대상 식품 희망 상태 및 상기 판단된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 상기 냉장고의 온도를 제어할 수 있다.
상기 전자 제품은 상기 가스 센서 모듈의 색을 감지하는 광센서; 및 상기 광센서에서 감지한 색에 기초하여 식품의 상태를 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 전자 제품은 상기 판단된 대상 식품의 상태를 냉장고로 전달하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 전자 제품은 상기 판단된 식품의 상태를 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
상기 전자 제품은 냉장고이고, 상기 제어부는, 상기 판단된 대상 식품의 상태에 따라 상기 냉장고의 온도를 제어할 수 있다.
상기 냉장고는 대상 식품의 희망 상태를 입력 받는 입력부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 입력된 대상 식품 희망 상태 및 상기 판단된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 상기 냉장고의 온도를 제어할 수 있다.
상기 대상 가스와 동일한 해리 상수(pKa)를 갖는 물질의 짝이온이 용해된 수용액을 포함하고, 상기 대상 가스가 상기 수용액에 용해됨으로써 발생되는 상기 수용액의 pH 변화를 측정하는 가스 센서 모듈을 포함하는 전자 제품의 제어 방법은, 상기 가스 센서 모듈로부터 출력되는 신호를 수신하고; 상기 수신된 신호에 기초하여 대상 가스의 농도를 판단하고; 상기 대상 가스의 농도에 기초하여 대상 식품의 상태를 판단하는 것을 포함한다.
상기 전자 제품의 제어 방법은 상기 판단된 대상 식품의 상태를 표시하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 제품은 냉장고이고, 상기 판단된 대상 식품의 상태에 기초하여 상기 냉장고의 온도를 제어하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 대상 가스와 동일한 해리 상수(pKa)를 갖는 물질의 짝이온이 용해된 수용액을 포함하고, 상기 대상 가스가 상기 수용액에 용해됨으로써 발생되는 상기 수용액의 pH 변화를 측정하는 가스 센서 모듈을 포함하는 전자 제품의 제어 방법은, 상기 가스 센서 모듈의 색을 감지하고; 상기 감지된 색에 기초하여 대상 가스의 농도를 판단하고; 상기 대상 가스의 농도에 기초하여 대상 식품의 상태를 판단하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 센서 모듈 및 이를 포함하는 가전제품에 의하면, 대상 가스를 수용액에 용해시켜 수용액의 Ph 변화를 측정함으로써, 측정 대상 가스에 대한 선택도와 민감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면은, 수용액에 짝이온을 미리 용해시키되 그 양과 초기 전해질의 PH를 조절하여 측정 대상 가스에 대한 측정 범위와 민감도를 조절할 수 있다.
상술한 가스 센서 모듈, 이를 포함하는 전자 제품 및 그 제어방법에 의하면, 대상 가스를 수용액에 용해시켜 수용액의 pH 변화를 측정함으로써, 대상 가스에 대한 선택도와 민감도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 김치의 숙성도에 따라 발생하는 가스의 종류와 농도를 나타낸 도표이다.
도 2는 육류의 숙성도에 따라 발생하는 가스의 종류와 농도를 나타낸 도표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 모듈의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 수용액의 pH 변화에 따른 아세트산의 해리도 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 5a는 외부 환경의 아세트산 농도에 따른 수용액의 pH 변화를 수용액에 미리 용존되는 아세테이트 이온의 양 별로 나타낸 그래프이다.
도 5b는 외부 환경의 아세트산 농도에 따른 수용액의 pH 변화를 수용액의 초기 pH 별로 나타낸 그래프이다.
도 6a는 김치의 발효 중에 발생되는 가스의 종류 별 특성 및 헨리 상수 값을 나타낸 도표이다.
도 6b는 육류의 냉장 보관 시에 발생되는 가스의 종류 별 특성 및 헨리 상수 값을 나타낸 도표이다.
도 7은 개별 ppm 레벨의 아세트산 농도에 따른 가스 센서 모듈의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 센서 모듈의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 제품의 제어 블록도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 제품의 외관도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고에 있어서, 온도 제어가 가능한 냉장고의 제어 블록도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 제품의 외관도가 도시되어 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 제품에 있어서, 자동으로 색 변화를 감지하는 전자 제품의 제어 블록도이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 제품에 있어서, 자동으로 색 변화를 감지하는 전자 제품의 외관도이다.
도 15a는 일 실시예에 따른 가스 센서 어셈블리의 블록도이다.
도 15b는 다른 실시예에 따른 가스 센서 어셈블리의 블록도이다.
도 16a 및 도 16b는 일 실시예에 따른 가스 센서 어셈블리의 사시도이다.
도 17a 및 도 17b는 다른 실시예에 따른 가스 센서 어셈블리의 사시도이다.
도 18a는 일 실시예에 따라 저장 용기에 부착된 가스 센서 어셈블리의 사시도이다.
도 18b는 다른 실시예에 따라 저장 용기에 부착된 가스 센서 어셈블리의 사시도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 제품의 제어 방법에 관한 순서도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 제품의 제어 방법에 있어서, 냉장고의 온도를 제어하는 방법에 관한 순서도이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 제품의 제어 방법에 관한 순서도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 제품의 제어 방법에 있어서, 냉장고의 온도를 제어하는 방법에 관한 순서도이다.
도 23은 전기 화학 센서를 이용하여 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어하는 방법의 일 실시예에 관한 순서도이다.
도 24는 전기 화학 센서를 이용하여 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어하는 방법의 다른 실시예에 관한 순서도이다.
도 25는 광센서를 이용하여 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어하는 방법의 일 실시예에 관한 순서도이다.
도 26은 광센서를 이용하여 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어하는 방법의 다른 실시예에 관한 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 측면에 따른 가스 센서 모듈, 이를 포함하는 냉장고 및 그 제어 방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 모듈은 특정 가스를 측정하는 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 환경 관리 분야, 안전 관리 분야, 의료 진단 분야, 식품 관리 분야 등에서 가스 센서 모듈이 사용될 수 있다. 본 발명의 구성 및 동작을 구체적으로 설명하기 위해, 이하 상술할 실시예에서는 가스 센서 모듈이 식품의 상태를 모니터링하는 식품 관리 분야에서 사용되는 경우를 예로 들어 설명하도록 한다.
도 1은 김치의 숙성도에 따라 발생하는 가스의 종류와 농도를 나타낸 도표이고, 도 2는 육류의 숙성도에 따라 발생하는 가스의 종류와 농도를 나타낸 도표이다.
식품의 숙성 또는 부패 시에는 다양한 종류의 가스가 발생하는바, 발생되는 가스의 종류와 양은 식품 자체의 숙성도 뿐만 아니라 첨가된 양념이나 부가 재료 등에 의해 많은 영향을 받게 된다.
발생되는 가스 중 식품의 숙성도와 밀접한 관계가 있는 가스 성분으로는 휘발성 유기산, 암모니아 등이 있으며, 이들 가스 성분은 신선한 상태에서는 검출되지 않고 숙성이 진행됨에 따라 숙성도에 비례하여 농도가 증가된다.
도 1을 참조하면, 발효 식품인 김치가 숙성되면 아세트산, 알데하이드, 황화합물, 알코올과 같은 가스가 발생한다. 이 때, 주도적으로 발생되는 가스는 알데하이드, 황화합물, 알코올이나, 이들 가스는 젓갈, 양념 등에서 발생하는 재료 의존성 가스로서 김치의 발효 또는 숙성 정도와 절대적인 연관성을 갖지는 않는다.
발효에 직접적으로 관여하는 가스는 미생물에 의한 부산물로서 생기는 휘발성 유기산이며, 도 1의 예시에서는 휘발성 유기산으로 아세트산이 표시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 아세트산은 발효 초기에는 거의 발생되지 않고 발효가 진행되면서 점진적인 증가를 보인다. 그러나, 그 농도는 다른 가스들에 비해 크게 낮은 수 ppm 정도에 불과하다.
따라서, 김치와 같은 발효 식품의 경우, 최대 수백 ppm 의 농도를 갖는 다른 가스들 속에서 1ppm 또는 그 미만의 낮은 농도를 갖는 휘발성 유기산을 감지해야 그 숙성도를 판단할 수 있다.
인간의 후각 기관의 경우, 개인별로 차이가 있기는 하나 대부분 수백대 일의 선택도(selectivity) 조건에서도 다른 가스들로부터 휘발성 유기산을 구분해낼 수 있다. 그러나, 현재 상용화된 대부분의 가스 센서는 수백 ppm 의 다른 가스 성분들 중에서 수 ppm 정도의 휘발성 유기산만을 선택적으로 측정하기 어렵다.
발효 식품이 아닌 일반 식품의 경우에도 발생되는 가스 성분으로부터 숙성도 또는 부패도를 파악할 수 있다. 육류의 경우, 저온 장기 보관 시 미생물에 의해 단백질이 분해되면서 아미노산이 증가된다. 육류의 숙성은 기본적으로 부패의 점진적인 과정으로 볼 수 있는바, 도 2에 도시된 바와 같이 단백질 내에 번식하는 세균에 의한 아미노산 대사 과정에서 암모니아, 황화합물, 알데하이드, VOC(Colatile Organic Compound)와 같은 가스가 발생하게 된다.
다만, 황화합물, 알데하이드, VOC 의 가스는 같은 종류의 가스 내에서 육류의 종류나 부위에 따라 변이가 일어나게 되는바, 단일 가스로 육류 숙성도 또는 부패도의 지표가 될 수 있는 가스는 암모니아이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 육류 숙성도에 따른 암모니아의 발생량이 크지 않으므로 1ppm 미만의 분해능을 갖추어야 육류의 숙성도를 정확하게 판단할 수 있다. 분해능(resolution)과 민감도는 센서가 얼마나 작은 농도까지 측정할 수 있는지를 나타내는 인자이다.
전술한 바에 따르면, 식품의 발효도 또는 숙성도를 판단하기 위해서는 수백 ppm의 다른 가스 성분 속에서 ppm 레벨의 특정 가스를 선택적으로 감지할 수 있도록 높은 선택도와 민감도(sub ppm의 분해능)를 가져야 한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 가스 센서 모듈은, 인간의 후각 시스템과 유사한 반응 원리를 채용하여 높은 선택도와 민감도(sub ppm의 분해능)를 구현할 수 있는바, 이하 본 발명의 일 측면에 따른 가스 센서 모듈의 구조 및 동작 원리에 관하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 모듈의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 모듈(100)은 하우징(101) 내부를 채우는 수용액(110), 수용액(110) 내에 대상 가스가 용해될 때 발생하는 pH 변화를 측정하기 위한 금속 전극(120,130) 및 금속 전극(120,130) 사이의 전위차를 측정하는 전압계(140)를 포함한다. 측정된 전위차는 측정 대상 가스의 농도에 비례한다.
측정 대상 가스는 하우징(101)의 상부에 형성된 입구(103)를 통해 유입되며, 입구(103)의 하부에는 다공성 멤브레인(150)이 구비되어 전해질의 증발을 최대한 억제하면서 외부의 가스 성분은 외부로부터 잘 유입되게 한다.
다공성 멤브레인(150)은 기체 투과성을 갖는 물질로 이루어지는바, 다공성 PTFE(PolyTetraFluoroEthylene) 막인 FEP(Fluorinated Ethylene Propylene) 막을 포함하는 대부분의 기체 투과성 수지가 사용될 수 있다. .
이하 상기 도 3의 구조를 참조하여 가스 센서 모듈(100)의 구체적인 동작 및 그 원리에 대해 설명하도록 한다.
전술한 바와 같이, 가스 센서 모듈(100)은 인간의 후각 시스템의 원리를 채용하는바, 하우징(101) 내부에 채워진 수용액(110)은 공기 중의 냄새 분자를 포집하는 인체 상피조직의 점액층의 기능을 수행한다. 수용액(110)은 물에 녹는 가스를 선택적으로 포집할 수 있다.
앞서, 식품의 발효도 또는 숙성도를 판단하는데 있어 휘발성 유기산 가스와 암모니아 가스가 중요한 지표로 사용될 수 있다고 하였다. 따라서, 가스 센서 모듈(100)은 휘발성 유기산 가스 또는 암모니아 가스를 대상 가스로 할 수 있다. 즉, 휘발성 유기산 가스나 암모니아 가스의 농도를 측정할 수 있도록 구성될 수 있다.
휘발성 유기산 가스와 암모니아 가스는 물에만 녹는 분극성 물질로서, 수용액(110)은 가스 센서 모듈(100)의 외부 환경에 존재하는 다양한 가스 성분 중 황화합물이나 VOC와 같은 지용성 분자를 제외한 휘발성 유기산 또는 암모니아와 같은 수용성 분자를 선택적으로 포집할 수 있다. 즉, 수용액(110)은 식품에서 발생하는 대부분의 황화합물과 VOC를 필터링하는 역할을 수행하여 가스 센서 모듈(100)의 대상 가스에 대한 선택도를 향상시킨다.
휘발성 유기산과 암모니아는 수용액에 녹았을 때 해리되어 수소 이온의 농도 변화를 유발한다는 공통점이 있다. 대표적인 휘발성 유기산인 카르복실산(R-COOH)의 경우, 수용액에 녹았을 때 수소 이온이 발생하여 수용액의 pH를 감소시키고, 암모니아(NH3)의 경우, 수용액에 녹으면 수용액의 수소 이온을 감소시켜 pH를 증가시킨다.
가스 센서 모듈(100)은 전기화학적 방식으로 상기 pH 변화를 측정하는바, 휘발성 유기산이나 암모니아가 수용액(110)에 용해되어 수용액(110)의 pH 변화를 유발하면, pH 변화에 따라 두 금속 전극(120,130) 사이에 전위차가 생기며 전압계(140)가 이 전위차를 측정한다. 측정된 전위차는 수용액(110)에 용해된 휘발성 유기산이나 암모니아의 농도에 비례한다.
이하, 대표적인 휘발성 유기산인 아세트산을 대상 가스로 하여, 가스 센서 모듈(100)이 우수한 선택도와 분해능을 가질 수 있도록 하는 수용액(110)의 설계에 관하여 구체적으로 설명하도록 한다.
아세트산이 수용액에 용해되면 아래 [화학식 1]에 따라 아세테이트 이온(acetate ion)과 수소 이온으로 분리된다. 이를 해리(dissociation)이라고 한다.
[화학식 1]
CH3COOH ↔ CH3COO- + H+
아세트산이 수용액에서 해리되는 정도는 아래 [수학식 1]에 따라 이온화 상수 또는 해리 상수로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Ka = [CH3COO-][H+]/[CH3COOH] = 1.8 x 10-5
즉, 아세트산의 이온화 상수(Ka)는 1.8 x 10-5 이며, 그 값이 너무 작으므로 pKa 4.7로 나타낼 수도 있다.
아세트산이 해리가 된 후에는 원래 아세트산이 가지고 있는 특성을 잃게 되고, 해리가 지속적으로 진행되면서 pH가 감소된다.
도 4는 수용액의 pH 변화에 따른 아세트산의 해리도 곡선을 나타낸 그래프이다. 도 4의 그래프의 y축은 비이온화 비율(Fraction of Deionization)이므로 그 값이 클수록 낮은 해리도를 나타내고 그 값이 작을수록 높은 해리도를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 아세트산이 용해되는 수용액의 pH가 아세트산의 pKa와 동일한 4.7인 경우, 아세트산의 해리도가 50%이므로 아세트산의 절반은 해리되어 그 특성을 잃게 되고 절반은 해리가 되지 않아 그 특성을 유지한다.
수용액의 pH가 4.7보다 작아지면 아세트산의 해리도가 급속히 떨어지면서 대부분의 아세트산이 해리되지 않고 그대로 존재한다.
반대로, 수용액의 pH가 4.7보다 커지면 아세트산의 해리도가 커지면서 아세트산이 지속적으로 해리된다. 아세트산이 수용액 내에서 지속적으로 해리되면, 수용액 내의 수소 이온이 증가되어 pH가 낮아지게 된다. 수용액의 pH가 낮아지면 일정 농도 이상의 아세트산이 해리되지 않고 존재하게 되는데, 휘발성 유기산인 아세트산은 해리되지 않은 상태에서 수용액 내에 존재하게 되면 다시 증발(evaporation)하려는 성질을 갖는다.
따라서, 수용액이 일정 농도의 아세트산 가스가 존재하는 환경에 노출되는 경우, 수용액에 용해된 아세트산이 지속적으로 해리되면서 pH가 줄어들게 되고, 수용액 내의 해리되지 않은 상태의 아세트산이 증발되면서 외부로부터 유입되는 가스와 증발되는 가스가 동적 평형 상태에 이르게 된다. 즉, 수용액의 pH가 변하지 않는 평형 상태가 된다.
또한, 외부 환경에 아세트산 가스가 존재하지 않게 되면 수용액 내의 아세트산이 지속적으로 증발되어 pH가 다시 상승한다. 가스 센서 모듈(100)은 이러한 원리를 이용하여 가역성(reversible)을 확보할 수 있고, 측정 분해능(sensing resolution)과 측정 범위(sensing range)를 조절할 수 있다.
가스 센서 모듈(100)은 그 용도에 따라 요구되는 측정 범위와 측정 분해능이 다른바, 수용액(110)의 조성비를 조정하여 원하는 측정 범위와 측정 분해능을 구현할 수 있다.
아래 [수학식 2]는 상기 [수학식 1]로부터 도출된 아세트산과 아세테이트 이온에 대한 Henderson-Hasselbalch 식을 나타낸다. 여기서, 아세트산과 아세테이트 이온은 짝산과 짝염기의 관계에 있다.
[수학식 2]
pH = pKa + log[CHCOO-]/[CH3COOH]
[수학식 2]에 따르면, 수용액의 pH는 용존된 아세테이트 이온과 아세트산의 비율에 의해 결정된다. 따라서, 초기 수용액에 아세테이트 이온이 미리 용존되어 있으면, 미리 용존된 아세테이트 이온의 양에 따라 아세트산에 대한 pH 반응도가 달라진다.
따라서, 초기 수용액(110)에 용존되는 아세테이트 이온의 양과 수용액(110)의 초기 pH값을 조정하여 측정 대상 가스에 대한 반응도와 측정 범위를 조절할 수 있다.
도 5a는 외부 환경의 아세트산 농도에 따른 수용액의 pH 변화를 수용액에 미리 용존되는 아세테이트 이온의 양 별로 나타낸 그래프이고, 도 5b는 외부 환경의 아세트산 농도에 따른 수용액의 pH 변화를 수용액의 초기 pH 별로 나타낸 그래프이다.
도 5a의 그래프는 초기 pH가 8인 수용액의 아세트산 가스의 농도에 따른 pH 변화를, 초기 아세테이트 이온의 농도가 3mM, 10mM, 30mM, 100mM인 경우에 대해 각각 계산한 것이다. 초기 아세테이트 이온의 농도는 수용액에 미리 용존되어 있는 아세테이트 이온의 농도를 의미한다.
도 5a를 참조하면, 초기 아세테이트 이온이 3mM인 경우에, 아세트산 가스 농도 변화에 따른 수용액의 pH 변화가 가장 크게 나타나고, 특히 1ppm 이하의 아세트산 가스에 대해서도 pH 변화가 크게 나타난다. 이로부터 초기 아세테이트 이온이 희박할수록 아세트산 가스에 대한 반응도가 우수하다는 것을 알 수 있다.
한편, 약산인 아세트산의 농도가 아무리 높아도 수용액의 pH가 3 이하로 떨어지는 것은 현실적으로 어렵다는 점을 고려하면, 초기 아세테이트 이온의 농도가 3mM인 경우에는 10ppm 이상의 아세트산 가스의 농도를 측정하는데는 한계가 있다.
반대로, 초기 아세테이트 이온의 농도가 100mM인 경우에는 3mM인 경우와 비교하여 1ppm 이하의 아세트산 가스에 대한 pH 변화는 크지 않다. 대신에 외부 환경의 아세트산 농도가 10ppm인 경우에도 pH가 5 정도에 머물러 10ppm 이상의 고농도 아세트산 가스 환경에서도 pH 변화를 측정할 수 있음을 예측할 수 있다.
도 5b의 그래프는 수용액의 초기 아세테이트 이온의 농도는 30mM으로 고정하고 수용액의 초기 pH를 변화시켜가면서 아세트산 가스의 농도에 따른 pH 변화를 계산한 것이다.
도 5b를 참조하면, 수용액의 초기 pH가 4인 경우에는 3ppm 이상의 아세트산 가스가 존재해야 수용액의 pH가 4 이하로 떨어지므로 아세트산 가스의 측정 범위가 3ppm 이상이라는 것을 알 수 있고, 수용액의 초기 pH가 5인 경우에는 1ppm 이상의 아세트산 가스가 존재해야 수용액의 pH가 5 이하로 떨어지므로 측정 범위가 3ppm 이상이라는 것을 알 수 있다. 수용액의 초기 pH가 6, 7, 8인 경우에는 유사한 파형을 갖는다.
상기 도 5a 및 도 5b에 관해 설명한 내용에 기초하여, 수용액(110)의 조성을 결정할 수 있다. 즉, 원하는 측정 분해능과 측정 범위에 따라 초기 아세테이트 이온의 농도와 수용액(110)의 초기 pH를 결정할 수 있는바, 가스 센서 모듈(100)의 용도나 사용 환경 등을 고려하여 수용액(110)의 조성을 결정함으로써 최적의 측정 분해능과 측정 범위를 구현할 수 있다.
상기 실시예에서는 대상 가스를 아세트산으로 하여 설명하였으나, 아세트산이 아닌 휘발성 유기산에 대해서도 동일한 설명이 적용될 수 있다. 따라서, 대상 가스가 아세트산 이외의 휘발성 유기산인 경우에도 수용액(110)의 초기 pH와 수용액(110)에 미리 용존되는 휘발성 유기산의 짝염기의 농도를 적절하게 조절하여 원하는 측정 범위 및 측정 분해능을 구현할 수 있다.
대상 가스가 카르복실산인 경우, 0.1mM 내지 100mM의 아세테이트 이온을 수용액(110)에 미리 용존시킬 수 있다. 이 때, NaCl(sodium chloride)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 아세테이트 이온이 들어가는 대부분의 시약이 사용될 수 있다.
수용액(110)의 초기 pH는 원하는 측정 범위에 따라 달라질 수 있으나, 대상 가스의 pKa보다는 큰 값을 갖도록 한다. 예를 들어, 대상 가스가 휘발성 유기산인 경우 수용액(110)의 초기 pH를 6 이상으로 하여 휘발성 유기산을 넓은 농도 범위에서 측정할 수 있다.
또한, 대상 가스가 암모니아인 경우에도 수용액(110)의 초기 pH와 수용액(110)에 미리 용존되는 암모니아의 짝산(암모늄 이온, NH4+)의 농도를 적절하게 조절하여 원하는 측정 범위 및 측정 분해능을 구현할 수 있다.
예를 들어, 수용액(110)에 1μM 내지 10mM의 암모늄 이온을 미리 용존시킬 수 있다. 이 때 수산화암모늄(ammonuim hydroxide)나 염화암모늄(ammonuim chloride)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 암모늄 이온이 포함되는 대부분의 시약이 사용될 수 있다.
암모니아는 pKa가 9.3인 알칼리성 가스로서, 대상 가스가 암모니아인 경우에는 수용액(110)의 초기 pH는 암모니아의 pKa보다 작은 값을 갖도록 한다. 예를 들어, pH 7이하의 초기 pH 조건을 사용할 수 있다.
아울러, 수용액(110)의 증발을 억제하고 어는 점을 낮추기 위해 에틸렌 글리콜(ehylene glycol), 글리세롤(Glycerol), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) 등이 수용액(110)에 첨가될 수 있다.
한편, 수용액(110)에 미리 용존되는 짝산 또는 짝염기가 반드시 대상 가스의 짝산 또는 짝염기이어야 하는 것은 아니다. 상기 [수학식 2]의 Henderson-Hasselbalch 식에 따라, 대상 가스와 동일한 pKa를 갖는 물질의 짝이온을 수용액(110)에 미리 용존시키는 것도 가능하다. 예를 들어, 대상 가스가 휘발성 유기산인 경우에는 해당 휘발성 유기산과 동일한 pKa를 갖는 물질의 짝염기를 미리 용존시킬 수 있고, 대상 가스가 암모니아인 경우에는 암모니아와 동일한 pKa를 갖는 물질의 짝산을 미리 용존시킬 수 있다.
도 6a는 김치의 발효 중에 발생되는 가스의 종류 별 특성 및 헨리 상수 값을 나타낸 도표이고, 도 6b는 육류의 냉장 보관 시에 발생되는 가스의 종류 별 특성 및 헨리 상수 값을 나타낸 도표이다.
기체 상태의 분자는 그 종류 별로 물에 녹을 수 있는 정도가 다르다. 헨리 상수(Henry constant)가 기체 상태의 분자가 액체 상태로 변환되어 용존할 수 있는 정도를 나타내는 지표가 될 수 있다. 헨리 상수가 높을 수록 물에 녹는 성질이 크다는 것을 나타내고, 헨리 상수가 작을 수록 물에 녹지 않는 성질이 크다는 것을 나타낸다.
도 6a를 참조하면, 김치의 숙성 시에 발생하는 가스 중 극성을 갖는 가스는 알코올, 알데하이드 및 아세트산이고, 나머지 이산화탄소(CO2), 산소(O2), 알코올, 수소(H2), 질소(N2)는 비극성을 갖는다. 비극성을 갖는 이산화탄소(CO2), 산소(O2), 알코올, 수소(H2), 질소(N2)는 전해질(110)에 잘 녹지 않는다.
헨리 상수가 가장 큰 가스는 휘발성 유기산인 아세트산이다. 그 헨리 상수는 5000 내지 10000에 이르고, 나머지 다른 가스들과 비교했을 때 수백배에서 수백만배 더 크다. 이는 아세트산이 다른 가스들보다 수백배에서 수백만배 더 물에 잘 녹을 수 있다는 것을 의미한다.
아세트산의 헨리 상수는 이산화탄소(CO2), 산소(O2), 수소(H2), 질소(N2), 황화합물은 물론이고 알코올이나 알데하이드와 비교했을 때에도 그 값이 훨씬 크기 때문에, 수용액(110)을 포함하는 가스 센서 모듈(100)이 다양한 김치 발효 가스 중에서 아세트산을 매우 높은 선택도로 포집할 수 있다는 것을 알 수 있다.
그리고, 아세트산은 김치의 숙성 시에 발생하는 가스 중에서 수용액의 pH 에 미치는 영향도 가장 크다. 따라서, 가스 센서 모듈(100)은 우수한 분해능으로 아세트산의 농도를 측정할 수 있으며, 알코올, 알데하이드 및 황화합물은 수용액에 극미량 녹을 수 있더라도 수용액의 pH에 영향을 미치는 정도가 매우 작으므로 이 점에 있어 가스 센서 모듈(100)의 선택도가 2차적으로 향상된다.
도 6b를 참조하면, 냉장 보관되는 육류에서 발생되는 가스 중 헨리 상수가 가장 높은 가스는 암모니아이므로 가스 센서 모듈(100)은 암모니아를 높은 선택도로 포집할 수 있고, pH 영향도도 가장 크므로 가스 센서 모듈(100)은 암모니아의 농도를 가장 우수한 분해능으로 측정할 수 있다.
지금까지 가스 센서 모듈(100)이 측정 대상 가스인 휘발성 유기산이나 암모니아를 선택적으로 포집하고 수용액(110)의 pH를 변화를 발생시키는 원리를 설명하였다. 이하, 다시 도 3을 참조하여 가스 센서 모듈(100)이 수용액(110) 내에 발생된 pH 변화를 측정하는 방식을 구체적으로 설명하도록 한다.
다시 도 3을 참조하면, 가스 센서 모듈(100)은 수소 이온의 농도에 민감한 작업 전극(120)과 수소 이온의 농도에 반응하지 않는 기준 전극(130)을 사용하여 수용액(110) 내의 pH 변화를 측정한다. 반응성을 높이기 위해 작업 전극(120)과 기준 전극(130)의 금속 박막 형태로 구현할 수 있다.
작업 전극(120)으로는 백금 계열의 전극을 사용할 수 있는바, 수소 감응형 금속 박막인 산화 이리듐(iridium oxide) 등 대부분의 귀금속 산화물이 사용될 수 있다. 전극 전위의 재현 반복성을 확보하고 표면 반응을 최대한으로 증가시키기 위해 나노 다공성의(nanoporous) 백금 전극을 사용할 수도 있고 카본 파우더(carbon powder)에 백금 입자를 섞어서 사용할 수도 있다.
기준 전극(130)으로는 Ag/AgCl을 사용할 수 있고 경우에 따라 금 전극 등의 pseudo-reference 등이 사용될 수도 있다. Ag/AgCl 전극은 점성을 띄는 페이스트 형태에서 가공되어 박막형으로 제조될 수 있다.
Ag/AgCl은 AgCl의 주변에 일정한 농도의 Cl 이온이 있을 경우 표면 반응은 다른 이온이나 성분에 영향을 받지 않고, Cl 이온의 농도에만 의존하는 특성을 갖는다. 따라서, Ag/AgCl을 기준 전극(130)으로 사용하기 위해서는 수용액(110) 내에 일정한 Cl 이온 조건을 만들어 주어야 한다. 이를 위해, 수용액(110)에 100mM 내지 4M의 KCl(Potassium Chloride)나 NaCl(Sodium Chloride)를 첨가할 수 있고, 이 외에도 Cl 이온을 포함하는 대부분의 시약이 첨가될 수 있다.
다공성 멤브레인(150)을 통해 유입된 휘발성 유기산이나 암모니아는 수용액(110) 내에서 해리되어 pH 변화를 야기한다. 작업 전극(120)은 이 수소이온의 농도에 따라 전위가 달라지고, 수용액(110) 내의 Cl 이온은 일정한 농도를 가지므로 기준 전극(130)은 수소이온의 농도에 관계없이 일정한 전위를 갖는다.
전압계(140)는 작업 전극(120)과 기준 전극(130) 사이의 전위차를 측정하는바, 측정된 전위차는 측정 대상 가스의 농도에 비례하므로 측정된 전위차로부터 대상 가스의 농도를 추정할 수 있다.
도 7은 아세트산의 여러 농도 조건에 따른 가스 센서 모듈의 출력을 나타낸 그래프이다.
전술한 바와 같이, 수용액(110)의 초기 pH와 초기 아세테이트 이온의 농도에 따라 측정 범위와 분해능이 결정될 수 있다. 도 7의 실험에서는 30mM의 소듐 아세테이트(sodium acetate)와 1M의 소듐 클로라이드(sodium chloride)가 수용액(110)에 용해되어 있다. 이들 물질은 용액의 pH에 상관없이 100% 해리되므로, 30mM의 아세테이트 이온(CH3COO-)과 1M의 염소 이온(Cl-)이 수용액(110)에 녹아 전기화학 반응에 참여하게 된다. 부가적으로, 약 1M의 소듐 이온(Na+)이 첨가될 수 있으나, 소듐 이온은 전기화학 반응에 참여하지 않는다.
도 7의 그래프는 상기 조건에서 외부 아세트산 가스의 농도를 2ppm부터 2ppm 씩 증가시켜가면서 10ppm 까지 가스 센서 모듈(100)의 출력을 측정한 것이다. 또한, 10ppm에 대한 측정이 완료된 후에는 외부 아세트산 가스의 농도를 0ppm으로 떨어뜨려 가역(reversible) 반응이 일어나는 것을 확인하였다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 센서 모듈의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 센서 모듈(200) 역시 하우징(201) 내부에 측정 대상 가스의 유입에 따라 pH가 변하는 수용액(210)이 채워지는바, 이 수용액(210)에 관한 설명은 전술한 실시예에 따른 가스 센서 모듈(100)의 수용액(110)에 관한 설명과 동일하다.
즉, 가스 센서 모듈(200)은 측정 대상 가스를 포집하여 수용액(110) 내의 pH 변화를 유발하는 구조까지는 전술한 실시예에 따른 가스 센서 모듈(100)과 동일하다. 가스 센서 모듈(200)의 하우징(201)에도 가스가 유입되는 입구(203)가 형성되고 입구(203)에는 기체 투과성을 갖는 다공성 멤브레인(250)이 마련되어 수용액(210)의 증발은 막고 가스는 잘 유입되도록 할 수 있다.
다공성 멤브레인(250)은 기체 투과성을 갖는 물질로 이루어지는바, 다공성 PTFE(PolyTetraFluoroEthylene) 막인 FEP(Fluorinated Ethylene Propylene) 막을 포함하는 대부분의 기체 투과성 수지가 사용될 수 있다. 하우징(201)은 기체 비투과성을 갖는 물질로 구성되며 유리나 각종 수지가 사용될 수 있다.
당해 실시예에 따른 가스 센서 모듈(200)과 전술한 실시예에 따른 가스 센서 모듈(100) 사이의 차이점은 pH 변화를 측정하는 방식에 있다.
당해 실시예에 따르면, pH에 따라 색이 달라지는 지시약 즉, pH 지시약(220)이 수용액(210)에 첨가된다. 따라서, 가스 센서 모듈(200)의 하우징(201) 내부에 채워지는 것은 수용액(210)과 pH 지시약(220)의 혼합 용액이다. pH 지시약은 용액 내부의 수소 이온과의 반응 정도에 따라 그 색이 변하는 특성을 갖는다.
일 실험예로서, pH 지시약으로서 브로모티몰 블루(bromothymol blue)와 메틸 레드(methyl red)가 포함된 3mM의 소듐 아세테이트 버퍼(sodium acetate buffer) pH 7.6을 아세트산에 노출시켰다. 아세트산 가스를 1cc 씩 주입한 결과, 주입되는 아세트산 가스의 양이 증가할수록 용액의 색이 파란색, 노란색, 빨간색으로 변하는 것을 확인할 수 있었다.
이는, 용액의 pH가 7.6일 때에는 브로모틸 블루가 파란색을 나타내다가 pH가 6.0이 될 때 노란색으로 바뀌는 결과가, pH 6.0에서 메틸 레드가 노란색을 나타내다가 pH가 4.8이 되면 빨간색으로 바뀌는 결과와 합쳐진 것이다.
따라서, 수용액(210)에 측정 대상 가스의 종류에 따라 적절한 pH 지시약(220)을 혼합하여 하우징(201)의 내부를 채울 수 있고, 이 때 수용액(210)과 pH 지시약(220)의 혼합 용액은 액체 상태나 겔(gel) 상태로 존재할 수 있으며, 하우징(201) 내부에 마련된 섬유(fibre)에 흡수되어 고정되는 것도 가능하다.
예를 들어, 측정 대상 가스가 카르복실산인 경우에는, 0.001wt% 내지 0.1wt%의 브로모티몰 블루 또는 0.001wt% 내지 0.1wt%의 메틸 레드 시약을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
구체적으로, 측정 대상 가스가 pKa 가 4.7인 아세트산 가스인 경우에는, 앞의 실험예에 따라 0.02wt%의 브로모티몰 블루와 0.005wt%의 메틸 레드를 10wt%의 에탄올에 반응시킨 후 수용액(210)에 녹일 수 있다. 에탄올은 pH 지시약을 녹이기 위해 사용되는 것이다.
또는, 측정 대상 가스가 암모니아인 경우에는, 0.001wt% 내지 0.1wt%의 티몰 블루(thymol blue), 페놀프탈레인(phenolphtalein) 등이 사용될 수 있고, 적은 농도의 암모니아를 측정하는 경우에는 같은 농도 레벨?? 크레솔 레드(cresol red), 브로모티몰 블루 등이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
구체적으로, 대상 가스가 pKa가 9.3인 암모니아인 경우에는, pH9.3의 대역을 포함하는 pH 지시약을 사용하는바, pH8.0 내지 pH9.6 사이에서 색의 변화가 나타나는 티몰 블루가 사용될 수 있다. ppm 이하의 희박한 암모니아 농도를 측정하기 위해서는 작은 pH 변화에도 색의 변화가 나타나야 하는바, 이 경우에는 pH7.0 내지 pH8.8 사이에서 색의 변화가 나타나는 크레솔 레드(cresol red)나 pH6.0 내지 pH7.6 사이에서 색의 변화가 나타나는 브로모티몰 블루가 사용될 수 있다.
대상 가스에 따라 적절한 pH 지시약(220)을 수용액(210)과 혼합하여 하우징(201) 내부를 채우면, 외부 환경에 존재하는 대상 가스가 하우징(201) 내부로 유입되어 수용액(210)의 pH 변화를 유발하고, pH 변화에 따라 pH 지시약(220)의 색이 변하게 된다. 하우징(201)을 투명한 물질로 구성하면 사용자가 외부에서 색 변화를 관찰함으로써 대상 가스의 농도를 파악할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 전자 제품의 실시예를 설명하도록 한다. 본 발명의 일 측면에 따른 전자 제품은 가스 센싱 기술이 적용되는 전자 제품으로서, 전술한 실시예에 따른 가스 센서 모듈(100,200)을 사용하여 대상 가스의 농도를 측정한다.
다양한 종류의 전자 제품이 본 발명의 실시예에 적용될 수 있으나, 도 9 내지 도 14b를 참조하여 설명하는 실시예에서는 대상 가스의 측정에 기초하여 식품의 숙성도 또는 부패도와 같은 상태를 판단하는 냉장고를 대표적인 예로 설명하도록 하고, 도 15 내지 도 18b를 참조하여 설명하는 실시예에서는 냉장고의 저장 용기에 부착되어 냉장고로 판단된 식품의 숙성도 또는 부패도와 같은 상태를 전달하는 가스 센서 어셈블리를 대표적인 예로 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 제품의 제어 블록도이고, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 제품의 외관도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고(300)는 전술한 실시예에 따른 가스 센서 모듈(100), 가스 센서 모듈(100)로부터 출력되는 신호를 수신하는 신호 수신부(310), 수신된 신호에 기초하여 식품의 상태를 판단하는 제어부(320) 및 그 판단 결과를 표시하는 디스플레이부(330)를 포함한다.
당해 실시예에 적용되는 냉장고(300)는 그 용도에 따라 김치를 보관하는 김치 냉장고일 수도 있고, 일반 냉장고일 수도 있다. 또한, 냉장고(300)의 구조 또는 형태에 따라 스탠드형과 뚜껑형으로 나뉠 수도 있는바, 스탠드형과 뚜껑형 모두 김치 냉장고일 수도 있고 일반 냉장고일 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고(300)는 그 종류나 용도에 제한을 두지 않으므로, 어느 냉장고든지 당해 실시예에 따른 냉장고(300)가 될 수 있다.
이하, 도 10a와 도 10b를 함께 참조하여 냉장고(300)의 구체적인 구성을 설명하도록 한다.
냉장고(300)는 본체(307)에 식품을 저장할 수 있는 저장실(303)이 마련되고, 저장실(303)에는 냉장고(300)로부터 분리 가능한 저장 용기(305)가 배치될 수 있다. 저장 용기(305)의 내부에는 가스 센서 모듈(100)이 장착되어 저장 용기(305) 내에 저장된 식품으로부터 발생되는 가스들 중 대상 가스의 농도를 측정할 수 있다.
냉장고(300)가 반드시 저장 용기(305)를 구비해야 하는 것은 아니며, 가스 센서 모듈(100)이 반드시 저장 용기(305) 내에 장착되어야 하는 것도 아니다. 가스 센서 모듈(100)은 냉장고(300)의 내부에 장착되기만 하면 되나, 가스 센서 모듈(100)이 밀폐된 저장 용기(305)에 장착되면 상태를 판단하고자 하는 식품에서 발생되는 가스 외에 다른 가스들의 영향을 받지 않으므로 대상 가스의 농도를 더 정확하게 측정할 수 있다.
저장실(303)의 내벽에는 신호 수신부(310)가 마련되어 가스 센서 모듈(100)의 출력 신호를 수신한다. 구체적으로, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 가스 센서 모듈(100)이 저장 용기(305) 내부에 장착된 경우, 가스 센서 모듈(100)의 출력 단자는 저장 용기(305)의 외부로 노출되어 저장실(303)의 내벽에 마련된 신호 수신부(310)와 접촉 또는 연결되어 유선으로 가스 센서 모듈(100)의 출력 신호를 수신할 수 있다. 반대로, 무선으로 통신하는 경우, 가스 센서 모듈(100)의 통신부(540)와 신호 수신부(310)가 무션 세션을 통해 페어링되고, 가스 센서 모듈(100)이 출력 신호를 신호 수신부(310)로 전달하여 신호 수신부(310)가 출력 신호를 무선으로 수신할 수 있다.
신호 수신부(310)의 통신 방법은 이하의 도 15a 및 도 15b의 통신부(540)의 통신 방법과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
냉장고(300)가 스탠드형의 구조를 갖는 경우에는, 신호 수신부(310)가 본체(307)의 내벽 후면에 마련될 수 있는바, 저장 용기(305)는 도 10b에 도시된 바와 같이 가스 센서 모듈(100)이 장착된 부분이 본체(307)의 후면을 향하도록 저장실(303)에 배치될 수 있다.
따라서, 가스 센서 모듈(100)은 저장 용기(305)에 저장된 식품에서 발생되는 대상 가스의 농도에 따라 신호를 출력하고, 신호 수신부(310)는 가스 센서 모듈(100)의 출력 신호를 수신하여 제어부(320)에 전달한다.
가스 센서 모듈(100)과 신호 수신부(310)는 상호 위치 관계를 고려하여, 서로 대응되는 위치에 장착될 수 있다.
제어부(320)는 가스 센서 모듈(100)의 출력 신호에 기초하여 식품의 상태를 판단한다. 전술한 바와 같이 식품의 숙성도 또는 부패도에 따라 발생되는 대상 가스의 양이 달라지므로, 제어부(320)는 대상 가스의 양에 따른 식품의 숙성도 또는 부패도를 데이터베이스화 시켜 저장하고 가스 센서 모듈(100)의 출력 신호에 대응되는 식품의 숙성도 또는 부패도를 결정할 수 있다.
식품의 종류와 크기에 따라 가스 센서 모듈(100)의 출력값에 차이가 날 수 있으므로 냉장고(300)에 구비된 입력부(340)를 통해 식품의 종류나 크기 등에 관한 정보를 입력받고, 제어부(320)는 입력된 정보를 함께 고려하여 식품의 상태를 결정할 수 있다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 냉장고(300)에 두 개 이상의 가스 센서 모듈(100)이 서로 다른 저장 용기(305)에 각각 장착될 수 있다. 이 때, 각 저장 용기(305)에 장착된 가스 센서 모듈(100) 중 하나는 휘발성 유기산의 농도를 측정하는 것으로 하고, 다른 하나는 암모니아의 농도를 측정하는 것으로 하면 김치와 육류를 각각 해당 저장 용기(305)에 저장하여 독립적으로 그 상태를 판단할 수 있다.
또는, 하나의 저장 용기(305)에 두 개 이상의 가스 센서 모듈(100)을 장착하되, 각 가스 센서 모듈(100)이 서로 다른 대상 가스를 측정하도록 구현하여, 저장 용기(305)에 저장되는 식품의 종류에 따라 두 개 이상의 가스 센서 모듈(100) 중 하나를 선택적으로 온(on) 시킬 수 있다.
제어부(320)에서 판단된 식품의 상태는 냉장고(300)에 마련된 디스플레이부(330)에 표시될 수 있다. 예를 들어, 대상 식품이 김치인 경우에는 제어부(320)가 가스 센서 모듈(100)의 출력 신호에 따라 김치의 상태를 생김치, 약간 익음, 익음, 산패의 단계 중 하나로 판단할 수 있고, 그 판단 결과를 디스플레이부(330)에 표시하여 사용자로 하여금 현재 김치의 상태를 알 수 있게 한다.
또는, 대상 식품이 육류인 경우에는 제어부(320)가 가스 센서 모듈(100) 의 출력 신호에 따라 육류의 상태를 숙성 단계와 부패 단계 중 하나로 판단하거나, 더 나아가 육류가 가장 먹기 좋은 상태가 언제인지를 판단하는 것도 가능하다. 그리고, 그 판단 결과를 디스플레이부(330)에 표시한다.
앞서 언급한 바와 같이, 가스 센서 모듈(100)은 가역성을 가질 수 있으므로 냉장고(300)에서 교체 시기가 될 때까지 지속적으로 사용될 수 있다.
한편, 냉장고(300)는 대상 식품의 상태를 표시하는 것에 그치지 않고, 저장실(303)의 온도를 제어하여 식품의 상태를 능동적으로 관리하는 것도 가능하다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고에 있어서, 온도 제어가 가능한 냉장고의 제어 블록도이다.
도 11을 참조하면, 냉장고(300)는 저장실(303) 내부에 냉기를 공급하는 냉각부(350)를 더 포함할 수 있다.
제어부(320)는 가스 센서 모듈(100)의 출력 신호에 기초하여 식품의 상태를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 저장실(303)의 온도를 제어할 수 있는바, 저장실(303)의 온도 제어를 위해 냉각부(350)에 제어 신호를 전송한다.
제어부(320)는 미리 저장된 데이터베이스에 따라 식품의 현재 상태에 대응되는 적절한 저장실(303)의 온도를 자체적으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 대상 식품이 육류인 경우 육류의 현재 상태가 부패 단계가 아닌 숙성 단계에 있는 경우 최적의 숙성 상태에 도달하거나 그 상태가 유지될 수 있도록 하는 저장실(303)의 온도를 판단하고, 그에 대응되는 제어 신호를 냉각부(350)에 전송할 수 있다.
제어부(320)는 입력부(340)를 통해 사용자로부터 대상 식품의 희망 상태에 관한 명령을 입력받고, 그에 따라 저장실(303)의 온도를 제어하는 것도 가능하다. 구체적으로, 가스 센서 모듈(100)이 대상 식품의 상태를 감지하기 전 또는 대상 식품의 상태를 판단한 뒤, 입력부(340)는 사용자로부터 대상 식품의 희망 상태에 대한 명령을 입력 받을 수 있다. 여기서, 대상 식품의 희망 상태는 숙성도, 신선도 및 숙성 시간 등 일 수 있다. 그리고, 제어부(320)는 가스 센서 모듈(100)의 출력 신호에 기초하여 대상 식품의 현재 상태를 판단하여 이를 디스플레이부(330)에 표시할 수 있다, 여기서, 대상 식품의 현재 상태는 현재의 숙성 상태, 신선도 및 예상 숙성시간 등일 수 있다. 또한, 제어부(320)는 입력부(340)에 입력된 대상 식품의 희망 상태 및 판단된 대상 식품의 상태에 기초하여 희망 온도 및 희망 산소 노출량을 결정하고, 냉각부(350) 등에 제어 신호를 전달하여 저장실(304) 내부의 온도 및 산소량을 조절하여 대상 식품이 희망 온도 및 희망 산소 노출량에 이르도록 할 수 있다. 또한, 제어부(320)는 가스 센서 모듈(100)이 마련된 특정 저장실(304) 또는 특정 저장 용기(305)의 온도 및 산소량을 조절하여 내부의 대상 식품이 희망 온도 및 희망 산소 노출량에 이르도록 독립적으로 제어할 수 있다.
예를 들어, 대상 식품이 김치인 경우 사용자가 김치의 상태를 익음 상태로 유지하라는 명령을 입력부(340)를 통해 입력하면, 제어부(320)는 김치의 현재 상태를 고려하여 김치의 상태를 익음 상태로 유지할 수 있는 저장실(303)의 온도를 판단하고 그에 대응되는 제어 신호를 냉각부(350)에 전송할 수 있다.
구체적으로, 대상 식품이 김치인 경우, 가스 센서 모듈(100)은 유기산을 검출하여 김치의 상태를 판단할 수 있다, 즉, 가스 센서 모듈(100)이 검출한 출력 신호에 기초하여 대상 식품의 특성을 파악하거나 미리 저장된 데이터 베이스에서 대상 식품의 특성을 로딩하여 현재 김치의 숙성 정도 및 숙성 예상 시간을 판단할 수 있다. 현재 김치의 숙성 정도가 미숙성 상태이고, 숙성 예상 시간이 2주라고 판단되면, 제어부(320)는 이를 디스플레이부(330)에 표시하도록 제어할 수 있다. 그리고, 사용자가 입력부(340)를 통해 희망 상태를 입력하여 냉장고(300)를 제어할 수 있다, 즉, 사용자는 입력부(340)를 통해 희망 숙성 시간을 3일로 입력하고, 제어부(320)는 입력된 희망 숙성 시간 및 숙성 예상 시간에 기초하여 김치가 저장된 특정 저장 용기(305)의 온도를 상승시키고, 산소 농도를 증가 시켜 숙성 시간이 단축되도록 제어할 수 있다.
또한, 대상 식품이 육류인 경우, 가스 센서 모듈(100)은 암모니아를 검출하여 육류의 상태를 판단할 수 있다, 즉, 가스 센서 모듈(100)이 검출한 출력 신호에 기초하여 대상 식품의 특성을 파악하거나 미리 저장된 데이터 베이스에서 대상 식품의 특성을 로딩하여 현재 육류의 신선도 및 신선도 유지 시간을 판단할 수 있다. 현재 육류의 신선도가 신선한 상태이고, 신선도 유지 예상 시간이 3일이라고 판단되면, 제어부(320)는 이를 디스플레이부(330)에 표시하도록 제어할 수 있다. 그리고, 사용자가 입력부(340)를 통해 희망 상태를 입력하여 냉장고(300)를 제어할 수 있다, 즉, 사용자는 입력부(340)를 통해 희망 신선도 유지 시간을 7일로 입력하고, 제어부(320)는 입력된 희망 신선도 유지 시간 및 신선도 유지 예상 시간에 기초하여 육류가 저장된 특정 저장 용기의 온도를 하강시키고, 산소 농도를 감소 시켜 숙성 시간이 단축되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(320)는 특정 저장 용기(305)의 온도를 영하 -1도로 하강 시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 제품의 외관도가 도시되어 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 제품(400)은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 센서 모듈(200)을 포함하다. 전자 제품(400)의 일 예로, 냉장고가 적용될 수 있으며 전술한 실시예에서와 같이 스탠드형, 뚜껑형 모두 적용될 수 있으나, 편의상 도 12에는 스탠드형 의 구조를 갖는 냉장고(400)를 도시하였다.
전술한 바와 같이, 가스 센서 모듈(200)은 대상 가스의 용해에 따른 수용액(210)의 pH 변화가 pH 지시약의 색 변화로 나타난다. 수용액(210)의 pH 변화는 대상 가스의 농도에 비례하므로, pH 지시약의 색 변화를 통해 대상 가스의 농도를 판단할 수 있다. 따라서, 저장실(403)에 배치된 투명한 저장 용기(405)의 내벽 전면에 가스 센서 모듈(200)을 장착하면, 사용자가 도어(401)를 열었을 때 보이는 가스 센서 모듈(200)의 색 변화를 통해 저장 용기(405)에 저장된 식품의 상태를 파악할 수 있다.
후술할 도 14a에 도시된 바와 같이, 냉장고(400)가 뚜껑형 구조를 갖는 경우에는 저장 용기(405)의 뚜껑을 투명하게 하여 저장 용기(405)를 꺼내거나 저장 용기(405)의 뚜껑을 열지 않더라도 그 내부에 장착된 가스 센서 모듈(200)의 색이 보여지도록 함으로써 사용자가 식품의 상태를 바로 확인하도록 할 수 있다.
한편, 냉장고(400)는 가스 센서 모듈(200)의 색 변화를 사용자가 직접 확인하게 하는 것과 더불어, 가스 센서 모듈(200)의 색 변화를 자동으로 감지하여 식품의 상태를 판단하는 것도 가능하다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 제품에 있어서, 자동으로 색 변화를 감지하는 전자 제품의 제어 블록도이고, 도 14a 및 도 14b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 제품에 있어서, 자동으로 색 변화를 감지하는 전자 제품의 외관도이다. 도 14a 및 도 14b의 예시에서는 전자 제품(400)이 냉장고인 것으로 한다.
도 13을 참조하면, 전자 제품(400)은 가스 센서 모듈(200), 가스 센서 모듈(200)의 색을 감지하는 광센서(410), 광센서(410)가 감지한 가스 센서 모듈(200)의 색에 기초하여 대상 식품의 상태를 판단하는 제어부(420) 및 판단된 대상 식품의 상태를 표시하는 디스플레이부(430)를 포함한다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 냉장고(400)의 도어(401)의 배면 즉, 도어(401)가 닫혔을 때 가스 센서 모듈(200)의 향하는 면에 광센서(410)가 장착된다. 저장 용기(405) 내부에 장착된 가스 센서 모듈(200)은 저장 용기(405)의 투명한 뚜껑 또는 투명한 몸체를 통해 외부에서 보여지고 도어(401)가 닫히면 광센서(410)가 가스 센서 모듈(200)의 색을 감지하여 그 출력 신호를 제어부(420)로 전송한다.
제어부(420)는 광센서(410)의 출력 신호에 기초하여 저장 용기(405)에 저장된 식품의 상태를 판단하고, 그 결과를 디스플레이부(430)에 표시할 수 있다. 또한, 입력부(440)를 통해 사용자로부터 대상 식품에 관한 정보가 입력되면 제어부(420)는 대상 식품의 상태를 판단함에 있어 그 정보를 고려할 수 있다.
당해 실시예에 따른 냉장고(400)에 의하면, 사용자는 도어(401)를 열어 가스 센서 모듈(200)의 색을 직접 확인함으로써 식품의 상태를 판단할 수도 있고, 냉장고(400)가 광센서(410)를 이용하여 자체적으로 판단한 식품의 상태를 디스플레이부(430)에 표시된 정보를 보고 확인할 수도 있다.
한편, 전술한 실시예에 따른 냉장고(300)에서와 같이, 당해 실시예에 따른 냉장고(400) 역시, 대상 식품의 상태를 표시하는 것에 그치지 않고 현재 대상 식품의 상태에 기초하여 저장실(403)의 온도를 능동적으로 제어할 수 있다. 온도 제어에 관한 내용은 전술한 냉장고(300)에 관한 실시예에서 설명한 바와 같다.
또한, 냉장고(400)는 전기화학적인 방식으로 수용액의 pH 변화를 측정하는 가스 센서 모듈(100)과 가스 센서 모듈(100)의 신호를 수신하는 신호 수신부를 더 포함할 수 있는바, 하나의 저장 용기(405)에 두 개의 가스 센서 모듈(100,200)이 장착된다. 이 경우, 사용자는 가스 센서 모듈(200)의 색 변화를 눈으로 직접 확인하여 대상 식품의 상태를 판단할 수도 있고, 냉장고(400)가 가스 센서 모듈(100)의 출력 신호에 기초하여 판단한 대상 식품의 상태를 디스플레이부(430)를 통해 확인할 수도 있다.
이하, 도 15a 내지 도 15b를 참조하여 가스 센서 모듈이 포함된 가스 센서 어셈블리의 실시예에 대해서 설명하도록 한다.
도 15a는 일 실시예에 따른 가스 센서 어셈블리의 블록도이다.
가스 센서 어셈블리(500)는 냉장고의 저장실 또는 저장 용기에 부착되어 저장실 또는 저장 용기 내의 대상 식품의 상태를 감지하여 판단한 뒤, 이를 냉장고(300, 400)에 전달한다. 또한, 가스 센서 어셈블리(500)는 저장실 또는 저장 용기에 탈부착이 가능한 구조로 마련될 수 있다.
구체적으로, 가스 센서 어셈블리(500)는 가스 센서 모듈(100), 디스플레이부(530), 제어부(520) 및 통신부(540)를 포함할 수 있다.
가스 센서 모듈(100)은 이상의 도 1내지 도 14b의 가스 센서 모듈과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 또한, 디스플레이부(530)는 이상의 도 9내지 도 14b의 디스플레이부와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
제어부(520)는 가스 센서 모듈(100)이 감지한 출력 신호를 수신 받아 대상 식품의 현재 상태를 판단할 수 있고, 판단한 대상 식품의 상태를 디스플레이부(530)에 표시하도록 제어 신호를 디스플레이부(530)에 전달할 수 있다, 대상 식품의 상태를 판단하고 디스플레이부(530)에 표시하도록 하는 제어부(520)의 구체적인 기능은 도 9내지 도 14b의 제어부와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
또한, 제어부(520)는 판단된 대상 식품의 상태 및 가스 센서 모듈(100)로부터 전달 받은 출력 신호를 통신부(540)에 전달하여 냉장고(300, 400)를 포함한 다른 장치로 전달하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(520)는 중앙 처리 장치로 기능하고, 중앙 처리 장치의 종류는 마이크로 프로세서일 수 있으며, 마이크로 프로세서는 적어도 하나의 실리콘 칩에 산술 논리 연산기, 레지스터, 프로그램 카운터, 명령 디코더나 제어 회로 등이 마련되어 있는 처리 장치이다.
또한, 마이크로 프로세서는 이미지 또는 비디오의 그래픽 처리를 위한 그래픽 프로세서(Graphic Processing Unit, GPU)를 포함할 수 있다. 마이크로 프로세서는 코어(core)와 GPU를 포함하는 SoC(System On Chip) 형태로 구현될 수 있다. 마이크로 프로세서는 싱글 코어, 듀얼 코어, 트리플 코어, 쿼드 코어 및 그 배수의 코어를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(520)는 마이크로 프로세서와 전기적으로 연결되는 별개의 회로 기판에 GPU, RAM 또는 ROM을 포함하는 그래픽 프로세싱 보드(graphic processing board)를 포함할 수 있다.
통신부(540)는 유선 또는 무선으로 네트워크(550)와 연결되어 외부 다른 전자 장치나 서버(551)와 통신할 수 있다. 통신부(540)는 홈 서버를 통해 연결된 서버(551)나 가정 내의 다른 전자 장치와 데이터를 주고 받을 수 있다. 또한, 통신부(540)는 홈 서버의 표준에 따라 데이터 통신할 수 있다.
통신부(540)는 네트워크(550)를 통해 원격 조정과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, 냉장고(300, 400)의 동작 등을 송수신할 수 있다. 나아가, 통신부(540)는 서버(551)로부터 사용자의 생활 패턴에 대한 정보 및 대상 식품의 특성에 대한 데이터를 수신하여 냉장고(300, 400)의 동작에 활용할 수도 있다. 나아가, 통신부(540)는 가정 내의 서버(551)뿐만 아니라, 사용자의 휴대용 단말(552)과 데이터 통신을 수행할 수도 있다.
통신부(540)는 유선 또는 무선으로 네트워크(550)와 연결되어 서버(551), 휴대용 단말(552) 또는 냉장고(300, 400)와 데이터를 주고 받을 수 있다. 통신부(540)는 외부 냉장고(300, 400)와 통신하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(540)는 근거리 통신 모듈(542), 유선 통신 모듈(541) 및 이동 통신 모듈(543)을 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈(542)은 소정 거리 이내의 근거리 통신을 위한 모듈일 수 있다. 근거리 통신 기술은 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(zigbee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE(Bluetooth Low Energy) 및 NFC(Near Field Communication) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유선 통신 모듈(541)은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 위한 모듈을 의미한다. 유선 통신 기술은 페어 케이블(pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블, 이더넷(ethernet) 케이블 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이동 통신 모듈(543)은 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버(551) 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다. 무선 신호는 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
따라서, 통신부(540)는 판단한 대상 식품의 상태 또는 가스 센서 모듈의 출력 신호를 냉장고(300, 400)의 신호 수신부(310)로 전달하고, 냉장고(300, 400)는 복수 개의 저장실 또는 저장 용기의 상태를 파악하고, 각각에 대한 온도 등을 조절할 수 있다.
도 15b는 다른 실시예에 따른 가스 센서 어셈블리의 블록도이다.
가스 센서 어셈블리(500)는 냉장고의 저장실 또는 저장 용기에 부착되어 저장실 또는 저장 용기 내의 대상 식품의 상태를 감지하여 판단한 뒤, 이를 냉장고(300, 400)에 전달한다. 또한, 가스 센서 어셈블리(500)는 저장실 또는 저장 용기에 탈부착이 가능한 구조로 마련될 수 있다.
구체적으로, 가스 센서 어셈블리(500)는 가스 센서 모듈(200), 광센서(610), 디스플레이부(530), 제어부(520) 및 통신부(540)를 포함할 수 있다.
가스 센서 모듈(200)은 도 12 내지 도 14b의 가스 센서 모듈(200)과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 또한, 디스플레이부(530), 제어부(520) 및 통신부(540)는 이상의 도 15a의 디스플레이부(530), 제어부(520) 및 통신부(540)와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
광센서(610)는 이상의 도 13 내지 도 14b의 광센서(410)와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
도 16a 및 도 16b는 일 실시예에 따른 가스 센서 어셈블리의 사시도이다.
가스 센서 어셈블리(500a)는 가스 센서 모듈(100, 200), 디스플레이부(530) 및 가스 센서 어셈블리용 하우징(560a)을 포함할 수 있다.
가스 센서 모듈(100, 200)은 가스 센서 어셈블리(500a)의 전면에 마련된다. 또한, 가스 센서 모듈(100, 200)은 도 1내지 도 14b의 가스 센서 모듈(100, 200)과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
디스플레이부(530)는 가스 센서 어셈블리(500a)의 전면에 마련되어 감지한 대상 식품의 상태 또는 대상 식품의 희망 상태 등을 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이부(530)는 LED(Light Emitting Diode) 기술, LCD(liquid crystal display) 기술 또는 LPD(light emitting polymer display) 기술 등이 사용될 수 있다. 이외에도 다양한 디스플레이 기술이 디스플레이부(530)에 이용되는 기술의 일례로 이용될 수 있을 것이다. 또한, 디스플레이부(530)는 이상의 도 9내지 도 14b의 디스플레이부와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
가스 센서 어셈블리용 하우징(560a)은 가스 센서 어셈블리(500a)의 내부 구성들을 보호하고 지지한다.
구체적으로, 가스 센서 어셈블리용 하우징(560a)은 가스 센서 어셈블리(500a)의 모든 면을 둘러 싸고, 외벽을 이룰 수 있다. 또한, 전면은 가스 센서 모듈(100, 200) 및 디스플레이부(530)가 외부에 노출될 홀이 형성될 수 있다. 또한, 후면은 탈착 부재(565a)가 마련될 수 있다.
탈착 부재(565a)는 가스 센서 어셈블리용 하우징(560a) 후면에 곡면을 갖도록 형성되어 저장 용기(505)의 일측면에 마련된 탈착용 기둥(570a)과 결합할 수 있다, 이로 인해, 가스 센서 어셈블리(500a)는 저장 용기(505)에 탈착이 용이할 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 다른 실시예에 따른 가스 센서 어셈블리의 사시도이다.
가스 센서 어셈블리(500b)는 가스 센서 모듈(100, 200), 디스플레이부(530) 및 가스 센서 어셈블리용 하우징(560b)을 포함할 수 있다.
가스 센서 모듈(100, 200)은 가스 센서 어셈블리(500b)의 전면에 마련된다. 또한, 가스 센서 모듈(100, 200)은 도 1내지 도 14b의 가스 센서 모듈과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
디스플레이부(530)는 가스 센서 어셈블리(500b)의 전면에 마련되어 감지한 대상 식품의 상태 또는 대상 식품의 희망 상태 등을 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이부(530)는 LED(Light Emitting Diode) 기술, LCD(liquid crystal display) 기술 또는 LPD(light emitting polymer display) 기술 등이 사용될 수 있다. 이외에도 다양한 디스플레이 기술이 디스플레이부(530)에 이용되는 기술의 일례로 이용될 수 있을 것이다. 또한, 디스플레이부(530)는 이상의 도 9내지 도 14b의 디스플레이부와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
가스 센서 어셈블리용 하우징(560b)은 가스 센서 어셈블리(500b)의 내부 구성들을 보호하고 지지한다.
구체적으로, 가스 센서 어셈블리용 하우징(560b)은 가스 센서 어셈블리(500b)의 모든 면을 둘러 싸고, 외벽을 이룰 수 있다. 또한, 전면은 디스플레이부(530)가 외부에 노출될 홀이 형성되고, 탈착 부재(565b)가 마련될 수 있다. 또한, 후면은 가스 센서 모듈(100, 200)이 외부에 노출될 홀이 형성될 수 있다.
탈착 부재(565b)는 가스 센서 어셈블리용 하우징(560b) 전면에 곡면을 갖도록 형성되어 저장 용기(505)의 일측면에 마련된 탈착용 기둥(570b)과 결합할 수 있다, 이로 인해, 가스 센서 어셈블리(500b)는 저장 용기(505)에 탈착이 용이할 수 있다.
도 18a는 일 실시예에 따라 저장 용기에 부착된 가스 센서 어셈블리의 사시도이다.
도 18a 도시된 바와 같이, 저장 용기(505)의 일 측면에 원기둥의 형상을 갖는 탈착용 기둥(570a)이 마련되고, 가스 센서 어셈블리(500a)의 후면에 마련된 탈착 부재(565a)는 탈착용 기둥(570a)에 연결된다. 따라서, 가스 센서 어셈블리(500a)는 저장 용기(505)의 일 측면에 고정될 수 있다. 이 경우, 가스 센서 어셈블리(500a)의 전면에 마련된 가스 센서 모듈(100, 200)이 저장 용기(505) 내의 대상 식품의 상태를 판단하고, 이를 가스 센서 어셈블리(500a)의 전면에 마련된 디스플레이부(530)에 표시하여 사용자에게 현재의 대상 식품의 상태를 인지시킬 수 있다.
도 18b는 다른 실시예에 따라 저장 용기에 부착된 가스 센서 어셈블리의 사시도이다.
도 18b 도시된 바와 같이, 저장 용기(505)의 일 측면에 원기둥의 형상을 갖는 탈착용 기둥(570b)이 마련되고, 가스 센서 어셈블리(500b)의 후면에 마련된 탈착 부재(565b)는 탈착용 기둥(570b)에 연결된다. 따라서, 가스 센서 어셈블리(500b)는 저장 용기(505)의 일 측면에 고정될 수 있다. 이 경우, 가스 센서 어셈블리(500b)의 후면에 마련된 가스 센서 모듈(100, 200)이 저장 용기(505) 내의 대상 식품의 상태를 판단하고, 이를 가스 센서 어셈블리(500b)의 전면에 마련된 디스플레이부(530)에 표시하여 사용자에게 현재의 대상 식품의 상태를 인지시킬 수 있다.
이하 본 발명의 일 측면에 따른 전자 제품의 제어 방법에 관한 실시예를 설명하도록 한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 제품의 제어 방법에 관한 순서도이다. 당해 실시예에 따른 전자 제품의 제어 방법에는 상기 도 9, 도 10a 및 도 10b의 실시예에 따른 전자 제품(300)이 적용될 수 있고, 전자 제품(300)은 냉장고인 것으로 한다.
도 19를 참조하면, 가스 센서 모듈로부터 출력 신호를 수신한다(S 510). 가스 센서 모듈(100)의 수용액(110)에 대상 가스가 용해되면서 pH 변화를 유발하면, pH 변화는 두 전극(120,130) 사이의 전위차를 유발하고, 가스 센서 모듈(100)은 이 전위차를 측정하여 냉장고(300)의 신호 수신부(310)로 전달한다.
가스 센서 모듈의 출력 신호에 기초하여 대상 가스의 농도를 판단한다(S 511). 가스 센서 모듈(100)의 출력 신호는 대상 가스의 농도에 비례하는바, 출력 신호와 대상 가스의 농도 사이의 관계를 미리 저장하여 대상 가스의 농도를 판단하는데 사용할 수 있다.
대상 가스의 농도에 기초하여 식품의 상태를 판단한다(S 512). 여기서, 대상 가스는 식품의 상태를 판단할 수 있는 지표에 해당하므로, 식품의 상태에 따라 대상 가스의 농도가 달라진다. 따라서, 식품의 상태와 대상 가스의 농도 사이의 관계를 포함하는 데이터베이스를 미리 구축하여 식품의 상태를 판단하는데 사용할 수 있다.
그리고, 판단된 식품의 상태를 표시한다(S 513). 사용자는 판단된 식품의 상태를 보고 식품에 대한 적절한 관리를 수행할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 제품의 제어 방법에 있어서, 냉장고의 온도를 제어하는 방법에 관한 순서도이다.
도 20을 참조하면, 가스 센서 모듈로부터 출력 신호를 수신하고(S 520), 가스 센서 모듈의 출력 신호에 기초하여 대상 가스의 농도를 판단한다(S 521).
그리고, 대상 가스의 농도에 기초하여 냉장고의 온도를 제어한다(S 522). 미리 저장된 데이터베이스에 따라 식품의 현재 상태에 대응되는 적절한 온도를 자체적으로 판단하거나 사용자로부터 원하는 식품 상태에 관한 명령을 입력받고 입력된 식품 상태에 도달하거나 유지하기 위한 온도를 판단할 수도 있다. 온도의 제어는 냉장고(300)에 구비된 냉각부를 이용하여 이루어질 수 있다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 제품의 제어 방법에 관한 순서도이다. 당해 실시예에 따른 제어 방법에는 상기 도 12 내지 도 14a 및 b의 실시예에 따른 전자 제품(400)이 적용될 수 있는바, 전자 제품(400)은 냉장고인 것으로 한다.
도 21을 참조하면, 광센서를 이용하여 가스 센서 모듈의 색을 감지한다(S 530). 가스 센서 모듈(200)은 대상 가스의 용해에 따른 수용액(210)의 pH 변화가 pH 지시약의 색 변화로 나타나는바, 가스 센서 모듈(200)에 대응되는 위치에 장착된 광센서(410)를 이용하여 가스 센서 모듈(200)의 색을 감지할 수 있다.
가스 센서 모듈의 색에 기초하여 대상 가스의 농도를 판단한다(S 531). 가스 센서 모듈(200)의 하우징(201)은 투명한 재질로 구성되므로, 수용액(210)과 혼합된 pH 지시약의 색 변화가 외부로 보여진다. 수용액(210)의 pH 변화는 대상 가스의 농도에 비례하므로, pH 지시약의 색 변화를 통해 대상 가스의 농도를 판단할 수 있다.
대상 가스의 농도에 기초하여 식품의 상태를 판단하고(S 532), 판단된 식품의 상태를 표시한다(S 533). 이에 관한 설명은 전술한 실시예에서와 같으므로 여기서는 생략하도록 한다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 제품의 제어 방법에 있어서, 냉장고의 온도를 제어하는 방법에 관한 순서도이다.
도 22를 참조하면, 광센서를 이용하여 가스 센서 모듈의 색을 감지하고(S 540), 가스 센서 모듈의 색에 기초하여 대상 가스의 농도를 판단한다(S 541).
그리고, 대상 가스의 농도에 기초하여 냉장고의 온도를 제어한다(S 542). 미리 저장된 데이터베이스에 따라 식품의 현재 상태에 대응되는 적절한 온도를 자체적으로 판단하거나 사용자로부터 원하는 식품 상태에 관한 명령을 입력받고 입력된 식품 상태에 도달하거나 유지하기 위한 온도를 판단할 수도 있다.
도 23은 전기 화학 센서를 이용하여 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어하는 방법의 일 실시예에 관한 순서도이다.
먼저, 가스 센서 모듈은 전기 화학 센서를 이용하여 가스의 전기 용량을 측정하여 현재 특정 구역 내의 가스의 상태를 전기적인 출력 신호로 변환하고, 신호 수신부는 가스 센서 모듈로부터 전기적인 출력 신호를 수신(S 610) 받는다.
그리고, 신호 수신부는 수신 받은 출력 신호를 제어부로 전달하고, 제어부는 가스 센서 모듈로부터 전달받은 출력 신호에 기초하여 특정 구역내의 대상 가스의 농도를 판단(S 611)한다.
이 후, 제어부는 판단한 특정 구역 내의 대상 가스의 농도에 기초하여 저장 용기 내의 대상 식품의 상태를 판단(S 612)한다. 구체적으로, 제어부는 대상 식품의 신선도, 신선도 유지 예상 시간, 숙성도 및 숙성 예상 시간 등을 판단할 수 있다. 그리고, 제어부는 디스플레이부에 제어 신호를 전달하여 디스플레이부가 판단한 대상 식품의 상태를 표시(S 613)하도록 한다.
그리고, 입력부를 통해 사용자가 대상 식품의 희망 상태를 입력(S 614)하면, 입력부는 이를 전기적인 입력 신호로 변환하여 제어부에 전달한다. 구체적으로, 사용자는 입력부를 통해 대상 식품의 신선도, 희망 신선도 유지 시간, 숙성도 및 숙성 희망 시간 등을 입력할 수 있다.
마지막으로, 제어부는 판단된 현재의 대상 식품의 상태 및 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어(S 615)한다.
도 24는 전기 화학 센서를 이용하여 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어하는 방법의 다른 실시예에 관한 순서도이다.
먼저, 입력부를 통해 사용자가 대상 식품의 희망 상태를 입력(S 620)하면, 입력부는 이를 전기적인 입력 신호로 변환하여 제어부에 전달한다. 구체적으로, 사용자는 입력부를 통해 대상 식품의 신선도, 희망 신선도 유지 시간, 숙성도 및 숙성 희망 시간 등을 입력할 수 있다.
그리고, 가스 센서 모듈은 전기 화학 센서를 이용하여 가스의 전기 용량을 측정하여 현재 특정 구역 내의 가스의 상태를 전기적인 출력 신호로 변환하고, 신호 수신부는 가스 센서 모듈로부터 전기적인 출력 신호를 수신(S 621) 받는다.
그리고, 신호 수신부는 수신 받은 출력 신호를 제어부로 전달하고, 제어부는 가스 센서 모듈로부터 전달받은 출력 신호에 기초하여 특정 구역내의 대상 가스의 농도를 판단(S 622)한다.
이 후, 제어부는 판단한 특정 구역 내의 대상 가스의 농도에 기초하여 저장 용기 내의 대상 식품의 상태를 판단(S 623)한다. 구체적으로, 제어부는 대상 식품의 신선도, 신선도 유지 예상 시간, 숙성도 및 숙성 예상 시간 등을 판단할 수 있다. 그리고, 제어부는 디스플레이부에 제어 신호를 전달하여 디스플레이부가 판단한 대상 식품의 상태를 표시(S 624)하도록 한다.
마지막으로, 제어부는 판단된 현재의 대상 식품의 상태 및 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어(S 625)한다.
도 25는 광센서를 이용하여 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어하는 방법의 일 실시예에 관한 순서도이다.
먼저, 가스 센서 모듈은 광센서를 이용하여 현재 가스의 산성에 따라 색이 변화된 지시 용액의 색을 감지(S 630)한다.
그리고, 광센서는 전기적인 출력 신호로 변환하고, 수신 받은 출력 신호를 제어부로 전달하고, 제어부는 가스 센서 모듈로부터 전달받은 출력 신호에 기초하여 특정 구역내의 대상 가스의 농도를 판단(S 631)한다.
이 후, 제어부는 판단한 특정 구역 내의 대상 가스의 농도에 기초하여 저장 용기 내의 대상 식품의 상태를 판단(S 632)한다. 구체적으로, 제어부는 대상 식품의 신선도, 신선도 유지 예상 시간, 숙성도 및 숙성 예상 시간 등을 판단할 수 있다. 그리고, 제어부는 디스플레이부에 제어 신호를 전달하여 디스플레이부가 판단한 대상 식품의 상태를 표시(S 633)하도록 한다.
그리고, 입력부를 통해 사용자가 대상 식품의 희망 상태를 입력(S 634)하면, 입력부는 이를 전기적인 입력 신호로 변환하여 제어부에 전달한다. 구체적으로, 사용자는 입력부를 통해 대상 식품의 신선도, 희망 신선도 유지 시간, 숙성도 및 숙성 희망 시간 등을 입력할 수 있다.
마지막으로, 제어부는 판단된 현재의 대상 식품의 상태 및 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어(S 635)한다.
도 26은 광센서를 이용하여 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어하는 방법의 다른 실시예에 관한 순서도이다.
먼저, 입력부를 통해 사용자가 대상 식품의 희망 상태를 입력(S 640)하면, 입력부는 이를 전기적인 입력 신호로 변환하여 제어부에 전달한다. 구체적으로, 사용자는 입력부를 통해 대상 식품의 신선도, 희망 신선도 유지 시간, 숙성도 및 숙성 희망 시간 등을 입력할 수 있다.
그리고,가스 센서 모듈은 광센서를 이용하여 현재 가스의 산성에 따라 색이 변화된 지시 용액의 색을 감지(S 641)한다.
그리고, 광센서는 전기적인 출력 신호로 변환하고, 수신 받은 출력 신호를 제어부로 전달하고, 제어부는 가스 센서 모듈로부터 전달받은 출력 신호에 기초하여 특정 구역내의 대상 가스의 농도를 판단(S 642)한다.
이 후, 제어부는 판단한 특정 구역 내의 대상 가스의 농도에 기초하여 저장 용기 내의 대상 식품의 상태를 판단(S 643)한다. 구체적으로, 제어부는 대상 식품의 신선도, 신선도 유지 예상 시간, 숙성도 및 숙성 예상 시간 등을 판단할 수 있다. 그리고, 제어부는 디스플레이부에 제어 신호를 전달하여 디스플레이부가 판단한 대상 식품의 상태를 표시(S 644)하도록 한다.
마지막으로, 제어부는 판단된 현재의 대상 식품의 상태 및 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 냉장고의 온도를 제어(S 645)한다.
지금까지 상술한 본 발명의 일 측면에 따른 가스 센서 모듈, 이를 포함하는 전자 제품 및 그 제어 방법에 의하면, 인간의 후각 기관 시스템을 채용하여 대상 가스를 수용액에 용해시키고 이로 인한 수용액의 pH 변화를 측정함으로써 우수한 선택도와 분해능으로 대상 가스의 농도를 측정할 수 있다.
또한, 수용액의 초기 pH와 수용액에 미리 용해되는 짝산 또는 짝염기의 농도를 조절함으로써 원하는 측정 범위와 측정 분해능을 갖는 가스 센서 모듈을 구현할 수 있다.
100, 200 : 가스 센서 모듈
101 : 하우징
110, 210 : 수용액
150, 250 : 멤브레인
220 : pH 지시약
300, 400 : 냉장고
310 : 신호 수신부
320, 420, 520 : 제어부
330, 430, 530 : 디스플레이부
340, 440 : 입력부
410 : 광센서
540 : 통신부
560 : 가스 센서 어셈블리용 하우징

Claims (53)

  1. 대상 가스의 양을 측정하는 가스 센서 모듈에 있어서,
    상기 대상 가스와 동일한 해리 상수(pKa)를 갖는 물질의 짝이온이 용해된 수용액을 포함하고,
    상기 대상 가스가 상기 수용액에 용해됨으로써 발생되는 상기 수용액의 pH 변화를 측정하는 가스 센서 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상 가스는, 휘발성 유기산 또는 암모니아인 것으로 하는 가스 센서 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용액에 용해된 짝이온의 농도에 따라 상기 가스 센서 모듈의 분해능이 달라지는 가스 센서 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용액의 초기 pH에 따라 상기 대상 가스의 농도에 대한 측정 범위가 달라지는 가스 센서 모듈.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 대상 가스가 휘발성 유기산인 경우,
    상기 수용액은 상기 대상 가스의 해리 상수보다 높은 초기 pH를 갖는 가스 센서 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수용액은 6 이상의 초기 pH를 갖는 가스 센서 모듈.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 대상 가스가 아세트산인 경우,
    상기 수용액은 0.1mM 내지 100mM의 아세테이트(acetate) 이온이 용해되어 있는 가스 센서 모듈.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 대상 가스가 암모니아인 경우,
    상기 수용액은 상기 대상 가스의 해리 상수보다 낮은 초기 pH를 갖는 가스 센서 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 수용액은 7 이하의 초기 pH를 갖는 가스 센서 모듈.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 대상 가스가 암모니아인 경우,
    상기 수용액은 1μM 내지 10mM의 암모늄(ammonium) 이온이 용해되어 있는 가스 센서 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용액에는,
    에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 글리세롤(Glycerol) 및 폴리에틸렌 글리콜(Poly ethylene glycol)를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나가 첨가되는 가스 센서 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 pH 변화를 측정하는 전기 화학 센서를 더 포함하는 가스 센서 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전기 화학 센서는,
    상기 수용액내의 pH 변화에 따라 전위가 달라지는 작업 전극; 및
    상기 작업 전극의 기준이 되는 기준 전극을 포함하는 가스 센서 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 수용액을 수용하고, 가스가 유입되는 입구가 형성된 하우징; 및
    상기 입구를 통해 유입된 가스를 투과시키는 다공성 멤브레인을 더 포함하는 가스 센서 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은,
    다공성 폴리테트라 플루오로 에틸렌(polytetrafluoroethylene) 멤브레인을 포함하는 가스 센서 모듈.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 작업 전극과 상기 기준 전극은,
    금속 박막의 형태를 갖고, 상기 수용액에 잠겨 있는 가스 센서 모듈.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 작업 전극과 상기 기준 전극의 전위차를 측정하는 전압계를 더 포함하는 가스 센서 모듈.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 작업 전극은 백금 전극이고, 상기 기준 전극은 염화은(Ag/AgCl) 전극인 것으로 하는 가스 센서 모듈.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 수용액에는 100mM 내지 4M의 염소 이온이 용해되어 있는 가스 센서 모듈.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용액은, 상기 수용액의 pH 변화에 따라 색이 달라지는 pH 지시약과 혼합된 가스 센서 모듈.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 pH 지시약은,
    상기 대상 가스가 카르복실산인 경우, 0.001 중량% 내지 0.1 중량 %의 브로모티몰 블루(bromothymol blue) 및 0.001 중량% 내지 0.1 중량%의 메틸 레드(methyl red)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 것으로 하는 가스 센서 모듈.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 pH 지시약은,
    상기 대상 가스가 암모니아인 경우, 0.001 중량% 내지 0.1 중량 %의 티몰 블루(thymol blue) 시약, 0.001 중량% 내지 0.1 중량 %의 크레솔 레드(cresol red) 및 0.001 중량% 내지 0.1 중량%의 페놀프탈레인(phenolphtalein) 시약을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 것으로 하는 가스 센서 모듈.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 수용액을 수용하고, 가스가 유입되는 입구가 형성된 하우징; 및
    상기 입구를 통해 유입된 가스를 투과시키는 다공성 멤브레인을 더 포함하는 가스 센서 모듈.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은,
    다공성 폴리테트라 플루오로 에틸렌(polytetrafluoroethylene) 멤브레인을 포함하는 가스 센서 모듈.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 수용액은, 액체 상태 또는 겔(gel) 상태로 존재하는 가스 센서 모듈
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 하우징은 그 내부에 섬유(fibre)를 포함하고,
    상기 수용액은 상기 섬유에 흡수되어 고정되는 가스 센서 모듈
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    기체 투과성이 없고, 투명한 재질로 이루어지는 가스 센서 모듈.
  28. 제 1항의 가스 센서 모듈을 포함하는 전자 제품.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 가스 센서 모듈로부터 출력되는 신호를 수신하는 신호 수신부; 및
    상기 수신된 신호에 기초하여 대상 식품의 상태를 판단하는 제어부; 를 더 포함하는 전자 제품.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가스 센서 모듈로부터 출력되는 신호와 상기 대상 식품의 상태 사이의 관계에 관한 정보를 미리 저장하고, 상기 저장된 정보에 따라 상기 대상 식품의 상태를 판단하는 전자 제품.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 판단된 대상 식품의 상태를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 전자 제품.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 전자 제품은 냉장고이고,
    상기 제어부는, 상기 판단된 대상 식품의 상태에 따라 상기 냉장고의 온도를 제어하는 전자 제품.
  33. 제 32 항에 있어서,
    대상 식품의 희망 상태를 입력 받는 입력부;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 입력된 대상 식품 희망 상태 및 상기 판단된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 상기 냉장고의 온도를 제어하는 전자 제품.
  34. 제 28 항에 있어서,
    상기 전자 제품은 냉장고의 저장실 및 저장용기 중 적어도 하나에 탈부착이 가능한 가스 센서 어셈블리이고,
    상기 가스 센서 모듈로부터 출력되는 신호에 기초하여 대상 식품의 상태를 판단하는 제어부; 및
    상기 판단된 대상 식품의 상태를 냉장고로 전달하는 통신부;
    를 더 포함하는 전자 제품.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스 센서 모듈로부터 출력되는 신호와 상기 대상 식품의 상태 사이의 관계에 관한 정보를 미리 저장하고, 상기 저장된 정보에 따라 상기 대상 식품의 상태를 판단하는 전자 제품.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 판단된 대상 식품의 상태를 표시하는 디스플레이부;
    를 더 포함하는 전자 제품.
  37. 제 20 항의 가스 센서 모듈을 포함하는 전자 제품.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 가스 센서 모듈의 색을 감지하는 광센서; 및
    상기 광센서에서 감지한 색에 기초하여 대상 식품의 상태를 판단하는 제어부를 더 포함하는 전자 제품.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 판단된 대상 식품의 상태를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 전자 제품.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 전자 제품은 냉장고이고,
    상기 제어부는, 상기 판단된 대상 식품의 상태에 따라 상기 냉장고의 온도를 제어하는 전자 제품.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 전자 제품은 냉장고의 저장실 및 저장용기 중 적어도 하나에 탈부착이 가능한 가스 센서 어셈블리이고,
    대상 식품의 희망 상태를 입력 받는 입력부;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 입력된 대상 식품 희망 상태 및 상기 판단된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 상기 냉장고의 온도를 제어하는 전자 제품.
  42. 제 38 항에 있어서,
    상기 판단된 대상 식품의 상태를 냉장고로 전달하는 통신부;
    를 더 포함하는 전자 제품.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스 센서 모듈로부터 출력되는 신호와 상기 대상 식품의 상태 사이의 관계에 관한 정보를 미리 저장하고, 상기 저장된 정보에 따라 상기 대상 식품의 상태를 판단하는 전자 제품.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 판단된 대상 식품의 상태를 표시하는 디스플레이부;
    를 더 포함하는 전자 제품.
  45. 상기 대상 가스와 동일한 해리 상수(pKa)를 갖는 물질의 짝이온이 용해된 수용액을 포함하고, 상기 대상 가스가 상기 수용액에 용해됨으로써 발생되는 상기 수용액의 pH 변화를 측정하는 가스 센서 모듈을 포함하는 전자 제품의 제어 방법에 있어서,
    상기 가스 센서 모듈로부터 출력되는 신호를 수신하고;
    상기 수신된 신호에 기초하여 대상 가스의 농도를 판단하고;
    상기 대상 가스의 농도에 기초하여 대상 식품의 상태를 판단하는 것을 포함하는 전자 제품의 제어 방법.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 판단된 대상 식품의 상태를 표시하는 것을 더 포함하는 전자 제품의 제어 방법.
  47. 제 45 항에 있어서,
    상기 전자 제품은 냉장고이고,
    상기 판단된 대상 식품의 상태에 기초하여 상기 냉장고의 온도를 제어하는 것을 더 포함하는 전자 제품의 제어 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 대상 식품의 상태를 판단한 후, 대상 식품의 희망 상태를 입력 받는 것을 더 포함하고,
    상기 냉장고의 온도 제어는 상기 판단된 대상 식품의 상태 및 상기 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 상기 냉장고의 온도를 제어하는 전자 제품의 제어 방법.
  49. 제 47 항에 있어서,
    상기 가스 센서 모듈의 출력 신호를 수신 받기 전, 대상 식품의 희망 상태를 입력 받는 것을 더 포함하고,
    상기 냉장고의 온도 제어는 상기 판단된 대상 식품의 상태 및 상기 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 상기 냉장고의 온도를 제어하는 전자 제품의 제어 방법.
  50. 상기 대상 가스와 동일한 해리 상수(pKa)를 갖는 물질의 짝이온이 용해된 수용액을 포함하고, 상기 대상 가스가 상기 수용액에 용해됨으로써 발생되는 상기 수용액의 pH 변화를 측정하는 가스 센서 모듈을 포함하는 전자 제품의 제어 방법에 있어서,
    상기 수용액의 pH 변화에 따라 변화되는 가스 센서 모듈의 색을 감지하고;
    상기 감지된 색에 기초하여 대상 가스의 농도를 판단하고;
    상기 대상 가스의 농도에 기초하여 대상 식품의 상태를 판단하는 것을 포함하는 전자 제품의 제어 방법.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 전자 제품은 냉장고이고,
    상기 판단된 대상 식품의 상태에 기초하여 상기 냉장고의 온도를 제어하는 것을 더 포함하는 전자 제품의 제어 방법.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 대상 식품의 상태를 판단한 후, 대상 식품의 희망 상태를 입력 받는 것을 더 포함하고,
    상기 냉장고의 온도 제어는 상기 판단된 대상 식품의 상태 및 상기 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 상기 냉장고의 온도를 제어하는 전자 제품의 제어 방법.
  53. 제 51 항에 있어서,
    상기 가스 센서 모듈의 색을 감지하기 전, 대상 식품의 희망 상태를 입력 받는 것을 더 포함하고,
    상기 냉장고의 온도 제어는 상기 판단된 대상 식품의 상태 및 상기 입력된 대상 식품의 희망 상태에 기초하여 상기 냉장고의 온도를 제어하는 전자 제품의 제어 방법.
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