KR101576258B1 - 개질 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개질 장치에 관한 것이다. 본 발명은 연료를 수용하는 연료수용부; 및 상기 연료수용부 내부에 위치하고 촉매가 코팅된 히팅코일을 구비하며, 상기 촉매를 이용하여 상기 연료를 개질하여 수소를 비롯한 가스를 생성시키는 가열부;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 촉매를 표면에 코팅한 히팅코일에 의해 연료의 연소온도에 도달하는 시간을 단축시킬 수 있다.

Description

개질 장치{Reforming apparatus}
본 발명은 개질 장치에 관한 것으로, 특히 연료전지용 개질 장치에 관한 것이다.
연료전지는 수소를 공기 중 산소와 화학반응 시켜 전기를 생성하는 미래 동력원이다. 연료전지는 한 번 쓰고 버리는 1차 전지나 여러 번 재충전이 가능한 2차 전지와 달리, 별도의 전원 충전 없이 연료 카트리지를 계속 교체하는 한 영구적으로 사용할 수 있는 저공해, 고효율 차세대 에너지원이다. 또한 연료 전지는 값비싼 석유를 대체하고 대기 오염 걱정을 덜 수 있어 자동차의 에너지원으로 이용되거나 기존 화력 발전을 대체할 것으로 전망되고 있다.
PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 연료전지의 종류로서, 전해질 막의 프로톤 전도 매커니즘이 물에 의존하지 않아 가습기가 필요 없고, 높은 운전 온도로 인해 일산화탄소에 대한 내성이 강하며, 단순한 시스템 구성이 가능하여 연료전지의 가격과 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.
개질 장치는 PEMFC와 같은 연료전지에 수소를 제공하는 장치로서, 탄화수소 연료 등을 제공받아 수소를 생성하는 역할이다. 개질 장치는 수증기 개질법, 부분산화법 및 자열개질법 등을 통해 탄화수소를 개질하여 수소를 생산할 수 있다. 이러한 개질 장치는 탄화수소의 개질반응에 필요한 열을 제공하는 방법으로 버너 방식을 이용하고 있다.
버너 방식은 점화플러그를 이용하여 연소가스를 점화시켜 외부에서 열을 전달하는 방식이다. 버너 방식은 연료의 자열개질, 고온전이, 저온전이반응을 위해 반응온도가 올라갈 때까지 열량을 공급해야 하고, 연료의 개질 반응을 일으키는데 오래 걸리는 문제점이 있다.
종래의 국내 공개특허 제10-2013-0120157호는 연료 개질 장치 및 연료 전지 시스템에 관한 것으로, 공급된 연료를 개질하여 수소 성분을 추출하기 위해 열을 제공하는 장치로 직접 가열부 및 간접 가열부를 구비한다. 이를 통해 종래의 연료 개질 장치는 연료 연소에 의한 연소 가스로 시동 이후에도 연료 개질기를 간접 가열하여 시동 온도에 도달하는 시간을 단축시킬 수 있는데, 이러한 연료 개질 장치는 버너 방식으로서, 여전히 연료의 반응온도가 올라갈 때까지 열량을 공급해야 하는 문제점이 있다.
따라서 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 버너 방식에 따른 연소 열을 이용하여 개질기 내부의 온도를 승온시키는 방법에서 연료의 개질 반응을 앞당기고 소비전력을 줄이기 위한 방안으로 버너 대신 히터에 촉매를 코팅하여 이용하는 개질 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 장치는 연료를 수용하는 연료수용부; 및 상기 연료수용부 내부에 위치하고 촉매가 코팅된 히팅코일을 구비하며, 상기 촉매를 이용하여 상기 연료를 개질하여 수소를 비롯한 가스를 생성시키는 가열부를 포함한다.
상기 가스 속에 포함되어있는 일산화탄소로부터 수소를 추가 생성시키는 수성가스전이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매는 세리아(ceria) 성분과 루세늄(ruthenium) 성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매는 알루미나(alumina) 금속을 담체(carrier)로 이용하여 진공증발법(vacuum evaporation)에 따라 상기 세리아 성분과 상기 루세늄 성분이 포함된 수용액으로부터 제조된 것을 특징으로 한다.
상기 연료수용부는 상기 연료로 LPG를 제공받는 것을 특징으로 한다.
상기 가열부는 상기 촉매가 코팅된 상기 히팅 코일을 구비하는 상기 연료 수용부 내부를 200℃ ~ 250℃까지 가열시키는 것을 특징으로 한다.
상기 히팅코일은 평판형 구조의 코일인 것을 특징으로 한다.
상기 수성가스전이부는 기설정된 제1 기준온도 이상에서 상기 일산화탄소를 이용하여 상기 수소를 추가 생성시키는 고온전이부; 및 기설정된 제2 기준온도 이하에서 상기 고온전이부를 통해 변성되지 않은 상기 일산화탄소를 이용하여 상기 수소를 추가 생성시키는 저온전이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 방법은 연료수용부가 연료를 제공받는 단계; 및 촉매가 코팅된 히팅코일을 구비한 가열부가 상기 촉매를 이용하여 상기 연료를 개질하여 수소를 비롯한 가스를 생성시키는 단계를 포함한다.
수성가스전이부가 상기 가스 속에 포함되어있는 일산화탄소를 이용하여 상기 수소를 추가 생성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
가스를 생성시키는 단계는 상기 연료수용부가 상기 연료로 LPG, 상기 LPG를 개질하기 위한 물 및 공기를 제공받는 단계; 상기 가열부가 상기 촉매가 활성화되도록 전원을 공급받는 단계; 및 상기 가열부가 상기 촉매를 이용하여 상기 연료의 연소온도를 낮추고, 상기 연료의 자열개질반응을 일으켜 상기 가스를 생성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 추가 생성시키는 단계는 고온전이부가 상기 가스를 제공받아 기설정된 제1 기준온도 이상에서 상기 가스에 포함된 일산화탄소를 이용하여 수소를 추가 생성시키는 단계; 저온전이부가 기설정된 제2 기준온도 이하에서 상기 추가 생성시키는 단계에서 변성되지 않은 상기 일산화탄소를 이용하여 상기 수소를 추가 생성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매는 세리아(ceria) 성분과 루세늄(ruthenium) 성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
촉매 코팅부가 세리아(ceria) 성분과 루세늄(ruthenium) 성분을 포함하는 수용액을 생성하는 단계; 상기 촉매 코팅부가 알루미나(alumina) 금속을 담체(carrier)로 이용하여 진공증발법(vacuum evaporation)에 따라 상기 생성된 수용액으로부터 상기 촉매를 제조하는 단계; 및 상기 촉매 코팅부가 상기 촉매와 물 및 바인더(binder)의 혼합물을 상기 히팅 코일의 표면에 슬러리 코팅시키고, 상기 히팅 코일을 적어도 1회 건조 및 소성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 연료수용부는 상기 연료로 LPG를 제공받는 것을 특징으로 한다.
상기 히팅코일은 평판형 구조의 코일인 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 촉매를 표면에 코팅한 히팅코일을 구비한 개질 장치로서, 촉매를 이용하여 연료의 연소 조건을 개선하여 연료의 개질 반응을 앞당기는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 촉매가 연료와 반응하는 온도까지만 전원을 공급받기 때문에 전력 소비를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 개질 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 개질 장치의 내부 구성을 세부적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 개질 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도1 은 본 발명의 일실시예에 따른 개질 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에 따르면, 개질 장치(100)는 공급된 연료로부터 수소 성분을 추출하는 장치로서, 연료수용부(110), 가열부(120) 및 수성가스전이부(130)를 포함한다. 이러한 개질 장치(100)는 연료전지 시스템의 중요 구성요소라 할 수 있다. 연료전지는 수소연료를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것으로서, 다량의 수소를 공급받기 위해 개질 장치(100)가 필요하다.
연료전지 중 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는 고분자 전해질을 사용하므로 Polymer Electrolyte Membrane 방식이라고도 한다. 이러한 PEMFC는 작동온도가 약 80℃로 연료 전지 중 가장 낮고 Power density가 가장 높은 장점이 있다. PEMFC는 Power의 요구 정도에 따라 기민한 출력 조정이 가능해 신속한 시동이 요구되는 자동차 등에 사용하기 적합하다.
본 발명에 따른 개질 장치(100)는 연료전지 중 PEMFC에 수소를 공급하기 위한 장치이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
연료수용부(110)는 연료를 공급받는다. 연료수용부(110)는 연료의 개질로 인해 생성되는 수소를 비롯한 가스를 배출하는 기능을 수행한다. 연료수용부(110)는 이를 위해 출입구와 배출구를 포함할 수 있다. 연료수용부(110)는 공급된 연료가 가스로 개질될 때 생성되는 열을 견딜 수 있도록 구현되는 것이 바람직하다.
연료수용부(110)는 연료로 LNG, LPG, 바이오 가스 등 탄화수소가 함유된 가스를 공급받을 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 연료는 LPG를 사용하는 것이 바람직하다. LPG는 석유 채굴 시 유전에서 원유와 함께 천연가스가 분출될 때 이것을 영하 200℃에서 냉각 또는 상온에서 7~10기압의 고압으로 압축하여 액화시킨 연료이다. LPG는 액화 및 기화가 용이하고, 기체가 액체로 변하면 체적이 작아진다. 이러한 LPG는 저장과 운송이 편리하기 때문에 본 발명에서 사용될 수 있다.
연료수용부(110)는 LPG 외에 물과 공기를 더 공급받는다. 이는 LPG 연료의 자열개질반응을 통해 수소를 생산하기 위함이다.
자열개질반응이란 수증기 개질반응과 부분산화반응이 조합된 반응이라 할 수 있다.
수증기 개질반응은 흡열반응으로서, 촉매가 존재하는 고온에서 수소를 포함하는 탄화수소를 수증기와 반응시켜 수소성분이 높은 가스를 얻는 것을 말한다. 여기서 흡열반응이란 탄화수소가 가진 내부 에너지보다 생성되는 수소를 포함하는 가스가 가지는 내부 에너지가 더 커 주위로부터 열에너지를 흡수하면서 진행되는 반응이다.
부분산화반응은 발열반응으로서, 수증기 개질반응에 반해 별도의 열 공급이 필요하지 않고, 탄화수소를 공기와 반응시켜 수소성분이 높은 가스를 얻는 것을 말한다. 여기서 발열반응이란 탄화수소가 가진 내부 에너지보다 생성되는 수소가 포함된 가스의 내부 에너지가 더 적기 때문에 반응이 진행되면서 탄화수소가 가진 에너지가 감소하면서, 에너지를 외부로 방출하는 것을 말한다.
자열개질반응은 이러한 반응들을 합친 것으로서, 수증기 개질반응에 필요한 열을 부분산화반응의 발열반응을 통해 얻을 수 있어 외부로부터의 열 공급이 없어도 되는 장점이 있다. 본 발명의 가열부(120)는 이러한 자열개질반응을 더욱 빠르게 일으킬 수 있도록 전력을 공급받아 LPG 연료에 열을 전달하는 역할을 수행한다.
수소를 비롯한 가스는 700℃~800℃의 고온에서 연료의 자열개질반응으로 인해 생성되어 수성가스전이부(130)로 이동된다. 가스는 연료수용부(110)와 수성가스전이부(130)가 연결된 통로를 통해 이동된다.
가열부(120)는 상기에서 자열개질반응을 하는 연료에 열을 공급하여 연료가 연소하는 시간을 단축시키는 역할을 수행한다. 가열부(120)는 외부의 전원으로부터 전력을 공급받아 이를 통해 생성된 열을 연료수용부(110)에 공급된 연료에 전달하는 역할이다.
가열부(120)는 연료가 시동 온도에서 반응할 때까지 외부의 전원으로부터 전력를 공급받을 수 있다. 여기서 시동 온도는 연료가 연소되기 시작하는 온도를 말하며, 200℃~ 250℃가 될 수 있다.
가열부(120)는 연료수용부(110)의 내부 온도가 200℃~ 250℃가 될 때까지 전원을 공급받아 가열한다. 연료수용부(110)에 공급된 LPG 연료는 200℃ 미만에서 연소되지 않으며, 200℃~ 250℃에서 본 발명의 일실시예에 따른 촉매를 코팅한 히팅코일을 구비한 가열부(120)에 의해 연소되기 시작한다. 이러한 LPG 연료는 200℃~ 250℃에서 연소되기 시작하여 발생하는 열로써 연료수용부 내부 온도를 승온 시키므로, 가열부(120)로부터 250℃ 이상에 해당하는 온도까지 열을 전달 받지 않아도 된다.
따라서, 가열부(120)는 시동온도까지 가열되어 연료수용부에 제공되는 LPG 연료, 공기 및 물에 열을 전달하여 상기 연료의 자열개질반응을 일으켜 상기 연료를 개질할 수 있다.
이러한 가열부(120)는 연료가 연소되기 시작하여 열을 생성하는 이후에는 외부의 전원으로부터 전력을 공급받지 않아도 되어 개질 장치(100)의 전력소비를 줄일 수 있다.
수성가스전이부(130)는 연료의 자열개질반응으로 생성된 가스에 포함된 일산화탄소를 물과 반응시켜 수소를 생성하는 역할을 수행한다.
일산화탄소는 연료전지의 전극재료로 사용되는 백금을 피독시켜 연료전지의 성능을 급격히 저하시킨다. 따라서 개질 장치(100)는 가스를 수성가스전이부(130)에 통과시켜 가스에 포함된 일산화탄소의 함량을 낮추는 것이 바람직하다.
수성가스전이부(130)는 촉매와 물을 이용하여 가스에 포함된 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 변성시킬 수 있다. 수성가스전이부에서 사용되는 촉매로는 백금(platinum), 레니움(Rhenium), 루테늄(ruthenium), 로듐(rhodium), 철(Iron), 구리(Copper) 및 니켈(Ni) 등과 같은 백금족 원소, 금, 은, 동 및 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택하는 것이 바람직하다.
이때 상기 촉매는 촉매 지지체에 담지되어 사용하는 것이 바람직하다.
상기 촉매 지지체로는 알루미나(alumina), 세리아(ceria), 지르코니아(zirconia), 칼슘 알루미네이트(calcium aluminate), 산화세슘(cesium oxide), 산화구리(copper oxide), 산화아연(zinc oxide) 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
수성가스전이부(130)는 일산화탄소가 제거된 수소성분의 가스를 외부로 배출한다. 이러한 수소성분의 가스는 PEMFC를 포함한 연료전지에 공급될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 개질 장치의 내부 구성을 세부적으로 도시한 도면이다.
연료수용부(110)는 개질 장치(100) 내부의 중앙에 위치할 수 있다. 연료수용부(110)는 내부가 중공된 형상을 가진다. 본 발명의 일실시예에 따른 연료수용부(110)는 외관 형상에 대해서 특정하게 한정하지 않으며, 이에 따라 연료수용부(110)는 육면체 사각통형상, 또는 원통형 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한 연료수용부(110)는 내부의 열이 외부에 누출되지 않도록 절연체인 것이 바람직하다.
연료수용부(110)의 일측면에는 연료수용부(110) 내부로 연료가 투입되는 연료유입구(미도시)가 형성되고, 연료수용부(110)의 타측면에는 가스가 배출되는 가스배출구(미도시)가 형성되는 것이 바람직하다.
가열부(120)는 연료수용부(110)의 내부에 위치한다. 가열부(120)는 촉매가 코팅된 히팅코일이다. 촉매는 다른 물질의 반응속도를 증가 또는 감소시키는 효과를 나타내고　반응이 종료된 다음에도 원래의 상태로 존재할 수 있는 물질을 말한다. 본 발명의 일실시예에 따른 촉매는 세라믹 성분을 포함하는 세리아, 루세늄 등의 혼합물인 것이 바람직하다. 그 이유는 열에 강해 변성이 잘 되지 않기 때문이다.
또한, 촉매는 세리아, 루세늄의 혼합물로서, 세리아, 루세늄을 물에 녹이고, 알루미나를 담체로 하여 진공증발법에 의해 제조하여, 건조 및 소성을 거쳐제조된다. 이와 같이 제조된 촉매는 바인드와 물과 혼합하여 히팅코일 표면에 슬러리 코팅하여, 건조 및 소성하여 제작된다.
히팅 코일은 촉매의 반응온도인 200℃~250℃가 되도록 가열하여 촉매를 이용하여 LPG 연료와 공기를 연소시켜 반응온도를 600℃까지 승온시킨 후 개질가스(LPG, 공기 그리고 물)를 공급하여 개질반응을 실시한다.
히팅코일은 원형보다는 평판형 구조인 것이 바람직하다. 이는 연료와 촉매가 맞닿는 면적이 클수록 촉매의 성능을 높일 수 있기 때문이다. 이로 인해 연료의 초기 반응 속도는 상승할 수 있다. 촉매를 표면에 코팅한 히팅코일을 이용하는 전기 가열식 방식은 종래의 버너 방식에 의한 무촉매 연소에 비해 연소 온도를 낮게 제어할 수 있다.
종래의 버너가 아닌 히팅코일을 이용하는 것은 연료가 불완전 연소되는 것을 방지할 수 있다. 불완전 연소는 물질이 연소할 때 산소의 공급이 불충분하거나 온도가 낮으면 그을음이나 일산화탄소가 생성되면서 연료가 완전히 연소되지 못하는 형상이다. 종래의 버너 방식은 공급하는 열이 연료의 전체에 골고루 전달되지 않기 때문에 불완전 연소가 발생한다.
본 발명의 히팅 코일은 촉매를 표면에 코팅하여 촉매의 반응온도 200℃~250℃까지만 전력을 공급받으면 촉매를 이용하여 연료의 연소를 진행시키므로 불완전 연소를 방지할 수 있다. 또한, 히팅 코일은 연료의 개질반응의 정상상태에 도달하는 시간을 단축시킬 수 있고 전력 소모를 최소화할 수 있다.
수성가스전이부(130)는 연료수용부(110)와 연결되며, 연료수용부(110)에서 배출된 가스와 고온의 물의 반응으로 가스에 함유된 일산화탄소를 저감하는 고온전이부(131)와 저온의 물의 반응으로 가스에 함유된 일산화탄소를 저감하는 저온전이부(132)를 포함한다.
고온전이부(131)는 제1 기준온도 이상에서 촉매를 이용하여 연료수용부(110)에서 발생된 가스에 포함된 일산화탄소를 물과 반응시켜 수소와 이산화탄소로 전환시킨다. 여기서 제1 기준온도는 350℃일 수 있다. 제1 기준온도는 450℃을 넘지 않는다. 제1 기준온도는 앞서 연료수용부에서 발생한 열을 이용하여 유지할 수 있다.
고온전이부(131)는 연료수용부(110)에서 생성된 가스 중에 포함된 일산화탄소의 농도를 경감시키는 역할을 수행한다. 고온전이부(131)는 촉매로 철-크롬 촉매를 이용할 수 있다.
저온전이부(132)는 제2 기준온도 이하에서 촉매를 이용하여 고온전이부(131)로부터 이동된 가스에 포함된 일산화탄소를 물과 반응시켜 수소와 이산화탄소로 전환시킨다. 여기서 제2 기준온도는 300℃일 수 있다. 제2 기준온도는 250℃ 보다 낮지 않다. 제2 기준온도는 앞서 연료수용부에서 발생한 열을 이용하여 유지할 수 있다.
저온전이부(132)는 고온전이부(131)에서 변성이 덜된 일산화탄소를 더 낮은 온도에서 변성시켜 일산화탄소의 농도를 경감시키는 역할을 수행한다. 저온전이부(132)는 촉매로 구리-아연-알루미늄 촉매를 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 개질 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 개질 방법은 먼저 개질 장치(100)는 연료로 LPG를 공급받고 LPG의 자열 개질 반응을 위해 물, 공기를 추가로 공급받는다.(S301)
개질 장치(100)는 촉매가 코팅된 히팅코일을 구비하며, 공급된 LPG를 가열하기 위해 외부의 전원으로부터 전력을 공급받는다.(S303)
개질 장치(100)는 히팅코일에 코팅된 촉매를 이용하여 LPG를 연소시킴으로써 발생하는 열을 이용하여 LPG의 자열 개질 반응을 일으키고, 이를 통해 700℃~800℃의 고온에서 수소를 비롯한 가스를 생성한다.(S305)
개질 장치(100)는 생성된 가스를 기설정된 제1 기준온도 이상에서 철-크롬 촉매를 이용하여 가스에 포함된 일산화탄소로부터 수소를 추가 생성한다.(S307)
개질 장치(100)는 상기에서 수소로 변성이 덜된 일산화탄소를 기설정된 제2 기준온도 이하에서 구리-아연-알루미늄 촉매를 이용하여 물과 반응시켜 수소를 추가 생성한다.(S309)
개질 장치(100)는 이렇게 생성된 수소를 연료전지의 연료로 이용될 수 있게 전달한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 개질 장치
110: 연료수용부
120: 가열부
130: 수성가스전이부
131: 고온전이부
132: 저온전이부

Claims (13)

  1. 연료를 수용하는 연료수용부; 및
    상기 연료수용부 내부에 위치하고 촉매가 코팅된 평판형 구조의 히팅코일을 구비하며, 상기 촉매를 이용하여 상기 연료를 개질하여 수소를 비롯한 가스를 생성시키는 가열부; 를 포함하고,
    상기 연료 수용부는 상기 연료로 LPG와 공기가 제공되고, 상기 히팅 코일은 상기 연료 수용부 내부를 200℃ ~ 250℃까지 가열시켜, 개질반응 초기에 발열반응인 부분개질반응만이 발생하도록 하고,
    상기 연료 수용부는 상기 부분개질반응에 의해 내부가 수증기개질반응이 발생하는 기설정된 온도에 도달되면, 상기 연료로 상기 LPG 및 상기 공기와 함께 물이 추가로 제공되며, 상기 히팅 코일에는 전력 공급이 차단되는 것을 특징으로 하는 개질 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 가스 속에 포함되어있는 일산화탄소로부터 수소를 추가 생성시키는 수성가스전이부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 촉매는 세리아(ceria) 성분과 루세늄(ruthenium) 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 촉매는
    상기 촉매는 알루미나(alumina) 금속을 담체(carrier)로 이용하여 진공증발법(vacuum evaporation)에 따라 상기 세리아 성분과 상기 루세늄 성분이 포함된 수용액으로부터 제조된 것을 특징으로 하는 개질 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제2 항에 있어서, 상기 수성가스전이부는
    기설정된 제1 기준온도 이상에서 상기 일산화탄소를 이용하여 상기 수소를 추가 생성시키는 고온전이부; 및
    기설정된 제2 기준온도 이하에서 상기 고온전이부를 통해 변성되지 않은 상기 일산화탄소를 이용하여 상기 수소를 추가 생성시키는 저온전이부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 장치.
  9. 연료수용부 및 가열부를 구비하는 개질장치의 개질 방법에 있어서,
    연료수용부가 부분개질반응 연료인 LPG와 공기를 제공받는 단계;
    촉매가 코팅된 평판형 구조의 히팅코일을 구비한 가열부가 상기 부분개질반응이 시작되도록 상기 연료 수용부 내부를 200℃ ~ 250℃까지 가열되도록 상기 히팅 코일에 전력을 공급하는 단계;
    상기 가열부가 상기 부분개질반응이 시작되어 상기 연료 수용부 내부 온도가 상승하면, 상기 히팅 코일에 공급되는 전력을 차단하는 단계; 및
    상기 연료 수용부 내부 온도가 수증기개질반응이 발생하는 기설정된 온도에 도달되면, 상기 연료수용부가 상기 연료로 상기 LPG 및 상기 공기와 함께 물을 추가로 제공받아 상기 부분개질반응과 함께 상기 수증기개질반응이 발생하는 자열개질반응을 이용하여 상기 연료를 개질하여 수소를 비롯한 가스를 생성시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 방법.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 개질 방법은
    상기 개질장치가 수성가스전이부를 더 구비하고,
    상기 수성가스전이부가 상기 가스 속에 포함되어있는 일산화탄소를 이용하여 상기 수소를 추가 생성시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 방법.
  11. 삭제
  12. 제10 항에 있어서, 상기 추가 생성시키는 단계는
    고온전이부가 상기 가스를 제공받아 기설정된 제1 기준온도 이상에서 상기 가스에 포함된 일산화탄소를 이용하여 수소를 추가 생성시키는 단계; 및
    저온전이부가 기설정된 제2 기준온도 이하에서 상기 추가 생성시키는 단계에서 변성되지 않은 상기 일산화탄소를 이용하여 상기 수소를 추가 생성시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    촉매 코팅부가 세리아(ceria) 성분과 루세늄(ruthenium) 성분을 포함하는 수용액을 생성하는 단계;
    상기 촉매 코팅부가 알루미나(alumina) 금속을 담체(carrier)로 이용하여 진공증발법(vacuum evaporation)에 따라 상기 생성된 수용액으로부터 상기 촉매를 제조하는 단계; 및
    상기 촉매 코팅부가 상기 촉매와 물 및 바인더(binder)의 혼합물을 상기 히팅 코일의 표면에 슬러리 코팅시키고, 상기 히팅 코일을 적어도 1회 건조 및 소성시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 방법.

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