KR102257491B1 - 밸브 시스템 - Google Patents

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Abstract

밸브 시스템은 제1 챔버 및 제1 챔버로 열을 제공하는 제1 가열부를 포함하는 제1 정제 유닛, 제1 정제 유닛과 이격되어 배치되고, 제2 챔버 및 제2 챔버로 열을 제공하는 제2 가열부를 포함하는 제2 정제 유닛, 제1 및 제2 챔버들 중 적어도 하나로 공정 가스를 제공하는 유입 배관, 유입 배관과 제1 및 제2 챔버들과 연결된 제1 배관, 제1 배관에 연결되는 제2 배관, 제2 배관에 연결되는 제3 배관, 제1 및 제2 챔버들 중 적어도 하나로부터 정제된 수소를 배출하는 배출 배관, 배출 배관과 제1 및 제2 챔버들과 연결되는 제4 배관, 제4 배관에 연결되는 제5 배관, 배출 배관, 제4 및 제5 배관들 각각과 연결되는 제6 배관, 제1 배관에 설치되며 유입 배관에 의해 이격되는 제1 밸브 및 제2 밸브, 제2 배관에 설치되며 제3 배관에 의해 이격되는 제3 밸브 및 제4 밸브, 제4 배관에 설치되며 배출 배관에 의해 이격되는 제5 밸브 및 제6 밸브, 제5 배관에 설치되며 제6 배관에 의해 이격되는 제7 밸브 및 제8 밸브, 및 제6 배관에 설치되며 제5 배관에 의해 이격되는 제9 밸브 및 제9 밸브를 포함한다.

Description

밸브 시스템{VALVE SYSTEM}
본 발명은 밸브 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 수소 정제를 위한 밸브 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 수소와 산소의 화학 반응을 이용해 전기를 생산한다. 발전 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않을 뿐만 아니라, 공기가 연료 전지 스택을 통과하는 과정에서 미세 먼지의 99%가 정화된다. 수소는 청정에너지로, 수소를 생산하고 정제하는 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 고순도의 수소를 효율적으로 생산하고 정제하기 위한 밸브 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 밸브 시스템은, 제1 챔버 및 상기 제1 챔버로 열을 제공하는 제1 가열부를 포함하는 제1 정제 유닛; 상기 제1 정제 유닛과 이격되어 배치되고, 제2 챔버 및 상기 제2 챔버로 열을 제공하는 제2 가열부를 포함하는 제2 정제 유닛; 상기 제1 및 제2 챔버들 중 적어도 하나로 공정 가스를 제공하는 유입 배관; 상기 유입 배관과 상기 제1 및 제2 챔버들과 연결된 제1 배관; 상기 제1 배관에 연결되는 제2 배관; 상기 제2 배관에 연결되는 제3 배관; 상기 제1 및 제2 챔버들 중 적어도 하나로부터 정제된 수소를 배출하는 배출 배관; 상기 배출 배관과 상기 제1 및 제2 챔버들과 연결되는 제4 배관; 상기 제4 배관에 연결되는 제5 배관; 상기 배출 배관, 상기 제4 및 제5 배관들 각각과 연결되는 제6 배관; 상기 제1 배관에 설치되며 상기 유입 배관에 의해 이격되는 제1 밸브 및 제2 밸브; 상기 제2 배관에 설치되며 상기 제3 배관에 의해 이격되는 제3 밸브 및 제4 밸브; 상기 제4 배관에 설치되며 상기 배출 배관에 의해 이격되는 제5 밸브 및 제6 밸브; 상기 제5 배관에 설치되며 상기 제6 배관에 의해 이격되는 제7 밸브 및 제8 밸브; 및 상기 제6 배관에 설치되며 상기 제5 배관에 의해 이격되는 제9 밸브 및 제9 밸브를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 제1 밸브는 상기 유입 배관 및 상기 제1 챔버 사이에 배치되고, 상기 제2 밸브는 상기 유입 배관 및 상기 제2 챔버 사이에 배치되고, 상기 제3 밸브는 상기 제3 배관 및 상기 제1 챔버 사이에 배치되고, 상기 제4 밸브는 상기 제3 배관 및 상기 제2 챔버 사이에 배치되고, 상기 제5 밸브는 상기 배출 배관 및 상기 제1 챔버 사이에 배치되고, 상기 제6 밸브는 상기 배출 배관 및 상기 제2 챔버 사이에 배치되고, 상기 제7 밸브는 상기 제6 배관 및 상기 제1 챔버 사이에 배치되고, 상기 제8 밸브는 상기 제6 배관 및 상기 제2 챔버 사이에 배치되고, 상기 제6 배관은 상기 제5 배관과 연결되는 연결 배관을 포함하며, 상기 제9 밸브 및 상기 제10 배관은 상기 제6 배관의 연결 배관에 의해 분리될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 주입 배관을 통해 주입되는 공정 가스는 H2, CO, CO2, H2O, 및 O2으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하며, 상기 배출 배관을 통해 정제된 H2가 배출되며, 상기 제6 배관의 일 단은 상기 배출 배관과 연결되고, 상기 제6 배관의 타 단은 외부로 연결되어, 상기 제6 배관의 타단을 통해 수소 가스가 제공되며, 상기 제3 배관의 일 단은 제2 배관과 연결되고, 상기 제3 배관의 타 단은 외부로 연결되어, 상기 제3 배관의 타 단을 통해 환원된 촉매가 배출될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 정제 유닛에서 촉매를 이용하여 H2, CO, CO2, H2O, 및 O2에서 H2을 정제하고, 상기 제2 정제 유닛에서 상기 이용된 촉매를 환원시키는 경우, 상기 제2 가열부를 온(on)하고, 상기 제2, 제3, 제6 및 제7 밸브들 각각은 오프(off) 상태이며, 상기 제1, 제4, 제5, 제8, 제9 및 제10 밸브들 각각은 온 상태일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 정제 유닛에서 촉매를 이용하여 H2, CO, CO2, H2O, 및 O2에서 H2을 정제하고, 상기 제1 정제 유닛에서 상기 이용된 촉매를 환원시키는 경우, 상기 제1 가열부를 온 하고, 상기 제1, 제4, 제5, 제8 및 제9 밸브들 각각은 오프 상태이며, 상기 제2, 제3, 제6, 제7, 및 제10 밸브들 각각은 온 상태일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 고용량의 메탄을 수소로 개질할 수 있으며, 냉각수의 오염 없이 효율적으로 열 교환될 수 있다. 또한, 공정에 필요한 구성이 경제적이며 기존 방식으로의 수소 생산보다 운전 비용을 감소시킬 뿐만 아니라 불순물 대비 수소 순도 및 수율을 향상시킬 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 2에 도시된 밸브 시스템을 이용하는 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
수소 정제 시스템은 제1 수소 정제 장치 및 제2 수소 정제 장치(200)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예들에 따른 수소 정제 시스템은 LNG(Liquerfied Natural Gas)의 주성분인 메탄(CH4)으로부터 수소를 정제하는 시스템(1000)일 수 있다.
제1 수소 정제 장치는 메탄을 플라즈마를 이용하여 분해하여 개질 처리할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 수소 정제 장치는 아르곤(Ar)을 점화 가스로 사용하고 수증기(H2O)를 소스로 사용하는 플라즈마 장치일 수 있다. 제1 수소 정제 장치를 이용하여 메탄으로 플라즈마를 가하면, 하기의 화학식 1과 같이 화학적 변화가 발생될 수 있다.
Figure 112019049017690-pat00001
화학식 1에서 보는 바와 같이, 메탄 분자 하나가 물 분자 하나와 반응하여, 일산화탄소 분자 하나와 세 개의 수소 분자를 발생시킬 수 있다.
제1 수소 정제 장치는 챔버, 캐소드 전극, 애노드 전극, 및 중성 전극을 포함할 수 있다. 챔버는 5Nm3/hr (88.33LPM)의 가스를 처리할 수 있는 크기 및 성능을 가져, 고용량의 메탄을 수소로 개질할 수 있다. 캐소드 전극, 애노드 전극, 및 중성 전극은 챔버 내에 배치될 수 있다.
캐소드 전극 및 애노드 전극은 서로 마주하며, 중성 전극에 의해 서로 이격되어 절연될 수 있다. 캐소드 전극은 애노드 전극에 인접한 일 단부가 뾰족한 구조를 가질 수 있다. 애노드 전극은 내부에 관통 홀을 가지며, 애노드 전극의 관통 홀은 캐소드 전극의 일 단부에 대응하도록 위치할 수 있다. 애노드 전극의 관통 홀은 캐소드 전극과 멀어질수록 작아지는 구조를 가질 수 있다.
중성 전극은 절연물질을 포함하는 전극으로써 플라즈마 생성 시 아크(arc)가 발생되는 부분일 수 있다. 일 예로, 중성 전극은 질화 붕소(boron nitride) 및 질화 알루미늄(aluminum nitride)을 포함할 수 있다.
캐소드 전극 및 애노드 전극에 각각 소정의 전압을 인가하고 아르곤과 같은 점화 가스를 주입하면, 중성 전극에서 아크가 발생되고 소스로부터 수증기가 제공되어 화학식 1과 같은 반응이 제1 수소 정제 장치 내에서 발생될 수 있다.
메탄이 제1 수소 정제 장치를 통과하면 화학식 1에서 보는 바와 같이 CO 및 H2로 분해될 수 있다. H2는 연료로 사용되지만 CO, CO2, H2O, 및 O2와 같은 물질은 반응 부산물로서 정제되어야 하는 물질이다. 반응 부산물을 정제하기 위하여 제2 수소 정제 장치(200)를 이용할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 수소 정제 장치를 통과한 물질들은 고온 상태인데 제2 수소 정제 장치(200)로 유입 시 냉각되어 실온 상태로 유입되어야 하기 때문에, 본 실시 예에 따른 수소 정제 시스템은 제1 수소 정제 장치 및 제2 수소 정제 장치(200) 사이에 열 교환기(HE)를 더 포함할 수 있다.
열 교환기(HE)는 제1 수소 정제 장치로부터 고온의 물질이 유입되는 배관과, 배관의 외벽을 감싸며 냉각수를 제공하는 냉각부를 포함할 수 있다. 제1 수소 정제 장치를 통과한 고온 상태의 물질과 냉각부의 냉각수는 서로 접촉하지 않고, 제1 수소 정제 장치를 통과한 고온 상태의 물질은 배관 내부를 흐르고, 배관 내부를 흐르는 동안 배관의 외벽에 배치된 냉각부에서 냉각수와 같은 냉매를 흘려 보냄으로써 제1 수소 정제 장치를 통해 배출된 물질의 온도를 실온까지 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 냉각수의 오염 없이 효율적으로 열 교환될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 수소 정제 시스템은 제1 수소 정제 장치로부터 제2 수소 정제 장치(200)로 목적하는 H2뿐만 아니라 CO, CO2, H2O, 및 O2와 같은 물질은 반응 부산물을 이동시키기 위하여 펌프(PP)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 펌프(PP)는 제1 수소 정제 장치 및 제2 수소 정제 장치(200) 사이에 배치될 수 있다. 다른 예로, 펌프(PP)는 제2 수소 정제 장치(200)의 일 측과 연결되도록 배치될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 제2 수소 정제 장치(200)는 유입된 H2, CO, CO2, H2O, 및 O2중에서, H2만 선택적으로 배출시키기 위한 장치일 수 있다.
제2 수소 정제 장치(200)는 복수의 정제 유닛들(210, 220)을 포함할 수 있다. 설명의 용이함을 위해, 제2 수소 정제 장치(200)는 제1 정제 유닛(210) 및 제2 정제 유닛(220)을 포함할 수 있으며, 본 발명에서는 제2 수소 정제 장치(200)의 정제 유닛들의 수량을 이로 한정하지 않는다.
제1 정제 유닛(210)은 제1 챔버(CH1) 및 제1 챔버(CH1) 외측에 배치되는 제1 가열부(HT1)를 포함할 수 있다. 제2 정제 유닛(220)은 제2 챔버(CH2) 및 제2 챔버(CH2) 외측에 배치되는 제2 가열부(HT2)를 포함할 수 있다. 제1 정제 유닛(210) 및 제2 정제 유닛(220)은 서로 동일한 구조를 가질 수 있다.
제1 챔버(CH1) 및 제2 챔버(CH2) 각각을 연결하거나 제1 챔버(CH1) 및 제2 챔버(CH2) 사이를 연결하는 배관들을 더 포함할 수 있다. 배관들 각각에는 배관들을 개폐하는 밸브들이 각각 설치될 수 있다.
배관들(IL, P1, P2, P3, P4, P5, P6, OL)은 제1 수소 정제 장치와 연결되어 H2, CO, CO2, H2O, 및 O2와 같은 물질을 받는 유입 배관(IL), 유입 배관(IL)과 제1 정제 유닛(210) 및 제2 정제 유닛(220) 각각으로 연결되는 제1 배관(P1), 제1 배관(P1) 사이를 연결하는 제2 배관(P2), 제2 배관(P2)으로부터 분기되는 제3 배관(P3), 제2 수소 정제 장치(200)로부터 정제된 가스가 배출되는 배출 배관(OL), 제1 정제 유닛(210) 및 제2 정제 유닛(220)과 연결되고 배출 배관(OL)과 연결되는 제4 배관(P4), 제4 배관(P4) 사이를 연결하는 제5 배관(P5), 배출 배관(OL) 및 제5 배관(P5)과 연결되는 제6 배관(P6)을 포함할 수 있다.
밸브들(V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10)은 제1 배관(P1)에 설치되는 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2), 제2 배관(P2)에 설치되는 제3 밸브(V3) 및 제4 밸브(V4), 제4 배관(P4)에 설치되는 제5 밸브(V5) 및 제6 밸브(V6), 제5 배관(P5)에 설치되는 제7 밸브(V7) 및 제8 밸브(V8), 그리고, 제6 배관(P6)에 설치되는 제9 밸브(V9) 및 제10 밸브(V10)를 포함할 수 있다.
유입 배관(IL)은 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2) 사이를 연결하고, 제3 밸브(V3)는 제3 밸브(V3) 및 제4 밸브(V4) 사이를 연결하고, 배출 배관(OL)은 제5 밸브(V5) 및 제6 밸브(V6) 사이를 연결하고, 제5 배관(P5) 및 제6 배관(P6)을 연결하는 배관은 제5 배관(P5)에서 제7 밸브(V7) 및 제8 밸브(V8) 사이를 연결하고 제6 배관(P6)에서 제9 밸브(V9) 및 제10 밸브(V10) 사이를 연결할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 정제 유닛들(210, 220) 각각은 제1 수소 정제 장치에서 개질 처리된 물질을 제공 받아 촉매를 이용하여 물질 내 H2를 정제하는 기능 또는 정제하는 동안 사용되는 촉매를 재생시키는 기능 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 밸브 시스템을 이용하는 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2에 도시된 바와 같이 제1 정제 유닛(210)이 정제의 기능을 수행하는 경우, 제1 밸브(V1)를 온(on)하여, 제2 밸브(V2) 및 제3 밸브(V3) 각각을 오프(off)하여, 제1 수소 정제 장치로부터 제공된 물질을 제1 챔버(CH1)으로 제공할 수 있다. 제1 챔버(CH1)로 촉매가 제공되고, 촉매는 수소 가스 중에 부산물과 결합하여 수소 가스를 정제할 수 있다. 예컨대, 촉매는 니켈(Ni) 및 M/S을 포함하며, 제1 정제 유닛(210)에 유입된 CO, CO2, H2O, 및 O2과 결합하여, H2를 정제시킬 수 있다. CO, CO2, H2O, 및 O2은 하기의 화학식 2, 화학식 3, 화학식 4, 및 화학식 5에서 도시된 바와 같이 Ni 및 M/S와 결합될 수 있다.
Figure 112019049017690-pat00002
Figure 112019049017690-pat00003
Figure 112019049017690-pat00004
Figure 112019049017690-pat00005
제1 챔버(CH1)로부터 정제된 가스, 즉, 99.999% 순도의 수소 가스가 배출 배관(OL)을 통해 배출되는데, 제5 밸브(V5)는 온하고 제6 밸브(V6) 및 제7 밸브(V7) 각각은 오프할 수 있다. 제1 정제 유닛(210)이 정제의 기능을 수행하는 동안 제4 밸브(V4), 제8 밸브(V8), 및 제10 밸브(V10)의 상태는 제1 정제 유닛(210)에 영향을 미치지 않을 수 있다. 이때, 제1 가열부(HT1)가 오프된 상태로 실온 상태일 수 있다.
제1 정제 유닛(210)이 정제의 기능을 수행하는 동안 제2 정제 유닛(220)은 재생의 기능을 수행할 수 있다. 이 경우, 제10 밸브(V10)를 온하고 제9 밸브(V9)를 오프하며, 제8 밸브(V8)를 온하고 제7 밸브(V7)를 오프하여, 제6 배관(P6) 및 제5 배관(P5)을 순차적으로 지나는 수소 가스를 제2 챔버(CH2)로 제공하며 이때, 제2 가열부(HT2)가 온 상태로써 250℃의 고온 상태일 수 있다. 이로써, 제2 챔버(CH2)에서는 촉매가 재생될 수 있다. NiO은 H2와 결합하여, Ni으로 환원되며, M/S-H2O, 및 M/S-CO2는 고온에서 H2O 및 CO2가 분리되어 M/S로 변환될 수 있다. 하기의 화학식 6, 화학식 7, 및 화학식 8을 참조한다.
Figure 112019049017690-pat00006
Figure 112019049017690-pat00007
Figure 112019049017690-pat00008
제2 챔버(CH2)에서 재생된 촉매는 제4 밸브(V4)를 온하고 제3 밸브(V3)를 오프하여 제2 배관(P2) 및 제3 배관(P3)을 통해 외부로 배출되어, 재사용될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 제1 정제 유닛(210)이 재생의 기능을 수행하는 경우, 제1 밸브(V1)를 오프하여, 유입 배관(IL)과 연결을 차단하고, 제10 밸브(V10)를 온하고, 제9 밸브(V9)를 오프하여, 주입된 수소 가스를 제5 배관(P5)으로 보내고, 제7 밸브(V7)를 온하고 제8 밸브(V8) 및 제5 밸브(V5)를 오프하여 제5 배관(P5)을 통해 제1 챔버(CH1)로 제공할 수 있다. 이 경우, 제1 가열부(HT1)는 온 상태이며, 250℃의 고온 상태일 수 있다. 제1 정제 유닛(210)에서는 화학식 6, 화학식 7, 및 화학식 8에서 설명된 것과 같은 반응이 일어나, 제4 밸브(V4)를 오프하여 제3 배관(P3)을 통해 촉매가 배출될 수 있다.
제1 정제 유닛(210)이 재생의 기능을 수행하는 동안 제2 정제 유닛(220)은 정제의 기능을 수행할 수 있다. 이 경우, 제1 밸브(V1) 및 제4 밸브(V4)를 오프하고, 제2 밸브(V2)를 온하여 유입 배관(IL)과 제2 챔버(CH2)를 연통시킬 수 있다. 제2 가열부(HT2)는 오프 상태로 제2 챔버(CH2)는 실온 상태일 수 있다. 제2 챔버(CH2)에서는 화학식 2, 화학식 3, 화학식 4, 및 화학식 5의 반응이 일어나 정제된 수소 가스가 배출 배관(OL)을 통해 배출될 수 있다. 이를 위해, 제8 밸브(V8) 및 제5 밸브(V5) 각각은 오프 상태이고, 제6 밸브(V6)는 온 상태일 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 정제 유닛(210) 및 제2 정제 유닛(220)이 동일한 구조를 가짐으로써, 정제 기능 또는 재생 기능을 유동적으로 수행할 수 있어, 공정을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.
이와 같이 제1 수소 정제 장치 및 제2 수소 정제 장치(200)를 이용하여 개질, 분리, 및 제거 공정을 수행하여 고순도(99.999%)의 수소 가스를 획득함으로써, 수성 가스 전이(water gas shift) 반응 공정 및 압력 순환 흡착(pressure swig absorption) 등의 후단 공정을 생략할 수 있다. 따라서, 공정에 필요한 구성이 경제적이며 기존 방식으로의 수소 생산보다 운전 비용을 감소시킬 뿐만 아니라 불순물 대비 수소 순도 및 수율을 향상시킬 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있다.
상술한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술한 실시 예들 이외에도, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
210: 제1 정제 유닛
220: 제2 정제 유닛
CH1, CH2: 챔버
HT1, HT2: 가열부
IL, OL, P1, P2, P3, P4, P5, P6: 배관
V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10: 밸브

Claims (5)

  1. 제1 챔버 및 상기 제1 챔버로 열을 제공하는 제1 가열부를 포함하는 제1 정제 유닛;
    상기 제1 정제 유닛과 이격되어 배치되고, 제2 챔버 및 상기 제2 챔버로 열을 제공하는 제2 가열부를 포함하는 제2 정제 유닛;
    상기 제1 및 제2 챔버들 중 적어도 하나로 공정 가스를 제공하는 유입 배관;
    상기 유입 배관과 상기 제1 및 제2 챔버들과 연결된 제1 배관;
    상기 제1 배관에 연결되는 제2 배관;
    상기 제2 배관에 연결되는 제3 배관;
    상기 제1 및 제2 챔버들 중 적어도 하나로부터 정제된 수소를 배출하는 배출 배관;
    상기 배출 배관과 상기 제1 및 제2 챔버들과 연결되는 제4 배관;
    상기 제4 배관에 연결되는 제5 배관;
    상기 배출 배관, 상기 제4 및 제5 배관들 각각과 연결되는 제6 배관;
    상기 제1 배관에 설치되며 상기 유입 배관에 의해 이격되는 제1 밸브 및 제2 밸브;
    상기 제2 배관에 설치되며 상기 제3 배관에 의해 이격되는 제3 밸브 및 제4 밸브;
    상기 제4 배관에 설치되며 상기 배출 배관에 의해 이격되는 제5 밸브 및 제6 밸브;
    상기 제5 배관에 설치되며 상기 제6 배관에 의해 이격되는 제7 밸브 및 제8 밸브;
    상기 제6 배관에 설치되며 상기 제5 배관에 의해 이격되는 제9 밸브 및 제10 밸브;
    플라즈마를 이용하여 화합물로부터 수소를 개질 처리하며, 일 단부가 뾰족한 구조를 가지는 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극의 일 단부에 대응되는 위치에 상기 캐소드 전극과 멀어질수록 작아지는 구조를 가지는 관통홀을 구비하되 상기 캐소드 전극과 이격되어 배치되는 애노드 전극, 상기 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극 사이에 배치되는 중성 전극을 포함하는 제1 수소 정제 장치;
    상기 유입배관에 연결되어 상기 제1 수소 정제 장치에서 개질 처리된 수소와 부산물을 상기 유입배관으로 이동시키는 펌프; 및
    상기 제1 수소 정제 장치 및 상기 펌프 사이에 배치되어 개질 처리된 수소와 부산물의 온도를 낮추도록 냉매를 제공하는 냉각부를 포함하는 열교환기;를 포함하는 밸브 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 밸브는 상기 유입 배관 및 상기 제1 챔버 사이에 배치되고,
    상기 제2 밸브는 상기 유입 배관 및 상기 제2 챔버 사이에 배치되고,
    상기 제3 밸브는 상기 제3 배관 및 상기 제1 챔버 사이에 배치되고,
    상기 제4 밸브는 상기 제3 배관 및 상기 제2 챔버 사이에 배치되고,
    상기 제5 밸브는 상기 배출 배관 및 상기 제1 챔버 사이에 배치되고,
    상기 제6 밸브는 상기 배출 배관 및 상기 제2 챔버 사이에 배치되고,
    상기 제7 밸브는 상기 제6 배관 및 상기 제1 챔버 사이에 배치되고,
    상기 제8 밸브는 상기 제6 배관 및 상기 제2 챔버 사이에 배치되고,
    상기 제6 배관은 상기 제5 배관과 연결되는 연결 배관을 포함하며,
    상기 제9 밸브 및 상기 제10 밸브는 상기 제6 배관의 연결 배관에 의해 분리되는 밸브 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유입 배관을 통해 주입되는 공정 가스는 H2, CO, CO2, H2O, 및 O2으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하며,
    상기 배출 배관을 통해 정제된 H2가 배출되며,
    상기 제6 배관의 일 단은 상기 배출 배관과 연결되고, 상기 제6 배관의 타 단은 외부로 연결되어, 상기 제6 배관의 타단을 통해 수소 가스가 제공되며,
    상기 제3 배관의 일 단은 제2 배관과 연결되고, 상기 제3 배관의 타 단은 외부로 연결되어, 상기 제3 배관의 타 단을 통해 환원된 촉매가 배출되는 밸브 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 정제 유닛에서 촉매를 이용하여 H2, CO, CO2, H2O, 및 O2에서 H2을 정제하고, 상기 제2 정제 유닛에서 상기 이용된 촉매를 환원시키는 경우,
    상기 제2 가열부를 온(on)하고,
    상기 제2, 제3, 제6 및 제7 밸브들 각각은 오프(off) 상태이며,
    상기 제1, 제4, 제5, 제8, 제9 및 제10 밸브들 각각은 온 상태인 밸브 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 정제 유닛에서 촉매를 이용하여 H2, CO, CO2, H2O, 및 O2에서 H2을 정제하고, 상기 제1 정제 유닛에서 상기 이용된 촉매를 환원시키는 경우,
    상기 제1 가열부를 온 하고,
    상기 제1, 제4, 제5, 제8 및 제9 밸브들 각각은 오프 상태이며,
    상기 제2, 제3, 제6, 제7, 및 제10 밸브들 각각은 온 상태인 밸브 시스템.
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