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(a) (i) 흡열 개질반응을 통하여 수소 및 CO 함유 합성가스를 생산하는 개질반응기 및 (ii) 메탄화 촉매를 구비한 수소분리막을 통해 합성가스로부터 수소를 분리 투과시키면서, CO 또는 CO2의 메탄화 반응을 통해 CH4 함유 수소 풍부 가스를 생산하는 수소분리 및 메탄화 반응기를 구비한 연료개질장치;(b) 애노드(anode)에서 수소의 촉매 반응을 통해 수소이온 및 전자를 생산하고, 캐소드(cathode)에서 수소이온과 산화제의 반응이 일어나며, 수소이온을 투과시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지 (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)로서, 연료개질장치에서 생산된 CH4 함유 수소 풍부 가스가 연료전지의 애노드에 제공되고, 애노드에서 미반응 잔류 수소 및 메탄 함유 배가스를 배출하는 연료전지; 및(c) 미반응 잔류 수소 및 메탄 함유 배가스를 연소시키는 연소기를 구비하되, 연소기의 연소열을 흡열 개질반응에 제공하는 연소장치;를 포함하고,상기 연소장치는 상기 연료개질장치 내부에 제공되고, 상기 수소분리 및 메탄화 반응기는 상기 연소장치의 외측으로 원주상 배열되고, 상기 연료개질장치는 상기 연소장치와 상기 수소분리 및 메탄화 반응기 사이에 충진된 개질반응 촉매층을 포함하고,상기 메탄화 촉매를 구비한 수소분리막은 다공성 니켈 지지체; 상기 다공성 니켈 지지체 상에 위치하는 확산 배리어, 상기 확산 배리어 상에 위치하는 팔라듐계 수소 분리막; 및 상기 다공성 니켈 지지체를 코팅하거나 바인더로서 혼합된 세라믹 분말을 포함하는, 연료전지 시스템
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제1항에 있어서, 연료개질장치(a)는 (i) 개질반응기 및 (ii) 수소분리 및 메탄화 반응기가 쉘-앤드-튜브형의 일체형 반응기인 것이 특징인 연료전지 시스템
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제1항에 있어서, 개질반응기는 메탄 함유 가스로부터 반응식 1의 메탄의 수증기 개질 반응(Steam Methane Reforming)을 통하여 수소 및 CO 함유 합성가스를 제조하는 것이 특징인 연료전지 시스템
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제3항에 있어서, 개질반응기는 반응식 2의 수성가스 전환반응(water-gas shift reaction)을 추가로 수행하는 것이 특징인 연료전지 시스템
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제1항에 있어서, 수소분리 및 메탄화 반응기는 메탄화 촉매가 일면 또는 양면에 위치한 수소분리막, 수소분리막 사이에 메탄화 촉매가 위치한 수소분리막, 또는 수소분리막 사이에 메탄화 촉매가 위치하면서 메탄화 촉매가 일면 또는 양면에 위치한 수소분리막인 것이 특징인 연료전지 시스템
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제1항에 있어서, 수소분리 및 메탄화 반응기는 튜브형 수소분리막 내부에 메탄화 촉매가 충진된 것이 특징인 연료전지 시스템
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제1항에 있어서, 연료개질장치는 수소 분리막의 제1면(retentate-side, 수소가 투과되지 않은 쪽)에는 개질반응기에서 생산된 수소 및 CO 함유 합성가스가 제공되고, 수소 분리막의 제2면(permeate-side, 수소가 투과한 쪽)에는 수소 분리막을 투과한 수소 농축 가스내 CO 또는 CO2를 메탄화 촉매에 의해 메탄화시켜 제거하고 CH4 함유 수소 풍부 가스를 제공하는 것이 특징인 연료전지 시스템
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제1항에 있어서, 천연가스, 석탄 또는 바이오매스에서 제공되는 메탄 함유가스를 흡열 개질반응시키는 것이 특징인 연료전지 시스템
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제1항에 있어서, 연료개질장치는 300~600℃에서 운전되는 것이 특징인 연료전지 시스템
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개질반응기에서 흡열 개질반응을 통하여 수소 및 CO 함유 합성가스를 생산하는 제1단계;수소분리 및 메탄화 반응기에서, 메탄화 촉매를 구비한 수소분리막을 통해 합성가스로부터 수소를 분리 투과시키면서, CO 또는 CO2의 메탄화 반응을 통해 CH4 함유 수소 풍부 가스를 생산하는 제2단계;애노드(anode)에서 수소의 촉매 반응을 통해 수소이온 및 전자를 생산하고, 캐소드(cathode)에서 수소이온과 산화제의 반응이 일어나며, 수소이온을 투과시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지 (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)로부터 전기를 생산하는 단계로서,애노드로 제2단계에서 생산된 CH4 함유 수소 풍부 가스를 제공하고, 애노드에서 미반응 잔류 수소 및 메탄 함유 배가스를 배출하는 제3단계; 및제3단계의 미반응 잔류 수소 및 메탄 함유 배가스를 연소장치에서 연소시켜 제1단계의 흡열 개질반응에 연소열을 제공하는 제4단계;를 포함하고,상기 연소장치는 연료개질장치 내부에 제공되고, 상기 수소분리 및 메탄화 반응기는 상기 연소장치의 외측으로 원주상 배열되고, 상기 개질반응기는 상기 연소장치와 상기 수소분리 및 메탄화 반응기 사이에 충진된 개질반응 촉매층을 포함하여, 상기 제4단계에서 방출된 열이 상기 제1단계가 수행되는 상기 개질반응기로 유입되도록 하고,상기 메탄화 촉매를 구비한 수소분리막은 다공성 니켈 지지체; 상기 다공성 니켈 지지체 상에 위치하는 확산 배리어, 상기 확산 배리어 상에 위치하는 팔라듐계 수소 분리막; 및 상기 다공성 니켈 지지체를 코팅하거나 바인더로서 혼합된 세라믹 분말을 포함하여 상기 제4단계에서 방출된 열이 상기 제2단계가 수행되는 상기 수소분리 및 메탄화 반응기로 유입되는 것을 방지하는, 전기 생산 방법
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제10항에 있어서, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 연료전지 시스템에서, 제1단계 내지 제4단계를 수행하는 것이 특징인 전기 생산 방법
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전기 생산을 위한 구동방식으로 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 연료전지 시스템이 장착된 것이 특징인 전기 자동차
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제12항에 있어서, 전기 생산을 위한 구동방식으로 배터리와 연료전지를 동시에 사용하는 혼합형 전기자동차(hybrid) 자동차인 특징인 전기 자동차
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