CN108023103B - 使用级联燃料电池的发电系统及其相关联方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于使用级联燃料电池产生电功率的发电系统和相关联的方法。发电系统能够包括第一燃料电池、第二燃料电池、分流机构、第一燃料路径和第二燃料路径。第一燃料电池被配置成产生第一阳极和第一阴极尾气流。分流机构被配置成使第一阳极尾气流分流成第一和第二部分。第一燃料路径被配置成接收分流机构下游的烃类燃料流，与第一部分混合以形成混合流，并且使混合流流到第一燃料电池。第二燃料路径被配置成将第二部分馈送到第二燃料电池。第一和第二燃料电池被配置成通过分别使用混合流和第二部分产生电功率。

Description

使用级联燃料电池的发电系统及其相关联方法
技术领域
本发明的实施例涉及一种发电系统，并且更具体地说，涉及一种基于级联(cascaded)燃料电池的发电系统及其相关联方法。
背景技术
燃料电池是一种电化学能量转换装置，其在用于发电系统时已经呈现出更高效率和更低污染的潜能。一般来说，燃料电池产生直流电(direct current，DC)，所述直流电可经由例如反相器转换成交流电(alternating current，AC)。常见类型的燃料电池包括磷酸燃料电池(phosphoric acid fuel cell，PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonatefuel cell，MCFC)、质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)和固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC)。例如SOFC等燃料电池可在大规模发电系统中操作以满足工业和市政需要。其他类型的燃料电池可用于较小的便携式应用，例如对汽车供电。实际上，燃料电池可串联或并联布置在电力系统中以产生所需电压或电流的电力。
一般来说，燃料电池包括两个电极和设置在其间的电解质。在操作期间，燃料电池中发生电化学反应以将氢气(燃料)和氧气(氧化剂)转换成水或蒸汽(副产物)并产生电力。通常，电化学反应发生在电极处，电极处通常设置有催化剂以加速此类反应。电极提供增大的表面积以便于发生电化学反应。电解质将带电颗粒从一个电极转移到另一电极，且所述电解质另外基本上不可透过燃料和氧化剂两者。副产物可在高操作温度下离开燃料电池。除蒸汽或水之外，副产物可包括各种其它组分，例如氢气、一氧化碳、甲烷和二氧化碳。
大体而言，发电系统还包括用于通过以下方式重整烃类燃料的重整器(reformer)：使用燃料电池的副产物以产生包括相当大量的氢气的重整流。重整流接着可流到燃料电池以进一步提高燃料电池的效率。然而，此类系统中的重整流的质量通常变得极高，且因此难以处置。此外，重整流中的蒸汽-碳比率最终可能会超过所需值，因此降低重整流作为燃料的品质(例如，热值)且因此减小燃料电池的总效率。此外，发电系统可能需要高温热交换材料以处置来自燃料电池的热副产物，从而可能会进一步提高系统的总成本。因此，需要一种并入更加有效的燃料电池的更加有效的发电系统。
发明内容
根据一个实例实施例，公开一种具有级联燃料电池的发电系统。发电系统包括第一燃料电池、第二燃料电池、分流机构、第一燃料路径和第二燃料路径。每个燃料电池包括阳极入口、阳极出口、阴极入口和阴极出口。第一燃料电池被配置成产生第一阳极尾气流和第一阴极尾气流。第二燃料电池被配置成产生第二阳极尾气流和第二阴极尾气流。分流机构被配置成使第一阳极尾气流分流成第一部分和第二部分。第一燃料路径被配置成经由烃类燃料入口通道接收分流机构下游的烃类燃料并将烃类燃料与第一阳极尾气流的第一部分混合以形成第一混合流。第一燃料路径还被配置成使第一混合流流到第一燃料电池的阳极入口，其中第一燃料电池还被配置成至少部分地通过使用第一混合流作为燃料而产生第一电功率。第二燃料路径被配置成将第一阳极尾气流的第二部分馈送到第二燃料电池，其中第二燃料电池还被配置成至少部分地通过使用第一阳极尾气流的第二部分作为燃料而产生第二电功率。
发电系统进一步包括第一阳极出口通道，其用于将第一阳极尾气流馈送到分流机构；第一阴极出口通道，其用于排出第一阴极尾气流；第二阳极出口通道，其用于排出第二阳极尾气流；第二阴极出口通道，其用于排出第二阴极尾气流；第一流体路径，其被配置成将第一氧化剂流馈送到第一燃料电池；和第二流体路径，其被配置成将第二氧化剂流馈送到第二燃料电池。
第一燃料电池包括至少一个内部燃料重整器，至少一个内部燃料重整器被配置成接收第一混合流并产生重整流，使得第一电功率通过使用重整流而产生。
发电系统进一步包括连接到第一阳极出口通道和第一燃料路径的第一回热器，其中第一回热器被配置成从第一阳极尾气流中提取热量并将提取出的热量转移到第一混合流。
发电系统进一步包括连接到第一阴极出口通道和第一流体路径的第二回热器，其中第二回热器被配置成从第一阴极尾气流中提取热量并将提取出的热量转移到第一氧化剂流。
发电系统进一步包括连接到第二阳极出口通道和第二燃料路径的第三回热器，其中第三回热器被配置成从第二阳极尾气流中提取热量并将提取出的热量转移到第一阳极尾气流的第二部分。
发电系统进一步包括连接到第二阴极出口通道和第二流体路径的第四回热器，其中第四回热器被配置成从第二阴极尾气流中提取热量并将提取出的热量转移到第二氧化剂流。
发电系统进一步包括设置在第二燃料电池下游的催化氧化器，其中催化氧化器被配置成(i)接收第二阳极尾气流、第二阴极尾气流和第三氧化剂流；(ii)使第二阳极尾气流和第二阴极尾气流氧化以产生氧化流；以及(iii)经由氧化器出口通道将氧化流馈送到第一阴极出口通道。
发电系统进一步包括连接到氧化器出口通道和第二流体路径的第五回热器，其中第五回热器被配置成从氧化流中提取热量并将提取出的热量转移到第二氧化剂流。
发电系统进一步包括设置在分流机构下游并连接到第二燃料路径的水分离单元，其中水分离单元被配置成在第一阳极尾气流的第二部分被馈送到第二燃料电池之前使水的至少一部分与第一阳极尾气流的第二部分分离。
发电系统进一步包括位于分流机构下游并连接到第一燃料路径的至少一个燃料重整器，其中至少一个燃料重整器被配置成接收第一混合流，产生重整流，并且使重整流的第一部分流到第一燃料电池，使得第一电功率通过使用重整流的第一部分而产生。
发电系统进一步包括从至少一个燃料重整器延伸到第二燃料路径的滑流通道，其中第二燃料路径被配置成经由滑流通道接收重整流的第二部分，与第一阳极尾气流的第二部分混合以形成第二混合流，并且使第二混合流流到第二燃料电池，使得第二电功率通过使用第二混合流而产生。
发电系统进一步包括连接到第一阴极出口通道和第一燃料路径的第一回热器，其中第一回热器被配置成从第一阴极尾气流中提取热量并将提取出的热量转移到重整流的第一部分。
发电系统进一步包括连接到第一阴极出口通道和第一流体路径的第二回热器，其中第二回热器被配置成从第一阴极尾气流中提取热量并将提取出的热量转移到第一氧化剂流。
发电系统进一步包括连接到第二阴极出口通道和第二流体路径的第三回热器，其中第三回热器被配置成从第二阴极尾气流中提取热量并将提取出的热量转移到第二氧化剂流。
发电系统进一步包括设置在第二燃料电池下游的催化氧化器，其中催化氧化器被配置成(i)接收第二阳极尾气流、第二阴极尾气流和第三氧化剂流；(ii)使第二阳极尾气流和第二阴极尾气流氧化以产生氧化流；以及(iii)经由氧化器出口通道将氧化流馈送到第一阴极出口通道。
发电系统进一步包括连接到第二燃料路径和烃类燃料入口通道的第一燃料预热器，其中第一燃料预热器被配置成从第一阳极尾气流的第二部分提取热量并将提取出的热量转移到烃类燃料流。
发电系统进一步包括设置在分流机构下游并连接到第二燃料路径的水分离单元，其中水分离单元被配置成在第一阳极尾气流的第二部分被馈送到第二燃料电池之前使水的至少一部分与第一阳极尾气流的第二部分或第二混合流分离。
发电系统进一步包括连接到第二阳极出口通道和水分离单元下游的第二燃料路径的第二燃料预热器，其中第二燃料预热器被配置成从第二阳极尾气流提取热量并将提取出的热量转移到第一阳极尾气流的第二部分或第二混合流。
根据另一实例实施例，公开一种用于使用具有级联燃料电池的发电系统进行发电的方法。方法包括在第一燃料电池中产生阳极尾气流并使用分流机构使阳极尾气流分流成第一部分和第二部分。方法还包括经由烃类燃料入口通道接收分流机构下游的烃类燃料并将烃类燃料与第一阳极尾气流的第一部分混合以形成第一混合流。此外，方法包括经由第一燃料路径将第一混合流馈送到第一燃料电池并至少部分地通过使用第一混合流作为燃料而在第一燃料电池中产生第一电功率。方法还包括经由第二燃料路径将阳极尾气流的第二部分馈送到第二燃料电池并至少部分地通过使用阳极尾气流的第二部分作为燃料而在第二燃料电池中产生第二电功率。
将第一混合流馈送到第一燃料电池以及在第一燃料电池中产生第一电功率包括：将第一混合流供应到设置在第一燃料电池内的至少一个内部燃料重整器；使用至少一个内部燃料重整器产生重整流；以及通过使用重整流而在第一燃料电池中产生第一电功率。
将第一混合流馈送到第一燃料电池以及在第一燃料电池中产生第一电功率包括：将第一混合流供应到位于分流机构下游并连接到第一燃料路径的至少一个燃料重整器；使用至少一个燃料重整器产生重整流；将来自至少一个燃料重整器的重整流供应到第一燃料电池；以及通过使用重整流的第一部分而在第一燃料电池中产生第一电功率。
将第一混合流馈送到第一燃料电池、在第一燃料电池中产生第一电功率、将阳极尾气流的第二部分馈送到第二燃料电池以及在第二燃料电池中产生第二电功率包括：将第一混合流供应到位于分流机构下游并连接到第一燃料路径的至少一个燃料重整器；使用至少一个燃料重整器产生重整流；将来自至少一个燃料重整器的重整流的第一部分供应到第一燃料电池；通过使用重整流的第一部分而在第一燃料电池中产生第一电功率；经由从至少一个燃料重整器延伸到第二燃料路径的滑流通道将来自至少一个燃料重整器的重整流的第二部分供应到第二燃料路径；将重整流的第二部分与阳极尾气流的第二部分混合以在第二燃料路径中形成第二混合流；将第二混合流供应到第二燃料电池；以及通过使用第二混合流而在第二燃料电池中产生第二电功率。
附图说明
当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本发明的实施例的这些和其它特征和方面将变得更好理解，在独立的图内类似的标记表示类似的零件，在附图中：
图1是根据本发明的一个实例实施例的发电系统的示意性说明。
图2是根据本发明的一个实例实施例的发电系统的示意性说明，所述发电系统包括设置在燃料电池内的重整器。
图3是根据本发明的另一实例实施例的发电系统的示意性说明，所述发电系统包括设置在分流机构下游的至少一个外部重整器。
图4是根据图2的实例实施例的发电系统的示意性说明，所述发电系统包括从至少一个外部重整器到从燃料电池延伸的燃料路径的滑流通道。
图5是根据一个实例实施例的一种方法的流程图，所述方法用于使用具有级联燃料电池的发电系统而产生电功率。
具体实施方式
为了更加明确而简明地描述并指出主题，针对贯穿以下描述和所附权利要求书使用的特定术语提供以下定义，除非以其它方式参考特定实施例具体指示。如上下文所使用的术语“第一混合流”是指阳极尾气流与烃类燃料流的混合物。如本文所使用的术语“重整流”是指包括使用重整器中的蒸汽对烃类燃料流进行重整而衍生的产物的燃料。重整流中的产物大体上包括(但不限于)氢气(H2)与一氧化碳(CO)的混合物。
本文所论述的本发明的实施例涉及包括级联燃料电池的发电系统。具体地说，所述发电系统包括第一燃料电池、第二燃料电池、分流机构、第一燃料路径和第二燃料路径。每个燃料电池包括阳极入口、阳极出口、阴极入口和阴极出口。第一燃料电池被配置成产生第一阳极尾气流和第一阴极尾气流。第二燃料电池被配置成产生第二阳极尾气流和第二阴极尾气流。分流机构被配置成使第一阳极尾气流分流成第一部分和第二部分。第一燃料路径被配置成经由烃类燃料入口通道接收分流机构下游的烃类燃料并将烃类燃料流与第一阳极尾气流的第一部分混合以形成第一混合流。第一燃料路径还被配置成使第一混合流流到第一燃料电池的阳极入口，其中所述第一燃料电池还被配置成至少部分地通过使用第一混合流作为其燃料而产生第一电功率。第二燃料路径被配置成将第一阳极尾气流的第二部分馈送到第二燃料电池，其中所述第二燃料电池还被配置成至少部分地通过使用第一阳极尾气流的第二部分作为其燃料而产生第二电功率。
在一些实施例中，发电系统还包括内部燃料重整器，所述内部燃料重整器设置在第一燃料电池内且被配置成使用蒸汽对第一混合流进行重整以在燃料电池内产生重整流。重整流可包括H2与CO的混合物。在一些实施例中，第一混合流包括蒸汽。在一些其它实施例中，取决于操作条件(例如，发电系统的启动)，蒸汽经由阳极入口而供应到至少一个内部燃料重整器。在一些其它实施例中，发电系统还包括设置在分流机构下游并连接到第一燃料路径的至少一个外部燃料重整器。在此类实施例中，至少一个外部燃料重整器使用蒸汽对第一混合流进行重整以产生包括H2与CO的混合物的重整流。在一些实施例中，第一混合流包括蒸汽。在一些其它实施例中，取决于操作条件(例如，发电系统的启动)，蒸汽经由阳极入口而供应到至少一个外部燃料重整器。此外，由于在将包括蒸汽的第一阳极尾气流与烃类燃料混合并将混合流馈送到至少一个燃料重整器或内部燃料重整器之前使所述第一阳极尾气流分流，因此可将重整流的蒸汽-碳比率控制为所需值。控制蒸汽-碳比率的能力改进了重整流作为燃料的品质(例如，热值)，且因此提高了燃料电池的总效率。此外，在将包括蒸汽的第一阳极尾气流与烃类燃料流混合以形成混合流之前使所述第一阳极尾气流分流。因此，形成并流到至少一个内部重整器以在第一燃料电池内产生重整流的混合流的数量变得极少且更易于处置。类似地，形成并供应到至少一个外部重整器以产生重整流的混合流的数量变得极少且更易于处置。此外，由于分流机构被配置成使第一阳极尾气流(即，副产物)分流成阳极尾气流的第一部分和第二部分，且第一燃料路径被配置成仅循环阳极尾气流的第一部分，因此第一燃料路径无需处置来自第一燃料电池的全部第一阳极尾气流。阳极尾气流的需要由发电系统处置/循环的质量的这种减小同样有助于降低发电系统的总成本。
图1是根据一个实例实施例的发电系统100的示意性说明。发电系统100包括第一燃料电池102、第二燃料电池104、分流机构106、第一燃料路径108和第二燃料路径110。在某些实施例中，发电系统100还包括第一流体路径114、第一阳极出口通道116、第一阴极出口通道118、第二流体路径120、第二阳极出口通道122、第二阴极出口通道124、烃类燃料源126和烃类燃料入口通道128。
分流机构106相对于第一燃料电池102设置在下游并经由第一阳极出口通道116连接到第一燃料电池102。分流机构106进一步经由第一燃料路径108连接到第一燃料电池102的阳极入口130并经由第二燃料路径110连接到第二燃料电池104的阳极入口132。烃类燃料入口通道128连接到分流机构106下游的第一燃料路径108。
在一个实施例中，第一燃料电池102包括阳极134、阴极136和设置在阳极134与阴极136之间的电解质138。所属领域的技术人员理解燃料电池的一般结构和功能。在某些实施例中，第一燃料电池102是固体氧化物燃料电池(SOFC)。在所示出的实施例中，在启动操作期间，第一燃料电池102经由第一燃料路径108接收烃类燃料流10。具体地说，烃类燃料流10经由烃类燃料入口通道128和第一燃料路径108从烃类燃料源126引入阳极入口130。在一些其它实施例中，在启动操作期间，烃类燃料流10可经由烃类燃料供应通道(未示出)直接供应到阳极入口130。第一燃料电池102进一步经由第一流体路径114接收第一氧化剂流12。具体地说，第一氧化剂流12经由第一流体路径114从氧化剂源(未示出)引入第一燃料电池102的阴极入口140。烃类燃料流10可包括任何合适的燃料，其中的非限制性实例包括甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、合成气、天然气或其组合。在某些实施例中，烃类燃料流10包括甲烷作为燃料。如稍后所详细论述，举例来说，在发电系统100的连续操作期间，烃类燃料流10与第一阳极尾气流的第一部分组合以形成第一混合流，且第一混合流接着引入第一燃料电池102的阳极入口130。第一氧化剂流12可包括氧气或空气。在实例实施例中，第一氧化剂流12包括空气。电解质138可以是固体氧化物电解质或陶瓷电解质。
在一个实施例中，第一燃料电池102将烃类燃料流10中的烃类燃料转换成氢气(H2)与一氧化碳(CO)的混合物。氧离子与H2的电化学反应在阳极134处发生，以产生水(通常呈蒸汽的形式)和电子。电子经由外部电路(未示出)从阳极134传输到阴极136。此外，第一氧化剂流12在阴极136处吸收电子，以产生从阴极136传输通过电解质138到达阳极134以完成细胞周期的氧离子。在某些实施例中，传输通过外部电路的电子产生电力或第一电功率101、或者第一电功率数量或第一电功率负载。在某些实施例中，氧离子与CO的电化学反应还可在阳极134处发生，从而导致二氧化碳(CO2)的形成。在此类实施例中，阳极134可包括烃类燃料流10以及H2、CO、蒸汽和二氧化碳中的一种或多种。这些组分可通过任何合适的路径离开阳极134，且构成阳极废气(本文中被称为“第一阳极尾气流”14)的至少一部分。举例来说，在一个实施例中，第一阳极尾气流14可包括H2、CO、水、蒸汽CO2和未重整的烃类燃料(例如，甲烷)。在一些实施例中，第一阳极尾气流14可由按体积计至少10％的H2和CO所组成。在一些其它实施例中，第一阳极尾气流14包括至少20％的H2和CO。在又一实施例中，第一阳极尾气流14包括高达40％的H2和CO。未被吸收的第一氧化剂流构成阴极废气(通常被称为“第一阴极尾气流”16)的至少一部分。
分流机构106经由第一阳极出口通道116接收第一阳极尾气流14。分流机构106使第一阳极尾气流14分流成第一阳极尾气流的第一部分18和第一阳极尾气流的第二部分20。请注意，对所使用的分流机构的类型没有限制，且图示意味着涵盖任何类型的标准分流机构，例如，阀或管道输送机构。在一个实施例中，第一阳极尾气流的第一部分18与第一阳极尾气流的第二部分20的比率处于约6到约1.7的范围内(即，约85体积百分比到约15体积百分比)。具体地说，在某些实施例中，第一阳极尾气流的第一部分18与第一阳极尾气流的第二部分20的比率处于约2到约0.5的范围内(即，约67体积百分比到约33体积百分比)。在一些实施例中，阳极尾气流的第一部分18和第二部分20中的每一个可具有H2、CO、水、蒸汽、未重整的甲烷和CO2的基本上相同的组合物。
第一燃料路径108经由烃类燃料入口通道128接收来自分流机构106的第一阳极尾气流的第一部分18以及分流机构106下游的烃类燃料流10。烃类燃料流10接着与第一燃料路径108中的第一阳极尾气流的第一部分18混合以形成第一混合流22。第一燃料路径108被配置成使第一混合流22流到第一燃料电池102的阳极入口130。此外，第一混合流22的电化学反应(即，H2与O2之间的反应)在阳极134中发生，由此导致至少部分地通过使用第一混合流22作为燃料而产生第一阳极尾气流14、第一阴极尾气流16和第一电功率101。
在某些实施例中，使第一阳极尾气流14分流、产生第一混合流22以及使混合流22流到第一燃料电池102使得能够有效地处置供应到第一燃料电池102的第一混合流22的数量以及在发电系统内流的第一阳极尾气流14的数量。此外，使混合流22循环还提高了第一燃料电池102的效率。由本文所描述的循环特征提供的其它优点可包括(但不限于)自动供应水(蒸汽)到至少一个内部燃料重整器或外部燃料重整器以产生重整流，从而消除了独立供水的需求。在一些实施例中，将混合流22直接馈送到第一燃料电池102使得能够维持混合流22的品质(例如，热值)和热能，由此使第一燃料电池102的总效率提高。此外，使第一阳极尾气流14分流提供足够数量的蒸汽到第一燃料电池102以将混合流22重整/转换成具有极高的蒸汽-碳比率，以便于在阳极134处发生电化学反应。
如图1所示出的第二燃料电池104可基本上类似于第一燃料电池102。因此，第二燃料电池104还包括阳极144、阴极146和设置在阳极144与阴极146之间的电解质148。在一些实施例中，第一燃料电池102和第二燃料电池104均可以是SOFC。第二燃料路径110接收来自分流机构106的第一阳极尾气流的第二部分20并将第一阳极尾气流的第二部分20馈送到第二燃料电池104的阳极入口132。在某些实施例中，阳极144可任选地接收来自烃类燃料源126的烃类燃料流10。第二燃料电池104进一步接收来自氧化剂源(未示出)的第二氧化剂流26并将第二氧化剂流26馈送到第二燃料电池104的阴极入口150。在操作期间，如本文关于第一燃料电池102所论述，第二燃料电池104产生第二阳极尾气流28、第二阴极尾气流30和电力，或者第二电功率103或第二电功率数量或第二电功率负载。具体地说，第二燃料电池104至少部分地通过使用第一阳极尾气流的第二部分20作为燃料而产生第二电功率103。在一些实施例中，将第一阳极尾气流的第二部分20直接馈送到第二燃料电池104使得能够维持第一阳极尾气流的第二部分20的品质(例如，热值)和热能，由此使第二燃料电池104的总效率提高。使第一阳极尾气流的第一部分18和第二部分20分别流到级联燃料电池系统中的第一燃料电池102和第二燃料电池104以产生第一电功率101和第二电功率103可提高发电系统100的总效率。
对于图1的实施例以及其它实施例，存在至少两个燃料电池且由此存在至少两个发电源。第一燃料电池102本身是将第一电功率101递送到所需位置(例如，外部电路)的第一发电装置。第二发电装置是产生第二电功率103到达所需位置的第二燃料电池104。发电系统100提供两个电源的能力在各种工业操作中可能具有不同优点，其中具有借助于使第一阳极尾气流14分流以及使第一阳极尾气流的第一部分18流到第一燃料电池102和使第一阳极尾气流的第二部分20循环而引发的“增压”。
此外，通过组合两个或更多个燃料电池，可易于实现大于65％的电效率。此外，由于第一燃料电池102和第二燃料电池104利用电化学反应工艺以产生电功率，可基本上消除NOx排放，这在依赖于内部/外部燃烧工艺的常规组合循环系统中可能是不可能的。本发明的一些实施例进一步有利地允许使用在第一燃料电池102和第二燃料电池104中的一个或两个中产生的热量以加热一个或多个其它流(例如，第一或第二氧化剂流)，由此允许整个发电系统的效率变大而能源成本变低。
图2是根据本发明的一个实例实施例的发电系统200的示意性说明。发电系统200包括第一燃料电池202、第二燃料电池204、分流机构206、第一燃料路径208和第二燃料路径210。发电系统200还包括第一流体路径214、第一阳极出口通道216、第一阴极出口通道218、第二流体路径220、第二阳极出口通道222、第二阴极出口通道224、烃类燃料源226和烃类燃料入口通道228。
第一燃料电池202经由第一阳极出口通道216连接到分流机构206。分流机构206相对于第一燃料电池202设置在下游。此外，分流机构206经由第一燃料路径208连接到第一燃料电池202(以提供燃料到第一燃料电池202)并经由第二燃料路径210连接到第二燃料电池204(以提供燃料到第二燃料电池204)。烃类燃料入口通道228连接到分流机构206下游的第一燃料路径208。
在某些实施例中，发电系统200还包括连接到第一阳极出口通道216和第一燃料路径208的第一回热器(recuperator)252。在所示出的实施例中，第一回热器252包括低温回热器252a和高温回热器252b。低温回热器252a相对于第一混合流22的流动设置在高温回热器252b的上游。此外，发电系统200包括连接到第一燃料路径208的燃料冷却器254和第一鼓风机256。具体地说，第一鼓风机256相对于燃料冷却器254设置在下游。此外，燃料冷却器254和第一鼓风机256相对于烃类燃料入口通道228设置在下游，而相对于第一回热器252设置在上游。在某些实施例中，发电系统200还包括连接到第一阴极出口通道218和第一流体路径214的第二回热器258。在所示出的实施例中，第二回热器258包括低温回热器258a和高温回热器258b。低温回热器258a相对于第一氧化剂流12的流动设置在高温回热器258b的上游。此外，发电系统200包括经由歧管276连接到第一流体路径214的第二鼓风机260。与图1的实施例类似，发电系统200还包括设置在第一燃料电池202内的内部燃料重整器262。具体地说，内部燃料重整器262设置在第一燃料电池202的阳极(未示出)中。
发电系统200还可包括连接到携带第一阳极尾气流的第二部分20的第二阳极出口通道222和第二燃料路径210的第三回热器264。在所示出的实施例中，第三回热器264包括低温回热器264a和高温回热器264b。低温回热器264a相对于第一阳极尾气流的第二部分20的流动设置在高温回热器258b的上游。发电系统200还可包括连接到第二阴极出口通道224和第二流体路径220的第四回热器266。
在某些实施例中，发电系统200包括设置在第二燃料电池204下游的催化氧化器268。催化氧化器268连接到第二阳极出口通道222、第二阴极出口通道224和第三流体路径270。发电系统200还包括连接到催化氧化器268的氧化器出口通道274和第二流体路径220的第五回热器272。在此类实施例中，氧化器出口通道274可进一步连接到位于第二回热器258上游的第一阴极出口通道218。在一个实施例中，第二鼓风机260经由歧管276连接到第一流体路径214、第二流体路径220和第三流体路径270。发电系统200还可包括设置在分流机构206下游并连接到第二燃料路径210的任选水分离单元278。
在一个或多个实施例中，第一回热器252、第二回热器258、第三回热器264、第四回热器266和第五回热器272可以是所属领域已知的壳管式热交换器。类似地，第一鼓风机256和第二鼓风机260可以是压缩机。分流机构206可以是阀或管道输送机构。在一些实施例中，第一燃料电池202和第二燃料电池204是SOFC。水分离单元278可以是基于重力的分离器或堰板分离器。在某些实施例中，第一燃料电池202和第二燃料电池204可分别经由第一烃类燃料供应通道和第二烃类燃料供应通道(未示出)连接到另一烃类燃料源(未示出)。在此类实施例中，其它烃类燃料源可被配置成在某些操作情况(例如，发电系统200的启动)期间将烃类燃料流10馈送到第一燃料电池202和第二燃料电池204。
在操作期间，第一燃料电池202经由第一燃料路径208接收来自分流机构206的第一混合流22。第一混合流22包括烃类燃料流10与第一阳极尾气流的第一部分18的混合物。第一燃料电池202进一步经由第一流体路径214和歧管276接收来自第二鼓风机260的第一氧化剂流12。第一氧化剂流12可以是空气流。内部燃料重整器262被配置成使用混合流22产生重整流24。重整流24包括H2和CO以及如图1的实施例所描述的其它组分。如图1的实施例所论述，第一燃料电池202被配置成至少部分地通过使用第一氧化剂流12和根据第一混合流22作为燃料产生的重整流24而产生第一阳极尾气流14、第一阴极尾气流16和第一电功率101。
分流机构206经由第一阳极出口通道216接收第一阳极尾气流14。分流机构206接着使第一阳极尾气流14分流成第一阳极尾气流的第一部分18和第一阳极尾气流的第二部分20。第一燃料路径208经由烃类燃料入口通道228接收来自分流机构206的第一阳极尾气流的第一部分18以及来自烃类燃料源226的位于分流机构206下游的烃类燃料流10。烃类燃料流10接着与第一燃料路径208中的第一阳极尾气流的第一部分18混合以形成第一混合流22并使第一混合流22流到第一燃料电池202。第一燃料电池202至少部分地通过使用第一混合流22而产生第一电功率101。如本文所论述，第一燃料电池202因此产生第一阳极尾气流14、第一阴极尾气流16和第一电功率101。
在图2所示出的实例实施例中，燃料冷却器254接收第一混合流22并使第一混合流22冷却。第一鼓风机256接收第一混合流22并在将第一混合流22馈送到第一回热器252之前增大第一混合流22的压力。在一个实施例中，第一回热器252从第一阳极尾气流14提取热量并将提取出的热量转移到第一混合流22。具体地说，与高温回热器252b相比，低温回热器252a从第一阳极尾气流14提取极少量的热量并将提取出的热量转移到第一混合流22。第二回热器258从第一阴极尾气流16提取热量并将提取出的热量转移到第一氧化剂流12。具体地说，与高温回热器258b相比，低温回热器258a从第一阴极尾气流16提取极少量的热量并将提取出的热量转移到第一氧化剂流12。一般来说，参考一个或多个实施例，由于低温回热器在流动路径中的位置和/或具体特性(例如，用于低温回热器的材料)，因此低温回热器被配置成提取较少量的热量。
在图2所示出的实施例中，第二燃料路径210接收来自分流机构206的第一阳极尾气流的第二部分20并将第一阳极尾气流的第二部分20馈送到水分离单元278。在此类实施例中，水分离单元278在进一步经由第二燃料路径210将第一阳极尾气流的第二部分20馈送到第二燃料电池204之前使水的至少一部分与第一阳极尾气流的第二部分20分离。第二燃料电池204进一步经由第二流体路径220和歧管276接收来自第二鼓风机260的第二氧化剂流26。第二氧化剂流26可包括空气流。如图1的实施例所论述，第二燃料电池204至少部分地通过使用第二氧化剂流26和第一阳极尾气流的第二部分20作为燃料而产生第二阳极尾气流28、第二阴极尾气流30和第二电功率103。
图2的第三回热器264从第二阳极尾气流28提取热量并将提取出的热量转移到第一阳极尾气流的第二部分20。具体地说，与高温回热器264b相比，低温回热器264a从第二阳极尾气流28提取极少量的热量并将提取出的热量转移到第一阳极尾气流的第二部分20。第四回热器266从第二阴极尾气流30提取热量并将提取出的热量转移到第二氧化剂流26。催化氧化器268接收第二阳极尾气流28、第二阴极尾气流30，且经由第三流体路径270接收第三氧化剂流31，并使第二阳极尾气流28和第二阴极尾气流30氧化以产生氧化流32。此外，催化氧化器268经由氧化器出口通道274将氧化流32馈送到第一阴极出口通道218。第五回热器272从氧化流32提取热量并在将氧化流32引入第一阴极出口通道218之前将提取出的热量转移到第二氧化剂流26。在某些实施例中，第二回热器258被配置成进一步从第一阴极尾气流16和氧化流32中提取热量并在将第一阴极尾气流16和氧化流32排出到环境之前将提取出的热量转移到第一氧化剂流12。在某些实施例中，第一回热器252还可被配置成接收第一阴极尾气流16和第二阴极尾气流30，从第一阴极尾气流16和第二阴极尾气流30中提取热量，并在将第一阴极尾气流16和第二阴极尾气流30排出到环境之前将提取出的热量转移到第一混合流22。
图3是根据本发明的另一实例实施例的发电系统300的示意性说明。图3的发电系统300包括第一燃料电池302、第二燃料电池304、分流机构306、第一燃料路径308和第二燃料路径310。发电系统300还包括第一流体路径314、第一阳极出口通道316、第一阴极出口通道318、第二流体路径320、第二阳极出口通道322、第二阴极出口通道324、烃类燃料源326、烃类燃料入口通道328和至少一个外部燃料重整器362。
第一燃料电池302经由第一阳极出口通道316连接到分流机构306。分流机构306相对于第一燃料电池302设置在下游。此外，分流机构306经由第一燃料路径308连接到第一燃料电池302并经由第二燃料路径310连接到第二燃料电池304。烃类燃料入口通道328连接到位于分流机构306下游且至少一个燃料重整器362上游的第一燃料路径308。至少一个燃料重整器362设置在分流机构306和烃类燃料入口通道328的下游。
在某些实施例中，发电系统300还包括连接到第一阴极出口通道318和第一燃料路径308的第一回热器352。发电系统300还包括连接到第一燃料路径308的热交换器、燃料冷却器354和第一鼓风机356。具体地说，第一鼓风机356相对于燃料冷却器354设置在下游。热交换器353连接到第一燃料路径308的回路。具体地说，回路对应于第一燃料路径308的从至少一个燃料重整器362和燃料冷却器354延伸的第一区段以及第一燃料路径308的从第一鼓风机356延伸到第一回热器352的区段。在所示出的实施例中，热交换器353、燃料冷却器354和第一鼓风机356在第一混合流的流动方向上相对于至少一个燃料重整器362设置在下游，而相对于第一回热器352设置在上游。在某些实施例中，发电系统300还包括连接到第一阴极出口通道318和第一流体路径314的第二回热器358。在所示出的实施例中，第二回热器358包括低温回热器358a和高温回热器358b。低温回热器358a相对于第一氧化剂流12的流动设置在高温回热器358b的上游。此外，发电系统300包括经由歧管376连接到第一流体路径314的第二鼓风机360。
发电系统300还包括连接到第二阴极出口通道324和第二流体路径320的第三回热器364。在所示出的实施例中，第三回热器364包括低温回热器364a和高温回热器364b。低温回热器364a相对于第二氧化剂流26的流动设置在高温回热器358b的上游。发电系统300还包括第一燃料预热器380、第三鼓风机382、任选水分离单元378和第二燃料预热器384。第一燃料预热器380连接到第二燃料路径310和烃类燃料入口通道328。第三鼓风机382相对于第一燃料预热器380设置在下游并连接到第二燃料路径310。水分离单元378设置在分流机构306的下游并连接到第二燃料路径310。具体地说，水分离单元378设置在第三鼓风机382的下游。第二燃料预热器384相对于水分离单元378设置在下游并连接到第二阳极出口通道322和第二燃料路径310。
在某些实施例中，发电系统300包括设置在第二燃料电池304下游的催化氧化器368。催化氧化器368连接到第二阳极出口通道322、第二阴极出口通道324和第三流体路径370。发电系统300还包括连接到催化氧化器368和第一阴极出口通道318的氧化器出口通道374。在一个实施例中，第二鼓风机360经由歧管376连接到第一流体路径314、第二流体路径320和第三流体路径370。
在一个或多个实施例中，第一回热器352、第二回热器358和第三回热器364可以是所属领域已知的壳管式热交换器。类似地，第一燃料预加热器380和第二燃料预加热器384可以是所属领域已知的壳管式热交换器。第一鼓风机356和第二鼓风机360可以是压缩机。分流机构306可以是阀或管道输送机构。在一些实施例中，第一燃料电池302和第二燃料电池304均是SOFC。水分离单元378可以是基于重力的分离器或堰板分离器。在某些实施例中，第一燃料电池302和第二燃料电池304可分别经由第一烃类燃料供应通道和第二烃类燃料供应通道(未示出)连接到另一烃类燃料源(未示出)。在此类实施例中，其它烃类燃料源可被配置成在某些操作情况(例如，发电系统300的启动)期间将烃类燃料流10馈送到第一燃料电池302和第二燃料电池304。
在操作期间，第一燃料电池302经由第一燃料路径308接收来自至少一个燃料重整器362的重整流24。至少一个燃料重整器362被配置成使用混合流22产生重整流24。在此类实施例中，重整流24大体上包括H2与CO的混合物。第一燃料电池302进一步经由第一流体路径314和歧管376接收来自第二鼓风机360的第一氧化剂流12。第一氧化剂流12可包括空气作为氧化剂。第一燃料电池302被配置成至少部分地通过使用第一氧化剂流12和重整流24作为燃料而产生第一阳极尾气流14、第一阴极尾气流16和第一电功率101。
分流机构306经由第一阳极出口通道316接收第一阳极尾气流14。分流机构306使第一阳极尾气流14分流成第一阳极尾气流的第一部分18和第一阳极尾气流的第二部分20。第一燃料路径308经由烃类燃料入口通道328接收来自分流机构306的第一阳极尾气流的第一部分18以及来自烃类燃料源326的位于分流机构306下游的烃类燃料流10。烃类燃料流10接着与第一燃料路径308中的第一阳极尾气流的第一部分18混合以形成第一混合流22并将第一混合流22馈送到至少一个燃料重整器362。至少一个燃料重整器362被配置成使用第一混合流22产生重整流24。在此类实施例中，重整流24大体上包括H2和CO。第一燃料路径308进一步使重整流24流到第一燃料电池302。第一燃料电池302至少部分地通过使用重整流24作为燃料进一步产生第一阳极尾气流14、第一阴极尾气流16和第一电功率101。
如图3所示出，燃料冷却器354经由热交换器353接收来自至少一个燃料重整器362的重整流24，所述热交换器353被配置成从重整流24中提取热量。此外，燃料冷却器354使重整流24冷却并将重整流24馈送到第一鼓风机356，所述第一鼓风机356被配置成增大重整流24的压力。在此类实施例中，热交换器353还被配置成将提取出的热量转移到从第一鼓风机356接收的重整流。重整流24接着从热交换器353馈送到第一回热器352。在一个实施例中，第一回热器352从第一阴极尾气流16提取热量并将提取出的热量转移到重整流24。第二回热器358从第一阴极尾气流16提取热量并将提取出的热量转移到第一氧化剂流12。具体地说，与高温回热器358b相比，低温回热器358a从第一阴极尾气流16提取极少量的热量并将提取出的热量转移到第一氧化剂流12。
第二燃料路径310接收来自分流机构306的第一阳极尾气流的第二部分20并将第一阳极尾气流的第二部分20馈送到第一燃料预热器380。在此类实施例中，第一燃料预热器380从第一阳极尾气流的第二部分20中提取热量并将提取出的热量转移到烃类燃料流10。第一燃料预热器380进一步将第一阳极尾气流的第二部分20馈送到第三鼓风机382。在此类实施例中，第三鼓风机382增大第一阳极尾气流的第二部分20的压力并将第一阳极尾气流的第二部分20馈送到水分离单元378。在此类实施例中，水分离单元378在将第一阳极尾气流的第二部分20馈送到第二燃料预热器384之前使水的至少一部分与第一阳极尾气流的第二部分20分离。在此类实施例中，第二燃料预热器384从第二阳极尾气流28提取热量并将提取出的热量转移到第一阳极尾气流的第二部分20。第二燃料预热器384进一步经由第二燃料路径310将第一阳极尾气流的第二部分20馈送到第二燃料电池304。第二燃料电池304进一步经由第二流体路径320和歧管376接收来自第二鼓风机360的第二氧化剂流26。第二氧化剂流26包括空气。与图1的实施例类似，图3中的第二燃料电池304至少部分地通过使用第二氧化剂流26和第一阳极尾气流的第二部分20作为燃料而产生第二阳极尾气流28、第二阴极尾气流30和第二电功率103。
第三回热器364从第二阴极尾气流30提取热量并将提取出的热量转移到第二氧化剂流26。具体地说，与高温回热器364b相比，低温回热器364a从第二阴极尾气流30提取极少量的热量并将提取出的热量转移到第二氧化剂流26。催化氧化器368接收第二阳极尾气流28、第二阴极尾气流30，且经由第三流体路径370接收第三氧化剂流31，并使第二阳极尾气流28和第二阴极尾气流30氧化以产生氧化流32。此外，催化氧化器368经由氧化器出口通道374将氧化流32馈送到第一阴极出口通道318。在某些实施例中，第二回热器358被配置成进一步从第一阴极尾气流16和氧化流32中提取热量并在将第一阴极尾气流16和氧化流32排出到环境之前将提取出的热量转移到第一氧化剂流12。
在某些实施例中，使第一阳极尾气流14分流使得能够维持极高的蒸汽-碳比率(steam-to-carbon ratio)，所述比率处于约2到约3的范围内。此外，使第一阳极尾气流14分流的这种工艺提高了馈送到第一燃料电池302和第二燃料电池304的燃料的品质(即，热值)，由此提高发电系统300的总效率的效率。
图4是根据图2的实例实施例的包括滑流(slip-stream)通道386的发电系统的示意性说明。第一燃料路径308接收来自至少一个燃料重整器362的重整流的第一部分34并使重整流的第一部分34流到第一燃料电池302。第一燃料电池302至少部分地通过使用重整流的第一部分34作为燃料产生第一阳极尾气流14、第一阴极尾气流16和第一电功率101。在所示出的实施例中，滑流通道386从至少一个燃料重整器362延伸到第二燃料路径310。具体地说，滑流通道386连接到处于第一燃料预热器380上游但处于第三鼓风机382下游的第二燃料路径310。在此类实施例中，第二燃料路径310经由滑流通道386接收来自至少一个燃料重整器362的重整流的第二部分36，将重整流的第二部分36与第一阳极尾气流的第二部分20混合以形成第二混合流38，并使第二混合流38流到第二燃料电池304。在此类实施例中，第三鼓风机382接收来自第二燃料路径310的第二混合流38并且增大第二混合流38的压力且将第二混合流38馈送到水分离单元378。水分离单元378在将第二混合流38馈送到第二燃料预热器384之前使水的至少一部分与第二混合流38分离。第二燃料预热器384从第二阳极尾气流28提取热量并将提取出的热量转移到第二混合流38。第二燃料预热器384进一步经由第二燃料路径310将第二混合流38馈送到第二燃料电池304。第二燃料电池304进一步经由第二流体路径320和歧管376接收来自第二鼓风机360的第二氧化剂流26。第二燃料电池304至少部分地通过使用第二氧化剂流26和第二混合流38作为燃料而产生第二阳极尾气流28、第二阴极尾气流30和第二电功率103。在某些实施例中，将重整流的第二部分36混合到第一阳极尾气流的第二部分20提高了馈送到第二燃料电池304的燃料(即，第二混合流38)的品质，由此提高了发电系统300的总效率的效率。
图5是一种用于使用具有如所描述的级联燃料电池的发电系统而产生电功率的方法400的一个实例实施例的流程图。方法400包括在步骤402中在第一燃料电池中产生阳极尾气流。在某些实施例中，第一燃料电池被配置成接收第一氧化剂流和第一混合流或重整流以产生阳极尾气流。方法400还包括在步骤404中使用分流机构使阳极尾气流分流成第一部分和第二部分。此外，方法400包括在步骤406中经由烃类燃料入口通道接收分流机构下游的烃类燃料以及在步骤408中将烃类燃料与阳极尾气流的第一部分混合以形成第一混合流。在一个或多个实施例中，步骤406、408在第一燃料路径中进行。方法400还包括在步骤410中经由第一燃料路径将第一混合流馈送到第一燃料电池以及在步骤412中至少部分地通过使用第一混合流或重整流作为燃料而在第一燃料电池中产生第一电功率。在某些实施例中，第一燃料电池是固体氧化物燃料电池(SOFC)。此外，方法400包括在步骤414中经由第二燃料路径将阳极尾气流的第二部分馈送到第二燃料电池以及在步骤416中至少部分地通过使用阳极尾气流的第二部分作为燃料而在第二燃料电池中产生第二电功率。在一些实施例中，第二燃料电池同样是SOFC。
在一个实施例中，步骤410、412包括以下子步骤：i)将第一混合流供应到设置在第一燃料电池内的至少一个内部燃料重整器；ii)使用至少一个内部燃料重整器重整流；以及iii)通过使用重整流而在第一燃料电池中产生第一电功率。
在另一实施例中，步骤410、412包括以下子步骤：i)将第一混合流供应到位于分流机构下游且连接到第一燃料路径的至少一个燃料重整器；ii)使用至少一个燃料重整器产生重整流；iii)将来自至少一个燃料重整器的重整流供应到第一燃料电池；以及iv)通过使用重整流而在第一燃料电池中产生第一电功率。
在又一实施例中，步骤410、412、414、416包括以下子步骤：i)将第一混合流供应到位于分流机构下游且连接到第一燃料路径的至少一个燃料重整器；ii)使用至少一个燃料重整器产生重整流；iii)将来自至少一个燃料重整器的重整流的一部分供应到第一燃料电池；iv)通过使用重整流的第一部分而在第一燃料电池中产生第一电功率；v)经由从至少一个燃料重整器延伸到第二燃料路径的滑流通道将来自至少一个燃料重整器的重整流的第二部分供应到第二燃料路径；vi)将重整流的第二部分与阳极尾气流的第二部分混合以在第二燃料路径中形成第二混合流；vii)将第二混合流供应到第二燃料电池；以及viii)通过使用第二混合流而在第二燃料电池中产生第二电功率。
根据本文所论述的一或多个实施例，示范性发电系统被配置成提高燃料电池的效率。在某些实施例中，使第一阳极尾气流分流使得能够有效地处置供应到第一燃料电池用于发电的混合流的数量。此外，使混合流循环同样会提高第一和第二燃料电池的效率。此外，将混合流馈送到第一和第二燃料电池使得能够维持品质(例如，热值)和热能，由此使得提高发电系统的总效率。此外，使第一阳极尾气流分流使得能够维持极高的蒸汽-碳比率，从而在相应燃料电池的阳极处会发生电化学反应。类似地，将滑流与第一阳极尾气流的第二部分混合提供极高的蒸汽-碳比率并提高馈送到第二燃料电池的燃料的品质。
如图1到4的实施例所论述的发电系统可包括多个级联燃料电池以提高总效率。换句话说，即使图1到4的实施例教导使用两个燃料电池以产生电功率，但可存在超过两个燃料电池以甚至更加有效地制造发电系统。本发明不应理解为局限于只有两个燃料电池。
在不脱离本发明精神或基本特征的情况下，可以其它特定形式实施本发明。前述实施例是从歧管的所有可能实施例或实例中选择的实施例或实例。因此，前述实施例被视为在所有方面都是说明性的，而不是对本文所描述的本发明进行限制。虽然本文中仅示出并描述仅本发明的某些特征，但是应理解，所属领域的技术人员鉴于本发明的益处将能够识别、选择、优化或修改用于使用根据本发明的的原理的适合于这些和其它类型的应用的方法的合适的情况/参数。通过选择分流机构的位置、选择具有至少一个内部或外部燃料重整器、选择具有连接到至少一个外部燃料重整器的滑流及类似者对发电系统的精确使用可在很大程度上取决于其所预期的特定应用。因此，应理解，所附权利要求书意图涵盖落入本发明的真实精神内的所有此类修改和改变。此外，在权利要求书等效物的含义和范围内的所有变化均意欲涵盖在权利要求书中。

Claims (22)

1.一种发电系统，包括：
第一燃料电池，其包括第一阳极入口通道、第一阳极出口通道和第一阴极出口通道，所述第一燃料电池被配置成产生第一阳极尾气流和第一阴极尾气流，并且使用所述第一阴极出口通道排出所述第一阴极尾气流；
第二燃料电池，其被配置成产生第二阳极尾气流和第二阴极尾气流；
分流机构，其被配置成使所述第一阳极尾气流分流成第一部分和第二部分；
第一燃料路径，其被配置成：经由烃类燃料入口通道接收所述分流机构下游的烃类燃料流；将所述烃类燃料流与所述第一阳极尾气流的所述第一部分混合以形成第一混合流；并且使所述第一混合流环流到所述第一燃料电池的阳极入口，其中所述第一燃料电池还被配置成至少部分地通过使用所述第一混合流作为燃料而产生第一电功率；
第二燃料路径，其被配置成将所述第一阳极尾气流的所述第二部分馈送到所述第二燃料电池，其中所述第二燃料电池还被配置成至少部分地通过使用所述第一阳极尾气流的所述第二部分作为燃料而产生第二电功率；以及
催化氧化器，其设置在所述第二燃料电池下游，其中所述催化氧化器被配置成（i）接收所述第二阳极尾气流、所述第二阴极尾气流和第三氧化剂流；（ii）使所述第二阳极尾气流和所述第二阴极尾气流氧化以产生氧化流；以及（iii）经由氧化器出口通道将所述氧化流馈送到所述第一阴极出口通道。
2.根据权利要求1所述的发电系统，进一步包括：第二阳极出口通道，其用于排出所述第二阳极尾气流；第二阴极出口通道，其用于排出所述第二阴极尾气流；第一流体路径，其被配置成将第一氧化剂流馈送到所述第一燃料电池；和第二流体路径，其被配置成将第二氧化剂流馈送到所述第二燃料电池。
3.根据权利要求2所述的发电系统，其中，所述第一燃料电池包括至少一个内部燃料重整器，所述至少一个内部燃料重整器被配置成接收所述第一混合流并产生重整流，使得所述第一电功率通过使用所述重整流而产生。
4.根据权利要求3所述的发电系统，进一步包括耦合到所述第一阳极出口通道和所述第一燃料路径的第一回热器，其中所述第一回热器被配置成从所述第一阳极尾气流中提取热量并将所提取的热量转移到所述第一混合流。
5.根据权利要求4所述的发电系统，进一步包括耦合到所述第一阴极出口通道和所述第一流体路径的第二回热器，其中所述第二回热器被配置成从所述第一阴极尾气流中提取热量并将所提取的热量转移到所述第一氧化剂流。
6.根据权利要求5所述的发电系统，进一步包括耦合到所述第二阳极出口通道和所述第二燃料路径的第三回热器，其中所述第三回热器被配置成从所述第二阳极尾气流中提取热量并将所提取的热量转移到所述第一阳极尾气流的所述第二部分。
7.根据权利要求6所述的发电系统，进一步包括耦合到所述第二阴极出口通道和所述第二流体路径的第四回热器，其中所述第四回热器被配置成从所述第二阴极尾气流中提取热量并将所提取的热量转移到所述第二氧化剂流。
8.根据权利要求2所述的发电系统，进一步包括耦合到所述氧化器出口通道和所述第二流体路径的第五回热器，其中所述第五回热器被配置成从所述氧化流中提取热量并将所提取的热量转移到所述第二氧化剂流。
9.根据权利要求2所述的发电系统，进一步包括设置在所述分流机构下游并耦合到所述第二燃料路径的水分离单元，其中所述水分离单元被配置成在所述第一阳极尾气流的所述第二部分被馈送到所述第二燃料电池之前使水的至少一部分与所述第一阳极尾气流的所述第二部分分离。
10.根据权利要求2所述的发电系统，进一步包括位于所述分流机构下游并耦合到所述第一燃料路径的至少一个燃料重整器，其中所述至少一个燃料重整器被配置成接收所述第一混合流，产生重整流，并且使所述重整流的第一部分环流到所述第一燃料电池，使得所述第一电功率通过使用所述重整流的所述第一部分而产生。
11.根据权利要求10所述的发电系统，进一步包括从所述至少一个燃料重整器延伸到所述第二燃料路径的滑流通道，其中所述第二燃料路径被配置成经由所述滑流通道接收所述重整流的第二部分，与所述第一阳极尾气流的所述第二部分混合以形成第二混合流，并且使所述第二混合流环流到所述第二燃料电池，使得所述第二电功率通过使用所述第二混合流而产生。
12.根据权利要求11所述的发电系统，进一步包括耦合到所述第一阴极出口通道和所述第一燃料路径的第一回热器，其中所述第一回热器被配置成从所述第一阴极尾气流中提取热量并将所提取的热量转移到所述重整流的所述第一部分。
13.根据权利要求12所述的发电系统，进一步包括耦合到所述第一阴极出口通道和所述第一流体路径的第二回热器，其中所述第二回热器被配置成从所述第一阴极尾气流中提取热量并将所提取的热量转移到所述第一氧化剂流。
14.根据权利要求13所述的发电系统，进一步包括耦合到所述第二阴极出口通道和所述第二流体路径的第三回热器，其中所述第三回热器被配置成从所述第二阴极尾气流中提取热量并将所提取的热量转移到所述第二氧化剂流。
15.根据权利要求14所述的发电系统，进一步包括设置在所述第二燃料电池下游的催化氧化器，其中所述催化氧化器被配置成（i）接收所述第二阳极尾气流、所述第二阴极尾气流和第三氧化剂流；（ii）使所述第二阳极尾气流和所述第二阴极尾气流氧化以产生氧化流；以及（iii）经由氧化器出口通道将所述氧化流馈送到所述第一阴极出口通道。
16.根据权利要求11所述的发电系统，进一步包括耦合到所述第二燃料路径和所述烃类燃料入口通道的第一燃料预热器，其中所述第一燃料预热器被配置成从所述第一阳极尾气流的所述第二部分提取热量并将所提取的热量转移到所述烃类燃料流。
17.根据权利要求16所述的发电系统，进一步包括设置在所述分流机构下游并耦合到所述第二燃料路径的水分离单元，其中所述水分离单元被配置成在所述第一阳极尾气流的所述第二部分或所述第二混合流被馈送到所述第二燃料电池之前使水的至少一部分与所述第一阳极尾气流的所述第二部分或所述第二混合流分离。
18.根据权利要求17所述的发电系统，进一步包括耦合到第二阳极出口通道和所述水分离单元下游的所述第二燃料路径的第二燃料预热器，其中所述第二燃料预热器被配置成从所述第二阳极尾气流提取热量并将所提取的热量转移到所述第一阳极尾气流的所述第二部分或所述第二混合流。
19.一种用于发电的方法，包括：
在第一燃料电池中产生阳极尾气流，所述第一燃料电池包括第一阳极入口通道、第一阳极出口通道和第一阴极出口通道；
使用分流机构使所述阳极尾气流分流成第一部分和第二部分；
经由烃类燃料入口通道接收所述分流机构下游的烃类燃料流；
将所述烃类燃料流与所述阳极尾气流的所述第一部分混合以形成第一混合流；
经由第一燃料路径将所述第一混合流馈送到所述第一燃料电池；
至少部分地通过使用所述第一混合流作为燃料而在所述第一燃料电池中产生第一电功率；
经由第二燃料路径将所述阳极尾气流的所述第二部分馈送到第二燃料电池；
至少部分地通过使用所述阳极尾气流的所述第二部分作为燃料而在所述第二燃料电池中产生第二电功率；以及
经由设置在所述第二燃料电池下游的催化氧化器，接收第二阳极尾气流、第二阴极尾气流和第三氧化剂流，使所述第二阳极尾气流和所述第二阴极尾气流氧化以产生氧化流以及经由氧化器出口通道将所述氧化流馈送到所述第一阴极出口通道。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述第一混合流馈送到所述第一燃料电池以及在所述第一燃料电池中产生所述第一电功率包括：
将所述第一混合流供应到设置在所述第一燃料电池内的至少一个内部燃料重整器；
使用所述至少一个内部燃料重整器产生重整流；以及
通过使用所述重整流而在所述第一燃料电池中产生所述第一电功率。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述第一混合流馈送到所述第一燃料电池以及在所述第一燃料电池中产生所述第一电功率包括：
将所述第一混合流供应到位于所述分流机构下游并耦合到所述第一燃料路径的至少一个燃料重整器；
使用所述至少一个燃料重整器产生重整流；
将来自所述至少一个燃料重整器的所述重整流供应到所述第一燃料电池；以及
通过使用所述重整流的所述第一部分而在所述第一燃料电池中产生所述第一电功率。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述第一混合流馈送到所述第一燃料电池、在所述第一燃料电池中产生所述第一电功率、将所述阳极尾气流的所述第二部分馈送到所述第二燃料电池以及在所述第二燃料电池中产生所述第二电功率包括：
将所述第一混合流供应到位于所述分流机构下游并耦合到所述第一燃料路径的至少一个燃料重整器；
使用所述至少一个燃料重整器产生重整流；
将来自所述至少一个燃料重整器的所述重整流的第一部分供应到所述第一燃料电池；
通过使用所述重整流的所述第一部分而在所述第一燃料电池中产生所述第一电功率；
经由从所述至少一个燃料重整器延伸到所述第二燃料路径的滑流通道将来自所述至少一个燃料重整器的所述重整流的第二部分供应到所述第二燃料路径；
将所述重整流的所述第二部分与所述阳极尾气流的所述第二部分混合以在所述第二燃料路径中形成第二混合流；
将所述第二混合流供应到所述第二燃料电池；以及
通过使用所述第二混合流而在所述第二燃料电池中产生所述第二电功率。
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