JP2016015318A - 直列燃料電池を利用した発電のシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】直列燃料電池を利用した発電のシステム及び方法を提供する。
【解決手段】第１の燃料極排ガス流２２を受け入れて、改質された流れを形成するために第１の燃料極排ガス流２２と改質器燃料流１２とを混合するように構成される少なくとも１つの燃料改質器３００と、改質された流れを第１の部分４０と第２の部分５０とに分流する分流機構４００と、第１の燃料電池２００の燃料極入口２２１に第１の部分４０を流通させるように構成される燃料通路４１０を有する。第１の燃料電池２００が、少なくとも部分的に第１の部分４０を燃料として使用することによって第１の電力１０１を生成し、第２の燃料電池５００が第２の部分５０を受け入れて、少なくとも部分的に第２の部分５０を燃料として使用することによって第２の電力１０２を生成する。
【選択図】図１
【解決手段】第１の燃料極排ガス流２２を受け入れて、改質された流れを形成するために第１の燃料極排ガス流２２と改質器燃料流１２とを混合するように構成される少なくとも１つの燃料改質器３００と、改質された流れを第１の部分４０と第２の部分５０とに分流する分流機構４００と、第１の燃料電池２００の燃料極入口２２１に第１の部分４０を流通させるように構成される燃料通路４１０を有する。第１の燃料電池２００が、少なくとも部分的に第１の部分４０を燃料として使用することによって第１の電力１０１を生成し、第２の燃料電池５００が第２の部分５０を受け入れて、少なくとも部分的に第２の部分５０を燃料として使用することによって第２の電力１０２を生成する。
【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、一般に発電のシステムおよび方法に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、発電効率全体を改善することができる、再流通サイクルを含む、直列燃料電池システムをベースとした発電システムおよび方法に関する。
燃料電池は、発電における比較的高効率および低公害の可能性を示している電気化学的エネルギー変換装置である。燃料電池は、一般に、例えばインバータを用いて交流（ａｃ）に変換され得る直流（ｄｃ）を供給する。ｄｃまたはａｃ電圧は、モータ、ライト、ならびに任意の数の電気装置およびシステムに電力を供給するために使用され得る。燃料電池は、定置用途、半定置用途、または可動用途において運用され得る。
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）などの特定の燃料電池は、工業および都市の需要を満たす電気を供給する大規模な電力システムにおいて運用され得る。他は、例えば電気自動車（ｐｏｗｅｒｉｎｇ ｃａｒ）などのより小型の可動用途に有用であり得る。一般的な種類の燃料電池は、リン酸（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩（ＭＣＦＣ）、プロトン交換膜（ＰＥＭＦＣ）、および固体酸化物（ＳＯＦＣ）を含み、これらはすべて、一般にその電解質にちなんだ名称が付けられている。
実際には、燃料電池は、一般的には、有用な電圧または電流の電力を生成するために複数の燃料電池のアセンブリ（燃料電池）において電気的に直列に集められる。したがって、相互接続構造が、互いに隣接する燃料電池を直列または並列に接続または連結するために使用され得る。一般に、燃料電池の構成要素は、電解質および２つの電極を含む。一般に、電気を生成する反応は、一般的に触媒が反応を促進するために配置された電極で起こる。電極は、化学反応が起こる表面積を増加させるためにチャンネルおよび多孔質層などとして構成され得る。電解質は、一方の電極から他方の電極に荷電粒子を運び、他の点では、燃料および酸化物の両方に対して実質的に不透過性である。
一般的に、燃料電池は、水素（燃料）および酸素（酸化物）を水（副生成物）に変換して電気を生成する。副生成物の水は、高温動作において蒸気として燃料電池から出る場合がある。水素燃料は、炭素ベースの供給原材料の現地での改質（ｌｏｃａｌ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）（例えば、オンサイトの水蒸気改質）（比較的簡単に入手可能な天然ガスならびに他の炭化水素燃料および供給原材料の改質など）によって供給され得る。炭化水素燃料の例は、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、メタノール、合成ガス、および他の炭化水素を含む。
電気化学反応に供給する水素を生成するための、炭化水素燃料の改質は、燃料電池の動作に組み込まれ得る。さらに、このような改質は、燃料電池の内部および／または外部で行われ得る。炭化水素の改質が、燃料電池の外部で実行される場合、関連する外部改質器が、燃料電池から遠くに、または燃料電池に隣接して配置され得る。
燃料電池の内部で、および／または燃料電池に隣接して炭化水素を改質し得る燃料電池システムは、以下で説明されるような利点を提供し得る。例えば、炭化水素の蒸気改質反応は、一般的に吸熱反応であり、したがって、燃料電池内での内部改質または隣接する改質器での外部改質は、燃料電池の、一般的な、電気化学的な発熱反応によって発生した熱を利用し得る。さらに、電気を生成する、燃料電池内での水素および酸素の電気化学反応に活性のある触媒はまた、炭化水素燃料の内部改質を促進し得る。例えばＳＯＦＣにおいて、ニッケル触媒が、電気化学反応を持続させるために電極（例えば、燃料極）に配置される場合、活性ニッケル触媒はまた、炭化水素燃料を水素および一酸化炭素（ＣＯ）に改質し得る。さらに、炭化水素供給原料を改質するときに、水素およびＣＯの両方が生成され得る。したがって、燃料として（水素に加えて）ＣＯを利用することができる、ＳＯＦＣなどの燃料電池は、一般に、改質される炭化水素の利用および炭化水素燃料の内部および／または近傍での改質に関してより魅力的な候補である。
高温で動作する燃料電池からの排気成分は、一般的な複合サイクルシステムの一部としてタービンおよび他の種類のエンジンに導かれ得る。このようなシステムは、発電に関して魅力的な方法であり得るが、広範囲の実施を妨げ得るいくつかの欠点が依然として存在する。単純サイクルモードで動作する燃料電池の今日の例のいくつかは、通常は約５０％の変換効率しか達成していない。したがって、燃料電池を組み込んだより効率的な発電システムが必要とされている。
これらのおよび他の必要性を満たす、本発明の実施形態が含まれている。一実施形態は、発電システムであって、（ｉ）第１の燃料極排ガス流および第１の空気極排ガス流を生成するように構成された第１の燃料電池と、（ｉｉ）第１の燃料電池の下流に配置された少なくとも１つの燃料改質器であって、第１の燃料極排ガス流を受け入れて、改質された流れを形成するために該第１の燃料極排ガス流と改質器燃料流とを混合するように構成された燃料改質器と、（ｉｉｉ）改質された流れを第１の部分と第２の部分とに分流する分流機構と、（ｉｖ）第１の燃料電池の燃料極入口に第１の部分を流通させるように構成された燃料通路であって、第１の燃料電池が、少なくとも部分的に第１の部分を燃料として使用することによって第１の電力を生成するように構成されている燃料通路と、（ｖ）第２の部分を受け入れて、少なくとも部分的に第２の部分を燃料として使用することによって第２の電力を生成するように構成された第２の燃料電池であって、第２の燃料極排ガス流および第２の空気極排ガス流を生成するようにさらに構成されている第２の燃料電池とを備える発電システムである。
一実施形態は、発電の方法であって、第１の燃料電池において第１の燃料極排ガス流および第１の空気極排ガス流を生成するステップと、第１の燃料電池の下流に配置された外部改質器において第１の燃料極排ガス流を受け入れて、改質された流れを形成するために改質器において第１の燃料極排ガス流と改質器燃料流とを混合するステップと、改質された流れを第１の部分と第２の部分とに分流して、第１の部分を第１の燃料電池の燃料極入口に流通させるステップと、少なくとも部分的に第１の部分を燃料として使用することによって第１の燃料電池において第１の電力（すなわち、ある量の電力）を生成するステップと、第２の燃料電池において第２の部分を受け入れて、第２の燃料電池において第２の燃料極排ガス流および第２の空気極排ガス流を生成するステップと、少なくとも部分的に第２の部分を燃料として使用することによって第２の電力を生成するステップとを含む方法である。
一実施形態は、発電システムであって、（ｖｉ）第１の燃料極排ガス流および第１の空気極排ガス流を生成するように構成された第１の燃料電池と、（ｖｉｉ）第１の燃料極排ガス流を第１の部分と第２の部分とに分流する分流機構と、（ｖｉｉｉ）第１の燃料電池の燃料極入口に第１の部分を流通させるように構成された燃料通路であって、第１の燃料電池が、少なくとも部分的に第１の部分を燃料として使用することによって第１の電力を生成するように構成されている燃料通路と、（ｉｘ）第２の部分を受け入れて、少なくとも部分的に第２の部分を燃料として使用することによって第２の電力を生成するように構成された第２の燃料電池であって、第２の燃料極排ガス流および第２の空気極排ガス流を生成するようにさらに構成されている第２の燃料電池とを備える発電システムである。
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明が添付図面を参照しながら読まれるときにより良く理解されるようになる。なお、添付図面では、同じ符号が、図面を通して同じ部分を示している。
本明細書で説明されている実施形態のいくつかは、好適には、再流通特徴を用いる特定の実施形態において増加したプラント効率（例えば、６５％を上回る）を実現することができる。
近似的な言葉は、本明細書および特許請求の範囲にわたって本発明に関して使用されるとき、任意の量的表現であって、それが関係する基本機能の変化をもたらさずに許容範囲内で変化し得る任意の量的表現を修飾するために適用されてもよい。したがって、「約」および「実質的に」などの用語または複数の用語によって修飾されている値は、特定のまさにその値に限定されるわけではない。一部の例において、近似的な言葉は、値を測定するための機器の精度に対応し得る。ここにおいてならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の制限は、組み合わされ、および／または入れ替えられてもよく、また、このような範囲は、識別され、別段の指示がない限り、これに含まれるすべての部分範囲を含む。
以下の明細書および特許請求の範囲において、単数形「一つの（ａ）」、「一つの（ａｎ）」、および「前記（ｔｈｅ）」は、別段の指示がない限り、複数形の指示対象を含む。本明細書で使用されるとき、用語「または（ｏｒ）」は、排他的であることを意図されておらず、別段の指示がない限り、言及されている構成要素の少なくとも１つが存在することを意味し、言及されている構成要素の組み合わせが存在し得る例を含む。
本明細書で使用されるとき、用語「してもよい（ｍａｙ）」および「であってもよい（ｍａｙ ｂｅ）」は、１組の状況における発生の可能性、指定された性質、特性、もしくは機能の所有の可能性を示し、および／または修飾される動詞に関連する能力、機能、もしくは可能性の１つ以上を表現することによって別の動詞を修飾する。したがって、「してもよい」および「であってもよい」の用法は、修飾された用語が、一部の状況において修飾された用語が場合により適当でなく、有用でなく、適さない場合があることを考慮に入れつつも、示されている能力、機能、または使用に関して明らかに適当であり、有用であり、または適することを示している。
一部の実施形態において、発電システムが提示される。図１は、第１の燃料極排ガス流２２および第１の空気極排ガス流２４を生成するように構成された第１の燃料電池２００を含む発電システム１００の概略図である。図１に示されているように、第１の燃料電池２００は、燃料極２２０、空気極２４０、および電解質２６０を含む。当業者は、燃料電池の一般的な構造および機能を理解している。本明細書の他の箇所で説明されるように、第１の燃料電池２００は、特定の実施形態においてＳＯＦＣ装置であってもよい。この種類の発電システムでのＳＯＦＣ装置の使用に付随する多くの利点が存在する。
引き続き図１を参照すると、燃料流１０は、通常、任意の従来の誘導機構によって、第１の燃料電池２００の燃料極２２０の入口２２１に導かれる。燃料流１０は、任意の適切な燃料を含んでもよく、その非限定的な例は、メタン、エタン、プロパン、メタノール、合成ガス、天然ガス、またはこれらの組み合わせを含む。特定の実施形態において、燃料流１０は、燃料としてメタンを含む。後に詳細に述べられるように、燃料電池の流れは、改質された流れの一部とさらに組み合わされて、燃料極２２０の入口２２１に導かれる。したがって、燃料極入口流は、燃料ならびに水素、水、二酸化炭素、および酸化炭素の１種類以上を含んでもよい。また、酸化剤流（例えば、酸素または任意の適切な酸化剤）１４は、任意の従来技術によって第１の燃料電池２００の空気極入口２４１に導かれてもよい。
第１の燃料電池２００の燃料電池反応は、部分的にまたは完全に燃料を、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）を含む混合物に変換する。これらのガスは、任意の適切な経路を通って第１の燃料電池２００の燃料極２２０から出て行き、燃料極排気（多くの場合「第１の燃料極排ガス流」２２と呼ばれる）の少なくとも一部を構成する。蒸気または液体の形態の水は、別の副生成物である。したがって、燃料極排ガス流は、Ｈ２およびＣＯに加えて様々な他の成分（水、蒸気、メタン、および二酸化炭素など）をさらに含み得る。様々な要因が、その組成に影響を及ぼし得るが、第１の燃料極排ガス流は、少なくとも約１０体積％のＨ２およびＣＯを含んでもよく、一部の実施形態では、少なくとも約２０％（例えば、最大で約４０％）のＨ２およびＣＯを含んでもよい。
当業者は、燃料電池反応においてさらに電気または電力１０１が生成され、適切な電気回路（ここでは具体的に図示せず）によって第１の燃料電池２００から外に送られることを理解している。
引き続き図１を参照すると、発電システム１００は、第１の燃料電池２００の下流に配置された少なくとも１つの燃料改質器３００をさらに含み、燃料改質器３００は、第１の燃料極排ガス流２２を受け入れて、改質された流れ３０を形成するために第１の燃料極排ガス流２２と改質器燃料流１２とを混合するように構成されている。一部の実施形態において、図１に示されているように、第１の燃料極排ガス流２２は、改質器３００に流入する前に、混合された燃料流２０を形成するために改質器燃料流１２と組み合わされる。一部の他の実施形態（図に示されていない）において、２つの流れは、改質器３００に流入した後に混合されてもよい。
用語「下流に」は、本明細書で使用されるとき、改質器３００が第１の燃料電池２００から第１の燃料極排ガス流２２を受け入れるように構成されていることを意味する。このことは、一般的な燃料電池アセンブリと対照的である。なぜなら、一般的な燃料電池アセンブリでは、外部改質器は、燃料電池の「上流に」配置され、一般的には、改質器の排気が燃料電池の入口に導かれるように構成されるからである。このようなシステムにおける、燃料電池からの燃料極排ガスは、改質器の代わりに排ガス燃焼器に導かれる。燃料電池の下流に配置される外部改質器の使用は、好適には、吸熱蒸気改質工程によって燃料極排ガス流の富化を可能にし得る。なお、その一部は、分流後に第２の燃料電池に導かれる。
先に指摘したように、改質器燃料流１２（例えば、メタン）は、改質器３００において燃料極排ガス流２２と組み合わされる。流入する燃料流１２と燃料極排ガス流２２の少なくとも一部との組み合わせは、燃料電池で生成された蒸気をメタンの改質に利用する一部の実施形態にとって望ましい特徴である。２つの流れを組み合わせることはさらに、改質器におけるコーキングを防止するために必要な十分に高い蒸気対炭素の比率を実現する。それは、流入する燃料が改質ステップの前に水または蒸気のみと組み合わされる、当該技術分野における一部のシステムと対照をなす。外部改質の前に行われる、燃料と燃料極排ガス流との組み合わせは、一部の実施形態にとって別の重要な特徴を示す。
改質器燃料流１２および燃料極排ガス流２２は、先に言及した改質反応に従って改質器３００内で部分的にまたは完全に、改質された流れ３０（例えば、Ｈ２およびＣＯを含む）に変換される。また、改質反応は、一部の実施形態において、第１の燃料電池２００によって放出された熱の一部によって促進されてもよい。
システム１００は、図１に示されているように、改質された流れ３０を第１の部分４０と第２の部分５０とに分流する分流機構４００をさらに含む。使用される分流機構の種類には制限がないことに留意すべきであり、また、図は、任意の種類の標準的な分流機構（例えば、弁または配管機構）を含むことを意図されている。さらに、本発明の一部の実施形態において、ガスおよび混合されたガス流の移動および／または分配を処理する、発電システム１００の特徴には、膜または膜構造が存在しない。膜および膜構造の不在は、好適であり得る（特に、より大規模な産業システムにとって）。
引き続き図１を参照すると、発電システム１００は、改質された流れ３０の第１の部分４０を第１の燃料電池２００の燃料極入口２２１に流通させるように構成された燃料通路４１０をさらに含む。一部の実施形態において、第１の部分４０は、燃料極２２０の入口２２１に再流通され、これにより、付加的な燃料が、第１の燃料電池２００に供給される。この入口は、燃料流１０に使用されているのと同じ入口通路であってもよいし、異なる入口通路であってもよい。
一部の実施形態において、第１の燃料電池２００は、少なくとも部分的に第１の部分４０を燃料として使用することによって第１の電力１０１を生成するように構成される。先に言及したように、改質された流れ３０は、水素および一酸化炭素を含む。改質後、再流通されるガス流４０（今や、燃料極排ガスおよび改質された燃料の両方を含む）は、少なくとも約３５体積％（例えば、約４０〜４５体積％）の水素および一酸化炭素を含んでもよい。
第１の燃料電池２００への水素成分の再流通は、その効率を大幅に向上させることができる。さらに、本明細書で説明されている再流通特徴によってもたらされる利点は、別途の水供給を不必要にする、外部改質器への水の自動供給を含み得るが、これに限定されない。第１の燃料電池の燃料極入口への改質された流れの一部の再流通は、燃料流中の蒸気および熱エネルギーの保持を助け、これにより、より高効率のシステムをもたらす。
引き続き図１を参照すると、システム１００は、改質された流れの第２の部分５０を受け入れるように構成された第２の燃料電池５００をさらに含む。図１に示されているように、第２の燃料電池５００は、燃料極５２０、空気極５４０、および電解質５６０を含む。第１の燃料電池２００との関連で先に説明したように、第２の燃料電池５００もまた、ＳＯＦＣ装置であってもよい。
図１に示されているように、改質された流れ３０の第２の部分５０は、任意の従来の誘導機構によって、第２の燃料電池５００の燃料極５２０の入口５２１に導かれる。また、酸化剤流（例えば、酸素または任意の適切な酸化剤）は、任意の従来技術（図に示されていない）によって第２の燃料電池５００に導かれてもよい。一部の実施形態において、付加的な燃料流（図示せず）が、第２の燃料電池５００の燃料極５２０の入口５２１にさらに導かれてもよい。
第２の燃料電池５００は、改質された流れ３０の第２の部分５０を受け入れて、少なくとも部分的に第２の部分５０を燃料として使用することによって第２の電力１０２を生成するように構成されている。このように、改質された流れ３０の第２の部分５０が供給される第２のＳＯＦＣベースのサイクルは、改質された流れ３０の第１の部分４０の再流通に加えて、発電における第２のサイクルを体現する。第２の燃料電池５００は、図１に示されているように、第２の燃料極排ガス流５２および第２の空気極排ガス流５４を生成するようにさらに構成されている。
一部の実施形態において、改質された流れ３０の部分４０、５０のそれぞれは、実質的に同じ組成を有してもよい。一部の実施形態において、改質された流れ３０の第２の部分５０に対する改質された流れ３０の第１の部分４０の割合は、約０．４〜約０．９５の範囲内である。一部の実施形態において、改質された流れ３０の第２の部分５０に対する改質された流れ３０の第１の部分４０の割合は、約０．６〜約０．９５の範囲内である。一部の実施形態において、改質された流れ３０の全体の少なくとも約５０体積％が、第１の燃料電池２００の燃料極２２０に再流通され、残り（第２の部分５０）の大部分または全部が、第２の燃料電池５００に導かれる。一部の実施形態において、改質された流れ３０の全体の少なくとも約７５体積％が、燃料極２２０に再流通され、一部の事例においては、改質された流れ３０の全体の約８５体積％超が、燃料極２２０に再流通される。
図１の実施形態および他の実施形態において、少なくとも２つの発電源が存在する。先に暗示したように、第１の燃料電池２００自体は、第１の電力１０１を所望の位置（例えば、外部回路）に供給する第１の発電装置である。第２の発電装置は、同様に第２の電力１０２を所望の位置に供給する第２の燃料電池５００である。第１の燃料電池２００に供給する再流通サイクルによって発生する「促進作用（ｂｏｏｓｔ）」を用いて２つの電力源を実現する発電システム１００の全体の能力は、様々な産業の運用におい独自の利点であり得る。
さらに、２つ以上の燃料電池を組み合わせることによって、６５％を上回る電気効率を容易に達成することができる。さらに、燃料電池は、電力を生成するために電気化学的変換工程を利用するため、ＮＯｘ排出が、実質的に除去され得るが、このことは、内燃／外燃工程に依存する従来の複合サイクルシステムでは不可能である。
本発明の一部の実施形態は、さらに好適には、１つ以上の流れを加熱するために第１の燃料電池２００および改質器３００の一方または両方において発生した熱を使用することを可能にし、これにより、より高い効率およびより低いエネルギーコストを実現する。
図２は、図１に示されているシステムと同様であるが、第１のレキュペレータ８００を追加した発電システム１００の概略図である。第１のレキュペレータ８００は、第１の空気極排ガス流２４および第２の空気極排ガス流５４の少なくとも一部から熱を受け取り、抽出するように構成されている。図２に示されているように、第１の空気極排ガス流２４および第２の空気極排ガス流５４は、組み合わされた空気極排ガス流８２を形成するために互いに組み合わされ、レキュペレータ８００は、組み合わされた空気極排ガス流８２から熱を抽出するように構成されている。レキュペレータ８００は、図２に示されているように、抽出した熱の少なくとも一部を改質された流れの第１の部分４０に伝達するようにさらに構成されている。したがって、第１の部分４０は、第１の燃料電池２００の燃料極入口２２１（図示せず）に流入する前に、加熱されたリサイクルされる流れ８１を形成するためにレキュペレータにおいて加熱される。レキュペレータ８００は、図２に示されているように、冷却された空気極排ガス流８４を形成するようにさらに構成されている。
図２に示されている実施形態において、第１の空気極排ガス流２４は、レキュペレータ８００に流入する前に、組み合わされた空気極排ガス流８２を形成するために第２の空気極排ガス流５４と組み合わされることに留意すべきである。一部の他の実施形態（図に示されていない）において、２つの流れは、レキュペレータ８００に流入した後に混合されてもよい。
図３は、図２に示されているシステムと同様の発電システム１００の概略図であるが、システムが、リサイクルループ８１０をさらに含む点が追加されている。図３に示されているように、リサイクルループは、冷却された空気極排ガス流８４の少なくとも一部を第１の燃料電池２００の空気極入口２４１に流通させるように構成されている。したがって、図３に示されている実施形態において、空気極入口流１４に、冷却された空気極排ガス流８４の少なくとも一部が付加的に混合され、この結果、熱交換器９００のサイズが低減され、これにより、コストおよび空間の節約が実現される。
一部の実施形態において、冷却された空気極排ガス流８４の少なくとも一部は、空気極入口流９４を加熱するためにさらに利用されてもよい。図３を再び参照すると、一部の実施形態において、発電システムは、冷却された空気極排ガス流８４の少なくとも一部から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を第１の燃料電池２００の空気極入口流９４に伝達するように構成された空気予備加熱器９００をさらに含む。
次に図４を参照すると、発電システム１００の別の実施形態が提示されている。図４に示されている発電システムは、図１に示されているシステムと同様であるが、システムが、第２のレキュペレータ６００をさらに含む点が追加されている。図４に示されているように、第２のレキュペレータ６００は、改質器３００の下流かつ分流機構４００の上流に配置されている。第２のレキュペレータ６００は、冷却された改質された流れ３２を形成するために改質された流れ３０から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を改質された流れの第１の部分４０に伝達し、これにより、加熱されたリサイクル流４１を形成するように構成されている。このような場合、改質器３００において発生した熱は、第１の燃料電池２００の燃料極入口２２１（すなわち、図１に示されているような）にリサイクルされる、改質された流れの部分４０を付加的に加熱するために使用される。
一部の実施形態において、図４に示されているように、発電システム１００は、第２のレキュペレータ６００の下流かつ分流機構４００の上流に配置された第１の水分離ユニット７００をさらに含む。第１の水分離ユニット７００は、冷却された改質された流れ３２から水の少なくとも一部７０を分離するように構成されている。第１の水分離ユニット７００は、第２の燃料電池５００への燃料極入口流に関して特定の蒸気対炭素の比率を実現するのに十分な量の水蒸気を保持するように設計されてもよい。このことは、第１の水分離ユニット７００の出口温度を制御することによって達成されてもよい。
次に図５を参照すると、発電システム１００の別の実施形態が提示されている。図５に示されている発電システムは、図４に示されているシステムと同様であるが、改質器３００の下流かつ第２のレキュペレータ６００の上流に配置された第１の燃料予備加熱器６１０が追加されている。第１の燃料予備加熱器６１０は、冷却された改質された流れ３１を形成するように、改質された流れ３０から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を、改質器３００に流入する燃料流１１に伝達するように構成されている。このような場合、改質器において発生した熱は、改質器３００に流入する入口燃料流を付加的に加熱するために使用される。
図６は、本発明の別の実施形態を示しており、発電システムは、図５に示されているシステムと同様であるが、第２の燃料予備加熱器６２０が追加されている。第２の燃料予備加熱器６２０は、図６に示されているように分流機構４００の下流かつ第２の燃料電池５００の上流に配置されている。第２の燃料予備加熱器６２０は、冷却された第２の燃料極排ガス流５３を形成するために第２の燃料極排ガス流５２から熱を抽出して、加熱された流れ５１を形成するために、抽出した熱の少なくとも一部を改質された流れ３０の第２の部分５０に伝達するように構成されている。このような場合、第２の燃料電池５００において発生した熱は、第２の燃料電池５００に流入する燃料極入口流を付加的に加熱するために使用される。
次に図７を参照すると、第１のレキュペレータ８００および第２のレキュペレータ６００の両方を含む発電システム１００が提示されている。このシステムは、図１に示されているシステムと同様であるが、改質器３００の下流かつ分流機構４００の上流に配置された第２のレキュペレータ６００が追加されている。第２のレキュペレータ６００は、冷却された改質された流れ３２を形成するために改質された流れ３０から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を改質された流れの第１の部分４０に伝達し、これにより、加熱されたリサイクル流４１を形成するように構成されている。このような場合、改質器３００において発生した熱は、第１の燃料電池２００の燃料極入口２２１（すなわち、図１参照）にリサイクルされる、改質された流れの部分４０を付加的に加熱するために使用される。図７に示されているように、このような実施形態において、システム１００は、第１のレキュペレータ８００をさらに含む。第１のレキュペレータ８００は、第１の空気極排ガス流２４および第２の空気極排ガス流５４の少なくとも一部から熱を受け取り、抽出するように構成されている。レキュペレータ８００は、抽出した熱の少なくとも一部を加熱されたリサイクル流４１に伝達するようにさらに構成されている。したがって、加熱されたリサイクル流４１は、第１の燃料電池２００の燃料極入口２２１に流入する前に、加熱されたリサイクルされる流れ８１を形成するために第１のレキュペレータ８００において付加的に加熱される。このような場合、燃料極入口流は、第１の燃料電池２００の燃料極入口流を加熱するために２つの異なる熱源（改質器の排熱および空気極排ガス熱）を使用して加熱される。
次に図８を参照すると、図７のシステムと同様であるが、リサイクルループ８１０を追加した発電システムが提示されている。図８に示されているように、リサイクルループ８１０は、冷却された空気極排ガス流８４（レキュペレータ８００において形成された）の少なくとも一部を第１の燃料電池２００の空気極入口に流通させるように構成されている。一部の実施形態において、冷却された空気極排ガス流８４の少なくとも一部は、空気極入口流を加熱するためにさらに利用されてもよい。図８を再び参照すると、一部の実施形態において、発電システム１００は、冷却された空気極排ガス流８４の少なくとも一部から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を第１の燃料電池２００の空気極入口流９４に伝達するように構成された空気予備加熱器９００をさらに含む。
次に図９を参照すると、第１の燃料予備加熱器６１０および第２の燃料予備加熱器６２０を追加した、図８のシステムと同様の発電システムが提示されている。第１の燃料予備加熱器６１０は、改質器３００の下流かつ第２のレキュペレータ６００の上流に配置されている。第１の燃料予備加熱器６１０は、改質された流れ３０から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を、改質器３００に流入する燃料流１１に伝達するように構成されている。このような場合、改質器３００において発生した熱は、改質器３００に流入する改質器燃料流１２を付加的に加熱するために使用される。
第２の燃料予備加熱器６２０は、図９に示されているように、分流機構４００の下流かつ第２の燃料電池５００の上流に配置されている。第２の燃料予備加熱器６２０は、冷却された第２の燃料極排ガス流５３を形成するために第２の燃料極排ガス流５２の少なくとも一部５５から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を改質された流れ３０の第２の部分５０に伝達するように構成されている。このような場合、第２の燃料電池５００において発生した熱は、第２の燃料電池５００に流入する燃料極入口流５１を付加的に加熱するために使用される。
図９を再び参照すると、一部の実施形態において、システム１００は、第２の空気極入口流５７として第２の燃料電池５００の空気極入口に流入する前に酸素流または酸化剤流を加熱するための燃焼器６３０をさらに随意に含んでもよい。図９に示されているように、このような場合、第２の燃料極排ガス流５２の部分５８は、燃焼器６３０において酸素流または酸化剤流５６を加熱するために使用されてもよい。
次に図１０を参照すると、３つの電力源を含む発電システム１００が提示されている。図１０に示されている発電システム１００は、図９のものと同様であるが、システム１００が、外燃機関２０００をさらに含む点が追加されている。システム１００は、冷却された第２の燃料極排ガス流５３から水の少なくとも一部７１を抽出するように構成された第２の水分離ユニット７１０をさらに含み、冷却された第２の燃料極排ガス流５３は、次に、図１０に示されているように燃焼ユニット１０００によって受け入れられてもよい。燃焼ユニット１０００は、冷却された第２の燃料極排ガス流５３の少なくとも一部および冷却された空気極排ガス流９２の少なくとも一部を受け入れるように構成されている。
図１０に示されているように、システム１００は、第３の電力１０３を生成するために燃焼ユニット１０００から排気９３を受け入れるように構成された外燃機関２０００をさらに含む。適切な外燃機関の非限定的な例は、スターリングエンジン、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）、およびタービン発電機などを含む。一部の実施形態において、流れ９３は、例えば、工程要件または空間加熱要件（熱および動力の組み合わせモード）を満たすために熱源として、または蒸気吸収システムと接続されているときに空間冷却を実現するために使用されてもよい（外燃機関２０００のない場合に）。
また、発電の方法が提示される。本方法は、図１を参照しながら説明され、第１の燃料電池２００において第１の燃料極排ガス流２２および第１の空気極排ガス流２４を生成することを含む。本方法は、第１の燃料電池２００の下流に配置された外部改質器３００において第１の燃料極排ガス流２２を受け入れること、および、改質された流れ３０を形成するために改質器３００において第１の燃料極排ガス流２２と改質器燃料流１２とを混合することをさらに含む。
引き続き図１を参照すると、本方法は、改質された流れ３０を第１の部分４０と第２の部分５０とに分流すること、および、第１の燃料電池２００の燃料極入口２２１に第１の部分４０を流通させることを含む。本方法は、少なくとも部分的に第１の部分４０を燃料として使用することによって第１の燃料電池２００において第１の量の電力１０１を生成することをさらに含む。本方法は、第２の燃料電池５００において第２の部分５０を受け入れること、および、第２の燃料電池５００において第２の燃料極排ガス流５２および第２の空気極排ガス流５４を生成することをさらに含む。本方法は、少なくとも部分的に第２の部分５０を燃料として使用することによって第２の電力１０２を生成することをさらに含む。
次に図２を参照すると、本方法は、第１のレキュペレータ８００において第１の空気極排ガス流２４および第２の空気極排ガス流５４の少なくとも一部から熱を抽出すること、および、抽出した熱の少なくとも一部を改質された流れの第１の部分４０に伝達することをさらに含んでもよい。
次に図３を参照すると、本方法は、第１のレキュペレータ８００において、冷却された空気極排ガス流８４を形成すること、および、冷却された空気極排ガス流８４の少なくとも一部を第１の燃料電池２００の空気極入口２４１に流通させることをさらに含んでもよい。引き続き図３を参照すると、本方法は、空気予備加熱器９００において、冷却された空気極排ガス流８４の少なくとも一部から熱を抽出すること、および、抽出した熱の少なくとも一部を第１の燃料電池２００の空気極入口流９４に伝達することをさらに含んでもよい。
次に図４参照すると、本方法は、第２のレキュペレータ６００において、冷却された改質された流れ３２を形成するために改質された流れ３０から熱を抽出すること、および、抽出した熱の少なくとも一部を改質された流れ３０の第１の部分４０に伝達することをさらに含んでもよい。引き続き図４を参照すると、本方法は、第１の水分離ユニット７００において、冷却された改質された流れ３２から水の少なくとも一部７０を分離することをさらに含んでもよい。
次に図５および図６参照すると、本方法は、第１の燃料予備加熱器６１０において、改質された流れ３０から熱を抽出すること、および、抽出した熱の少なくとも一部を、改質器３００に流入する燃料流１１に伝達することをさらに含んでもよい。本方法は、第２の燃料予備加熱器６２０において、冷却された第２の燃料極排ガス流５３を形成するために第２の燃料極排ガス流５２から熱を抽出すること、および、抽出した熱の少なくとも一部を改質された流れ３０の第２の部分５０に伝達することをさらに含んでもよい。
次に図１０を参照すると、一部の実施形態において、本方法は、燃焼ユニット１０００において、冷却された第２の燃料極排ガス流５３の少なくとも一部を燃焼させること、および、少なくとも部分的に燃焼ユニット１０００からの排気９３を燃料として使用することによって、外燃機関において第３の量の電力１０３を生成することをさらに含んでもよい。
本明細書において上で説明されている実施形態は、２つの燃料電池間に配置された外部改質器を含む直列燃料電池システムに関する。一部の実施形態において、内部改質を伴う燃料電池を含む発電システムがさらに提示される。図１１は、このような実施形態に係る発電システム１００を示している。図１１に示されているように、第１の燃料電池２００は、内部改質器３００を含む。改質器は、図１１において単に特徴３００として描かれており、これは、これらの種類の燃料電池の改質作用を示すことを意図されている。先に言及したように、このような改質器は、燃料電池の電気化学的な発熱反応によって発生した熱を利用することによって機能してもよい。さらに、燃料電池システムは、場合によっては、先に説明したように内部改質をさらに容易にする触媒を含んでもよい。内部改質器の使用は、設計および動作の単純さの観点から、および上で言及した熱力学的な考慮のいくつかの点で場合により好適であり得る。
図１を参照しながら先に言及したように、第１の燃料電池２００は、第１の燃料極排ガス流２２および第１の空気極排ガス流２４を生成するように構成されている。図１１に示されているように、第１の燃料電池２００は、燃料極２２０、空気極２４０、および電解質２６０をさらに含む。引き続き図１１を参照すると、燃料流１０は、通常、任意の従来の誘導機構によって、第１の燃料電池２００の燃料極２２０の入口２２１に導かれる。また、酸化剤流（例えば、酸素または任意の適切な酸化剤）１４は、任意の従来技術によって第１の燃料電池２００の空気極入口２４１に導かれてもよい。
第１の燃料電池２００の改質反応は、部分的にまたは完全に燃料を、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）を含む混合物に変換し、第１の燃料極排ガス流２２（他の成分を伴う）を構成する。図１１を再び参照すると、システム１００は、第１の燃料極排ガス流２２を第１の部分４０と第２の部分５０とに分流する分流機構４００をさらに含む。発電システム１００は、第１の部分４０を第１の燃料電池２００の燃料極入口２２１に流通させるように構成された燃料通路４１０をさらに含む。一部の実施形態において、第１の部分４０は、燃料極２２０の入口２２１に再流通され、これにより、付加的な燃料が、第１の燃料電池２００に供給される。この入口は、燃料流１０に使用されているのと同じ入口通路であってもよいし、異なる入口通路であってもよい。一部の実施形態において、第１の燃料電池２００は、少なくとも部分的に第１の部分４０を燃料として使用することによって第１の電力１０１を生成するように構成される。
引き続き図１１を参照すると、システム１００は、第２の部分５０を受け入れるように構成された第２の燃料電池５００をさらに含む。図１１に示されているように、第２の燃料電池５００は、燃料極５２０、空気極５４０、および電解質５６０を含む。図１１に示されているように、第２の部分５０は、任意の従来の誘導機構によって、第２の燃料電池５００の燃料極５２０の入口５２１に導かれる。また、酸化剤流（例えば、酸素または任意の適切な酸化剤）は、任意の従来技術（図に示されていない）によって第２の燃料電池５００に導かれてもよい。一部の実施形態において、付加的な燃料流（図示せず）が、第２の燃料電池５００の燃料極５２０の入口５２１にさらに導かれてもよい。
図１１に示されているシステム１００は、図２〜図１０を参照しながら先に説明した実施形態をさらに含んでもよく、この場合、第１の燃料電池２００および改質器３００の一方または両方において発生した熱が、１つ以上の流れを加熱するために使用されてもよく、これにより、より高い効率およびより低いエネルギーコストがもたらされる。
本明細書で説明されている実施形態のいくつかに関して、燃料極排気からの流れを燃料極入口に再流通させることによって、６５％を上回る、燃料全体の利用が達成され得る。さらに、再流通ループに改質ステップを含むことによって、改質器の水要件が、システム全体にさらなる水を導入する必要なく、燃料極排気流に含まれる水のみを使用して満たされてもよい。
さらに、本明細書で説明されている実施形態（すなわち、外部改質器を使用するもの）は、好適には、第１の燃料電池の下流で改質を実施する。改質ステップが、第１の燃料電池の排気口と第２の燃料電池の入口との間の位置で行われるため、改質された燃料の一部は、第２の燃料電池に直接供給され得る。一態様によれば、改質器は、燃料を富化するために、当該技術分野の現状の燃料電池システムで可能な余熱に比べていっそう多くの、第１の燃料電池の余熱を使用することができ、これにより、システム全体の効率が向上し得る。ここで説明されている直列燃料電池の構成の他の利点は、ｋＷ〜ＭＷの範囲内のすべてのスケールでの高いシステム効率、リサイクルブロワおよび分流器の材料要件を緩和する、燃料極の再流通位置での低い温度、およびネルンストポテンシャルを増大させる、燃料流における生成水の除去のうちの１つ以上を含む。
当業者ならば、異なる実施形態の様々な特徴の互換性を認めるであろうこと、および、説明されている様々な特徴および各特徴に関して知られている他の同等物が、本開示の原理に従ってさらなるシステムおよび技術を構成するために当業者によって混合され、適合されてもよいことが理解されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神に含まれるあらゆる修正例および変更例を包含することを意図したものであることが理解されるべきである。
本発明の特定の特徴のみが、本明細書では示され、説明されているが、多くの修正例および変更例が、当業者によって想到され得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神に含まれるあらゆる修正例および変更例を包含することを意図したものであることが理解されるべきである。
１０ 燃料流
１１ 改質器に流入する燃料流
１２ 改質器燃料流
１４、９４ 空気極入口流
２０ 混合された燃料流
２２ 第１の燃料極排ガス流
２４ 第１の空気極排ガス流
３０ 改質された流れ
３１、３２ 冷却された改質された流れ
４０ 改質された流れの第１の部分
４１ 加熱されたリサイクル流
５０ 改質された流れの第２の部分
５１ 燃料極入口流
５２ 第２の燃料極排ガス流
５３ 冷却された第２の燃料極排ガス流
５４ 第２の空気極排ガス流
５５ 第２の燃料極排ガス流の少なくとも一部
５６ 酸素流または酸化剤流
５７ 第２の空気極入口流
５８ 第２の燃料極排ガス流の部分
７０、７１ 水の少なくとも一部
８１ 加熱されたリサイクルされる流れ
８２ 組み合わされた空気極排ガス流
８４、９２ 冷却された空気極排ガス流
９３ 排気
１００ 発電システム
１０１ 第１の電力
１０２ 第２の電力
１０３ 第３の電力
２００ 第１の燃料電池
２２０ 第１の燃料電池の燃料極
２２１ 第１の燃料電池の燃料極の入口
２４０ 第１の燃料電池の空気極
２４１ 第１の燃料電池の空気極入口
２６０ 第１の燃料電池の電解質
３００ 改質器
４００ 分流機構
４１０ 燃料通路
５００ 第２の燃料電池
５２０ 第２の燃料電池の燃料極
５２１ 第２の燃料電池の燃料極の入口
５４０ 第２の燃料電池の空気極
５６０ 第２の燃料電池の電解質
６００ 第２のレキュペレータ
６１０ 第１の燃料予備加熱器
６２０ 第２の燃料予備加熱器
６３０ 燃焼器
７００ 第１の水分離ユニット
７１０ 第２の水分離ユニット
８００ 第１のレキュペレータ
８１０ リサイクルループ
９００ 空気予備加熱器
１０００ 燃焼ユニット
２０００ 外燃機関
１１ 改質器に流入する燃料流
１２ 改質器燃料流
１４、９４ 空気極入口流
２０ 混合された燃料流
２２ 第１の燃料極排ガス流
２４ 第１の空気極排ガス流
３０ 改質された流れ
３１、３２ 冷却された改質された流れ
４０ 改質された流れの第１の部分
４１ 加熱されたリサイクル流
５０ 改質された流れの第２の部分
５１ 燃料極入口流
５２ 第２の燃料極排ガス流
５３ 冷却された第２の燃料極排ガス流
５４ 第２の空気極排ガス流
５５ 第２の燃料極排ガス流の少なくとも一部
５６ 酸素流または酸化剤流
５７ 第２の空気極入口流
５８ 第２の燃料極排ガス流の部分
７０、７１ 水の少なくとも一部
８１ 加熱されたリサイクルされる流れ
８２ 組み合わされた空気極排ガス流
８４、９２ 冷却された空気極排ガス流
９３ 排気
１００ 発電システム
１０１ 第１の電力
１０２ 第２の電力
１０３ 第３の電力
２００ 第１の燃料電池
２２０ 第１の燃料電池の燃料極
２２１ 第１の燃料電池の燃料極の入口
２４０ 第１の燃料電池の空気極
２４１ 第１の燃料電池の空気極入口
２６０ 第１の燃料電池の電解質
３００ 改質器
４００ 分流機構
４１０ 燃料通路
５００ 第２の燃料電池
５２０ 第２の燃料電池の燃料極
５２１ 第２の燃料電池の燃料極の入口
５４０ 第２の燃料電池の空気極
５６０ 第２の燃料電池の電解質
６００ 第２のレキュペレータ
６１０ 第１の燃料予備加熱器
６２０ 第２の燃料予備加熱器
６３０ 燃焼器
７００ 第１の水分離ユニット
７１０ 第２の水分離ユニット
８００ 第１のレキュペレータ
８１０ リサイクルループ
９００ 空気予備加熱器
１０００ 燃焼ユニット
２０００ 外燃機関
Claims (21)
- 発電システム（１００）であって、
（ｉ）第１の燃料極排ガス流（２２）および第１の空気極排ガス流（２４）を生成するように構成された第１の燃料電池（２００）と、
（ｉｉ）前記第１の燃料電池（２００）の下流に配置された少なくとも１つの燃料改質器（３００）であって、前記第１の燃料極排ガス流（２２）を受け入れて、改質された流れ（３０）を形成するために該第１の燃料極排ガス流（２２）と改質器燃料流（１２）とを混合するように構成された燃料改質器（３００）と、
（ｉｉｉ）前記改質された流れ（３０）を第１の部分（４０）と第２の部分（５０）とに分流する分流機構（４００）と、
（ｉｖ）前記第１の燃料電池（２００）の燃料極入口（２２１）に前記第１の部分（４０）を流通させるように構成された燃料通路（４１０）であって、前記第１の燃料電池（２００）が、少なくとも部分的に前記第１の部分（４０）を燃料として使用することによって第１の電力（１０１）を生成するように構成されている燃料通路（４１０）と、
（ｖ）前記第２の部分（５０）を受け入れて、少なくとも部分的に前記第２の部分（５０）を燃料として使用することによって第２の電力（１０２）を生成するように構成された第２の燃料電池（５００）であって、第２の燃料極排ガス流（５２）および第２の空気極排ガス流（５４）を生成するようにさらに構成されている第２の燃料電池（５００）と
を備える発電システム（１００）。 - 前記第１の燃料電池（２００）が、固形酸化物形燃料電池であり、前記第２の燃料電池（５００）が、固形酸化物形燃料電池である、請求項１に記載の発電システム（１００）。
- 前記改質された流れ（３０）の前記第２の部分（５０）に対する前記改質された流れ（３０）の前記第１の部分（４０）の割合が、約０．６〜約０．９５の範囲内である、請求項１に記載の発電システム（１００）。
- 前記第１の空気極排ガス流（２４）および前記第２の空気極排ガス流（５４）の少なくとも一部から熱を受け取り、抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を前記改質された流れ（３０）の前記第１の部分（４０）に伝達するように構成されている第１のレキュペレータ（８００）をさらに備える、請求項１に記載の発電システム（１００）。
- 前記第１のレキュペレータ（８００）が、冷却された空気極排ガス流（８４）を形成するようにさらに構成されており、前記発電システム（１００）が、前記冷却された空気極排ガス流（８４）の少なくとも一部を前記第１の燃料電池（２００）の空気極入口（２４１）に流通させるように構成されたリサイクルループ（８１０）をさらに備える、請求項４に記載の発電システム（１００）。
- 前記冷却された空気極排ガス流（８４）の少なくとも一部から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を前記第１の燃料電池（２００）の空気極入口流（９４）に伝達するように構成されている空気予備加熱器（９００）をさらに備える、請求項５に記載の発電システム（１００）。
- 前記改質器（３００）の下流かつ前記分流機構（４００）の上流に配置された第２のレキュペレータ（６００）であって、冷却された改質された流れ（３２）を形成するために前記改質された流れ（３０）から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を前記改質された流れ（３０）の前記第１の部分（４０）に伝達するように構成されている第２のレキュペレータ（６００）をさらに備える、請求項１に記載の発電システム（１００）。
- 前記第２のレキュペレータ（６００）の下流かつ前記分流機構（４００）の上流に配置された第１の水分離ユニット（７００）であって、前記冷却された改質された流れ（３２）から水の少なくとも一部（７０）を分離するように構成されている第１の水分離ユニット（７００）をさらに備える、請求項７に記載の発電システム（１００）。
- 前記改質器（３００）の下流かつ前記第２のレキュペレータ（６００）の上流に配置された第１の燃料予備加熱器（６１０）であって、前記改質された流れ（３０）から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を、前記改質器（３００）に流入する前記燃料流（１１）に伝達するように構成されている第１の燃料予備加熱器（６１０）をさらに備える、請求項８に記載の発電システム（１００）。
- 前記分流機構（４００）の下流かつ前記第２の燃料電池（５００）の上流に配置された第２の燃料予備加熱器（６２０）であって、冷却された第２の燃料極排ガス流（５３）を形成するために前記第２の燃料極排ガス流（５２）から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を前記改質された流れ（３０）の前記第２の部分（５０）に伝達するように構成された第２の燃料予備加熱器（６２０）をさらに備える、請求項９に記載の発電システム（１００）。
- 前記冷却された第２の燃料極排ガス流（５３）から水の少なくとも一部（７１）を分離するように構成された第２の水分離ユニット（７１０）と、
前記冷却された第２の燃料極排ガス流（５３）の少なくとも一部を受け入れるように構成された燃焼ユニット（１０００）と、
第３の電力（１０３）を生成するために前記燃焼ユニット（１０００）から排気（９３）を受け入れるように構成された外燃機関（２０００）と
をさらに備える、請求項１０に記載の発電システム（１００）。 - 発電の方法であって、
第１の燃料電池（２００）において第１の燃料極排ガス流（２２）および第１の空気極排ガス流（２４）を生成するステップと、
前記第１の燃料電池（２００）の下流に配置された外部改質器（３００）において前記第１の燃料極排ガス流（２２）を受け入れて、改質された流れ（３０）を形成するために前記改質器（３００）において前記第１の燃料極排ガス流（２２）と改質器燃料流（１２）とを混合するステップと、
前記改質された流れ（３０）を第１の部分（４０）と第２の部分（５０）とに分流して、前記第１の部分（４０）を前記第１の燃料電池（２００）の燃料極入口（２２１）に流通させるステップと、
少なくとも部分的に前記第１の部分（４０）を燃料として使用することによって前記第１の燃料電池（２００）において第１の電力（１０１）を生成するステップと、
第２の燃料電池（５００）において前記第２の部分（５０）を受け入れて、前記第２の燃料電池（５００）において第２の燃料極排ガス流（５２）および第２の空気極排ガス流（５４）を生成するステップと、
少なくとも部分的に前記第２の部分（５０）を燃料として使用することによって第２の電力（１０２）を生成するステップと
を含む方法。 - 前記第１の燃料電池（２００）が、固形酸化物形燃料電池であり、前記第２の燃料電池（５００）が、固形酸化物形燃料電池である、請求項１２に記載の方法。
- 第１のレキュペレータ（８００）において前記第１の空気極排ガス流（２４）および前記第２の空気極排ガス流（５４）の少なくとも一部から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を前記改質された流れ（３０）の前記第１の部分（４０）に伝達するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
- 前記第１のレキュペレータ（８００）において冷却された空気極排ガス流（８４）を形成して、前記冷却された空気極排ガス流（８４）の少なくとも一部を前記第１の燃料電池（２００）の空気極入口（２４１）に流通させるステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
- 空気予備加熱器（９００）において前記冷却された空気極排ガス流（８４）の少なくとも一部から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を前記第１の燃料電池（２００）の空気極入口流（９４）に伝達するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
- 第２のレキュペレータ（６００）において、冷却された改質された流れ（３２）を形成するために前記改質された流れ（３０）から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を前記改質された流れ（３０）の前記第１の部分（４０）に伝達するステップと、
第１の水分離ユニット（７００）において前記冷却された改質された流れ（３２）から水の少なくとも一部（７０）を分離するステップと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。 - 第１の燃料予備加熱器（６１０）において前記改質された流れ（３０）から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を、前記改質器（３００）に流入する前記燃料流（１１）に伝達するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
- 第２の燃料予備加熱器（６２０）において、冷却された第２の燃料極排ガス流（５３）を形成するために前記第２の燃料極排ガス流（５２）から熱を抽出して、抽出した熱の少なくとも一部を前記改質された流れ（３０）の前記第２の部分（５０）に伝達するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
- 第２の水分離ユニット（７１０）において前記冷却された第２の燃料極排ガス流（５３）から水の少なくとも一部（７１）を分離するステップと、燃焼ユニット（１０００）において前記冷却された第２の燃料極排ガス流（５３）の少なくとも一部を燃焼させるステップと、少なくとも部分的に前記燃焼ユニット（１０００）からの排気（９３）を燃料として使用することによってレシプロエンジン（２０００）において第３の電力（１０３）を生成するステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
- 発電システムであって、
（ｉ）第１の燃料極排ガス流（２２）および第１の空気極排ガス流（２４）を生成するように構成された第１の燃料電池（２００）と、
（ｉｉ）前記第１の燃料極排ガス流（２２）を第１の部分（４０）と第２の部分（５０）とに分流する分流機構（４００）と、
（ｉｉｉ）前記第１の燃料電池（２００）の燃料極入口（２２１）に前記第１の部分（４０）を流通させるように構成された燃料通路（４１０）であって、前記第１の燃料電池（２００）が、少なくとも部分的に前記第１の部分（４０）を燃料として使用することによって第１の電力（１０１）を生成するように構成されている燃料通路（４１０）と、
（ｉｖ）前記第２の部分（５０）を受け入れて、少なくとも部分的に前記第２の部分（５０）を燃料として使用することによって第２の電力（１０２）を生成するように構成された第２の燃料電池（５００）であって、第２の燃料極排ガス流（５２）および第２の空気極排ガス流（５４）を生成するようにさらに構成されている第２の燃料電池（５００）と
を備える発電システムと
を備える発電システム（１００）。
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