(57)【要約】      （修正有）【課題】排ガスを生成する燃料極及び空気極排出物を生成する空気極を備え、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）などの燃料電池を含み、プラント効率を向上させ、費用低減技術を実現する複合サイクル燃料電池システムを提供する。【解決手段】システム又はプラント１０は、改質器３０を加熱するために、処理又は精製された排ガス２４などの燃料を改質器の流入空気流に加え、排ガスから水を除去し、流入燃料流に加えるために除去された水を再利用する。流入空気流は、燃料電池２６の空気極排出流３４であってもよく、流入燃料流は、水素リッチリフォーメートを生成するために改質器に誘導される入力炭化水素燃料であってもよい。システム又はプラントは、処理又は精製された排ガスの一部をボトミングサイクル５４に誘導してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）であって、
排ガス（２４、１２４）を生成するように構成された燃料極および空気極排出流（３４、１３４）を生成するように構成された空気極を備える固体酸化物形燃料電池（２６、１２６）と、
前記空気極排出流（３４、１３４）の少なくとも一部を受け入れ、出力するように、ならびに入力炭化水素燃料（１２、１１２）および入力蒸気（２０、１２０）の混合物の少なくとも一部を水素リッチリフォーメート（３３、１３３）に変換するように構成された改質システム（３０、１３０）であって、前記水素リッチリフォーメート（３３、１３３）が、前記燃料電池（２６、１２６）の前記燃料極によって利用される改質システム（３０、１３０）と、
前記燃料電池（２６、１２６）の前記排ガス（２４、１２４）を受け入れて、残りの排ガス（４６、１４６）を生成するために前記排ガス（２４、１２４）から水（２８、１２８）を除去するように構成された水分離器（４４、１４４）であって、前記排ガス（２４、１２４）から除去される前記水（２８、１２８）が、前記入力蒸気（２０、１２０）の少なくとも一部を成す蒸気として前記改質システム（３０、１３０）に誘導される水分離器（４４、１４４）と、
燃焼エンジンを備えるボトミングサイクル（５４、１５４）と、
前記ボトミングサイクル（５４、１５４）を駆動するために前記残りの排ガス（４６、１４６）の第１の部分（５０、１５０）を前記ボトミングサイクル（５４、１５４）に分流し、かつ前記残りの排ガス（４６、１４６）の第２の部分（５２、１５２）を前記空気極排出流（３４、１３４）に分流するように構成された残りの排ガス用経路（４８、１４８）と
を備える複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項２】
前記改質システム（３０）が、前記燃料電池（２６）の外部にある、請求項１に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０）。
【請求項３】
前記改質システム（１３０）が、少なくとも部分的に前記燃料電池（１２６）内に含まれている、請求項１に記載の複合サイクル燃料電池システム（１１０）。
【請求項４】
前記残りの排ガス（４６、１４６）の前記第２の部分（５２、１５２）が、前記改質システム（３０、１３０）を加熱するために前記改質システム（３０、１３０）の上流において前記空気極排出流（３４、１３４）に誘導され、該空気極排出流（３４、１３４）において燃やされる、請求項１に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項５】
前記空気極排出流（３４、１３４）の一部（８７、１８７）が、前記燃料電池（２６、１２６）の上流で前記入力炭化水素燃料（１２、１１２）および前記水素リッチリフォーメート（３３、１３３）の少なくとも一方と混合される、請求項１に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項６】
前記水分離器（４４、１４４）によって前記排ガス（２４、１２４）から除去される前記水（２８、１２８）を受け入れ、前記入力蒸気（２０、１２０）を生成するように構成されたボイラ（９２、１９２）を含む、請求項１に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項７】
前記改質システム（３０、１３０）によって出力される前記空気極排出流（３４、１３４）の少なくとも一部が、前記入力蒸気（２０、１２０）を生成する目的で、前記水分離器（４４、１４４）によって前記排ガス（２４、１２４）から除去される前記水（２８、１２８）を加熱するために前記ボイラ（９２、１９２）に誘導される、請求項６に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項８】
前記改質システム（３０、１３０）によって出力され、前記ボイラ（９２、１９２）に誘導される前記空気極排出流（３４、１３４）の少なくとも一部が、前記ボイラ（９２、１９２）の上流に配置された少なくとも１つの熱交換器（８０、１８０）を通過する、請求項７に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項９】
前記残りの排ガス（４６、１４６）の前記第２の部分（５２、１５２）が、前記少なくとも１つの熱交換器（８０、１８０）の上流において前記空気極排出流（３４、１３４）に誘導され、該空気極排出流（３４、１３４）において燃やされる、請求項８に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項１０】
前記固体酸化物形燃料電池（２６、１２６）が、入力空気（７０、１７０）を受け入れ、前記入力空気（７０、１７０）が、前記少なくとも１つの熱交換器（８０、１８０）によって加熱される、請求項９に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項１１】
前記固体酸化物形燃料電池（２６、１２６）が、入力空気（７０、１７０）を受け入れ、前記複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）が、空気予熱器（４０、１４０）を含み、該空気予熱器（４０、１４０）が、前記入力空気（７０、１７０）と前記燃料電池（２６、１２６）の前記排ガス（２４、１２４）とを混合することなく前記燃料電池（２６、１２６）の前記排ガス（２４、１２４）から前記入力空気（７０、１７０）に熱を伝達するように構成されている、請求項１に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項１２】
前記空気予熱器（４０、１４０）の上流に空気ブロワ（７２、１７２）を含み、該空気ブロワ（７２、１７２）が、少なくとも前記空気予熱器（４０、１４０）におよび前記空気予熱器（４０、１４０）から前記燃料電池（２６、１２６）に前記入力空気（７０、１７０）を移動させるように構成されている、請求項１１に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項１３】
前記燃料電池（２６、１２６）の前記排ガス（２４、１２４）から前記入力炭化水素燃料（１２、１１２）または前記入力炭化水素燃料（１２、１１２）および前記入力蒸気（２０、１２０）の前記混合物に熱を伝達するように構成された燃料予熱器（２４、１２４）を含む、請求項１に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項１４】
燃料再利用ループまたは空気再利用ループの少なくとも一方が存在しない、請求項１に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項１５】
前記排ガス（２４、１２４）および前記残りの排ガス（４６、１４６）が前記燃料電池（２６、１２６）の前記燃料極および前記空気極に入力されることを防止するように構成されている、請求項１に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項１６】
複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）であって、
空気極排出物（３４、１３４）を生成するように構成された空気極および排ガス（２４、１２４）を生成するように構成された燃料極を備える固体酸化物形燃料電池（２６、１２６）と、
入力炭化水素燃料（１２、１１２）および入力蒸気（２０、１２０）の混合物の少なくとも一部を水素リッチリフォーメート（３３、１３３）に変換し、該水素リッチリフォーメート（３３、１３３）を前記燃料電池（２６、１２６）の前記燃料極に出力するように構成された改質システム（３０、１３０）と、
ボトミングサイクル（５４、１５４）と
を備え、
前記排ガス（２４、１２４）が、前記燃料電池（２６、１２６）の前記燃料極および前記空気極に入力されることが防止されており、前記排ガス（２４、１２４）の第１の部分（５０、１５０）が、前記ボトミングサイクル（５４、１５４）を駆動するために前記ボトミングサイクル（５４、１５４）に誘導され、前記改質システム（３０、１３０）が、前記水素リッチリフォーメート（３３、１３３）への前記入力炭化水素燃料（１２、１１２）および前記入力蒸気（２０、１２０）の変換を容易にするために、前記空気極排出物（３４、１３４）において前記排ガス（２４、１２４）の第２の部分（５２、１５２）を燃焼させることによって生成される加熱された空気極排出物（３４、１３４）の少なくとも一部を、前記改質システム（３０、１３０）を通過するように誘導することによって加熱される、複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項１７】
前記空気極排出物（３４、１３４）の一部（８７、１８７）が、前記燃料電池（２６、１２６）の上流で前記入力炭化水素燃料（１２、１１２）および前記水素リッチリフォーメート（３３、１３３）の少なくとも一方と混合される、請求項１６に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項１８】
前記空気極排出物（３４、１３４）から水（２８、１２８）を除去するように構成された水分離器（４４、１４４）を含み、前記空気極排出物（３４、１３４）から除去される前記水（２８、１２８）が、前記入力蒸気（２０、１２０）の少なくとも一部を成す蒸気として前記改質システム（３０、１３０）に誘導される、請求項１６に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項１９】
前記固体酸化物形燃料電池（２６、１２６）が、入力空気（７０、１７０）を受け入れ、前記改質システム（３０、１３０）から出力される前記加熱された空気極排出物（３４、１３４）が、熱交換器（８０、１８０）によって前記入力空気（７０、１７０）を加熱するために使用される、請求項１６に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【請求項２０】
前記ボトミングサイクル（５４、１５４）が、燃焼エンジンを備え、前記排ガス（２４、１２４）の前記第１の部分（５０、１５０）が、前記燃焼エンジンを駆動する、請求項１６に記載の複合サイクル燃料電池システム（１０、１１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に複合サイクル燃料電池システムに関し、より具体的には、従来の複合サイクルシステムを使用して達成可能なものよりも高い燃料電池の変換効率を達成する高効率の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：ｓｏｌｉｄ−ｏｘｉｄｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、通信機器、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。
【０００３】
燃料電池は、イオン伝導膜を介して燃料と酸化物とを電気化学的に結合させることによって電気を生成する。このイオン伝導膜（燃料電池の電解質とも呼ばれる）は、液体または固体であってもよい。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燃料電池のアセンブリとして電気的に直列に集められる。
【０００４】
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。
【０００５】
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。この放出蒸気（および他の高温の排出成分）は、付加的な電気または電力を生成するためにタービンおよび他の用途において利用することができ、これにより、発電効率が向上する。空気が、酸化物として用いられる場合、空気中の窒素は、実質的に不活性であり、一般的には燃料電池を通過する。水素燃料は、炭素ベースの供給原料の近傍での改質（ｌｏｃａｌ  ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）（例えば、オンサイトの水蒸気改質）また遠隔での改質（ｒｅｍｏｔｅ  ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）（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、および他の炭化水素を含むが、これらに限定されない。
【０００６】
今日、複合サイクル燃料電池システムの例は、日常的に少なくとも５０％の変換効率を達成している。炭化水素燃料を電気エネルギーに変換する際の、複合サイクル燃料電池システムの効率は、熱を発生させるか、または失う、システム内の損失機構によって、および燃料の部分的な利用に起因する燃料電池の損失によって制限されている。燃料利用率の低い複合サイクル燃料電池システムの性能または効率を改善する一般的なまたは共通の試みは、燃料および／または空気の再利用にかかわってきた。しかしながら、複合サイクル燃料電池システムにおける燃料の再利用は、費用的および技術的に困難である大きな改質器および大きな高温ブロワを必要とする。同様に、複合サイクル燃料電池システムにおける空気の再利用は、費用効果の低い高温ブロワを必要とする。
【０００７】
以上を考慮すると、燃料電池の効率を向上させて、高価な高温ブロワおよび潜在的には熱交換器を必要とする、燃料および／または空気の再利用を不要にすることによって複合サイクル燃料電池システムのプラント効率を向上させる費用低減技術を実現する必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０１２６０３８号明細書
【発明の概要】
【０００９】
一態様において、複合サイクル燃料電池システムの第１の例示的な実施形態が開示される。本システムは、固体酸化物形燃料電池、改質システム、水分離器、ボトミングサイクル、および／または残りの排ガス用経路を含んでもよい。固体酸化物形燃料電池は、排ガスを生成するように構成された燃料極および空気極排出流を生成するように構成された空気極を含んでもよい。改質システムは、空気極排出流の少なくとも一部を受け入れ、出力するように、および入力炭化水素燃料および入力蒸気の混合物の少なくとも一部を水素リッチリフォーメートに変換するように構成されてもよい。水素リッチリフォーメートは、燃料電池の燃料極によって利用されてもよい。水分離器は、燃料電池の排ガスを受け入れ、残りの排ガスを生成するために排ガスから水を除去するように構成されてもよい。排ガスから除去された水は、入力蒸気の少なくとも一部を成す蒸気として改質システムに誘導されてもよい。ボトミングサイクルは、燃焼エンジンを含んでもよい。残りの排ガス用経路は、ボトミングサイクルを駆動するために残りの排ガスの第１の部分をボトミングサイクルに分流し、残りの排ガスの第２の部分を空気極排出流に分流するように構成されてもよい。
【００１０】
別の態様において、複合サイクル燃料電池システムの第２の例示的な実施形態が開示される。本システムは、固体酸化物形燃料電池、改質システム、および／またはボトミングサイクルを含んでもよい。固体酸化物形燃料電池は、空気極排出物を生成するように構成された空気極および排ガスを生成するように構成された燃料極を含んでもよい。改質システムは、入力炭化水素燃料および入力蒸気の混合物の少なくとも一部を水素リッチリフォーメートに変換し、該水素リッチリフォーメートを燃料電池の燃料極に出力するように構成されてもよい。本システムは、排ガスが燃料電池の燃料極および空気極に入力されることが防止されるように構成されてもよい。本システムは、ボトミングサイクルを駆動するために排ガスの第１の部分をボトミングサイクルに誘導するように構成されてもよい。改質システムは、空気極排出物において排ガスの第２の部分を燃焼させることによって生成される加熱された空気極排出物の少なくとも一部を、改質システムを通過するように誘導することによって水素リッチリフォーメートへの入力炭化水素燃料および入力蒸気の変換を容易にするために加熱されてもよい。
【００１１】
本開示の前述のおよび他の特徴、態様、および利点は、添付図面に関連して行われる、本開示の様々な態様に関する以下の詳細な説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態に係る、改質された燃料（例えば、水素リッチリフォーメート）で動作する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いた複合サイクル発電プラントまたはシステムを示す図である。
【図２】本開示の別の実施形態に係る、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）および部分酸化改質器を用いた複合サイクル発電プラントまたはシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に示される各実施形態は、本開示の特定の態様の説明を容易にするが、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。さらに、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」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。様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ある（ａ）」、「ある（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記」は、その要素が１つ以上存在することを意味することが意図されている。用語「を備える」、「を含む」、および「を有する」は、包含的であり、列挙された要素以外にも付加的な要素が存在し得ることを意味することが意図されている。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、指定の性質、特性、もしくは機能の所有の可能性を示し、および／また修飾された動詞に関連する能力、機能、または可能性の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、一部の状況では修飾された用語が場合により適当でなく、能力がなく、適さないことがあり得ることを考慮に入れつつも、示されている能力、機能、または使用に対して明らかに適当であり、能力があり、または適していることを示している。動作パラメータのすべての例は、開示されている実施形態の他のパラメータを排除するものではない。任意の特定の実施形態に関して説明、例説、または開示されている構成要素、態様、特徴、構成、配置、および使用などは、本明細書に開示されている任意の他の実施形態にも同様に適用され得る。
【００１４】
図面を参照しながら本明細書で説明されている実施形態（およびその変形例）は、好適には、燃料および／または空気の再利用ループを採用することのない水蒸気改質を可能にするか、または実現しながら以前のプラントの実施形態と比べてプラント効率を少なくとも約５０％、潜在的には約５０％〜約６５％の範囲で、および好ましくは潜在的には約５５％〜約６５％の範囲で向上させる。したがって、本明細書で説明されている特徴によって実現される利点は、燃料および／または空気の再利用ループがないこと、燃料電池（例えば、ＳＯＦＣスタック）における温度差の最小化、および比較的低い燃料利用率での比較的高いシステム効率を含むが、これらに限定されない。
【００１５】
また、説明の中で指摘されているように、本開示の他の実施形態も考えられる。本開示の例説されている例示的な実施形態は、固体酸化物形燃料電池に関連して示され、述べられているが、本明細書に開示されている原理は、類似の燃料電池技術（当該技術分野で知られているような）に適用され得る。さらに、非常に多くの種類の廃熱および／または燃料回収サイクルならびにこれらのサイクルを統合するための方法もまた、本明細書で説明されている原理を使用することによって可能となり、したがって、本開示から予期される。
【００１６】
図１は、以下でさらに説明されるように、再循環を行わずに改質された燃料で動作する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２６を用いた、本開示に係る例示的な複合サイクル発電プラントまたは燃料電池システム１０を示す略図である。より具体的には、図１に示されているように、燃料源からの流入燃料１２は、プラントまたはシステム１０に入力される。入力燃料１２は、調達され、準備され、製造され、精製され、またはプラントまたはシステム１０に入力されてもよい。入力燃料１２は、プラントまたはシステム１０の燃料電池２６による発電に有効な任意の燃料であってもよい。一部の実施形態において、入力燃料１２は、炭化水素燃料または炭化水素燃料の混合物であってもよい。一部のこのような実施形態において、入力燃料１２は、実質的にＣＨ４（例えば、天然ガスまたはメタン）であってもよい。
【００１７】
図１に示されているように、入力燃料１２は、第１の経路１４に沿って１つ以上の燃料予熱器１８の中へまたは１つ以上の燃料予熱器１８まで運ばれてもよい。一部の実施形態において、第１の経路１４を含む、プラントまたはシステム１０の経路または通路は、管または他の導管であって、これを通って入力燃料１２ならびに他の液体および／またはガスが流れる管または他の導管であってもよい。一部の実施形態において、プラントまたはシステム１０は、第１の経路１４に沿って（および潜在的には、燃料ブロワ１６の下流に配置または配された、プラントまたはシステム１０の他の経路または態様を経由して）特定の量または流量の入力燃料１２を燃料予熱器１８に加圧供給するか、または送ることに有効な１つ以上の燃料ブロワ１６を含んでもよい。しかしながら、一部の実施形態では、燃料ブロワ１６は利用されなくてもよい。例えば、入力燃料１２の供給源または供与源は、十分な流量または量の入力燃料１２が、プラントまたはシステム１０（例えば、燃料予熱器１８およびその下流の態様または構成要素）に供給されるか、または運ばれるように十分な圧力または流量を含むか、形成するか、または有してもよい。したがって、燃料ブロワ１６は、入力燃料１２の自然条件もしくは供給源の条件（例えば、流量）および／またはプラントもしくはシステム１０の要件もしくは動作パラメータ（例えば、入力燃料１２の供給圧力）に依存してもよい。
【００１８】
燃料予熱器１８の位置またはこれの後ろで、入力水２０が、入力燃料１２に加えられるか、またはこれと混合されてもよい。例えば、図１に示されているように、水２０は、燃料予熱器１８の位置で入力燃料１２と混合されるか、またはこれに加えられてもよい。一部の実施形態において、水２０は、燃料予熱器１８の後ろ（すなわち、燃料予熱器１８の下流）の、第２の経路２２の途中で入力燃料１２と混合されるか、またはこれに加えられてもよい。燃料予熱器１８の位置またはこれの後ろで入力燃料１２と混合される水２０は、蒸気であってもよい（すなわち、摂氏約１００度以上であってもよい）。以下でさらに述べられるように、入力燃料１２に加えられる水２０（例えば、蒸気）は、プラントまたはシステム１０の燃料電池２６の燃料極排出ガスまたは排ガス２４から除去または分離された除去された水２８であってもよい（または少なくともこれを含んでもよい）。一部の実施形態において、入力燃料１２に加えられる水２０のすべてが、燃料電池２６の燃料極排出ガスまたは排ガス２４から除去または分離された水２８であってもよい。入力燃料１２と水２０（例えば、蒸気）（入力燃料１２に加えられる場合）との比率は、プラントまたはシステム１０の所望の動作パラメータ（例えば、所望の出力負荷）に応じて変更されてもよい。一部の実施形態において、入力燃料１２および加えられる水２０（例えば、蒸気）の混合物のモル分率は、約３分の２の水２０（例えば、蒸気）および約３分の１の入力燃料１２（例えば、ＣＨ４）であってもよい。
【００１９】
燃料予熱器１８は、図１に示されているように、第１の経路１４から入力燃料１２を受け入れるように構成されてもよい。上述したように、燃料予熱器１８はまた、水２０（例えば、蒸気）を受け入れ、潜在的に入力水２０と入力燃料１２とを混合するように構成されてもよい。燃料予熱器１８は、入力燃料１２（および潜在的には、加えられた水２０）の加熱に有効な任意の燃料予熱器であってもよい。燃料予熱器１８によって入力燃料１２（または潜在的には水２０および入力燃料１２の混合物）に加えられる熱の量は、プラントまたはシステム１０の所望の動作パラメータ（例えば、所望の出力負荷）に応じて変更されてもよい。一部の実施形態において、燃料予熱器１８は、入力燃料１２（または潜在的には水２０および入力燃料１２の混合物）を少なくとも摂氏約５００度に加熱するように構成されてもよい。一部の実施形態において、燃料予熱器１８は、入力燃料１２（または潜在的には水２０および入力燃料１２の混合物）を少なくとも摂氏約７００度に加熱するように構成されてもよい。
【００２０】
一部の実施形態において、燃料予熱器１８は、レキュペレータまたは熱交換器であってもよい。図１に示されているように、燃料予熱器１８は、入力燃料１２（および潜在的には加えられる水２０）を加熱するためにプラントまたはシステム１０の燃料電池２６の燃料極排出ガスまたは排ガス２４の少なくとも一部を利用してもよい。燃料予熱器１８は、排ガス２４ならびに入力燃料１２（および潜在的には加えられる水２０）の互いの分離・区別を維持するように構成されてもよい。例えば、燃料予熱器１８は、排ガスと入力燃料１２（または水２０および入力燃料１２の混合物）とを混合することのない伝導および／または対流によって相対的に低温の入力燃料１２（または潜在的には水２０および入力燃料１２の混合物）を加熱するために高温の排ガス２４を利用してもよい。燃料予熱器１８と共に、プラントまたはシステム１０の他の構成要素または態様が、図１に示されているように、排ガス２４および入力燃料１２（および潜在的には加えられる水２０）の互いの分離・区別を維持するように構成されてもよい。このように、プラントまたはシステム１０は、燃料極排出ガスまたは排ガス２４が入力燃料１２（および潜在的には加えられる水２０）と混合されることが防止されるように構成されてもよい。言い方を変えれば、プラントまたはシステム１０には、プラントまたはシステム１０の燃料電池２６の燃料極排出ガスまたは排ガス２４が入力燃料１２と混合され、燃料電池２６（例えば、その燃料極）によって利用される燃料再利用ループがなくてもよい。
【００２１】
図１に示されているように、入力燃料１２（または潜在的には水２０および入力燃料１２の混合物）が、燃料予熱器１８によって加熱された後、水２０（例えば、蒸気）および入力燃料１２（例えば、ＣＨ４）の混合物は、第２の経路２２に沿って１つ以上の改質器３０に移動してもよい。改質器３０は、加熱された入力燃料１２および加えられた水２０（例えば、蒸気）の混合物の少なくとも一部を、水素リッチリフォーメート３３または水素および１種類以上の副生成物の合成ガス混合物に変換するように構成されてもよい。改質器３０によって出されるか、または出力される水素リッチリフォーメート３３または合成ガスは、改質器３０に入るか、または入力される、水２０および流入燃料１２の混合物より低温であってもよい。改質器３０からの水素リッチリフォーメート３３は、第３の経路３２に沿って出力されてもよい。改質器３０は、水２０および入力燃料１２の混合物から水素リッチリフォーメート３３を生成することに有効な任意の改質器であってもよい。一部の実施形態において、改質器３０は、高温の蒸気２０と入力燃料１２とを反応させるように構成された水蒸気改質器であってもよい。一部のこのような実施形態において、改質器３０は、メタン改質器であってもよい。一部の実施形態において、改質器３０は、比較的高温（例えば、少なくとも摂氏約５００度）に加熱されてもよく、また、水素および１つ以上の副生成物（一酸化炭素など）の水素リッチリフォーメート３３を生成するために金属ベースの触媒（例えば、ニッケル）の存在下で蒸気２０と入力燃料１２とを反応させるように構成されてもよい。一部の実施形態において、水素リッチリフォーメート３３の副生成物（すなわち、水素（Ｈ２）以外の）は、一酸化炭素（ＣＯ）および二酸化炭素（ＣＯ２）を含んでもよい。以下でさらに説明されるように、改質器３０は、改質工程を容易にするために、燃料電池２６の空気極排出流において燃料電池２６の排ガス２４を燃やし、加熱された結果物に改質器３０を通過させることによって加熱されてもよい。
【００２２】
図１に示されている例示的なプラントまたはシステム１０の実施形態などの一部の実施形態において、改質器３０は、水２０（例えば、蒸気）および入力燃料１２（例えば、ＣＨ４）の混合物の一部または一部分のみを水素リッチリフォーメート３３（すなわち、Ｈ２および１種類以上の副生成物）に変換してもよい。このような実施形態において、水素リッチリフォーメート３３の副生成物は、利用されない水２０および利用されない燃料１２を、改質器３０によって生成される可能性のある任意の他の副生成物（例えば、ＣＯおよびＣＯ２）に加えて含んでもよい。
【００２３】
改質器３０は、（以下でさらに説明されるように）改質反応を促進するために、燃料電池２６によって放出された燃料極排出ガスまたは排ガス２４の少なくとも一部を利用または使用するように構成されてもよい。例えば、図１に示されているように、燃料電池２６の燃料極排出流または排ガス２４の少なくとも一部分は、熱を発生させるためにプラントまたはシステム１０の燃料電池２６の空気極排出流３４において燃焼されるか、燃やされるか、点火されるか、または反応させられてもよい（すなわち、空気極排出流３４の熱回収）。このとき、熱は、改質反応を促進するために改質器３０によって利用されてもよい（すなわち、改質器は加熱される）。
【００２４】
図１に示されているように、改質器３０によって出力された水素リッチリフォーメート３３は、第３の経路３２に沿ってプラントまたはシステム１０の燃料電池２６の入口まで移動してもよい。例えば、水素リッチリフォーメート３３は、燃料電池２６の燃料極の入口に出力されてもよい。図１に示されているように、燃料電池２６は、改質器３０から離して、もしくは改質器３０の隣に配置されてもよい（すなわち、改質器３０は、燃料電池２６の外部にあってもよい）。例えば、図１に示されているように、燃料電池２６は、ハウジング内に設けられてもよく、改質器３０は、燃料電池２６のハウジングの外部に配置されてもよい。言い方を変えれば、改質器３０は、図１に示されているように燃料電池２６のハウジングの外部にまたはこれから離して配置されてもよい。
【００２５】
燃料電池２６は、改質器３０によって出力された水素リッチリフォーメート３３および入力空気７０から電気（直流など）を生成するように構成されてもよい。燃料電池２６は、酸素または別の酸化剤との化学反応によって水素リッチリフォーメート３３の化学エネルギーを電気に変換してもよい。一部の実施形態において、燃料電池２６は、燃料極（負極）、空気極（正極）、および電解質（電荷が、燃料電池２６の２つの極の間を移動することを可能にする）を含んでもよい。電子が、外部回路を経由して燃料極から空気極へ引き出され、これにより、直流電気が生成され得る。
【００２６】
一部の実施形態において、燃料電池２６は、図１に示されているように、固体酸化物またはセラミックの電解質を含む固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）であってもよい。一部のこのような実施形態において、燃料極は、改質器３０によって出力された水素リッチリフォーメート３３を酸化するために、電解質中に拡散する酸素イオンを使用してもよい。酸素イオンと、改質器３０によって出力された水素リッチリフォーメート３３の水素との酸化反応は、熱、水、および電気を生成することができる。燃料電池２６の電解質は、酸素イオンを伝導する、セラミックの緻密層であってもよい。燃料電池２６の燃料極は、燃料極排出流または排ガス２４を生成してもよい。一部の実施形態において、燃料極排出流または排ガス２４は、水素およびＣＯを含んでもよい。一部の実施形態において、燃料極排出流または排ガス２４は、水、水素、ＣＯ2、ＣＯ、および／またはＣＨ4を含んでもよい。燃料電池２６の空気極は、酸素還元が起こる、電解質に接する多孔質層であってもよい。空気極は、空気極排出流３４を生成してもよい。空気極排出流３４は、Ｎ2をかなり含んでもよい。上で言及したように、排ガス２４の一部は、空気極排出流３４を加熱し、これにより、改質器３０を加熱する（加熱された空気極排出流３４が、改質器３０に誘導されるときに）ために空気極排出流３４において燃焼されてもよい。以下でさらに説明されるように、加熱された空気極排出流３４はまた、少なくとも１つの熱交換器８０によって燃料電池２６の入力空気７０を加熱するために使用されてもよい。
【００２７】
図１に示されているように、一部の実施形態において、燃料電池２６の排ガス２４は、第４の経路３６に沿って燃料予熱器１８に誘導されてもよい。排ガス２４は、少なくとも摂氏約８５０度など、比較的高温であってもよい。上述したように、燃料予熱器１８は、流入燃料１２（または流入水２０および流入燃料１２の混合物）を加熱するために比較的高温の排ガス２４から熱回収してもよい。さらに、同様に上述したように、第４の経路３６ならびに燃料予熱器１８（および潜在的にはプラントまたはシステム１０の他の構成要素または態様）は、排ガス２４が流入燃料１２（もしくは流入水２０および流入燃料１２の混合物）と混合されること、または、排ガス２４が燃料電池２６（例えば、その燃料極もしくは空気極）に入ることもしくはこれに入力されることを実質的に防止してもよい。
【００２８】
燃料予熱器１８から出るとき、プラントまたはシステム１０は、図１に示されているように、排ガス２４を空気予熱器４０の入口に誘導してもよい（第５の通路３８の使用などによって）。燃料予熱器１８と同様に、空気予熱器４０は、レキュペレータまたは熱交換器であってもよい。図１に示されているように、空気予熱器４０は、入力空気７０を加熱するために、プラントまたはシステム１０の燃料電池２６の燃料極排出ガスまたは排ガス２４を利用してもよい。空気予熱器４０は、排ガス２４および入力空気７０の互いの分離・区別を維持するように構成されてもよい。例えば、燃料予熱器１８は、  排ガスと入力空気７０とを混合することのない伝導および／または対流によって相対的に低温の入力空気７０を加熱するために高温の排ガス２４を利用してもよい。
【００２９】
図１に示されているように、プラントまたはシステム１０は、排ガス２４から水（Ｈ２Ｏ）を除去するように構成された水分離器または水凝縮器４４を含んでもよい。例えば、図１の例示的で例説的な実施形態に示されているように、プラントまたはシステム１０は、空気予熱器４０の出力から水分離器または水凝縮器４４の入力まで排ガス２４を誘導する第６の通路４２を含んでもよい。水分離器または水凝縮器４４は、排ガス２４からＨ２Ｏを除去することに有効な任意の機構または構成であってもよい。排ガス２４が排ガス２４において水の沸点を上回る実施形態において、プラントは、除去される液体水２８として排ガス２４から水を凝縮して除去する凝縮器４４を含んでもよい。一部の実施形態において、水分離器４４によって排ガス２４から分離される除去される水２８の少なくとも一部は、改質器３０および／または燃料電池２６の前で入力燃料１２に加えられた入力水２０であってもよい。水分離器または水凝縮器４４は、排ガス２４に含まれる水の実質的にすべてまたはこれの一部のみを除去してもよい。例えば、一部の実施形態において、プラントまたはシステム１０は、水分離器または水凝縮器４４が排ガス２４に含まれる水の少なくとも約７５パーセントを除去するように構成されてもよい。別の例として、プラントまたはシステム１０は、水分離器または水凝縮器４４が排ガス２４に含まれる水の少なくとも約９５パーセントを除去するように構成されてもよい。
【００３０】
水分離器または水凝縮器４４は、分離器または凝縮器４４に入力された未処理の排ガス２４（すなわち、上流の）と比べて含む水が少ない残りの排ガス４６を出力してもよい（すなわち、下流に供給してもよい）。残りの排ガス４６は、図１に示されているように、残りの排ガス４６を２つ以上の部分に分流するか、分割するか、または分離する第７のまたは残りの排ガス用の経路４８に沿って誘導されてもよい。図１を参照すると、プラントまたはシステム１０は、残りの排ガス４６の第１の部分５０と残りの排ガス４６の第２の部分５２とに分流するように構成されてもよい。残りの排ガス４６の第１の部分５０および第２の部分５２のそれぞれの量または割合は、規模および所望の動作パラメータなどに応じて変更されてもよい。一部の実施形態において、第１の部分５０は、残りの排ガス４６の大部分（すなわち、５０％超）を含んでもよい。一部のこのような実施形態において、第１の部分５０は、残りの排ガス４６の少なくとも７５％を含んでもよい。一部の他の実施形態において、第２の部分５２は、残りの排ガス４６の大部分（すなわち、５０％超）を含んでもよい。
【００３１】
図１に示されているように、残りの排ガス４６の第１の部分５０は、通路などを経由して少なくとも１つのボトミングサイクル５４に入力されてもよい。ボトミングサイクル５４は、燃料電池２６に加えて付加的な電気エネルギーを生成するために残りの排ガス４６を利用するように構成されてもよい。一部の実施形態において、残りの排ガス４６は、ボトミングサイクル５４の燃焼エンジンの燃焼器を作動させてもよい。燃焼エンジンは、付加的な電気を生成するために発電機また同様の機構と共に利用されてもよい。一部の実施形態において、ボトミングサイクルの燃焼エンジンは、レシプロエンジン、ランキンサイクル、ブライトンサイクル、および／またはスターリングサイクルであってもよい。一部の実施形態において、ボトミングサイクルの燃焼エンジンは、４ストロークレシプロエンジン、２ストロークレシプロエンジン、対向ピストン２ストロークエンジン、および／またはガスタービンエンジンであってもよい。別の実施形態によれば、ボトミングサイクル５４の排出からの熱は、ボトミングサイクル５４によって行われる電力の生成をさらに促進するために、復路を経由して第１の排ガス部分５０に運ばれてもよい。一部の実施形態において、システムまたはプラント１０は、ボトミングサイクル５４の入力（燃焼エンジンの入力など）の前で残りの排ガス４６の第１の部分５０からＣＯ２を除去するように構成されたＣＯ２分離機構を含んでもよい。
【００３２】
上述したように、図１の例示的で例説的な実施形態に示されているように、残りの排ガス４６の第２の部分５２は、プラントまたはシステム１０の燃料電池２６の空気極排出流３４に加えられてもよい。一部の実施形態において、残りの排ガス４６の第２の部分５２は、改質器３０の上流で燃料電池２６の空気極排出流３４に加えられてもよい。一部の実施形態において、残りの排ガス４６の第２の部分５２は、熱を発生させるためにプラントまたはシステム１０の燃料電池２６の空気極排出流３４において燃焼されるか、燃やされるか、点火されるか、または反応させられてもよい（すなわち、空気極排出流３４の熱回収）。例えば、第８の通路５８によって、残りの排ガス４６の第２の部分５２は、燃料電池２６の下流ならびに少なくとも１つの熱交換器８０および潜在的には改質器３０の上流に位置する、空気極排出流３４の途中の燃焼点５６に誘導されてもよい。一部の実施形態において、空気極排出流３４は、Ｎ2をかなり含んでもよい。燃料電池２６の下流ならびに少なくとも１つの熱交換器８０および改質器３０の少なくとも一方の上流にある、空気極排出流３４における、残りの排ガス４６の第２の部分５２の燃焼点５６は、空気極排出流３４において残りの排ガス４６の第２の部分５２を燃焼させることに有効な任意の配置または構成を含んでもよい。一部の実施形態において、空気極排出流３４の温度は、残りの排ガス４６の第２の部分５２に点火するか、またはこれを燃やすのに十分であってもよい。一部の実施形態において、プラントまたはシステム１０は、空気極排出流３４において残りの排ガス４６の第２の部分５２を燃やすための点火機構を含んでもよい。
【００３３】
一部の実施形態において、残りの排ガス４６の第２の部分５２の燃焼からの熱は、入力水２０および入力燃料１２の混合物の改質反応を促進するために改質器３０に誘導されてもよい（すなわち、改質器は加熱される）。このように、燃料電池２６の排ガス２４は、水素リッチリフォーメート３３への入力燃料１２の改質（例えば、水蒸気改質）を促すものとして利用されてもよい。一部の実施形態において、少なくとも１つの熱交換器８０の上流で残りの排ガス４６の第２の部分５２を空気極排出流３４に入力することは、残りの排ガス４６  （すなわち、燃料または燃焼生成物）を燃料電池２６の空気極の入口に加えることなく残りの排ガス４６から熱回収することを可能にする。
【００３４】
図１に示されているように、一部の代替的な実施形態において、残りの排ガス４６の第２の部分５２は、改質器３０の下流および少なくとも１つの熱交換器８０の上流で燃料電池２６の空気極排出流３４に加えられてもよい。一部のこのような実施形態において、残りの排ガス４６の第２の部分５２は、改質器３０の上流および下流の両方に加えられてもよい。一部の実施形態において、残りの排ガス４６の第２の部分５２は、熱を発生させるためにプラントまたはシステム１０の燃料電池２６の空気極排出流３４において燃焼されるか、燃やされるか、点火されるか、または反応させられてもよい（すなわち、空気極排出流３４の熱回収）。例えば、代替的な第８の通路５８’によって、残りの排ガス４６の第２の部分５２は、燃料電池２６および改質器３０の下流ならびに少なくとも１つの熱交換器８０の上流に位置する、空気極排出流３４の途中の燃焼点５６’に誘導されてもよい。燃料電池２６および改質器３０の下流ならびに少なくとも１つの熱交換器８０の上流にある、空気極排出流３４における、残りの排ガス４６の第２の部分５２の燃焼点５６’は、空気極排出流３４において残りの排ガス４６の第２の部分５２を燃焼させることに有効な任意の配置または構成を含んでもよい。一部の実施形態において、空気極排出流３４の温度は、残りの排ガス４６の第２の部分５２に点火するか、またはこれを燃やすのに十分であってもよい。一部の実施形態において、プラントまたはシステム１０は、空気極排出流３４において残りの排ガス４６の第２の部分５２を燃やすための点火または酸化機構を含んでもよい。
【００３５】
一部の実施形態において、プラントまたはシステム１０は、図１に示されているように、入力空気７０を含んでもよい。入力空気７０は、燃料電池２６（燃料電池２６の空気極など）に供給されてもよい。一部の実施形態において、プラントまたはシステム１０は、第９の通路７４に沿って（および潜在的には、空気ブロワ７２の下流に配置または配された、プラントまたはシステム１０の他の経路または態様を経由して）特定の量または流量の入力空気７０を加圧供給するか、または送ることに有効な１つ以上の空気ブロワ７２を含んでもよい。空気ブロワ７２の動作パラメータは、プラントまたはシステム１０の要件または動作パラメータ（例えば、エネルギー出力）に依存してもよい。一部の実施形態において、空気ブロワ７２は、空気７０を出力し、入力空気７０の圧力を少なくとも約２気圧に上昇させる（例えば、出力される第９の通路７４において）ように構成されてもよい。図１に示され、上述されているように、入力空気７０は、空気予熱器４０に誘導されてもよい。空気予熱器４０は、ブロワ７２の下流で入力空気７０を加熱するために排ガス２４を利用してもよい。一部の実施形態において、入力空気７０は、空気予熱器４０（排ガス２４を用いる）によって少なくとも摂氏約１００度に加熱されてもよい。
【００３６】
一部の実施形態では、図１に示されているように、プラントまたはシステム１０は、入力空気７０を加熱するために空気極排出流３４の熱を回収するように構成された１つ以上の空気対空気熱交換器８０を含んでもよい。一部の実施形態では、図１に示されている例示的で例説的な実施形態に示されているように、少なくとも１つの空気対空気熱交換器８０は、空気予熱器４０のすぐ下流に配置されてもよい。通路７６は、予熱された入力空気７０を少なくとも１つの熱交換器８０に誘導するために空気予熱器４０の出口と少なくとも１つの熱交換器８２との間に延在してもよい。一部の実施形態において、少なくとも１つの空気対空気熱交換器８０（および空気極排出流３４）は、入力空気７０を少なくとも摂氏約５００度に加熱するように構成されてもよい。一部の実施形態において、少なくとも１つの空気対空気熱交換器８０（および空気極排出流３４）は、入力空気７０を少なくとも摂氏約７００度に加熱するように構成されてもよい。一部の実施形態において、少なくとも１つの空気対空気熱交換器８０は、単一または単体の空気対空気熱交換器であってもよい。
【００３７】
さらに図１に示されているように、プラントまたはシステム１０は、第１の低温熱交換器８２および第２の高温熱交換器８４などの直列に接続された多数の空気対空気熱交換器を含んでもよい。第１の低温熱交換器８２および第２の高温熱交換器８４のそれぞれは、入力空気７０を加熱するために比較的高温の空気極排出流３４を利用してもよい。図１に示されているように、第２の高温熱交換器８４は、入力空気７０の流れの方向に関して第１の低温熱交換器８２の下流および空気極排出流３４の流れの方向に関して第１の低温熱交換器８２の上流に配置されてもよい。このように、第２の高温熱交換器８４は、第１の低温熱交換器８２と比べて高い温度で動作してもよい。一部の実施形態において、第１の低温熱交換器８２および第２の高温熱交換器８４は、異なる材料（その成分が空気極排出流３４と入力空気７０との間で熱を伝達することに有効なものなど）から作製されてもよい。一部の実施形態において、第２の高温熱交換器８４は、第１の低温熱交換器８２と比べて空気極排出物３４から入力空気７０に熱をより効率的に伝達するように構成されてもよい。
【００３８】
少なくとも１つの熱交換器８０によって加熱された入力空気７０は、燃料電池２６の入口に出力されてもよい。例えば、通路８６は、少なくとも１つの熱交換器８０の出口と燃料電池２６の空気極の入口との間に延在してもよい。一部の実施形態において、少なくとも１つの熱交換器８０によって加熱された入力空気７０は、燃料電池２６の上流で流入燃料１２と混合されてもよい。加熱された入力空気７０は、燃料電池が効率的に動作することができるように燃料電池２６を加熱する（少なくとも部分的に）ことに有効であってもよい。例えば、燃料電池２６は、ＳＯＦＣ燃料電池であってもよく、加熱された入力空気７０は、ＳＯＦＣ燃料電池を少なくとも摂氏約５００度に加熱する（少なくとも部分的に（例えば、加熱された流入燃料１２と共に））ことに有効であってもよい。一部の実施形態において、燃料電池２６は、ＳＯＦＣ燃料電池であってもよく、加熱された入力空気７０は、ＳＯＦＣ燃料電池を少なくとも摂氏約８００度に加熱する（少なくとも部分的に（例えば、加熱された流入燃料１２と共に））ことに有効であってもよい。
【００３９】
空気極排出流３４は、上述され、図１に示されているように、燃料電池２６から出て、燃焼点５６に誘導されてもよい。同様に上述したように、結果として得られた加熱された組成物は、燃料電池２６によって利用される水素リッチリフォーメート３３への流入燃料１２の改質を容易にするために改質器３０に誘導され、これを通過してもよい。空気極排出流３４は、改質器に熱を奪われ得るが、改質器３０から出る空気極排出流３４は、以前として比較的高温であり得る。例えば、改質器３０から出る空気極排出流３４は、空気予熱器４０によって出力される加熱された入力空気７０よりも相対的に高温であり得る。このようにして、一部の実施形態では、改質器３０から出る空気極排出流３４は、空気予熱器４０によって出力された加熱された入力空気７０を、燃料電池２６に入る前に加熱するために少なくとも１つの熱交換器８０に誘導されてもよい。このように、改質器３０を加熱するために燃料電池２６の排ガス２４の第２の部分５２を燃やすことによって供給される熱は、入力空気７０を加熱するために回収されてもよい。
【００４０】
一部の実施形態において、改質器３０から出る空気極排出流３４は、少なくとも摂氏約８００度であってもよい。一部の実施形態において、改質器３０から出る空気極排出流３４は、少なくとも摂氏約８５０度であってもよい。図１に示されているように、プラントまたはシステム１０は、改質器３０によって出力された空気極排出流３４を少なくとも１つの熱交換器８０の入力に誘導する第１０の通路８８を含んでもよい。例えば、第１０の通路８８は、改質器３０によって出力された空気極排出流３４を高温熱交換器８４の入力に誘導してもよい。高温熱交換器８４から、空気極排出流３４は、低温熱交換器８２に誘導されるか、またはこれに流れてもよい。
【００４１】
一部の代替的な実施形態において、プラントまたはシステム１０は、空気極排出流３４の少なくとも一部８７を流入燃料１２に誘導するように構成されてもよい。図１に示されているように、空気極排出流３４の少なくとも一部８７は、燃料電池２６の上流で流入燃料１２に加えられてもよい。さらに図１に示されているように、空気極排出流３４の少なくとも一部８７は、燃料電池２６の上流および改質器３０の下流で流入燃料１２に加えられてもよい（例えば、燃料電池２６および改質器３０が互いに離されている場合）。一部の実施形態（例えば、図１参照）において、空気極排出流３４の少なくとも一部８７は、図１に示されているように、改質器３０および燃料電池２６の両方の中でもしくは改質器３０および燃料電池２６の両方の上流で（または改質器３０内で）流入燃料１２に加えられてもよい。
【００４２】
図１に示されているように、プラントまたはシステム１０は、空気極排出流３４をボイラ９２に誘導するように構成されてもよい。例えば、第１１の通路９０は、少なくとも１つの熱交換器８０によって出力された空気極排出流３４をボイラ９２の入力に誘導してもよい。一部の実施形態において、少なくとも１つの熱交換器８０によって出力された空気極排出流３４は、少なくとも摂氏約１００度であってもよい。したがって、少なくとも１つの熱交換器８０によって出力された空気極排出流３４は、蒸気２０を生成する目的で入力液体水を加熱するためにボイラ９２によって利用されてもよい。一部の実施形態において、ボイラ９２によって生成された蒸気は、入力燃料１２と混合され、最終的に、水素リッチリフォーメート３３を生成するために改質器３０に入力される入力蒸気（または水）２０であってもよい。入力蒸気または水２０を生成するためにボイラ９２によって利用された後、ボイラ９２によって出力される空気極排出流３４は、大気に放出され（９４）てもよいし、またはプラントまたはシステム１０から除去されてもよい。
【００４３】
一部の実施形態において、ボイラ９２によって加熱されて沸騰される水は、少なくとも部分的には、燃料極排出流または排ガス２４から除去された水２８であってもよい。例えば、水分離器または水凝縮器４４によって燃料極排出流または排ガス２４から除去された水２８の少なくとも一部は、ボイラ９２の入口に誘導されてもよい。図１に示されているように、一部の実施形態において、燃料極排出流または排ガス２４から除去または分離された水２８は、第１の部分がボイラ９２に誘導され、残りの部分がプラントまたはシステム１０から排出または除去されるように分割されるか、または分けられてもよい。例えば、図１に示されているように、プラントまたはシステム１０は、分離器または凝縮器４４の出口からの水２８の第１の部分をボイラ９２に誘導するための第１２の通路９８および分離器または凝縮器４４の出口からの水２８の第２の部分を大気またはプラントまたはシステム１０から遠くに誘導するための第１３の通路９６を含んでもよい。
【００４４】
本明細書で説明されている実施形態は、好適には、燃料（例えば、残りの排ガス４６）を改質器３０の流入空気流（例えば、空気極排出流３４）に加えることおよび排ガス２４から水を除去し、燃料流入流１２に加えるために除去された水２０を再利用することによって６５％よりも大きなまたはこれよりも高い全体燃料利用率を達成した。一部の実施形態において、好適な燃料利用率は、空気（例えば、空気極排出流３４）を燃料流（例えば、改質器３０によって出力された水素リッチリフォーメート３３）に加えることおよび排ガス２４から水を除去し、燃料流入流１２に加えるために除去された水２０を再利用することによって達成される。
【００４５】
発電のための複合サイクルシステムまたはプラントの第２の例示的で例説的な実施形態は、図２に示されており、全体を通して参照符号１１０によって参照される。例示的なシステムまたはプラント１１０は、図１に示されている上述した例示的なシステムまたはプラント１０と同様であり、したがって、同じ要素を示すために、数字「１」が前に置かれた同じ参照符号が使用されている。代替的な実施形態（すなわち、修正例または変形例など）に関する説明を含む、システムまたはプラント１０に関する上記の説明は、同様にシステムまたはプラント１１０（およびその任意の代替的な実施形態）にも当てはまる。
【００４６】
図１および図２に示されているように、図１の例示的なシステムまたはプラント１０と図２の例示的なシステムまたはプラント１１０との違いは、改質器１３０および燃料電池１２６の構成、配置、および／または方向を含む。図２に示されているように、改質器１３０は、燃料電池１２６内にまたは燃料電池１２６の内部に配置されてもよい。例えば、燃料電池１２６は、ハウジング内に設けられてもよく、改質器１３０は、図２に示されているように、燃料電池１２６のハウジングの領域内に配置されてもよい。言い方を変えれば、入力燃料１２の改質または改質工程は、燃料電池１２６の外部で行われるのとは対照的に燃料電池１２６自体の中で行われてもよく、これの結果として得られる水素リッチリフォーメート３３は、燃料電池１２６に入力される。一部の実施形態において、改質器１３０は、燃料電池１２６の少なくとも１つの構成要素または態様を含んでもよい。一部の実施形態において、改質器１３０は、燃料電池１２６の燃料極を含むか、またはこれを利用してもよく、水蒸気改質工程は、燃料電池１２６の燃料極で行われてもよい。一部の実施形態において、改質器１３０および／または改質工程は、燃料電池１２６のＳＯＦＣスタックの内部におけるものである。
【００４７】
一部の実施形態において、改質器１３０は、部分酸化改質器１３０であってもよい。一部のこのような実施形態において、システム１１０は、改質器１３０に入力される、入力燃料１１２および水１２０の混合物に空気の少なくとも一部（または他の酸素源）を導入するか、または混合する（または改質器１３０内で入力燃料１１２もしくは燃料１１２および水１２０の混合物に導入する）ように構成されてもよい。例えば、図２に示されているように、少なくとも１つの熱交換器１８０によって出力された入力空気１７０（すなわち、少なくとも１つの熱交換器１８０によって加熱された）の一部１８９は、改質器１３０の上流または改質器１３０内で入力燃料１１２（または燃料１１２および水１２０の混合物）に導入されてもよい。一部の実施形態において、改質器１３０内または改質器１３０の上流で入力燃料１１２（または燃料１１２および水１２０の混合物）と混合された空気または酸素源（例えば、少なくとも１つの熱交換器１８０によって出力された入力空気１７０）は、水素リッチリフォーメート１３３中に、最終的には、燃料電池１２６の排ガス１２４中に出力されてもよい。
【００４８】
一部の代替的な実施形態において、改質器１３０内または改質器１３０の上流で入力燃料１１２（または燃料１１２および水１２０の混合物）と混合される入力空気１７０の一部１８９は、空気極排出物１３４の一部１８７であってもよい。一部の代替的な実施形態において、改質器１３０内または改質器１３０の上流で入力燃料１１２（または燃料１１２および水１２０の混合物）と混合される入力空気１７０の一部１８９は、少なくとも１つの熱交換器１８０の上流の入力空気１７０であってもよい。一部の代替的な実施形態において、改質器１３０内または改質器１３０の上流で入力燃料１１２（または燃料１１２および水１２０の混合物）と混合される入力空気１７０の一部１８９は、空気予熱器１４０の上流の入力空気１７０であってもよい。一部の代替的な実施形態において、改質器１３０内または改質器１３０の上流で入力燃料１１２（または燃料１１２および水１２０の混合物）と混合される空気１８９は、システムの外部にある供給源から得られる空気であってもよい（すなわち、システム１１０の別の構成要素からは供給されない）。
【００４９】
上記の説明は、例説的であることを意図されており、限定的なものではないことが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される本発明の一般的な精神および範囲から逸脱することなく、本発明に関して多くの変更および修正が当業者によってなされてもよい。例えば、上述した実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。さらに、多くの修正が、特定の状況または材料を様々な実施形態の教示に適合させるために、その範囲から逸脱することなく行われてもよい。本明細書で説明されている材料の寸法および種類は、様々な実施形態のパラメータを規定するためのものであるが、これらは、決して限定的なものではなく、例示に過ぎない。多くの他の実施形態は、上記の説明を精査することによって当業者に明らかとなる。したがって、様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲と共に添付の特許請求の範囲に基づいて決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、用語「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「その場合に（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれの用語「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「その場合に（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の同義語として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲において、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」などは、標識として使用されるに過ぎず、その対象に数的要件を課すためのものではない。また、結合される、連結される、接合される、または封止されるなどの用語に関連する用語「使用可能に」は、本明細書では、分かれた別々の構成要素が直接的または間接的に結合されることおよび構成要素が一体的に（すなわち、１つの部品（一体のまたは単体の）に）形成されることに起因する両方の連結を意味するために使用される。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズ・プラス・ファンクション形式では書かれておらず、以下の特許請求の範囲が明示的に、さらなる構造の欠けた機能の陳述が続く「ための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」という句を使用しない限り、およびこの句を使用するまでは、米国特許法第１１２条の第６パラグラフに基づいて解釈されることが意図されている。上述したこのような目的または利点の必ずしもすべてが、任意の特定の実施形態によって達成されなくてもよい。したがって、例えば、当業者は、本明細書で説明されているシステムおよび技術が、本明細書から教示または示唆され得るような他の目的または利点を必ずしも達成しなくても、本明細書で教示されているような１つの利点または一群の利点を達成または最適化するような仕方で実施または実行され得ることを理解するであろう。
【００５０】
本発明について、限られた数の実施形態のみに関連して詳細に説明してきたが、本発明は、このような開示された実施形態に限定されるわけではないことが容易に理解されるべきである。それどころか、本発明は、これまでに説明されていないが、本発明の精神および範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換、または同等の配置を取り入れるために修正されてもよい。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本開示の態様が、説明されている実施形態の一部しか含まなくてもよいことが理解されるべきである。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるものとして理解されるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００５１】
この記載された説明では、最良の態様を含めて本発明を開示するために、さらには、任意の当業者が任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込み方法の実行を含めて本発明を実施することを可能にするために、例が使用されている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００５２】
１０、１１０  複合サイクル発電プラントまたは燃料電池システム
１２、１１２  入力燃料
１４、１１４  第１の経路
１６、１１６  燃料ブロワ
１８、１１８  燃料予熱器
２０、１２０  入力水（入力蒸気）
２２、１２２  第２の経路
２４、１２４  燃料極排出ガスまたは排ガス
２６、１２６  燃料電池
２８、１２８  除去された水
３０、１３０  改質器
３２、１３２  第３の経路
３３、１３３  水素リッチリフォーメート
３４、１３４  空気極排出流
３６、１３６  第４の経路
３８、１３８  第５の通路
４０、１４０  空気予熱器
４２、１４２  第６の通路
４４、１４４  水分離器または水凝縮器
４６、１４６  残りの排ガス
４８、１４８  第７のまたは残りの排ガス用の経路
５０、１５０  残りの排ガスの第１の部分
５２、１５２  残りの排ガスの第２の部分
５４、１５４  ボトミングサイクル
５６、５６’、１５６、１５６’  燃焼点
５８、１５８  第８の通路
５８’、１５８’  代替的な第８の通路
７０、１７０  入力空気
７２、１７２  空気ブロワ
７４、１７４  第９の通路
７６、８６、１７６、１８６  通路
８０、１８０  熱交換器
８２、１８２  第１の低温熱交換器
８４、１８４  第２の高温熱交換器
８７、１８７  空気極排出流の少なくとも一部
８８、１８８  第１０の通路
９０、１９０  第１１の通路
９２、１９２  ボイラ
９４、１９４  大気への放出
９６、１９６  第１３の通路
９８、１９８  第１２の通路
１８９  入力空気の一部
【図１】
2015130337.tif 000003
【図２】
2015130337.tif 000004
【外国語明細書】
2015130337000001.pdf