本发明涉及储氢系统的，更具体的说是涉及一种微通道固态储氢热管理系统。
背景技术：
1、氢能利用是解决全球能源短缺和环境污染的有效途径之一。氢气不仅热值高、绿色无污染，而且来源广泛，可通过可再生能源电解水和生物质等方式制取“绿氢”。在氢能利用过程中，安全高效的储氢技术成为其商业化应用的重要环节之一。目前储氢技术主要有高压气态储氢、低温液态储氢、基于储氢材料化学吸附的固态储氢。其中固态储氢因体积储氢密度高、安全稳定性强、储存压力低、便于大规模储运等优势，成为未来储氢技术的重点发展方向之一。固态储氢技术的核心是高密度、轻质储氢材料和高性能储氢器件。目前对于储氢材料的研究中，其质量储氢密度已可接近理论值，无法突破理论极限。然而将储氢材料应用于储氢系统中，其吸放氢量和反应速率仍受固定床反应器中反应热传递性能制约，因此固态储氢系统热管理技术成为其高效吸放氢的核心。目前固态储氢系统热管理技术主要有以下几类：
2、(1)反应器通过外壁面散热
3、储氢材料吸放氢过程反应热显著，因此吸/放氢过程需不断将热量排出或供给储氢材料反应床，防止反应床温度升高或降低导致反应达到平衡态，以促进吸放氢反应的持续高效进行。反应器通过壁面与空气或者恒温槽中水/油等介质自然对流换热是最简单的热管理方式之一，但自然对流换热系数较低，因此反应器传热性能较差。此外，在反应器外围配置套管式换热器，通过传热流体与反应器壁面强制对流换热，能够有效强化反应器传热性能，加快吸放氢反应速率，但此类热管理方式的储氢系统中需配置换热流体循环冷却/加热子系统，系统结构较为复杂。
4、(2)反应器内置换热器
5、反应器内置换热器与外置套管式换热器类似，通过换热器中换热流体与储氢材料反应床间强制对流换热。目前反应器内置换热器结构主要有直管式换热器、螺旋管式换热器、微通道式换热器等，此外可通过换热器添加翅片等方式进一步强化传热。随着换热器由直管到微通道的演变，其换热面积不断增大，但结构也不断复杂化，导致了此类反应器加工设计困难，运行安全稳定性难以保证，如吸放氢过程储氢材料反应床的膨胀变形易导致微通道换热器中微细管道的破坏。此外，反应器内置换热器的储氢系统同样需配备换热流体循环冷却/加热系统，导致了系统结构复杂化。
6、(3)反应器配置相变材料传储热
7、相变材料作为一种优异的传储热介质，已被应用于固态储氢系统中对反应器进行热管理，通过相变材料的吸热升温熔化和释热降温凝固行为不仅实现了反应热的有效传递，而且实现了反应热的回收利用，能有效提高储氢系统的能量利用率。当前相变材料主要集成于反应器外围，通过反应器壁面传递热量。仅使用相变材料热管理的固态储氢装置简化了系统结构，但由于金属氢化物储氢材料吸放氢反应焓较大，完全吸收反应热需使用大量相变材料，不仅增加了装置成本，而且造成了系统体积或质量储氢密度的严重损失。
8、因此，综上所述，基于各种热管理方式的金属氢化物储氢装置仍存在一些缺陷，距离实际产业化应用仍有一定差距。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种微通道固态储氢热管理系统，用于克服现有技术中的上述缺陷。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
3、一种微通道固态储氢热管理系统，包括压力控制器、安全阀、循环泵、球阀、微通道反应器、三通球阀、冷却器，具体结构如下：安全阀、循环泵、球阀、微通道反应器、三通球阀、冷却器之间依次通过管路相连通形成回路，压力控制器的氢气出口与安全阀、冷却器之间的管路相连通，压力控制器的氢气入口连接氢气源，三通球阀的一个端口为氢气出口。
4、作为优选，微通道反应器设有由不锈钢罐体上安装不锈钢法兰盖组成的密闭容器，不锈钢法兰盖与不锈钢罐体之间设置密封垫片，不锈钢罐体和不锈钢法兰盖通过密封垫片和紧固螺栓密封；不锈钢法兰盖上焊接有氢气出口和温度传感器，氢气出口处通过三通接头连接压力传感器，温度传感器的下端伸入不锈钢罐体内的储氢材料反应床。
5、作为优选，不锈钢罐体外围配置有加热层，在吸氢反应前使反应器内部达到初始反应温度状态和放氢反应过程中提供反应热源，加热层外包裹保温层。
6、作为优选，氢气入口焊接在微通道反应器的不锈钢罐体侧下部，其一端伸至不锈钢罐体内部且与不锈钢罐体相连通，其另一端伸至保温层外部，通过底部进气和顶部出气使氢气充分流经反应器内部。
7、作为优选，微通道反应器内反应床为储氢材料粉末压块体，压块体通过不锈钢支架堆叠在微通道反应器中，储氢材料粉末压块体与微通道反应器不锈钢罐体内壁之间、以及储氢材料粉末压块体之间相互留有空隙，为氢气流动传质提供丰富的通道。
8、作为优选，储氢材料粉末压块体使用ab5型或mg基储氢合金粉末压块。
9、作为优选，高于吸氢反应压力的氢气经过压力控制器进入系统，压力控制器根据预设定吸氢压力控制氢气流量大小，通过动态反馈调节，使系统中氢气保持在设定压力值；在球阀打开的状态下，进入系统的氢气通过循环泵进入微通道反应器；微通道反应器通过外围加热层提供吸氢反应初始温度条件，微通道反应器开启吸氢反应过程；由于吸氢反应放热，微通道反应器内氢气吸收热量且温度升高；当三通球阀连通反应器和冷却器时，高温氢气由微通道反应器流出至冷却器中降温冷却，将氢气由微通道反应器中带出的反应热排出系统；由于氢气在微通道反应器中被吸氢反应消耗，流出微通道反应器和冷却器后氢气压降低，此时与系统连通的压力控制器调节氢气流量，使系统中氢气压恢复预设值，并在循环泵的作用下使氢气进入下一个循环。
10、作为优选，在储氢反应完成后，关闭球阀和三通球阀，以实现微通道反应器在稳定和密闭状态下的氢气保存；在放氢反应过程，微通道反应器通过外围加热层提供反应热源，当微通道反应器内达到放氢反应温度时，使三通球阀连通微通道反应器与氢气出口，开启放氢反应过程。
11、作为优选，当气路中氢气压高于安全阀设定压力值后，安全阀处于打开状态，并向系统外排出氢气。
12、本发明的有益效果：由于金属氢化物储氢材料吸放氢反应焓较高，应用于本发明固态储氢系统中时，固定床反应器内吸/放氢过程可将反应热及时排出或供给储氢材料反应床，防止反应床温度升高或降低导致反应达到平衡态，以促进吸放氢反应的持续高效进行；采用本发明吸氢过程中高压氢气通过压力控制器进入储氢系统，压力控制器可根据设定的吸氢反应压力控制氢气流量大小，通过氢气循环流动过程系统中氢气压力变化动态反馈调节，使系统中氢气保持在设定吸氢压力值附近，以实现稳定压力下的吸氢反应；本发明系统中氢气在循环泵的作用下实现循环流动，氢气流入反应器中不仅能够提供储氢材料吸氢反应工质，而且能够通过在反应器内的强制对流将吸氢反应热排出反应器。由反应器内流出的较高温度氢气通过冷却器降温，以进入一下个循环，实现反应器内吸氢反应热的持续排出和反应的持续高效进行。
1.一种微通道固态储氢热管理系统，其特征在于，包括压力控制器(1)、安全阀(2)、循环泵(3)、球阀(4)、微通道反应器(5)、三通球阀(6)、冷却器(7)，所述安全阀(2)、循环泵(3)、球阀(4)、微通道反应器(5)、三通球阀(6)、冷却器(7)之间依次通过管路相连通形成回路，所述压力控制器(1)的氢气出口(51)与安全阀(2)、冷却器(7)之间的管路相连通，所述压力控制器(1)的氢气入口(59)连接氢气源，所述三通球阀(6)的一个端口为氢气出口(51)。
2.根据权利要求1所述的一种微通道固态储氢热管理系统，其特征在于，所述微通道反应器(5)设有由不锈钢罐体(510)上安装不锈钢法兰盖(56)组成的密闭容器，所述不锈钢法兰盖(56)与不锈钢罐体(510)之间设置密封垫片(54)，所述不锈钢罐体(510)和不锈钢法兰盖(56)通过密封垫片(54)和紧固螺栓(55)密封；所述不锈钢法兰盖(56)上焊接有氢气出口(51)和温度传感器(53)，所述氢气出口(51)处通过三通接头连接压力传感器(52)，所述温度传感器(53)的下端伸入不锈钢罐体(510)内的储氢材料反应床。
3.根据权利要求2所述的一种微通道固态储氢热管理系统，其特征在于，所述不锈钢罐体(510)外围配置有加热层(58)，在吸氢反应前使反应器内部达到初始反应温度状态和放氢反应过程中提供反应热源，所述加热层(58)外包裹保温层(57)。
4.根据权利要求2所述的一种微通道固态储氢热管理系统，其特征在于，所述氢气入口(59)焊接在微通道反应器(5)的不锈钢罐体(510)侧下部，其一端伸至不锈钢罐体(510)内部且与不锈钢罐体(510)相连通，其另一端伸至保温层(57)外部，通过底部进气和顶部出气使氢气充分流经反应器内部。
5.根据权利要求2所述的一种微通道固态储氢热管理系统，其特征在于，所述微通道反应器(5)内反应床为储氢材料粉末压块体(511)，所述压块体通过不锈钢支架(512)堆叠在微通道反应器(5)中，所述储氢材料粉末压块体(511)与微通道反应器(5)不锈钢罐体(510)内壁之间、以及储氢材料粉末压块体(511)之间相互留有空隙，为氢气流动传质提供丰富的通道。
6.根据权利要求5所述的一种微通道固态储氢热管理系统，其特征在于，所述储氢材料粉末压块体(511)使用ab5型或mg基储氢合金粉末压块。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种微通道固态储氢热管理系统，其特征在于，高于吸氢反应压力的氢气经过压力控制器(1)进入系统，所述压力控制器(1)根据预设定吸氢压力控制氢气流量大小，通过动态反馈调节，使系统中氢气保持在设定压力值；在球阀(4)打开的状态下，进入系统的氢气通过循环泵(3)进入微通道反应器(5)；所述微通道反应器(5)通过外围加热层(58)提供吸氢反应初始温度条件，所述微通道反应器(5)开启吸氢反应过程；由于吸氢反应放热，所述微通道反应器(5)内氢气吸收热量且温度升高；当三通球阀(6)(4)连通反应器和冷却器(7)时，高温氢气由微通道反应器(5)流出至冷却器(7)中降温冷却，将氢气由微通道反应器(5)中带出的反应热排出系统；由于氢气在微通道反应器(5)中被吸氢反应消耗，流出微通道反应器(5)和冷却器(7)后氢气压降低，此时与系统连通的压力控制器(1)调节氢气流量，使系统中氢气压恢复预设值，并在循环泵(3)的作用下使氢气进入下一个循环。
8.根据权利要求7所述的一种微通道固态储氢热管理系统，其特征在于，在储氢反应完成后，关闭球阀(4)和三通球阀(6)(4)，以实现微通道反应器(5)在稳定和密闭状态下的氢气保存；在放氢反应过程，微通道反应器(5)通过外围加热层(58)提供反应热源，当微通道反应器(5)内达到放氢反应温度时，使三通球阀(6)(4)连通微通道反应器(5)与氢气出口(51)，开启放氢反应过程。
9.根据权利要求7所述的一种微通道固态储氢热管理系统，其特征在于，当气路中氢气压高于安全阀(2)设定压力值后，所述安全阀(2)处于打开状态，并向系统外排出氢气。
