高压阻尼线
228【项目名称】 台州市科技计划项目，项目编号：2003gy36。【作者简介】 吕志超（1987—），男，研究生，研究方向：固体力学，流体力学。低成本超高压质子交换膜水电解槽结构设计研究 吕志超
（台州科技职业学院，浙江 台州 318020）
摘 要：文章针对氢能产业化对PEM水电解槽的技术要求，对PEM水电解槽的紧固结构、电气结构、通流结
构、密封结构进行了创新设计，显著提高制氢压力和功率，降低成本，提高效率。 关键词：氢能；水电解制氢；高压电解槽
氢能源具有安全无污染、热值高、可存储等优点，成为解决能源危机及环境污染问题的有效途径[1]。质子交换膜（Proton Exchange Membrane ，PEM ）水电解技术是国际上最先进的水电解制氢技术[2]。利用该技术，可将现今大量的弃风、弃光、弃水、弃核电能转换为能量密度高的氢气进行存储，大大提高可再生能源 和电网综合利用效率[3]。
为了满足燃料电池、加氢站等氢能应用的需要，必须将氢气存储于高压气瓶内，通常气瓶存储压力为35-70MPa 。目前PEM 水电解槽不能产生高压氢气的主要是受密封形式制约，现有的PEM 水电解槽通常采用聚四氟乙烯或三元乙丙橡胶制成平板密封垫，通过螺栓预紧力将结构压紧实现密封。受到橡胶密封件允许压缩量的限制，这种水电解槽结构能够制取的氢气最大压力一般不超过3.5MPa 。必须通过氢气压缩机，使之达到设定高压，才能存储于气瓶内。从而导致水电解制氢系统整体装备体积大、能耗高、可靠性差、电解效率低。
本文旨在通过结构设计，用较低成本解决质子交换膜水电解槽高压密封问题，显著提高电解槽氢气出口压力。
一、电解槽结构组成
本文所设计电解槽结构如图1所示。主要部件为：1.金属法兰；2.PP 内衬底座；3.PP 内衬密封套；4.金属外罩；5.内部水流通道；6.氢气通道；7.氧气与水通道；8.阴极接电端；9.
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橡胶板。
图1 电解槽装配图
电解槽爆炸图如图2所示，从左到右分别为防松螺母（1）、碟簧（2）、螺栓（3）、金属上端板（4）、绝缘端盖（5）、正极接电板（6）、C 型滑环组合密封内环（7）、支撑内环（8）、阳极集电器（9）、膜电极（10）、阴极集电器（11）、C 型滑环组合密封外环（12）、双极板（13）、负极接电板（14）、底部接电端子（15）、弹性密封垫（16）、绝缘内衬底座（17）、金属外框（18）
。
图2 电解槽爆炸图
承压结构组成：金属上端板（4）、绝缘端盖（5）、绝缘内衬底座（17）、金属外框（18）组成承压结构。
密封结构组成：C 型滑环组合密封外环（12）、膜电极（10）、双极板（13）在阴极集电器（11）外侧形成氢气高压密封。C 型滑环组合密封内环（7）、支撑内环（8）、膜电极（10）、双极板（13）在阳极集电器（9）内侧形成氢气高压密封。
流道结构组成：绝缘内衬底座（17）、双极板（13）组成进出水流道结构。阳极集电器（9）、C 型
滑环组合密封内环（7）、支撑内环（8）、膜电极（10）、阴极集电器（11）、双极板（13）组成氢气流道结构。
接电结构组成：正极接电板（6）、底部接电端子（15）分别连接电源的正负极。
导电铝浆二、部件功能介绍
1.金属外框（18）与金属上端板（4）为不锈钢材质，用于承受内部高压。金属上端板（4）两侧对称设有进水口与出水口，中心与绝缘端盖（5）中间凸起定位配合；金属外框（18）底部通孔用于伸出底部接电端子（15），端面设有密封槽，配合绝缘端盖（5）实现密封。
2.绝缘端盖（5）采用聚丙烯等耐温绝缘材料，保证电解槽绝缘安全，设有两个进水孔与两个出水孔，起分流作用，中间凸起处设有氢气出口以及正电极通孔，通孔处采用耐高压O 型密封圈密封。
3.绝缘内衬底座（17）采用聚丙烯等耐温绝缘材料，内侧面与负极接电板（14）、双极板（13）、正极接电板（6）外侧面贴合组成进水流道结构与出水流道结构，连通绝缘端盖（5）进出水孔，内侧面壁厚处设有半圆缺口，与内部负极接电板（14）、双极板（13）、正极接电板（6）外侧面缺口配合实现圆柱销定位，圆柱销采用绝缘材质。
4.弹性密封垫（16）可采用橡胶等弹性材料，与底部接电端子（15）配合，吸收内部结构热胀的同时，
也起到密封作用。
5.底部接电端子（15）可采用黄铜等导电材料，紧贴负极接电板（14），连接电源负极。
6.正极接电板（6）采用钛材料，两导电柱连接电源的正
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极，中心通孔作为氢气出口。
7.负极接电板（14）采用钛材料，采用圆环凸起，与C 型滑环组合密封外环（12）、膜电极（10）配合实现阴极集电器（11）外环高压密封，圆环凸起两侧对称设置有呈弧线状的缺口，与进出水流道结构连接，实现阳极集电器（9）的进水与出水。
8.双极板（13）采用钛材料，中心通孔为氢气出口，配合阳极集电器（9）、C 型滑环组合密封内环（
7）、金属支撑内环（8）、膜电极（10）、阴极集电器（11）实现氢气流道密封。
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9.阳极集电器（9）采用粉末钛板，一面光洁，一面带流道槽，流道槽起导流作用，中间通孔作为氢气出口。
10.膜电极（10）采用全氟磺酸质子交换膜，中间通孔为氢气出口。
11.阴极集电器（11）采用不锈钢丝网，一面光洁，中间通孔作为氢气出口。
12. C 型滑环组合密封内环（7）和C 型滑环组合密封外环（12）均由耐高压O 型密封圈（19）和PTFE 骨架（20）组成，具有自紧密封效果，可承受0-50MPa 高压力且耐高压O 型密封圈（19）磨损小寿命长。
13.支撑内环（8）提供内部支撑作用，防止系统启动时C 型滑环组合密封内环（7）挤压损伤。86gan
三、设计创新意义
创新的外部承压结构：常压进水，高压产氢（35MPa ），金属外框为主要承压结构，可调整厚度以承受内部0-35MPa 压力，结构经过CAE 分析与试验验证，安全可靠。
创新的通流方式：绝缘内衬与堆叠双极板组成U 形水通流，电堆中心孔出氢，经CFD 设计优化，简化传统氢气高压密封结构。
创新的内部密封结构：采用差压设计，降低水、氧气通流密封要求，内部采用PTFE 骨架+O 型圈组合密封方式，具有自紧密封效果，可承受35MPa 及以上高压且O 型圈磨损小寿命长。
一个度导航创新的接电形式：采用正负端接电柱结构设计，外围绝缘包裹，增加电绝缘安全性能。
四、结束语
本文以“内外平衡、压力转移”的理念，针对水电解槽的紧固结构、电气结构、通流结构、密封结构进行了创新设计，进一步提高制氢压力和功率，降低成本，提高效率，满足氢能产业化发展对水电解槽的技术需求。
参考文献
[1] VEZIRO ĞLU T N， ŞAHI N S.21st Century’s energy：
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[3] BARBIR F.PEM electrolysis for production of hydrogen
from renewable energy sources [J].Solar Energy，2005，78（5）：661-9.
（上接第221页）
家庭和学校教育的影响较大，往往会听从老师的建议或家长
的安排就业。随着教育改革的不断推进，学生的个体意识逐渐觉醒，越来越多的高校毕业生选择了自主创业这条道路。学生要实现自主创业的目标，就需要突破自我的束缚，充分发挥主观能动性，提高创新意识，不断发现新的路径，实现自我价值的升华。大学教师在进行创业指导时，应结合学生的性格特征与成长环境制定不同的教学方案，在提升学生专业技能水平的同时，可以在校园中开设心理咨询室，关注学生的心理健康发展，在教学过程中摆正自身辅导的角位置，激励学生形成自主探究的意识。 （二）延伸积极心理学的教学方法
随着教育的改革，当前高等院校对积极心理学的认识得到进一步深化，在创业教学过程中对积极心理学的应用也越来越广泛，体现在范围、目标、方式、评价等几个层面，进一步发掘了学生的潜能，使学生能够尽快适应创业岗位的不断变化。在应用范围方面，高校毕业生的创业教育不是一门独立的课程，为了充分发挥积极心理学的作用，需要结合其他大学教育学科对学生进行深入地指导，帮助学生掌握创业的专业技能及相关经营理念，促进大学生综合素质的提高。在树立创业目标方面，当代大学生由于自身信念树立的不够牢固，容易受到不良思潮的影响，造成片面追求创业带来的经济效益的现象，大学创业教育应结合积极心理学引导学生树立正确的创业观念，以在创业过程中不断实现人生价值、提高自身技能为目标，摒弃错误的思想观念对个人价值观的侵蚀。在创业教学形式方面，传统的职业生涯规划课程以教师对照书本讲解知识为主，学生只能片面地了解创业的基础理论知识，师生之间互动交流较少，对于学生在创业过程中
存在的疑惑，教师不能进行及时地指导。针对这种现象，大学教师应改善创业指导方式，通过邀请成功创业的优秀毕业生进行讲座及带领学生参观企业等方式，提高学生自主创业的积极性。在创业教学评价方面，随着教学改革的不断发展，高等教育不再片面地强调学生文化成绩的提高，而是更加注重学生在创业过程中个人的不断发展与进步，这种评价模式能够促进学生综合素质的提高，为社会的发展培育真正的精英人才。
五、结束语
综上所述，当前大学生在创业过程中仍存在缺乏自我判断与抉择能力，面对困难畏首畏尾的现象，这就需要高等院校在进行创业指导时结合积极心理学的方式，针对不同的学生体进行心理辅导，进一步培养其良好的心理素质，充分发挥其创新创业的主观能动性。
参考文献
[1] 周新凤，汪泳.浅谈大学生创业政策存在的问题与发展对
策：吉林省教育科学十二五规划课题“积极心理学视野下的大学创业文化研究”[J].东方企业文化，2013（18）：217.
[2] 张志华，芮李婷，周静.90后大学生创业意愿的培育策
略：基于积极心理学的视角[J].创新与创业教育，2019（2）：66-69.
[3] 李彦鑫.加强积极心理学视角下的高职院校大学生创业教
育的思考[J].河北职业教育，2016（2）：97-100.
[4] 宋蓓.浅谈大学生积极创业教育观念的培养：基于积极心
理学视角[J].才智，2017（36）：106.
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