CN112983848B - 一种燃料电池电堆及供气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池电堆及供气装置，其中，供气装置包括一级空压机、电机、膨胀机和二级空压机。工作时，电机启动，电机的转子转动带动一级空压机、膨胀机和二级空压机转动，空气自一级空压机的进气口吸入，经过一级空压机的出气口进入二级空压机，经过一级空压机和二级空压机压缩后的空气供入燃料电池电堆，燃料电池电堆产生的废气通过膨胀机的进气口供入膨胀机蜗壳，推动膨胀机叶轮转动，进而膨胀机叶轮带动转子转动，同时本方案中膨胀机叶轮与二级叶轮背靠背布置，使得膨胀机的出功直接用于驱动电机的转子，使得电池电堆产生的带着能量的空气继续做功，达到能量回收的目的。

Description

一种燃料电池电堆及供气装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池电堆及供气装置。

背景技术

燃料电池电堆的出口排出的废气为高温高压的空气，具有较高的能量回收价值，如果能够对废气的能量进行回收，则可以达到良好的节能效果。

现有技术中公开了一种带能量回收功能的供气装置，如图1所示，包括电机01、压气机和膨胀机，压气机的第一叶轮02与膨胀机的第二叶轮03一体成型，组成复合叶轮。电堆工作时，启动电机，驱动复合叶轮旋转，空气自复合叶轮靠近压气机的一端吸入，气流流经电机起到冷却作用，空气被压缩后进入燃料电池电堆反应，排出具有一定温度压力的空气，该空气进入膨胀机，对复合叶轮靠近膨胀机的一端进行推动，减少电机的能量消耗。现有技术中公开的带能量回收功能的供气装置的压气机为单级，仅适用于整机压比要求较小的压气机，不符合燃料电池电堆向着大压比应用的发展趋势。

因此，如何使带能量回收的供气装置适用于整机压比大的燃料电池电堆，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种供气装置，以使带能量回收的供气装置适用于整机压比大的燃料电池电堆。本发明还提供了一种燃料电池电堆。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种供气装置，包括一级空压机、电机、膨胀机和二级空压机，

所述电机的转子的第一端安装所述一级空压机的一级叶轮，所述转子的第二端安装所述膨胀机的膨胀机叶轮和所述二级空压机的二级叶轮，所述膨胀机叶轮相对于所述二级叶轮靠近所述电机，所述膨胀机叶轮与所述二级叶轮背靠背设置，所述膨胀机的膨胀机蜗壳上设置有能够与燃料电池电堆用于排出废气的出气口连通的膨胀机进气口，所述膨胀机蜗壳上设置有与大气连通的膨胀机出气口。

优选的，在上述供气装置中，所述一级空压机的一级扩压器上设置有第一通孔，所述第一通孔沿所述一级扩压器的轴线方向开设；

所述电机的前端盖上开设有与所述第一通孔连通的第二通孔，所述第二通孔沿所述前端盖的轴线方向开设；

所述电机的壳体内开设有U型冷却通道，所述U型冷却通道沿所述壳体的轴线方向开设，所述U型冷却通道的其中一条直线通道与所述第二通孔连通；

所述一级空压机的一级蜗壳与所述电机的壳体相对的一侧、所述电机的壳体与所述一级蜗壳相对的一侧、所述电机的前端盖的外周和所述一级扩压器的外周构成环形空腔，所述环形空腔与所述U型冷却通道的另一条所述直线通道连通；

所述一级空压机的一级蜗壳与所述前端盖相对的一侧开设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽与所述前端盖配合形成用于安装推力盘和推力轴承的第一空腔，所述前端盖上开设有用于连通所述环形空腔与所述第一空腔的凹槽，所述第一空腔通过所述电机的转子和所述电机的前端盖之间的第一径向气浮轴承与所述转子和所述电机的定子之间的间隙连通，用于向所述转子与所述定子之间的间隙供入空气；

所述电机的后端盖与所述膨胀机的膨胀机蜗壳相对的一侧设置有第二环形凹槽，所述膨胀机蜗壳与所述后端盖相对的一侧设置有第三环形凹槽，所述第二环形凹槽与所述第三环形凹槽连通，所述第二环形凹槽与所述第三环形凹槽组成的第二空腔，所述第二空腔通过所述转子与所述后端盖之间的第二径向气浮轴承与所述定子和所述转子之间的间隙连通，用于将冷却后的空气排入所述第二空腔，所述第二空腔与所述膨胀机蜗壳的出气口连通。

优选的，在上述供气装置中，所述前端盖对应所述定子的绕组端部的位置开设有第三通孔，所述第三通孔与所述第一空腔连通，

所述后端盖对应所述定子的绕组端部的位置开设有第四通孔，所述第四通孔与所述第二空腔连通。

优选的，在上述供气装置中，所述U型冷却通道相对于所述壳体的水冷通道靠近所述壳体的轴线。

优选的，在上述供气装置中，所述U型冷却通道与所述壳体一体成型。

优选的，在上述供气装置中，所述U型冷却通道的封闭端与所述后端盖之间的距离为30-50mm。

优选的，在上述供气装置中，所述U型冷却通道的个数为一个或者多个，且沿着所述壳体的周向分布，所述U型冷却通道的个数与所述第二通孔的个数相等。

优选的，在上述供气装置中，所述膨胀机的膨胀机扩压器、所述二级空压机的二级扩压器以及位于所述膨胀机扩压器与所述二级扩压器之间的密封盘为一体成型结构，所述膨胀机扩压器、所述密封盘和所述二级扩压器组成的所述一体成型结构与所述二级空压机的二级蜗壳和所述膨胀机蜗壳连接。

优选的，在上述供气装置中，所述膨胀机叶轮与所述二级叶轮之间设置有压环，所述压环套设在所述转子上，所述一体成型结构套设在所述压环上，所述膨胀机叶轮、所述压环和所述二级叶轮通过锁紧螺母压紧在所述转子上，

所述一体成型结构的内圈设置有密封齿，所述密封齿与所述压环间隙配合；

或者，所述压环的外壁设置有所述密封齿，所述密封齿与所述一体成型结构的内圈间隙配合。

一种燃料电池电堆，包括供气装置，所述供气装置为上述任意一个方案中记载的所述供气装置，

所述燃料电池电堆的用于排出废气的出气口与所述供气装置的膨胀机的膨胀机蜗壳的进气口连通，

所述燃料电池电堆的用于供入压缩空气的进气口与所述供气装置的二级空压机的二级蜗壳的出气口连通。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的供气装置，包括一级空压机、电机、膨胀机和二级空压机。工作时，电机启动，电机的转子转动带动一级空压机、膨胀机和二级空压机工作，空气自一级空压机的进气口吸入，经过一级空压机的出气口进入二级空压机，经过一级空压机和二级空压机压缩后的空气供入燃料电池电堆，燃料电池电堆产生的废气通过膨胀机的进气口供入膨胀机蜗壳，推动膨胀机叶轮转动，进而膨胀机叶轮带动转子转动，同时本方案中膨胀机叶轮与二级叶轮背靠背布置，使得膨胀机的出功直接用于驱动转子，减少传动过程带来的额外的机械损失，降低电机的能耗，达到能量回收的目的。

本方案公开的供气装置不仅能够实现能量回收，而且具有两级空压机，相对于现有技术中单级空压机的方式，更加适用于整机压比大的燃料电池电堆。

本方案还公开了一种燃料电池电堆，包括供气装置，其中供气装置为上述任意一个方案中记载的供气装置。具体的，燃料电池电堆用于排出废气的出气口与供气装置的膨胀机的膨胀机蜗壳的进气口连通，膨胀机能够回收燃料电池电堆排出的废气中的能量，供气装置的二级空压机的出气口与燃料电池电堆的进气口连通，用于向燃料电池电堆供入高压空气。

由于供气装置具有上述技术效果，具有该供气装置的燃料电池电堆也具有同样的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中提供的供气装置的剖视图；

图2为本发明实施例提供的供气装置的轴测图；

图3为本发明实施例提供的供气装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的供气装置的气路图；

图5为本发明实施例提供的供气装置的部分气路图；

图6为本发明实施例提供的前端盖的结构示意图。

其中，

01、电机，02、第一叶轮，03、第二叶轮，

1000、供气装置，1、转子，2、膨胀机叶轮，3、二级叶轮，4、膨胀机蜗壳，5、一级扩压器，51、第一通孔，6、前端盖，61、第二通孔，62、第三通孔，63、第五通孔，64、凹槽，7、壳体，71、U型冷却通道，8、一级蜗壳，9、环形空腔，10、后端盖，101、第四通孔，11、定子，12、一体成型结构，13、一级叶轮，14、二级蜗壳，15、连接管，16、一级蜗壳进气口，17、出气口，18、第一径向气浮轴承，19、第二径向气浮轴承，20、推力盘，21、推力轴承，22、压环，23、锁紧螺母。

具体实施方式

本发明公开了一种供气装置，以使带能量回收的供气装置适用于整机压比大的燃料电池电堆。本发明还公开了一种燃料电池电堆。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2-6。

本发明公开了一种供气装置1000，包括一级空压机、电机、膨胀机和二级空压机。

如图2所述，一级空压机包括一级蜗壳8、一级叶轮13和一级扩压器5，一级叶轮13固定安装在转子1上，并置于一级蜗壳8和一级扩压器5之间。一级蜗壳8内具有一级增压腔，一级蜗壳8的中心设置有一级蜗壳进气口16，一级蜗壳8的周向方向的侧壁上设置有一级蜗壳出气口，空气自一级蜗壳进气口16进入，经过一级叶轮13后进入一级增压腔，并在一级扩压器5的作用下进一步增压，增压后的空气通过一级蜗壳8的一级蜗壳出气口排出。

如图2所述，二级空压机与一级空压机的结构相同，包括二级蜗壳14、二级叶轮3和二级扩压器，工作原理也相同。二级蜗壳14的二级蜗壳进气口与一级蜗壳8的一级蜗壳出气口通过连接管15连通，二级蜗壳14的出气口17与燃料电池电堆的进气口连通。

如图3和4所示，膨胀机包括膨胀机叶轮2、膨胀机蜗壳4和膨胀机扩压器，膨胀机叶轮2通过膨胀机扩压器密封安装在膨胀机蜗壳4内。膨胀机蜗壳4的周向外壁上设置有膨胀机进气口和膨胀机出气口，膨胀机蜗壳4的膨胀机进气口能够与燃料电池电堆的用于排出废气的排出口连通，膨胀机蜗壳4的膨胀机出气口与大气连通。膨胀机扩压器与二级扩压机之间设置有密封盘。

如图3和4所示，电机包括壳体7、定子11和转子1。转子1与壳体7同轴布置，定子11安装在壳体7上。前端盖6与一级扩压器5之间设置有推力盘20和推力轴承21。壳体7内设置有水冷通道构成的水冷装置，水冷通道沿着壳体7的周向螺旋开设，用于冷却电机的壳体7。

如图3和4所示，转子1的轴线方向的第一端安装一级空压机的一级叶轮13，转子1的轴线方向的第二端安装膨胀机的膨胀机叶轮和二级空压机的二级叶轮，且膨胀机位于壳体7与二级空压机之间。转子1由前端盖6、后端盖10中安装的第一径向气浮轴承18和第二径向气浮轴承19支撑。

优选的，本方案中所使用的轴承均为径向气浮轴承。

工作时，电机启动，转子转动带动一级空压机、膨胀机和二级空压机转动，空气自一级空压机的进气口吸入，经过一级空压机的出气口进入二级空压机，经过一级空压机和二级空压机压缩后的空气供入燃料电池电堆，燃料电池电堆产生的废气通过膨胀机的进气口供入膨胀机蜗壳4，推动膨胀机叶轮2转动，进而膨胀机叶轮2带动转子1转动，同时本方案中膨胀机叶轮2与二级叶轮3背靠背布置，使得膨胀机的出功直接用于驱动转子1，减少传动过程带来的额外的机械损失，降低电机的能耗，达到能量回收的目的。

本方案公开的供气装置1000不仅能够实现能量回收，而且具有两级空压机，相对于现有技术中单级空压机的方式，更加适用于整机压比大的燃料电池电堆。

另外，本方案中将一级空压机的一级叶轮、电机的转子、膨胀机的膨胀机叶轮和二级空压机的二级叶轮布置在同一转子1上，简化了供气装置1000的结构，减轻了电机的重量，同时减小了供气装置1000的体积。

本方案公开的供气装置1000上设置有冷却结构，用于冷却电机的推力轴承21、第一径向气浮轴承18、第二径向气浮轴承19、定子11和转子1，实现供气装置1000的有效降温。

如图3和4所示，一级空压机的一级扩压器5上设置有第一通孔51，第一通孔51与一级空压机的一级蜗壳8连通；

电机的前端盖6上开设有与第一通孔51位置对应的第二通孔61，第二通孔61与第一通孔51连通；

电机的壳体7内开设有U型冷却通道71，U型冷却通道71沿壳体7的轴线方向开设，U型冷却通道71靠近一级空压机的一端为开放端，U型冷却通道71靠近二级空压机的一端为封闭端，封闭端为弧形，U型冷却通道71包括两条直线通道和一条弧形通道，弧形通道的两端分别与两条直线通道连通，两条直线通道相互平行且与壳体7的轴线平行，直线通道自一级空压机向着二级空压机延伸，U型冷却通道71的其中一条直线通道与第二通孔61连通；

一级空压机的一级蜗壳8与电机的壳体7相对的一侧、电机的壳体7与一级蜗壳8相对的一侧、电机的前端盖6的外周和一级扩压器5的外周四者配合构成环形空腔9，环形空腔9与U型冷却通道71的另一条直线通道连通，此处需要说明的是，前端盖上开设有用于连通U型冷却通道71的另一条直线通道与环形空腔9的第五通孔63；

一级空压机的一级蜗壳8与电机的前端盖6相对的一侧开设有第一环形凹槽，第一环形凹槽的槽口朝向前端盖6，第一环形凹槽与前端盖6配合形成第一空腔，用于安装推力盘20和推力轴承21，第一环形凹槽的直径大于推力盘20的直径，前端盖6上开设有用于连通环形空腔9与第一空腔的凹槽64，第一空腔通过电机的转子1和前端盖6之间的第一径向气浮轴承18与转子1和电机的定子11之间的间隙连通，用于向转子1与定子11之间的间隙供入冷却空气；

电机的后端盖10与膨胀机蜗壳4相对的一侧设置有第二环形凹槽，膨胀机蜗壳4与后端盖10相对的一侧设置有第三环形凹槽，第二环形凹槽与第三环形凹槽连通，第二环形凹槽与第三环形凹槽组成的第二空腔，第二空腔通过转子1与后端盖10之间的第二径向气浮轴承19与定子11和转子1之间的间隙以及后端盖10上的第四通孔101连通，用于将冷却空气排入第二空腔，第二空腔与膨胀机蜗壳4连通，第二空腔内的空气通过膨胀机蜗壳4的出气口排出。

冷却时，空气在供气装置1000内的流动路径如下：

空气通过一级空压机的入口进入一级空压机，并在一级空压机内进行第一次增压；

第一次增压后的空气依次通过一级空压机的一级扩压器5的第一通孔51和电机的前端盖6的第二通孔61进入电机的壳体7的U型冷却通道71，进入U型冷却通道71的空气通过电机的水冷装置进行冷却；

冷却后进入环形空腔9内，环形空腔9内的空气通过前端盖6上的凹槽进入第一空腔；

第一空腔内的冷却空气通过电机的转子1和前端盖6上安装的第一径向气浮轴承18与转子1和电机的定子11之间的间隙连通，用于向转子1与定子11之间的间隙供入冷却空气，冷却空气沿着定子11与转子1之间的间隙运动；

然后对定子11和转子1进行冷却后的空气通过转子1和后端盖10上安装的的第二径向气浮轴承19进入第二空腔；

进入第二空腔内的空气通过膨胀机蜗壳4的出气口排出。

此处需要说明的是，水冷装置对壳体进行冷却，同时对设置在壳体内的U型冷却通道71内的空气进行冷却，实现对电机的定子和转子的有效降温。

第一通孔51沿着一级扩压器5的轴线方向开设，第二通孔61沿着前端盖6的轴线方向开设。

本方案公开的供气装置1000的冷却结构，是将进入一级空压机的空气直接引入电机壳体7的U型冷却通道71，水冷装置对U型冷却通道71内的空气进行冷却，然后冷却空气进入一级蜗壳8、壳体7、前端盖6和以及扩压器组成的环形空腔9内，接着通过第一空腔进入定子11与转子1之间的空间，对定子11和转子1进行冷却，相对于现有技术中通过从中冷器接入冷却气体到电机内部对电机进行冷却的方式，U型冷却通道71内的空气经过水冷装置的冷却温度低于中冷器的出气温度，低于中冷器温度的空气进入定子11与转子1之间的间隙对定子11和转子1进行冷却，能够尽可能多的带走定子11与转子1上的热量，实现对供气装置1000的有效散热。

为了进一步增强对电机的冷却效果，本方案在前端盖6对应定子11的绕组端部的位置开设有第三通孔62，第三通孔62与第一空腔连通。也就是说，进入第一空腔的空气会发生分流，分成两路，其中一路进入第三通孔62，另一路进入第一径向气浮轴承18，通过第三通孔62进入壳体7内的空气会对定子11的端面进行冷却，通过第一径向气浮轴承18的空气对定子11和转子1之间的位置进行冷却，而且进入定子11的绕组端部与壳体7之间的空气也会沿着定子11与转子1之间的间隙进入定子11的另一个绕组端部与壳体7之间的空间，对定子11的另一个绕组端部进行冷却。

后端盖10对应定子11的绕组端部的位置开设有第四通孔101，第四通孔101与第二空腔连通，将进入定子11的另一个绕组端部与壳体7之间的空气排至第二空腔，最终通过与第二空腔连通的膨胀机蜗壳的出气口排出。

也就是说，无论是对定子11的绕组端部进行冷却的空气还是对定子11与转子1之间的间隙进行冷却的空气均会进入第二空腔，最终通过膨胀机蜗壳4的出气口排出。

也就是说，膨胀机能量回收后的空气和对电机进行冷却的空气最终都是通过膨胀机蜗壳4的出气口排出。

冷却电机后的空气直接通过膨胀机蜗壳4的出气口排出，既简化了电机内空气出气通道的结构，而且能够阻止膨胀机蜗壳4的出口的液态水进入电机内部。

电机的壳体7上设置有水冷通道，通过向水冷通道内通入冷却水，对电机的壳体7进行冷却，同时水冷通道还能够对U型冷却通道71内通入的空气进行冷却。如图3和4所示，本方案中U型冷却通道71相对于壳体7的水冷通道靠近壳体7的轴线。

U型冷却通道71用于将自一级空压机的空气引入，再通过U型冷却通道71回流至一级空压机。

为了降低U型冷却通道71的加工难度，本方案中U型冷却通道71与壳体7一体成型。

本方案中电机与一级空压机之间形成第一空腔，电机与膨胀机之间形成第二空腔，U型冷却通道71的封闭端不会伸入第二空腔，优选的，U型冷却通道71的封闭端与后端盖10之间的距离为30-50mm。

在本方案的一个具体实施例中，U型冷却通道71的个数为多个，第一通孔51和第二通孔61的个数也为多个。多个U型冷却通道71沿着壳体7的周向分布，第二通孔61沿前端盖6的周向分布，第一通孔51沿一级扩压器5的周向分布，且U型冷却通道71、第一通孔51和第二通孔61的数量相等。

现有技术中，膨胀机的膨胀机蜗壳4上设置有膨胀机扩压器，二级空压机的二级蜗壳上设置有二级扩压器，膨胀机扩压器与二级扩压器之间设置有密封盘。由于膨胀机的膨胀机叶轮2与二级空压机的二级叶轮3背靠背布置，在膨胀机与二级空压机连接完成后，膨胀机的膨胀机扩压器与二级空压机的二级扩压器分别位于密封盘的两侧。本方案将膨胀机扩压器、密封盘和二级扩压器设计为一体成型结构12，该一体成型结构12既能实现膨胀机和二级空压机的扩压，也能实现膨胀机和二级空压机之间的密封，同时也能够对整机的轴向力进行调整。

一体成型结构12相对于膨胀机扩压器、密封盘和二级扩压器组合的方式，体积相对缩小，从而能够在一定程度上减小了转子1上需要占用的轴向空间，能够在一定程度上缩短转子1的设计长度，提高整机转速。

为了进一步提高膨胀机与二级空压机之间的密封性，本方案在膨胀机扩压器、密封盘和二级扩压器组成的一体成型结构12与转子1之间设置了压环22，压环22套设在转子上，一体成型结构12套设在压环22上，膨胀机叶轮、压环22和二级叶轮通过锁紧螺母压紧在转子上。

在本方案的第一个具体实施例中，压环22的外周设置有密封齿，密封齿与一体成型结构12的内圈间隙配合，密封齿与一体成型结构12的内圈之间形成气体密封。

在本方案的第二个具体实施例中，一体成型结构12的内圈设置有密封齿，密封齿与压环22间隙配合，密封齿与压环22的外壁之间形成气体密封。

供气装置工作时，压环22或者一体成型结构12上的密封齿之间形成多个环形涡流，增强了密封结构的密封效果。

如图3和4所示，膨胀机蜗壳4与二级蜗壳14上均设置有用于安装膨胀机扩压器和二级扩压器组成的一体成型结构12的凹槽，膨胀机扩压器、密封盘和二级扩压器组成的一体成型结构12的轴线方向的两侧分别与膨胀机蜗壳4和二级蜗壳14固定连接，工作时，膨胀机扩压器、密封盘和二级扩压器组成的一体成型结构12不转动，压环22随转子1一起转动。

压环22与一体成型结构12间隙配合，该间隙与一体成型结构12的轴线方向的两侧与膨胀机蜗壳和二级蜗壳14之间的缝隙连通，能够调整膨胀机和二级空压机的轴向力。压环22与一体成型结构12之间的密封为气体密封。

本方案还公开了一种燃料电池电堆，包括供气装置1000，其中供气装置1000为上述任意一个方案中记载的供气装置1000。具体的，燃料电池电堆用于排出废气的出气口与供气装置1000的膨胀机的膨胀机蜗壳4的进气口连通，膨胀机能够回收燃料电池电堆排出的废气中的能量，供气装置1000的二级空压机的出气口与燃料电池电堆的进气口连通，用于向燃料电池电堆供入高压空气。

由于供气装置1000具有上述技术效果，具有该供气装置1000的燃料电池电堆也具有同样的技术效果，在此不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种供气装置，其特征在于，包括一级空压机、电机、膨胀机和二级空压机，

所述电机的转子（1）的第一端安装所述一级空压机的一级叶轮（13），所述转子（1）的第二端安装所述膨胀机的膨胀机叶轮和所述二级空压机的二级叶轮，所述膨胀机叶轮相对于所述二级叶轮靠近所述电机，所述膨胀机叶轮（2）与所述二级叶轮（3）背靠背设置，所述膨胀机的膨胀机蜗壳（4）上设置有能够与燃料电池电堆用于排出废气的出气口连通的膨胀机进气口，所述膨胀机蜗壳（4）上设置有与大气连通的膨胀机出气口；

所述一级空压机的一级扩压器（5）上设置有第一通孔（51），所述第一通孔（51）沿所述一级扩压器（5）的轴线方向开设；

所述电机的前端盖（6）上开设有与所述第一通孔（51）连通的第二通孔（61），所述第二通孔（61）沿所述前端盖（6）的轴线方向开设；

所述电机的壳体（7）内开设有U型冷却通道（71），所述U型冷却通道（71）沿所述壳体（7）的轴线方向开设，所述U型冷却通道（71）的其中一条直线通道与所述第二通孔（61）连通；

所述一级空压机的一级蜗壳（8）与所述电机的壳体（7）相对的一侧、所述电机的壳体（7）与所述一级蜗壳（8）相对的一侧、所述电机的前端盖（6）的外周和所述一级扩压器（5）的外周构成环形空腔（9），所述环形空腔（9）与所述U型冷却通道（71）的另一条所述直线通道连通；

所述一级空压机的一级蜗壳（8）与所述前端盖（6）相对的一侧开设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽与所述前端盖（6）配合形成用于安装推力盘（20）和推力轴承（21）的第一空腔，所述前端盖（6）上开设有用于连通所述环形空腔（9）与所述第一空腔的凹槽，所述第一空腔通过所述电机的转子（1）和所述前端盖（6）之间的第一径向气浮轴承（18）与所述转子（1）和所述电机的定子（11）之间的间隙连通，用于向所述转子（1）与所述定子（11）之间的间隙供入空气；

所述电机的后端盖（10）与所述膨胀机的膨胀机蜗壳（4）相对的一侧设置有第二环形凹槽，所述膨胀机蜗壳（4）与所述后端盖（10）相对的一侧设置有第三环形凹槽，所述第二环形凹槽与所述第三环形凹槽连通，所述第二环形凹槽与所述第三环形凹槽组成的第二空腔，所述第二空腔通过所述转子（1）与所述后端盖（10）之间的第二径向气浮轴承（19）与所述定子（11）和所述转子（1）之间的间隙连通，用于将冷却后的空气排入所述第二空腔，所述第二空腔与所述膨胀机蜗壳（4）的出气口连通。

2.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述前端盖（6）对应所述定子（11）的绕组端部的位置开设有第三通孔（62），所述第三通孔（62）与所述第一空腔连通，

所述后端盖（10）对应所述定子（11）的绕组端部的位置开设有第四通孔（101），所述第四通孔（101）与所述第二空腔连通。

3.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述U型冷却通道（71）相对于所述壳体（7）的水冷通道靠近所述壳体（7）的轴线。

4.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述U型冷却通道（71）与所述壳体（7）一体成型。

5.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述U型冷却通道（71）的封闭端与所述后端盖（10）之间的距离为30-50mm。

6.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述U型冷却通道（71）的个数为一个或者多个，且沿着所述壳体（7）的周向分布，所述U型冷却通道（71）的个数与所述第二通孔（61）的个数相等。

7.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述膨胀机的膨胀机扩压器、所述二级空压机的二级扩压器以及位于所述膨胀机扩压器与所述二级扩压器之间的密封盘为一体成型结构（12），所述膨胀机扩压器、所述密封盘和所述二级扩压器组成的所述一体成型结构（12）与所述二级空压机的二级蜗壳（14）和所述膨胀机蜗壳（4）连接。

8.根据权利要求7所述的供气装置，其特征在于，所述膨胀机叶轮（2）与所述二级叶轮（3）之间设置有压环（22），所述压环（22）套设在所述转子上，所述一体成型结构（12）套设在所述压环（22）上，所述膨胀机叶轮（2）、所述压环（22）和所述二级叶轮（3）通过锁紧螺母（23）压紧在所述转子上，

所述一体成型结构（12）的内圈设置有密封齿，所述密封齿与所述压环（22）间隙配合；

或者，所述压环（22）的外壁设置有密封齿，所述密封齿与所述一体成型结构（12）的内圈间隙配合。

9.一种燃料电池电堆，其特征在于，包括供气装置（1000），所述供气装置（1000）为权利要求1-8中任意一项所述的供气装置（1000），

所述燃料电池电堆的用于排出废气的出气口与所述供气装置（1000）的膨胀机的膨胀机蜗壳（4）的进气口连通，

所述燃料电池电堆的用于供入压缩空气的进气口与所述供气装置（1000）的二级空压机的二级蜗壳（14）的出气口连通。

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