CN110906428B - 相变储热式太阳能热管加热器 - Google Patents

相变储热式太阳能热管加热器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及加热器技术领域，具体地说，涉及相变储热式太阳能热管加热器。其包括集热箱体、安装在集热箱体上部的储热箱体，集热箱体和储热箱体的内部设置有平板型脉动热管吸热板和回路型脉动热管，平板型脉动热管吸热板自上到下依次设置有第一冷凝段、第一绝热段和第一蒸发段，回路型脉动热管自上到下依次设置有第二冷凝段、第二绝热段和第二蒸发段，用热端加热器包括分离式小型热管冷端散热器。本发明的相变储热式太阳能热管加热器采用两种形式脉动热管、复合储热介质和小型分离式热管的组合结构型式与传统的太阳能用热装置相比，具有高效吸热、传热和储热性能，装置小巧、结构紧凑、布置灵活，可便携移动和随时用热等优点。

Description

相变储热式太阳能热管加热器
技术领域
本发明涉及技术领域，具体地说，涉及相变储热式太阳能热管加热器。
背景技术
太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源，其热利用有多种形式，其中，太阳能的室内热利用主要有太阳能热水器、太阳能供热取暖等淋浴或供暖需求。设备构成和布置方式相对固定，用热形式较为单一，不能满足人们室内和户外小型化和灵活用热的多种需求。
脉动热管是一种小直径、小尺寸的高效传热设备，具有结构简单、制造成本低、无需吸液芯和驱动设备、热传递性能强等优点，适用于航天、电子元器件散热以及中低温太阳能热利用等领域。分离式热管可以实现冷热端距离较长的热输送，设备布置灵活，传热性能好，设备的工作稳定性和可靠性较强，其在工业热利用和布置条件受限等领域上具较广泛的应用前景和优势。
随着人们生活水平的不断提高，人们对于对用热的舒适性、方便性以及环保性有着越来越高的要求。太阳能供热是解决上述问题的一种方法，虽然有关太阳能供暖研究很多，但目前对于室内小型灵活太阳能供热和多用途开发的产品研究尚少，户外便携式小型太阳能加热设备开发也尚未成熟，产品因传热效率低下，天气条件的制约等无法满足于人们的多种小型灵活的用热需求。
发明内容
本发明的目的在于提供相变储热式太阳能热管加热器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供相变储热式太阳能热管加热器，包括集热箱体、安装在集热箱体上部的储热箱体，以及用热端加热器，所述集热箱体包括集热箱体外壳和集热箱体内壳，所述储热箱体包括储热箱体外壳和储热箱体内壳，所述储热箱体内设有多孔复合材料相变储热介质，所述集热箱体和储热箱体的内部设置有平板型脉动热管吸热板和回路型脉动热管，所述平板型脉动热管吸热板自上到下依次设置有第一冷凝段、第一绝热段和第一蒸发段，所述回路型脉动热管自上到下依次设置有第二冷凝段、第二绝热段和第二蒸发段，所述集热箱体为长方体结构，包括第一底平面、第一两侧面和第一上侧面、第一下侧面，所述第一上侧面开有两个长方形槽口，用于第一冷凝段和第二冷凝段伸出至储热箱体内，储热箱体为长方体结构，包括第二底平面、第二两侧面和第二侧面、第二下侧面，所述第二下侧面开有两个长方形槽口，用于第一蒸发段和第二蒸发段伸出至集热箱体中，所述用热端加热器包括分离式小型热管冷端散热器，所述蒸汽进口管、液体回流管以及多根并联在蒸汽进口管和液体回流管之间的第一小直径热管，所述蒸汽进口管通过蒸汽输出管路连通于储热箱体顶部，所述液体回流管通过液体回流管路连通于热箱体底部一端。
作为优选，所述集热箱体的内部设置有玻璃盖板，所述玻璃盖板与集热箱体外壳的四个侧面紧密贴合并密封，所述集热箱体内部位于玻璃盖板和平板型脉动热管吸热板之间的夹缝空间内填充有惰性气体，位于所述集热箱体内部的平板型脉动热管吸热板的向阳端涂有选择性吸收涂层，所述选择性吸收涂层采用适合于吸收太阳能且吸收率高于0.9、发射率低于0.2的涂层。
作为优选，所述储热箱体的内部设置有分离式小型热管蒸发器，所述分离式小型热管蒸发器平行设置在第一冷凝段和第二冷凝段之间，所述分离式小型热管蒸发器包括设置在储热箱体上下两端的蒸气集管和储液集管，所述蒸气集管和储液集管之间安装有多根并联的第二小直径热管，所述第二小直径热管的内壁面贴合有吸液芯，所述吸液芯的底部深入到储液集管内，所述吸液芯为多孔材料，所述第二小直径热管的上下两端分别与蒸气集管和储液集管相连通，所述蒸气集管的顶部与蒸汽输出管路相连通，所述储液集管的侧部与液体回流管路相连通。
作为优选，所述第二小直径热管的外壁焊接有多根水平设置的传热翅片，所述第一小直径热管的外壁设有散热翅片，所述液体回流管的底部安装有用于支撑的移动支架，所述移动支架的底部安装有滑轮，所述蒸汽输出管路上设置有即时即用开关，所述液体回流管路上设置有单向阀。
作为优选，所述平板型脉动热管吸热板采用5mm-8mm厚度的高导热性能的长方体薄钢板制成，所述平板型脉动热管吸热板中间平面上开有由1mm-3mm宽度的多根并列直槽道和相间连接弯头槽道串联组成的回路型槽道，所述平板型脉动热管吸热板的上侧面开出1个3-4mm带内螺纹的出口槽，所述出口槽位于平板型脉动热管吸热板外部，所述出口槽和回路型槽道相通，所述出口槽内螺纹连接有内径为2mm-3mm出口短管。
作为优选，所述回路型脉动热管为外径1-5mm、厚度0.5-1mm的紫铜管构成的闭合回路，所述回路型脉动热管的顶部连通有充液管，所述回路型脉动热管的第二冷凝段外壁焊接有水平布置的第二冷凝翅片。
作为优选，所述集热箱体外壳和集热箱体内壳以及所述储热箱体包括储热箱体外壳和储热箱体内壳之间设有保温层。
作为优选，所述多孔复合材料相变储热介质采用具有高导热性能的多孔金属材料或金属丝网填充相变温度在120℃以下的烷烃类相变介质作为复合型多孔储热介质。
作为优选，所述储热箱体内设置有恒温加热模块。
作为优选，恒温加热模块采用卷积神经网络算法进行调节，卷积神经网络算法包括以下步骤：
步骤一：卷积层，卷积层通过局部感受域与上一层神经元实现部分连接，在同一局部感受域内的神经元与图像区域中对应像素有固定二维平面编码信息关联，迫使神经元提取局部特征；
步骤二：池化层，池化层是特征映射层，选择卷积特征图中不同的连续范围的作为池化区域，然后取特征的最大值或平均值作为池化区域的特征；
步骤三：全连接层，全连接层是本层神经元与上层神经元两两连接但本层神经元之间不连接的结构；
步骤四：输出层，输出层采用Softmax分类器，假设输入特征记为x(i)，样本标签记为y(i)，构成了分类层有监督学习的训练集S＝{(x(1)，y(1))，……，(x(m)，y(m))}，假设函数hθ(x)和逻辑回归代价函数形式分别如下：
Figure GDA0002843294280000041
其中，θ1，θ2，……，θk是模型的可学习参数，
Figure GDA0002843294280000042
为归一化项；
Figure GDA0002843294280000043
其中，1{y(i)＝j}为指标性函数，即当大括号中的值为真时，该函数的结果就为1，否则其结果就为0。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该相变储热式太阳能热管加热器中，采用平板型脉动热管和回路型脉动热管相结合的方式，可大幅和高效率吸收投入的太阳光辐射能，有效降低传统吸热板因受热面和传热面间的接触热阻导致的吸热效率较低的问题。
2、该相变储热式太阳能热管加热器中，以小型分离式热管作为储热和放热的传热元件，因其管径和长度较常规热设备小许多，装置具备小型化，结构紧凑、制造简单，无需热驱动设备，热量的高效传递等性能。
3、该相变储热式太阳能热管加热器中，储热箱体中、吸热板、脉动热管和蒸发器都采用翅片结构，可有效提升传热部件与储热介质之间的传热面积，大大提升储热介质热管之间的储热和放热性能。
4、该相变储热式太阳能热管加热器中，采用多孔金属和相变材料相互填充可有效提升储热介质内部的均温性和导热性能。
5、该相变储热式太阳能热管加热器中，采用小直径分离式热管结构，便于分离式热管冷端散热器和分离式热管蒸发器的有效分离，即便于集热系统布置于阳光充足的位置，又便于用热端不受集热和储热系统位置的限制，布置于室内等用热地方。
6、该相变储热式太阳能热管加热器中，采用储热方式收集太阳能，便于用热端不受阳关条件的限制，可以随时取热。
7、该相变储热式太阳能热管加热器中，用热端加热器的蒸汽进口管路和液体回流管路采用柔性材料管，管路长且柔软，可使散热器在一定范围内自由移动，用热方便灵活，特别适合家居生活中的各种小容量用热需求、如局部供暖、烘干衣物，加热型学习桌，以及野外帐篷内取暖等用途。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的图1中A-A方向截面图；
图3为本发明的集热箱体和储热箱体组合示意图；
图4为本发明的平板式脉动热管吸热板结构图；
图5为本发明的图4中B-B方向截面图；
图6为本发明的回路型脉动热管结构示意图；
图7为本发明的图6中C处结构放大示意图；
图8为本发明的分离式小型热管蒸发器及散热器组装图；
图9为本发明的恒温加热模块工作原理图。
图中各个标号意义为：
1、集热箱体外壳；1a、集热箱体内壳；
2、保温层；
3.平板型脉动热管吸热板；
31、回路型槽道；32、出口槽；33、出口短管；34、第一蒸发段；35、第一冷凝段；36、第一冷凝翅片；37、第一绝热段；
4、玻璃盖板；
5、惰性气体；
6、回路型脉动热管；61、第二蒸发段；62、第二绝热段；63、第二冷凝段；64、第二冷凝翅片；65、充液口；
7、选择性吸收涂层；
8、储热箱体外壳；
9、储热箱体内壳；
10、多孔复合材料相变储热介质；
11、分离式小型热管蒸发器；
12、第二小直径热管；
13、储液集管；
14、蒸气集管；
15、传热翅片；
16、吸液芯；
17、蒸汽输出管路；
18、即时即用开关；
19、液体回流管路；
20、单向阀；
21、分离式小型热管冷端散热器；22、蒸汽进口管；23、液体回流管；24、第一小直径热管；25、散热翅片；26、移动支架。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1-图8所示，本发明提供一种技术方案：
本发明提供相变储热式太阳能热管加热器，包括集热箱体、安装在集热箱体上部的储热箱体，以及用热端加热器，集热箱体包括集热箱体外壳1和集热箱体内壳1a，集热箱体外壳1采用薄板制成，薄板外壁包有铝皮，起到支撑和与外界环境隔离、减少对环境的辐射散热的作用，储热箱体包括储热箱体外壳8和储热箱体内壳9，储热箱体外壳8采用薄板制成，薄板外壁包有铝皮，起到支撑和与外界环境隔离、减少对环境的辐射散热的作用，储热箱体外壳8的厚度宽于集热箱体外壳1，储热箱体内壳9采用钢板制造，置于储热箱体外壳8和保温层2的内部以及集热箱体的上面，储热箱体内壳9由底平面和四个侧面组成，箱体呈长方体结构，上侧面留有蒸汽输出管路15出口，侧面留有液体回流管路17的进口，内壳材料具备一定的承压性、抗腐蚀性和支撑性能。
本实施例中，储热箱体内设有多孔复合材料相变储热介质10，集热箱体和储热箱体的内部设置有平板型脉动热管吸热板3和回路型脉动热管6，平板型脉动热管吸热板3自上到下依次设置有第一冷凝段35、第一绝热段37和第一蒸发段34，回路型脉动热管6自上到下依次设置有第二冷凝段63、第二绝热段62和第二蒸发段61，集热箱体为长方体结构，包括第一底平面、第一两侧面和第一上侧面、第一下侧面，第一上侧面开有两个长方形槽口，用于第一冷凝段35和第二冷凝段63伸出至储热箱体内，储热箱体为长方体结构，包括第二底平面、第二两侧面和第二侧面、第二下侧面，第二下侧面开有两个长方形槽口，用于第一蒸发段34和第二蒸发段61伸出至集热箱体中，用热端加热器包括分离式小型热管冷端散热器21，蒸汽进口管22、液体回流管23以及多根并联在蒸汽进口管22和液体回流管23之间的第一小直径热管24，其内部抽真空，并装有一定的热管工作介质。
进一步的，蒸汽进口管22通过蒸汽输出管路17连通于储热箱体顶部，蒸汽输出管路17选用具备一定伸缩性或柔韧性的管材制造，且管材不能与内部充液介质发生反应，具有一定的抗压、抗温和抗泄露性能，密封性较好液体回流管23通过液体回流管路19连通于热箱体底部一端，液体回流管路19具备一定伸缩性或柔韧性的管材制造，且管材不能与内部充液介质发生反应，具有一定的抗压、抗温和抗泄露性能，密封性较好。
具体的，集热箱体的内部设置有玻璃盖板4，玻璃盖板4形状为长方形，由透光性能好的钢化玻璃制成，玻璃盖板4与集热箱体外壳1的四个侧面紧密贴合并密封。
此外，集热箱体内部位于玻璃盖板4和平板型脉动热管吸热板3之间的夹缝空间内填充有惰性气体5，惰性气体5是一些辐射吸热率极低、热容小、热传递性能差的惰性气体，如氮气等，可以大大降低集热箱内部的热对流和对环境的散热，并减小对选择性吸收涂层7的氧化。
除此之外，位于集热箱体内部的平板型脉动热管吸热板3的向阳端涂有选择性吸收涂层7，选择性吸收涂层7采用适合于吸收太阳能且吸收率高于0.9、发射率低于0.2的涂层，如蓝膜、黑铬、阳极氧化等材料，主要用于高效吸收射入的太阳能，并将热量快速传递给内部的平板型脉动热管吸热板3工作介质。
值得说明的是，为了利于直接高效吸收穿过玻璃盖4板投射进来的太阳能，回路型脉动热管6弯头不能太小，支路直管根数有限，且管径很小，与平板型脉动热管吸热板3有一定距离，因此完全不遮挡太阳光透过回路型脉动热管6对平板型脉动热管吸热板3的热量辐射。
再进一步的，储热箱体的内部设置有分离式小型热管蒸发器11，分离式小型热管蒸发器11平行设置在第一冷凝段35和第二冷凝段63之间，分离式小型热管蒸发器11包括设置在储热箱体上下两端的蒸气集管14和储液集管13，蒸气集管14布置在储热集箱中，与并联小直径热管12的上端出口相连，其直径在8-12mm之间，可选用铜管或不锈钢等金属管材，储液集管13在储热集箱中，与并联小直径热管12下端进口相连，其直径在8-12mm之间，可选用铜管或不锈钢等金属管材。
具体的，分离式小型热管冷端散热器11位于与储热箱体相同的高度或高于储热箱体，这便于分离式热管蒸发器11和小型热管冷端散热器21中内部工质在重力压差下的回流及循环流动，强化其工作性能。
值得说明的是，蒸气集管14和储液集管13之间安装有多根并联的第二小直径热管12，第二小直径热管12的外径为6-10mm、壁厚0.5-1mm，可采用铜管或不锈钢管制成，分离式小型热管蒸发器11制成后抽真空，并充入部分水、甲醇等工作介质。
其中，第二小直径热管12的内壁面贴合有吸液芯16，吸液芯16的底部深入到储液集管13内，吸液芯16为多孔材料，可以选用铜或不锈钢制成的丝网结构，也可以选用烧结型吸液芯结构。
进一步的，第二小直径热管12的上下两端分别与蒸气集管14和储液集管13相连通，蒸气集管14的顶部与蒸汽输出管路17相连通，储液集管13的侧部与液体回流管路19相连通。
此外，第二小直径热管12的外壁焊接有多根水平设置的传热翅片15，为矩形，第一小直径热管24的外壁设有散热翅片25，散热翅片25布置在分离式小型热管冷端散热器21各分支管路的外管壁上，可以是膜片式、螺旋翅片式或环肋式等。
除此之外，液体回流管23的底部安装有用于支撑的移动支架26，移动支架26的底部安装有滑轮，蒸汽输出管路17上设置有即时即用开关18，液体回流管路19上设置有单向阀20。
其中，即时即用开关18选用流量调节阀，用以开启、关闭或调节蒸汽输出管路17中热蒸汽的流量大小，实现即时即用的功能。
具体的，平板型脉动热管吸热板3采用5mm-8mm厚度的高导热性能的长方体薄钢板制成，平板型脉动热管吸热板3中间平面上开有由1mm-3mm宽度的多根并列直槽道和相间连接弯头槽道串联组成的回路型槽道31，平板型脉动热管吸热板3的上侧面开出1个3-4mm带内螺纹的出口槽32，出口槽32位于平板型脉动热管吸热板3外部，出口槽32和回路型槽道31相通，出口槽32内螺纹连接有内径为2mm-3mm出口短管33，通过出口短管33可以对吸热板3内部的回路型槽道31抽真空，并充入体积为槽道体积30％-70％的脉动热管工质，之后封闭短管33进口。
由于，平板型槽道可以制成较密的槽结构，且管壁薄，金属导热性能极强，吸热板吸收的太阳能可以全部快速传递到槽道内部的脉动热管工质中，促使工作介质吸热汽化，形成汽液塞状流，并推动工作介质向第一冷凝段35移动，在内部形成循环脉动。
进一步的，回路型脉动热管6为外径1-5mm、厚度0.5-1mm的紫铜管构成的闭合回路，回路型脉动热管6的顶部连通有充液管65，通过充液管65抽真空，充入30％-70％充液率的水、甲醇等工作介质后，弯曲成回路型的多弯头结构，回路型脉动热管6与平板型脉动热管吸热板3平行布置，布置在平板型脉动热管吸热板3和玻璃盖板4之间。
其中，回路型脉动热管6的第二冷凝段63外壁焊接有水平布置的第二冷凝翅片64，第二冷凝翅片64为矩形，用于强化和多孔复合材料相变储热介质10的换热。
值得说明的是，集热箱体外壳1和集热箱体内壳1a以及储热箱体包括储热箱体外壳8和储热箱体内壳9之间设有保温层2，保温层材料可采用如石棉、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯等，起到了隔热保温作用。
多孔复合材料相变储热介质10采用具有高导热性能的多孔金属材料或金属丝网填充相变温度在120℃以下的烷烃类相变介质作为复合型多孔储热介质，其导热性能远高于普通烷烃类相变材料，且经济成本较优。其中，适合太阳能热利用的中低温相变储热介质如石蜡类等，多孔复合材料相变储热介质10从平板型脉动热管吸热板3和回路型脉动热管6的冷端吸收热量熔化相变，再通过凝固放热将热量传递给分离式小型热管蒸发器11，实现太阳能的储热和放热功能。
储热箱体内设置有恒温加热模块，恒温加热模块包括NE555集成芯片，干式电热管和热敏电阻，当储热箱体温度较低时，热敏电阻阻值较大，NE555集成芯片的2脚电位低于Ec电压的1/3，此时NE555集成芯片的3脚输出高电平，触发双向晶闸管V导通，干式电热管进行加热，从而开始计时循环，热敏电阻温度高于设定值而计时循环还未完成时，干式电热管在定时周期结束后就被切断，当热敏电阻温度降低至设定值以下时，会再次触发双向晶闸管V导通，接通干式电热管进行加热。
本发明的相变储热式太阳能热管加热器的工作原理为：整个装置工作的核心部件为回路型脉动热管6与分离式小型热管蒸发器11。白天，太阳光透过玻璃盖板4进入集热箱中，通过选择性吸收涂层7吸收进入平板型脉动热管吸热板3的第一蒸发段34及回路型脉动热管6的第二蒸发段61，平板型脉动热管吸热板3和回路型脉动热管6内部工质吸收了太阳辐射能，促使平板型脉动热管吸热板3和回路型脉动热管6内部工质蒸发汽化，形成蒸汽气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向第一冷凝段35和第二冷凝段63；第一冷凝段35和第二冷凝段63工质通过第一冷凝翅片36和和第二冷凝翅片64以及自身管壁向储热介质释放热量，使储热介质中的金属材料和相变材料吸热升温，其中相变材料融化，吸收相变潜热，并将热量储存在储热箱体中。平板型脉动热管吸热板3和回路型脉动热管6内部工质在第一冷凝段35和第二冷凝段63因凝结放热气泡收缩并破裂，压力下降，温度降低。平板型脉动热管吸热板3的第一冷凝段35和第一蒸发段34共同作用促使内部工质在管内和槽道内循环振荡，以实现热量从平板型脉动热管吸热板3的第一蒸发段34向第一冷凝段35的传递，同理，热量在回路型脉动热管6的第二蒸发段61向第二冷凝段63的传递，实现热量从集热箱体到储热箱体的传递和存储。用热时，布置在储热集箱中的分离式小型热管蒸发器11，其储液集管13中温度较低的液态工质经第二小直径热管12内壁的吸液芯16的毛细作用被吸附至第二小直径热管12内壁面上，通过传热翅片15及管壁的导热吸收储热介质中的热量后工质受热蒸发，在管内向上运动进入蒸汽集管14，并通过蒸汽输出管路17流入分离式小型热管冷端散热器21中，释放出热量后冷凝液化。将热量通过散热翅片25提供给热用户，分离式小型热管冷端散热器21内放热冷凝的液体在重力作用下由布置在下面的液体回流管路19流回到分离式小型热管蒸发器11的储液集管13中，如此往复循环，从而实现工质的循环及热量的传递。
值得说明的是，恒温加热模块采用卷积神经网络算法进行调节，卷积神经网络算法包括以下步骤：
步骤一：卷积层，卷积层通过局部感受域与上一层神经元实现部分连接，在同一局部感受域内的神经元与图像区域中对应像素有固定二维平面编码信息关联，迫使神经元提取局部特征；
步骤二：池化层，池化层是特征映射层，选择卷积特征图中不同的连续范围的作为池化区域，然后取特征的最大值或平均值作为池化区域的特征；
步骤三：全连接层，全连接层是本层神经元与上层神经元两两连接但本层神经元之间不连接的结构；
步骤四：输出层，输出层采用Softmax分类器，假设输入特征记为x(i)，样本标签记为y(i)，构成了分类层有监督学习的训练集S＝{(x(1)，y(1))，……，(x(m)，y(m))}，假设函数hθ(x)和逻辑回归代价函数形式分别如下：
Figure GDA0002843294280000121
其中，θ1，θ2，……，θk是模型的可学习参数，
Figure GDA0002843294280000122
为归一化项；
Figure GDA0002843294280000123
其中，1{y(i)＝j}为指标性函数，即当大括号中的值为真时，该函数的结果就为1，否则其结果就为0。
进一步的，卷积层运算采用cuDNN将卷积运算转换为子矩阵乘法运算，假设DCNN当前层记为l，每次卷积操作输入为C个色彩通道、长为H、宽度为W的图像，并以N个图像样本批量随机训练，并记为
Figure GDA0002843294280000124
长为R、宽为S的卷积核共K个，并记为
Figure GDA0002843294280000125
当前层的偏置记为bl，那么卷积层的输出M∈iNKPQ可表示为：
δ(s)＝q.v+S-s-1-w
δ(r)＝p.u+R-r-1-h
Figure GDA0002843294280000126
其中，u，v分别表示垂直方向与水平方向的卷积移动步长，h，w分别表示卷积补边的长度和宽度，p，q分别表示卷积输出的长和宽，p∈P，q∈Q，
Figure GDA0002843294280000131
Figure GDA0002843294280000132
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.相变储热式太阳能热管加热器，包括集热箱体、安装在集热箱体上部的储热箱体、蒸汽进口管(22)以及用热端加热器，其特征在于：所述集热箱体包括集热箱体外壳(1)和集热箱体内壳(1a)，所述储热箱体包括储热箱体外壳(8)和储热箱体内壳(9)，所述储热箱体内设有多孔复合材料相变储热介质(10)，所述集热箱体和储热箱体的内部设置有平板型脉动热管吸热板(3)和回路型脉动热管(6)，所述平板型脉动热管吸热板(3)自上到下依次设置有第一冷凝段(35)、第一绝热段(37)和第一蒸发段(34)，所述回路型脉动热管(6)自上到下依次设置有第二冷凝段(63)、第二绝热段(62)和第二蒸发段(61)，所述集热箱体为长方体结构，包括第一底平面、第一两侧面和第一上侧面、第一下侧面，所述第一上侧面开有两个长方形槽口，用于第一冷凝段(35)和第二冷凝段(63)伸出至储热箱体内，储热箱体为长方体结构，包括第二底平面、第二两侧面和第二侧面、第二下侧面，所述第二下侧面开有两个长方形槽口，用于第一蒸发段(34)和第二蒸发段(61)伸出至集热箱体中，所述用热端加热器包括分离式小型热管冷端散热器(21)，蒸汽进口管(22)、液体回流管(23)以及多根并联在蒸汽进口管(22)和液体回流管(23)之间的第一小直径热管(24)，所述蒸汽进口管(22)通过蒸汽输出管路(17)连通于储热箱体顶部，所述液体回流管(23)通过液体回流管路(19)连通于热箱体底部一端；所述集热箱体的内部设置有玻璃盖板(4)，所述玻璃盖板(4)与集热箱体外壳(1)的四个侧面紧密贴合并密封，所述集热箱体内部位于玻璃盖板(4)和平板型脉动热管吸热板(3)之间的夹缝空间内填充有惰性气体(5)，位于所述集热箱体内部的平板型脉动热管吸热板(3)的向阳端涂有选择性吸收涂层(7)，所述选择性吸收涂层(7)采用适合于吸收太阳能且吸收率高于0.9、发射率低于0.2的涂层；所述储热箱体内设置有恒温加热模块；所述恒温加热模块采用卷积神经网络算法进行调节，卷积神经网络算法包括以下步骤：
步骤一：卷积层，卷积层通过局部感受域与上一层神经元实现部分连接，在同一局部感受域内的神经元与图像区域中对应像素有固定二维平面编码信息关联，迫使神经元提取局部特征；
步骤二：池化层，池化层是特征映射层，选择卷积特征图中不同的连续范围的作为池化区域，然后取特征的最大值或平均值作为池化区域的特征；
步骤三：全连接层，全连接层是本层神经元与上层神经元两两连接但本层神经元之间不连接的结构；
步骤四：输出层，输出层采用Softmax分类器，假设输入特征记为x(i)，样本标签记为y(i)，构成了分类层有监督学习的训练集S＝{(x(1)，y(1))，……，(x(m)，y(m))}，假设函数hθ(x)和逻辑回归代价函数形式分别如下：
Figure FDA0002843294270000021
其中，θ1，θ2，……，θk是模型的可学习参数，
Figure FDA0002843294270000022
为归一化项；
Figure FDA0002843294270000023
其中，1{y(i)＝j}为指标性函数，即当大括号中的值为真时，该函数的结果就为1，否则其结果就为0。
2.根据权利要求1所述的相变储热式太阳能热管加热器，其特征在于：所述储热箱体的内部设置有分离式小型热管蒸发器(11)，所述分离式小型热管蒸发器(11)平行设置在第一冷凝段(35)和第二冷凝段(63)之间，所述分离式小型热管蒸发器(11)包括设置在储热箱体上下两端的蒸气集管(14)和储液集管(13)，所述蒸气集管(14)和储液集管(13)之间安装有多根并联的第二小直径热管(12)，所述第二小直径热管(12)的内壁面贴合有吸液芯(16)，所述吸液芯(16)的底部深入到储液集管(13)内，所述吸液芯(16)为多孔材料，所述第二小直径热管(12)的上下两端分别与蒸气集管(14)和储液集管(13)相连通，所述蒸气集管(14)的顶部与蒸汽输出管路(17)相连通，所述储液集管(13)的侧部与液体回流管路(19)相连通。
3.根据权利要求2所述的相变储热式太阳能热管加热器，其特征在于：所述第二小直径热管(12)的外壁焊接有多根水平设置的传热翅片(15)，所述第一小直径热管(24)的外壁设有散热翅片(25)，所述液体回流管(23)的底部安装有用于支撑的移动支架(26)，所述移动支架(26)的底部安装有滑轮，所述蒸汽输出管路(17)上设置有即时即用开关(18)，所述液体回流管路(19)上设置有单向阀(20)。
4.根据权利要求1所述的相变储热式太阳能热管加热器，其特征在于：所述平板型脉动热管吸热板(3)采用5mm-8mm厚度的高导热性能的长方体薄钢板制成，所述平板型脉动热管吸热板(3)中间平面上开有由1mm-3mm宽度的多根并列直槽道和相间连接弯头槽道串联组成的回路型槽道(31)，所述平板型脉动热管吸热板(3)的上侧面开出1个3-4mm带内螺纹的出口槽(32)，所述出口槽(32)位于平板型脉动热管吸热板(3)外部，所述出口槽(32)和回路型槽道(31)相通，所述出口槽(32)内螺纹连接有内径为2mm-3mm出口短管(33)。
5.根据权利要求1所述的相变储热式太阳能热管加热器，其特征在于：所述回路型脉动热管(6)为外径1-5mm、厚度0.5-1mm的紫铜管构成的闭合回路，所述回路型脉动热管(6)的顶部连通有充液管(65)，所述回路型脉动热管(6)的第二冷凝段(63)外壁焊接有水平布置的第二冷凝翅片(64)。
6.根据权利要求1所述的相变储热式太阳能热管加热器，其特征在于：所述集热箱体外壳(1)和集热箱体内壳(1a)以及所述储热箱体包括储热箱体外壳(8)和储热箱体内壳(9)之间设有保温层(2)。
7.根据权利要求1所述的相变储热式太阳能热管加热器，其特征在于：所述多孔复合材料相变储热介质(10)采用具有高导热性能的多孔金属材料或金属丝网填充相变温度在120℃以下的烷烃类相变介质作为复合型多孔储热介质。
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