CN102150971A - 一种生热保温鞋 - Google Patents

Abstract

一种生热保温鞋，在鞋底上安装压电发电器，在鞋帮内设置有鞋帮保温层，在鞋帮保温层内附着有碳纤维材料制成的生热层，压电发电器二端引出电源线分别直接与生热层中碳纤维二个电极相连接。本发明利用压电发电器的压电效应把人垂直方向双脚交替运动时的脚面对鞋底部压力能量转换成电能，以代替机械旋转结构及其普通的电磁式发电机的功能，不但使其厚度和体积大幅度降低，而且不需要机械复位的弹簧，从而彻底解决了由于复位弹簧的存在带来的走路吃力等不良影响。另外，利用似于布类材料的碳纤维作为电—热转换材料代替电热丝，保证了保温鞋任何需要热量的部位都能够实现电加热，又不影响鞋的舒适度。

Description

一种生热保温鞋

技术领域

本发明涉及一种保温鞋，特别涉及一种通过转换运动能为电能以及电加热法的生热保温鞋。

背景技术

对于严寒地区特殊工作者(如解放军站岗放哨)来说，一双具有理想功能的保温鞋是非常必要的。而目前的保温鞋大部分主要采用了性能良好的保温材料以尽量避免鞋内热量尽量少散失的方法达到保温的目的，并取得了一定的成功。另外，随着科学技术的发展，有人还根据穿鞋者在寒冷环境下双脚不断运动的特点，把身体重量通过脚面(主要是脚后跟)所产生的垂直运动的运动能通过机械结构转换成旋转运动，进而作为普通发电机的动力源驱动小电磁发电机发电后，再通过电热丝把电能转换成热能量，这种在良好保温功能基础上再能够把运动能转换成电能，进而再产生热量的方法，当然其效果更理想。但是由于在正常的鞋底部增加安装相关的机械结构以及发电机等装置，并且利用电热丝实现电能与热能之间转换，毫无疑问给鞋的结构设计带来一定困难，而且使得穿上保温鞋在行走时舒适性等功能受到一定影响。如鞋底部变厚引起稳定性变差，特别是在寒冷的冰天雪地环境下更显得重要。而复位弹簧的存在导致走路更吃力，因为需要脚相对抬的更高才能把鞋带离开地面等，从而使其应用受到很大限制。

所以如上所述，如果在良好保温的基础上，既能把穿鞋者在寒冷环境下不断上下运动的动能转换成电能后再用来产生热量，又能够尽量避免或者减少由于安装机械旋转结构而引起对保温鞋其他性能的不良影响，当然是最佳选择。

发明内容

本发明的目的在于针对生热保温鞋实际使用过程中所存在的上述问题以及对产生的电能无需存蓄的特点，提供一种能够获得理想效果加热和保温效果的生热保温鞋。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括鞋底以及与鞋底连为一体的鞋帮，所述的鞋底包括鞋底胶层以及设置在鞋底胶层上端的鞋底保温层，所述鞋帮包括鞋面和鞋里，在鞋底胶层和鞋底保温层上开设有安装压电发电器的中间槽，在鞋面与鞋里之间设置有鞋帮保温层，在鞋帮保温层内附着有碳纤维材料制成的生热层，所述的压电发电器二端引出电源线分别直接与生热层中碳纤维二个电极相连接。

本发明的压电发电器包括受力块、传力块、压电器件和槽形盒，在槽形盒内的二端分别对称设置有二个压电器件，且二个压电器件与槽形盒内侧端面紧贴；所述的二个压电器件的电源线分别与生热层中碳纤维二个电极相连接，二个带有滚轮的直角梯形滑块传力块对称处于二个压电器件的内侧并且在槽形盒中形成V形槽；受力块左右二个侧面分别与传力块的斜面相平行，且其底部和上平面下部高度高于槽形盒高度。

本发明利用压电器件的压电效应(如煤气灶的高电压点火装置)实现把人垂直方向双脚交替运动时的脚面对鞋底部压力能量转换成电能，以代替机械旋转结构及其普通的电磁式发电机的功能，不但使其厚度和体积大幅度降低，即是安装到鞋底部中也基本上不影响保温鞋本身的整体结构设计；而且由于不需要机械复位的弹簧，从而彻底解决了由于复位弹簧的存在带来的走路吃力的不良影响。另外，利用结构及机械性能类似于布类材料的碳纤维作为电-热转换材料代替电热丝，既方便了保温鞋的整体设计，保证了保温鞋任何需要热量的部位(包括鞋底部)都能够实现电加热，又不影响鞋的舒适度，同时也提高了电--热转换和传输效率均匀性以及寿命。还有，这种保温鞋一般情况下比较厚重，鞋底材料基本没有塑性形变，从而保证压电器件(通常为锆钛酸铅陶瓷材料，简称PZT)工作条件而不易损坏。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明压电发电器6的结构示意图；

图3是本发明的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括鞋底A以及与鞋底A连为一体的鞋帮B，所述的鞋底A包括鞋底胶层1以及设置在鞋底胶层1上端的鞋底保温层2，所述鞋帮B包括鞋面4和鞋里5，在鞋底胶层1和鞋底保温层2上开设有安装压电发电器6的中间槽，在鞋面4与鞋里5之间设置有鞋帮保温层13，在鞋帮保温层13内附着有碳纤维材料制成的生热层3，所述的压电发电器6二端引出电源线分别直接与生热层3中碳纤维二个电极相连接。生热层3的碳纤维二个电极在鞋帮与鞋底相胶合时连接在一起，其中附在保温层2里面的生热层3因为采用和布一样的碳纤维材料实现电-热转换，所以能够比电热丝更好的与保温层2以及鞋面4与鞋里5一起构成鞋帮，而且在鞋底和鞋帮相胶合工序时才完成碳纤维(负载)与压电器件(电源)的电线连接，完全与制鞋工艺中鞋底与鞋帮各种加工好后再合成的工序一致，为工业化生产创造了条件。

参见图2，本发明的压电发电器6包括受力块7、传力块8、压电器件9和槽形盒10，在槽形盒10内的二端分别对称设置有二个压电器件9，且二个压电器件9与槽形盒10内侧端面紧贴；所述的二个压电器件9的电源线12分别与生热层3中碳纤维二个电极相连接，二个带有滚轮11的直角梯形滑块传力块8对称处于二个压电器件9的内侧并且在槽形盒10中形成V形槽；受力块7左右二个侧面分别与传力块8的斜面相平行，且其底部和上平面下部高度都高于槽形盒10高度。当受力块7在受到向下力的情况下，通过传力块8将其放大后，水平方向施加给压电器件9，从而对称的二个压电器件9同时产生电能，驱动负载碳纤维产生热量。在该系统中，因为只是需要把人运动情况下的能量有效的利用后通过压电器件9转换成电能输出，并随即再利用碳纤维负载转换成热能量，所以从以上工作过程分析知道，该系统对其电量大小及稳定性没有要求，也不需要贮存，从而保证了其实用性。

参见图3，针对压电器件工作期间形变非常小(千分之一左右)的特点，为了在人的体重压力条件下获得更大的发电能量输出，本发明采用了图2所示机械压力传递结构来实现。工作原理如图3所示，因为对于每一个压电器件来说，其有效压力P＝1/2Fctg α，且当α角度很小时余切值远大于1(α＝45°其余切值为1)，所以很容易获得10倍于人体重量的有效压力P。如当α＝13°时P＝1/2F×20＝10F。

工作原理：

因为对于严寒地区特殊工作者(如解放军站岗放哨)来说，在执勤时一般都是处于行走的运动状态，即使站岗放哨者通常也是以原地踏步的运动状态来增强双脚部位的血液循环来抵抗寒冷，而这些运动状态的共同特征就是在任何时刻都有身体的一半重量交替着通过脚面直接施加到受力块7上，由于其上表面高出鞋底的上表面，所以传力块8把这个压力通过斜面传递放大后施加到对称的压电器件9上。根据压电器件的的压电效应，将在上下面产生相应的电压并由二根电源线12引出后直接与鞋帮里生热层中碳纤维负载中的二根电极线相连接，从而实现了再把人运动时的能量转换成的电能进而随即变成需要的热能量。

Claims (2)

1.一种生热保温鞋，包括鞋底(A)以及与鞋底(A)连为一体的鞋帮(B)，所述的鞋底A包括鞋底胶层(1)以及设置在鞋底胶层(1)上端的鞋底保温层(2)，所述鞋帮B包括鞋面(4)和鞋里(5)，其特征在于：在鞋底胶层(1)和鞋底保温层(2)上开设有安装压电发电器(6)的中间槽，在鞋面(4)与鞋里(5)之间设置有鞋帮保温层(13)，在鞋帮保温层(13)内附着有碳纤维材料制成的生热层(3)，所述的压电发电器(6)二端引出电源线分别直接与生热层(3)中碳纤维二个电极相连接。

2.根据权利要求1所述的生热保温鞋，其特征在于：所述的压电发电器(6)包括受力块(7)、传力块(8)、压电器件(9)和槽形盒(10)，在槽形盒(10)内的二端分别对称设置有二个压电器件(9)，且二个压电器件(9)与槽形盒(10)内侧端面紧贴；所述的二个压电器件(9)的电源线(12)分别与生热层(3)中碳纤维二个电极相连接，二个带有滚轮(11)的直角梯形滑块传力块(8)对称处于二个压电器件(9)的内侧并且在槽形盒(10)中形成V形槽；受力块(7)左右二个侧面分别与传力块(8)的斜面相平行，且其底部和上平面下部高度高于槽形盒(10)的高度。

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