CN110236262A - 一种利用人体动能产生热的鞋子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用人体动能产生热的鞋子，鞋底上设置了能量转化器，包括底垫、鼓泡器式发电装置和顶膜，底部气体室和顶部弹性室内填充有介电燃料，鼓泡器式发电装置内嵌于底垫，包括具有介电涂层圆电极阵列的反向电润湿芯片、通过小间隙与反向电润湿芯片分离的薄膜，用于支撑薄膜的顶板，薄膜与反向电润湿芯片之间填充有不润湿薄膜的导电液体，电极中心开设了气泡孔，导电液体与反向电润湿芯片之间连接了电热片，利用人脚挤压介电燃料使发电装置内部产生气泡，影响其导电液体与反向电润湿芯片之间的电压，产生电流进行发电产热。本发明提供了一种利用人体动能产生热的鞋子，解决了脚部保暖的问题，且该鞋子无需充电，出行方便舒适。

Description

一种利用人体动能产生热的鞋子

技术领域

本发明涉及服装衣物领域，更具体的说是涉及一种利用人体动能产生热的鞋子。

背景技术

冬季的来临会导致室内外气温降低，人们需要穿上温暖的大衣抵御寒冷。身上可以多穿几件衣服来减少热量散失，可是鞋子通常来讲只能穿一双，这导致脚部难以得到很好的保暖。俗话说“脚部受凉百病侵”，冬季脚部受凉会引发很多疾病的侵袭，所以我们一定要注意脚部的保暖，尤其是在寒冷环境下长期活动的人群，比如中老年人、边防战士、巡警、冬季户外劳保人员、油田工作人员、大街上的清洁工，以及生活在北方需要长期面对寒冷的居民。

目前市面上已经出现了充电保暖鞋，这种鞋子在穿着前需要对其进行充电方可发热供暖，不是非常便利，并且一旦忘记充电或者原先储存的电量耗尽，就无法继续供暖，与普通鞋子无异。如果能设计一种无需充电又能供暖的鞋子就可以使得冬天出行更加方便舒适。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种利用人体动能产生热的鞋子。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种利用人体动能产生热的鞋子，包括鞋身和鞋底，其特征在于：所述鞋底供人脚后跟踩压的一面嵌有能量转化器，所述能量转化器包括开设有底部气体室的底垫、同轴嵌于底垫内的鼓泡器式发电装置、背离鞋底且与底垫固定连接的顶膜，所述鼓泡器式发电装置包括具有介电涂层圆电极阵列的反向电润湿芯片、通过小间隙与反向电润湿芯片分离的薄膜、用于支撑薄膜的顶板，所述薄膜位于反向电润湿芯片相对于顶膜的另一侧，所述薄膜与反向电润湿芯片之间填充有不润湿薄膜的导电液体，所述介电涂层圆电极阵列与薄膜相对，所述介电涂层圆电极阵列的各个电极的中心开设有气泡孔，所述反向电润湿芯片与导电液体之间设置有电热片，所述电热片分别与反向电润湿芯片连接，并浸入导电液体，所述顶膜与底垫之间形成顶部弹性室，所述顶部弹性室与底部气体室内填充有介电燃料，所述介电燃料穿过气泡孔形成气泡阵列，所述顶板允许介电燃料逸出至底部气体室，所述底垫靠近顶膜的一面开设有多个气体压缩孔。

作为本发明的进一步改进，所述顶部弹性室与底部气体室之间设置有辅助旁路止回阀，所述辅助旁路止回阀的进口与底部气体室连通，所述辅助旁路止回阀的出口与顶部弹性室连通，所述辅助旁路止回阀单向限制气体从入口流向出口。

作为本发明的进一步改进，所述底部气体室相对于顶板的一面固定连接有多个支撑块，所述支撑块靠近顶板的一端固定连接有橡胶垫，所述橡胶垫与顶板固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述鞋底供人脚踩压的一面可拆卸设置有高导热鞋垫，所述高导热鞋垫的表层材质为碳纤维。

作为本发明的进一步改进，所述鞋面内表层为聚酯纤维材质的蓄热绒层。

本发明的有益效果，通过将反向电润湿技术与气泡的增长和破灭结合在一起，利用大基数的气泡振荡的方式采集电能，进而转化为热能为鞋子供暖，相比于单独使用反向电润湿技术而言，可以产生的功率密度能够增加一个数量级。并且该款鞋子相比市面上的充电保暖鞋，在使用前无需充电，省去了充电的繁琐过程，更加环保节能，相对于厚重的保暖靴，该款鞋子也更加轻便和舒适。

附图说明

图1为本发明鞋子整体示意图；

图2为本发明能量转化器整体示意图。

附图标记：1、鞋身；2、鞋底；3、能量转化器；4、底部气体室；5、底垫；6、鼓泡器式发电装置；7、顶膜；8、介电涂层圆电极阵列；9、反向电润湿芯片；11、薄膜；12、顶板；13、导电液体；14、气泡孔；15、电热片；16、顶部弹性室；17、介电燃料；18、气泡阵列；19、气体压缩孔；21、辅助旁路止回阀；22、进口；23、出口；24、支撑块；25、橡胶垫；26、高导热鞋垫；27、蓄热绒层。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

参照图1、图2所示，本实施例的利用人体动能产生热的鞋子，包括鞋身1和鞋底2，所述鞋底2供人脚后跟踩压的一面嵌有能量转化器3，所述能量转化器3包括开设有底部气体室4的底垫5、同轴嵌于底垫5内的鼓泡器式发电装置6、背离鞋底2且与底垫5固定连接的顶膜7，所述鼓泡器式发电装置6包括具有介电涂层圆电极阵列8的反向电润湿芯片9、通过小间隙与反向电润湿芯片9分离的薄膜11、用于支撑薄膜11的顶板12，所述薄膜11位于反向电润湿芯片9相对于顶膜7的另一侧，所述薄膜11与反向电润湿芯片9之间填充有不润湿薄膜11的导电液体13，所述介电涂层圆电极阵列8与薄膜11相对，所述介电涂层圆电极阵列8的各个电极的中心开设有气泡孔14，所述反向电润湿芯片9与导电液体13之间设置有电热片15，所述电热片15分别与反向电润湿芯片9电连接，并浸入导电液体13，所述顶膜7与底垫5之间形成顶部弹性室16，所述顶部弹性室16与底部气体室4内填充有介电燃料17，所述顶板12允许介电燃料17逸出至底部气体室4，所述介电燃料17穿过气泡孔14形成气泡阵列18，所述底垫5靠近顶膜7的一面开设有多个气体压缩孔19。

通过上述技术方案，在鞋底2供人脚后跟踩压的一面设置能量转化器3，可以利用能量转化器3对人体运动产生的动能进行收集，将动能转化为电能，再将电能通过电热片15转化为热能，从而为用户供热保暖。通过将能量转化器3设置为三个部分，即开设有底部气体室4的底垫5、同轴嵌于底垫5内的鼓泡器式发电装置6以及背离鞋底2且与底垫5固定连接的顶膜7，顶膜7与底垫5之间形成顶部弹性室16，顶部弹性室16与底部气体室4内填充介电燃料17，底垫5靠近顶膜7的一面开设多个气体压缩孔19，在人脚后跟着地时，其后脚掌挤压顶膜7，使得顶部弹性室16内的介电燃料17被压缩，介电燃料17可以是空气、惰性气体、介电液体等，介电燃料17通过气体压缩孔19进入鼓泡器式发电装置6内部，配合进行动能转化为电能的发电工作，在发电工作完成后介电燃料17进入底部气体室4进行循环备用。电润湿是指通过改变液滴与绝缘基板之间的电压，来改变液滴在基板上的润湿性，即改变接触角，使液滴发生形变、位移的现象。润湿是指固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程，液体在固体表面能铺展，固液接触面有扩大的趋势，即液体对固体表面的附着力大于其内聚力，就是润湿；反之就是不润湿。反向电润湿是将微型液滴流动的能量转化为电能，当导电性液体与纳米薄膜11涂层表面相互作用，动能就会转换为电能。通过将鼓泡器式发电装置6设置为四个部分，即具有介电涂层圆电极阵列8的反向电润湿芯片9、通过小间隙与反向电润湿芯片9分离的薄膜11、用于支撑薄膜11的顶板12以及用于产热的电热片15，薄膜11与反向电润湿芯片9之间填充不润湿薄膜11的导电液体13，顶板12允许介电燃料17逸出，反向电润湿芯片9上介电涂层圆电极阵列8处开设气泡孔14，在介电燃料17被压缩进入底垫5内部时，介电燃料17穿过气泡孔14形成气泡阵列18，介电气泡在介电涂层圆电极阵列8相对于薄膜11的一面生长，由于导电液体13不润湿薄膜11而无法穿过薄膜11，生长中的气泡则迫使导电液体13位移，从而减小导电液体13和介电涂层圆电极阵列8之间的重叠面积，即改变导电液体13在反向电润湿芯片9上的润湿性，进而改变导电液体13与反向电润湿芯片9之间的电压，在电路中引起电流，将人体释放的动能转化为电能，电能再通过电热片15转化为热能；当每个气泡继续生长直到其足以接触薄膜11时，介电燃料17开始从薄膜11和顶板12中逸出至底部气体室4，导致气泡迅速崩塌，导电液体13与反向电润湿芯片9之间的电压因润湿性的变化而持续变化，从而持续产生电能为发热片的产热供电。通过将反向电润湿技术与气泡的增长和破灭结合在一起，利用大基数的气泡振荡的方式采集电能，相比于单独使用反向电润湿技术而言，可以产生的功率密度能够增加一个数量级。气泡生长与破裂过程重复的频率，可以通过调整薄膜11与反向电润湿芯片9之间的间隙的大小、介电燃料17的密度、施加到介电燃料17与导电液体13的压力来控制。该款通过采集人体运动产生的动能，将其转化为电能，进而转化为热能供暖的鞋子，相比市面上的充电保暖鞋，在使用前无需充电，省去了充电的繁琐过程，更加环保节能，并且相对于厚重的保暖靴，该款鞋子更加轻便和舒适。

作为改进的一种具体实施方式，所述顶部弹性室16与底部气体室4之间设置有辅助旁路止回阀21，所述辅助旁路止回阀21的进口22与底部气体室4连通，所述辅助旁路止回阀21的出口23与顶部弹性室16连通，所述辅助旁路止回阀21单向限制气体从入口流向出口。

通过上述技术方案，在顶部弹性室16与底部气体室4之间设置辅助旁路止回阀21，且辅助旁路止回阀21的进口22与底部气体室4连通，辅助旁路止回阀21的出口23与顶部弹性室16连通，可以在人脚后跟着地，后脚掌挤压顶膜7，进而挤压顶部弹性室16内的介电燃料17时，保证介电燃料17必然穿过底垫5内的鼓泡器式发电装置6后再进入底部气体室4，而非直接进入底部气体室4；在人脚后跟离地时，底部气体室4内的介电燃料17因为顶部弹性室16的气压减小而通过辅助旁路止回阀21从底部气体室4回流至顶部弹性室16，从而完成循环。

作为改进的一种具体实施方式，所述底部气体室4相对于顶板12的一面固定连接有多个支撑块24，所述支撑块24靠近顶板12的一端固定连接有橡胶垫25，所述橡胶垫25与顶板12固定连接。

通过上述技术方案，底部气体室4相对于顶板12的一面设置支撑块24，支撑块24上设置橡胶垫25，橡胶垫25与顶板12固定连接，可以在人脚后跟着地，后脚掌挤压顶膜7并将顶部弹性室16内的气体全部挤压至底部气体室4时，利用支撑块24和橡胶垫25对顶板12进行受力缓冲，避免因用力过重导致鼓泡器式发电装置6损坏，进而影响鞋子供热保暖。

作为改进的一种具体实施方式，所述鞋底2供人脚踩压的一面设置有高导热鞋垫26，所述高导热鞋垫26的表层材质为碳纤维。

通过上述技术方案，鞋底2供人脚踩压的一面设置高导热鞋垫26，高导热鞋垫26的表层材质为碳纤维，利用碳纤维可以很好地将电热片15产生的热量进行快速传导，使得脚底及时并均匀地获得热量，避免局部受冷的现象发生。

作为改进的一种具体实施方式，所述鞋面内表层为聚酯纤维材质的蓄热绒层27。

通过上述技术方案，鞋面内表层设置为聚酯纤维材质的蓄热绒层27，可以较大程度地避免鞋内热量的散失，维持鞋内的温度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用人体动能产生热的鞋子，包括鞋身(1)和鞋底(2)，其特征在于：所述鞋底(2)供人脚后跟踩压的一面嵌有能量转化器(3)，所述能量转化器(3)包括开设有底部气体室(4)的底垫(5)、同轴嵌于底垫(5)内的鼓泡器式发电装置(6)、背离鞋底(2)且与底垫(5)固定连接的顶膜(7)，所述鼓泡器式发电装置(6)包括具有介电涂层圆电极阵列(8)的反向电润湿芯片(9)、通过小间隙与反向电润湿芯片(9)分离的薄膜(11)、用于支撑薄膜(11)的顶板(12)，所述薄膜(11)位于反向电润湿芯片(9)相对于顶膜(7)的另一侧，所述薄膜(11)与反向电润湿芯片(9)之间填充有不润湿薄膜(11)的导电液体(13)，所述介电涂层圆电极阵列(8)与薄膜(11)相对，所述介电涂层圆电极阵列(8)的各个电极的中心开设有气泡孔(14)，所述反向电润湿芯片(9)与导电液体(13)之间设置有电热片(15)，所述电热片(15)分别与反向电润湿芯片(9)电连接，并浸入导电液体(13)，所述顶膜(7)与底垫(5)之间形成顶部弹性室(16)，所述顶部弹性室(16)与底部气体室(4)内填充有介电燃料(17)，所述介电燃料(17)穿过气泡孔(14)形成气泡阵列(18)，所述顶板(12)允许介电燃料(17)逸出至底部气体室(4)，所述底垫(5)靠近顶膜(7)的一面开设有多个气体压缩孔(19)。

2.根据权利要求1所述的利用人体动能产生热的鞋子，其特征在于：所述顶部弹性室(16)与底部气体室(4)之间设置有辅助旁路止回阀(21)，所述辅助旁路止回阀(21)的进口(22)与底部气体室(4)连通，所述辅助旁路止回阀(21)的出口(23)与顶部弹性室(16)连通，所述辅助旁路止回阀(21)单向限制气体从入口流向出口。

3.根据权利要求2所述的利用人体动能产生热的鞋子，其特征在于：所述底部气体室(4)相对于顶板(12)的一面固定连接有多个支撑块(24)，所述支撑块(24)靠近顶板(12)的一端固定连接有橡胶垫(25)，所述橡胶垫(25)与顶板(12)固定连接。

4.根据权利要求3所述的利用人体动能产生热的鞋子，其特征在于：所述鞋底(2)供人脚踩压的一面设置有高导热鞋垫(26)，所述高导热鞋垫(26)的表层材质为碳纤维。

5.根据权利要求4所述的利用人体动能产生热的鞋子，其特征在于：所述鞋面内表层为聚酯纤维材质的蓄热绒层(27)。