基于压电技术的节能供暖烘干两用鞋的制作方法

本实用新型涉及鞋子技术领域，具体涉及一种基于压电技术的节能供暖烘干两用鞋。

背景技术：

随着人们生活水平的提高，人们不再满足于简单的衣食住行，开始追求更加舒适、健康的生活方式。鞋子是每个人必备的生活用品，一双舒适的鞋子对人体健康以及心情愉悦有着很大的帮助。然而在冬天为了保暖，不少人不得不穿厚重的鞋子，此外，有些人的脚容易出汗，鞋子易出现潮湿、异味等情况，因此需要采用烘鞋器对鞋进行烘干。而人在行走时，鞋底会在压力的作用下发生微弱的变形和震动，这部分能量通常被白白地浪费掉。如果能把这些能量利用起来，就能大大节约供暖和烘干所消耗的电能。

当前国内外对压电陶瓷研究不断深入，压电陶瓷作为一种精密驱动器件，其性能受到研究者的广泛关注。研究者相继研发出了超高温压电陶瓷、钙钛矿型无铅压电陶瓷等新型压电陶瓷。随着高新技术的发展，压电技术也被应用到了越来越多的领域，如压电陶瓷换能器、超声波探伤、医疗雾化等。压电技术正在成为一项越来越普遍和成熟的发电方式，有着十分广阔的发展前景。

公告号为CN 104544714 A的中国专利公开了一种自动供电的智能防湿保温鞋，其利用压电陶瓷将行走产生的压力能转换为电能，再通过发热烘干装置将电能转换为热能后对鞋子进行保温烘干。这种设计存在的弊端是：压电转换效率低，保温烘干均匀性差，经济效益和节能减排效益均相对较差。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于压电技术的节能供暖烘干两用鞋，使其具有压电转换效率高、保温烘干均匀性好、能有效提高经济效益和节能减排效益的优点。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：一种基于压电技术的节能供暖烘干两用鞋，包括鞋底，所述鞋底内设置有导热片、隔热层、压电陶瓷、整流稳压组件、电池和控制器，所述导热片、隔热层和压电陶瓷自上而下依次布置，导热片与隔热层之间设置有电发热体，隔热层与压电陶瓷之间设置有根据仿生学和力学原理设计的凸台，凸台位于脚跟和脚掌的位置，压电陶瓷底部设置有复位弹簧，压电陶瓷上设置有电流引出极，电流引出极、整流稳压组件、电池之间依次电连接，电池还与电发热体电连接。

进一步，所述整流稳压组件包括二倍压整流器和稳压器。

进一步，电发热体为活性碳素纤维发热体。

进一步，所述凸台呈梯形状。

进一步，还包括充电指示灯。

本实用新型的有益效果：

1)本申请的基于压电技术的节能供暖烘干两用鞋，利用压电陶瓷将行走产生的压力能转换为电能，再通过电发热体将电能转换为热能后对鞋子进行供暖烘干，节省了日常供暖和烘干所消耗的电能，减少了燃煤量和二氧化碳的排量，有效提高了经济效益和节能减排效益。

2)本申请的基于压电技术的节能供暖烘干两用鞋，一方面，通过设置凸台，在局部范围内使应力集中，增加了压电陶瓷的变形量，从而获得了更多的电量；另一方面，通过整流稳压组件，提高电压，进而提高发电能力，并使交变电流转化为直流电，保证输出稳定的恒压直流电给电池充电。通过这类设计，有效提高了压电转换效率。

3)通过设置导热片，有效提高了保温烘干的均匀性。

4)创新的把供暖和烘干结合在一起，区别于市场上功能单一的供暖鞋或者烘干器，更加经济实用方便。

5)在鞋子上设置指示灯，使用者可通过观察指示灯颜色判断是否充电完成，并且使用者可根据自己的需求通过控制器来控制鞋子的工作状态。

6)在设计整流电路时，比较了各种整流电路的优缺点，最后提出了倍压整流电路，并且采用二倍压的方式，使之可以有效的提高压电材料产生的电压，从而达到提高发电能力的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。

如图1，所述的基于压电技术的节能供暖烘干两用鞋，包括鞋底，所述鞋底内设置有导热片1、隔热层2、压电陶瓷3、整流稳压组件、电池4和控制器5。所述导热片、隔热层和压电陶瓷自上而下依次布置，导热片与隔热层之间设置有四个电发热体6，电发热体为活性碳素纤维发热体。隔热层与压电陶瓷之间设置有根据仿生学和力学原理设计的凸台7，凸台位于脚跟和脚掌的位置，凸台呈梯形状。压电陶瓷四周用弹性很好的绝缘硅胶填充隔离并通过电流引出极将踩压产生的电流引出，压电陶瓷底部设置有复位弹簧8，复位弹簧水平位于脚掌与脚跟部位，并垂直分布于压电陶瓷底部，其作用是在行走过程中快速使压电陶瓷恢复形变。所述整流稳压组件包括二倍压整流器9和稳压器10，电流引出极、二倍压整流器、稳压器和电池之间依次电连接，电池还与电发热体电连接。

充电时，压电陶瓷将行走产生的压力能转换为电能，通过设置凸台，在局部范围内使应力集中，增加了压电陶瓷的变形量，从而获得了更多的电量。压电陶瓷变形产生的交变电流通过电流引出极引出，依次流经二倍压整流器和稳压器后对电池充电，二倍压整流器提高电压，进而提高发电能力，并使交变电流转化为直流电，然后接入稳压器以保证能输出稳定的恒压直流电给电池充电，电池选用大容量锂离子可充电电池，加入了稳压MAX1672芯片,其作用是将充电电压稳定于电池标准充电电压附近，在超过电池充电电压允许的范围时切断电路。加入了电池管理芯片SL1053，其作用是保护电池，使之不会过充、过放、过压、过温，增加电池寿命，保障电池安全。

供暖和烘干时，控制器上有供暖档位和烘干档位，控制器置于相应的档位，电池与电发热体之间相应的电路导通，通过电发热体产生不同热量，以便进行烘干或供暖。在供暖和烘干过程中，由于设置有导热片，从而有效提高了保温烘干的均匀性。

还包括充电指示灯，电池将充电量反馈给控制器，控制器控制充电指示灯处于不同灯色，使用者可通过观察指示灯颜色判断是否充电完成以及鞋子处于烘干状态还是供暖状态。

下面分析本申请的经济效益和节能减排效益。

经济效益分析

以长沙为例，据长沙统计局发布的统计公报显示，2017年底长沙常住人口为791.81万。以四人为一户，则共有197.95万户家庭。经调查，每户约有一个暖脚宝，一双烘鞋器。根据《湖南省居民生活用电试行阶段电价方案》，长沙电价为0.558元/度。基于此，我们以为期3个月的冬季，平均每户每天使用暖脚宝3个小时，烘鞋器1个小时为例，做以下耗电量和费用分析：

暖脚宝：

耗电量：0.008kW*3h*90天*197.95万户*2＝855.14万度

费用：0.008kW*3h*0.558元*90天*197.95万户*2＝477.17万元

烘鞋器：

耗电量：0.016W*1h*90天*197.95万户*2＝570.09万度

费用：0.016kW*1h*0.558元*90天*197.95万户*2＝318.11万元

总耗电量：855.14+570.09＝1425.23万度

总费用：477.17+318.11＝795.28万元

由以上分析可知，若换用节能供暖烘干两用鞋，在为期3个月的冬季里，可为197.95万户长沙家庭节省1425.23万度电，795.28万元的费用。节能效果十分显著。

节能减排效果分析

每年节约的标准煤＝年耗电量×电力折标准煤系数，根据《中国能源统计年鉴2015》中的数据，电力的折标准煤系数的当量值为0.1229kgce/kWh。而每年减少的CO2排放量＝年耗电量×平均CO2排放因子，根据国家发改委提供的数据，华中电网平均CO2排放因子取值为0.5257kgCO2/kWh。

经计算：若换用节能供暖烘干两用鞋，在为期3个月的冬季里，可为197.95万户长沙家庭节省1425.23万度电，相当于节约了1751.61吨标准煤,减少7492.43吨CO2排放量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。