Автономный модуль электрического озонатора воздуха

Одним из эффективных электрофизических способов оздоровления и улучшения газового состава воздушной среды является озонирование. При этом свою технологическую эффективность доказали электроозонаторные установки, реализующие различные физические принципы получения озона, в том числе и работающие на основе коронирующего разряда [6-11].

Цель исследований состояла в разработке автономного модуля электрического озонатора воздуха, для улучшения показателей качества воздушной среды и сани тарно го Агротехника и энергообеспечение. – 2022. – № 4 (37)                        79

состояния помещений сельскохозяйственного назначения.

Материалы и методы исследований.

При проведении исследований были использованы методы патентного поиска, методы математической статистики и планирования эксперимента применительно к электрофизическим способам улучшения показателей качества воздушной среды в животноводческих и прочих сельскохозяйственных помещениях, а также методы регрессионного анализа с графическим представлением полученных результатов экспериментальных данных.

Основные результаты.

Исследования проводились на кафедре электрооборудования и электротехнологий в АПК Белгородского ГАУ. Основная задача исследований состояла в оценке влияния конструктивных параметров и режимов работы электрического озонатора на процесс озонообразования в воздушной среде. Для проведения исследований была разработана конструкция автономного модуля электрического озонатора воздуха на коронирующем разряде, схема которого представлена на рисунке 1 [12-14].

Рисунок 1 – Конструкция автономного модуля электрического озонатора воздуха:

1 – защитная сетка; 2 – электродвигатель; 3 – лапки крепления электродвигателя;

4 – лопасти вентилятора; 5 – блок управления; 6 – предохранители; 7 – кнопка вкл./выкл.; 8 – кронштейн крепления; 9 – вакуумный флюгер;

10 – регулируемый генератор высокого напряжения; 11 – компрессор; 12 – излучатель;

13 – кронштейн крепления; 14 – озоноустойчивый корпус; 15 – прорезиненные ножки;

16 – датчик озона; 17 – датчик контроля озона; 18 – датчик контроля температуры воздуха

Для проведения экспериментальных исследований использовался разработанный опытный образец автономного модуля электрического озонатора воздуха, внешний вид которого представлен на рисунке 2 [15].

Рисунок 2 – Внешний вид опытного образца автономного модуля электрического озонатора воздуха

Для измерения режимов работы установок и параметров воздушной среды были использованы измерительные средства: мультиметр (DT 9205А), анемометр (Smart Sensor AR816+), анализатор озона (KKMOON O3 Ozone) и газоанализаторы (Smart Sensor ST8900; JLDG JD-3002, «ЭЛАН О3», ALTAIR-5X).

Отличительной особенностью автономного модуля электрического озонатора воздуха является новая конструкция излучателя, работающего по принципу коронного разряда. Излучатель выполнен в виде двух керамических оснований с закрепленными на них вольфрамовыми электродами, на одном основании в виде сетки, с сотовой формой ячейки, на другом в виде иглы, с возможностью регулировки воздушного зазора между электродами, что позволяет проводить регулировку производительности излучателя по озону. Общий вид излучателя автономного модуля электрического озонатора воздуха представлен на рисунке 3 [15].

Рисунок 3 – Общий вид излучателя автономного модуля электрического озонатора воздуха

Экспериментальные исследования работы электрического озонатора проводились в соответствии с реализацией плана второго порядка Коно для 2-х факторного эксперимента. В качестве целевой функции была принята концентрации озона (мг/м ³ ) в воздушной среде. Результаты эксперимента (с учетом дублирования опытов) представлены в таблице 1. Данные заполняются согласно расчетной матрице.

Таблица 1 – Результаты эксперимента (с учетом дублирования опытов)

№	X 1	X 2	Y 1n	Y 2n	Y 3n	Y 4n	Y ср	Sn 2	S n12	S n22	S n32	S n42
1	-	-	3,22	2,91	3,63	2,63	3,0975	0,5523	0,0150	0,0352	0,2835	0,2186
2	+	-	0,09	0,12	0,16	0,18	0,1375	0,0049	0,0023	0,0003	0,0005	0,0018
3	-	+	9,71	9,18	8,71	9,96	9,3900	0,9338	0,1024	0,0441	0,4624	0,3249
4	+	+	3,82	3,28	4,22	3,48	3,7000	0,5096	0,0144	0,1764	0,2704	0,0484
5	-	0	6,12	6,38	6,92	5,83	6,3125	0,6435	0,0371	0,0046	0,3691	0,2328
6	+	0	1,7	1,85	2,4	1,6	1,8875	0,3819	0,0352	0,0014	0,2626	0,0827
7	0	-	1,65	2,15	1,48	2,32	1,9000	0,4778	0,0625	0,0625	0,1764	0,1764
8	0	+	7,85	7,35	8,2	6,97	7,5925	0,8817	0,0663	0,0588	0,3691	0,3875
9	0	0	4,85	5,34	4,38	4,29	4,715	0,7017	0,0182	0,3906	0,1122	0,1806

Полученная по экспериментальным данным математическая модель влияния напряжения на излучателе, b (х 1 ) и разрядного промежутка между электродами, мм (x 2 ) на концентрацию озона (мг/м ³ ) (y) в кодированных переменных имеет вид:

y=b 0 +b 1 x 1 +b 2 x 2 +b 1.2 x 1 x 2 +b 11 x 12 +b 22 x 22 ,                         (1)

Коэффициенты уравнения являются значимыми, адекватность модели удовлетворяет критерию Фишера (F рас =2,88≤F табл =3,16).

На рисунке 4 представлена построенная по уравнению (1) расчетная поверхность изменения концентрации озона в зависимости от натуральных значений напряжения на излучателе и расстояния разрядного промежутка.

Рисунок 4 – Изменение концентрации озона в зависимости от натуральных значений рабочего напряжения на излучателе и расстояния между электродами излучателя (разрядного промежутка)

Исходя из полученной математической поверхности, можно сделать вывод, что на опытном образце автономного модуля электрического озонатора воздуха концентрация озона будет возрастать при увеличении рабочего напряжения на излучателе и уменьшении расстояния между электродами излучателя (разрядного промежутка), что не противоречит общими теоретическими положениям озонообразования в коронном разряде.

Также установлено, что для опытного образца, принимающего участия в исследованиях, максимальная концентрация озона на выходе (до 10 мг/м ³ ) формируется при заданном рабочем напряжении 30 кВ на излучателе и воздушном промежутке между электродами излучателя – 25 мм. Стоит отметить, что увеличение напряжения и уменьшение расстояния между электродами излучателя приводит к срыву коронного разряда в электрическую дугу.

Также были осуществлены измерения показателей газового состава воздушной среды в животноводческом помещении. Замеры осуществлялись в центре помещения и по четырем контрольным точкам в углах помещения (площадью 1600 м ² ). Средние значения показателей воздушной среды в помещении представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Средние значения показателей воздушной среды в помещении

Средние показатели воздушной среды в производственном помещении	До озонирования	После озонирования
Озон, мг/м 3	0,0015	0,026
Сероводород, мг/л	0,16	0,0003
Аммиак, мг/л	0,13	0,005
Углекислый газ, мг/л	10	0,2
Кислород, %	21,1	21,7

Исходя из полученных значений, после проведения замеров до и после озонирования воздушной среды в помещении (таблица 2) можно сделать вывод, что конструкция опытного образца автономного модуля электрического озонатора воздуха в полной мере обеспечивает санитарные требования к газовому составу воздуха в помещении.

Заключение.

Представлены результаты исследований по разработке автономного модуля электрического озонатора воздуха.

При проведении экспериментальных исследований выявлена зависимость по влиянию конструктивных параметров автономного модуля электрического озонатора воздуха на выход озона.

Установлено, что концентрация озона возрастает с увеличением напряжения и уменьшением расстояния разрядного промежутка, что согласуется с общими теоретическими положениям о образовании озона при коронном разряде. Для предлагаемой конструкции электроозонатора наибольшие значения концентрации озона (до 10 мг/м ³ ) можно получить при напряжении 30 кВ и воздушном промежутке 25 мм. Увеличение напряжения и уменьшение воздушного промежутка приводит к нарушению озонообразования с переходом в обыкновенный электрический разряд, что недопустимо. Применение электроозонатора в помещении площадью 1600 м2 в течение часа позволило снизить содержание углекислого газа с 10 мг/л до 0,2 мг/л.

На основе проведенных экспериментальных исследований можно утверждать, что конструкция автономного модуля электрического озонатора воздуха в полной мере обеспечивает требуемые значения концентрации озона на выходе из озонатора. Устройство показало высокую надежность и производительность по получению озона в воздушной среде, а применение разработки в системе вентиляции и кондиционирования будет способствовать улучшению показателей качества воздушной среды в помещении.