Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обоснование необходимости усгройсгв-и установок ионизации и электроозонирования в технологических процессах животноводства и птицеводства
1.1. Область применения аэроионизации и озонирования в животноводстве и птицеводстве
1.2. Способы, технические средства получения аэроионов, озона и пути их совершенствования 26
1.3. Особенности исследований и практики ионизации и озонирования в технологических процессах птицеводства и животноводства 36
1.4. Цель и задачи исследований 40
Глава 2. Теоретические исследования процесса электросинтеза озона и ионов в локальном ионизаторе-озонаторе воздуха и его режимы работы .
2.1. Обоснование применения коронно-разрядной и барьерно-разрядной электродных систем локальных ионизаторов-озонаторов 42
2.2. Вольт-амперные характеристики и схемы замещения коронно-разрядной электродной систем ы ионизатора-озонатора 45
2.3. Вольт-амперные характеристики и схемы замещения барьерно-разрядной электродной системы ионизатора-озонатора
2.4. Математическое моделирование системы источник питания -ионизатор-озонатор локального типа
2.5. Активная мощность и коэффициент мощности ионизаторов-озонаторов воздуха
2.6. Выводы по главе 2 76
Глава 3. Теоретические предпосылки образования воздушной ионно-озонной смеси в проточных ионизаторах-озонаторах воздуха .
3.1. Конструкции разрядных систем проточных ионизаторов-озонаторов
3.2. Кинетика образования воздушной ионно-озонной смеси в разрядных системах проточных ионизаторов-озонаторов
3.3. Обобщенная модель разрядных систем проточного ионизатора-озонатора
3.4. Распределение и движение воздушной ионно-озонной смеси в дезинфекционной камере прединкубационной обработки куриных яиц...
3.5. Выводы по главе 3
Глава 4. Результаты и методика исследований процесса электросинтеза озона, ионов и режимы работы локальных и проточных ионизаторов-озонаторов воздуха - Стр.
4.1. Методы и технические средства измерения концентраций ионов и озона в воздушной ионно-озонной смеси 109
4.1.1. Методы и технические средства измерения концентраций ионов 109
4.1.2 Методы и технические средства измерения концентраций озона 118
4.2. Результаты исследований и методика проектирования локальных ионизаторов-озонаторов воздуха 122
4.2.1. Требования, предъявляемые к коронно-разрядным и барьерно-разрядным ионизаторам-озонаторам локального типа 122
4.2.2. Методика и результаты исследований основных параметров коронно-разрядной системы и ионизированной воздушной среды 124
4.2.3. Методика и результаты исследований режимов работы барьерно-разрядной системы локального ионизатора-озонатора
4.2.4. Оптимизация параметров локального ионизатора-озонатора воздуха 137
4.3. Результаты и методика экспериментальных исследований проточных ионизаторов-озонаторов воздуха 144
4.3.1. Требования, предъявляемые к технологическим режимам работы проточного ионизатора-озонатора воздуха 144
4.3.2. Методика и результаты исследований основных параметров проточных ионизаторов-озонаторов
4.3.3. Оптимальные режимы работы проточных ионизаторов-озонаторов воздуха 15j
4.4. Выводы по главе 4 157
Глава 5. Производственные исследования и испытание локальных и проточных ионизаторов-озонаторов, технико-экономические показатели .
5.1. Результаты производственных исследований локальных ионизаторов-озонаторов I -о
5.1.1. Условия и методика проведения производственных исследований 1 9
5.1.2. Очистка воздушной среды в биологической зоне дыхания птицы
5.1.3. Влияние воздушной ионно-озонной смеси на продуктивные качества кур-несушек :- 174
5.1.4. Влияние ионно-озонной смеси на воспроизводительные качества птицы 183
5.2. Результаты производственных исследований проточных ионизаторов-озонаторов 185
5.2.1. Методика и условия проведения производственных исследований 185
5.2.2. Результаты производственных исследований и использование проточных ионизаторов-озонаторов в прединкубационной обработке
яиц, стимуляции постэмбрионального развития бройлерных цыплят 188
5.3. Экономическая эффективность использования локальных и проточных ионизаторов-озонаторов 192
5.4. Выводы по главе 5 197
Заключение и общие выводы 199
Литература 204
Приложения 219
- Способы, технические средства получения аэроионов, озона и пути их совершенствования
- Вольт-амперные характеристики и схемы замещения коронно-разрядной электродной систем ы ионизатора-озонатора
- Кинетика образования воздушной ионно-озонной смеси в разрядных системах проточных ионизаторов-озонаторов
- Методы и технические средства измерения концентраций ионов
Введение к работе
Снижение потерь сельскохозяйственной продукции является одной из основных задач обеспечения страны. Большое внимание при этом уделяется уменьшению энергозатрат при улучшении микроклимата и соблюдении зооги-гиенических условий содержания животных, получение экологически чистой продукции животноводства.
Основные направления решения этих проблем - разработка и применение электрофизических методов и средств обработки воздушной среды животноводческих и птицеводческих помещений и улучшение продуктивности животных и птицы.
Воздушная среда в животноводческих помещениях формируется различными системами вентиляции, совмещенными с отоплением и химическими способами обработки, направленными на очистку от газовой и бактериальной загрязненности. Но они не обеспечивают требоваемого качества по бактериальному и газовому составу воздуха. Химические препараты попадают в продукты питания, их находят в содержании яйца, в мясе, в молоке коров и т. д. Неудовлетворительный микроклимат в животноводческих помещениях приносят ежегодный ущерб: по яйценоскости кур-несушек 25%, снижение молочной продуктивности коров на 15%, среднесуточные привесы на 10%.
Актуальность проблемы. В связи с этим особую актуальность приобретает использование ионизации и озонирования для очистки воздушной среды в животноводческих и птицеводческих помещениях, благодаря которым повышается свежесть воздуха, снижается газовая и микробная загрязненность, повышается продуктивность животных и птицы.
Применяемые в настоящее время ионизаторы и озонаторы в помещениях при клеточном содержании животных и птицы, имеют общий существенный недостаток - сложность получения достаточно стабильной и однородной концентрации ионов и озона в зоне дыхания животных или птицы.
Исходя из этого, автором предлагается метод ионизации и озонирования атмосферы в клетках для кур-несушек осуществлять за счет использования локальных ионизаторов-озонаторов, позволяющих получать в зоне дыхания птицы стабильную и однородную концентрацию ионов и озона.
Прединкубаиионную обработку куриных яиц, предлагается проводить путем использования проточных ионизаторов-озонаторов, при этом исключаются химически вредные препараты (формальдегид хлорсодержащие препараты и др.), которые не обеспечивают требуемого уровня дезинфекции и обеззараживания, кроме того, могут проникать через скорлупу яйца и изменять его содержание.
Использование воздушной ионно-озонной смеси в прединкубационной обработке куриных яиц позволяет наряду с дезинфекцией стимулировать эмбриональное развитие и вывод цыплят. При этом, эмбрионом интенсивней используются питательные вещества яиц, сокращается продолжительность инкубации и увеличивается выводимость инкубируемых куриных яиц.
В предлагаемой диссертационной работе показаны и предложены основные области применения локальных и проточных ионизаторов-озонаторов в животноводстве и птицеводстве. Следует отметить, что область применения данной электротехнологии быстро расширяется, и приведенные направления служат лишь примером широких возможностей использования экологически чистых электрофизических методов.
Объекты исследований - воздушная среда, птица, куриные яйца, системы локальной и проточной ионизации и озонирования в птичниках, в животноводческих помещениях и дезинфекционных камерах инкубатории, принципиальные схемы, параметры и режимы работы локальных и проточных ионизаторов-озонаторов, а также их математические модели.
Методы исследований. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы, в основу которых положен системный подход. Разработка методологических основ расчета, проектирования и решения комплексной про блемы, имеющей инженерно-технические, зооинженсрные и санитарно-гигиенические аспекты, базировались на математическом моделировании электротехнических, динамических и кинетических процессах разрядных камер, устройств и установок ионизации и озонирования воздушной среды. Экспериментальные исследования, подтвержденные теоретическими результатами, выполнены с использованием теории многофакторного эксперимента, методов регрессионной статистики и биометрии с применением компьютерной техники и прикладных пакетов компьютерных программ.
Научная новизна. Новизна научных положений, изложенных, в диссертации заключается в том, что впервые разработаны и обоснованы:
- теоретическое и практическое обобщение и решение научной проблемы применения электротехнологии обработки воздушной среды и улучшения микроклимата животноводческих и птицеводческих помещений воздушной ионно-озонной смесью;
- новый эффективный метод ионизации и озонирования воздушной среды в области дыхания птицы при клеточном содержании путем использования локальных ионизаторов-озонаторов;
- методологические основы системного проектирования и обобщение электротехнологии локальной ионизации и озонирования с использованием коронно-разрядной и барьерно-разрядных электродных систем локального ионизатора-озонатора;
- обобщенная математическая модель и расчеты оптимальных режимов работы системы источник питания - ионизатор-озонатор локального типа;
- оптимальные параметры влияния воздушной ионно-озонной смеси на микроклимат в клетках для птицы и на ее продуктивные и воспроизводительные качества;
- новый энергосберегающий, высокотехнологичный способ санации яиц путем однократной обработки яиц воздушной озонно-ионной смесью проточного ионизатора-озонатора;
- обобщенная модель и методы расчета основных параметров разрядных систем проточного ионизатора-озонатора и его режимов работы при предннкубационной обработке яиц;
- оптимальные параметры распределения и движения воздушной ионно-озон- ной смеси в дезинфекционной камере предннкубационной обработки куриных яиц.
Практическая ценность диссертации достигнута путем создания научно-методологических основ и математических моделей для расчета и проектирования способов и средств ионизации и озонирования воздушной среды при клеточном содержании птицы и санации куриных яиц при прединкубационной обработке, позволяющих: определять эффективные способы и режимы работы локальных и проточных ионизаторов-озонаторов воздуха; рекомендовать оптимальные концентрации воздушной ионно-озонной смеси по отрицательным ионам и озону используемые при обработке воздушной среды и санации куриных яиц; улучшать параметры микроклимата: по газовой загрязненности в 6 - 10 раз, по микробной в 100 раз; повышать продуктивные качества кур: яйценоскость на 6 - 9%, сохранность на 2,5%; снизить расход корма в расчете на 10 яиц на 6 - 8%; улучшать воспроизводительные качества птицы: вывод цыплят на 4%, выводимость на 10%; улучшить стимуляцию постэмбрионального развития бройлерных цыплят.
Внедрение результатов исследований. Разработаны, изготовлены и испытаны экспериментальные и производственные установки и устройства локальных и проточных ионизаторов-озонаторов. Производственные исследования проводились: в учебно-опытном птичнике УОХ ТСХА (куры яичного кросса «Беларусь-9», гибрид 15-9 (4, 5,6), перепела) - установки локального ионизатора-озонатора; в телятнике и свинарнике МТФ «Никольское» учхоза Михайлов-ское - устройства подвесного ионизатора-озонатора; в МГАВМиБ, птицефабрике «Луч» Воскресенского района и на Назарьевской птицефабрике Московской области на яйцах мясной птицы - кросс «Гибро - 6» и цыплятах кросса «Брой-лер-6» - проточный ионизатор-озонатор. На основе обобщения опыта эксплуа тации и проведенных экспериментов разработаны рекомендации по эффективному использованию воздушной ионно-озонной смеси в технологических процессах птицеводства и животноводства.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- теоретическое и экспериментальное обоснование электротехнологии обработки воздушной среды в клетках для птицы воздушной ионно-озонной смесью;
- математическую модель системы источник питания - ионизатор-озонатор локального типа, позволяющую определять стабильность работы системы и ее оптимальные режимы работы;
- методика обоснования стимулирующих концентраций ионов и озона на продуктивные и воспроизводительные качества птицы полученных ионизаторами-озонаторами воздуха;
- методология исследования электротехнологии санации яиц птицы при пре-динкубационной обработке путем использования проточных ионизаторов-озонаторов;
- методы проектирования и обобщенные модели коронно-разрядных и барь-ерно-разрядных систем ионизаторов-озонаторов воздуха;
- результаты практического решения, заключающегося в использовании воздушной ионно-озонной смеси для санации, дезинфекции и дезодорации воздушной среды животноводческих и птицеводческих объектов и улучшения физиологических, продуктивных и воспроизводительных качеств животных и ПТИЦЫ.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на международных и всероссийских специализированных конференциях: на научно-технических конференциях ТСХА (Москва, 1993... 1994); на научно-практических конференциях ВИЭСХ - ВИМ «Научно-технический прогресс в инженерно-технической сфере АПК России» (Москва, 1992, 1994, 1998); на всероссийском научно-техническом семинаре МГАУ
«Высокоэффективные электротехнологии по производству продуктов сельского хозяйства, их переработке и хранению», "Современные энергосберегающие технологии и оборудование". (Москва, 1993, 1997, 1999); на международной научно-технической конференции "Автоматизация сельскохозяйственного производства" (Углич, 1997), на международном симпозиуме по машинному доению о/х животных (Оренбург, 1997); на всероссийской научно-производственной конференции "190-летия ветеринарного образования в России" (Санкт-Петербург, 1998); на 10 th European poultry conference (Israel, 1998); на всероссийской конференции "Совершенствование племенных и продуктивных качеств животных и птиц" МГАВМ и Б. (Москва, 1999); на международной научно-практической конференции: «Проблемы механизации и автоматизации животноводства» ВНИИМЖ (Подольск 1999); на международной научно-практической конференции: «Проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности в 21-м веке» АЭП-МГУП (Москва 2001 ... 2003); на научно-технических конференциях МГУП (Москва, 1992...1994, 1998...2003).
Способы, технические средства получения аэроионов, озона и пути их совершенствования
Микроклимат животноводческих и птицеводческих помещений неодинаков и зависит от ряда факторов - качества ограждающих конструкций, типа и мощности вентиляции, технологии содержания животных и птиц, сезона года, подстилки, вида кормов и т.п. Концентрация животных на незначительной территории, быстрая смена поколений, изменение методов содержания и другие особенности промышленного животноводства и птицеводства - все это способствует появлению болезней, как отдельных животных, так и всего поголовья. Выращенные в искусственно созданных условиях животные теряют способность сопротивляться неблагоприятным влияниям микроклимата закрытых помещений. Поэтому способы, технические средства получения ионов и озона зависят от конкретных факторов влияющих на микроклимат закрытых помещений.
Искусственная аэроионизация воздуха, с целью создания благоприятной среды обитания, является важнейшим гигиеническим и биологическим фактором в улучшении окружающей среды в животноводческих, птицеводческих, производственных и бытовых помещениях.
На рисунке 1.5.представлены основные способы получения аэроионов из нейтральных молекул воздуха. В гидроаэрозольных и электроаэрозольных генераторах используется баллоэлектрический эффект за счет электризации жидкости при ее распылении на мелкие частицы. Ионизаторы воздушной среды такого типа используются в медицине [30, 32, 76].
Термоэлектронная эмиссия используется в термоэлектронных ионизаторах, работа которых основана на принципе ионизации воздушной среды вблизи нагретого тела [2, 32,126]. Работа ультрафиолетовых ионизаторов основывается на фотоионизации при ультрафиолетовом облучении. При этом воздух ионизируется преимущественно легкими отрицательными ионами [25, 56, 57]. Низкий коэффициент полезного действия, неравномерность ионизации по времени ограничивает их широкое использование.
Ионизация радиоизотопными лучами а, р, у используется в радиоактивных ионизаторах. В основном используются элементы являющиеся источниками а и (5 излучений [7,141, 152]. Неравномерность ионизации воздушной среды, необходимость в дополнительных средствах удаления ионов из генератора, опасность поражения радиоактивным излучением персонала и необходимость высококвалифицированного обслуживания - все это является недостатками радиоактивных ионизаторов воздуха.
Аэроионизация воздушной среды электрическим коронным разрядом отличается простотой конструкции, малыми эксплуатационными расходами, возможностью получения чисто униполярных ионов высокой концентрации, легкостью управления в широком диапазоне и возможностью полной автоматизации процесса [71, 92, 132]. Работа электрокоронных аэроионизаторов основывав- тся на ионизации молекул газов в составе воздуха путем тихого коронн-рующего разряда.
Наиболее распространенные способы получения озона, Электрохимическим методом озон получают в специальных ячейках, где в качестве электролитов используют растворы различных кислот (H2SO4, НСЮ4), или их соли (NaClCU, КСЮ4 и другие). При этом источником кислорода служит вода [28, 144, 148].
Фотохимическое образование озона происходит в основном за счет действия солнечной радиации или при облучении ультрафиолетовым светом [146, 147]. Однако фотохимически невозможно получить озон в высоких концентрациях; при этом требуются большие затраты энергии максимальный энергетический выход озона на 1 кВт ч составляет 32 г.
Получение озона термическим методом возможно в двух случаях: либо при охлаждении нагретого до высокой температуры кислорода, либо при наличии резкой температурной границы, когда возможна диффузия атомов кислорода в зону низкой температуры [22,99].
Озон возможно получить путем применения электрических разрядов в воздухе. В тлеющем разряде при низких давлениях (25 мм. рт. ст.). Максимальный энергетический выход озона на 1 кВт ч достигает до 25 г [145].
Процесс получения озона происходит также и при коронных разрядах постоянного и переменного тока. Причем количественные данные, сильно отличаются друг от друга, что связано с конструктивными различными параметрами озонаторов и условиями проведения опытов. Энергетический выход озона из воздуха доходит до 23 г на 1 кВт ч [50, 73, 150, 162].
При использовании дугового разряда энергетический выход озона составляет до 12 г на 1 кВт ч [98]. Получение озона осуществляется за счет протекания реакции термического характера.
Электросинтез озона в барьерном разряде является основным методом получения озона в практических целях. При этом концентрация озона в основ -ном достигает до 1-3 кг озона в час [36, 65, 133].
Таким образом обработку воздушной среды в животноводческих и птицеводческих помещениях возможно осуществлять наиболее простыми способами - путем коронного или барьерного разрядов.
При коронном разряде в электроразрядных аэроионизаторах, для получения аэроионов, необходимо чтобы хотя бы один из электродов имел небольшой радиус кривизны (тонкая проволока, острие и т.п.). При достаточном напряжении на электроде с большей кривизной возникает электрический разряд в виде светящегося слоя, окружающего этот электрод.
Первый отечественный аэроионизатор, разработанный для технических целей, был изготовлен еще в 1925 г А.П.Соколовым и усовершенствован в качестве генератора аэроионов А.Л.Чижевским в 1931 году в виде электроэффлюви-альной люстры для животноводства и птицеводства (рис. 1.7.) [138]. Однако люстра Чижевского громоздка, неудобна в эксплуатации и неравномерно аэроио-низирует воздушную среду в помещении.
Вольт-амперные характеристики и схемы замещения коронно-разрядной электродной систем ы ионизатора-озонатора
Получение аэроионов и озона в воздушной среде животноводческих помещений возможно путем коронного разряда. Известно, что для создания коронного разряда необходимо, чтобы хотя бы один из электродов имел небольшой радиус кривизны (тонкая проволока, игольчатый электрод или острие и т.д.), на который подается напряжение, а второй электрод заземляется. Коронный разряд возникает при резко неоднородном электрическом поле с достаточной напряженностью разрядного промежутка.
Электрический разряд в виде светящегося слоя возникает при достаточном напряжении на коронирующем электроде. В области свечения происходит интенсивная ионизация и возбуждение молекул газа. Эта область разряда называется коронирующем слоем, а электродный промежуток между коронирующем слоем и заземленным электродом называется внешней областью короны.
Образование аэроионов воздуха можно осуществлять переменным напряжением. В этом случае происходит чередование положительной и отрицательной короны у электрода с большей кривизной. Вследствие большей кривизны одного или обоих электродов электрическое поле при коронном разряде становится неоднородным с достаточной напряженностью разрядного промежутка. (2.2) Если увеличивать расстояния г от электрода п напряженность будет уменьшаться. На близких расстояниях от коронирующего электрода гі, при малом радиусе кривизны, напряженность электрического поля Ei удовлетворяет условию ударной ионизации. Все процессы коронного разряда объясняются теорией электронных ларин [41, 54,92].
Положительные ионы лавины, возникшие в отрицательной короне, движутся к коронирующему электроду и при нейтрализации вырывают из катода множество электродов. Каждый из этих электронов вновь образует лавину за счет ударной ионизации, в которой происходит непрерывное лавинообразование -это и есть светящийся коронирующий слой. Фотоны излучаемые молекулами этого слоя, вызывают фотоэффект на катоде, а возникшие фотоэлектроны в среднем через 2-Ю5 столкновений с молекулами воздуха (за время 10 с) присоединяются к нейтральным молекулам кислорода или водяного пара, обладающими большим сродством с электроном, и образуют отрицательные аэроионы 0{ и НгО". Далее отрицательный заряд (аэроион) перемещается электрическим полем к собирающему электроду. При положительной короне процесс ударной ионизации аналогичен, но свободные электроны для вторичных лавин возникают в результате фотоионизации и ионизации при неупругом ударе возбужденных молекул второго рода, а не за счет фотоэффекта и ионно-электронной эмиссии, так как эти процессы невозможны из-за положительного потенциала короннрующего электрода. Во внешнюю область короны в данном случае перемещаются не отрицательные, а положительные аэроионы, в основном ионы 02++ N2+
Причем, при расчетах, следует учитывать рекомендуемые дозы аэроионизации (таблица 1.3 по А.Л. Чижевскому) для концентраций аэроионов в биологической зоне дыхания животных или птиц в зависимости от времени проведения сеанса. Одной из основных характеристик коронного разряда является вольт-амперная характеристика (ВАХ) - зависимость силы тока коронного разряда от приложенного к разрядной системе напряжения. С помощью ВАХ можно определить мощность, потребляемую коронным разрядом, регулировать технологические процессы в устройствах с коронным разрядом, количественно оценивать образование ионов в процессе ионизации воздушной среды, дать оценку эффективности применения различных коронирующих систем и т.д.
ВАХ зависит от геометрических параметров разрядной системы, температуры, давления, относительной влажности, газового состава окружающей среды и определяются экспериментально [84, 111]. Из (2.6.) следует, что вольт-амперная характеристика коронного ионизатора-озонатора нелинейная. На рис.2.3 показана вольт-амперная характеристика коронного ионизатора-озонатора локального типа. Пользуясь формулой (2.6) либо вольт-амперной характеристикой (рис.2.3) можно определить активное сопротивление R ионизатора-озонатора.
Приведенный выше анализ позволяет составить схему замещения коронно-разрядной системы ионизатора-озонатора локального типа (рис.2.4 а, б, в). Схема замещения (рис.2.4 а) при напряжениях меньше критического (LKU0, позволяет высоковольтный питающий кабель (соединенный с трансформатором имеющим схему замещения LR) и емкостную накладку (с элементами ионизатора) представить конденсатором Q,, который заряжается до амплитудного значения пульсирующего напряжения.
При достижении напряжения до значения, при котором начинается коронный разряд (U Uj), появляется активная составляющая тока. Схема замещения в этом случае (рис.2.4 б) выглядит, как конденсатор и параллельно включенный активный нелинейный резистор. Нелинейность активного сопротивления R, в основном обусловлена наличием коронного разряда в межэлектродном пространстве, значение которого зависит от напряжения и технологического режима работы ионизатора.
Кинетика образования воздушной ионно-озонной смеси в разрядных системах проточных ионизаторов-озонаторов
Проточным ионизатором-озонатором воздуха создается воздушная ионно-озонная смесь, используемая в животноводстве для дезодорации и дезинфекции помещений, в дезинфекционных камерах для прединкубационной обработки яиц и для других целей. Образование воздушной ионно-озонной смеси осуществляется с помощью коронно-разрядной и барьерно-разрядной электродных систем и вентилятора, осуществляющего подачу и распределения этой смеси в животноводческое помещение или в дезинфекционную камеру (рис.3.1а, б, в). Для выяснение общих закономерностей модели разрядных систем проточного ионизатора-озонатора нами предлагаются схемы представленные на рисунке 3.2, а, б. С помощью коронно-разрядной электродной системы происходит образование и движение аэроинов. Рисунок 3.2, а поясняет устройство и модель коронно-разрядной системы прибора. Эта модель удовлетворяет следующим условиям: - создание аэроионов осуществляется только в ограниченном слое воздуха (между коронирующим электродом (1) и приемным электродом (3)); . Схемы устройства и моделирования разрядных систем проточного ионизатора-озонатора. - зона коронного разряда (2) является граничной поверхностью координатной плоскости Х=0; - все параметры являются однородными в плоскостях, поперечных к оси X; - выдувание воздушной смеси из разрядной системы осуществляется при постоянной скорости вентилятора V0.
Таким образом, из приведенных выше формул можно осуществить рациональный выбор параметров модели, теоретический расчет поможет избежать излишнего увеличения мощности ионизирующей разрядной системы, что в режиме ц = 1 привело бы к усложнению конструкции. Кроме того, по времени т и скорости V можно вычислить необходимую длину ионизирующей системы ионизатора-озонатора.
Образование озона и его движение в потоке в проточном ионизаторе-озонаторе осуществляется барьерно-разрядной электродной системой. Схема (рис.3.26) поясняет модель этой системы, которая удовлетворяет условиям структуры разряда. Разрядный промежуток можно разбить на части: в тлеющем разряде область Х=0 (на поверхности диэлектрика (4) находящегося между электродами (3) и (5)) происходит интенсивное образование заряженных частиц - электронов и ионов; высота воздушного столба Н по оси Y являющегося проводником электрического тока, в котором осуществляется движение заряда и восполнение потерь заряженных частиц; движение воздушной смеси в разрядной системе осуществляется при постоянной скорости вентилятора Vo. Кинетические уравнения синтеза озона в озонаторах, которые наиболее приемлемы к проточным ионизаторам-озонаторам, изучались С.С.Васильевым, Н.И.Кобзевым, Е.Н.Еременым, Х.Беккером, Ю.В.Филипповым и другими [21,143]. Авторы [21], на основании химических реакций в электрических разрядах, предложили уравнение для синтеза разряда озона: (3.17) где К о - константа образования озона; К і - константа разложения озона. Уравнение (3.17.) отвечает нулевому либо первому порядку реакции разложения озона. То есть, решение уравнения зависит от физического смысла констант.
Методы и технические средства измерения концентраций ионов
Для эффективного использования искусственно ионизированного воздуха, необходимо определять безопасные и целебные концентрации отрицательно заряженных ионов. Определение концентраций аэроионов в воздушной среде осуществляется счетчиками аэроионов [124,126]. Принцип работы, которых основан на следующих методах регистрации аэроионов: - счетчики импульсного метода, обладающие большой разряжающей способностью, спектр измерения аэроионов этих приборов, ограничен областью легких и средних аэроионов; - счетчики аспирационного метода более универсальны, в измерительном конденсаторе из исследуемого воздуха, продуваемого с помощью вентилятора, по на изолированном электроде осаждаются все аэроионы, имеющие подвижность, большую некоторой заданной; - спектрометры ионов аспираторного метода - приборы для определения концентрации ионов и заряженных взвешенных частиц, совместно падающих в аспираторный конденсатор. - счетчики, использующие метод открытого коллектора для получения приближенных данных. Таким образом, счетчики аэроионов можно разделить на две группы по принципу работы: счетчики, работающие по принципу заряжения, и счетчики, работающие по принципу разряжения. В таблице 4.1 представлены наиболее распространенные счетчики аэроионов и их характеристики.
Приведенные в таблице 4.1 счетчики аэроионов обладают недостатками: массивностью, габаритными размерами, длительностью измерения и отсутствием технологической связи с биологическим объектом в производственных условиях. Эти недостатки в значительной степени решаются, если использовать конструкцию аппаратно-программного комплекса измерения концентрации аэроионов биотехнической системы терапевтического назначения (рис.4.1а) [119,120], которая состоит из: аэроионного генератора, среды воздействия (воздушной ионной смеси), биологического объекта и цепи обратной связи. Задаваясь при проектировании ионизатора типом и концентрацией аэроионов, получаем единственный варьируемый параметр - концентрацию, которая и является параметром воздействия на биологический объект.
Сигнал с блока аналоговой обработки с помощью аналогово-цифрового адаптера преобразуется в цифровую форму и через последовательный порт поступает в ПЭВМ, в которой имеется соответствующее программное обеспечение для обработки цифровой фильтрации сигнала, вычисления необходимых значений (скорости и концентрации аэроионов), отображение на дисплей и записи на жесткий диск принятых данных.
Структурная схема Т-8401, поясняющая взаимосвязь всех функциональных блоков, приведена на рис.4.2. В универсальном переносном счетчике аэроионов применен аспирационный метод измерения аэроионов. Регистрации аэроионов, осаждаемых электрическим полем в аспирационном ИК счетчике (7) из объема воздуха проходящего через него с заданной объемной скоростью. Границы диапазонов электрической подвижности регистрируемых ионов определяются значением расхода воздуха и значениями задающих напряжений, подаваемых на внутреннюю обкладку ИК. Вентилятор (8), насажанный на вал коллекторного электродвигателя с центробежным регулятором, что обеспечивает постоянство оборотов, служит для просасывания воздуха. К выходу стабилизатора (4), снабженного делителем напряжения подключена внутренняя обкладка ИК. Внешняя обкладка тщательно изолирована и соединена со входом электрометра (3), который измеряет ток, протекающий от внешней обкладки на землю. Этот ток пропорционален условной концентрации аэроионов [95].
Структурная схема счетчика аэроионов Т - 8401:1 - делитель высокого напряжения; 2 - переключатель пределов электрометра; 3 - электрометрический усилитель; 4 - стабилизатор задающего напряжения; 5 — схема блокировки; 6 - источник питания и сетевой фильтр; 7 - измерительный конденсатор; 8 - воздуходувка; 9 - устройство коммутации; 10 - регистратор. В качестве ионизатора воздуха использовался импульсный аэроионизатор, с максимальным напряжением на игольчатом ионизирующем электроде - 50 кВ.
Применяя рассматриваемый метод измерения концентрации аэроионов, удалось снизить время измерения до нескольких секунд. Это позволило регистрировать легкие аэроионы, время жизни которых составляет несколько десятков секунд. Процедура измерения по сравнению с другими счетчиками существенно упростилась, что позволяет работать со счетчиком без специальной подготовки.
Использование персонального компьютера в системе регистрации аэроионов дает возможность проводить ретроспективный анализ и статистическую обработку полученных данных, а также облегчает контроль концентрации аэроионов при проведении терапевтического воздействия, что позволяет оператору (ветврачу) более эффективно проводить курс лечения, управляя процессом ионизации, находясь за одним пультом управления.
Для аэроионотерапии параметрами воздействия являются: знак, спектральный состав и концентрация аэроионов. Наиболее полезными для организма и оказывающими лечебный и профилактический эффект являются легкие аэроионы отрицательной полярности. Таким образом, задаваясь изначально при проектировании ионизатора типом аэроионов и концентрацией получают эффективные параметры воздействия на биологический объект.
