Генератори озону на жевріючому розряді атмосферного тиску та деякі аспекти їх використання - Автореферат

Екологічні проблеми, проблеми зберігання сільськогосподарської продукції та питання забезпечення населення питною водою, безпечною у санітарно-гігієнічному та токсикологічному відношенні дуже гостро стоять в Україні. Відомо, що озонатори можуть бути використані при обробці сільськогосподарських та харчових продуктів з метою знешкодження фітопатагенної мікрофлори завдяки зниженню загального обсеменіння поверхні, а також для боротьби із шкідниками запасів зернових культур та насіння. Дослідження, які склали зміст дисертації виконано у межах Національної програми України “Критичні технології”, яка затверджена Постановою Кабінету Міністрів № 310 від 16.05.94 р., "Програми державної підтримки міжнародного співробітництва у сфері високих та критичних технологій", яка затверджена наказом Міністерства з питань Науки та Технологій №72 від 17.03.97 р. та "Програми робіт по атомній науці та техніці" яка затверджена наказом Міністерства з питань Науки та Технологій №274 від 23.09.97 р. Для забезпечення ефективної наробки озону у генераторах на жевріючому розряді атмосферного тиску запропоновано спеціальну форму електродів плазмохімічного реактору синтезу озону, експериментально досліджено матеріали електродів та запропоновано найбільш перспективні для довгострокової роботи плазмохімічного реактору. Вперше досліджено та оптимізовано геометричні розміри електродів і відстань між електродами у плазмохімічному реакторі синтезу озону на жевріючому розряді атмосферного тиску.

За темою дисертації опубліковано 14 робіт. З них 6 статей у фахових виданнях.

Структура дисертації.

Дисертація викладена на 135 сторінках машинописного тексту та складається із вступу, чотирьох розділів, висновків і семи додатків та містить 32 рисунки і 5 таблиць. Бібліографія складає 92 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі показана актуальність теми дисертаційної роботи, формулюється її мета, викладено план дисертації та приведено основні результати виконаних досліджень.

У першому розділі ”Огляд літературних даних” подано огляд літературних даних по фізико-хімічним властивостям озону, опис деяких конструкцій генераторів синтезу озону провідних фірм, напрямки і перспективи розвитку озонаторів та озонових технологій.

У результаті інформаційного пошуку було встановлено, що розробка озонаторів проводиться у напрямку підвищення продуктивності та зниження енерговитрат на синтез озоноповітряної або озоно-кисневої суміші, удосконалення технологій їх використання та підвищення надійності роботи. Головними напрямками удосконалення стандартних озонаторів є вибір матеріалу діелектричного барєру, перехід на підвищену частоту змінної напруги (3-5 КГЦ). Аналіз джерел інформації дозволив зробити висновок, що жевріючий розряд для промислових озонаторних пристроїв не використовується. Це дає можливість зробити попередні висновки про охороноздатність теми та можливість її виконання на рівні винаходу.

У другому розділі ”Дослідження фізичних процесів у плазмохімічному реакторі на жевріючому розряді атмосферного тиску” наведені результати дослідження фізичних процесів у генераторах синтезу озону на жевріючому розряді атмосферного тиску. Подано обгрунтування вибору типу електричного розряду, що є найбільш ефективним для генерації озону. Проведено оптимізацію форми та матеріалу електродів плазмохімічних реакторів. Оптимізовано геометрію плазмохімічного реактору. Вивчено електродинамічні характеристики плазмохімічних реакторів. Вивчено спектри випромінювання жевріючого розряду у повітрі при атмосферному тиску.

Підвищений інтерес до фізики електричного розряду у кисні та його сумішах повязаний з пошуком шляхів збільшення ефективності озонаторів. Теоретичні розробки та експериментальні дослідження вказують на те, що ефективність синтезу озону в умовах обємного самостійного розряду атмосферного тиску значно вища, ніж у класичному барєрному розряді. Це зумовлено тим, що в умовах низькотемпературної нерівноважної плазми, коли середня енергія електронів, як правило, на порядок та більше перевищує теплову енергію, завдяки збудженню коливальних ступенів свободи молекул, є можливість прискорення хімічних реакцій, залишаючи газ холодним, що значно зменшує витрати енергії на вихід кінцевого продукту реакції.

Серед усього різноманіття видів газових розрядів, жевріючий розряд відзначається легкістю створення сильно нерівноважного стану слабоіонізованого газу, з великим відривом електронної температури Te від температури газу Tg ( Те>>Tg). Ця властивість повязана з наявністю достатньо високої напруженості електричного поля Е у розрядному проміжку, що забезпечує необхідну іонізацію газу, тобто створюється достатня кількість електронів з ефективною енергією, необхідною для збудження та іонізації газової суміші. Типове значення приведеного електричного поля E/N у розрядному проміжку жевріючого розряду становить 10?100 Td (де E - напруженість поля у розрядному проміжку, N - середня густина часток фонового газу, 1 Td приблизно дорівнює 10-17 В·см2). Для реалізації такої високої приведеної напруженості електричного поля було запропоновано використовувати електродну систему типу ”голка-площина” та високошвидкісну прокачку газової суміші.

Оскільки, характерна енергія електронів складає 3 ? 10 ЕВ, то для набору такої енергії e електрону необхідно пройти в електричному полі Е відстань l = e/(e·E). Довжина l має назву енергетична довжина пробігу електрона (середня довжина пробігу електрона в електричному полі Е), на відміну від транспортної довжини пробігу l, тобто середньої довжини пробігу електрона по відношенню до релаксації імпульсу. При e·E·l = Tg вони звязані співвідношенням l=l/Od (де d=2·m/M, m - маса електрона, М- маса молекули), з якого випливає, що у реальних умовах низькотемпературної нерівноважної плазми звичайно виконується умова l << l.

Це співвідношення відбиває той факт, що жевріючий розряд звичайно реалізовувався в розріджених газах, коли транспортна довжина вільного пробігу електронів велика і електрон має час, щоб набрати енергію e*, яка необхідна для іонізації газу. При атмосферному тиску наявність інтенсивних зіткнень з частотою n=N·s·ve порядку 1011 с-1 та мала транспортна довжина пробігу електрона l = (N·s)-1 (де s - транспортний перетин розсіювання), потребує достатньо високої напруженості електричного поля E>104 В/см для набору електроном характерної енергії e* » e·(s·Od)-1 ·E/N.

Жевріючий розряд при сталій напрузі, який характеризується поширенням іонізації на увесь проміжок, дозволяє одержувати великі обєми слабоіонізованого газу при атмосферному тиску. У цьому розряді можливо утворення у великих кількостях атомарного кисну. Поблизу електродів розташовано так званий приелектродний шар, в якому відбувається основне падіння потенціалу. Тут у сильному електричному полі відбувається прискорення та розмноження електронів, а квазінейтральна плазма ще не сформована.

Позитивний стовп у жевріючому розряді являє собою квазінейтральну плазму, яка займає майже увесь розрядний проміжок. Ця область характеризується високою електричною провідністю та сильною нерівноважністю плазми. Ступінь нерівноважності плазми характеризується відношенням температури електронів Те до температури газу Tg. У слабоіонізованій плазмі взаємодію електронів з іонами можна не брати до уваги. Слід відзначити, що саме ці умови необхідні, коли для ефективного проведення хімічних реакцій потрібна висока заселеність коливальних рівнів молекул, тобто коли при коливальному збудженні молекул різко зростає швидкість протікання хімічних реакцій завдяки значному зниженню енергії активації.

Слід відзначити також, що у жевріючому розряді нароблюється на порядок менше окислів азоту, ніж у барєрному розряді, тому озоноповітряна суміш, яка синтезується у жевріючому розряді є екологічно чистою.

При значних енерговкладах у розряд відбувається сильний розігрів газу та створення привабливих умов для розвитку нестійкостей. Для подавлення теплових нестійкостей та зменшення терморозложення озону необхідно підтримувати оптимальну температуру газу (не більш Топт = 400 С). Збільшення довжини розрядного проміжку з метою збільшення концентрації озону не дає бажаного результату, тому що у цьому випадку має місце сильний розігрів газу вниз по потоку і, як наслідок, зменшення концентрації озону. Приймаючи це до уваги було розраховано оптимальну довжину розряду L, яка визначається найбільшим значенням енерговклада : L = (Топт - Tg)cg·rg·vg / де cg - питома теплоємкість, rg - густина, vg- швидкість газу, j - густина струму.

Було досліджено вплив геометричних параметрів плазмохімічного реактору (довжина розрядної зони, відстань між анодом та катодом, відстань між електродами аноду, кут наклону електродів аноду) на струм у розряді, та потужність, яка введена у розряд.

Відомо, що в умовах жевріючого розряду у повітрі нароблюється дуже багато хімічно активних речовин, які руйнують та отруюють матеріал електродів. Тому, вибір матеріалів електродів грає дуже важливу роль для довгострокової стабільної роботи плазмохімічного реактору. У наших дослідженнях ми звертали особливу увагу на одержання максимального розрядного струму з однієї чарунки секційованого електрода і на розширення діапазону стабільного горіння розряду (тобто різницю між напругою переходу в іскровий розряд та напругою запалювання жевріючого розряду). При всіх однакових умовах експерименту розрядний струм залежав від матеріалу електрода. Це пояснюється відміною емісійних властивостей поверхні електродів, які виконано з різних матеріалів. При атмосферному тиску на поверхні електродів легко утворюється плівка оксидів, яка є діелектриком та має більш високий коефіцієнт емісії, ніж метал.

Для вивчення впливу матеріалів електродів на умови горіння жевріючого розряду високого тиску було спроектовано та створено секційований легкозємний анодний модуль для плазмохімічного реактора, який легко дозволяв змінювати матеріал, з якого були виготовлені голчаті електроди.

На основі проведених експериментів можна зробити висновок про те, що найбільш перспективними матеріалами для виготовлення аноду плазмохімічних реакторів є сталь Х18Н10Т, W, Mo, Ті.

Фізичні умови горіння жевріючого розряду атмосферного тиску сильно залежать як від матеріалу електродів, так і від геометричних параметрів плазмохімічного реактору. Проявлення різних механізмів горіння розряду виявляється у різномаїтті форм горіння розряду, тобто у можливості існування стабільного горіння жевріючого розряду, та різній напрузі переходу жевріючого розряду в іскрову форму з ростом струму. При цьому, при переході в іскрову форму розряд контрагується, на розряді падає напруга, розряд перестає бути обємним і займає вузьку ділянку у просторі. В іскрі відбувається сильний розігрів газу, зменшується ступінь нерівноважності та порушуються оптимальні умови синтезу озону.

Всі ці прояви зазнають сильну залежність від геометричних параметрів плазмохімічного реактору: а) розмірів голчатих електродів;

б) відстані між голчатим електродом та протилежним електродом;

в) кроку між голчатими електродами.

Залежність від впливу розмірів голчатого електрода повязана з необхідністю створення у міжелектродному просторі напруженості поля, яка достатня для іонізації газу і підтримки оптимального значення параметра E/N.

Були проведені дослідження з голчатими електродами різного розміру, зробленими з молібдену, вольфраму, міді та титану.

Для кроку між голчатими електродами: 8 мм, 12 мм, 15 мм і діаметрів 0.1мм, 0.5 мм, 1 мм, 2 мм були одержані наступні дані. Для діаметра 0.1 мм практично не вдавалося стійко запалювати жевріючий розряд. Розряд практично зразу переходив в іскрову форму. Це саме спостерігається і для електродів діаметром 2 мм. Хоча іскровий пробій відбувається при більш високих прикладених напругах. Для діаметрів електродів 0,2?0,7 мм має місце стійке горіння розряду та ефективна наробка озону.

Якісно така картина пояснюється так. Для іонізації міжелектродного проміжку необхідно певне значення параметру E/N. Для голчатих електродів напруженість поля можна оцінити як E ? U/d (де d - характерний розмір голки). Проте, при малих d напруженість поля сильно зростає і відбувається інтенсивна іонізація поблизу електроду. Електрони виходять з приелектродної області за рахунок дрейфу. Але при достатній ступені іонізації за рахунок меншої рухомості іони не встигають дрейфувати за електронами і відбувається накопичення заряду та екранування електрода. Тому, замість d у співвідношенні для напруженості поля необхідно підставити dеф. - ефективний розмір електрода, який визначається із розгляду балансу приходу електронів за рахунок іонізації та виходу у результаті дрейфу. В наслідок того, що dеф. > d, то у результаті у міжелектродному проміжку буде знижена напруженість поля і, тому, значення E/N не достатньо для підтримання жевріючого розряду. Разом з тим, стікання накопленого заряду приводить до іскрового пробою розрядного проміжку. Для діаметра електродів 2 мм фізична картина розряду інша. Ефективна напруженість електричного поля визначається вже не розміром голчатого електрода, а міжелектродним проміжком: Е = U/h (де h - проміжок між електродами для геометрії “голка - площина”) та вона не достатня для ефективної іонізації. Тому, для запалювання розряду необхідно прикладати більш високу напругу чи знижувати тиск газу, щоб значення параметра Е/N відповідало середній енергії електрона більш ніж кілька ЕВ, тому відбувається іскровий пробій проміжку і фаза жевріючого розряду не настає.

Розташування голчатих електродів відносно площини та шаг між електродами (а) обумовлює геометрію поля в розрядному проміжку. При великому кроці між голчатими електродами їх взаємовплив виявляється слабо і поле в околиці кожного голчатого електрода відповідає полю для геометрії електродної системи “голка - площина”. При зменшенні шагу між голчатими електродами їх взаємовплив зростає і напруженість поля біля голчатого електрода слабне та наближається до напруженості поля для геометрії електродної системи “гофр - площина”. В результаті експериментальних досліджень було встановлено, що для стабільного горіння розряду необхідно виконання умови а»h (де h - міжелектродний проміжок). Для умов атмосферного тиску у розрядному проміжку відстань між голками аноду повинна бути у межах 8?15 мм, а відстань між електродами - у межах 10?15 мм.

Таким чином показано, що конструктивні особливості плазмохімічного реактору та спеціальний вибір матеріалів електродів дозволили досягти стабільної довгострокової роботи озонатора.

Для експериментальних досліджень електродинамічних характеристик плазмохімічних реакторів були розроблені та виготовлені дві моделі реакторних камер на основі системи електродів “ голка-площина”. Ці реактори відрізнялись характером руху газового потоку і призначались для створення високої та низької концентрації озону.

При малих токах та низькій швидкості газового потоку vg < 1 м/с газовий розряд у нашій розрядній геометрії існує у вигляді коронного розряду з позитивним зарядом в обємі. При цьому струм корони визначається емпіричною залежністю I = А*Uk·(U - Uk), де -А - коефіцієнт пропорційності, який залежить від складу газу та геометрії розряду, U - напруга на електродах, Uk - напруга запалення розряду корони.

Встановлено, що при малих швидкостях продування газу стадія жевріючого розряду не реалізується, а коронний розряд зразу переходить в іскровий. При більш високих швидкостях газового потоку (10 м/с та більше), реалізується фаза жевріючого розряду.

Ділянка вольтамперної характеристики, яка відповідає жевріючому розряду, описується не квадратичною, як у випадку коронного розряду, а експоненційною залежністю і його емпіричний вираз має вигляд: I = I0·exp(K·(U - U0)) де I0 - значення струму при переході від коронного розряду у жевріючий, К - коефіцієнт, що залежить від характеристик розряду, U0 - напруга переходу від коронної форми розряду у жевріючу.

Відомо, що наробка активних часток у розряді залежить від електродинамічних характеристик плазмохімічного реактору. Враховуючи, що вольтамперні характеристики жевріючого розряду мають зростаючий характер, тобто із збільшенням напруги зростає і струм, опір плазми з підвищенням струму зменшується. Отже, густина електронів зростає, а пропорційно густині електронів зростає і кількість активних радикалів, що напрацьовуються, у тому числі і озону.

Було встановлено, що при підвищенні тиску повітря усередині реактору, відбувається зміщення робочої ділянки вольтамперної характеристики озонатору в область більш високих значень напруги. При цьому, характеристики реактору якісно не змінюються.

Встановлено експериментальну залежність концентрації озону від прикладеної потужності. Для швидкості газового потоку більш ніж 5 м/с отримана прямопропорційна залежність концентрації від вкладеної питомої потужності в розряд для фіксованого розрядного проміжку n= aw (де n - концентрація озону, 1/a - потужність, яка необхідна для виробництва 1 г озону за годину, w = W/G - питома потужність розряду, W - вкладена в розряд потужність, G - витрати газу через розрядний проміжок). Також була отримана залежність концентрації озону від питомої потужності при малих швидкостях газового продуву (менш ніж 0.5 м/с). Залежність концентрації озону n від питомого енерговкладу w, який вкладено у розряд при різних витратах газу Q подано наступною формулою n=n0·(1-exp(-a/n0*w)), де n0 - концентрація насичення. Було встановлено, що кількість витраченої потужності для виробництва 1г O3 зменшується із зменшенням міжелектродного проміжку. Так, при роботі з атмосферним повітрям, для проміжку шириною h=15 мм коефіцієнт 1/a становить 16 Вт/г O3 , а для h=8мм - 1/a=10 Вт/г О3 . Концентрація озону реєструвалась по поглинанню ультрафіолетового випромінювання на довжині хвилі 253,7 нм та змінювалась від 0 до 13 г/м3. Для обробки експериментальних даних була створена математична програма. Обчислювались концентрація озону, ефективність наробки озону.

Під час іспитів повітря в реактор подавалось шестиренчатим компресором, який обертався електродвигуном постійного струму. Це давало можливість забезпечити плавне регулювання витрати повітря через реактор у широкому діапазоні (0?1,5 м3/хвил.). На кожному режимі реактор працював по 8 годин. Вимірювання проводились через кожну годину роботи та брались середні значення величин, що вимірюються.

В обємному самостійному розряді складаються умови для ефективної дисоціації молекулярного кисню та наробки хімічно активних радикалів О, О3 у всьому обємі розрядної області, а не тільки в маленькій області стримерів, що суттєво підвищує продуктивність установок по синтезу озону.

В обємному жевріючому розряді створюються умови, при яких відбувається поступова накачка коливальних ступенів свободи молекул кисню та подальша їх дисоціація як за рахунок зіткнення таких сильно збуджених молекул з третіми тілами, так і за рахунок дисоціації, яка виникає при зіткненні з низько енергетичними електронами. Це створює умови для ефективної дисоціації молекулярного кисню і наробки озону (О3) у всьому обємі розрядної області. Це зменшує витрати енергії на утворення озону та істотно підвищує продуктивність генераторів озону на жевріючому розряді.

Дисоціація молекулярного кисню відбувається, в основному, з двох електронних рівнів В3Su- (6.09 ЭВ) и А3Su (4.9 ЭВ), з подальшим утворенням озону у результаті тричасткової рекомбінації з характерним часом утворення озону 10 мс та енерговитратами на утворення озону 3.0 и 4.2 ЭВ/О3 (теоретична продуктивність озонатора для цих випадків становить 700 и 500 г/КВТ*год, відповідно).

Дослідження спектрів випромінювання жевріючого розряду атмосферного тиску проводилися на стенді, який складався із дифракційного монохроматора МДР-12У, високовольтного блоку живлення, блоку регістраційних пристроїв та плазмохімічного реактору, в якому запалювався розряд.

У результаті було одержано лінії спектру випромінювання жевріючого розряду у повітрі при тиску 1 атм. у видимій та ультрафіолетовій областях (190 нм?590 нм). Аналіз ліній спектру дозволив ідентифікувати спектральні лінії, що випромінювалися, зокрема ідентифіковано лінії другої позитивної системи азоту

II ( N2(С3Пu)® N2(B3Пg)), система (g-

Ідентифікація спектральних ліній показує, що у розрядному проміжку присутні збуджені молекули з енергією збуджених станів »12ЕВ ( ), а можливо і з ще більшими енергіями »13ЕВ. Зрівнювання експериментальних результатів та розрахунків говорить про значну заселеність коливально-збуджених рівнів молекулярного азоту. Тому існує енергетично дозволений механізм резонансної передачі коливальної енергії азоту беспосередньо у стан кисню (термін життя-10-3 с, енергія рівня-0,98 ЕВ), з наступною дисоціацією молекули кисню на два атоми. Для молекул азоту при температурі електронів =1-3 ЕВ основна доля розрядного енерговкладу зосереджується безпосередньо на збудженні коливальних ступенів свободи основного електронного стану. Тобто, поряд з переводом молекул кисню у метастабільний стан електронним ударом, можливий канал резонансної передачі енергії у цей стан від коливально-збуджених молекул азоту, тобто азот є “буфер” для передачі енергії розряду у кисень. Цей факт було підтверджено експериментально під час вимірювання концентрації озону на виході плазмохімічного реактору при подачі на його вхід повітря та чистого кисню. При цьому, концентрація озону збільшилася приблизно у 2 рази, хоча вміст кисню збільшився у 5 разів.

У третьому розділі ”Описання озонаторних установок на жевріючому розряді атмосферного тиску продуктивністю 10 г та 300 г озону на годину” наведено характеристики та дано описання спроектованих та виготовлених промислово-експериментальних озонаторних установок продуктивністю 10 г та 300 г озону на годину, які передбачається використовувати для потреб сільського господарства, очистки, обеззаражування і дезодорації води та повітря, переробки і зберігання сільськогосподарської продукції та таке інше.

Наведено блок-схему озонатора продуктивністю 10 г озону на годину, дано описання основних технологічних систем.

Особливу увагу приділено системі високовольтного живлення, на яку одержано патент України. У состав джерела живлення входять плата перетворювача та плата управління. Можливо підключення плати таймера та плати індикації.

Плата перетворювача зібрана за схемою напівмостового резонансного інвертора. Така схема дозволяє реалізувати джерело живлення на потужності до 500 Вт. До її переваг можна віднести те, що у первинній обмотці силового трансформатора відсутня постійна складова.

Новизною запропонованого рішення є те, що під підвищуючою обмоткою силового трансформатора намотана додаткова обмотка, яка разом з конденсатором, який включено їй паралельно, утворює коливальний контур. Коливання резонансної частоти утворюються у первинному контурі, який складається з первинної обмотки трансформатора і додаткової обмотки, а потім резонансно передаються у вторинну підвищуючу обмотку трансформатора, з якого потужність через каскадний множувач висока напруга до 20 КВ при струмі у навантаженні до 25 МА поступає на реактор синтезу озону. Коефіцієнт корисної дії системи складає більш ніж 90 %.

Далі наведено описання основних блоків та систем, які входять до озонаторної установки продуктивністю 300 г озону на годину. Наведено структурну схему системи високовольтного живлення та дано її основні технічні характеристики.

Головні техніко-економічні показники озонаторної установки на 300 г О3/год: - робочий газ - повітря

- продуктивність по озону, г/год - до 300

- масова концентрація озону, мг/м3 - до 1000

- витрати води на охолодження, м3/год - немає

- споживча потужність, не більш, КВТ - 5

- напруга живлення, В - 220/380

- продуктивність компресорної установки, куб. м/год - до 300

- різниця тиску, КПА - 25-30

- напрацювання на відмову, не менше, год. - 5000

- режим роботи - безперервний

До складу озонаторної установки входять окремі функціональні блоки, які повязані між собою у технологічну схему (Рис. 1).

Рис. 1. Блок-схема озонаторної установки

У четвертому розділі ”Деякі аспекти використання озонаторів” наведено стислий огляд деяких прикладів використання озонаторів на жевріючому розряді атмосферного тиску.

Важливою характерною рисою застосування озону є багатофункціональність його дії: це i дезинфекція, i покращення якості повітря приміщень.

Озонування води дає можливість забезпечити максимальну глибину окислення органічних сполук до нетоксичних речовин, біологічно сумісних з оточуючим середовищем.

Відомо, що озонатори можуть бути використані при обробці овочів, фруктів та інших сільськогосподарських та харчових продуктів з метою знешкодження фітопатагенної мікрофлори завдяки зниженню загального обсіменіння поверхні овочів та фруктів.

На протязі кількох років нами проводяться роботи по застосуванню розроблених нами озонаторів на жевріючому розряді атмосферного тиску та вивченню впливу озоноповітряної суміші на сільськогосподарські культури з метою поліпшення якості насіннєвого матеріалу та збільшення врожаю. У процесі досліджень вивчався не тільки вплив озону на схожість та силу життя насіння, але і на знешкодження хвороботворних мікроорганізмів при різних умовах обробки насіння та терміну їх обробки.

Спільно з фахівцями Селекційно-генетичного інституту УААН (м. Одеса) були проведені скрінінг-дослідження по вивченню можливості застосування розроблених нами озонаторів на жевріючому розряді для боротьби з комахами (шкідниками запасів сільськогосподарської продукції) і для захисту овочів і фруктів від мікробних патогенів при зберіганні.

Спільно з фахівцями Інституту рослинництва ім. В.Я. Юрєва (м. Харків) були проведені лабораторні дослідження застосування розроблених нами озонаторів на жевріючому розряді для знищення шкідників елітного посівного матеріалу.

Дуже задовільні результати дає обробка, за допомогою розроблених нами озонаторів на жевріючому розряді, приміщень птахоферм та тваринницьких комплексів.

Також нами були проведені дослідження по знезараженню та доочищенню поверхневих природних вод (річка, ставок) озоноповітряною сумішшю за допомогою розроблених нами озонаторів на жевріючому розряді. В результаті проведених досліджень можна зробити висновок про високу ефективність знезараження поверхневих природних вод. синтез озон електродинамічний плазмохімічний

Висновки

Теоретично обгрунтовано та перевірено експериментально можливість і високу ефективність генерації озону у генераторах на жевріючому розряді атмосферного тиску при використанні електродної системи “голка-площина” з позитивним потенціалом на голці та приведеній напруженості електричного поля E/N~70?100 Td, при енерговкладі 5?50 МДЖ/см3, з енергозатратами 12?15 Вт/ГО3 безпосередньо з атмосферного повітря без застосування попереднього його сушіння.

2. Показано, що вольфрам, молібден, титан та нержавіюча сталь є найбільш стійкими та надійно працюючими матеріалами для електродів реактора синтезу озону.

3. Показано, що коаксіальна геометрія плазмохімічного реактора синтезу озону при діаметрі голок у межах 0,2?0,7 мм, відстані між голками у межах 8?15 мм, та відстані між електродами у межах 10?15 мм забезпечує підвищену стійкість газового розряду.

4. Показано, що у реакторі синтезу озону на жевріючому розряді концентрація і продуктивність по озону прямо пропорційні потужності, яка вкладена у розряд.

5. Запропоновано і розроблено систему живлення генераторів озону на основі резонансного інвертора з коефіцієнтом корисної дії більш ніж 90% при напрузі до 20 КВ та стумі у навантаження до 25 МА.

6. Створено озонаторні установки з використанням жевріючого розряду продуктивністю 10 г та 300 г озону на годину.

7. Розроблено та досліджено деякі напрямки використання генераторів синтезу озону на жевріючому розряді у сільському господарстві, водопідготовці та харчовій промисловості.

У додатку А наведено характеристики озонаторів різних провідних фірм.

У додатку Б наведено експериментальні дані по вивченню електродинамічних характеристик реактора озону на жевріючому розряді атмосферного тиску.

У додатку В наведено результати випробувань плазмохімічного реактора синтезу озону на жевріючому розряді атмосферного тиску.

У додатку Г наведено основні кінетичні реакції у жевріючому розряді у повітрі.

У додатку Д наведено лінії спектра випромінювання жевріючого розряду.

У додатку Е наведено перелік державних стандартів, технічних умов та інші документи, які було використано при розробці озонаторів.

У додатку Ж наведено перелік актів з результатами проведених досліджень по використанню озонаторів на жевріючому розряді.

Список праць, опублікованих здобувачем за темою дисертації

1. Бруєв О.А., Голота В.І., Карась В.Г., Мухін В.В., Пащенко І.А., Таран Г.В., Шило С.М. Дослідження плазмохімічних реакторів синтезу озону на жевріючому розряді атмосферного тиску // Український фізичний журнал. - 1998. Т. 43, № 9. - С. 1187-1189.

2. Автором проведені дослідження по вивченню ефективності наробки озону при додатній та відємній напрузі на голчатому електроді.

3. Демченко П.А., Ковальчук И.К., Митроченко В.В., Таллер Е.Г., Таран Г.В., Шулика Н.Г., Яшин П.А. Экспериментальное исследование динамики протонов в ускорителе с переменно-фазовой фокусировкой // Вопросы атомной науки и техники. Сер. техника физического эксперимента. - 1985. №3(24). - С. 28-31.

4. Автором запропоновано системи вимірюванню току та напруги у пучках часток та у плазмових згустках, які було покладено в основу при розробці диагностичних систем у високовольтних джерелах живлення.

5. Таллер Е.Г., Таран Г.В., Хайло В.Д., Чернецкий К.В. Генератор высоковольтных импульсов со стабильной вершиной // Вопросы атомной науки и техники. Сер. техника физического эксперимента. - 1987. № 4(35). - С. 59-60

6. Автором запропоновано систему стабілізації високовольтної напруги, яка використовується в системах живлення озонаторів продуктивністю 300 г О3/год.

7. Голота В.И., Карась В.И., Пащенко И.А., Таран Г.В., Шило С.Н., Кочетов И.В., Напартович А.П., Александров Н. Л. Исследования генерации озона в бегущем объемном разряде при атмосферном давлении // Вопросы атомной науки и техники. Сер. плазменная электроника и новые методы ускорения. - 1998. - № 1. - С. 60-64.

8. Автором запропоновано механізм переносу заряду у системі голка-площина при сталій напрузі на голках.

9. Голота В.И., Карась В.И., Пащенко И.А., Таран Г.В., Шило С.Н. Экспериментальные исследования электродинамических и газодинамических характеристик химических реакторов различных конструкций с различной формой электродов из разных материалов // Вопросы атомной науки и техники. Сер. плазменная электроника и новые методы ускорения. - 1998. - № 1. - С. 65-66.

10. Автором запропоновано матеріали аноду плазмохімічних реакторів, найбільш стійких в агресивних середовищах.

11. Голота В.И., Карась В.И., Пащенко И.А., Таран Г.В., Шило С.Н. Исследования электродинамических и газодинамических характеристик плазмохимических реакторов // Вопросы атомной науки и техники. Сер. плазменная электроника и новые методы ускорения. - 1998. - № 1. - С. 67.

12. Автором проводилися вимірювання концентрації озону при різній полярності прикладеної напруги, для різних потужностей у розряді.

13. А.с. 1560017 СССР, МКИ Н 02 М 7/10. Стабилизированный преобразователь напряжения / Таллер Е.Г., Таран Г.В., Хайло В.Д. (СССР). - №4364050/24; Заявлено 14.01.1988; - 3 с.

14. Автором запропоновано схему імпульсної стабілізації високої напруги.

15. Патент 23187 А України, МКІ С 01 13/11. Джерело живлення генератора озону / Бережний С.М., Голота В.І., Мухін В.В., Таран Г.В. (Україна); Заявл. 20.08.96; Опубл. 19.05.98. - 2 с.

16. Автором запропоновано систему живлення генераторів озону на основі резонансного інвертора.

17. Antonov V.A., Bruev A.A., Golota V.I., Mukhin V.., Pashchenko I.A., Taran G.V., Shilo S.N. Glow investigations of high-pressure discharge with high-speed pumping // 23rd European physical society conference on controlled fusion and plasma physics. - Kiev (Ukraine). - 1996, June 24-28. - Р. j030.

18. Автором проводились вимірювання спектрів випромінювання жевріючого розряду у видимій та ультрафіолетовій областях.

19. Antonov V.A., Bruev A.A., Golota V.I., Mukhin V.V., Pashchenko I.A., Shilo S.N., Taran G.V. Ozone generation in high-pressure glow discharge with high-speed pumping // 3rd International conference on reactive plasmas and 14th Symposium on plasma processing. - Nara (Japan). - 1997, January 21-24. - Р. 204.

20. Автором проводились вимірювання вольтамперних характеристик жевріючого розряду при атмосферному тиску.

21. Karas’ V.I., Golota V.I., Taran G.V., Shilo S.N., Paschenko I.A. Experimental studies into electrodynamic and gas-dynamic characteristics of chemical reactors of different designs with variously shaped electrodes made of different materials // 14 - th European conference on the atomic and molecular physics of ionised gases. - Malahide (Ireland). - 1998, August 26-29. - Р. 244-245.

22. Автором проводились дослідження стійкості різних металів, з яких виготовлено анод плазмохімічного реактору в озоно-повітряному середовищі.

23. Karas’ V.I., Golota V.I., Taran G.V., Shilo S.N., Paschenko I.A. Investigation of electrodynamic and gas-dynamic characteristics of plasmachemical reactors // 14 - th European conference on the atomic and molecular physics of ionised gases. - Malahide (Ireland). - 1998, August 26?29. - Р. 476-477.

24. Автором проводились вимірювання залежності концентрації озону у плазмохімічному реакторі від потужності, яка вкладена у розряд, при різних витратах повітря.

25. Karas’ V.I., Golota V.I., Paschenko I.A., Taran G.V., Shilo S.N., Napartovich A.P., Kochetov I.V., Alexandrov N.L. Studies of ozone generation by travelling space discharge (TSD) at atmospheric pressure // International symposium on high pressure, low temperature plasma chemistry. - Cork (Ireland). - 1998, August 31st - September 2nd. - Р. 194-199.

26. Автором проводились вимірювання електродинамічних характеристик жевріючого розряду.

27. Заявка на пат. 96062532 Україны МКІ А 01 С 1/08. Спосіб знезараження насінневого матеріалу сільськогосподарських культур та продукції з неї від шкідників запасів озоноповітряною сумішшю / Білоус А.И., Весна Б.А., Голота В.И., Матющенко Л.В., Сухомлин Е.А., Таран Г.В., Шило С.Н. (Україна); Заявл. 25.06.96. Опубл. Бюл. Промислова власність №3, 1998.

Автором проводились дослідження по знезараженню зерна при різних концентраціях озону та різних експозиціях