CC BY
6
УДК 697.947
РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ГЕНЕРАЦИИ ОЗОНА С ДИСТАНЦИОННЫМ
УПРАВЛЕНИЕМ
А. А. Гольцев Научный руководитель - Г.Г.Назаров
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: golstev [email protected]
В данной статье описывается разработка устройства с дистанционным управлением. Устройство предназначено для генерации озона. Функции этого устройства позволяют использовать его в повседневной жизни, так как он обладает антимикробными свойствами и используется для дезинфекции воздуха и воды.
Ключевые слова: озонатор, озон, дистанционноеуправление.
DEVELOPMENT OF A REMOTE-CONTROLLED OZONE GENERATOR
A.A. Goltsev Scientific supervisor - G.G. Nazarov
ReshetnevSiberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: golstev [email protected]
This paper describes the development of a device with remote control. The device is designed to generate ozone. The functions of this device allow it to be used in everyday life, as it has antimicrobial properties and is used to disinfect the air and water.
Key words: ozone generator, ozon, remote control.
Озон(ozone) - ядовитый газ, молекула которого состоит из трех атомов кислорода. Озон обладает очень сильным окислительным действием и образуется при воздействии на содержащийся в атмосферном воздухе кислород электрического разряда. В атмосфере озон присутствует на очень больших высотах; этот слой задерживает большую часть идущего от солнца ультрафиолетового излучения, не позволяя ему доходить до Земли. Без этого защитного слоя идущее от Солнца ультрафиолетовое излучение вызвало бы гибель всего живого на Земле[1].
Озон обладает «сильными окислительными свойствами. Он убивает микроорганизмы, поэтому его применяют для очистки воды и воздуха (озонирование). Однако в воздухе допустимы лишь очень малые концентрация озона, т.к. он чрезвычайно ядовит (даже более ядовит, чем угарный газ CO); предельно допустимая концентрация озона в воздухе 10-5%» [2].
Большое концентрирование озона вызывает ряд вредоносных эффектов, таких как поражение слизистой оболочки глаза и дыхательных путей, поэтому каждый прибор генерации озона (озонатор) сертифицирован и производит определённую концентрацию данного вещества.
Способ генерации озона представлен и описан в патенте [3]. Электроды озонатора подключаются к источнику высоковольтного высокочастотного напряжения, достаточного для поджигания барьерного разряда по краям высоковольтного электрода. Принцип работы разрядника озонатора - электроды разрядника образуют плоский конденсатор. При подаче напряжения на высоковольтный электрод, электрическое поле, создаваемое вне диэлектрика, имеет максимум напряженности вблизи краев высоковольтного электрода, где и образуется барьерный разряд. Образующийся в зоне разряда озон выводится продуванием воздуха через корпус. Данный принцип заложен в основу работы озонатора «Гроза-1», выпускаемого АО «НПП «Радиосвязь».
В России предельно допустимая концентрация (ПДК) по озону в атмосферном воздухе составляет 0,16 миллиграмма на кубический метр, среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК с.с.) в атмосферном воздухе населённых мест 0,03 мг/м3,в воздухе рабочей зоны — 0,1 миллиграмма, минимальная смертельная концентрация (ЬС50) — 4,8 ppm, что равняется 8 мг/м3.
В начале проекта, была проведена оценка работы озонатора «Гроза-1» по следующим параметрам: время работы, объём генерации газа и потребляемая мощность. Технические характеристики озонатора «Гроза-1»:
• потребляемая мощность не более: 10 Вт;
• питание от сети 50 Гц: 220-15%...220+10% В;
• габаритные размеры не более: 140х85х85 мм;
• масса не более: 0,3 кг;
• массовая концентрация озона на выходе, на расстоянии 1,0 м не менее: 1,5 мг/м3;
• производительность по озону не менее: 15 мг/час;
• концентрация озона не менее: 0,3 мг/м3.
В ходе эксплуатации прибора был выявлен следующий недостаток. В течение 1 часа в помещении объёмом 50 м3 вырабатывается концентрация озона 0,3 мг/м3, что является безопасным для здоровья человека. Озонатор, работающий более 1 часа, генерирует озон, концентрация которого пагубно влияет на здоровье.
Устройство имеет прямое подключение к сети 220 В. Прибор отключается нажатием выключателя-кнопки, находящейся на корпусе озонатора, что затрудняет выключение устройства при концентрации озона превышающей допустимую норму.
Чтобы нивелировать данную проблему, была предложена разработка устройства генерации озона с беспроводным управлением (дистанционным управлением).На основе платы озонатора «Гроза-1» была поставлена цель: разработать модифицированную версию устройства.
Технические характеристики модифицированного устройства:
• потребляемая мощность не более: 10 Вт;
• питание от аккумулятора: 12 В;
• габаритные размеры не более: 0120х100 мм;
• масса не более: 0,5 кг;
• массовая концентрация озона на выходе, на расстоянии 1,0 м не менее: 1,5 мг/м3;
• производительность по озону не менее 15 мг/час;
• концентрация озона не менее: 0,3 мг/м3.
Устройство включает в себя:
• платы заряда аккумулятора(ТР4056, MT3608, XL4015);
• Li-ion ICR аккумуляторы «ROBITON»; плата защиты BMS 3S 25 A;
• реле переключателя беспроводного дистанционного управления(КЯ2201-4);
• инвертор DC 12 В -AC 220 В;
• плата озонатора «Гроза-1».
Платы заряда аккумулятора
XL4015
МТ3608
ТР4056
Рис. 1. Структурная схема озонатора
Рис. 2. Корпус и крышка
Была поставлена задача - использовать в данном проекте для зарядки аккумулятора разъём Micro-USB 2.0. Для этого были использованы 3 платы (TP4056, MT3608, XL4015). Плата TP4056 с разъёмом Mirco-USB 2.0 подходит для данной задачи. Она на выходе имеет 5 В, 1А.Необходимое напряжение для зарядки трёх аккумуляторов 12,6 В. Поэтому возникла необходимость использовать дополнительные платы для увеличения напряжения. Плата MT3608 на выходе выдаёт напряжение 15 В. Далее платаXL4015 понижает выходное напряжение до 13 В и поднимает выходную силу тока до 1 А. Дополнительно использован диод Шоттки, размещённый между платой XL4015 и платой BMS 3S 25 А для сохранения заряда аккумулятора.
BMS 3S 25А - это плата защиты и контроля трех последовательно соединенных Li-ion аккумуляторных батарей, с балансировкой тока на элементах при зарядке. Модуль BMS 3S обеспечивает защиту аккумуляторов от перезарядки, от короткого замыкания, от разряда большими токами более 25 А, от разряда любого аккумулятора в батарее ниже 2.6 .. 2,8 В. А также плата BMS 3S обеспечивает балансировку напряжения на элементах всей батареи при зарядке, это предотвращает перекосы в цепи и обеспечивает максимальный заряд всей батареи аккумуляторов.
Для расчёта ёмкости аккумулятора была использована формула:
Q=(P*t)/V*k(1)
где Q - рассчитываемая емкость АКБ (А*ч или мА*ч), P - нагрузочная мощность (Вт), t -временной промежуток резервирования (ч), V - напряжение батареи (В), k - коэффициент, отображающий какая часть емкости АКБ используется.
Отсюда следует, что аккумулятор должен быть ёмкостью не менее 5 А*ч, для того работать в течение нескольких часов. Был выбран Li-ion ICR аккумулятор «^ОВ1ТО№>размера 18650 емкостью 2,2 А*ч, 3.7 В. Суммарный объём аккумуляторов составляет 6,6 А*ч.
Для дистанционного управления был использован KR2201-4 RF Transmitter 433 Mhz Remote Controls (KR2201-4 радиочастотный передатчик 433 МГц с пультом управления), что позволяет выключать прибор на безопасном расстоянии.
Чтобы повысить напряжение с 12 В до 220 В потребовался Boost Inverter Module 35W DC12V - AC 220V (модуль инвертора).
Последнем элементом цепи является плата озонатора «Гроза-1».
Премущества разработки устройства:
1. Удобная зарядка;
2. Ёмкий и эффективный аккумулятор;
3. Модуль дистанционного управления для беспроводного включения и выключения устройства
Главный недостаток разработки:
1. Долгая зарядка аккумулятора, по причине малой входной мощности.
Библиографические ссылки
1. Психологическая энциклопедия [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://endic.ru/enc psy7Ozon-16435.html
2. Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия 1969—1978 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL:http://endic.ru/enc sovet/Ozon-43327.html
3. Бабицкий А.Н., Беляев Б.А., Лексиков А.А.; Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН. Озонатор. Пат. России No2289542, кл. C 01 В 13/11, Бюл. No35 от 20.12.2006;
© Гольцев А. А., 2022
