EP1076208B1 - Verfahren zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre in einem keramischen Kamin-Rauchrohr und das entsprechend behandelte Rauchrohr - Google Patents
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- EP1076208B1 EP1076208B1 EP00115837A EP00115837A EP1076208B1 EP 1076208 B1 EP1076208 B1 EP 1076208B1 EP 00115837 A EP00115837 A EP 00115837A EP 00115837 A EP00115837 A EP 00115837A EP 1076208 B1 EP1076208 B1 EP 1076208B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES
- F23J13/00—Fittings for chimneys or flues
- F23J13/02—Linings; Jackets; Casings
Definitions
- the invention relates to a method for generating a vapor and moisture barrier in ceramic chimney flue pipes and correspondingly treated flue pipes.
- Document DE-A-4 118 006 discloses a chimney with chimney elements which are formed from a geopolymer foam material and which are coated on the inside of the core tube with an acid-resistant coating.
- Liquid and vaporous condensate migrates through the porous capillary structure of ceramic smoke pipes and occurs as moisture on the outside of the smoke pipe on, which must be eliminated by various measures. It is known to provide ventilation ducts in the heat insulation layer in three-shell chimneys in which the flue pipe is surrounded by a heat insulation layer, in order to prevent moisture from penetrating into the heat insulation layer. Collecting trays or the like are often provided on the base of the chimney on the outside of the flue pipe for receiving condensate that runs out from the outside. Another known measure is to build up a barrier against the passage of steam and moisture from the flue gas in ceramic smoke pipes from the outset.
- the present invention is concerned with such a method for producing a moisture barrier in ceramic smoke pipes, the underlying object of which is to make the method simple and the Effectiveness of the moisture barrier to expand significantly in terms of temperature and time.
- hybrid polymers are known under the brand name ORMOCER by the Fraunhofer Institute for Silicate ISC, Würzburg or by the company nanogate GmbH, Saar Hampshiren, Germany.
- the hybrid polymers are mainly produced by hydrolysis and condensation of silicic acid esters and metal alcoholates as base materials
- These systems are obtained by incorporating organically modified silicic acid derivatives into the silicate network, which allows the desired properties to be set in a targeted manner and the organic components also result in the formation of an organic polymer network.
- the hybrid polymers can be dispersed or dissolved in water or solvents, so that application to the surface to be treated is possible using conventional coating techniques such as dipping, spinning, pouring or spraying.
- the application process is followed by a drying or hardening process which can be carried out by thermal treatment or with the aid of UV or thermal radiation.
- the thermal treatment and drying can be carried out between room temperature and 400 ° C.
- the particles that make up the hybrid polymers have a size in the nano range and therefore in the ceramic Capillary structures can penetrate more easily and deeper than polysiloxanes, it is possible with a correspondingly long exposure time of the liquid containing the hybrid polymer (s) to form the hybrid polymer as a moisture barrier not only as a layer on the flue pipe surface, but also over several millimeters deep in the near-surface capillary structure. This can clog the pores of the capillary structure, so that the moisture barrier located below the surface remains effective even if the hybrid polymer layer on the surface should be damaged.
- fluorosilanes are also used to generate a vapor and moisture barrier on ceramic smoke pipes.
- Fluorosilanes which come into consideration are fluoroalkyl-functional silanes which react with water with hydrolysis and elimination of ethanol to form a reactive silanol, it being possible for the silanol to be chemically bound to an inorganic substrate.
- An Si-O bond to the surface is formed by chemical reaction with the surface to be treated. This is followed by cross-linking with the formation of a siloxane network.
- the fluorosilanes result in extremely thin layers in the nanometer range, which are built up in the pore openings of the capillary structure of the ceramic surface and on the free surfaces of the capillary structure near the surface inside the ceramic body.
- Fluorosilanes of the type described are commercially available under the brand name DYNASYLAN F 8261 (in variations thereof under F 8262 and F 8263) from Sivento Chemie GmbH, Düsseldorf.
- the fluorosilanes can with water and solvents, such. As ethanol, are mixed so that the application to the surface to be treated with the usual Coating techniques such as dipping, spraying, brushing or polishing is possible.
- the application process is followed by a drying or crosslinking process which can be carried out by thermal treatment or with the aid of UV or thermal radiation.
- the thermal treatment can be carried out between 80 and 150 ° C.
- a baking process at temperatures up to 600 ° C. is more favorable because it has been shown that this results in a considerable increase in the mechanical strength, such as abrasion resistance, without significantly reducing the hydrophobic property obtained by the fluorosilane.
- the described hybrid polymers and fluorosilanes can withstand temperatures up to 600 ° C. H. Temperatures that at least with house chimneys are not or rarely exceeded.
- the hybrid polymers and fluorosilanes used in the process according to the invention have a high mechanical resistance and adhesive strength on the ceramic surface of the smoke tube. This is apparently due to the fact that components of the silicate network of these compounds bind to SiO 2 residues of the smoke tube ceramic material, which leads to the considerable adhesive strength.
- the hybrid polymers can also be designed by the incorporation of groups or radicals which increase the surface energy in such a way that the adhesion of mortar and adhesive as connecting materials is not impaired but rather promoted.
- the known hydrophobic behavior of the hybrid polymers and fluorosilanes accelerates the drainage of liquid condensate on the inner wall of the smoke tube and the entrainment of solid particles such as soot or the like.
- the application of the hybrid polymers and fluorosilanes can be carried out using different application methods, it is suitable
- the best way to do this is to treat the flue pipes using the immersion method. This will coat the outside and inside surfaces of the smoke tube.
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Description
- Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre in keramischen Kamin-Rauchrohren und entsprechend behandelte Rauchrohre.
- Dokument DE-A-4 118 006 offenbart einen Schornstein mit Schornsteinelementen, die aus einem Geopolymer-Schaumwerkstoff ausgebildet sind und die auf der Innenseite des Kernrohres mit einer säurefesten Beschichtung überzogen sind.
- Das in der Heiz- und Feuerungstechnik bestehende Bestreben, die Abgastemperatur des Rauchgases möglichst weit zu senken, um den Heizwert des Brennmaterials voll auszunutzen, erschwert die Ableitung des Rauchgases durch Schornsteine. Denn infolge der niedrigen Rauchgastemperatur ist der Auftrieb des Rauchgases gering, so daß in den Fällen besonders niedriger Rauchgastemperatur, nämlich bei Heizwertgeräten, durch Überdruck im Rauchrohr dafür Sorge getragen werden muß, daß das Rauchgas rasch genug abtransportiert wird. Weiterhin tritt aufgrund der niedrigen Rauchgastemperatur über eine beträchtliche Länge des Rauchrohrs Kondensation auf, bei der aus dem Rauchgas aggressive Bestandteile in dampfförmiger und flüssiger Form austreten.
- Flüssiges und dampfförmiges Kondensat wandert durch das poröse Kapillargefüge keramischer Rauchrohre nach außen und tritt an der Außenseite des Rauchrohrs als Feuchtigkeit auf, die durch verschiedene Maßnahmen beseitigt werden muß. So ist es bekannt, bei dreischaligen Kaminen, in denen das Rauchrohr von einer Wärmedämmschicht umgeben ist, Hinterlüftungskanäle in der Wärmedämmschicht vorzusehen, um ein Eindringen der Feuchtigkeit in die Wärmedämmschicht zu verhindern. Häufig sind am Kaminfuß auf der Außenseite des Rauchrohrs Auffangschalen oder dergleichen zur Aufnahme von außen herablaufendem Kondensat vorgesehen. Eine weitere bekannte Maßnahme besteht darin, in keramischen Rauchrohren von vornherein eine Sperre gegen das Hindurchtreten von Dampf und Feuchtigkeit aus dem Rauchgas aufzubauen. Dies erfolgt entweder durch Erzeugung einer Glasur zumindest auf der Rauchrohrinnenwand oder durch ein Silikonisieren, um dadurch das keramische Kapillargefüge "abzudichten". Das Aufbringen einer Glasur ist relativ aufwendig und auch nicht in allen Fällen wirkungsvoll, weil die Glasur spröde ist und daher Sprünge oder Beschädigungen erfahren kann, durch die Feuchtigkeit hindurchtreten kann. Da außerdem Rauchrohre ab und zu durch den Kaminkehrer ausgebrannt werden, wobei die Temperatur vorübergehend sehr rasch auf bis zu 1000° C ansteigen kann, muß durch diesen Wärmestoß mit Sprüngen in der Glasur gerechnet werden, der ihre Funktion als Feuchtigkeitssperre beseitigt. Die Silikonisierung hat den Nachteil, daß sie die Wirkung als Feuchtigkeitssperre nur bei relativ niedrigen Rauchgastemperaturen (160 bis 200° C) sicher beibehält und ihre Anwendbarkeit an Rauchrohren daher beschränkt ist. Außerdem behindert die durch das Silikonisieren erzielte Polysiloxan-Schicht auf dem Rauchrohr die Anwendung von Verbindungsmaterialien wie Mörtel oder Kleber, die zum Verbinden von Rauchrohrabschnitten miteinander oder zum Anbringen von Abzweigungen, Anschlußstutzen oder dergleichen benötigt werden.
- Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem solchen Verfahren zur Erzeugung einer Feuchtigkeitssperre in keramischen Rauchrohren, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, das Verfahren einfach zu gestalten und die Wirksamkeit der Feuchtigkeitssperre temperaturmäßig und zeitlich erheblich auszudehnen.
- Erfindungsgemäß wird dies durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 erreicht.
- Als anorganisch-organische Hybridpolymere kommen Verbindungen in Betracht, die ein molekulares oder nanostrukturiertes Basismaterial mit anorganischen und organischen Elementen aufweisen (vgl. "First European Workshop on Hybrid Organic-Inorganic Materials - Centre National de la Recherche Scientifique, Château de Bierville, 8.-10. November 1993). Solche Hybridpolymere sind bekannt unter dem Markennamen ORMOCER des Fraunhofer-Instituts für Silikat ISC, Würzburg oder durch die Firma nanogate GmbH, Saarbrücken. Hergestellt werden die Hybridpolymere überwiegend durch Hydrolyse und Kondensation von Kieselsäureestern und Metallalkoholaten als Grundmaterialien. Spezielle Eigenschaften erhalten diese Systeme durch den Einbau von organisch modifizierten Kieselsäurederivaten in das Silikat-Netzwerk. Dadurch können gezielt erwünschte Eigenschaften eingestellt werden und außerdem bewirken die organischen Anteile den Aufbau eines organischen Polymer-Netzwerks.
- Die Hybridpolymere können in Wasser oder Lösemitteln dispergiert oder gelöst werden, so daß das Auftragen auf die zu behandelnde Oberfläche mit den üblichen Beschichtungstechniken wie Tauchen, Schleudern, Gießen oder Spritzen möglich ist. An das Auftragsverfahren schließt sich ein Trocknungs- oder Härtungsprozeß an, der durch thermische Behandlung oder mit Hilfe von UV- oder Wärmestrahlung durchführbar ist. Je nach Bestimmungsart der Hybridpolymere kann die thermische Behandlung und Trocknung zwischen Raumtemperatur und 400°C durchgeführt werden.
- Da die die Hybridpolymere aufbauenden Teilchen eine Größe im Nano-Bereich haben und daher in das keramische Kapillargefüge leichter und tiefer als Polysiloxane eindringen können, ist es bei entsprechend ausreichender Einwirkungsdauer der das oder die Hybridpolymere enthaltenen Flüssigkeit möglich, die Hybridpolymere als Feuchtigkeitssperre nicht nur als Schicht an der Rauchrohroberfläche, sondern auch über mehrere Millimeter tief in dem oberflächennahen Kapillargefüge auszubilden. Dadurch können die Poren des Kapillargefüges verstopft werden, so daß die unter der Oberfläche befindliche Feuchtigkeitssperre selbst dann wirksam bleibt, wenn die auf der Oberfläche befindliche Hybridpolymerschicht beschädigt sein sollte.
- Nach Anspruch 2 kommen erfindungsgemäß zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre an keramischen Rauchrohren auch Fluorsilane zum Einsatz. Als Fluorsilane kommen fluoralkylfunktionelle Silane in Betracht, die mit Wasser unter Hydrolyse und Abspaltung von Ethanol zu einem reaktiven Silanol reagieren, wobei das Silanol chemisch an ein anorganisches Substrat gebunden werden kann. Durch chemische Reaktion mit der zu behandelnden Oberfläche wird eine Si-O-Bindung an die Oberfläche ausgebildet. Daran schließt sich eine Quervernetzung unter Ausbildung eines Siloxan-Netzwerks an. Die Fluorsilane ergeben außerordentlich dünne Schichten im Nanometerbereich, die in den Porenöffnungen des Kapillargefüges der keramischen Oberfläche und auf den freien Flächen des Kapillargefüges nahe der Oberfläche im Inneren des Keramikkörpers aufgebaut werden.
- Fluorsilane der beschriebenen Art sind im Handel unter dem Markennamen DYNASYLAN F 8261 (in Abwandlungen davon unter F 8262 und F 8263) der Firma Sivento Chemie GmbH, Düsseldorf, erhältlich.
- Die Fluorsilane können mit Wasser und Lösemitteln, z. B. Ethanol, gemischt werden, so daß das Auftragen auf die zu behandelnde Oberfläche mit den üblichen Beschichtungstechniken wie Tauchen, Sprühen, Streichen oder Polieren möglich ist. An das Auftragverfahren schließt sich ein Trocknungs- oder Vernetzungsprozeß an, der durch thermische Behandlung oder mit Hilfe von UV- oder Wärmestrahlung durchführbar ist. Die thermische Behandlung kann zwischen 80 und 150°C durchgeführt werden. Günstiger ist jedoch ein Einbrennvorgang bei Temperaturen bis 600°C, weil sich gezeigt hat, daß dadurch ohne ins Gewicht fallende Herabsetzung der durch das Fluorsilan erhaltenen hydrophoben Eigenschaft eine erhebliche Steigerung der mechanischen Belastbarkeit, wie Abriebfestigkeit, mit einhergeht.
- Die geschilderten Hybridpolymere und Fluorsilane halten Temperaturen bis zu 600°C stand, d. h. Temperaturen, die zumindest bei Hausschornsteinen nicht oder selten überschritten werden.
- Es hat sich gezeigt, daß die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Hybridpolymere und Fluorsilane eine hohe mechanische Widerstands- und Haftfestigkeit an der keramischen Oberfläche des Rauchrohrs entfalten. Das beruht offenbar darauf, daß Komponenten des Silikat-Netzwerks dieser Verbindungen eine Bindung an SiO2-Reste des Rauchrohr-Keramikmaterials eingehen, die zu der beträchtlichen Haftfestigkeit führt. Die Hybridpolymere können weiterhin auch durch den Einbau von die Oberflächenenergie heraufsetzenden Gruppen oder Radikalen so ausgelegt werden, daß die Haftung von Mörtel und Kleber als Verbindungsmaterialien nicht beeinträchtigt, sondern eher gefördert wird. Darüber hinaus beschleunigt das bekannte hydrophobe Verhalten der Hybridpolymere und Fluorsilane das Ablaufen von flüssigem Kondensat an der Innenwand des Rauchrohrs und die Mitnahme von Festkörperteilchen wie Ruß oder dergleichen.
- Obwohl das Auftragen der Hybridpolymere und Fluorsilane mit unterschiedlichen Auftragverfahren durchführbar ist, eignet sich hierfür die Behandlung der Rauchrohre im Tauchverfahren am besten. Dadurch werden die Außen- und Innenflächen des Rauchrohrs beschichtet. Es kann jedoch daran gedacht werden, zur Herabsetzung von Materialkosten das Beschichten der Rauchrohre auf deren Innenfläche zu beschränken, was mit einem Sprühverfahren durchgeführt werden kann. Da sich gezeigt hat, daß das Keramikmaterial bei erhöhter Temperatur die die Hybridpolymere bzw. das Fluorsilan enthaltende Flüssigkeit stärker und bis hin zur Sättigung damit aufnimmt, wird zweckmäßig in beiden Fällen das Rauchrohr auf eine Temperatur von beispielsweise 150°C aufgeheizt.
Claims (10)
- Verfahren zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre in einem keramischen Kamin-Rauchrohr, bei dem die Innen- und/oder Außenfläche des Rauchrohrs mit einer ein anorganisch-organisches Hybridpolymer enthaltenden Flüssigkeit behandelt und anschließend getrocknet wird.
- Verfahren zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre in einem keramischen Kamin-Rauchrohr, bei dem die Innen- und/oder Außenfläche des Rauchrohrs mit einer ein Fluorsilan enthaltenden Flüssigkeit behandelt und anschließend getrocknet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rauchrohr während einer Zeitdauer behandelt wird, die ein Eindringen der Flüssigkeit in das keramische Kapillargefüge des Rauchrohrs erlaubt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rauchrohr in der Flüssigkeit getaucht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenfläche des Rauchrohrs mit der Flüssigkeit besprüht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rauchrohr vor oder bei dem Behandlungsvorgang aufgeheizt wird. - Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rauchrohr auf eine Temperatur von 150°C aufgeheizt wird. - Rauchrohr, das auf der Innen- und/oder Außenfläche mit einem anorganisch-organischen Hybridpolymer beschichtet ist.
- Rauchrohr, das auf der Innen- und/oder Außenfläche mit einem Fluorsilan beschichtet ist.
- Rauchrohr nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hybridpolymer bzw. das Fluorsilan in einer oberflächennahen Schicht des keramischen Kapillargefüges enthalten ist.
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