EP1275902B1 - Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung zur aktiven Reinhaltung der Dachoberfläche - Google Patents

Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung zur aktiven Reinhaltung der Dachoberfläche Download PDF

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EP1275902B1
EP1275902B1 EP02015798A EP02015798A EP1275902B1 EP 1275902 B1 EP1275902 B1 EP 1275902B1 EP 02015798 A EP02015798 A EP 02015798A EP 02015798 A EP02015798 A EP 02015798A EP 1275902 B1 EP1275902 B1 EP 1275902B1
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EP
European Patent Office
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gas
copper
air
exhaust gas
waste
Prior art date
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EP02015798A
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EP1275902A3 (de
EP1275902A2 (de
Inventor
Peter-Werner Eigl
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Wolf GmbH
Original Assignee
Wolf GmbH
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Publication date
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    • F23J13/00—Fittings for chimneys or flues 
    • F23J13/02—Linings; Jackets; Casings
    • F23J13/025—Linings; Jackets; Casings composed of concentric elements, e.g. double walled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L17/00—Inducing draught; Tops for chimneys or ventilating shafts; Terminals for flues
    • F23L17/02—Tops for chimneys or ventilating shafts; Terminals for flues
    • F23L17/04—Balanced-flue arrangements, i.e. devices which combine air inlet to combustion unit with smoke outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
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    • F23J2213/50—Top cover
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2900/00—Special arrangements for conducting or purifying combustion fumes; Treatment of fumes or ashes
    • F23J2900/13001—Preventing or reducing corrosion in chimneys

Definitions

  • the invention relates to a device for air and exhaust gas and the use of a gas-conducting device according to the preamble of claims 1 and 8 and 9.
  • a gas guiding device or an air and exhaust gas guide, is required, in particular for heat generators heated with fuels, in order to ensure that the combustion air required for combustion as well as the exhaust gas produced during combustion are not adversely affected without impairing the effectiveness of the combustion or the environment. or can be dissipated.
  • Such a gas guiding device is for example in the DE 198 15 493 A1 described.
  • an aperture is provided above an outflow line and an inflow cross-section, which adjoins the edge of the outflow opening and extends from there downwards and outwards over the inflow cross-section, which is arranged annularly around the outflow line.
  • the local aperture is dimensioned so that it prevents a flow short circuit between the inflow and outflow.
  • Zubuchrohr in which in an inner tube, the exhaust gas and in the annular gap formed between the inner and Zubuchrohr to the exhaust pipe combustion air for the device is being promoted.
  • roof guides are equipped with a relatively thick-walled Al alloy exhaust pipe, such as AlMgSi, the dimensions for effective operation of a heat generator designed for a maximum heating heat demand of 30 kW, with an exhaust pipe diameter of 80 mm and a Zu Kunststoffrohr barnmesser of 130 mm with wall thicknesses up to 2.5 mm are common.
  • a relatively thick-walled Al alloy exhaust pipe such as AlMgSi
  • the relatively large wall thickness of the exhaust pipe is necessary because of ahenabtrags by corrosive components in the combustion air and in the exhaust gas. In this way, an acceptable life can be ensured based on normal corrosion caused by the combustion air and the exhaust gas, so that additional corrosion protection is not necessary.
  • this concentric air / exhaust system acts as a heat exchanger, in which a part of the heat energy of the exhaust gas is discharged to the combustion air, there is a continuous cooling of the exhaust gas to the mouth.
  • this system may therefore fall below the dew point temperature, so that it comes to condensation in the mouth of the exhaust pipe.
  • the formation of condensation occurs increasingly.
  • the mouth region ie the end of the exhaust pipe has the lowest surface temperature, the moist exhaust gas condenses here most likely and there is a discharge of the wet precipitate. This is based on the surrounding roof surface and leads when using conventional roof ducts in double tube construction of aluminum tubes to a relatively high aluminum discharge, which visually very disturbing deposits on the roof surfaces.
  • This aluminum discharge consists among other things of ceramic alumina components and is of the roof surfaces, with which it easily connects, respectively penetrates into this, only very tedious or practically only mechanically remove again.
  • the DE 298 23 836 proposed a system which uses, instead of or in addition to a conventional system, a thin-walled stainless steel insert tube made of a chromium / nickel alloy and thus largely corrosion resistant.
  • This design has been well proven in practice, but still includes some disadvantages.
  • the stainless steel exhaust pipe is made of a smoke gas and heat resistant stainless steel alloy to withstand the corrosive influences, especially the exhaust gas.
  • it is relatively expensive and expensive to manufacture.
  • a discharge of condensed exhaust gas is unavoidable and there is no possibility of active cleaning of this or existing dirt.
  • the object of the present invention is accordingly, a device for air and exhaust gas routing according to the DE 298 23 836 to further develop, or to provide a gas guide available, which prevents the formation of, in particular visually disturbing, deposits on the surrounding a roof penetration roof surfaces, which is also inexpensive and durable and optionally retrofitted.
  • An essential basic idea of the invention here is the realization that an active cleaning effect of the roof surface can be achieved with internals or surface coatings of special materials.
  • the object of the invention is achieved by a device for air and exhaust gas, in particular for a heat generator heated with gas, with at least one exhaust and at least one, preferably concentric with the exhaust pipe arranged Zu Kunststoffrohr, wherein at least exhaust and / or weather exposed surfaces of the device at least partially with respect to combustion supply and / or exhaust gas in substantially inert or weakly reactive, in particular ceramic and / or copper-containing, material coated or produced therefrom.
  • the object is achieved by the use of a ceramic and / or copper-containing material coated or produced therefrom gas conducting device, in particular an exhaust pipe, for use in an air and exhaust gas routing device and a device for air and exhaust gas.
  • An essential point of the invention is that the erosion effect of the exhaust gases leads to the smallest particles being dissolved out of a surface, which subsequently precipitate on the roof surface together with dirt particles.
  • the surface (s) of the gas guiding device and the device for air and exhaust gas, which are exposed to corrosive gases, in particular exhaust gases or oxygen-containing Verbrennungszu Kunststoff are made of copper, copper particles are accordingly deposited on the roof surface.
  • the copper particles do not combine with the surrounding roof surface, but are rinsed off in the rain along with the contaminants for which they serve as a sink and another approach is prevented.
  • the CO 2 -containing atmosphere of the exhaust gases advantageously forms a life-increasing passivation layer on the copper components of the device according to the invention, without, however, preventing any copper-containing particles participating in the active cleaning action from being removed, for example by washing out.
  • a ceramic material which in particular comprises titanium dioxide.
  • a ceramic is extremely resistant and has a very good resistance to corrosive influences even in small layer thicknesses. Titanium dioxide, as a thermodynamically very stable compound, acts at this point when it is discharged, much like copper as an absorption germ, which can be rinsed off well by rain from a roof surface.
  • the use of the ceramic material allows a surface removal From the exhaust pipe minimize and thus largely prevents contamination of roof surfaces before.
  • the device for air and exhaust gas further comprises a wind and weather protection in the form of at least one gas guide, which ensures a spatial separation of air flows of supply air and exhaust gas, wherein at least parts thereof with ceramic and / or copper-containing material coated or made from it.
  • wind and weather protection is one of those components of the device for air and exhaust gas, where the highest condensation occurs, and which are also exposed to atmospheric weather conditions such as rain and snow, the on the one hand have a corrosive effect and on the other are suitable for transporting dirt to the surrounding roof surfaces.
  • At least parts of the device are made of copper sheet.
  • these parts may also be painted, sprayed or otherwise coated with copper inks, with a copper-containing film coating falling within the scope of the invention.
  • the device for air and exhaust management including the wind and weather protection can be made completely, for example in the form of shaped sheets of copper, but can be omitted for cost reasons, located within a building and therefore to manufacture parts of the air and exhaust duct made of copper largely insulated against cold temperatures, while the parts of the apparatus which are present outside of a building are preferably coated at least with copper.
  • the exhaust pipe itself ie at least its inner surface and the wind and weather protection, weather protection for short, coated with copper-containing material or made of it, although both the durability and the aesthetic effect in a Full copper construction is improved.
  • the copper sheet has a wall thickness in the range of 0.1 mm to 3.0 mm, preferably in the range of 0.5 mm to 2.5 mm and particularly preferably in the range of 1.0 mm to 2, 0 mm.
  • Thicknesses of 0.1 mm for example, where copper sheet as a film, which may for example be self-adhesive, is applied, while in the range of particularly aggressive exhaust gases, for example by sulfur dioxide or chloride admixtures in the exhaust wall thicknesses up to 3.0 mm are possible, although in usually usual environment wall thicknesses of the copper sheet in the range of 1.0 mm to 2.0 mm.
  • a considerably smaller wall thickness of copper pipes which is significantly lower than a conventional design with aluminum pipes, is advantageously based on the fact that copper is a semiprecious metal with pronounced passivation tendency, while aluminum tends to have a high surface erosion under exhaust gas conditions.
  • a surface made of copper-containing and / or ceramic material is profiled to increase the surface.
  • An enlargement of the surface can also be realized by a plurality of individual tubes, a net or a honeycomb-shaped gas guide made of a copper-containing and / or ceramic material, wherein such profilings or surface enlarging means are preferably provided only in the exhaust pipe, preferably at its outer end or on the weather protection , This avoids that the flow resistance is unnecessarily increased.
  • the advantage of having a larger surface area of the copper-containing parts is that the active cleaning effect of the copper increases with an increasing surface area thereof.
  • titanium compounds and in particular of titanium dioxide are based on different modes of action.
  • the effects of hydrophilization and the hydrophobization of surfaces are exploited.
  • dirt deposition and, according to the invention, particularly with regard to soil removal these effects, namely depending on the state of the titanium dioxide, a hydrophilization or a hydrophobization, together with the photocatalysis, act simultaneously and can assist one another.
  • the decision as to which of these effects is preferably used can be made on the basis of the respective cleaning problem. This will be discussed in more detail below.
  • the essential influencing variable which is utilized in a hydrophilization or in a hydrophobicization is the production of a surface with a certain defined contact angle with respect to water. With regard to a cleaning effect, it is crucially important whether these are hydrophobic or hydrophilic surfaces.
  • hydrophobic surfaces such as those in exhaust pipes by a small but unavoidable Abgaspumbleaustrag, such as soot, are present, a large contact angle of 60 °, preferably 80 ° and greater advantageous effect on a cleaning effect.
  • the ball sections have a comparatively high height and a comparatively small footprint.
  • the adhesion force acting between the water and the surface is relatively small, so that the water readily and relatively completely leaves the surface, especially if this is assisted by an air or exhaust gas suction. The drops slide easily on these surfaces.
  • At least the interior of the exhaust pipe is provided with a coating which causes a hydrophobization of the inner surface of the exhaust pipe.
  • a ceramic is provided according to the invention, comprising amorphous titanium dioxide.
  • amorphous titanium dioxide can be provided on these amorphous titanium dioxide.
  • the amorphous titanium dioxide is incorporated into a ceramic matrix here as well.
  • this surface which is exposed to the weather, will be hydrophilic surfaces, so that a hydrophilization of these surfaces is offered.
  • this is achieved by the use of a ceramic which has crystalline titanium dioxide which, especially after exposure, has extremely small contact angles of less than 5 °, in particular even less than 1 °.
  • coated surfaces comprising titania in the anatase crystal form are preferred. These are self-cleaning because of a small contact angle.
  • the photoactivity is a semiconductor effect that occurs preferentially on anatase crystals.
  • the degree of photoactivity can be influenced by the size, the type of formation and the doping of the crystals.
  • the photoactivity is a photocatalysis and in the broadest sense an oxidation in which, in particular organic substances, catalytically decomposed and degraded to the end products carbon dioxide and water.
  • UV radiation in particular of long-wave UV radiation, which acts on titanium dioxide, generates OH radicals, which in turn are reactive and react with, in particular organic, water contaminants and oxidize them. Since this is a catalytic process, there is no consumption of titanium dioxide.
  • the impurities are oxidized on adsorption to titanium dioxide.
  • the surface of ceramic material is designed to increase the same profiled.
  • the adsorption capacity of titanium dioxide, which is preferably present on the surface of the ceramic layer, is thus increased and a degradation accelerated.
  • a significant synergistic effect between a hydrophilized surface on which water contaminants can bead well and the surface photocatalytic action of titanium dioxide is that a shielding effect, which may be caused by a high concentration of soil, and the accessibility of the titanium dioxide to UV radiation, preferably prevent from daylight is avoided. For heavily soiled surfaces, additional exposure to ultraviolet light may be provided but may be temporary, depending on the circumstances.
  • the titanium dioxide can be loaded, for example, with metal complexes. This is advantageous, for example, when it comes to the preferred degradation of a specific pollutant.
  • titanium dioxide hydrophobized or hydrophilized surfaces offer great advantages in the self-cleaning of surfaces.
  • the interaction of hydrophilized or hydrophobized and at the same time photocatalytically active surfaces can solve a variety of cleaning problems, but at least significantly mitigate them.
  • surfaces coated according to the invention have distinct advantages over conventional surfaces.
  • a gas-conducting device coated with or produced from ceramic and / or copper-containing material, in particular an exhaust pipe or wind and weather protection is used in a device for air and exhaust gas routing.
  • an aforementioned device is suitable for self-cleaning roof surfaces.
  • Such a device offers itself advantageously in the field of wind and weather protection, wherein the surface of these components, if they already exist or do not need to be replaced, but in addition can be acted upon with these materials. If necessary, a replacement of the already existing components is to be considered, since a further advantage of the device according to the invention is that already installed air and exhaust ducts can be equipped with the corresponding additional components according to the invention.
  • tubular copper pipe tapes which can be provided with screw connections or with a quick release, for example by clamping or plugging, can be mounted easily in the region of the air tube. Existing plants can do so quickly and easily be retrofitted cost-effectively, without affecting the system function. Readjustments to the system are therefore unnecessary.
  • Fig. 1 shows schematically a part of a roof with a roof duct 1 for a device for air and exhaust gas, consisting of an exhaust pipe 2 and a concentric Zu Kunststoffrohr 3 and an intake hood 4 and a weather protection 5 and optionally a the Zu povertyrohr 3 surrounding Tube 6 composed.
  • a device for air and exhaust gas consisting of an exhaust pipe 2 and a concentric Zu Kunststoffrohr 3 and an intake hood 4 and a weather protection 5 and optionally a the Zu povertyrohr 3 surrounding Tube 6 composed.
  • the circle which is shown "inside the roof”
  • the flow directions 7 of the intake air flowing through the intake hood 4 and of the exhaust gas exiting below the weather protection 5 are shown.
  • only the exhausted components i. the exhaust pipe 2 made of a thin-walled copper pipe.
  • the weather protection 5 and optionally the suction hood 4 and, also optionally, the tube 6 may also consist of a thin-walled copper sheet.
  • the Zu Kunststoffrohr 3 consists of a thin-walled copper tube with about 1 mm wall thickness, while the exhaust pipe 2 has about 2 mm wall thickness.
  • the suction hood 4 and the weather protection 5 are also made of copper, the sheet 1 mm Has wall thickness and is profiled so that it can withstand higher wind speeds or snow load.
  • additional tubular elements are arranged inside or outside in the form of a tube 6, wherein the exhaust pipe is formed with a longitudinally extending groove profile to increase the surface thereof.
  • the inner surface of the exhaust pipe 2 is provided with a layer of amorphous titanium dioxide, while the outer surface of the Zu Kunststoffrohres 3, the suction hood 4 and the weather protection 5 are provided with a ceramic layer having titanium dioxide crystals in the anatase crystal form. Furthermore, the surrounding roof surfaces are also provided with an anatase coating.
  • the present invention relates not only to an apparatus but also to a method of treating exhaust gas to prevent soiling of roof surfaces.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung sowie die Verwendung einer Gasleitvorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 8 und 9.
  • Eine Gasleitvorrichtung, bzw. eine Luft- und Abgasführung wird, insbesondere für mit Brennstoffen beheizte Wärmeerzeuger benötigt, um sicherzustellen, dass die zur Verbrennung notwendige Verbrennungszuluft als auch das bei der Verbrennung entstehende Abgas ohne eine Beeinträchtigung der Effektivität der Verbrennung bzw. der Umgebung zu- bzw. abgeführt werden kann.
  • Eine solche Gasleitvorrichtung ist beispielsweise in der DE 198 15 493 A1 beschrieben. Dort ist oberhalb einer Abströmleitung und eines Einströmquerschnitts eine Blende vorgesehen, die sich an den Rand der Abströmöffnung anschließt und sich von dort abwärts und nach außen über den Einströmquerschnitt erstreckt, der ringförmig um die Abströmleitung angeordnet ist. Die dortige Blende ist so dimensioniert, dass sie einen Strömungskurzschluss zwischen Ab- und Einströmung verhindert.
  • Ein weiterer Luft/Abgas-Schornstein für Brennwert-Anlagen mit einem Abgasrohr, das in einem den Zuluftkanal bildenden Schacht des Schornsteins verläuft, ist in der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 711 954 A2 beschrieben. Eine ähnliche Vorrichtung beschreibt die AU 199 662 017 B2 .
  • Bisher sind hierzu, insbesondere für mit Gas beheizte Wärmeerzeuger, senkrechte Dachdurchführungen mit einem Abgasrohr und einem, insbesondere konzentrisch hierzu angeordneten, Zuluftrohr bekannt, bei denen in einem Innenrohr das Abgas und in dem zwischen Innen- und Zuluftrohr gebildeten Ringspalt um das Abgasrohr die Verbrennungszuluft für das Gerät gefördert wird.
  • Diese Dachführungen sind mit einem relativ dickwandigen Abgasrohr aus einer Al-Legierung, wie beispielsweise AlMgSi, ausgerüstet, wobei die Abmessungen für einen effektiven Betrieb eines Wärmeerzeugers, der für einen Heizwärmebedarf von maximal 30 kW ausgelegt ist, bei einem Abgasrohrdurchmesser von 80 mm und einem Zuluftrohrdurchmesser von 130 mm bei Wandstärken bis 2,5 mm üblich sind.
  • Die relativ große Wandstärke des Abgasrohres ist wegen eines Oberflächenabtrags durch korrosive Bestandteile in der Verbrennungsluft und im Abgas notwendig. Auf diese Weise kann unter Zugrundelegung von normaler durch die Verbrennungsluft und das Abgas auftretender Korrosion eine akzeptable Lebensdauer gewährleistet werden, so dass ein zusätzlicher Korrosionsschutz nicht notwendig ist.
  • Da dieses konzentrische Luft-/Abgassystem wie ein Wärmetauscher wirkt, bei dem ein Teil der Wärmeenergie des Abgases an die Verbrennungsluft abgegeben wird, erfolgt eine kontinuierliche Abkühlung des Abgases bis zur Mündung. Insbesondere bei kalten Außentemperaturen kommt es bei diesem System deshalb unter Umständen zum Unterschreiten der Taupunkttemperatur, so dass es im Bereich der Mündung des Abgasrohres zur Kondenswasserbildung kommt. Bei einer kalten Außentemperatur tritt die Kondenswasserbildung verstärkt auf. Da der Mündungsbereich, also das Ende der Abgasleitung die niedrigste Oberflächentemperatur aufweist, kondensiert hier das feuchte Abgas am ehesten und es kommt zu einem Austrag des feuchten Niederschlags. Dieser setzt sich auf der umgebenden Dachfläche ab und führt bei Verwendung von herkömmlichen Dachdurchführungen in Doppelrohrbauweise aus Aluminiumrohren zu einem relativ hohen Aluminiumaustrag, der sich optisch sehr störend auf den Dachflächen ablagert. Dieser Aluminiumaustrag besteht unter anderem aus keramischen Aluminiumoxidbestandteilen und ist von den Dachflächen, mit denen er sich leicht verbindet, respektive in diese eindringt, nur sehr langwierig bzw. praktisch nur mechanisch wieder zu entfernen.
  • Zur Vermeidung dieses Nachteils ist deshalb in der DE 298 23 836 ein System vorgeschlagen, das anstelle oder zusätzlich zu einem herkömmlichen System ein dünnwandiges Edelstahleinsatzrohr verwendet, das aus einer Chrom/Nickel-Legierung gefertigt und insofern weitgehend korrosionsbeständig ist. Diese Ausführung hat sich in der Praxis gut bewährt, umfasst jedoch dennoch einige Nachteile. So ist das Edelstahl-Abgasrohr aus einer rauchgas- und hitzebeständigen Edelstahllegierung gefertigt, um den korrosiven Einflüssen, vor allem des Abgases standzuhalten. Es ist jedoch in der Herstellung relativ teuer und aufwendig. Zudem ist mit dieser Vorrichtung ein Austrag von kondensiertem Abgas nicht vermeidbar und es besteht keine Möglichkeit einer aktiven Reinigung dieser oder bereits bestehender Verschmutzungen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, eine Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung gemäß der DE 298 23 836 weiterzubilden, bzw. eine Gasleitvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die Bildung von, insbesondere optisch störenden, Ablagerungen auf den eine Dachdurchführung umgebenden Dachflächen verhindert, die zudem kostengünstig und haltbar sowie gegebenenfalls nachrüstbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch eine Verwendung gemäß Patentanspruch 8 und 9 gelöst.
  • Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung ist hierbei die Erkenntnis, dass mit Einbauten oder Oberflächenüberzügen aus speziellen Materialien eine aktive Reinigungswirkung der Dachoberfläche erreicht werden kann.
  • Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Kupfer oder kupferhaltige Materialien diesen reinigenden Effekt bewirken, wobei hierfür jedoch auch keramische Materialien geeignet sind, so dass eine Anordnung dieser Materialien im abgasbeaufschlagten Bereich der Dachdurchführung prädestiniert ist.
  • Insbesondere wird deshalb die Aufgabe der Erfindung durch eine Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung, insbesondere für einen mit Gas beheizten Wärmeerzeuger, mit mindestens einem Abgas- und mindestens einem, vorzugsweise konzentrisch zu dem Abgasrohr angeordneten Zuluftrohr gelöst, wobei zumindest Abgas- und/oder Witterung ausgesetzte Flächen der Vorrichtung zumindest teilweise mit gegenüber Verbrennungszuluft und/oder Abgas im wesentlichen inertem bzw. schwach reaktivem, insbesondere keramischem und/oder kupferhaltigem, Material beschichtet oder daraus hergestellt sind.
  • Weiterhin wird die Aufgabe durch die Verwendung einer mit keramischem und/oder kupferhaltigem Material beschichteten oder daraus hergestellten Gasleitvorrichtung, insbesondere einem Abgasrohr, zum Einsatz in einer Luft- und Abgasführungs-Vorrichtung sowie einer Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung gelöst.
  • Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass die Erosionswirkung der Abgase dazu führt, dass kleinste Partikel aus einer Oberfläche herausgelöst werden, die sich anschließend zusammen mit Schmutzpartikeln auf der Dachoberfläche niederschlagen. Wenn die Oberfläche(n) der Gasleitvorrichtung bzw. der Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung, die korrodierenden Gasen, insbesondere Abgasen oder sauerstoffhaltiger Verbrennungszuluft, ausgesetzt sind, aus Kupfer gefertigt sind, werden entsprechend Kupferpartikel auf der Dachoberfläche niedergeschlagen. Anders als keramische Aluminiumpartikel, z.B. Al2O3, verbinden sich die Kupferpartikel jedoch nicht mit der umgebenden Dachfläche, sondern werden bei Regen zusammen mit den Verschmutzungen, für die sie als Senke dienen, abgespült und ein weiterer Ansatz wird verhindert. Dies basiert zum einen darauf, dass bestehende Verschmutzungen an der Oberfläche der Kupferpartikel absorbieren und zum anderen darauf, dass Kupfer als Halbedelmetall aufgrund seiner Stellung in der Spannungsreihe nicht zur Bildung von keramischen Komponenten neigt. Darüber hinaus bildet Kupfer in Gegenwart von Kohlendioxid eine Patina aus, die das darunter liegende Metall, beispielsweise eines Abgasrohres, vor weiterer Zerstörung schützt. Insofern wird durch die CO2-haltige Atmosphäre der Abgase vorteilhafterweise eine lebensdauererhöhende Passivierungsschicht auf den Kupferkomponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildet, ohne dass jedoch verhindert wird, dass an der aktiven Reinigungswirkung beteiligte kupferhaltige Partikel, beispielsweise durch Auswaschen, weiter ausgetragen werden.
  • Gemäß der Erfindung wird anstelle von oder in Kombination mit Kupfer ein keramisches Material verwendet, das insbesondere Titandioxid aufweist. Eine solche Keramik ist äußerst widerstandsfähig und weist bereits in geringen Schichtdicken eine ausgesprochen gute Resistenz gegen korrosive Einflüsse auf. Titandioxid, als thermodynamisch sehr stabile Verbindung, wirkt an dieser Stelle, wenn es ausgetragen wird, ähnlich wie Kupfer als Absorptionskeim, der durch Regen von einer Dachfläche gut abgespült werden kann. Darüber hinaus lässt sich durch die Verwendung des keramischen Materials ein Oberflächenabtrag aus dem Abgasrohr minimieren und beugt auf diese Weise einer Verschmutzung von Dachflächen bereits weitgehend vor.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung weiterhin einen Wind- und Wetterschutz in Form wenigstens einer Gasleitvorrichtung auf, die eine räumliche Trennung von Luftströmungen von Zuluft und Abgas sicherstellt, wobei zumindest Teile davon mit keramischem und/oder kupferhaltigem Material beschichtet oder daraus hergestellt sind.
  • Dies erweist sich insbesondere deshalb als vorteilhaft, da der Wind- und Wetterschutz zu denjenigen Komponenten der Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung gehört, an denen die höchste Kondenswasserbildung stattfindet, und die darüber hinaus auch atmosphärischen Wettereinflüssen, wie beispielsweise Regen und Schnee ausgesetzt sind, die zum einen korrosiv wirken und zum anderen geeignet sind, Verschmutzungen auf die umgebenden Dachflächen zu transportieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zumindest Teile der Vorrichtung, insbesondere des Wind- und Wetterschutzes sowie der Gasleitvorrichtung(en) aus Kupferblech hergestellt. Alternativ können diese Teile auch mit Kupferfarben gestrichen, besprüht oder in sonstiger Weise beschichtet sein, wobei auch eine kupferhaltige Folienbeschichtung in den Umfang der Erfindung fällt.
  • An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung einschließlich des Wind- und Wetterschutzes vollständig, beispielsweise in Form von Formblechen aus Kupfer gefertigt sein kann, wobei jedoch aus Kostengründen auch darauf verzichtet werden kann, die innerhalb eines Gebäudes befindlichen und daher gegen kalte Temperaturen weitgehend isolierten Bestandteile der Luft- und Abgasführung aus Kupfer zu fertigen, während die außerhalb eines Gebäudes vorhandenen Teile der Vorrichtung bevorzugt zumindest mit Kupfer beschichtet sind. Je nach Anforderung ist es gegebenenfalls sogar ausreichend, wenn das Abgasrohr an sich, d.h. zumindest dessen innere Oberfläche sowie der Wind- und Wetterschutz, kurz Witterungsschutz, mit kupferhaltigem Material beschichtet oder daraus hergestellt ist, wenngleich sowohl die Haltbarkeit als auch die ästhetische Wirkung bei einer Voll-Kupferausführung verbessert ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Kupferblech eine Wandstärke im Bereich von 0,1 mm bis 3,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 mm bis 2,5 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 mm bis 2,0 mm auf.
  • Wandstärken von 0,1 mm sind beispielsweise dort möglich, wo Kupferblech als Folie, die beispielsweise selbsthaftend sein kann, angewandt wird, während im Bereich besonders aggressiver Abgase, beispielsweise durch Schwefeldioxid oder Chloridbeimengungen im Abgas Wandstärken bis 3,0 mm möglich sind, wenngleich im normalerweise üblichen Umfeld Wandstärken des Kupferblechs im Bereich von 1,0 mm bis 2,0 mm liegen.
  • Eine gegenüber einer herkömmlichen Ausführung mit Aluminiumrohren deutlich geringere notwendige Wandstärke von Kupferrohren ist vorteilhafterweise darin begründet, dass es sich bei Kupfer um ein Halbedelmetall mit ausgeprägter Passivierungsneigung handelt, während Aluminium unter Abgasbedingungen zu einem hohen Oberflächenabtrag neigt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Oberfläche aus kupferhaltigem und/oder keramischem Material zur Vergrößerung der Oberfläche profiliert ausgebildet. Eine Vergrößerung der Oberfläche kann ebenfalls durch mehrere Einzelrohre, ein Netz oder eine wabenförmige Gasleitvorrichtung aus einem kupferhaltigen und/oder keramischen Material realisiert sein, wobei derartige Profilierungen bzw. Oberflächenvergrößerungsmittel vorzugsweise nur in dem Abgasrohr, bevorzugt an dessen äußerem Ende oder an dem Witterungsschutz vorgesehen sind. Hierdurch wird vermieden, dass der Strömungswiderstand unnötig erhöht wird. Der Vorteil einer größeren Oberfläche der kupferhaltigen Teile liegt darin, dass die aktive Reinigungswirkung des Kupfers mit einer zunehmenden Oberfläche desselben zunimmt.
  • Die prinzipielle aktive Reinigungswirkung von Titanverbindungen und insbesondere von Titandioxid basiert auf unterschiedlichen Wirkungsweisen. So werden neben der photokatalytischen Eigenschaft von Titandioxid die Effekte der Hydrophilisierung und der Hydrophobisierung von Oberflächen ausgenutzt. Im Hinblick auf eine Schmutzablagerung und - erfindungsgemäß - besonders im Hinblick auf eine Schmutzbeseitigung wirken diese Effekte, nämlich je nach Zustand des Titandioxids eine Hydrophilisierung oder eine Hydrophobisierung, zusammen mit der Photokatalyse gleichzeitig und können sich gegenseitig unterstützen. Die Entscheidung, welcher dieser Effekte bevorzugt genutzt wird, kann anhand des jeweiligen Reinigungsproblems getroffen werden. Hierauf wird nachstehend näher eingegangen.
  • Die wesentliche Einflussgröße, die bei einer Hydrophilisierung bzw. bei einer Hydrophobisierung ausgenutzt wird, ist die Erzeugung einer Oberfläche mit einem bestimmten definierten Randwinkel gegenüber Wasser. In Bezug auf einen Reinigungseffekt ist hierbei maßgeblich entscheidend, ob es sich um hydrophobe oder hydrophile Oberflächen handelt.
  • Bei hydrophoben Oberflächen, wie diese beispielsweise in Abgasrohren durch einen zwar geringen aber unvermeidbaren Abgaspartikelaustrag, wie beispielsweise Ruß, vorhanden sind, wirkt sich ein großer Randwinkel von 60°, bevorzugt 80° und größer vorteilhaft auf einen Reinigungseffekt aus. Dies kommt dergestalt zur Ausprägung, dass sich Wasser auf einer solchen Oberfläche zu einzelnen Tropfen zusammenzieht, die die Form von Kugelabschnitten besitzen. Die Kugelabschnitte weisen eine vergleichsweise große Höhe und eine vergleichsweise kleine Grundfläche auf. Die Adhäsionskraft, die zwischen dem Wasser und der Oberfläche wirkt, ist relativ klein, so dass das Wasser die Oberfläche bereitwillig und relativ vollständig verlässt, insbesondere wenn dies durch einen Luft- bzw. Abgassog unterstützt wird. Die Tropfen gleiten an diesen Oberflächen leicht.
  • Erfindungsgemäß ist deshalb zumindest das Innere des Abgasrohres mit einer Beschichtung versehen, die eine Hydrophobisierung der Innenoberfläche des Abgasrohres bewirkt. Hierfür ist erfindungsgemäß eine Keramik vorgesehen, die amorphes Titandioxid aufweist.
  • Durch die Gewährleistung einer leichten Abperlbarkeit von Kondenswasser an der Innenseite eines Abgasrohres wird zum einen vermieden, daß aggressive Bestandteile in dem Abgas, wie beispielsweise H2SO4, H2SO3, HNO2 oder HNO3 die innere Oberfläche des Abgasrohres angreifen können. Darüber hinaus wird durch die in der Regel senkrechte Stellung des Abgasrohres bei einer Dachdurchführung ein Abperlen nach unten begünstigt, so daß die Wassertropfen in wärmeren Bereichen, d.h. näher an dem Wärmeerzeuger wieder verdampfen und einem gasförmigen Austrag zugänglich gemacht werden. Ein weiterer Effekt, der zur Geltung kommt, besteht darin, daß abperlendes Wasser bereits bestehende Verschmutzungen abspülen kann, so daß auch im Inneren eines Abgasrohres ein Selbstreinigungseffekt zum Tragen kommt.
  • Je nach Material von der Witterung ausgesetzten Flächen, kann auch auf diesen amorphes Titandioxid vorgesehen sein. Vorzugsweise ist auch hier das amorphe Titandioxid in eine Keramikmatrix eingebunden. In aller Regel wird es sich jedoch bei diesen Fläche, die der Witterung ausgesetzt sind, um hydrophile Oberflächen handeln, so daß sich eine Hydrophilisierung für diese Flächen anbietet. Erfindungsgemäß wird dies durch den Einsatz einer Keramik erreicht, die kristallines Titandioxid aufweist, das, insbesondere nach Belichtung extrem kleine Randwinkel unter 5°, insbesondere sogar unter 1°, aufweist. Erfindungsgemäß sind beschichtete Oberflächen, die Titandioxid in der Kristallform Anatas aufweisen, bevorzugt. Diese sind wegen eines kleinen Randwinkels selbstreinigend. Dies ist darauf zurückzuführen, da bei hydrophilen Oberflächen die Adhäsionskraft, die zwischen Wasser und der Oberfläche wirkt, durch den kleinen Randwinkel, ähnlich wie bei der Verwendung chemischer Substanzen, wie beispielsweise von Tensiden, verringert wird. Ein leichtes Ablaufen von Wasser ist die Folge. Durch dieses Ablaufen werden bereits bestehende Verunreinigungen mit abgespült, so daß eine langsame aber stetige Reinigung der Dachoberfläche bzw. der der Witterung ausgesetzten Fläche, beispielsweise einer Abgas-, Luft- oder generell Gasleitvorrichtungsfläche stattfindet.
  • Ein weiterer vorteilhafter Effekt des Einsatzes von Titandioxid in Keramiken, insbesondere an der Witterung ausgesetzten Flächen besteht in der Photoaktivität von Titandioxid. Die Photoaktivität ist ein Halbleitereffekt, der bevorzugt an Anatas-Kristallen auftritt. Das Maß an Photoaktivität kann durch die Größe, die Art der Entstehung und die Dotierung der Kristalle beeinflusst werden. Bei der Photoaktivität handelt es sich um eine Photokatalyse und im weitesten Sinne um eine Oxidation, bei der, insbesondere organische Substanzen, katalytisch zersetzt und zu den Endprodukten Kohlendioxid und Wasser abgebaut werden. Hierbei werden unter dem Einfluss von UV-Strahlung, insbesondere von langwelliger UV-Strahlung, die auf Titandioxid einwirkt, OH-Radikale erzeugt, die ihrerseits reaktionsfähig sind und mit, insbesondere organischen, Wasserverunreinigungen reagieren und diese oxidieren. Da es sich hierbei um einen katalytischen Prozess handelt, findet kein Verbrauch von Titandioxid statt.
  • Vorteilhafterweise werden die Verunreinigungen bei einer Adsorption an Titandioxid oxidiert. Somit ist es vorteilhaft, wenn die Oberfläche aus keramischem Material zur Vergrößerung derselben profiliert ausgebildet ist. Die Adsorptionskapazität an Titandioxid, das vorzugsweise an der Oberfläche der Keramikschicht vorhanden ist, wird somit erhöht und ein Abbau beschleunigt. Ein wesentlicher Synergieeffekt zwischen einer hydrophilierten Oberfläche, auf der Wasserverunreinigungen gut abperlen können und der photokatalytischen Wirkung von Titandioxid an der Oberfläche besteht darin, daß ein Abschirmungseffekt, der durch eine hohe Schmutzkonzentration hervorgerufen sein kann, und der eine Zugänglichkeit des Titandioxids für UV-Strahlung, vorzugsweise aus Tageslicht verhindern würde, vermieden wird. Bei stark verschmutzten Oberflächen kann eine zusätzliche Bestrahlung mit ultraviolettem Licht vorgesehen sein, die jedoch, je nach den jeweiligen Umständen nur temporär erfolgen kann. Des weiteren kann das Titandioxid beispielsweise mit Metallkomplexen beladen sein. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn es um den bevorzugten Abbau eines speziellen Schadstoffs geht.
  • Zusammenfassend kann festgehalten werden, daß mit Titandioxid hydrophobisierte bzw. hydrophilisierte Oberflächen große Vorteile bei der Selbstreinigung von Oberflächen bieten. Das Zusammenwirken hydrophilisierter oder hydrophobisierter und gleichzeitig photokatalytisch wirksamer Oberflächen können vielfältige Reinigungsprobleme beheben, zumindest jedoch deutlich entschärfen. Dies wirkt sich dahingehend aus, daß mit Titandioxid versehene Oberflächen, vorzugsweise in Form von amorphem Titandioxid bei hydrophoben Oberflächen bzw. von mit kristallinen, vorzugsweise Anatas-Kristallen versehene Oberflächen deutlich weniger verschmutzen, leichter zu reinigen sind, selbstreinigend, beschlagfrei und sogar bewuchshemmend wirken. Dies wird durch die photokatalytische Wirkung von Titandioxid begünstigt. Somit weisen erfindungsgemäß beschichtete Oberflächen deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Oberflächen auf.
  • Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird eine mit keramischem und/oder kupferhaltigem Material beschichtete oder daraus hergestellte Gasleitvorrichtung, insbesondere ein Abgasrohr oder ein Wind- und Wetterschutz in einer Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung zum Einsatz gebracht.
  • Erfindungsgemäß eignet sich eine vorgenannte Vorrichtung für selbstreinigende Dachoberflächen.
  • Eine solche Vorrichtung bietet sich vorteilhafterweise im Bereich des Wind- und Wetterschutzes an, wobei die Oberfläche dieser Bauteile, sofern diese bereits bestehen bzw. nicht ersetzt werden müssen, sondern zusätzlich mit diesen Materialien beaufschlagt werden können. Gegebenenfalls ist auch an einen Ersatz der bereits bestehenden Bauteile zu denken, da ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin besteht, daß bereits installierte Luft- und Abgasführungen mit den entsprechenden zusätzlichen erfindungsgemäßen Komponenten ausgerüstet werden können. So lassen sich rohrförmige Kupferrohrbänder, die mit Schraubverbindungen oder mit einem Schnellverschluß, beispielsweise durch Klemmen oder Stecken, versehen werden können, leicht im Bereich des Luftrohres montieren. Bestehende Anlagen können damit schnell und kostengünstig nachgerüstet werden, ohne die Anlagenfunktion zu beeinflußen. Nachjustierungen an der Anlage erübrigen sich somit.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand einer Abbildung näher erläutert werden. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Dachdurchführung mit einer Ansaughaube und einem Witterungsschutz.
  • In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines Dachs mit einer Dachdurchführung 1 für eine Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung, die sich aus einem Abgasrohr 2 und einem dazu konzentrischen Zuluftrohr 3 sowie aus einer Ansaughaube 4 und einem Witterungsschutz 5 sowie optional einem das Zuluftrohr 3 umgebenden Rohr 6 zusammensetzt. In dem Kreis, der "innerhalb des Dachs" dargestellt ist, sind die Strömungsrichtungen 7 der durch die Ansaughaube 4 einströmenden Zuluft und des unterhalb des Witterungsschutzes 5 austretenden Abgases dargestellt.
  • Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel sind lediglich die abgasbeaufschlagten Komponenten, d.h. das Abgasrohr 2 aus einem dünnwandigen Kupferrohr hergestellt. Der Witterungsschutz 5 sowie optional die Ansaughaube 4 sowie, ebenfalls optional, das Rohr 6 können auch aus einem dünnwandigen Kupferblech bestehen.
  • Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel sind alle Komponenten, die sich über dem Dach befinden, aus Kupfer gefertigt, wobei das Zuluftrohr 3 aus einem dünnwandigen Kupferrohr mit ca. 1 mm Wandstärke besteht, während das Abgasrohr 2 ca. 2 mm Wandstärke aufweist. Die Ansaughaube 4 und der Witterungsschutz 5 bestehen ebenfalls aus Kupfer, wobei das Blech 1 mm Wandstärke aufweist und so profiliert ist, daß es auch höheren Windgeschwindigkeiten oder einer Schneelast standhält.
  • Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel sind im Bereich des Zuluftrohres 3 zusätzliche rohrförmige Elemente innerhalb oder außerhalb in Form eines Rohres 6 angeordnet, wobei das Abgasrohr mit einem in Längsrichtung verlaufenden Rillenprofil zur Vergrößerung von dessen Oberfläche ausgebildet ist.
  • Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist die innere Oberfläche des Abgasrohres 2 mit einer Schicht aus amorphem Titandioxid versehen, während die äußere Oberfläche des Zuluftrohres 3, der Ansaughaube 4 sowie des Witterungsschutzes 5 mit einer Keramikschicht versehen sind, die Titandioxidkristalle in der Kristallform Anatas aufweist. Des weiteren sind die umgebenden Dachflächen ebenfalls mit einer Anatas-Beschichtung versehen.
  • Aus obigem geht hervor, daß die vorliegende Erfindung nicht nur eine Vorrichtung, sondern auch ein Verfahren zur Behandlung von Abgas zur Vermeidung von Verschmutzungen von Dachflächen betrifft.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dachdurchführung
    2
    Abgasrohr
    3
    Zuluftrohr
    4
    Ansaughaube
    5
    Witterungsschutz
    6
    Rohr
    7
    Strömungsrichtungen

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Luft- und Abgasführung, insbesondere für einen mit Gas beheizten Wärmeerzeuger, mit mindestens einem Abgasrohr (2) und mindestens einem, vorzugsweise konzentrisch zu dem Abgasrohr (2) angeordneten Zuluftrohr (3), wobei zumindest Abgas und/oder der Witterung ausgesetzte Flächen der Vorrichtung zumindest teilweise mit gegenüber Verbrennungszuluft und/oder Abgas inertem, insbesondere keramischem oder kupferhaltigem Material beschichtet oder daraus hergestellt sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Innere des Abgasrohres (2) und/oder der Witterung ausgesetzte Flächen amorphes Titandioxid aufweisen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Wind- und Wetterschutz (5) in Form wenigstens einer Gasleitvorrichtung vorgesehen ist, die eine räumliche Trennung von Strömungen von Zuluft und Abgas sicherstellt, wobei zumindest Teile davon mit keramischem oder kupferhaltigem Material beschichtet oder daraus hergestellt sind.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest Teile der Vorrichtung, insbesondere der Gasleitvorrichtung(en), aus Kupferblech bestehen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kupferblech eine Wandstärke im Bereich von 0,1 mm bis 3,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 mm bis 2,5 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 mm bis 2,0 mm aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Oberfläche aus kupferhaltigem und/oder keramischem Material zur Vergrößerung der Oberfläche profiliert ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das keramische Material Titan, insbesondere Titandioxid, aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Witterung ausgesetzte Flächen kristallines Titandioxid in der Kristallform Anatas aufweisen.
  8. Verwendung einer mit keramischem und/oder kupferhaltigem Material beschichteten oder daraus hergestellten Gasleitvorrichtung, insbesondere Abgasrohres (2), wobei das Innere des Abgasrohres (2) und/oder der Witterung ausgesetzte Flächen amorphes Titandioxid aufweisen zum Einsatz in und/oder Ansatz an einer Luft- und Abgasführungsvorrichtung.
  9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für, insbesondere selbstreinigende, Dachoberflächen.
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