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Die
Erfindung bezieht sich auf einen vormischenden Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Bei
solchen Gasbrennern ist ein einziger Gemischraum vorgesehen, der
direkt mit der Druckseite des Gebläses verbunden ist. Bei einem
modulierenden Betrieb eines solchen bekannten Brenners ist es daher
erforderlich, die Zufuhr an Brenngas-Luftgemisch zum Gemischraum
entsprechend zu steuern. Dabei ergibt sich das Problem, daß bei einem
solchen modulierenden Betrieb die Stabilität der Verbrennung leidet.
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Ziel
der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und einen Gebläsebrenner
der eingangs erwähnten
Art anzugeben und einen Brenner vorzuschlagen, der in weiten Grenzen
modulierend betrieben werden kann und auch bei einer geringen Belastung
stabil brennt.
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Aus
der
DE 24 38 521 C3 ist
bekannt, dass die Brennlänge
eines Brenners verstellt werden kann. In der
DE 41 08 715 A1 sind mehrere
Gemischräume
vor Brennersegmenten zu sehen. Die Gemischräume können einzeln zu- und abgeschaltet werden.
Ferner ist aus der Schrift bekannt, dass Blenden Brennersegmente
abdecken können.
Die
DE 30 14 441 A1 zeigt
einen Injektorbrenner, bei dem der Brenner in zwei Teilbereiche
unterteilt ist und sowohl nur ein Teilbereich, als auch beide Teilbereiche durch Öffnen beziehungsweise
Schließen
einer Ventils mit Brenngas durchströmt werden können. Die
DE 39 27 416 A1 zeigt einen
Brenner mit drei unterschiedlich dimensionierten Einzelbrennern,
die einzeln zu- und
abgeschaltet werden können.
Aus der
DE 44 07 758
A1 ist ein atmosphärischer Gasbrenner bekannt,
bei dem durch Variation des Abstandes Brennerdüse zu Injektor die Belastung
variiert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei einem Gasbrenner der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1 erreicht. Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen
ist es möglich,
die Modulation des Brenners beziehungsweise eine Verminderung der
Belastung desselben durch Unterbrechung der Gemischzufuhr zu Teilen
der Brennerfläche
zu erreichen. Dabei kann diese Teilfläche mit voller Leistung betrieben
werden, das heißt,
das Gemisch kann mit dem der vollen Leistung des Brenners entsprechenden
Druck der verbleibenden Teilfläche
des Brenners zugeführt
werden. Dadurch ist sichergestellt, daß die in Betrieb verbleibenden
Bereiche des Brenners mit der der vollen Leistung entsprechenden
Flächenbelastung
betrieben werden. Dadurch ist ein stabiler Brennerbetrieb möglich.
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Dabei
kann der Gemischraum mit der Druckseite eines Gebläses verbunden
sein. Es ist aber auch möglich,
das Gebläse
abgasseitig anzuordnen oder ganz entfallen zu lassen, so dass das
Gemisch aufgrund der Saugwirkung des Gebläses oder des thermischen Auftriebes
dem Gemischraum beziehungsweise der Brennerplatte zugeführt wird.
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Während die
Ansprüche
1 und 2 einen Zylinder als Brennerkörper und einen Tauchkörper zum Verdecken
von Brennerfläche
vorsehen, wird die Aufgabe gemäß den Merkmalen
des unabhängigen
Anspruchs 3 bei einer Brennerplatte durch einen Schieber mit Öffnungen,
welcher über
die Brennerfläche geführt wird,
gelöst.
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Gemäß den Merkmalen
des unabhängigen Anspruchs
4 wird die Aufgabe bei Injektorbrennern gelöst.
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Gemäß den Merkmalen
des unabhängigen Anspruchs
5 wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Brennerplatte
in mehrere einzeln absperrbare Brennerplattensegmente unterteilt
ist.
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Gemäß den Merkmalen
des unabhängigen Anspruchs
6 ergibt sich der Vorteil, dass bei einer Brennerplatte mit Ausströmöffnungen
jede einzelne Öffnung
individuell mit Brenngas-Luft-Gemisch
versorgt werden kann, was maximales Modulationsverfügen ermöglicht.
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Die
Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform
eines Gebläsebrenners,
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2 eine zweite Ausführungsform
eines Brenners,
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3 und 4 weitere Ausführungsformen eines Brenners,
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5 und 6 atmosphärische Gasbrenner,
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7a und 7b ein Detail,
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8 und 9 weitere Ausführungsformen von Gas-Gebläsebrennern,
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10a und 10b ein Detail und 11 und 12 weitere
Varianten der Erfindung.
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Gleiche
Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.
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Bei
einem Brenner nach der 1 ist
ein von einer Brennerplatte 1a, 1b abgeschlossener
Gemischraum 2 mit der Druckseite eines Gebläses 3 verbunden,
das über
die Saugseite 9 Luft ansaugt und dem über eine Gasleitung 17 und
eine Gasarmatur 13 Gas zugeführt wird.
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Dabei
ist im Gemischraum 2 eine um eine außermittig angeordnete Achse 8 schwenkbar
gehaltene Klappe 7 angeordnet, mit der wahlweise ein Teil der
Brennerplatte 1a, 1b von der Gemischzufuhr abgesperrt
werden kann, die über
eine Gemischleitung 18 zum Gemischraum 2 erfolgt.
Dabei kann in einer vertikalen Stellung der Klappe 7 auch
die gesamte Fläche
der Brennerplatte 1a, 1b mit Gemisch beaufschlagt
werden. Bei Vorsehen der Achse 8 nicht an der Brennerplatte 1 kann
die Klappe 7 mit ihrer von der Achse 8 abgewandten
Kante auf der Brennerplatte 1 gleiten, so daß kontinuierlich
Bereiche der Brennerplatte freigegeben oder abgesperrt werden können.
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Die
Ausführungsform
nach der 2 unterscheidet
sich von jener nach der 1 dadurch,
daß der
Gemischraum 2 durch eine Trennwand 4 unterteilt
ist, wobei ein von der Trennwand 4 begrenzter Bereich mit
einer Klappe 7 absperrbar ist. Mit dieser Klappe kann ein
Teil der Brennerplatte 1a, 1b wahlweise abgesperrt
werden.
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Bei
der Ausführungsform
nach der 3 ist das Gebläse 3 abgasseitig
angeordnet. Somit handelt es sich um einen gebläseunterstützten atmosphärischen
Gasbrenner. Alle hier abgehandelten Brenner können teil- oder vollvormischend
arbeiten. Dabei ist der Gemischraum 2, der durch eine Trennwand 4 unterteilt
ist, mit einem Frischluftrohr 6 verbunden, in das eine
Gasleitung 17 mündet.
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Die
Trennwand 4 ragt in das Frischluftrohr 6 hinein,
wobei einer dieser Teilquerschnitte des Frischluftrohres 6 mit
der Klappe 7 absperrbar ist. Diese Klappe 7 ist über eine
Steuerung 12 steuerbar und mit dieser über eine Steuerleitung 14 verbunden.
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Der
Brenner 1a, 1b ist in einem Schacht 21 eingebaut,
in dem auch ein Primär-Wärmetauscher 11 angeordnet
ist, und der mit einer Abgassammelhaube 20 abgedeckt ist,
in der das Gebläse 3 angeordnet
ist, das die Abgase in einen Kamin 19 fördert.
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Der
erfindungsgemäße Brenner 10 nach
der 4 weist eine Brennerplatte 1 auf,
die einen Gemischraum 2 abdeckt. Dieser Gemischraum 2 ist durch
Trennwände 4 in
Teilräume 2a, 2b, 2c, 2d, 2e unterteilt.
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Diese
Teilräume 2a bis 2e sind über Leitungen
mit der Druckseite des Gebläses 3 verbunden. Dieses
saugt über
eine Frischluftleitung 6 Luft an und mischt dieser Gas
bei, das über
die Gasleitung 17 dem Gebläse 3 zugeführt wird.
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Das
Brenngas-Luftgemisch gelangt über
die Leitungen, in denen Stellorgane in Form von einzeln ansteuerbaren
Klappen 7 angeordnet sind, in die Teilräume 2a bis 2e.
Die Klappen 7 sind über
Steuerleitungen 14 mit der Steuerung 12 verbunden
und werden von dieser gesteuert.
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Bei
der Ausführungsform
nach der 4 ist das Gebläse 3 an
der Gemischseite des Brenners 1 angeordnet, so daß die Brennerplatte 1 mit
der Druckseite des Gebläses 3 verbunden
ist.
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Dabei
ist unterhalb des Primär-Wärmetauschers 11 eine
Sammelhaube 15 angeordnet, die mit einem Abgasrohr 19 versehen
ist.
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Im
Vollastbetrieb des Brenners sind alle Klappen 7 geöffnet, so
daß alle
Teilräume 2a bis 2e mit
Brenngas-Luftgemisch versorgt werden, wobei dieses Gemisch über die
Ausströmöffnungen
der Brennerplatte 1 in den entsprechenden Bereichen 1a bis 1e der
Brennerplatte 1 austritt und verbrennt. Soll die Leistung
des Brenners 1 reduziert werden, so wird eine oder werden
mehrere der Klappen 7, die um Achsen 8 schwenkbar
sind, in die dargestellte geschlossene Stellung gebracht und damit
die Gemischzufuhr in den entsprechenden Teilraum 2a bis 2e beziehungsweise
die entsprechenden Teilräume unterbunden
und damit der entsprechende Bereich 1a bis 1e der
Brennerplatte 1 stillgesetzt. Jeder der in Betrieb bleibende
Teilraum 2a bis 2e kann mit dem für einen
Vollastbetrieb vorgesehenen Druck beaufschlagt werden.
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Das
Gebläse 3 kann
dabei in der Weise betrieben werden, daß der Druck am Ausgang des
Gebläses 3 konstant
gehalten wird. Da bei einer Verminderung der Leistung des Brenners 1 der
Querschnitt für
das Gas-Luftgemisch durch Schließen von Klappen 7 vermindert
wird, vermindert sich bei gleichbleibendem Druck auch das geförderte Volumen
pro Zeiteinheit des Gemisches. Damit ist auch eine entsprechende
Verminderung der Leistung des gesamten Brenners 1 verbunden.
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Mit
anderen Worten, bei einem erfindungsgemäßen Brenner 1 wird
bei einer Verminderung seiner Leistung dessen aktive Brennfläche verkleinert, wobei
die aktiv bleibenden Flächen
der Brennerplatte 1, das sind jene, deren zugeordnete Teilräume 2a bis 2e mit
Brenngas-Luftgemisch
beaufschlagt werden, mit Vollast betrieben werden können. Dadurch
ergibt sich ein entsprechend hoher Wirkungsgrad des Brenners und
ein entsprechend geringer Schadstoffausstoß.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 handelt es sich zwar auch
um einen vollvormischenden atmosphärischen Gasbrenner, aber um
einen solchen, dessen Brennerkörper
aus einzelnen Blechelementen besteht. Ein solches Blechelement 25 ist in
der 5 dargestellt. Es
liegen eine Vielzahl solcher Blechelemente nebeneinander, zwischen
denen Zwischen räume
vorgesehen sein können,
aber nicht müssen.
An der Oberseite 26 der einzelnen Blechelemente sind eine
Vielzahl von Gemischaustrittsöffnungen 27 angeordnet,
durch die das Gas-Luft-Gemisch austritt und verbrannt wird. Die
einzelnen Blechelemente 25 werden durch eine Vielzahl von
Injektorrohren 28 gespeist, die an ihrem oberen Ende Gas-Luft-Gemischauslässe 29 aufweisen.
Aufbau und Betriebsweise dieses vollvormischenden atmosphärischen
Gasbrenners ähneln
etwa dem Ausführungsbeispiel
nach 4, nur ist der
Brenner im Gegensatz zu dem nach 4 nicht
als Sturzbrenner ausgeführt.
Die einzelnen Injektoren weisen venturiartige Engstellen 30 auf,
die zu sich erweiternden Injektoreinlässen 31 führen. Diesen
steht in einem Abstand 32 fluchtend einzelne Gasdüsen 33 gegenüber. Aus
den Auslässen 34 der
Gasdüse
tritt ein Gasstrom V .G aus, dem aufgrund der
Injektorwirkung der Gasdüse
ein Luftstrom V .L beigemischt wird. Die einzelnen
Gasdüsen
sind an Gasteilleitungen 35 angeschlossen, in denen je
ein einzelnes Gasteilventil 36 angeordnet ist. Diese Gasteilventile
sind an die gemeinsame Gaszuleitung 17 angeschlossen. Den
einzelnen Gasteilventilen sind Magnetspulen 37 zugeordnet,
die alle über
je eine Steuerleitung 14 von der als Mikroprozessor ausgebildeten
Steuerung 12 angesteuert werden. Die Funktionsweise ist
dabei derart, daß die
einzelnen Gasteilventile 36 entweder voll öffnen können oder
ganz schließen
können.
Somit läßt sich
eine quasi kontinuierliche Betriebsweise des Brenners erreichen,
weil nämlich
einzelne Blechteile von der Gas-Luft-Gemischzufuhr abgeschnitten
werden können
oder geöffnet
werden. Die Kontinuität
der Modulation ist umso eher gewährleistet,
je stärker man
die einzelnen Bereiche des Brenners unterteilt und je mehr Injektorrohre
mit zugehörigen
Gasteilventilen man vorsieht.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 6 handelt es sich um einen
teilvormischenden atmosphärischen
Gasbrenner, so daß es
hier notwendig ist, den Anteil von Luft, der zur vollständigen Verbrennung
des Gases notwendig ist, anderweitig zuzuführen. Dies geschieht zweckmäßig zwischen
den einzelnen Blechteilelementen 25, die hier nicht eingezeichnet
sind. Die Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels
gemäß 6 gegenüber dem nach 5 liegt im anderen Antrieb der Gasventile.
Den Öffnungen 34 der
Gasdüsen
sind Ventilteller 38 zugeordnet, die über einen Hebelmechanismus 39,
der in einem Gelenk 40 beweglich ist, weggeklappt werden
können
oder auf die Öffnung 35 aufgesetzt
werden können.
Hierzu dient als Antrieb je ein Piezoelement, auch ein Relais wäre nicht
ausgeschlossen. Beim Ansteuern über
die jeweilige Steuerleitung 14 wird das Piezoelement oder
der Elektromagnet aktiviert, und der Ventilteller 38 von
der zugehörigen Öffnung 34 entweder
abgehoben oder auf sie aufgelegt. Auch so ist es möglich, die
einzelnen Injektorrohre 28 mit einem Gas-Luft-Gemisch zu speisen
oder stillzusetzen.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß den 7a oder b sind dem einzelnen
Injektorrohre 28, die auch hier wieder in Übereinstimmung
mit den Ausführungsbeispielen
nach 5 und 6 als Blechteile ausgebildet
sind, Gasdüsen 33 fest
zugeordnet. Diese Gasdüsen
werden von einem Schieber 42 entweder abgedeckt oder freigegeben.
Der Schieber fährt
in den Spalt 32 zwischen den Gasdüsen und den Einlässen 31 der
Injektorrohre 28 ein. Er weist eine Zahnteilung 43 auf,
in die ein Zahnrad 44 eingreift. Wird das Zahnrad 44 von
einem Motor, der in seiner Wirkung den Elementen 41 oder 37 entspricht, in
Betrieb gesetzt, so wird eine anwählbare Vielzahl von Gasdüsen 33 verschlossen
oder freigegeben. Damit ist es möglich,
die einzelnen Injektorrohre 28 mit einem Gas-Luft-Gemisch
zu versorgen oder hiervon auszuschließen.
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Gemäß Ausführungsbeispiel
nach 7b ist es auch
möglich,
statt eines einzigen Schiebers 42 zwei aufeinander zulaufende
oder sich voneinander wegbewegende Teilschieber 45 vorzusehen,
die mit einem Antrieb analog den Elementen 43 und 44 versehen
sind.
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Der
vollvormischende Gasbrenner nach 8 ist
wiederum als Gebläsebrenner
ausgestattet. Das Gebläse 3 saugt
ein Gas-Luft-Gemisch an und drückt
dies über
eine Leitung 46 in den Gemischraum 2. Der Gemischraum 2 ist
innerhalb eines hohlzylindrischen Brennerkörpers 47 ausgebildet,
der in seiner Wirkung der Brennerplatte 1 gleicht. Am Mantel 48 sind
zeilenweise die Brenngemischaustrittsöffnungen 27 angeordnet.
In den Innenraum des Gemischraums 2 taucht ein Tauchkörper 49 ein,
dessen Außenperipherie
gegenüber
der Innenperipherie des Brennerkörpers 47 abgedichtet
ist, so daß der
theoretische Spalt 50 gegen Null wird. An dieser Stelle muß das System
gasdicht sein. Es ist ein Motor 51 vorgesehen, der von
der Leitung 14 angesteuert ist und der über eine Schneckenstange 52 den
Tauchkörper 49 in
seiner Höhe
positioniert. Je höher
der Tauchkörper 49 bewegt
wird, umso mehr Zeilen von Gemischaustrittsöffnungen 27 werden
frei, und durch sie kann das Gas-Luft-Gemisch
austreten. Je tiefer der Tauchkörper 49 abgesenkt
wird, umso geringer ist die Gesamtfläche aller dann noch freibleibenden Brenngemischaustrittsöffnungen.
Damit wird auch hier quasi kontinuierlich die Leistung des Brenners insgesamt
vergrößert oder
verkleinert. Neben der Figur angeordnete Skala 53 verdeutlicht
die Leistungszu- bzw. -abnahme bei der Bewegung des Tauchkörpers 49.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 9 handelt es sich um einen
keramischen Flächenbrenner,
dessen Brennerplatte 1 in nicht dargestellter Weise die
einzelnen Brenngemischaustrittsöffnungen 27 aufweist.
Der Brenner ist als Sturzbrenner aufgebaut. Die Oberseite 53 der
Brennerplatte 1 ist von einer Brennerhaube 54 abgedeckt,
in deren Inneren 55 sich der Gemischraum 2 ausbildet.
Der Gemischraum 2 ist gegenüber der Oberseite 53 der Brennerplatte
durch eine Irisblende 56 mehr oder weniger abgedeckt, und
zwar bis auf einen Freiraum 57, der je nach Stellung der
Irisblende kleiner oder größer sein
kann. In der größten Ausführung entspricht er
der Maximalleistung des Brenners, in der kleinsten Ausbildung ist
er geschlossen. Die Irisblende wird von dem Motor 51 angesteuert, über die
Stange 52 wird die Irisblende verstellt. Das Gas-Luft-Gemisch V .G,L wird in Richtung des Pfeiles 58 von
dem hier nicht eingezeichneten Gebläse 3 dem Gemischraum 2 zugeführt. Durch
diese Ausführung
ist es möglich, vollkontinuierlich
und nicht stufig wie bei bisherigen Ausführungsbeispielen die Leistung
des Brenners zu steuern.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach den 10a und b ist
ersichtlich, daß die
Irisblende 56 durch einen Scheiber 59 zu ersetzen
ist. Der Schieber 59 weist nach dem Ausführungsbeispiel 10a keine
Durchgänge
auf, nach dem Ausführungsbeispiel nach 10b jedoch
Ausnehmungen 60 rechteckförmigen Querschnitts. Diese
Ausnehmungen sind in der gleichen Art und Weise im Schieber 59 positioniert wie
die Brenngemischaustrittsöffnungen 27 in
der darunterliegenden Brennerplatte 1. Fluchten die Öffnungen 60 mit
den Öffnungen 27 beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 10b, so wird der Brenner
mit der größtmöglichen
Leistung betrieben. Wird der Schieber mehr oder weniger gegenüber der
Brennerplatte 1 verschoben, so ergibt sich ein seitlicher
Versatz der Öffnungen 60 zu
den Öffnungen 27,
so daß der
Brenner auf der gesamten Brennfläche
mit verminderter Leistung betrieben wird. Es ist aber auch möglich, den
Brenner nach 10b so
zu betreiben, daß ein Teil
der Brennerplatte 1 vom Schieber 59 nicht übergriffen
wird und ein Teil hingegen abgedeckt wird. Somit ergibt sich ein
voller Gas-Luft-Durchsatz durch die vom Schieber 59 nicht
abgedeckten Bereiche der Brennerplatte 1, während ein
Teilbereich der Brennerplatte und die dort unter dem Schieber 59 liegenden
Brenngemischaustrittsöffnungen 27 nicht
oder teilweise mit Gas-Luft-Gemisch
beliefert werden. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 10a werden nur einzelne
Bereiche der Brennerplatte 1 abgedeckt oder freigegeben.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 11 ist die Brennerplatte 1 aus
einzelnen unmittelbar anliegenden Segmenten 61 gebildet.
Diese einzelnen Segmente können
in einem Metallgitter ruhen, das sie insgesamt festhält. So ist
eine leichte Auswechselbarkeit der Segmente möglich. Die Segmente sind somit
in einer Art Raster positioniert, wobei jedem einzelnen Brennerplattensegment 61 eine Gas-Luft-Versorgung
zugeordnet ist. Diese besteht aus einer Abdeckhaube 62,
deren Innenraum 63 über die
Gemischzuleitung 46 ein Gas-Luft-Gemisch zugeführt wird.
Diese Leitung 46 wird von einem Ventil 64 beherrscht,
dessen Magnetantrieb 65 von der Steuerleitung 40 angesteuert
wird. Somit ist es möglich,
jedes der einzelnen Segmente mit Gas-Luft-Gemisch zu versorgen oder
stillzusetzen.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 12 ist die Brennerplatte 1 einteilig
hergestellt, und zwar analog zum Ausführungsbeispiel nach 11 aus Keramik. Die Brennerplatte 1 weist über den
gesamten Bereich eine Vielzahl von Gas-Luft-Gemischaustrittsöffnungen 27 auf.
Jeder einzelnen der Gas-Luft-Gemischaustrittsöffnungen 27 ist ein
Gemischrohr 46 zugeordnet, das von je einem Ventil 64 verschlossen
oder geöffnet
werden kann. Den Ventilen sind wieder Magnete 65 zugeordnet,
die – wie
bereits beschrieben – über die
Leitung 14 über die
Steuerung 12 angesteuert werden können. Somit ist es möglich, die
gesamte Brennerplatte 1 in eine Vielzahl von Teilbrennern
entsprechend den einzelnen Gemischaustrittsöffnungen 25 zu unterteilen
und die alle einzeln ansteuern zu können. Solche relativ kleinen Ventile,
wie sie hier zur Anwendung kommen, sind im übrigen bei Tintenstrahldruckern
bekannt.