DE8709386U1

DE8709386U1 - Vorrichtung zum Beaufschlagen eines fluiddurchströmten Reaktionsraumes mit einem zweiten Fluid

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Publication number: DE8709386U1
Application number: DE8709386U
Authority: DE
Original assignee: REINING-HEISSKUEHLUNG 4330 MUELHEIM DE
Current assignee: REINING-HEISSKUEHLUNG 4330 MUELHEIM DE
Priority date: 1987-07-08
Filing date: 1987-07-08
Publication date: 1988-08-18

Description

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Mein Zeichen 87 031 ^Dihim 2. Juli 1987

REINING HEISSKÜHLUNG, Heuweg 18, 4330 Mülheim s.d. Ruhr

Vorrichtung zum Beaufschlagen eines fluiddurchströmten Reaktionsraumes mit einem zweiten Fluid

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beaufschlagen eines von einem ersten Fluid durchströmten Reaktionsraumes mit einem zweiten Fluid, bestehend aus einem rohrförmigen, mit dem zweiten Fluid beaufschlagbaren Elernen¹., mit mindestens einer Düse für den Austritt des zweiten Fluides aus dem rohrförmigen Element in den Reaktionsraum, insbesondere zum Einblasen eines Gases oder Gasgemisches in die die Rauchgase von Verbrennungsanlagen führenden Leitungen zur Reduzierung von Stickoxiden.

Im Zuge der Maßnahmen zur Reinhaltung der Luft ist es den Betreibern von Verbrennungsanlagen gesetzlich vorgeschrieben, bestimmte Grenzwerte, unter anderem hinsichtlich des Ausstoßes von Stickoxiden, nicht zu überschreiten. Um die Stickoxidbelastung der Rauchgase von Verbrennungsanlagen unter den vorgeschriebenen Grenzwerten zu halten, ist es bekannt, in die Rauchgase mittels Düsen ein ammoniakhaltiges Gas als Behandlungsmedium (Reaktant) einzublasen. Da zur Wirksamkeit dieser Maßnahme die Rauchgase eine vergleichsweise hohe Temperatur aufweisen müssen, sind die Einblasvorrichtungen einer starken Hitzebelastung ausgesetzt, wodurch die Lebensdauer dieser Vorrichtungen erheblich beeinträchtigt ist.

Oavon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, insbesondere unter Vermeidung vorerwähnter Nachteile, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit verbesserter Effizienz zu schaffen. Insbesondere soll die Wirksamkeit des Behandlungs

Telefon (0201)41994 .. .... .. .. .... ·■ ·· NjHonal-Bank Essen (BLZ 36020030) 230359

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mediums (zweites Fluid) so groß wie möglich sein. Ferner wird angestrebt, die Hitzebelastung der Beeufschlagungsvorrichtung (Lanze) so gering wie möglich zu halten; dabei soll - vorzugsweise - die Temperatur im Reaktionsraum durch die Lanze so wenig wie möglich verändert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist,

b) das rohrförmige Element (einerseits) von Wandungsteilen von mindestens zwei parallel zu dem rohrförmigen Element sich erstreckenden kühlmitteldurchstrombaren Rohren (Kühlmittelrohren) sowie (andererseits) von benachbarte Kühlmittelrohre verbindenden Stegwänden gebildet wird und

b) die mindestens eine Düse in einer Stegwand angeordnet ist.

Durch die Erfindung werden u.a. folgende Vorteile erzielt:

- die Verteilung des zweiten Fluides (Behandlungsfluid) im Reaktionsraum kann in einfacher Weise optimiert werden, insbesondere kann eine möglichst weitgehende Gleichverteilung über das Volumen oder einen bestimmten Strömungsquerschr.itt des Reaktionsraumes erreicht werden, wobei die Lage des beaufschlagten Strömungsquerschnittes bezüglich der Durchströmungsrichtung des ersten (zu behandelnden) Fluides frei wählbar und auch veränderbar sein kann;

- kühltechnisch kann jede gewünschte Kühlungsart, wie Kaltwasserkühlung, Warmwasserkühlung, Heißwasserkühlung, Verdampfungskühlung oder dergleichen eingesetzt werden, und zwar mit Zwangumlauf oder Naturumlauf;

- die vom Kühlmittel aufgenommene Wärme kann in herkömmlicher Weise nutzbar gemacht werden;

- die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für eine im Grunde unbeschränkte Vielzahl von möglichen Reaktionen zwischen dem ersten und dem (zu beaufschlagenden) zweiten Fluid verwendbar;

es kann sich dabei um chemische Reaktionen handeln, aber auch um rein physikalische;

das als Lanza ausgebildete rohrförmige Element kann sich sowohl quer als auch parallel zur Strömungsrichtung des ersteh Fluides in dem von dem ersten Fluid durchströmten Reaktionsraum erstrecken, insbesondere kann sie axial verfahrbar und/oder verschwenkbar in dem Reaktionsraum angeordnet sein; die Temperaturdifferenzen zwischen dem ersten und zweiten Fluid und/oder dem Kühlmittel können relativ hoch sein, ohne negative Folgen aufgrund vors Wärmedehnung.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes, die insbesondere eine zielgerichtete Verteilung des zweiten Fluides im Reaktionsraum, sowie eine kühltechnisch besonders günstige und eine mechanisch stabile Anordnung der Beaufschlagungsvorrichtung gewährleisten, sind in weiteren Ansprüchen enthalten.

Die vorgenannten, erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Beaufschlagungsvorrichtung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig.la/b eine erfindungsgemäße gekühlte Beaufschlagungsvorrichtung innerhalb eines rohrförmigen (im Längsschnitt dargestellten) Reaktionsraumes in zwei schematisiert dargestellten Ausführungsformen(Schnitte entlang den Linien I-I gemäß Fig.2a/b);

Fig.2a/b dieselben Vorrichtungen in Horizontalschnitt (Schnitte entlang den Linien II-II gemäß Fig.la/b), wobei Fig.i/a del Ausführungsform gemäß Fig.la und

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-A-Fig.2b der Ausführungeform Fig.Ib entspricht;

Fig.3a- 3c drei weitere Ausführungsformen einer Beaufschlagungsvorrichtung in Darstellungsaft gemäß Fig.la/b;

Fig.4a - 4e fünf verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Beaufschlagungsvorrichtungen in Querschnittsdarstellung durch den Düsen aufweisenden ^c; Rohrbereich;

< ) Fig.5a - 5c drei weitere Ausführungsformen der Beaufsthla-

gungsvorrichtung mit rechteckigen Kühlmittelrohren - in Darstellungsart wie Fig.4a bis 4e;

Fig.6a - 6c drei weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Beaufschlagungsvorrichtungen mit mehrstückig gebildeten Kühlmittelrohren - in der Darstellungsart wie Fig.4a bis 4e;

Fig.7a - 7c eine erfindungsgemäße Beaufschlagungsvorrichtung entsprechend Fig.la und 2a im Vertikalschnitt (Fig.7a = Schnitt gemäß Linie VIIa-VIIa aus Fig.7b), im Horizontalschnitt (Fig.7b = Schnitt entlang der Linie VIIb-VIIb aus Fig.7a) sowie in einem weiteren Vertikalschnitt (Fig.7c = Schnitt

■ entlang der Linie VIIc-VIIc aus Fig.7b) - alle

Darstellungen ausschn;^tsweise, sowie

Fig.8a - 8c eine erfindungsgemäße Beaufschlagungsvorrichtung

; in etwa entsprechend Fig.Ib und 2b im Vertikal-

&xgr; schnitt (Fig.8a = Schnitt gemäß Linie VIIIa-VIIIa

L . aus Fi£j.8b), im Horizontalschnitt (Fig.8b =

r Schnitt entlang der Linie VIIIb-VIIIb aus Fig.8a)

) sowie in einem weiteren Vertikalschnitt (Fig.8c =

, Schnitt entlang der Linie VIIIc-VIIIc aus Fig.8b)

- alle Darstellungen ausschnittweise.

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In Figuren la/b sind lanzenförraige Beaufschlagungsvorrichtungen 1 dargestellt, die innerhalb eines Reaktionsraumes 17 in mittezentrierter Position (auf den Querschnitt bezogen) angeordnet und vertikal, d.h. parallel zur aufwärts gerichteten Strömung eines ersten Fluides, verschiebbar sind. Der Reaktionsraum 17 ist z.B. eine Rauchgasleitung einer Feuerungsanlage und das aufwärts strömende erste Fluid ist entsprechend ein Rauchgas
mit einer Temperatur von z.B. 1.000 ⁰C. Die Beaufschlagungsvorrichtung 1 weist rohrförmige Elemente 2 auf, die über eine Zuführleitung 3 von oben her mit einem zweiten Fluid hier z.B. einem ammoniakhaltigen Gas mit einer Ausgangs- ' temperatur von z.B. 20 ⁰C - beaufschlagbar sind. Dieses zweite j

Fluid strömt über Austrittsdüsen 4 in den Reaktionsraum 17 ab. i Oie Austrittsdüsen 4 sind in weiter unten beschriebenen Steg- i

j wänden 8, welche einen Teil der Wandung des rohrförmigen EIe- j mentes 2 bilden, angeordnet. Grundsätzlich können in der Zu- jj fahrleitung 3 ebenfalls Austri*tsdüsen vorgesehen sein, soweit « diese Zuführleitungen in gleicher Weise ausgeführt sind wie die rohrförmigen Elemente 2; bevorzugt weist der die Zuführleitung 3 (unter anderem) aufnehmende Lanzenstock 18 allerdings keine Austrittsdüsen 4 auf.

Parallel zu dem rohrförmigen Element 2 erstrecken sich zwei von einem Kühlmittel z.B. einem Wasser/Dampf-Gemisch mit einem Überdruck von etwa 15 bar und einer Temperatur von etwa 200 ⁰C durchströmbare Rohre (Kühlmittelrohre) 7, die an den freien Enden der rohrförmigen Elemente 2 durch Umlenkstücke 16 paarweise miteinender verbunden sind (siehe auch Figuren 5c, 7c und 8c). Im Bereich des Lenzenstockes 18 sind entsprechend mindestens ein Kühlmittelzuführkenal 14 und mindestens ein Kühlmittelabführkenal 15 vorgesehen. Je nach Kühlkonzept werden eile rohrförmigen Elemente 2 unabhängig voneinander über getrennte Kühlmittnlzuführkenale 14 gekühlt (Figuren la, 2a und 7a-c), wobei dann, vorzugsweise, nur ein einziger Kühlmittelabführkenal 15 vorgesehen ist. Grundsätzlich ist aber auch eine entgegengesetzte Strömungsrichtung des Kühlmittels

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möglich, was in den Figuren durch gestrichelte Strömungspfeile angedeutet ist. Besonders vorteilhaft ist eine konzentrische Anordnung der Zuführleitung 3 für das zweite Fluid, eines einzigen Kühlmittelzuführkanales 14 sowie eines einzigen Kühlmittelabführkanales 15 (Figuren Ib₁ 2b und 8a bis 8c). Bei dieser Ausführungsform ist, bevorzugt, die Kühlmittelzuführleitung 14 innen und die Kühlmittelabführleitung 15 außen angeordnet, während die Zuführleitung 3 für das zweite Fluid konzentrisch zwischen diesen beiden Kühlmittelkanälen angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform sind in den Kühlmittelrohren 7, insbesondere in deren Eingangszone vorzugsweise Drosselblenden 7C zur besseren Verteilung des Kühlmittels angeordnet (Fig.8a/b).

Bei der vorerwähnten Ausführungsform können sich die rohrförmigen Elemente im rechten Winkel (wie in Fig.la, 7a und 8a dargestellt) oder aber in einem anderen Winkel (Fig.Ib) zur allgemeinen Stromungsrichtung des ersten Fluides im Reaktionsraum 17 erstrecken. Dabei wird eine strahlenförmige Anordnung der rohrförmigen Elemente 2 bevorzugt. Eine ebenfalls bevorzugte Ausführungsform besteht darin, die rohrförmigen Elemente 2 winkelförmig zu gestalten, wobei (vorzugsweise) die freien Enden der rohrförmigen Elemente 2 mit benachbarten rohrförmigen Elementen fest verbunden sind (Figuren 2a/b, 7b und 8b). Hierdurch wird eine flächendeckende gleichmäßige Beaufschlagung möglich und eine mechanisch stabile Anordnung erreicht.

Grundsätzlich ist sowohl die axiale Verschiebbarke^!.t als auch die flächendeckende und gleichmäßige Fluidbeaufschlagung auch unabhängig von der erfindungsgemäßen Gestaltung der Beaufschlagungvorrichtung vorteilhaft anwendbar.

In Figuren 2a/b sind der Übersichtlichkeit halber die rohrförmigen Elemente 2 und deren Zuführleitungen 3 fortgelassen und die parallel angeordneten Kühlmittelrohre 7 nebeneinander (statt untereinander) angeordnet dargestellt.

Aus Figuren 3a/b ergibt sich, daß die Kühlmittelströmung ent-

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weder in allen zu einem rohrförmigen Element 2 gehörenden Kühlmittelrohren 7 gleichgerichtet sein kann (Fig.3b) oder daß mindestens eines der zu einem rohrförmigen Element 2 gehörenden Kühlmittelrohre das Kühlmittel zuführt und mindestens ein Kühlmittelrohr 7 das Kühlmittel in entgegengesetzter Richtung wieder abführt, wobei die Umlenkung über ein entsprechendes Umlenkstück 16 erfolgt (Fig.3a). Ebenso ist es möglich, das rohrförmige Element 2 zum Beispiel als Bestandteil einer in der Figur nicht dargestellten Ringleitung auszubilden (Fig.3b) oder es tot enden zu lassen (Figuren la bis 3a sowie 7 und 8) . Dies hängt vom Anwendungsfall ab. Gemäß Fig. 3c kann die Beaufschlagungsvorrichtung 1 mittels eines z.B. ein Gelenk aufweisenden Wanddurchführungselementes 10 in vorzugsweise mehrere Richtungen geschwenkt und verschoben werden. Dies wird durch die der erfindungsgemäßen Anordnung zueigenen besonders hohen Biegesteifigkeit möglich. In diesem Fall sind nur sehr wenige, ggf. nur rine Austrittsdüse 4 erforderlich, um den Reaktionsraum 17 an unterschiedlichen Stellen mit dem zweiten Fluid zu beaufschlagen.

In Figuren 4a bis 4e sind Beaufschlagungsvorrichtungen dargestellt, bei denen die Kühlmittelrohre 7 aus handelsüblichen paralell zueinander angeordneten Rohren bestehen. Die jeweils benachbarten Rohre sind durch Stegwände 8 miteinander verbunden. Die Stegwände bestehen aus einfachen Schweißnähten 9 oder aus Flacheisen oder dergleichen, welche zum Beispiel durch ununterbrochene Schweißnähte 9 mit den Kühlmittelrohren 7 verbunden sind (Fig.4d). Die Stegwände 8 und die diesen benachbarten innenliegenden Wandungsteile ⁷A der Kühlmittelrohre 7 bilden gemeinsam die rohrförmigen Elemente 2. Dabei sind die Düsen 4 in den Stegwänden 8 in Form von Bohrungen (Fig. 5a/b) angeordnet .

Gemäß Fig.4e kann ein zusätzliches Kühlmittelrohr 7' vorgesehen sein, welches allerdings keinen umittelbaren Kontakt mit dem rohrförmigen Element 2 hat, sondern zum Beispiel so angeordnet ist, daß es die Biegesteifigkeit der Beaufschlagungsvorrichtung

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1 erhöht; dies ist bei biegebelasteten Beaufschlagungsvorrichtungen wie in Figuren 3a/b von Vorteil und kann auch kühlteciinisch wirkungsvoll genutzt werden.

In Figuren 5a bis 5c sind Kühlmittelrohre 7 mit rechteckigem Querschnitt dargestellt. Diese sind kühltechnisch besonders wirkungsvoll und ermöglichen bei gleicher Anzahl und Dimensionierung die Ausgestaltung von rohrförmigen Elementen mit vergleichsweise kleinen (Fig.5b) oder vergleichsweise großen (Fig.5a) freien Strömungsquerschnitten. Dabei kac.> das Flächenverhältnis der innonliegenden, das rohrförmige Element 2 mit-O bildenden Wandungsteile 7A zu den außenliegenden, Kit dem ersten Fluid im direkten Kontakt stehenden Wandteilen 7B im weiten Umfang variiert werden, wobei die Stegwände 8 in allen Fällen relativ schmal und mittels einfacher Schweißverbindungen herstellbar sind. Für tot endende rohrförmige Elemente 2, wie sie im Zusammenhang mit Figuren la bis 2b sowie 7 und 8 beschrieben werden, eigenen sich Anordnungen gemäß Fig.5c in jeder Weise besonders gut.

Gemäß Figuren 6a bis 6c können die Kühlmittelrohre (anstelle aus einem einteiligen Rohr, wie es vorausgehend beschrieben wurde) aus mehrteilig gebildeten Rohren bestehen. In diesem Fall können die rohrförmigen Elemente 2 einteilig (wie in Fig.6a bis 6c dargestellt) ausgeführt sein. Auch in diesem Felle sind die benachbarten Kühlmittelrohre 7 durch einfache Stegwände 8 miteinender verbunden, wobei diese Stege Beetendteile des rohrförmigen Elementes 2 sind, die die Au&trittedüsen 4 aufweisen. Bei diesen Ausführungsformen weisen die Kühlmittelrohra 7 eigenständige Wendungeteile 78 auf, die zumindest den überwiegenden Teil der Rohrwendung bilden, welche mit dem ersten Fluid im unmittelbaren Kontext steht. Diese Wendungeteile 7B eind mit den Stegwinden 8 ourch LÄngeschweißnlhte 9 verbunden. Bei diesen Ausführungeformen kann des rohrförmige Element 2 zum Beispiel im Strangpreßverfahren oder euch durch Bearbeiten dickwandiger Rohre mit Nutenfräsern hergestellt wer«

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den (Fig.6a und 6c). Dabei wechseln rohrparallele Nuten 11 mit rohrparallelen, die Stegwände 8 bildenden Rippen einander ab. Die Kühlmittelrohre 7 werden also von den Nuten 11, den Stegwänden 8 und dem eigenständigen Wandungsteil 7B gebildet.

Nach alldem basiert die Erfindung auf dem Grundgedanken, eine lanzenförmige Beaufschlagungsvorrichtung für Fluide, bei der das Fluid durch mindestens eine Austrittsdüse 4 aus dem Inneren eines rohrförmigen Elementes 2 austritt, mit mindestens öinöüi Kühlmittelkreislauf zu versehen und, vorzugsweise, die mindestens eine Austrittsdüse 4 in der Wandung des rohrförmigen Elementes 2, insbesondere in einer einfachen Stegwand 8, anzuordnen.

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Bezugszeichenliste:

1 Beaufschlagungsvorrichtung

2 rohrförmiges Element

3 Zuführleitung

4 Austrittsdüse

7 Kühlmittelrohr 7¹ Kühlmittelrohr

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7B Wandungsteil

7C Drosselblende

8 Stegwand

9 Schweißnaht

10 Wanddurchführungselement

11 Nut

14 Kühlmittelzuführkanal

15 Kühlmittelabführkanal

16 Umlenkstück

17 Heaktionsraum

18 Lanzenstock

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Claims

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Ansprüche:

1. Vorrichtung zum Beaufschlagen eines von einem ersten Fluid durchströmten Reaktionsraumes (17) mit einem zweiten Fluid, bestehend aus einem rohrförmigen, mit dem zweiten Fluid beaufschlagbaren flement (2) mit mindestens einer Düse (4) für den Austritt des zweiten Fluides aus dem rohrförmigen Element (2) in den Reaktionsraum (17), dadurch gekennzeichnet;, daß

a) das rohrförmige Element (2) von Wandungsteilen (7A) von (') mindestens zwei parallel zu ihm (dem rohrförmigen Element (2))sich erstreckenden, kuhlmitteldurchströmbaren Rohren (Kühlmittelrohren) (7) siwie von benachbarte Kühlmittelrohre (7) verbindenden Stegwänden (8) gebildet wird und

b) die mindestens eine Düse (4) in einer Stegwand (8) angeordnet ist.

. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine verzweigte Anordnung aus mindestens zwei ronrförmigen Elementen (2) und einer gemeinsamen Zuführleitung (3)

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine strahlenförmige Anordnung der rohrförmigen Elemente (2).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein rohrförrniges Element (2) zu einem Winkel geformt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein rohrförmiges Element (2) ein freies Ende aufweist und das freie Ende an einem Element der Vorrichtung (Beaufschlegungsvorrichtung) (1) festgelegt ist.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Umlenkstück (16) zur Verbindung von zwei

freien Kühlmittelrohrenden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeich-

■■■ net durch einen Lanzenstock (18) zumindest bestehend aus

&iacgr; einem Kühlmittelzuführkanal (14) und einem dazu konzen-

^II trisch angeordneten Kühlmittelabführkanal C5).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelrohre (7) zumindest teilweise aus Rechteckrohren bestehen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelrohre (7; 7A, 7B) mehrteilig gebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiteres Kühlmiötelrohr (7¹) paralell zu dem rohrförmigen Element und von den das rohrförmige Flement (?) bildenden Wandteilen entfernt angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Wanddurchführungeelement (10) aufweist, mittels dessen das rohrförmige Element in mindestens einer Richtung innerhalb des Reaktionsraumes (17) schwenkbar ist.