DE2703114A1 - Anlage zur klimatisierung von orten mit heissem klima und zur suesswassergewinnung an diesen orten - Google Patents
Anlage zur klimatisierung von orten mit heissem klima und zur suesswassergewinnung an diesen ortenInfo
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Description
(H 9^7)
H 77/08
Sln/fl 26.1.77
Anlage zur Klimatisierung von Orten mit heißem Klima und zur SUßwassergewinnung an diesen Orten
Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Klimatisierung von Orten mit heißem Klima und zur SUßwassergewinnung
an diesen Orten mit mindestens einer Kompressionsoder Absorptionskälteanlage.
Es ist allgemein bekannt, daß viele Gebiete der Erde
ein besonders fUr Europäer, aber auch fUr Einheimische schwer
erträgliches heißes oder heißfeuchtes Klima aufweisen. So betragen am Persischen Golf, beispielsweise fUr die Gegend um Bahrain,
zur Sommerzeit die mittleren Lufttemperaturen 32 C, die Meerwasser-
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temperaturen }1°C und die relative Luftfeuchtigkeit 70 %.
Um die Lebensbedingungen in solchen Gebieten, zumindest
in den Städten, in deren Straßen sich die Hitze zusätzlich durch das Abstrahlen der in den Gebäudewänden gespeicherten Wärme erhöht, erträglicher zu gestalten, werden bisher die meisten geschlossenen Räume mit Hilfe von Einzelklimaanlagen auf niederen
Temperaturen gehalten. Außerhalb der geschlossenen Räume, insbesondere in den Straßen der Städte, bleibt Jedoch die Hitze bestehen und wird sogar noch dadurch gesteigert, daß die Klimaanlagen Wärme an die Umgebung abgeben. Dabei ist der Gesamtenergieverbrauch der meist auf elektrischer Basis arbeitenden und einen
schlechten Wirkungsgrad aufweisenden Klimaanlagen in ihrer Vielzahl erheblich.
Ein weiteres Problem solcher Gegenden besteht in der Wasserversorgung. Da infolge der allgemeinen Niederschlagsarmut
der Grundwasserspiegel sehr niedrig ist und da infolge der Hitze die Verdunstungsrate sehr hoch liegt, ist das eigene SUßwasservorkommen gering. In KUstenregionen kann diesem Mangel dadurch begegnet werden, daß Trinkwasser aus Meerwasserentsalzungeanlagen
gewonnen wird, die aber auch, um Trinkwasser in ausreichender Menge zur Verfügung stellen zu können, einen hohen Energieverbrauch aufweisen. Klistenferne Gebiete aber sind zur Sicherung
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ihrer Wasserversorgung beispielsweise auf tiefe Brunnen oder aufwendige Transportsysteme angewiesen.
FUr an Gewässern angesiedelte, ein heißes Klima aufweisende Städte« wurde bereits mit der Patentanmeldung
P 26 09 113.4 eine Anlage zur Klimatisierung vorgeschlagen, die aus einer oder mehreren ihre Wärme an einen ersten Wasserkreislauf abführenden Kompressions- oder Absorptionskälteanlagen und
mehreren, in gewissen Abständen über das Stadtgebiet verteilten.
Jeweils mit einer Kälteanlage Über einen zweiten Wasserkreislauf in Verbindung stehenden KUhItürmen besteht. Die Punktionsweise
der gesamten Anlage 1st dabei die, daf mit Hilfe der Kälteanlage abgekühltes Kreislaufwasser in den KUhItUrmen Über Wärmetauscher
mit der Umg·1 bungs luft in Wärmetausch gebracht wird.
Abgesehen davon, daß eine solche Anlage mit der notwendigen Verlegung der Wasserleitungen zu den Über das Stadtgebiet
verteilten KtUiItUrmen kostspielig und damit auch ihr Einsatz
eingeschränkt ist, kann eine solche Anlage zudem nur zur Klimatisierung von Orten verwendet werden, die an Gewässern liegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach im Aufbau angelegte Anlage zur Klimatisierung von Orten mit
heißem Klima und zur SUÖwassergewinnung an diesen Orten mit
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mindestens einer Kompressions- oder Absorptionskälteanlage zu entwickeln, die unabhängig von ihrem Standort an allen
Orten mit heißem Klima gleich wirtschaftlich eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anlage durch mindestens zwei LuftfUhrungskanäle mit
Jeweils mindestens einem Ventilator zur Ansaugung der Umgebungsluft gekennzeichnet ist, wobei im einen Luftführungskanal der
Verdampfer mit Wasser abscheidender Kühlfläche und im anderen Luftführungskanal der Verflüssiger der Kälteanlage angeordnet
ist.
Auf diese Weise wird die VerflüssigungswKrme der Kälteanlage
im Verflüssiger an einen Teilstrom der angesaugten Umgebungsluft abgeführt. Das Vorhandensein von Kühlwasser, was
bisher eine notwendige Voraussetzung zum Betreiben der Anlagen nach dem Stand der Technik war, erübrigt sich somit. Oleichzeltig
wird ein zweiter Teilstrom der Umgebungsluft durch Vorbeistreichen am Verdampfer der Kälteanlage abgekllhlt. Die abgekühlte LuXt
sinkt infolge Ihres größeren spezifischen Oewichtes zu Boden,
während die durch die Aufnahme der VerflUssigungswärme zusätzlich
erwärmte und damit spezifisch leichtere Luft nach oben steigt.
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Bei entsprechender Aufstellung der beiden LuftfUhrungskanäle
kann eine Vermischung des abgekühlten bzw. erwärmten Luftstromes vermieden und damit ein hoher Wirkungsgrad der Anlage erzielt
werden.
Da die Kälteanlage die Umgebungsluft direkt und nicht,
wie bisher Üblich, indirekt Über einen Wasserkreislauf kühlt,
kann eine solche Anlage überall und mit erheblich kleinerem technischen Aufwand ohne die insbesondere in besiedelten Gebieten
teure Verlegung von Wasserleitungen aufgestellt werden.
Bei der LuftabkUhlung fällt Je nach der herrschenden
Luftfeuchtigkeit eine beträchtliche Menge Süßwasser an den KMhI-flächen des Verdampfers der Kälteanlage an. Damit der Verdampfer
voll die Punktion eines Wasserabscheiders übernimmt, kann dieser vorteilhafterweise als Plattenwärmetauscher mit einer zwischen
den Platten angeordneten, mit Rippen versehenen Folie ausgeführt sein. Bei cfeier solchen Ausbildung des Verdampfers ergibt es sich,
daß die zwischen den Platten an der Folie vorbeistreichende Luft an den Rippen der Folie umgelenkt wird, während das sich infolge
der Luftabkühlung bildende Kondenswasser an den Rippen hängen
bleibt und nach Ablaufen von den Rippen gesammelt werden kann.
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Um eine möglichst i/lelchmäflige Luftkühlung zu erreichen,
können in Abhängigkeit der Größe des zu klimatisierenden Gebietes und Je nach den besonderen Verhältnissen in diesem Gebiet,
wie z.B. welche vorherrschenden Windrichtungen zu berücksichtigen sind oder wo sich Bodenerhebungen befinden, mehrere LuftfUhrungskanäle
vorgegebener Größenordnung Über das Gebiet verteilt werden, wobei dann jeweils zwei LuftfUhrungskanäle mit
einer entsprechend ausgelegten Kälteanlage zusammenwirken.
Nach einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung,
bestehen die LuftfUhrungskanäle Jeweils aus einem Lufteinsaugkanal
mit Ventilator, in Fortsetzung des Lufteinsaugkanals aus einem von dem Verdampfer bzw. Verflüssiger der Kälteanlage gebildeten,
am Ende abgeschlossenen Schacht und aus einem den Schacht umgebenden, in Strömungsrichtung der Luft offenen^ Oehäuse.
Durch diesen Aufbau der LuftfUhrungskanäle ist die angesaugte Luft gezwungen, an den Wärmetauschflächen des Verdampfers
bzw. VerflUssigers vorbeizustreichen und zwischen diesen hindurch zur Öffnung des Gehäuses ins Freie abzuströmen.
Um ein Vermischen der aus den beiden LuftfUhrungskanälen
abziehenden gekUhlten bzw. erwärmten Luftströme sicher vermeiden
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zu können, ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn jeweils zwei LuftfUhrungskanäle senkrecht stehend, mit Abstand übereinander so angeordnet sind, daß das Gehäuse des oberen LuftfUhrungskanals nach oben offen ist und das Gehäuse des unteren
LuftfUhrungskanals nach unten offen ist. Dabei sollte der Abstand zwischen den LuftfUhrungskanälen als Ansaugöffnung für
Umgebungsluft ausgebildet, im unteren LuftfUhrungskanal der
Verdampfer und im oberen Luftführungskanal der Verflüssiger der Kälteanlage angeordnet sein und der untere LuftfUhrungskanal in einem Abstand über dem Boden enden, der mindestens
der Höhe der abzukühlenden Luftschicht über dem Boden entspricht.
Bei dieser Turmanordnung der LuftfUhrungskanäle wird
in der Mitte des Turmes in einer Höhe über dem Erdboden, die
über der abzukühlenden Luftschicht liegt, warme Umgebungsluft angesaugt und teils durch den einen Luftführungskanal nach oben
durch den Verflüssiger der Kälteanlage und teile durch den ande-2Q ren Luftführungskanal nach unten durch den Verdampfer der Kälteanlage geleitet. Abgekühlte Luft kann dann ohne mit dem am oberen Ende des Turmes abziehenden erwärmten Luftstrom in Berührung
zu kommen, ungehindert zum Boden absinken und sich über das zu klimatisierende Oebiet verteilen. Dabei kann es in der Ver-
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mlschungszone zwischen der unteren kalten und oberen warmen
Luftschicht zur Bildung von Nebelschwaden kommen, die zusätzlich die direkte Sonneneinstrahlung mildern.
Vorteilhafterwelse ist der untere Luftführungskanal
auf einem Stützfuß angeordnet, der im oberen Teil trichterförmig
erweitert und als Auffangbecken für das an den Kühlflächen des
Verdampfers anfallende Wasser ausgebildet ist. Beispieleweise
kann der Stützfuß eine im unteren Teil relativ schlanke und im oberen Teil sich erweiternde Betonsäule sein, deren Höhe den
vorhandenen höchsten Gebäudehöhen entspricht und In der die notwendigen
Kältemittelleitungen und die Wasserableitung des anfallenden Kondenswaesers untergebracht sind. Der Verdichter der
Kälteanlage kann auf dem Fundament der Betonsäule angeordnet sein. Auf diese Welse ergibt sich eine kompakte Baueinheit der
Anlage, so daß diese, auoh wenn mehrere solcher Türme benötigt
werden, leicht In ein«bestehendes Stadtbild eingefügt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Anlage besteht darin, dafl die Saugrichtung des Ventilators, der in de· LuftfUhrungskanal
mit dem Verdampfer der Kälteanlage angeordnet ist«
umkehrbar und die Wand des den Verdampfer umgebenden Oehluses
mit verschließbaren Offnungen versehen ist. Zu Zelten alt niederer
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Lufttemperatur und höherer relativer Luftfeuchtigkeit, beispielsweise während der Nacht oder Im Winter, kann dann auf
Luftkühlung»zwecks Klimatisierung verzichtet und statt dessen
mehr Trinkwasser erzeugt werden.
Ein vorteilhafter Verfahrensablauf zum Betreiben einer solchen Anlage ausschließlich zur Süßwassergewinnung
1st dabei derart gekennzeichnet, daß der größte Teil der Umgebungsluft, um bei der Turmanordnung der Luft führungskanal
zu bleiben, am unteren Ende des unteren Luftführungskanals
und über Offnungen in den Wänden des Gehäuses angesaugt und In umgekehrter Richtung an dem Verdampfer der Kälteanlage
zur KUhlung und Trocknung vorbeigeleitet wird, wobei an den
KUhlflächen des Verdampfers Süßwasser anfällt. Die in der Mitte des Turmes aus dem Luftführungskanal mit dem Verdampfer austretende gekühlte Luft wird anschließend zusammen mit zusätzlich
angesaugter Umgebungsluft durch den Verflüssiger gesaugt und durch Aufnahme der VerflUssigungswärme erwärmt.
Ein Verfahren zum Betreiben der Anlage im Normalfall»
d.h. zur LuftabkUhlung am Tage« zeichnet sich dagegen dadurch aus, daß die Saugleistung der Ventilatoren so eingestellt wird,
daß der grüßte Teil der durch die Ansaugöffnung zwischen den
LuftfUhrungskanälen angesaugten Umgebungsluft durch den Luft-
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führungskanal mit dem Verflüssiger der Kälteanlage geleitet wird.
Dadurch 1st sichergestellt, daß von dem Verflüssiger genügend
Wärme an die Umgebungsluft abgegeben werden kann, um ein einwandfreies Funktionieren der Kälteanlage zu ermöglichen.
In den Figuren 1 und 2 1st schematisch ein AusfUhrungsbelsplel einer erfindungsgemäßen Anlage dargestellt.
Es zeigen:
gewlnnung,
Figur 2 eine Prinzipskizze dieser Anlage Im Betrieb während der
ausschließlichen Trinkwassergewinnung, wobei In beiden
verwendet sind.
In den Figuren 1 und 2 besteht ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anlage aus zwei senkrecht stehend Übereinander
angeordneten Luftführungskanalen 1, 2, die von einem auf einem
Fundament 11 errichteten Stützfuß 10 getragen werden,und aus einer KonpresslonakMlteanlage mit einem auf dem Fundament 11
des StUtζfußes 10 gelagerten Verdichter 16, einem Im unteren Luftführungskanal 1 angeordneten Verdampfer 18, einem Im oberen Luft-
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führungskanal 2 angeordneten Verflüssiger 17, sowie einem dem
Verflüssiger 17 nachgeschalteten Entspannungsvetil 19. Anstelle
der Kompressionskälteanlage könnte ebenso eine Absorptionskälteanlage verwendet werden.
Die LuftfUhrungskanäle 1, 2 bestehen Jeweils aus einem
Lufteinsaugkanal 3* 3* mit Ventilator 4, 4a,der von einem in
den Luftführungskanal 1, 2 aufgehängten Motor 5, 3a angetrieben
wird, in Fortsetzung des Lufteinsaugkanals 3» 3* aus einem von
dem Verflüssiger 17 bzw. Verdampfer 18 der Kälteanlage gebildeten» am Ende abgeschlossenen Schacht 6, 6a und aus einem, den Schacht
6, 6a umgebenden, nur zum Ende des Schachtes 6, 6a hin offenen Gehäuse 7, 7a. Das Gehäuse 7 des unteren LuftfUhrungskanals 1
weist verschließbare Offnungen 8 auf. Die beiden Luftführungskanäle 1, 2 sind mit Abstand so übereinander angeordnet, daß sich
die Lufteineaugkanäle 3 bzw. 3a gegenüberliegen und der Abstand
zwischen Ihnen als Luftansaugöffnung 9 ausgebildet ist. Zur Erleichterung der Aufetellungarbeit der Anlage können die LuftfUhrungskanäle 1, 2 Jeweils als Baueinheit gefertigt und bereits
zusammengesetzt am Aufstellungsort auf den Stützfuß 10 montiert werden.
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Der Aufstellungsort richtet sich, wie bereits erwähnt,
nach den gegebenen Verhältnissen des zu klimatisierenden Gebietes,
wobei beispielsweise die vorherrschenden Windrichtungen oder Bodenerhebungen, die die Ausbreitung der abgekühlten Luftströme
behindern könnten, zu berücksichtigen sind. Die Anzahl der aufzustellenden
Anlagen 1st abhängig von der Größe des zu klimatisierenden Gebietes und den Auslegedaten der Anlage.
Als Stützfuß 10 kann eine im unteren Bereich möglichst
schlanke, im oberen Teil sich mindestens auf den Querschnitt des Schachtes 6 des Luftführungskanals 1 erweiternde Betonsäule
verwendet werden. Die Höhe des StUtζfußes 10 entspricht mindestens
der Höhe der abzukühlenden Luftschicht über dem Boden. Im oberen
erweiterten Teil des Stützfußes 10 ist ein Auffangbecken 12 für das an den Kühlflächen des den Schacht 6 bildenden Verdampfers
der Kälteanlage anfallende Wasser angeordnet, das über eine mit
einem Absperrorgan 14 versehene Leitung 15 mit einer Trinkwaeeerversorgungsleitung
15 am Boden in Verbindung steht.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Normalbetrieb der Anlage, d.h. beim Betrieb zur Luftabkühlung und Süßwassergewinnung
am Tag, wird mit Hilfe der Ventilatoren 4, 4a über die Ansaug-Öffnung
9 warme Umgebungsluft in die beiden LuftfUhrungskanäle 1«
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2 eingesaugt* aufgrund des vorher beschriebenen Aufbaus der
Luft führungskanal 1, 2 durch den Verflüssiger 17 bzw. Verdampfer l8 der Kälteanlage hindurchgeleitet und am Ende der dem
Verflüssiger 17 bzw. Verdampfer 18 umgebenden Gehäuse 7, 7a
wieder an die Umgebung abgegeben. Die Saugleistung der Ventilatoren 4, 4a ist so eingestellt, daß der grüßte Teil der Umgebungsluft durch den oberen Luftführungskanal 2 mit dem Verflüssiger 17 der Kälteanlage geleitet wird, damit von dem Verflüssiger
17 genügend Wärme abgeführt werden kann. Da die nach unten abströmende Kaltluft aufgrund ihres spezifisch schwereren Gewichtes
nach unten sinkt, sich in Abhängigkeit der Höhe des Stützfußes
10 als kalte Luftschicht über dem zu klimatisierenden Gebiet
verteilt und die nach oben abströmende erwärmte Luft nach oben aufsteigt, ist ein Vermischen der abgegebenen kalten und erwärmten Luftatröme sicher vermieden. Je nach Luftfeuchtigkeit fällt
dabei durch die Abkühlung der Umgebungsluft am Verdampfer 18 der Kälteanlage eine beträchtliche SUßwassermenge an, die In dem
Auffangbecken 12 zur Weiterverwendung gesammelt wird.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Betrieb der Anlage zur ausschließlichen Trinkwassergewinnung, beispielsweise während
der Nacht oder im Winter, wird die Saugrichtung des Ventilators 4 im unteren Luftführungskanal 1 umgedreht und die verschließ-
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baren Öffnungen 8 im GehMuse 7 werden geöffnet. Dadurch wird
im Gegensatz zum Vorhergehenden Umgebungsluft unten und seitlich in das Gehäuse 7 eingesaugt, am Verdampfer 18 vorbeigefUhrt und
am oberen Ende des unteren Luftführungskanals 1 im abgekühlten
Zustand abgegeben, durch den Ventilator 4a in den oberen LuftfUhrungskanal
2 eingesaugt und an dem Verflüssiger 17 der Kälteanlage vorbeigefUhrt. Zusätzlich wird noch Über die Ansaugöffnung
9 Umgebungsluft in den Luftführungskanal 2 eingesaugt. In diesem
Fall wird eine viel größere Menge Umgebungsluft an den Kühlflächen des Verdampfers 18 vorbeigefUhrt, so daß an diesem bei
der Abkühlung und Trocknung der Umgebungsluft auch eine größere Menge Trinkwasser anfällt.
Der Verlauf der Luftströmungen ist in beiden Figuren Jewells durch Pfeile angedeutet.
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Claims (1)
- Patentansprüche1.!Anlage zur Klimatisierung von Orten mit heißem Klima und zur SUQwassergewinnung an diesen Orten mit mindestens einer Kompressions- oder Absorptionskälteanlage, gekennzeichnet durch mindestens zwei LuftfUhrungskanäle (1,2) mit Jeweils mindestens einem Ventilator (4,4a) zur Ansaugung der Umgebungsluft, wobei im einen Luftführungskanal (1) der Verdampfer (l8) mit wasserabscheidender Kühlfläche und im anderen LuftfUhrungskanal (2) der Verflüssiger (17) der Kälteanlage angeordnet ist.2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die LuftfUhrungskanäle (1,2) jeweils aus einem Lufteinsaugkanal (3,3a) mit Ventilator (4,4a), in Fortsetzung des Lufteinsaugkanals (3,3a) aus einem von dem Verdampfer (18) bzw. Ver» flüssiger (17) der Kälteanlage gebildeten, am Ende abgeschlossenen Schacht (6,6a) und aus einem den Schacht (6,6a) umgebenden. In Strömungsrichtung der Luft offenen Gehäuse (7,7a) bestehen.809830/0507OTOQINAL INSPECTED27031ULINDE AKTIENGESELLSCHAFT>. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Jeweils zwei LuftfUhrungskanäle (1,2) senkrecht stehend mit Abstand übereinander so angeordnet sind, daß das Gehäuse (7a) des oberen Luftführungskanals (2) nach oben offen ist, während das Gehäuse (7) des unteren LuftfUhrungskanals (l) nach unten offen ist, wobei der Abstand zwischen den LuftfUhrungskanälen (1,2) als Ansaugöffnung (9) fUr Umgebungsluft ausgebildet, im unteren LuftfUhrungskanal (1) der Verdampfer (l8) und im oberen Luftführungskanal (2) der Verflüssiger (17) der Kälteanlage angeordnet ist und wobei der untere Luftführungskanal (l) in einem Abstand Über dem Boden endet, der mindestens der Höhe der abzukühlenden Luftschicht Über dem Boden entspricht.4. Anlage nach Anspruch j5» dadurch gekennzeichnet, daß der untere Luftführungskanal (l) auf einem Stützfuß (10) angeordnet ist, der im oberen Teil trichterförmig erweitert und als Auffangbecken (12) für das an den Kühlflächen des Verdampfers (18) anfallende Wasser ausgebildet ist.809830/0507LINDE AKTIENGESELLSCHAFT3 - vr -5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugrichtung des Ventilators (4), der in dem Luftführungskanal (l) mit dem Verdampfer (l8) der Kälteanlage angeordnet ist, umkehrbar und die Wand des den Verdampfer (l8) umgebenden Gehäuses (7) mit verschließbaren Öffnungen (8) versehen ist.6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5# dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (18) als Plattenwärmetauscher mit einer zwischen den Platten angeordneten, mit Rippen versehenen Folie ausgebildet ist.7. Verfahren zum Betreiben der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleistung der Ventilatoren so eingestellt wird, daß der größte Teil der angesaugten Umgebungsluft durch den Luftführungskanal mit dem Verflüssiger der Kälteanlage geleitet wird.809830/050727031HLINDE AKTIENGESELLSCHAFT8. Verfahren zum Betreiben der Anlage nach Anspruch 5» die Süßwassergewinnung, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Teil der angesaugten Umgebungsluft durch den Luftführungskanal mit dem Verdampfer in umgekehrter Strömungsrichtung und anschließend durch den Luftführungskanal rait dem Verflüssiger der Kälteanlage geleitet wird und daß zwischen den beiden LuftfUhrungskanälen zusätzlich Uragebungsluft in den Luftführungskanal mit dem Verflüssiger eingesaugt wird.809830/0507
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