Mekanik soğutucu sistemlerin geliştirilmesinden önce eski uygarlıklarda, örneğin Eski Yunanlılar Romalılarda besin maddeleri dağlardan taşınan buz ya da karla soğutuluyordu. Buz ve kar özel kilerlerde ya da yere açılmış ve odunlar ya da samanlarla yalıtılmış çukurlarda uzun süre erimeden korunabiliyordu. Daha sonraları geliştirilen buz depoları 20. yüzyılın başlarına değin temel soğutma ortamı olarak kaldı.


Hindistan ve Mısır'da ise buharlaştırarak soğutma tekniğinden yararlanılmıştır. Sıvılar hızla buharlaştırıldığında (kaynatma), buhar kısa sürede genleşir. Buharla yükselen moleküllerin kinetik enerjisi de aniden artar. Bu ek enerjinin büyük bölümü, buharın yakın çevresindeki ortamdan soğurulur, bu da ortamın soğumasına yol açar. Örneğin bir tepsiye su konur ve tepsi serin bir tropik akşamda gece boyu açıkta bırakılırsa , suyun hızla buharlaşması sonucunda hava sıcaklığı donma noktasının altına düşmese bile tepside buz oluşur. Buharlaşma koşulları denetlenerek, aynı yöntemle çok büyük buz blokları üretilebilir.

Modern soğutucularda da gazların hızla genleştirilmesi ilkesinden yararlanılır. Buharlaştırarak soğutma yöntemi yüzyıllardan beri bilinmekle birlikte, mekanik soğutma yönteminin temel ilkeleri ancak 19. yüzyılın ortalarında ortaya konabildi. Bilinen ilk yapay soğutma sistemi 1748'de William Cullen tarafından Glaskov Üniversitesi'nde sergilendi. Cullen etil eterin kısmî vakumda kaynatılmasından yararlanılıştı; ama bu yöntemini herhangi bir pratik amaca yönelik olarak kullanmadı. 1805'te ABD'li mucit Oliver Evans, sıvı yerine buharla çalışan ilk soğutma makinesini tasarladı.

Ticari amaçlı ilk soğutma işleminin, 1856'da buhar sıkıştırma makinesi yardımıyla ürettiği buzları satmaya başlayan ABD'li işadamı Alexander C. Twinning tarafından gerçekleştirildiği sanılmaktadır. Birkaç yıl sonra, Avustralyalı James Harrison ilk buhar sıkıştırmalı soğutma makinelerini yaptı. Fransız Ferdinand Carré 1959'da biraz daha karmaşık bir sistem geliştirdi. Carré'nin aygıtında buhar sıkıştırmalı makinelerde soğutucu gaz olarak kullanılan havanın yerine hızla genleşen amonyak kullanılıyordu. Carré'nin soğutucuları kısa sürede tutuldu ve bu teknik ufak değişikliklerle günümüze kadar geldi.


1960'larda ise soğutucularda Peltier etkisinden yararlanılmaya başlandı.

Soğutma devresi elemanları

Kompresör

Kompresörler soğutucu sistemin kalbini oluşturmaktadır ve çalışma prensipleri ne olursa olsun buharlaştırıcıdan çıkan gazı yoğuşma basıncına kadar sıkıştırılması işlevini yerine getirmektedir. Bu işlevi yerine getirebilecek başka kompresör çeşitleri ve tasarımları mevcut olmakla birlikte ev tipi buzdolaplarında hermetik pistonlu kompresörler kullanılmaktadır. Hermetik kompresörlerde tek fazlı, iki kutuplu asenkron indüksiyon motorları bulunmaktadır. Değişken hızlı kompresör uygulamalarında, hız kontrolü frekansın değiştirilmesi yoluyla gerçekleştirilmektedir. Hız kontrolü yapılan kompresörlerde doğru akım motorları, indüksiyon motorları ve senkron motorlar kullanılmaktadır.

Kompresör silindir hacmi, buzdolabı hacmi ve kullanılan soğutkana bağlı olarak 2 cm3 ve 10 cm3 arasında değişmektedir.

Yoğuşturucu (kondenser)

Yoğuşturucular, kompresörden çıkan kızgın buharın soğuyup doymuş hale geçmesi ve bunu takiben yoğuşmasını sağlayan ve sonunda açığa çıkan ısıyı dışarı veren çevrim elemanıdır. Buzdolabının dışında veya yalıtım malzemesinin içinde saklı olarak yer almaktadır. Buzdolabının dışında yer aldığında, düz boruların kıvrılarak kat kat yapılmasıyla oluşturulan geçişlerin sayısı arttırılarak, yoğuşturucunun ısıyı havaya atması kolaylaştırılmakta, soğutkanın aşırı soğutulmuş sıvı haline geçmesi sağlanmaktadır. Yoğuşturucunun yalıtım malzemesi içinde saklı olarak yer alması, ısının atılmasında kabin yüzeylerinin de kullanılmasına olanak sağladığı için tercih edilmektedir.

Buharlaştırıcı (evaporatör)

Buharlaştırıcı, kısılma vanasından gelen düşük sıcaklık ve düşük basınçtaki sıvının, kabin ısısını alarak buharlaştığı bölümdür. Bu nedenle demir, çelik, pirinç, bakır ve alüminyum gibi malzemelerden imal edilir. Kabin içinde saklı veya kabin yüzeyinden yaklaşık 30 mm uzaklıkta harici olarak monte edilmektedir. Harici olarak yerleştirmede toplam ısı geçiş katsayısı daha yüksek olmaktadır. Hava ile buharlaştırıcı yüzeyi arasındaki ısı geçişi, doğal ya da zorlanmış taşınım ile gerçekleşir. Doğal ısı taşınımı, ufak dirençlerle karşılaştığında bile sorun yaratmaktadır. Bu nedenle bir fan kullanılarak, hava dolaşımının zorlanmış ısı taşınımıyla elde edilmesi tercih edilmektedir. Zorlanmış ısı taşınımında daha çok kanatlı buharlaştırıcılar kullanılmaktadır. Buzdolabında, tek buharlaştırıcı kullanılabileceği gibi, birden fazla buharlaştırıcı da kullanılabilmektedir. İki buharlaştırıcı kullanıldığında, bunlardan biri donmuş gıda depolama bölümüne, diğeri de taze gıda depolama bölümüne konulmaktadır. Tek buharlaştırıcılı sistemlerde, fanlar yardımıyla hava hareketi sağlanarak, değişik bölmelerin istenilen oranlarda soğutulması sağlanmaktadır.

Filtre (Drayer)


Drayer filtre kurutucu;Soğutma sistemlerinde montaj sırasında kalabilecek kaynak artıklarını kompresörün zamanla aşınıp soğutucu akışkanla sisteme yayılan metal tozlarını süzer nem ve oluşabilecek asidi tutar.Kondanser çıkışına varsa likit deposundan sonra monte edilir. Kompesör yanması,gaz kaçağı gibi arızalar ve büyük tadilatlarda drayerin değişimi gerekir.

Termostat


Termostat soğutma sıcaklığını ayarlayan devre elemanıdır.İç yapısında yine soğutma sistemlerinde kullanılan gazlardan biri bulunur (R 12 ,R134 a v.b) Buzdolaplarında evaporatöre monteli olur içi gaz dolu bulpun ucu (yaklaşık termostatın 1,5 metre uzunluğunda kılcal borusu bulunur) evaporatöre monteli olup evaporatördeki soğutma arttıkça bulp içindeki gaz termostat gödesindeki körüğün şişerek kontağı açmasına ve bu kontağa bağlı kompresörün devre dışı kalmasına sıcaklık yükseldiği zaman körüğün sönerek tekrar kontağı kapamasıyla kompresörün çalışmasına sebeb olur.Bu şekilde soğutma sıcaklığı termostatda ayarlanan değerde kalır aynı zamanda kompresörün dinlenmesi sağlanır.Klima sistemlerinde termostat ortam sıcaklığına göre kompresörü devreye alıp çıkarır.

Kılcal boru


Soğutkanın Kılcal borudan gaz halde geçişi zordur(buhar tıkacı),sıvı haldeki soğutkan daha kolay geçer,Kılcal borunun bu özelliğiyle Soğutkanın akışı kontrol edilerek kondanserde yüksek basınç evaporatörde alçak basınç alanı oluşturulur. Küçük kapasiteli soğutma,klima sistemleri için basit ve ucuz bir çözümdür. Kompresör durduğunda akış soğutma devresindeki basınç farklılığı dengeleninceye kadar devam eder,bu olay kompresörün bir sonraki çalışması için kalkış kolaylığı sağlar. Kullanılacak kılcal borunun boy ve çap ölçüleri soğutma kapasitesi,Soğutkanın cinsi,evaporasyon,kondanzasyon durumuna göre değişir.

Soğutkan


Buzdolabının içindeki ısıyı dışarı taşımak için kullanılan akışkan maddelerdir. Soğutkanlarda bulunması gereken bazı özellikler şunlardır:

  • Çevresel uyum
  • Yanıcı, patlayıcı, zehirli olmaması
  • Sistemin hiçbir yerinde kimyasal değişikliğe uğramaması
  • Düşük maliyet


Isı değiştirici


Buzdolabı soğutma devresinde, yüksek basınçlı soğutkanın dolaştığı borulara basma boruları, alçak basınçlı soğutkanın dolaştığı borulara da emme boruları denilmektedir. Emme ve basma borularının bir bölümü birleştirilerek bir ısı değiştirici meydana getirilir. Isı değiştirici; basma borusu, emme borusunun içinden geçecek şekilde yapılabileceği gibi, basma ve emme borularının ayrı ve açıkta birleştirilmesiyle de elde edilebilmektedir. Isı değiştiricisinde, buharlaştırıcıdan gelen soğutkan bir miktar ısınma yoğuşturucudan gelen soğutkan bir miktar soğuma imkânı bulur. Yoğuşturucudan gelen soğutkanın soğuması, kısılma vanasında başlayan buharlaşmayı azaltıcı yönde etki yapmaktadır. kısılma vanasında buharlaşamayan soğutkan, buharlaştırıcıda buharlaştığından soğutma kapasitesi artmaktadır. Buharlaştırıcıdan gelen soğutkanın ısınması, kompresöre sıvı soğutkan ulaşmamasını garanti altına alırken, soğutkanın kızgın buhar haline geçmesini de sağlamaktadır. Bu yöntem soğutma sisteminin verimini artırmaktadır.

Soğutma çevrimi


İdeal çevrimde, soğutucu akışkan kompresöre doymuş buhar halinde girer. Uygulamada ise soğutucu akışkanın hal değişimi hassas bir şekilde kontrol edilemediğinden, soğutucu akışkanın kompresöre kızgın buhar halinde girmesi sağlanacak şekilde sistem tasarlanır. Kompresör , buharlaştırıcıdan gelen kızgın buhar halindeki soğutkanı, emme vanasının açılmasıyla emer. Soğutkan silindire girmeden kompresör içinde basınç kaybına uğramaktadır.

Soğutma çevrimi

Soğutkan, kompresör içinde bulunan silindir hacmindeki bir piston aracılığıyla sıkıştırılır. Sıkıştırılan soğutkanın basıncı yükselir. Soğutkanın silindiri terk edebilmesi için basma vanasındaki basınç kayıplarını yenmesi gerekmektedir. Basma vanasının açılmasıyla soğutkan yüksek basınç ve sıcaklıkta pompalanır.

Basma borusu boyunca ilerleyerek yoğuşturucuya (2) gelen yüksek basınç ve sıcaklıktaki soğutkan, ortama ısı atarak önce yoğuşmakta, sonrasında aşırı soğutularak yine yüksek basınçta sıvı soğutkan haline geçmektedir. Soğutkan yoğuşturucuda da basınç kaybına uğramaktadır.

Daha sonra soğutkan kısılma vanası (3) girişine gelir. Soğutucu akışkanın kılcal boruda kısılması esnasında entalpisi sabit kalır. Kısılma sürecinde sistem basıncı yoğuşturucu basıncından (yüksek basınç), buharlaştırıcı basıncına (alçak basınç) düşer. Isı değiştiricide (4) bir miktar ısı kaybeden soğutkan buharlaştırıcıya (5) ulaşır.

Buharlaştırıcıda da bir miktar basınç kaybına uğrayan soğutkan, soğutma ortamından ısı çekerek buharlaşır. Ardından emme borusu boyunca ilerleyerek tekrar ısı değiştiriciye gelir. Bu sefer ısı kazanır ve kompresöre kızgın buhar halinde döner.

Soğutma çevrimlerinin analizinde, genellikle ideal bir referans çevrim kullanılır. Sıkıştırma sürecinin izentropik olduğu varsayılmaktadır. Kısılma süreci de ısı değiştiricideki ısı geçişi göz önünde bulundurulmayarak adyabatik olarak kabul edilmektedir. Buharlaştırıcı ve yoğuşturucudaki basınç kayıpları dikkate alınmamaktadır.