Buzdolabı; buhar sıkıştırma yontemiyle calışan, gıdaların soğuk tutularak uzun zaman muhafaza edilmesini sağlayan soğutma makinesidir.
Soğutmanın amacı kapalı bir mahÂlde, cevre sıcaklığının altında sıcaklıklar elde etmek ve bu duşuk sıcaklığı surekli olarak muhafaza etmektir. Ancak ısı sıcaktan soğuğa kendiliğinden akarken, tersine akış kendi kendine olmaz. İki sistem arasındaki dengeyi bozabilmek icin enerji gereklidir. Gunumuzde bu iş soğutucu makineler tarafından gercekleştirilir. Soğutucu makineler calışma prensiplerine ve calıştıkları sıcaklık aralığına gore sınıflandırılırlar. Buzdolapları ise soğutucu makinelerin evlerde kullanılan tipidir.
İlk Buzdolabı

Evde kullanılmak amacıyla 1913 yılında Chicago'da yapıldı.Domelre marka bu buzdolabı,elektrikle calışıyordu.Ahşap govdesinin uzerinde kompresor tipi bir soğutucu vardı.Ev tipi ilk buzdolabı,1913 yılında ABD'nin Chicago kentinde uretildi.Govdesi ahşaptan yapılan bu buzdolabının soğutucu aygıtı,dolabın tavanına konmuştu ve neredeyse yarısı kadardı.

Soğutucu sistemlerin tarihi ve temel soğutma ilkesi

Mekanik soğutucu sistemlerin geliştirilmesinden once eski uygarlıklarda, orneğin Eski Yunanlılar ve Romalılarda besin maddeleri dağlardan taşınan buz ya da karla soğutuluyordu. Buz ve kar ozel kilerlerde ya da yere acılmış ve odunlar ya da samanlarla yalıtılmış cukurlarda uzun sure erimeden korunabiliyordu. Daha sonraları geliştirilen buz depoları 20. yuzyılın başlarına değin temel soğutma ortamı olarak kaldı.
Hindistan ve Mısır’da ise buharlaştırarak soğutma tekniğinden yararlanılmıştır. Sıvılar hızla buharlaştırıldığında (kaynatma), buhar kısa surede genleşir. Buharla yukselen molekullerin kinetik enerjisi de aniden artar. Bu ek enerjinin buyuk bolumu, buharın yakın cevresindeki ortamdan soğurulur, bu da ortamın soğumasına yol acar. Orneğin bir tepsiye su konur ve tepsi serin bir tropik akşamda gece boyu acıkta bırakılırsa , suyun hızla buharlaşması sonucunda hava sıcaklığı donma noktasının altına duşmese bile tepside buz oluşur. Buharlaşma koşulları denetlenerek, aynı yontemle cok buyuk buz blokları uretilebilir.
Modern soğutucularda da gazların hızla genleştirilmesi ilkesinden yararlanılır. Buharlaştırarak soğutma yontemi yuzyıllardan beri bilinmekle birlikte, mekanik soğutma yonteminin temel ilkeleri ancak 19. yuzyılın ortalarında ortaya konabildi. Bilinen ilk yapay soğutma sistemi 1748’de William Cullen tarafından Glaskov Universitesi’nde sergilendi. Cullen etil eterin kısmî vakumda kaynatılmasından yararlanılıştı; ama bu yontemini herhangi bir pratik amaca yonelik olarak kullanmadı. 1805’te ABD’li mucit Oliver Evans, sıvı yerine buharla calışan ilk soğutma makinesini tasarladı.
Ticari amaclı ilk soğutma işleminin, 1856’da buhar sıkıştırma makinesi yardımıyla urettiği buzları satmaya başlayan ABD’li işadamı Alexander C. Twinning tarafından gercekleştirildiği sanılmaktadır. Birkac 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 surede tutuldu ve bu teknik ufak değişikliklerle gunumuze kadar geldi.
1960’larda ise soğutucularda Peltier etkisinden yararlanılmaya başlandı.
Soğutma devresi elemanları

Kompresor

Kompresorler soğutucu sistemin kalbini oluşturmaktadır ve calışma prensipleri ne olursa olsun buharlaştırıcıdan cıkan gazı yoğuşma basıncına kadar sıkıştırılması işlevini yerine getirmektedir. Bu işlevi yerine getirebilecek başka kompresor ceşitleri ve tasarımları mevcut olmakla birlikte ev tipi buzdolaplarında hermetik pistonlu kompresorler kullanılmaktadır. Hermetik kompresorlerde tek fazlı, iki kutuplu asenkron induksiyon motorları bulunmaktadır. Değişken hızlı kompresor uygulamalarında, hız kontrolu frekansın değiştirilmesi yoluyla gercekleştirilmektedir. Hız kontrolu yapılan kompresorlerde doğru akım motorları, induksiyon motorları ve senkron motorlar kullanılmaktadır.
Kompresor silindir hacmi, buzdolabı hacmi ve kullanılan soğutkana bağlı olarak 2 cm3 ve 10 cm3 arasında değişmektedir.
Yoğuşturucu (kondenser)

Kondenser kompresorden emdiği basıncı yuksek akışkanı (soğutucu gaz) icerisinde dolaştırarak dışarıya ısı vermesini sağlar. bu olay buz dolaplarında doğal klimalarda ise fan yardımıyla olur. burda gaz soğumuş olarak filtreye (drayer) gider.
Buharlaştırıcı (evaporator)

Buharlaştırıcı, kısılma vanasından gelen duşuk sıcaklık ve duşuk basınctaki sıvının, kabin ısısını alarak buharlaştığı bolumdur. Bu nedenle demir, celik, pirinc, bakır ve aluminyum gibi malzemelerden imal edilir. Kabin icinde saklı veya kabin yuzeyinden yaklaşık 30 mm uzaklıkta harici olarak monte edilmektedir. Harici olarak yerleştirmede toplam ısı geciş katsayısı daha yuksek olmaktadır. Hava ile buharlaştırıcı yuzeyi arasındaki ısı gecişi, doğal ya da zorlanmış taşınım ile gercekleşir. Doğal ısı taşınımı, ufak direnclerle karşılaştığında bile sorun yaratmaktadır. Bu nedenle bir fan kullanılarak, hava dolaşımının zorlanmış ısı taşınımıyla elde edilmesi tercih edilmektedir. Zorlanmış ısı taşınımında daha cok kanatlı buharlaştırıcılar kullanılmaktadır. Buzdolabında, tek buharlaştırıcı kullanılabileceği gibi, birden fazla buharlaştırıcı da kullanılabilmektedir. İki buharlaştırıcı kullanıldığında, bunlardan biri donmuş gıda depolama bolumune, diğeri de taze gıda depolama bolumune konulmaktadır. Tek buharlaştırıcılı sistemlerde, fanlar yardımıyla hava hareketi sağlanarak, değişik bolmelerin istenilen oranlarda soğutulması sağlanmaktadır.
Filtre (Drayer)

Drayer filtre kurutucu;Soğutma sistemlerinde montaj sırasında kalabilecek kaynak artıklarını kompresorun zamanla aşınıp soğutucu akışkanla sisteme yayılan metal tozlarını suzer nem ve oluşabilecek asidi tutar.Kondanser cıkışına varsa likit deposundan sonra monte edilir. Kompesor yanması,gaz kacağı gibi arızalar ve buyuk tadilatlarda drayerin değişimi gerekir.
Termostat

Termostat soğutma sıcaklığını ayarlayan devre elemanıdır.İc yapısında yine soğutma sistemlerinde kullanılan gazlardan biri bulunur (R 12 ,R134 a v.b) Buzdolaplarında evaporatore monteli olur ici gaz dolu bulpun ucu (yaklaşık termostatın 1,5 metre uzunluğunda kılcal borusu bulunur) evaporatore monteli olup evaporatordeki soğutma arttıkca bulp icindeki gaz termostat godesindeki koruğun şişerek kontağı acmasına ve bu kontağa bağlı kompresorun devre dışı kalmasına sıcaklık yukseldiği zaman koruğun sonerek tekrar kontağı kapamasıyla kompresorun calışmasına sebeb olur.Bu şekilde soğutma sıcaklığı termostatda ayarlanan değerde kalır aynı zamanda kompresorun dinlenmesi sağlanır.Klima sistemlerinde termostat ortam sıcaklığına gore kompresoru devreye alıp cıkarır.
Kılcal boru

Soğutkanın Kılcal borudan gaz halde gecişi zordur(buhar tıkacı),sıvı haldeki soğutkan daha kolay gecer,Kılcal borunun bu ozelliğiyle Soğutkanın akışı kontrol edilerek kondanserde yuksek basınc evaporatorde alcak basınc alanı oluşturulur. Kucuk kapasiteli soğutma,klima sistemleri icin basit ve ucuz bir cozumdur. Kompresor durduğunda akış soğutma devresindeki basınc farklılığı dengeleninceye kadar devam eder,bu olay kompresorun bir sonraki calışması icin kalkış kolaylığı sağlar. Kullanılacak kılcal borunun boy ve cap olculeri soğutma kapasitesi,Soğutkanın cinsi,evaporasyon,kondanzasyon durumuna gore değişir.
Soğutkan

Buzdolabının icindeki ısıyı dışarı taşımak icin kullanılan akışkan maddelerdir. Soğutkanlarda bulunması gereken bazı ozellikler şunlardır:
Cevresel uyum Yanıcı, patlayıcı, zehirli olmaması Sistemin hicbir yerinde kimyasal değişikliğe uğramaması Duşuk maliyet Isı değiştirici

Buzdolabı soğutma devresinde, yuksek basınclı soğutkanın dolaştığı borulara basma boruları, alcak basınclı soğutkanın dolaştığı borulara da emme boruları denilmektedir. Emme ve basma borularının bir bolumu birleştirilerek bir ısı değiştirici meydana getirilir. Isı değiştirici; basma borusu, emme borusunun icinden gececek şekilde yapılabileceği gibi, basma ve emme borularının ayrı ve acıkta 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 yonde etki yapmaktadır. kısılma vanasında buharlaşamayan soğutkan, buharlaştırıcıda buharlaştığından soğutma kapasitesi artmaktadır. Buharlaştırıcıdan gelen soğutkanın ısınması, kompresore sıvı soğutkan ulaşmamasını garanti altına alırken, soğutkanın kızgın buhar haline gecmesini de sağlamaktadır. Bu yontem soğutma sisteminin verimini artırmaktadır.
Soğutma cevrimi

İdeal cevrimde, soğutucu akışkan kompresore doymuş buhar halinde girer. Uygulamada ise soğutucu akışkanın hal değişimi hassas bir şekilde kontrol edilemediğinden, soğutucu akışkanın kompresore kızgın buhar halinde girmesi sağlanacak şekilde sistem tasarlanır. Kompresor (1), buharlaştırıcıdan (5) gelen kızgın buhar halindeki soğutkanı, emme vanasının acılmasıyla emer. Soğutkan silindire girmeden kompresor icinde basınc kaybına uğramaktadır.

Soğutkan, kompresor icinde bulunan silindir hacmindeki bir piston aracılığıyla sıkıştırılır. Sıkıştırılan soğutkanın basıncı yukselir. Soğutkanın silindiri terk edebilmesi icin basma vanasındaki basınc kayıplarını yenmesi gerekmektedir. Basma vanasının acılmasıyla soğutkan yuksek basınc ve sıcaklıkta pompalanır.
Basma borusu boyunca ilerleyerek yoğuşturucuya (2) gelen yuksek basınc ve sıcaklıktaki soğutkan, ortama ısı atarak once yoğuşmakta, sonrasında aşırı soğutularak yine yuksek basıncta sıvı soğutkan haline gecmektedir. Soğutkan yoğuşturucuda da basınc kaybına uğramaktadır.
Daha sonra soğutkan kısılma vanası (3) girişine gelir. Soğutucu akışkanın kılcal boruda kısılması esnasında entalpisi sabit kalır. Kısılma surecinde sistem basıncı yoğuşturucu basıncından (yuksek basınc), buharlaştırıcı basıncına (alcak basınc) duşer. Isı değiştiricide (4) bir miktar ısı kaybeden soğutkan buharlaştırıcıya (5) ulaşır.
Buharlaştırıcıda da bir miktar basınc kaybına uğrayan soğutkan, soğutma ortamından ısı cekerek buharlaşır. Ardından emme borusu boyunca ilerleyerek tekrar ısı değiştiriciye gelir. Bu sefer ısı kazanır ve kompresore kızgın buhar halinde doner.
Soğutma cevrimlerinin analizinde, genellikle ideal bir referans cevrim kullanılır. Sıkıştırma surecinin izentropik olduğu varsayılmaktadır. Kısılma sureci de ısı değiştiricideki ısı gecişi goz onunde bulundurulmayarak adyabatik olarak kabul edilmektedir. Buharlaştırıcı ve yoğuşturucudaki basınc kayıpları dikkate alınmamaktadır.
Kuntiz soğutma

Bazı buzdolaplarında hareket eden bir kısım yoktur. Buharlaşma ve yoğunlaşma işlemlerinde ısı (ekseriya bir gaz alevi) kullanılır. Absorbsiyonlu soğutucular elektriğin olmadığı veya pahalı olduğu uzak koşelerde kullanılır.
No Frost Buzdolabı

No frost buzdolaplarında gazlı, kompresorlu soğutma sistemi devre elemanlarının her biri mevcuttur tek farkı evaprator yuzeyinde bulunan ısıtıcı rezistanslar ve bu rezistansları devreye alan ve cıkaran zaman rolesi bulunur.Bu şekilde gun icerisinde belli aralıklarla rezistanslar evaporator uzerinde biriken karı eriterek hem buzdolabının daha verimli calışmasını sağlar hem de hicbir zaman kullanıcının buzları eritmesini ihtiyac kalmaz.Kullanıcı bu işlemin farkına olmaz.Buzdolaplarında eriyen buzların suları genelde kompresor uzerindeki hazneye giderek kompresorun sıcaklığı ile buharlaşır veya dolabın altına kadar uzatılan kondenser borularının icinden gectiği bir su toplama kabında kondenser borusunun sıcaklığı ile buharlaşır.
Kaynaklar

Ana Britannica Cilt 19, Ana Yayıncılık Yavuz T. (2001). Kesintili ve Surekli Calışmanın Buzdolabı Performansı Uzerindeki Etkisi Ayber, R. (1983). Soğutma Tekniği Ders Notları, İTU Makine Fakultesi Ofset Atolyesi, İstanbul Zorkun, M. E., Ardıc, A. R. (1980). Soğutma Tekniği ve Klima, MEB, Ankara
__________________