Scroll kompresörler

Scroll kompresörlerin çalışma prensibi, geleneksel pistonlu ve alternatif kompresörlerin çalışma prensiplerinden çok farlıdır. Arşimed spirali denilen, iki spiralden oluşmaktadır. Bu iki spiral iç içe biri diğerinin içinde olarak pozisyonlaşmıştır ve bu şekilde orak şeklinde bir takım cepler oluştururlar. Sıkıştırma esnasında, spirallerden biri ( üstteki ) sabit kalır; alttaki spiral ise rotor üzerindeki eksantrik kısma monte edildiğinden, rotatif değil, yörüngesel olarak hareket ederler.

760 kw kapasiteye ulaşabilen scroll kompresörler kullanarak gürültüyü büyük oranda azaltmak mümkündür. Scroll kompresörlerin yörüngesel hareketi, daha dengeli bir sıkıştırma sağlar, daha az titreşime ve dolayısıyla daha az gürültüye yol açar. Son yıllarda yüksek kalitedeki teknik çözümler, verimin de artmasını sağladı.

Scroll kompresörlerde kaide, esnek ve titreşimi önleyici takozlarla kompresörden ayrıldı, ses iletimini azaltmak için boru desteği kompresörün kaidesine sabitlendi ve kompresör ses izolasyonlu bir muhafaza içine yerleştirildi. Böylece 500 kw kapasiteli bir kompresör 10 metre mesafede yalnızca 60 dB(A)’lık bir ses düzeyiyle diğer kompresörlere göre üstün bir kapasite/ses oranına sahip oldu. Bu sebeplerle günümüzde scroll kompresörler yaygın biçimde tercih edilmekte ve kullanılmaktadırlar.

3.4.2. Kondenser (y oğuşturucu)

Soğutma sisteminde soğutkanın evaporatörden aldığı ısı ile kompresördeki sıkıştırma işlemi sırasında ilave olunan ısının sistemden alınması kondenserde yapılır. Böylece, soğutkan sıvı hale gelerek basınçlandırılır ve tekrar genleştirilerek evaporatörden ısı alacak duruma getirilir.

Kondenserdeki ısı alış verişinin üç safhada oluştuğu düşünülebilir, bunlar; kızgınlığın alınması, soğutkanın yoğunlaşması, aşırı soğutma. Kondenser dizaynına bağlı olarak aşırı soğutma kondenser alanının %0-10'unu kullanacaktır. Kızgınlığın alınması için ise kondenser alanının %5'ini bu işleme tahsis etmek gerekir. Bu üç değişik ısı transferi şekline bağlı olarak kondenserdeki ısı geçirme katsayıları ile sıcaklık aralıkları da farklı olacaktır. Ancak, kızgınlığın alınması safhasındaki ortalama sıcaklık aralığının fazlalığına karşı daha düşük bir ısı transfer katsayısı mevcut olacak, fakat aşırı soğutma sırasında bunun aksine sıcaklık aralığı daha az ve ısı geçirme katsayısı daha fazla olacaktır.

Yoğuşma sırasında ise her iki değer de alt-üst seviyelerin arasında bulunacaktır. Yapılan deneylerde ısı transferi katsayısının artması karşısında sıcaklık farkının azalması (veya tersi) yaklaşık olarak aynı çarpım sonucunu vermektedir ve bu değerlerin ortalamasını kullanmak mümkün olmaktadır. Hesaplamada sağladığı basitlik de göz önünde bulundurularak, kondenserlerin hesabında tek bir ısı geçirme katsayısı ile tek bir ortalama sıcaklık aralığı değerleri uygulanmaktadır.

Genel olarak üç değişik tip kondenser mevcuttur; Su soğutmalı kondenserler, hava ile soğutmalı kondenserler, evaporatif (Hava-Su) kondenserler. Uygulamada, bunlardan hangisinin kullanılacağı daha ziyade ekonomik yönden yapılacak bir analiz ile tespit edilecektir. Bu analizde kuruluş ve işletme masrafları beraberce etüt edilmelidir. Diğer yandan, su soğutmalı ve evaporatif kondenserlerde yoğuşum sıcaklığının daha düşük seviyelerde olacağı ve dolayısıyla soğutma çevrimi termodinamik veriminin daha yüksek olacağı muhakkaktır, bu nedenle yapılacak analizde bu hususun dikkate alınması gerekir.

Bunlardan hangi tipin kullanılacağı uygulamasının ısıl yük, soğutkan, soğutma suyu sıcaklık, debi, basınç ve temizlik durumlarıyla, yer durumuna, soğutkan ve su devrelerinin servis bakım şartlarına göre değişebilir.

Bunların her birisinin genel dizayn ve uygulama özellikleri belirtilmiş olup bir fikir vermek amacıyla bazı teknik donelerle tanıtıcı şekiller verilmektedir, imalatçı firmalar bununla ilgili olarak değişik prototipler yapıp deneyler uygulayarak kendi tiplerini geliştirmekte ve ısı geçirme katsayıları ile su devresi basınç kayıpları için en uygun konumları saptamaktadırlar.

Tablo 3.2 Kondenser ısısı evaporatör ısısı oranları

E miş (Buharlaşma) Sıcaklığı

So ğu tk an Y oğ uş m a Sı ca kl ığ ı -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 +5 +10 25 1.37 1.33 1.29 1.25 1.21 1.18 1.15 1.12 1.10 1.08 -30 1.41 1.37 1.33 1.29 1.25 1.21 1.18 1.15 1.12 1.10 -35 1.46 1.41 1.36 1.32 1.28 1.24 1.21 1.18 1.15 1.13 -40 1.51 1.46 1.41 1.36 1.31 1.27 1.24 1.21 1.18 1.15 -R -2 2 45 1.56 1.51 1.46 1.41 1.36 1.31 1.27 1.24 1.21 1.18 -25 - 1.32 1.28 1.25 1.22 1.19 1.16 1.13 1.10 1.08 1.06 30 - 1.36 1.32 1.28 1.25 1.22 1.19 1.15 1.13 1.10 1.08 35 - 1.40 1.36 1.32 1.28 1.24 1.21 1.18 1.15 1.12 1.10 40 - 1.45 1.40 1.36 1.32 1.28 1.24 1.20 1.17 1.14 1.12 45 - 1.50 1.45 1.40 1.36 1.32 1.28 1.24 1.21 1.18 1.15 R -1 2 50 - 1.56 1.50 1.45 1.40 1.36 1.32 1.28 1.24 1.21 1.18 20 - 1.29 1.15 1.22 1.19 1.16 1.13 1.10 1.07 1.05 -25 - 1.32 1.28 1.25 1.22 1.18 1.15 1.12 1.10 1.08 -30 - 1.35 1.32 1.28 1.25 1.22 1.18 1.15 1.13 1.11 -35 - 1.39 1.35 1.31 1.27 1.24 1.21 1.18 1.15 1.13 -40 - 1.43 1.39 1.35 1.31 1.27 1.24 1.21 1.18 1.15 -A m o n y ak 45 - 1.47 1.43 1.38 1.34 1.30 1.26 1.23 1.20 1.17

-3.4.3 Evaporat ör (buharlaştırıcı-soğutucu)

Bir soğutma sisteminde evaporatör sıvı soğutkanın buharlaştığı ve bu sırada bulunduğu ortamdan ısıyı aldığı cihazdır. Diğer bir ifadeyle, evaporatör bir soğutucudur. Kondenserden direkt olarak veya soğutkan deposundan geçerek ve direkt ekspansiyonlu sistemde (kuru tip) ekspansiyon valfi, kılcal boru veya benzer bir basınç düşürücü elemanda adyabatik olarak genişletildikten sonra evaporatöre sıvı-buhar karışımı şeklinde giren soğutkanın büyük bir kısmı sıvı haldedir. Evaporatörde ısı alarak buharlaşan soğutkana, emiş tarafına geçmeden önce bir miktar daha ısı verilmesi ve 3–8°C arasında kızgınlık verilerek kızgın buhar durumuna gelmesinin birçok faydaları vardır. Bunların en başında, kompresöre büyük zarar verebilen sıvı soğutkanın kompresöre gelmesi gösterilebilir. Sıvı Taşmak tip evaporatörlerde ise soğutkan evaporatörde sıvı halde bulunur ve ısıyı alarak buharlaşan kısmı bir sıvı-buhar ayrıştırıcısından (surge tank) geçtikten ve sıvı kısmı ayrıldıktan sonra buhar halinde kompresöre ulaşır. Sıvı soğutkanın evaporatöre beslenmesi seviye kumandalı (flatörlü, manyetik, vs.) bir vana ile yapılır. Sıvı ayrıştırıcı tankta biriken sıvı soğutkan tekrar evaporatöre geri gönderilir ve soğutma işleminde yararlanılır. Direkt veya sıvı taşmalı tertiplerde çalışan evaporatörlerin hepsinde de soğutkan basıncı, kondenser tarafındaki basınca oranla çok daha düşüktür. Bu nedenle, evaporatör tarafına sistemin alçak basınç tarafı adı verilir. Evaporatörün yapısı; soğutkanın iyi ve çabuk buharlaşmasını sağlayacak, soğutulan maddenin (hava, su, salamura, vs.) ısısını iyi bir ısı geçiş sağlayarak, yüksek bir verimle alacak ve soğutkanın giriş ve çıkıştaki basınç farkını (kayıpları) asgari seviyede tutacak tarzda dizayn edilmelidir. Ancak, bunlardan sonuncusu ilk ikisiyle genellikle ters düşmektedir. Şöyle ki; iyi bir ısı geçişi ve iyi bir buharlaşma için gerekli şartlar iç ve dış yüzeylerin daha girintili ve daha kolay ıslanır (kılcallığı fazla) olmasını gerektirirken bu durum basınç kayıplarını arttırmaktadır. Bu nedenle, evaporatör dizaynı geniş tecrübe ve dikkat isteyen, ayrıca deneylere sık sık başvurulan bir çalışma şeklini gerektirir. Bu çalışmaların yönlendirilmesinde en başta gelen etken soğutulacak maddenin cinsi ve konumudur (sıvı, katı, gaz). Burada, soğutkanın bir boru serpantinin içerisinde hareket etmesi ve soğutulacak maddenin boruların dışından geçmesi veya bunun tersi söz konusu olmaktadır ki bunlardan ilki

genellikle kuru tip-direkt ekspansiyonlu evaporatörlerde, ikincisi ise sıvı taşmalı tip evaporatörlerde uygulanmaktadır. Soğutkanın boru içinden geçmesi halinde, akış hızının arttırılmasının içteki film katsayısını ve dolayısıyla ısı geçişini arttırıcı yönde bir etkisi beklenir, fakat bu durum soğutkanın basınç kayıplarını arttıracağı için akış debisini azaltacak ve kapasiteyi düşürecektir. Burada, her iki etkenin durumu beraberce göz önünde bulundurulup ısıl geçiş ve kapasitenin optimum olduğu değerler saptanmalıdır. Evaporatör tipleri, uygulamanın özelliklerine göre üç ana grupta toplanabilir; Gaz haldeki maddeleri soğutmak için kullanılan evaporatörler (genellik le hava), sıvı haldeki maddeleri soğutucu evaporatörler (Su, salamura, antifriz, metilen glikol, kimyasal akışkanlar, vs.), katı maddeleri soğutucu evaporatörler (Buz, Buz paten sahası, metaller, vs).

Hava soğutucu evaporatörlerde, havanın ısı geçirme katsayısı düşük olduğundan bunu telafi etmek ve hava geçiş yüzeylerini arttırmak maksadıyla genellikle kanatçıklar ilave edilir. Isıl film katsayısını daha da arttırmak üzere hava geçiş hızlarını arttırmak için vantilatörlerle cebri bir hava hareketi sağlanabilir. Ancak, gerek kanat ilavesi, gerekse motorla tahrikli vantilatör konulması her uygulamada pratikte mümkün olmayabilir

Sıvı soğutucu evaporatörler, gerek klima ve gerekse endüstriyel soğutma uygulamalarında sık sık kullanılan evaporatörlerdir. Soğutkanın daha iyi kontrolü (önceden saptanmış çalışma şartlarıyla) ve daha emniyetli bir çalışma sağlanması yönlerinden çok iyi sonuçlar verebilmektedir. Sıvı soğutucu evaporatörlerin tipleri genel olarak aşağıdaki tabloda özetlenmektedir.

Tablo 3.3 Sıvı soğutucu evaporatör tipleri

S oğutucu Evaporatör Tipi ^{S oğutkan B esleme} _Cihazı ^{Uygula ma Kap asite le ri} _{"To n/frigo "} Soğutkan C insi

Sıvı taşma; düz boru-dış zarf tip i

Alçak basınç kum. flatör

valfı ^{50 - 50 0 Amo nyak}

Alçak basınç kum. flatör

valfı ^{25 - 2000}

Sıvı taşma; kanatlı boru-dış zarf tip i

Yüksek basınç kum.

flatör valfı, sabit meme

çapı ^{5 0 - 10000}

R-11, 12 ,22 113 , 114 500, 502

Alçak basınç kum. flatör

valfı ^{25 - 2000}

Püskürtmeli (fıskiye) tip;

Boru-d ış zarf tip i _{Yüksek basınç kum.}

ftatör valfı ^{5 0- 10000}

R-11 , 12, 13 BI 22 ,113,114

D irekt ek sp ansiyo nlu;

Boru-dış zarf tip i ^{Termosta tik ek sp ansiyo n} va lfı ^{3 -3 50 R- 1 2, 22 . 5 00 , 502} Amo nyak

Sıvı taşmalı; Boudelot

soğutucusu ^{Alçak basınç kum flatör} valfı ^{10- 1 0 0 Amo nyak}

D irekt Ek sp ansiyo nlu;

Boude lo t soğutucusu ^{Termosta tik Ek sp ansiyo n} va lfı ^{5-2 5 R- 1 2, 22 Amo nyak}

Sıvı taşmalı; içice çift

borulu soğutucu ^{Alçak Basınç kum flatör} valfı ^{1 0-25 Amo nyak}

Direkt Ek sp ansiyo nlu; içice

çift borulu soğutucu ^{Termosta tik Ek sp ansiyo n} va lfı ^{5-2 5 R-12-2 2 Amo nyak}

Sp ira l sa nlı; boru-dış zarf

tip i soğutucu

Termosta tik Ek sp ansiyo n

va lfı ^{2 - 1 0 R- 1 2.22 Amo nyak}

Sıvı taşmalı tank ve

karıştırıcı ^{Alçak basınç kum. flatör} valfı ^{50 - 20 0 Amo nyak}

Sıvı taşmalı, düz boru-dış zarf tipi sıvı soğutucu evaporatörlerde soğutkan bir boru demetinin (Düz veya kanatlı olabilir) dışında bulunur. Boru demetinin içinden soğutulacak sıvı geçer.

Katı soğutucu evaporatörler, katı maddelerin soğutkanla direkt temas sonucu soğutulması pek ender rastlanan bir uygulamadır ve daha ziyade metallerin çok

düşük sıcaklıktaki kırılganlıklarını ölçmek gibi deneysel uygulamalarda karşılaşılır. Buz paten sahaları, buz imali gibi soğutkanın kapalı hacimlerden geçerken direkt soğutma etkisiyle soğutma sağladığı, yani bir ara akışkan (salamura, antifriz gibi) bulunmadan yapılan soğutma işlemleri de katı madde soğutulması grubuna dahil edilebilir. Katı maddelerin soğutulmasında ısı geçişi yönünden hatırda tutulması gereken bir husus, ısının kondüksüyon tarzında iletildiği ve bu tarzdaki ısıl geçişte ısı geçirme katsayılarının konveksiyona nazaran çok daha yüksek olacağıdır. Bunun anlamı, aynısıcaklık farklarıyla çalışma rejiminde, aynı ısı geçiş alanıyla, sıvı veya hava soğutucularına oranla çok daha büyük ısı geçişi sağlanacağı veya, aynı ısı geçişini sağlamak için, kondüksüyonla ısı iletiminde daha düşük ısı geçiş alanı yeterli olabilecektir.

Şekil 3.12 Klima evaporatör ve kondenserleri