Compressors in the refrigeration cycle are the main mechanism that increases the gas medium pressure by reducing the volume and maintain a refrigeration flow in the cycle. The refrigerant mass flow correlates the cooling capacity and heat absorption from the environment. Therefore, mainly they are referred as the heart of the refrigerators. The conventional reciprocating compressors utilize a crank-driven mechanism to convert the rotational motion of the electric motor armature to the linear reciprocating motion. Therefore, fixed boundary constraints of refrigerant mass flow and fixed cooling capacity results in constant performance of the compressor. Additionally, the conversion of rotational motion to the linear motion causes an energy loss and friction loss zones in the corresponding bearings resulting in lower compressor efficiency. However, new developed linear compressors are directly using the linear electromagnetic force and springs to generate an oscillation. Additionally, harmonic oscillation in the resonance excitation reduces the input power of the compressor immensely. In this thesis, a novel linear compressor was developed for refrigeration cycle for the first time in Turkey.Two types of linear compressors named as solenoid based and moving magnet linear compressors were developed. First, two prototypes of solenoid based linear compressor with the different electromagnetic force generating capabilities were designed and manufactured for testing. The stator coil was excited with the pulse width modulated signal which caused linear oscillations in the armature using helical spring. Dynamic characteristics of the linear compressor were studied analytically considering the nonlinearity of the gas and electromagnetic force. The system dynamic models were validated with the finite element simulation as well as a specially designed experimental setup. Frequency response functions of stroke to current as well as pressure to current ratios were generated to evaluate the effect of excitation frequency on the compressor performance. The higher efficiency of the solenoid actuator was achieved when excited at the natural frequency. Secondly, the oil-free linear compressor prototype for household refrigerators was proposed. The design and components of the moving magnet prototype including the detailed CAD model of the compressor are provided. Additionally, the dynamic characteristics of the moving assembly are investigated analytically and validated experimentally. With and without gas harmonic oscillations of the moving assembly are demonstrated using the system dynamics and electrical circuit models. Moreover, the effect of nonlinear gas force and different gas properties on the output parameters with respect to the power input are investigated for four different gases. Moreover, three gas force modeling approaches are presented and compared with the instantaneous experimental gas force. Furthermore, the frequency response functions of the stroke to the input power as well as the discharge line pressure to the input power are generated. The motor and isentropic efficiency of the prototype are measured for different power inputs. Finally, the behavior of the suction valve with different valve stiffness is experimentally evaluated to improve the linear compressor's performance.

Soğutma çevriminin devamını, ortam gazını sıkıştırarak sağlayan ana mekanizma, soğutma çevrimindeki kompresörlerdir. Soğutucu akışkanın kütle debisi, soğutma kapasitesine ve ortamdan ısı soğurulmasına doğrudan etkisi vardır. Bundan ötürü, genellikle, soğutma sisteminin kalbi olarak nitelendirilirler.Geleneksel kompresörlerde, elektrik motorunun dönme hareketini lineer harekete çevirmek için krank biyel mekanizması kullanılır. Bundan dolayı, soğutucu akışkanın kütle debisi ve soğutma kapasitesi sınırlı kalmakta, bu da kompresörün performansının sabit kalmasıyla sonuçlanmaktadır. Buna ilaveten, dönme hareketinin lineer harekete çevrilmesi sırasında meydana gelen enerji kaybı ve yataklanmadaki sürtünme kayıpları, kompresör verimini düşürmektedir. Fakat, yeni geliştirilen lineer kompresörler, lineer hareketi doğrudan elektromanyetik kuvvet ve yaylar sayesinde elde etmektedir. Ayrıca, bu hareketin rezonans frekansında yapılması halinde, lineer kompresörün enerji ihtiyacı kayda değer miktarda düşürülmektedir. Bu tezde, Türkiye'de ilk olarak, soğutma sistemleri için ozğun bir lineer kompresör geliştirilmiştir. Solenoid tabanlı ve hareketli mıknatıslı olarak adlandırılan iki tip lineer kompresr gelitirildi. İlk olarak, değişik şiddetlerde elektromanyetik kuvvet oluşturma kabiliyeti olan iki tane bobin tipi lineer kompresör prototipi dizayn edilmiş ve deneyler için imal edilmiştir. Stator bobini, bant genişliği ayarlanmış bir sinyal ile tahrik edilmiş ve armatür içerisinde helisel yay kullanılarak lineer salınımlar elde edilmiştir. Gazın ve elektromanyetik kuvvetin lineer olmadığı kabulüyle, lineer kompresörün dinamik karakter özellikleri analitik olarak hesaplanmıştır. Sisteme ait dinamik modeller, hem sonlu elemanlar analiziyle hem de özel tasarlanmış deneysel düzenekle doğrulanmıştır. Salınım frekansının kompresörün performansına etkisini değerlendirebilmek için strokun akıma hem de basıncın akıma oranlarının frekans cevabı fonksiyonları çıkartılmıştır. En yüksek verim, selonoid eyleyicinin doğal frekansta çalıştırıldığında en elde edilmiştir. Bunun yanında, ev tipi buzdolapları için yağsız çalışan lineer kompresör prototipi önerilmiştir. İkinci olarak, hareketli mıknatıs tipi kompresör prototipinin bileşenleri ve dizaynı yanında detaylı katı modelleri de verilmiştir. Buna ilaveten, hareketli montajın dinamik karakter özellikleri analitik olarak araştırılmış ve deneysel olarak doğrulanmıştır. Hareketli montajın harmonik salınımları gazlı ve gazsız olmak üzere sistem dinamiği ve elektrik devre modeli kullanılarak gösterilmiştir. Bunun yanında, dört farklı gaz tipi için, gaz tipinin ve gaz kuvvetinin lineer olmamasının giriş gücü bakımından akış parametrelerine olan etkisi araştırılmıştır. Buna ilaveten, üç farklı gazkuvvet model yaklaşımı sunulmuş ve bunlar anlık deneysel gaz kuvveti ile karşılaştırılmştır. Çalışmanın devamı olarak hem strokun giriş gücüne hem de boşaltma hatt basıncının giriş gücüne ait frekans cevabı fonksiyonları çıkartılmıştır. Değişik giriş gücleri için, prototipin motor ve izantropi verimlilikleri olçülmüştür. Sonuç olarak, lineer kompresörün performansının iyileştirilmesi için emme valnin davranışı değişik valf rijitlik değerleri kullanılarak deneysel olarak değerlendirilmiştir.