An investigation on the energy efficiency of refrigerator, effect of gasket and flange heater

Abstract

Main parameters, which affect the refrigerator energy efficency, are cooling system and insulation system. The perfomance of the insulation system is directly affected by the performance of the insulation material. The effects of the gasket and the flange heater on the insulation performance are high. Espi-cially by using efficient insulation material the effect will be higher. The gasket and flange region consists of flange heater, gasket itself and the insulation system. For the heat transfer from the gasket, the infiltration rate from the gasket should be considered, too. Flange heater can be used in the cooling system or as a seperate electrical heater, which is called anti sweat heater. Generally the anti swaet heater is located in the mulllion region in the refrigerator.As mentioned earlier, the flange heater can be used in the cooling system. It works with the compressor and is normally used to prevent the perspiration in refrigerators and gasket adhesion. For hard conditions, like high temperature or high relative humidity values, the flange heater is located after the compressor in the cooling system. For normal conditions, like for example for 25, °C environmental temperature, the flange heater is located, after the condenser in the cooling system.In this study, the effect of flange heaters, which can be located before or after condenser in the cooling system of the refrigerator, and gasket on the refrigerator heat gain have been investigated numerically and experimentally in order to prevent the perspiration in refrigerators and gasket adhesion and the heat transfer through flange heaters and gasket zone is identified.In the first part of the study, the heat transfer through flange heaters and gasket zone and the effect of gasket and flange heater in the current situation are studied separately. Additionally, gasket infiltration effect is defined with the help of the experimental work. The derived results are compared with the literature values. Consecutively, the alternative geometries that are appropriate for this zone are determined and applied. Then, the effect of these applications on refrigerator energy consumption is investigated. F. ÖzgüçIn the second part, numerical research is carried out. Accordingly, a numerical model is formed with a simpler geometry than the present one, solely for the flange heater application and with the help of the . model, this zone is analysed for the current situa-tion.Resuits from the basic model gave the beginning conditions for the actual model simulation. In the framework of the positive results derived from this model, the actual model of the refrigerator is generated and analysis performed with IDEAS software for both the current and alternative applications. Analysis was carried out for two dimensional steady state conditions. Boundary conditions for the analysis were selected from experimental results and theoretical formulations. As the alternative applications, altering the place of the flange heater in insulation volume, changing the material of the flange heater and changing the geometry of the heater are tested.Following the performed analysis, the appropriate results are applied on refrigerators and experimental verification tests are conducted. Tests, which were made for the verification showed that the location of the flange heater should be changed in order to get lower temperatures and lower heat transfer from the flange heater to the cabinet. Additionally, the geometry of the flange heater was investigated for getting lower temperatures inside the cabinet. Results of the analysis showed that the actual geometry is the best application compared with the alternative geometries.The material of the flange heater is one of the important parameters, which affect the heat transfer from the flange heater to the cabinet. Copper was used as the flange heater material instead of stainless steel material and results of the analysis showed no difference between two materials for heat transfer, but for the application copper flange heater is a good alternative to the stainless steel flange heater because of easy handling.As an outcome of the study, an application that is capable of preventing the perspiration in gasket and flange zone and additionally reduce the amount of heat transferred from the flange heater into the cabinet has been put forward.

Özet

Buzdolaplarının enerji tüketim değerini etkileyen temel parametreler soğutma ve yalıtım sistemidir. Conta ve flanş bölgesi buzdolabı yalıtım sisteminde önemli bir yer tutmaktadır. Özellikle yalıtım malzemesinin iyileştirilmesi ile etki oranı artış göstermektedir. Bu çalışmada temel olarak, buzdo-laplarında terleme ve conta yapışmasının önüne geçilebilmesi amacıyla kullanılan flanş ısıtıcılarının ve contanın buzdolabı ısı kazancına etkisi, sayısal ve deneysel olarak incelenmiş; flanş ısıtıcısı ve conta bölgesinden gerçekleşen ısı transferi belirlenmiştir. Çalışmanın iki ana kısmından ilkini oluşturan deneysel çalışmalar yardımı ile öncelikli olarak mevcut durumda conta ve flanş bölgesinden gerçekleşen ısı transferi belirlenmiştir. Deneyler sonucunda elde edilen değerler literatür değerleri. ile karşılaştırılmıştır. Çalışmanın devamında bu bölgeye uygulanabilecek geometriler belirlenerek uygulanmış ve bu uygulamaların buzdolabı enerji tüketimine etkisi araştırılmıştır. İkinci adımda sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiş, öncelikle mevcuttan daha basit bir geometri ile flanş ısıtıcısı uygulaması için sayısal bir model oluşturulmuş ve bu bölgenin analizi mevcut durum için gerçekleştirilmiştir. Bu model ile elde edilen sonuçlar çerçevesinde buzdolabı gerçek modeli oluşturularak IDEAS programında analizler mevcut ve farklı uygulamalar için gerçekleştirilmiştir. Farklı uygulamalar, flanş ısıtıcısının konumunun değiştirilmesi, boru malzemesinin ve geometrisinin değiştirilmesi olarak tanımlanmıştır. Analizlerden elde edilen uygun sonuçlar buzdolaplarına uygulanmış ve deneysel olarak irdelenmiştir. Yapılan deneylerin sonuçları, bu bölgede terleme ile contanın yapışmasını engelleyebilen, ek olarak flanş ısıtıcısından kabin içerisine geçen ısı miktarını da azaltabilen bir uygulama ortaya koymuştur.