Le stockage frigorifique de qualité médicale est une catégorie d'équipement critique pour les applications cliniques. Il est nécessaire de s'assurer que les thérapies sanguines sensibles à la température, les échantillons cliniques, les réactifs/contrôles, les médicaments et les vaccins sont protégés de manière appropriée pour maintenir la sécurité des patients, soutenir la conformité réglementaire et prévenir les pertes économiques.
La nouvelle technologie de refroidissement améliore les performances de l'entreposage frigorifique de qualité médicale en utilisant des compresseurs à capacité variable (VCC), des moteurs à commutation électronique (ECM) et des réfrigérants à base d'hydrocarbures naturels. Cet article décrit ces technologies et discute des avantages qui en résultent pour les applications cliniques utilisant la technologie OptiCool™ dans les solutions de stockage à froid GX de Helmer Scientific.
APERÇU
Technologie à vitesse variable
La technologie de système de refroidissement OptiCool™ utilise des compresseurs à capacité variable (VCC) à la place des compresseurs à capacité fixe (FCC). Les compresseurs FCC traditionnels à vitesse unique fonctionnent à la vitesse maximale ou s'arrêtent complètement. Cette méthode de fonctionnement du compresseur est efficace lorsqu'une capacité de refroidissement élevée est requise pour une baisse rapide des températures, mais elle n'est pas optimisée pour les applications qui peuvent nécessiter une faible capacité de refroidissement pendant des périodes de temps. Les compresseurs à capacité variable (VCC) sont conçus pour fonctionner en utilisant une large gamme de vitesses, et la vitesse de fonctionnement répondra de manière appropriée et efficace pour maintenir la température cible.
Utilisés en combinaison avec VCC, les nouveaux moteurs à commutation électronique (ECM) remplacent les moteurs moins efficaces historiquement utilisés dans la réfrigération de qualité médicale. Ces nouveaux ECM permettent au ventilateur de l'évaporateur du système (le ventilateur qui fait circuler l'air dans tout le système) de fonctionner à des vitesses variables comme le VCC. Les vitesses du moteur varient en fonction des conditions, afin de garantir que l'évaporateur fonctionne à un niveau optimisé pour maintenir la température souhaitée de l'armoire. En fonctionnant à des vitesses variables, ces ECM améliorent considérablement l'efficacité du système et la chaleur générée par le ventilateur de l'évaporateur est considérablement réduite, ce qui réduit la demande sur le système de compresseur de l'unité.
Figure 1. Capacité variable par rapport à la vitesse de fonctionnement du compresseur conventionnel
Les VCC fonctionnent à des vitesses variables (en fonction des conditions de fonctionnement) pour maintenir la température plutôt que de simplement s'éteindre et s'allumer comme les compresseurs à capacité fixe dans les réfrigérateurs conventionnels de qualité médicale.
Pour les applications de stockage frigorifique de qualité médicale, le VCC et la vitesse du ventilateur de l'évaporateur jouent un rôle important pour permettre un fonctionnement efficace, tout en garantissant que les produits et échantillons sensibles à la température restent stockés dans des conditions appropriées. Par exemple, lorsque les portes d'un réfrigérateur de qualité médicale sont ouvertes ou qu'un produit avec une charge thermique est introduit dans l'armoire, il est essentiel que l'unité de stockage frigorifique récupère rapidement la température. Dans ce cas, le VCC et le ventilateur de l'évaporateur fonctionneront à la vitesse la plus élevée possible pour amener rapidement les températures dans la plage. Lorsque la chambre froide n'est accessible que périodiquement ou n'est pas utilisée pendant de longues périodes (peut-être dans une clinique fermée la nuit/le week-end ou dans une zone à faible utilisation d'un hôpital), le VCC et le ventilateur de l'évaporateur fonctionneront à très basse vitesse pour maintenir efficacement températures.
Fluides frigorigènes à base d'hydrocarbures naturels
La technologie de système de refroidissement OptiCool™ utilise des réfrigérants à base d'hydrocarbures naturels à la place des réfrigérants hydrofluorocarbonés (HFC). Les hydrocarbures naturels sont des réfrigérants respectueux de l'environnement qui ont un impact très limité sur le potentiel de réchauffement global (GWP) et aucun impact sur le potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (ODP). Cette catégorie de réfrigérants est considérée comme inoffensive pour l'environnement et s'est également avérée très efficace en permettant une charge de réfrigérant nettement inférieure par rapport aux HFC.
Les fluides frigorigènes à base d'hydrocarbures sont différents des HFC. Alors que les réfrigérants à base d'hydrocarbures sont des gaz organiques d'origine naturelle, les HFC sont des gaz fabriqués chimiquement qui peuvent rester dans l'atmosphère jusqu'à 30 ans après leur rejet. Les réfrigérants à base d'hydrocarbures ont été développés comme une alternative sûre, efficace et efficiente aux HFC.
En plus des avantages techniques des hydrocarbures naturels par rapport aux réfrigérants traditionnels, la réglementation mondiale en matière de durabilité pousse l'industrie de la réfrigération à remplacer les HFC par des réfrigérants à base d'hydrocarbures naturels. Le programme de nouvelles alternatives significatives de l'Agence américaine de protection de l'environnement (programme SNAP de l'EPA) a été conçu pour identifier et évaluer des substituts aux substances qui ont des effets négatifs sur l'environnement. Le programme EPA SNAP répertorie les réfrigérants à base d'hydrocarbures en remplacement des HFC. Des pressions réglementaires et législatives similaires existent dans de nombreux pays qui ont ratifié l'amendement de Kigali. Cela inclut, mais sans s'y limiter, les membres de l'Union européenne et du Canada. La technologie OptiCool™ soutient ces initiatives mondiales de développement durable grâce à l'adoption de réfrigérants à base d'hydrocarbures naturels conçus pour résoudre les problèmes de réchauffement climatique et d'appauvrissement de la couche d'ozone.
AMÉLIORATIONS POUR LES APPLICATIONS CLINIQUES
Les améliorations de la technologie de réfrigération entraînent des avantages directs pour les travailleurs de la santé, les utilisateurs finaux de l'équipement et les patients. En tirant parti des réfrigérants VCC, ECM et hydrocarbures naturels, la technologie OptiCool™ conduit aux améliorations de performances suivantes :
Performances de température
Les performances d'entreposage frigorifique de qualité médicale sont définies comme l'uniformité, la stabilité et la récupération de la température.
Uniformité de la température est la mesure de la constance de la température dans tous les emplacements utilisables de l'armoire. L'uniformité étroite garantit que le contenu est maintenu à la bonne température, quel que soit le lieu de stockage. Les équipements de qualité non médicale peuvent avoir des performances d'uniformité médiocres et peuvent inclure des points chauds et froids qui font sortir le produit de la plage de température. Cela peut créer à la fois des risques pour la sécurité et la réglementation. Par conséquent, de nombreuses applications cliniques, telles que le stockage des vaccins et le stockage du sang, nécessitent l'utilisation d'un entrepôt frigorifique de meilleure qualité. La technologie OptiCool™ utilisée dans les solutions Helmer Scientific GX conduit à une uniformité de température de +/- 1 degré C, permettant aux utilisateurs cliniques d'utiliser en toute confiance tous les emplacements de stockage à l'intérieur de l'armoire, même pour les produits les plus sensibles à la température.
Figure 2. Uniformité de la température – Solutions GX
Récupération de température est la mesure du temps nécessaire à une chambre froide pour revenir après la température de consigne après une ouverture de porte. Une récupération rapide de la température est nécessaire pour s'assurer que les ouvertures de porte ne font pas sortir les produits des plages de température étroites requises pour les produits cliniques.
Les compresseurs à capacité variable associés à une puissante conception à air pulsé permettent des échanges d'air rapides après la fermeture de la porte. Ces échanges d'air sont importants pour les ouvertures de porte de routine. Une étude menée par le NIST en 2016 a déterminé que dans une clinique, les réfrigérateurs peuvent être consultés par le personnel plus de 30 fois en une seule heure. Les performances de récupération de la température sont également essentielles lorsque l'on envisage des ouvertures de porte prolongées en raison des inventaires ou du réapprovisionnement. Les évaluations de la technologie de refroidissement OptiCool™ ont démontré que pendant 8 secondes d'ouverture de porte (distribution de base du produit), la température de l'armoire du réfrigérateur ne sortait jamais de la plage de stockage autorisée. Pour les ouvertures de porte prolongées de 3 minutes (charge d'inventaire avec augmentation significative de la température de l'armoire), les unités sont rapidement ramenées à la plage cible en aussi peu que 11 minutes.
Figure 3. Récupération de température – Solutions GX
Stabilité de la température mesure l'efficacité avec laquelle l'unité de stockage frigorifique maintient la température au point de consigne, même pendant les cycles de compresseur et de dégivrage automatique. La technologie de réfrigération conventionnelle entraîne des variations de température plus importantes par rapport au point de consigne, même pendant le fonctionnement en régime permanent. Cela est dû au fait que les compresseurs à capacité fixe s'allument et s'éteignent régulièrement pour répondre, lorsque les températures dérivent au-dessus et au-dessous du point de consigne. Avec les compresseurs à capacité variable, la technologie OptiCool™ permet au compresseur de fonctionner à la vitesse précise nécessaire pour maintenir la température définie et réduira considérablement la fréquence des cycles du compresseur observée avec la technologie conventionnelle. La stabilité est maintenue à des niveaux très élevés lorsque les compresseurs à capacité variable sont correctement mis en œuvre. La technologie de refroidissement OptiCool™ utilisée dans les solutions de stockage à froid Helmer GX permet d'obtenir une stabilité avec une variabilité inférieure à 1 degré Celsius par rapport au point de consigne. Cela permet de garantir que les produits sensibles, coûteux et hautement réglementés restent à la bonne température.
Figure 4. Stabilité de la température – Solutions GX
Efficacité énergétique
Les réfrigérateurs Helmer Scientific qui exploitent la technologie de refroidissement OptiCool™ sont 50%- 60 % plus économe en énergie que les réfrigérateurs médicaux conventionnels. Par exemple, le réfrigérateur de laboratoire encastré HLR105-GX a été évalué par un laboratoire d'essai tiers à l'aide du protocole d'essai Energy Star. Ce protocole a mis à l'épreuve le réfrigérateur sur une période de 24 heures avec une série d'ouvertures de porte et un fonctionnement à porte fermée en régime permanent.
Les résultats de cette évaluation ont démontré que le réfrigérateur HLR105-GX ne consommait que 1,2 kWh/jour d'énergie, ce qui représente moins de la moitié de l'énergie requise par un appareil conventionnel de même taille, testé selon le même protocole. Les données de consommation d'énergie sont publiées sur le site Web ENERGY STAR pour les réfrigérateurs de laboratoire haute performance. Les unités de stockage à froid utilisant la technologie de refroidissement OptiCool™ dépassent les objectifs de consommation d'énergie tels que définis par Energy Star. Ces unités sont certifiées Energy Star.
Figure 5. Comparaison de la consommation d'énergie entre des modèles de réfrigérateurs comparables sous le comptoir
Consommation d'énergie : Les réfrigérateurs professionnels de qualité médicale GX sont 50 à 65 % plus efficaces que les appareils conventionnels.
*Série HorizonMC ENERGY STAR ® essai
Améliorations du bruit
La réduction du bruit dans les établissements de santé, en particulier les zones de soins aux patients ou les zones de travail du personnel, est une priorité. Le niveau de bruit moyen dans les hôpitaux américains a été signalé à 50 - 90 décibels (source du site dans le papier bruit) - aussi fort que la circulation dense ou un aspirateur en marche. Investir dans des équipements plus silencieux est une façon pour les hôpitaux de répondre à cette préoccupation
La technologie de refroidissement OptiCool™ est conçue pour réduire le bruit. Les compresseurs silencieux, combinés à la technologie à vitesse variable, limitent le temps pendant lequel les compresseurs et les ventilateurs de l'évaporateur fonctionnent à des vitesses élevées, ce qui réduit considérablement le bruit généré par le système. Lors de l'évaluation des unités de stockage frigorifique avec la technologie de refroidissement OptiCool™, le bruit a été réduit de 17 décibels par rapport à un réfrigérateur traditionnel de qualité médicale. Chaque augmentation de 10 décibels représente une multiplication par 10 du bruit. Par conséquent, une réduction de 17 fois du bruit du système est un avantage significatif pour le personnel de santé et les patients. Le réfrigérateur Helmer Scientific GX Solutions limite le bruit équivalent à celui d'un environnement de bureau silencieux.
Figure 6. Comparaison de la sortie de bruit
Chaque augmentation de 10 dB sur l'échelle équivaut à une augmentation de 10 fois de l'intensité sonore.
Fiabilité
Les systèmes de santé citent régulièrement la fiabilité comme l'attribut le plus important dans leur sélection d'entrepôts frigorifiques de qualité médicale. Éviter les temps d'arrêt et les visites de service non planifiées est essentiel pour maintenir l'efficacité. La sélection de marques ayant fait leurs preuves en matière de fiabilité et de performances améliore la prévisibilité du coût total de possession et les besoins en matière de planification des investissements. Les solutions Helmer Scientific GX ont été conçues et testées pour une fiabilité à long terme dans un environnement de R&D et de fabrication FDA GMP. Ces unités de stockage frigorifique ont une durée de vie utile minimale de 10 ans ainsi qu'un engagement de service et d'assistance de 10 ans.
Des tests approfondis de durée de vie accélérée (ALT) sont effectués dans le cadre du processus de conception de Helmer pour garantir la fiabilité. Les tests de durée de vie accélérés (ALT) identifient et traitent les modes de défaillance possibles avant la sortie de l'équipement pour une utilisation générale. Il expose également les unités à des niveaux de stress très élevés pour défier le système jusqu'au niveau des sous-ensembles et des composants. Enfin, ALT garantit que la conception de l'unité peut résister aux rigueurs d'une utilisation quotidienne pendant une durée de vie de 10 ans.
Les ingénieurs en fiabilité de Helmer Scientific ont terminé avec succès ces processus de test sur les unités GX Solutions en utilisant la technologie de refroidissement OptiCool™ pour vérifier un engagement minimum de 10 ans en matière de performances et de fiabilité.
CONCLUSION
La technologie de refroidissement OptiCool™ applique les réfrigérants VCC, ECM et Hydrocarbures naturels aux chambres froides de qualité médicale. Ces technologies sont conçues pour améliorer à la fois les performances et la fiabilité de l'ensemble du système, ainsi que pour répondre à l'évolution de la réglementation environnementale mondiale. Les évaluations de la technologie OptiCool™ ont démontré des performances de température, une efficacité énergétique, une réduction du bruit et des niveaux élevés de fiabilité. Helmer Scientific est heureux d'offrir cette technologie dans GX Solutions.