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Helmer Scientific GX冷藏解決方案中的OptiCool™冷卻系統:技術和優勢

白皮書

醫用級冷藏庫是臨床應用中的關鍵設備類別。確保對溫度敏感的血液療法,臨床樣品,試劑/對照,藥物和疫苗得到適當保護,這對於維護患者安全,支持法規遵從性和防止經濟損失是必要的。

新的冷卻技術使用可變容量壓縮機(VCC),電子換向電動機(ECM)和天然碳氫製冷劑來提高醫療級冷庫的性能。本文介紹了這些技術,並討論了在Helmer Scientific的GX冷藏解決方案中使用OptiCool™技術為臨床應用帶來的好處。

總覽

變速技術

OptiCool™冷卻系統技術使用可變容量壓縮機(VCC)代替固定容量壓縮機(FCC)。傳統的單速FCC壓縮機以最大速度運行或完全關閉。當需要高冷卻能力以快速降低溫度時,此壓縮機運行方法有效,但對於可能需要一段時間的低冷卻能力的應用並未進行優化。可變容量壓縮機(VCC)設計為可在各種速度下運行,運行速度將做出適當而有效的響應以維持目標溫度。

與VCC結合使用時,新的電子換向電動機(ECM)取代了以往用於醫療級製冷的低效電動機。這些新的ECM允許系統的蒸發器風扇(使空氣循環整個系統的風扇)以可變速度(如VCC)運行。電動機速度會根據條件而變化,以確保蒸發器以最佳水平運行以維持所需的機櫃溫度。通過以可變速度運行,這些ECM大大提高了系統效率,並且蒸發器風扇產生的熱量顯著減少,從而降低了對設備壓縮機系統的需求。


圖1。可變容量與 常規壓縮機運行速度


Chart-S3R023-Compressor-Speed

VCC以可變速度運行(取決於運行條件)以維持溫度,而不是像傳統醫療級冰箱中的固定容量壓縮機那樣簡單地循環運行。

對於醫療級冷藏應用,VCC和蒸發器風扇的速度在確保高效運行的同時起著重要作用,同時還確保對溫度敏感的產品和样品保持在適當的條件下。例如,當打開醫療級冰箱的門或將帶有熱負荷的產品引入機櫃時,至關重要的是,冷藏單元要迅速恢復溫度。在這種情況下,VCC和蒸發器風扇將以可能的最高速度運行,以迅速將溫度帶入範圍。當僅定期訪問冷庫或長時間不使用冷庫時(例如在晚上/週末關閉的診所或醫院利用率低的區域),VCC和蒸發器風扇將以非常低的速度運行以有效維護溫度。

天然碳氫製冷劑

OptiCool™冷卻系統技術使用天然碳氫化合物製冷劑代替氫氟碳化合物製冷劑(HFC)。天然碳氫化合物是環保型製冷劑,對全球變暖潛勢(GWP)的影響非常有限,而對臭氧消耗潛能(ODP)的影響卻很小。這類製冷劑被認為對環境無害,與HFC相比,通過允許顯著降低製冷劑充注量也被證明是高效的。

碳氫化合物製冷劑不同於氫氟碳化合物。碳氫製冷劑是天然存在的有機氣體,而氫氟碳化合物是化學製造的氣體,釋放後可能在大氣中保留長達30年。已經開發出碳氫化合物製冷劑作為氫氟碳化合物的安全,有效和高效的替代品。

與傳統製冷劑相比,除了天然碳氫化合物的技術優勢外,全球可持續性法規還驅使製冷行業用天然碳氫化合物製冷劑替代HFC。美國環境保護局重大新替代品計劃(EPA SNAP計劃)旨在識別和評估對環境有負面影響的物質的替代品。EPA SNAP計劃將碳氫化合物製冷劑替代為HFC。在批准《基加利修正案》的許多國家中,也存在類似的監管和立法壓力。這包括但不限於歐盟和加拿大的成員。OptiCool™技術通過採用旨在解決全球變暖和臭氧消耗問題的天然烴製冷劑來支持這些全球可持續發展計劃。

臨床應用的改進

製冷技術的改進為醫護人員,設備的最終用戶和患者帶來了直接收益。通過利用VCC,ECM和天然碳氫製冷劑,OptiCool™技術可帶來以下性能增強:

溫度性能

醫用級冷藏性能定義為溫度均勻性,穩定性和恢復性。

溫度均勻性是指機櫃中所有可用位置的溫度一致性的度量。緊密的均勻性使您可以放心,無論存儲位置如何,內容物都可以保持在正確的溫度下。非醫療級設備的均勻性可能會很差,並且可能會出現熱點和冷點,從而導致產品超出溫度範圍。這會同時帶來安全和監管風險。因此,許多臨床應用,例如疫苗存儲和血液存儲,都需要使用更高質量的冷庫。Helmer Scientific GX Solutions中使用的OptiCool™技術可實現+/- 1攝氏度的溫度均勻性,使臨床用戶可以放心地使用機櫃內的所有存儲位置,即使是對溫度最敏感的產品。


圖2。溫度均勻性– GX解決方案


Chart-S3R023-Temperature-Uniformity

溫度恢復是指冷藏櫃開門後恢復到溫度設定點所需的時間。必須快速恢復溫度,以確保門的開口不會導致產品超出臨床產品所需的嚴格溫度範圍。

可變容量壓縮機與強大的強制空氣設計相結合,可以在門關閉後快速進行空氣交換。這些空氣交換對於常規的門打開很重要。NIST在2016年進行的一項研究確定,在診所環境中,員工一小時內可以使用冰箱超過30次。當考慮由於存貨盤點或補充存貨而延長開門時間時,溫度恢復性能也至關重要。對OptiCool™冷卻技術的評估表明,在8秒的開門時間(產品的基本分配)中,冷藏櫃的溫度從未超出允許的存儲範圍。對於延長的3分鐘開門時間(櫃體溫度顯著升高的庫存負荷),設備可在短短11分鐘內迅速將其拉低至目標範圍。


圖3。溫度恢復– GX解決方案


Chart-S3R023-Temperature-Recovery

溫度穩定性可衡量冷庫在壓縮機和自動除霜循環中如何有效地將溫度保持在設定點。傳統的製冷技術甚至在穩態運行期間也會導致溫度從設定值開始更寬範圍的波動。這是由於固定容量的壓縮機會定期打開和關閉以響應溫度隨溫度上下波動而變化的結果。借助可變容量壓縮機,OptiCool™技術可使壓縮機以維持設定溫度所需的精確速度運行,並將顯著降低傳統技術中觀察到的壓縮機循環頻率。正確實施可變容量壓縮機後,在Helmer GX冷藏解決方案中使用的OptiCool™冷卻技術可將穩定性保持在很高的水平,從而使穩定性與設定值之間的偏差小於1攝氏度。這有助於確保敏感,昂貴且受到嚴格監管的產品保持在適當的溫度下。


圖4。溫度穩定性– GX解決方案


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能源效率

利用OptiCool™冷卻技術的Helmer Scienti%-fic冰箱比常規醫用冰箱的能源效率高50 60%。例如,第三方測試實驗室使用能源之星測試協議對HLR105-GX櫃檯下實驗室冰箱進行了評估。該協議通過一系列開門和穩態,關門操作在24小時內對冰箱提出了挑戰。

評估結果表明,HLR105-GX冰箱每天僅使用1.2 kWh的能量,這是使用相同協議測試的相同尺寸的常規設備所需能量的一半。能耗數據已發佈在ENERGY STAR網站上,用於高性能實驗室冰箱。使用OptiCool™冷卻技術的冷藏單元超出了能源之星定義的能耗目標。這些單位已通過能源之星認證。


圖5。可比較的台下式冰箱型號之間的能耗比較


能源消耗:GX專業醫療級冰箱的效率比傳統冰箱高50-65%。

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* Horizon Series™ENERGYSTAR®測試

噪音改善

降低醫療機構,尤其是患者護理區或員工工作區的噪音是當務之急。據報導,美國醫院的平均噪音水平為50至90分貝(噪音紙中的現場聲源),與交通繁忙或正在運行的吸塵器一樣大。投資安靜的設備是醫院解決這一問題的一種方法

OptiCool™冷卻技術旨在降低噪音。安靜的壓縮機與變速技術相結合,限制了壓縮機和蒸發器風扇高速運行的時間,從而大大降低了系統產生的噪音。在評估採用OptiCool™冷卻技術的冷庫時,與傳統的醫用級冰箱相比,噪音降低了17分貝。每增加10分貝表示噪聲增加10倍。因此,將系統噪聲降低17倍對醫護人員和患者而言具有重大優勢。Helmer Scientific GX Solutions冰箱將噪音限制為與安靜辦公環境相當。


圖6。噪音輸出比較


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音階每增加10dB,相當於聲音強度增加10倍。

可靠性

醫療保健系統通常將可靠性作為選擇醫療級冷庫的最重要屬性。避免停機和計劃外的服務訪問對於保持效率至關重要。選擇在可靠性和性能方面都有良好記錄的品牌可以提高總擁有成本和資本計劃需求的可預測性。Helmer Scientific GX解決方案已經過設計和測試,可以在FDA GMP研發和生產環境中獲得長期可靠性。這些冷庫的最低使用壽命為10年,服務和支持承諾為10年。

作為Helmer設計過程的一部分,已完成全面加速壽命測試(ALT),以確保可靠性。在GX Solutions上執行了高度加速壽命測試(HALT),以識別和解決可能出現的故障模式,然後再發布通用設備。HALT要求測試單元承受非常高的應力,包括但不限於:熱應力和振動應力,以將系統挑戰到子組件和組件水平。HALT有效地允許製造商在緊湊的測試期內模擬非常長的產品生命週期,以開發新產品。

高加速應力篩選(HASS)是一項附加的加速測試,旨在識別系統中可能無法通過常規測試方法檢測到的潛在問題。HASS測試還可以在比預期用途更為嚴酷的運行條件下識別系統中的“弱鏈接”。Helmer科學可靠性工程師已經使用OptiCool™冷卻技術在設備上成功完成了這些測試過程,以驗證10年的最低性能和可靠性承諾。

結論

OptiCool™冷卻技術將VCC,ECM和天然烴製冷劑應用於醫療級冷藏庫。這些技術旨在提高整個系統的性能和可靠性,並應對不斷發展的全球環境法規。對OptiCool™技術的評估證明了溫度性能,能效,降噪和高度可靠性。Helmer Scientific很高興在GX Solutions中提供這項技術。