温度管理コンテナの熱性能はすべて同じというわけではありません。重要な医薬品の輸送が危険にさらされているのでしょうか?
製品概要
この調査では、気流設計と再循環経路が ATCC 貨物室内の重要な熱マッピング特性に及ぼす影響を示し、熱性能に関してはすべてのコンテナが同じように作られているわけではないことを示しています。
CSafe社は、この研究結果に基づき、CSafe RKNに使用されている独自の革新的な空気再循環システム（ARS）技術の設計が、新しいCSafe RAPコンテナの設計にも良好に機能することを確認しました。CSafe RKNおよびCSafe RAPアクティブコンテナは、重要な医薬品および生物学的製剤を適切な温度で輸送し、設定温度に対する許容範囲が非常に狭いため、ARS技術はコンテナの最適な性能を確保する上で大きな役割を果たします。
経歴
アクティブ温度制御コンテナ（ATCC）は、エンドツーエンド輸送の全段階において積荷の温度を維持することを目的として設計されています。世界保健機関（WHO）の適正流通基準（GDP）の13.4項には、「医薬品は、以下の手順に従って保管および輸送されるべきである：製品の識別性が失われないこと、製品が他の製品を汚染しないこと、および他の製品によって汚染されないこと、流出、破損、不正流用、盗難に対する適切な予防措置が講じられること、適切な環境条件が維持されること（例：熱不安定性製品にはコールドチェーンを使用する）など。」と規定されています。
これらのGDPガイドラインを遵守するために、ほとんどのATCCは、内部温度の設定値を維持することを目的とした6つの統合機械システムに依存しています。1) 制御システム、2) 冷却システム（コンデンサー、コンプレッサー、エバポレーター）、3) 加熱システム、4) 気流システム、5) 内部エネルギー源、6) 断熱材です。これらのさまざまなコンポーネントが連携して、貨物エリア内の空気温度を適切な温度に保ち、ATCC外部の周囲温度の影響を打ち消します。
貨物室内の温度を均一にマッピングする鍵は、エアフローシステムが貨物室の温度を自律的に制御する能力です。エアフローシステムは、制御システムからの入力と、貨物室内に戦略的に配置された複数の温度センサーからリアルタイムの温度データをフィードバックすることで、ATCCの精度と効率性を確保します。
図1および2。
CSafe RAPの独自の革新的な空気再循環システム（ARS）（図1参照）と、複数のセンサーを備えた温度管理システム（TMS）（図2参照）は、自律的に連携して温度を供給します。
ペイロードの6面すべてに空調空気を供給する
新型CSafe RAPの開発において、RAPのコンパートメント容積が大幅に拡大したことにより、空気再循環設計と温度管理システムの制御との相互作用の重要性がさらに高まっていることが判明しました。コンテナの設計が極端な周囲温度の影響に耐えられるよう、CSafeのエンジニアリンググループは最新の数値流体力学（CFD）ソフトウェアを用いて様々なコンテナの物理設計をモデル化し、コンテナの熱性能を最適化する理想的な気流ソリューションを選定しました。
を加速
貨物室内の空気循環の重要性と、それが積荷の温度分布に直接及ぼす影響を明らかにするため、CSafeエンジニアリンググループは3種類の異なる気流システム設計を分析し、新型CSafe RAPに最適な構成を決定しました。より大きな容積全体にわたって温度を維持することは最悪のシナリオであるため、すべての分析にRAPコンテナプロファイルを使用しました。これらの分析で使用した3つの設計モデルの断面画像を図3a、3b、3cに示します。簡略化のため、コンテナの貨物室のみを最小の貨物構成で示しています。
図3a。
モデル A (後方空気戻りを備えた天井周囲モデル) は、空気を天井プレナムを通して小さな天井開口部からコンテナ内に送り込みます。
図3b。
モデル B (後方空気戻り機能付き天井ポッド モデル) は、貨物室の上部に対称的に配置された 4 つの大型天井ファンを使用して、積荷の周囲に空気を送ります。
図3c。
モデル C (床下リターン付き後部強制空気出力) は、ペイロードの周囲および床下全体に調整された空気を引き込み、コンテナ全体に空気を循環させます。
使用された CFD ソフトウェアは COMSOL Multiphysics 5.3 であり、すべての解析は Weatherly Applied Research によって実施されました。
後方空気戻り付き天井周辺モデル（モデルA）
モデルAでは、ファンによって調整された空気が後部貨物室壁の後ろから天井プレナムに送り込まれ、正圧を利用して複数の天井開口部から貨物室へと空気が導かれます。貨物室の空気は、壁の後ろにあるファンからの負圧（真空）によって、後部コールドウォールの基部にある吸気口に集められます。
後方空気戻り機能付き天井ポッドモデル（モデルB）
モデルBでは、ファンが天井に設置された4つの送風口から調整された空気を送り出し、正圧の空気を貨物室へ送り込みます。貨物室の空気は、ファンからの負圧（真空）によって、後部コールドウォールの基部にある吸気口から集められます。
床下リターン付きリア強制空気入力（モデルC）
モデルCは、ファンを用いて後部コールドウォール上部の開口部から空調空気を天井と側面のチャネルに送り出し、貨物室全体に空調空気を行き渡らせます。循環された空気は、ファンからの負圧（真空）によって貨物室ドア下部の床面にある吸気口から引き込まれます。そして、床下の専用リターンエアプレナムを通ってコンテナ後部へ送られ、ここで循環サイクルが繰り返されます。
CFDモデルの結果
CSafeエンジニアリンググループは、気流システムとコンテナの物理的設計の相互作用が温度マッピング結果、ひいてはATCC全体の性能に大きな違いをもたらすことを発見しました。すべてのATCCが同じように作られているわけではなく、システムの制限や気流設計の違いによって貨物室内に高温または低温の領域が発生し、積荷の完全性が損なわれる可能性があるという結論に至りました。
3つのコンテナモデルはそれぞれ、最小積載状態と最大積載状態をシミュレートする2つのコンテナ積載構成に基づいて分析されました。このホワイトペーパーでは、業界で最悪の輸送条件と認識されている最小積載状態に焦点を当てています。以下の図にはそれぞれ2つの測定スケールがあります。貨物室内の気流の方向と速度は、濃い緑（高速）から白（低速）までのグラデーションカラースケールでリボンで示されています。貨物室内の積載物の表面温度は、赤（最高温度）から青（最低温度）までのグラデーションカラースケールで示されています。
図4a. モデルA
積荷の周囲および下部の気流速度が遅く、気流が不十分なことから、床面における積荷の温度が大幅に上昇していることがわかります。また、気流の方向を見ると、気流が床面から迂回し、貨物室後部の通気口に向かっていることがわかります。パレットの脚と床面の接合部で大きな温度上昇が見られ、パレットの底面に沿って温度が急上昇するリスクが高いことを示しています。
図4b. モデルB
白いリボンで示されているように、気流速度が不十分なため、積荷の床面で温度が著しく上昇しています。ドアに最も近い2つのパレットでは、気流の低下とドアシールの熱ショートにより、床面で製品温度が上昇しています。コンテナ前方のパレット脚と床面の接合部で大きな温度上昇が見られます。これは、積荷に対するリスクが最も高いのはコンテナ前部の底部であることを示しています。
図4c. モデルC
このモデルは、ペイロード全体にわたって均一な温度分布を示しています。貨物室前部の床面に真空ベントを設置することで、空調された空気がペイロードの6面すべてを包み込みます。この図は、床下を高速で循環する空調空気をリターンチャネルを通して戻すことで、均一な「エアクッション」が形成されることを示しています。
CFDモデル解析により、床下に専用の還気路を備えたモデルCは、貨物室内のペイロードの上下左右に均一かつ高速の気流パターンを生成できる唯一のコンテナであることが実証されました。ペイロードを制御された空調空気で包み込むことで、優れた温度制御が実現します。
貨物室全体の温度マッピングが可能になり、コンテナへの貨物の積み込み時にパレットを使用する必要がなくなります。モデルAとモデルBの場合、CFD解析により、床下に専用の還気路がないため、貨物室周辺の気流速度と空気分布が低下し、特に貨物室の床面下および側面の温度マッピングに悪影響を与えることが示されました。
結論
本研究で実施したCFD解析によると、気流経路と気流速度は、貨物室内の均一な熱分布と直接相関関係にあることが示されています。より速い気流と、ペイロードを空調された空気で完全に包み込む設計を組み合わせることで、ペイロード全体にわたって最も均一な熱分布が得られます。
希望する温度設定点を最適に維持します。
CSafeは、この研究と以前の研究結果を活用し、実績のあるCSafe RKNに組み込まれた独自の空気再循環システム（ARS）技術の設計を拡張し、モデルCを反映したCSafe RAPの空気流経路設計を最適化しました。CSafe RAPの吸気口と排気口は、貨物室の対角の角に配置されており、貨物室内の循環空気流を最適化します。専用の排気口を通って床下に引き込まれた空気は、貨物室の下に追加の断熱空気バリアを形成し、過酷な環境からさらに保護します。
夏季および冬季の出荷中に遭遇する周囲の条件。
結論として、すべてのアクティブ温度制御コンテナの設計が同じように作られているわけではなく、CSafe シリーズのアクティブ コンテナは革新的で差別化された設計を活用、組み込んでおり、最適なシステム パフォーマンスと、生命を育む重要なペイロードの熱保護を保証します。
参考情報
医薬品の適正流通に関する WHO ガイドライン。
ジュネーブ、世界保健機関、2010年WHO技術報告書シリーズ、第957号。（付録5）。
ジョナサン・ニールドの略歴
ジョナサンはCSafeのエンジニアリング担当副社長です。設計と認証の分野で30年以上の専門知識を有しています。
航空製品担当。ジョナサンは、CSafeのアクティブおよびパッシブ温度制御製品とデータ監視ソリューションの開発、認証、規制遵守を専門としています。
デビッド・ウェザリーの略歴
デイビッドは、製品の研究開発に20年の経験を持つ機械エンジニアです。流体力学と熱・物質移動シミュレーション（数値流体力学）を専門としています。カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）で計算・応用数学の修士号を取得し、ケンタッキー大学で機械工学（CFD）の博士号を取得しています。
レックスマーク・インターナショナルのインクジェットプリントヘッド開発部門に14年間勤務した後、ケンタッキー大学に着任し、准研究教授として産業研究に従事しました。現在は、自身の会社であるウェザーリー・アプライド・リサーチを通じて、エンジニアリング研究および製品開発サービスを提供しています。ティムケン・ベアリング・カンパニー、PPGオートモーティブ・コーティング部門、カティーバ社、GEエレクトリック・アプライアンス・アンド・ライティング社、カレイドスコープ社などでプロジェクトを遂行してきました。著書に以下があります。
- 「医療用エアロゾルを肺に送達するためのエジェクター設計」、DC Weatherly、Lexmark Research & Technology Symposium のポスター、2011 年 11 月。
- 「壁面境界の圧縮性流れにおける遷移の一般モデル」、DC Weatherly、1999 年 5 月、フランス、コルシカ島で開催された第 4 回国際乱流モデリングおよび測定工学シンポジウムで発表。
- 「圧縮性流れの代数マップ乱流モデルによる加法乱流分解」、ケンタッキー大学博士論文、1998年。
- 「壁面境界流れのラージエディシミュレーションのための初期条件と境界条件の生成」、DC Weatherly および JM McDonough、第 11 回乱流せん断流シンポジウムのポスター、フランス、グルノーブル、国立工科大学、1997 年 9 月。
- 「渦摂動によって刺激される計算された大規模圧縮性境界層構造」、DC Weatherly および JM McDonough、AIAA 論文 96-0424、1996 年 1 月、リノで開催された第 34 回 AIAA 航空宇宙科学会議で発表。
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