Niet alle temperatuurgecontroleerde containers zijn gelijk als het gaat om thermische prestaties. Loopt uw belangrijke farmaceutische zending gevaar?
Samenvatting
Uit dit onderzoek blijkt dat het ontwerp van de luchtstroom en het recirculatiepad een verschil maken in de kritische thermische mappingeigenschappen binnen een ATCC-vrachtruim. Hieruit blijkt dat niet alle containers gelijk zijn als het gaat om thermische prestaties.
CSafe baseerde zich op de resultaten van deze studie om te bevestigen dat het ontwerp van de unieke en innovatieve Air Recirculation System (ARS)-technologie, gebruikt in de CSafe RKN, ook goed zou functioneren voor het nieuwe CSafe RAP-containerontwerp. De actieve containers van de CSafe RKN en CSafe RAP transporteren essentiële farmaceutische en biologische producten op de juiste temperatuur, met een zeer nauwe tolerantie ten opzichte van de ingestelde temperatuur. De ARS-technologie draagt aanzienlijk bij aan optimale prestaties van de containers.
Achtergrond
Active Temperature Controlled Containers (ATCC) zijn ontworpen om de temperatuur van de lading in alle segmenten van het end-to-end transport te handhaven. De Good Distribution Practices van de Wereldgezondheidsorganisatie stellen in paragraaf 13.4: "Farmaceutische producten dienen te worden opgeslagen en vervoerd volgens procedures die ervoor zorgen dat: de identiteit van het product niet verloren gaat, het product niet besmet raakt of besmet raakt met andere producten, er adequate voorzorgsmaatregelen worden genomen tegen morsen, breuk, verduistering en diefstal, en er geschikte omgevingsomstandigheden worden gehandhaafd, bijvoorbeeld door gebruik te maken van een koelketen voor thermolabiele producten."
Om aan deze GDP-richtlijnen te voldoen, maken de meeste ATCC's gebruik van zes integrale mechanische systemen die een interne temperatuurinstelling handhaven: 1) regelsysteem, 2) koelsysteem (condensor, compressor en verdamper), 3) verwarmingssysteem, 4) luchtstroomsysteem, 5) interne energiebron en 6) thermische isolatie. Deze verschillende componenten werken samen om de gewenste luchttemperatuur in de laadruimte te handhaven en tegelijkertijd de effecten van de omgevingstemperatuur buiten de ATCC tegen te gaan.
De sleutel tot uniforme temperatuurregistratie in de laadruimte is het vermogen van het luchtstroomsysteem om de temperatuur van de lading autonoom te regelen. Het luchtstroomsysteem is afhankelijk van de input van het besturingssysteem en meerdere temperatuursensoren, strategisch geplaatst in de laadruimte, om realtime temperatuurgegevens te verstrekken en zo de nauwkeurigheid en efficiëntie van de ATCC te garanderen.
Figuren 1 en 2.
Het unieke en innovatieve Air Recirculation System (ARS) van CSafe RAP, weergegeven in figuur 1, en het Temperature Management System (TMS) met meerdere sensoren, weergegeven in figuur 2, werken autonoom samen om
geconditioneerde lucht naar alle zes zijden van de lading
Tijdens de recente ontwikkeling van de nieuwe CSafe RAP bleek het belang van de interactie tussen het ontwerp van de luchtrecirculatie en de regeling van het temperatuurbeheersysteem nog belangrijker te zijn bij het aanzienlijk grotere compartimentvolume van een RAP. Om ervoor te zorgen dat het ontwerp van de container bestand is tegen de effecten van extreme omgevingstemperaturen, gebruikte de CSafe engineeringgroep de nieuwste Computational Fluid Dynamics (CFD)-software om verschillende fysieke containerontwerpen te modelleren en zo de ideale luchtstroomoplossing te selecteren voor optimale thermische prestaties van de container.
Model ontwikkeling
Om het belang van luchtcirculatie in het vrachtruim en het directe effect ervan op de temperatuurmapping van de lading te benadrukken, analyseerde de CSafe Engineering Group drie verschillende ontwerpen voor luchtstroomsystemen om de meest optimale configuratie voor de nieuwe CSafe RAP te bepalen. Het RAP-containerprofiel werd voor alle analyses gebruikt, aangezien het handhaven van de temperatuur over een groter volume het worstcasescenario is. Dwarsdoorsneden van de drie ontwerpmodellen die in deze analyses zijn gebruikt, zijn te zien in figuur 3a, 3b en 3c. Ter vereenvoudiging is alleen het vrachtruim van de containers afgebeeld met een minimale vrachtconfiguratie.
Figuur 3a.
Model A (plafondperimetermodel met luchtafvoer aan de achterzijde) perst lucht door het plafondplenum en via kleine plafondopeningen in de container.
Figuur 3b.
Model B (model met plafondcabines en luchtafvoer aan de achterzijde) maakt gebruik van 4 grotere plafondventilatoren die symmetrisch over de bovenkant van de bagageruimte zijn verdeeld om lucht rond de lading te blazen.
Figuur 3c.
Model C (met geforceerde luchtuitlaat aan de achterzijde met retour onder de vloer) zuigt geconditioneerde lucht langs alle zijden van de lading en onder de vloer, zodat de lucht door de hele container kan circuleren.
De gebruikte CFD-software was COMSOL Multiphysics 5.3 en alle analyses werden uitgevoerd door Weatherly Applied Research.
Plafondomtrekmodel met luchtretour aan de achterzijde (model A)
In Model A worden ventilatoren gebruikt om geconditioneerde lucht van achter de achterste laadwand naar een plafondplenum te blazen. Deze lucht wordt met positieve druk via meerdere plafondopeningen naar de laadruimte geleid. De recirculatie van de lucht in de laadruimte wordt vervolgens opgevangen bij een inlaatopening aan de onderkant van de achterste koude wand, met negatieve druk (vacuüm) van de ventilatoren achter de wand.
Plafondmodel met luchtafvoer aan de achterzijde (model B)
In Model B blazen ventilatoren geconditioneerde lucht via vier verdeelopeningen in het plafond om lucht onder positieve druk naar de bagageruimte te leiden. De recirculatie van de lucht in de bagageruimte wordt opgevangen via een inlaatopening aan de onderkant van de koude achterwand, met de negatieve druk (vacuüm) van de ventilatoren.
Achterwaarts geforceerde luchtinlaat met retour onder de vloer (model C)
Model C gebruikt ventilatoren om geconditioneerde lucht vanuit een opening bovenin de koude achterwand, via de plafond- en zijwandkanalen, door de gehele laadruimte te blazen. De gerecirculeerde lucht wordt vervolgens door een inlaatopening in de vloer onder de laadruimtedeuren gezogen door de onderdruk (vacuüm) van de ventilatoren. De geconditioneerde lucht wordt vervolgens via een speciaal retourluchtplenum onder de vloer naar de achterkant van de container geleid, waar de recirculatiecyclus zich herhaalt.
CFD-modelresultaten
De CSafe-engineeringgroep ontdekte dat de interactie tussen het luchtstroomsysteem en het fysieke containerontwerp een significant verschil maakte in de resultaten van de temperatuurmapping, en uiteindelijk in de algehele prestaties van de ATCC. Er werd geconcludeerd dat niet alle ATCC's gelijk zijn ontworpen en dat systeembeperkingen, of verschillen in het luchtstroomontwerp, de integriteit van de lading in gevaar kunnen brengen door het ontstaan van warme of koude zones in de vrachtruimte.
Elk van de drie containermodellen werd geanalyseerd op basis van twee containerladingconfiguraties die minimale en maximale laadcondities simuleren. In deze specifieke whitepaper ligt de focus op de minimale laadcondities die door de industrie worden beschouwd als de slechtste transportcondities. In elk van de onderstaande figurenreeksen zijn twee meetschalen opgenomen. De richting en snelheid van de luchtstroom in de vrachtruimte worden geïllustreerd door de linten in een kleurverloop van donkergroen (hoge snelheid) naar wit (lage snelheid). De oppervlaktetemperatuur van de lading in de vrachtruimte wordt geïllustreerd met een kleurverloop van rood (hoogste temperatuur) naar blauw (laagste temperatuur).
Figuur 4a. Model A.
Onvoldoende luchtstroom met een lagere luchtsnelheid rond en onder de lading duidt op een aanzienlijke temperatuurstijging van de lading op vloerniveau. De luchtstroomrichting laat ook zien dat de stromen van de vloer af naar de retourluchtopening aan de achterzijde van de laadruimte leiden. Een aanzienlijke temperatuurstijging is zichtbaar op het raakvlak tussen de palletvoeten en de vloer, wat wijst op een verhoogd risico op temperatuurschommelingen langs de onderkant van de pallets.
Figuur 4b. Model B.
Ook hier wijst een onvoldoende luchtstroomsnelheid, zoals aangegeven door de witte linten, op een aanzienlijke temperatuurstijging op de vloer van de lading. De verhoogde producttemperatuur wordt op vloerniveau weergegeven voor de twee pallets die het dichtst bij de deur staan, als gevolg van een lage luchtstroom en thermische kortsluiting in verband met de deurafdichtingen. Een aanzienlijke temperatuurstijging is zichtbaar op het raakvlak tussen de palletvoeten en de vloer, aan de voorkant van de container. Dit zou erop wijzen dat het grootste risico voor de lading zich aan de voorkant van de container bevindt.
Figuur 4c. Model C.
Dit model toont een consistente temperatuurverdeling over de lading. Met de vacuümopening in de voorste vloer van de laadruimte omhult geconditioneerde lucht de lading volledig aan alle zes zijden. Deze afbeelding toont het consistente "luchtkussen" dat ontstaat door de snelle, geconditioneerde lucht die onder de vloer wordt teruggevoerd in het retourkanaal.
De CFD-modelanalyses tonen aan dat Model C, met zijn speciale retourluchtkanaal onder de vloer, de enige container is die consistente en snellere luchtstroompatronen genereert onder en rond alle zijden van de lading in de laadruimte. Deze inkapseling van de lading met gecontroleerde, geconditioneerde lucht resulteert in een uitstekende temperatuur.
mapping over het gehele laadruim, waardoor palletgebruik bij het laden van de lading in de container overbodig wordt. In het geval van Model A en Model B toonden de CFD-analyses aan dat de afname van de luchtstroomsnelheid en luchtverdeling rond de lading, zonder een speciaal retourluchtkanaal onder de vloer, een negatieve invloed had op de temperatuurmapping in de laadruimte, met name op vloerniveau onder en langs de zijkanten van de lading.
Conclusie
Op basis van de CFD-analyses die in deze studie zijn uitgevoerd, hebben luchtstroompaden en luchtsnelheid een direct verband met een consistente thermische mapping in de vrachtruimte. Een snellere luchtstroom, in combinatie met een ontwerp dat een volledige inkapseling van de lading met geconditioneerde lucht mogelijk maakt, resulteert in de meest uniforme thermische mapping over de lading.
met optimaal behoud van de gewenste temperatuurinstelling.
CSafe heeft de resultaten van deze en eerdere studies gebruikt om het ontwerp van zijn unieke Air Recirculation System (ARS)-technologie, geïntegreerd in de beproefde CSafe RKN, verder uit te breiden en het ontwerp van het CSafe RAP-luchtstroompad te optimaliseren, vergelijkbaar met dat van Model C. De luchtinlaat- en retouropeningen van de CSafe RAP bevinden zich diagonaal tegenover elkaar gelegen hoeken van de laadruimte, wat resulteert in een optimale circulaire luchtstroom in de laadruimte. De retourlucht die via het speciale retourkanaal onder de vloer wordt gezogen, creëert een extra isolerende luchtbarrière onder de lading voor extra bescherming tegen extreme temperaturen.
omgevingsomstandigheden tijdens zomer- en wintertransporten.
Concluderend kunnen we stellen dat niet alle actieve temperatuurgecontroleerde containerontwerpen hetzelfde zijn. De CSafe-reeks van actieve containers maakt gebruik van en integreert innovatieve en onderscheidende ontwerpen om optimale systeemprestaties en thermische bescherming van vitale, levensverlengende ladingen te garanderen.
Referenties
WHO-richtlijnen voor goede distributiepraktijken voor farmaceutische producten.
Genève, Wereldgezondheidsorganisatie, 2010 WHO Technical Report Series, nr. 957. (Bijlage 5).
Jonathan Neeld Biografie
Jonathan is Vice President Engineering bij CSafe. Met meer dan 30 jaar ervaring in ontwerp en certificering.
van luchtvaartproducten. Jonathan is gespecialiseerd in de ontwikkeling, certificering en naleving van de regelgeving voor actieve en passieve temperatuurregelproducten en databewakingsoplossingen van CSafe.
Biografie van David Weatherly
David is werktuigbouwkundig ingenieur met 20 jaar ervaring in productonderzoek en -ontwikkeling. Hij is gespecialiseerd in vloeistofdynamica en simulatie van warmte-/massaoverdracht (Computational Fluid Dynamics). David behaalde een masterdiploma in computationele en toegepaste wiskunde aan de UCLA en een doctorstitel in werktuigbouwkunde (CFD) aan de University of Kentucky.
Na 14 jaar bij de afdeling Inkjet Printhead Development van Lexmark International, ging hij aan de Universiteit van Kentucky werken als assistent-onderzoeker om industrieel onderzoek te doen. Hij levert nu technische onderzoeks- en productontwikkelingsdiensten via zijn bedrijf Weatherly Applied Research. Hij heeft projecten uitgevoerd voor The Timken Bearing Company, PPG Automotive Coatings Division, Kateeva, Inc., GE Electric Appliances and Lighting en Kaleidoscope, Inc. Publicaties omvatten:
- “Ejectorontwerp voor de levering van medische aerosol aan de longen”, DC Weatherly, poster op het Lexmark Research & Technology Symposium, 11/2011.
- “Een algemeen model voor overgang in wandgebonden samendrukbare stromingen”, DC Weatherly, gepresenteerd op het 4e Internationale symposium over technische turbulentiemodellering en -metingen, Corsica, Frankrijk, mei 1999.
- “Additieve turbulente ontbinding met algebraïsche kaartturbulentiemodellen voor samendrukbare stroming”, proefschrift, Universiteit van Kentucky, 1998.
- “Generatie van begin- en randvoorwaarden voor simulaties van grote wervelingen van wandbegrensde stromingen”, DC Weatherly en JM McDonough, poster op het elfde symposium over turbulente schuifstromen, Institut Nationale Polytechnique, Grenoble, Frankrijk, september 1997.
- “Computed Large-Scale Compressible Boundary Layer Structure Stimulated by Vortical Perturbations”, DC Weatherly en JM McDonough, AIAA Paper 96-0424, gepresenteerd op de 34e jaarlijkse AIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno, januari 1996.
Wilt u meer weten over hoe u kunt profiteren van het serviceaanbod van CSafe? Neem gerust contact op!.
Uw dichtstbijzijnde vertegenwoordiger staat klaar om u te helpen het effect van uw levensreddende therapieën te maximaliseren.