모든 온도 조절 용기가 열 성능 면에서 동일한 것은 아닙니다. 중요한 의약품 배송물이 위험에 처해 있지는 않나요?
제품 개요
이 연구는 ATCC 화물칸 내의 중요한 열 매핑 특성에 공기 흐름 설계와 재순환 경로가 미치는 영향의 차이를 보여주며, 따라서 열 성능 측면에서 모든 컨테이너가 동일하게 만들어진 것은 아니라는 점을 보여줍니다.
CSafe는 이 연구 결과를 바탕으로 CSafe RKN에 사용된 독창적이고 혁신적인 공기 재순환 시스템(ARS) 기술이 새로운 CSafe RAP 용기 설계에도 효과적으로 적용될 수 있음을 확인했습니다. CSafe RKN과 CSafe RAP 활성 용기는 매우 엄격한 설정 온도 허용 오차를 통해 중요한 의약품 및 생물학적 제품을 적정 온도에서 운반하며, ARS 기술은 용기의 최적 성능을 보장하는 데 크게 기여합니다.
배경
능동 온도 조절 용기(ATCC)는 운송 전 과정에서 적재물의 온도를 유지하도록 설계되었습니다. 세계보건기구(WHO)의 우수유통관리기준(Good Distribution Practices) 13.4절에는 "의약품은 다음과 같은 절차에 따라 보관 및 운송되어야 합니다. 제품의 식별 정보가 손실되지 않아야 하고, 제품이 다른 제품을 오염시키거나 다른 제품에 의해 오염되지 않아야 하며, 유출, 파손, 횡령 및 도난에 대한 적절한 예방 조치를 취해야 하며, 적절한 환경 조건(예: 열에 불안정한 제품의 경우 콜드 체인 사용)을 유지해야 합니다."라고 명시되어 있습니다.
이러한 GDP 지침을 준수하기 위해 대부분의 ATCC는 내부 온도 설정값을 유지하기 위한 6가지 통합 기계 시스템을 사용합니다. 1) 제어 시스템, 2) 냉동 시스템(응축기, 압축기, 증발기), 3) 난방 시스템, 4) 공기 흐름 시스템, 5) 내부 에너지원, 6) 단열 시스템입니다. 이러한 다양한 구성 요소들은 화물칸 내부의 적정 기온을 유지하는 동시에 ATCC 외부 주변 온도의 영향을 상쇄하기 위해 함께 작동합니다.
화물칸 내 균일한 온도 매핑의 핵심은 공기 흐름 시스템이 화물 온도를 자율적으로 조절하는 능력입니다. 공기 흐름 시스템은 제어 시스템의 입력과 화물칸 내에 전략적으로 배치된 여러 온도 센서를 통해 실시간 온도 데이터 피드백을 전달하여 ATCC의 정확성과 효율성을 보장합니다.
그림 1과 2.
그림 1에 표시된 CSafe RAP의 독특하고 혁신적인 공기 재순환 시스템(ARS)과 그림 2에 표시된 여러 센서가 있는 온도 관리 시스템(TMS)은 자율적으로 함께 작동하여 공급합니다.
화물의 6면 모두에 조절된 공기 공급
최근 새로운 CSafe RAP 개발 과정에서 RAP의 격실 용량이 상당히 커짐에 따라 공기 재순환 설계와 온도 관리 시스템 제어 간의 상호작용이 더욱 중요해졌다는 점이 밝혀졌습니다. 용기 설계가 극한의 주변 온도 영향을 견딜 수 있도록 CSafe 엔지니어링 그룹은 최신 전산 유체 역학(CFD) 소프트웨어를 사용하여 다양한 물리적 용기 설계를 모델링하고, 최적의 열 성능을 위한 이상적인 공기 흐름 솔루션을 선택했습니다.
모델 개발
화물칸 내 공기 순환의 중요성과 탑재체 온도 매핑에 미치는 직접적인 영향을 강조하기 위해, CSafe 엔지니어링 그룹은 세 가지 공기 흐름 시스템 설계를 분석하여 새로운 CSafe RAP에 가장 적합한 구성을 결정했습니다. 더 넓은 공간에 걸쳐 온도를 유지하는 것이 최악의 시나리오이므로 모든 분석에는 RAP 컨테이너 프로파일을 사용했습니다. 이러한 분석에 사용된 세 가지 설계 모델의 단면 이미지는 그림 3a, 3b, 3c에서 확인할 수 있습니다. 단순화를 위해 컨테이너의 화물칸만 최소 화물 구성으로 표시했습니다.
그림 3a.
모델 A(후면 공기 복귀 기능이 있는 천장 주변 모델)는 공기를 천장 플레넘을 통해 밀어내고 작은 천장 개구부를 통해 용기로 보냅니다.
그림 3b.
모델 B(후면 공기 순환 기능이 있는 천장 포드 모델)는 화물칸 상단에 대칭으로 배치된 4개의 대형 천장 팬을 사용해 화물 주위로 공기를 밀어냅니다.
그림 3c.
모델 C(바닥 아래로 반환되는 후방 강제 공기 출력)는 조절된 공기를 화물의 모든 면과 바닥 아래로 끌어들여 컨테이너 전체에 공기를 순환시킵니다.
사용된 CFD 소프트웨어는 COMSOL Multiphysics 5.3이고, 모든 분석은 Weatherly Applied Research에서 수행했습니다.
후면 공기 순환 기능이 있는 천장 주변 모델(모델 A)
모델 A에서는 팬을 사용하여 후방 화물칸 벽 뒤에서 공조된 공기를 천장 플레넘으로 밀어 넣습니다. 천장 플레넘은 양압을 이용하여 공기를 여러 개의 천장 개구부를 통해 화물칸으로 보냅니다. 화물칸 공기의 재순환은 벽 뒤의 팬에서 발생하는 음압(진공)을 통해 후방 콜드 월 바닥에 있는 흡입구로 모입니다.
후면 공기 복귀 기능이 있는 천장 포드 모델(모델 B)
모델 B에서는 팬이 천장에 위치한 네 개의 분배 통풍구를 통해 공조된 공기를 밀어내 양압의 공기를 화물칸으로 보냅니다. 화물칸 공기의 재순환은 팬의 음압(진공)을 이용하여 후면 냉벽 바닥의 흡입구에서 수집됩니다.
바닥 아래 복귀 기능이 있는 후방 강제 공기 입력(모델 C)
모델 C는 팬을 사용하여 뒤쪽 차가운 벽 상단의 개구부에서 천장과 측면 벽 채널을 통해 공조된 공기를 밀어내어 화물칸 전체로 순환시킵니다. 재순환된 공기는 팬의 음압(진공)에 의해 화물칸 도어 하단 바닥에 있는 흡입구를 통해 흡입됩니다. 공조된 공기는 바닥 아래 전용 복귀 공기 플레넘을 통해 컨테이너 후면으로 보내지고, 여기서 재순환 사이클이 반복됩니다.
CFD 모델 결과
CSafe 엔지니어링 그룹은 공기 흐름 시스템과 물리적 컨테이너 설계 간의 상호작용이 온도 매핑 결과와 궁극적으로 ATCC의 전반적인 성능에 상당한 차이를 가져온다는 것을 발견했습니다. 모든 ATCC가 동일하게 설계된 것은 아니며, 시스템 제한 또는 공기 흐름 설계의 차이로 인해 화물칸 내부에 고온 또는 저온 영역이 발생하여 탑재체의 무결성이 위험에 처할 수 있다는 결론이 도출되었습니다.
세 가지 컨테이너 모델은 각각 최소 및 최대 하중 조건을 시뮬레이션하는 두 가지 컨테이너 탑재량 구성을 기반으로 분석되었습니다. 본 백서에서는 업계에서 최악의 운송 조건으로 간주되는 최소 하중 조건에 중점을 둡니다. 아래 그림 세트에는 두 가지 측정 기준이 있습니다. 화물칸 내 공기 흐름의 방향과 속도는 진한 녹색(고속)에서 흰색(저속)까지 그라데이션 색상으로 표시된 리본으로 표시됩니다. 화물칸 내 탑재량 표면 온도는 빨간색(최고 온도)에서 파란색(최저 온도)까지 그라데이션 색상으로 표시됩니다.
그림 4a. 모델 A.
화물 주변과 하부의 공기 흐름이 부족하고 공기 속도가 느린 것은 화물 바닥의 온도가 상당히 상승했음을 나타냅니다. 또한, 기류 방향은 화물칸 후면의 복귀 통풍구 쪽으로 기류가 우회하는 것을 보여줍니다. 팔레트 받침대와 바닥 사이의 경계면에서 온도가 크게 상승하는 것을 볼 수 있으며, 이는 팔레트 바닥을 따라 온도가 변할 위험이 높음을 나타냅니다.
그림 4b. 모델 B.
흰색 리본으로 표시된 것처럼 공기 흐름 속도가 충분하지 않으면 적재물 바닥의 온도가 상당히 상승했음을 알 수 있습니다. 도어에 가장 가까운 두 팔레트의 경우, 낮은 공기 흐름과 도어 씰의 열 단락으로 인해 바닥에서 제품 온도가 상승한 것으로 나타났습니다. 컨테이너 앞쪽 팔레트 받침대와 바닥 사이의 경계면에서 온도 상승이 크게 나타납니다. 이는 적재물에 대한 가장 큰 위험이 컨테이너 앞쪽 바닥에 있음을 나타냅니다.
그림 4c. 모델 C.
이 모델은 탑재물 전체에 걸쳐 일관된 온도 분포를 보여줍니다. 진공 통풍구가 화물칸 앞쪽 바닥에 배치되어 공조된 공기가 탑재물을 6면 모두 완벽하게 감싸줍니다. 이 그림은 고속 공조된 공기가 복귀 채널 바닥 아래로 되돌아오면서 생성되는 일관된 "에어 쿠션"을 보여줍니다.
CFD 모델 분석 결과, 바닥 아래에 전용 환기 채널이 있는 모델 C는 화물칸 내 탑재물 아래와 주변 모든 면에서 일관되고 더 빠른 속도의 공기 흐름 패턴을 생성하는 유일한 컨테이너임을 보여줍니다. 제어되고 조절된 공기로 탑재물을 캡슐화하면 탁월한 온도 유지 효과를 얻을 수 있습니다.
전체 탑재실에 걸쳐 온도 매핑을 수행하여 컨테이너에 탑재물을 적재할 때 팔레트를 사용할 필요가 없습니다. 모델 A와 모델 B의 경우, CFD 분석 결과, 바닥 아래에 전용 환기 채널이 없어 탑재물 주변의 공기 흐름 속도와 공기 분포가 감소하여 화물실 내부, 특히 탑재물 아래와 측면의 바닥면에서 온도 매핑에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.
맺음말
본 연구에서 수행된 CFD 분석에 따르면, 기류 경로와 풍속은 화물칸 내 일관된 열 맵핑과 직접적인 상관관계를 보입니다. 더 빠른 기류와 공조된 공기로 탑재체를 완전히 감싸는 설계는 탑재체 전체에 걸쳐 가장 균일한 열 맵핑 결과를 제공합니다.
원하는 온도 설정점을 최적으로 유지합니다.
CSafe는 이 연구와 이전 연구 결과를 활용하여 검증된 CSafe RKN에 적용된 독창적인 공기 재순환 시스템(ARS) 기술을 확장하여 모델 C를 본떠 CSafe RAP 공기 흐름 경로 설계를 최적화했습니다. CSafe RAP의 공기 흡입구와 환풍구는 탑재 공간의 대각선으로 마주 보는 모서리에 위치하여 화물 공간 내 최적의 순환 공기 흐름을 생성합니다. 전용 환풍구를 통해 바닥 아래로 유입되는 환풍기는 탑재 공간 아래에 추가적인 단열 공기 장벽을 형성하여 극한의 환경에서도 안전하게 보호합니다.
여름과 겨울 배송 중에 발생하는 주변 조건입니다.
결론적으로, 모든 능동 온도 조절 컨테이너 설계가 동일하게 만들어진 것은 아니며, CSafe 능동 컨테이너 제품군은 혁신적이고 차별화된 설계를 활용하고 통합하여 최적의 시스템 성능과 생명 향상에 필수적인 탑재물의 열 보호를 보장합니다.
참고자료
WHO의 의약품 우수 유통 관행 지침.
제네바, 세계보건기구, 2010 WHO 기술 보고서 시리즈, 957호. (부록 5).
조나단 닐드 바이오
조나단은 CSafe의 엔지니어링 부사장입니다. 설계 및 인증 분야에서 30년 이상의 전문 지식을 보유하고 있습니다.
항공 제품. 조나단은 CSafe의 능동 및 수동 온도 제어 제품과 데이터 모니터링 솔루션의 개발, 인증 및 규정 준수를 전문으로 합니다.
데이비드 웨더리 바이오
데이비드는 제품 연구 개발 분야에서 20년의 경력을 쌓은 기계 엔지니어입니다. 유체 역학 및 열/물질 전달 시뮬레이션(전산 유체 역학) 분야를 전문으로 합니다. 데이비드는 UCLA에서 전산 및 응용 수학 석사 학위를, 켄터키 대학교에서 기계 공학(CFD) 박사 학위를 취득했습니다.
Lexmark International의 잉크젯 프린트헤드 개발 부서에서 14년간 근무한 후, 켄터키 대학교에 합류하여 조교수로 산업 연구를 수행했습니다. 현재 그는 자신의 회사인 Weatherly Applied Research를 통해 엔지니어링 연구 및 제품 개발 서비스를 제공하고 있습니다. 그는 Timken Bearing Company, PPG Automotive Coatings Division, Kateeva, Inc., GE Electric Appliances and Lighting, Kaleidoscope, Inc.에서 프로젝트를 수행했습니다. 저서로는 다음과 같은 저서가 있습니다.
- "폐로 의료용 에어로졸을 전달하기 위한 이젝터 설계", DC Weatherly, Lexmark 연구 및 기술 심포지엄 포스터, 2011년 11월.
- "벽면 경계 압축성 흐름의 전환을 위한 일반 모델", DC Weatherly, 1999년 5월 프랑스 코르시카에서 열린 제4회 공학 난류 모델링 및 측정 국제 심포지엄에서 발표.
- "압축성 유동에 대한 대수적 지도 난류 모델을 이용한 가산 난류 분해", 박사 학위 논문, 켄터키 대학교, 1998년.
- "벽면 경계 유동의 대와류 시뮬레이션을 위한 초기 및 경계 조건 생성", DC Weatherly와 JM McDonough, 1997년 9월 프랑스 그르노블 국립폴리테크니크 연구소에서 열린 제11회 난류 전단 유동 심포지엄 포스터.
- "와류 섭동에 의해 자극된 계산된 대규모 압축성 경계층 구조", DC Weatherly 및 JM McDonough, AIAA 논문 96-0424, 1996년 1월 리노에서 열린 제34회 AIAA 항공우주과학 회의에서 발표됨.
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