流量センサーにおける超音波原理は、暖房業界でも数十年にわたり使用されてきました。センサーの単価が高かったため、長い間、暖房業界の массов market 製品への採用には魅力的ではありませんでした。現在、ある高度に専門化されたスタートアップがその状況を変えました。
Allengra GmbHとは何ですか？
Allengra GmbHは、精密計測機器分野のイノベーターです。2005年にエンジニアのDipl.-Ing Raul Junkerによって設立されて以来、同社は超音波流量計技術のリーダーであり続けています。経済の中心地Heilbronnに近いRavensteinに本社を置くAllengra GmbHは、高品質で信頼性の高い超音波流量センサーの製造において独自の地位を築いてきました。
これらのセンサーは、医薬品から石油化学まで幅広い業界に不可欠であり、Allengraの専門知識が多様な顧客の業務効率と成功に大きく貢献しています。
超音波流量計測の利点
Raul Junkerが2000年に、よく知られたGerman water meter メーカー向けにKarlsruhe-StutenseeのセンサーICメーカーへ連絡した際、関係者全員にとって、水道メーター市場が長期的にどの方向へ発展すべきかは明らかでした。機械式の流量計測は今なお最も一般的なメータータイプの一つですが、超音波流量計測はますます説得力のある利点を提供しています。非接触方式であるため、特に暖房システムや産業用途に適しており、たとえば消費量の算定や、制御技術を用いてプロセス全体を最適化する用途に適しています。
超音波センサーは機械式カウンターを使用しません。そのため個々の部品の摩耗がなく、非常に長い耐用期間の終わりまで測定精度が維持されます。しかし、2000年頃の時点では、機械式メーターの純製造コストに超音波センサーでは到底かないませんでした。
Allengraの設立と最初のプロトタイプ
2005年、Junkerは機械式メーターに代わる低コストな代替品の開発を目的としてAllengra社の立ち上げを開始しました。彼はすでに流体力学について明確な構想を持っており、センサーICメーカーとの会議中にナプキンへスケッチを描きました。当時の同社代表取締役Andreas Larschはそのアイデアに強く感銘を受け、数週間以内に共同で動作するプロトタイプを完成させるため、自社のあらゆるリソースを投入しました。
開発者からメーカーへの飛躍
同時期に、グローバル企業Viessmannは、自社の高級壁掛け式ガス機器向けに適した流量センサー を探していました。ViessmannがAllengraと協業した理由は、超音波技術の明確な計測上の利点に加え、流量センサーのコンパクトな設計にもありました。
センサーの処理の中核となる高精度time-to-digitalチップはこの用途に理想的であり、センサーICメーカーの支援を受けて、Allengraは短期間で設計と電子回路を完成させることができました。開発は2010年夏に始まり、そのわずか1年後にはAllengraが完成した量産 流量センサー をViessmannに納入しました。
流量計測に加え圧力計測も
新世代のセンサーICを基に、そしてViessmannでの成功に触発されて、Allengraはこの最初のプロジェクトの後、センサーの機能、ひいては可能な用途を一貫して拡大していきました。2013年に暖房業界の別の顧客が超音波流量計測と圧力計測の組み合わせを検討した際、Allengraは新たなOEM開発を開始し、2016年以降はコンパクトな流体回路に組み込むモジュールとしてセンサーを供給しています。
このセンサーは、流量および圧力計測に加えて、温度と差温flow/returnも1つのモジュールに統合しています。
統合型センサーソリューションの利点
統合型センサー ソリューションの利点は次のとおりです。
- 単一の電子ユニット: システムは1つの電子ユニットだけを使用するため、設計が簡素化され、複雑さが軽減されます。
- 効率的な通信: 1本のバスインターフェースを通じて、複数の情報が同時にヒーターコントローラーへ送信されます。
- 統合センサー: メーカーは必要なすべてのセンサーを1社から調達でき、生産が効率化されます。
- 個別のセンサーハウジング不要: 装置の流体回路と統合することで、個別のセンサーハウジングが不要になります。
油圧バランシングによる省エネ
超音波 流量センサーの活用は、暖房業界におけるもう一つの重要な用途である油圧バランシングにも最適です。Allengraの流量センサーは、ラジエーター暖房システム向けのViessmann「Vitoflow」で、数年間にわたり成功裏に使用されています。
ボイラーに統合された超音波流量センサー、または計測キットに組み込まれたセンサーを用いて、ラジエーター暖房回路全体の流動抵抗を測定し、最終的にラジエーター弁の初期設定値を算出して施工業者に送信します。暖房回路分配器への超音波流量センサーの統合により、例えば床暖房における面状暖房回路まで測定範囲を拡張できます。これにより、制御弁と組み合わせた永続的な油圧バランシングが可能になります。
これにより、システム内のすべての面状暖房回路を恒久的に相互調整できます。これによって、ある暖房回路で一時的に必要熱量が高い、または低い場合でも、他の暖房回路への影響に容易に対応できます。暖房回路ポンプを制御に含めれば、可能な限り低速で運転して省エネを図ることができます。
新築システムだけでなく、既存システムの拡張や変更においても油圧バランスの実施が現在は義務化されているため、Allengraは最大15%に達する省エネ効果を通じて、すでに重要な貢献を果たしています。
産業用および定量供給システム向けの超小型流量計測
統合インターフェースと拡張された機能により、超音波 流量計測では新しい機能が可能になります。このワンチップソリューションの主な利点は、計測の堅牢性と精度が大幅に向上することにあります。2015年、Allengraは、この新しいチップをベースに、暖房設備、産業プラント、定量供給システムなどのさまざまな用途向けに、非常にコンパクトでコスト効率の高いセンサーのバリエーションを開発しました。添加剤の有無にかかわらず、あらゆる液体の水様媒体に適しています。
経験と観察からSmart Valveへ
Allengraが数多くのプロジェクトの中で構築したさまざまな試験ベンチにより、流量センサー向けの装置において繰り返し使用されるいくつかの基本要素が明確になりました。配管圧力用センサー、差圧用センサー、静圧用センサー、温度センサー、媒体の流量および体積用センサー、さらにアクチュエーターと流量制御用バルブです。この要件群から、「Smart Valve」の着想が生まれました。
Allengraは2015年、十分に評価・試験されたアクチュエーターとセラミック製バルブ制御システムを組み合わせた、シンプルでコンパクトなセンサーの設計を開始しました。既存顧客の一部は、この高度に統合されたバルブの開発に参加しており、その後数年のうちに、暖房および定量供給用途をアップグレードするOEM製品として関心を示す企業が増えていきました。3年間にわたる集中的な試験と評価の後、AllengraはSmart Valveの完全統合を達成し、Frankfurtで開催されたISH 2017で発表しました。
“Smart Valveにはいくつもの重要な利点があります。重要なインターフェースがすべて搭載された1枚の基板に加え、接続ケーブルも備え、5つのセンサーを小さなスペースにまとめる1つのハウジングで構成されています。そのためOEM側で追加のシール箇所を管理する必要がありません。わずか数年前まで、この用途は夢にすぎませんでした” - Raul Junker, founder and owner of Allengra GmbH.
セラミック技術向けの独自プロトタイプ生産ライン
Smart Valveのために、Allengraはセラミック技術向けのプロトタイプ生産ラインにも投資しました。これは、低いトルク要求と高い密度という利点を提供します。アクチュエーターは、経験豊富なギア設計者と協力して開発、評価、最適化されました。機械設計と生産に関するすべての要件を満たすため、AllengraはCAD/CAM直結の新しいフライス盤にも投資し、複数の樹脂射出成形機を導入して機械設備を拡張しました。
ガスおよび空気向けの制御弁も計画
超音波制御弁は、5-100 °Cの温度範囲と0-6 barの圧力に対応でき、UART、PWM、パルス出力、その他の方法で通信できます。数年間持続するリチウム電池を搭載し、Smart Valveはほぼ完全にプラスチックで構成されています（必要に応じて真鍮も可）。センサー内に機械的な可動部品がないため、小さな浮遊粒子、汚れ、砂は測定の長期安定性や精度に影響しません。
制御弁は、デッドスペースを避けられるため衛生要件を容易に満たせることから、食品業界での使用に非常に適しています。Allengraは今後数年のうちに、同じ原理でガスおよび空気にも使用できる別の制御弁を開発する予定です。
革新的な顧客、パートナー、そして優れたチームとのシナジーが実現を可能にしました。
2017年の新生産棟の稼働開始により、Smart Valve が量産準備完了であることも確認できました。
