JP7401750B2 - 制御装置、燃焼装置および給湯装置 - Google Patents

Description

本開示は負荷を駆動する駆動部を制御する制御装置、燃焼装置及び給湯装置に関する。

給湯器等では、ファンが回転することで吸気口から供給される燃焼用空気を用いてバーナを燃焼させるが、バーナの燃焼管等では経年使用に起因して排気の閉塞が発生する。閉塞すると、一定の空燃比を維持できず燃焼効率が低下する。また、閉塞すると、ファンモータの検出電流（以下、ファン電流ともいう）が減少するので、閉塞度はファン電流の変化から検出することができる。

例えば、特開平８－３０３７６２号公報（特許文献１）、特開２０１２－３７０７０号公報（特許文献２）及び特開平１０－２３８７７１号公報（特許文献３）は、ファン電流に基づくファンの回転数制御を開示する。とりわけ、特許文献２は、ファン電流から判断した閉塞度でファンの回転数を制御する技術を提案している。

特開平８－３０３７６２号公報 特開２０１２－３７０７０号公報 特開平１０－２３８７７１号公報

従来、ファン回転数制御にかかるファン電流の検出精度は一定であったが、検出精度を向上させたいとの要望があった。

それゆえに、本開示の目的は、ファン等の負荷の駆動状態の検出精度を高めることが可能な制御装置、燃焼装置及び給湯装置を提供することである。

本開示に係る制御装置は、制御対象に備えられる負荷を駆動する駆動手段と、負荷から検出される当該負荷の駆動状態を示すアナログの電気信号を、所定ビット長を有するデジタルデータに変換するデータ変換手段と、変換後の所定ビット長のデジタルデータに基づく駆動信号を駆動手段に出力する手段と、を含み、データ変換手段は、入力レンジを介して入力するアナログの電気信号を、所定ビット長に応じた桁数を有した値であって、デジタルデータに対応するデジタル値に変換するアナログデジタル変換手段を、有し、負荷が駆動される際、検出される制御条件に応じて入力レンジを切替える。

本開示において、負荷から検出されるアナログの電気信号が、所定ビット長を有するデジタルデータに変換する場合に、アナログの電気信号はアナログデジタル変換手段により上記の所定ビット長に応じた桁数を有したデジタル値に変換される。負荷が駆動される際、検出される制御条件に応じてアナログデジタル変換手段の入力レンジが切替えられることによって、入力レンジの切替えに応じてアナログデジタル変換後の各桁が有する分解能を切替えることができる。

これにより、負荷の駆動状態を表すアナログの電気信号を、制御条件に応じた上記の分解能に従う精度で検出することができて、その結果、負荷の駆動状態を検出する精度を、制御条件に応じた精度に高めることが可能となる。

本開示によれば、ファン等の負荷の駆動状態の検出精度を向上させることができる。

本実施の形態に係る給湯装置の概略構成を示す図である。 図１の燃焼用バーナと、その周辺部の構成を概略的に示す図である。 本実施の形態に係るコントローラの概略構成を示す図である。 本実施の形態に係るパルス信号の一例を示す図である。 本実施の形態に係る燃焼能力（号数）の切替えパターンを示す図である。 本実施の形態に係る実験の結果を示す図である。 本実施の形態に係る実験の結果を示す図である。 本実施の形態に係る実験の結果を示す図である。 本実施の形態に係るコントローラの機能構成を示す図である。 本実施の形態に係るテーブルの一例を示す図である。 本実施の形態に係る処理のフローチャートである。

以下、本開示に係る制御装置が備えられる燃焼装置、より典型的には、給湯装置の一例を図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

＜１．給湯装置の構成＞
図１を参照して、ガス燃焼式の給湯装置１００の筺体１１０内には、燃焼バーナ１１５（以下、バーナ１１５と称する）と、熱交換器１２０と、燃焼用ファン１２５と、「制御装置」の一実施例であるコントローラ１５０と、防雨板１３５と、図示しない多数の配管及びセンサとが格納されている。筺体１１０の一面（たとえば前面）には、前板１４０が設けられ、前板１４０には、吸気口１４５と、排気口１４７とが設けられている。バーナ１１５に関連した燃焼用ファン１２５は、「負荷」の一実施例であるファン（図示せず）を備えるとともに、当該ファンを回転駆動する「駆動手段」の一実施例であるファンモータ１３０を内蔵する。バーナ１１５及び燃焼用ファン１２５が有するファンは、「燃焼機構」の一実施例である。なお、図１では、湯水を循環させる給湯回路の図示は略されている。

バーナ１１５は、コントローラ１５０によって制御される「制御対象」の一実施例である。図２を参照して、バーナ１１５は、ガス配管（図示せず）から供給されるガスと、燃焼用ファン１２５（以下、ファン１２５と称する）から供給される空気との混合気を燃焼する。具体的には、バーナ１１５に対するガスの供給は、電磁弁である比例弁８０及び複数の能力切替弁９０によって制御される。比例弁８０は、コントローラ１５０から供給される電流信号によって弁の開度が切替えられて、これにより、バーナ１１５へのガスの供給量を調整する機能を有する。複数の能力切替弁９０は、それぞれ、コントローラ１５０からの制御信号に従い開閉が制御される。これにより、複数本の燃焼管を有するバーナ１１５における、ガスの供給対象となる燃焼管本数を切替えるように、複数の能力切替弁９０が個別に開閉制御される。ここでは、能力切替弁９０は、説明のために３個としているが、３個に限定されない。

バーナ１１５による発生熱量は、燃焼管本数及びガス流量の組合せによって、すなわち比例弁８０の開度及び複数の能力切替弁９０の開閉によって制御される。バーナ１１５では、供給されたガスと、ファン１２５によって供給される燃焼用空気との混合気が図示しない点火装置によって着火される。これにより、燃焼ガスが燃焼されてバーナ１１５からの火炎が生じる。火炎によって生じる燃焼熱は、熱交換器１２０へ与えられて、熱交換器１２０内を通流する湯水が加熱される。

再び図１を参照して、ファン１２５は、コントローラ１５０からの駆動信号に従い制御されるファンモータ１３０によって回転駆動され、吸気口１４５から取り込まれる空気をバーナ１１５へ燃焼用の空気を供給する。例えば、コントローラ１５０は、防雨板１３５を介して吸気口１４５の近傍に配設される。排気口１４７は、ファン１２５の作動時に筺体１１０外へ空気（又は、燃焼運転による排ガス）を排出する。ファン１２５の作動時に図１中に矢印で示す空気流が形成される。

コントローラ１５０には、外部電源（図示せず）から電力が供給され、コントローラ１５０の内部にて、給湯装置１００で用いられる電源（たとえば１５Ｖ電源）が生成される。生成された電力は、必要に応じて電圧変換されて、バーナ１１５、ファン１２５（ファンモータ１３０）、各種電磁弁、各種センサ、リモコン等の各機器へ供給される。

コントローラ１５０は、予め記憶された制御プログラムに従って給湯装置１００の各種制御を実行する。制御プログラムには、ファン１２５の運転に関するプログラムが含まれる。なお、制御プログラムは、ファン１２５の運転制御プログラムに限定されず、他の機器の制御プログラム（例えば、バーナ１１５の制御プログラム）が含まれてもよい。

代表的な機能として、コントローラ１５０は、給湯装置１００からの給湯温度を目標温度に制御するために、加熱前の入水温度及び上記目標温度の温度差（必要昇温量）と、給湯流量との積に従って、バーナ１１５での目標発熱量を設定するとともに、当該目標熱量からバーナ１１５への燃焼ガス供給量を設定する。さらに、コントローラ１５０は、燃焼ガス供給量に対して一定の空燃比を維持するための燃焼用空気を供給するように、ファン１２５の回転数を目標回転数に追従させるようフィードバック制御を実施する。

例えば、必要な空気量又は空燃比に対応して設定された目標回転数と、ファン１２５に配置された回転数センサ（図示せず）による検出値とが一致するように、コントローラ１５０からファンモータ１３０の駆動電圧を可変制御することによって、ファン１２５の回転数が制御される。

この際に、吸気フィルタやバーナ１１５の目詰まり等によるファン１２５の通気路や排気経路の閉塞、又は、ファンモータ１３０の経年劣化等が発生することにより、同一回転数を実現する下で、負荷抵抗が軽減するためファン電流が減少する現象がみられることがある。このため、ファン１２５の回転数制御において、ファン電流の検出に基づく監視が重要となる。

＜２．コントローラの構成＞
本実施の形態では、ファン電流を検出するためのコントローラ１５０の構成について主に説明する。なお、以下では、コントローラ１５０の機能及び内部構成のうち、ファン電流の検出に係る部分に着目して説明する。

図３を参照して、コントローラ１５０は、電源基板２００及び制御基板３００を含む。電源基板２００には、ファンモータ１３０に駆動信号を供給するための整流回路２２０と、平滑コンデンサ２３０と、電源制御回路２４０とが搭載される。さらに、電源基板２００には、ファンモータ１３０のファン電流を検出するために電流検出部２５０と、パルス生成回路２５５と、信号伝達回路２６０とが搭載される。制御基板３００には、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）３１０、不揮発性メモリ３１５、及び、信号伝達回路３３０を含む回路群が搭載される。

電源基板２００及び制御基板３００の間では、信号伝達回路２６０，３３０により、フォトカプラ等による電気的絶縁を伴うアナログ信号（パルス信号）の伝達によって情報が授受される。マイコン３１０は、不揮発性メモリ３１５が接続されるとともに、揮発性又は不揮発性のＲＯＭ（Read Only Memory）３１１及びＲＡＭ（Random Access Memory）３１２が内蔵される。ＲＯＭ３１１には、不揮発性の領域にはマイコン３１０で実行される制御プログラム及び制御データ等が製造時に予め書き込まれる。ＲＡＭ３１２は制御プログラムを実行時の作業領域としても用いられる。

整流回路２２０は、給湯装置１００のコンセント１０１と電気的に接続された交流電源１９０（例えば、系統交流電源）から供給された交流電圧を整流する。平滑コンデンサ２３０は、整流後の電圧を平滑する。電源制御回路２４０は、平滑コンデンサ２３０からの直流電圧を降圧して、ファン駆動電圧Ｖｄｃを生成する。ファン駆動電圧Ｖｄｃは、信号伝達回路３３０を経由して伝送された、マイコン３１０からの制御信号（パルス信号）に従って制御される。例えば、当該パルス信号のデューティ比によって、電源制御回路２４０内の図示しないトランジスタのオン期間（Ｖｓｐ）が制御されることによって、ファン駆動電圧Ｖｄｃを制御することができる。マイコン３１０からは、電源制御回路２４０以外の回路に対する制御信号がさらに出力される。

ファンモータ１３０へ供給されるファン駆動電圧Ｖｄｃに応じてファン電流が変化することにより、ファンモータ１３０の発生トルクが変化する。マイコン３１０は、センサによって検出されたファン回転数検出値と目標回転数との差分に応じてファンモータ１３０の発生トルクを増減させるように、Ｖｓｐを変更してファン駆動電圧Ｖｄｃを調整する。これにより、ファン１２５の回転数が制御される。

このようにファン１２５の回転数制御が実施されることで、ファン１２５が駆動される際に、電流センサを含む電流検出部２５０は、ファン電流Ｉｆａｎの検出値Ｉｆを出力する。検出値Ｉｆは、例えば連続する安定したアナログ電圧値（アナログの電気信号）である。

パルス生成回路２５５は、電流検出部２５０による検出値Ｉｆに応じた、すなわちアナログ電圧信号を、当該電気信号の値に応じてデューティ比が変化する定周期のパスル信号に変換する。具体的には、アナログ電圧信号を基準となる三角波電圧信号と比較して、比較の結果に基づくデューティ比Ｄｐを有するパルス信号Ｓｐｌｓを生成する（図４）。これにより、ファン電流Ｉｆａｎは、ファン電流値に応じたアナログ電気信号であるパルス信号Ｓｐｌｓに変換される。

＜３．デジタルデータへの変換＞
図４を参照して、ファン電流値とパルス信号のデューティ比との関係において、パルス生成回路２５５から出力されるパルス信号Ｓｐｌｓは、一定のパルス周期Ｔｃを有する。パルス信号Ｓｐｌｓのデューティ比Ｄｐは、パルス周期Ｔｃに対する論理ハイレベル期間Ｔｈの比で定義される（Ｄｐ＝Ｔｈ／Ｔｃ）。

再び図３を参照して、パルス生成回路２５５からのパルス信号Ｓｐｌｓは、信号伝達回路２６０を経由して制御基板３００へ伝送される。マイコン３１０は、パルス生成回路２５５から受信するパルス信号Ｓｐｌｓを所定桁数からなるデジタルデータ７８（図９）に変換する。例えば、ＡＤ（アナログデジタル）変換部７１（図９）は、パルス信号Ｓｐｌｓを、所定ビット長に対応する上記の所定桁数をパルス信号の定周期の長さに割当てた場合に、当該所定桁数のうち、デューティ比Ｄｐ（図４）に基づく当該パルス信号のハイレベル期間又はローレベル期間の一方の長さに対応する複数桁数を示すデジタルの値に変換する。当該複数桁数を検出するために、カウント部７９（図９）が用いられる。カウント部７９はデューティ比Ｄｐに基づくパルス信号Ｓｐｌｓの論理的ハイレベル期間又は論理的ローレベル期間の一方に対応する時間をカウントすることで当該複数桁を取得する。上記のデジタルデータ７８は、カウント部７９が出力するデジタルのカウンタ値に基づいている。したがって、マイコン３１０では、アナログの電気信号であるファン電流Ｉｆａｎをデジタルデータ７８として検知することができる。なお、パルス信号Ｓｐｌｓをデジタルデータ７８に変換する方法は、これに限定されない。

＜４．号数に基づく燃焼能力切替パターン＞
本実施の形態では「号数」は、給湯装置１００のバーナ１１５による燃焼能力を示す。例えば、号数＝１は、１（Ｌ/ｍｉｎ）の流量下で湯温を予め定められた温度（例えば２５℃）上昇させるのに必要な熱量に相当する。また、バーナ１１５に要求される「要求燃焼能力」は、熱交換器１２０を加熱するために要求される要求熱量（以下、「要求号数」ともいう）に相当し、「要求号数」はマイコン３１０によって設定される。マイコン３１０は、例えば、ユーザが給湯装置１００に対し設定した設定温度と、入水経路から熱交換器１２０に流入する湯水の温度と、測定される入水流量とから、所定演算式に従い要求号数を算出することができる。マイコン３１０は、要求号数（すなわち、要求燃焼能力）に基づいた、比例弁８０の開度を制御する電流信号及び能力切替弁９０の開閉を制御する信号を出力することにより、バーナ１１５によって要求に応じた燃焼能力が提供される。このように、要求される燃焼能力は、「制御対象」である燃焼機構のバーナ１１５を制御するための「制御条件」の一実施例にあたる。

図５を参照して、要求燃焼能力に従ってバーナ１１５の燃焼能力を切替える場合の切替パターン５１１、５１２及び５１３を説明する。切替パターン５１１、５１２及び５１３は、それぞれ、要求燃焼能力に従って比例弁８０に供給される電流値（ｍＡ）が少→中→大（又はその逆方向）に変化する過程において、要求燃焼能力に従って「開」に設定される能力切替弁９０の個数が増加（又は減少）するように変化することで、バーナ１１５の燃焼能力（号数）が大きく（又は小さく）なるように切替え可能であることを示している。例えば、切替パターン５１１、５１２及び５１３は、それぞれ、「開」に設定された能力切替弁９０が１個、２個及び３個のケースとした場合、切替パターン５１１は燃焼能力小（号数）範囲の「低・低」、「低・中」、「低・大」を示し、切替パターン５１２は燃焼能力中（号数）範囲の「中・低」、「中・中」、「中・大」を示し、切替パターン５１３は燃焼能力大（号数）範囲の「大・低」、「大・中」、「大・大」を示す。

マイコン３１０は、切替パターン５１１、５１２及び５１３に示される要求燃焼能力の変化に伴い、空燃比を維持するようにファンの目標回転数を切替えるとともに、切替後の目標回転数を用いたファン回転数制御を実施する。また、マイコン３１０は、ファンモータ１３０を目標回転数で作動させる場合のファン電流値の変化から閉塞度を検出する。

＜５．知見＞
発明者は、実験から、要求燃焼能力と検出されるファン電流値との組合せによっては、閉塞しても燃焼効率は低下しないとの知見を得た。この知見を、実験結果を示す図６、図７及び図８を参照して説明する。これらの実験は、バーナ１１５の燃焼能力の切替が実施される過渡期を除いた期間であって、バーナ１１５の燃焼能力が安定している期間において実施された。図６は、図５の関係を要求燃焼能力と切替えパターンの関係で置き換えた関係を示している。実験によれば、想定される全ての要求燃焼能力を示す範囲５０（図６）のうち、低い範囲５２（図６）の燃焼能力が要求されている下では、閉塞しても燃焼効率は低下せず燃焼に支障はないが、高い範囲５１（図６）の燃焼能力が要求されている下では閉塞は燃焼効率を低下させ燃焼に支障を与えるように作用する。したがって、ファン１２５が駆動される際は、範囲５０の全体ではなく、その一部の範囲５１に該当する要求燃焼能力の下でのファン電流のみ検出すればよいとの知見を得た。

さらに、実験によれば、ファン電流の変化に伴いファン電流の値が取り得る範囲（例えば、本実施の形態では０～１８００ｍＡ）のうち、低いファン電流値の範囲６２（図７）では、閉塞しても燃焼効率は低下せず燃焼に支障はないが、高いファン電流値の範囲６１（図７）では閉塞は燃焼効率を低下させ燃焼に支障を与えるように作用する。したがって、ファン１２５が駆動される際は、範囲６０の全体ではなく、その一部の範囲６１に該当するファン電流のみを検出すればよいとの知見を得た。

図８の表のパターンＰ１～Ｐ９は、それぞれ、要求燃焼能力と電気的なデジタル値であるファン電流値８４との組合わせを含む。当該要求燃焼能力は、能力切替弁９０の開閉パターン８２と、比例弁８０の電流値８３の組合せで示される。なお、要求燃焼能力には、ファンの回転数も含まれるが、ここでは略している。開閉パターン８２の符号ＳＶ１、ＳＶ２及びＳＶ３は、それぞれ、能力切替弁９０を示し、弁の開閉をマルとバツの記号で区別している。燃焼能力（号数）８５は、対応の開閉パターン８２と電流値８３との組合せで一意に決まる値である。該当領域８６は、対応の要求燃焼能力が該当する範囲５１又は５２及び対応のファン電流値８４が該当する範囲６１又は６２の組合せを示す。各パターンＰ１～Ｐ９は、さらに、該当領域８６で示す範囲で検出されるファン電流値８４が、検出すべき対象であるか否かを示す従来の対象区分８７と本実施形態の対象区分８８を含む。対象区分８７は、従来は、範囲５０（図６)及び範囲６０（図７）の全体が、ファン電流値を検出すべき対象範囲であったことを示す。これに対して、実験結果に従う対象区分８８は、燃焼に閉塞等の支障が起こらない部分範囲、すなわち範囲５１（図６）及び範囲６１（図７）のみが、ファン電流値８４を検出すべき対象範囲であることを示している。

一般的に、マイコンが扱えるデータの桁数、すなわちビット長は一定であるが、マイコンは、要求燃焼能力を考慮せずに、全ての燃焼能力の範囲５０（図６）において、且つ全範囲６０（図７、０～１８００ｍＡ）のファン電流値が一定ビット長のデータに設定されて、当該データを用いてプログラムを実行していた。このように、マイコンが扱うファン電流値のデジタルデータの各ビットに対応の値が有する分解能は常に一定であったことから、当該デジタルデータを用いたファン回転数制御及び閉塞度検出の精度も当該分解能で制限されて、精度向上には限界があった。このような限界は、給湯装置が大型化する等してファン電流が増加すればより深刻となり得る。

これに対して、発明者は、マイコン３１０は、ファン回転数制御及び閉塞度検出等のデータ処理では、一部の範囲５２（図６）の燃焼能力の下で、一部の範囲６２（図７）に該当するファン電流のみを用いて制御を実施しても、燃焼に支障はない、との上記の知見を得た。

具体的には、発明者の知見の下では、上記の一定ビット長のうち、ファン電流値の検出非対象にあたる範囲５１（図６）及び範囲６１（図７）の値に割当てられていたビットを、範囲５２（図６）及び範囲６２（図７）のファン電流値の割当てに拡充して使用する。これにより、マイコン３１０が扱うデータの各ビットに対応する値の分解能を向上させることでき、その結果、高い分解能を有したデータを用いてファン回転数制御及び閉塞度検出等に関する演算を実施でき、演算精度を向上させることができる。

上記の分解能の向上について、さらに説明する。説明のために、マイコン３１０が取り扱い可能なデータの所定ビット長に対応する所定桁数を例えば１００桁とする。なお、所定桁数は、ＡＤ変換部７１（図９）が出力するデジタルデータ７８が有する桁数に対応し、桁数に割当てされる「範囲」は、ＡＤ変換部７１の入力レンジに対応する。

図８を参照して、切替パターン５１１の下で燃焼能力が安定しているケースに該当するパターンＰ１～Ｐ３の場合、従来では０～１４００ｍＡの範囲を１００桁に均等割りすると（１４ｍＡ／）となるのに対して、上記の知見に従い、１４００ｍＡ～５００ｍＡ＝９００ｍＡの間の部分範囲を同様に均等割りすると（９ｍＡ／桁）となり、桁あたり値の分解能は従来よりも約１．６倍に向上する。

また、切替パターン５１２の下で燃焼能力が安定しているケースに該当するパターンＰ４～Ｐ６の場合、従来では０～１６００ｍＡの範囲を同様に均等割りすると（１６ｍＡ／桁）となるのに対して、上記の知見に従い１６００ｍＡ～６００ｍＡ＝１０００ｍＡの間の部分範囲を同様に均等割りすると（１０ｍＡ／桁）となり、桁あたりの値の分解能は従来よりも約１．６倍に向上する。

また、切替パターン５１３の下で燃焼能力が安定しているケースに該当するパターンＰ７～Ｐ９の場合、従来では０～１８００ｍＡを同様に均等割りすると（１８ｍＡ／桁）となるのに対して、上記の知見に従い、１８００ｍＡ～７００ｍＡ＝１１００ｍＡの間の部分範囲を同様に均等割りすると（１１ｍＡ／桁）となり、桁あたりの値の分解能は従来よりも約１．６倍に向上する。

＜６．機能構成＞
図９を参照して、コントローラ１５０が有する機能を説明する。コントローラ１５０は、ＲＯＭ３１１のテーブル７５(図１０）を検索する判定部７０、「データ変換手段」の一実施例である変換部７７、ＲＡＭ３１２に格納された変数６８に基づき制御プログラムを実行するプログラム実行部７３、及び制御プログラムの実行結果に基づく信号を各部に出力する出力Ｉ／Ｆ（Interfaceの略）７４を備える。

図１０を参照してテーブル７５は、図８の表のパターンＰ１～Ｐ９のそれぞれに対応した開閉パターン８２、比例弁８０の電流値８３、ファン電流値８４、燃焼能力（号数）８５、及び対象区分８８を含む。テーブル７５では、各パターンの燃焼能力８５が検出される場合に、ファン電流を検出するべきか否かは対象区分８８によって指示される。

再び図９を参照して、判定部７０は、ファン電流値がとり得る範囲（０～１８００ｍＡ）のうちから、燃焼能力に応じた部分範囲の電流値を特定し、特定した電流値を部分範囲７６として出力する。具体的には、判定部７０は、マイコン３１０が検出する燃焼負荷状態に基づきテーブル７５を検索する。判定部７０は、検索結果に基づき、テーブル７５のパターンＰ１～Ｐ９のうち当該燃焼負荷状態に一致する燃焼能力８５を含むパターンを特定し、特定したパターンの燃焼能力８５が切替パターン５１１～５１３のいずれに該当するかを、所定の判定条件に従い判定する。判定部７０は、特定した燃焼能力８５は、切替パターン５１１（すなわち、パターンＰ１～Ｐ３のいずれか）に該当すると判定した場合、パターンＰ１～Ｐ３のファン電流値８４のうち対応の対象区分８８が「検出対象」を示しているファン電流値８４（５００～１４００ｍＡ）をテーブル７５から読出し、読出されたファン電流値８４を部分範囲７６に設定し、部分範囲７６を出力する。このように、部分範囲７６は、対象区分８８のレンジ（最小値～最小値）を示す。より具体的には、判定部７０は、検出された燃焼能力８５が例えば、切替パターン５１２（すなわち、パターンＰ４～Ｐ６のいずれか）に該当すると判定した場合は、部分範囲７６は当該レンジとして（６００～１６００ｍＡ）を示す。この部分範囲７６は、変換部７７のＡＤ変換部７１の入力レンジに相当する。

同様に、判定部７０は、検出された燃焼能力８５が切替パターン５１２（すなわち、パターンＰ４～Ｐ６のいずれか）に該当すると判定した場合、パターンＰ４～Ｐ６のファン電流値８４のうち対応の対象区分８８が「検出対象」を示すファン電流値８４（６００～１６００ｍＡ）をテーブル７５から読出し、読出されたファン電流値８４が設定された部分範囲７６を出力する。

同様に、判定部７０は、検出された燃焼能力８５が切替パターン５１３（すなわち、パターンＰ７～Ｐ９のいずれか）に該当すると判定した場合、パターンＰ７～Ｐ９のファン電流値８４のうち対応の対象区分８８が「検出対象」を示すファン電流値８４（７００～１８００ｍＡ）をテーブル７５から読出し、読出されたファン電流値８４が設定された部分範囲７６を出力する。

変換部７７の設定部７２は、ＡＤ変換部７１からの出力を用いて、式ｆ＝（Ｗ／Ｎ＊（Ｎ＊Ｒ））に従って演算を実施する。式ｆの変数Ｗは部分範囲７６が示す入力レンジ、変数Ｎは所定ビット長に対応する所定桁数、変数Ｒはデューティ比を示す。式ｆのＷ／Ｎは、部分範囲７６内の電流値を所定桁数に均等割りした場合の各桁に割当てられる電流値の大きさ、すなわち各桁が有する分解能を示す。分解能はＡＤ変換部７１におけるＡＤ変換によって決まり、設定部７２は、当該分解能をＡＤ変換部７１から入力する。また、（Ｎ＊Ｒ）は、デューティ比Ｄｐに基づく値を示す。具体的には、（Ｎ＊Ｒ）は、所定桁数に対して、検出されたファン電流の値に応じたデューティ比Ｄｐに応じた桁数（すなわち、パルス信号Ｓｐｌｓのハイレベル期間又はローレベル期間の一方の長さに対応する複数の桁数）が占める割合いに相当する。したがって、式ｆによって、検出されたファン電流を、Ｗ／Ｎが示す分解能を用いて部分範囲７６内のデジタルの値（電流値）に換算することができる。

設定部７２は、式ｆ＝（Ｗ／Ｎ＊（Ｎ＊Ｒ））の算出値に基づく値７８１を、ＲＡＭ３１２の変数６８をセットする。変数６８は、プログラム実行部７３において実行される各種プログラムが取扱い可能な所定ビット長を有するデータを示す。なお、ＲＡＭ３１２には、判定部７０から燃焼能力８５に応じて切替えられる部分範囲７６の値がレンジ６９として格納され、また、設定部７２から分解能６９１の値が格納される。

例えば、変数６８が８ビット長のデータであれば最大‘ＦＦ’（図７）までの値を設定できる。８ビット長のデータならば、上記の式ｆの所定桁数Ｎは２５６桁となる。部分範囲７６が（１６００～６００ｍＡ）を示すケースにおいては、分解能６９１は１０００／２５６となる。変数６８に例えば‘０Ｆ’（１６進数）に設定された場合は、変数６８は５００ｍＡ（＝（１０００／２５６）＊１２８）を示す。さらに、変数６８の値は、レンジ６９が示す部分範囲７６の最小値（６００ｍＡ）加算することで、検出されているファン電流値に換算される。また、例えば変数６８が‘１Ｆ’（１６進数）に設定された場合は、変数６８が示す値は（（１０００／２５６）＊１２９）ｍＡであり、この場合も同様にして、レンジ６９が示す部分範囲７６の最小値（６００ｍＡ）加算することで、検出されているファン電流値への換算ができる。このような変数６８の値、分解能６９１およびレンジ６９を用いた換算処理は、例えば、プログラム実行部７３の各種プログラムの実行時に実施され得る。

上記に述べたように、ファン駆動時に検出される燃焼能力に応じてＡＤ変換部７１の入力レンジが切替わることに従って、ＡＤ変換部７１が出力する各桁の分解能も切替わることで、当該分解能に基づく変数６８の値が示す精度を燃焼能力に応じた精度に向上させることが可能となる。

プログラム実行部７３は、ＲＡＭ３１２の変数６８に設定された値に基づくファン電流値又は上記の換算処理によるファン電流値を用いたファン回転数制御プログラムと閉塞度検出プログラムを実行する。

プログラム実行部７３では、閉塞度検出プログラムが実行されることにより、変数６８に基づくファン電流値の変化から閉塞度が検出される。また、ファン回転数制御プログラムが実行されることにより、閉塞度検出プログラムの実行結果である閉塞度に基づく補正量が算出されて、算出された補正量を用いて目標回転数に追従するようにファン回転数の制御が実施される。

出力Ｉ／Ｆ７４は、ファン回転数制御プログラムの実行結果に基づき制御電圧Ｖｄｃを出力する。

図９に示す各部は、マイコン３１０が所定のプログラムを実行することにより実現されてもよく、または、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の回路で実現されてもよく、またはプログラムと回路の組合せで実現されてもよい。

＜７．フローチャート＞
図１１を参照して、コントローラ１５０によってファン電流値を用いた処理が実施される場合、カウント部７９は検出されたアナログのファン電流のパルス信号を入力する（ステップＳ１０１）。判定部７０は、検出される燃焼能力に基づきテーブル７５を検索し、検索の結果に基づき判定した部分範囲７６を出力する（ステップＳ１０３）。変換部７７の設定部７２は、式ｆに従ってデジタルの値を算出し、算出結果に基づく値を変数６８に設定（書込）する（ステップＳ１０７）。プログラム実行部７３によって実行されるプログラムは変数６８の設定値を読出し（ステップＳ１０９）、読出された値を用いて、閉塞度検出とファン回転数制御を実現し（ステップＳ１１１）、その実行結果であるファン駆動電圧Ｖｄｃを出力する（ステップＳ１１３）。プログラム実行部７３は、上記の換算処理を実施してもよい。コントローラ１５０は処理が終了したか否かを判定し、例えば燃焼運転が停止する等で終了と判定したとき（ステップＳ１１５でＹＥＳ）、一連の処理を終了するが、終了と判定しないとき（ステップＳ１１５でＮＯ）、ステップＳ１０１に戻り、以降の処理を実施する。

＜８．変形例＞
上記においては、負荷であるファン１２５の駆動状態を示すアナログの電気信号として、ファン電流を用いたが、当該電気信号は電流信号に限定されず、電圧信号であってもよい。すなわち、図３では電源基板２００にファン１２５（ファンモータ１３０）が取付けられていることから、電源基板２００から絶縁された制御基板３００へはフォトカプラ等の絶縁素子を利用して伝達するために、ファン電流信号はパルス信号に変換される。これに対して、制御基板３００にファン１２５（ファンモータ１３０）が取付けられる絶縁不要なケースの場合は、ファン電流は電圧信号に変換されて、コントローラ１５０は、変換後の電圧信号をアナログ入力ポートから入力する。ＡＤ変換部７１は、入力電圧の信号を、部分範囲７６の入力レンジに基づくサンプル電圧を利用することにより、所定桁数のデジタル値に変換する。その後は、設定部７２は、ＡＤ変換後のデジタル値を、ファン電流の場合と同様に処理し、処理結果の値を変数６８に設定する。

また、負荷はファン１２５に限定されず、ファン１２５と同様に電流値で制御されるような負荷であればよく、例えばポンプであってもよい。例えば、給湯装置１００では、熱交換器１２０を介して湯水を循環させるような循環ポンプの吐出側が閉塞するとポンプを駆動するモータの電流値は減少する。したがって、ポンプの検出電流から閉塞度を検出できるとともに、目標の給水量に応じた回転数でポンプが駆動されるようにポンプモータの検出電流を用いたポンプの回転数制御を実施できる。

＜９．実施の形態の効果＞
図７を参照して、本実施の形態に従ったファン回転数制御における実験により確認された効果を説明する。図７では、目標回転数６３と、従来方法で検出される回転数６６，６７及び本実施の形態に従う方法で検出される回転数６４，６５が示される。従来のように、ファン電流値の全範囲（０～１８００ｍＡ）を所定ビット長の変数６８にセットする方法の場合、当該変数６８のファン電流を用いたファン回転数制御を実施すると、ファン回転数は、目標回転数６３に対して回転数６６～６７の間でバラツキを呈した。

これに対して、本実施の形態のように、分解能を燃焼能力に応じて切替えることで、従来よりも精度が高い変数６８の設定値（検出ファン電流値）を用いてファン回転数制御を実施できる。それにより、ファン回転数のバラツキを、回転数６６～６７よりも目標回転数６３に近い回転数６４と６５の間で収束させることができた。したがって、本実施の形態によれば、高い分解能を有した変数６８の検出ファン電流値を用いたフィードバック制御（ファン回転数制御）では、高い分解能に応じて制御幅も細かく設定できて、目標回転数６３への追従性に優れたファン回転数制御を実現することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

７１ ＡＤ変換部、７２ 設定部、７３ プログラム実行部、７５ テーブル、７７ 変換部、７９ カウント部、１００ 給湯装置、１１５ 燃焼バーナ、１２５ 燃焼用ファン、１３０ ファンモータ、１５０ コントローラ、２５５ パルス生成回路、３１０ マイコン、Ｄｐ デューティ比、Ｉｆａｎ ファン電流、Ｓｐｌｓ パルス信号。

Claims (8)

1. 制御対象に備えられる負荷を駆動する駆動手段と、
   前記負荷から検出される当該負荷の駆動状態を示すアナログの電気信号を、所定ビット長を有するデジタルデータに変換するデータ変換手段と、
   変換後の前記所定ビット長のデジタルデータに基づく駆動信号を前記駆動手段に出力する手段と、を含み、
   前記データ変換手段は、
   前記負荷から検出される前記アナログの電気信号の値のうち、入力レンジに該当する値を入力し、入力した値を所定ビット長に応じた桁数を有した値であって、デジタルデータに対応するデジタル値に変換するアナログデジタル変換手段と、
   制御装置に対するユーザ設定に基づき前記負荷が駆動される際に制御の目標値を決定し、決定された当該目標値に応じて前記入力レンジを判定し前記アナログデジタル変換手段に設定する設定手段と、を有し、
   前記入力レンジは、前記負荷から検出される前記アナログの電気信号の値がとり得るレンジの範囲内の一部分である部分レンジに対応する、制御装置。
2. 前記アナログの電気信号は、電流信号を含み、
   前記アナログデジタル変換手段は、
   前記入力レンジを介して入力する前記アナログの電気信号を、当該電気信号の値に応じたデューティ比を有する定周期のアナログのパスル信号に変換するパルス生成手段を、含み、
   前記パルス信号を、前記桁数を前記定周期の長さに割当てた場合に、前記デューティ比に基づく当該パルス信号のハイレベル期間またはローレベル期間の一方の長さに対応する桁数を示すデジタルの値に変換する手段を、有する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記アナログの電気信号は、電圧信号を含む、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記負荷は、ファンを含み、
   前記駆動手段は、前記ファンを回転駆動するファンモータを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記アナログの電気信号は、前記ファンを回転駆動時に前記ファンモータから検出される電気信号を含む、請求項４に記載の制御装置。
6. 燃焼機構と、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の制御装置と、を備え、
   前記制御対象は、前記燃焼機構を含み、
   前記負荷は、前記燃焼機構に対して燃焼用空気を供給する燃焼用ファンを含む、燃焼装置。
7. 前記制御の目標値は、前記負荷が駆動される際に、前記燃焼機構に要求される燃焼能力を含む、請求項６に記載の燃焼装置。
8. 請求項６または７に記載の燃焼装置を備える、給湯装置。

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