JP6362905B2 - 設備ユニット - Google Patents

Description

本発明は、設備ユニットに関する。例えば、天井に埋め込み配置される設備ユニットに関する。

従来より、室内の内部負荷(電子機器、照明器具、人体発熱等)を除去して、室内空気の温湿度を適切な状態に維持する空調方式として、空気で冷却する全空気方式がある。

この全空気方式は、例えば、建物外部に、圧縮機が内蔵された室外機を設置するとともに、室内に、熱交換器が内蔵された室内機を設置する。そして、これら室外機の圧縮機と室内機の熱交換器とで媒体を循環させて冷凍サイクルを行うとともに、熱交換器で媒体と室内空気とで熱交換することで、室内機から室内に冷風を吹き出して、内部負荷を除去する方式である（特許文献１参照）。

また、近年、室内の内部負荷の一つである照明器具として、消費電力の観点からＬＥＤ照明（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が普及してきている。
しかしながら、ＬＥＤ照明は発光効率が高くないため、供給された電力の多くが熱となる。この自己発熱により、ＬＥＤ照明の発光効率がさらに減少する等の特性劣化が発生する。

そこで、例えば、器具の裏にヒートシンク（放熱板）を設置しているが、ヒートシンクからの熱が室内（天井内）に放熱され、内部負荷となっている。
この内部負荷の問題を解決するため、例えばＬＥＤ照明に液体を用いた冷却装置を設置することが提案されている（特許文献２、３参照）。

特開２０１３−１５２０７１号公報 特開２００３−９２００９号公報 特開２０１０−２７２４７２号公報

ところで、近年、建物からの発熱を極力抑制する、ゼロ・エミッション・ビルディング（ＺＥＢ）が提案されている。
しかしながら、以上の全空気方式では、内部負荷からの発熱を空気で撹拌して除去するため、冷却効率が悪くファンなどの搬送動力がかかる。そこで、空気よりも熱容量の高い水等の媒体を用いた空調設備が要求されている。

また、ＬＥＤ照明では、冷却装置の放熱器はＬＥＤ照明の近くに配置されており、結果的に熱が室内（天井内）に放熱されるため、内部負荷の問題は依然として解決されていない。そのため、内部負荷としての照明器具からの熱を効率的に室内から除去することが要求されている。
また、室内の冷房負荷となる発熱源から発熱が室内に拡散されてしまう前に、発熱源においてその発熱を除去すれば、室内の人体がその発熱の影響を受けることは少なくなり、室内に供給する冷房冷気の昇温が可能になって、省エネルギー効果が生じる。

本発明は、空調機で効率的に室内の負荷を除去しつつ、内部負荷となる照明装置からの熱を効率的に除去できる設備ユニットを提供することを目的とする。

請求項１に記載の設備ユニット（例えば、後述の設備ユニット１）は、筐体（例えば、後述の筐体１０）と、当該筐体に収容された空調装置（例えば、後述の空調装置２０）と、前記筐体に収容された照明装置（例えば、後述の照明装置３０）と、前記空調装置および前記照明装置を通りかつ媒体が循環する配管（例えば、後述の配管４０）と、を備え、前記空調装置は、当該配管内の循環する媒体により空気を空調することを特徴とする。

循環する媒体を用いて空調する空調装置としては、天井を冷却する放射パネル、室内空気の自然対流を利用して冷却空気を供給するパッシブチルドビーム、１次空気を導入して室内空気を強制的に対流させるアクティブチルドビーム、送風機により室内空気を吸引して空調した後に吹き出すファンコイルユニット（ＦＣＵ）などが挙げられる。

また、照明装置としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、スタータ型やインバータ式の蛍光灯、白熱灯、ナトリウムランプなどが挙げられる。
また、媒体としては、水や不凍液などの液体や、冷媒ガスが挙げられる。
また、媒体を設備ユニットとヒートポンプなどの熱源機器との間で循環させてもよいし、媒体を熱源機器から設備ユニットに供給し、この設備ユニットで利用した媒体を、熱源機器に直接戻さずに、排熱利用で運転する機器（バイナリー発電機、吸着冷凍機、排熱回収ヒートポンプ、デシカント空調機の再生器など）に供給して再利用してもよい。

この発明によれば、配管内に媒体を流通させて、この媒体により空気を冷却して空調装置から室内に吹き出すとともに、この媒体に照明装置の発熱を吸収させる。
つまり、空調装置で媒体を利用すると、媒体の温度は上昇する。しかし、この媒体は、空調装置で温度が上昇した後でも、照明装置の発熱を吸収できる程度に十分に低温である。そこで、本発明の設備ユニットでは、この空調装置で利用した媒体を用いて照明装置を冷却する。このように配管内の媒体により照明装置の熱を吸収するので、内部負荷となる照明装置からの熱を効率的に除去し、かつ、空調機で全空気方式よりも効率的に室内の負荷を除去できる。

ところで、配管内の媒体は、ヒートポンプなどの熱源機器で冷却される。このような熱源機器では、往きと還りの媒体の温度差が大きい方が、熱源成績係数を高い値で運転できるので、運転効率が高くなる。
しかしながら、実際に熱源機器を選定する際には、空調機の最大能力に基づいて選定するため、熱源機器の運転時間のほとんどは、往きと還りの媒体の温度差が小さい部分負荷運転となり、運転効率が低下することが多い。
この発明によれば、空調装置と照明装置の冷却システムとを直列につなげた配管内の媒体により、空調装置で熱を吸収し、さらに照明装置の熱を吸収するので、往きと還りの媒体の温度差が大きくなり、熱源機器を高い効率で運転できる。

また、空調装置、照明装置、および照明装置の冷却システムを１つの設備ユニットに配置して、１つのモジュールとしたので、天井設置の自由度が高くなり、例えばシステム天井では任意の位置に設置できる。

請求項１に記載の設備ユニットは、前記照明装置は、放熱器（例えば、後述の放熱板３３）を有するＬＥＤ照明装置であり、前記配管は、前記放熱器に当接して配置されることを特徴とする。

近年、消費電力を低減するため、ＬＥＤ照明装置が採用されることが多い。このＬＥＤ照明装置では、発光効率がそれほど高くないため、供給された電力の多くが熱となるが、この熱によりＬＥＤが劣化して発光光量が減少するのを防止するため、ＬＥＤ照明装置では、装置の裏面に放熱器（ヒートシンク）を設置する。
しかしながら、この放熱器から天井内に放熱するので、室内の温度が上昇するうえに、放熱器を設けるために照明装置自体の大きさが大きくなる、という問題があった。

そこで、本発明では、配管を放熱器に当接して配置した。よって、配管内の媒体により放熱器を介して照明装置の熱を吸収するので、従来に比べて放熱器を小さくできるうえに、放熱器から室内に放熱するのを抑制できる。
また、ＬＥＤの温度が上昇するのを確実に抑制できるので、ＬＥＤの性能劣化を防止して、ＬＥＤ照明装置の耐久性が向上する。

また、ＬＥＤ照明の固有エネルギー消費効率は、ＬＥＤの温度が低下するほど向上するため、少ない電力で多くの照度を得ることができる。

請求項１に記載の設備ユニットは、前記空調装置は、パッシブチルドビームであり、前記配管は、前記空調装置内部の空気の流通路に配置されることを特徴とする。

この発明によれば、空調装置をパッシブチルドビームとしたので、送風機などの空気を搬送するための動力が不要であり、設備ユニット１からの発熱量をさらに低減できる。

本発明によれば、配管内に媒体を流通させて、この媒体により空気を冷却して空調装置から室内に吹き出すとともに、この媒体に照明装置の発熱を吸収させる。つまり、空調装置で媒体を利用すると、媒体の温度は上昇する。しかし、この媒体は、空調装置で温度が上昇した後でも、照明装置の発熱を吸収できる程度に十分に低温である。そこで、本発明の設備ユニットでは、この空調装置で利用した媒体を用いて照明装置を冷却する。このように配管内の媒体により照明装置の熱を吸収するので、内部負荷となる照明装置からの熱を効率的に除去し、かつ、空調機で全空気方式よりも効率的に室内の負荷を除去できる。
また、空調装置と照明装置の冷却システムとを直列につなげた配管内の媒体により、空調装置で熱を吸収し、さらに照明装置の熱を吸収するので、往きと還りの媒体の温度差が大きくなり、熱源機器を高い効率で運転できる。また、空調装置、照明装置、および照明装置の冷却システムを１つの設備ユニットに配置して、１つのモジュールとしたので、天井設置の自由度が高くなり、例えばシステム天井では任意の位置に設置できる。

本発明の一実施形態に係る設備ユニットの平面図、側断面図、および見上げ図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る設備ユニット１の平面図、側断面図、および見上げ図である。
設備ユニット１は、室２の天井面３に埋め込み配置されている。この設備ユニット１は、箱状の筐体１０と、この筐体１０に収容されて室内の空気を空調して室内に吹き出す空調装置２０と、筐体１０に収容された照明装置３０と、空調装置２０および照明装置３０を通りかつ媒体が流通する配管４０と、を備える。

空調装置２０は、パッシブチルドビームである。具体的には、この空調装置２０は、筐体１０内に形成されたチャンバ２１と、筐体１０の下面に形成されてチャンバ２１に連通する吸込口２２および一対の吹出口２３と、チャンバ２１内に設けられた図示しない熱交換フィンと、チャンバ２１内に設けられて外気を吹き出すノズル２６と、を備える。

一対の吹出口２３は、吸込口２２を挟んで設けられている。
熱交換フィンは、板状であり、チャンバ２１内の吸込口２２と吹出口２３との間の空気の流通路に設けられている。
ノズル２６は、外気を導入する外気導入管２５に接続されている。

配管４０は、空調装置２０内部の空気の流通路に配置され、熱交換フィンに当接して延びている。この配管４０内の媒体は、図示しないヒートポンプなどの熱源機器で冷却された後、図１中一点鎖線矢印方向に流れて、空調装置２０に供給される。

この空調装置２０によれば、室内の空気は、以下のように流れる。
すなわち、配管４０内の媒体により熱交換フィンが冷却されるとともに、外気導入管２５を通して、チャンバ２１に空調された外気が適宜導入される。室内の暖かい空気は、図１中黒矢印で示すように、自然対流により上昇して、吸込口２２からチャンバ２１内に流入する。その後、この暖かい空気は、熱交換フィンで冷却されて、図１中白抜き矢印で示すように冷たい空気となり、ノズル２６から下方に吹き出す外気からの誘引空気により下降して、吹出口２３から室内に流出する。

照明装置３０は、筐体１０の下面に形成された照明開口３１と、この照明開口３１を通して光を照射するＬＥＤチップ３２と、このＬＥＤチップ３２の裏面に設けられた放熱器としての放熱板３３と、を備える。

配管４０は、放熱板３３に当接して、かつ、放熱板３３上をつづら折り状に複数回往復して配置される。この配管４０内の媒体は、空調装置２０から流出して、図１中一点鎖線矢印方向に流れて、照明装置３０に供給される。この媒体は、照明装置３０の放熱板３３の熱を吸収し、その後、照明装置３０から流出して、図示しない熱源機器に戻る。このように、配管４０内の媒体は、熱源機器、空調装置２０、照明装置３０の順に流れて循環する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）配管４０内に媒体を流通させて、この媒体により空気を冷却して空調装置２０から室２の室内に吹き出すとともに、この媒体に照明装置３０の発熱を吸収させる。
つまり、空調装置２０で媒体を利用すると、媒体の温度は上昇する。しかし、この媒体は、空調装置２０で温度が上昇した後でも、照明装置３０の発熱を吸収できる程度に十分に低温である。そこで、設備ユニット１では、この空調装置２０で利用した媒体を用いて照明装置３０を冷却する。このように配管４０内の媒体により照明装置３０の熱を吸収するので、照明装置３０からの熱を効率的に除去し、かつ、空調機で全空気方式よりも効率的に室内の負荷を除去できる。

空調装置２０と照明装置３０の冷却システムとを直列につなげた配管４０内の媒体により、空調装置２０で熱を吸収し、さらに照明装置３０の熱を吸収するので、往きと還りの媒体の温度差が大きくなり、熱源機器を高い効率で運転できる。

また、空調装置２０、照明装置３０、および照明装置３０の冷却システムである配管４０を１つの設備ユニット１に配置して、１つのモジュールとしたので、天井設置の自由度が高くなり、例えばシステム天井では任意の位置に設置できる。

（２）配管４０を放熱板３３に当接して配置した。よって、配管４０内の媒体により放熱板３３を介して照明装置３０の熱を吸収するので、従来に比べて放熱板を小さくできるうえに、放熱板３３から室内に放熱するのを抑制できる。
また、ＬＥＤの温度が上昇するのを確実に抑制できるので、ＬＥＤの性能劣化を防止して、照明装置３０の耐久性が向上する。さらに固有エネルギー消費効率が向上し、省電力となる。

（３）空調装置をパッシブチルドビームとしたので、送風機などの空気を搬送するための動力が不要であり、設備ユニット１からの発熱量をさらに低減できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１…設備ユニット
２…室
３…天井面
１０…筐体
２０…空調装置
２１…チャンバ
２２…吸込口
２３…吹出口
２５…外気導入管
２６…ノズル
３０…照明装置
３１…照明開口
３２…ＬＥＤチップ
３３…放熱板（放熱器）
４０…配管

Claims (1)

1. 筐体と、
   当該筐体に収容された空調装置と、
   前記筐体に収容された照明装置と、
   前記空調装置および前記照明装置を通りかつ媒体が循環する配管と、を備え、
   前記照明装置は、放熱器を有するＬＥＤ照明装置であり、
   前記空調装置は、熱交換フィンを備えるパッシブチルドビームであり、前記配管内の循環する媒体により空気を空調し、
   前記配管は、前記照明装置の放熱器に当接するとともに、前記空調装置内部の空気の流通路に配置された熱交換フィンに当接することを特徴とする設備ユニット。

Images