JP5639664B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒の密度差による自然循環サイクルと、圧縮機による強制循環サイクルとを切替えて運転することのできる空気調和装置に関し、特に、各サイクルにおいて、室外熱交換器の伝熱面積や使用する冷媒量などを好適なものとすることのできる空気調和装置に関するものである。

一般に、強制循環サイクルでは、冷媒は圧縮機により駆動され、膨張弁で流量を調整し、低温低圧の二相状態で蒸発器に流入して冷却を行う。一方、自然循環サイクルでは、冷媒は冷媒液と冷媒ガスの密度差により駆動され、循環量は蒸発器入口側に形成された冷媒液による液柱の高さの影響を受ける。そのため、自然循環サイクルでは、強制循環サイクルより多くの冷媒が必要となり、強制循環サイクルから自然循環サイクルに運転を切替える際に、余剰冷媒が生じてしまう。この余剰冷媒を貯留するための技術として、例えば、特許文献１および２が公知である。

特許文献１に記載の冷房装置（空気調和装置）は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨張弁からなる蒸気圧縮冷凍サイクル（強制循環サイクル）と、この蒸気圧縮冷凍サイクルのうち圧縮機と膨張弁をバイパスしてなる自然循環ループ（自然循環サイクル）とを備えており、さらに、冷媒液溜めが凝縮器出口の液配管に別個に設けられている。そして、蒸気圧縮冷凍サイクルと自然循環ループのそれぞれの運転モードの必要冷媒量の差により生じる余剰冷媒は、この冷媒液溜めに貯留されるようになっている。

また、特許文献２には、特許文献１とほぼ同様の装置が記載されており、具体的には、圧縮機、凝縮器、絞り装置（膨張弁）、蒸発器を順次接続して形成された強制循環サイクルと、圧縮機をバイパスして蒸発器と凝縮器と接続して形成された自然循環サイクルとを備えた空気調和装置において、凝縮器出口と絞り装置の間に冷媒貯留容器を設け、強制循環サイクルと自然循環サイクルのそれぞれの運転モードの必要冷媒量の差により生じる余剰冷媒をこの冷媒貯留容器に貯留するようにした構成が記載されている。

特開平９−２７３８７６号公報 特開２００２−１０６９８６号公報

ところで、自然循環サイクルによる運転は、一般に、中間期（外気温度が室内温度より低い時期）において行われる。この自然循環サイクルによる運転が行われるためには、通常、室内温度と外気温度との間にある程度の温度差（例えばΔＴ＝５℃程度）が必要であり、この温度差が小さくなると、凝縮器内で流入したガス冷媒を完全に液化させることができなくなってしまう。そのため、温度差が小さいときでも自然循環サイクルによる運転を行うためには、凝縮器の伝熱面積は強制循環運転において要求される伝熱面積に比べて大きくする必要がある。つまり、自然循環サイクルと強制循環サイクルとで、それぞれの運転に要求される好適な凝縮器の伝熱面積は異なり、自然循環サイクルの方が強制循環サイクルより必要とされる凝縮器の伝熱面積は大である。

特許文献１に記載の装置を見てみると、凝縮器の伝熱面積を蒸気圧縮冷凍サイクルによる運転と自然循環ループによる運転とで調整することができる構成になっていない。これは、特許文献２についても同様である。このように、特許文献１および２に記載の装置は、自然循環サイクルと強制循環サイクルのそれぞれの運転において、凝縮器が必ずしも好適な熱交換性能を発揮しているとは言えないものであった。

また、特許文献１および２に記載の装置は、共に余剰冷媒を貯留する容器を備えているものの、別個に設けているため、装置全体が大型化するうえ、余計なコストが嵩むといった課題を有している。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、自然循環サイクルと強制循環サイクルのそれぞれの運転において、凝縮器を好適な伝熱面積とすることができる空気調和装置を提供することにある。さらに、本発明の第２の目的は、上記第１の目的に加えて、余剰冷媒を貯留することができる構成を低コストで実現することができる空気調和装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う室外熱交換器と、膨張弁と、前記室外熱交換器より低い位置に設置され、利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う利用側熱交換器とを順次接続して環状に形成された回路に、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う補助室外熱交換器を前記室外熱交換器に対して直列または並列に接続すると共に、前記圧縮機をバイパスする第１バイパス配管を設けて成る空気調和装置であって、前記圧縮機と、前記室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を循環させる強制循環サイクルと、前記第１バイパス配管と、前記室外熱交換器と、前記補助室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を密度差により循環させる自然循環サイクルとを切替えて運転可能であり、前記強制循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器が凝縮器として機能し、前記自然循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器および前記補助室外熱交換器が凝縮器として機能すると共に、前記強制循環サイクルでの冷房運転時に、前記自然循環サイクルと前記強制循環サイクルとの冷媒量の差である余剰冷媒を前記補助室外熱交換器に貯留するようにし、前記室外熱交換器は、冷房運転時における冷媒の流れの上流側に位置する第１室外熱交換器と、この第１室外熱交換器の下流側に位置する第２室外熱交換器とを備え、前記第２室外熱交換器を前記補助室外熱交換器と並列に接続し、前記第１室外熱交換器、前記第２室外熱交換器、および前記補助室外熱交換器の上下方向の位置関係を、前記第１室外熱交換器が最も上に位置し、前記第２室外熱交換器がその下側に位置し、前記補助室外熱交換器が最も下に位置する関係としたことを特徴としている。
また、上記目的を達成するために、第２の発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う室外熱交換器と、膨張弁と、前記室外熱交換器より低い位置に設置され、利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う利用側熱交換器とを順次接続して環状に形成された回路に、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う補助室外熱交換器を前記室外熱交換器に対して直列または並列に接続すると共に、前記圧縮機をバイパスする第１バイパス配管を設けて成る空気調和装置であって、前記圧縮機と、前記室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を循環させる強制循環サイクルと、前記第１バイパス配管と、前記室外熱交換器と、前記補助室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を密度差により循環させる自然循環サイクルとを切替えて運転可能であり、前記強制循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器が凝縮器として機能し、前記自然循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器および前記補助室外熱交換器が凝縮器として機能すると共に、前記強制循環サイクルでの冷房運転時に、前記自然循環サイクルと前記強制循環サイクルとの冷媒量の差である余剰冷媒を前記補助室外熱交換器に貯留するようにし、前記室外熱交換器は、冷房運転時における冷媒の流れの上流側に位置する第１室外熱交換器と、この第１室外熱交換器の下流側に位置する第２室外熱交換器とを備え、前記補助室外熱交換器を前記第２室外熱交換器よりも下流側に位置させると共に、前記第２室外熱交換器を前記補助室外熱交換器と直列に接続し、さらに、前記補助室外熱交換器をバイパスするバイパス配管を設け、前記第１室外熱交換器、前記第２室外熱交換器、および前記補助室外熱交換器の上下方向の位置関係を、前記第１室外熱交換器が最も上に位置し、前記第２室外熱交換器がその下側に位置し、前記補助室外熱交換器が最も下に位置する関係としたことを特徴としている。

本発明によれば、強制循環サイクルでは室外熱交換器だけを凝縮器として使用するので、強制循環サイクルに適した伝熱面積で効率良く運転を行うことができる。また、自然循環サイクルでは室外熱交換器と補助室外熱交換器の２つの熱交換器を凝縮器として使用するので、強制循環サイクルより大きい伝熱面積で効率良く運転を行うことができる。つまり、本発明は、大きな伝熱面積が必要となる自然循環サイクルでは、室外熱交換器と補助室外熱交換器の２つを用いるが、自然循環サイクルに比べて小さい伝熱面積で運転することができる強制循環サイクルでは、補助室外熱交換器を使用せず、室外熱交換器のみを用いて運転することができるため、運転の効率化を図ることができる。

さらに、本発明によれば、強制循環サイクルにおいて使用しない補助室外熱交換器を、余剰冷媒の貯留容器として使用することができるため、わざわざ余剰冷媒を貯留するために別個の容器を設ける必要がない。よって、この構成により、空気調和装置を小型化することができ、大幅なコスト低減を図ることもできる。

また、気相状態より液相状態の方が冷媒の密度は大きいため、余剰冷媒を貯留する際に、補助室外熱交換器を第１室外熱交換器および第２室外熱交換器よりも低い位置に設定しておけば、第１室外熱交換器および第２室外熱交換器にて凝縮した液冷媒が補助室外熱交換器にスムーズに流れていく。よって、本発明によれば、短時間で余剰冷媒を補助室外熱交換器に貯留することができる。

また、上記構成において、前記膨張弁と並列に冷媒流量制御弁を設け、前記自然循環サイクルでは、前記膨張弁を閉じて前記冷媒流量制御弁に冷媒を流す構成とするのが好ましい。自然循環サイクルと強制循環サイクルとでは使用する冷媒の量が異なるため、この構成のように、強制循環サイクルでの使用に適した膨張弁と、自然循環サイクルでの使用に適した冷媒流量制御弁を使い分けるようにすれば、冷媒量を調整する精度を高めることができる。

また、上記した空気調和装置は、次のような運転の制御を行うと好適である。
即ち、上記した空気調和装置において、前記補助室外熱交換器に対して冷房運転時における冷媒の流れの下流側に設けられた第１電磁弁および上流側に設けられた第２電磁弁と、冷房運転時における前記補助室外熱交換器の冷媒の出口での冷媒圧力を検出する圧力センサと、冷房運転時における前記補助室外熱交換器の冷媒の入口での冷媒温度を検出する温度センサと、前記圧力センサおよび前記温度センサの入力に基づき運転の制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記自然循環サイクルから前記強制循環サイクルに運転が切り替わると、前記補助室外熱交換器に前記余剰冷媒を貯留するための冷媒貯留運転を実行し、前記冷媒貯留運転では、前記制御装置は、まず、前記第１電磁弁を閉じ、次いで、所定時間経過した後に前記圧力センサと前記温度センサの入力に基づいて前記補助室外熱交換器内の冷媒の状態を判断し、その判断結果に応じて前記第２電磁弁を閉じるよう制御することが好ましい。

また、上記構成において、前記熱源側の熱搬送媒体としての外気を前記室外熱交換器へ送風する室外ファンを備え、前記制御装置は、前記冷媒貯留運転中における前記室外ファンの回転数を増加させるよう制御することが好ましい。

また、上記構成において、前記制御装置は、前記冷媒貯留運転が終了した後に、前記強制循環サイクルでの冷媒量が不足していると判断した場合には、前記第１電磁弁の開度を調整して前記補助室外熱交換器内に貯留されている前記余剰冷媒を前記強制循環サイクル内に放出する冷媒量調整運転を実行することが好ましい。

また、上記構成において、前記制御装置は、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、前記補助室外熱交換器に貯留されている前記余剰冷媒を放出し、且つ、前記圧縮機に液相状態の冷媒が流入しないように前記膨張弁の開度を調節し、その後、前記圧縮機を停止して、前記自然循環サイクルへ切替えるよう制御することが好ましい。

また、上記構成において、前記制御装置は、運転モードとして、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内温度よりも第１の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える自然循環優先モードと、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも第２の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える通常モードとを備えることが好ましい。

また、上記構成において、前記制御装置は、前記強制循環サイクルでの運転時に室外温度が室内設定温度よりも第１の所定値以上低くなった場合に、所定の信号を表示又は発信し、前記所定の信号の表示又は発信から所定時間経過後で、前記室外温度が前記室内設定温度よりも第２の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに切替えるように制御することが好ましい。

また、上記構成において、前記制御装置は、運転モードとして、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える自動切替モードと、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、所定の信号を表示又は発信するお知らせモードとを備えることが好ましい。

また、上記構成において、前記制御装置は、運転開始時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低い場合、前記強制循環サイクルを所定時間行った後に、前記自然循環サイクルに切替えるよう制御することが好ましい。

本発明によれば、自然循環サイクルでは室外熱交換器と補助室外熱交換器を凝縮器として使用できるうえ、強制循環サイクルでは室外熱交換器のみを凝縮器として使用できるので、それぞれの運転において、好適な伝熱面積を確保することができる。よって、熱交換の効率が向上し、運転効率も高まる。また、強制循環サイクルでは不使用となる補助室外熱交換器に余剰冷媒を貯留できるため、従来のように別個に余剰冷媒を貯留するための容器を設ける必要がない。そのため、装置の小型化、低コスト化を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態例に係る空気調和装置の系統図である。 図１に示す空気調和装置の強制循環サイクルによる冷房運転時の冷媒の流れを示した図である。 図１に示す空気調和装置の自然循環サイクルによる冷房運転時の冷媒の流れを示した図である。 図１に示す空気調和装置において自然循環サイクルでの運転が可能な時期の一例を示す図である。 図１に示す空気調和装置において自然循環サイクルから強制循環サイクルに運転を切替える場合の制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す空気調和装置において自然循環サイクルから強制循環サイクルに運転を切替える場合の制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す空気調和装置において自然循環サイクルから強制循環サイクルに運転を切替える場合の制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す空気調和装置において自然循環サイクルから強制循環サイクルに運転を切替える場合の制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す空気調和装置において強制循環サイクルから自然循環サイクルに運転を切替える場合の制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す空気調和装置において強制循環サイクルから自然循環サイクルに運転を切替える場合の制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す空気調和装置が行う自然循環優先モードと通常モードの制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す空気調和装置において強制循環サイクルから自然循環サイクルへの運転が可能であることを報知するための制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す空気調和装置が行う自動切替モードとお知らせモードの制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す空気調和装置において強制循環サイクルから自然循環サイクルに運転を切替える場合の制御処理であって、図９とは異なる制御処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す室外熱交換器の変形例１の詳細を示す図である。 図１に示す室外熱交換器の変形例２の詳細を示す図である。 本発明の第２の実施の形態例に係る空気調和装置の系統図である。 本発明の第３の実施の形態例に係る空気調和装置の系統図である。

［本発明の第１の実施形態］
本発明の第１の実施の形態例に係る空気調和装置は、図１に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機２１と、冷媒の流路を切替える四方弁２２と、室外熱交換器２３と、補助室外熱交換器２４と、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４に対して大気を送風する室外ファン２３ａと、冷媒を減圧する膨張弁２６と、冷媒の流量を制御する冷媒流量制御弁２７と、室内熱交換器（利用側熱交換器）２８と、室内熱交換器２８に対して室内空気を送風する室内ファン２８ａと、電磁弁１４，１５と、二方弁１１，１２と、バイパス弁１３とを備えて構成されている。これらの各機器、弁等は、冷媒配管によって環状に接続されている。

圧縮機２１は、容量制御が可能な可変容量型の圧縮機である。このような圧縮機としては、ピストン式、ロータリー式、スクロール式、スクリュー式、遠心式のものを採用可能である。具体的には、圧縮機２１は、スクロール式の圧縮機であり、インバータ制御により容量制御が可能で、低速から高速まで回転速度が可変である。

室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４は、室外ファン２３ａから送風される熱源側の熱搬送媒体としての大気と各熱交換器２３，２４内を流れる冷媒との間で熱交換を行うものであり、例えばフィンチューブ式のものが用いられている。補助室外熱交換器２４は、室外熱交換器２３に対して並列に接続されており、補助室外熱交換器２４の前後（冷房運転時における冷媒の流れの上流側と下流側）に設けられた電磁弁１４，１５を開閉することにより、冷媒を、室外熱交換器２３のみに流す場合と、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４の両方に流す場合とに切替えることができるようになっている。

また、圧縮機２１をバイパスするためのバイパス配管（第１バイパス配管）３１が設けられており、このバイパス配管３１には二方弁であるバイパス弁１３が取り付けられている。そのため、圧縮機２１の前後に設けられた二方弁１１，１２とバイパス弁１３の開閉を制御することにより、冷媒が流れる流路が、圧縮機２１を経由する場合と、圧縮機２１をバイパスする場合とに切替えることができるようになっている。

さらに、膨張弁２６をバイパスするバイパス配管（第２バイパス配管）３２が設けられており、このバイパス配管３２には、冷媒流量制御弁２７が取り付けられている。つまり、膨張弁２６と冷媒流量制御弁２７とは並列に接続されている。よって、膨張弁２６と冷媒流量制御弁２７の開閉を制御することにより、冷媒を膨張弁２６と冷媒流量制御弁２７とに選択的に流すことができる。

また、室内熱交換器２８は、室内ファン２８ａから送風される利用側の熱搬送媒体としての室内空気と室内熱交換器２８内を流れる冷媒との間で熱交換を行うものであり、例えばフィンチューブ式のものが用いられている。

そして、室外熱交換器２３の冷房運転時の冷媒の入口近傍の位置には圧力センサＰ１が設けられ、補助室外熱交換器２４の冷房運転時の冷媒の出口近傍の位置には圧力センサＰ２が設けられている。また、室外熱交換器２３の冷房運転時の冷媒の出口近傍の位置には温度センサＴ１が設けられ、補助室外熱交換器２４の冷房運転時の冷媒の入口近傍の位置には温度センサＴ２が設けられている。これらの各センサは、制御装置１ａと電気的に接続されており、制御装置は各センサからの信号の入力に基づいて、各種運転の制御を行っている。なお、図示しないが外気温度（室外温度）を検知するための温度センサ、室内温度を検知するための温度センサ等も第１の実施の形態例に係る空気調和装置には設けられている。

ここで、第１の実施の形態例では、圧縮機２１、四方弁２２、室外熱交換器２３、補助室外熱交換器２４、室外ファン２３ａ、膨張弁２６、冷媒流量制御弁２７、電磁弁１４，１５、および二方弁１１，１２，１３が１つの室外ユニット１になっている。これに対して、室内熱交換器２８および室内ファン２８ａが１つの室内ユニット２になっている。室内ユニット２は室内に設置されるが、室外ユニット１は住宅の屋根に設置されている。これは、自然循環サイクルによる運転を可能とするためには、室内熱交換器２８は、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４より低い位置に設置されている必要があるからである。つまり、室外ユニット１と室内ユニット２とは高低差を設けなければならない理由により、第１の実施の形態例では、室外ユニット１を住宅の屋根に設置しているのである。

また、第１の実施の形態例に係る空気調和装置は、冷媒が、圧縮機２１、室外熱交換器２３、膨張弁２６、室内熱交換器２８との間で循環する強制循環サイクルと、冷媒が、室外熱交換器２３、補助室外熱交換器２４、冷媒流量制御弁２７、室内熱交換器２８との間で密度差により自然循環する自然循環サイクルとによる運転の切替えが可能となっている。そのため、夏季には強制循環サイクルによる冷房運転を行い、中間期には、自然循環サイクルによる冷却運転を行うことができる。なお、空気調和装置の冷媒回路内を循環する冷媒としては、例えば、Ｒ４１０ａ、Ｒ１３４ａ、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、ＣＯ２を用いることができる。

続いて、強制循環サイクルによる冷房運転について図２を参照し、自然循環サイクルによる冷房運転について図３を参照してそれぞれ説明するが、図２および図３において、矢印は冷媒の流れる方向を示し、黒色に塗られた弁は閉状態を示し、白色に塗られた弁は開状態を示し、点線で描かれた機器は、その図に示す運転において不使用であることを示している。

強制循環サイクルによる冷房運転では、図２に示すように、二方弁１１，１２が開、バイパス弁１３が閉、電磁弁１４，１５が閉、膨張弁２６が開、冷媒流量制御弁２７が閉となっている。圧縮機２１の吐出口より吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２２、二方弁１２を順に通って、室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３内を流れる高温高圧のガス冷媒は、大気へ放熱して凝縮し、液化する。この液化した高圧の冷媒は、所定の開度に調節された膨張弁２６で減圧、膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器２８に流入する。室内熱交換器２８内を流れる気液二相冷媒は、室内空気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、二方弁１１、四方弁２２を順に通って、圧縮機２１の吸込口に流入し、圧縮機２１により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。この強制循環サイクルによる冷房運転では、室外熱交換器２３が凝縮器として機能し、室内熱交換器２８が蒸発器として機能する。なお、強制循環サイクルによる冷房運転では、補助室外熱交換器２４の内部に余剰冷媒が貯留されているが、この点についての詳細は後述する。

これに対して、自然循環サイクルによる運転では、図３に示すように、二方弁１１，１２が閉、バイパス弁１３が開、電磁弁１４，１５が開、膨張弁２６が閉、冷媒流量制御弁２７が開となっている。室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４内の冷媒は、外気へ放熱して凝縮し、液化する。密度の大きい液冷媒は、重力の影響を受けて下降していき、冷媒流量制御弁２７を通り、室内熱交換器２８を流れる間に室内空気から吸熱して蒸発し、ガス化する。このとき、冷媒の密度差による圧力勾配ができるため、蒸発した冷媒は、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４に向かって流れていく。この自然循環サイクルによる冷房運転では、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４が凝縮器として機能し、室内熱交換器２８が蒸発器として機能している。

このように、第１の実施の形態例に係る空気調和装置では、強制循環サイクルでは凝縮器として室外熱交換器２３のみを使用し、自然循環サイクルでは、凝縮器として室外熱交換器２３および補助室外熱交換器を使用する構成となっているので、各サイクルで好適な伝熱面積が確保され、好適な運転性能を発揮することができるのである。

なお、あくまで参考であるが、強制循環サイクルによる冷房運転の時期は、例えば図４に示すように、外気温度が２０℃以上になる時期であり、自然循環サイクルによる冷房運転の時期は、外気温度が２０℃を下回る時期であり、特に、４月、５月、９月、１０月頃である。

また、第１の実施の形態例に係る空気調和装置では、四方弁２２を切替えて強制循環サイクルによる冷媒の流れを冷房運転と逆にすることにより、暖房運転を行うことができる。暖房運転では、室内熱交換器２８が凝縮器として機能し、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４は蒸発器として機能するが、このこと自体は公知であるため、ここでの説明は省略する。なお、以下の説明において、強制循環サイクルによる冷房運転のことを単に強制循環運転といい、自然循環サイクルによる冷房運転のことを単に自然循環運転という場合がある。

次に、自然循環サイクルから強制循環サイクルに切り替えて冷房運転を行う場合の制御について説明する。強制循環サイクルによる冷房運転で必要な冷媒量は、自然循環サイクルによる冷房運転で必要な冷媒量に比べて少なくて済むので、自然循環サイクルから強制循環サイクルに運転を切り替える際には、余剰の冷媒量を補助室外熱交換器２４に貯留するように運転の制御が行われる。

図５に示すように、まず、空気調和装置の制御装置１ａは、自然循環運転中に、運転切替条件が成立しているか否かを検出する（ステップＳ１）。次いで、ステップＳ２にて、制御装置１ａは、強制循環運転が必要であるか否かを判断する。ステップＳ２でＮｏの場合には、そのまま自然循環運転を継続する。一方、ステップＳ２でＹｅｓの場合には、ステップＳ３に進んで、制御装置１ａは運転モード切替指令を出力する。そして、ステップＳ４にて、制御装置１ａは、強制循環運転への切替操作を行う。なお、このステップＳ４の詳細については、後述する。次いで、ステップＳ５に進み、制御装置１ａは、補助室外熱交換器２４に冷媒を貯留するための運転（以下、「冷媒貯留運転」という）の指令を出力する。そして、ステップＳ６において、補助室外熱交換器２４に冷媒を貯留するための運転が行われる。なお、ステップＳ６における運転の詳細は後ほど説明する。

続いて、ステップＳ４で行われる運転切替えの操作の手順について説明する。まず、運転を自然循環サイクルから強制循環サイクルに切替える際には、図５に示すように、制御装置１ａは、冷媒流量調整弁２７を閉（ステップＳ１１）、バイパス弁１３を閉（ステップＳ１２）、二方弁１２を開（ステップＳ１３）とした後に圧縮機２１を起動（ステップＳ１４）し、二方弁１１を開（ステップＳ１５）、そして、膨張弁２６の開度を調整して流量制御を行う（ステップＳ１６）。このような切替操作を行うことで、膨張弁２６、室内熱交換器２８、二方弁１１までの冷媒回路内に残留した冷媒量を低減し、圧縮機２１の起動時に液冷媒を吸い込むことを防止する。

次に、ステップＳ６で行われる冷媒貯留運転の手順について説明する。図６に示すように、制御装置１ａは、まず、補助室外熱交換器２４の冷房運転時における冷媒の出口側（下流側）に設けられた電磁弁（第１電磁弁）１５を閉（ステップＳ２１）とし、補助室外熱交換器２４に液冷媒が貯留すると考えられる一定時間（Δｔ）が経過したか否かを判断する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２でＹｅｓの場合、即ち、一定時間が経過した場合、制御装置１ａは、ステップＳ２３に進み、冷媒の状態を計測する。具体的には、制御装置１ａが、圧力センサＰ２の入力に基づいて飽和温度Ｔsatを算出し、この飽和温度Ｔsatと温度センサＴ２の入力とに基づいて冷媒の過冷却度ΔＴsub（ΔＴsub＝Ｔsat−Ｔ２）を算出する。なお、制御装置１ａには、圧力に応じて予め定められた飽和温度Ｔsatのデータテーブルが格納されており、このデータテーブルを参照して、制御装置１ａは圧力センサＰ２の値に対応する飽和温度Ｔsatを算出している。そして、冷媒の過冷却度ΔＴsubが設定範囲内であるか否かを制御装置１ａはステップＳ２４にて判断する。ステップＳ２４でＹｅｓの場合には、ステップＳ２９に進み、補助室外熱交換器２４に所定量の液冷媒が貯留されているとみなして補助室外熱交換器２４の冷房運転時における冷媒の入口側（上流側）に設けられた電磁弁（第２電磁弁）１４を閉として冷媒貯留運転を終了する。

一方、ステップＳ２４でＮｏの場合、即ち、冷媒の過冷却度ΔＴsubが設定範囲外であった場合は、制御装置１ａは、膨張弁２６の開度を変更（ステップＳ２５）し、圧縮機２１の回転数を変更（ステップＳ２６）して、再度、冷媒の状態を計測する（ステップＳ２７）。次いで、ステップＳ２８に進んで、制御装置１ａは、過冷却度ΔＴsubが設定範囲以上であるか否かを判断する。設定範囲以上（ステップＳ２８でＹｅｓ）であれば、ステップＳ２９に進んで、電磁弁１４を閉として冷媒貯留運転を終了する。なお、ステップＳ２８でＮｏの場合には、ステップＳ２５に戻り、ステップＳ２８でＹｅｓとなるまで、ステップＳ２５からステップＳ２８の処理を繰り返し行う。

このような手順で冷媒貯留運転を行うことで、強制循環差サイクルの運転時に適した冷媒封入量で運転を開始することが出来る。しかも、余剰冷媒は強制循環サイクル時に不使用の補助室外熱交換器２４に貯留されるので、別個に冷媒を貯留するための容器等は不要である。よって、装置の小型化、低コスト化を実現できる。加えて、圧力センサと温度センサによって、冷媒の貯留量を調整することができるため、装置を簡素化することもできる。

また、第１の実施の形態例に係る空気調和装置では、上記した冷媒貯留運転に加えて、補助室外熱交換器２４に冷媒を貯留する速度を速めるための冷媒貯留短縮運転を備えている。図７に示す冷媒貯留短縮運転では、まず、制御装置１ａは、室外ファン２３ａの回転数を増加（ステップＳ３１）させ、その後、補助室外熱交換器２４の冷房運転時における冷媒の出口側に設けられた電磁弁１５を閉（ステップＳ３２）とし、補助室外熱交換器２４に液冷媒が貯留すると考えられる一定時間（Δｔ）が経過したか否かを判断する（ステップＳ３３）。ステップＳ３３でＹｅｓの場合、即ち、一定時間が経過した場合、制御装置１ａは、ステップＳ３４に進み、冷媒の状態を計測する。具体的には、制御装置１ａが、圧力センサＰ２の入力に基づいて飽和温度Ｔsatを算出し、この飽和温度Ｔsatと温度センサＴ２の入力とに基づいて冷媒の過冷却度ΔＴsub（ΔＴsub＝Ｔsat−Ｔ２）を算出する。そして、冷媒の過冷却度ΔＴsubが設定範囲内であるか否かを制御装置１ａはステップＳ３５にて判断する。ステップＳ３５でＹｅｓの場合には、ステップＳ４０に進み、補助室外熱交換器２４に所定量の液冷媒が貯留されているとみなして補助室外熱交換器２４の冷房運転時における冷媒の入口側に設けられた電磁弁１４を閉とし、次いで、ステップＳ４１で室外ファン２３ａの回転数を規定値に変更した後に冷媒貯留短縮運転を終了する。

一方、ステップＳ３５でＮｏの場合、即ち、冷媒の過冷却度ΔＴsubが設定範囲外であった場合は、制御装置１ａは、膨張弁２６の開度を変更（ステップＳ３６）し、圧縮機２１の回転数を変更（ステップＳ３７）して、再度、冷媒の状態を計測する（ステップＳ３８）。次いで、ステップＳ３９に進んで、制御装置１ａは、過冷却度ΔＴsubが設定範囲以上であるか否かを判断する。設定範囲以上（ステップＳ３９でＹｅｓ）であれば、ステップＳ４０に進んで、電磁弁１４を閉とし、次いで、ステップＳ４１で室外ファン２３ａの回転数を規定値に変更した後に冷媒貯留短縮運転を終了する。なお、ステップＳ３９でＮｏの場合には、ステップＳ３６に戻り、ステップＳ３９でＹｅｓとなるまで、ステップＳ３６からステップＳ３９の処理を繰り返し行う。このように、冷媒貯留短縮運転によれば、冷媒貯留運転の開始時に室外ファン２３ａの回転数を増加させることで、補助室外熱交換器２４における冷媒の凝縮化が促進されるから、補助室外熱交換器２４へ所定量の冷媒を貯留するまでの時間を短くすることが可能となる。

さらに、第１の実施の形態例に係る空気調和装置は、強制循環サイクルによる冷房運転中に冷媒量が不足した場合であっても、冷媒量を調整しながら運転を行うことができる冷媒量調整運転を備えている。この冷媒量調整運転について、図８を参照しながら説明する。まず、空気調和装置の制御装置１ａは、自然循環運転中に、運転切替条件が成立しているか否かを検出する（ステップＳ５１）。次いで、ステップＳ５２にて、制御装置１ａは、強制循環運転が必要であるか否かを判断する。ステップＳ５２でＮｏの場合には、そのまま自然循環運転を継続する。一方、ステップＳ５２でＹｅｓの場合には、ステップＳ５３に進んで、制御装置１ａは運転モード切替指令を出力する。そして、ステップＳ５４にて、制御装置１ａは、強制循環運転への切替操作を行う。このステップＳ５４の詳細は、図５のステップＳ４と同じであるため、ここでの説明は省略する。次いで、ステップＳ５５に進み、制御装置１ａは、冷媒貯留運転を行う。なお、このステップＳ５５で行われる処理は、図５のステップＳ６の処理と同じであるため、ここでの説明は省略する。次いで、冷媒貯留運転が行われた後に、制御装置１ａは、ステップＳ５６にて強制循環サイクルによる冷房運転を行う。そして、次のステップＳ５７において、冷媒量調整運転に係る処理が行われる。

この冷媒量調整運転に係る処理では、まず、制御装置１ａは、ステップＳ６１において、強制循環サイクルの状態を検出する。次いで、ステップＳ６２に進み、制御装置１ａは、サイクルの状態が規定範囲外であるか否かを判断する。ステップＳ６２でＹｅｓの場合には、ステップＳ６３に進み、冷媒量が不足しているか否かを制御装置１ａは判断する。ステップＳ６３において冷媒不足と判定された場合（ステップＳ６３でＹｅｓ）はステップＳ６４に進み、制御装置１ａは、放出する冷媒量を演算する。次いで、ステップＳ６５に進み、制御装置１ａは冷媒放出指令を出力する。次いで、ステップＳ６６に進み、制御装置１ａは、電磁弁１５の開度％と開時間Δｔoを設定して冷媒を微量放出する。電磁弁１５の開度と開時間は、圧力センサＰ１，Ｐ２および温度センサＴ２の入力に基づいて、制御装置１ａが演算する。そして、ステップＳ６７に進み、制御装置１ａは電磁弁１５を閉として処理を終了する。なお、ステップＳ６２でＮｏの場合、およびステップＳ６３でＮｏの場合には、冷媒量調整運転に係る処理は終了となる。

このように、強制循環サイクルによる冷房運転時に適正な冷媒封入量で運転を行うことで、強制循環サイクル時の圧縮機２１の入力を低減することが可能となり、年間を通じて空気調和装置の消費エネルギ削減に効果がある。

ここで、この冷媒量調整運転において特筆すべき点は、はじめに冷媒を大量に補助室外熱交換器２４に貯留し、その後、必要量を放出することで冷媒封入量の微調整を行っている点にある。これは、補助室外熱交換器２４に貯留する冷媒の圧力は膨張弁２６や室内熱交換器２８にある冷媒に比べて高圧となるので、補助室外熱交換器２４に冷媒を少しずつ貯留することは困難であるため、はじめに大量の冷媒を貯留し、不足分を少しずつ補助室外熱交換器２４から放出するような手順としているのである。

ここまで、自然循環サイクルから強制循環サイクルへの運転の切替えの際の制御について説明してきたが、ここから強制循環サイクルから自然循環サイクルへの運転の切替えにおける制御について説明することにする。強制循環サイクルによる冷房運転から自然循環サイクルによる冷房運転に切り替える際には、図９に示すように、まず、ステップＳ７１において、制御装置１ａは、運転切替条件の検出を行う。次いで、ステップＳ７２に進み、制御装置１ａは、ステップＳ７１で検出した条件に基づいて、自然循環運転が可能であるか否かを判断する。ステップＳ７２でＹｅｓの場合には、ステップＳ７３に進んで、制御装置１ａは、運転モード切替指令を出力する。次いで、ステップＳ７４に進み、制御装置１ａは、自然循環運転への切替操作を行うことにより、自然循環運転による冷房運転が行われる。一方、ステップＳ７２でＮｏの場合には、強制循環運転による冷房運転が維持される。

次に、ステップＳ７４で行われる自然循環運転への切替操作の詳細について説明する。自然循環運転への切替操作では、まず、ステップＳ８１において、制御処置１ａは、冷媒流量制御弁２７を閉じる。次いで、制御装置１ａは、二方弁１１を閉じ（ステップＳ８２）、二方弁１２を閉じ（ステップＳ８３）、圧縮機２１を停止（ステップＳ８４）する。そして、補助室外熱交換器２４から冷媒を回路内に放出するための運転（以下、「冷媒放出運転」という）を行う（ステップＳ８５）。なお、このステップＳ８５で行う冷媒放出運転についての詳細は後述する。次いで、制御装置１ａは、バイパス弁１３を開け（ステップＳ８６）、冷媒流量制御弁２７の開度を調整して流量制御を行う（ステップＳ８７）。

次に、ステップＳ８５で行われる冷媒放出運転の制御の詳細について図１０を用いて説明する。冷媒放出運転では、まず、制御装置１ａは、ステップＳ９１において電磁弁１５の開度の変更指令を出力する。具体的には、制御装置１ａは、電磁弁１５の開度％と開時間Δｔoを出力する。これにより、補助室外熱交換器２４に貯留されている液冷媒が回路内に徐々に放出される。次いで、ステップＳ９２に進み、制御装置時間Δｔが経過したか否かを制御装置１ａは判断する。ステップＳ９２でＹｅｓの場合には、ステップＳ９３に進み、制御装置１ａは、圧力センサＰ２とＰ１からの入力に基づいて、圧力差ΔＰを算出する。次いで、ステップＳ９４に進み、制御装置１ａは、圧力差ΔＰが規定値であるか否かを判断する。圧力差ΔＰが規定値である場合（ステップＳ９４でＹｅｓ）には、ステップＳ９５に進み、制御装置１ａは電磁弁１４を開にする。一方、ステップＳ９４でＮｏの場合には、ステップＳ９１に戻る。なお、ステップＳ９２でＮｏの場合には、ステップＳ９２の手前に戻る。

このように、自然循環サイクルによる運転に切り替える前に、即ち、ステップＳ７４の段階で、圧縮機２１を停止して冷媒放出運転を行うように制御することにより、二方弁１１、二方弁１２で切り離された圧縮機２１と四方弁２２を含む冷媒回路内に残留する冷媒量を極力少なくし、自然循環運転に寄与する冷媒量を確保することが出来る。また、冷媒流量制御弁２７の制御により、蒸発器として機能する室内熱交換器２８の入口側に冷媒液柱を形成することができるので、自然循環サイクルが起動しやすくなる。

さらに、第１の実施の形態例に係る空気調和装置は、強制循環運転時に自然循環運転への切替条件を満たした時に、所定の内外温度差ＰＳ１で自然循環運転を開始するモードＡ（自然循環優先モード）と、モードＡよりも大きい内外温度差ＰＳ２で自然循環を開始するモードＢ（通常モード）の２つのモードを備えている。以下、モードＡが選択された場合の運転の制御と、モードＢが選択された場合の運転の制御について、図１１を参照しながら説明する。なお、図１１において、Ｔ_ＯＡは室外温度、Ｔ_ＲＭは室内温度、Ｔ_ＲＰＳは室内設定温度、ＰＳ１は第１の所定値、ＰＳ２は第２の所定値である。ただし、ＰＳ１＜ＰＳ２である。

まず、強制循環運転時が行われている間に、制御装置１ａは、自然循環運転への切替条件を検出し（ステップＳ１０１）、次いで、モード選択状態を検出する（ステップＳ１０２）。次いで、ステップＳ１０３に進み、制御装置１ａは、選択されたモードがモードＡであるか否かを判断する。モードＡであれば、即ち、ステップＳ１０３でＹｅｓであれば、ステップＳ１０４に進み、制御装置１ａは、室外温度Ｔ_ＯＡが室内温度Ｔ_ＲＭと第１の所定値ＰＳ１との差以下であるか否かを判断する。つまり、ステップＳ１０４では、室内と室外の温度差と所定値ＰＳ１との大小が比較されている。そして、ステップＳ１０４でＹｅｓの場合には、ステップＳ１０５に進んで、制御装置１ａは自然循環運転の切替指令を出力し、次いで、ステップＳ１０６にて自然循環運転への切替操作を行って自然循環運転へと運転が切り替わる。なお、このステップＳ１０６における操作は、図９に示すステップＳ７４の操作と同様である。一方、ステップＳ１０４でＮｏの場合には、強制循環運転が継続される。

また、ステップＳ１０３でＮｏの場合は、ステップＳ１０７に進み、制御装置１ａは、選択されたモードがモードＢであるか否かを判断する。モードＢであれば、即ち、ステップＳ１０７でＹｅｓであれば、ステップＳ１０８に進み、制御装置１ａは、室外温度Ｔ_ＯＡが室内設定温度Ｔ_ＲＰＳと第２の所定値ＰＳ２との差以下であるか否かを判断する。つまり、ステップＳ１０８では、室内設定温度と室外温度の温度差と所定値ＰＳ２との大小が比較されている。そして、ステップＳ１０８でＹｅｓの場合には、ステップＳ１０５に進んで、制御装置１ａは自然循環運転の切替指令を出力し、次いで、ステップＳ１０６にて自然循環運転への切替操作を行って自然循環運転へと運転が切り替わる。一方、ステップＳ１０７でＮｏの場合、およびステップＳ１０８でＮｏの場合には、強制循環運転が継続される。

このように、第１の実施の形態例に係る空気調和装置では、モードＡ，Ｂを備えているので、ユーザーが冷房運転時に、自然循環運転を優先するか、あるいは強制循環運転を優先するかを選択することができる。よって、省エネ性と快適性の両立をはかることが出来る。なお、これらのモードはユーザーのニーズに合せて適宜設定することができる。例えば、夜間就寝時等に外気温が低下した場合には、自動的に自然循環サイクルを優先するようなモードを設定することもできる。

さらに、第１の実施の形態例に係る空気調和装置は、強制循環運転時に自然循環運転への切り替えが可能であることをユーザーに報知する機能を備えている。以下、その報知に関する制御について、図１２を参照しながら説明する。なお、図１２において、Ｔ_ＯＡは室外温度、Ｔ_ＲＰＳは室内設定温度、ＰＳ１は第１の所定値、ＰＳ２は第２の所定値である。

まず、強制循環運転時が行われている間に、制御装置１ａは、自然循環運転への切替条件１を検出し（ステップＳ１１１）、次いで、ステップＳ１１２において、制御装置１ａは、室外温度Ｔ_ＯＡが室内設定温度Ｔ_ＲＰＳと第１の所定値ＰＳ１との差以下であるか否かを判断する。つまり、ステップＳ１１２では、室内設定温度と室外温度の温度差と所定値ＰＳ１との大小が比較されている。そして、ステップＳ１１２でＹｅｓの場合には、ステップＳ１１３に進み、制御装置１ａは、自然循環運転への切り替えが可能である旨の信号を発信する。この信号を受けた空気調和装置の表示部（図示せず）には、自然循環運転に切り替えることができる旨のメッセージが表示され、スピーカ（図示せず）からは、自然循環運転に切り替えることができる旨がアナウンスされる。ユーザーは、この報知によって自然循環運転に切り替えることができることを知る。

次いで、ステップＳ１１４に進み、制御装置１ａは時間Δｔが経過したか否かを判断する。時間Δｔが経過している場合（ステップＳ１１４でＹｅｓの場合）には、ステップＳ１１５に進み、制御装置１ａは、自然循環運転への切替条件２を検出する。次いで、ステップＳ１１６において、制御装置１ａは、室外温度Ｔ_ＯＡが室内設定温度Ｔ_ＲＰＳと第２の所定値ＰＳ２との差以下であるか否かを判断する。つまり、ステップＳ１１６では、室内設定温度と室外温度の温度差と所定値ＰＳ２との大小が比較されている。そして、ステップＳ１１６でＹｅｓの場合には、ステップＳ１１７に進んで、制御装置１ａは自然循環運転の切替指令を出力し、次いで、ステップＳ１１８にて自然循環運転への切替操作を行って自然循環運転へと運転が切り替わる。なお、このステップＳ１１８における操作は、図９に示すステップＳ７４の操作と同様である。

一方、ステップＳ１１２でＮｏの場合には、強制循環運転が継続される。また、ステップＳ１１４でＮｏの場合には、ステップＳ１１４の手前に戻り、ステップＳ１１６でＮｏの場合には、ステップＳ１１２の手前に戻る。

このように、第１の実施の形態例に係る空気調和装置では、自然循環運転への切替えが可能であることが報知されるため、ユーザーは、その報知により、冷房運転時に外気温度が室内温度より低いことを知ることができ、そのまま自然循環運転による空調を行うか、あるいは、空気調和装置の運転を一時停止して窓を開けるかを自身で選択することができる。

さらに、第１の実施の形態例に係る空気調和装置は、自然循環運転への切り替えが可能であることを通知した後に、ユーザーからの自然循環への切り替え指令をもって自然循環運転へ切り替えるモードＣ（お知らせモード）と、強制循環運転時に自然循環運転への切り替え条件を満たした時に、自動で自然循環に切り替わるモードＤ（自動切替モード）との２つのモードを備えている。以下、モードＣが選択された場合と、モードＤが選択された場合の運転の制御について、図１３を参照しながら説明する。なお、図１３において、Ｔ_ＯＡは室外温度、Ｔ_ＲＰＳは室内設定温度、ＰＳは所定値である。

まず、強制循環運転時が行われている間に、制御装置１ａは、自然循環運転への切替条件を検出し（ステップＳ１２１）、室外温度Ｔ_ＯＡが室内設定温度Ｔ_ＲＰＳと所定値ＰＳとの差以下であるか否かを判断する（ステップＳ１２２）。つまり、このステップＳ１２２では、室内設定温度と室外温度の温度差と所定値ＰＳとの大小が比較されている。次いで、ステップＳ１２３にて、制御装置１ａは、モード選択状態を検出する。次いで、ステップＳ１２４に進み、制御装置１ａは、選択されたモードがモードＤであるか否かを判断する。モードＤであれば、即ち、ステップＳ１２４でＹｅｓであれば、ステップＳ１２５に進み、制御装置１ａは、自然循環運転の切替指令を出力し、次いで、ステップＳ１２６にて自然循環運転への切替操作を行って自然循環運転へと運転が切り替わる。なお、このステップＳ１２６における操作は、図９に示すステップＳ７４の操作と同様である。

一方、ステップＳ１２４でＮｏの場合には、ステップＳ１２７においてモードＣであることが確認され、次のステップＳ１２８において、制御装置１ａは、自然循環運転への切り替えが可能である旨の信号を発信する。この信号を受けた空気調和装置の表示部（図示せず）には、自然循環運転に切り替えることができる旨のメッセージが表示され、スピーカ（図示せず）からは、自然循環運転に切り替えることができる旨がアナウンスされる。ユーザーは、この報知によって自然循環運転に切り替えることができることを知る。

そして、次のステップＳ１２９において、制御装置１ａはユーザーから自然循環運転への切替指令がなされたか否かを判断する。ステップＳ１２９でＹｅｓの場合には、ステップＳ１２５、ステップＳ１２６と順に進み、自然循環運転に切り替わる。一方、ステップＳ１２９でＮｏの場合には、強制循環運転が継続される。また、ステップＳ１２２でＮｏの場合にも強制循環運転が継続される。

このように、モードＣとモードＤを備えることにより、ユーザーの好みに応じて、強制循環運転から自然循環運転へと運転を切替えることができる。よって、省エネ性と快適性の両立を図ることができる。

さらに、第１の実施の形態例に係る空気調和装置は、所定の運転条件を満たし、自然循環運転が可能な場合に、強制循環運転を一定時間行った後に自動で自然循環運転に切り替える快適運転モードを備えている。以下、この快適運転モードにおける運転の制御について、図１４を参照しながら説明する。なお、図１４において、Ｔ_ＯＡは室外温度、Ｔ_ＲＰＳは室内設定温度、ＰＳは所定値である。

まず、強制循環運転時が行われている間に、制御装置１ａは、自然循環運転への切替条件を検出し（ステップＳ１３１）、室外温度Ｔ_ＯＡが室内設定温度Ｔ_ＲＰＳより低く、かつ、所定値ＰＳが室内設定温度Ｔ_ＲＰＳと室外温度Ｔ_ＯＡとの温度差よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ１３２）。次いで、ステップＳ１３３にて、制御装置１ａは、運転切替モードへ移行指令を出力する。次いで、制御装置１ａは、ステップＳ１３４において、強制循環運転が時間Δｔだけ経過したか否かを判断する。ステップＳ１３４でＹｅｓの場合、ステップＳ１３５に進み、制御装置１ａは、運転状態モード切替指令を出力する。つまり、制御装置１ａは、強制循環運転から自然循環運転へ切替えるための指令を出す。そして、次のステップＳ１３６において、自然循環運転への切替操作が行われて、自然循環運転へと運転が切り替わる。なお、このステップＳ１３６における操作は、図９に示すステップＳ７４の操作と同様である。

一方、ステップＳ１３２でＮｏの場合には、強制循環運転が継続される。また、ステップＳ１３４でＮｏの場合には、ステップＳ１３４の手前に戻って、所定時間Δｔが経過するまで強制循環運転を続ける。

このように、快適運転モードでは、外気条件と室内温度等の諸条件を検出して、自然循環運転が可能な場合であっても、時間Δｔだけ強制循環運転を行った後に自然循環運転に切り替えることで、蒸発器入口側に液冷媒を移動させて液柱を作り、自然循環の起動をスムーズに行うことが出来る。勿論、自然循環サイクルに切替えることで、消費電力の節約となる。さらに、快適運転モードでは、自然循環運転に切替える前に、一定時間の強制循環運転を行うことで室内温度を下げるため、自然循環サイクルに運転を切替えてから、実際に自然循環サイクルによる冷房運転が開始されるまでの時間に室温の上昇によりユーザーが不快感を持つことを防止できる。

[室外熱交換器の変形例１]
次に、第１の実施の形態例に係る空気調和装置に適用可能な室外熱交換器の変形例１について図１５を参照しながら説明する。なお、第１の実施の形態例にて先に説明した構成と同一のものについては、同一の符号を付して、その説明は省略する。変形例１に係る室外熱交換器は、冷房運転時の冷媒の流れの上流側に位置する第１室外熱交換器１２３ａと、下流側に位置する第２室外熱交換器１２３ｂの２つの室外熱交換器を備えている。なお、補助室外熱交換器２４は第１の実施の形態例で用いた構成と同じである。

第１室外熱交換器１２３ａと第２室外熱交換器１２３ｂとは、ティー１３０を介して直列に接続されており、第２室外熱交換器１２３ｂと補助室外熱交換器２４とは、ティー１３０を介して並列に接続されている。よって、補助室外熱交換器２４は、第１室外熱交換器１２３ａに対して下流に位置する。さらに、３つの熱交換器の上下方向の位置関係については、第１室外熱交換器１２３ａが最も上に位置し、第２室外熱交換器１２３ｂがその下側に位置し、補助室外熱交換器２４が最も下に位置する関係となっている。

このように構成された変形例１では、圧縮機２１にて圧縮された高温のガス冷媒は、第１室外熱交換器１２３ａを流れる間に一部凝縮し、気液二相の状態でティー１３０のａ部に流れてくる。気液二相状態の冷媒は、ティー１３０にて第２室外熱交換器１２３ｂと補助室外熱交換器２４とに分岐して流れていくことになるが、第２室外熱交換器１２３ｂの方が補助室外熱交換器２４よりも上側に配置されているので、気液二相状態の冷媒のうち気相の冷媒がティー１３０のｂ部を通って、第２室外熱交換器１２３ｂに流入する。一方、気液二相状態の冷媒のうち液相の冷媒は、ティー１３０のｃ部を通って、補助室外熱交換器２４に流入する。

そして、電磁弁１５を閉じれば、液冷媒を補助室外熱交換器２４に貯留することができる。補助室外熱交換器２４に所定量の冷媒が貯留されたことを確認した後に電磁弁１４を閉じれば、冷媒貯留運転は完了する。なお、冷媒貯留運転の詳細は先に述べた通りであるので、ここでの説明は省略する。

この変形例１によれば、気相の冷媒は第２室外熱交換器１２３ｂに流れ、液相の冷媒は補助室外熱交換器２４に流れるため、自然循環サイクルから強制循環サイクルに運転を切替える時に、補助室外熱交換器２４に液化した冷媒を溜めやすく、切替え時間を短縮することができる。また、強制循環運転から自然循環運転への切り替え時には、補助室外熱交換器２４に貯留した冷媒をサイクル内に放出して冷媒封入量を増加させる必要があるが、補助室外熱交換器２４は、第１室外熱交換器１２３ａより下流に設けられており、かつ、第１室外熱交換器１２３ａおよび第２室外熱交換器１２３ｂより下方に位置しているので、液冷媒が室内熱交換器２８へ速やかに流れて液柱を形成することができるため、自然循環サイクルの駆動を迅速に行うことができる。しかも、冷媒を貯留した補助室外熱交換器２４が、第１室外熱交換器１２３ａおよび第２室外熱交換器１２３ｂよりも低い位置にあるので、冷媒が第１室外熱交換器１２３ａおよび第２室外熱交換器１２３ｂへ逆流することを防止できるといった利点もある。

[室外熱交換器の変形例２]
次に、第１の実施の形態例に係る空気調和装置に適用可能な室外熱交換器の変形例２について図１６を参照しながら説明する。なお、第１の実施の形態例にて説明した構成と同一のものについては、同一の符号を付して、その説明は省略する。変形例２に係る室外熱交換器は、冷房運転時の冷媒の流れの上流側に位置する第１室外熱交換器２２３ａと、下流側に位置する第２室外熱交換器２２３ｂの２つの室外熱交換器を備えている。なお、補助室外熱交換器２４は第１の実施の形態例で用いた構成と同じである。

第１室外熱交換器２２３ａと第２室外熱交換器２２３ｂとは直列に接続されており、さらに、第２室外熱交換器２２３ｂの下流側に補助室外熱交換器２４が直列に接続されている。そして、第２室外熱交換器２２３ｂを流れた冷媒を、補助室外熱交換器２４を経由することなく、補助室外熱交換器２４の出口へ直接導くためのバイパス配管２３１が設けられている。なお、このバイパス配管２３１には電磁弁２３２が設けられている。また、３つの熱交換器の上下方向の位置関係については、第１室外熱交換器２２３ａが最も上に位置し、第２室外熱交換器２２３ｂがその下側に位置し、補助室外熱交換器２４が最も下に位置する関係となっている。

このように構成された変形例２では、圧縮機２１にて圧縮された高温のガス冷媒は、第１室外熱交換器２２３ａ、第２室外熱交換器２２３ｂ、補助室外熱交換器２４を順次流れる間に凝縮して液冷媒となる。そのため、電磁弁１５を閉じれば、液冷媒は補助室外熱交換器２４内に貯留されることとなる。所定量の液冷媒が補助室外熱交換器２４に貯留されたことを確認した後に電磁弁１４を閉じて電磁弁２３２を開ければ、冷媒貯留運転が完了となり、冷媒は補助室外熱交換器２４をバイパスして室内熱交換器２８に向かって流れていく。なお、冷媒貯留運転の詳細は先に述べた通りであるので、ここでの説明は省略する。

この変形例２によれば、強制循環運転から自然循環運転への切り替え時には、補助室外熱交換器２４に貯留した冷媒をサイクル内に放出して冷媒封入量を増加させる必要があるが、補助室外熱交換器２４は、第１室外熱交換器２２３ａおよび第２室外熱交換器２２３ｂより下流側、かつ、下方の位置に設けられているので、液冷媒が室内熱交換器２８へ速やかに流れて液柱を形成することができる。よって、自然循環サイクルの駆動を迅速に行うことができる。しかも、冷媒を貯留した補助室外熱交換器２４が、第１室外熱交換器２２３ａおよび第２室外熱交換器２２３ｂよりも低い位置にあるので、冷媒が第１室外熱交換器２２３ａおよび第２室外熱交換器２２３ｂへ逆流することを防止できるといった利点もある。

［本発明の第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施の形態例に係る空気調和装置について、図１７を参照しながら説明する。第１の実施の形態例では、室内熱交換器２８が室内空気と冷媒との間で熱交換を行う構成であったが、第２の実施の形態例に係る空気調和装置では、室内熱交換器２８が室内空気と冷温水との間で熱交換を行う構成となっている点に特徴がある。そこで、以下の説明は、この特徴部分を中心に行うこととし、第１の実施の形態例と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明は省略することとする。

第２の実施の形態例に係る空気調和装置は、図１７に示すように、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、補助室外熱交換器２４と、室外ファン２３ａと、膨張弁２６と、冷媒流量制御弁２７と、中間熱交換器（利用側熱交換器）３４０と、冷温水循環回路３０８と、この冷温水循環回路３０８と接続される室内熱交換器２８と、室内熱交換器２８に対して室内空気を送風する室内ファン２８ａと、電磁弁１４，１５と、二方弁１１，１２と、バイパス弁１３とを備えて構成されている。なお、室内ユニット３０１には、圧縮機２１、四方弁２２、室外熱交換器２３、補助室外熱交換器２４、室外ファン２３ａ、膨張弁２６、冷媒流量制御弁２７、中間熱交換器３４０、冷温水循環回路３０８、電磁弁１４，１５、二方弁１１，１２、およびバイパス弁１３が組み込まれ、室内ユニット３０２には、室内熱交換器２８および室内ファン２８ａが組み込まれている。

中間熱交換器３４０は、プレート式の熱交換器であり、冷媒と冷温水（詳しくは後述）との間で熱交換が行われるものである。中間熱交換器３４０は、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４よりも低い位置に設置される。これは、自然循環サイクルによる冷房運転を行うためである。なお、第２の実施の形態例では、中間熱交換器３４０が本発明の利用側熱交換器に相当する。

冷温水循環回路３０８は、利用側の熱搬送媒体として水が流れる回路であり、住宅に設置された室内熱交換器２８、循環ポンプ３５１、三方弁３５２、中間熱交換器３４０を配管で順次接続して、環状に形成された回路である。この冷温水循環回路３０８内を流れる水（冷水または温水）は、室内熱交換器２８を介して住宅内の空気と熱交換して、住宅内を冷房または暖房する。室内熱交換器２８の能力調整は、循環ポンプ３５１の回転数、三方弁３５２の開度、室内ファン２８ａの回転数によって制御されている。

なお、冷温水循環回路３０８内を流れる利用側の熱搬送媒体として、水の代わりにエチレングリコールなどのブラインを用いても良い。ブラインを用いると寒冷地でも適用できることは言うまでもない。

ここで、冷温水循環回路３０８を流れる水には、上述したように「冷水」と「温水」があるが、「冷水」とは冷房時に冷温水循環回路３０８を流れる水のことであり、「温水」とは暖房時に冷温水循環回路３０８を流れる水のことである。

また、第２の実施の形態例では、冷温水循環回路３０８を設けているので、自然循環サイクルを形成するために、第１の実施の形態例のように、室内熱交換器２８と室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４との高低差を設ける必要はない。そのため、室外ユニット３０１を、住宅の屋根ではなく、地面に設置するようにしている。

また、第２の実施の形態例に係る空気調和装置は、冷媒が、圧縮機２１、室外熱交換器２３、膨張弁２６、中間熱交換器３４０との間で循環する強制循環サイクルと、冷媒が、室外熱交換器２３、補助室外熱交換器２４、冷媒流量制御弁２７、中間熱交換器３４０との間で密度差により自然循環する自然循環サイクルとによる運転の切替えが可能となっている。そのため、夏季には強制循環サイクルによる冷房運転を行い、中間期には、自然循環サイクルによる冷却運転を行うことができる。なお、空気調和装置の冷媒回路内を循環する冷媒としては、例えば、Ｒ４１０ａ、Ｒ１３４ａ、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、ＣＯ２を用いることができる。

強制循環サイクルによる冷房運転では、二方弁１１，１２が開、バイパス弁１３が閉、電磁弁１４，１５が閉、膨張弁２６が開、冷媒流量制御弁２７が閉となっている。圧縮機２１の吐出口より吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２２、二方弁１２を順に通って、室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３内を流れる高温高圧のガス冷媒は、大気へ放熱して凝縮し、液化する。この液化した高圧の冷媒は、所定の開度に調節された膨張弁２６で減圧、膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、中間熱交換器３４０に流入する。中間熱交換器３４０内を流れる気液二相冷媒は、冷温水循環回路３０８を流れる冷水から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、二方弁１１、四方弁２２を順に通って、圧縮機２１の吸込口に流入し、圧縮機２１により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。この強制循環サイクルによる冷房運転では、室外熱交換器２３が凝縮器として機能し、中間熱交換器３４０が蒸発器として機能する。なお、強制循環サイクルによる冷房運転では、補助室外熱交換器２４の内部に余剰冷媒が貯留されているが、この点については第１の実施の形態例と同じである。

これに対して、自然循環サイクルによる運転では、二方弁１１，１２が閉、バイパス弁１３が開、電磁弁１４，１５が開、膨張弁２６が閉、冷媒流量制御弁２７が開となっている。室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４内に滞留している冷媒は、外気へ放熱して凝縮し、液化する。密度の大きい液冷媒は、重力の影響を受けて下降していき、冷媒流量制御弁２７を通り、中間熱交換器３４０を流れる間に冷温水循環回路３０８を流れる冷水から吸熱して蒸発し、ガス化する。このとき、冷媒の密度差による圧力勾配ができるため、蒸発した冷媒は、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４に向かって流れていく。この自然循環サイクルによる冷房運転では、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４が凝縮器として機能し、中間熱交換器３４０が蒸発器として機能している。

一方、冷温水循環回路３０８を流れる冷水は、中間熱交換器３４０にて冷媒へ放熱して低温の冷水となり、循環ポンプ３５１によって室内熱交換器２８へと送り出される。低温の冷水は、室内熱交換器２８にて室内空気から吸熱し、昇温される。これにより、室内空気は冷やされる。昇温された冷水は、再び中間熱交換器３４０へと流れていき、低温の冷水となる。

なお、第２の実施の形態例に係る空気調和装置においても、四方弁２２を切替えて強制循環サイクルによる冷媒の流れを冷房運転と逆にすることにより、暖房運転を行うことができることは言うまでもない。

このように、第２の実施の形態例に係る空気調和装置では、室外ユニット３０１を屋根に設置する必要がないため、レイアウトの自由度が高まるといった利点がある。さらに、室外ユニット３０１内の冷媒配管を現地で室内ユニット３０２と接続する必要がないので、現地での配管工事が簡単となり、施工工事の効率が向上する。

［本発明の第３の実施形態］
続いて、本発明の第３の実施の形態例に係る空気調和装置について、図１８を参照しながら説明する。第３の実施の形態例は、第１の実施の形態例と比べて、室外ユニットが２つ設けられている点において相違する。そこで、以下の説明は、この相違点を中心に行うこととし、第１の実施の形態例と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明は省略することとする。

第３の実施の形態例に係る空気調和装置は、図１８に示すように、第１室外ユニット４０１ａと第２室外ユニット４０１ｂの２つの室外ユニットと、室内ユニット４０２とを備えている。第１室外ユニット４０１ａは、圧縮機２１と、四方弁２２と、第２室外熱交換器４２３と、第２室外ファン４２３ａと、膨張弁２６と、冷媒流量制御弁２７と、制御弁４１３，二方弁４１４とを備えて構成されている。一方、第２室外ユニット４０１ｂは、室外熱交換器２３と、室外ファン２３ａと、補助室外熱交換器２４と、電磁弁１４，１５と、二方弁１４，１５とを備えて構成されている。また、室内ユニット４０２は、室内熱交換器（利用側熱交換器）２８と室内ファン２８ａとを備えて構成されている。

なお、第２室外ユニット４０１ｂは、室内ユニット４０２よりも高い位置であって、具体的には、住宅の屋根に設置されている。つまり、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４は室内熱交換器２８より高い位置に設けられている。これは、自然循環サイクルによる冷房運転を行うためである。一方、第１室外ユニット４０１ａを構成する第２室外熱交換器４２３は、後述するように自然循環サイクルで用いられることはないので、室内ユニット４０２より高い位置に設置する必要がない。そのため、第１室外ユニット４０１ａは、地面に設置されている。

第３の実施の形態例に係る空気調和装置は、冷媒が、圧縮機２１、第２室外熱交換器４２３、膨張弁２６、室内熱交換器２８との間で循環する強制循環サイクルと、冷媒が、室外熱交換器２３、補助室外熱交換器２４、冷媒流量制御弁２７、室内熱交換器２８との間で密度差により自然循環する自然循環サイクルとによる運転の切替えが可能となっている。そのため、夏季には強制循環サイクルによる冷房運転を行い、中間期には、自然循環サイクルによる冷却運転を行うことができる。なお、空気調和装置の冷媒回路内を循環する冷媒としては、例えば、Ｒ４１０ａ、Ｒ１３４ａ、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、ＣＯ２を用いることができる。

強制循環サイクルによる冷房運転では、二方弁４１１，４１２が閉、二方弁４１３，４１４が開、電磁弁１４，１５が閉、膨張弁２６が開、冷媒流量制御弁２７が閉となっている。圧縮機２１の吐出口より吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２２を通って、第２室外熱交換器４２３に流入する。第２室外熱交換器４２３内を流れる高温高圧のガス冷媒は、大気へ放熱して凝縮し、液化する。この液化した高圧の冷媒は、所定の開度に調節された膨張弁２６で減圧、膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器２８に流入する。室内熱交換器２８内を流れる気液二相冷媒は、室内空気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。このとき、室内空気が冷やされる。低圧のガス冷媒は、二方弁４１４、四方弁２２を順に通って、圧縮機２１の吸込口に流入し、圧縮機２１により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。この強制循環サイクルによる冷房運転では、第２室外熱交換器４２３が凝縮器として機能し、室内熱交換器２８が蒸発器として機能する。なお、強制循環サイクルによる冷房運転では、第２室外ユニット４０１ｂを構成する補助室外熱交換器２４の内部に余剰冷媒が貯留されているが、この点については第１の実施の形態例と同じである。

これに対して、自然循環サイクルによる運転では、二方弁４１１，４１２が開、二方弁４１３，４１４が閉、電磁弁１４，１５が開、膨張弁２６が閉、冷媒流量制御弁２７が開となっている。室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４内に滞留している冷媒は、外気へ放熱して凝縮し、液化する。密度の大きい液冷媒は、重力の影響を受けて下降していき、冷媒流量制御弁２７を通り、室内熱交換器２８を流れる間に室内空気から吸熱して蒸発し、ガス化する。このとき、冷媒の密度差による圧力勾配ができるため、蒸発した冷媒は、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４に向かって流れていく。この自然循環サイクルによる冷房運転では、室外熱交換器２３および補助室外熱交換器２４が凝縮器として機能し、室内熱交換器２８が蒸発器として機能している。

なお、第３の実施の形態例に係る空気調和装置においても、四方弁２２を切替えて強制循環サイクルによる冷媒の流れを冷房運転と逆にすることにより、暖房運転を行うことができることは言うまでもない。

第３の実施の形態例に係る空気調和装置では、第２室外ユニット４０１ｂは屋根等に設置する必要があるものの、第２室外ユニット４０１ｂには、室外熱交換器２３，２４、電磁弁１４，１５、二方弁４１１，４１２などしか搭載されていないので、第１の実施の形態例に係る空気調和装置での室外ユニット１に比べて軽量である。よって、第２室外ユニット４０１ｂを屋根等に設置する作業が簡単であり、作業効率が向上する。また、第１室外ユニット４０１ａを屋根に設置する必要がないため、レイアウトの自由度が高まるといった利点がある。

なお、第３の実施の形態例において、第１室外ユニット４０１ａと室内ユニット４０２を同一のユニットにおさめて窓部に設置する方式も考えられる。このような構成にすると、第２室外ユニット４０１ｂを屋上、あるいは屋根等おいて高低差を確保しさえすれば良いことに加えて、第１室外ユニット４０１ａの設置スペースが不要になるといった利点もある。

なお、上記した第１〜３の実施の形態例では、自然循環サイクルによる冷房運転では冷媒流量制御弁２７を用い、強制循環サイクルによる冷房運転では膨張弁２６を用いた構成を説明したが、冷媒流量制御弁２７を設けずに、自然循環サイクルと強制循環サイクルの両方の冷房運転において膨張弁２６を共通で用いることも可能である。この場合、上記の説明において、冷媒流量制御弁２７の記載を膨張弁２６に読み替えれば、膨張弁２６を共通で用いた実施の形態例の説明となる。

また、上記の実施の形態例では、補助室外熱交換器２４に冷媒を貯留する構成としたが、冷房運転、暖房運転など各種運転モードに応じて、余剰冷媒を異なる熱交換器に貯留することも可能である。
また、上記の実施の形態例で説明した二方弁は、流路を開閉する機能の他に、流量や圧力を制御可能な構造であってもよい。

１…室外ユニット、１ａ…制御装置、２…室内ユニット、１１，１２…二方弁、１３…バイパス弁、１４…電磁弁（第２電磁弁）、１５…電磁弁（第１電磁弁）、２１…圧縮機、２２…四方弁、２３…室外熱交換器、２３ａ…室外ファン、２４…補助室外熱交換器、２６…膨張弁、２７…冷媒流量制御弁、２８…室内熱交換器（利用側熱交換器）、２８ａ…室内ファン、３１…バイパス配管（第１バイパス配管）、３２…バイパス配管（第２バイパス配管）、１２３ａ，２２３ａ…第１室外熱交換器（室外熱交換器）、１２３ｂ，２２３ｂ…第２室外熱交換器（室外熱交換器）、１３０…ティー、２３１…バイパス配管、２３２…電磁弁、３０１…室内ユニット、３０２…室内ユニット、３０８…冷温水循環回路、３４０…中間熱交換器（利用側熱交換器）、３５１…循環ポンプ、３５２…三方弁、４０１ａ…第１室外ユニット、４０１ｂ…第２室外ユニット、４０２…室内ユニット、４１４…二方弁、４２３…第２室外熱交換器、４２３ａ…第２室外ファン、Ｐ１，Ｐ２…圧力センサ、Ｔ１，Ｔ２…温度センサ

Claims (11)

1. 圧縮機と、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う室外熱交換器と、膨張弁と、前記室外熱交換器より低い位置に設置され、利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う利用側熱交換器とを順次接続して環状に形成された回路に、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う補助室外熱交換器を前記室外熱交換器に対して直列または並列に接続すると共に、前記圧縮機をバイパスする第１バイパス配管を設けて成る空気調和装置であって、
   前記圧縮機と、前記室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を循環させる強制循環サイクルと、前記第１バイパス配管と、前記室外熱交換器と、前記補助室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を密度差により循環させる自然循環サイクルとを切替えて運転可能であり、
   前記強制循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器が凝縮器として機能し、
   前記自然循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器および前記補助室外熱交換器が凝縮器として機能すると共に、
   前記強制循環サイクルでの冷房運転時に、前記自然循環サイクルと前記強制循環サイクルとの冷媒量の差である余剰冷媒を前記補助室外熱交換器に貯留するようにし、
   前記室外熱交換器は、冷房運転時における冷媒の流れの上流側に位置する第１室外熱交換器と、この第１室外熱交換器の下流側に位置する第２室外熱交換器とを備え、
   前記第２室外熱交換器を前記補助室外熱交換器と並列に接続し、
   前記第１室外熱交換器、前記第２室外熱交換器、および前記補助室外熱交換器の上下方向の位置関係を、前記第１室外熱交換器が最も上に位置し、前記第２室外熱交換器がその下側に位置し、前記補助室外熱交換器が最も下に位置する関係とした
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 圧縮機と、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う室外熱交換器と、膨張弁と、前記室外熱交換器より低い位置に設置され、利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う利用側熱交換器とを順次接続して環状に形成された回路に、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う補助室外熱交換器を前記室外熱交換器に対して直列または並列に接続すると共に、前記圧縮機をバイパスする第１バイパス配管を設けて成る空気調和装置であって、
   前記圧縮機と、前記室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を循環させる強制循環サイクルと、前記第１バイパス配管と、前記室外熱交換器と、前記補助室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を密度差により循環させる自然循環サイクルとを切替えて運転可能であり、
   前記強制循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器が凝縮器として機能し、
   前記自然循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器および前記補助室外熱交換器が凝縮器として機能すると共に、
   前記強制循環サイクルでの冷房運転時に、前記自然循環サイクルと前記強制循環サイクルとの冷媒量の差である余剰冷媒を前記補助室外熱交換器に貯留するようにし、
   前記室外熱交換器は、冷房運転時における冷媒の流れの上流側に位置する第１室外熱交換器と、この第１室外熱交換器の下流側に位置する第２室外熱交換器とを備え、
   前記補助室外熱交換器を前記第２室外熱交換器よりも下流側に位置させると共に、前記第２室外熱交換器を前記補助室外熱交換器と直列に接続し、さらに、前記補助室外熱交換器をバイパスするバイパス配管を設け、
   前記第１室外熱交換器、前記第２室外熱交換器、および前記補助室外熱交換器の上下方向の位置関係を、前記第１室外熱交換器が最も上に位置し、前記第２室外熱交換器がその下側に位置し、前記補助室外熱交換器が最も下に位置する関係とした
   ことを特徴とする空気調和装置。
3. 請求項１または２の記載において、
   前記膨張弁と並列に冷媒流量制御弁を設け、前記自然循環サイクルでは、前記膨張弁を閉じて前記冷媒流量制御弁に冷媒を流すようにした
   ことを特徴とする空気調和装置。
4. 請求項１または２の記載において、
   前記補助室外熱交換器に対して冷房運転時における冷媒の流れの下流側に設けられた第１電磁弁および上流側に設けられた第２電磁弁と、冷房運転時における前記補助室外熱交換器の冷媒の出口での冷媒圧力を検出する圧力センサと、冷房運転時における前記補助室外熱交換器の冷媒の入口での冷媒温度を検出する温度センサと、前記圧力センサおよび前記温度センサの入力に基づき運転の制御を行う制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記自然循環サイクルから前記強制循環サイクルに運転が切り替わると、前記補助室外熱交換器に前記余剰冷媒を貯留するための冷媒貯留運転を実行し、
   前記冷媒貯留運転では、前記制御装置は、まず、前記第１電磁弁を閉じ、次いで、所定時間経過した後に前記圧力センサと前記温度センサの入力に基づいて前記補助室外熱交換器内の冷媒の状態を判断し、その判断結果に応じて前記第２電磁弁を閉じるよう制御する
   ことを特徴とする空気調和装置。
5. 請求項４の記載において、
   前記熱源側の熱搬送媒体としての外気を前記室外熱交換器へ送風する室外ファンを備え、
   前記制御装置は、前記冷媒貯留運転中における前記室外ファンの回転数を増加させるよう制御する
   ことを特徴とする空気調和装置。
6. 請求項４の記載において、
   前記制御装置は、前記冷媒貯留運転が終了した後に、前記強制循環サイクルでの冷媒量が不足していると判断した場合には、前記第１電磁弁の開度を調整して前記補助室外熱交換器内に貯留されている前記余剰冷媒を前記強制循環サイクル内に放出する冷媒量調整運転を実行する
   ことを特徴とする空気調和装置。
7. 請求項４の記載において、
   前記制御装置は、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、前記補助室外熱交換器に貯留されている前記余剰冷媒を放出し、且つ、前記圧縮機に液相状態の冷媒が流入しないように前記膨張弁の開度を調節し、その後、前記圧縮機を停止して、前記自然循環サイクルへ切替えるよう制御する
   ことを特徴とする空気調和装置。
8. 請求項４の記載において、
   前記制御装置は、運転モードとして、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内温度よりも第１の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える自然循環優先モードと、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも第２の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える通常モードとを備える
   ことを特徴とする空気調和装置。
9. 請求項４の記載において、
   前記制御装置は、前記強制循環サイクルでの運転時に室外温度が室内設定温度よりも第１の所定値以上低くなった場合に、所定の信号を表示又は発信し、前記所定の信号の表示又は発信から所定時間経過後で、前記室外温度が前記室内設定温度よりも第２の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに切替えるように制御する
   ことを特徴とする空気調和装置。
10. 請求項４の記載において、
    前記制御装置は、運転モードとして、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える自動切替モードと、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、所定の信号を表示又は発信するお知らせモードとを備える
    ことを特徴とする空気調和装置。
11. 請求項４の記載において、
    前記制御装置は、運転開始時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低い場合、前記強制循環サイクルを所定時間行った後に、前記自然循環サイクルに切替えるよう制御する
    ことを特徴とする空気調和装置。
    

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