(57)【要約】【課題】新たな冷媒循環サイクルを追加することなく、空調能力を向上させることのできる空気調和機を提供する。【解決手段】空気調和機１は、冷媒を圧縮する圧縮機５２と、暖房運転時には凝縮器として機能するとともに、冷房運転時には蒸発器として機能する室内熱交換器１２と、熱媒体を減圧する膨張弁５５と、暖房運転時には蒸発器として機能するとともに、冷房運転時には凝縮器として機能する室外熱交換器５４とを含むヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）を備えている。ヒートポンプサイクルには、室外熱交換器５４の上流および下流の少なくとも何れかに、補助熱交換器７１がさらに含まれている。補助熱交換器７１は、地中９０または水中に配置されている。【選択図】図１
2017203573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を圧縮する圧縮機と、暖房運転時には凝縮器として機能するとともに、冷房運転時には蒸発器として機能する室内側熱交換器と、熱媒体を減圧する膨張弁と、暖房運転時には蒸発器として機能するとともに、冷房運転時には凝縮器として機能する室外側熱交換器とを含むヒートポンプサイクルを備え、
前記ヒートポンプサイクルには、前記室外側熱交換器の上流および下流の少なくとも何れかに、補助熱交換器がさらに含まれており、
前記補助熱交換器は、地中または水中に配置されている、空気調和機。
【請求項２】
前記ヒートポンプサイクルは、前記補助熱交換器の上流と下流とを連結する短絡経路をさらに備えており、
前記熱媒体は、所定の条件を満たしたときに前記補助熱交換器を通過する、
請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記補助熱交換器は、前記室外側熱交換器の上流および下流にそれぞれ配置されている、請求項１または２に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記ヒートポンプサイクルは、前記室外側熱交換器と前記補助熱交換器との間に経路切り換え部をさらに備えており、
前記経路切り換え部は、暖房運転時及び冷房運転時の両方において、前記熱媒体が前記補助熱交換器を通過した後に前記室外側熱交換器を通過するような経路を形成する、請求項１または２に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記補助熱交換器は、前記熱媒体が通過する配管を有し、
前記熱媒体の循環方向の上流側において、前記配管は、蛇行形状またはらせん形状を有している、請求項１から４の何れか１項に記載の空気調和機。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の空気調和機に備えられている補助熱交換器を設置する方法であって、
前記補助熱交換器を、地中または水中に設置する工程を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助熱交換器を備える空気調和機、および、空気調和機に備えられている補助熱交換器の設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
室内の暖房又は冷房を行う際には、気体の圧縮と膨張、及び、熱交換を組み合わせたヒートポンプ方式を利用した空気調和機が用いられる。このヒートポンプ方式の空気調和機には、圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、及び室外熱交換器が接続された冷凍サイクルが備えられている。この冷凍サイクル内では、冷媒が循環する。
【０００３】
ヒートポンプ方式の空気調和機は、室外空気から熱を汲み取るため、外気温の高低によりその能力が決定されるという性質がある。そのため、寒冷地では、冬季においてその暖房能力が低下するという問題がある。また、真夏の外気温がかなり高い時期には、室外機内の熱交換器が十分に冷却されず、冷房能力が低下するという問題がある。
【０００４】
また、このような空気調和機の暖房運転時には、室外機からは屋外に冷たい空気が吹出される。その際、室外機内に備えられた熱交換器は非常に冷たくなっているため、空気中の水蒸気が熱交換器で冷やされて結露及び凍結し、熱交換器に霜として付着する。熱交換器に霜が付着すると、室外機の空気の吸込みが妨げられ、屋外の熱を効率的に取り込むことができなくなってしまう。そこで、従来の空気調和機には、熱交換器に付着した霜を溶かすための除霜運転機能が備えられている。
【０００５】
除霜運転では、一般に、冷凍サイクル内で暖房運転とは反対の方向に、一時的に冷媒を循環させ、室外機内の熱交換器を暖める。これにより、熱交換器に付着した霜を溶かしている。
【０００６】
しかし、除霜運転時には、室内機から温風が出ないため、室内温度が低下し、使用者が不快に感じたり、故障と誤解したりする可能性がある。特に、寒冷地では、除霜運転の頻度が多くなり、室内温度が上昇しにくいという問題がある。このように、除霜運転を行うことで、暖房能力が低下する可能性がある。
【０００７】
そこで、特許文献１では、夏期における外気温が高いとき、または、冬場の外気温が低いときに、空調室外機の熱交換器の吸込み空気の温度を空調する補助装置が提案されている。特許文献１では、既存の空調室外機に対して、効率補助装置を付設している。効率補助装置は、空冷式放熱器と地中熱採熱装置とが流路管によって接続されている。流路管の経路内には、循環ポンプが設置されている。そして、流路内を冷媒が循環する。
【０００８】
これにより、夏期などの外気温が高いときには、地中で冷却された冷媒が空冷式放熱器を通過するときに、空調室外機の熱交換器を冷却することができる。一方、冬期などの外気温が低いときには、地中で温められた冷媒が空冷式放熱器を通過するときに、空調室外機の熱交換器を加熱することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１５−１９０７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている装置構成では、空調装置本体の冷凍サイクルとは別の独立した冷媒循環サイクルを必要とする。そのため、装置の構造が複雑化してしまう。
【００１１】
そこで、本発明では、新たな冷媒循環サイクルを追加することなく、空調能力を向上させることのできる空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第一局面にかかる空気調和機は、熱媒体を圧縮する圧縮機と、暖房運転時には凝縮器として機能するとともに、冷房運転時には蒸発器として機能する室内側熱交換器と、熱媒体を減圧する膨張弁と、暖房運転時には蒸発器として機能するとともに、冷房運転時には凝縮器として機能する室外側熱交換器とを含むヒートポンプサイクルを備えている。そして、ヒートポンプサイクルには、前記室外側熱交換器の上流および下流の少なくとも何れかに、補助熱交換器がさらに含まれており、前記補助熱交換器は、地中または水中に配置されている。
【００１３】
上記の本発明にかかる空気調和機において、前記ヒートポンプサイクルは、前記補助熱交換器の上流と下流とを連結する短絡経路をさらに備えており、前記熱媒体は、所定の条件を満たしたときに前記補助熱交換器を通過するような構成であってもよい。
【００１４】
上記の本発明にかかる空気調和機において、前記補助熱交換器は、前記室外側熱交換器の上流および下流にそれぞれ配置されていてもよい。
【００１５】
上記の本発明にかかる空気調和機において、前記ヒートポンプサイクルは、前記室外側熱交換器と前記補助熱交換器との間に経路切り換え部をさらに備えていてもよい。そして、前記経路切り換え部は、暖房運転時及び冷房運転時の両方において、前記熱媒体が前記補助熱交換器を通過した後に前記室外側熱交換器を通過するような経路を形成してもよい。
【００１６】
上記の本発明にかかる空気調和機において、前記補助熱交換器は、前記熱媒体が通過する配管を有し、前記熱媒体の循環方向の上流側において、前記配管は、蛇行形状またはらせん形状を有していてもよい。
【００１７】
本発明の第二局面にかかる補助熱交換器の設置方法は、上述の本発明にかかる空気調和機に備えられている補助熱交換器を設置する方法である。この方法は、前記補助熱交換器を、地中または水中に設置する工程を含む。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明にかかる空気調和機は、ヒートポンプサイクルにおける室外側熱交換器の上流および下流の少なくとも何れかに補助熱交換器を備えている。そして、この補助熱交換器は、地中または水中に配置されている。この構成によれば、新たな冷媒循環サイクルを追加することなく、空調能力を向上させることができる。したがって、寒冷地での暖房能力の低下、真夏時の冷房能力の低下などを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる空気調和機の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す空気調和機の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す空気調和機において、補助熱交換器を用いて暖房運転を行うときの室外機および補助熱交換器の構成を示す模式図である。
【図４】補助熱交換器の構成の変形例を示す模式図である。
【図５】補助熱交換器の構成の変形例を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態にかかる空気調和機の室外機および補助熱交換器の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態にかかる空気調和機の室外機および補助熱交換器の構成を示す模式図である。図７では、冷房運転時の冷凍サイクルの構成を示す。
【図８】本発明の第３の実施の形態にかかる空気調和機の室外機および補助熱交換器の構成を示す模式図である。図８では、暖房運転時の冷凍サイクルの構成を示す。
【図９】本発明の第４の実施の形態にかかる空気調和機の内部構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す空気調和機の室外機および補助熱交換器の構成を示す模式図である。図１０では、暖房運転時の冷凍サイクルの構成を示す。
【図１１】図９に示す空気調和機の室外機および補助熱交換器の構成を示す模式図である。図１１では、冷房運転時の冷凍サイクルの構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の構成部材には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
〔第１の実施形態〕
【００２１】
第１の実施形態では、冷凍サイクルを用いた空気調和機を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係る空気調和機１の全体構成を示す。図２は、本実施の形態に係る空気調和機１の内部構成を示す。なお、第１の実施形態にかかる空気調和機１は、暖房運転と冷房運転の両方を行うことが可能であるが、暖房運転のみを行う空気調和機（暖房機）にも本発明を適用することができる。
【００２２】
本実施形態に係る空気調和機１は、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を備えている。冷凍サイクルは、熱媒体を圧縮する圧縮機５２と、暖房運転時には凝縮器として機能するとともに、冷房運転時には蒸発器として機能する室内熱交換器１２と、熱媒体を減圧する膨張弁５５と、暖房運転時には蒸発器として機能するとともに、冷房運転時には凝縮器として機能する室外熱交換器５４とを含む。
【００２３】
そして、本実施形態にかかる空気調和機１の冷凍サイクルには、室外熱交換器５４の上流側に補助熱交換器７１が一つ設けられている。ここで、室外熱交換器５４の上流側とは、暖房運転時の冷凍サイクルの上流側のことをいう。言い換えれば、室外熱交換器５４と膨張弁５５との間に、補助熱交換器７１が設けられている。そして、補助熱交換器７１は、地中９０に配置されている。
【００２４】
＜空気調和機の全体構成＞
先ず、本実施の形態にかかる空気調和機１の全体構成と基本的な動作の概要について、図１を用いて説明する。図１では、空気調和機１の暖房運転時の冷媒（熱媒体）の流れを実線の矢印で示し、空気調和機１の冷房運転時の冷媒（熱媒体）の流れを破線の矢印で示している。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態にかかる空気調和機１は、セパレート式の空気調和機であって、主に、室内機１０と室外機５０と補助熱交換器７１とから構成されている。空気調和機１は、室内機１０と室外機５０とが冷媒配管５７および５８を介して接続されることによって構成されている。補助熱交換器７１は、冷媒配管５７から分岐した経路（短絡経路）内に配置されている。より具体的には、補助熱交換器７１は、室外熱交換器５４と膨張弁５５との間の冷媒配管５７’（短絡経路）から分岐した冷媒配管７２・７３内に配置されている。以下、室外機５０、室内機１０、冷媒配管５７および５８、並びに補助熱交換器７１について詳述する。
【００２６】
（１）室外機
室外機５０は、主に、筐体５１、圧縮機５２、四方弁５３、室外熱交換器（室外側熱交換器）５４、膨張弁５５、室外送風機５６、冷媒配管５７、冷媒配管５８、二方弁５９、および三方弁６０から構成されている。なお、この室外機５０は、屋外に設置されている。
【００２７】
筐体５１には、圧縮機５２、四方弁５３、室外熱交換器５４、膨張弁５５、室外送風機５６、冷媒配管５７、冷媒配管５８、二方弁５９、三方弁６０、外気温度センサ６２、および室外熱交換器温度センサ６３等が収納されている。
【００２８】
圧縮機５２は、吐出管５２ａおよび吸入管５２ｂを有している。吐出管５２ａおよび吸入管５２ｂは、それぞれ、四方弁５３の異なる接続口に接続されている。圧縮機５２は、運転時、吸入管５２ｂから低圧の冷媒ガスを吸入し、その冷媒ガスを圧縮して高圧の冷媒ガスを生成した後、その高圧の冷媒ガスを吐出管５２ａから吐出する。
【００２９】
四方弁５３は、冷媒配管を介して圧縮機５２の吐出管５２ａおよび吸入管５２ｂ、室外熱交換器５４ならびに室内熱交換器１２に接続されている。四方弁５３は、運転時、空気調和機１の制御部（図１では図示せず）から送信される制御信号に従って、冷凍サイクルの経路を切り換える。すなわち、四方弁５３は、冷房運転状態と暖房運転状態との間で経路の切り換えを行う。
【００３０】
具体的には、暖房運転状態では、四方弁５３は、圧縮機５２の吐出管５２ａを室内熱交換器１２に連結させると共に圧縮機５２の吸入管５２ｂを室外熱交換器５４に連結させる（図１の実線矢印参照）。一方、冷房運転状態では、四方弁５３は、圧縮機５２の吐出管５２ａを室外熱交換器５４に連結させると共に圧縮機５２の吸入管５２ｂを室内熱交換器１２に連結させる（図１の破線矢印参照）。
【００３１】
室外熱交換器５４は、左右両端で複数回折り返された伝熱管（図示せず）に多数の放熱フィン（図示せず）が取り付けられたものである。室外熱交換器５４は、冷房運転時には凝縮器として機能し、暖房運転時には蒸発器として機能する。なお、熱交換器としてパラレルフロー型熱交換器やサーペン型熱交換器を用いてもよい。
【００３２】
膨張弁５５は、ステッピングモータを介して開度制御が可能な電子膨張弁であって、一方が冷媒配管５７を介して二方弁５９に接続されると共に、他方が室外熱交換器５４に接続されている。膨張弁５５のステッピングモータは、空気調和機１の制御部（図示せず）から送信される制御信号に従って動作する。膨張弁５５は、運転時において、凝縮器（暖房時は室内熱交換器１２であり、冷房時は室外熱交換器５４である）から流出する高温高圧の液冷媒を蒸発しやすい状態に減圧すると共に、蒸発器（暖房時は室外熱交換器５４であり、冷房時は室内熱交換器１２である）への冷媒供給量を調節する役目を担っている。
【００３３】
室外送風機５６は、主に、プロペラファンおよびモータから構成されている。プロペラファンは、モータによって回転駆動され、屋外の外気を室外熱交換器５４に供給する。モータは、空気調和機１の制御部（図示せず）から送信される制御信号に従って動作する。
【００３４】
二方弁５９は、冷媒配管５７に配設されている。なお、二方弁５９は、室外機５０から冷媒配管５７が取り外されるときに閉じられ、冷媒が室外機５０から外部に漏れることを防ぐ。
【００３５】
三方弁６０は、冷媒配管５８に配設されている。なお、三方弁６０は、室外機５０から冷媒配管５８が取り外されるときに閉じられ、冷媒が室外機５０から外部に漏れることを防ぐ。また、室外機５０から、あるいは室内機１０を含めた冷凍サイクル（冷却機構）全体から、冷媒を回収する必要があるときは、三方弁６０を通じて冷媒の回収が行われる。
【００３６】
外気温度センサ６２は、室外機５０が設置されている環境の温度を測定する。外気温度センサ６２は、例えば、筐体５１の外気吸込み口付近に配置されている。室外熱交換器温度センサ６３は、室外熱交換器５４の近傍に配置され、室外熱交換器５４の温度を測定する。
【００３７】
また、室外熱交換器５４と膨張弁５５との間の冷媒配管５７’（短絡経路）には、第１バルブ７４が設けられている。さらに、冷媒配管５７’（短絡経路）から分岐した冷媒配管７２には、第２バルブ７５が設けられている。
【００３８】
そして、冷媒配管５７’の上流端部及び下流端部は、補助熱交換器７１と接続される上流側冷媒配管７２および下流側冷媒配管７３と接続されている。ここでいう上流および下流とは、暖房運転時の冷凍サイクルにおける冷媒の循環方向での上流および下流を意味する。冷媒配管５７’は、補助熱交換器７１側へ冷媒を送らない場合のバイパス経路となる。このとき、第１バルブ７４は開状態となり、第２バルブ７５は閉状態となる。一方、補助熱交換器７１側へ冷媒を送る場合には、第１バルブ７４は閉状態となり、第２バルブ７５は開状態となる。
【００３９】
（２）室内機
室内機１０は、主に、筐体１１、室内熱交換器（室内側熱交換器）１２、および室内送風機（送風機）１３から構成されている。
【００４０】
筐体１１には、室内熱交換器１２、室内送風機１３、室内熱交換器温度センサ１４、室内温度センサ１５、ルーバ１９、および制御部２０（図２参照）等が収納されている。
【００４１】
室内熱交換器１２は、図１に示すように、３個の熱交換器を、室内送風機１３を覆う屋根のように組み合わせたものである。なお、各熱交換器は、左右両端で複数回折り返された伝熱管（図示せず）に多数の放熱フィン（図示せず）が取り付けられたものである。これらの熱交換器は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。室内熱交換器１２の近傍には、当該熱交換器の温度を測定する室内熱交換器温度センサ１４が配置される。
【００４２】
室内送風機１３は、主に、クロスフローファンおよびモータから構成されている。クロスフローファンは、モータによって回転駆動され、室内の空気を筐体１１に吸い込んで室内熱交換器１２に供給すると共に、室内熱交換器１２で熱交換された空気を室内に送出する。
【００４３】
室内温度センサ１５は、室内機１０が設置されている室内の温度を測定する。室内温度センサ１５は、例えば、筐体１１の外気吸込み口付近に配置されている。
【００４４】
ルーバ１９は、角度を変更することのできる板状部材で形成されている。この板状部材の角度を適宜変更することで、室内送風機１３により送出される空気の風向を変更する。また、本実施形態では、ルーバ１９は、室内への空気の吹き出しのオンオフ（開閉）を制御するシャッタの役割も果たす。
【００４５】
（３）冷媒配管
冷媒配管５７は、冷媒配管５８よりも細い管であって、運転時に主に液冷媒が流れる。冷媒配管５８は、冷媒配管５７よりも太い管であって、運転時に主にガス冷媒が流れる。
【００４６】
室外機５０の圧縮機５２、四方弁５３、室外熱交換器５４および膨張弁５５、ならびに室内機１０の室内熱交換器１２は、冷媒配管５７・５８によって順次接続され、冷凍サイクルを構成している。なお、膨張弁５５は、冷媒配管５７内に配置されており、圧縮機５２および四方弁５３は、冷媒配管５８内に配置されている。
【００４７】
（４）補助熱交換器
補助熱交換器７１は、地中９０に設置されている。補助熱交換器７１内には、冷媒が通過する伝熱配管が通っている。伝熱配管は、上流側の蛇行配管７１ａと、下流側の直線配管７１ｂとで構成されている。蛇行配管７１ａの上流端部は、室外機５０の上流側冷媒配管７２と接続されている。直線配管７１ｂの下流端部は、室外機の下流側冷媒配管７３と接続されている。ここでいう上流および下流とは、暖房運転時の冷凍サイクルにおける冷媒の循環方向での上流および下流を意味する。なお、上流側冷媒配管７２内には、第２バルブ７５が設けられている。補助熱交換器７１側へ冷媒を送る場合には、第２バルブ７５は開状態となり、第１バルブ７４は閉状態となる。
【００４８】
以上の構成により、冷媒が伝熱配管内を通過する間に、地中９０で熱交換が行われる。例えば、暖房運転時には、室内熱交換器１２において冷却された液冷媒が補助熱交換器７１内を通過することで、地中９０から熱を吸収して冷媒温度が上昇する。
【００４９】
＜空気調和機の基本的な動作＞
以下、本実施の形態にかかる空気調和機１の暖房運転、および冷房運転について詳述する。ここでは、冷媒が補助熱交換器７１を通らない場合の運転について説明する。
【００５０】
（１）暖房運転
暖房運転では、四方弁５３が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機５２の吐出管５２ａが室内熱交換器１２に接続され、かつ、圧縮機５２の吸入管５２ｂが室外熱交換器５４に接続された状態となる。また、このとき、二方弁５９および三方弁６０は開状態とされている。この状態で、圧縮機５２が起動されると、ガス冷媒が、圧縮機５２に吸入され、圧縮された後、四方弁５３および三方弁６０を経由して室内熱交換器１２に供給され、室内空気を加熱すると共に凝縮されて液冷媒となる。その後、この液冷媒は、二方弁５９を経由して膨張弁５５に送られ、減圧されて気液二相状態となる。気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器５４に送られて、室外熱交換器５４において蒸発させられてガス冷媒となる。最後に、そのガス冷媒は、四方弁５３を経由して、再び、圧縮機５２に吸入される。
【００５１】
この基本的な暖房運転では、冷媒は補助熱交換器７１を通過しない。そのため、第１バルブ７４は開状態であり、第２バルブ７５は閉状態となっている。この基本的な暖房運転は、室外の温度がそれほど低くない場合など、必要とされる暖房能力がそれほど高くないときに実施される。
【００５２】
（２）冷房運転
冷房運転では、四方弁５３が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機５２の吐出管５２ａが室外熱交換器５４に接続され、かつ、圧縮機５２の吸入管５２ｂが室内熱交換器１２に接続された状態となる。また、このとき、二方弁５９および三方弁６０は開状態とされている。この状態で、圧縮機５２が起動されると、ガス冷媒が、圧縮機５２に吸入され、圧縮された後、四方弁５３を経由して室外熱交換器５４に送られ、室外熱交換器５４において冷却され、液冷媒となる。その後、この液冷媒は、膨張弁５５に送られ、減圧されて気液二相状態となる。気液二相状態の冷媒は、二方弁５９を経由して室内熱交換器１２に供給され、室内空気を冷却するとともに蒸発されてガス冷媒となる。最後に、そのガス冷媒は、三方弁６０および四方弁５３を経由して、再び、圧縮機５２に吸入される。
【００５３】
この基本的な冷房運転では、冷媒は補助熱交換器７１を通過しない。そのため、第１バルブ７４は開状態であり、第２バルブ７５は閉状態となっている。
【００５４】
（３）除霜運転
暖房運転時には、室外熱交換器５４に霜が付き熱交換能力が落ちる場合がある。そこで、制御部２０（図２参照）は、室外熱交換器温度センサ６３からの温度に基づいて、室外熱交換器５４に霜が付いたか否かを判定する。制御部２０は、霜が付いたと判断した場合に、四方弁５３を切り換えて上述の冷房運転を行なうことによって除霜する（リバース除霜）。なお、制御部２０は、室外熱交換器温度センサ６３が測定した温度に基づいて、適切に室外熱交換器５４の霜が除かれたか否かを判定する。
【００５５】
除霜運転においても、冷媒は補助熱交換器７１を通過しない。そのため、第１バルブ７４は開状態であり、第２バルブ７５は閉状態となっている。
【００５６】
＜補助熱交換器を用いた暖房運転制御について＞
続いて、本実施形態に係る空気調和機１において、補助熱交換器７１を用いて暖房運転を行う方法について、図１、図２、及び図３を参照しながら説明する。図２には、空気調和機１の内部構成を示す。図３には、補助熱交換器７１使用時の室外側の冷凍サイクルの経路を示す。
【００５７】
図２に示すように、室内機１０内には、室内送風機１３、室内熱交換器温度センサ１４、室内温度センサ１５、表示部１６、受信部１７、ルーバ１９、および制御部２０などが備えられている。また、空気調和機１には、室内機１０とは別の構成部材として、リモートコントローラ（操作部）１８が備えられている。
【００５８】
表示部１６は、液晶表示パネルおよびＬＥＤライトなどを含む。表示部１６は制御部２０からの信号に基づいて空気調和機１の動作状況や警報等を表示する。受信部１７はリモートコントローラ１８を操作した際に送信される赤外線の信号を受信する。リモートコントローラ１８は、使用者が空気調和機１を操作するための操作部として機能する。使用者は、例えば、リモートコントローラ１８を操作して、空気調和機１の運転モード、設定温度などを選択することができる。
【００５９】
制御部２０は、空気調和機１内の各構成部品と接続され、これらの制御を行う。制御部２０内には、送風機運転制御部（制御部）２１、記憶部２５、およびタイマ２６などが備えられている。送風機運転制御部２１は、受信部１７などから送信される情報に基づいて、室内送風機１３の運転開始、運転停止、回転数の変更などの制御を行う。
【００６０】
記憶部２５は、ＲＯＭ（read only memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。記憶部２５は、空気調和機１の動作プログラムや設定データを記憶するとともに制御部２０による演算結果を一時記憶する。
【００６１】
タイマ２６は、必要に応じて、制御部２０内で行われる処理の時間、空気調和機１内の各構成部材の動作時間などを計測する。
【００６２】
また、室外機５０内には、圧縮機５２、室外送風機５６、外気温度センサ６２、および室外熱交換器温度センサ６３、第１バルブ７４、および第２バルブ７５などが備えられている。また、補助熱交換器７１の周辺には、補助熱交換器温度センサ７６などが備えられている。
【００６３】
補助熱交換器温度センサ７６は、補助熱交換器７１の近傍に配置され、補助熱交換器７１の温度を測定する。
【００６４】
続いて、冷凍サイクルが補助熱交換器７１を使用して暖房運転を行う場合の運転方法について、図３を参照しながら説明する。本実施形態の空気調和機１では、暖房運転時に所定の条件を満たしたときに、補助熱交換器７１を用いた運転を行う。ここでいう「所定の条件を満たしたとき」とは、冬場の気温が例えば−１０℃以下となるような寒冷地での使用する場合、外気温に対して暖房運転の設定温度が非常に高い場合などのように、必要とされる暖房能力がより高い場合に相当する。
【００６５】
具体的には、制御部２０は、外気温度センサ６２から受信した外気温度に関する情報、受信部１７経由でリモートコントローラ１８から受信した設定温度に関する情報、室外熱交換器温度センサ６３から受信した室外熱交換器５４の温度に関するなどに基づいて、補助熱交換器７１を用いた暖房運転が必要か否かを判断する。そして、制御部２０は、補助熱交換器７１を用いた暖房運転が必要であると判断すると、第１バルブ７４を閉状態とし、第２バルブ７５を開状態とさせるための指令を出す。
【００６６】
図３には、補助熱交換器７１を用いた暖房運転時の冷媒の流れを矢印で示す。図３には示していないが、四方弁５３は、図１の実線で示される状態となっている。このとき、図１に示す二方弁５９および三方弁６０は開状態とされている。また、このとき、上述の制御部２０からの指令に基づいて、図３に示す第１バルブ７４は閉状態、第２バルブ７５は開状態となっている。
【００６７】
この状態で、圧縮機５２が起動されると、ガス冷媒が、圧縮機５２に吸入され、圧縮された後、四方弁５３および三方弁６０を経由して室内熱交換器１２に供給され、室内空気を加熱すると共に凝縮されて液冷媒となる。その後、この液冷媒は、二方弁５９を経由して膨張弁５５に送られ、減圧されて気液二相状態となる。
【００６８】
補助熱交換器７１を用いた暖房運転では、気液二相状態の冷媒は、先ず、開状態の第２バルブ７５を通過し、上流側冷媒配管７２から補助熱交換器７１へ送られる。補助熱交換器７１へ送られた冷媒は、蛇行配管７１ａを通って地中９０の奥の方へと進む。
【００６９】
補助熱交換器７１を用いた暖房運転時には、外気温は非常に低い（例えば、−１０℃以下）と想定される。つまり、室外機５０が置かれている外気の温度よりも、地中９０の温度の方が高いと考えられる。そのため、冷媒は、蛇行配管７１ａを通過する間に、地中９０から熱を奪う。これにより、冷媒は暖められる。
【００７０】
なお、このような暖房運転時には、地中９０では、地表近くの温度がより低く、地中の奥深くへ進むほど温度が高くなっていると考えられる。そのため、より外気温が低い場合には、冷媒は、より地中の奥深くで熱交換される方が、熱交換効率を高められる。したがって、蛇行配管７１ａは、地表面から垂直方向により深い方向に進むことが好ましい。
【００７１】
なお、本実施形態のように、補助熱交換器７１内の伝熱配管は、冷媒の循環方向の上流側で、蛇行形状を有していることが好ましい。これにより、補助熱交換器７１の上流側でより多くの熱交換を行うことができる。
【００７２】
さらに、補助熱交換器７１内の戻り側（冷媒の循環方向の下流側）の伝熱配管は、直線形状をしていることが好ましい。つまり、補助熱交換器７１の伝熱配管は、その上流側で蛇行しながら地中奥深くへと進み、最下点に達した後、下流側では直線状に地上へと戻るような形状を有していることが好ましい。
【００７３】
これにより、補助熱交換器７１内の冷媒が、より温度の低い地表面付近を通過して地上の室外機５０へ送られる際には、直線配管７１ｂを通過することになる。そのため、直線配管７１ｂを通過する際に失う熱エネルギーを低減させることができる。したがって、補助熱交換器７１による熱交換効率をより高めることができる。
【００７４】
補助熱交換器７１を出た冷媒は、その後、下流側冷媒配管７３を通って室外熱交換器５４に送られる。室外熱交換器５４において、冷媒は、蒸発させられてガス冷媒となる。最後に、そのガス冷媒は、四方弁５３を経由して、再び、圧縮機５２に吸入される。
【００７５】
以上が、補助熱交換器７１を用いた暖房運転の冷媒の流れである。補助熱交換器７１を利用することで、室外熱交換器５４へ送られる冷媒の温度を高めることができる。これにより、室外熱交換器５４での熱交換の負荷を軽減することができる。そのため、室外熱交換器５４に付着する霜の量を減少させることができる。これにより、除霜運転の頻度および時間を少なくすることができる。
【００７６】
また、補助熱交換器７１を用いた暖房運転を行うことで、室外熱交換器５４および補助熱交換器７１における熱交換能力を高めることができる。そのため、例えば、外気温が非常に低い場合に、補助熱交換器７１を用いた暖房運転を行うことで、暖房能力を向上させることができる。
【００７７】
さらに、本実施形態にかかる空気調和機１では、膨張弁５５の下流側で分岐している冷媒配管５７’および上流側冷媒配管７２に、第１バルブ７４および第２バルブ７５がそれぞれ配置されている。これにより、状況に応じて、補助熱交換器７１に冷媒を通過させるか否かを選択することができる。例えば、補助熱交換器７１に冷媒を通すことで冷媒の流れる経路が長くなり、ポンプなどに過負荷がかかる場合などには、補助熱交換器７１に冷媒を通さずに、冷媒配管５７’に冷媒を通すサイクル構成とすればよい。
【００７８】
また、本実施形態にかかる空気調和機１において冷房運転を行う場合には、冷媒は、図３に矢印で示す方向とは逆の方向に循環する。このときには、補助熱交換器７１が行う熱交換の効果は低く、また、冷媒が補助熱交換器７１を通過することによる経路の長大化により冷房効率の低下を招く可能性がある。そこで、冷房運転時には、冷凍サイクルの経路を、冷媒が補助熱交換器７１を通過しない構成とすることが好ましい。すなわち、第１バルブ７４を開状態とし、第２バルブ７５を閉状態とすることが好ましい。
【００７９】
なお、本実施形態にかかる空気調和機１に備えられている補助熱交換器は１台であるが、１台の空気調和機に複数台の補助熱交換器が備えられていてもよい。また、複数台の補助熱交換器が並んで設けられている場合には、各補助熱交換器の間に補助熱交換器を通らないバイパス通路が設けられていてもよい。そして、外気温などの所定の条件に応じて、補助熱交換器の全ての伝熱配管に冷媒を通すか、補助熱交換器の一部の伝熱配管に冷媒を通すかを変更できる構成とすることもできる。
【００８０】
さらに別の構成として、補助熱交換器の途中にバイパス経路が設けられていてもよい。そして、必要とされる暖房能力の高低に応じて、冷媒が補助熱交換器の全てを通過するか、冷媒が補助熱交換器の途中でバイパス経路を通過するかを選択するようにしてもよい。
【００８１】
＜補助熱交換器を設置する方法について＞
上述したように、本実施形態にかかる空気調和機１に備えられている補助熱交換器７１は、地中９０に配置されている。本発明の技術的範囲には、このような構成の補助熱交換器を地中に設置する設置方法も含まれる。この方法には、重機などを用いて地面に穴を掘り、穴の内部に補助熱交換器を設置するという工程が含まれる。
【００８２】
上述したように、本実施形態にかかる空気調和機１では、補助熱交換器７１は、地中９０に設置されている。しかし、本発明の空気調和機はこれに限定されず、補助熱交換器は、地中ではなく、水中に設置されていてもよい。冬期の外気温が非常に低くなる寒冷地では、地中や水中は、室外機が設置される外気中よりも温度が高くなる傾向にある。
【００８３】
そのため、暖房運転時の冷凍サイクルにおいて、室外熱交換器５４の上流側に設けられる補助熱交換器７１を地中または水中に設置することで、室外熱交換器５４に送られる冷媒を補助熱交換器７１内で暖めることができる。なお、水中としてより具体的には、井戸の中、プール中、池の中、川の中、海中などを挙げることができる。上記のような水中に補助熱交換器７１を設置する方法も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８４】
＜補助熱交換器の変形例＞
図４および図５には、補助熱交換器７１内の伝熱配管の変形例を示す。上述の第１の実施形態では、補助熱交換器７１内の伝熱配管は、上流側の蛇行配管７１ａと、下流側の直線配管７１ｂとで構成されている。しかし、蛇行配管７１ａの代わりにらせん形状の配管を用いてもよい。
【００８５】
図４に示す例では、補助熱交換器７１内の伝熱配管は、上流側のらせん配管４７１ａと、下流側の直線配管４７１ｂとで構成されている。図４では、冷媒の流れを矢印で示す。上流側をらせん形状の配管とすることで、補助熱交換器７１をコンパクトに構成することができる。
【００８６】
また、図５に示す例でも、補助熱交換器７１内の伝熱配管は、上流側のらせん配管５７１ａと、下流側の直線配管５７１ｂとで構成されている。図５では、冷媒の流れを矢印で示す。図５に示す例では、らせん状に下降する上流側のらせん配管５７１ａの中央部分（らせんの軸部分）に下流側の直線配管５７１ｂが配置されている。この構成により、上流側のらせん配管５７１ａの経路をより長くしても、補助熱交換器７１の全体容積をコンパクトにすることができる。
【００８７】
〔第２の実施形態〕
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。上述した第１の実施形態では、補助熱交換器の上流と下流とを連結する短絡配管（冷媒配管５７’）が設けられている構成について説明した。しかし、本発明にかかる空気調和機では、このような短絡配管は設けられていなくてもよい。そこで、第２の実施形態では、短絡配管が設けられていない構成例について説明する。
【００８８】
図６には、第２の実施形態にかかる空気調和機１００の構成を示す。図６では、空気調和機１００に備えられた補助熱交換器１７１、およびその周辺の室外機５０の構成を主に示す。空気調和機１００の全体構成については、第１の実施形態の空気調和機１の構成（図１参照）をほぼ同様に適用することができる。そこで、以下では、第１の実施形態とは異なる構成のみを説明する。
【００８９】
本実施形態にかかる空気調和機１００の冷凍サイクルには、室外熱交換器５４の上流側に補助熱交換器１７１が一つ設けられている。ここで、室外熱交換器５４の上流側とは、暖房運転時の冷凍サイクルの上流側のことをいう。図６には、暖房運転時の冷媒の流れを矢印で示す。
【００９０】
図６に示すように、補助熱交換器１７１は、冷媒配管５７内に配置されている。より具体的には、補助熱交換器１７１は、膨張弁５５と室外熱交換器５４との間の冷媒配管５７内に配置されている。
【００９１】
補助熱交換器１７１は、地中９０に設置されている。補助熱交換器１７１内には、冷媒が通過する伝熱配管が通っている。伝熱配管は、上流側の蛇行配管１７１ａと、下流側の直線配管１７１ｂとで構成されている。蛇行配管１７１ａの上流端部は、室外機５０の上流側冷媒配管１７２と接続されている。直線配管１７１ｂの下流端部は、室外機の下流側冷媒配管１７３と接続されている。ここでいう上流および下流とは、暖房運転時の冷凍サイクルにおける冷媒の循環方向での上流および下流を意味する。
【００９２】
本実施形態にかかる空気調和機１００には、補助熱交換器１７１の上流と下流とを連結する短絡配管が設けられていない。そのため、冷凍サイクルの運転時には、補助熱交換器１７１を必ず通る。この構成により、暖房運転時には、室外熱交換器５４での熱交換の負荷を軽減することができる。そのため、室外熱交換器５４に付着する霜の量を減少させることができる。これにより、除霜運転の頻度および時間を少なくすることができる。また、補助熱交換器７１を用いた暖房運転を行うことで、室外熱交換器５４および補助熱交換器７１における熱交換能力を高めることができる。
【００９３】
この空気調和機１００において冷房運転を行う場合には、冷媒は、図６に矢印で示す方向とは逆の方向に循環する。すなわち、冷房運転時には、冷凍サイクル内での冷媒の循環方向において、室外熱交換器５４の下流側に補助熱交換器１７１が位置する。このときには、補助熱交換器７１が行う熱交換の効果は低く、また、冷媒が補助熱交換器７１を通過することによる経路の長大化により冷房効率の低下を招く可能性がある。そのため、本実施形態の空気調和機１００は、暖房運転専用の空気調和機１００であることが好ましい。
【００９４】
〔第３の実施形態〕
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。上述した第１の実施形態では、暖房運転時の冷凍サイクル内の冷媒の循環方向において、室外熱交換器の上流側に補助熱交換器が設けられている構成について説明した。しかし、本発明はこの構成に限定はされない。すなわち、本発明では、室外熱交換器の上流側と下流側の少なくとも何れかに補助熱交換器が設けられていればよい。そこで、第３の実施形態では、室外熱交換器の上流側と下流側の両方に補助熱交換器がそれぞれ設けられている構成例について説明する。
【００９５】
図７および図８には、第３の実施形態にかかる空気調和機２００の構成を示す。図７および図８では、空気調和機２００に備えられた２つの補助熱交換器２７１・２８１、およびその周辺の室外機５０の構成を主に示す。空気調和機２００の全体構成については、第１の実施形態の空気調和機１の構成（図１参照）をほぼ同様に適用することができる。そこで、以下では、第１の実施形態とは異なる構成のみを説明する。
【００９６】
図７では、空気調和機２００の冷房運転時の冷媒の流れを矢印で示す。また、図８では、空気調和機２００の暖房運転時の冷媒の流れを矢印で示す。
【００９７】
図７および図８に示すように、本実施形態にかかる空気調和機２００の冷凍サイクルには、室外熱交換器５４の上流側に補助熱交換器２７１が一つ設けられているとともに、室外熱交換器５４の下流側に補助熱交換器２８１が一つ設けられている。ここで、室外熱交換器５４の上流側とは、暖房運転時の冷凍サイクルの上流側のことをいう。言い換えると、空気調和機２００には、室外熱交換器５４と膨張弁５５との間に補助熱交換器２７１が配置されており、室外熱交換器５４と圧縮機５２との間に補助熱交換器２８１が設けられている。
【００９８】
補助熱交換器２７１および補助熱交換器２８１は、地中９０に設置されている。補助熱交換器７１および補助熱交換器２８１の内部には、冷媒が通過する伝熱配管が通っている。
【００９９】
補助熱交換器２７１において、伝熱配管は、上流側の蛇行配管２７１ａと、下流側の直線配管２７１ｂとで構成されている。蛇行配管２７１ａの上流端部は、室外機５０の上流側冷媒配管２７２と接続されている。直線配管２７１ｂの下流端部は、室外機の下流側冷媒配管２７３と接続されている。ここでいう上流および下流とは、暖房運転時の冷凍サイクルにおける冷媒の循環方向での上流および下流を意味する。
【０１００】
また、上流側冷媒配管２７２と下流側冷媒配管２７３との間には、補助熱交換器２７１を通らない冷媒配管２５７’（短絡経路）が設けられている。そして、冷媒配管２５７’内には、第１バルブ２７４が配置されている。また、上流側冷媒配管２７２内には、第２バルブ２７５が設けられている。
【０１０１】
上記の構成において、補助熱交換器２７１側へ冷媒を送る場合には、第２バルブ２７５は開状態となり、第１バルブ２７４は閉状態となる。これらの構成については、第１の実施形態の補助熱交換器７１の周辺構成と同様である。
【０１０２】
補助熱交換器２８１において、伝熱配管は、上流側の蛇行配管２８１ａと、下流側の直線配管２８１ｂとで構成されている。蛇行配管２８１ａの上流端部は、室外機５０の上流側冷媒配管２８２と接続されている。直線配管２８１ｂの下流端部は、室外機の下流側冷媒配管２８３と接続されている。ここでいう上流および下流とは、冷房運転時の冷凍サイクルにおける冷媒の循環方向での上流および下流を意味する。
【０１０３】
また、上流側冷媒配管２８２と下流側冷媒配管２８３との間には、補助熱交換器２８１を通らない冷媒配管２５８’（短絡経路）が設けられている。そして、冷媒配管２５８’内には、第３バルブ２８４が配置されている。また、上流側冷媒配管２８２内には、第４バルブ２８５が設けられている。
【０１０４】
上記の構成において、補助熱交換器２８１側へ冷媒を送る場合には、第４バルブ２８５は開状態となり、第３バルブ２８４は閉状態となる。補助熱交換器２８１およびその周辺の構成については、補助熱交換器２７１およびその周辺の構成と同様の構成が適用できる。但し、補助熱交換器２７１と補助熱交換器２８１とは、各構成部材が左右対称となるような位置関係で配置される。
【０１０５】
続いて、空気調和機２００における冷房運転時の冷媒の流れを、図７を参照しながら以下に説明する。図７には、補助熱交換器２８１を用いた冷房運転時の冷媒の流れを矢印で示す。ここからの説明では、冷房運転時の冷凍サイクルにおける冷媒の循環方向での上流および下流を、それぞれ上流、下流という。
【０１０６】
図７には示していないが、四方弁５３は、図１の破線で示される状態となっている。このとき、図１に示す二方弁５９および三方弁６０は開状態とされている。また、このとき、上述の制御部２０からの指令に基づいて、第１バルブ２７４は開状態、第２バルブ２７５は閉状態、第３バルブ２８４は閉状態、第４バルブ２８５は開状態となっている（図７参照）。
【０１０７】
この状態で、圧縮機５２が起動されると、ガス冷媒が、圧縮機５２に吸入され、圧縮された後、四方弁５３を通過する。補助熱交換器２８１を用いた冷房運転では、四方弁５３を通過した冷媒は、先ず、開状態の第４バルブ２８５を通過し、上流側冷媒配管２８２から補助熱交換器２８１へ送られる。補助熱交換器２８１へ送られた冷媒は、蛇行配管２８１ａを通って地中９０の奥の方へと進む。
【０１０８】
補助熱交換器２８１を用いた冷房運転時には、外気温は非常に高い（例えば、３５℃以上）と想定される。つまり、室外機５０が置かれている外気の温度よりも、地中９０の温度の方が低いと考えられる。そのため、冷媒は、蛇行配管２８１ａを通過する間に、地中９０へ熱を放出する。これにより、冷媒は冷やされる。
【０１０９】
なお、このような冷房運転時には、地中９０では、地表近くの温度がより高く、地中の奥深くへ進むほど温度が低くなると考えられる。そのため、より外気温が高い場合には、冷媒は、より地中の奥深くで熱交換される方が、熱交換効率を高められる。したがって、蛇行配管２８１ａは、地表面から垂直方向により深い方向に進むことが好ましい。
【０１１０】
なお、本実施形態のように、補助熱交換器２８１内の伝熱配管は、冷媒の循環方向の上流側で、蛇行形状を有していることが好ましい。これにより、補助熱交換器２８１の上流側でより多くの熱交換を行うことができる。
【０１１１】
さらに、補助熱交換器２８１内の戻り側（冷媒の循環方向の下流側）の伝熱配管は、直線形状をしていることが好ましい。つまり、補助熱交換器２８１の伝熱配管は、その上流側で蛇行しながら地中奥深くへと進み、最下点に達した後、下流側では直線状に地上へと戻るような形状であることが好ましい。
【０１１２】
これにより、補助熱交換器２８１内の冷媒が、より温度の高い地表面付近を通過して地上の室外機５０へ送られる際には、直線配管２８１ｂを通過することになる。そのため、直線配管２８１ｂを通過する際に地中から与えられる熱エネルギーを低減させることができる。したがって、補助熱交換器２８１による熱交換効率をより高めることができる。
【０１１３】
補助熱交換器２８１を出た冷媒は、その後、下流側冷媒配管２８３を通って室外熱交換器５４に送られる。冷媒は、室外熱交換器５４において冷却され、液冷媒となる。その後、この液冷媒は、補助熱交換器２７１を通ることなく、膨張弁５５に送られ、減圧されて気液二相状態となる。気液二相状態の冷媒は、二方弁５９を経由して室内熱交換器１２に供給され、室内空気を冷却するとともに蒸発されてガス冷媒となる。最後に、そのガス冷媒は、三方弁６０および四方弁５３を経由して、再び、圧縮機５２に吸入される。
【０１１４】
続いて、空気調和機２００における暖房運転時の冷媒の流れを、図８を参照しながら以下に説明する。図８には、補助熱交換器２７１を用いた暖房運転時の冷媒の流れを矢印で示す。ここからの説明では、暖房運転時の冷凍サイクルにおける冷媒の循環方向での上流および下流を、それぞれ上流、下流という。
【０１１５】
図８には示していないが、四方弁５３は、図１の実線で示される状態となっている。このとき、図１に示す二方弁５９および三方弁６０は開状態とされている。また、このとき、上述の制御部２０からの指令に基づいて、第１バルブ２７４は閉状態、第２バルブ２７５は開状態、第３バルブ２８４は開状態、第４バルブ２８５は閉状態となっている（図８参照）。
【０１１６】
この状態で、圧縮機５２が起動されると、ガス冷媒が、圧縮機５２に吸入され、圧縮された後、四方弁５３および三方弁６０を経由して室内熱交換器１２に供給され、室内空気を加熱すると共に凝縮されて液冷媒となる。その後、この液冷媒は、二方弁５９を経由して膨張弁５５に送られ、減圧されて気液二相状態となる。
【０１１７】
補助熱交換器２７１を用いた暖房運転では、気液二相状態の冷媒は、先ず、開状態の第２バルブ２７５を通過し、上流側冷媒配管２７２から補助熱交換器２７１へ送られる。補助熱交換器２７１における熱交換については、第１の実施形態において説明した補助熱交換器７１における熱交換（図３参照）とほぼ同様であるため、説明を省略する。
【０１１８】
補助熱交換器２７１を出た冷媒は、その後、下流側冷媒配管２７３を通って室外熱交換器５４に送られる。室外熱交換器５４において、冷媒は、蒸発させられてガス冷媒となる。その後、このガス冷媒は、補助熱交換器２８１を通ることなく、四方弁５３を経由して、再び、圧縮機５２に吸入される。
【０１１９】
以上のように、本実施形態にかかる空気調和機２００では、暖房運転および冷房運転の両方の運転において、補助熱交換器を用いた運転を行うことができる。そのため、暖房運転時の暖房能力を向上させることができるとともに、冷房運転時の冷房能力を向上させることもできる。
【０１２０】
なお、本発明の空気調和機では、冷房運転及び暖房運転の少なくとも何れかにおいて、冷凍サイクル中の冷媒の循環方向の上流に補助熱交換器が設置されていればよい。したがって、補助熱交換器２８１のみを備えている空気調和機も本発明の範疇に含まれる。
【０１２１】
〔第４の実施形態〕
続いて、本発明の第４の実施形態について説明する。上述した第３の実施形態では、室外熱交換器の上流側と下流側の両方に補助熱交換器がそれぞれ設けられている空気調和機の例について説明した。しかし、本発明はこの構成に限定はされない。他の構成として、冷凍サイクルの経路において、室外熱交換器と補助熱交換器との間に四方弁（経路切り換え部）が備えられている構成も挙げられる。この構成では、四方弁は、暖房運転時及び冷房運転時の両方において、冷媒が補助熱交換器を通過した後に室外側熱交換器を通過するような経路を形成する。第４の実施形態では、このような構成例について説明する。
【０１２２】
図９には、第４の実施形態にかかる空気調和機３００の内部構成を示す。図１０および図１１には、空気調和機３００に備えられた補助熱交換器３７１およびその周辺の室外機５０の構成を主に示す。図９から図１１において、第１の実施形態の空気調和機１と同じ構成および機能を有する構成部材については、空気調和機１と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１２３】
図１０では、空気調和機３００の暖房運転時の冷媒の流れを矢印で示す。また、図１１では、空気調和機３００の冷房運転時の冷媒の流れを矢印で示す。
【０１２４】
図９に示すように、本実施の形態にかかる空気調和機３００は、セパレート式の空気調和機であって、主に、室内機１０と室外機５０と補助熱交換器３７１とから構成されている。室内機１０については、第１の実施形態の空気調和機１と同様の構成が適用できる。
【０１２５】
室外機５０についても、第１の実施形態の空気調和機１とほぼ同様の構成が適用できる。但し、室外機５０には、四方弁５３とは別にもう一つの四方弁（経路切り換え部）３８６が設けられている。四方弁３８６には、４つの出入口Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄ（図１０および図１１参照）。後述するように、四方弁３８６の４つの出入口Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄは、膨張弁５５、圧縮機５２、室外熱交換器５４、および補助熱交換器３７１につながる配管と、それぞれ連結されており、これの各部品を中継する経路を形成する。
【０１２６】
補助熱交換器３７１は、地中９０に設置されている。補助熱交換器３７１には、冷媒が通過する伝熱配管が通っている。補助熱交換器３７１の周辺には、補助熱交換器温度センサ７６などが備えられている。補助熱交換器３７１については、第１の実施形態の補助熱交換器７１とほぼ同様の構成が適用できる。
【０１２７】
図１０および図１１に示すように、補助熱交換器３７１において、伝熱配管は、上流側の蛇行配管３７１ａと、下流側の直線配管３７１ｂとで構成されている。蛇行配管３７１ａの上流端部は、室外機５０の上流側冷媒配管３７２と接続されている。直線配管３７１ｂの下流端部は、室外機の下流側冷媒配管３７３と接続されている。ここでいう上流および下流とは、暖房運転時および冷房運転時の冷凍サイクルにおける冷媒の循環方向での上流および下流を意味する。
【０１２８】
また、上流側冷媒配管３７２の上流側では、配管は２つに分岐している。そして、分岐した一方の配管には、第２バルブ３７５が設けられており、他方の配管には、第４バルブ３８５が設けられている。下流側冷媒配管３８３の下流側は、四方弁３８６の第１出入口Ａと連結されている。四方弁３８６の第２出入口Ｂは、室外熱交換器５４へつながる一方の配管と連結されており、四方弁３８６の第３出入口Ｃは、室外熱交換器５４へつながる他方の配管と連結されている。四方弁３８６の第４出入口Ｄは、２つに分岐する配管に連結されている。そして、分岐した一方の配管は、第１バルブ３７４と連結され、分岐した他方の配管は、第３バルブ３８４と連結されている。
【０１２９】
続いて、空気調和機３００における暖房運転時の冷媒の流れを、図１０を参照しながら以下に説明する。図１０には、補助熱交換器３７１を用いた暖房運転時の冷媒の流れを矢印で示す。
【０１３０】
図１０には示していないが、四方弁５３は、図１の実線で示される状態となっている。このとき、図１に示す二方弁５９および三方弁６０は開状態とされている。また、このとき、上述の制御部２０からの指令に基づいて、第１バルブ３７４は閉状態、第２バルブ３７５は開状態、第３バルブ３８４は開状態、第４バルブ３８５は閉状態となっている（図１０参照）。また、図１０に示すように、四方弁３８６は、第１出入口Ａと第２出入口Ｂとが連通し、第３出入口Ｃと第４出入口Ｄとが連通した状態になっている。
【０１３１】
この状態で、圧縮機５２が起動されると、ガス冷媒が、圧縮機５２に吸入され、圧縮された後、四方弁５３および三方弁６０を経由して室内熱交換器１２に供給され、室内空気を加熱すると共に凝縮されて液冷媒となる。その後、この液冷媒は、二方弁５９を経由して膨張弁５５に送られ、減圧されて気液二相状態となる。
【０１３２】
補助熱交換器３７１を用いた暖房運転では、気液二相状態の冷媒は、先ず、開状態の第２バルブ３７５を通過し、上流側冷媒配管３７２から補助熱交換器３７１へ送られる。補助熱交換器３７１における熱交換については、第１の実施形態において説明した補助熱交換器７１における熱交換（図３参照）とほぼ同様であるため、説明を省略する。
【０１３３】
補助熱交換器３７１を出た冷媒は、その後、下流側冷媒配管３７３を通って、四方弁３８６の第１出入口Ａから第２出入口Ｂを通過し、室外熱交換器５４へと至る。室外熱交換器５４において、冷媒は、蒸発させられてガス冷媒となる。このとき、外気から熱を吸収する。その後、このガス冷媒は、四方弁３８６の第３出入口Ｃから第４出入口Ｄを通過し、開状態となっている第３バルブ３８４を通過する。その後、四方弁５３を経由して、再び、圧縮機５２に吸入される。
【０１３４】
続いて、空気調和機３００における冷房運転時の冷媒の流れを、図１１を参照しながら以下に説明する。図１１には、補助熱交換器３７１を用いた冷房運転時の冷媒の流れを矢印で示す。
【０１３５】
図１１には示していないが、四方弁５３は、図１の破線で示される状態となっている。このとき、図１に示す二方弁５９および三方弁６０は開状態とされている。また、このとき、上述の制御部２０からの指令に基づいて、第１バルブ３７４は開状態、第２バルブ３７５は閉状態、第３バルブ３８４は閉状態、第４バルブ３８５は開状態となっている（図１１参照）。また、図１１に示すように、四方弁３８６は、第１出入口Ａと第３出入口Ｃが連通し、第２出入口Ｂと第４出入口Ｄとが連通した状態になっている。
【０１３６】
この状態で、圧縮機５２が起動されると、ガス冷媒が、圧縮機５２に吸入され、圧縮された後、四方弁５３を通過する。補助熱交換器３７１を用いた冷房運転では、四方弁５３を通過した冷媒は、先ず、開状態の第４バルブ３８５を通過し、上流側冷媒配管２７２から補助熱交換器３７１へ送られる。補助熱交換器３７１における熱交換については、第３の実施形態において説明した補助熱交換器２８１における熱交換（図７参照）とほぼ同様であるため、説明を省略する。
【０１３７】
補助熱交換器３７１を出た冷媒は、その後、下流側冷媒配管３７３を通って、四方弁３８６の第１出入口Ａから第３出入口Ｃを通過し、室外熱交換器５４へと至る。室外熱交換器５４において、冷媒は冷却され、液冷媒となる。このとき、外気へ熱を放出する。その後、この液冷媒は、四方弁３８６の第２出入口Ｂから第４出入口Ｄを通過し、開状態となっている第１バルブ３７４を通過する。その後、液冷媒は、膨張弁５５に送られ、減圧されて気液二相状態となる。気液二相状態の冷媒は、二方弁５９を経由して室内熱交換器１２に供給され、室内空気を冷却するとともに蒸発されてガス冷媒となる。最後に、そのガス冷媒は、三方弁６０および四方弁５３を経由して、再び、圧縮機５２に吸入される。
【０１３８】
以上の構成によれば、本実施形態にかかる空気調和機３００では、暖房運転および冷房運転の両方の運転において、同一の補助熱交換器を用いた運転を行うことができる。そのため、補助熱交換器の個数を増やすことなく、暖房運転時の暖房能力を向上させることができるとともに、冷房運転時の冷房能力を向上させることもできる。
【０１３９】
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およ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。また、本明細書で説明した異なる実施形態の構成を互いに組み合わせて得られる構成についても、本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【０１４０】
１        ：空気調和機
１０      ：室内機
１２      ：室内熱交換器（室内側熱交換器）
２０      ：制御部
５０      ：室外機
５２      ：圧縮機
５４      ：室外熱交換器（室外側熱交換器）
５５      ：膨張弁
５７’    ：冷媒配管（短絡経路）
７１      ：補助熱交換器
７１ａ    ：蛇行配管
７１ｂ    ：直線配管
１００    ：空気調和機
１７１    ：補助熱交換器
２００    ：空気調和機
２７１    ：補助熱交換器
２８１    ：補助熱交換器
３００    ：空気調和機
３７１    ：補助熱交換器
３８６    ：四方弁（経路切り換え部）
【図１】
2017203573.tif 000003
【図２】
2017203573.tif 000004
【図３】
2017203573.tif 000005
【図４】
2017203573.tif 000006
【図５】
2017203573.tif 000007
【図６】
2017203573.tif 000008
【図７】
2017203573.tif 000009
【図８】
2017203573.tif 000010
【図９】
2017203573.tif 000011
【図１０】
2017203573.tif 000012
【図１１】
2017203573.tif 000013