JP2006329452A - 二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷房、暖房、給湯の各運転を自在に切換が出来、冷房運転で十分な冷房能力を得ることが出来る二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システムの提供。
【解決手段】冷暖房負荷側に連通する冷温水ライン（Ｌｗ）と、温水を貯蔵する貯湯タンク（１）と、冷媒である二酸化炭素が循環する循環系統（５０）とを備え、圧縮機（２）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒と貯湯タンク（１）に連通するライン（Ｌｔ）を流れる水との間で熱交換を行う第１の熱交換器（３）と、冷媒と大気との間で熱交換を行う第２の熱交換器（４）と、冷媒と冷温水ライン（Ｌｗ）を流れる冷温水との間で熱交換を行う第３の熱交換器（５）と、第２の熱交換器（４）から第３の熱交換器（５）に向う冷媒と第３の熱交換器（５）で熱交換を行った後の冷媒との間で熱交換を行う第４の熱交換器（６）とを有し、第１のバイパスライン（Ｌｂ１）と、第２のバイパスライン（Ｌｂ２）とを有した構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素（以下、「ＣＯ２」と表示）を冷媒とするヒートポンプ冷暖房システムに関する。

ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプサイクルと、フロン圧縮冷凍サイクルとでは、圧縮装置から吐出された冷媒を冷却する冷却装置（フロン圧縮冷凍サイクルにおける凝縮器）を出た段階で、フロン圧縮冷凍サイクルでは冷媒は高圧液相状態となるが、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプサイクルの場合は超臨界状態の流体となる点で相違する。
ここで、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプサイクルの場合は、冷却装置を出た冷媒の流体が、液体にならない場合（ＣＯ２が超臨界状態のままである場合）がある。その意味で、本明細書では、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプ冷凍サイクルにおいて、（フロン圧縮冷凍サイクルにおける凝縮器に相当する）当該冷却装置は、「凝縮器」とは言わずに「ガスクーラー」と記載している。

なお、膨脹弁で減圧した後のサイクルについては、フロン圧縮冷凍サイクルも、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプサイクルも同様である。

ここで、ＣＯ２を冷媒として用いる場合には、
（Ａ） オゾン層破壊係数は新フロンとは変わらないが、地球温暖化係数が新フロンよりもＣＯ２の方が小さい、
（Ｂ） ガスクーラーにおける温度がフロンよりも高いので、ガスクーラーを水冷にすれば、給湯機能（８０℃程度の温水が得られる）が得られる、
という利点がある。
なお、冷媒としてフロンを用いた圧縮冷凍サイクルの場合、凝縮器を水冷にしても、ぬるま湯程度（５０℃程度）の温水しか得られない。

図４２に示す様な、ＣＯ２ヒートポンプを用いて、給湯と冷房を行う技術（給湯冷房装置）が提案されている（特許文献１参照）。その給湯冷房装置は、深夜電力を利用した給湯運転を行うと同時に、給湯運転時に蒸発器において発生する冷熱を利用して、家屋を輻射冷房するように構成されている。
冷房の方式は、蒸発器の冷熱で空気を直接冷却する直接膨張式か、又は、蒸発器の冷熱で冷水を作るチラー式（図４２）が選択出来る。何れの方式の場合でも、被冷却部を家屋の外壁、又は屋根の中に隠蔽することにより居室内に冷風を吹き出さないようにして、就寝時に適した冷房が行える。

具体的には（図４２を参照して）、上記給湯冷房装置は、冷媒を圧縮する圧縮機１０と、圧縮機１０の吐出冷媒の熱を湯水に放熱する放熱器２０とを備えている。更に、上記給湯冷房装置は、冷媒を減圧する減圧弁３０と、冷媒にブラインの熱を吸熱させるブライン熱交換器１１０、及び冷媒に大気の熱を吸収させる空気熱交換器４０を有した冷媒回路Ｒとを備えている。加えて、上記給湯冷房装置は、ブライン熱交換器１１０のブライン通路１１０ｂと、冷房用循環ポンプ１２０と、吸熱器１３０を環状に接続してなるブライン回路Ｂとを備えている。

そして、前記圧縮機１０及び冷房用循環ポンプ１２０を作動させて、ブライン熱交換器１１０を流通する低温の冷媒とブライン通路１１０ｂを流通するブラインとを熱交換させてブラインを冷却するヒートポンプは、吸熱器１３０を家屋の外壁又は内壁内に配置している。

然るに、上記技術は、被冷却部（吸熱器１３０）が、家屋の外壁や屋根の中に隠蔽されるので、居室内を直接冷却することが出来ず、間接的冷却となるため効率が悪い。又、被冷却部（吸熱器１３０）が冷房専用になっているため、暖房機としては使用出来ず、別の暖房機が必要となる。加えて、ガスクーラー（放熱器）２０の放熱先が、貯湯タンク９０に限られているので、給湯需要のないときには運転できず、冷房単独運転が出来ない。更に、肝心の夏場に常に給湯需要があるとは限らないので、冷房の使い勝手が悪くなる。

上記技術とは別に、ＣＯ２ヒートポンプを用いて、給湯と冷房、又は給湯と暖房を同時に行うシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
係るシステムでは、冷房は、蒸発器の冷熱で冷水を作り、その冷水を（チラー式の）配管によって空調ユニットに導いて行う。一方、暖房は（圧縮機からの超臨界状態の）吐出ガスのガスクーラーからの放熱を利用して水を加熱して、その温水を配管によって空調ユニットに導いて行うように構成されている。

このシステムは、空調ユニットとして床暖房装置を用いる場合、暖房運転時の空調ユニット敷設位置は、床だけでもよいが、冷房運転時には、床だけを冷却しても快適な冷房を行えず、他の位置にも空調ユニットを敷設する必要がある。
冷房単独運転の場合、ガスクーラーの放熱先は外気だけに限られているので、ＣＯ２冷媒の場合、臨界温度が３１．１℃と比較的低いため、それよりも外気温が高い場合は、超臨界状態のＣＯ２が冷却されないので、十分な冷房効果が得られない。このことを図１５のモリエル線図（装置の構成は図示を省略）に基づいて詳しく説明する。

図４３において、上記空調ユニットは点Ａ（圧縮機の吸込口）からスタートするものとして、点Ｂに向って圧縮機内で断熱圧縮が行われ、点Ｂから点Ｃに向っては放熱器によって放熱が行われる。ここで、Ｔ１＝３５℃（外気が３１．１℃の場合に、外気を用いて冷却した場合の冷媒温度）であり、外気よりも冷媒を低温にすることは出来ない。即ち、以降の減圧工程は点Ｃから点Ｄを辿ることとなる。
次の点Ｄから点Ａでは、気液２相流のＣＯ２の液相部分のみが蒸発する。点Ｄから点Ａの（蒸発行程の）長さ、すなわちエンタルピの差が冷房能力（冷房出力）を示している。
点Ｂから点Ｃの放熱工程において、仮に、点Ｃが、点Ｅまで延長されれば、以降、点Ｅから点Ｆの減圧工程、を経て、膨張行程点Ｆから点Ａが得られる。
然るに、このシステムではＣＯ２の臨界温度３１．１℃よりも低くはならないので、低い冷房能力に甘んじることとなる。
ここで、点Ｅは、レシーバタンク（液相の冷媒が減圧弁に確実に行くようにする）が機能を発揮する冷媒温度を示すポイントである。
しかるに、３５℃程度までしか冷媒温度が低下しない（点Ｃ）のであれば、（液相の冷媒が減圧弁に確実に行くようにするという）レシーバタンクの機能は発揮されない。

夏場であれば、外気温度が３１．１℃を超えることは多くなり、また、特許文献１に関して上述した様に、夏場には給湯需要は少なくなるので、給湯需要が無い状態で冷房運転を行う事が多くなる。従って、給湯需要の無く且つ外気温度が３１．１℃を超える場合に十分な冷房能力が得られない特許文献２のシステムは、肝心の夏場に十分な冷房能力を発揮することが出来ない。
特開２００３−１８５２９０号公報 特開２００４−２１８９２１号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプサイクルであって、冷房運転、暖房運転、給湯運転を自在に切り換えることが出来て、給湯運転を伴わない冷房のみの運転が可能であって、しかも、外気温度が３１．１℃を超える場合であっても給湯運転を伴わない冷房のみの運転で十分な冷房能力を得ることが出来る二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システムの提供を目的としている

本発明の二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム（ＣＯ２ヒートポンプ冷暖房システム）は、冷暖房負荷側に連通する冷温水ライン（Ｌｗ）と、温水を貯蔵する貯湯タンク（１）と、冷媒である二酸化炭素が循環する循環系統（熱源ユニット５０）とを備え、該循環系統（５０）は、低圧気相冷媒を圧縮して超臨界状態の高圧冷媒として吐出する圧縮機（２）と、圧縮機（２）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒と貯湯タンク（１）に連通するライン（Ｌｔ）を流れる水との間で熱交換を行う第１の熱交換器（水冷ガスクーラー３、冷却装置）と、冷媒と大気との間で熱交換を行う第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）と、冷媒と冷温水ライン（Ｌｗ）を流れる冷温水との間で熱交換を行う第３の熱交換器（冷房蒸発器５）と、第２の熱交換器（４）から第３の熱交換器（５）に向う冷媒と第３の熱交換器（５）で熱交換を行った後の冷媒との間で熱交換を行う第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）とを有し、圧縮機（２）の吐出口（２ｏ）と第１の熱交換器（３）とを連通し、第４の熱交換器（６）を経由して第２の熱交換器（４）と第３の熱交換器（５）とを連通し、第４の熱交換器（６）を経由して第３の熱交換器（５）と圧縮機（２）の吸込口（２ｉ）とを連通する冷媒ライン（Ｌｃ）を有しており、前記冷温水ライン（Ｌｗ）は貯湯タンク（１）或いは第３の熱交換器（５）と選択的に連通する様に構成されていることを特徴としている（図８〜図１２：請求項１）。

また、本発明の二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム（ＣＯ２ヒートポンプ冷暖房システム）は、冷暖房負荷側に連通する冷温水ライン（Ｌｗ）と、温水を貯蔵する貯湯タンク（１）と、冷媒である二酸化炭素が循環する循環系統（熱源ユニット５０）とを備え、該循環系統（５０）は、低圧気相冷媒を圧縮して超臨界状態の高圧冷媒として吐出する圧縮機（２）と、圧縮機（２）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒と貯湯タンク（１）に連通するライン（Ｌｔ）を流れる水との間で熱交換を行う第１の熱交換器（水冷ガスクーラー３、冷却装置）と、冷媒と大気との間で熱交換を行う第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）と、冷媒と冷温水ライン（Ｌｗ）を流れる冷温水との間で熱交換を行う第３の熱交換器（冷房蒸発器５）と、第２の熱交換器（４）から第３の熱交換器（５）に向う冷媒と冷温水ライン（Ｌｗ）を流れる冷温水との間で熱交換を行う第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）とを有し、圧縮機（２）の吐出口（２ｏ）と第１の熱交換器（３）とを連通し、第４の熱交換器（６）を経由して第２の熱交換器（４）と第３の熱交換器（５）とを連通し、第３の熱交換器（５）と圧縮機（２）の吸込口（２ｉ）とを連通する冷媒ライン（Ｌｃ１２）を有し、前記冷温水ライン（Ｌｗ）は貯湯タンク（１）或いは第３の熱交換器（５）と選択的に連通し且つ戻りライン（Ｌｗ７）は第４の熱交換器（６）を経由してから第３の熱交換器（５）に連通するように配置されていることを特徴としている（図３１〜図３５：請求項２）。

本発明において、圧縮機（２）の吐出口（２ｏ）と第１の熱交換器（３）とを連通する冷媒ライン（Ｌｃ２）から分岐して第２の熱交換器（４）をバイパス（して第２の熱交換器４と第３の熱交換器５とを連通する冷媒ラインに合流）する第１のバイパスライン（Ｌｂ１）と、第２の熱交換器（４）と第３の熱交換器（５）とを連通する冷媒ライン（Ｌｃ６）から分岐して第４の熱交換器（６）をバイパス（して第２の熱交換器４と第３の熱交換器５とを連通する冷媒ラインＬｃ９に合流）する第２のバイパスライン（Ｌｂ２）とを有することが好ましい（図１〜図６、図２５〜図２９：請求項３）

本発明において、前記循環系統（熱源ユニット５０）は、バイパス弁（Ｖｂ２）が介装されて前記第１の熱交換器（水冷ガスクーラー３）をバイパスする第３のバイパスライン（Ｌｂ４）を有しているのが好ましい（図７：請求項４）。
また本発明において、前記循環系統（熱源ユニット５０）は、バイパス弁（Ｖｂ３（図７）、Ｖｂ４（図３０））が介装されて前記第３の熱交換器（冷房蒸発器５）及び第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）（それに加えて、受液器８及び冷房膨張弁９）をバイパスする第４のバイパスライン（Ｌｂ５（図７）、Ｌｂ６（図３０））とを有しているのが好ましい（図７、図３０：請求項５）。

本発明において、第３の熱交換器（５）と第４の熱交換器（６）とを連通する冷媒ライン（Ｌｃ１０）から分岐して第４の熱交換器（６）をバイパスし、第４の熱交換器（６）と圧縮機（２）の吸込口（２ｉ）とを連通するライン（Ｌｃ１１）と合流する第５のバイパスライン（Ｌｂ１０）を設けることが好ましい（図１３〜図１８：請求項６）。
そして、第４のバイパスライン（Ｌｂ５）と第５のバイパスライン（Ｌｂ１０）とを設ける様に構成しても良い（図１９〜図２４）。

そして、第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）が第２の熱交換器（４）から第３の熱交換器（５）に向う冷媒と冷温水ライン（Ｌｗ）を流れる冷温水との間で熱交換を行う場合において（図３１〜図３５：請求項２）、第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）に向う冷温水ライン（Ｌｗ７）から分岐して、第４の熱交換器（６）と第３の熱交換器（５）とを連通する冷温水ライン（戻りライン：Ｌｗ７）に合流する第６のバイパスライン（Ｌｂ１１）を設けているのが好ましい（図３６〜図４１：請求項７）。

本発明の実施に際して、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）よりも上流側（圧縮機２の吐出口２ｏ側）の領域に開閉弁（電磁弁Ｖｂ１）及び第１の膨張弁（暖房膨張弁７）を介装し、該開閉弁（電磁弁Ｖｂ１）及び第１の膨張弁（暖房膨張弁７）は並列に配置されており、第３の熱交換器（冷房蒸発器５）よりも上流側（圧縮機２の吐出口側２ｏ）の領域に設けられた受液器（８）及び第２の膨張弁（冷房膨張弁９）を介装しているのが好ましい。

また、前記第１のバイパスライン（Ｌｂ１）及び第２のバイパスライン（Ｌｂ２）には三方弁（Ｖｃ１，Ｖｃ２）が設けられており、該三方弁（Ｖｃ１，Ｖｃ２）を開閉制御することにより、冷媒（ＣＯ２）が前記第１のバイパスライン（Ｌｂ１）及び／又は第２のバイパスライン（Ｌｂ２）を流れるか否かが決定される様に構成されているのが好ましい。

本発明において、冷暖房負荷としては、冷温水が供給される輻射パネル（１２，１３）を採用することが出来る。但し、輻射パネル（１２，１３）以外の冷暖房機構を冷暖房負荷としても良い。
また、輻射パネル（１２，１３）へ供給する液体は、冷温水に代えて、不凍液等にすることも可能である。

また、後述する様に本発明においては、冷房単独運転、貯湯のみの運転、冷房及び貯湯運転、暖房及び貯湯運転を自在に切り換えることが出来るが、係る運転モードの切り換えは、例えばリモコンのような手許スイッチで行う様に構成することが出来る。

上述する構成を具備する本発明によれば、第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）において、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）から第３の熱交換器（冷房蒸発器５）に向う冷媒と第３の熱交換器（冷房蒸発器５）で熱交換を行った後の冷媒との間で熱交換を行う様に構成した場合（図１〜図２４）には、冷房単独運転を行う際には（図２、図３、図９、図１４、図２０）（図１５、図２１は除く）、（例えば、貯湯用ポンプＰ１を停止することにより）貯湯タンク（１）に連通するライン（Ｌｔ）における水の流れを停止して、圧縮機（２）から吐出された高圧冷媒を第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）に供給して外気により冷却せしめ、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）で冷却された冷媒を第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）でさらに冷却した後に、第３の熱交換器（冷房蒸発器５）で冷水と熱交換させれば良い。

すなわち、（例えば、貯湯用ポンプＰ１を停止することにより）貯湯タンク（１）に連通するライン（Ｌｔ）における水の流れを停止することにより、高圧冷媒は第１の熱交換器（水冷ガスクーラー３）を、いわゆる「素通り」することとなり、第１の熱交換器（水冷ガスクーラー３）において高圧冷媒が保有する熱量が貯湯タンク（１）側に投入されることは無い。これにより、給湯需要が存在しないにも拘らず給湯運転が為されてしまう、という事態は防止できる。

そして、圧縮機（２）から吐出された高圧冷媒を第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）にて外気により冷却せしめ、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）で冷却された冷媒を第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）でさらに冷却した後に、第３の熱交換器（冷房蒸発器５）で冷水と熱交換しているので、外気温が３１．１℃を超えており、冷媒が第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）では完全に液相になる程度まで冷却されなかった場合にも、第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）で、第３の熱交換器（冷房蒸発器５）で熱交換を行った後の冷媒を用いてさらに冷却しているので、第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）を出た段階で冷媒は液相状態となる。その結果、外気温が３１．１℃を超えた場合であっても、給湯運転をすること無く、十分な冷房能力を得ることが出来るのである。

ここで、外気温度が比較的低い場合（例えば、３０℃未満の場合）には、圧縮機（２）から吐出された高圧冷媒は、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）にて外気により十分に冷却されるので、第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）において、第３の熱交換器（冷房蒸発器５）で熱交換を行った後の冷媒を用いてさらに冷却する必要は無い（図１５、図２１）。

一方、本発明において、第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）を、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）から第３の熱交換器（冷房蒸発器５）に向う冷媒と冷温水ライン（Ｌｗ）を流れる冷温水との間で熱交換を行う様に構成すると共に、冷温水ライン（Ｌｗ）の戻りライン（Ｌｗ７）が第４の熱交換器（６）を経由してから第３の熱交換器（５）に連通（Ｌｗ８）するように構成すれば（図２５〜図２９、図３１〜図３５、図３６〜図４１）、冷房単独運転を行う際（図２６、図３２、図３７）には（図３８を除く）、（例えば、貯湯用ポンプＰ１を停止することにより）貯湯タンク（１）に連通するライン（Ｌｔ）における水の流れを停止して、圧縮機（２）から吐出された高圧冷媒を第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）に供給して外気により冷却せしめ、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）で冷却された冷媒を第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）でさらに冷却した後に、第３の熱交換器（冷房蒸発器５）で冷水と熱交換させれば良い。

上述した様に、（例えば、貯湯用ポンプＰ１を停止することにより）貯湯タンク（１）に連通するライン（Ｌｔ）における水の流れを停止すれば、第１の熱交換器（水冷ガスクーラー３）において高圧冷媒が保有する熱量が貯湯タンク（１）側に投入されることは無く、給湯需要が存在しないにも拘らず給湯運転が為されてしまう、という事態が防止できる。
そして、外気温が３１．１℃を超えており、冷媒が第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）では完全に液相になる程度まで冷却されなかった場合にも、第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）で、冷温水ライン（Ｌｗ）の戻りラインを流れる冷水を用いてさらに冷却しているので、第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）を出た段階で冷媒は液相状態となり、十分な冷房能力を得ることが出来る。

ここで、外気温度が比較的低い場合（例えば、３０℃未満の場合）には、圧縮機（２）から吐出された高圧冷媒は、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）にて外気により十分に冷却されるので、第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）において、冷温水ライン（Ｌｗ）の戻りラインを流れる冷水を用いて冷却する必要は無い（図３８）。

第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）において、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）から第３の熱交換器（冷房蒸発器５）に向う冷媒と第３の熱交換器（冷房蒸発器５）で熱交換を行った後の冷媒との間で熱交換を行う様に構成した場合（図１〜図６、図８〜図１２、図１３〜図１８、図１９〜図２４）においても、第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）を、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）から第３の熱交換器（冷房蒸発器５）に向う冷媒と冷温水ライン（Ｌｗ）を流れる冷温水との間で熱交換を行う様に構成すると共に、冷温水ライン（Ｌｗ）の戻りラインが第４の熱交換器（６）を経由してから第３の熱交換器（５）に連通するように構成した場合（図２５〜図２９、図３１〜図３５、図３６〜図４１）においても、貯湯のみの運転、冷房及び貯湯運転、暖房及び貯湯運転を同様に行うことが出来る。

貯湯のみの運転に際しては（図４、図１０、図１６、図２２、図２７、図３３、図３９）、（例えば、冷温水循環用のポンプＰ２を停止することにより）冷温水ライン（Ｌｗ）における冷温水の循環を停止する。冷温水ライン（Ｌｗ）の循環を停止すれば、第３の熱交換器（冷媒蒸発器５）及び第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）において、冷媒は熱交換を行わないので、いわゆる「素通りした」状態となる。そして、冷温水が循環しないので、冷房負荷側に熱の授受は行われず、冷房運転、暖房運転の何れも行われない。
その様な状態において、第１の熱交換器（水冷ガスクーラー３）により、圧縮機（２）から吐出された超臨界状態の高圧冷媒（超臨界状態のＣＯ２）が保有する熱量を、貯湯タンク（１）に連通するライン（Ｌｔ）を流れる水に投入すれば、高温の温水（約８０℃）が貯湯タンク（１）に貯蔵されるのである。
第１の熱交換器（水冷ガスクーラー３）で冷却された冷媒は、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー４）で外気と熱交換を行うことで蒸発し、その後、第３の熱交換器（冷媒蒸発器５）及び第４の熱交換器（補助ガスクーラー６）を、いわゆる「素通り」して圧縮機（２）の吸込口側（２ｉ）に戻されるのである。

冷房及び貯湯運転を行う場合には（図５、図１１、図１７、図２３、図２８、図３４、図４０）、冷温水ライン（Ｌｗ）を第３の熱交換器（冷媒蒸発器５）側に連通せしめると共に、第１の熱交換器（水冷ガスクーラー３）を流過した冷媒を第３の熱交換器（冷媒蒸発器５）へ連通させる。
圧縮機（２）から吐出された高圧冷媒は、第１の熱交換器（水冷ガスクーラー３）で、その保有する熱量を、貯湯タンク（１）に連通するライン（Ｌｔ）を流れる水に投入し、以って、高温の温水（約８０℃）を貯湯タンク（１）に貯蔵せしめる。
第１の熱交換器（水冷ガスクーラー３）で十分に冷却された冷媒は、冷房膨張弁（９）で低圧液相冷媒となって、第３の熱交換器（冷媒蒸発器５）で冷水から蒸発熱を奪って冷却するのである。

暖房及び貯湯運転を行う場合（図６、図１２、図１８、図２４、図２９、図３５、図４１）には、貯湯のみの運転（図４、図１０、図１６、図２２、図２７、図３３、図３９）の状態から、冷温水ライン（Ｌｗ）を貯湯タンク（１）側に連通せしめ、貯湯タンク（１）内に温水を冷温水ライン（Ｌｗ）で循環して暖房負荷側に供給すれば良い。

本発明のヒートポンプ冷暖房装置によれば、空冷ガスクーラー（３）で冷却した後に、補助ガスクーラー（６）で冷媒を冷やしているので、外気温が３１．１℃以上であっても、十分に液相となる。従って、冷房の運転ニーズが最も高い高外気温時３１．１℃以上において、給湯需要の有無にかかわらず、自由に冷房単独運転が出来る。

フロン系冷媒のヒートポンプで冷房を行う空調機は、室外機と室内機を接続する冷媒配管を、現地で接手等を用いて施工するが、ＣＯ２ヒートポンプの場合は冷媒配管圧力が非常に高いため、現地での冷媒配管施工は接手部からの漏洩の懸念があり、困難であると一般に言われてきた。しかし、本発明の実施形態によれば、ＣＯ２冷媒配管が、熱源ユニットの内部で完結しているため、ＣＯ２冷媒配管の現地施工を行わずに直ちに冷房することが出来る。

ＣＯ２冷媒配管を熱源ユニットの内部で完結させて冷房する方式としては、次の２通り（方式一）、（方式二）が考えられるが後述する理由により、本発明の実施形態の方式（一）の方が優れている。
（方式一）熱源ユニット内の冷媒蒸発器で生成した冷水を、輻射パネルに導いて、輻射をする。
（方式二）熱源ユニット内の冷媒蒸発器で生成した冷水を、対流式室内機に導いて、室内機から冷風を吹き出させる（通常のエアコンの方式）。

フロン系冷媒の冷房機の一般的な方式は、対流式室内機へ、冷水ではなくフロン冷媒を直接導く方式が採られているが、この理由は、冷媒単位流量当りの冷却能力が、冷水よりもフロン冷媒の方が大きいためである（蒸発潜熱が使えるため）。ところが、冷媒を直接室内機へ導くことが困難なＣＯ２ヒートポンプの場合は、冷水に変換してから室内へ導かなくてはならず、上記二つの方式の何れかの方法を採らざるを得ない。この場合、上記（方式二）では、前述した単位流量当りの冷却能力の理由により、十分な冷房能力を得るためには、フロン系冷媒の対流式室内機よりも大きな室内機を用いなければならず、設置性と美観上の問題が生じる。一方、（方式一）の複写パネルは、天井や、壁、床等と一体化させることが出来る（貼付、或いは埋め込みを施す）ので、面積が大きくなっても、設置性や美観上の問題が生じることはなく、冷房能力を稼ぐことが出来る。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

先ず、図１〜図６を参照して第１実施形態を説明する。

図１の全体の構成を示すブロック図において、当該二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム（ＣＯ２ヒートポンプ冷暖房システム）は、大きなユニット単位としては、空調負荷側４０と、循環系統（熱源ユニット：以下、循環系統を熱源ユニットとも言う）５０と貯湯タンク１とで構成されている。

空調負荷側４０は、例えば、住宅１０の居室１１の床に張られた床用輻射パネル１２と、天井に張られた天井用輻射パネル１３とを有している。床用輻射パネル１２と、天井用輻射パネル１３の後述する冷温水ラインＬｗの入口側には水温センサＳｔ１、Ｓｔ２が介装されている。
ここで、輻射パネルは、温熱或いは冷熱を居室内に与えるために、天井及び床に設けられたパネルを示し、「輻射」の形態で温熱或いは冷熱を投入するので、「輻射パネル」と称する。
輻射パネルにすれば、次の様なメリットがある。
冷房の場合、冷水温度が多少高くても、冷房が可能である。具体的には、冷水温度が１３℃程度でも冷房が可能である（通常は、冷水温度が７℃）。
パネルであるので、広い面積を同時に冷却或いは加熱できる。

熱源ユニット５０は、圧縮機２と、第１の熱交換器（水冷ガスクーラー：以降、第１の熱交換器を水冷ガスクーラーと言う）３と、第２の熱交換器（空冷ガスクーラー：以降、第２の熱交換器を空冷ガスクーラーと言う）４と、第３の熱交換器（冷房蒸発器：以降、第３の熱交換器を冷房蒸発器と言う）５と、第４の熱交換器（補助ガスクーラー：以降、第４の熱交換器を補助ガスクーラーと言う）６と、これらのユニットを循環可能に接続し、内部を冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）が循環する冷媒ラインＬｃとによって構成されている。ここで、空冷ガスクーラー４は、空冷ガスクーラーとして機能する場合と、蒸発器として機能する場合とがある。

冷媒ラインＬｃは、以下の配管類によって構成されている。圧縮機２の出口２ｏと水冷ガスクーラー３とは冷媒配管Ｌｃ１で接続されている。水冷ガスクーラー３と空冷ガスクーラー４とは水冷ガスクーラー側から、冷媒配管Ｌｃ２、第１の三方弁Ｖｃ１、冷媒配管Ｌｃ３、第１の分岐点Ｂ１、冷媒配管Ｌｃ４、第２の分岐点Ｂ２、冷媒配管Ｌｃ５で連通している。

冷媒配管Ｌｃ４には膨張弁７が介装されている。又、第１及び第２の分岐点Ｂ１、Ｂ２間は、開閉弁Ｖｂ１を介装したバイパスＬｂ３で連通されている。

空冷ガスクーラー４と冷媒蒸発器５とは、間に補助ガスクーラー６を経由して、空冷ガスクーラー４側から、冷媒配管Ｌｃ５、第３の分岐点Ｂ３、冷媒配管Ｌｃ６、第２の三方弁Ｖｃ２、冷媒配管Ｌｃ７、補助ガスクーラー６、冷媒配管Ｌｃ８、第４の分岐点Ｂ４、冷媒配管Ｌｃ９で連通されている。

前記第１の三方弁Ｖｃ１と第３の分岐点Ｂ３とは第１のバイパスＬｂ１で、空冷ガスクーラー４を迂回するように接続されている。
又、第２の三方弁Ｖｂ２と第４の分岐点Ｂ４とは第２のバイパスＬｂ２で、補助ガスクーラー６を迂回するように接続されている。

配管Ｌｃ９には、第４の分岐点Ｂ４から冷媒蒸発器５に向って、受液器（液相冷媒が膨張弁９へ確実に到達するように構成されたレシーバタンク）８と膨張弁９が介装されている。

冷媒蒸発器５と補助ガスクーラー６とは、配管Ｌｃ１０で接続されている。補助ガスクーラー６と圧縮機２の入口２ｉとは、配管Ｌｃ１１で接続している。
かくして、各ユニットは上記配管類Ｌｃ１〜Ｌｃ１１によって循環可能に連通している。

熱源ユニット５０の冷媒蒸発器５は、空調負荷側４０の床用輻射パネル１２および天井用輻射パネル１３と冷温水ラインＬｗによって冷温水が循環可能なように連通しており、冷媒ラインＬｃを流過する冷媒（高圧のＣＯ２）と熱交換を行うように構成されている。

冷温水ラインＬｗは、集合部Ｂｗと床用輻射パネル１２の図示しない流入口及び天井用輻射パネル１３の図示しない流入口を接続する冷温水管Ｌｗ３１、Ｌｗ３２と、集合部Ｇｗと床用輻射パネル１２の図示しない排出口及び天井用輻射パネル１３の図示しない排出口を接続する冷温水管Ｌｗ４１、Ｌｗ４２とを有している。前記集合部Ｇｗには、冷温水ポンプＰ２を介装した冷温水管Ｌｗ５が接続され、以下、三方弁Ｖｗ１、冷温水管Ｌｗ６を経由して熱源ユニット５０の冷媒蒸発器５に至り、冷媒蒸発器５で、循環系等Ｌｃを循環する冷媒（ＣＯ２）と熱交換した後、冷温水管Ｌｗ１、三方弁Ｖｗ２、冷温水管Ｌｗ２を経由して集合部Ｂｗに接続される。

冷温水管Ｌｗ３１、Ｌｗ３２には、夫々開閉弁Ｖ３１、Ｖ３２が介装されている。

貯湯タンク１は、熱源ユニット５０の水冷ガスクーラー３と、復路温水管Ｌｔ１と貯湯用ポンプＰ１を介装した往路貯湯管Ｌｔ２とで構成される貯湯ラインＬｔによって水（又は湯）が循環可能に接続されている。

又、貯湯タンク１の底部には、開閉弁Ｖａを介装した上水（水道水）ラインＬａ１が接続され、貯湯タンク１の上部には、給湯ラインＬａ２が接続されている。

冷温水ラインＬｗと貯湯タンク１とは温水ラインＬｄによって温水が、冷温水ラインＬｗと貯湯タンク１とを循環可能なように接続されている。即ち、貯湯タンク１の第１の接続口１ａと冷温水ラインＬｗ側の三方弁Ｖｗ１が温水ラインＬｄの温水管Ｌｄ１によって、また、貯湯タンク１の第２の接続口１ｂと冷温水ラインＬｗ側の三方弁Ｖｗ２が温水ラインＬｄの温水管Ｌｄ２によって接続されている。

冷媒ラインＬｃでは、第１の熱交換器である水冷ガスクーラー３において、圧縮機２から吐出された超臨界状態の高圧冷媒（ＣＯ２）と、貯湯タンク１に連通するラインＬｔを流れる水との間で熱交換を行い、その後、第２の熱交換器である空冷ガスクーラー４において、冷媒（ＣＯ２）と大気との間で熱交換を行い、更に、第３の熱交換器である冷房蒸発器５において、冷媒と冷温水ラインＬｗを流れる冷温水との間で熱交換を行う。

冷房蒸発器５を出た冷媒は、第４の熱交換器である補助ガスクーラー６において、空冷ガスクーラー４から冷房蒸発器５に向う冷媒とで熱交換を行った後、圧縮機２に戻される。

冷温水ラインＬｗは貯湯タンク１或いは冷房蒸発器５と選択的に連通する様に構成されている。
図１の冷暖房装置では、上述の様に構成されており、開閉弁（電磁弁）Ｖｂ１或いは三方弁Ｖｃ１、Ｖｃ２を適宜切り換えて、且つ、貯湯タンク１や冷温水ラインＬｗ、冷温水ラインＬｗに介装された冷温水循環ポンプＰ２や三方弁Ｖｗ１、Ｖｗ２、空調負荷として設けられた輻射パネル１２，１３と適宜組み合わせることにより、図２〜図５で示す様な、「冷房単独運転（図２及び図３）」、「貯湯（或いは給湯）のみの運転（図４）」、「冷房及び貯湯運転（図５）」、「暖房及び貯湯運転（図６）」を自在に切り換えることが出来る。

図１の場合、水温センサＳｔ１、ＳＴ２の計測結果に基づいて、冷温水の供給を制御している。制御の具体的な内容については、従来公知の制御と同様である。

図２（作動状態を示した構成ブロック図）及び図３（モリエル線図）に基づいて、第１実施形態の冷房単独運転について説明する。なお、以降の全ての作動状態を示したブロック図において、流体が流れる回路は、太い実線で示し、三方弁において黒く塗り潰したポート側は閉塞しているものとする。

先ず、圧縮機２により高温高圧にされた冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１を経由して水冷クーラ３に至る。貯湯ポンプＰ１が不作動であるので貯湯ラインＬｔでは温水（水）は循環せず、水冷クーラ３では放熱しないで、素通りする。その後、冷媒はバイパスＬｂ３の開閉弁Ｖｂ１が全開状態であるので、冷媒配管Ｌｃ２からバイパスＬｂ３を経由して、空冷ガスクーラー４に導入され、空気によって冷却され、中温高圧の冷媒と化す。空冷ガスクーラー４から出た冷媒は、冷媒配管Ｌｃ５、Ｌｃ６、三方弁Ｖｃ２、冷媒配管Ｌｃ７を経由して、補助ガスクーラー６に導入されて低温冷媒と熱交換されて液相となって、冷媒配管Ｌｃ９を経由して冷房蒸発器５に向う。途中、液相冷媒は受液器８に一端溜められた後、次の冷房膨張弁９で膨張させられ、冷房蒸発器５で冷水（冷媒）を冷却する。冷房蒸発器５を出た冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１０を経由した後、補助ガスクーラー６で空冷ガスクーラー４から冷房所蒸発器５に向う冷媒と熱交換した後、冷媒配管Ｌｃ１０を経由して圧縮機２に戻る。

ここで、補助ガスクーラー６は、矢印Ｙ１で示す冷媒を冷却するのが主目的であり、圧縮器２に戻る低圧気相冷媒を加熱するのが目的ではない。

水冷ガスクーラー３では高圧冷媒を冷却せず、空冷ガスクーラー４で冷却した後に、補助ガスクーラー６で冷媒を冷やしているので、外気温が３１．１℃以上であっても、十分に液相となる。
すなわち、外気温が３１．１℃以上あり、冷房蒸発器５では冷媒が外気＋α℃（図３における温度Ｔ１℃：点「Ｄ」）までしか冷却できなくても、補助ガスクーラー６において、低圧気相冷媒と熱交換することにより、図３における点「Ｅ」で示す状態まで冷却される。
その結果、図３のモリエル線図において、点「Ｆ」と点「Ａ」のエンタルピ差を大きくして、所望の冷房能力を得ることが出来る。

貯湯用ポンプＰ１を停止して、貯湯タンク１に連通する貯湯ラインＬｔにおける水の流れを停止することにより、高圧冷媒は水冷ガスクーラー３を、いわゆる「素通り」することとなり、水冷ガスクーラー３において高圧冷媒が保有する熱量が貯湯タンク１側に投入されることは無い。
これにより、給湯需要が存在しないにも拘らず給湯運転が為されてしまう、という事態は防止できる。

次に図４に基づいて、第１実施形態における、貯湯（或いは給湯）のみの運転について説明する。

図４に示す如く、貯湯（或いは給湯）のみの運転では、貯湯ポンプＰ１はＯＮ（作動）であり、三方弁Ｖｃ１は空冷ガスクーラー４側にのみ開放であり、三方弁Ｖｃ２については補助ガスクーラー６側に開放しても、補助ガスクーラー６をバイパスする側に開放しても、どちらでも可（どちらに開放されていても良い）である。
開閉弁Ｖｂ１は閉鎖し、空冷ガスクーラー４上流の膨張弁７は、膨張弁として、流量を調整しつつ、所定の開度で開いている。冷温水ラインＬｗ循環用ポンプＰ２はＯＦＦ（不作動）である。
冷温水ラインＬｗに介装された三方弁Ｖｗ１、Ｖｗ２は、蒸発器５に連通する側が開放されていても、貯湯タンク１に連通する側が開放されていても、どちらでも可能である（どちらでも良い）。

圧縮機２から吐出された高圧冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１から水冷ガスクーラー３に入り、高圧冷媒の保有する熱量は、水冷ガスクーラー３で貯湯ラインＬｔの水道水に投入される。すると、水道水が加熱されて、高温の温水（８０℃程度の温水）として往路貯湯管Ｌｔ１を介して貯湯タンク１に溜められる。
水冷ガスクーラー３で放熱された冷媒は、冷媒配管Ｌｃ２、Ｌｃ４を経由して空冷ガスクーラー４に入り、空冷ガスクーラー４で外気から熱を貰い、低圧気相冷媒となる。ここで、空冷ガスクーラー４は蒸発器として作用している。
空冷ガスクーラー４で外気から熱を奪った低圧気相冷媒は、冷媒配管Ｌｃの受液器８、冷房膨張弁９、蒸発器５、補助ガスクーラー６を素通り（熱交換や相変化を起こすこと無く通過すること）して、冷媒配管Ｌｃ１１を経由して圧縮機２の吸い込み側に戻る。

ここで、冷媒は補助ガスクーラー６を通過する際に熱交換や相変化を起こすことは無いので、三方弁Ｖｃ２が補助ガスクーラー６側に開放しても、補助ガスクーラー６をバイパスする側（バイパスＬｂ２）に開放しても、循環する冷媒の状態は相違無い。

冷温水ライン循環用ポンプＰ２は停止しているので、冷温水ラインＬｗ内の冷温水は循環しない。従って、冷温水ラインＬｗに介装された三方弁Ｖｗ１、Ｖｗ２が、蒸発器５に連通する側が開放されていても、貯湯タンク１に連通する側が開放されていても、（冷温水が循環しないので）どちらでも構わない。

その結果、貯湯タンク１内には高温の温水（例えば、８０℃程度）が貯蔵されるが、冷房及び暖房は行われないこととなる。
換言すれば、冷暖房を行わなくても高温の温水は得られる。

次に、図５に基づいて、第１実施形態における、冷房及び貯湯運転について説明する。

図５に示す如く、冷房及び貯湯運転では、三方弁Ｖｃ１は空冷ガスクーラー４をバイパスする側（バイパスＬｂ１）へ開放し、三方弁Ｖｃ２は補助ガスクーラー８をバイパスする（バイパスＬｂ２）側へ開放している。
貯湯ポンプＰ１及び冷温水循環用ポンプＰ２は、共にＯＮ（作動）であり、冷温水ラインＬｗに介装された三方弁Ｌｗ１、Ｌｗ２は、空調負荷側４０から蒸発器５に連通する側に開放している。

貯湯ポンプＰ１がＯＮなので、圧縮機２からの高圧冷媒は、その保有する熱量を水冷ガスクーラー３において貯湯ラインＬｔの水道水に投入される。水道水は加熱されて高温の温水となり、貯湯タンク１に貯蔵される。
水冷ガスクーラー３から出た液相冷媒は、バイパスＬｂ１を経由した後、冷媒配管Ｌｃ６、バイパスＬｂ２を経由し、冷媒配管Ｌｃ９の受液器８に導かれた後、冷房膨張弁９で膨張させられ、蒸発器５で冷温水ラインＬｗの冷水を冷却する。蒸発器５を出た冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１０及び補助ガスクーラー６を経由し、冷媒配管Ｌｃ１１から圧縮機２に戻る。

尚、貯湯ラインＬｔを流れる水道水の温度が高いなどの理由により、水冷ガスクーラー３出口の冷媒が液相化出来なかった場合には、水冷ガスクーラー３を出た冷媒を、補助ガスクーラー６で一端冷却してから、受液器８に導入させればよい。その場合、三方弁Ｖｃ２は第２のバイパスＬｂ２側のポートが閉塞している。

冷温水ラインＬｗに介装された三方弁Ｌｗ１、Ｌｗ２は、空調負荷側４０から蒸発器５に連通する側に開放されているので、例温水ラインＬｗを流れる水は、蒸発器５において、低圧液相冷媒により蒸発熱を奪われて冷却される。

図５の場合は、水冷ガスクーラー３で冷媒であるＣＯ２が十分に冷却されるので、外気温が３１℃を超えていても、冷房能力に問題は生じない。

次に、図６に基づいて、第１実施形態における、暖房及び貯湯運転について説明する。

図４の貯湯運転に対して、冷温水循環用のポンプＰ２を駆動し、冷温水ラインＬｗの三方弁Ｖｗ１、Ｖｗ２を空調負荷側４０から貯湯タンク１側に連通させることにより、貯湯タンク１内に貯蔵された温水を冷温水ラインＬｗで循環させている。
ＣＯ２冷媒の流れについては、図４に対して、空冷ガスクーラー４から蒸発器５に向う過程において、三方弁Ｖｃ２の補助ガスクーラー６に連通するポートが閉じているためバイパスＬｂ２を経由する。

先ず、圧縮機２により高温高圧にされた冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１から水冷ガスクーラー３に入り、水冷ガスクーラー３において、貯湯ラインＬｔの水道水と熱交換される。その際、冷媒は冷却されて低温高圧の液相冷媒となり、水道水は冷媒に加熱されてお湯となる。水冷ガスクーラー３から出た液相冷媒は、冷媒配管Ｌｃ４の暖房膨張弁７で膨張させられた後、更に空冷ガスクーラー４で外気によって加熱され、その後、冷媒配管Ｌｃ９の受液器８、膨張弁９、蒸発器５、冷媒配管Ｌｃ１０、補助ガスクーラー６を素通りして冷媒配管Ｌｃ１１から圧縮機２に戻る。
なお、水冷ガスクーラー３において加熱されたお湯は、貯湯タンク１に貯められるが、輻射パネル１２，１３側の２次温水は、温水加熱熱交換機において、貯湯タンク１内の温水で加熱されて、輻射暖房の熱源となる。

次に、図７を参照して第２実施形態について説明する。

図２、図４及び図６において、冷媒が水冷ガスクーラー３を素通り（図２）し、或いは、受液器８、冷房膨張弁９、蒸発器５を素通り（図４、図６）するに際しては、熱交換をする相手側の流体を循環させないことにより行っている。

これに対して、図７の第２実施形態では、水冷ガスクーラー３をバイパスする第３のバイパスラインＬｂ４と、受液器８、冷房膨張弁９、蒸発器５、補助ガスクーラー６をバイパスする第４のバイパスラインＬｂ５とを設け、水冷ガスクーラー３をバイパスするか否かは第３のバイパスラインＬｂ４に介装したバイパス弁Ｖｂ２の開閉で決定し、受液器８、冷房膨張弁９、蒸発器５、補助ガスクーラー６をバイパスするか否かは第４のバイパスラインＬｂ５に介装したバイパス弁Ｖｂ３の開閉で決定する。
すなわち、水冷ガスクーラー３をバイパスするならばバイパス弁Ｖｂ２を開き、
受液器８、冷房膨張弁９、蒸発器５、補助ガスクーラー６をバイパスするならばバイパス弁Ｖｂ３を開く。

係る第２実施形態（図７）における「冷房単独運転」、「貯湯のみの運転」、「冷房及び貯湯運転」、「暖房及び貯湯運転」の詳細については、上述した「冷媒が水冷ガスクーラーを素通り」する場合と、「受液器、冷房膨張弁、蒸発器を素通り」する場合を除き、図２〜図６で上述したのと同様である。

次に、図８〜図１２を参照して第３実施形態を説明する。
図８〜図１２の第３実施形態は、図８に全体構成を示すように、図１〜図６の第１実施形態に対して、第１及び第２のバイパスラインＬｂ１、Ｌｂ２を廃止した実施形態である。

第１のバイパスラインＬｂ１の廃止により、水冷クーラ３と第１の分岐点Ｂ１は冷媒配管Ｌｃ２３によって接続される。また、第２のバイパスラインＬｂ２の廃止により、水冷クーラ３と補助ガスクーラー６とは１本の冷媒配管Ｌｃ５７で接続され、補助ガスクーラー６と冷房蒸発器５とは１本の冷媒配管Ｌｃ８９で接続される。
それ以外の構成については第１実施形態と同様である。

図９に基づいて、冷房単独運転について説明する。
先ず、圧縮機２により高温高圧にされた冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１を経由して水冷クーラ３に至る。貯湯ポンプＰ１が不作動であるので貯湯ラインＬｔでは温水（水）は循環せず、水冷クーラ３では放熱しないで、素通りする。その後、冷媒はバイパスＬｂ３の開閉弁Ｖｂ１が全開状態であるので、冷媒配管Ｌｃ２３からバイパスＬｂ３を経由して、空冷ガスクーラー４に導入され、空気によって冷却され、中温高圧の冷媒と化す。空冷ガスクーラー４から出た冷媒は、冷媒配管Ｌｃ５７を経由して、補助ガスクーラー６に導入されて低温冷媒と熱交換されて液相となって、冷媒配管Ｌｃ８９を経由して冷房蒸発器５に向う。途中、液相冷媒は受液器８に一端溜められた後、次の冷房膨張弁９で膨張させられ、冷房蒸発器５で冷水（冷媒）を冷却する。冷房蒸発器５を出た冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１０を経由した後、補助ガスクーラー６で空冷ガスクーラー４から冷房所蒸発器５に向う冷媒と熱交換した後、冷媒配管Ｌｃ１０を経由して圧縮機２に戻る。

冷房能力及び効率は、概ね第１実施形態と同じである。

次に図１０に基づいて、第３実施形態における貯湯（或いは給湯）のみの運転について説明する。

図１０に示す如く、貯湯（或いは給湯）のみの運転では、貯湯ポンプＰ１はＯＮ（作動）であり、開閉弁Ｖｂ１は閉鎖し、空冷ガスクーラー４上流の膨張弁７は、膨張弁として、流量を調整しつつ、所定の開度で開いている。
一方、冷温水ラインＬｗ循環用ポンプＰ２はＯＦＦ（不作動）であって冷温水ラインＬｗ内では例温水の流れはない。

圧縮機２から吐出された高圧冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１から水冷ガスクーラー３に入り、高圧冷媒の保有する熱量は、水冷ガスクーラー３で貯湯ラインＬｔの水道水に投入される。すると、水道水が加熱されて、高温の温水（８０℃程度の温水）として往路貯湯管Ｌｔ１を介して貯湯タンク１に溜められる。

水冷ガスクーラー３で放熱された冷媒は、冷媒配管Ｌｃ２３、Ｌｃ４を経由して空冷ガスクーラー４に入り、空冷ガスクーラー４で外気から熱を貰い、低圧気相冷媒となる。ここで、空冷ガスクーラー４は蒸発器として作用している。
水冷ガスクーラーで外気から熱を奪った低圧気相冷媒は、冷媒配管Ｌｃ８９の受液器８、冷房膨張弁９、蒸発器５、補助ガスクーラー６を素通り（熱交換や相変化を起こすこと無く通過すること）して、冷媒配管Ｌｃ１１を経由して圧縮機２の吸い込み側に戻る。

前述したとおり、冷温水ライン循環用ポンプＰ２は停止しており、冷温水ラインＬｗ内の冷温水は循環しない。その結果、貯湯タンク１内には高温の温水（例えば、８０℃程度）が貯蔵されるが、冷房及び暖房は行われない。すなわち、冷暖房を行わなくても高温の温水は得られる。

次に、図１１に基づいて、第３実施形態における、冷房及び貯湯運転について説明する。

図１１に示す如く、貯湯ポンプＰ１及び冷温水循環用ポンプＰ２は、共にＯＮ（作動）であり、冷温水ラインＬｗに介装された三方弁Ｌｗ１、Ｌｗ２は、空調負荷側４０から蒸発器５に連通する側に開放している。

貯湯ポンプＰ１がＯＮなので、圧縮機２からの高圧冷媒は、その保有する熱量を水冷ガスクーラー３において貯湯ラインＬｔの水道水に投入される。水道水は加熱されて高温の温水となり、貯湯タンク１に貯蔵される。

水冷ガスクーラー３から出た高圧液相冷媒は、バイパスＬｂ３経由で空冷ガスクーラー４を素通りさせる。
空冷ガスクーラー４を素通りした高圧液相冷媒は冷媒配管Ｌｃ５７を流れ、補助ガスクーラー６で蒸発器５を流過した冷媒から熱を受ける。その後、冷媒配管Ｌｃ８９の受液器８に導かれた後、冷房膨張弁９で膨張させられ、減圧する。
減圧した低圧液相冷媒は、蒸発器５で気化する際の気化熱（蒸発熱）で冷温水ラインＬｗの冷水を冷却する。蒸発器５を出た気相冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１０及び補助ガスクーラー６を経由し、冷媒配管Ｌｃ１１から圧縮機２に戻る。

冷温水ラインＬｗに介装された三方弁Ｌｗ１、Ｌｗ２は、空調負荷側４０から蒸発器５に連通する側に開放されているので、例温水ラインＬｗを流れる水は、蒸発器５において、低圧液相冷媒により蒸発熱を奪われて冷却される。

図１１の場合は、水冷ガスクーラー３で冷媒であるＣＯ２が十分に冷却されるので、外気温が３１℃を超えていても、冷房能力に問題は生じない。

次に、図１２に基づいて、第１実施形態における、暖房及び貯湯運転について説明する。

図１２の暖房及び貯湯運転では、図１０の貯湯運転に対して、冷温水循環用のポンプＰ２を駆動し、冷温水ラインＬｗの三方弁Ｖｗ１、Ｖｗ２を空調負荷側４０から貯湯タンク１側に連通させることにより、貯湯タンク１内に貯蔵された温水を冷温水ラインＬｗで循環させている。

先ず、圧縮機２により高温高圧にされた冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１から水冷ガスクーラー３に入り、水冷ガスクーラー３において、貯湯ラインＬｔの水道水と熱交換される。その際、冷媒は冷却されて低温高圧の液相冷媒となり、水道水は冷媒に加熱されてお湯となる。水冷ガスクーラー３から出た液相冷媒は、冷媒配管Ｌｃ４の暖房膨張弁７で膨張させられた後、更に空冷ガスクーラー４で外気によって加熱され、その後、冷媒配管Ｌｃ９の受液器８、膨張弁９、蒸発器５、冷媒配管Ｌｃ１０、補助ガスクーラー６を素通りして冷媒配管Ｌｃ１１から圧縮機２に戻る。
なお、水冷ガスクーラー３において加熱されたお湯は、貯湯タンク１に貯められるが、輻射パネル１２，１３側の２次温水（冷温水ラインＬｗを流れる温水）は、貯湯タンク１内の温水で加熱されて、輻射暖房の熱源となる。

次に、図１３〜図１８を参照して第４実施形態を説明する。

図１３〜図１８の第４実施形態は、図１３に全体構成を示すように、図８〜図１２の第３実施形態に対して、冷媒配管における補助ガスクーラー６の前後で補助ガスクーラー６の前後を迂回するバイパスを設けた実施形態である。

図１３において、冷媒配管Ｌｃ１０に分岐点Ｂ１１を設け、冷媒配管Ｌｃ１１に三方弁Ｖｃ１０を介装し、分岐点Ｂ１１と三方弁Ｖｃ１０を第５のバイパスラインＬｂ１０で接続している。即ち、補助ガスクーラー６は、第５のバイパスラインＬｂ１０で選択的に迂回できるように構成されている。
構成における以上の変更点を除いては、図８〜図１２の第３実施形態と同様である。

図１４は第４実施形態において、外気温が比較的高く（例えば、３０℃以上）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃以上である場合の冷房単独運転時の動作を示している。この場合、三方弁Ｖｃ１０のバイパスＬｂ１０と接続される側のポートが閉じられる。
尚、当該条件の運転は前述の第３実施形態の冷房単独運転と同様であるので、以降の説明は省略する。

次に、図１５を参照して、外気温が比較的低く（例えば、３０℃未満）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃未満である場合の冷房単独運転時の作動について説明する。

外気温度が比較的低い場合（例えば、３０℃未満の場合）には、圧縮機２から吐出された高圧冷媒は、空冷ガスクーラー４にて外気により十分に冷却されるので、補助ガスクーラー６において、冷房蒸発器５で熱交換を行った後の冷媒を用いてさらに冷却する必要は無い。そこで、方弁Ｖｃ１０の補充ガスクーラー６側のポートを閉じ、蒸発器５を出た冷媒を補助ガスクーラー６を経由することなく直接圧縮機２に戻す。空冷ガスクーラー４はこの場合冷却器として働いている。
図１４の外気温が比較的高い場合に比べ、蒸発器５を出た冷媒は補助ガスクーラー６を経由しないため、冷媒循環系における管内抵抗が減少し、圧縮機２に投入するエネルギー（電力）の削減につながる。

次に、図１６を参照して貯湯運転について説明する。
第４実施形態の貯湯運転では、三方弁Ｖｃ１０は補助ガスクーラー６に連通するポートが閉じている。蒸発器５を出た冷媒は補助ガスクーラー６を経由することなく圧縮機２に戻される。
従って、第３実施形態に対して、同運転条件下における冷媒循環系の管内抵抗が減少し、圧縮機２に投入するエネルギー（電力）の削減につながる。それ以外は第３実施形態の作動と同じである。

次に、図１７を参照して冷房及び貯湯運転について説明する。
第４実施形態の冷房及び貯湯運転では、三方弁Ｖｃ１０は補助ガスクーラー６に連通するポートが閉じている。蒸発器５を出た冷媒は補助ガスクーラー６を経由することなく圧縮機２に戻される。
従って、第３実施形態に対して、同運転条件下における冷媒循環系の管内抵抗が減少し、圧縮機２に投入するエネルギー（電力）の削減につながる。それ以外は第３実施形態の作動と同じである。

次に、図１８を参照して暖房及び貯湯運転について説明する。
第４実施形態の暖房及び貯湯運転では、三方弁Ｖｃ１０は補助ガスクーラーに連通するポートが閉じている。蒸発器５を出た冷媒は補助ガスクーラー６を経由することなく圧縮機２に戻される。それ以外の冷媒の流れは第３実施形態の暖房及び貯湯運転（図１２）と同じである。
従って、第３実施形態（図１２）に対して、同運転条件における冷媒循環系の管内抵抗が減少し、圧縮機２に投入するエネルギー（電力）の削減につながる。それ以外は第３実施形態の作動と同じである。

次に、図１９〜図２４を参照して第５実施形態を説明する。

図１９〜図２４の第５実施形態は、図１９に全体構成を示すように、図１３〜図１８の第４実施形態に対して、空冷ガスクーラー４と補助ガスクーラー６を接続する冷媒配管と補助ガスクーラー６と三方弁Ｖｃ１０を接続する冷媒配管とをバイパスラインで接続した実施形態である。

図１９において、空冷ガスクーラー４と補助ガスクーラー６を接続する冷媒配管Ｌｃ５７には分岐点Ｂ７が設けられ、補助ガスクーラー６と三方弁Ｖｃ１０を接続する冷媒配管Ｌｃ１１には分岐点Ｂ８が設けられている。分岐点Ｂ７と分岐点Ｂ８とはバイパス弁Ｖｂ３を介装した第４のバイパスラインＬｂ５で接続されている（この部分における構成は図７の第２実施形態と同じである）。
以上を除けば、図１３から図１８の第４実施形態と同様である。

図２０は、第５実施形態における外気温が比較的高く（例えば、３０℃以上）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃以上である場合の冷房単独運転状態を示している。
図２０と、図１４とを比較しても明らかな通り、第５実施形態における外気温が比較的高く（例えば、３０℃以上）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃以上である場合の冷房単独運転状態は、第４実施形態における同様条件の場合の冷房単独運転と同じである。

図２１は、第５実施形態における外気温が比較的低く（例えば、３０℃未満）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃未満である場合の冷房単独運転状態を示している。
図２１と、図１５とを比較しても明らかな通り、第５実施形態における外気温が比較的低く（例えば、３０℃未満）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃未満である場合の冷房単独運転状態は、第４実施形態における同様条件の場合の冷房単独運転（図１５）と同じである。

次に、図２２を参照して第５実施形態における貯湯運転について説明する。
第５実施形態の貯湯運転では、三方弁Ｖｃ１０は第５のバイパスラインＬｂ１０に連通するポートが閉じ、バイパス弁Ｖｂ３は開いている。従って、空冷ガスクーラー４を出た冷媒は蒸発器５及び補助ガスクーラー６を経由することなく圧縮機２に戻される。
従って、図３の実施形態はもとより、第４実施形態に対しても、同運転条件下における冷媒循環系の管内抵抗が大幅に減少し、圧縮機２に投入するエネルギー（電力）の削減につながる。

図２３は、第５実施形態における冷房及び貯湯運転を示した図である。三方弁Ｖｃ１０は補助ガスクーラー６に連通するポートが閉塞し、バイパス弁Ｖｂ３も閉塞している。第５実施形態における冷房及び貯湯運転は、冷媒の流れが実質的には、図１７に示した第４実施形態における冷房及び貯湯運転と同様である。

図２４に基づいて第５実施形態の暖房及び貯湯運転を説明する。
第５実施形態の暖房及び貯湯運転では、三方弁Ｖｃ１０はバイパスラインＬｂ１０に連通するポートが閉塞し、バイパス弁Ｖｂ３は開いている。その他のバルブ類の開閉状態及びポンプＰ１、Ｐ２の作動、非作動は、第４実施形態の暖房及び貯湯運転時（図１８）と同じである。

空冷ガスクーラー４を出た冷媒は蒸発器５及び補助ガスクーラー６を経由することなく圧縮機２に戻される。
従って、第３実施形態はもとより、第４実施形態に対しても、同運転条件における冷媒循環系の管内抵抗が大幅に減少し、圧縮機２に投入するエネルギー（電力）の削減につながる。

次に、図２５〜図２９を参照して第６実施形態を説明する。

図２５の第６実施形態は、図１の第１実施形態に対して、補助ガスクーラー６、蒸発器５について、冷媒の循環するラインＬｃと、冷温水ラインＬｗとの連通の関係を変えている。
すなわち、図２５では、冷温水の戻りラインが補助ガスクーラー６に連通し、それから、蒸発器５に戻っている。そして、冷媒ラインＬｃは蒸発器５から圧縮機２の吸い込み側２ｉへ直接連通している。

すなわち、冷温水ラインＬｗは、戻り側の三方弁Ｖｗ１の後、冷温水管Ｌｗ７が補助ガスクーラー６に直接連通し、それから、冷温水管Ｌｗ８を経由して蒸発器５に戻っている。

一方、冷媒ラインＬｃは蒸発器５から出た後、配管Ｌｃ１２によって圧縮機２の吸い込み側２ｉへ直接連通している。
その他については、図１の第１実施形態と同様である。

この第６実施形態においても、第１実施形態と同様に、「冷房単独運転（図２６）」、「貯湯のみの運転（図２７）」、「冷房及び貯湯運転（図２８）」、「暖房及び貯湯運転（図２９）」を自在に切り換えることが出来る。

次に、図２６に基づいて、第６実施形態の冷房単独運転について説明する。

先ず、圧縮機２から吐出された高圧冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１から水冷ガスクーラー３を素通りして、冷媒配管Ｌｃ３、バイパスＬｂ３を経由して空冷ガスクーラー４に至り、空冷ガスクーラー４で冷却された後に、さらに、冷媒配管Ｌｃ５〜Ｌｃ７を経由して補助ガスクーラー６で冷温水ラインＬｗ側の空調負荷から戻った冷温水と熱交換して冷却される。
補助ガスクーラー６には空調負荷から戻った冷水が流れているので、外気温が３１℃を超えており、空冷ガスクーラー３で十分に高圧冷媒を冷却できなくても、補助クーラ６により、確実に冷却される。

補助ガスクーラー６を出た冷媒は、蒸発器５で、更に、冷温水を冷却し、その後、配管Ｌｃ１２で圧縮機２に戻される。従って、十分なエンタルピ差及び冷房能力を確保出来るのである。

一方、補助ガスクーラー６及び蒸発器５で十分冷却された冷温水（冷水）は冷温水ラインＬｗの往路配管Ｌｗ１〜Ｌｗ３１、Ｌｗ３２によって空調負荷側４０の輻射パネル１２，１３に供給され、冷房仕事に供される。
その他については、図２、図３（何れも第１実施形態）で示すのと同様である。

上述した様に、貯湯用ポンプＰ１を停止して、貯湯タンク１に連通する貯湯ラインＬｔにおける水の流れを停止すれば、水冷ガスクーラー３において高圧冷媒が保有する熱量が貯湯タンク１側に投入されることは無く、給湯需要が存在しないにも拘らず給湯運転が為されてしまう、という事態が防止できる。
そして、外気温が３１．１℃を超えて、冷媒が空冷ガスクーラー４では完全に液相になる程度まで冷却されなかった場合にも、補助ガスクーラー６で、冷温水ラインＬｗの戻りラインを流れる冷水を用いてさらに冷却しているので、補助ガスクーラー６を出た段階で冷媒は液相状態となり、十分な冷房能力を得ることが出来る。

次に、図２７に基づいて、第６実施形態における貯湯のみの運転について説明する。

先ず、圧縮機２から吐出された高圧冷媒が保有する熱量は、水冷ガスクーラー３で貯湯ラインＬｔの水道水に投入される。すると、水道水が加熱されて、高温の温水（８０℃程度の温水）として往路貯湯管Ｌｔ１を介して貯湯タンク１に溜められる。
水冷ガスクーラー３で放熱された冷媒は、空冷ガスクーラー４で外気から熱を貰い、低圧気相冷媒となる。

空冷ガスクーラー４で外気から熱を奪った低圧気相冷媒は、受液器８、冷房膨張弁９、蒸発器５を素通り（熱交換や相変化を起こすこと無く通過すること）して、冷媒配管Ｌｃ１２を介して圧縮機２の吸い込み側２ｉに戻る。
その他については、図４で示すのと同様である。

次に、図２８に基づいて、第６実施形態における冷房及び貯湯運転を説明する。

先ず、圧縮機２からの高圧冷媒は、その保有する熱量を水冷ガスクーラー３において貯湯ラインＬｔの水道水に投入される。水道水は加熱されて高温の温水となり、貯湯タンク１に貯蔵される。
水冷ガスクーラー３から出た液相冷媒は、バイパスＬｂ１を経由した後、更にバイパスＬｂ２を経由して、冷媒配管Ｌｃ９の受液器８に導かれた後、冷房膨張弁９で膨張させられ、蒸発器５で冷温水ラインＬｗの冷水を冷却する。蒸発器５を出た冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１２を経由し、圧縮機２に戻る。

一方、冷温水は、補助ガスクーラー６は素通りし、蒸発器５に流入し、蒸発器５で十分冷却される。そして、蒸発器５で十分冷却された冷温水（冷水）は冷温水ラインＬｗの往路配管Ｌｗ１〜Ｌｗ３１、Ｌｗ３２によって空調負荷側４０の輻射パネル１２，１３に供給され、冷房仕事に供される。
その他については、第１実施形態における図５で示すのと同様である。

次に、図２９に基づいて、第６実施形態における暖房及び貯湯運転を説明する。

空冷ガスクーラー４で外気によって加熱された冷媒は、その後、冷媒配管Ｌｃ９の受液器８、膨張弁９、蒸発器５を素通りして冷媒配管Ｌｃ１２を介して圧縮機２に戻る。
一方、水冷ガスクーラー３において加熱されたお湯は、貯湯タンク１に貯められるが、輻射パネル１２，１３側の２次温水は、温水加熱熱交換器において、貯湯タンク１内の温水で加熱されて、輻射暖房の熱源となる。
その他については、第１実施形態における図６で示すのと同様である。

次に、図３０に基づいて、第７実施形態を説明する。
図２６、図２８、図２９において、冷媒が水冷ガスクーラー３を素通り（図２６）せしめ、或いは、受液器８、冷房膨張弁９、蒸発器５を素通り（図２７、図２８）せしめるためには、図７で示す様に、開閉弁（バイパス弁）Ｖｂ２を介装した第３のバイパスラインＬｂ４を設けても良い。その様な第３のバイパスラインＬｂ４を設けた構成が、図３０で示す第７実施形態の変形例である。

図３０では、水冷ガスクーラー３をバイパスする第３のバイパスラインＬｂ４と、バイパス弁Ｖｂ４を介装し、受液器８、冷房膨張弁９、蒸発器５、補助ガスクーラー６をバイパスする第４のバイパスラインＬｂ６とを設け、水冷ガスクーラー３をバイパスするか否かはバイパス弁Ｖｂ２の開閉で決定し、受液器８、冷房膨張９弁、蒸発器５、補助ガスクーラー６をバイパスするか否かはバイパス弁Ｖｂ４の開閉で決定する。
すなわち、水冷ガスクーラー３をバイパスするならばバイパス弁Ｖｂ２を開き、
受液器８、冷房膨張９弁、蒸発器５、補助ガスクーラー６をバイパスするならばバイパス弁Ｖｂ４を開く。

係る第７実施形態（図３０）における「冷房単独運転」、「貯湯のみの運転」、「冷房及び貯湯運転」、「暖房及び貯湯運転」の詳細については、上述した「冷媒が水冷ガスクーラーを素通り」する場合と、「受液器、冷房膨張弁、蒸発器を素通り」する場合を除き、図９〜図１２で上述したのと同様である。

次に、図３１〜図３５を参照して第８実施形態を説明する。

図３１〜図３５の第８実施形態は、図３１に全体構成を示すように、図２５〜図２９の第６実施形態に対して、第１及び第２のバイパスラインＬｂ１、Ｌｂ２を廃止した実施形態である。

第１のバイパスラインＬｂ１の廃止により、水冷クーラー３と第１の分岐点Ｂ１は冷媒配管Ｌｃ２３によって接続される。また、第２のバイパスラインＬｂ２の廃止により、水冷クーラー３と補助ガスクーラー６とは１本の冷媒配管Ｌｃ５７で接続され、補助ガスクーラー６と冷房蒸発器５とは１本の冷媒配管Ｌｃ８９で接続される。
それ以外の構成については第６実施形態と同様である。

図３２に基づいて、冷房単独運転について説明する。この時、貯湯ポンプＰ１は停止中で、冷温水ラインの循環ポンプＰ２は作動している。

先ず、圧縮機２から吐出された高圧冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１から水冷ガスクーラー３を素通りして、冷媒配管Ｌｃ２３、バイパスＬｂ３を経由して空冷ガスクーラー４に至り、空冷ガスクーラー４で外気で冷却された後に、冷媒配管Ｌｃ５７を経由して補助ガスクーラー６で冷温水ラインＬｗ側の空調負荷から戻った冷温水と熱交換して更に冷却される。
補助ガスクーラー６には空調負荷から戻った冷水が流れているので、外気温が３１℃を超えており、空冷ガスクーラー３で十分に高圧冷媒を冷却できなくても、補助クーラ６により、確実に冷却される。

補助ガスクーラー６を出た冷媒は、冷媒配管Ｌｃ８９を経由して蒸発器５で、更に、冷温水を冷却し、その後、配管Ｌｃ１２で圧縮機２に戻される。従って、十分なエンタルピ差及び冷房能力を確保出来るのである。

一方、補助ガスクーラー６及び蒸発器５で十分冷却された冷温水（冷水）は冷温水ラインＬｗの往路配管Ｌｗ１〜Ｌｗ３１、Ｌｗ３２によって空調負荷側４０の輻射パネル１２，１３に供給され、冷房仕事に供される。
その他については、図２、図３（何れも第１実施形態）で示すのと同様である。

第１実施形態の冷房単独運転で記述した様に、貯湯用ポンプＰ１を停止して、貯湯タンク１に連通する貯湯ラインＬｔにおける水の流れを停止しており、水冷ガスクーラー３において高圧冷媒が保有する熱量が貯湯タンク１側に投入されることは無く、給湯需要が存在しないにも拘らず給湯運転が為されてしまう、という事態が防止できる。
そして、外気温が３１．１℃を超えて、冷媒が空冷ガスクーラー４では完全に液相になる程度まで冷却されなかった場合にも、補助ガスクーラー６で、冷温水ラインＬｗの戻りラインを流れる冷水を用いてさらに冷却しているので、補助ガスクーラー６を出た段階で冷媒は液相状態となり、十分な冷房能力を得ることが出来る。

次に、図３３に基づいて、第８実施形態における貯湯のみの運５について説明する。貯湯のみの運転では、貯湯ポンプＰ１は作動して、循環ポンプ（冷温水ポンプ）Ｐ２は不作動である。

先ず、圧縮機２から吐出された高圧冷媒が保有する熱量は、水冷ガスクーラー３で貯湯ラインＬｔの水道水に投入される。すると、水道水が加熱されて、高温の温水（８０℃程度の温水）として往路貯湯管Ｌｔ１を介して貯湯タンク１に溜められる。
水冷ガスクーラー３で放熱された冷媒は、空冷ガスクーラー４で外気から熱を貰い、低圧気相冷媒となる。
空冷ガスクーラー４で外気から熱を奪った低圧気相冷媒は、受液器８、冷房膨張弁９、蒸発器５を素通り（熱交換や相変化を起こすこと無く通過すること）して、冷媒配管Ｌｃ１２を介して圧縮機２の吸い込み側２ｉに戻る。

次に、図３４に基づいて第８実施形態における冷房及び貯湯運転を説明する。この場合、貯湯ポンプＰ１、循環ポンプ（冷温水ポンプ）Ｐ２とも、作動している。

先ず、圧縮機２からの高圧冷媒は、その保有する熱量を水冷ガスクーラー３において貯湯ラインＬｔの水道水に投入される。水道水は加熱されて高温の温水となり、貯湯タンク１に貯蔵される。
水冷ガスクーラー３から出た液相冷媒は、冷媒配管Ｌｃ２３、Ｌｃ４を経由して空冷ガスクーラー４を素通りして、補助ガスクーラー６に至る。
冷媒は補助ガスクーラー６で冷温水ラインＬｗ７の冷水に冷熱を与え、その後、冷媒配冷媒配管Ｌｃ８９の受液器８に導かれた後、冷房膨張弁９で膨張させられ、蒸発器５で再度冷温水ラインＬｗ８の冷水を冷却する。蒸発器５を出た冷媒は、冷媒配管Ｌｃ１２を経由し、圧縮機２に戻る。

一方、蒸発器５で十分冷やされた冷温水は、冷温水ラインＬｗの往路配管Ｌｗ１〜Ｌｗ３１、Ｌｗ３２によって空調負荷側４０の輻射パネル１２，１３に供給され、冷房仕事に供される。

次に、図３５に基づいて、第８実施形態における暖房及び貯湯運転を説明する。
空冷ガスクーラー４で外気によって加熱された冷媒は、その後、冷媒配管Ｌｃ５７、補助ガスクーラー６、冷媒配管Ｌｃ８９の受液器８、膨張弁９、蒸発器５を素通りして冷媒配管Ｌｃ１２を介して圧縮機２に戻る。
一方、水冷ガスクーラー３において加熱されたお湯は、貯湯タンク１に貯められるが、輻射パネル１２，１３側の２次温水は、温水加熱熱交換器において、貯湯タンク１内の温水で加熱されて、輻射暖房の熱源となる。
その他については、第６実施形態における図２９で示すのと同様である。

次に、図３６〜図４１を参照して、第９実施形態を説明する。
図３６〜図４１の第９実施形態は、図３１から図３５の第８実施形態に対して、冷温水ラインＬｗに補助ガスクーラー６を迂回するバイパスラインを設けた実施形態である。

図３６において、冷温水ラインＬｗの戻り配管である冷温水配管Ｌｗ７に分岐点Ｂ１２を設け、冷温水配管Ｌｗ８に分岐点１３を設けている。分岐点Ｂ１２、Ｂ１３はバイパス弁Ｖｗｂを介装したバイパスラインＬｗｂで接続されている。それ以外の構成は、第８実施形態と同様である。

図３７は、第９実施形態において外気温が比較的高く（例えば、３０℃以上）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃以上である場合の冷房単独運転を示している。この時、バイパスラインＬｗｂのバイパス弁Ｖｗｂは閉塞しており、実質的には、図３２の第８実施形態の冷房単独運転と同様である。

図３８に基づいて、第９実施形態において外気温が比較的低く（例えば、３０℃未満）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃未満である場合の冷房単独運転を説明する。この時、バイパスラインＬｗｂのバイパス弁Ｖｗｂは開いている。

冷媒ラインＬｃの冷媒の流れそのものは、外気温が比較的高く（例えば、３０℃以上）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃以上である場合（図３７）と同じであるが、圧縮機２から吐出された高圧冷媒は、空冷ガスクーラー４にて外気により十分に冷却されるので、補助ガスクーラー６において、冷温水ラインＬｗの戻りラインを流れる冷水を用いて冷却する必要は無い。そこで、第９実施形態では冷温水が補助ガスクーラー６を流れないようにしている。
即ち、冷温水は、戻りの冷温水配管Ｌｗ７からバイパスラインＬｗｂ経由で、直接蒸発器５に入り、蒸発器５で冷媒と熱の授受を行っている。冷房の能力は、外気温が比較的高く（例えば、３０℃以上）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃以上である場合（図３７）に比べて下回るが、流路抵抗が減り、運転コストは低減出来る。

第９実施形態における貯湯のみの運転（図３９）は、実質的には、第８実施形態の貯湯のみの運転（図３３）と同様である。

図４０に基づいて、第９実施形態における冷房及び貯湯運転を説明する。この時、バイパスラインＬｗｂのバイパス弁Ｖｗｂは開いている。貯湯ポンプＰ１も、循環ポンプ（冷温水ポンプ）Ｐ２も作動している。

冷媒ラインＬｃの冷媒の流れそのものは、外気温が比較的高く（例えば、３０℃以上）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃以上である場合（図３７）と同じであるが、冷温水（冷水）は抵抗が大きくなる補助ガスクーラー６を流れない。
即ち、冷温水は、戻りの冷温水配管Ｌｗ７からバイパスラインＬｗｂ経由で、直接蒸発器５に入り、蒸発器５で冷媒と熱の授受を行っている。冷房の能力は、外気温が比較的高く（例えば、３０℃以上）、第２の熱交換器４の出口温度が３１．１℃以上である場合（図３７）に比べて下回るが、流路抵抗が減り、運転コストは低減出来る。

図４１に示す第９実施形態の暖房及び貯湯運転は、第８実施形態の貯湯暖房及び貯湯運転（図３５）と実質的に同様である。即ち、冷温水ラインＬｗの三方弁Ｖｗ１、Ｖｗ２は第８実施形態、第９実施形態共に熱源機５０側のポートが閉塞しており熱源機５０側には冷温水は流れない。また、第９実施形態の暖房及び貯湯運転の場合のバイパス弁Ｖｗｂは開・閉の何れでも良い。

本発明のヒートポンプ冷暖房装置によれば、空冷ガスクーラー３で冷却した後に、補助ガスクーラー６で冷媒を冷やしているので、外気温が３１．１℃以上であっても、十分に液相となる。従って、冷房の運転ニーズが最も高い高外気温時３１．１℃以上において、給湯需要の有無にかかわらず、自由に冷房単独運転が出来る。

フロン系冷媒のヒートポンプで冷房を行う空調機は、室外機と室内機を接続する冷媒配管を、現地で接手等を用いて施工するが、ＣＯ２ヒートポンプの場合は冷媒配管圧力が非常に高いため、現地での冷媒配管施工は接手部からの漏洩の懸念があり、困難であると一般に言われてきた。しかし、本発明の実施形態によれば、ＣＯ２冷媒配管が、熱源ユニットの内部で完結しているため、ＣＯ２冷媒配管の現地施工を行わずに直ちに冷房することが出来る。

本実施形態で使用する複写パネルは、天井や、壁、床等と一体化させることが出来る（貼付、或いは埋め込みを施す）ので、面積が大きくなっても、設置性や美観上の問題が生じることはなく、且つ冷房能力を稼ぐことが出来る。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。

本発明の第１実施形態の構成を示したブロック図。 第１実施形態において冷房単独運転状態を示した作動図。 第１実施形態の冷房サイクルを説明するモリエル線図。 第１実施形態において貯湯（或いは給湯）のみの運転状態を示した作動図。 第１実施形態において冷房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第１実施形態において暖房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第２実施形態の構成を示したブロック図。 第３実施形態の構成を示したブロック図。 第３実施形態において冷房単独運転状態を示した作動図。 第３実施形態において貯湯（或いは給湯）のみの運転状態を示した作動図。 第３実施形態において冷房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第３実施形態において暖房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第４実施形態の構成を示したブロック図。 第４実施形態において第２の熱交換器出口の温度が高い場合の冷房単独運転状態を示した作動図。 第４実施形態において第２の熱交換器出口の温度が低い場合の冷房単独運転状態を示した作動図。 第４実施形態において貯湯（或いは給湯）のみの運転状態を示した作動図。 第４実施形態において冷房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第４実施形態において暖房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第５実施形態の構成を示したブロック図。 第５実施形態において第２の熱交換器出口の温度が高い場合の冷房単独運転状態を示した作動図。 第５実施形態において第２の熱交換器出口の温度が低い場合の冷房単独運転状態を示した作動図。 第５実施形態において貯湯（或いは給湯）のみの運転状態を示した作動図。 第５実施形態において冷房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第５実施形態において暖房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第６実施形態の構成を示したブロック図。 第６実施形態において冷房単独運転状態を示した作動図。 第６実施形態において貯湯（或いは給湯）のみの運転状態を示した作動図。 第６実施形態において冷房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第６実施形態において暖房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第７実施形態の構成を示したブロック図。 第８実施形態の構成を示したブロック図。 第８実施形態において冷房単独運転状態を示した作動図。 第８実施形態において貯湯（或いは給湯）のみの運転状態を示した作動図。 第８実施形態において冷房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第８実施形態において暖房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第９実施形態の構成を示したブロック図。 第９実施形態において第２の熱交換器出口の温度が高い場合の冷房単独運転状態を示した作動図。 第９実施形態において第２の熱交換器出口の温度が低い場合の冷房単独運転状態を示した作動図。 第９実施形態において貯湯（或いは給湯）のみの運転状態を示した作動図。 第９実施形態において冷房及び貯湯運転状態を示した作動図。 第９実施形態において暖房及び貯湯運転状態を示した作動図。 従来技術の給湯冷房装置の構成を示したブロック図。 従来技術の冷房装置での冷房サイクルを説明するモリエル線図。

符号の説明

１・・・貯湯槽
２・・・圧縮機
３・・・第１の熱交換器／水冷ガスクーラー
４・・・第２の熱交換器／空冷熱交換器
５・・・第３の熱交換器／冷房蒸発器
６・・・第４の熱交換器／補助ガスクーラー
７、９・・・膨張弁
８・・・受液器
４０・・・空調負荷
５０・・・循環系統／熱源ユニット
Ｌｃ・・・冷媒ライン
Ｌｄ・・・温水ライン
Ｌｔ・・・貯湯ライン
Ｌｗ・・・冷温水ライン
Ｐ１・・・貯湯ポンプ
Ｐ２・・・循環ポンプ
Ｖｂ１・・・開閉弁
Ｖｃ１、Ｖｃ２・・・三方弁
Ｖｗ１、Ｖｗ２・・・三方弁

Claims (7)

1. 冷暖房負荷側に連通する冷温水ラインと、温水を貯蔵する貯湯タンクと、冷媒である二酸化炭素が循環する循環系統とを備え、該循環系統は、低圧気相冷媒を圧縮して超臨界状態の高圧冷媒として吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された超臨界状態の高圧冷媒と貯湯タンクに連通するラインを流れる水との間で熱交換を行う第１の熱交換器と、冷媒と大気との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、冷媒と冷温水ラインを流れる冷温水との間で熱交換を行う第３の熱交換器と、第２の熱交換器から第３の熱交換器に向う冷媒と第３の熱交換器で熱交換を行った後の冷媒との間で熱交換を行う第４の熱交換器とを有し、圧縮機の吐出口と第１の熱交換器とを連通し、第４の熱交換器を経由して第２の熱交換器と第３の熱交換器とを連通し、第４の熱交換器を経由して第３の熱交換器と圧縮機の吸込口とを連通する冷媒ラインを有しており、前記冷温水ラインは貯湯タンク或いは第３の熱交換器と選択的に連通する様に構成されていることを特徴とする二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム。
2. 冷暖房負荷側に連通する冷温水ラインと、温水を貯蔵する貯湯タンクと、冷媒である二酸化炭素が循環する循環系統とを備え、該循環系統は、低圧気相冷媒を圧縮して超臨界状態の高圧冷媒として吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された超臨界状態の高圧冷媒と貯湯タンクに連通するラインを流れる水との間で熱交換を行う第１の熱交換器と、冷媒と大気との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、冷媒と冷温水ラインを流れる冷温水との間で熱交換を行う第３の熱交換器と、第２の熱交換器から第３の熱交換器に向う冷媒と冷温水ラインを流れる冷温水との間で熱交換を行う第４の熱交換器とを有し、圧縮機の吐出口と第１の熱交換器とを連通し、第４の熱交換器を経由して第２の熱交換器と第３の熱交換器とを連通し、第３の熱交換器と圧縮機の吸込口とを連通する冷媒ラインを有し、前記冷温水ラインは貯湯タンク或いは第３の熱交換器と選択的に連通し且つ戻りラインは第４の熱交換器を経由してから第３の熱交換器に連通するように配置されていることを特徴とする二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム。
3. 圧縮機の吐出口と第１の熱交換器とを連通する冷媒ラインから分岐して第２の熱交換器をバイパスする第１のバイパスラインと、第２の熱交換器と第３の熱交換器とを連通する冷媒ラインから分岐して第４の熱交換器をバイパスする第２のバイパスラインとを有する請求項１、２の何れかの二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム。
4. 前記循環系統は、バイパス弁が介送されて前記第１の熱交換器をバイパスする第３のバイパスラインを有している請求項１〜３の何れか１項の二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム。
5. 前記循環系統は、バイパス弁が介送されて前記第３の熱交換器及び第４の熱交換器をバイパスする第４のバイパスラインとを有している請求項１〜４の何れか１項の二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム。
6. 第３の熱交換器と第４の熱交換器とを連通する冷媒ラインから分岐して第４の熱交換器をバイパスし、第４の熱交換器と圧縮機の吸込口とを連通するラインと合流する第５のバイパスラインを設ける請求項１の二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム。
7. 第４の熱交換器に向う冷温水ラインから分岐して、第４の熱交換器と第３の熱交換器とを連通する冷温水ラインに合流する第６のバイパスラインを設けている請求項２の二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム。

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