JP2010210206A - 給湯暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】一つのヒートポンプ回路に給湯用ガスクーラと暖房用ガスクーラを有する給湯暖房システムにおいて、給湯用ガスクーラまたは暖房用ガスクーラが水冷媒により孔食されるのを防止する。
【解決手段】暖房と給湯を行う通常運転では、電動弁１０ａで一次冷媒を減圧して給湯用ガスクーラ７，８から給湯用二次冷媒に熱を供給し、暖房用ガスクーラ９で暖房用二次冷媒に熱を供給する。暖房のみの運転時には、電動弁１０ｂで減圧することにより、第２給湯用ガスクーラ８を蒸発器として機能させ、第１給湯用ガスクーラ７と第２給湯用ガスクーラ８で熱エネルギーの授受を相殺する。給湯のみの運転時には、バイパス路１４で低段圧縮機５のバイパスをすることで、インタークーラ１３を蒸発器として機能させ、暖房用ガスクーラ９とインタークーラ１３で熱エネルギーの授受を相殺する。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯及び暖房を行える給湯暖房システムに関し、特に給湯及び暖房の熱源にヒートポンプ回路を用いる給湯暖房システムに関する。

従来から、一つのヒートポンプ回路を熱源として給湯と暖房を行うことができるシステムがあり、特許文献１（特開平９−２１０５０５号公報）には暖房運転や冷房運転と同時に給湯運転を行うことができるヒートポンプシステムが記載されている。

このようなヒートポンプシステムは、圧縮機、室外熱交換器、給湯熱交換器、室内熱交換器、及び減圧機構によりヒートポンプ回路が構成されている。そして、この一つのヒートポンプ回路においては、室外熱交換器が蒸発器として機能する一方、給湯用熱交換器及び室内熱交換器が凝縮器として機能して、給湯用熱交換器が給湯用熱源として用いられるとともに室内熱交換器が暖房用熱源として用いられている。

特許文献１（特開平９−２１０５０５号公報）に記載されているヒートポンプシステムでは暖房運転も給湯運転も行うことができるが、暖房運転のみを行うときには運転が行われない方の給湯用熱交換器にはヒートポンプ回路の一次冷媒が流れない構成となっている。そのため、暖房運転のみの運転を行う場合に給湯用の水熱交換器に一次冷媒が流れることによる孔食の発生という問題が生じなかった。

ところが給湯暖房システムにおいて、一つのヒートポンプ回路から暖房と給湯の熱エネルギーの供給を受ける場合に、暖房用ガスクーラと給湯用ガスクーラの両方に一次冷媒が流れるような構成を取ると、暖房運転と給湯運転のうちのいずれか一方のみしか行われないときに、運転を行わない方のガスクーラにおいて水冷媒が加熱されることで対流が生じて孔食が発生する場合があるという問題を見出した。

本発明の課題は、一つのヒートポンプ回路に給湯用ガスクーラと暖房用ガスクーラを有する給湯暖房システムにおいて、給湯用ガスクーラまたは暖房用ガスクーラが水冷媒により孔食されるのを防止することにある。

第１発明に係る給湯暖房システムは、一次冷媒を圧縮するための圧縮機構を含み、一次冷媒と給湯用二次冷媒及び暖房用二次冷媒との間で熱交換を行って給湯用二次冷媒及び暖房用二次冷媒に熱を供給するためのヒートポンプ回路と、給湯タンクを含み、給湯タンクに貯留している給湯水に熱を供給するため給湯用二次冷媒を循環させる給湯用二次冷媒循環回路と、暖房のための放熱を行う室内に設けられた暖房端末を含み、暖房端末で熱交換を行わせるため暖房端末に暖房用二次冷媒を循環させる暖房用二次冷媒循環回路とを備え、ヒートポンプ回路の圧縮機構を運転させた状態において、給湯用二次冷媒が給湯水である場合にヒートポンプ回路から循環している給湯水に供給される熱量を略ゼロにする第１状態、及び暖房用二次冷媒が水冷媒である場合にヒートポンプ回路から循環している水冷媒に供給される熱量を略ゼロにする第２状態のうちの少なくとも一方の状態を生成できる。

本発明によれば、暖房のみの運転を行う場合または給湯のみの運転を行う場合にも、ヒートポンプ回路において一次冷媒を循環させる必要があるが、暖房のみの運転のときに第１状態を生成でき、または給湯のみの運転のときに第２状態を生成できる。そのため、暖房のみの運転において給湯水に供給される熱量が略ゼロになるようにすることができることから、給湯用二次冷媒循環回路に対して給湯のための熱量の供給を停止しつつ、孔食が発生しない速度で給湯水を循環させることができる。給湯のみの運転において水冷媒に供給される熱量が略ゼロになるようにすることができることから、暖房用二次冷媒循環回路に対して暖房のための熱量の供給を停止しつつ、孔食が発生しない速度で水冷媒を循環させることができる。

第２発明に係る給湯暖房システムは、第１発明の給湯暖房システムであって、給湯用二次冷媒循環回路は、給湯用二次冷媒として給湯水を使用し、ヒートポンプ回路及び給湯用二次冷媒循環回路は、一次冷媒と給湯水との間で熱交換を行うため一次冷媒と給湯水が循環する第１水熱交換器及び第２水熱交換器を含み、給湯タンクの給湯水に熱を供給しないときには第１状態を生成するため、第１水熱交換器で給湯水から一次冷媒に熱を供給し、第２水熱交換器で一次冷媒から給湯水に熱を供給する。

本発明によれば、暖房のみの運転のときには、給湯タンクの給湯水に熱を供給しないため、第１水熱交換器と第２水熱交換器で、一次冷媒から給湯水に供給される熱量を給湯水から一次冷媒に戻すことができ、新たな機器を付け加えることなく第１状態を生成することができる。

第３発明に係る給湯暖房システムは、第２発明の給湯暖房システムであって、第１水熱交換器及び第２水熱交換器は、一次冷媒及び給湯水が順次流れるように直列に接続された第１給湯用ガスクーラ及び第２給湯用ガスクーラである。

本発明によれば、給湯を行う場合に第１水熱交換器と第２水熱交換器を使って二段階に加熱できるため給湯水を高温まで加熱し易くなる。ところが、暖房のみで給湯を行わないときには一方の水熱交換器に滞留している給湯水の温度が上昇し易く、孔食を起こし易くなる。そのため、第１水熱交換器と第２水熱交換器で互いに熱交換される熱量をキャンセルすることによる孔食防止の効果が顕著に発揮される。

第４発明に係る給湯暖房システムは、第２発明または第３発明のいずれかの給湯暖房システムであって、暖房用二次冷媒循環回路は、暖房用二次冷媒として水冷媒を使用し、ヒートポンプ回路及び暖房用二次冷媒循環回路は、一次冷媒と水冷媒との間で熱交換を行うため一次冷媒と水冷媒が循環する第３水熱交換器及び第４水熱交換器を含み、暖房端末で熱を供給しないときには第２状態を生成するため、第３水熱交換器で水冷媒から一次冷媒に熱を供給し、第４水熱交換器で一次冷媒から水冷媒に熱を供給する。

本発明によれば、給湯のみの運転のときには、暖房端末に熱を供給しないため、第３水熱交換器と第４水熱交換器で、一次冷媒から水冷媒に供給される熱量を水冷媒から一次冷媒に戻すことができ、新たな機器を付け加えることなく第２状態を生成することができる。

第５発明に係る給湯暖房システムは、第２発明または第４発明の給湯暖房システムであって、圧縮機構は、第１圧縮要素及び第１圧縮要素から吐出された一次冷媒の圧力をさらに高めて吐出する第２圧縮要素を含み、第１水熱交換器または第３水熱交換器を中間冷却器として機能させて第１圧縮要素から第２圧縮要素に吐出される一次冷媒の中間冷却を行いつつ一次冷媒の多段圧縮を行う多段圧縮機構である。

本発明によれば、多段圧縮を行う際には中間冷却により運転効率を向上させ、暖房のみの運転または給湯のみの運転を行う際には第１水熱交換器または第３水熱交換器により、一次冷媒から水冷媒に供給される熱量を水冷媒から一次冷媒に戻すことができ、新たな機器を付け加えることなく第１状態または第２状態を生成することができる。

第６発明に係る給湯暖房システムは、第５発明の給湯暖房システムであって、圧縮機構は、第１圧縮要素をバイパスするバイパス路をさらに含み、暖房端末で熱を供給するときにはバイパス路を閉じて第１水熱交換器または第３水熱交換器を凝縮器として機能させ、暖房端末で熱を供給しないときにはバイパス路を開いて第１水熱交換器または第３水熱交換器を蒸発器として機能させる。

本発明によれば、バイパス路を設けるという簡単な構成で、第１水熱交換器または第３水熱交換器を第１状態または第２状態を生成するときに水冷媒から一次冷媒に熱量を戻すための蒸発器として機能させることができる。

第７発明に係る給湯暖房システムは、一次冷媒を圧縮するための圧縮機構と第１水熱交換器と第２水熱交換器とを含み、一次冷媒と給湯水との間での熱交換を第１水熱交換器及び第２水熱交換器により行うとともに、一次冷媒と暖房用二次冷媒との間で熱交換を行うためのヒートポンプ回路と、第１水熱交換器と第２水熱交換器と給湯タンクとを含み、給湯タンクに貯留している給湯水に熱を供給するため給湯水を第１水熱交換器と第２水熱交換器と給湯タンクとの間で循環させる給湯用二次冷媒循環回路と、暖房のための放熱を行う暖房端末を含み、暖房端末で熱交換を行わせるため暖房端末に暖房用二次冷媒を循環させる暖房用二次冷媒循環回路とを備え、ヒートポンプ回路の圧縮機構を運転させた状態において、給湯タンクの給湯水に熱を供給しないときには第１水熱交換器で給湯水から一次冷媒に熱を供給するとともに第２水熱交換器で一次冷媒から給湯水に熱を供給する。

本発明によれば、給湯タンクの給湯水に熱を供給しない暖房のみの運転のときに、第１水熱交換器の熱交換と第２水熱交換器の熱交換とが互いに相殺される関係になるため、給湯用二次冷媒循環回路に対して給湯のための熱量の供給を停止しつつ、孔食が発生しない速度で給湯水を循環させることができる。

第８発明に係る給湯暖房システムは、一次冷媒を圧縮するための圧縮機構と第１水熱交換器と第２水熱交換器とを含み、一次冷媒と給湯用二次冷媒との間で熱交換を行うとともに、一次冷媒と水冷媒との間での熱交換を第１水熱交換器及び第２水熱交換器により行って水冷媒に熱を供給するためのヒートポンプ回路と、給湯タンクを含み、給湯タンクに貯留している給湯水に熱を供給するため給湯用二次冷媒を循環させる給湯用二次冷媒循環回路と、第１水熱交換器と第２水熱交換器と暖房の貯めの放熱を行う暖房端末とを含み、暖房端末で熱交換を行わせるため第１水熱交換器と第２水熱交換器と暖房端末との間で水冷媒を循環させる暖房用二次冷媒循環回路とを備え、ヒートポンプ回路の圧縮機構を運転させた状態において、暖房端末で熱を供給しないときには第１水熱交換器で水冷媒から一次冷媒に熱を供給するとともに第２水熱交換器で一次冷媒から水冷媒に熱を供給する。

本発明によれば、暖房端末で熱を供給しない給湯のみの運転のときに、第１水熱交換器の熱交換と第２水熱交換器の熱交換とが互いに相殺される関係になるため、暖房用二次冷媒循環回路に対して暖房のための熱量の供給を停止しつつ、孔食が発生しない速度で給湯水を循環させることができる。

第１発明に係る給湯暖房システムでは、一つのヒートポンプ回路から給湯用二次冷媒循環回路及び暖房用二次冷媒循環回路に熱の供給が可能な構成において、孔食の発生を防止しつつ暖房のみの運転または給湯のみの運転を行わせることができる。

第２発明に係る給湯暖房システムでは、給湯用二次冷媒循環回路に第１水熱交換器及び第２水熱交換器が含まれる場合に第１水熱交換器と第２水熱交換器との間で熱量の相殺をさせることで孔食発生の防止が可能なシステムの簡素化を行っている。

第３発明に係る給湯暖房システムでは、孔食発生の防止のための構成を、高温の給湯水の供給が容易な直列接続の第１給湯用ガスクーラ及び第２給湯用ガスクーラと兼用することによって、孔食防止に有効な構成の簡素化が図れる。

第４発明に係る給湯暖房システムでは、暖房用二次冷媒循環回路に第３水熱交換器及び第４水熱交換器が含まれる場合に第３水熱交換器と第４水熱交換器との間で熱量の相殺をさせることで孔食発生の防止が可能なシステムの簡素化を行っている。

第５発明に係る給湯暖房システムでは、孔食発生の防止のための構成を、二段圧縮における中間冷却器と兼用することによって、システムの簡素化を図ることができている。

第６発明に係る給湯暖房システムでは、バイパス路を設けることにより、孔食発生防止のための機構を他の構成と兼用させることができ、システムの簡素化を容易に実現できる。

第７発明に係る給湯暖房システムでは、一つのヒートポンプ回路から給湯用二次冷媒循環回路及び暖房用二次冷媒循環回路に熱の供給が可能な構成において、孔食の発生を防止しつつ暖房のみの運転を行わせることができる。

第８発明に係る給湯暖房システムでは、一つのヒートポンプ回路から給湯用二次冷媒循環回路及び暖房用二次冷媒循環回路に熱の供給が可能な構成において、孔食の発生を防止しつつ給湯のみの運転を行わせることができる。

一実施形態の給湯暖房システムの概略を示す構成図。 通常運転時の冷媒の流れを示す図。 暖房のみの運転時の冷媒の流れを示す図。 給湯のみの運転時の冷媒の流れを示す図。 変形例に係る給湯暖房システムの構成の概略を示す構成図。 （ａ）本発明に適用されるガスクーラの他の構成を示す概念図である。（ｂ）本発明に適用されるガスクーラの他の構成を示す概念図である。 （ａ）本発明に適用されるガスクーラの構成を示す斜視図。（ｂ）図６（ａ）のＸ−Ｘ線端面図。 （ａ）本発明に適用されるガスクーラの他の構成を示す斜視図。（ｂ）本発明に適用されるガスクーラの他の構成を示す側面図。 （ａ）図８（ａ）のＹ−Ｙ線端面図。（ｂ）図８（ｂ）のＺ−Ｚ線端面図。

〔一実施形態〕
（１）構成
本発明の一実施形態による給湯暖房システムの構成について図１を用いて説明する。図１に示す給湯暖房システム１は、一次冷媒を循環させることにより蒸気圧縮冷凍サイクルを行うヒートポンプ回路２と、給湯用二次冷媒を循環させることにより給湯用の熱エネルギーを供給するための給湯用二次冷媒循環回路３と、暖房用二次冷媒を循環させることにより暖房用の熱エネルギーを供給するための暖房用二次冷媒循環回路４とを備えている。ヒートポンプ回路２と給湯用二次冷媒循環回路３とが結合されており、一次冷媒と給湯用二次冷媒との間の熱交換により給湯用の熱エネルギーが供給される。また、ヒートポンプ回路２と給湯用二次冷媒循環回路３とが結合されており、一次冷媒と暖房用二次冷媒との間の熱交換により暖房用の熱エネルギーが供給される。なお、図示を省略するが、給湯暖房システム１は、ヒートポンプ回路２、給湯用二次冷媒循環回路３、及び暖房用二次冷媒循環回路４を制御するための制御部を備えている。なお、以下の説明において、ヒートポンプ回路を循環する冷媒（一次冷媒）は二酸化炭素であり、ＣＯ₂冷媒という。給湯用二次冷媒循環回路３を循環する冷媒（給湯用二次冷媒）は給湯水である。暖房用二次冷媒循環回路４を循環する冷媒（暖房用二次冷媒）は水であり、暖房用水冷媒という。

ヒートポンプ回路２は、低段圧縮機５と、高段圧縮機６と、第１給湯用ガスクーラ７と、第２給湯用ガスクーラ８と、暖房用ガスクーラ９と、電動弁１０ａ，１０ｂと、空気熱交換器１１と、液ガス熱交換器１２と、インタークーラ１３とを接続してなる冷媒回路であり、バイパス路１４を有しており、空気熱交換器１１にファン１１ａが取り付けられている。低段圧縮機５及び高段圧縮機６は、インバータにより回転数の制御が可能な容積式圧縮機である。

低段圧縮機５は、圧縮したＣＯ₂冷媒を高段圧縮機６にインタークーラ１３を経由して送る。インタークーラ１３では、低段圧縮機５から吐出されたＣＯ₂冷媒と、ラジエータ２１からインタークーラ１３に送られた暖房用水冷媒との熱交換を行う。高段圧縮機６は、低段圧縮機５で圧縮されたＣＯ₂冷媒をさらに圧縮して第１給湯用ガスクーラ７に送る。なお、低段圧縮機５と高段圧縮機６とによる二段圧縮において、低段圧縮機５から吐出されて高段圧縮機６に吸入されるＣＯ₂冷媒の圧力を中間圧という。

第１給湯用ガスクーラ７は、高段圧縮機６から吐出されたＣＯ₂冷媒と、第２給湯ガスクーラ８から送られてきた給湯水との熱交換を行う。暖房用ガスクーラ９は、第１給湯用ガスクーラ７で熱交換が行われたＣＯ₂冷媒を直接受けて暖房用水冷媒との熱交換を行うが、第２給湯用ガスクーラ８は、暖房用ガスクーラ９で熱交換が行われたＣＯ₂冷媒を、液ガス熱交換器１２と電動弁１０ｂとを経由して受ける。第２給湯用ガスクーラ８は、電動弁１０ｂから送られてきたＣＯ₂冷媒と、ポンプ１６から送られてきた暖房用水冷媒との熱交換を行う。つまり、ＣＯ₂冷媒の経路に直列に配置されている第１給湯用ガスクーラ７、暖房用ガスクーラ９及び第２給湯用ガスクーラ８は、ＣＯ₂冷媒をこの順で熱交換することになる。液ガス熱交換器１２での熱交換については後述する。

電動弁１０ｂは、通常運転時（暖房運転と給湯運転の両方を行う時）及び給湯のみの運転時には減圧が起こらないように全開状態にされ、暖房のみの運転時には開度が調整されてＣＯ₂冷媒の減圧を行う。電動弁１０ａは、通常運転時及び給湯のみの運転時に開度が調整されてＣＯ₂冷媒の減圧を行い、暖房のみの運転時には減圧が起こらないように全開状態にされる。

空気熱交換器１１（蒸発器）は、電動弁１０ａから送られてきたＣＯ₂冷媒と室外空気との熱交換を行う。その際、ファン１１ａにより室外空気が空気熱交換器１１に送風される。液ガス熱交換器１２は、空気熱交換器１１で加熱された冷媒と、第２給湯用ガスクーラ８で冷却されたＣＯ₂冷媒との熱交換を行う。低段圧縮機５は、液ガス熱交換器１２により熱交換されたＣＯ₂冷媒を吸入する。

バイパス路１４は、入口を液ガス熱交換器１２と空気熱交換器１１との間に接続され、出口を低段圧縮機５の吐出口とインタークーラ１３との間に接続されている。バイパス路１４には、電磁弁１４ａが設けられている。この電磁弁１４ａは、制御部により制御されて、通常運転時及び暖房のみの運転時に閉止されており、給湯のみの運転時に開放される。

給湯用二次冷媒循環回路３は、ヒートポンプ回路２と共有する第１給湯用ガスクーラ７及び第２給湯用ガスクーラ８に加え、ポンプ１６と貯湯タンク１５とを備えており、貯湯タンク１５に三方弁１７が取り付けられている。貯湯タンク１５には、例えばステンレス製のサニタリータンクが用いられ、水道水などを給水するための給水口１５ａと、高温の湯をバスやキッチンに給湯するための出湯口１５ｂと、給湯用二次冷媒循環回路３が低温の給湯水を取るための取水口１５ｃと、給湯用二次冷媒循環回路３が高温の給湯水を供給するための給湯口１５ｄとが設けられている。そして、貯湯タンク１５に貯えられる水が底に近いほど冷たくて上壁に近いほど熱いため、給水口１５ａが貯湯タンク１５の底壁に、取水口１５ｃが下部に、給湯口１５ｄが上部に、出湯口１５ｂが上壁に配置されている。

給湯用二次冷媒循環回路３の給湯水はポンプ１６により循環される。ポンプ１６は、貯湯タンク１５の取水口１５ｃから例えば２０℃の給湯水を取水して第２給湯用ガスクーラ８に送る。第２給湯用ガスクーラ８は、ポンプ１６から送られてきた給湯水と暖房用ガスクーラ９から送られてきたＣＯ₂冷媒との熱交換を行って貯湯タンク１５の給湯口１５ｄに送る。第１給湯用ガスクーラ７は、第２給湯用ガスクーラ７で加熱された給湯水を、高段圧縮機６から吐出されたＣＯ₂冷媒との熱交換によりさらに加熱する。それにより、第１給湯用ガスクーラ７から例えば９０℃程度の高温の給湯水が貯湯タンク１５の給湯口１５ｄに戻される。貯湯タンク１５よりバスやキッチンに給湯するときは、例えば、貯湯タンク１５の出湯口１５ｂから出た湯と給湯口１５ａに供給される給湯水とを三方弁１７で混合して給湯する。

暖房用二次冷媒循環回路４は、ヒートポンプ回路２と共有する暖房用ガスクーラ９及びインタークーラ１３に加え、三方弁１８，１９とポンプ２０とラジエータ２１とを備えている。暖房用二次冷媒循環回路４の暖房用水冷媒はポンプ２０により循環される。三方弁１８は、暖房用ガスクーラ９とインタークーラ１３から送られてきた暖房用水冷媒を混合して三方弁１９に対して送り出す。この三方弁１８での混合の割合に応じて、暖房用ガスクーラ９とインタークーラ１３に分配される冷媒の流量が決まる。三方弁１９は、三方弁１８で混合された暖房用水冷媒と、ラジエータ２１から戻って暖房用ガスクーラ９及びインタークーラ１３に送られる経路から分岐された暖房用水冷媒とを混合してポンプ２０に送る。三方弁１９は、暖房用ガスクーラ９の負荷に応じて混合の割合を変える。なお、三方弁１８，１９は、混合割合を０：１００にして混合対象の一方冷媒のみを送り出すことができる。ポンプ２０は三方弁１９で混合された暖房用水冷媒をラジエータ２１に送る。ラジエータ２１は、ポンプ２０から送られてきた暖房用水冷媒と室内空気との熱交換により熱エネルギーを室内に放出して室内の暖房を行い、冷えた暖房用水冷媒を暖房用ガスクーラ９及びインタークーラ１３に戻す。

給湯暖房システムの制御部（図示省略）は、ヒートポンプ回路２の低段圧縮機５と高段圧縮機６と電動弁１０ａ，１０ｂとファン１１ａと電磁弁１４ａの制御を行い、給湯用二次冷媒循環回路３のポンプ１６の制御を行い、さらに暖房用二次冷媒循環回路４の三方弁１８，１９及びポンプ２０の制御を行う。ヒートポンプ回路２において、低段圧縮機５及び高段圧縮機６は、制御部により、オン・オフと回転周波数が制御される。また、制御部により、電動弁１０ａ，１０ｂは開度が調節され、ファン１１ａは送風量が調節され、電磁弁１４ａは開閉が制御される。給湯用二次冷媒循環回路３において、ポンプ１６は制御部によりオン・オフと冷媒循環量が制御される。暖房用二次冷媒循環回路４においては、制御部により、三方弁１８，１９は混合割合が制御され、ポンプ２０はオン・オフと冷媒循環量が制御される。そのため、制御部には、ヒートポンプ回路２のＣＯ₂冷媒、給湯用二次冷媒循環回路３の給湯水及び暖房用二次冷媒循環回路４の暖房用二次冷媒の温度などを測定する温度センサ（図示省略）や、ヒートポンプ回路２の低段圧縮機５や高段圧縮機６の吐出圧や吸入圧などを測定する圧力センサ（図示省略）から測定結果が入力される。

（２）動作の概要
図１に示す給湯暖房システム１では、ヒートポンプ回路２の冷凍サイクルによるヒートポンプ回路２のＣＯ₂冷媒との熱交換により、第１給湯用ガスクーラ７及び第２給湯用ガスクーラ８で給湯水が加熱され、暖房用ガスクーラ９で暖房用水冷媒が加熱される。加熱された給湯水は、給湯用二次冷媒循環回路３を循環して貯湯タンク１５に貯えられ、加熱された暖房用水冷媒を用いて暖房用二次冷媒循環回路４ではラジエータ２１による暖房が行われる。その際に、ヒートポンプ回路２の冷凍サイクルにおいては、低段圧縮機５と高段圧縮機６によるＣＯ₂冷媒の二段圧縮が用いられ、インタークーラ１３により中間冷却されたＣＯ₂冷媒と給湯水及び暖房用水冷媒との間で熱交換を行うことによってエネルギー効率の改善が図られている。

また、第１給湯用ガスクーラ７と暖房用ガスクーラ９と第２給湯用ガスクーラ８とをヒートポンプ回路２において直列に接続して、二次冷媒の加熱において、第１給湯用ガスクーラ７が高温域、暖房用ガスクーラ９が中温域に使われることにより、給湯用二次冷媒循環回路３及び暖房用二次冷媒循環回路４の同時使用時に高い成績係数を得ることができる。さらに、第２給湯用ガスクーラ８が給湯水の低温域の加熱に使われることにより、さらに成績係数の改善効果がある。そのため、冬季などにおいて、暖房運転と並行して給湯運転が行われるのが通常運転である。

ところが、夏季やその前後の時期の暖房を使わない時期あるいは暖房負荷が小さい時期には、給湯のみを行いたいが、暖房用ガスクーラ９と第２給湯用ガスクーラ８とをヒートポンプ回路２において直列に接続しているためにそのような運転を行うことが難しくなる。暖房のみの運転を行う場合も同様である。給湯や暖房だけが必要であるのに、暖房用ガスクーラ９やインタークーラ１３において熱交換が起きてしまうため、二次冷媒の沸騰や不要な熱の廃棄の問題が生じるからである。本実施形態においては、このような問題点が解消され、冬季などの暖房と給湯の両方が必要なときに高い成績係数を得られる給湯暖房システムであってかつ、夏季などの暖房の需要がない場合や給湯のための熱エネルギーの供給が必要ない場合などに給湯のみの運転や暖房のみの運転を行うことができるようになっている。そこで以下、暖房と給湯とが並行して行われる通常運転と、暖房のみの運転と、給湯のみの運転とに場合を分けて動作の説明を行う。

（３）通常運転
暖房運転と給湯運転が並行して行われる通常運転時には、ヒートポンプ回路２において、制御部により電磁弁１４ａが閉止され、バイパス路１４にはＣＯ₂冷媒が流れない。また、電動弁１０ｂが全開にされる一方電動弁１０ａの開度が調節されることにより、ＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ｂをそのまま通過し、電動弁１０ａにおいて減圧される。このような設定のもとで行われる通常運転時の各冷媒の流れを図２に示す。図２においては、ＣＯ₂冷媒の流れが破線で表され、二次冷媒の流れが実線で表されており、ＣＯ₂冷媒の流れにおいて一つの矢印で低圧の状態にあることが示され、二重の矢印で高圧または中間圧の状態にあることが示されている。なお、矢印のないところは冷媒の流れのないことを表している。

ヒートポンプ回路２において、ＣＯ₂冷媒は、低圧ガス冷媒の状態で低段圧縮機５に吸入されて中間圧まで圧縮された後、インタークーラ１３に対して吐出される。インタークーラ１３において、中間圧のＣＯ₂冷媒は暖房用水冷媒と熱交換を行うことで冷却される。このインタークーラ１３において冷却されたＣＯ₂冷媒は、次に、高段圧縮機６に吸入されてさらに圧縮され、高段圧縮機６から第１給湯用ガスクーラ７に吐出される。低段圧縮機５と高段圧縮機６による二段圧縮によって、ＣＯ₂冷媒が臨界圧力を超える圧力まで圧縮され、第１給湯ガスクーラ７に送られるＣＯ₂冷媒の温度は例えば１００℃を超える。

第１給湯ガスクーラ７では、１００℃程度のＣＯ₂冷媒と給湯水との熱交換が行われることで、給湯水が例えば９０℃まで容易に加熱される。次に、暖房用ガスクーラ９では、第１給湯用ガスクーラ７で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒と、ラジエータ２１から送られてきた暖房用水冷媒との間で熱交換が行われ、暖房用水冷媒が例えば４０℃から６５℃に加熱される。

暖房用ガスクーラ９で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒は、液ガス熱交換器１２において空気熱交換器１１を出たＣＯ₂冷媒との熱交換により冷却される。さらに、第２給湯用ガスクーラ８では、液ガス熱交換器１２で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒と、ポンプ１６から送られてきた給湯水との間で熱交換が行われ、給湯水が例えば２０℃から３０℃に加熱される。

第２給湯用ガスクーラ８で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ａで減圧されて気液二相状態になる。空気熱交換器１１において室外空気で加熱されたＣＯ₂冷媒は飽和ガス冷媒になり、液ガス交換器１２に送られる。液ガス交換器１２では、暖房用ガスクーラ９で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒と空気熱交換器１１で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒とが熱交換されることにより、空気熱交換器１１から送られてきたＣＯ₂冷媒の過熱度が大きくなる。液ガス熱交換器１２で加熱されたＣＯ₂冷媒は、低段圧縮機５の吸入口に送られる。液ガス熱交換器１２による熱交換により液ガス熱交換器１２から低段圧縮機５に送られるＣＯ₂冷媒の過熱度を大きくすることで、低段圧縮機５が湿り蒸気を吸込むことによる湿り圧縮または液圧縮になるのを防いでいる。

給湯用二次冷媒循環回路３では、貯湯タンク１５下部の取水口１５ｃから取水された例えば２０℃程度の水がポンプ１６により第２給湯用ガスクーラ８及び第１給湯用ガスクーラ７に送られ、第２給湯用ガスクーラ８で例えば２０℃から３０℃に加熱され、さらに第１給湯用ガスクーラ７で例えば３０℃から９０℃まで加熱される。第２給湯用ガスクーラ８で３０℃に加熱された給湯水が第１給湯用ガスクーラ７でさらに９０℃まで加熱されるのでエネルギー効率がよくなる。そして、第１給湯用ガスクーラ７で９０℃に加熱された高温の湯が、貯湯タンク１５上部の給湯口１５ｄに戻される。

暖房用二次冷媒循環回路４は、給湯用二次冷媒循環回路３と並行して動作しているが、暖房負荷の方が給湯負荷よりも大きく、例えば暖房負荷が給湯負荷の１０倍程度である。暖房負荷に応じて暖房用水冷媒の循環量が三方弁１９とポンプ２０により調節される。暖房用水冷媒は、例えばラジエータ２１に供給されるときの温度が６０℃で、室内空気と暖房用水冷媒と間で熱交換を行った後、ラジエータ２１から戻されるときの温度が４０℃である。暖房用ガスクーラ９は、第１給湯用ガスクーラ７から送られてきたＣＯ₂冷媒との熱交換により、ラジエータ２１から戻ってきた暖房用水冷媒を６０℃よりも高い温度、例えば６５℃まで加熱する。

（４）暖房のみの運転
暖房運転のみが行われる場合には、ヒートポンプ回路２において、制御部により電磁弁１４ａが閉止され、バイパス路１４にはＣＯ₂冷媒が流れない。通常運転時と異なり、ヒートポンプ回路２では、電動弁１０ａが全開にされる一方電動弁１０ｂの開度が調節されることにより、ＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ｂにおいて減圧され、電動弁１０ａをそのまま通過する。このような設定のもとで行われる暖房のみの運転の各冷媒の流れを図３に示す。図３における冷媒の種類ごとの表示などの表示方法は図２の場合と同様である。

ヒートポンプ回路２において、ＣＯ₂冷媒がインタークーラ１３で中間冷却されつつ低段圧縮機５と高段圧縮機６とによる二段圧縮で低圧ガス冷媒の状態から臨界状態にまで圧縮されて、第１給湯用ガスクーラ７と暖房用ガスクーラ９で臨界状態のＣＯ₂冷媒と給湯水及び暖房用水冷媒との熱交換が順次行われ、さらに液ガス熱交換器１２でＣＯ₂冷媒の熱交換が行われるところまでの動作は、上述の通常運転の動作と同じである。

ヒートポンプ回路２において、暖房用ガスクーラ９と液ガス熱交換器１２を経てきた超臨界状態のＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ｂで減圧されて気液二相状態になる。そのため、通常運転時と異なり、第２給湯用ガスクーラ８が蒸発器として機能し、ポンプ１６から送られてきた給湯水がＣＯ₂冷媒と熱交換されることによって冷却される。

第２給湯用ガスクーラ８で加熱されたＣＯ₂冷媒は、空気熱交換器１１において室外空気との熱交換により加熱されたＣＯ₂冷媒は低圧ガス冷媒になり、液ガス交換器１２に送られる。液ガス交換器１２では、暖房用ガスクーラ９で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒と空気熱交換器１１で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒との間で熱交換が行われることにより、空気熱交換器１１から送られてきたＣＯ₂冷媒の過熱度が大きくなる。液ガス熱交換器１２で加熱されたＣＯ₂冷媒は、低段圧縮機５の吸入口に送られる。液ガス熱交換器１２による熱交換により液ガス熱交換器１２から低段圧縮機５に送られるＣＯ₂冷媒の過熱度を大きくすることで、低段圧縮機５が湿り蒸気を吸込むことによる湿り圧縮または液圧縮になるのを防いでいる。

給湯用二次冷媒循環回路３では、ポンプ１６により給湯水が循環している。循環している給湯水は、第１給湯用ガスクーラ７におけるＣＯ₂冷媒との熱交換で加熱され、第２給湯用ガスクーラ８におけるＣＯ₂冷媒との熱交換で冷却される。第２給湯用ガスクーラ８で給湯水から奪われる熱エネルギーが、第１給湯用ガスクーラ７で給湯水に与えられる熱エネルギーで相殺できるように制御されることにより、取水口１５ｃから取った給湯水の温度とほぼ同じ温度で給湯用二次冷媒循環回路３から給湯口１５ｄに給湯用二次冷媒が戻される。それにより、貯湯タンク１５の給湯水が沸きすぎるなどの不具合が防止される。

暖房用二次冷媒循環回路４は、暖房のみの運転においても通常運転と同様に運転されるので説明を省略する。

（５）給湯のみの運転
夏季など暖房負荷がないときに給湯のみの運転を行う場合には、ヒートポンプ回路２において、制御部により電磁弁１４ａが開放され、バイパス路１４にＣＯ₂冷媒が流れるため、低段圧縮機５にはＣＯ₂冷媒が流れない。また、電動弁１０ｂが全開にされる一方電動弁１０ａの開度が調節されることにより、ＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ｂをそのまま通過し、電動弁１０ａにおいて減圧される。さらに、暖房用二次冷媒循環回路４において、制御部により、三方弁１８は、開放されて、暖房用ガスクーラ９で熱交換を終えた暖房用水冷媒とインタークーラ１３で熱交換を終えた暖房用水冷媒とをそのまま三方弁１９に向けて流す。三方弁１９は、三方弁１８から送られてきた暖房用水冷媒のみをポンプ２０に向けて流すため、ラジエータ２１から戻ってきた暖房用水冷媒が三方弁１９に流れ込まないように閉止される。このような設定のもとで行われる通常運転時の各冷媒の流れを図４に示す。図４における冷媒の種類ごとの表示などの表示方法は図２の場合と同様である。

ヒートポンプ回路２において、空気熱交換器１１で熱交換を終えた低圧ガス冷媒（ＣＯ₂冷媒）はバイパス路１４を通ってインタークーラ１３に送られる。インタークーラ１３が蒸発器として機能するため、空気熱交換器１１で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒は、暖房用水冷媒との熱交換によりさらに加熱されて過熱度が大きくなる。インタークーラ１３で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒は超臨界状態にまで圧縮されて第１給湯用ガスクーラ７に送られる。第１給湯用ガスクーラ７では、例えば１００℃程度のＣＯ₂冷媒と給湯水との熱交換が行われて、９０℃程度まで加熱された給湯水が給湯口１５ｄから貯湯タンク１５に戻される。第１給湯用ガスクーラ７で熱交換を終えた超臨界状態のＣＯ₂冷媒は、暖房用ガスクーラ９で、暖房用水冷媒との熱交換により暖房用水冷媒を加熱する。暖房用ガスクーラ９で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒は、液ガス熱交換器１２に送られるが、液ガス熱交換器１２には空気熱交換器１１からＣＯ₂冷媒が送られてこないため液ガス熱交換器１２で熱交換は行われない。液ガス熱交換器１２を通過したＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ａ，１０ｂ及び第１給湯用ガスクーラ８を経由して空気熱交換器１１に送られるが、電動弁１０ａ，１０ｂ、第１給湯用ガスクーラ８及び空気熱交換器１１における動作は通常時の場合と同様であるので説明を省略する。

給湯用二次冷媒循環回路３では、通常運転と同様に、第１給湯用ガスクーラ７及び第２給湯用ガスクーラ８で順次給湯水とＣＯ₂冷媒との熱交換が行われる。

暖房用二次冷媒循環回路４では、ＣＯ₂冷媒との熱交換により、暖房用ガスクーラ９で加熱された暖房用水冷媒とインタークーラ１３で冷却された暖房用水冷媒が三方弁１８で混合される。そのため、インタークーラ１３で暖房用水冷媒から奪われる熱エネルギーが暖房用ガスクーラ９で給湯水に与えられる熱エネルギーで相殺できるように制御されることにより、ポンプ２０で送り出される暖房用水冷媒の温度とラジエータ２１から戻る暖房用水冷媒の温度とは例えば２０℃程度で一致する。それにより、暖房用二次冷媒循環回路４においてラジエータ２１に熱エネルギーが供給されてラジエータ２１から熱エネルギーが放出されるのを防ぐことができる。

＜変形例＞
（ａ）
上記実施形態においては、第１給湯用ガスクーラ７、第２給湯用ガスクーラ８及び暖房用ガスクーラ９がＣＯ₂冷媒の経路に直列に配置される場合について説明したが、給湯用ガスクーラと暖房用ガスクーラが少なくとも一つずつＣＯ₂冷媒の経路に直列に配置されていれば本発明の効果を奏する。例えば、図５に示すように、一つの第１給湯用ガスクーラ７と二つの暖房用ガスクーラ９ａ，９ｂをＣＯ₂冷媒の経路に直列に配置してもよい。以下、図５の給湯暖房システム１Ａの構成と動作について簡単に説明する。

（１）構成
図５に示す給湯暖房システム１Ａは、一次冷媒を循環させることにより蒸気圧縮冷凍サイクルを行うヒートポンプ回路２Ａと、給湯用二次冷媒を循環させることにより給湯用の熱エネルギーを供給するための給湯用二次冷媒循環回路３Ａと、暖房用二次冷媒を循環させることにより暖房用の熱エネルギーを供給するための暖房用二次冷媒循環回路４Ａとを備えている。ヒートポンプ回路２Ａと給湯用二次冷媒循環回路３Ａとが結合されており、一次冷媒と給湯用二次冷媒との間の熱交換により給湯用の熱エネルギーが供給される。また、ヒートポンプ回路２Ａと給湯用二次冷媒循環回路３Ａとが結合されており、一次冷媒と暖房用二次冷媒との間の熱交換により暖房用の熱エネルギーが供給される。なお、図示を省略するが、給湯暖房システム１Ａは、ヒートポンプ回路２Ａ、給湯用二次冷媒循環回路３Ａ、及び暖房用二次冷媒循環回路４Ａを制御するための制御部を備えている。

ヒートポンプ回路２Ａは、低段圧縮機５と、高段圧縮機６と、給湯用ガスクーラ７ａと、第１暖房用ガスクーラ９ａと、第２暖房用ガスクーラ９ｂと、電動弁１０ａ，１０ｂと、空気熱交換器１１と、液ガス熱交換器１２と、インタークーラ１３とを接続してなる冷媒回路であり、バイパス路１４が設けられ、空気熱交換器１１にファン１１ａが取り付けられている。低段圧縮機５及び高段圧縮機６は、インバータにより回転数の制御が可能な容積式圧縮機である。

低段圧縮機５は、圧縮したＣＯ₂冷媒を高段圧縮機６にインタークーラ１３を経由して送る。インタークーラ１３では、低段圧縮機５から吐出されたＣＯ₂冷媒と、貯湯タンク１５Ａの取水口１５ｅからインタークーラ１３に送られた給湯水との熱交換を行う。高段圧縮機６は、低段圧縮機５で圧縮されたＣＯ₂冷媒をさらに圧縮して第１給湯用ガスクーラ７ａに吐出する。

第１給湯用ガスクーラ７ａは、高段圧縮機６から吐出されたＣＯ₂冷媒と、ポンプ１６から送られてきた給湯水との熱交換を行う。第１暖房用ガスクーラ９ａは、第１給湯用ガスクーラ７ａで熱交換が行われたＣＯ₂冷媒を直接受けて暖房用水冷媒との熱交換を行うが、第２暖房用ガスクーラ９ｂは、第１暖房用ガスクーラ９ａで熱交換が行われたＣＯ₂冷媒を、液ガス熱交換器１２と電動弁１０ｂとを経由して受ける。第１暖房用ガスクーラ９ａは、給湯用ガスクーラ７で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒と、ラジエータ２１ａから戻ってきた暖房用水冷媒との熱交換を行う。第２暖房用ガスクーラ９ｂは、電動弁１０ｂから送られてきたＣＯ₂冷媒と、ラジエータ２１ｂから戻ってきた暖房用水冷媒との熱交換を行う。つまり、ＣＯ₂冷媒の経路に直列に配置されている給湯用ガスクーラ７、第１暖房用ガスクーラ９ａ及び第２暖房用ガスクーラ９ｂは、ＣＯ₂冷媒との熱交換をこの順で行うことになる。

液ガス熱交換器１２での熱交換については後述する。電動弁１０ｂは、通常運転時（暖房運転と給湯運転の両方を行う時）及び暖房のみの運転時には減圧が起こらないように全開状態にされ、給湯のみの運転時には開度が調整されてＣＯ₂冷媒の減圧を行う。電動弁１０ａは、通常運転時及び暖房のみの運転時に開度が調整されてＣＯ₂冷媒の減圧を行い、給湯のみの運転時には減圧が起こらないように全開状態にされる。空気熱交換器１１は、電動弁１０ａから送られてきたＣＯ₂冷媒と室外空気との熱交換を行う。その際、ファン１１ａにより室外空気が空気熱交換器１１に送風される。液ガス熱交換器１２は、空気熱交換器１１で加熱された冷媒と、第２暖房用ガスクーラ９ｂで冷却されたＣＯ₂冷媒との熱交換を行う。低段圧縮機５は、液ガス熱交換器１２により熱交換されたＣＯ₂冷媒を吸入する。

バイパス路１４は、入口を液ガス熱交換器１２と空気熱交換器１１との間に接続され、出口を低段圧縮機５の吐出口とインタークーラ１３との間に接続されている。バイパス路１４には、電磁弁１４ａが設けられている。この電磁弁１４ａは、制御部により制御されて、通常運転時及び暖房のみの運転時に閉止されており、給湯のみの運転時に開放される。

給湯用二次冷媒循環回路３Ａは、ヒートポンプ回路２Ａと共有する給湯用ガスクーラ７ａに加え、ポンプ１６と貯湯タンク１５Ａと三方弁２４とを備えており、さらに貯湯タンク１５Ａに三方弁１７が取り付けられている。貯湯タンク１５Ａは、図１の貯湯タンク１５Ａの構成に対して、さらに給湯用二次冷媒循環回路３が低温の給湯水を取るための取水口１５ｅを貯湯タンク１５Ａの下部に有している。

給湯用二次冷媒循環回路３Ａの給湯水はポンプ１６により循環される。ポンプ１６は、貯湯タンク１５Ａの取水口１５ｃから例えば２０℃の給湯水を取水して給湯用ガスクーラ７に送る。ポンプ１６と取水口１５ｃとを結ぶ経路に三方弁２４が設けられており、三方弁２４は、取水口１５ｃから送られてくる給湯水とインタークーラ１３から送られてくる給湯水とを混合してポンプ１６に送り出す。給湯用ガスクーラ７ａは、ポンプ１６から送られてきた給湯水を、暖房用ガスクーラ９から送られてきたＣＯ₂冷媒との熱交換を行って貯湯タンク１５Ａの給湯口１５ｄに送る。三方弁２４は、取水口１５ｃから取る給湯水とインタークーラ１５から受ける給湯水の混合の割合を変えることにより、インタークーラ１３に流れる給湯水の流量を変えることができる。給湯用二次冷媒循環回路３Ａにおいては、ポンプ１６と三方弁２４を制御部により制御することで、給湯用ガスクーラ７ａとインタークーラ１３に流れる給湯水の流量の制御を行っている。

暖房用二次冷媒循環回路４Ａは、ヒートポンプ回路２Ａと共有する第１暖房用ガスクーラ９ａ及び第２暖房用ガスクーラ９ｂに加え、ポンプ２０ａ，２０ｂとラジエータ２１ａと開閉弁２２とバイパス路２３，２４を備えており、バイパス路２３，２４には開閉弁２３ａ，２４ａが設けられている。暖房用二次冷媒循環回路４Ａの暖房用水冷媒はポンプ２０ａ，２０ｂにより循環される。ラジエータ２１ａ，２１ｂで熱交換が行われる暖房用水冷媒は、それぞれ第１暖房用ガスクーラ９ａと第２暖房用ガスクーラ９ｂとに分かれて循環する。ポンプ２０ａはラジエータ２１ａに暖房用水冷媒を供給するが、ポンプ２０ａとラジエータ２１ａとの間に開閉弁２２が配置されている。ラジエータ２１ａから戻る暖房用水冷媒は第１暖房用ガスクーラ９ａに送られ、第１暖房用ガスクーラ９ａは。熱交換を終えた暖房用水冷媒をポンプ２０ａに送る。ポンプ２０ｂはラジエータ２１ｂに暖房用水冷媒を供給する。ラジエータ２１ｂから戻る暖房用水冷媒は第２暖房用ガスクーラ９ｂに送られ、第２暖房用ガスクーラ９ｂは。熱交換を終えた暖房用水冷媒をポンプ２０ｂに送る。バイパス路２３は、入口を第２暖房用ガスクーラ９ｂとポンプ２０ｂとの間に接続し、出口をラジエータ２１ａと第１暖房用ガスクーラ９ａとの間に接続している。バイパス路２４は、入口をポンプ２０ａと開閉弁２２との間に接続し、出口をラジエータ２１ｂと第２暖房用ガスクーラ９ｂとの間に接続している。

給湯暖房システムの制御部（図示省略）は、ヒートポンプ回路２Ａの低段圧縮機５と高段圧縮機６と電動弁１０ａ，１０ｂとファン１１ａと電磁弁１４ａの制御を行い、給湯用二次冷媒循環回路３Ａのポンプ１６と三方弁２５の制御を行い、さらに暖房用二次冷媒循環回路４Ａのポンプ２０ａ，２０ｂと開閉弁２２，２３ａ，２４ａの制御を行う。ヒートポンプ回路２Ａにおいて、低段圧縮機５及び高段圧縮機６は、制御部により、オン・オフと回転周波数が制御される。また、制御部により、電動弁１０ａ，１０ｂは開度が調節され、ファン１１ａは送風量が調節され、電磁弁１４ａは開閉が制御される。給湯用二次冷媒循環回路３Ａにおいて、ポンプ１６は制御部によりオン・オフと冷媒循環量が制御され、三方弁２５は混合割合が制御される。暖房用二次冷媒循環回路４Ａにおいては、制御部により、ポンプ２０ａ，２０ｂはオン・オフと冷媒循環量が制御され、開閉弁２２，２２３ａ，２４ａは開閉が制御される。

（２）動作の概要
図５に示す給湯暖房システム１Ａでは、ヒートポンプ回路２Ａの冷凍サイクルによるヒートポンプ回路２ＡのＣＯ₂冷媒との熱交換により、給湯用ガスクーラ７ａで給湯水が加熱され、第１暖房用ガスクーラ９ａ及び第２暖房用ガスクーラ９ｂで暖房用水冷媒が加熱される。加熱された給湯水は、給湯用二次冷媒循環回路３Ａを循環して貯湯タンク１５Ａに貯えられ、加熱された暖房用二次冷媒を用いて暖房用二次冷媒循環回路４Ａではラジエータ２１ａ，２１ｂによる暖房が行われる。その際に、ヒートポンプ回路２Ａの冷凍サイクルにおいては、低段圧縮機５と高段圧縮機６によるＣＯ₂冷媒の二段圧縮が用いられ、インタークーラ１３により中間冷却されたＣＯ₂冷媒と給湯水及び暖房用水冷媒との間で熱交換を行うことによってエネルギー効率の改善が図られている。

また、給湯用ガスクーラ７ａと第１暖房用ガスクーラ９ａと第２暖房用ガスクーラ９ｂとをヒートポンプ回路２Ａにおいて直列に接続して、二次冷媒の加熱において、給湯用ガスクーラ７ａが高温域、暖房用ガスクーラ９ａ，９ｂが中低温域に使われることにより、給湯用二次冷媒循環回路３Ａ及び暖房用二次冷媒循環回路４Ａの同時使用時に高い成績係数を得ることができる。そのため、冬季などにおいて、暖房運転と並行して給湯運転が行われるのが通常運転である。

ところが、夏季やその前後の時期の暖房を使わない時期あるいは暖房負荷が小さい時期には、給湯のみを行いたいが、暖房用ガスクーラ９ａ，９ｂと給湯用ガスクーラ７ａとをヒートポンプ回路２において直列に接続しているためにそのような運転を行うことが難しくなる。暖房のみの運転を行う場合も同様である。給湯や暖房だけが必要であるのに、暖房用ガスクーラ９ａ，９ｂや給湯用ガスクーラ７ａにおいて熱交換が起きてしまうため、二次冷媒の沸騰や不要な熱の廃棄の問題が生じるからである。本実施形態においては、このような問題点が解消され、冬季などの暖房と給湯の両方が必要なときに高い成績係数を得られる給湯暖房システムであってかつ、夏季などの暖房の需要がない場合や給湯のための熱エネルギーの供給が必要ない場合などに給湯のみの運転や暖房のみの運転を行うことができるようになっている。そこで以下、暖房と給湯とが並行して行われる通常運転と、暖房のみの運転と、給湯のみの運転とに場合を分けて動作の説明を行う。

（３）通常運転
暖房運転と給湯運転が並行して行われる通常運転時には、ヒートポンプ回路２Ａにおいて、制御部により電磁弁１４ａが閉止され、バイパス路１４にはＣＯ₂冷媒が流れない。また、電動弁１０ｂが全開にされる一方電動弁１０ａの開度が調節されることにより、ＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ｂをそのまま通過し、電動弁１０ａにおいて減圧される。さらに、開閉弁２２は開放されている一方、開閉弁２３ａ，２４ａが閉止されており、ラジエータ２１ａと第１暖房用ガスクーラ９ａとの間で循環する暖房用水冷媒と、ラジエータ２１ｂと第２暖房用ガスクーラ９ｂとの間で循環する暖房用水冷媒は互いに分離されている。

ヒートポンプ回路２Ａにおいて、ＣＯ₂冷媒は、低圧ガス冷媒の状態で低段圧縮機５に吸入されて中間圧まで圧縮された後、インタークーラ１３に対して吐出される。インタークーラ１３において、中間圧のＣＯ₂冷媒は給湯水と熱交換を行うことで冷却される。このインタークーラ１３において冷却されたＣＯ₂冷媒は、次に、高段圧縮機６に吸入されてさらに圧縮され、高段圧縮機６から給湯用ガスクーラ７ａに吐出される。低段圧縮機５と高段圧縮機６による二段圧縮によって、ＣＯ₂冷媒が臨界圧力を超える圧力まで圧縮され、給湯ガスクーラ７ａに送られるＣＯ₂冷媒の温度は例えば１００℃を超える。給湯ガスクーラ７ａでは、１００℃程度のＣＯ₂冷媒と給湯水との熱交換が行われることで、給湯水が例えば９０℃まで加熱される。次に、第１暖房用ガスクーラ９ａでは、給湯用ガスクーラ７ａで熱交換を終えたＣＯ₂冷媒と、ラジエータ２１ａから送られてきた暖房用水冷媒との間で熱交換が行われる。第１暖房用ガスクーラ９ａで熱交換を終えたＣＯ₂冷媒は、液ガス熱交換器１２において空気熱交換器１１を出たＣＯ₂冷媒との熱交換により冷却される。さらに、第２暖房用ガスクーラ９ｂでは、液ガス熱交換器１２で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒と、ラジエータ２１ｂから送られてきた暖房用水冷媒との間で熱交換が行われる。

第２暖房用ガスクーラ９ｂで熱交換を終えたＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ａで減圧されて気液二相状態になる。空気熱交換器１１において室外空気で加熱されたＣＯ₂冷媒は飽和ガス冷媒になり、液ガス交換器１２に送られる。液ガス交換器１２では、第１暖房用ガスクーラ９ａで熱交換を終えたＣＯ₂冷媒と空気熱交換器１１で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒とが熱交換されることにより、空気熱交換器１１から送られてきたＣＯ₂冷媒の過熱度が大きくなる。液ガス熱交換器１２で加熱されたＣＯ₂冷媒は、低段圧縮機５の吸入口に送られる。液ガス熱交換器１２による熱交換により液ガス熱交換器１２から低段圧縮機５に送られるＣＯ₂冷媒の過熱度を大きくすることで、低段圧縮機５が湿り蒸気を吸込むことによる湿り圧縮または液圧縮になるのを防いでいる。

給湯用二次冷媒循環回路３Ａでは、貯湯タンク１５Ａ下部の取水口１５ｅから取水された２０℃程度の給湯水がインタークーラ１３に送られてＣＯ₂冷媒との間で熱交換が行われる。インタークーラ１３で温まった給湯水は、三方弁２５で、貯湯タンク１５Ａ下部の取水口１５ｃから取水された例えば２０℃程度の給湯水と混合されてポンプ１６により給湯用ガスクーラ７ａに送られる。三方弁２５で混合されて例えば例えば３０℃になった給湯水が、給湯用ガスクーラ７ａで９０℃まで加熱されて、給湯用ガスクーラ７ａから貯湯タンク１５Ａ上部の給湯口１５ｄに戻される。インタークーラ１３で加熱された給湯水を混合したものを給湯用ガスクーラ７ａでさらに９０℃まで加熱するのでエネルギー効率がよくなる。

暖房用二次冷媒循環回路４Ａは、給湯用二次冷媒循環回路３Ａと並行して動作しているが、暖房負荷の方が給湯負荷よりも大きく、例えば暖房負荷が給湯負荷の１０倍程度である。暖房用二次冷媒循環回路４Ａにおいて、暖房負荷に応じて第１暖房用ガスクーラ９ａや第２暖房用ガスクーラ９ｂに供給される暖房用水冷媒の循環量がポンプ２０ａ，２０ｂにより調節される。暖房用水冷媒は、例えばラジエータ２１ａに供給されるときの温度が６０℃で、室内空気と暖房用水冷媒と間で熱交換を行った後、ラジエータ２１ａから戻されるときの温度が４０℃であり、例えばラジエータ２１ｂに供給されるときの温度が４５℃で、室内空気と暖房用水冷媒と間で熱交換を行った後、ラジエータ２１ｂから戻されるときの温度が３５℃である。これらの温度は温度センサ（図示省略）により測定されており、ラジエータ２１ａ，２１ｂに供給される暖房用水冷媒の温度とラジエータ２１ａ，２１ｂから戻される暖房用水冷媒の温度などに応じて循環量を変更するため制御部によりポンプ２０ａ，２０ｂが制御される。

（４）給湯のみの運転
夏季など暖房負荷がないときに給湯のみの運転を行う場合には、ヒートポンプ回路２Ａにおいて、制御部により電磁弁１４ａが開放され、バイパス路１４にＣＯ₂冷媒が流れるため、低段圧縮機５にはＣＯ₂冷媒が流れない。また、ヒートポンプ回路２Ａにおいて、電動弁１０ａが全開にされる一方電動弁１０ｂの開度が調節されることにより、ＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ｂにおいて減圧され、電動弁１０ａをそのまま通過する。さらに、暖房用二次冷媒循環回路４Ａにおいて、制御部により、開閉弁２２が閉止され、開閉弁２３ａ，２４ａが開放されて、第１暖房用ガスクーラ９ａと第２暖房用ガスクーラ９ｂとの間で暖房用水冷媒が循環するよう設定される。

ヒートポンプ回路２Ａにおいて、ＣＯ₂冷媒がインタークーラ１３で中間冷却されつつ低段圧縮機５と高段圧縮機６とによる二段圧縮で低圧ガス冷媒の状態から臨界状態にまで圧縮されて、給湯用ガスクーラ７ａと第１暖房用ガスクーラ９ａで臨界状態のＣＯ₂冷媒と給湯水及び暖房用水冷媒との熱交換が順次行われ、さらに液ガス熱交換器１２でＣＯ₂冷媒の熱交換が行われるところまでの動作は、上述の通常運転の動作と同じである。

ヒートポンプ回路２Ａにおいて、第１暖房用ガスクーラ９ａと液ガス熱交換器１２を経てきた超臨界状態のＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ｂで減圧されて気液二相状態になる。そのため、通常運転時と異なり、第２暖房用ガスクーラ９ｂが蒸発器として機能し、ポンプ２０ａから送られてきた暖房用水冷媒がＣＯ₂冷媒と熱交換されることによって冷却される。第２暖房用ガスクーラ９ｂで加熱されたＣＯ₂冷媒は、空気熱交換器１１において室外空気との熱交換により加熱されたＣＯ₂冷媒は低圧ガス冷媒になり、液ガス交換器１２に送られる。液ガス交換器１２では、第２暖房用ガスクーラ９ｂで熱交換を終えたＣＯ₂冷媒と空気熱交換器１１で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒との間で熱交換が行われることにより、空気熱交換器１１から送られてきたＣＯ₂冷媒の過熱度が大きくなる。液ガス熱交換器１２で加熱されたＣＯ₂冷媒は、低段圧縮機５の吸入口に送られる。液ガス熱交換器１２による熱交換により液ガス熱交換器１２から低段圧縮機５に送られるＣＯ₂冷媒の過熱度を大きくすることで、低段圧縮機５が湿り蒸気を吸込むことによる湿り圧縮または液圧縮になるのを防いでいる。

給湯用二次冷媒循環回路３Ａでは、通常運転と同様に、給湯用ガスクーラ７ａで順次給湯水とＣＯ₂冷媒との熱交換が行われる。

暖房用二次冷媒循環回路４Ａでは、ポンプ２０ａにより暖房用水冷媒が第１暖房用ガスクーラ９ａと第２暖房用ガスクーラ９ｂとの間で循環しており、ラジエータ２１ａ，２１ｂには流れない。循環している暖房用水冷媒は、第１暖房用ガスクーラ９ａにおけるＣＯ₂冷媒との熱交換で加熱され、第２暖房用ガスクーラ９ｂにおけるＣＯ₂冷媒との熱交換で冷却される。第２暖房用ガスクーラ９ｂで給湯水から奪われる熱エネルギーが、第１暖房用ガスクーラ９ａで給湯水に与えられる熱エネルギーで相殺できるように制御されることにより、第１暖房用ガスクーラ９ａ及び第２暖房用ガスクーラ９ｂの間を循環する暖房用水冷媒の温度上昇がなくなる。

（５）暖房のみの運転
暖房運転のみが行われる場合には、ヒートポンプ回路２Ａにおいて、制御部により電磁弁１４ａが開放されてバイパス路１４にはＣＯ₂冷媒が流れるため、低段圧縮機６にはＣＯ₂冷媒が流れない。通常運転時と異なり、電動弁１０ｂが全開にされる一方電動弁１０ａの開度が調節されることにより、ＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ｂをそのまま通過し、電動弁１０ａにおいて減圧される。暖房用二次冷媒循環回路４Ａにおいては、通用運転の場合と同様に、開閉弁２２が開放され、開閉弁２３ａ，２４ａが閉止されることにより、第１暖房用ガスクーラ９ａに流れる暖房用水冷媒と第２暖房用ガスクーラ９ｂに流れる暖房用水冷媒とが分離されている。

ヒートポンプ回路２Ａにおいて、空気熱交換器１１で熱交換を終えた低圧ガス冷媒（ＣＯ₂冷媒）はバイパス路１４を通ってインタークーラ１３に送られる。インタークーラ１３が蒸発器として機能するため、空気熱交換器１１で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒は、暖房用水冷媒との熱交換によりさらに加熱されて過熱度が大きくなる。インタークーラ１３で熱交換を終えたＣＯ₂冷媒は超臨界状態にまで圧縮されて給湯用ガスクーラ７ａに送られる。高段圧縮機６が単段で圧縮してＣＯ₂冷媒の吐出温度を例えば１００℃よりも低い温度にすることで、給湯用ガスクーラ７ａでは、ＣＯ₂冷媒と給湯水との熱交換によって給湯水が沸騰するのを防いでいる。

給湯用ガスクーラ７ａで熱交換を終えた超臨界状態のＣＯ₂冷媒は、第１暖房用ガスクーラ９ａで、暖房用水冷媒との熱交換により暖房用水冷媒を加熱する。第１暖房用ガスクーラ９ａで熱交換を終えたＣＯ₂冷媒は、液ガス熱交換器１２に送られるが、液ガス熱交換器１２には空気熱交換器１１からＣＯ₂冷媒が送られてこないため液ガス熱交換器１２で熱交換は行われない。液ガス熱交換器１２を通過したＣＯ₂冷媒は、電動弁１０ａ，１０ｂ及び第２暖房用ガスクーラ９ｂを経由して空気熱交換器１１に送られるが、電動弁１０ａ，１０ｂ、第２暖房用ガスクーラ９ｂ及び空気熱交換器１１における動作は通常時の場合と同様であるので説明を省略する。

給湯用二次冷媒循環回路３Ａでは、ポンプ１６により給湯水が循環している。循環している給湯水は、給湯用ガスクーラ７ａにおけるＣＯ₂冷媒との熱交換で加熱され、インタークーラ１３におけるＣＯ₂冷媒との熱交換で冷却される。インタークーラ１３で給湯水から奪われる熱エネルギーが、給湯用ガスクーラ７ａで給湯水に与えられる熱エネルギーで相殺できるように制御されることにより、取水口１５ｃから取った給湯水の温度とほぼ同じ温度で給湯用二次冷媒循環回路３から給湯口１５ｄに給湯用二次冷媒が戻される。それにより、貯湯タンク１５の給湯水が沸きすぎるなどの不具合が防止される。

暖房用二次冷媒循環回路４Ａは、暖房のみの運転においても通常運転と同様に運転されるので説明を省略する。

（ｂ）
上記実施形態においては、給湯用二次冷媒及び暖房用二次冷媒の両方に水が用いられる場合について説明したが、孔食防止の対象となる回路の冷媒が水であり、他方の冷媒が水以外のものである組み合わせも可能である。この場合、もう一方の冷媒に当たる給湯用二次冷媒及び暖房用二次冷媒は水以外の液体である。また、給湯用二次冷媒に貯湯タンク１５，１５Ａに貯留される水を使っているが、給湯用二次冷媒に水以外の媒体を用いる場合には例えば、貯湯タンク１５，１５Ａの水と給湯用二次冷媒との間で熱交換を行うための熱交換器を設けることもできる。

（ｃ）
上記実施形態においては、暖房用のために室内などに熱を放出するための暖房端末としてラジエータ２１，２１ａ，２１ｂを用いる場合について説明したが、暖房端末はラジエータ２１，２１ａ，２１ｂに限られない。例えば、ファンコイルユニットや床暖房用の配管などの居室内放熱器を用いることができる。また、暖房端末として用いられる機器は一つに限られず、複数であってもよく、また複数ある場合に異なる種類の放熱器を組合わせてもよい。

（ｄ）
上記実施形態においては、第１給湯用ガスクーラ７及び第２給湯用ガスクーラ８という２つの給湯用ガスクーラと、１つの暖房用ガスクーラ９をヒートポンプ回路２に直列に挿入した場合について説明している。しかし、直列に配置される給湯用ガスクーラと暖房用ガスクーラは他の構成であってもよく、例えば、図６に示すような構成にすることができる。

図６（ａ）は、暖房専用のガスクーラの代わりに暖房用ガスクーラと給湯用ガスクーラの機能を併せ持つガスクーラを用いた場合の構成を示す概念図である。一次冷媒２８の流路において、第１給湯用ガスクーラ７と暖房・給湯兼用ガスクーラ５０と第２給湯用ガスクーラ８が、この順で直列に配置されている。図６（ａ）に示すように暖房・給湯兼用ガスクーラ５０を暖房用ガスクーラ９に置き換えると、一次冷媒２８と給湯用二次冷媒３８との熱交換が第１給湯用ガスクーラ７、第２給湯用ガスクーラ８及び暖房・給湯兼用ガスクーラ５０の全てで行えるようになる。一方、一次冷媒２８と暖房用二次冷媒４８との熱交換が行われるのは、暖房・給湯兼用ガスクーラ５０においてだけである。図６（ａ）に示す構成を用いた場合、暖房負荷がないときでも、一次冷媒２８と給湯用二次冷媒３８との熱交換が第１給湯用ガスクーラ７、第２給湯用ガスクーラ８及び暖房・給湯兼用ガスクーラ５０の全てで行えるためエネルギー効率がよくなる。また、暖房負荷がないときには、暖房用二次冷媒４８によるラジエータ１９への熱エネルギーの供給がなくなるが、そのようなときでも暖房・給湯兼用ガスクーラ５０において一次冷媒２８と給湯用二次冷媒３８との間で熱交換が行われるため、暖房用二次冷媒４８が沸騰するような不具合の発生が抑制される。

給湯負荷がないときには、上記の一実施形態と同様に、第１給湯用ガスクーラ７と第２給湯用ガスクーラ８との間で熱交換量のキャンセルを行う。

図６（ａ）に示す暖房・給湯兼用ガスクーラ５０としては、例えば図７に示すような構成を用いることができる。図７の暖房・給湯兼用ガスクーラ５０は、一次冷媒２８が流れる板状の多穴管５０ａ、給湯用二次冷媒３８が流れる扁平な扁平管５０ｂ、暖房用二次冷媒４８が流れる扁平な扁平管５０ｃ、及び多穴管５０ａを順に積層して形成されている。つまり、２つの多穴管５０ａの間に扁平管５０ｂ，５０ｃが挟まれた４層構成になっている。多穴管５０ａは、矩形状の断面に、多穴管５０ａの長手方向に沿う多数の貫通穴５０ｊを有している（図７（ｂ）参照）。これら貫通穴５０ｊは一次冷媒２８が流れる冷媒管５０ｄ，５０ｅに繋がっている。一次冷媒２８は、冷媒管５０ｄから冷媒管５０ｅに向かって流れる。扁平管５０ｂは冷媒管５０ｆ，５０ｇに繋がっており、給湯用二次冷媒３８が冷媒管５０ｆから冷媒管５０ｇに向かって流れる。また、扁平管５０ｃは冷媒管５０ｈ，５０ｉに繋がっており、暖房用二次冷媒４８が冷媒管５０ｈから冷媒管５０ｉに向かって流れる。このとき、図７（ｂ）における上部の多穴管５０ａと扁平管５０ｂとの間で一次冷媒２８と給湯用二次冷媒３８の熱交換が行われ、下部の多穴管５０ａと扁平管５０ｃとの間で一次冷媒２８と暖房用二次冷媒４８の熱交換が行われる。そのため、多穴管５０ａや扁平管５０ｂ，５０ｃは、アルミニウムなどの熱伝導率の高い材料で形成されている。

図６（ｂ）は、２つの給湯用ガスクーラと１つの暖房用ガスクーラを１つの給湯・暖房兼用のガスクーラに置き換える場合の構成を示す概念図である。給湯・暖房兼用ガスクーラ５１においては、給湯・暖房兼用ガスクーラ５１の長手方向の全長にわたって一次冷媒２８と給湯用二次冷媒３８との熱交換が行われ、給湯・暖房兼用ガスクーラ５１の長手方向の中央部分において一次冷媒２８と暖房用二次冷媒４８との熱交換が行われる。そのため、給湯・暖房兼用ガスクーラ５１は、第１給湯用ガスクーラ７と暖房・給湯兼用ガスクーラ５０と第２給湯用ガスクーラ８を合わせた機能を有している。この場合、端部近傍Ｄ１，Ｄ２の給湯用ガスクーラ相当部分と長手方向中央部Ｃの暖房用ガスクーラの機能部分とが直列に配置されている格好になっている。また、領域Ｅ１と領域Ｅ２が第１給湯用ガスクーラ７と第２給湯用ガスクーラ８に相当し、給湯負荷がない場合には、これらの領域Ｅ１，Ｅ２で熱交換量のキャンセルが行われる。

図６（ｂ）に示す給湯・暖房兼用ガスクーラ５１を用いた場合、暖房負荷がないときでも、一次冷媒２８と給湯用二次冷媒３８との熱交換が給湯・暖房兼用ガスクーラ５１の全長の全てで行えるためエネルギー効率がよくなる。また、暖房負荷がないときには、暖房用二次冷媒４８によるラジエータ１９への熱エネルギーの供給がなくなるが、そのようなときでも給湯・暖房兼用ガスクーラ５１において一次冷媒２８と給湯用二次冷媒３８との間で熱交換が行われるため、暖房用二次冷媒４８が沸騰するような不具合が発生することはない。

図６（ｂ）に示す給湯・暖房兼用ガスクーラ５１としては、例えば図８及び図９に示すような構成を用いることができる。図８及び図９の給湯・暖房兼用ガスクーラ５１は、一次冷媒２８が流れる板状の多穴管５１ａ、給湯用二次冷媒３８が流れる扁平な扁平管５１ｂ、及び暖房用二次冷媒４８が流れる扁平な扁平管５１ｃを積層して形成されている。給湯・暖房兼用ガスクーラ５１の長手方向中央部Ｃにおいては、一次冷媒２８を途中で給湯・暖房兼用ガスクーラ５１の外部へ取り出す冷媒管５１ｆ、５１ｇの部分を除いて、図９（ａ）に示すように、多穴管５１ａと扁平管５１ｂと扁平管５１ｃと多穴管５１ａが順に積層された４層構造になっている。ところが、給湯・暖房兼用ガスクーラ５１の長手方向における冷媒管５１ｄ，５１ｅ，５１ｈ，５１ｉに近い端部近傍Ｄ１，Ｄ２では、図９（ｂ）に示すように、多穴管５１ａと扁平管５１ｂと多穴管５１ａが順に積層された３層構造になっている。多穴管５１ａは、矩形状の断面に、多穴管５１ａの長手方向に沿う多数の貫通穴５１ｌを有している。これら貫通穴５１ｌは一次冷媒２８が流れる冷媒管５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇに繋がっている。一次冷媒２８は、冷媒管５１ｄから冷媒管５１ｆ，５１ｇを経由して冷媒管５１ｅに向かって流れる。この冷媒管５１ｆ，５１ｇが液ガス熱交換器１２と電動弁１０ｂに接続される。

扁平管５１ｂは冷媒管５１ｈ，５１ｉに繋がっており、給湯用二次冷媒３８が冷媒管５１ｈから冷媒管５１ｉに向かって流れる。また、扁平管５１ｃは冷媒管５１ｊ，５１ｋに繋がっており、暖房用二次冷媒４８が冷媒管５１ｊから冷媒管５１ｋに向かって流れる。このとき、給湯・暖房用ガスクーラ５１の長手方向中央部Ｃでは、図９（ａ）における上部の多穴管５１ａと扁平管５１ｂとの間で一次冷媒２８と給湯用二次冷媒３８の熱交換が行われ、下部の多穴管５１ａと扁平管５１ｃとの間で一次冷媒２８と暖房用二次冷媒４８の熱交換が行われる。一方、給湯・暖房用ガスクーラ５１の端部近傍Ｄ１，Ｄ２では、図９（ｂ）における上部と下部の多穴管５１ａと扁平管５１ｂとの間で一次冷媒２８と給湯用二次冷媒３８の熱交換が行われる。この場合、端部近傍Ｄ１が図６（ａ）の第１給湯用ガスクーラ７に相当する機能を発揮し、端部近傍Ｄ２が図６（ｂ）の第２給湯用ガスクーラ８に相当する機能を発揮する。そのため、多穴管５１ａや扁平管５１ｂ，５１ｃは、アルミニウムなどの熱伝導率の高い材料で形成されている。

なお、暖房のみの運転の際（給湯負荷がないとき）には、一次冷媒２８との関係で領域Ｅ１と領域Ｅ２のうち一方が凝縮器として機能して他方が蒸発器として機能するので、一次冷媒２８と給湯用二次冷媒３８との熱交換については、領域Ｅ１と領域Ｅ２の間で熱交換量のキャンセルが行われる。一次冷媒２８と暖房用二次冷媒４８との関係では、長手方向中央部Ｃと領域Ｅ１とが重なる部分で暖房用二次冷媒４８が加熱される。図８に示した給湯・暖房兼用ガスクーラ５１はコンパクトにつくるため、長手方向中央部Ｃと領域Ｅ２が一部重なっているが、暖房のみの運転時の熱効率をよくするためには領域Ｅ２と長手方向中央部Ｃとが重ならない方が好ましく、重ならないように設計することも可能である。

＜特徴＞
給湯暖房システム１，１Ａによれば、給湯用ガスクーラ７，８，７ａと暖房用ガスクーラ９，９ａ，９ｂとがヒートポンプ回路２，２Ａにおいて直列に配置されているので、暖房のみの運転を行う場合または給湯のみの運転を行う場合に、ヒートポンプ回路２，２ＡにおいてＣＯ₂冷媒を循環させたときに運転を休止したい方のガスクーラにもＣＯ₂冷媒が流れてしまう。そこで、暖房のみの運転の時には、給湯用ガスクーラ７，７ａ，８での熱交換により生じる熱エネルギーを、第１給湯用ガスクーラ７（第２水熱交換器）と第２給湯用ガスクーラ８（第１水熱交換器）のように給湯用ガスクーラ同士で相殺するか、または給湯用ガスクーラ７ａ（第２水熱交換器）とインタークーラ１３（第１水熱交換器）で相殺して、給湯用二次冷媒循環回路３，３Ａにおいて貯湯タンク１５（給湯タンク）に貯えられる給湯水に与えられる熱量をほぼゼロに抑える状態（第１状態）を生成することができる。

また、給湯のみの運転の時には、暖房用ガスクーラ９，９ａ，８での熱交換により生じる熱エネルギーを、第１暖房用ガスクーラ９ａ（第４水熱交換器）と第２暖房用ガスクーラ９ｂ（第３水熱交換器）のように暖房用ガスクーラ同士で相殺するか、または暖房用ガスクーラ９（第４水熱交換器）とインタークーラ１３（第３水熱交換器）で相殺して、暖房用二次冷媒循環回路４，４Ａにおいてラジエータ１９（暖房端末）に循環する水冷媒に与えられる熱量をほぼゼロに抑える状態（第２状態）を生成することができる。それにより、暖房のみの運転の際に給湯用二次冷媒循環回路で給湯水を加熱することなく給湯水を循環させることができ、あるいは給湯のみの運転の際に暖房用二次冷媒循環回路で水熱媒を加熱することなく循環させることができ、孔食の発生を防止しつつ暖房のみの運転または給湯のみの運転を行わせることができるようになっている。

上述のようにインタークーラ１３や給湯用ガスクーラや暖房用ガスクーラをそれらが本来の機能を果たす必要のないときに、熱エネルギーを相殺するための機器に転用することで、新たな機器を追加せずに孔食を防止できるシステムを構築することができる。それにより、暖房のみの運転または給湯のみの運転を行う際に孔食を防止できる給湯暖房システムを、構成の簡素化により安価に提供できるようになる。

特に、低段圧縮機５（第１圧縮要素）と高段圧縮機６（第２圧縮要素）による二段圧縮の中間冷却を行うためのインタークーラ１３を蒸発器として機能させるために、低段圧縮機５（第１圧縮要素）をバイパスするためのバイパス路１４が設けられている。バイパス路１４を設けるという簡単な構成の付加で、インタークーラ１３を孔食防止のための機器へ転用することを可能にしている。

なお、水熱交換器同士で上述の第１状態及び第２状態を生成して熱量の授受が総計で略ゼロになるようにするのが好ましいが、水熱交換器以外の冷却手段を用いて冷媒に与えられる熱量をキャンセルしてもよい。例えばフィンなど他の冷却手段による冷却を用いることができ、また水熱交換器による冷却に対して自然に配管などから放出される熱量を考慮することや他の冷却手段を組み合わせることもできる。そのような場合、水熱交換器で熱量の一部を取り除くだけで水熱交換器同士の熱量の授受で略ゼロにできない場合であっても、他の冷却手段などの負担が減ることから設計の選択の幅が広がるので上記各実施形態の構成を適用する効果はある。

１，１Ａ 給湯暖房システム
２，２Ａ ヒートポンプ回路
３，３Ａ 給湯用二次冷媒循環回路
４，４Ａ 暖房用二次冷媒循環回路
５ 低段圧縮機
６ 高段圧縮機
７ 第１給湯用ガスクーラ
７ａ 給湯用ガスクーラ
８ 第２給湯用ガスクーラ
９ 暖房用ガスクーラ
９ａ 第１暖房用ガスクーラ
９ｂ 第２暖房用ガスクーラ
１３ インタークーラ
１５，１５Ａ 貯湯タンク
２１，２１ａ，２１ｂ ラジエータ

特開平９−２１０５０５号公報

Claims (8)

1. 一次冷媒を圧縮するための圧縮機構（５，６）を含み、前記一次冷媒と給湯用二次冷媒及び暖房用二次冷媒との間で熱交換を行って前記給湯用二次冷媒及び前記暖房用二次冷媒に熱を供給するためのヒートポンプ回路（２，２Ａ）と、
   給湯タンク（１５，１５Ａ）を含み、前記給湯タンクに貯留している給湯水に熱を供給するため前記給湯用二次冷媒を循環させる給湯用二次冷媒循環回路（３，３Ａ）と、
   暖房のための放熱を行う暖房端末（２１，２１ａ，２１ｂ））を含み、前記暖房端末で熱交換を行わせるため前記暖房端末に前記暖房用二次冷媒を循環させる暖房用二次冷媒循環回路とを備え、
   前記ヒートポンプ回路の前記圧縮機構を運転させた状態において、前記給湯用二次冷媒が給湯水である場合に前記ヒートポンプ回路から循環している前記給湯水に供給される熱量を略ゼロにする第１状態、及び前記暖房用二次冷媒が水冷媒である場合に前記ヒートポンプ回路から循環している前記水冷媒に供給される熱量を略ゼロにする第２状態のうちの少なくとも一方の状態を生成できる、給湯暖房システム。
2. 前記給湯用二次冷媒循環回路は、前記給湯用二次冷媒として前記給湯水を使用し、
   前記ヒートポンプ回路及び前記給湯用二次冷媒循環回路は、前記一次冷媒と前記給湯水との間で熱交換を行うため前記一次冷媒と前記給湯水が循環する第１水熱交換器（８，１３）及び第２水熱交換器（７）を含み、前記給湯タンクの前記給湯水に熱を供給しないときには前記第１状態を生成するため、前記第１水熱交換器で前記給湯水から前記一次冷媒に熱を供給し、前記第２水熱交換器で前記一次冷媒から前記給湯水に熱を供給する、請求項１に記載の給湯暖房システム。
3. 前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器は、前記一次冷媒及び前記給湯水が順次流れるように直列に接続された第１給湯用ガスクーラ（７）及び第２給湯用ガスクーラ（８）である、請求項２に記載の給湯暖房システム。
4. 前記暖房用二次冷媒循環回路は、前記暖房用二次冷媒として水冷媒を使用し、
   前記ヒートポンプ回路及び前記暖房用二次冷媒循環回路は、前記一次冷媒と前記水冷媒との間で熱交換を行うため前記一次冷媒と前記水冷媒が循環する第３水熱交換器（１３，９ｂ）及び第４水熱交換器（９，９ａ）を含み、前記暖房端末で熱を供給しないときには前記第２状態を生成するため、前記第３水熱交換器で前記水冷媒から前記一次冷媒に熱を供給し、前記第４水熱交換器で前記一次冷媒から前記水冷媒に熱を供給する、請求項２または請求項３に記載の給湯暖房システム。
5. 前記圧縮機構は、第１圧縮要素（５）及び前記第１圧縮要素から吐出された前記一次冷媒の圧力をさらに高めて吐出する第２圧縮要素（６）を含み、前記第１水熱交換器または前記第３水熱交換器を中間冷却器として機能させて前記第１圧縮要素から前記第２圧縮要素に吐出される前記一次冷媒の中間冷却を行いつつ前記一次冷媒の多段圧縮を行う多段圧縮機構である、請求項２または請求項４に記載の給湯暖房システム。
6. 前記圧縮機構は、前記第１圧縮要素をバイパスするバイパス路（１４）をさらに含み、前記暖房端末で熱を供給するときには前記バイパス路を閉じて前記第１水熱交換器または前記第３水熱交換器を凝縮器として機能させ、前記暖房端末で熱を供給しないときには前記バイパス路を開いて前記第１水熱交換器または前記第３水熱交換器を蒸発器として機能させる、請求項５に記載の給湯暖房システム。
7. 一次冷媒を圧縮するための圧縮機構（５，６）と第１水熱交換器（８，１３）と第２水熱交換器（７，７ａ）とを含み、前記一次冷媒と給湯水との間での熱交換を前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器により行うとともに、前記一次冷媒と暖房用二次冷媒との間で熱交換を行うためのヒートポンプ回路（２，２Ａ）と、
   前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器と給湯タンク（１５，１５ａ）とを含み、前記給湯タンクに貯留している前記給湯水に熱を供給するため前記給湯水を前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器と前記給湯タンクとの間で循環させる給湯用二次冷媒循環回路（３，３Ａ）と、
   暖房のための放熱を行う暖房端末（２１，２１ａ，２１ｂ）を含み、前記暖房端末で熱交換を行わせるため前記暖房端末に前記暖房用二次冷媒を循環させる暖房用二次冷媒循環回路（４，４Ａ）とを備え、
   前記ヒートポンプ回路の前記圧縮機構を運転させた状態において、前記給湯タンクの前記給湯水に熱を供給しないときには前記第１水熱交換器で前記給湯水から前記一次冷媒に熱を供給するとともに第２水熱交換器で前記一次冷媒から前記給湯水に熱を供給する、給湯暖房システム。
8. 一次冷媒を圧縮するための圧縮機構（５，６）と第１水熱交換器（１３，９ｂ）と第２水熱交換器（９，９ａ）とを含み、前記一次冷媒と給湯用二次冷媒との間で熱交換を行うとともに、前記一次冷媒と水冷媒との間での熱交換を前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器により行って水冷媒に熱を供給するためのヒートポンプ回路（２，２Ａ）と、
   給湯タンク（１５，１５Ａ）を含み、前記給湯タンク（１５，１５Ａ）に貯留している給湯水に熱を供給するため前記給湯用二次冷媒を循環させる給湯用二次冷媒循環回路（３，３Ａ）と、
   前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器と暖房の貯めの放熱を行う暖房端末（２１，２１ａ，２１ｂ）とを含み、前記暖房端末で熱交換を行わせるため前記第１水熱交換器と前記第２水熱交換器と前記暖房端末との間で前記水冷媒を循環させる暖房用二次冷媒循環回路（４，４Ａ）とを備え、
   前記ヒートポンプ回路の前記圧縮機構を運転させた状態において、前記暖房端末で熱を供給しないときには前記第１水熱交換器で前記水冷媒から前記一次冷媒に熱を供給するとともに前記第２水熱交換器で前記一次冷媒から前記水冷媒に熱を供給する、給湯暖房システム。

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