(57)【要約】【課題】一つのヒートポンプ回路に給湯用熱源と暖房用熱源を有する給湯暖房システムにおいて運転効率を改善する。【解決手段】暖房と給湯を行う通常運転時は、ヒートポンプ回路２Ａにおいて低段圧縮機５と高段圧縮機６で多段圧縮して一次冷媒を給湯用ガスクーラ７，８と暖房用ガスクーラ９に循環させる。一方、給湯のみが必要なときには、ヒートポンプ回路２において低段圧縮機５をバイパス路２１によりバイパスさせる。それにより、低段圧縮機５における圧縮が行われず、高段圧縮機６が単段で圧縮した一次冷媒を給湯用ガスクーラ７，８と暖房用ガスクーラ９に循環させる。【選択図】図２
2010210204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次冷媒を多段圧縮するための低段圧縮部（５）及び高段圧縮部（６）を有する多段圧縮機構と給湯用ガスクーラ（７，８）と暖房用ガスクーラ（９）とを含み、多段圧縮された前記一次冷媒を前記多段圧縮機構から前記給湯用ガスクーラ及び前記暖房用ガスクーラに循環させ得るヒートポンプ回路（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）と、
前記給湯用ガスクーラと給湯タンク（１５）とを含み、前記給湯タンクに貯留されている給湯水に対して給湯用二次冷媒により熱を供給するために、前記給湯用ガスクーラ及び前記給湯タンクに前記給湯用二次冷媒を循環させ、前記一次冷媒と前記給湯用二次冷媒との熱交換を前記給湯用ガスクーラで行わせるための給湯用二次冷媒循環回路（３）と、
前記暖房用ガスクーラと暖房のために熱を放出する暖房端末（１９）とを含み、前記暖房用ガスクーラ及び前記暖房端末に暖房用二次冷媒を循環させ、前記一次冷媒と前記暖房用二次冷媒との熱交換を前記暖房用ガスクーラで行わせるための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は、前記一次冷媒の流路において、前記低段圧縮部または前記高段圧縮部をバイパスし得るバイパス路（２１，２２，２３，２４）を有する、給湯暖房システム。
【請求項２】
前記ヒートポンプ回路は、給湯負荷及び暖房負荷が所定値以下の時に、前記バイパス路により前記低段圧縮部または前記高段圧縮部のバイパスを行う、請求項１記載の給湯暖房システム。
【請求項３】
前記ヒートポンプ回路は、前記多段圧縮機構を運転している状態で、前記暖房端末で熱交換を行わない時または、前記暖房端末での熱交換の負荷が所定の値より小さい時に、前記バイパス路により前記低段圧縮部または前記高段圧縮部のバイパスを行う、請求項２に記載の給湯暖房システム。
【請求項４】
前記多段圧縮機構は、前記低段圧縮部が前記高段圧縮部よりも容量が大きく、
前記バイパス路は、前記低段圧縮部のバイパスを行う、請求項１から３のいずれかに記載の給湯暖房システム。
【請求項５】
前記ヒートポンプ回路は、前記低段圧縮部から前記高段圧縮部に流れる前記一次冷媒を冷却するための中間冷却器（１３）をさらに含み、
前記暖房用二次冷媒循環回路は、前記中間冷却器をさらに含み、前記中間冷却器が前記一次冷媒と前記暖房用二次冷媒との間で熱交換を行う、請求項１から４のいずれかに記載の給湯暖房システム。
【請求項６】
前記暖房用二次冷媒循環回路は、前記暖房端末への前記暖房用二次冷媒の循環を停止して、前記中間冷却器と前記暖房用ガスクーラとの間で前記暖房用二次冷媒を循環させる、請求項５に記載の給湯暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のような従来の給湯暖房システムにおいては、一台の圧縮機を用いて暖房運転と同時に給湯運転も行っているが、効率よく暖房運転と同時に給湯運転を行おうとすると、一台の圧縮機では圧縮機の能力が十分でない場合がある。そこで、このような給湯暖房システムのヒートポンプ回路において２台の圧縮機による二段圧縮を用いることが考えられる。しかし、二段圧縮を用いると暖房と給湯のうちの一方しか使用しないなどの理由で負荷が小さいときには圧縮機の能力が大きすぎてかえって効率が悪くなる場合が生じる。
【０００５】
本発明の課題は、一つのヒートポンプ回路に給湯用熱源と暖房用熱源を有する給湯暖房システムにおいて運転効率を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明に係る給湯暖房システムは、一次冷媒を多段圧縮するための低段圧縮部及び高段圧縮部を有する多段圧縮機構と給湯用ガスクーラと暖房用ガスクーラとを含み、多段圧縮された一次冷媒を多段圧縮機構から給湯用ガスクーラ及び暖房用ガスクーラに循環させ得るヒートポンプ回路と、給湯用ガスクーラと給湯タンクとを含み、給湯タンクに貯留されている給湯水に対して給湯用二次冷媒により熱を供給するために、給湯用ガスクーラ及び給湯タンクに給湯用二次冷媒を循環させ、一次冷媒と給湯用二次冷媒との熱交換を給湯用ガスクーラで行わせるための給湯用二次冷媒循環回路と、暖房用ガスクーラと暖房のために熱を放出する暖房端末とを含み、暖房用ガスクーラ及び暖房端末に暖房用二次冷媒を循環させ、一次冷媒と暖房用二次冷媒との熱交換を暖房用ガスクーラで行わせるための暖房用二次冷媒循環回路とを備え、ヒートポンプ回路は、一次冷媒の流路において、低段圧縮部または高段圧縮部をバイパスし得るバイパス路を有する。
【０００７】
本発明によれば、暖房と給湯を行う通常運転時には、ヒートポンプ回路において低段圧縮部と高段圧縮部で多段圧縮された一次冷媒を給湯用ガスクーラと暖房用ガスクーラに循環させる。そして、給湯用二次冷媒循環回路において給湯用ガスクーラで一次冷媒と給湯用二次冷媒の熱交換を行わせ、その熱交換を行った一次冷媒と暖房用二次冷媒の熱交換を暖房用二次冷媒循環回路の暖房用ガスクーラで行わせることで、高い効率で給湯と暖房を行わせることができる。一方、ヒートポンプ回路の一次冷媒の流路において低段圧縮部または高段圧縮部の一方をバイパス路によりバイパスさせることで、低段圧縮部または高段圧縮部における圧縮が行われない一次冷媒を給湯用ガスクーラと暖房用ガスクーラに循環させることができる。そのため、給湯用二次冷媒循環回路において給湯用ガスクーラで一次冷媒と給湯用二次冷媒の熱交換を行わせ、その熱交換を行った一次冷媒と暖房用二次冷媒の熱交換を暖房用二次冷媒循環回路の暖房用ガスクーラで行わせる際に、小さな圧縮動力で運転することが適切な場合に、給湯運転及び暖房運転のうち少なくとも一方を高い効率で行わせることができる。
【０００８】
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、ヒートポンプ回路は、給湯負荷及び暖房負荷が所定値以下の時に、バイパス路により低段圧縮部または高段圧縮部のバイパスを行う。
【０００９】
本発明によれば、給湯負荷及び暖房負荷が所定値以下の低負荷時に低段圧縮部または高段圧縮部のバイパスが行われ、低段圧縮部または高段圧縮部における圧縮が行われないため、多段圧縮機構の圧縮動力を低負荷時に適切に合わせて運転効率の向上を図ることができる。
【００１０】
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、ヒートポンプ回路は、多段圧縮機構を運転している状態で、暖房端末で熱交換を行わない時または、暖房端末での熱交換の負荷が所定の値より小さい時に、バイパス路により低段圧縮部または高段圧縮部のバイパスを行う。
【００１１】
本発明によれば、夏季などの給湯が主となり暖房の需要が少ない時期にも効率よく給湯暖房システムを運用することができる。
【００１２】
第４発明に係る給湯暖房システムは、第１発明から第３発明のいずれかの給湯暖房システムにおいて、多段圧縮機構は低段圧縮部が高段圧縮部よりも容量が大きく、バイパス路は低段圧縮部のバイパスを行う。
【００１３】
本発明によれば、給湯負荷及び暖房負荷が所定値以下の低負荷時に、容量の小さい方の高段圧縮部を使うことで、容量が同じ低段圧縮部と高段圧縮部で多段圧縮機構を構成して一方をバイパスする場合に比べ、より小さな負荷に対して有利に対応できる。
【００１４】
第５発明に係る給湯暖房システムは、第１発明から第４発明の給湯暖房システムであって、ヒートポンプ回路は、低段圧縮部から高段圧縮部に流れる一次冷媒を冷却するための中間冷却器をさらに含み、暖房用二次冷媒循環回路は、中間冷却器をさらに含み、中間冷却器が一次冷媒と暖房用二次冷媒との間で熱交換を行う。
【００１５】
本発明によれば、中間冷却器により多段圧縮における中間圧の一次冷媒を冷却し、その熱を暖房用二次冷媒に与えることにより、運転効率を向上させることができる。
【００１６】
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において、暖房用二次冷媒循環回路は、暖房端末への暖房用二次冷媒の循環を停止して、中間冷却器と暖房用ガスクーラとの間で暖房用二次冷媒を循環させる。
【００１７】
本発明によれば、中間冷却器と暖房用ガスクーラとの間で熱交換量の相殺が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
第１発明に係る給湯暖房システムでは、給湯運転および暖房運転のうちの少なくとも一方を、小さい圧縮動力で運転することが適切な場合にまで効率良く行わせることができる。
【００１９】
第２発明に係る給湯暖房システムでは、低負荷時に運転効率を向上させることができる。
【００２０】
第３発明に係る給湯暖房システムでは、夏季など暖房需要がないかまたは少ない時期にも対応でき、一年を通して高い運転効率を得ることができる。
【００２１】
第４発明に係る給湯暖房システムでは、小さな負荷に対して対応する場合に有利になる。
【００２２】
第５発明に係る給湯暖房システムでは、中間冷却器により運転効率を向上させることができる。
【００２３】
第６発明に係る給湯暖房システムでは、暖房が不要な場合に、暖房用ガスクーラで暖房用二次冷媒が加熱されるのを防止しつつ、暖房端末に不要な熱が与えられるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】基本構成の給湯暖房システムの概略を示す構成図。
【図２】基本構成の動作を説明するための圧力−エンタルピ線図。
【図３】第１実施形態の給湯暖房システムの概略を示す構成図。
【図４】第１実施形態の給湯暖房システムの他の構成の概略を示す構成図。
【図５】第２実施形態の給湯暖房システムの概略を示す構成図。
【図６】第２実施形態の給湯暖房システムの他の構成の概略を示す構成図。
【図７】第３実施形態の給湯暖房システムの概略を示す構成図。
【図８】第３実施形態の給湯暖房システムの他の構成の概略を示す構成図。
【図９】（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。
【図１０】（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１０（ａ）のＸ−Ｘ線端面図。
【図１１】（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。
【図１２】（ａ）図１１（ａ）のＹ−Ｙ線端面図。（ｂ）図１１（ｂ）のＺ−Ｚ線端面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔基本構成〕
本発明の実施形態を説明する前に、本発明が適用される給湯暖房システムの基本的な構成について図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。また、図示を省略しているが、給湯暖房システム１には、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がある。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の冷媒（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の冷媒（暖房用二次冷媒）は水であり、暖房用水冷媒という。
【００２６】
（１）ヒートポンプ回路
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１０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、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。暖房と給湯を並行して行う場合の圧力−エンタルピ線図を図２に示す。
【００２７】
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（図１、図２の点Ｂ参照）。この低段圧縮機５から吐出されたＣＯ2冷媒は、高段圧縮機６で吸入される前に一旦インタークーラ１３を経由することにより冷却される（図１、図２の点Ｃ参照）。そのために、インタークーラ１３では、ＣＯ2冷媒と暖房用水冷媒の熱交換が行われる。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。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１００℃を超える状態になる（図１、図２の点Ｄ参照）。なお、以下の説明において、低段圧縮機５と高段圧縮機６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。
【００２８】
第１給湯ガスクーラ７では、高段圧縮機６から吐出された１００℃を超える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が行われる。これにより、第１給湯ガスクーラ７において、給湯水を例えば９０℃まで容易に加熱することができる。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１９から送られてきた暖房用水冷媒との熱交換が行われ、暖房用水冷媒が例えば６５℃まで加熱される。さらに第２給湯用ガスクーラ８では、暖房用ガスクーラ９で熱交換を終えたＣＯ2冷媒と、ポンプ１４から送られてきた給湯水との熱交換が行われ（図１、図２の点Ｅ参照）、給湯水が例えば３０℃まで加熱される。即ち、第１給湯用ガスクーラ７に送られたＣＯ2冷媒は、暖房用ガスクーラ８と第２給湯用ガスクーラ８に順次送られ、この順で熱交換が行われる。そして、第２給湯用ガスクーラで熱交換を終えた臨界状態のＣＯ2冷媒（図１、図２の点Ｅ参照）が、液ガス熱交換器１２を経由して電動弁１０（膨張機構）に送られる。
【００２９】
液ガス熱交換器１２でＣＯ2冷媒が冷却されるが（図１、図２の点Ｆ参照）、液ガス熱交換器１２における熱交換については後述する。電動弁１０で膨張されたＣＯ2冷媒（図１、図２の点Ｇ参照）は、空気熱交換器１１（蒸発器）に送られて、空気熱交換器１１により室外空気と熱交換される。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。空気熱交換器１１で加熱されたＣＯ2冷媒（図１、図２の点Ｈ参照）は、液ガス熱交換器１２を経由して低段圧縮機５に送られるが、液ガス熱交換器１２により電動弁１０に送られる前のＣＯ2冷媒と熱交換される。
【００３０】
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（図１、図２の点Ａ参照）、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。また、液ガス熱交換器１２による熱交換により電動弁１０に送られるＣＯ2冷媒の過冷却度を大きくすることで、電動弁１０におけるフラッシュガスの発生を防いでいる。第１給湯用ガスクーラ７、暖房用ガスクーラ８及び第２給湯用ガスクーラ８のように複数のガスクーラがある場合に、機能するガスクーラの数が変っても液ガス熱交換器１２の効果は発揮される。
【００３１】
（２）給湯用二次冷媒循環回路
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１４と貯湯タンク１５とを備えており、貯湯タンク１５に三方弁１６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が冷水（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から高温の湯（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。
【００３２】
給湯用二次冷媒循環回路３の給湯水はポンプ１４により循環される。ポンプ１４には貯湯タンク１５の取水口１５ｃから例えば２０℃の低温の給湯水が送られる。そして、ポンプ１４から吐出された給湯水は、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、ヒートポンプ回路２のＣＯ2冷媒と熱交換される。まず、第２給湯用ガスクーラ８によって、給湯用二次冷媒循環回路３の給湯水が例えば２０℃から３０℃まで加熱される。次に、第１給湯用ガスクーラ７によって、例えば３０℃の給湯水が９０℃まで加熱され、第１給湯用ガスクーラ７から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１６で混合して給湯する。このようにすれば、出湯口１５ｂから出る湯の温度範囲が狭くても、水道水に近い温度から出湯口１５ｂから出る湯の温度までの範囲で所望の温度の給湯が可能になる。
【００３３】
（３）暖房用二次冷媒循環回路
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１７とポンプ１８とラジエータ１９とを備えている。
【００３４】
暖房用二次冷媒循環回路４の暖房用水冷媒はポンプ１８により循環される。例えばラジエータ１９に供給するときの温度が６０℃で、ラジエータ１９から戻ってくるときの温度が４０℃である。暖房用ガスクーラ９とインタークーラ１３を出た暖房用水冷媒は、三方弁１７で混合されてポンプ１８に送られ、ポンプ１８から吐出された暖房用水冷媒はラジエータ１９に送られる。ラジエータ１９では、室内空気と暖房用水冷媒と間で熱交換が行われる。ラジエータ１９で熱交換が行われた暖房用水冷媒は、暖房用ガスクーラ９とインタークーラ１３とに分配される。暖房用ガスクーラ９とインタークーラ１３に分配される冷媒量は、三方弁１７の混合の割合によって決まるため、三方弁１７で制御される。
【００３５】
図１の給湯暖房システム１では、低段圧縮機５と高段圧縮機６によるＣＯ2の二段圧縮の際に、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。
【００３６】
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、二次冷媒の加熱につき、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の運転である。
【００３７】
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、給湯のみあるいは給湯を主に行いたいが、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。まず、低段圧縮機５と高段圧縮機６を駆動するため、インバータにより回転周波数を小さくして冷媒循環量を小さくするにも限界があり、負荷の大部分を占める暖房負荷がなくなると冷媒循環量の制御が難しくなる。また、給湯と暖房のうちの一方が主に必要であるのに、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。このような問題点が解消され、冬季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、夏季のように暖房の需要がない場合などにエネルギー効率を悪化させることなく給湯を主に行うことができる第１実施形態から第３実施形態の給湯暖房システムについて以下説明する。
【００３８】
〔第１実施形態〕
（１）構成
本発明の第１実施形態による給湯暖房システムについて図３を用いて説明する。図３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。図３に示す給湯暖房システム１Ａが図１の基本構成と異なるのは、ヒートポンプ回路２Ａと暖房用二次冷媒循環回路４Ａの構成である。
【００３９】
図１の基本構成のヒートポンプ回路２と比較して分かるように、第１実施形態のヒートポンプ回路２Ａは、バイパス路２１をさらに備えている。従ってバイパス路２１以外のヒートポンプ回路２Ａの構成はヒートポンプ回路２において既に説明されているので、ここでは説明を省略する。
【００４０】
バイパス路２１は、入口を低段圧縮機５の吸入口と液ガス熱交換器１２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２１には、電磁弁２１ａが設けられている。この電磁弁２１ａは、前述の制御部（図示省略）により制御されて、通常運転時に閉止されており、暖房負荷が所定値よりも小さくなった時に開放される。
【００４１】
また、図１の基本構成の暖房用二次冷媒循環回路４と比較して分かるように、第１実施形態の暖房用二次冷媒循環回路４Ａは、第１開閉弁４１、第２開閉弁４２及び温度センサ４３，４４をさらに備えている。従って、第１開閉弁４１、第２開閉弁４２及び温度センサ４３以外の暖房用二次冷媒循環回路４Ａの構成は暖房用二次冷媒循環回路４２において既に説明されているので、ここでは説明を省略する。温度センサ４３，４４には例えばサーミスタなどが用いられる。
【００４２】
第１開閉弁４１は、ポンプ１８とラジエータ１９の間に挿入されている。第１開閉弁４１が閉止されるとポンプ１８とラジエータ１９の間の流路が閉じられ、第１開閉弁が開放されるとポンプ１８トラジータ１９の間の流路が通じる。第２開閉弁４２は、入口をポンプ１８と第１開閉弁４１との間に接続され、出口をラジエータ１９と暖房用ガスクーラ９との間に接続されている。第２開閉弁４２が閉止されていると冷媒がポンプ１８から第１開閉弁４１及びラジエータ１９を経由し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。一方、第２開閉弁４２が開放されると、ポンプ１８から出た冷媒は、ラジエータ１９を経由しない流路で直接暖房用ガスクーラ９及びインタークーラ１３に送られる。温度センサ４３は、第２開閉弁４２の出口の下流に設けられており、第２開閉弁４２を出て暖房用ガスクーラ９及びインタークーラ１３に送られる冷媒の温度を検出する。温度センサ４４は、ポンプ１８の下流に設けられており、ポンプ１８から出てラジエータ１９に送られる冷媒の温度を検出する。温度センサ４３，４４の検出した温度は制御部に出力される。制御部は、第２開閉弁４２の下流の冷媒温度が所定範囲内になるように三方弁１７を制御して、暖房用ガスクーラ９とインタークーラ１３から送られてくる冷媒の混合割合を調節する。制御部は、例えば温度センサ４３，４４の温度差から暖房負荷を算出することができ、暖房負荷が所定値よりも大きいか小さいかをこの温度差で判別することができる。また、制御部は、第１開閉弁４１及び第２開閉弁４２の開閉の制御も行う。
【００４３】
（２）動作
通常運転時には、給湯運転と暖房運転が同時に行われていることから大きな暖房負荷に対応するため、電磁弁２１ａが閉止されており、ヒートポンプ回路２Ａは、基本構成のヒートポンプ回路２と同様の動作を行う。即ち、低段圧縮機５及び高段圧縮機６で二段圧縮されたＣＯ2冷媒は、順次、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に流れる。給湯用二次冷媒循環回路３では、第１給湯用ガスクーラ７と第２給湯用ガスクーラ８でＣＯ2冷媒と給湯水との間の熱交換が行われ、同時に暖房用二次冷媒循環回路４Ａでは、暖房用ガスクーラ９でＣＯ2冷媒と暖房用水冷媒との間の熱交換が行われる。そのため、暖房用二次冷媒循環回路４Ａでは、第１開閉弁４１が開放されており、第２開閉弁４２が閉止されている。
【００４４】
夏季などの暖房負荷がない場合には、電磁弁２１ａが開放され、液ガス熱交換器１２を出たＣＯ2冷媒は、バイパス路２１を通ってインタークーラ１３を経由し、高段圧縮機６に直接吸入される。このとき、ＣＯ2冷媒は液ガス熱交換器１２を経由することで過熱度が大きくなる。そのため、ＣＯ2冷媒は液ガス熱交換器１２を経由することで過熱度が大きくなっており、高段圧縮機６の単独運転でも高段圧縮機６の吐出温度を確保でき、第１給湯用ガスクーラ７における熱交換で高温出湯が可能になる。また、このとき低段圧縮機５は停止されており、バイパス路２１をＣＯ2冷媒が通って高段圧縮機６だけでＣＯ2冷媒が循環される。圧縮されないＣＯ2冷媒が高段圧縮機６に吸入されるので、低段圧縮機５を機能させていた場合と同じ回転周波数であっても冷媒循環量が減少し、高段圧縮機６が循環させる冷媒量の下限を引き下げられる。特に、ヒートポンプ回路２Ａのような構成で二段圧縮を行う場合には低段圧縮機５の容量を高段圧縮機６よりも大きくする。このように低段圧縮機の容量を大きくしている場合には、低段圧縮機５をバイパスして容量の小さい高段圧縮機６を用いる方が冷媒循環量の下限を引き下げる効果が大きく、給湯暖房システム１Ａの発停の回数を減らせるので有利である。
【００４５】
バイパス路２１をＣＯ2冷媒が通ることにより高段圧縮機６だけの単段の圧縮になるため冷媒循環量が減少するものの暖房用ガスクーラ９で熱交換は行われる。このとき、暖房を行わない場合にはラジエータ１９に二次冷媒を循環させないことからラジエータ１９における放熱が期待できない。そのため、熱交換が続くと暖房用ガスクーラ９内の二次冷媒が沸騰する可能性がある。そこで、給湯用二次冷媒循環回路４Ａでは、バイパス路２１を開いたときに、第１開閉弁４１を閉止するとともに第２開閉弁４２を開放する。そうすると、暖房用ガスクーラ９から戻ってきた二次冷媒は、三方弁１７で、インタークーラ１３から戻ってきた二次冷媒と混合される。三方弁１７で混合された二次冷媒はポンプ１８から第２開閉弁４２を通って再び暖房用ガスクーラ９とインタークーラ１３に送られる。三方弁１７で混合された二次冷媒の温度は、インタークーラ１３を経由した二次冷媒がインタークーラ１３で冷やされているため、暖房用ガスクーラ９から戻ってきた二次冷媒の温度よりも低くなる。三方弁１７で混合された二次冷媒の温度を温度センサ４３により測定し、測定結果が所定範囲内に収まるように三方弁１７における混合割合を調節する。測定結果が所定範囲よりも高くなる方へ外れるときは、インタークーラ１３に多く流れるように調節して二次冷媒の温度を下げる。逆に、測定結果が所定範囲よりも低くなる方へ外れるときは、インタークーラ１３に流れる量が少なくなるように三方弁１７が調節される。インタークーラ１３では、二次冷媒の熱がＣＯ2冷媒に与えられてＣＯ2冷媒の過熱度が大きくなる。このように、温度センサ４３で測定される二次冷媒の温度が所定範囲に制御されることにより、暖房負荷がないときであっても暖房用インタークーラ９における熱交換で二次冷媒が沸騰するのを避けることができる。
【００４６】
冬季の前後の比較的暖房負荷が少ない時期などにおいて、暖房負荷が所定値よりも小さくかつ暖房用ガスクーラ９における熱交換量と同等の熱交換をラジエータ１９で行う場合には、インタークーラ１３で暖房用ガスクーラ９における熱交換量の相殺が必要なくなる。この場合には、ヒートポンプ回路２Ａにおいて電磁弁２１ａが開放され、液ガス熱交換器１２を出たＣＯ2冷媒は、バイパス路２１を通ってインタークーラ１３を経由し、高段圧縮機６に直接吸入される。一方、給湯用二次冷媒循環回路４Ａにおいては、第１開閉弁４１が開放され、第２開閉弁４２が閉止され、三方弁１７では暖房用ガスクーラ９から送られる二次冷媒のみをポンプ１８に送るように調節される。それにより、小さな暖房負荷に応じた熱の利用が暖房用ガスクーラ９及びラジエータ１９で行われ、インタークーラ１３におけるＣＯ2冷媒と二次冷媒との熱交換は停止される。
【００４７】
もし、暖房負荷が所定値よりも小さくかつラジエータ１９における熱交換量が暖房用ガスクーラ９の熱交換量よりも小さい場合には、インタークーラ１３により、暖房用ガスクーラ９の熱交換量の一部を相殺するようにしてもよい。そのときには、第１開閉弁４１が開放され、第２開閉弁４２が閉止され、三方弁１７では暖房用ガスクーラ９及びインタークーラ１３から送られてきた二次冷媒の混合が行われる。この場合にも、温度センサ４３における二次冷媒温度の測定結果が所定範囲内に収まるように、三方弁１７での混合割合の調節による制御が行われる。
【００４８】
なお、暖房負荷がない場合であっても、暖房用ガスクーラ９において二次冷媒の沸騰が生じないことが予め実験などにより実証されているなど、暖房用ガスクーラ９の熱交換によって不具合が生じないことが予め分かっている場合には、第１開閉弁４１及び第２開閉弁４２を設けず、図４に示すように、暖房用二次冷媒循環回路を図１の暖房用二次冷媒循環回路４と同様の構成にすることもできる。この場合、給湯暖房システム１Ｂのヒートポンプ回路２Ａは図３の給湯暖房システム１Ａと同様の構成である。図４の給湯システム１Ｂは、第１開閉弁４１、第２開閉弁４２及び温度センサ４３並びにそれらに付属する機材を省けて構成が簡単になり、安価な給湯暖房システムになる。
【００４９】
〔第２実施形態〕
（１）構成
本発明の第２実施形態による給湯暖房システムについて図５を用いて説明する。図５に示す給湯暖房システム１Ｃ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２Ｂと、給湯用二次冷媒循環回路３と、暖房用二次冷媒循環回路４Ａとを備えている。図５に示す給湯暖房システム１Ｃが図３の第１実施形態の変形例に係る給湯暖房システム１Ａと異なるのは、ヒートポンプ回路２Ｂの構成である。
【００５０】
図３のヒートポンプ回路２Ａと比較して分かるように、第２実施形態のヒートポンプ回路２Ｂは、バイパス路２１に代わるバイパス路２２を備えている。従ってバイパス路２２以外のヒートポンプ回路２Ｂの構成はヒートポンプ回路２，２Ａにおいて既に説明されているので、ここでは説明を省略する。
【００５１】
バイパス路２２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２２には、電磁弁２２ａが設けられている。この電磁弁２２ａは、前述の制御部（図示省略）により制御されて、通常運転時に閉止されており、暖房負荷が所定値よりも小さくなった時に開放される。
【００５２】
（２）動作
通常運転時には、大きな暖房負荷に対応するため、電磁弁２２ａが閉止されており、ヒートポンプ回路２Ｂはヒートポンプ回路２Ａと同様の動作を行う。また、このときの給湯暖房システム１Ｃの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４Ａの動作も第１実施形態の給湯暖房システム１Ａの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４Ａの動作と同様である。
【００５３】
夏季などの暖房負荷がない場合には、電磁弁２２ａが開放され、空気熱交換器１１を出たＣＯ2冷媒は、バイパス路２２を通ってインタークーラ１３を経由し、高段圧縮機６に直接吸入される。バイパス路２２が開通しているヒートポンプ回路２Ｂにおいては、ヒートポンプ回路２Ａと違ってＣＯ2冷媒と液ガス熱交換器１２との熱交換が行われないことから、液ガス熱交換器１２でＣＯ2冷媒が加熱されない。そのため、インタークーラ１３と暖房用ガスクーラ９との間で熱交換量の相殺を行う際に、相殺する熱交換量を大きく取ることができる。相殺する熱交換量が大きく取れるということは、第１給湯用ガスクーラ７及び第２給湯用ガスクーラ８での熱交換量を大きくしても冷媒の沸騰などの不具合が発生し難いということであり、給湯のみの運転時の給湯能力を大きくすることが容易になる。なお、低段圧縮機５は停止されていることから、低段圧縮機５を機能させていた場合と同じ回転周波数で高段圧縮機６を駆動しても高段圧縮機６に吸入される冷媒の圧力が低下しているので高段圧縮機６が循環させる冷媒量の下限を引き下げられる点は第１実施形態と同様である。また、暖房負荷がない場合に、暖房用ガスクーラ９とインタークーラ１３の間で二次冷媒を循環させ、暖房用ガスクーラ９の熱交換量をインタークーラ１３の熱交換量で相殺させる動作も第１実施形態で説明した通りである。
【００５４】
冬季の前後の比較的暖房負荷が少ない時期において、暖房負荷が所定値よりも小さくかつ暖房用ガスクーラ９における熱交換量と同等の熱交換をラジエータ１９で行うことができるために、インタークーラ１３で暖房用ガスクーラ９における熱交換量の相殺が必要なくなった場合の動作及び、暖房負荷が所定値よりも小さくかつラジエータ１９における熱交換量が暖房用ガスクーラ９の熱交換量よりも小さいために、インタークーラ１３により暖房用ガスクーラ９の熱交換量の一部を相殺するようにしてもよい場合の動作も第１実施形態と同様であることから説明を省く。
【００５５】
なお、暖房負荷がない場合であっても、暖房用ガスクーラ９において二次冷媒の沸騰が生じないことが予め実験などにより実証されているなど、暖房用ガスクーラ９の熱交換によって不具合が生じないことが予め分かっている場合には、第１開閉弁４１及び第２開閉弁４２を設けず、図６に示すように、暖房用二次冷媒循環回路を図４の暖房用二次冷媒循環回路４と同様の構成にすることもできる。この場合、図６の給湯暖房システム１Ｄのヒートポンプ回路２Ｂは図５の給湯暖房システム１Ｂと同様の構成である。図６の給湯システム１Ｄは、第１開閉弁４１、第２開閉弁４２及び温度センサ４３並びにそれらに付属する機材を省けて構成が簡単になり、安価な給湯暖房システムになる。
【００５６】
〔第３実施形態〕
（１）構成
本発明の第３実施形態による給湯暖房システムについて図７を用いて説明する。図７に示す給湯暖房システム１Ｅ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２Ｃと、給湯用二次冷媒循環回路３と、暖房用二次冷媒循環回路４とを備えている。図７に示す給湯暖房システム１Ｅが図６の第１実施形態の変形例に係る給湯暖房システム１Ｄと異なるのは、ヒートポンプ回路２Ｃの構成である。
【００５７】
図６のヒートポンプ回路２Ｂと比較して分かるように、第３実施形態のヒートポンプ回路２Ｃは、バイパス路２２に代わるバイパス路２３を備えている。従ってバイパス路２３以外のヒートポンプ回路２Ｃの構成はヒートポンプ回路２Ｂにおいて既に説明されているので、ここでは説明を省略する。
【００５８】
バイパス路２３は、入口を低段圧縮機５の吸入口と液ガス熱交換器１２との間に接続され、出口をインタークーラ１３と高段圧縮機６の吸入口との間に接続されている。バイパス路２３には、電磁弁２３ａが設けられている。この電磁弁２３ａは、前述の制御部（図示省略）により制御されて、通常運転時に閉止されており、暖房負荷が所定値よりも小さくなった時に開放される。
【００５９】
（２）動作
通常運転時には、大きな暖房負荷があるため電磁弁２３ａが閉止されており、ヒートポンプ回路２Ｃはヒートポンプ回路２Ａと同様の動作を行う。また、このときの給湯暖房システム１Ｅの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の動作も基本構成の給湯暖房システム１の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の動作と同様である。
【００６０】
夏季などの暖房負荷がない時期や冬季の前後の比較的暖房負荷が少ない時期において、暖房負荷が所定値よりも小さい場合には、電磁弁２３ａが開放され、空気熱交換器１１を出たＣＯ2冷媒は、バイパス路２３を通ってインタークーラ１３を経由せずに、高段圧縮機６に直接吸入される。暖房負荷が少ない時期などにおいても天候の変動により気温が下がる場合がある。また、冬季であっても給湯のみの需要が生じる場合が考えられる。このような場合に、インタークーラ１３における給湯水の凍結が心配される。ヒートポンプ回路２Ｃにおいては、ヒートポンプ回路２Ａと違ってインタークーラ１３を経由しないため、インタークーラ１３にＣＯ2冷媒が流れないことから、インタークーラ１３での水の凍結が防止される。
【００６１】
なお、第３実施形態のヒートポンプ回路２Ｃでは、インタークーラ１３での水の凍結防止ができるようにバイパス路２３の経路でバイパスを行っているが、バイパス路の入口を別のところに接続してもよい。例えば図８の給湯暖房システム１Ｆのヒートポンプ回路２Ｄのバイパス路２４のように、入口を空気熱交換器１１と液熱交換器１２との間に接続することもできる。
【００６２】
＜変形例＞
（ａ）
上記各実施形態においては、暖房負荷が所定値より小さいときに低段圧縮機５をバイパスしている。高段圧縮機６の容量が小さいので低段圧縮機５をバイパスしているが、高段圧縮機６をバイパスしてもよい。高段圧縮機６をバイパスする場合には低段圧縮機５をバイパスする場合に比べて発停回数を減らす効果は劣るものの高段圧縮機６をバイパスしても従来に比べて給湯暖房システムの発停回数を減らす効果はある。
【００６３】
（ｂ）
上記各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２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ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９に示すような構成にすることができる。
【００６４】
図９（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９（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９（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。
【００６５】
図９（ａ）に示す暖房・給湯兼用ガスクーラ５０としては、例えば図１０に示すような構成を用いることができる。図１０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１０（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１０（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。
【００６６】
図９（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。図９（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。
【００６７】
図９（ｂ）に示す給湯・暖房兼用ガスクーラ５１としては、例えば図１１及び図１２に示すような構成を用いることができる。図１１及び図１２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、図１２（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，５１ｇ，５１ｅ，５１ｆに近い端部近傍Ｄ１，Ｄ２では、図１２（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５１ｊを有している。これら貫通穴５１ｊは一次冷媒２８が流れる冷媒管５１ｄ，５１ｅに繋がっている。一次冷媒２８は、冷媒管５１ｄから冷媒管５１ｅに向かって流れる。扁平管５１ｂは冷媒管５１ｆ，５１ｇに繋がっており、給湯用二次冷媒３８が冷媒管５１ｆから冷媒管５１ｇに向かって流れる。また、扁平管５１ｃは冷媒管５１ｈ，５１ｉに繋がっており、暖房用二次冷媒４８が冷媒管５１ｈから冷媒管５１ｉ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１２（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１２（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９（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９（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。
【００６８】
（ｃ）
上記各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として水が用いられる場合について説明したが、給湯用二次冷媒及び暖房用二次冷媒は水に限られず、他の液体であってもよい。給湯用二次冷媒に貯湯タンク１５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、貯湯タンク１５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。
【００６９】
（ｄ）
上記各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１９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１９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。
【００７０】
（ｅ）
上記第１実施形態及び第２実施形態においては、暖房用ガスクーラ９における余分な熱交換量をインタークーラ１３で相殺する場合について説明したが、相殺する手段はインタークーラ１３に限られず、別の放熱手段を設けてもよい。また、上述の変形例（ｂ）で説明したように、暖房負荷がなくても暖房用ガスクーラ９内の暖房用水冷媒の温度が不具合の生じる温度まで上昇させない手段を設けることもできる。暖房負荷がない場合または小さい場合における暖房用ガスクーラ９内の暖房用水冷媒の温度上昇を避ける手段としては、例えば変形例（ｂ）のように別の冷媒を流すことで暖房用ガスクーラ９から熱を奪ったり、ＣＯ2冷媒のバイパスを設けて暖房用ガスクーラ９で熱交換が起こらないようにしたりすることができる。
【００７１】
＜特徴＞
（１）
給湯暖房システム１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｆによれば、通常は、ヒートポンプ回路２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄにおいて低段圧縮機５（低段圧縮部）と高段圧縮機６（高段圧縮部）で多段圧縮されたＣＯ2冷媒（一次冷媒）を第１給湯用ガスクーラ７及び第２給湯用ガスクーラ８と暖房用ガスクーラ９とに循環させる。そして、給湯用二次冷媒循環回路３において第１給湯用ガスクーラ７及び第２給湯用ガスクーラ８でＣＯ2冷媒と給湯水の熱交換を行わせ、その熱交換を行ったＣＯ2冷媒と暖房用水冷媒（暖房用二次冷媒）の熱交換を暖房用二次冷媒循環回路４，４Ａの暖房用ガスクーラ９で行わせることで、高い効率で給湯と暖房を行わせることができる。本発明においては、給湯用ガスクーラと暖房用ガスクーラがヒートポンプ回路のＣＯ2冷媒の流路に直列に配置されることによって大きな冷媒循環量を必要としており、そのために給湯用ガスクーラと暖房用ガスクーラが少なくとも１台ずつある構成に多段圧縮を用いてＣＯ2冷媒を供給するものが適用の対象となる。例えば、１台の給湯用ガスクーラと１台の暖房用ガスクーラが直列に配置されているような構成や、１台の給湯用ガスクーラと２台以上の暖房用ガスクーラが直列に配置されているような構成であってもよい。
【００７２】
ヒートポンプ回路２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２ＤのＣＯ2冷媒（一次冷媒）の流路において低段圧縮機５または高段圧縮機６の一方をバイパス路２１，２２，２３，２４によりバイパスさせることで、低段圧縮機５または高段圧縮機６における圧縮が行われないＣＯ2冷媒を第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に循環させることができる。そのため、給湯用二次冷媒循環回路３において第１給湯用ガスクーラ７でＣＯ2冷媒と給湯水の熱交換を行わせ、その熱交換を行ったＣＯ2冷媒と暖房用水冷媒の熱交換を暖房用二次冷媒循環回路４，４Ａの暖房用ガスクーラ９で行わせる際に、小さな圧縮動力で運転することが適切な場合に、発停を行うよりもいずれかの圧縮機を止める方が効率よく運転できることから、高い効率で給湯運転及び暖房運転のうち少なくとも一方を行わせることができることになる。この場合、二段圧縮に限られるものではなく、三段以上の圧縮を行う場合にも適用できる。小さな圧縮動力で運転することが適切な場合として、給湯用二次冷媒循環回路３の給湯負荷や暖房用二次冷媒循環回路４，４Ａの暖房負荷が小さくまたは一方の負荷がない給湯負荷及び暖房負荷が所定値以下の低負荷時がある。このような低負荷時にバイパス路２１，２２，２３，２４によりバイパスをすることで圧縮動力を低負荷時に見合う大きさにして運転効率を向上させることができる。低負荷時に使用する圧縮機は、容量の小さい高段圧縮機６である。例えば容量が同じ低段圧縮機と高段圧縮機で多段圧縮機構を構成して一方をバイパスする場合に比べ、より小さな負荷に対して有利に対応できる。特に、夏季などの季節には長期間にわたり暖房負荷が小さくなるため、暖房負荷が所定値より小さいときにバイパス路２１，２２，２３，２４によってバイパスできるようにすることで、季節に関わらず年間を通して効率の良い運転ができるようになる。
【００７３】
（２）
給湯暖房システム１Ａ，１Ｃのヒートポンプ回路２Ａ，２Ｂ及び暖房用二次冷媒循環回路４Ａは、低段圧縮機５から高段圧縮機６に流れるＣＯ2冷媒を冷却するためのインタークーラ１３（中間冷却器）を含んでおり、インタークーラ１３がＣＯ2冷媒と暖房用水冷媒との間で熱交換を行う。そのため、インタークーラ１３により二段圧縮における中間圧のＣＯ2冷媒を冷却し、その熱を暖房用水冷媒に与えることにより、運転効率を向上させている。暖房負荷がない場合あるいは暖房負荷が所定値より小さい場合に、この暖房用二次冷媒循環回路４Ａは、第１開閉弁４１を閉止してラジエータ１９（暖房端末）への暖房用水冷媒の循環を停止し、第２開閉弁４２を開放してインタークーラ１３と暖房用ガスクーラ９との間で暖房用水冷媒を循環させる。そして、温度センサ４３で検出される暖房用水冷媒の温度が所定範囲内になるように、三方弁１７でインタークーラ１３と暖房用ガスクーラ９から戻ってくる暖房用水冷媒の混合割合を調整して、インタークーラ１３と暖房用ガスクーラ９との間で熱交換量の相殺を行う。それにより、暖房が不要な場合に、暖房用ガスクーラ９において暖房用水冷媒が過熱する不具合を防止しつつ、ラジエータ１９（暖房端末）に不要な熱が与えられるのを防止することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ  給湯暖房システム
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ  ヒートポンプ回路
３  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
８  第２給湯用ガスクーラ
９  暖房用ガスクーラ
１３  インタークーラ
１９  ラジエータ
２１，２２，２３，２４  バイパス路
４１  第１開閉弁
４２  第２開閉弁
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７５】
【特許文献１】特開平９−２１０５０５号公報
【図１】
2010210204.tif 000003
【図２】
2010210204.tif 000004
【図３】
2010210204.tif 000005
【図４】
2010210204.tif 000006
【図５】
2010210204.tif 000007
【図６】
2010210204.tif 000008
【図７】
2010210204.tif 000009
【図８】
2010210204.tif 000010
【図９】
2010210204.tif 000011
【図１０】
2010210204.tif 000012
【図１１】
2010210204.tif 000013
【図１２】
2010210204.tif 000014