(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動する水車を備えた水車駆動型圧縮機において、
前記圧縮機本体の入力側に電動機を連結すると共に、クラッチ手段を介して前記水車を切り離し可能に連結し、前記電動機の出力と前記水車の出力を合成して圧縮機本体に入力可能と成し、
前記クラッチ手段により前記水車を切り離した状態で前記電動機を始動して前記電動機による前記圧縮機の始動を行うと共に、前記電動機の始動と同時、又は前記電動機の始動後に前記水車に対する水の導入を開始し、
前記水車の回転数が予め設定された所定の回転数以上のとき、前記クラッチ手段を介して前記水車を前記圧縮機本体の入力側に連結して前記水車の出力を前記圧縮機本体に入力することを特徴とする水車駆動型圧縮機の運転方法。
【請求項２】
前記水車の前記所定の回転数が前記電動機の定格回転数であることを特徴とする請求項１記載の水車駆動型圧縮機の運転方法。
【請求項３】
圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動する水車を備えた水車駆動型圧縮機において、
前記圧縮機本体の入力側に電動機を連結すると共に、クラッチ手段を介して前記水車を切り離し可能に連結し、前記電動機の出力と前記水車の出力を合成して圧縮機本体に入力可能と成し、
前記クラッチ手段は、前記水車の回転数が予め設定した所定の回転数未満のとき前記水車と前記圧縮機本体の入力側の接続を解除し、前記所定の回転数以上のとき、前記水車と前記圧縮機本体の入力側を接続することを特徴とする水車駆動型圧縮機。
【請求項４】
前記電動機の回転軸の一端を、前記クラッチ手段を介して水車を連結すると共に、前記電動機の回転軸の他端を前記圧縮機本体の入力側に連結したことを特徴とする請求項３記載の水車駆動型圧縮機。
【請求項５】
前記圧縮機本体の入力側に二の入力軸を設け、前記入力軸の一方に前記電動機を連結すると共に、前記入力軸の他方に、前記クラッチ手段を介して前記水車を連結したことを特徴とする請求項３記載の水車駆動型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮機本体の駆動源として水車を使用する水車駆動型圧縮機の運転方法及び前記運転方法を実施するための水車駆動型圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体の圧縮作用を行う圧縮機本体を駆動する原動機として、モータやエンジン等の代わりに水車を使用する水車駆動型圧縮機にあっては、水車のシャフトと圧縮機本体の入力軸とが動力伝達装置を介して連結され、水車の出力が圧縮機本体に伝達されるよう構成されている。
【０００３】
このような水車駆動型の圧縮機にあって、圧縮機本体を駆動する水車の出力は、水車に対して導入される水の水頭と水量によって異なり、水頭が一定の場合、水量の増減により水車の出力を増減させることができる。そのため、水車の水圧管路には、水車に導入される水量を調整するためのバルブを設け、このバルブの開度を調整することにより水車に導入される水量を調整して水車の出力調整を行っている。
【０００４】
一方、前述のようにして水車により発生された動力が駆動動力として入力される圧縮機本体は、水車のシャフトに連結されて水車に対する負荷として作用するものであるが、この負荷は圧縮機本体に導入される吸入空気量と、吐出側圧力との関係によって増減する。例えば、圧縮機本体の吸入通路に設けてある吸入弁が開いている場合には、圧縮機本体の回転数を上昇して吸入空気量を増やすと、駆動動力、すなわち負荷が大きくなり、また逆に、圧縮機本体の回転数を低下させて吸入空気量を減少させると負荷が小さくなる。
【０００５】
また、圧縮機本体の回転数を一定として吸入空気量に変動がない場合であっても、圧縮空気の消費量が減ると吐出側の圧力が上昇して負荷が大きくなり、圧縮空気の消費量か増えると吐出側圧力が低下して負荷も小さくなる。
【０００６】
このように、圧縮機本体の作動状況により水車に対する負荷が変動することから、水車に導入される水の水頭及び水量を一定として水車の出力を一定とする場合には水車及び圧縮機本体の回転数が変動する。例えば、圧縮機本体の吸入空気量の増加や、圧縮機本体の吐出側圧力の上昇により水車にかかる負荷が増えると、水車及び圧縮機本体の回転数は低下し、また、圧縮機本体の吸入空気量が減少したり、吐出室内の圧力が低下する等して水車にかかる負荷が減少すると、水車及び圧縮機本体の回転数が上昇する。
【０００７】
このような圧縮機本体の駆動動力の増減、すなわち、水車に対する負荷の増減による圧縮機の回転数の変動を防止するためには、負荷の増減に対応して水車の出力を増減して、圧縮機本体により生ずる負荷と、水車の出力をバランスさせる必要がある。そのため、従来の水車駆動型圧縮機にあっては、圧縮機本体による負荷の増減に応じて水圧管路内に設けたバルブを調整して水車に導入される水量を増減し、水車の出力を負荷の増減に対応させて圧縮機の回転数を一定に保つような調整が行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような水車駆動型圧縮機にあっては、水車の水圧管路内に設けられたバルブを急激に開閉すると、水車の羽根車に対して急激にダムや貯水池等の水源に貯水された水の衝撃圧力が加わり破損するおそれがあること、また、水源からの水の高さ水頭及び圧力水頭が加わっている前記バルブの弁体を急激に開閉するには、多大なエネルギーが必要であり、また、急激なバルブの開閉はバルブ自体の破損にもつながる等の理由から、水車に対する水の導入を制御する前記バルブは、開方向又は閉方向に徐々に作動するよう構成されている。そのため、水車の出力は、このバルブにより導入される水量の変化と共に徐々に変動し、始動から圧縮機本体が所望の回転数で運転される迄に比較的長時間を要していた。
【０００９】
また、圧縮機本体が所望の回転数で運転された状態となったときに、圧縮空気の消費量が増減して水車の出力と圧縮機本体が要求する駆動動力との間にずれが生じた場合であっても、前述のように徐々に動作するバルブにより調整される水車の出力変化は、比較的急激に変化を生ずる圧縮機本体の駆動動力の変化に即座に追従することができないものとなっていた。
【００１０】
そのため、圧縮機本体によって生ずる負荷が小さくなると、この負荷に対して水車の出力が過剰となり、圧縮機の回転数が極度に上昇して所謂「オーバーラン」の状態となってしまい、また、圧縮機本体により生ずる負荷が大きくなると、この負荷に対して水車の出力が不足して、圧縮機の回転数が極度に低下する所謂「ストール」の状態となってしまい、圧縮機本体に過剰な負荷を生じさせたり、また、圧縮機が定格運転に戻る迄に長時間を要するという問題が生じている。
【００１１】
さらに、水車の出力は前述のように水頭によって決定されるものであるところ、この水頭は水車駆動型圧縮機が設置される各施設毎、各時期毎に相違する。特に、夏期、乾期など、水源であるダムや貯水池の貯水量が減っている場合には、圧縮機本体が要求する駆動動力を水車のみでは出力できない場合がある。
【００１２】
そこで、本発明は上記従来技術における欠点を解消するためになされたものであり、水車の羽根車や、水圧管路内に設けられたバルブ等に過剰な負担をかけることなく始動から定格運転に至るまでの時間を従来の水車駆動型圧縮機に比較して短くすることができ、また、圧縮機本体により生ずる負荷の変動に対応して、圧縮機本体に入力する動力を即座に変動することができ、従ってオーバーランやストール等の弊害がなく、さらに、夏期、乾期等、水源の貯水量が十分でない場合であっても、圧縮機を所望の回転数にて運転することのできる、水車駆動型圧縮機の運転方法、および前記運転方法を実施するための水車駆動型圧縮機を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の水車駆動型圧縮機の運転方法及び水車駆動型圧縮機は、圧縮機本体５０と、圧縮機本体５０を駆動する水車４０を備えた水車駆動型圧縮機１において、
前記圧縮機本体５０の入力側に電動機１０を連結すると共に、遠心クラッチ、電磁クラッチ等のクラッチ手段６２を介して前記水車４０を切り離し可能に連結し、前記電動機１０の出力と前記水車４０の出力を合成して圧縮機本体５０に入力可能と成し、
前記クラッチ手段６２により前記水車４０を切り離した状態で前記電動機１０を始動して前記電動機１０による前記圧縮機の始動を行うと共に、前記電動機１０の始動と同時、又は前記電動機１０の始動後に前記水車４０に対する水の導入を開始し、
前記水車４０の回転数が予め設定された所定の回転数、例えば電動機１０の定格回転数以上のとき、前記クラッチ手段６２を介して前記水車４０を前記圧縮機本体５０の入力側に連結して前記水車４０の出力を圧縮機本体５０に入力することを特徴とする。
【００１４】
圧縮機本体５０に電動機１０と水車４０を同時に連結する方法としては、前記電動機１０の回転軸１１の一端１１ａを、前記クラッチ手段６２を介して水車４０に連結すると共に、前記電動機１０の回転軸１１の他端１１ｂを前記圧縮機本体５０の入力側に連結しても良く、
また、水車４０及び電動機１０の出力を圧縮機本体５０に伝達する動力伝達手段６０に２の入力軸６４ａ，６４ｂを設ける等して、前記圧縮機本体５０の入力側に二の入力軸を設け、前記入力軸の一方６４ｂに前記電動機１０を連結すると共に、前記入力軸の他方６４ａに、前記クラッチ手段６２を介して前記水車４０を連結することもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の水車駆動型圧縮機の構成を添付図面を参照しながら以下説明する。
【００１６】
〔圧縮機の全体構成〕
図１に、本発明の水車駆動型圧縮機の全体構成を示す。図１における圧縮機１は、内部に設けられた水車４０を、ダム、貯水池等の水源より導入された水流により回転させて圧縮機本体５０を駆動して、空気等の流体の圧縮を行う水車駆動型の圧縮機であり、この圧縮機１は水車４０と、前記水車４０の出力を補充し又は前記水車に対する負荷として作用する電動機１０と、この水車４０及び電動機１０の回転動力を圧縮機本体５０に伝達する動力伝達手段６０、前記動力伝達手段６０を介して駆動される圧縮機本体５０及びこの圧縮機本体５０に連結された各種配管、部品、付属品を含んでいる。
【００１７】
〔水車〕
本圧縮機１の駆動原である水車４０は、ダムや貯水池等の水源より取水された水の落下エネルギーを回転エネルギーに変換して圧縮機本体５０の動力源とするものであり、水流にて回転する羽根車４２と、前記羽根車に回転自在に固着されたシャフト４４を備え、この羽根車４２がダム等の水が導入される水車室４６内に回転自在に配置されている。
【００１８】
この水車室４６は、水源に連通された水圧管路を構成する導入口４６ａと、水車室４６内に導入されて、水車を回転した後の水を機外に排出するための排水口４６ｂを備えている。このうちの導入口４６ａを、ダムや貯水池等の水源に配管及びバルブを介して連通し、排水口４６ｂを例えば機外に開放して水車室４６を通過した水を排出可能に構成している。
【００１９】
従って、前記バルブを開閉して水車室４６内に水の導入を開始し、または水の導入を停止することにより、水車４０を始動又は停止させることができると共に、バルブの開度を調整して水車室４６内に導入される水の流量等を調整することで、水車４０の回転数を調整することができる。
【００２０】
本実施形態において、前記水車室４６に対する水の導入を制御するバルブとして電動バルブＭＶを使用し、この電動バルブＭＶの開閉及び開度調整による水流の制御、従って水車４０の始動、停止、回転数の調整を自動で行うことができるよう構成している。
【００２１】
この電動バルブＭＶとしては、既知の各種の電動バルブＭＶを使用することかでき、また、電動バルブＭＶの駆動回路に例えば既知の熱動過電流回路等を組み込み、例えば異物の噛み込みや、水圧等により電動バルブＭＶのモータが拘束されて必要以上の負荷がかかれば電動バルブＭＶのモータが停止するよう構成された電動バルブを使用しても良い。
【００２２】
また、本実施形態の水車駆動型圧縮機１にあっては、一例として有効落差４５．０ｍ、流量９．５m3/minの時、約４５ｋＷの出力を発生する。
【００２３】
〔動力伝達手段〕
以上のように構成した水車４０により発生した動力は、動力伝達手段６０を介して圧縮機本体に入力されている。
【００２４】
水車４０により発生した出力を圧縮機本体５０に伝達する前記動力伝達手段６０は、水車４０のシャフト４４の回転力を圧縮機本体５０の入力軸５１に伝達し得る構成であれば如何なる構成のものであっても良いが、本実施形態にあってはこの動力伝達手段６０を軸継手６８により連結された２機の増速装置６４，６６により構成している。
【００２５】
〔圧縮機本体〕
このようにして、動力伝達手段６０を介して水車４０により駆動される圧縮機本体５０としては、各種型式のものを使用することができ、その形式は限定されない。一例として図１に示す本実施形態の圧縮機本体５０は、雄ロータ及び雌ロータが噛合して回転することにより、雄ロータと雌ロータが噛合して形成された圧縮作用空間内に導入された空気を圧縮可能に構成した既知のスクリュ圧縮機としている。このスクリュ圧縮機としては、圧縮作用空間の密封、冷却に油を使用するもの、油の代わりに水を使用するもの、油や水を全く注入しないもの等、その方式はいずれであっても良く、また、スクリュ圧縮機以外の、例えばスクロール式の圧縮機、レシプロ型の圧縮機等、各種型式の圧縮機を使用することができ、圧縮機本体５０の型式は実施例のものに限定されない。
【００２６】
スクリュ圧縮機として説明する本実施形態の圧縮機本体５０の吸気口５２には、吸入弁５３及びエアフィルタ５４が設けられると共に、圧縮機本体５０の吐出口は、吐出配管７２を介して図示せざる例えば空気作業機に連結されている。
【００２７】
また、この圧縮機本体５０は冷却水等の冷却媒体により冷却され、圧縮作業により熱を帯びた圧縮機本体５０を冷却すると共に、圧縮機本体に対して潤滑油が注油され、各部の円滑な動作が確保されている。
【００２８】
さらに、前記圧縮機本体５０には、圧縮機本体の吸気口５２に設けられた吸入弁５３の開閉を行う吸入弁５３の開閉機構、及び前記圧縮機本体の吐出口５５に連結された吐出配管７２内の圧縮空気を放出する放気弁７３を設け、圧縮機本体５０の作動を全負荷運転の状態から無負荷運転の状態間で切換可能に構成している。
【００２９】
前記吸入弁５３の開閉機構としては、既知の各種の構成のものを使用することができるが、本実施形態にあっては、前記吸入弁５３の開閉機構として油圧シリンダ７４と、この油圧シリンダ７４の一次室７４ａ及び２次室７４ｂに対する作動油の導入、排出を制御する電磁弁ＳＶを設けている。
【００３０】
また、前記油圧シリンダ７４の二次室７４ｂに連通された配管８１には、この配管８１内の油圧をパイロット圧として作動する放気弁７３が設けられており、前記吸入弁５３が閉じるとき、放気弁７３が開放するよう構成されている。
【００３１】
本実施形態にあっては、前記圧縮機本体５０に対する潤滑油の循環回路を前述の吸入弁の開閉機構である油圧シリンダ７４及び放気弁７３を駆動する油圧回路として使用している。
【００３２】
〔潤滑油の循環回路と吸気弁の開閉機構〕
潤滑油の循環回路を吸入弁５３を開閉する機構である油圧回路の一部として使用した本実施形態における吸入弁５３の開閉機構の一例を図１に従って説明すると、圧縮機本体５０には、前述のように潤滑油を注油するための注油口５６が設けられており、この注油口５６は、配管８２，８３を介して潤滑油の供給源に連通されている。
【００３３】
本実施形態にあっては、前述の動力伝達手段６０として設けた増速装置６４，６６のうち、圧縮機本体５０側に配置された第２の増速装置６６のケーシング内に油溜り６７を形成し、この油溜り６７を前記潤滑油の供給源としている。
【００３４】
前述の油溜り６７に連結された配管８２には、油圧ポンプ９０が設けられており、この油圧ポンプ９０を駆動することにより、前記油溜り６７内の潤滑油が潤滑油の循環回路内に吸引される。なお、この油圧ポンプ９０は、電動モータ等の独自の駆動源を備えるものとすることもできるが、本実施形態にあっては、この油圧ポンプ９０は第２の増速装置６６から動力を取り作動するよう構成している。
【００３５】
前記油圧ポンプ９０の吐出側において、前記配管８２はこれを二股に分岐されており、この分岐された一方８３をオイルクーラ９２を介して圧縮機本体の注油口５６に連結している。従って、この配管８３内を通過する潤滑油は、オイルクーラ９２により冷却された後、圧縮機本体５０内に導入される。
【００３６】
分岐された他方の配管８４は、圧縮機本体５０の吸気口５２に設けられた吸入弁５３の開閉機構を成す油圧シリンダ７４の一次室７４ａに連通され、この油圧シリンダ７４の２次室７４ｂに連通された配管８１を前記増速装置６６の油溜り６７に連通している。この増速装置６６に連通された戻りの配管８１に、前記圧縮機本体５０内を循環した後に排油口５７より排出された潤滑油を合流させ、潤滑油が再度第２増速装置６６内に形成された油溜まり６７内に循環するよう構成している。
【００３７】
前記油圧シリンダ７４の一次室７４ａおよび二次室７４ｂに連通された前記潤滑油の循環回路８１，８４は、４ポート二位置切換弁である電磁弁ＳＶに連結されており、電磁弁ＳＶの位置切換により、図１中矢印に示すように油圧シリンダ７４の一次室７４ａ及び二次室７４ｂに対する作動油の導入、排出を逆方向に切り換え可能に構成している。従って、この電磁弁ＳＶの位置切換により油圧シリンダ７４のシャフトが往復動して吸入弁５３を開閉する。
【００３８】
また、前記油圧シリンダ７４の二次室７４ｂに連通された配管８１は、油圧シリンダ７４と前記電磁弁ＳＶとの間で分岐されて、その分岐された配管８５の先端が、吐出配管７２と連通する放気弁７３のパイロット室に連通している。このようにして、例えば図示せざる空気作業機による空気使用量が減少し、一例として吐出配管７２内の圧力が０．６９Mpa に上昇すると、これを吐出配管７２に設けた例えば圧力スイッチＰＳ２にて検出して電磁弁ＳＶを切り換えて油圧シリンダ７４で吸入弁５３を閉じると共に、放気弁７３を開放して吐出配管７２内に導入された圧縮空気を大気放出して圧縮機を無負荷運転の状態と成す。
【００３９】
また、逆に吐出配管７２内の圧力が一例として０．５９Mpa に下がると、この圧力低下を圧力スイッチＰＳ２が検出して前記電磁弁ＳＶを切り換えて吸入弁５３を開放すると共に、放気弁７３を閉じて負荷運転となるよう構成している。
【００４０】
〔冷却媒体の循環系〕
前述の構成の圧縮機本体５０において、さらに、前記圧縮機本体５０の冷却媒体の導入口５８には、図示せざる冷却媒体供給源から延設された配管８６が接続され、この配管８６を介して例えば冷却水等の冷却媒体が圧縮機本体５０に導入される。
【００４１】
また、前記圧縮機本体５０は、圧縮機本体５０の内部を循環した冷却媒体を排出するための排水口５９を備え、この排水口５９を介して排出された冷却媒体が配管８７を介して機外に排出される。本実施形態にあっては、前述のように圧縮機本体５０内を循環して熱交換した後、排水口５９より排出された冷却媒体を、吐出配管中に配置されたアフタクーラ９３及びプレクーラに導入し、圧縮機本体５０より吐出された圧縮空気の冷却に使用している。
【００４２】
また、圧縮機本体５０を冷却した後の冷却媒体及び／又は冷却媒体の導入源より導入された冷却媒体は、前述の潤滑油の循環回路を成す配管８３中に形成されたオイルクーラ９２に導入され、潤滑油の冷却に使用されている。
【００４３】
以上のように、圧縮機本体５０及び圧縮機本体５０の周辺に設けられた機器を冷却した前記冷却媒体は、例えば図示せざるラジエータ又はクーリングタワー等を通過させて冷却した後、再度冷却媒体の導入源に循環されて圧縮機本体５０、その他の機器の冷却に使用しても良く、また、使用後の冷却媒体は、機外に排出して、順次新たな冷却媒体を導入して圧縮機本体５０及びその周辺機器等を冷却するよう構成しても良い。
【００４４】
なお、前記循環回路８６，８７，８８内で冷却媒体を循環させるためには、例えば前述の潤滑油の循環に使用された油圧ポンプ９０と同様に、増速装置６４，６６や水車４０、圧縮機本体５０に連動して作動するポンプ等を使用しても良い。
【００４５】
これらの圧縮機１を構成する各機器は、開閉可能な扉等を備えた防音箱内に収納される等して、圧縮機１の作動時の騒音が外部に漏れること等が防止されている。
【００４６】
また、このようにして各機器を包囲した防音箱内には、防音箱内の空気を放出すると共に外気を導入して防音箱内の空気を循環させる換気ファン９６が設けられ、各機器の作動により防音箱内に発生した熱を機外に放出し得るよう構成されている。
【００４７】
〔電動機〕
以上のように構成された水車駆動型圧縮機において、前記動力伝達手段６０には水車４０と共に電動機１０が連結されている。
【００４８】
図１に示す実施形態にあっては、この電動機１０として回転軸１１の両端１１ａ，１１ｂを電動機１０のケーシングより突出させた所謂「両軸型」の電動機１０を使用し、この電動機１０の回転軸の一端１１ａに遠心クラッチ６２を介して前記水車４０のシャフト４４に連結すると共に、回転軸１１の他端１１ｂを、前記動力伝達手段６０の入力軸に軸継手を介して連結している。
【００４９】
この電動機１０としては、電圧，周波数が一定のとき負荷トルクの変化に対して速度変化しない又は速度変化の少ない定速度電動機を使用することが好ましく、同期電動機、直流分巻電動機、かご型誘導電動機等を本発明における電動機として使用する。
【００５０】
本実施形態にあっては、４極の電動機を６０Hzの電源周波数にて駆動して、電動機の同期速度１，８００min-1、定格回転数は１，７４０min-1を得ている。
【００５１】
水車４０のシャフト４４と電動機の回転軸とを連結する前記遠心クラッチ６２は、水車４０のシャフト４４が所定の回転数に達したとき、前記水車４０のシャフト４４と電動機１０の回転軸１１とを連結するものであり、例えば遠心クラッチ６２のライニングを水車４０のシャフト４４に取り付けると共に、遠心クラッチ６２のドラムを電動機１０の回転軸１１に取り付けている。
【００５２】
また、本実施形態にあっては水車４０の回転数が電動機１０の定格回転数、一例として１，７４０min-1に達したとき、水車４０のシャフト４４と電動機１０の回転軸１１とを連結し、この回転数に満たないとき、両者の連結を解除し得るよう構成している。
【００５３】
以上のように電動機１０を設けた本発明の水車駆動型圧縮機にあっては、圧縮機１の始動に際しては、先ず前記電動機１０を始動させ、電動機１０により圧縮機本体５０に対して駆動動力を入力する。
【００５４】
水車４０に対する水の導入は、前記電動機１０の始動と同時、又は前記電動機１０の始動後に開始され、前記電動機１０による圧縮機本体５０に対する動力の入力開始時には、水車４０の回転数は電動機１０の定格回転数に達せず、遠心クラッチ６２により電動機１０の回転軸１１と水車４０のシャフト４４とは切り離された状態にある。
【００５５】
電動機１０により圧縮機本体５０の駆動動力が入力されると、電動機１０は定格回転数迄の立ち上がり時間が比較的短いので、圧縮機本体５０は比較的短時間でその回転数を所望の回転数迄上昇する。これに対して、回転数の立ち上がり時間が比較的遅い水車４０の回転数が、電動機１０が定格回転数に達したのに遅れて徐々に上昇し、前記電動機１０の定格回転数までその回転数を上昇すると、前記遠心クラッチ６２が作動して水車４０のシャフト４４と電動機１０の回転軸１１とが連結される。
【００５６】
一例として、本実施形態において使用する遠心クラッチ６２は、前記水車４０の回転数が約１，７００min-1程度となると、水車４０のシャフト４４に取り付けられた前記遠心クラッチ６２のライニングが遠心力により徐々に電動機１０の回転軸１１の一端１１ａに取り付けられたドラムに徐々に接触を開始し、電動機１０の定格回転数である１，７４０min-1で水車のシャフトと電動機の回転軸とが完全に連結されるよう構成している。  このようにして水車４０の動力が電動機１０を介して圧縮機本体５０に入力され、水車４０の回転数が電動機１０の定格回転数にまで高められると、圧縮機本体５０は水車４０の動力により回転されて電動機１０にかかる負荷が軽減する。そのため、電動機１０は殆ど無負荷の状態で運転され、この電動機１０による消費電力は極僅かとなる。
【００５７】
このようにして、圧縮機１が所定の回転数で運転された状態となると、水車４０により発生される動力と圧縮機本体５０により発生される負荷がバランスして、圧縮機１は安定した状態にて運転される。
【００５８】
圧縮空気の消費等により、圧縮機本体５０の吐出側圧力が低下すると、圧縮機本体５０により消費される動力が減少することから、水車４０に対する負荷が軽減し、水車４０により発生する動力と、圧縮機本体５０により消費される動力のバランスが崩れ、水車４０に導入される水量が一定で変化がない場合であっても圧縮機１はその回転を上昇しようとする。
【００５９】
しかし、水車４０のシャフト４４と圧縮機本体５０の入力軸間には前述の電動機１０が配置されており、水車４０のシャフト４４と電動機１０の回転軸１１は前記遠心クラッチ６２により連結されているために、圧縮機本体５０による負荷が軽減された場合であってもこの電動機１０が負荷となり水車４０の過剰な回転数の上昇が抑制される。すなわち、電動機１０はその回転数を増加する方向への外力が加わらない以上、同期回転数を越えて回転することはなく、電動機１０の同期回転数を越えて水車４０が回転する場合には、この水車４０に対して電動機１０は負荷として働き、水車４０、ひいては圧縮機１のオーバーランが防止される。
【００６０】
また、このように動力伝達手段を介して圧縮機本体５０に電動機１０の出力を入力可能に構成されていることから、例えば夏期等において、水源であるダムや貯水池の貯水量が減少して水車４０のみの出力では圧縮機本体５０を所望の回転数で運転するだけの出力が得られない場合であっても、この不足分を前記電動機１０による出力により補うことにより圧縮機本体５０を所望の回転数にて駆動することができる。
【００６１】
なお、水車４０のシャフト４４と電動機１０の回転軸１１を連結する前記クラッチ手段は、前記遠心クラッチ６２に代えて電動クラッチとすることもできる。
【００６２】
この場合には、水車の回転数を検知する検知手段ＲＳ１を設け、この検知手段ＲＳ１により検知された水車４０の回転数が、例えば電動機１０の定格回転数となったとき、前記水車４０のシャフト４４と電動機１０の回転軸１１を連結するように構成する。
【００６３】
電動機１０の定格回転数を、一例として１，７４０min-1とすると、水車４０の回転数が電動機１０の定格回転数である１，７４０min-1に達すると、この水車４０の回転数を検知した検知手段ＲＳ１の検知信号により電磁クラッチが水車４０のシャフト４４と電動機１０の回転軸１１とを接続し、水車４０の出力が電動機１０、動力伝達手段６０を介して圧縮機本体５０に入力される。
【００６４】
従って、水車４０のシャフト４４と電動機１０の回転軸１１との連結により、圧縮機本体５０により生じた負荷が水車４０に分担されて電動機１０に対する負荷が軽減し、電動機１０の消費電力を減少させることができる。
【００６５】
このように、電磁クラッチにより水車４０の回転数が電動機１０の定格回転数に達したときに即座に水車４０のシャフト４４と電動機１０の回転軸１１を連結することにより、前述の実施例における遠心クラッチ６２により連結する場合に比較して電動機１０にかかる負荷を減少させることができる。すなわち、水車４０の回転数が電動機１０の定格回転数以下のとき、定格回転数で回転する電動機１０にこの水車４０を連結すると、電動機１０は水車４０の回転を電動機１０の定格回転数まで上昇させようとするために水車４０は電動機１０に対して負荷として作用する。そのため、前述の遠心クラッチ６２のように、水車４０が電動機１０の定格回転数に至る前からライニングとドラムとの接触が開始される遠心クラッチ６２による場合、水車４０の回転数が電動機１０の定格回転数となるまでの間、電動機１０の出力が余分に消費されることになる。しかし、前述のように水車４０の回転数が電動機１０の定格回転数となったとき両者を連結する電磁クラッチを使用する場合には、このような電動機１０に対する余分な負荷がかかることを防止することができる。また、遠心クラッチ６２に比較して摺動部分の摺動時間が短い電磁クラッチは、摩擦による摩耗、劣化が生じ難く、修理、交換等の手間が減少される。
【００６６】
次に、本発明の別の実施形態を図２に基づいて説明する。
【００６７】
図２に示す本発明の水車駆動型圧縮機１は、図１の実施形態にあっては水車４０と動力伝達手段間６０に直列に配置されていた電動機１０を、水車４０と並列に連結したものであり、このように電動機１０を水車４０と並列に連結可能とするために、本実施形態にあっては動力伝達手段６０を構成する第１増速装置６４に２の入力軸６４ａ，６４ｂを設け、このうちの一方６４ａを水車４０のシャフト４４にクラッチ手段６２を介して連結し、他方の入力軸６４ｂを電動機１０の回転軸１１に軸継手を介して連結している。
【００６８】
この第１増速装置６４の２つの入力軸６４ａ，６４ｂを介して入力された動力は、第１増速装置６４内に設けられた歯車機構６５を介して第１増速装置６４の出力軸６４ｃに伝達されて、水車４０の出力と電動機１０の出力が合成された出力が第１増速装置６４の出力軸６４ｃより出力される。この２の入力軸６４ａ，６４ｂより入力された動力を出力軸６４ｃに伝達する歯車機構６５は、２の入力軸６４ａ，６４ｂより入力されたと動力を同一の倍率にて増速するギヤ比に構成されている。
【００６９】
なお、その他の圧縮機１の全体的な構成については前記図１に示す実施形態と同様である。
【００７０】
以上のように構成された水車駆動型圧縮機１において、圧縮機１の始動は図１に示した実施形態の場合と同様に電動機１０により行う。
【００７１】
この電動機１０による圧縮機１の始動により、第１増速装置６４内の歯車機構６５を介して水車４０側の入力軸６４ａも回転されるが、このとき水車４０の回転数はクラッチ手段６２が水車４０のシャフト４４と電動機１０の回転軸１１間を連結する程には上昇していないため、電動機１０の出力は全て圧縮機本体５０に伝達される。
【００７２】
電動機１０により圧縮機１を始動すると、電動機１０は回転数の立ち上がりが比較的早いので、圧縮機本体５０は比較的短時間で電動機の定格回転数までその回転数を上昇する。その後、回転数の立ち上がりの比較的遅い水車４０の回転数が電動機１０に遅れて電動機１０の定格回転数に上昇すると、水車４０のシャフト４４と第１増速装置６４間に設けられたクラッチ手段６２が作動して水車４０の出力が第１増速装置に入力される。この状態において電動機１０の負荷が軽減され、電動機１０による消費電力も軽減される。
【００７３】
また、圧縮機本体５０の消費動力が増加し、水車４０及び電動機１０に対する負荷が増加した状態にある場合には、この負荷の増加によりにより圧縮機１の回転数は低下しようとするが、この負荷の増加に対応して水車４０に導入される水量を調整する電動バルブＭＶの作動が完了する迄の間の動力を電動機１０が補充し、圧縮機１の回転数が過剰に低下することが防止される。
【００７４】
一方、圧縮機本体５０により消費される動力が減って水車４０及び電動機１０に対する負荷が軽減された場合には、電動機１０が水車４０に対する負荷として作用し、水車が電動機１０の同期回転数以上にその回転を上昇することが抑制される。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明した構成により、始動時には比較的短時間で定格回転数に立ち上げることができると共に、運転時には、圧縮機本体の消費動力の変化に追従して比較的短時間で圧縮機本体に入力される動力を変化させることができ、従って圧縮機本体を常に所定の回転数に近い状態で安定して運転することのできる水車駆動型圧縮機の運転方法及び該運転方法を実施するための水車駆動型圧縮機を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の水車駆動型圧縮機の全体構成を示す説明図。
【図２】  本発明の別の実施形態を示す説明ず。
【符号の説明】
１  圧縮機（水車駆動型圧縮機）
１０  電動機
１１  回転軸（電動機の）
１１ａ，１１ｂ  回転軸の端部
４０  水車
４２  羽根車
４４  シャフト（水車の）
４６  水車室
４６ａ  導入口（水車室の）
４６ｂ  排出口（水車室の）
５０  圧縮機本体
５１  入力軸
５２  吸気口
５３  吸入弁
５４  エアフィルタ
５５  吐出口
５６  注油口
５７  排油口
５８  冷却媒体の導入口
５９  排水口
６０  動力伝達手段
６２  クラッチ手段（遠心クラッチ）
６４  第１増速装置
６４ａ，６４ｂ  入力軸（第１増速装置の）
６４ｃ  出力軸（第１増速装置の）
６６  第２増速装置
６７  油溜まり
６８  軸継手
７２  吐出配管
７３  放気弁
７４  油圧シリンダ
７４ａ  一次室（油圧シリンダの）
７４ｂ  二次室（油圧シリンダの）
８１，８２，８３，８４，８５  配管（潤滑油の循環回路）
８６，８７，８８  配管（冷却媒体の循環回路）
９０  油圧ポンプ
９２  オイルクーラ
９３  アフタークーラ
９６  換気ファン
【図１】
0004620820.tif 000002
【図２】
0004620820.tif 000003