JP2016105010A - コーンバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗性の高い粗大粒子を含むスラリーを送液する際に逆止弁として使用されても、従来よりも寿命を延長することを可能とする。【解決手段】スラリーを送液する際に逆止弁として使用されるコーンバルブ１であって、少なくとも、弁体１１と、弁座１３と、弁体１１を弁座１３と接触するように組み込まれたバネ１４とを備え、バネ１４の全長は、少なくとも弁体１１のストローク長よりも短い。【選択図】図３

Description

本発明は、流体を送液する際に逆流を防止するための、コーンバルブに関する。詳しくは、硬質の粗大粒子を含有する、例えばニッケル酸化鉱石を前処理することにより得られる鉱石スラリーを送液する際に、逆流防止のために使用し、磨耗による不具合の発生を抑制し、寿命を延長することが可能なコーンバルブに関する。

ニッケル酸化鉱石は、ニッケル含有率が低いなどの理由により、ニッケル資源としての利用は困難だった。しかし、高圧酸浸出技術を利用した湿式製錬方法が開発され、例えばニッケル・コバルト混合硫化物（ニッケル品位が６０ｗｔ％程度）を経済的に生産できるようになった（例えば、特許文献１参照）。

ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法の一例としては、まず、所定の粒度とした鉱石から鉱石スラリーを作成し、得られたスラリーを高温高圧のオートクレーブに供給し、主として鉱酸を用いて有価金属成分を浸出し、降温降圧して浸出残渣などの不要物を除去して浸出液を得て、硫化することによりニッケル・コバルト混合硫化物を生産している。

上記鉱石スラリーは、固形分として２０〜４０ｇ／Ｌ程度（図９参照）、固形分の粒径として２ｍｍ以下程度として作成され（例えば、特許文献２参照）、温度２５０℃程度、圧力３．５〜４．０ＭＰａＧという高温高圧のオートクレーブに供給され、また、浸出用の鉱酸や、酸化促進用の空気、温度維持用の蒸気などが合わせて供給され、撹拌機による撹拌が行われ、浸出が進行する。

鉱石スラリーをオートクレーブ中に供給するためには、少なくとも上記圧力を超える高圧にする必要があり、大気圧およびプラント環境の気温で作製された鉱石スラリーは様々な手段により、通常は段階的に昇温昇圧される（例えば、特許文献３参照）。

初期の段階では、例えば熱交換器と一般的な送液ポンプとの組み合わせで、昇温しつつ同時に昇圧させ、温度２００℃程度、圧力１．５ＭＰａＧ程度の状態とするが、最終的には、加圧して４．０ＭＰａＧ以上の圧力とすることにより、オートクレーブ内に押し込んでいる。

最終的な加圧のステップで利用される装置は、ダイヤフラム型のポンプと、コーンバルブ型の逆止弁であることが一般的である。このタイプを使用するのは、高温かつ高圧条件下のオートクレーブ内に必要量の鉱石スラリー（約２４０ｍ^３／Ｈｒ）を連続的に供給が可能だからである。

特に、上記のように厳しい条件（１．５ＭＰａＧ→４．０ＭＰａＧ）で昇圧する場合、スラリーの逆流を抑制するため、コーンバルブのコイルスプリングは強力なものが使用されるのが一般的であり、また、同様にスラリーの逆流を抑制するために、コーンバルブの弁体と弁座との接触面は、図６に示すように、いずれかに曲率を持たせ、断面として点接触（実態として円接触）とすることが一般的である。

ところが、鉱石スラリーは、固形分粒度を１〜２ｍｍ、より好ましくは１．４ｍｍ以下とするように、篩別を実施している。このとき、１．４ｍｍよりも粗大な粒子が存在しなくても、僅かな逆流は常に発生しており、コーンバルブの閉時の衝撃による弁体の僅かな損傷により、局所的な磨耗が進行する。特に、弁体と弁座の接触面のいずれかが曲線的で湾曲するように形成されているので、弁体と弁座との接触面積が小さいため、コーンバルブの閉時にスラリーが噛み込んだとき通り抜けやすく、通り抜けた箇所から曲部摩耗が発生する。

これにより、極端には弁体と弁座の接触面で仕切られるべき空間が連通してしまう場合もあり、所定の吐出量を維持できなくなるという問題がある。

このような問題が発生すると、部品の寿命と判断し、操業を停止して磨耗部品を交換する必要があり、操業効率が低下するだけでなく交換部品に要するコストも無視できない。

特に、操業効率の低下の問題は、例えば６か月（≒４３８０時間）ごとに計画的にプラントを停止させて点検整備するタイミングまで部品の寿命が維持できれば、そのタイミングに合わせて計画的に部品交換をすればよいので、それほど大きな問題ではない。

しかしながら、しばしば２００時間から高々３５０時間程度（８〜１５日程度）で、磨耗に伴う流量の低下が発生するため、寿命の延長が必要となっている。

簡単には、弁体に損傷を与えやすい、１〜２ｍｍの上限に近い粒子、または篩別設備の破損等により混入する、これ以上の粒径の粒子を完全に除去することが考えられるが、これを完全に除去しようとした場合、コストの飛躍的増大を招くので現実的でない。

また、コーンバルブを通過するスラリー量（ストローク６０％運転時で約４０ｍ^３／Ｈｒ／１バルブ）を少なくし、部品の磨耗を減らすことも容易に想起できるが、プラント全体の生産量を維持するためには、スラリーの送液系列を増加させねばならず、このための投資コストがかかるため好ましくない。

また、部品を摩耗しにくくするという技術も、コスト増を招く。また、摩耗の犠牲とする部品を利用する技術もバルブ構造が複雑となり、メンテナンス時間が増加する点で好ましくない。

また、例えば特許文献４には、硬質粒子のスラリーを送液する場合に逆止弁の寿命を延ばす技術が記載されている。

しかしながら、上記と同様にバルブ構造が複雑になる、すなわち、弁座面を形成するために耐久性の高い材質の環状バルブシートや環状パッキンなどを利用する技術であり、また、弁体がセラミクス球体であるという相違点があり、上記問題点には適用できない。

特開２００５−３５０７６６号公報 特開２００９−１７３９６７号公報 特開２０１０−０２５４５５号公報 特開２００６−２１４５３９号公報

本発明は、このような状況を解決するためになされたものであり、摩耗性の高い粗大粒子を含むスラリーを送液する際に逆止弁として使用されても、従来よりも寿命を延長することが可能なコーンバルブを提供することを目的とする。

本発明者らは、バネの強度、およびコーンバルブの形状等について鋭意研究し、バネは、逆流の防止に必要なのではなく、引っ掛かりによる固着を防止できればよいとの結論に達し、バネの長さを短くすることで、コーンバルブの閉時の衝撃を弱め、更に、線接触であった当たり面を平滑にすることで、衝撃を分散し、局所的磨耗の引き金となる弁体、または弁座の衝撃による損傷を低減することで上記課題を解決することを見出した。

本発明に係るコーンバルブは、スラリーを送液する際に逆止弁として使用されるコーンバルブであって、少なくとも、弁体と、弁座と、弁体を弁座と接触するように組み込まれたバネとを備え、バネの全長は、少なくとも弁体のストローク長よりも短いことを特徴とする。

更に、スラリーは、ニッケル酸化鉱石のスラリーであることが好ましい。

更に、弁体と弁座とが接触する部分の形状は、平坦であることが好ましい。

本発明に係るコーンバルブは、摩耗性の高い粗大粒子を含むスラリーを送液する際に逆止弁として使用されても、従来よりも寿命を延長することができるので、極めて大きな工業的価値を有する。

本発明に係るコーンバルブの使用例を示した概要図である。 本発明に係るコーンバルブの一例を示した断面斜視図である。 弁体と弁座とが当接した閉状態のコーンバルブの一例を示した断面正面図である。 弁体と弁座とが離間した開状態のコーンバルブの一例を示した断面正面図である。 本発明に係るコーンバルブの平坦な接触面を示した概略図である。 本発明に係るコーンバルブの湾曲した接触面を示した概略図である。 弁体と弁座とが当接した閉状態のコーンバルブの他の例を示した断面正面図である。 弁体と弁座とが離間した開状態のコーンバルブの他の例を示した断面正面図である。 鉱石スラリーの性状を例示した表である。

以下、本発明に係るコーンバルブについて図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能である。

＜第一実施形態の説明＞
本発明に係るコーンバルブ１は、例えば、ニッケル酸化鉱石を前処理することにより得られる鉱石スラリーを送液する際などの磨耗性が高い粗大粒子（粒子最大径が１〜２ｍｍ）を含むスラリーを送液する際に逆止弁として使用されるコーンバルブであって、例えば、図１に示すような送液装置１００に設置される。

送液装置１００は、図１に示すように、上流側スラリータンク１０１と、下流側スラリータンク１０２と、ダイヤフラム型ポンプ１０３とを有している。上流側スラリータンク１０１と下流側スラリータンク１０２とは、第一配管１０４によって接続されている。ダイヤフラム型ポンプ１０３は、第二配管１０５を介して、第一配管１０４と接続されている。そして、コーンバルブ１は、第一配管１０４と第二配管１０５との連結部１０６と上流側スラリータンク１０１との間の第一配管１０４ａに１つ設置され（上流側コーンバルブ１ａ）、連結部１０６と下流側スラリータンク１０２との間の第一配管１０４ｂに１つ設置されている（下流側コーンバルブ１ｂ）。

そして、送液装置１００は、ダイヤフラム型ポンプ１０３のダイヤフラム部分が右（一方）に動いて吸い込むと、上流側コーンバルブ１ａが開状態となり、下流側コーンバルブ１ｂが閉状態となり、図１中の実線矢印Ａに示すように、上流側タンク（圧力≒１．５ＭＰａＧ）１０１からスラリーがダイヤフラム型ポンプ１０３に供給される。

その一方で、送液装置１００は、ダイヤフラム型ポンプ１０３のダイヤフラム部分が左（他方）に動いて吐き出すと、上流側コーンバルブ１ａが閉状態となり、下流側コーンバルブ１ｂが開状態となり、図１中の点線矢印Ｂに示すように、下流側タンク（圧力≧４．０ＭＰａＧ）にスラリーがダイヤフラム型ポンプ１０３から供給される。

すなわち、コーンバルブ１は、磨耗性が高い粗大粒子を含むスラリーを送液する際に、高温かつ高圧（１．５ＭＰａＧ〜４．０ＭＰａＧ）の条件下で、ダイヤフラム型ポンプ１０３のダイヤフラム部分が左右（一方又は他方）に繰り返し動くことに伴い、開閉状態が繰り返し切り換えられる。

具体的に、コーンバルブ１は、図２、図３、図４に示すように、少なくとも、弁体１１を有する弁部１０と、弁座１３を有する本体部１２と、弁体１１を弁座１３と接触するように組み込まれたバネ１４とを備えている。

弁部１０は、図３に示すように、円柱状の棒部材１０ａと、棒部材１０ａの一端部から棒部材１０ａの半径方向の外側に向けて張り出した弁体１１とを有している。この弁部１０は、弁体１１を弁座１３よりも本体部１２の一端側に配置しつつ、本体部１２内に、本体部１２の軸方向に沿って移動可能に収容されている。

本体部１２は、図３に示すように、内部にスラリーが挿通されるとともに弁部１０が収容される挿通部１５を有し、筒状に形成されている。更に、挿通部１５内の中途部には、本体部１２の半径方向の内側に向けて張り出し、弁体１１と当接する弁座１３が形成されている。

また、図５に示すように、弁部１０の弁体１１と本体部１２の弁座１３とが接触する接触面１１ａ，１３ａの形状は、それぞれ、断面形状が直線的な平坦に形成されている。具体的に、弁体１１の接触面１１ａと弁座１３の接触面１３ａとは、本体部１２の他端側から一端側に向けて次第に拡径するような平坦な傾斜面となっており、平行に設けられ、面接触する。よって、弁体１１と弁座１３とは、接触面積が大きいため、コーンバルブ１の閉時にスラリーが噛み込んだとしても通り抜けにくいために、局部摩耗が発生しにくい。

なお、弁体１１の接触面１１ａの形状を、図６に示すように、曲線的で湾曲するように形成してもよい。更に、弁座１３の接触面１３ａの形状を、曲線的で湾曲するように形成してもよい。すなわち、弁体１１の接触面１１ａ、弁座１３の接触面１３ａのいずれか一方の形状を、曲線的で湾曲するように形成して、弁体１１と弁座１３とが点接触（実態として円接触）するようにしてもよい。更に、弁体１１の接触面１１ａ、弁座１３の接触面１３ａの両方の形状を、曲線的で湾曲するように形成してもよい。

また、図３に示すように、本体部１２の他端側の他端領域１５ａ内には、弁部１０を摺動可能に支持する摺動支持部材１６が取り付けられている。この摺動支持部材１６は、環状に形成され、本体部１２の他端領域１５ａの内周面に嵌合される嵌合部１７と、嵌合部１７内に配置され、内部に弁部１０が挿通されて弁部１０を摺動可能に支持する筒状の摺動支持部１８と、嵌合部１７と摺動支持部１８との間に複数形成され、嵌合部１７と摺動支持部１８とを連結する連結部１９とを有している。なお、摺動支持部１８は、例えば内部に配設された低摩擦性や摺動性に優れた材料で形成された摺動部材２０を介して弁部１０を摺動可能に支持するようにしてもよく、直接的に弁部１０を摺動可能に支持するようにしてもよい。更に、摺動支持部１８の連結部１９よりも他端側の外周面には、バネ１４が配置されている。

また、図３に示すように、弁部１０の他端部には、バネ１４が当接される当接部２１が取り付けられている。この当接部２１は、筒状に形成されており、内部に弁部１０の他端部が挿入されて、弁部１０の他端部に楔部材等の固定部材２２によって着脱可能に取り付けられている。したがって、当接部２１は、弁部１０が本体部１２の軸方向に沿って移動するのに伴って本体部１２内を移動する。更に、当接部２１の外周面には、当接部２１の半径方向の外側に向けて張り出したフランジ部２３が形成されている。更に、当接部２１は、フランジ部２３よりも一端側の外周面にバネ１４が配置されている。なお、当接部２１は、固定部材２２を使用することなく、接着、溶接等によって取り付けるようにしてもよい。

バネ１４は、図４に示すように、例えばコイルバネであって、本体部１２の摺動支持部材１６の外周面及び弁部１０の当接部２１の外周面に配置され、一端部が本体部１２の連結部１９の他端面１９ａと当接され、他端部が当接部２１のフランジ部２３の一端面２３ａと当接されて、弁座１３よりも一端側に配置された弁体１１が弁座１３と当接するように、弁部１０を本体部１２の他端側に向けて付勢する。

また、バネ１４の全長は、図３に示すように、少なくとも弁体１１（弁部１０）のストローク長よりも短くなるように形成されている。

具体的に、図３に示すように、バネ１４の全長（自由高さ）Ｌ１は、弁体１１と弁座１３とが当接した閉状態における、連結部１９の他端面１９ａと当接部２１のフランジ部２３の一端面２３ａとの間の長さであるストローク長Ｌ２よりも短くなるように形成されている。一例としては、バネ１４の全長（自由高さ）Ｌ１を１５５ｍｍ、ストローク長Ｌ２を１６１ｍｍとしている。したがって、バネ１４は、図４に示すように、圧縮方向に撓み、弁体１１が弁座１３から離間している開状態の際には、自由高さとなり弁体１１が弁座１３に近接するまで、弁部１０を本体部１２の他端側に向けて付勢する。その一方で、バネ１４は、図３に示すように、自由高さとなり、弁体１１が弁座１３に近接した際又は当接している閉状態の際には、弁部１０を本体部１２の他端側に向けて付勢しない。なお、弁体１１は、その後、バネ１４の付勢による慣性力及び本体部１２の他端領域１５ａと一端領域１５ｂとの圧力差等によって、バネ１４に付勢されていない状態で、弁座１３に当接する。

また、図４に示すように、バネ１４の圧縮方向に最大限撓んだ際の全長（許容荷重時高さ）Ｌ３は、連結部１９の他端面１９ａと摺動支持部材１６の他端面１６ａとの間のガイド長さＬ４よりも長くなるように形成されている。これにより、バネ１４は、圧縮方向にどれだけ撓んでも、摺動支持部材１６の他端面１６ａよりも他端側に突出しており、弁部１０の当接部２１と摺動支持部材１６とが接触することを防止して、弁体１１と摺動支持部材１６とが引っ掛かる等して固着することを防止している。

以上のような構成を有するコーンバルブ１は、本体部１２の他端側から一端側に向けて所定値以上に加圧された流体が送液される場合、バネ１４の付勢力に抗して弁体１１を本体部１２の一端側に押し上げて、弁体１１を弁座１３から離間させて、流体を本体部１２の他端側の他端領域１５ａから一端側の一端領域１５ｂに向けて流す。

その一方で、コーンバルブ１は、本体部１２の一端側が他端側よりも圧力が大きくなった場合又は大きい場合、バネ１４に補助されつつ弁体１１を本体部１２の他端側に押し下げて、弁体１１を弁座１３に当接させて、弁体１１によって挿通部１５に蓋をして、本体部１２の他端側の他端領域１５ａと一端側の一端領域１５ｂとを遮断し、流体が本体部１２の一端領域１５ｂから他端領域１５ａに向けて逆流することを防止する。

ここで、本発明者らは、コーンバルブの不具合の発生原因を、すなわち、弁座あるいは弁体が磨耗し、コーンバルブの上流側と下流側とが連通してしまう原因を、以下のように推測した。コーンバルブが開状態から閉状態に変わるとき、スラリー中に不可避的に含まれている磨耗性の高い粒子を弁座と弁体との隙間に挟み込んでしまい、いずれかの表面に傷がつく。その傷の大きさや傷の付く位置にもよるが、繰り返し（ストローク６０％の場合、約１９０８回／Ｈｒ）の開閉により、徐々に傷が成長し、ある時点でその傷がスラリーが逆流可能な流路となり、この傷を介してコーンバルブの上流側と下流側とで連通が始まる。その後は、常にスラリーが弁座と弁体との隙間を流れ、摩耗が進むことになり、最終的に大きな連通部分が形成され、スラリーの送液効率が極端に低下し、部品交換せざるを得ない状態となる。

更に、本発明者らは、最初に傷のできる程度が部品交換が必要となるまでの期間に影響しているものと推測し、傷の程度がひどくなる原因として、バネの強さにあることを発見した。すなわち、逆流を抑制しようとして、バネの強さは比較的強いレベルに設定されており、この強さが原因となって、コーンバルブが閉状態になろうとして同時に磨耗性の高い粒子を挟み込んだ時に、バネが強すぎると、傷の程度は深くなり悪化する。

そこで、本発明者らは、このコーンバルブにおけるバネの機能が引っ掛かりによる固着を防止できればよいとの結論に至った。

以上のように、コーンバルブ１は、バネ１４の全長Ｌ１を弁体１１のストローク長Ｌ２よりも短くすることにより、コーンバルブ１の閉時に粗大粒子を挟み込んだとしても、その際の衝撃を和らげることができ、偏磨耗の引き金となる弁体１１又は弁座１３の損傷を防止して傷の程度を緩和させることができるので、従来の寿命に比べ２〜３倍の寿命を保つことができる。

なお、前記ストローク長とは、図３中のバネ１４が組み込まれた状態における長さのことをいう。従来は、弁体１１と弁座１３とが接触するように組み込まれた場合、バネ１４は自然長（例えば１８８ｍｍ）よりも短いストローク長（例えば１６１ｍｍ）の間に、はめこまれ、弁体１１と弁座１３とが当接した状態においても、バネ１４の反発力が働き、弁体１１を弁座１３に押し付けている状態である。このため、従来はコーンバルブの閉時に粗大粒子を挟み込んだ場合、前記の反発力分だけ衝撃が強くなる。これに対して、本発明においては、バネ１４の自然長を、前記ストローク長よりも短い長さ（例えば１５５ｍｍ）にしている。このため、前記の反発力が働かない状態となり、コーンバルブの閉時に粗大粒子を挟み込んだとしても、その衝撃を前記の反発力分だけ和らげることができる。

更に、コーンバルブ１は、弁体１１と弁座１３とが接触する接触面１１ａ，１３ａの形状を平坦に設けたことにより、コーンバルブ１の閉時に粗大粒子を挟み込んだとしても、その際の衝撃を分散させることができ、偏磨耗の引き金となる弁体１１又は弁座１３の損傷を防止して傷の程度をより緩和させることができるので、従来の寿命に比べ５倍近い寿命を保つことができる。

更に、コーンバルブ１は、磨耗性が高い粗大粒子（粒子最大径が１〜２ｍｍ）を含むスラリーであれば、好適に適用することが可能であり、特にニッケル酸化鉱石を処理して得られる鉱石スラリーであれば、特に効果高く適用することができる。

次に、本発明を適用した実施例を説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

下記の実施例１、実施例２、比較例１のコーンバルブを、それぞれ図１に示すような送液装置に設置して操業を行い、不具合の有無を調べた。

共通の条件は次の通りである。
・スラリー 固形分 ：ニッケル酸化鉱石
（最大粒径１〜２ｍｍとしたスラリー）
固形分濃度：３０ｇ／Ｌ
・スラリー送液量 約２４０ｍ^３／Ｈｒ（６０％ストローク運転時、２台運転）
・コーンバルブのストローク長 ：１６１ｍｍ

・実施例と比較例とで使用したバネのサイズ
（実施例）：自由長 １５５ｍｍ
（比較例）：自由長 １８８ｍｍ

（実施例１）
実施例１では、図６に示すような弁部の弁体の本体部の弁座と接触する接触面の形状が曲線的で湾曲したコーンバルブを、図１に示すような送液装置に設置して、前記スラリーを送液した。その結果、実施例１のコーンバルブは、６４５時間の操業を経ても不具合は発生しなかった。

（実施例２）
実施例２では、図５に示すような弁部の弁体と本体部の弁座とが接触する部分の形状がそれぞれ直線的で平坦な以外は実施例１と同様の構成を有するコーンバルブを、図１に示すような送液装置に設置して、前記スラリーを送液した。その結果、実施例２のコーンバルブは、９６８時間の操業を経ても不具合は発生しなかった。

（比較例１）
比較例１では、バネのサイズが異なる以外は実施例１と同様の構成を有するコーンバルブを、図１に示すような送液装置に設置して、前記スラリーを送液した。その結果、比較例１のコーンバルブは、２００時間で不具合が発生し、部品交換を余儀なくされた。

以上から、実施例１によれば、従来（比較例１）の寿命より、３倍以上の寿命を維持することが可能である。更に、実施例２によれば、従来（比較例１）の寿命より、５倍近い寿命の維持が可能であり、１か月（≒７２０時間）以上使用可能であることがわかる。

＜第二実施形態の説明＞
第一実施形態のコーンバルブ１では、弁体１１が弁座１３に対して一端側に配置され、バネ１４が他端側に配置され、弁体１１及びバネ１４が弁座１３に対して異なる方向に配置されていたが、第二実施形態のコーンバルブ３１では、弁体４１及びバネ４４が弁座４３に対して同方向に配置されている。

具体的に、コーンバルブ３１は、図７及び図８に示すように、少なくとも、弁体４１を有する弁部４０と、弁座４３を有する本体部４２と、弁体４１を弁座４３と接触するように組み込まれたバネ４４とを備えている。

弁部４０は、図７に示すように、円柱状の第１及び第２の棒部材４０ａ，４０ｂと、第１及び第２の棒部材４０ａ，４０ｂ間に第１及び第２の棒部材４０ａ，４０ｂの半径方向の外側に向けて張り出した弁体４１とを有している。この弁部４０は、弁体４１を弁座４３よりも本体部４２の一端側に配置しつつ、第１の棒部材４０ａが本体部４２の第１のガイド部４６に摺動可能に収容されると共に、第２の棒部材４０ｂが本体部４２の第２のガイド部４７に摺動可能に収容され、本体部４２内に、本体部４２の軸方向に沿って移動可能に収容されている。

本体部４２は、図７に示すように、内部にスラリーが挿通されるとともに弁部４０が収容される挿通部４５を有し、筒状に形成されている。この挿通部４５は、例えば、本体部４２の底面４２ａに形成された底面開口部４５ｃと側面に形成された側面開口部４５ｄとを連通するように、略Ｌ字状に形成されている。更に、挿通部４５内の底面４２ａ側の中途部には、本体部４２の半径方向の内側に向けて張り出し、弁体４１と当接する弁座４３が形成されている。

また、弁部４０の弁体４１と本体部４２の弁座４３とが接触する接触面４１ａ，４３ａの形状は、第一実施形態のコーンバルブ１と同様に、図５に示すように、それぞれ、断面形状が直線的な平坦に形成されている。具体的に、弁体４１の接触面４１ａと弁座４３の接触面４３ａとは、本体部４２の他端側から一端側に向けて次第に拡径するような平坦な傾斜面となっており、平行に設けられ、面接触する。よって、弁体４１と弁座４３とは、接触面積が大きいため、コーンバルブ３１の閉時にスラリーが噛み込んだとしても通り抜けにくいために、局部摩耗が発生しにくい。

なお、弁体４１の接触面４１ａの形状を、第一実施形態のコーンバルブ１と同様に、図６に示すように、曲線的で湾曲するように形成してもよい。更に、弁座４３の接触面４３ａの形状を、曲線的で湾曲するように形成してもよい。すなわち、弁体４１の接触面４１ａ、弁座４３の接触面４３ａのいずれか一方の形状を、曲線的で湾曲するように形成して、弁体４１と弁座４３とが点接触（実態として円接触）するようにしてもよい。更に、弁体４１の接触面４１ａ、弁座４３の接触面４３ａの両方の形状を、曲線的で湾曲するように形成してもよい。

また、図７に示すように、本体部４２の底面４２ａ側には、弁部４０を摺動可能に支持する筒状の第１のガイド部４６が形成されている。この第１のガイド部４６は、連結部（不図示）等を介して本体部４２の他端側の他端領域４５ａ内に配置されると共に本体部４２の底面開口部４５ｃの中心軸と同軸に配置され、内部に第１の棒部材４０ａが挿通されて弁部４０を摺動可能に支持する。

また、図７に示すように、本体部４２の上面４２ｂの内壁面には、弁部４０を摺動可能に支持する筒状の第２のガイド部４７が形成されている。この第２のガイド部４７は、本体部４２の一端側の一端領域４５ｂ内に配置されると共に第１のガイド部４６と同軸に配置され、内部に第２の棒部材４０ｂが挿通されて弁部４０を摺動可能に支持する。更に、第２のガイド部４７の外周面には、バネ４４が配置されている。

バネ４４は、図８に示すように、例えばコイルバネであって、本体部４２の第２のガイド部４７の外周面に配置され、一端部が本体部４２の上面４２ｂの内壁面と当接され、他端部が弁部４０の弁体４１と当接されて、弁座４３よりも一端側に配置された弁体４１が弁座４３と当接するように、弁部４０を本体部４２の他端側に向けて付勢する。

また、バネ４４の全長は、図７に示すように、少なくとも弁体４１（弁部４０）のストローク長よりも短くなるように形成されている。

具体的に、図７に示すように、バネ４４の全長（自由高さ）Ｌ３１は、弁体４１と弁座４３とが当接した閉状態における、本体部４２の上面４２ｂの内壁面と弁部４０の弁体４１との間の長さであるストローク長Ｌ３２よりも短くなるように形成されている。一例としては、バネ４４の全長（自由高さ）Ｌ３１を１５５ｍｍ、ストローク長Ｌ３２を１６１ｍｍとしている。したがって、バネ４４は、図８に示すように、圧縮方向に撓み、弁体４１が弁座４３から離間している開状態の際には、自由高さとなり弁体４１が弁座４３に近接するまで、弁部４０を本体部４２の他端側に向けて付勢する。その一方で、バネ４４は、図７に示すように、自由高さとなり、弁体４１が弁座４３に近接した際又は当接している閉状態の際には、弁部４０を本体部４２の他端側に向けて付勢しない。なお、弁体４１は、その後、バネ４４の付勢による慣性力及び本体部４２の他端領域４５ａと一端領域４５ｂとの圧力差等によって、バネ４４に付勢されていない状態で、弁座４３に当接する。

また、図８に示すように、バネ１４の圧縮方向に最大限撓んだ際の全長（許容荷重時高さ）Ｌ３３は、本体部４２の上面４２ｂの内壁面と第２のガイド部４７の他端面４７ａとの間の長さＬ３４よりも長くなるように形成されている。これにより、バネ４４は、圧縮方向にどれだけ撓んでも、第２のガイド部４７の他端面４７ａよりも他端側に突出しており、弁体４１と第２のガイド部４７とが接触することを防止して、弁体４１と第２のガイド部４７とが引っ掛かる等して固着することを防止している。

以上のような構成を有するコーンバルブ３１は、第一実施形態のコーンバルブ１と同様に、本体部４２の他端側から一端側に向けて所定値以上に加圧された流体が送液される場合、バネ４４の付勢力に抗して弁体４１を本体部４２の一端側に押し上げて、弁体４１を弁座４３から離間させて、流体を本体部４２の他端側の他端領域４５ａから一端側の一端領域４５ｂに向けて流す。

その一方で、コーンバルブ３１は、第一実施形態のコーンバルブ１と同様に、本体部４２の一端側が他端側よりも圧力が大きくなった場合又は大きい場合、バネ４４に補助されつつ弁体４１を本体部４２の他端側に押し下げて、弁体４１を弁座４３に当接させて、弁体４１によって挿通部４５に蓋をして、本体部４２の他端側の他端領域４５ａと一端側の一端領域４５ｂとを遮断し、流体が本体部４２の一端領域４５ｂから他端領域４５ａに向けて逆流することを防止する。

以上のように、コーンバルブ３１は、第一実施形態のコーンバルブ１と同様に、バネ４４の全長Ｌ３１を弁体４１のストローク長Ｌ３２よりも短くすることにより、コーンバルブ１の閉時に粗大粒子を挟み込んだとしても、その際の衝撃を和らげることができ、偏磨耗の引き金となる弁体４１又は弁座４３の損傷を防止して傷の程度を緩和させることができるので、従来の寿命に比べ２〜３倍の寿命を保つことができる。

更に、コーンバルブ３１は、第一実施形態のコーンバルブ１と同様に、弁体４１と弁座４３とが接触する接触面４１ａ，４３ａの形状を平坦に設けたことにより、コーンバルブ３１の閉時に粗大粒子を挟み込んだとしても、その際の衝撃を分散させることができ、偏磨耗の引き金となる弁体４１又は弁座４３の損傷を防止して傷の程度をより緩和させることができるので、従来の寿命に比べ５倍近い寿命を保つことができる。

更に、コーンバルブ３１は、第一実施形態のコーンバルブ１と同様に、磨耗性が高い粗大粒子（粒子最大径が１〜２ｍｍ）を含むスラリーであれば、好適に適用することが可能であり、特にニッケル酸化鉱石を処理して得られる鉱石スラリーであれば、特に効果高く適用することができる。

１ コーンバルブ、１ａ 上流側コーンバルブ、１ｂ 下流側コーンバルブ、１０ 弁部、１０ａ 棒部材、１１ 弁体、１１ａ 接触面、１２ 本体部、１３ 弁座、１３ａ 接触面、１４ バネ、１５ 挿通部、１５ａ 他端領域、１５ｂ 一端領域、１６ 摺動支持部材、１６ａ 他端面、１７ 嵌合部、１８ 摺動支持部、１９ 連結部、１９ａ 他端面、２０ 摺動部材、２１ 当接部、２２ 楔部材、２３ フランジ部、２３ａ 一端面、３１ コーンバルブ、４０ 弁部、４０ａ 第１の棒部材、４０ｂ 第２の棒部材、４１ 弁体、４１ａ 接触面、４２ 本体部、４２ａ 底面、４２ｂ 上面、４３ 弁座、４３ａ 接触面、４４ バネ、４５ 挿通部、４５ａ 他端領域、４５ｂ 一端領域、４５ｃ 底面開口部、４５ｄ 側面開口部、４６ 第１のガイド部、４７ 第２のガイド部、４７ａ 他端面、１００ 送液装置、１０１ 上流側スラリータンク、１０２ 下流側スラリータンク、１０３ ダイヤフラム型ポンプ、１０４ 第一配管、１０５ 第二配管、１０６ 連結部

Claims (3)

1. スラリーを送液する際に逆止弁として使用されるコーンバルブであって、
   少なくとも、弁体と、弁座と、該弁体を該弁座と接触するように組み込まれたバネとを備え、
   上記バネの全長は、少なくとも前記弁体のストローク長よりも短いことを特徴とするコーンバルブ。
2. 上記スラリーは、ニッケル酸化鉱石のスラリーであることを特徴とする請求項１に記載のコーンバルブ。
3. 上記弁体と上記弁座とが接触する部分の形状は、平坦であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコーンバルブ。