WO2010109623A1

WO2010109623A1 - 粉体用バルブ

Info

Publication number: WO2010109623A1
Application number: PCT/JP2009/056105
Authority: WO
Inventors: 隆行宮崎; 安秀竹田; 茂雄福井; 信次高橋; 敬新井
Original assignee: 株式会社栗本鐵工所; 三井造船株式会社
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-09-30
Also published as: BRPI0924486A2; US20120037833A1; EP2412653A1

Abstract

　装置を複雑化、大型化することなく、バルブ内に粉体が溜まるのを防止し、且つ、高圧の圧送に耐え得る粉体用バルブとする。弁箱２１内に弁軸２５で支持された弁体２２を設け、前記弁体２２は外面に球面２７を備えてその球面２７が前記弁箱２１の弁座２３に接して閉弁する。前記弁体２２には、前記弁軸２５に直交する流通孔２６が設けられて閉弁状態から弁体２２がいずれの方向に回転しても前記流通孔２６を介して開弁可能とする。その流通孔２６を弁体２２の背面２２ｂ側で全長に亘って開放した。この構成によれば、ボール弁の利点であるフルボア、高剛性を確保でき、また、弁箱２１の内面に向かって流通孔２６を流れる粉体の圧力が及ぶ。このため、その弁箱２１の内面付近に溜まりがちな粉体を粉体の噴流で吹き飛ばして除去できる。また、弁体２２の向きを変えれば、弁軸２５を挟んで両側で粉体を除去できる。

Description

粉体用バルブ

　この発明は、粉体移送用の流路の開閉を行うために用いられる粉体用バルブに関するものである。

　各種工場などで粉体の移送を行う場合、その流路の途中に、流路を開閉するバルブ（開閉弁）が設けられる。このバルブは、粉体の移送量を制御するために設けられ、特に高圧の場合、フルボア、弁体の高剛性を期待できるボール弁形式のバルブが多用されている。

　ボール弁形式のバルブを用いる場合、例えば、図７に示す粉体用バルブ１０のように、弁箱１の流入口１１から導入される粉体は、そのほとんどが弁体２の流通孔６を通って流出口１２へと流れる（図中の矢印Ａ，Ｂ参照）が、一部の粉体が弁箱１と弁体２との隙間４に溜まりやすいという問題がある。これは、弁体２が寸開状態（弁体２が、完全に開弁した状態と完全に閉弁した状態との間の位置にあって、弁孔がわずかに開いている状態）の時におこりやすいといえる。その溜まった粉体を放置すると、バルブの開閉に支障をきたすことがある。
　また、特に、粉体が凝固しやすい性質である場合は、その隙間に入り込んだ粉体が凝固して、その凝固した粉体の塊が徐々に大きくなり、バルブの開閉ができなくなることもあるので好ましくない。

　そこで、弁箱１の弁座３の下流側に、前記隙間４に通じる気体注入孔７を設け、その気体注入孔７から弁箱１内に向かって供給する空気によって、前記隙間４の粉体を除去する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

　なお、粉体用のバルブではないが、図８に示すように、水道用のセグメントボール弁の技術が開示されている。
　このセグメントボール弁によれば、通常のボール弁と同様に、閉弁状態にある弁体２を図中の左右どちら方向に回動させても開弁させることができるとともに、その弁体２を軽量にすることができるという利点がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１－２８９３３５号公報特開２００５－２４９１７７号公報

　しかし、上記図７に示すバルブによれば、弁箱１に気体注入孔７を設け、その気体注入孔７内に定期的に気体を吹き込む装置が必要となる。このため、バルブが複雑化するとともに、かえってメンテナンスが煩雑になるという欠点がある。

　また、図８に示すバルブによれば、弁体が、その前面が弁座に接離する板状の部材と、その板状の部材の背面に突出して設けられた弁軸への支持部材とから構成され、その弁体がボール弁の弁体のように球状を成していない。
　このため、一般的なボール弁と比較して弁体の剛性が劣る傾向がある。弁体の剛性が劣ると、特に、粉体の圧送が高圧で行われる際には、その圧に耐えられない場合もある。仮に、弁体を高圧の圧送に耐え得るものとすれば、装置が大型化し、または高価になってしまうという問題もある。

　そこで、この発明は、装置を複雑化、大型化することなく、バルブ内に粉体が溜まるのを防止し、且つ、高圧の圧送に耐え得る粉体用バルブとすることを課題とする。

　上記の課題を解決するために、この発明は、弁箱内に弁軸で回転自在に支持された弁体を設け、前記弁体はその外面に球面を備えてその弁体の球面が前記弁箱の流入口に設けた環状の弁座の全周に接することにより閉弁するようになっており、前記弁体には、前記弁軸の軸心方向に直交する方向に伸びる流通孔が設けられて、前記閉弁状態から弁体が前記弁軸周りにいずれの方向に回転しても前記流通孔を介して開弁可能であり、前記流通孔は、前記弁軸の軸心を挟んで前記閉弁状態で弁座に向く側の反対側がその長さ方向に沿って全長に亘って開放されている粉体用バルブの構成を採用した。

　弁体に設けた球面が弁座全周に接してバルブを閉弁し、その弁体の弁軸周りの回転により、弁体に設けた流通孔を介してバルブを開弁し得る構成を採用すれば、ボール弁の利点であるフルボア、高剛性を確保することができる。
　その弁体に設けた流通孔が、閉弁状態で弁座に向く側の反対側において長さ方向全長に亘って開放されているので、開弁状態において、その開放された側に位置する弁箱の内面に向かって流通孔を流れる粉体の圧力が及ぶ。このため、その弁箱の内面付近に溜まりがちな粉体を、その流通孔を流れる粉体の噴流で吹き飛ばして除去することができる。
　また、その弁体は、閉弁状態から弁軸周りにいずれの方向に回転しても前記流通孔を介して開弁可能であるので、弁体の向きを変えれば、弁軸を挟んで両側において、弁箱の内面付近に溜まった粉体を除去することができる。

　以上のようなことから、装置を複雑化、大型化することなく、バルブ内に粉体が溜まるのを防止し、且つ、高圧の圧送に耐え得る粉体用バルブとすることができる。

　この構成において、前記弁体として半球状のものを採用し得る。弁体が半球状であれば、開弁状態において、前記流通孔の開放された側（球面の反対側）における弁体と弁箱との間隔は非常に広くなる。間隔が広ければ、粉体の噴流作用が、その開放された側における弁箱の内面全体に及び易くなる。このため、溜まった粉体の除去により効果的である。
　なお、弁体が半球状であれば、弁体の高剛性を確保しつつ、且つ、完全な球体からなる通常のボール弁の弁体よりも軽量化することができるという利点もある。

　また、前記の各構成において、前記弁箱内面は球面であり、前記開弁状態において、前記弁体の球面と前記弁箱の内面の球面との間に、前記弁座から遠ざかるにつれて徐々に拡がる隙間が設けられている構成を採用し得る。
　この構成によれば、弁体が閉弁状態から開弁方向に回転する際における、その弁体による粉体の掻き取り効果が良好に発揮できるようになる。

　この掻き取り効果とは、すなわち、開弁時に、向い合う弁体の外面と弁箱の内面とが相対移動することにより、その弁体の外面と弁箱の内面との間の隙間に介在する粉体が、弁体の外面に押されながら、あるいは引張られながら徐々に弁座から遠ざかる側へ（下流側へ）排出されていく効果である。
　この掻き取りの際に、前記隙間に介在する粉体が徐々に集合してその大きさを増していき、弁体が開弁状態に至るまでの間に、その粉体の集合した塊が弁体と弁箱との間に噛み込んでしまう事態を生じることもある。
　このため、前記のように、その弁体と弁箱との間の隙間を、弁座から遠ざかるにつれて徐々に拡がるように設定すれば、粉体が円滑に下流側へ排出されてその噛み込みを防ぐことができる。

　この発明は、装置を複雑化、大型化することなく、バルブ内に粉体が溜まるのを防止し、且つ、高圧の圧送に耐え得る粉体用バルブとすることができる。

一実施形態を示し、（ａ）は閉弁状態、（ｂ）は開弁状態を示す切断側面図同実施形態を示す平面図同実施形態を示す正面図弁体と弁座との位置関係を示す斜視図で、（ａ）は閉弁状態、（ｂ）（ｃ）は開弁状態を示す。開閉弁時の作用を示す説明図（ａ）（ｂ）は、他の実施形態の弁体を示す斜視図従来例のボール弁式粉体用バルブの正面図従来例のセグメントボール弁の正面図

符号の説明

１，２１　弁箱
２，２２　弁体
３，２３　弁座
４，２４　隙間
５，２５　弁軸
６，２６　流通孔
７　気体注入孔
８　操作部
１０，２０　粉体用バルブ
１１　流入口
１２　流出口
１３，２７　球面
２８　稜線部
２９　面取り部
２２ａ　前面
２２ｂ　背面
ｐ　弁軸の軸心
ｑ　流通孔の中心線

　一実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。この実施形態は、粉体の輸送ライン、例えば、天然ガスハイドレートの粉体を圧送する輸送管の途中に設けられる粉体用バルブ２０である。

　図１に示すように、流入口１１と流出口１２とが設けられた弁箱２１内に、弁軸２５によって、その弁軸２５周りに回転自在に支持された弁体２２が設けられている。

　弁体２２は、いずれの方向の断面も全て真円である球体に対し、図４に示すように、その球体を貫通する断面円形の直線状の流通孔２６が設けられて、さらに、その流通孔２６を挟んで球体の約半分が除去されたような「半球状」の形態を成している。すなわち、前記流通孔２６は、その半球状の弁体２２の背面（前記除去された側の面）２２ｂにおいて、その全長に亘って開放されている。

　弁箱２１の流入口１１には、流出口１２側に向く環状の弁座２３が設けられており、前記弁体２２の前面２２ａ、すなわち球面２７が弁座２３側へ向けば、その球面２７が前記弁座２３の全周に水密に接することができるようになっている。この球面２７が弁座２３の全周に水密に接すれば、粉体用バルブ２０は閉弁状態である（図１（ａ）及び図４（ａ）参照）。

　また、弁軸２５の軸心pは、この流通孔２６の中心線qと直交する位置関係にあり、その交点が弁体２２の球面２７の中心である。弁体２２が、図１（ｂ）に実線又は斜線に示す位置にあれば、粉体用バルブは、その流通孔２６を介して流入口１１から流出口１２まで連通する開弁状態である（図４（ｂ）（ｃ）参照）。
　すなわち、この粉体用バルブ２０は、前記閉弁状態から、弁体２２を弁軸２５周りいずれの方向に９０度回転させても開弁状態となり得る。

　前記球面２７は、図４（ａ）に示すように、閉弁状態における弁座２３への当接部分に近い箇所で、前記流通孔２６の内周面との間に、先鋭なエッジ状の稜線部２８を成している。また、前記球面２７は、図４（ｃ）に示すように、弁軸２５の取付部に近い箇所で、前記流通孔２６の内周面との間に、面取り部２９を介在している。

　さらに、前記弁箱２１の内面は、前記弁座２３から流出口１２に至る範囲で、前記弁体２２の球面２７に沿うように形成された球面１３となっている。
　また、開弁状態において、その弁箱２１の内面の球面１３と、前記弁体２２の球面２７との間に隙間２４が設けられている。隙間２４の幅は、前記弁座２３から流出口１２側へ遠ざかるにつれて徐々に拡がるように設定されている。

　この粉体用バルブの作用を説明すると、図１（ａ）に示す閉弁状態において、弁軸２５と連動する操作部８（図２及び図３参照）を回せば、弁体２２は弁軸２５周りに回転し、例えば、図１（ｂ）に実線で示すように開弁状態に移行する。
　この開弁状態において、弁箱２１の流入口１１から導入される粉体は、そのほとんどが弁体２２の流通孔２６を通って流出口１２へと流れる（図中の矢印Ａ，Ｂ参照）。

　弁箱２１の内面は凹状の球面１３であるので、この開弁状態において、特に、前記弁体２２の背面２２ｂ側に位置する球面１３には、例えば、図５（ａ）に示すように徐々に粉体が付着しようとする。
　しかし、前記流通孔２６は、その付着面に向かって長さ方向に沿って全長に亘って開放されているので、その付着した粉体の多くは、粉体の噴流によって下流側へ導かれ、付着量を増大させない。

　つぎに、操作部８（図２及び図３参照）を先程と逆方向に回すと、弁体２２は弁軸２５周りに回転し、図１（ａ）に示す閉弁状態を経て、図１（ｂ）に鎖線で示す開弁状態に移行する。

　弁体２２が、図５（ａ）に示す矢印Ｃ，Ｄのように回転するのに伴い、図５（ｂ）に示すように、弁箱２１の内面に付着した粉体が、弁体２２の前記エッジ状の稜線部２８に押されながら、徐々に弁座２３から遠ざかる側へ（下流側へ）排出されていく。稜線部２８がエッジ状であるので、その掻き取り効果が高いといえる。また、弁体２２が半球状であることにより、弁体２２が弁軸２５周りに回転する際に、稜線部２８が球面１３を掻く範囲が広くなり、その掻き取り効果を高めている。

　このとき、その弁体２２の球面２７と弁箱２１の内面の球面１３との間には、弁座２３から遠ざかるにつれて徐々に拡がるように設定された隙間２４があるので、図５（ｃ）に示すように、弁体２２の回転とともに掻き出された粉体が徐々に集合してその大きさを増しても、その粉体が弁体２２の回転を阻害せず、粉体は円滑に下流側へ排出される。

　また、弁体２２を、図１（ｂ）に示す実線状態と、図１（ｂ）に示す鎖線状態とを交互に繰り返すことにより、弁軸２５を挟んで両側において、弁箱２１の内面付近に溜まった粉体を除去することができる。
　なお、弁箱２１の内面への粉体付着を最小限に抑えるため、図１に示すように、弁箱２１内において、弁体２２を収容する部分に対応する前記球面１３と、その球面１３よりも下流側に位置する流出口１２付近の内面との境を、符号Ｒに示すように、その内面全周に亘って弧状に形成して滑らかに取り付けている。

　この実施形態では、弁体２２を半球状としたが、他の形態からなる弁体２２を採用することもできる。例えば、図６（ａ）に示すように、上記実施形態の弁体２２よりも球体に近い形態の弁体２２、あるいは、図６（ｂ）に示すように、ほぼ球体からなる弁体２２を採用してもよい。各実施形態で面取り部２９は省略したが、必要に応じて面取り部２９を設けても良い。
　これらの弁体２２においても、流通孔２６が、弁体２２の背面２２ｂ側で、その長さ方向に沿って全長に亘って開放されているので、上記実施形態と同様の粉体の除去効果を発揮し得る。さらに、例えば、断面が真円ではなく楕円である球体をベースに、前記弁体２２を形成してもよい。

Claims

　弁箱２１内に弁軸２５で回転自在に支持された弁体２２を設け、前記弁体２２は外面に球面２７を備えてその弁体２２の球面２７が前記弁箱２１の流入口１１に設けた環状の弁座２３の全周に接することにより閉弁するようになっており、前記弁体２２には、前記弁軸２５の軸心ｐ方向に直交する方向に伸びる流通孔２６が設けられて、前記閉弁状態から弁体２２が前記弁軸２５周りにいずれの方向に回転しても前記流通孔２６を介して開弁可能であり、前記流通孔２６は、前記弁軸２５の軸心ｐを挟んで前記閉弁状態で弁座２３に向く側の反対側がその長さ方向に沿って全長に亘って開放されている粉体用バルブ。
　前記弁体２２は、半球状であることを特徴とする請求項１に記載の粉体用バルブ。