WO2017199451A1

WO2017199451A1 - コーンバルブ

Info

Publication number: WO2017199451A1
Application number: PCT/JP2016/067346
Authority: WO
Inventors: 広樹神野; 徹朗後藤; 篤史加藤
Original assignee: 住友金属鉱山株式会社
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2017-11-23
Also published as: PH12018501867A1; US20180283568A1; EP3366962A4; AU2016406944A1; EP3366962A1; CA3001439A1

Abstract

　ニッケル酸化鉱石のスラリー等の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、弁座の損傷するリスクを大幅に低減する。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、弁座（１３）と、弁座に対して所定の方向に往復動して開閉動作をする弁体（１１）と、弁体を弁座と接触するように組み込まれたコイルバネ（１４）とを備え、弁座には、弁体の端部（１１ａ）との接触により環状の当接面が得られ、弁座は、当接面より内側に向けて当該当接面の法線方向の厚さが増大する肉厚な部分を有する構成となっていることを特徴とする。

Description

コーンバルブ

　本発明は、流体を送液する際に逆流を防止するために使用されるコーンバルブに関する。本出願は、日本国において２０１６年５月１６日に出願された日本特許出願番号特願特願２０１６－０９７７３２を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。

　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。

　鉱石スラリーは、固形分として２５～４５質量％程度、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る。そして、鉱石スラリーの供給に合わせて、浸出用の鉱酸や酸化促進用の空気、温度維持用の蒸気等が供給され、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、オートクレーブに入る前に上述したオートクレーブの圧力を超える程度の高圧にする必要があり、大気圧及びプラント環境の気温で作製された鉱石スラリーは、各種手段によって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として、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）を連続的に供給可能なダイヤフラム型のポンプと、コーンバルブ型の逆止弁が通常使用される。

　コーンバルブを通過する鉱石スラリーは、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、予め篩別を実施したものである。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、局所的な摩耗が進行する。特に、弁体と弁座の接触面の何れかが曲線的で湾曲するように形成されている都合上、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。特許文献４には、このような硬質粒子のスラリーを送液する場合であっても、封止状態における弁体のシール性を良好に維持して、長寿命化が図れる逆止弁に関して、開示されている。

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

　コーンバルブに備わる本体部の弁座に対して開閉可能に移動する弁部の弁体が開閉動作を繰り返すと、本体部の弁座に衝撃が加わって、損傷が発生するリスクがあった。また、送液対象となる流体が粒度の粗い鉱石スラリーの場合には、弁体と弁座との当接部に鉱石スラリーに含まれる粗大粒子が噛み込まれて、弁座が損傷する問題があった。

　本発明は、上記課題に鑑みて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、弁座の損傷するリスクを低減することの可能な、新規かつ改良されたコーンバルブを提供することを目的とする。

　本発明の一態様は、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、弁座と、前記弁座に対して所定の方向に往復動して開閉動作をする弁体と、前記弁体を前記弁座と接触するように組み込まれたコイルバネとを備え、前記弁座には、前記弁体の端部との接触により環状の当接面が得られ、前記弁座は、前記当接面より内側に向けて該当接面の法線方向の厚さが増大する肉厚な部分を有する構成となっていることを特徴とする。

　本発明の一態様によれば、弁座は、前記弁体の端部と当接する部位が肉厚に構成されるので、弁座に対する弁体の開閉動作が繰り返されても、弁座が損傷するリスクを低減できる。

　このとき、本発明の一態様では、前記弁体の端部は、前記当接面の最外周で前記当接面から離間するように屈曲して側面が形成され、該側面の屈曲方向は、前記弁体の往復動方向、又は該往復動方向よりも前記当接面の内側方向であることとしてもよい。

　このようにすれば、弁体の端部となる側面が弁座の当接面から離間した構成となるので、弁座に対する弁体の開閉動作が繰り返されても、弁体の端部が弁座の当接面に当たらないので、弁座が損傷するリスクを低減できる。

　また、本発明の一態様では、前記弁体の端部は、円盤状に形成され、その最大直径が２２６～２３６ｍｍであることとしてもよい。

　このようにすれば、弁体の端部が弁座から離間した構成とすることができるので、弁座が損傷するリスクを低減できる。

　また、本発明の一態様では、前記コイルバネの全長は、自由長以下の場合に、少なくとも前記弁体のストローク長よりも短いこととしてもよい。

　このようにすれば、コーンバルブの閉時に粗大粒子を挟み込んだとしても、その際の衝撃を和らげることができ、偏摩耗の引き金となる弁体又は弁座の損傷を防止できる。

　また、本発明の一態様では、前記スラリーは、ニッケル酸化鉱石のスラリーであることとしてもよい。

　このようにすれば、ニッケル酸化鉱石のスラリーのような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、弁座の損傷するリスクを低減できる。

　以上説明したように本発明によれば、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、弁座の損傷するリスクを低減することによって、従来よりもコーンバルブの寿命を延長することができる。

本発明の一実施形態に係るコーンバルブの使用例を示した概要図である。本発明の一実施形態に係るコーンバルブの一例を示した断面斜視図である。本発明の一実施形態に係るコーンバルブの弁体と弁座とが当接した閉状態の一例を示した断面正面図である。本発明の一実施形態に係るコーンバルブの弁体と弁座とが離間した開状態の一例を示した断面正面図である。比較例となる従来のコーンバルブの弁体と弁座とが当接した閉状態の一例を示した断面正面図である。図６Ａ乃至図６Ｄは、従来のコーンバルブと本発明の一実施形態に係るコーンバルブの動作説明図である。本発明の他の実施形態に係るコーンバルブの弁体と弁座とが当接した閉状態の一例を示した断面正面図である。本発明の他の実施形態に係るコーンバルブの弁体と弁座とが離間した開状態の一例を示した断面正面図である。

　以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（第１の実施形態）
　まず、本発明の一実施形態に係るコーンバルブの使用態様について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るコーンバルブの使用例を示した概要図である。

　本発明の一実施形態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摩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。また、第一配管１０４と第二配管１０５は、連結部１０６で接続されている。そして、コーンバルブ１は、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、摩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ように構成されている。

　次に、本発明の一実施形態に係るコーンバルブの構成について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るコーンバルブの一例を示した断面斜視図であり、図３は、本発明の一実施形態に係るコーンバルブの弁体と弁座とが当接した閉状態の一例を示した断面正面図であり、図４は、本発明の一実施形態に係るコーンバルブの弁体と弁座とが離間した開状態の一例を示した断面正面図である。

　本実施形態のコーンバルブ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が設けられる本体部１２と、弁体１１を弁座１３と接触させるように組み込まれたコイルバネ１４とを備えている。

　弁部１０は、例えば、２５％Ｃｒ鋳鋼で形成され、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とを備えている。この弁部１０は、本体部１２内にあり、本体部１２の一端から弁座１３までの範囲において、本体部１２の軸方向に沿って移動可能に収容されている。すなわち、弁部１０は、弁体１１が弁座１３に対して所定の方向に往復動して開閉動作をする機能を有する。

　本体部１２は、例えば、２５％Ｃｒ鋳鋼で形成され、図３に示すように、内部にスラリーが挿通されると共に弁部１０が収容される挿通部１５を有し、筒状に形成されている。また、本体部１２の挿通部１５内の中途部１２ａは、図２乃至４に示すように、本体部１２の半径方向の内側に向けて張り出される構成となっており、当該中途部１２ａに弁体１１と当接する弁座１３が設けられている。弁体１１の弁座１３に線当接する部位は、閉状態においてスラリーの移動を妨げるように環状の当接面となる。すなわち、弁座１３には、弁体１１の端部１１ａとの接触により環状の当接面が設けられる。なお、ここで言及する「当接面」は、延長すると弁体１１と交差するが、延長した当接面によって弁体１１を区切ると、当接面に接する側の弁体１１を端部１１ａとする。

　本実施形態では、繰り返し開閉動作を行う弁体１１からの衝撃に対する耐久力を確保するために、弁座１３は、図３に示すように、弁体１１の端部１１ａと当接する部位が肉厚に構成される。具体的には、弁座１３は、弁体１１の端部１１ａと当接する部位の厚さが弁座１３の頂部側から中腹側に向けて増大するように構成されている。なお、ここで言及する「肉厚」は、弁体１１の端部１１ａとの当接面の法線方向に定義したものである。すなわち、弁座１３は、前述した環状の当接面より内側に向けて、当該当接面の法線方向に厚さが増大する肉厚な部分を有する構成となっている。

　弁体１１が繰り返し開閉動作すると、弁体１１や弁座１３が摩耗し、当接面自体が内周側へ移動する。このため、本実施形態では、かかる当接面自体の内周側への移動を見越して、新品時の当接面よりも内側に肉厚な部分を備える構成としている。これによって、将来的にも衝撃に耐久可能となる。なお、かかる弁座１３の肉厚な部分の厚みとしては、例えば、２０～４０ｍｍとする。

　また、弁体１１が繰り返し開閉動作すると、弁体１１や弁座１３の当接面が摩耗し、当接面の幅が拡大する。弁体１１の外周側は、強度を高めることが難しいので、当接面は、外周側へ広がりにくくした方がよい。具体的には、弁体１１の表面は、当接面の最外周から面外へ（当接面の最外周から内側に向けて）屈曲しているが、この屈曲方向は、弁体１１の往復動方向であるか、又は往復動よりも当接面の内周寄り、すなわち、弁体１１の往復動方向より当接面の内側方向とすることができる。これによって、弁体１１の直径は、当接面付近では拡大しないので、当接面の外径の拡大を防止できる。

　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。さらに、摺動支持部１８の連結部１９よりも他端側の外周面には、コイルバネ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、コイルバネ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。このため、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。さらに、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。さらに、当接部２１は、フランジ部２３よりも一端側の外周面にコイルバネ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。

　コイルバネ１４は、図４に示すように、例えば、コイル状のバネであって、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。

　本実施形態では、コイルバネ１４の全長は、図３に示すように、自由長以下の場合に、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。具体的には、図３に示すように、コイルバネ１４の全長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。なお、図４に示すように、弁体１１が弁座１３から離間している開状態においては、コイルバネ１４の全長Ｌ３は、Ｌ１より短いので、ストローク長Ｌ２（固定値）よりも短い。一例としては、コイルバネ１４の全長Ｌ１を１５５ｍｍ、ストローク長Ｌ２を１６１ｍｍとしている。

　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、図３に示すように、コイルバネ１４は、弁部１０を本体部１２の他端側に向けて（一端側に向けても）付勢しない。なお、このとき、コイルバネ１４の自由長は、全長Ｌ１に等しく、ストローク長Ｌ２より小さい。一方、弁体１１が弁座１３から離間している開状態の際には、図４に示すように、コイルバネ１４の全長Ｌ１は、自由長以下となっている。コイルバネ１４の全長Ｌ１が自由長より小さい程度に離間している場合には、コイルバネ１４は、弁部１０を本体部１２の他端側に向けて付勢する。

　このようなコーンバルブ１は、コイルバネ１４の全長Ｌ１が自由長に等しい状態で、すなわちコイルバネ１４からの弾性力が０の状態で、開状態から閉状態に転じるので、弁体１１が弁座１３に当接する際の衝撃を最小化することができる。

　また、図４に示すように、コイルバネ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、コイルバネ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、コイルバネ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には、コイルバネ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に当接させる。そして、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、すなわち、弁座又は弁体が摩耗して、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摩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うので、弁座又は弁体の何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の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て、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。

　さらに、本発明者らは、最初に生じる傷が大きいほど、部品交換が必要となるまでの期間（以下、寿命ということがある）が短いものと推測し、傷を大きくなる原因がコイルバネの強さであることを発見した。すなわち、コーンバルブが閉状態になる際に摩耗性の高い粒子を挟み込んだ時に、コイルバネが強すぎると、傷の程度は深くなり悪化する。

　これまで、逆流の最小化を狙ってコイルバネの強さは比較的強いレベルに設定されていたが、本発明者らは、コーンバルブが閉状態になる時点まで弁体１１が慣性で移動していれば、逆流が抑制できることを発見した。そこで、本発明者らは、このコーンバルブにおけるコイルバネの機能が引っ掛かりによる固着を防止できれば十分との結論に至った。

　以上のように、コーンバルブ１は、コイルバネ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、偏摩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中のコイルバネ１４が組み込まれる空間の長さのことをいう。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、コイルバネ１４は自然長（例えば１８８ｍｍ）よりも短いストローク長（例えば１６１ｍｍ）の間に嵌め込まれ、弁体１１と弁座１３とが当接した状態においても、コイルバネ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った。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、少なくとも当該反発力分は、衝撃が強かった。

　これに対して、本実施形態においては、コイルバネ１４の自然長を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、当該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、その衝撃を上述の反発力分だけ和らげることができる。

　また、本発明者らは、コーンバルブの不具合、すなわち、弁座又は弁体が摩耗して、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として、弁体の繰り返しの往復動による弁座への衝撃による残留応力の蓄積に起因する弁座の外縁部に発生する亀裂も、その１つであることを発見した。

　すなわち、図５に示すような従来のコーンバルブ５１では、繰り返し往復動する弁部６０の弁体６１からの衝撃を縦方向に分散させて緩和するために、弁座１３を上部側に向けて拡張したものを使用するようになっている。

　このように弁座１３が上部側に向けて拡張されたものを使用すると、図６Ａに示すように、弁体６１の接触面６１ａと弁座１３の当接斜面１３ａとの間に摩耗性が高い粗大粒子（粒子最大径が１～２ｍｍ）が噛みこまれることが繰り返されることによって、図６Ｂに示すように、弁座１３の当接斜面１３ａの中央部側が粗大粒子によって摩耗されて、当該中央部側の隙間が拡大するようになる。

　そして、弁座１３の当接斜面１３ａの中央部側の隙間が拡大すると、図６Ｃに示すように、当該当接斜面１３ａと弁体６１が接触するようになり、かかる当接斜面１３ａの肉薄な外縁部の上端から亀裂が発生するようになる。このため、本実施形態では、弁座１３は、図３に示すように、弁体１１の端部１１ａと当接する部位から中央部側（内側）に向けて肉厚に構成することによって、かかる隙間が拡大しても当接する部位があまり移動しないようにしている。

　また、本実施形態では、図６Ｄに示すように、弁体１１の端部１１ａとなる側面が弁座１３の当接斜面１３ａから屈曲して離間した構成とすることによって、弁体１１の端部１１ａとなる側面が弁座１３の当接斜面１３ａに当たらないようにして、弁座１３が損傷するリスクを低減している。特に、屈曲方向は、弁体１１の往復動方向であるか、往復動方向よりも中央部側（内側）寄りとすることが望ましい。これによって、開閉動作（往復動）による弁体１１や弁座１３の摩耗に対しても、弁座１３が損傷するリスクを低減することができる。

　さらに、円盤状の部分となる弁体１１の端部１１ａの最大直径となる外径を２２６～２３６ｍｍとなるように、従来の外径（２４６ｍｍ）よりも縮径することによって、弁座１３の当接斜面１３ａとの接触点における肉厚を容易に確保できるようになるので、上部側に向けて拡張した弁座１３の上端部側からの亀裂の発生を抑制できる。

　さらに、コーンバルブ１は、摩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る。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、いっそう効果高く適用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。

（第２の実施形態）
　本発明の一実施形態に係るコーンバルブ１では、弁体１１が弁座１３に対して一端側に配置され、コイルバネ１４が他端側に配置され、弁体１１及びコイルバネ１４が弁座１３に対して互いに異なる方向に配置されていたが、本発明の他の実施形態のコーンバルブ３１では、弁体４１及びコイルバネ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コイルバネ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共に弁部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４２ｂ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。さらに、挿通部４５内の底面４２ｂ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。弁体４１の弁座４３に線当接する部位は、閉状態においてスラリーの移動を妨げるように環状の当接面となる。すなわち、弁座４３には、弁体４１の端部４１ａとの接触により環状の当接面が設けられる。なお、ここで言及する「当接面」は、延長すると弁体４１と交差するが、延長した当接面によって弁体４１を区切ると、当接面に接する側の弁体４１を端部４１ａとする。

　本実施形態では、繰り返し開閉動作を行う弁体４１からの衝撃に対する耐久力を確保するために、弁座４３は、図３に示すように、弁体４１の端部４１ａと当接する部位が肉厚に構成される。具体的には、弁座４３は、弁体４１の端部４１ａと当接する部位の厚さが弁座４３の頂部側から中腹側に向けて弁座４３の厚さが増大するように構成されている。なお、ここで言及する「肉厚」は、弁体４１の端部４１ａとの当接面の法線方向に定義したものである。

　弁体４１が繰り返し開閉動作すると、弁体４１や弁座４３が摩耗し、当接面自体が内周側へ移動する。このため、本実施形態では、かかる当接面自体の内周側への移動を見越して、新品時の当接面よりも内側に肉厚な部分を備える構成としている。これによって、将来的にも衝撃に耐久可能となる。なお、かかる弁座４３の肉厚な部分の厚みとしては、例えば、２０～４０ｍｍとする。

　また、弁体４１が繰り返し開閉動作すると、弁体４１や弁座４３の当接面が摩耗し、当接面の幅が拡大する。外周側は、強度を高めることが難しいので、当接面は、外周側へ広がりにくくした方がよい。具体的には、弁体４１の表面は、当接面の最外周から面外へ（当接面の最外周から内側に向けて）屈曲しているが、この屈曲方向は、弁体４１の往復動方向であるか、又は往復動よりも当接面の内周寄り、すなわち、弁体４１の往復動方向より当接面の内側方向とすることができる。これによって、弁体４１の直径は、当接面付近では拡大しないので、当接面の外径の拡大を防止できる。

　さらに、図７に示すように、本体部４２の底面４２ｂ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４２ｃ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。さらに、第２のガイド部４７の外周面には、コイルバネ４４が配置されている。

　コイルバネ４４は、図８に示すように、例えばコイル状のバネであって、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４２ｃ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、コイルバネ４４の全長は、図７に示すように、自由長以下の場合に、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、コイルバネ４４の全長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４２ｃ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。なお、図８に示すように、弁体４１が弁座４３から離間している開状態においては、コイルバネ４４の全長Ｌ３３はＬ３１より短いので、ストローク長Ｌ３２（固定値）よりも短い。一例としては、コイルバネ４４の全長Ｌ３１を１５５ｍｍ、ストローク長Ｌ３２を１６１ｍｍとしている。

　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、図７に示すように、コイルバネ４４は、弁部４０を本体部４２の他端側に向けては（一端側に向けても）付勢しない。なお、このとき、コイルバネ４４の自由長は、全長Ｌ３１に等しく、ストローク長Ｌ３２より小さい。一方、弁体４１が弁座４３から離間している開状態の際には、図８に示すように、コイルバネ４４の全長Ｌ３１は、自由長以下となっている。コイルバネ４４の全長Ｌ３１が自由長より小さい程度に離間している場合には、コイルバネ４４は、弁部４０を本体部４２の他端側に向けて付勢する。

　このようなコーンバルブ３１は、コイルバネ４４の全長Ｌ３１が自由長に等しい状態で、すなわちコイルバネ４４からの弾性力が０の状態で、開状態から閉状態に転じるので、弁体４１が弁座４３に当接する際の衝撃を最小化することができる。

　また、図８に示すように、コイルバネ４４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４２ｃ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、コイルバネ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。

　このように本発明の他の実施形態に係るコーンバルブ３１は、本発明の一実施形態に係るコーンバルブ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、コイルバネ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、本発明の一実施形態に係るコーンバルブ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、コイルバネ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に当接させる。そして、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、本発明の他の実施形態に係るコーンバルブ３１は、本発明の一実施形態に係るコーンバルブ１と同様に、コイルバネ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る。このため、偏摩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られるので、従来の寿命に比べ２～３倍の寿命を保つことができる。

　また、本発明の他の実施形態のコーンバルブ３１は、本発明の一実施形態に係るコーンバルブ１と同様に、弁座４３は、弁体４１の端部４１ａと当接する部位から中央部側（内側）に向けて肉厚に構成することによって、かかる隙間が拡大しても当接する部位があまり移動しないようにしている。

　さらに、本実施形態では、弁体４１の端部４１ａとなる側面が弁座４３の当接斜面４３ａから屈曲して離間した構成としている。このため、弁体４１の端部４１ａとなる側面が弁座４３の当接斜面４３ａに当たらないようになるので、弁座４３が損傷するリスクを低減できる。特に、屈曲方向は、弁体４１の往復動の方向であるか、往復動よりも中央部側（内側）寄りとすることが望ましい。これによって、開閉動作（往復動）による弁体４１や弁座４３の摩耗に対しても、弁座４３が損傷するリスクを低減することができる。

　また、円盤状の部分となる弁体４１の端部４１ａの最大直径となる外径を２２６～２３６ｍｍとなるように、従来よりも縮径することによって、弁座４３の当接斜面４３ａとの接触点における肉厚を容易に確保できるようになるので、上部側に向けて拡張した弁座４３の上端部側からの亀裂の発生を抑制できる。

　さらに、本発明の他の実施形態のコーンバルブ３１は、本発明の一実施形態に係るコーンバルブ１と同様に、摩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る。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、いっそう効果高く適用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。

　次に、本発明の一実施形態に係るコーンバルブについて実施例により詳しく説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

　下記の実施例１、実施例２、参考例１、参考例２、及び比較例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：３０質量％
・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、参考例、及び比較例で使用したコイルバネのサイズ
　　　　　　（実施例、参考例）：自由長　１５５ｍｍ
　　　　　　　　　　（比較例）：自由長　１８８ｍｍ

（参考例１）
　参考例１では、弁部の弁体（外径２４６ｍｍ）の本体部の弁座と接触する接触面の形状が断面視するとそれぞれ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、前述したスラリーを送液した。その結果、参考例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。

（参考例２）
　参考例２では、図５に示すような弁部の弁体（外径２４６ｍｍ）と本体部の弁座とが接触する部分の形状が断面視するとそれぞれ直線的で平坦な以外は、参考例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、前述した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。

（実施例１）
　実施例１では、図２、３、及び４に示すような弁座の弁体の端部と当接する部位が肉厚に構成され、かつ、弁体の端部が鉛直方向に延在する側面として形成されて弁座の当接斜面に対して離間した構成として、その外径が２３６ｍｍであること以外は、参考例２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、前述した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、１３３１時間の操業を経ても不具合は発生しなかった。コーンバルブを取り外して摩耗部の状態を確認したところ、参考例１及び２よりも、深い亀裂が少なかった。

（実施例２）
　実施例２では、弁体の外径が２２６ｍｍであること以外は、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、前述した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、１１５１時間の操業を経ても不具合は発生しなかった。コーンバルブを取り外して摩耗部の状態を確認したところ、参考例１及び２よりも、深い亀裂が少なかった。

（比較例１）
　比較例１では、コイルバネのサイズが異なる以外は、参考例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、前述した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時間でスラリーが逆流して送液できなくなり、交換を余儀なくされた。

　以上から、参考例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ことが分かった。また、参考例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分かった。さらに、実施例１及び２によれば、従来（比較例１）の寿命より、５倍以上の寿命を維持することが可能である上に、参考例１及び２よりも深い亀裂が少なくなったことが分かった。すなわち、弁座が弁体の端部と当接する部位を肉厚に構成され、弁体の端部となる側面が弁座の当接斜面から離間した構成とすることによって、更にコーンバルブの長寿命化が図れることが分かった。

　なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

　例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、コーンバルブの構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１、３１　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、４０　弁部、１０ａ　棒部材、１１、４１　弁体、１１ａ、４１ａ　端部（側面）、１２、４２　本体部、１２ａ、４２ａ　中途部、１３、４３　弁座、１３ａ、４３ａ　当接斜面、１４、４４　コイルバネ、１５、４５　挿通部、１５ａ、４５ａ　他端領域、１５ｂ、４５ｂ　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、４０ａ　第１の棒部材、４０ｂ　第２の棒部材、４２ｂ　底面、４２ｃ　上面、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

　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、
　弁座と、
　前記弁座に対して所定の方向に往復動して開閉動作をする弁体と、
　前記弁体を前記弁座と接触するように組み込まれたコイルバネとを備え、
　前記弁座には、前記弁体の端部との接触により環状の当接面が得られ、
　前記弁座は、前記当接面より内側に向けて該当接面の法線方向の厚さが増大する肉厚な部分を有する構成となっていることを特徴とするコーンバルブ。
　前記弁体の端部は、前記当接面の最外周で前記当接面から離間するように屈曲して側面が形成され、該側面の屈曲方向は、前記弁体の往復動方向、又は該往復動方向よりも前記当接面の内側方向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。
　前記弁体の端部は、円盤状に形成され、その最大直径が２２６～２３６ｍｍ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。
　前記コイルバネの全長は、自由長以下の場合に、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請求項１に記載のコーンバルブ。
　前記スラリーは、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乃至４の何れか１項に記載のコーンバルブ。