(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種類の導電性材料、例えば酸化物及び／又は金属、を溶解することが意図された電磁誘導炉（１，１′，１″）であって、
少なくとも１つのターン（４１〜４７）を有する少なくとも１つのインダクタ（４，４Ａ，４Ｂ）と、
少なくとも前記インダクタを冷却するのに適した少なくとも１つの冷却回路（５）と、
を備え、
前記少なくとも１つの冷却回路（５；５．１〜５．８）の熱伝達流体は、超臨界ＣＯ2である、ことを特徴とする電磁誘導炉。
【請求項２】
少なくとも２つの連続するターンを有する少なくとも１つのインダクタを備え、
前記ターンの巻回方向は、レビテーション炉を形成するべく当該ターンを通る電流の方向を逆にするためにループ（４４ｉ）を形成することによって互いに逆向きになっている、ことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導炉。
【請求項３】
溶解されるべき前記材料を収容するるつぼ、を備えたことを特徴とする、請求項１記載の電磁誘導炉。
【請求項４】
前記るつぼの壁を冷却するのに適した冷却回路、を備えたことを特徴とする、請求項３記載の電磁誘導炉。
【請求項５】
前記るつぼの前記壁（２０）は、低温るつぼ型炉を形成するよう、導電性材料で作られている、請求項４記載の電磁誘導炉。
【請求項６】
前記るつぼ又は自己るつぼの前記壁は、フロアと呼ばれている底部を有する、請求項３〜５のうちいずれか一に記載の電磁誘導炉。
【請求項７】
前記フロアは、取り外し可能である、請求項６記載の電磁誘導炉。
【請求項８】
前記フロアは、少なくとも溶解された前記材料を排出するための１つ又は２つ以上の貫通オリフィスを有する、請求項６記載の電磁誘導炉。
【請求項９】
前記フロアは、導電性材料で作られている、請求項７又は８記載の電磁誘導炉。
【請求項１０】
少なくとも２つの互いに異なる周波数で同時に作動するインダクタを有する、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の電磁誘導炉。
【請求項１１】
互いに異なる周波数で同時に作動する少なくとも２つの別々のインダクタ（４Ａ，４Ｂ）を有する、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の電磁誘導炉。
【請求項１２】
前記作動周波数の１つは、１種類又は２種類以上の金属を溶解させるのに適しており、
別の作動周波数は、１種類又は２種類以上の酸化物を溶解させるのに適している、請求項１０又は１１記載の電磁誘導炉。
【請求項１３】
少なくとも１つのインダクタの１つ又は複数の前記作動周波数は、１０〜５００ｋＨｚである、請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の電磁誘導炉。
【請求項１４】
請求項１〜１３のうちいずれか一に記載の炉の作動方法であって、
超臨界ＣＯ2が、７３ｂａｒオーダのその臨界圧力Ｐｃと１００ｂａｒとの間の圧力で、及び、前記少なくとも１つの冷却回路の入口のところでの３１℃のオーダのその臨界温度Ｔｃと前記少なくとも１つの冷却回路の出口のところでの５０℃との間の温度で、循環されて、少なくとも４ｋＪ．ｋｇ-1に等しい前記超臨界ＣＯ2の比熱容量Ｃｐを有するようにする、炉の作動方法。
【請求項１５】
請求項１〜１３のうちいずれか一に記載の炉の作動方法であって、
交流電流が、少なくとも２つの互いに異なる周波数で同時に少なくとも１つのインダクタ内で循環される、炉の作動方法。
【請求項１６】
少なくとも１種類又は２種類以上の金属と１種類又は２種類以上の酸化物との混合物を溶解させる、請求項１〜１３のうちいずれか一に記載の炉の使用。
【請求項１７】
前記混合物は、金属（鋼、ジルコニウム等）と酸化物（酸化ウランＵＯ2、ジルコニウム等）と更にコンクリートの成分との混合物である、請求項１６記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１種類の導電性材料、例えば酸化物及び／又は金属、を溶解することが意図された電磁誘導炉であって、少なくとも１つのターンを有する少なくとも１つのインダクタと、少なくとも当該インダクタを冷却するのに適した少なくとも１つの冷却回路と、を備えた形式の電磁誘導炉に関する。
【０００２】
本発明は、特に、冷却回路のうちの少なくとも１つの中における新規な熱伝達流体の使用に関する。
【０００３】
本発明が特に標的とする１つの炉は、低温るつぼ型炉、と呼ばれる炉であり、これは、自己るつぼ型炉とも呼ばれている。
【０００４】
本発明は、低温るつぼ型炉に関して説明されるが、本発明は、るつぼを備えた状態で、即ち、容器を構成する物理的な壁を備えた状態で、例えば耐火物又は金属材料で作られたるつぼを備えた状態で製作されるにせよ、るつぼを備えていない状態で製作されるにせよ、任意の電磁誘導炉に適用される。
【０００５】
標的とされる特に有利な一用途は、コリウム（corium）に代表される、金属と酸化物、例えば酸化ウランＵＯ2、との混合物の溶解であり、その目的は、当該コリウムと熱伝達流体、例えば液体の水又はナトリウム、との相互作用を研究することにある。コリウムは、溶解材料（ＵＯ2、ＺｒＯ2、Ｚｒ、鋼）の混合物であり、当該混合物は、深刻な原子炉事故の場合、核燃料の集合体及び核制御棒の溶解中に生じる可能性がある。
【０００６】
本発明は、コリウムの溶解に関して説明されるが、本発明は、冷却回路が必要とされる任意の電磁誘導材料の溶解に適用される。かくして、本発明は、特に、鋳造又は冶金学において用いられる炉に利用される。
【背景技術】
【０００７】
先行技術
【０００８】
鋳造又は冶金学分野において、材料の製造にあたり、一般に、当該材料を溶解させて、種々の成分に対する液体又は温度の均一化を得る、又は、化学反応を当該液体内で実施することができる、ようにするのに足るほどの十分長い時間これらを液体状態に保つ必要がある。これを行うため、乱流混合が液体を撹拌することが重要である。かくして、これらの分野において、大きな塊状の金属の溶解を実施する極めてありふれた方法は、るつぼ内における電磁誘導加熱である。かかる方法の主要な利点は、その使用が簡単であること、その効率が高いこと、この方法により熱エネルギー源と金属との接触が回避されること、が挙げられる。
【０００９】
図１には、誘導炉１が示されている。この誘導炉１は、装入物３、すなわち或る特定の質量及び体積の導電性材料、を収容することが意図された「るつぼ」２を有する。るつぼ２は、当該るつぼ内に入っている装入物３を電磁誘導によって加熱することが意図された、或る特定の高い周波数の交流電流が流されるインダクタ４によって包囲されている。
【００１０】
図１に示されているように、るつぼの壁は、耐火材料、例えば黒鉛、で作られている。これらのるつぼの一欠点は、これらの壁が装入物の温度にまで上昇してしまうということにある。かくして、これら壁を構成する耐火材料及び当該耐火材料中に含まれている不純物は、装入物内に拡散する可能性がある。このことは、るつぼが反応性の高い材料、例えばチタン又は珪素を主成分とする合金、を収容することが意図されている場合に特に厄介であり、かかる反応性の高い材料の処理は、非常に高い純度の製品をもたらすことが意図されている。これは又、本発明者の分野である特定の具体化分野において厄介であり、即ち、具体的に説明すると、本発明者は、コリウムを代表する金属と酸化物との混合物（ＵＯ2、ＺｒＯ2、Ｚｒ、鋼）の溶解を実施する必要性に直面している。しかしながら、耐火材料の装入物内への拡散という同じ問題が生じるだけでなく、コリウムを溶解するために達成されるべき温度が３０００Ｋのオーダであり、ＵＯ2の融点は、このオーダのものである。トリウム（Ｔｈ）の放射能に起因して利用が不可能であるトリア（ＴｈＯ2）を除き、高温金属の存在に起因して当該温度に耐えることができる耐火材料は存在しない。
【００１１】
かくして、融点が極めて高い耐火材料及び／又は材料を用いて反応性材料の溶解を実施する上で考えられる解決手段は、同一の電磁誘導加熱原理を用いるものの「低温るつぼ」又は「低温壁型るつぼ」と呼ばれるタイプのるつぼを用いることである。技術文献は又、「自己るつぼ」型の誘導炉に言及している。と言うのは、炉の内周部のところで、装入物の実際の材料の凝固層が低温壁に対して被着形成され、これがるつぼの内壁を構成すると見なされ得るからである。低温るつぼ型炉は、少量の、典型的には数十キログラムの金属装入物の場合に、既に十分に試行されている。
【００１２】
かかる低温るつぼ型炉１′が、平面図で図２に示されている。るつぼ２は、互いに電気的に絶縁された数個の中空の長手方向区分２０の状態に垂直方向に分割されている導電性材料で作られた壁によって形成されている。これら区分２０は、通常、金属、例えば銅で作られており、銅は、電気抵抗が低く且つ熱交換性が良好であるという利点を有する。さらに、これら区分の内部には冷却剤（図示せず）、通常は水、の流れが通される。この冷却剤により、区分２０の内面を、装入物の融点よりも十分に低い温度、典型的には３００℃未満、で液体装入物と接触状態に保つことができる。
【００１３】
このるつぼ２は、交流電流Ｉが流されるインダクタ４内に配置されており、当該交流電流は、区分２０内に誘導電流Ｉを生じさせ、かかる誘導電流Ｉは、るつぼの内壁を通って流れることによって閉じ、磁界を生じさせる。かくして、インダクタ４内を流れる高周波電流は、区分２０の各々内に周辺電流を生じさせる。各区分２０の内壁上には、インダクタ内を流れる電流にインダクタのターンの個数を乗算して得られる大きさにほぼ等しい電流Ｉが見受けられる。各区分２０の内周部のところの電流の全ては、るつぼの収容装入物を加熱させるのに適した電磁界を生じさせる。確かに、かかるるつぼ内の導電性材料は、誘導電流のシート（seat）であり、これがインダクタ４により作られる磁界と相互作用してラプラスの力と呼ばれる起電力を生じさせる。かくして、誘導電流は、溶解が起こって液体装入物がラプラスの力により混合されるまで、装入物の材料を加熱することができる。
【００１４】
冷却回路に起因して、区分２０の内面の温度は、溶解状態の装入物の温度よりも非常に低く、溶解材料の急激な凝固がるつぼ２の区分２０との接触で、及び、フロアと呼ばれる炉の底部との接触で生じる。このことは、区分の材料と溶融材料との間の反応性を阻止する固体拡散バリヤ層を作る。換言すると、薄いクラスト（crust ）が数ミリメートルにわたって装入物の凝固によって生じる。
【００１５】
かくして、低温るつぼ型炉は、上述した耐火性るつぼ型誘導炉の利点の全て、例えば、るつぼによる汚染がないことによる装入物の高い純度に加えて高温での使用、溶解状態の液体装入物の組成を一様にすると共に熱伝達を向上させ、したがって温度の均一性を増大させる混合の実施、を有する。
【００１６】
レビテーション炉、と呼ばれている低温るつぼ型炉は又、レビテーション（浮揚又は浮揚溶解）原理に従って作動することができる。具体的に説明すると、るつぼの内壁は、底部に向かって円錐形の形状であり得て、この場合、断面は、頂部のところよりも底部のところの方が小さい。しかしながら、原理的には、磁界とるつぼの断面積との積は、るつぼの軸線全体にわたって実質的に一定である。したがって、この結果は、磁界がるつぼの頂部から底部まで大幅に増大するということである。この構成は、材料のレビテーションにとって完全に適している（理想的である）。と言うのは、るつぼ内に配置された導電性材料中の誘導反発力、即ちラプラス又はローレンツの力、が材料の下方部分のところで極めて大きく、上方部分に向かって減少するからである。したがって、固体又は液体の形態をした導電性材料は、かかるるつぼ内において、安定したレビテーションの状態に維持可能である。るつぼが低温なので、どのような電力の中断があっても危険ではない。と言うのは、るつぼ内にこぼれる液体は凝固するからである。インダクタを元に切り替える（ｏｎにする）ことにより、材料を再び溶解させると共に、レビテーションを再開させることができる。レビテーション状態では、材料は、劣化を生じることがないように制御された雰囲気との接触状態に配置され得る。さらに、電磁力は、溶解状態の液体中に乱流混合を誘起する。したがって、高い純度を得るための溶解条件を達成することができる。溶解は、接触なしで行われ、材料とるつぼとの間の熱交換は、熱放射によって起こり、したがって、熱交換は、極めて限定されたままである。
【００１７】
レビテーション原理に従って作動する炉は又、るつぼなしで存在する。図３には、かかるるつぼのないレビテーション炉１″が示されている。図示のように、かかる炉１″の唯一のインダクタ（誘導コイル）４は、６つのターン４１，４２，４３，４４，４５，４６から成っている。インダクタ内に配置された導電性材料の電磁レビテーションが、ラプラスの力を介して正確に起こるので、インダクタ（コイル）４は、底部のところが細くなっている円錐形の形を呈しなければならず、それにより、下方のターン４１，４２，４３の直径は（順に）増大する巻回形状を呈さなければならない。このようにして下方のターン４１，４２，４３により定められる円錐形の形態により、コイル４が交流電流下で電力供給された場合、図３に球の形態で表されている溶解させるべき装入物３を十分に上方に押すラプラスの力を生じさせることができる。これらラプラスの力は、重力に対抗する。装入物３をコイル４から噴出させないようにするためには、装入物を下方に戻す力を生じさせることが更に必要である。これを行うため、装入物３の上方の電流は、巻回体にループを作ることによって逆向きにされ、かくして、図３に示されているように、ターン４４は、他のターンの巻回軸線の外側に位置するループ４４ｉの状態に形作られる。この場合、電流は、この高さ位置では逆の方向に流れ、装入物３中にこれを下方に押す他のラプラスの力を生じさせる。かくして、電流を逆向きにするためのループ４４ｉを有する状態でのターン４１，４２，４３，４４，４５，４６の正確な寸法決めを保証することによって、装入物３のレビテーションを可能にするために装入物３に加えられる上向きの力と下向きの力との釣り合いが取られる。
【００１８】
さらに、かかるるつぼのないレビテーション炉１″は、インダクタ４の内側を通る冷却回路を有する。かくして、図３に示されているように、ターン４１〜４６は中空であり、熱伝達流体としての水が、下端部のところで供給開口部５０中に入り込み、出口開口部５１を経てインダクタから出る。かくして、インダクタ４を通って流れる水の流れにより、インダクタ４をその作動中に冷却することができる。
【００１９】
今日に至るまで、水が、るつぼ及び／又はちょうど今説明した誘導炉のインダクタのための冷却剤として用いられている。確かに、水は、大体において、溶解することが望まれる導電性材料の溶解温度にとって、十分である。
【００２０】
本発明者は、上記項で上述した理由で、誘導炉の冷却回路内において、水一般的には脱イオン水に取って代わる別の熱伝達流体を見出す必要性に直面している。
【００２１】
かくして、本発明者は、コリウムを溶解させる実際のステップのための機器を提案する必要があっただけでなく、更に、当該機器は、とりわけ、溶解状態のコリウムとナトリウムとの相互作用を研究することを可能にしなければならない。かくして、かかる機器は、溶解状態のコリウムが炉のドレーニング（draining）によってナトリウムで満たされた容器中に引き出される、というように提供される。しかしながら、広く知られているように、ナトリウムは、水と激しく反応する。したがって、安全基準に関する規則により、ナトリウムの存在下では水のいかなる使用も禁止されており、これは、本発明者の標的としている機器に当てはまる。
【００２２】
欧州特許第１４１９６７５（Ｂ１）号明細書は、低温るつぼ型炉の冷却回路内の水の量を減少させるために、冷却要素としてヒートパイプを使用することから成る解決策を開示している。当該開示された解決策を本発明者が標的としている機器に適用することはできない。と言うのは、ヒートパイプ内に存在する流体は、依然として水であり、これは、規則によって厳禁されているからである。
【００２３】
欧州特許第１４１９６７５（Ｂ１）号明細書の改良策は、規則に対応する目的として、ヒートパイプ内に水に代えて別の流体を用いることから成る。しかしながら、これにより、ヒートパイプ自体を冷却するという課題が生じる。
【００２４】
さらに、安全上の規則の理由で水に代えて別の熱伝達流体を用いるという必要性に加えて、今説明したばかりの誘導炉の冷却は、当該冷却が水を用いて実施される場合、ヒートバランスの点で最適ではない。確かに、水の熱容量Ｃｐは小さく、したがって、非縮小寸法の誘導炉、特にるつぼ誘導炉では、冷却は、炉及び／又はインダクタの高さ全体にわたって完全に均一であると言うにはほど遠い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】欧州特許第１４１９６７５（Ｂ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
したがって、電磁誘導炉、特に低温るつぼ型炉、において水以外の熱伝達流体、又は換言すると冷却剤、が要望されている。
【００２７】
特に、炉の作動中の電磁誘導の干渉を回避するよう、導電性ではない別の熱伝達流体が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
これを行うため、本発明の要旨は、その観点のうちの１つによれば、少なくとも１種類の導電性材料、例えば酸化物及び／又は金属を、溶解させることが意図された電磁誘導炉であって、少なくとも１つのターンを有する少なくとも１つのインダクタと、少なくとも当該インダクタを冷却するのに適した少なくとも１つの冷却回路と、を備えた電磁誘導炉において、少なくとも１つの冷却回路の熱伝達流体は、超臨界ＣＯ2である、ことを特徴とする電磁誘導炉にある。
【００２９】
「超臨界ＣＯ2」という表現は、７３ｂａｒオーダの圧力Ｐｃ及び３１℃オーダの温度Ｔｃを特徴とする超臨界状態、即ち、その臨界点の圧力及び温度条件よりも高い圧力及び温度条件下、にあるＣＯ2を意味すると理解される。
【００３０】
換言すれば、本発明は、誘導炉内に超臨界ＣＯ2による冷却方式を用いることから成り、それにより、第１に、誘導炉の安全性における改良を可能にする。即ち、
‐蒸気の爆発及び溶解状態の液体の噴出の防止。
‐漏れの検出の改善。具体的に言えば、熱伝達流体が先行技術の場合のように水である場合、僅かな量の漏れを検出することは困難であるが、検出器によるＣＯ2の検出及び炉の周りの換気システム内のその排気は、容易である。
【００３１】
さらに、誘導炉内における本発明の超臨界ＣＯ2の使用は、より安全である一方で、脱イオン水を用いた先行技術の冷却方式と比較して、誘導炉の全体的冷却が向上する。確かに、超臨界ＣＯ2は又、８０ｂａｒの圧力で約３５℃において典型的には３０〜４０ｋＪ／ｋｇのオーダの高い熱容量Ｃｐを有するという利点を提供し、これは、水の熱容量よりも遙かに高い。これにより、誘導炉の設計上の自由度が得られ、特に、るつぼ壁区分の直径及びインダクタのターンの直径は、低温るつぼ型炉における先行技術によるそれらよりも小さくすることができる。かくして、本発明によれば、インダクタのターン及びるつぼ壁の区分の数を増大させると共に、冷却回路のパイプの嵩高度（bulkness）を著しく減少させることができる。さらに、熱伝達流体としての超臨界ＣＯ2では、温度が最も高いゾーンである炉のるつぼの中心のところの冷却能力を最適化するために、流量を適合させることが可能である。かくして、本発明によれば、誘導炉のるつぼ内の温度は、先行技術のるつぼ内の温度よりも、より均一（一様）である。
【００３２】
本発明による超臨界ＣＯ2による誘導炉の冷却は、工業規模で実施できるという本質的な利点を有する。と言うのは、当該冷却が、クリーンであり、迅速であり、容易に制御可能であり、しかも先行技術の水での冷却とは異なり、極めて少量の原材料（小さい容積の超臨界ＣＯ2）を用いるからである。さらに、超臨界ＣＯ2は、容易に再生できるという利点を有する。
【００３３】
超臨界ＣＯ2は、広い視点によれば、自動車用空気調和システムにおける冷却剤としてのハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）に取って代わるということが想定されている。さらに、欧州特許第１７６２８０９号明細書に示されているように、超臨界ＣＯ2は、熱交換器内における熱冷却剤として既に想定されている。最後に、超臨界ＣＯ2は又、工業化学技術文献［１］（明細書の末尾に記載）において、溶剤としてますます用いられている。驚くべきこととして、炉、特には誘導炉、における超臨界ＣＯ2の使用は、全く想定されていなかった。有利な一実施形態によれば、電磁誘導炉は、少なくとも２つの連続するターンを有する少なくとも１つのインダクタを有し、ターンの巻回方向は、レビテーション炉を形成するべく、当該ターンを通る電流の方向を逆にするためにループを形成することによって互いに逆向きになっている。
【００３４】
有利な一実施形態では、電磁誘導炉は、溶解されるべき材料を収容するるつぼ、を備える。
【００３５】
当該実施形態によれば、そして有利な一変形例によれば、電磁誘導炉は、るつぼの壁を冷却するのに適した冷却回路を備える。
【００３６】
るつぼの壁は、好ましくは、低温るつぼ型炉を形成するよう、導電性材料で作られ、好ましくは銅で作られる。
【００３７】
るつぼ又は自己るつぼの壁は、有利には、フロアと呼ばれている底部を有する。フロアは、取り外し可能であるのが良く、あるいは、少なくとも溶解された材料を排出するための１つ又は２つ以上の貫通オリフィスを有するのが良い。
【００３８】
フロアは、好ましくは、導電性材料で作られ、好ましくは銅で作られる。
【００３９】
好ましい一変形実施形態では、電磁誘導炉は、少なくとも２つの互いに異なる周波数で同時に作動するインダクタを有する。
【００４０】
あるいは、別の好ましい変形例では、電磁誘導炉は、互いに異なる周波数で同時に作動する少なくとも２つの別々のインダクタを有する。
【００４１】
有利には、作動周波数の１つは、１種類又は２種類以上の金属を溶解させるのに適しており、別の作動周波数は、１種類又は２種類以上の酸化物を溶解させるのに適している。
【００４２】
少なくとも１つのインダクタの１つ又は複数の作動周波数は、好ましくは、１０〜５００ｋＨｚである。
【００４３】
本発明の別の要旨は、その観点のうちの別の観点によれば、今説明したばかりの炉の作動方法であって、超臨界ＣＯ2が、７３ｂａｒオーダのその臨界圧力Ｐｃと１００ｂａｒとの間の圧力で、及び、少なくとも１つの冷却回路の入口のところでの３１℃のオーダのその臨界温度Ｔｃと少なくとも１つの冷却回路の出口のところでの５０℃との間の温度で、循環されて、少なくとも４ｋＪ．ｋｇ-1に等しい超臨界ＣＯ2の比熱容量Ｃｐを有するようにする、ことを特徴とする炉の作動方法にある。
【００４４】
本発明の別の要旨は、その観点のうちの別の観点によれば、今説明したばかりの炉の作動方法であって、交流電流が少なくとも２つの互いに異なる周波数で同時に少なくとも１つのインダクタ内で循環されることを特徴とする炉の作動方法にある。
【００４５】
本発明の最後の要旨は、少なくとも１種類又は２種類以上の金属と１種類又は２種類以上の酸化物との混合物を溶解させる上述の炉の使用にある。
【００４６】
混合物は、金属（鋼、ジルコニウム等）と酸化物（酸化ウランＵＯ2、ジルコニア等）と更にコンクリートの成分との混合物であるのが良く、この混合物は、コリウムを代表している。
【００４７】
他の利点及び他の特徴は、添付の図を参照しながら、例示として且つ非限定的な例として与えられる詳細な説明を読めばより明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の冷却回路を用いることができる電磁誘導加熱方式のるつぼ型炉の部分切除斜視図である。
【図２】本発明の冷却回路を用いることができる低温るつぼ型炉を形成する電磁誘導加熱方式のるつぼ型炉の概略平面図である。
【図３】本発明の冷却回路を用いることができるレビテーション炉を形成するるつぼのない誘導炉の斜視図である。
【図４】本発明の冷却回路を有する低温るつぼ型炉の斜視図である。
【図５】本発明の誘導炉の周りに互いに同心状に配置可能な螺旋ターンを有する２つの同一のインダクタを示す斜視図である。
【図６】誘導炉のための冷却剤として本発明に従って用いられる超臨界ＣＯ2の熱容量Ｃｐの変化の曲線を示す図である。
【図７】所与の寸法のチャネル内の所与の流量の超臨界ＣＯ2の温度の変化の曲線、及び、比較としての、同等のチャネル寸法及び流量条件における水の温度の変化の曲線、を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本願全体を通じて、「鉛直」、「下方」、「上方」、「底部」、「頂部」、「〜より下」及び「〜の上」という用語は、鉛直作動形態に配置された誘導炉に対して参照（関係）付けられているものと理解されるべきである。かくして、作動形態において、当該炉は、溶解状態の材料を排出するその底部が下方に向けられた状態で、鉛直に配置されている。
【００５０】
図１〜図３は、背景技術の項において既に取り上げられている。したがって、これらの図については、以下においては詳細に説明しない。
【００５１】
図４には、低温るつぼ型炉１′が示されており、当該低温るつぼ型炉は、本発明に従う少なくとも１つの冷却回路５を有している。即ち、当該少なくとも１つの冷却回路５内においては、熱伝達流体は、超臨界ＣＯ2である。かかる炉１′は、好ましくは、金属と酸化物、例えば酸化ウランＵＯ2、との混合物から成る装入物の溶解を実施することが意図されており、当該混合物は、コリウムの代表例である。
【００５２】
かかる炉１′は、少なくとも１つのターンを有するインダクタ、即ち、電磁誘導コイル４、によって包囲された銅製のるつぼ２を有している。図示の実施例では、インダクタ４は、互いに同一であり且つ互いに等距離である７つの連続するターン４１〜４７を有している。
【００５３】
図示されていないが、るつぼ２の側壁は、或る特定の数の同一の区分２０に分割されている。この数は、図４の実施例では、８に等しい。
【００５４】
るつぼ２は、フロアと呼ばれる底部を更に有し、当該底部は、図示されていない。底部は、取り外し可能であるのが良く、又は、かかる底部には１つ又は２つ以上の貫通開口部が穴あけされているのが良く、その目的は、１種類又は複数種類の材料が溶解により液体状態になった後、この材料又はこれら材料の混合物の排出を可能にすることにある。
【００５５】
かくして、るつぼ２の側壁を区分２０に分割することによって、交流電流がインダクタ４のターンを通る際に、誘導電流は、るつぼの周辺部のところに局在化したままではなく、図２を参照して背景の技術の項で既に説明したように、各区分２０をぐるりと流れる。かくして、インダクタ４（コイル）を通る電流Ｉは、るつぼ２上に電流を誘起させ、後者の電流は、るつぼ内に収容されている少なくとも１つの導電性材料を含む装入物内に電流を生じさせる。すると、当該装入物は、ジュール効果により溶解する。溶解された装入物が液体になると、当該装入物は、冷却回路５によって冷却されているるつぼ２の壁に接触し、それにより当該装入物は凝固し、かくして自己るつぼ、即ち、るつぼ２内に当初導入された装入物の材料からなる固体の層、が作られる。
【００５６】
かかる低温るつぼ型炉１″の使用は、コリウムの代表例である酸化ウランと金属との混合物から成る装入物を溶解させる上で、有利である。確かに、酸化ウランの融点は、２８６５℃のオーダであり、これは金属、特にはステンレス鋼、の融点よりも遙かに高い。これら温度における金属は、粘度が事実上ゼロであるという特徴を有し、即ち、金属がるつぼの最も小さな亀裂中にでも入り込み得るという特徴を有する。上述したような自己るつぼの形成により、一方において、溶解されるべき装入物中に存在する金属がるつぼの壁の構成金属を如何なる場合であれ攻撃することがなく、他方において、材料の混合物がその初期の純度を保つ、ということが保証される。
【００５７】
好ましくは、電気的絶縁性の材料で作られている図示されていない要素が、２つの連続する（隣り合う）区分２０の間に配置される。かかる絶縁性要素は、漏れを防止して熱損失を減少させるのに役立つだけでなく、炉の作動中における銅区分２０相互間における電弧（electric arc）の形成を最小限に抑えるのに役立つ。
【００５８】
図４に示されているように、超臨界ＣＯ2を用いる本発明の冷却回路５も、るつぼ２の区分２０の周辺のところに配置された多くの冷却区分に分割されている。図示の実施例では、冷却区分５．１〜５．８の数は、銅区分２０の数に等しく、即ち、８つの区分である。より具体的に説明すれば、図４に示されているように、各区分５．１〜５．８は、るつぼ２の側壁の区分２０の外側で接合された３本の管を有しており、これら管は、共通のコレクタ内に開口している。これら管は、有利には、導電性材料で作られ、好ましくは銅で作られている。当該管をるつぼ２の壁に取り付ける方法に関しては、任意の公知の手段を想定することができる。一例を挙げると、高温に耐える断熱性の材料で作られたプレートの助けによる取り付け方式を想定することが可能である。
【００５９】
かくして、本発明によれば、炉の作動中、冷却区分５．１〜５．８の各管内で超臨界ＣＯ2が循環される。
【００６０】
さらに、本発明によれば、インダクタ４の内部に配置された追加の冷却回路によりインダクタ４のターン４１〜４８を冷却することが想定され得る。換言すれば、超臨界ＣＯ2を用いたインダクタ４のターン４１〜４８の内部における循環を想定することが可能である。
【００６１】
有利な一実施形態によれば、溶解されるべき装入物が酸化物と少なくとも１種類の金属との混合物、例えばコリウムを代表する混合物、から成る場合、少なくとも２つの互いに異なる周波数で同時に作用する交流電流がインダクタ４内を流される。確かに、典型的には１３００℃付近である金属、例えば鋼、の温度は、２８６５℃付近の酸化物、例えば酸化ウランＵＯ2、の温度よりも実質的に低い。
【００６２】
かくして、一方が金属の誘導溶解に適し、他方が酸化物の誘導溶解に適する、という２つの互いに異なる周波数で電流を流すことによって、混合、及びかくして均一混合物の実現、を保証しながらの混合物の成分の同時溶解が保証される。加うるに、溶解プロセス全体を通じて、１種類又は複数種類の金属がるつぼの壁に直接接触することがない、ということが保証される。確かに、一方において、同一材料の場合、誘導周波数が低ければ低いほど、電磁波が当該材料にそれだけ一層侵入し、したがってバルク内のジュール効果による発熱をそれだけ一層生じさせる。さらに、上述したように、融点の差に起因して、酸化物は、より高い誘導周波数を必要とし、金属は、より低い誘導周波数を必要とする。最後に、炉内における溶解プロセスが一旦開始されると、金属は、酸化物が溶解し始めたときには事実上ゼロの粘度を持つ。かくして、本発明の炉の作動に単一の誘導周波数を用いると、るつぼの壁中に存在する最も小さな亀裂中への溶解金属の入り込みのリスクが存在したままである。また、かかる壁上への金属の凝集のリスクも存在し、これは、電磁波に対するスクリーン（遮蔽体）を作り、オプションとしてインダクタを劣化させる、という有害な効果をもたらす。したがって、２つの互いに異なる周波数での本発明の炉の作動は、これらのリスクを回避し、あるいは、少なくとも減少させる、ことを可能にする。溶解プロセス全体を通じて、金属はるつぼの内側に向かって押し戻される。かくして、溶解成分の平衡系内で、均一混合物が得られる。
【００６３】
かくして、好ましくは、インダクタ４の動作周波数は、１０〜５００ｋＨｚである。有効動作周波数は、１００ｋＨｚの付近にある。
【００６４】
変形例として、一方が金属の誘導溶解に適した周波数で動作し、他方が酸化物の誘導溶解に適した周波数で動作する、という２つの別々のインダクタの使用を想定することが可能である。この変形例は、超臨界ＣＯ2の使用によって実施容易であり、それは、その高い有効性により、ターンの直径を２分の１にすることを想定することを可能にする。図５には、各々が６つの螺旋ターン４１〜４６を有する、２つの同一のインダクタ４Ａ，４Ｂが示されている。これらターンは、単一のインダクタ４ではなく、上述のるつぼ２周りに互いに入れ子状に同心状に配置されるのが良い。本発明による冷却剤としての超臨界ＣＯ2の使用により、単一のインダクタ４の直径の２分の１以下である２つのインダクタ４Ａ，４Ｂのターンの直径Φを想定することが可能である。
【００６５】
図６は、比熱容量Ｃｐ（熱容量）のために、誘導炉のための冷却剤として水ではなく超臨界ＣＯ2を用いる顕著な利点を明確に示している。かくして、図６のこの曲線から、熱容量Ｃｐが３０℃〜４０℃で極めて大幅に増大し、３５ｋＪ．ｋｇ-1に近い値、即ち、水の熱容量の１０倍以上にもなる値を達成することが、分かる。したがって、本発明によれば、るつぼ壁の区分２０の直径及び／又はインダクタ４のターンの直径について、既存の低温るつぼ型炉の直径に対して１／２までの、非常に大幅な減少を想定することが可能である。
【００６６】
図７は、本発明に従って超臨界ＣＯ2を用いた所与の流量での所与の寸法のチャネル内の流体の温度の変化と、先行技術による水を用いた均等条件（直径及び流量）のチャネル内の流体の温度の変化と、の比較を更に示している。観察されるように、水の温度の変化は、直線的であり、これに対し、超臨界ＣＯ2の温度の変化は、温度に従う超臨界ＣＯ2の熱容量の増大に起因してより急激に大きくなる。このことから演繹できることとして、超臨界ＣＯ2を用いると、誘導炉のるつぼ２の中心のところ、即ち、温度が最大であるところの冷却能力を最適化するために流量を適合させることが可能である。かくして、るつぼ型誘導炉のための冷却剤としての超臨界ＣＯ2の使用による利点は、るつぼ内の温度をより一様にすることである。
【００６７】
本発明は、今説明した実施例には限定されず、特に、図示された実施例の特徴は、図示されていない変形例において互いに組み合わせることが可能である。
【００６８】
引用文献
【００６９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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