WO2011052653A1 - 電力回生装置および電力回生方法、電力蓄電システムおよび電力蓄電方法、ならびに高周波装置 - Google Patents

電力回生装置および電力回生方法、電力蓄電システムおよび電力蓄電方法、ならびに高周波装置 Download PDF

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古川　実
正 白土
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Definitions

  • the present invention relates to a power regeneration device and a power regeneration method for regenerating high-frequency power, a power storage system and a power storage method for storing high-frequency power, and a high-frequency device.
  • FIG. 23 is a block diagram showing a configuration of a high-frequency heating device which is an example of a high-frequency device.
  • the high-frequency heating device 500 includes a high-frequency generator 1 as a high-frequency source that generates microwaves and a heating chamber 6 as a high-frequency load.
  • the high frequency generator 1 is comprised from the magnetron which is a microwave oscillator, a power supply device, a control circuit, etc., for example.
  • the high frequency generator 1 and the heating chamber 6 are connected by a waveguide 2 which is a transmission path for transmitting a high frequency.
  • a circulator 3, a power monitor 4 and a matching unit 5 are provided on the waveguide 2, a circulator 3, a power monitor 4 and a matching unit 5 are provided. They are arranged sequentially.
  • the high-frequency generator 1 generates a 2.4 to 2.5 GHz microwave W corresponding to the water absorption band, and the microwave W is transmitted through the waveguide 2, and in turn, a circulator 3, a power monitor 4, It passes through the matching unit 5 and reaches the heating chamber 6.
  • the power monitor 4 monitors the intensity of the microwave W passing therethrough and displays the intensity.
  • the matching unit 5 is used to match the impedance between the waveguide 2 and the heating chamber 6.
  • FIG. 24 is a diagram for explaining heating of the object to be heated O in the heating chamber 6 shown in FIG.
  • the heating chamber 6 includes a turntable 6a on which an object to be heated O containing moisture is placed, a stirrer fan 6b that randomly reflects the microwave W, and an electric heater 6c for heating the oven.
  • the microwave W introduced from the waveguide 2 connected to the matching unit 5 rotates while receiving reflection from the inner wall 6 d of the heating chamber 6 and random reflection from the stirrer fan 6 b.
  • the heated object O is absorbed by the heated object O on the turntable 6a, and the heated object O is heated. Further, in the heating chamber 6, the object to be heated O can be heated by the electric heater 6 c to be heated in the oven.
  • the microwave W that has not been used for heating the object to be heated O in the heating chamber 6 is output from the waveguide 2 as a reflected microwave RW having the same frequency as the microwave W. Then, as shown in FIG. 23, it returns through the waveguide 2, sequentially passes through the matching unit 5 and the power monitor 4, and reaches the circulator 3.
  • the circulator 3 has a first port 3a, a second port 3b, and a third port 3c, and outputs the microwave W input from the first port 3a to the second port 3b.
  • the reflected microwave RW input from the second port 3b has a function of outputting from the third port 3c.
  • the circulator 3 has a function of preventing the reflected microwave RW from returning to the high frequency generator 1 and preventing damage to the high frequency generator 1 or unstable operation.
  • a load called a dummy load 7 is connected to the third port 3 c of the circulator 3.
  • the dummy load 7 is configured to absorb the reflected microwave RW output from the third port 3c by the absorber, convert the electric power of the reflected microwave RW into heat, and discard the electric power as heat.
  • a cooling means such as a cooling fan is provided on the dummy load (see Non-Patent Document 1).
  • Circulators connected with such dummy loads are not limited to high-frequency heating devices, but are widely used in high-frequency devices such as elementary particle accelerators and wireless communication devices (see Non-Patent Documents 2 and 3).
  • the reflected high-frequency power reflected and returned from the high-frequency load is converted into heat by the dummy load, and is simply dissipated and discarded.
  • the reflected high-frequency power is large and a cooling means such as a cooling fan or cooling water is provided on the dummy load, power for operating the cooling means is required, which further reduces energy efficiency.
  • the present invention has been made in view of the above, and a power regeneration device and a power regeneration method that can regenerate and use high-frequency power efficiently, a power storage system and a power storage method that store and use high-frequency power efficiently
  • An object of the present invention is to provide a high-frequency device that can efficiently use high-frequency power.
  • a power regeneration device is disposed on a transmission line that transmits a high frequency from a high frequency source to a high frequency load, and the high frequency load reflects the high frequency.
  • An extraction unit for extracting the generated reflected high frequency and a high frequency / DC conversion unit for converting the reflected high frequency extracted by the extraction unit into DC power are provided.
  • the power regeneration device is characterized in that, in the above-described invention, the power regeneration device further includes a branching unit that branches and outputs the reflected high frequency extracted by the extraction unit.
  • the high-frequency / direct-current converter receives the reflected high frequency, and outputs an AC power corresponding to the received reflected high frequency, and the antenna And a rectifying unit that rectifies the AC power output by the unit.
  • the high-frequency / DC conversion unit includes a plurality of the antenna units and a reflective high-frequency transmission path that transmits the reflected high-frequency wave. Is characterized in that the reflected high-frequency waves transmitted in the reflected high-frequency transmission path are distributedly arranged so as to be received by the respective antenna units.
  • the power regeneration device is characterized in that, in the above-mentioned invention, the reflection high-frequency transmission line includes a radial waveguide.
  • the power regeneration device is characterized in that, in the above invention, the high frequency / DC conversion section includes a vacuum tube for converting the reflected high frequency into DC power.
  • the take-out unit outputs a first port to which a high frequency generated by the high frequency source is input, and outputs the input high frequency to the high frequency load.
  • a circulator having a second port to which the reflected high frequency is input and a third port for extracting the input reflected high frequency is provided.
  • the power regeneration device is characterized in that, in the above-described invention, the power regeneration device further includes a voltage control unit that controls and outputs the DC power output from the high-frequency / DC conversion unit to a predetermined voltage.
  • a power storage system includes any one of the above-described power regeneration devices, and a power storage device that stores DC power output from the power regeneration device.
  • the high-frequency device includes a high-frequency source, a high-frequency load, a transmission line that transmits a high frequency from the high-frequency source to the high-frequency load, and any one of the above-described inventions disposed on the transmission line.
  • a power regeneration device or the power storage system according to the above invention is provided.
  • the high frequency device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the high frequency load is a heating chamber for performing high frequency heating.
  • the high-frequency device is characterized in that, in the above-mentioned invention, the high-frequency load is an antenna that transmits and receives a high-frequency signal wave.
  • the power regeneration method includes an extraction step of extracting a reflected high frequency generated by the high frequency load reflecting the high frequency on a transmission path for transmitting the high frequency from a high frequency source to the high frequency load, and the extracted reflected high frequency. And a high frequency / direct current conversion step for converting the power into direct current power.
  • the power regeneration method according to the present invention includes a branching step of branching the extracted reflected high frequency in the above invention, wherein the high frequency / DC conversion step converts each branched reflected high frequency into DC power. It is characterized by.
  • the high frequency / DC conversion step receives the reflected high frequency, and outputs AC power corresponding to the received reflected high frequency, and the output And a rectifying step for rectifying the AC power.
  • the receiving step receives the reflected high-frequency signal extracted by the plurality of antennas distributed on the high-frequency reflection transmission line while transmitting the reflection high-frequency transmission line to the reflection high-frequency transmission line. It is characterized by performing.
  • the power regeneration method according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the reception step uses the reflection high-frequency transmission line including a radial waveguide.
  • the power regeneration method according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the power regeneration method further includes a voltage control step of controlling the DC power output in the high-frequency / DC conversion step to a predetermined voltage and outputting the voltage.
  • the power storage method according to the present invention is characterized by storing DC power regenerated by any one of the power regeneration methods of the above invention.
  • a power regeneration device and a power regeneration method that can efficiently use high-frequency power, a power storage system that can store and use high-frequency power efficiently, and There is an effect that it is possible to realize a power storage method and a high-frequency device that can efficiently use high-frequency power.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the high-frequency heating device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of the power regeneration device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the high-frequency / DC converter and voltage controller shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA of the high-frequency / DC converter shown in FIG.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional side view of the high-frequency / DC converter shown in FIG.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the rectifying unit.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the voltage controller.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a power regeneration device according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a power regeneration device according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic partially transparent perspective view showing the high-frequency / DC converter according to Embodiment 4.
  • 11 is a cross-sectional view of the high-frequency / DC converter shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the arrangement of rectenna elements in the radial waveguide section shown in FIG.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of the power regeneration device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a high-frequency heating device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing an external appearance of the microwave oven according to the seventh embodiment when the door is opened.
  • FIG. 10 is a schematic partially transparent perspective view showing the high-frequency / DC converter according to Embodiment 4.
  • 11 is a cross-sectional view of the high-frequency / DC converter shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the arrangement
  • FIG. 16 is a perspective view schematically showing the internal configuration of the microwave oven shown in FIG. 15.
  • FIG. 17 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the high-frequency / DC conversion circuit.
  • FIG. 18 is a diagram showing an example of the high-frequency / DC conversion circuit shown in FIG. 17 configured by a microstrip line.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a modification of the high-frequency / DC conversion circuit shown in FIG.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of the high-frequency / DC conversion circuit shown in FIG. 19 constituted by microstrip lines.
  • FIG. 21 configured by a microstrip line.
  • FIG. 23 is a block diagram illustrating a configuration of a high-frequency heating device that is an example of the high-frequency device.
  • FIG. 24 is a diagram for describing heating of an object to be heated in the heating chamber shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the high-frequency heating device according to the first embodiment.
  • This high-frequency heating device 100 includes a high-frequency generator 1 and a heating chamber 6 as in the high-frequency heating device 500 shown in FIG. Further, the high frequency generator 1 and the heating chamber 6 are connected by a waveguide 2 which is a transmission path for transmitting a high frequency.
  • a circulator 3, a power monitor 4 and a matching unit 5 are provided on the waveguide 2, a circulator 3, a power monitor 4 and a matching unit 5 are provided. They are arranged sequentially.
  • the high-frequency heating device 100 includes a high-frequency / DC converter 8 connected to the third port 3 c of the circulator 3 and a voltage controller 9 connected to the high-frequency / DC converter 8.
  • the circulator 3, the high frequency / DC converter 8, and the voltage controller 9 constitute a power regeneration device 11. Further, the high frequency / DC converter 8 and the voltage controller 9, and the voltage controller 9 and the high frequency generator 1 are connected by a power transmission line 10.
  • the high frequency generator 1 generates a microwave W having a frequency of 2.4 to 2.5 GHz.
  • the microwave W is transmitted through the waveguide 2 and sequentially passes through the circulator 3, the power monitor 4, and the matching unit 5. And reach the heating chamber 6.
  • the circulator 3 outputs the microwave W input from the first port 3a to the second port 3b.
  • the heating chamber 6 functions in the same manner as the high-frequency heating device 500. That is, as shown in FIG. 24, the microwave W introduced from the waveguide 2 connected to the matching unit 5 rotates while receiving reflection by the inner wall 6d of the heating chamber 6 and random reflection by the stirrer fan 6b.
  • the object to be heated O which is placed on the turntable 6a and contains water, is absorbed and heats the object to be heated O.
  • the object to be heated O may be heated by the electric heater 6c and heated in the oven.
  • the microwave W that has not been used for heating the object to be heated O in the heating chamber 6 is output from the waveguide 2 as a reflected microwave RW having the same frequency as the microwave W, and the matching unit 5 and the power monitor 4 are sequentially turned on. Pass through and reach the circulator 3.
  • the circulator 3 outputs the reflected microwave RW input from the second port 3b from the third port 3c. That is, the circulator 3 functions as an extraction portion that extracts the reflected microwave RW from the waveguide 2 that connects the high-frequency generator 1 and the heating chamber 6.
  • the high frequency / DC converter 8 converts the reflected microwave RW taken out by the circulator 3 into DC power DC1 and outputs it.
  • This direct-current power DC1 is input to the voltage controller 9 via the power transmission line 10.
  • the voltage controller 9 controls the input DC power DC1 to a predetermined voltage and outputs it as DC power DC2.
  • This direct-current power DC2 is input to the high-frequency generator 1 through the power transmission line 10, and is used as part of the power for generating the microwave W in the high-frequency generator 1.
  • the power regeneration device 11 regenerates the reflected microwave RW taken out by the circulator 3 as the DC power DC1, and further outputs the DC power DC2 controlled to a predetermined voltage based on the DC power DC1 to generate a high frequency. It is comprised so that it can reuse as electric power which operates device 1. Therefore, the high-frequency heating device 100 effectively uses the power of the reflected microwave RW that has simply been discarded as heat by the power regeneration device 11 to realize efficient energy use. As a result, the high-frequency heating apparatus 100 can reduce the amount of power used, so that the operation cost of the apparatus can be reduced, and it is preferable from the viewpoint of energy saving and ecology.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the power regeneration device 11 shown in FIG.
  • the circulator 3 is formed of a waveguide having a rectangular cross section, for example, and outputs a first port 3a to which the microwave W is input and a microwave W input from the first port 3a. It has the 2nd port 3b into which the reflected microwave RW is input, and the 3rd port 3c which takes out the reflected microwave RW input from the 2nd port 3b.
  • the high frequency / DC converter 8 is connected to the third port 3c.
  • the voltage controller 9 is provided at one end of the high-frequency / DC converter 8 and is connected to the high-frequency / DC converter 8 and the high-frequency generator 1 via a power transmission line 10.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the high-frequency / DC converter 8 and the voltage controller 9 shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA of the high-frequency / DC converter 8 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional side view of the high-frequency / DC converter 8 shown in FIG.
  • the high-frequency / DC converter 8 includes a plurality of rectennas (rectennas) including a waveguide 81, a rod-shaped antenna probe 82a as an antenna unit, and a rectifying unit 82b.
  • straightening part 82b are provided.
  • Each rectifier 82 b is connected to the power transmission line 10.
  • the waveguide 81 is a waveguide having a rectangular cross section along line AA perpendicular to the longitudinal direction thereof, and is connected to the third port 3c at the opening 81a and taken out from the third port 3c. It functions as a reflection high-frequency transmission path for transmitting the reflection microwave RW.
  • a large number of holes 81b arranged in a lattice pattern are formed on both long sides of the cross section of the waveguide 81.
  • the rectenna elements 82 are dispersed and arranged in a lattice shape corresponding to the positions of the holes 81b of the waveguide 81.
  • the antenna probe 82a is inserted into the hole 81b and protrudes into the waveguide 81.
  • the reflected microwave RW input to the waveguide 81 from the opening 81 a is transmitted in the longitudinal direction of the waveguide 81 as shown in FIG. 5 while forming an electric field distribution corresponding to the cross-sectional shape of the waveguide 81.
  • the antenna probe 82a receives the reflected microwave RW to be transmitted and outputs AC power corresponding to the received power.
  • each antenna probe 82a of each rectenna element 82 gradually receives the reflected microwave RW transmitted in the longitudinal direction through the waveguide 81 at the position where the antenna probe 82a is disposed.
  • the power of the reflected microwave RW can be acquired efficiently.
  • the permissible reception power per rectenna element 82 can be reduced, the power high-frequency / DC converter 8 having a large permissible reception power can be configured at low cost by using an inexpensive rectenna element 82.
  • each antenna probe 82 a is set according to the electric field intensity distribution of the reflected microwave RW in the waveguide 81. That is, the antenna probe 82a at a position where the electric field strength is high is set short, and the antenna probe 82a at a position where the electric field strength is low is set long.
  • the electric field strength of the reflected microwave RW is distributed so as to be highest at the central portion of the cross section of the waveguide 81 and lower toward the peripheral portion.
  • the antenna probe 82a is set to be short at the center of the cross section and longer toward the periphery.
  • the electric field strength is highest on the opening 81a side, and is gradually received mainly by the transmission loss and the antenna probe 82a as it is transmitted through the waveguide 81. The electric field strength becomes lower due to the loss caused by this.
  • the antenna probe 82a is set short on the opening 81a side, and is set longer as it goes in the transmission direction of the reflected microwave RW.
  • the waveguide 81 having a rectangular cross section is used.
  • a cylindrical waveguide having a circular cross section may be used.
  • the electric field intensity of the reflected microwave RW is isotropically distributed in the circumferential direction of the cylindrical waveguide. Therefore, an antenna probe disposed on the same circumference of the cylindrical waveguide. If the lengths are set to be the same, the power of the reflected microwave RW received by these becomes equal.
  • the length and arrangement of the antenna probe 82a are not limited to those of the first embodiment.
  • the antenna probe 82a is set long at a position where the electric field intensity of the reflected microwave RW is high, or the antenna probe 82a is arranged at a high arrangement density to receive more high-frequency power at a position where the electric field intensity is high. You may do it.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the rectifying unit 82b. As shown in FIG. 6, the rectifying unit 82b is configured by sequentially connecting an input filter 82ba, a rectifier 82bb, and an output filter 82bc.
  • the input filter 82ba receives the input of the AC power AC1 output from the antenna probe 82a, removes frequency components other than the frequency of the reflected microwave RW included in the AC power AC1, and outputs it as AC power AC2.
  • the rectifier 82bb rectifies the AC power AC2 output from the input filter 82ba and outputs it as DC power DC3.
  • the direct current power DC3 also includes a harmonic component of the frequency of the reflected microwave RW that is generated when the rectifier 82bb rectifies the alternating current power AC2.
  • the output filter 82bc removes harmonic components contained in the DC power DC3 output from the rectifier 82bb, and outputs it as DC power DC1.
  • the reflected microwave RW taken out by the circulator 3 is regenerated as DC power DC1.
  • the harmonic component generated in the rectifier 82bb is also output to the input filter 82ba side, but is blocked by the input filter 82ba. Therefore, it is possible to prevent this harmonic from being transmitted from the antenna probe 82a and reaching the high frequency generator 1 to cause unstable operation or the like.
  • the input filter 82ba and the output filter 82bc can be realized by a band pass filter or a low pass filter that transmits the frequency of the reflected microwave RW and cuts off the harmonics, and can be configured by, for example, an RLC circuit.
  • the rectifier 82bb can be configured by a diode, for example.
  • the voltage controller 9 has a function of controlling the voltage of the DC power DC1 output from the high-frequency / DC converter 8 and outputting the DC power DC2 having a predetermined voltage.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the voltage controller 9.
  • the voltage controller 9 shown in FIG. 7 includes a step-up DC-DC converter including a coil 91, a diode 92, a capacitor 93, a field effect transistor (FET) 94, a control unit 95, and a driver 96.
  • the control unit 95 is configured using, for example, an error amplifier to which a reference voltage is input
  • the driver 96 is configured using, for example, a PWM circuit.
  • the control unit 95 compares the input voltage value with the reference voltage and sends a control signal corresponding to the difference to the driver. Output to 96.
  • the driver 96 performs switching of the FET 94 by PWM control according to the control signal, and controls the DC power DC2 to a desired reference voltage value.
  • the voltage of the DC power DC1 output from the RF / DC converter 8 changes depending on the power intensity of the reflected microwave RW received by the antenna probe 82a. 1 can be supplied with DC power DC2 having a stable voltage.
  • the voltage controller 9 shown in FIG. 7 has a configuration of a step-up DC-DC converter, but a configuration of a step-down or step-up / step-down DC-DC converter may be adopted as appropriate. Further, instead of the FET 94, another switching element such as a bipolar transistor may be used.
  • the high-frequency heating device 100 effectively uses the power of the reflected microwave RW that has been simply discarded as heat by the power regeneration device 11, and uses energy efficiently. Can be realized.
  • the microwave power recovery efficiency ⁇ total in the high-frequency heating apparatus 100 can be calculated by the following equation (1).
  • ⁇ total (1- ⁇ heat) ⁇ (1-Lc) ⁇ rfdc ⁇ ⁇ dcdc (1)
  • ⁇ heat is a ratio used for heating the article to be heated O in the electric power of the microwave W supplied to the heating chamber 6. It is assumed that all the microwaves W that are not used for heating become reflected microwaves RW.
  • Lc is the waveguide loss of the reflected microwave RW from the heating chamber 6 to the waveguide 81.
  • ⁇ rfdc is the conversion efficiency from the reflected microwave RW to the DC power DC1 in the rectenna element 82.
  • ⁇ dcdc is the conversion efficiency of the voltage controller 9.
  • Equation (1) if ⁇ heat is 50%, Lc is 10%, ⁇ rfdc is 80%, and ⁇ dcdc is 98%, ⁇ total is about 35%, and high power regeneration efficiency is realized.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a power regeneration device according to the second embodiment.
  • the power regeneration device 12 is connected to the circulator 3, a T-branch waveguide 13 as a branching unit, two high-frequency / DC converters 8, and each high-frequency / DC converter 8.
  • a voltage controller 9 and a power transmission line 10 are provided.
  • the T-branch waveguide 13 includes a first port 13a, a second port 13b, and a third port 13c.
  • the first port 13a is connected to the third port 3c of the circulator 3, and the high frequency / DC converter 8, the voltage controller 9, and the power transmission line 10 are connected to the second port 13b and the third port 13c, respectively. Yes.
  • the T-branch waveguide 13 bifurcates the reflected microwave RW taken out by the circulator 3 to the third port 3c and outputs the reflected microwaves RW3 and RW4 to the second port 13b and the third port 13c, respectively.
  • each high frequency / DC converter 8 connected to each of the second port 13b and the third port 13c converts the output reflected microwaves RW3 and RW4 into DC power, respectively.
  • each voltage controller 9 controls the input DC power to a predetermined voltage and outputs it to the high-frequency generator 1 via each power transmission line 10.
  • the power of the reflected microwaves RW 3 and RW 4 input to each high-frequency / DC converter 8 is 1 ⁇ 2 of the power of the reflected microwave RW extracted from the circulator 3.
  • a reflected microwave RW having a power twice the allowable value of the microwave power that can be input to the high frequency / DC converter 8 can be input. Therefore, the power regeneration device 12 uses the same high frequency / DC converter 8 as the power regeneration device 11 of the first embodiment, but has a dynamic range of microwave input power that is twice that of the power regeneration device 11. It will be wide.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a power regeneration device according to the third embodiment.
  • the power regeneration device 14 has a configuration in which the T branch waveguide 13 is replaced with a T branch waveguide 15 in the power regeneration device 12 of the second embodiment.
  • the T-branch waveguide 15 includes a first port 15a connected to the third port 3c of the circulator 3, and a second port 15b and a third port 15c connected to the two high-frequency / DC converters 8, respectively. ing.
  • the T-branch waveguide 15 has a length L from the central axis X of the first port 15a to the second port 15b, a length from the central axis X to the third port 15c of L + D, and a third Port 15c has an asymmetric T shape with an offset by D. Further, if the wavelength of the reflected microwave RW in the T-branch waveguide 15 is ⁇ g, D is set to ⁇ g / 4.
  • the T-branch waveguide 15 bifurcates the reflected microwave RW taken out by the circulator 3 to the third port 3c and outputs the reflected microwaves RW5 and RW6 to the second port 15b and the third port 15c, respectively.
  • each high frequency / DC converter 8 connected to each of the second port 15b and the third port 15c converts the output reflected microwaves RW5 and RW6 into DC power, respectively, and passes through each transmission line 10.
  • each voltage controller 9 controls the input DC power to a predetermined voltage and outputs it to the high-frequency generator 1 via each power transmission line 10.
  • each of the reflected microwaves RW5 and RW6 may be reflected inside each high-frequency / DC converter 8 and returned as reflected microwaves RW7 and RW8.
  • D is set to ⁇ g / 4 as described above, it is considered that the reflected microwaves RW6 and RW8 are transmitted by D longer than each of the reflected microwaves RW5 and RW7.
  • the offset D of the T-branch waveguide 15 is not limited to ⁇ g / 4.
  • a harmonic component of the frequency of the reflected microwave is generated. Normally, this harmonic component is blocked by the input filter 82ba of the rectifying unit 82b. However, when there is no input filter 82ba or when a high-intensity harmonic component is generated, this harmonic component (especially the second harmonic component) leaks, and the second harmonic microwave (hereinafter referred to as the second harmonic component) is leaked from the antenna probe 82a. May be output as a second harmonic).
  • the offset D of the T-branch waveguide 15 is set to ⁇ g / 6
  • the double wave output from the two high-frequency / DC converters 8 is combined in the T-branch waveguide 15. Are prevented from being output from the first port 15a of the T-branch waveguide 15.
  • the path difference of the second harmonic wave output from the third port 15c side with respect to the second harmonic wave output from the second port 15b side is that the two-branched reflected microwaves that are the basis of the second harmonic wave are each high frequency / DC ⁇ g / 6, which is a path difference generated until it is input to the converter 8, and 2 ⁇ ( ⁇ g, which is a path difference generated until each double wave is output from each high frequency / DC converter 8 and combined.
  • the reflected microwave is bifurcated by using a T-branch waveguide as a branching section.
  • a plurality of T-branch waveguides are combined or a multi-branch waveguide having three or more branches is used.
  • the reflected microwave may be branched into a larger number.
  • FIG. 10 is a schematic partially transparent perspective view showing the high-frequency / DC converter according to Embodiment 4.
  • the high-frequency / DC converter 16 accommodates a waveguide 161 including a radial waveguide, a plurality of rectenna elements 82 including an antenna probe 82a and a rectifier 82b, and a rectifier 82b.
  • a disk-shaped housing 163a and a donut-shaped housing 163b are provided.
  • Each rectifier 82 b is connected to the power transmission line 10.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the high-frequency / DC converter 16 shown in FIG. 10 on a plane including the central axis of the waveguide 161. As shown in FIGS. 10 and 11, this waveguide 161 is connected to the circulator 3 or the T-branch waveguides 13 and 15, and is cut to the same extent as the cross-sectional area of the circulator 3 or the T-branch waveguides 13 and 15.
  • a circular tube waveguide 161a having an opening 161aa having an area, a hollow disk-shaped radial waveguide 161b connected to the circular tube waveguide 161a and having an inner diameter larger than that of the circular tube waveguide 161a, And an inner conductor 161c provided along the central axis of the circular waveguide portion 161a and the radial waveguide portion 161b.
  • a large number of holes 161ba are formed on both surfaces of the main surface of the radial waveguide portion 161b.
  • the rectenna elements 82 are distributed in correspondence with the positions of the holes 161ba of the radial waveguide portion 161b.
  • the antenna probe 82a is inserted into the hole 161ba and protrudes into the radial waveguide portion 161b.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the arrangement of the rectenna elements 82 in the radial waveguide portion 161b shown in FIG.
  • FIG. 12 is a view of the main surface of the radial waveguide portion 161b in FIG. 10 as viewed from the direction of the arrow B.
  • Reference numeral L denotes a plurality of concentric circles centered on the central axis of the radial waveguide portion 161b.
  • the symbol C indicates the radial direction of the radial waveguide portion 161b.
  • the rectenna elements 82 are radially arranged on the plurality of concentric circles L along the radial direction C on the surface of the radial waveguide portion 161 b.
  • the rectenna element 82 is arranged along the radial direction C on the concentric circle L on the other main surface of the radial waveguide portion 161b.
  • each antenna probe 82a is set shorter as it goes in the radial direction C where the electric field strength becomes lower and is shorter on the central axis side of the radial waveguide portion 161b where the electric field strength is higher. ing.
  • the lengths of the antenna probes 82a arranged on the same concentric circle L are substantially the same.
  • the reflected microwave input from the opening 161aa of the circular tube waveguide part 161a is converted into an isotropic electric field intensity distribution centering on the internal conductor 161c while being transmitted through the circular tube waveguide part 161a.
  • the reflected microwave reaches the radial waveguide portion 161b, the reflected microwave spreads with an isotropic strength around the inner conductor 161c and is transmitted in the radial direction C.
  • the inner conductor 161c has a diameter-enlarged portion 161ca formed on the bottom surface so that reflected microwaves can be smoothly spread from the circular waveguide portion 161a to the radial waveguide portion 161b with low loss.
  • the radial waveguide portion 161b also functions as a branching portion that branches the reflected microwave with isotropic strength.
  • the input reflection micro is compared with a branch portion that is N-branched (N is an integer of 2 or more) such as the T-branch waveguides 13 and 15 described above.
  • N is an integer of 2 or more
  • the power of the wave can be distributed isotropically in all directions in the circumferential direction to lower its power density. As a result, the high frequency / DC converter 16 has a wider dynamic range of microwave input power.
  • a power regeneration device using a rectenna element is used.
  • the present invention is not limited to this, and a power regeneration device using another device capable of converting a high frequency into a direct current may be used.
  • a power regeneration device using a microwave tube will be described.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of the power regeneration device according to the fifth embodiment.
  • the power regeneration device 17 has a configuration in which the high frequency / DC converter 8 is replaced with a microwave tube device 18 in the power regeneration device 11 shown in FIG. 1.
  • the microwave tube device 18 uses a microwave tube that converts the reflected microwave RW taken out by the circulator 3 into DC power, and has a function opposite to that of the high-frequency generator 1.
  • Such a microwave tube device 18 is realized using various vacuum tubes capable of generating microwaves, such as a magnetron, a klystron, and a traveling wave tube (TWT).
  • TWT traveling wave tube
  • the power regeneration device 17 uses the microwave tube device 18, the high-power reflected microwave RW can be converted into DC power with a simple configuration.
  • the high-frequency heating device according to the sixth embodiment has substantially the same configuration as the high-frequency heating device 100 according to the first embodiment, but further includes a power storage device.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of the high-frequency heating device according to the sixth embodiment.
  • the high-frequency heating device 200 is similar to the high-frequency heating device 100 shown in FIG. 1.
  • the high frequency / DC converter 8 and the voltage controller 9, and the circulator 3, the high frequency / DC converter 8, and the voltage controller 9 constitute a power regeneration device 11.
  • the high-frequency / DC converter 8 and the voltage controller 9 are connected by a power transmission line 10.
  • the high-frequency heating device 200 further includes a power storage device 19, the voltage controller 9 and the power storage device 19 are connected to each other via the power transmission line 10, and the power regeneration device 11 and the power storage device 19 form the power storage system 20. It is composed.
  • the power storage device 19 of the power storage system 20 and the high-frequency generator 1 are connected to each other by a power transmission line 10.
  • the power storage device 19 is realized by using a secondary battery such as a lithium ion battery, a capacitor such as an electric double layer capacitor, and the type thereof is not particularly limited.
  • the high-frequency heating device 200 as in the case of the high-frequency heating device 100, the reflected microwave RW output from the heating chamber 6 by the high-frequency / DC converter 8 of the power regeneration device 11 is converted into DC power DC1, and voltage control is performed.
  • the device 9 outputs DC power DC2 controlled to a desired voltage.
  • the high-frequency heating device 200 stores the DC power DC2 output from the power storage device 19, and a predetermined amount of DC power DC4 is stored from the stored power. Is appropriately output to the high-frequency generator 1.
  • the power storage system 20 operates as follows, for example. That is, when the high-frequency heating device 200 operates normally, the power storage system 20 accumulates the DC power DC2, and requires more power, for example, when the high-frequency heating device 200 operates at a high output or for a long time. In this case, the power storage system 20 operates so as to output more DC power DC4 to the high-frequency generator 1. Alternatively, the power storage system 20 may operate so as to supply the stored power to another device, for example. As described above, the high-frequency heating apparatus 200 includes the power storage system 20 and can effectively and flexibly utilize the power of the reflected microwave RW that has been discarded as heat. In the sixth embodiment, power storage device 19 is provided in high-frequency heating device 200, but may be provided outside.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing an external appearance of the microwave oven according to the seventh embodiment when the door is opened.
  • the microwave oven 300 includes a display operation unit 31 including various operation buttons for various operation settings such as a start button and a display for displaying an operation menu and an operation time, a door 32, and the like. And a heating chamber 33.
  • An opening 34 for radiating microwaves into the heating chamber 33 is provided on the upper surface and side surfaces of the heating chamber 33. In addition, you may provide a turntable in the heating chamber 33 suitably.
  • FIG. 16 is a perspective view schematically showing the internal configuration of the microwave oven 300 shown in FIG.
  • this microwave oven 300 has a high-frequency generator arranged on the power supply circuit 35 to which power is supplied from a household outlet, the main control unit 36 connected to the display operation unit 31, and the heating chamber 33. 37, a coaxial line 38 and a waveguide antenna 39 for transmitting microwaves from the high frequency generator 37 to the heating chamber 33, and a transmission line formed by the coaxial line 38 and the waveguide antenna 39.
  • the circulator 40 is provided.
  • the waveguide antenna 39 is opened toward the inside of the heating chamber 33 through the opening 34.
  • the microwave oven 300 is further disposed at the upper portion of the heating chamber 33 and connected to the circulator 40 via the coaxial line 38 and connected to the high frequency / DC converter circuit 41 via the power transmission line 42.
  • the voltage control circuit 43 is provided.
  • the voltage control circuit 43 is connected to the power supply circuit 35 via the power transmission line 42.
  • a high frequency generator 37 In the microwave oven 300, a high frequency generator 37, a waveguide antenna (not shown), a circulator 40, a high frequency / DC conversion circuit 41, a voltage control circuit 43, and these are also connected to the side of the heating chamber 33 as appropriate.
  • a coaxial line 38 and a power transmission line 42 are provided.
  • a waveguide antenna (not shown) opens toward the inside of the heating chamber 33 through an opening 34 (see FIG. 15) on the side surface inside the heating chamber 33.
  • each high frequency generator 37 is connected to the main control unit 36 via the control line 44 and is connected to the power supply circuit 35 via the power transmission line 42.
  • Each circulator 40, each high-frequency / DC conversion circuit 41, and each voltage control circuit 43 constitute a power regeneration device 45, respectively.
  • the main control unit 36 operates the high-frequency generator 37 through the control line 44 to generate the microwave W by operating the various setting buttons and the start button of the display operation unit 31.
  • the high frequency generator 37 is supplied with DC power from the power supply circuit 35 via the power transmission line 42.
  • the coaxial line 38, the circulator 40, and the waveguide antenna 39 sequentially transmit the microwave W generated by the high frequency generator 37, and the waveguide antenna 39 enters the microwave W into the heating chamber 33 through the opening 34. Radiate.
  • the microwave W is absorbed by the object to be heated accommodated in the heating chamber 33, thereby heating the object to be heated.
  • the microwaves that are not used for heating return to the waveguide antenna 39 as reflected microwaves RW.
  • the reflected microwave RW is regenerated to DC power by the power regeneration device 45 as in the case of the other embodiments described above.
  • the circulator 40 extracts the reflected microwave RW returned from the waveguide antenna 39, and the coaxial line 38 transmits the extracted reflected microwave RW to the high frequency / DC conversion circuit 41.
  • the high frequency / DC conversion circuit 41 converts the reflected microwave RW into DC power and outputs the DC power to the voltage control circuit 43 via the power transmission line 42.
  • the voltage control circuit 43 outputs the high frequency / DC conversion circuit 41 to the power supply circuit 35 through the power transmission line 42 as DC power controlled to a desired voltage.
  • the power supply circuit 35 uses the DC power regenerated by the power regeneration device 45 as power for generating microwave W, power used for the display operation unit 31, or the like.
  • the microwave oven 300 may include an electric heater for heating the object to be heated in an oven, but the regenerated DC power may be used as electric power for the electric heater.
  • the microwave oven 300 effectively uses the power of the reflected microwave RW that has simply been discarded as heat and realizes efficient energy use. Therefore, this microwave oven 300 can reduce the amount of electric power used in the home or store, which is preferable from the viewpoint of energy saving, ecology, and saving of electric power usage fees.
  • the high frequency generator 37 for example, one having a magnetron can be used, but is not particularly limited.
  • a high-frequency generator 37 comprising a microwave oscillator using a semiconductor element such as a transistor and a solid-state amplifier is used, it is small and light, and the drive voltage may be as low as several tens of volts. Compared to the case of magnetron, a high voltage circuit of several kV is unnecessary, there is no frequency shift of the microwave, and the lifetime is semipermanent, which is more preferable.
  • the voltage control circuit 43 the thing of the structure similar to the voltage controller 9 shown in FIG. 7 can be used.
  • the high-frequency / DC conversion circuit 41 may have the same configuration as that of the rectifying unit 82b shown in FIG. 6, but may also have the following configuration, for example.
  • FIG. 17 is a block diagram showing an example of the configuration of the high-frequency / DC conversion circuit.
  • the high-frequency / DC conversion circuit 41 includes an input terminal 41a to which the reflected microwave RW is input, a distributor 41b that branches the power of the input reflected microwave RW, and a distributor 41b.
  • a plurality of rectifying units 41f including an input filter 41c, a rectifier 41d, and an output filter 41e connected in sequence, and a DC bus 41g that is connected to each rectifying unit 41f and collects the DC power output from each rectifying unit 42f;
  • the output terminal 41h is connected to the DC bus 41g and outputs the collected DC power as DC power DC1.
  • Each rectifier 41f has the same function as the rectifier 82b shown in FIG.
  • the distributor 41b branches the power of the input reflected microwave RW and distributes it to each rectifier 41f.
  • Each rectifier 41f converts the distributed power into DC power. Therefore, it is possible to receive the reflected microwave RW having a large power by using the inexpensive rectifier 41f having a small allowable input power.
  • FIG. 18 is a diagram showing an example of the high-frequency / DC conversion circuit 41 shown in FIG. 17 configured by a microstrip line. Note that FIG. 18 shows a case where the distributor 41b has four distributions.
  • the high frequency / DC conversion circuit 41 includes an input terminal 41a constituted by a microstrip line on a dielectric substrate S, a distributor 41b, a plurality of rectifiers 41f, and a DC bus 41g. And an output end 41h.
  • the rectifier 41d of the rectifying unit 41f is a diode, and one end thereof is grounded to the back conductor of the dielectric substrate S through the through hole 41da.
  • the high frequency / DC conversion circuit 41 can be easily manufactured with a simple configuration using a microstrip line.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a modification of the high-frequency / DC conversion circuit shown in FIG.
  • the high-frequency / DC conversion circuit 41A includes an input terminal 41a to which the reflected microwave RW is input, a distributor 41b that branches the power of the input reflected microwave RW, and a distributor 41b.
  • a plurality of connected rectifiers 41f, a low-pass filter 41i including an inductor 41ia and a capacitor 41ib connected between the input terminal 41a and the distributor 41b, and an output terminal 41h connected to the low-pass filter 41i are provided.
  • Each rectifier 41f includes an input filter 41c, a rectifier 41d, and an output filter 41e that are sequentially connected as shown in FIG.
  • the distributor 41b branches the power of the input reflected microwave RW and distributes it to each rectifier 41f. Each rectifier 41f converts the distributed power into DC power. Further, the distributor 41b collects the DC power from each rectifier 41f and outputs it as DC power DC1 from the output terminal 41h. The AC component included in the DC power DC1 is removed by the low-pass filter 41i. In the high frequency / DC conversion circuit 41A, since the DC current is collected by the distributor 41b without using the DC bus 41, the component space can be saved, and the high frequency / DC conversion circuit 41A can be reduced in size.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of the high-frequency / DC conversion circuit 41A shown in FIG. 19 configured by a microstrip line. Note that FIG. 20 illustrates a case where the distributor 41b performs eight distributions.
  • the high-frequency / direct-current conversion circuit 41A includes an input end 41a constituted by a microstrip line, a distributor 41b, a plurality of rectifiers 41f, and a radial stub on a dielectric substrate S.
  • a low-pass filter 41i and an output end 41h are provided. Note that one end of the rectifier 41d shunt-connected to the microstrip line is grounded to the back conductor of the dielectric substrate S through the through hole 41da.
  • the high-frequency / DC conversion circuit 41A can be easily manufactured with a simple configuration using a microstrip line, and can be miniaturized. 19 and 20, a band pass filter may be used instead of the low pass filter 41i.
  • the microwave oven 300 may be provided with an electric heater for heating the oven, and is configured from a semiconductor element as the high-frequency generator 37 or the high-frequency / DC conversion circuit 41.
  • An electronic circuit may be used.
  • the temperature in the heating chamber 33 may be about 300 ° C., so that the melting point of general lead-free solder is 220 ° C. or a general semiconductor element bonding temperature. The temperature becomes higher than about 150 ° C.
  • the high-frequency generator 37 and the high-frequency / DC conversion circuit 41 are disposed outside the heating chamber 33 and do not reach a high temperature during oven heating. There will be no situation such as melting of the solder connection portion of the conversion circuit 41 or thermal runaway of the semiconductor element.
  • a power storage device is further connected to the power regeneration device 45 to configure a power storage system, and the power stored thereby is stored in the microwave oven 300 or in an external electric device. It may be made available.
  • Each of the above embodiments relates to a high-frequency heating apparatus that heats an object to be heated containing moisture using a microwave having a frequency of, for example, 2.4 to 2.5 GHz. Can be appropriately set according to the absorption band of the object to be heated.
  • the present invention is not limited to a high-frequency heating device, but to other high-frequency devices that use high-frequency, such as plasma generators used in elementary particle accelerators, semiconductor manufacturing devices, or wireless communication devices such as mobile phones. Is also applicable.
  • the frequency of the high frequency used in each device is appropriately selected depending on the application.
  • a plasma generation device for sputtering in a semiconductor manufacturing device uses a high frequency of an integer multiple of 13.56 MHz.
  • the 800 MHz band to 2 GHz band is used.
  • a wireless communication apparatus according to another embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 21 is a block diagram showing a main configuration of the wireless communication apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
  • the wireless communication apparatus 400 includes a signal processing unit 50, a power amplifier 51 connected to the signal processing unit 50, a circulator 52 connected to the power amplifier 51, and a branching circuit connected to the circulator 52. 53, an antenna 54 that is a high-frequency load connected to the branching circuit 53, a high-frequency / DC converter 55 connected to the circulator 52, a voltage controller 56 connected to the high-frequency / DC converter 55, and a voltage controller 56 And a power storage device 57 connected to the.
  • the circulator 52, the high frequency / DC converter 55, and the voltage controller 56 constitute a power regeneration device 58, and the power regeneration device 58 and the power storage device 57 constitute a power storage system 59.
  • the signal processing unit 50 outputs a transmission wave TW that is a high-frequency signal wave having a predetermined carrier frequency including an audio signal or the like to the power amplifier 51.
  • the power amplifier 51 amplifies the transmission wave TW and outputs it to the circulator 52.
  • the circulator 52 outputs the transmission wave TW to the demultiplexing circuit 53.
  • the demultiplexing circuit 53 outputs the transmission wave TW to the antenna 54.
  • the antenna 54 transmits the transmission wave TW to the base station or the like.
  • the antenna 54 receives a reception wave RECW that is a high-frequency signal wave having a predetermined carrier frequency including an audio signal transmitted from the base station, and outputs the received wave RECW to the branching circuit 53.
  • the demultiplexing circuit 53 outputs the reception wave RECW to the reception circuit. That is, the demultiplexing circuit 53 has a function of demultiplexing the transmission wave TW and the reception wave RECW.
  • a part of the transmission wave TW is reflected by the antenna 54 that is a high-frequency load, and is input to the branching circuit 53 as a reflected transmission wave REFW.
  • the branching circuit 53 is a reflected transmission wave having the same frequency as the transmission wave TW.
  • REFW is output to the circulator 52.
  • Non-Patent Document 3 a circulator used in a conventional wireless communication apparatus is provided with a resistor at a port that outputs a reflected transmission wave, and the power of the reflected transmission wave is resisted. It is discarded as heat generated by the body.
  • the circulator 52 is configured to output the reflected transmission wave REFW to the high frequency / DC converter 55.
  • the high frequency / direct current converter 55 converts the reflected transmission wave REFW into direct current power DC1 and outputs it to the voltage controller 56.
  • the voltage controller 56 controls the direct current power DC1 to a predetermined voltage, and the direct current power DC2 is output to power storage device 57, power storage device 57 stores DC power DC2, and appropriately outputs a predetermined amount of DC power DC4 from the stored power to a main power supply device included in wireless communication device 400.
  • the wireless communication device 400 here can regenerate the power of the reflected transmission wave REFW that has simply been discarded as heat by the power regeneration device 58 and the power storage system 59, and can effectively and flexibly utilize it. .
  • the wireless communication device 400 is a rechargeable type, it is preferable because the operation duration time of the device until charging is required is increased.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a main part of the wireless communication apparatus illustrated in FIG. 21 configured by a microstrip line.
  • the description of the dielectric substrate is omitted.
  • the signal processing unit 50, the power amplifier 51, the circulator 52, the demultiplexing circuit 53, the antenna 54, and the high-frequency / DC converter 55 are appropriately connected by a microstrip line 60, and have a simple structure. Can be produced.
  • the microstrip line 60 connected to the power amplifier 51 is provided with a branch line 60a connected to the power supply circuit of the main power supply device of the wireless communication device 400, and the power amplifier 51 is connected via the branch line 60a. Power for amplification is supplied.
  • DC cutting capacitors 61 and 62 are disposed between the power amplifier 51 and the circulator 52 and between the circulator 52 and the high frequency / DC converter 55, and unnecessary DC components are generated at high frequency / high frequency. Input to the DC converter 55 and the power amplifier 51 is prevented.
  • the high frequency / DC converter 55 is connected to an input filter 55a, a diode rectifier 55b, an output filter 55c, and an output connected to the voltage controller 56. 55d, and one end of the rectifier 55b is grounded to the back conductor of the dielectric substrate through the through hole 55ba.
  • the wireless communication device 400 includes the power storage device 57 separately from the main power supply device, but without the power storage device 57, the DC power DC2 output from the power regeneration device 58 is You may make it charge a main power supply device directly.
  • the power regeneration device and the power regeneration method, the power storage system and the power storage method, and the high frequency device according to the present invention are suitable for applications in which high frequency power is regenerated and efficiently used.

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Abstract

　高周波源（１）から高周波負荷（６）に高周波を伝送する伝送路（２）上に配設され、高周波負荷（６）が高周波を反射して発生した反射高周波を取り出す取出部（３）と、取出部（３）が取り出した反射高周波を直流電力に変換する高周波／直流変換部（８）と、を備える。これによって、高周波電力を回生し、効率よく利用できる電力回生装置および電力回生方法、高周波電力を蓄電し、効率よく利用できる電力蓄電システムおよび電力蓄電方法、ならびに高周波電力を効率よく利用できる高周波装置を提供する。

Description

電力回生装置および電力回生方法、電力蓄電システムおよび電力蓄電方法、ならびに高周波装置
　本発明は、高周波の電力を回生する電力回生装置および電力回生方法、高周波電力を蓄電する電力蓄電システムおよび電力蓄電方法、ならびに高周波装置に関するものである。
　図２３は高周波装置の一例である高周波加熱装置の構成を示すブロック図である。この高周波加熱装置５００は、マイクロ波を発生する高周波源として高周波発生器１と、高周波負荷としての加熱室６とを備えている。なお、高周波発生器１は、たとえばマイクロ波発振器であるマグネトロン、電源装置、および制御回路等から構成されている。また、高周波発生器１と加熱室６とは高周波を伝送する伝送路である導波管２によって接続しており、この導波管２上には、サーキュレータ３、パワーモニタ４、整合器５が順次配設されている。
　この高周波加熱装置５００の動作について説明する。まず、高周波発生器１は、水の吸収帯に対応する２．４～２．５ＧＨｚのマイクロ波Ｗを発生し、マイクロ波Ｗは導波管２を伝送し、順次サーキュレータ３、パワーモニタ４、整合器５を通過し、加熱室６に到達する。ここで、パワーモニタ４は通過するマイクロ波Ｗの強度をモニタし、その強度を表示する。また、整合器５は導波管２と加熱室６とのインピーダンスを整合するために用いられている。
　図２４は、図２３に示す加熱室６における被加熱物Ｏの加熱について説明する図である。この加熱室６は、水分を含んだ被加熱物Ｏを載置するターンテーブル６ａと、マイクロ波Ｗをランダムに反射させるスターラファン６ｂと、オーブン加熱用の電熱ヒータ６ｃとを備えている。そして、この加熱室６においては、整合器５と接続した導波管２から導入されたマイクロ波Ｗが、加熱室６の内壁６ｄによる反射と、スターラファン６ｂによるランダムな反射を受けながら、回転するターンテーブル６ａ上の被加熱物Ｏに吸収され、被加熱物Ｏを加熱する。また、この加熱室６においては、電熱ヒータ６ｃによって被加熱物Ｏに熱Ｈを与えてオーブン加熱することもできる。
　加熱室６内において被加熱物Ｏの加熱に使用されなかったマイクロ波Ｗは、マイクロ波Ｗと同一周波数の反射マイクロ波ＲＷとして導波管２から出力する。そして、図２３に示すように、導波管２を戻っていき、整合器５、パワーモニタ４を順次通過し、サーキュレータ３に到達する。
　ここで、サーキュレータ３は、第１ポート３ａと、第２ポート３ｂと、第３ポート３ｃとを有しており、第１ポート３ａから入力されたマイクロ波Ｗを第２ポート３ｂに出力し、第２ポート３ｂから入力した反射マイクロ波ＲＷを第３ポート３ｃから出力する機能を有する。このように、サーキュレータ３は、反射マイクロ波ＲＷが高周波発生器１に戻るのを防止して、高周波発生器１の損傷や動作不安定等を防止する機能を有している。
　サーキュレータ３の第３ポート３ｃには、ダミーロード７と呼ばれる負荷が接続されている。このダミーロード７は、第３ポート３ｃから出力した反射マイクロ波ＲＷを吸収体により吸収して反射マイクロ波ＲＷの電力を熱に変換し、電力を熱として廃棄するように構成されている。なお、反射マイクロ波ＲＷの電力が大きい場合には、発熱量も大きくなるため、ダミーロードに冷却ファンなどの冷却手段が設けられる（非特許文献１参照）。このようなダミーロードを接続したサーキュレータは、高周波加熱装置に限らず、素粒子加速器や、無線通信装置等の高周波装置に幅広く使用されている（非特許文献２、３参照）。
マイクロ波デバイス紹介　アイソレータ、［online］、ミクロ電子株式会社、［平成２１年１０月９日検索］、インターネット＜URL：http://www.microdenshi.co.jp/isolator.html＞ 甲斐　規郎　著、「加速器用ＵＨＦ帯ウォーターロード」、島田理化技報Ｎｏ．１７（２００６）、島田理化工業株式会社、２００６年３月１５日　発行、ｐｐ．３０～３５ 製品カタログ　サーキュレータ／アイソレータ　基地局用　フェライト基板タイプ、［online］、ＴＤＫ株式会社、［平成２１年１０月９日検索］、インターネット＜URL：http://www.tdk.co.jp/tjfx01/j773_cu.pdf＞
　しかしながら、従来のダミーロードを用いた高周波装置では、高周波負荷から反射して戻ってきた反射高周波の電力を、ダミーロードによって熱に変換し、単に放熱させて廃棄していたので、エネルギーの利用効率が低かった。特に、反射高周波の電力が大きく、ダミーロードに冷却ファンや冷却水などの冷却手段を設ける場合には、冷却手段を動作させるための電力が必要となるため、さらにエネルギー効率が低くなっていた。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高周波電力を回生し、効率よく利用できる電力回生装置および電力回生方法、高周波電力を蓄電し、効率よく利用できる電力蓄電システムおよび電力蓄電方法、ならびに高周波電力を効率よく利用できる高周波装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力回生装置は、高周波源から高周波負荷に高周波を伝送する伝送路上に配設され、前記高周波負荷が前記高周波を反射して発生した反射高周波を取り出す取出部と、前記取出部が取り出した反射高周波を直流電力に変換する高周波／直流変換部と、を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生装置は、上記の発明において、前記取出部が取り出した反射高周波を分岐して出力する分岐部をさらに備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生装置は、上記の発明において、前記高周波／直流変換部は、前記反射高周波を受信し、該受信した反射高周波に対応する交流電力を出力するアンテナ部と、前記アンテナ部が出力した交流電力を整流する整流部とを備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生装置は、上記の発明において、前記高周波／直流変換部は、複数の前記アンテナ部と、前記反射高周波を伝送する反射高周波伝送路とを備え、複数の前記アンテナ部は、前記反射高周波伝送路内を伝送する前記反射高周波を前記各アンテナ部で受信するように分散配置していることを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生装置は、上記の発明において、前記反射高周波伝送路はラジアル導波管を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生装置は、上記の発明において、前記高周波／直流変換部は、前記反射高周波を直流電力に変換する真空管を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生装置は、上記の発明において、前記取出部は、前記高周波源が発生した高周波が入力される第１ポートと、前記入力された高周波を前記高周波負荷へ出力するとともに前記反射高周波が入力される第２ポートと、前記入力された反射高周波を取り出す第３ポートとを有するサーキュレータを備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生装置は、上記の発明において、前記高周波／直流変換部が出力する直流電力を所定電圧に制御して出力する電圧制御部をさらに備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る電力蓄電システムは、上記の発明のいずれか一つの電力回生装置と、前記電力回生装置が出力する直流電力を蓄電する蓄電装置と、を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る高周波装置は、高周波源と、高周波負荷と、前記高周波源から前記高周波負荷に高周波を伝送する伝送路と、前記伝送路上に配設された上記の発明のいずれか一つの電力回生装置または上記の発明の電力蓄電システムと、を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る高周波装置は、上記の発明において、前記高周波負荷は高周波加熱を行なう加熱室であることを特徴とする。
　また、本発明に係る高周波装置は、上記の発明において、前記高周波負荷は高周波信号波を送受信するアンテナであることを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生方法は、高周波源から高周波負荷に高周波を伝送する伝送路上において、前記高周波負荷が前記高周波を反射して発生した反射高周波を取り出す取出工程と、前記取り出した反射高周波を直流電力に変換する高周波／直流変換工程と、を含むことを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生方法は、上記の発明において、前記取り出した反射高周波を分岐する分岐工程を含み、前記高周波／直流変換工程は、前記分岐した各反射高周波を直流電力に変換することを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生方法は、上記の発明において、前記高周波／直流変換工程は、前記反射高周波を受信し、該受信した反射高周波に対応する交流電力を出力する受信工程と、前記出力した交流電力を整流する整流工程とを含むことを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生方法は、上記の発明において、前記受信工程は、前記取り出した反射高周波を反射高周波伝送路に伝送させながら、該反射高周波伝送路上に分散配置した複数のアンテナで受信を行なうことを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生方法は、上記の発明において、前記受信工程は、ラジアル導波管を備える前記反射高周波伝送路を用いることを特徴とする。
　また、本発明に係る電力回生方法は、上記の発明において、前記高周波／直流変換工程において出力した直流電力を所定電圧に制御して出力する電圧制御工程をさらに含むことを特徴とする。
　また、本発明に係る電力蓄電方法は、上記の発明のいずれか一つの電力回生方法により回生した直流電力を蓄電することを特徴とする。
　本発明によれば、従来は熱として廃棄していた高周波電力を回生できるので、高周波電力を効率よく利用できる電力回生装置および電力回生方法、高周波電力を蓄電し、効率よく利用できる電力蓄電システムおよび電力蓄電方法、ならびに高周波電力を効率よく利用できる高周波装置を実現できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係る高周波加熱装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す電力回生装置の要部の模式図である。 図３は、図２に示す高周波／直流変換器および電圧制御器の模式的な平面図である。 図４は、図３に示す高周波／直流変換器のＡ－Ａ線断面図である。 図５は、図３に示す高周波／直流変換器の一部断面側面図である。 図６は、整流部の構成を示すブロック図である。 図７は、電圧制御器の回路構成の一例を示す図である。 図８は、実施の形態２に係る電力回生装置を示す模式図である。 図９は、実施の形態３に係る電力回生装置を示す模式図である。 図１０は、実施の形態４に係る高周波／直流変換器を示す模式的な一部透視斜視図である。 図１１は、図１０に示す高周波／直流変換器の断面図である。 図１２は、図１０に示すラジアル導波管部におけるレクテナ素子の配置を説明する図である。 図１３は、実施の形態５に係る電力回生装置の構成を示すブロック図である。 図１４は、実施の形態６に係る高周波加熱装置の構成を示すブロック図である。 図１５は、実施の形態７に係る電子レンジの扉を開けた状態の外観を示す模式図である。 図１６は、図１５に示す電子レンジの内部構成を模式的に示す透視図である。 図１７は、高周波／直流変換回路の構成の一例を示すブロック図である。 図１８は、マイクロストリップ線路によって構成した図１７に示す高周波／直流変換回路の一例を示す図である。 図１９は、図１７に示す高周波／直流変換回路の変形例を示すブロック図である。 図２０は、マイクロストリップ線路によって構成した図１９に示す高周波／直流変換回路の一例を示す図である。 図２１は、実施の形態８に係る無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。 図２２は、マイクロストリップ線路によって構成した図２１に示す無線通信装置の要部の一例を示す図である。 図２３は、高周波装置の一例である高周波加熱装置の構成を示すブロック図である。 図２４は、図２３に示す加熱室における被加熱物の加熱について説明する図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係る電力回生装置および電力回生方法、電力蓄電システムおよび電力蓄電方法、ならびに高周波装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施の形態１）
　はじめに、本発明の実施の形態１に係る高周波装置である高周波加熱装置について説明する。図１は、本実施の形態１に係る高周波加熱装置の構成を示すブロック図である。この高周波加熱装置１００は、図２１に示す高周波加熱装置５００と同様に、高周波発生器１と、加熱室６とを備えている。また、高周波発生器１と加熱室６とは高周波を伝送する伝送路である導波管２によって接続しており、この導波管２上には、サーキュレータ３、パワーモニタ４、整合器５が順次配設されている。
　さらに、この高周波加熱装置１００は、サーキュレータ３の第３ポート３ｃに接続した高周波／直流変換器８と、高周波／直流変換器８に接続した電圧制御器９とを備えている。そして、サーキュレータ３、高周波／直流変換器８、および電圧制御器９は、電力回生装置１１を構成している。また、高周波／直流変換器８と電圧制御器９、および電圧制御器９と高周波発生器１は、それぞれ送電線１０によって接続している。
　つぎに、この高周波加熱装置１００、および電力回生装置１１の動作について説明する。まず、高周波発生器１は周波数が２．４～２．５ＧＨｚのマイクロ波Ｗを発生し、マイクロ波Ｗは導波管２を伝送し、順次サーキュレータ３、パワーモニタ４、整合器５を通過し、加熱室６に到達する。なお、サーキュレータ３は、第１ポート３ａから入力されたマイクロ波Ｗを第２ポート３ｂに出力する。
　この加熱室６は、高周波加熱装置５００の場合と同様に機能する。すなわち、図２４に示すように、整合器５と接続した導波管２から導入されたマイクロ波Ｗは、加熱室６の内壁６ｄによる反射と、スターラファン６ｂによるランダムな反射を受けながら、回転するターンテーブル６ａに載置された、水分を含んだ被加熱物Ｏに吸収され、被加熱物Ｏを加熱する。また、適宜、電熱ヒータ６ｃによって被加熱物Ｏに熱Ｈを与えてオーブン加熱することもできる。
　加熱室６内において被加熱物Ｏの加熱に使用されなかったマイクロ波Ｗは、マイクロ波Ｗと同一周波数の反射マイクロ波ＲＷとして導波管２から出力し、整合器５、パワーモニタ４を順次通過し、サーキュレータ３に到達する。
　サーキュレータ３は、第２ポート３ｂから入力した反射マイクロ波ＲＷを第３ポート３ｃから出力する。すなわち、サーキュレータ３は、高周波発生器１と加熱室６とを接続する導波管２から反射マイクロ波ＲＷを取り出す取出部として機能する。
　高周波／直流変換器８は、サーキュレータ３が取り出した反射マイクロ波ＲＷを直流電力ＤＣ１に変換して出力する。この直流電力ＤＣ１は、送電線１０を介して電圧制御器９に入力される。
　電圧制御器９は、入力された直流電力ＤＣ１を所定の電圧に制御して、直流電力ＤＣ２として出力する。この直流電力ＤＣ２は、送電線１０を介して高周波発生器１に入力され、高周波発生器１内においてマイクロ波Ｗの発生等のための電力の一部として使用される。
　すなわち、この電力回生装置１１は、サーキュレータ３が取り出した反射マイクロ波ＲＷを直流電力ＤＣ１として回生し、さらに直流電力ＤＣ１をもとに所定の電圧に制御された直流電力ＤＣ２を出力し、高周波発生器１を動作させる電力として再利用できるように構成されている。したがって、高周波加熱装置１００は、電力回生装置１１によって、従来熱として単に廃棄していた反射マイクロ波ＲＷの電力を有効に利用し、効率の良いエネルギー利用を実現している。その結果、この高周波加熱装置１００は、電力使用量を削減できるので、装置の運用コストを削減でき、かつ省エネルギー、およびエコロジーの観点から好ましいものとなる。
　つぎに、電力回生装置１１の詳細構成について説明する。図２は、図１に示す電力回生装置１１の模式図である。図２に示すように、サーキュレータ３は、断面がたとえば矩形の導波管からなり、マイクロ波Ｗが入力される第１ポート３ａと、第１ポート３ａから入力されたマイクロ波Ｗを出力するとともに反射マイクロ波ＲＷが入力される第２ポート３ｂと、第２ポート３ｂから入力された反射マイクロ波ＲＷを取り出す第３ポート３ｃとを有している。そして、高周波／直流変換器８は第３ポート３ｃに接続している。また、電圧制御器９は高周波／直流変換器８の一端に設けられており、高周波／直流変換器８および高周波発生器１と送電線１０を介して接続している。
　図３は、図２に示す高周波／直流変換器８および電圧制御器９の模式的な平面図である。図４は、図３に示す高周波／直流変換器８のＡ－Ａ線断面図である。図５は、図３に示す高周波／直流変換器８の一部断面側面図である。
　図３～図５に示すように、高周波／直流変換器８は、導波管８１と、アンテナ部としてのロッド状のアンテナプローブ８２ａと整流部８２ｂとを備える複数のレクテナ（rectenna；rectifying　antenna）素子８２と、整流部８２ｂを収容する筐体８３とを備えている。なお、各整流部８２ｂは送電線１０に接続している。
　導波管８１は、その長手方向に垂直であるＡ－Ａ線断面が矩形状の導波管であり、開口部８１ａにおいて第３ポート３ｃと接続しており、第３ポート３ｃから取り出された反射マイクロ波ＲＷを伝送する反射高周波伝送路として機能する。また、導波管８１の断面の両長辺側には格子状に配列した多数の孔８１ｂが形成されている。レクテナ素子８２は、この導波管８１の孔８１ｂの位置に対応して格子状に分散配置している。そして、アンテナプローブ８２ａは孔８１ｂに挿通されて導波管８１の内部に突出している。
　この導波管８１に開口部８１ａから入力した反射マイクロ波ＲＷは、導波管８１の断面形状に応じた電界分布を形成しながら図５に示すように導波管８１の長手方向に伝送する。一方、アンテナプローブ８２ａは、伝送する反射マイクロ波ＲＷを受信し、その受信した電力に対応する交流電力を出力する。
　ここで、上述したように、レクテナ素子８２は、導波管８１の両長辺側に分散配置している。各レクテナ素子８２の各アンテナプローブ８２ａは、その配置された位置において、導波管８１を長手方向に伝送する反射マイクロ波ＲＷを徐々に受信する。その結果、反射マイクロ波ＲＷの電力を効率的に取得できる。さらに、レクテナ素子８２の１個あたりの許容受信電力を小さくできるので、安価なレクテナ素子８２を使用して、許容受信電力が大きい電力高周波／直流変換器８を低コストで構成できる。
　また、各アンテナプローブ８２ａの長さは、導波管８１内での反射マイクロ波ＲＷの電界強度分布に応じて設定されている。すなわち、電界強度が高い位置のアンテナプローブ８２ａは短く、電界強度が低い位置のアンテナプローブ８２ａは長く設定されている。
　具体的には、図４に示す導波管８１の断面において、反射マイクロ波ＲＷの電界強度は導波管８１の断面中央部において最も高く、周辺部に向かって低くなるように分布している。これに応じて、アンテナプローブ８２ａは、断面中央部において短く、周辺部に向かうにつれて長く設定されている。また、図５に示す反射マイクロ波ＲＷの伝送方向においては、電界強度は開口部８１ａ側において最も高く、導波管８１内を伝送するにつれて、主に伝送損失やアンテナプローブ８２ａによって徐々に受信されることによる損失のために、電界強度が低くなっていく。これに応じて、アンテナプローブ８２ａは、開口部８１ａ側において短く、反射マイクロ波ＲＷの伝送方向に向かうにつれて長く設定されている。
　このように、導波管８１内の電界強度の分布に応じてアンテナプローブ８２ａの長さを設定することによって、各アンテナプローブ８２ａが受信する反射マイクロ波ＲＷの電力、およびそれに対応して発生する交流電力を均等にすることができる。その結果、各アンテナプローブ８２ａに接続する各整流部８２ｂには、均等な交流電力が付与されるので、特定の整流部８２ｂに大きな負荷が掛かることが防止される。
　なお、本実施の形態１では、断面が矩形の導波管８１を用いているが、たとえば断面が円形の円筒導波管を用いてもよい。円筒導波管を用いる場合は、反射マイクロ波ＲＷの電界強度は、円筒導波管の円周方向に等方的な分布となるから、円筒導波管の同一円周上に配置するアンテナプローブの長さを同一に設定すれば、これらによって受信する反射マイクロ波ＲＷの電力は均等になる。
　ところで、反射マイクロ波ＲＷの一部が各アンテナプローブ８２ａにより反射され、この反射波がサーキュレータ３に戻って高周波発生器１へ入力すると、高周波発生器１の不安定動作を引き起こす等のおそれがある。これに対して、本実施の形態１においては、反射マイクロ波ＲＷの導波管８１での波長をλｇとすると、導波管８１の長手方向における各アンテナプローブ８２ａの配置間隔が、図３に示すようにλｇ／４に設定されているため、上記のおそれが防止される。すなわち、図３に示すように、反射マイクロ波ＲＷのうち長手方向において隣接する２つのアンテナプローブ８２ａにより反射される成分を反射マイクロ波ＲＷ１、ＲＷ２とすると、この反射マイクロ波ＲＷ１、ＲＷ２の間の経路差は、２×λｇ／４＝λｇ／２となり、位相差は（２π／λｇ）×（λｇ／２）＝πとなる。したがって、この反射マイクロ波ＲＷ１、ＲＷ２の反射波が重ね合わせられると互いに打ち消しあうようになる。その結果、この反射マイクロ波ＲＷ１、ＲＷ２の反射波がサーキュレータ３に戻ることが防止され、高周波発生器１の不安定動作等が防止される。
　なお、アンテナプローブ８２ａの長さや配置の設定は、本実施の形態１のものに限られない。たとえば反射マイクロ波ＲＷの電界強度の高い位置において、アンテナプローブ８２ａを長く設定したり、高い配置密度でアンテナプローブ８２ａを配置したりして、電界強度の高い位置において一層多くの高周波電力を受信するようにしてもよい。
　つぎに、レクテナ素子８２の整流部８２ｂについて説明する。この整流部８２ｂは、アンテナプローブ８２ａが出力した交流電力を直流電力に変換する機能を有する。図６は、整流部８２ｂの構成を示すブロック図である。図６に示すように、この整流部８２ｂは、入力フィルタ８２ｂａと、整流器８２ｂｂと、出力フィルタ８２ｂｃとが順次接続して構成されている。
　つぎに整流部８２ｂの動作について説明する。まず、入力フィルタ８２ｂａは、アンテナプローブ８２ａが出力した交流電力ＡＣ１の入力を受け付け、交流電力ＡＣ１に含まれる反射マイクロ波ＲＷの周波数以外の周波数成分を除去し、交流電力ＡＣ２として出力する。
　整流器８２ｂｂは、入力フィルタ８２ｂａが出力した交流電力ＡＣ２を整流し、直流電力ＤＣ３として出力する。この直流電力ＤＣ３には、整流器８２ｂｂが交流電力ＡＣ２を整流した際に発生する、反射マイクロ波ＲＷの周波数の高調波成分も含まれている。
　出力フィルタ８２ｂｃは、整流器８２ｂｂが出力した直流電力ＤＣ３に含まれる高調波成分を除去し、直流電力ＤＣ１として出力する。このように、サーキュレータ３が取り出した反射マイクロ波ＲＷは、直流電力ＤＣ１として回生される。
　なお、整流器８２ｂｂにおいて発生する高調波成分は、入力フィルタ８２ｂａ側にも出力するが、入力フィルタ８２ｂａによって遮断される。したがって、この高調波がアンテナプローブ８２ａから送信され、高周波発生器１に到達して不安定動作等を引き起こすということが防止される。
　また、入力フィルタ８２ｂａおよび出力フィルタ８２ｂｃは、反射マイクロ波ＲＷの周波数を透過し、高調波を遮断するバンドパスフィルタやローパスフィルタにより実現でき、たとえばＲＬＣ回路等によって構成することができる。また、整流器８２ｂｂは、たとえばダイオードによって構成することができる。
　つぎに、電圧制御器９について説明する。この電圧制御器９は、高周波／直流変換器８が出力した直流電力ＤＣ１の電圧を制御して、所定の電圧の直流電力ＤＣ２として出力する機能を有する。
　図７は、電圧制御器９の回路構成の一例を示す図である。図７に示す電圧制御器９は、コイル９１と、ダイオード９２と、コンデンサ９３と、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）９４と、制御部９５と、ドライバ９６とを備える昇圧型のＤＣ－ＤＣコンバータの構成を有している。制御部９５は、たとえば基準電圧が入力された誤差増幅器を用いて構成され、ドライバ９６はたとえばＰＷＭ回路を用いて構成される。
　つぎに、この電圧制御器９の動作について説明する。高周波発生器１に出力される直流電力ＤＣ２の電圧値が制御部９５に入力されると、制御部９５は入力された電圧値と基準電圧とを比較してその差に応じた制御信号をドライバ９６に出力する。ドライバ９６は、制御信号に応じてＰＷＭ制御によりＦＥＴ９４のスイッチングを行い、直流電力ＤＣ２を所望の基準電圧値に制御する。
　ここで、高周波／直流変換器８から出力する直流電力ＤＣ１の電圧は、アンテナプローブ８２ａが受信する反射マイクロ波ＲＷの電力強度に依存して変化するが、かかる電圧制御器９によって、高周波発生器１に対して電圧が安定した直流電力ＤＣ２を供給することができる。
　なお、図７に示す電圧制御器９は、昇圧型のＤＣ－ＤＣコンバータの構成を有しているが、降圧型または昇降圧型のＤＣ－ＤＣコンバータの構成を適宜採用してもよい。また、ＦＥＴ９４に換えてバイポーラ型のトランジスタ等の他のスイッチング素子を用いてもよい。
　以上説明したように、本実施の形態１に係る高周波加熱装置１００は、電力回生装置１１によって、従来熱として単に廃棄していた反射マイクロ波ＲＷの電力を有効に利用し、効率の良いエネルギー利用を実現できるものとなる。
　なお、この高周波加熱装置１００におけるマイクロ波の電力の回収効率ηtotalは、以下の式（１）により計算できる。
　ηtotal＝（１－ηheat）×（１－Ｌc）ηrfdc×ηdcdc　・・・　（１）
　ここで、ηheatは、加熱室６に供給されるマイクロ波Ｗの電力のうち、被加熱物Ｏの加熱に使用される割合である。なお、加熱に使用されなかったマイクロ波Ｗは全て反射マイクロ波ＲＷになるとする。また、Ｌcは、加熱室６から導波管８１までにおける反射マイクロ波ＲＷの導波損失である。また、ηrfdcは、レクテナ素子８２における反射マイクロ波ＲＷから直流電力ＤＣ１への変換効率である。また、ηdcdcは、電圧制御器９の変換効率である。
　たとえば、式（１）において、ηheatを５０％、Ｌcを１０％、ηrfdcを８０％、ηdcdcを９８％とすると、ηtotalは約３５％となり、高い電力回生効率が実現される。
（実施の形態２）
　つぎに、実施の形態１に係る高周波加熱装置１００において用いることができる電力回生装置の他の実施の形態について説明する。図８は、実施の形態２に係る電力回生装置を示す模式図である。図８に示すように、この電力回生装置１２は、サーキュレータ３と、分岐部としてのＴ分岐導波管１３と、２つの高周波／直流変換器８と、各高周波／直流変換器８に接続した電圧制御器９および送電線１０とを備えている。このＴ分岐導波管１３は、第１ポート１３ａと、第２ポート１３ｂと、第３ポート１３ｃとを備えている。第１ポート１３ａがサーキュレータ３の第３ポート３ｃに接続しており、第２ポート１３ｂ、第３ポート１３ｃにはそれぞれ高周波／直流変換器８、電圧制御器９、および送電線１０が接続している。
　つぎにこの電力回生装置１２の動作について説明する。まず、Ｔ分岐導波管１３は、サーキュレータ３が第３ポート３ｃに取り出した反射マイクロ波ＲＷを２分岐して、第２ポート１３ｂ、第３ポート１３ｃのそれぞれに反射マイクロ波ＲＷ３、ＲＷ４として出力する。つぎに、第２ポート１３ｂ、第３ポート１３ｃのそれぞれに接続した各高周波／直流変換器８が、出力された反射マイクロ波ＲＷ３、ＲＷ４をそれぞれ直流電力に変換し、各送電線１０を介して各電圧制御器９に出力する。つぎに、各電圧制御器９は、入力された直流電力を所定の電圧に制御し、各送電線１０を介して高周波発生器１に出力する。
　この電力回生装置１２は、各高周波／直流変換器８に入力される反射マイクロ波ＲＷ３、ＲＷ４の電力が、サーキュレータ３から取り出された反射マイクロ波ＲＷの電力の１／２となるので、個々の高周波／直流変換器８に入力できるマイクロ波の電力の許容値の２倍の電力の反射マイクロ波ＲＷを入力できる。したがって、この電力回生装置１２は、実施の形態１の電力回生装置１１と同様の高周波／直流変換器８を使用しながらも、電力回生装置１１よりもマイクロ波の入力電力のダイナミックレンジが２倍広いものとなる。
（実施の形態３）
　図９は、実施の形態３に係る電力回生装置を示す模式図である。図９に示すように、この電力回生装置１４は、実施の形態２の電力回生装置１２において、Ｔ分岐導波管１３をＴ分岐導波管１５に置き換えた構成を有する。このＴ分岐導波管１５は、サーキュレータ３の第３ポート３ｃと接続する第１ポート１５ａと、２つの高周波／直流変換器８のそれぞれに接続する第２ポート１５ｂ、第３ポート１５ｃとを備えている。
　このＴ分岐導波管１５は、第１ポート１５ａの中心軸Ｘから第２ポート１５ｂまでの長さがＬであり、中心軸Ｘから第３ポート１５ｃまでの長さがＬ＋Ｄであり、第３ポート１５ｃがＤだけオフセットを有する非対称なＴ形状を有している。また、Ｔ分岐導波管１５内での反射マイクロ波ＲＷの波長をλｇとすると、Ｄはλｇ／４に設定されている。
　つぎに電力回生装置１４の動作について説明する。まず、Ｔ分岐導波管１５は、サーキュレータ３が第３ポート３ｃに取り出した反射マイクロ波ＲＷを２分岐して、第２ポート１５ｂ、第３ポート１５ｃのそれぞれに反射マイクロ波ＲＷ５、ＲＷ６として出力する。つぎに、第２ポート１５ｂ、第３ポート１５ｃのそれぞれに接続した各高周波／直流変換器８が、出力された反射マイクロ波ＲＷ５、ＲＷ６をそれぞれ直流電力に変換し、各送電線１０を介して各電圧制御器９に出力する。つぎに、各電圧制御器９は、入力された直流電力を所定の電圧に制御し、各送電線１０を介して高周波発生器１に出力する。
　ここで、反射マイクロ波ＲＷ５、ＲＷ６のそれぞれの一部が、各高周波／直流変換器８の内部で反射されて反射マイクロ波ＲＷ７、ＲＷ８として戻る場合がある。しかしながら、上述したようにＤがλｇ／４に設定されているため、反射マイクロ波ＲＷ６、ＲＷ８が反射マイクロ波ＲＷ５、ＲＷ７のそれぞれよりもＤだけ長く伝送することを考慮すると、反射マイクロ波ＲＷ７、ＲＷ８は、その経路差が２Ｄ＝λｇ／２となり、位相差が（２π／λｇ）×（λｇ／２）＝πとなる。したがって、反射マイクロ波ＲＷ７、ＲＷ８は合波すると互いに打ち消しあう。その結果、反射マイクロ波ＲＷ７、ＲＷ８がＴ分岐導波管１５の第１ポート１５ａから出力されることが防止される。
　なお、Ｔ分岐導波管１５のオフセットＤはλｇ／４に限られない。たとえば、上述したように、高周波／直流変換器８内のレクテナ素子８２の整流部８２ｂにおいて整流を行なう際に、反射マイクロ波の周波数の高調波成分が発生する。通常この高調波成分は整流部８２ｂの入力フィルタ８２ｂａによって遮断される。しかしながら、入力フィルタ８２ｂａがない場合や、高い強度の高調波成分が発生した場合などは、この高調波成分（特に２倍波成分）が漏洩し、アンテナプローブ８２ａから２倍波のマイクロ波（以下２倍波とする）として出力する場合がある。これに対して、Ｔ分岐導波管１５のオフセットＤをλｇ／６に設定すると、２つの高周波／直流変換器８から出力した２倍波は、Ｔ分岐導波管１５内で合波したときに互いに打ち消しあい、Ｔ分岐導波管１５の第１ポート１５ａから出力されることが防止される。
　すなわち、第２ポート１５ｂ側から出力する２倍波に対する、第３ポート１５ｃ側から出力する２倍波の経路差は、２倍波のもととなる２分岐した反射マイクロ波が各高周波／直流変換器８に入力するまでに発生する経路差であるλｇ／６と、各２倍波が各高周波／直流変換器８から出力されて合波するまでに発生する経路差である２×（λｇ／６）＝λｇ／３との和であり、すなわちλｇ／６＋λｇ／３＝λｇ／２となる。なお、２倍波は周波数がもとの反射マイクロ波の２倍であるので、同じオフセットＤに対して２倍の経路差が発生している。したがって、２つの２倍波の位相差は（２π／λｇ）×（λｇ／２）＝πとなるので、合波すると互いに打ち消しあうこととなる。
　なお、上記実施の形態では、分岐部としてＴ分岐導波管を用いて反射マイクロ波を２分岐しているが、Ｔ分岐導波管を複数組み合わせたり、３分岐以上の多分岐導波管を用いたりして、反射マイクロ波をさらに多数に分岐してもよい。
（実施の形態４）
　つぎに、実施の形態１または実施の形態２、３に係る電力回生装置において用いることができる高周波／直流変換器の別の実施の形態について説明する。図１０は、実施の形態４に係る高周波／直流変換器を示す模式的な一部透視斜視図である。図１０に示すように、この高周波／直流変換器１６は、ラジアル導波路を含む導波管１６１と、アンテナプローブ８２ａと整流部８２ｂとを備える複数のレクテナ素子８２と、整流部８２ｂを収容する円盤状の筐体１６３ａおよびドーナツ状の筐体１６３ｂとを備えている。なお、各整流部８２ｂは送電線１０に接続している。
　図１１は、図１０に示す高周波／直流変換器１６の、導波管１６１の中心軸を含む面における断面図である。図１０、１１に示すように、この導波管１６１は、サーキュレータ３またはＴ分岐導波管１３、１５に接続し、サーキュレータ３またはＴ分岐導波管１３、１５の断面積と同程度の断面積の開口部１６１ａａを有する円管導波管部１６１ａと、円管導波管部１６１ａに接続し、円管導波管部１６１ａよりも内径が大きい中空円盤状のラジアル導波管部１６１ｂと、円管導波管部１６１ａおよびラジアル導波管部１６１ｂの中心軸に沿って設けられた内部導体１６１ｃとを備える。また、ラジアル導波管部１６１ｂの主表面の両面には多数の孔１６１ｂａが形成されている。レクテナ素子８２は、このラジアル導波管部１６１ｂの孔１６１ｂａの位置に対応して分散配置している。そして、アンテナプローブ８２ａは孔１６１ｂａに挿通されてラジアル導波管部１６１ｂの内部に突出している。
　図１２は、図１０に示すラジアル導波管部１６１ｂにおけるレクテナ素子８２の配置を説明する図である。なお、図１２は、図１０においてラジアル導波管部１６１ｂの主表面を矢印Ｂの方向から見たものであり、符号Ｌはラジアル導波管部１６１ｂの中心軸を中心とした複数の同心円を示しており、符号Ｃはラジアル導波管部１６１ｂの径方向を示している。図１２に示すように、ラジアル導波管部１６１ｂの表面上において、レクテナ素子８２は複数の同心円Ｌ上に、径方向Ｃに沿って放射状に配置している。なお、レクテナ素子８２は、ラジアル導波管部１６１ｂのもう一方の主表面上においても、同心円Ｌ上に、径方向Ｃに沿って配置している。
　また、各アンテナプローブ８２ａの長さについては、図１１に示すように、電界強度が高いラジアル導波管部１６１ｂの中心軸側において短く、電界強度が低くなる径方向Ｃに向かうにつれて長く設定されている。また、同じ同心円Ｌ上に配置されているアンテナプローブ８２ａの長さは略同一である。
　つぎに、この高周波／直流変換器１６の動作について説明する。円管導波管部１６１ａの開口部１６１ａａから入力した反射マイクロ波は、円管導波管部１６１ａを伝送する間に内部導体１６１ｃを中心とした等方的な電界強度分布に変換される。反射マイクロ波がラジアル導波管部１６１ｂに到達すると、内部導体１６１ｃを中心として等方的な強度で広がり、径方向Ｃに伝送する。なお、内部導体１６１ｃは、底面に拡径部１６１ｃａが形成されており、反射マイクロ波が円管導波管部１６１ａからラジアル導波管部１６１ｂへ低損失でなめらかに広がるようにしている。
　上述したように、反射マイクロ波は、ラジアル導波管部１６１ｂにおいて等方的な強度で広がる。したがって、アンテナプローブ８２ａの長さが略同じレクテナ素子８２を同心円上に配置するだけで、各レクテナ素子８２が受信する反射マイクロ波の強度を均等にできる。また、アンテナプローブ８２ａの長さが径方向Ｃに向かうにつれて長くなっていることによって、各アンテナプローブ８２ａが受信する反射マイクロ波の強度を均等にすることができ、特定の整流部８２ｂに大きな交流電力の負荷が掛かることが防止される。
　また、このラジアル導波管部１６１ｂは、反射マイクロ波を等方的な強度で分岐する分岐部としても機能する。このラジアル導波管部１６１ｂによれば、たとえば上述したＴ分岐導波管１３、１５のようにＮ分岐（Ｎは２以上の整数）するような分岐部と比較して、入力された反射マイクロ波の電力を円周方向のあらゆる方向に等方的に分散して、その電力密度をより低くすることができる。その結果、この高周波／直流変換器１６は、マイクロ波の入力電力のダイナミックレンジがより広いものとなる。
（実施の形態５）
　上述した各実施の形態では、いずれもレクテナ素子を用いた電力回生装置を用いているが、本発明はこれに限られず、高周波を直流に変換できる他の装置を用いた電力回生装置でもよい。以下では、本発明の実施の形態５として、マイクロ波管を用いた電力回生装置の実施の形態について説明する。
　図１３は、本実施の形態５に係る電力回生装置の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、この電力回生装置１７は、図１に示す電力回生装置１１において、高周波／直流変換器８をマイクロ波管装置１８に置き換えた構成を有している。このマイクロ波管装置１８は、サーキュレータ３が取り出した反射マイクロ波ＲＷを直流電力に変換するマイクロ波管を用いたものであり、高周波発生器１とは逆の機能を有するものである。このようなマイクロ波管装置１８は、マグネトロン、クライストロン、進行波管(ＴＷＴ)等のマイクロ波を発生できる各種真空管を用いて実現される。
　この電力回生装置１７は、マイクロ波管装置１８を用いているので、簡単な構成で高電力の反射マイクロ波ＲＷを直流電力に変換できる。
（実施の形態６）
　つぎに、本発明の実施の形態６に係る高周波加熱装置について説明する。本実施の形態６に係る高周波加熱装置は、実施の形態１に係る高周波加熱装置１００とほぼ同様の構成を有するが、さらに蓄電装置を備えるものである。
　図１４は、実施の形態６に係る高周波加熱装置の構成を示すブロック図である。図１４に示すように、この高周波加熱装置２００は、図１に示す高周波加熱装置１００と同様に、高周波発生器１、加熱室６、導波管２、サーキュレータ３、パワーモニタ４、整合器５と、高周波／直流変換器８と、電圧制御器９とを備え、サーキュレータ３、高周波／直流変換器８、および電圧制御器９は電力回生装置１１を構成している。高周波／直流変換器８と電圧制御器９とは送電線１０によって接続している。
　この高周波加熱装置２００は、蓄電装置１９をさらに備えており、電圧制御器９と蓄電装置１９とは送電線１０によって接続しており、電力回生装置１１と蓄電装置１９とが電力蓄電システム２０を構成している。そして、電力蓄電システム２０の蓄電装置１９と、高周波発生器１とは、それぞれ送電線１０によって接続している。なお、蓄電装置１９は、リチウムイオン電池等の二次電池、電気二重層コンデンサ等のキャパシタなどを用いて実現され、その種類に特に限定はない。
　この高周波加熱装置２００においては、高周波加熱装置１００の場合と同様に、電力回生装置１１の高周波／直流変換器８が加熱室６から出力した反射マイクロ波ＲＷを直流電力ＤＣ１に変換し、電圧制御器９が所望の電圧に制御された直流電力ＤＣ２を出力する。しかしながら、この高周波加熱装置２００は、高周波加熱装置１００の場合とは異なり、蓄電装置１９が出力された直流電力ＤＣ２を蓄積し、その蓄電された電力から所定量の直流電力ＤＣ４を、送電線１０を介して高周波発生器１に適宜出力するようにしている。
　電力蓄電システム２０は、たとえば以下のように動作する。すなわち、高周波加熱装置２００が通常動作する場合には電力蓄電システム２０は直流電力ＤＣ２を蓄積し、たとえば高周波加熱装置２００が高出力動作や長時間動作する場合のようにより多くの電力を必要とする場合、電力蓄電システム２０はより多くの直流電力ＤＣ４を高周波発生器１に出力するように動作する。あるいは、電力蓄電システム２０は、蓄積した電力をたとえば他の装置に供給するように動作してもよい。このように、高周波加熱装置２００は、電力蓄電システム２０を備えることによって、従来熱として廃棄していた反射マイクロ波ＲＷの電力を有効かつ柔軟に活用することができる。なお、本実施の形態６では、蓄電装置１９は高周波加熱装置２００に備えられているが、外部に備えるようにしてもよい。
（実施の形態７）
　つぎに、本発明の実施の形態７に係る高周波加熱装置である家庭用または業務用の電子レンジについて説明する。図１５は、実施の形態７に係る電子レンジの扉を開けた状態の外観を示す模式図である。図１５に示すように、この電子レンジ３００は、スタートボタン等の各種動作設定のための各種操作ボタンおよび動作メニューや動作時間等を表示する表示器を備えた表示操作部３１と、扉３２と、加熱室３３とを備えている。また、加熱室３３内の上面および側面には、加熱室３３内にマイクロ波を放射するための開口部３４が設けられている。なお、加熱室３３内には適宜ターンテーブルを設けてもよい。
　図１６は、図１５に示す電子レンジ３００の内部構成を模式的に示す透視図である。図１６に示すように、この電子レンジ３００は、家庭用コンセント等から電力が供給される電源回路３５、表示操作部３１に接続した主制御部３６、加熱室３３の上部に配置した、高周波発生器３７、高周波発生器３７から加熱室３３にマイクロ波を伝送するための同軸線３８と導波管アンテナ３９、およびこの同軸線３８と導波管アンテナ３９とが構成する伝送路上に配設されたサーキュレータ４０を備えている。なお、導波管アンテナ３９は、開口部３４を介して加熱室３３内に向けて開口している。また、電子レンジ３００は、さらに加熱室３３の上部に配置した、サーキュレータ４０に同軸線３８を介して接続した高周波／直流変換回路４１、および高周波／直流変換回路４１に送電線４２を介して接続した電圧制御回路４３を備えている。また、電圧制御回路４３は送電線４２を介して電源回路３５に接続している。
　なお、この電子レンジ３００は、加熱室３３の側部にも、高周波発生器３７、不図示の導波管アンテナ、サーキュレータ４０、高周波／直流変換回路４１、電圧制御回路４３、およびこれらを適宜接続する同軸線３８および送電線４２を備えている。不図示の導波管アンテナは、加熱室３３内の側面の開口部３４（図１５参照）を介して加熱室３３内に向けて開口している。また、さらに各高周波発生器３７は、制御線４４を介して主制御部３６に接続し、送電線４２を介して電源回路３５に接続している。そして、各サーキュレータ４０、各高周波／直流変換回路４１、および各電圧制御回路４３は、それぞれ電力回生装置４５を構成している。
　つぎに、この電子レンジ３００の動作について説明する。まず、表示操作部３１の各種設定ボタンとスタートボタンとの操作により、主制御部３６は制御線４４を介して高周波発生器３７を操作し、マイクロ波Ｗを発生させる。なお、高周波発生器３７には電源回路３５から送電線４２を介して直流電力が供給されている。同軸線３８、サーキュレータ４０、および導波管アンテナ３９は、高周波発生器３７が発生したマイクロ波Ｗを順次伝送し、導波管アンテナ３９は開口部３４を介して加熱室３３内にマイクロ波Ｗを放射する。このマイクロ波Ｗは、加熱室３３内に収容された被加熱物に吸収され、これによって被加熱物は加熱される。加熱室３３内に放射されたマイクロ波Ｗのうち加熱に使用されなかったマイクロ波は、反射マイクロ波ＲＷとして導波管アンテナ３９に戻っていく。
　その後は、上述した他の実施形態の場合と同様に、電力回生装置４５によって反射マイクロ波ＲＷが直流電力に回生される。具体的には、サーキュレータ４０は導波管アンテナ３９から戻ってきた反射マイクロ波ＲＷを取り出し、同軸線３８は取り出された反射マイクロ波ＲＷを高周波／直流変換回路４１に伝送する。高周波／直流変換回路４１は、反射マイクロ波ＲＷを直流電力に変換して送電線４２を介して電圧制御回路４３に出力する。電圧制御回路４３は、高周波／直流変換回路４１を所望の電圧に制御した直流電力として送電線４２を介して電源回路３５に出力する。電源回路３５は、電力回生装置４５によって回生された直流電力を、マイクロ波Ｗ発生用の電力、あるいは表示操作部３１等に使用する電力等として利用する。また、この電子レンジ３００は、被加熱物をオーブン加熱するための電熱ヒータを備えるようにしてもよいが、回生された直流電力を電熱ヒータ用の電力として使用してもよい。
　このように、この電子レンジ３００は、電力回生装置４５を備えることによって、従来熱として単に廃棄していた反射マイクロ波ＲＷの電力を有効に利用し、効率の良いエネルギー利用を実現している。ゆえに、この電子レンジ３００によって、家庭または店舗における電力使用量を削減でき、省エネルギー、エコロジーの観点、および電力使用料金の節約の観点から好ましいものとなる。
　なお、高周波発生器３７としては、たとえばマグネトロンを備えるものを用いることができるが、特に限定はされない。たとえば、高周波発生器３７として、トランジスタ等の半導体素子を用いたマイクロ波発振器と固体増幅器から構成されるものを用いれば、小型軽量であり、駆動電圧が数十Ｖ程度と低電圧でよいので、マグネトロンの場合と比較して、数ｋＶの高電圧回路が不要であり、マイクロ波の周波数ずれもなく、寿命も半永久的であり、より好ましい。また、電圧制御回路４３としては、図７に示す電圧制御器９と同様の構成のものを用いることができる。
　また、高周波／直流変換回路４１は、図６に示す整流部８２ｂと同様の構成のものを用いることができるが、例えば以下の構成のものを用いることもできる。
　図１７は、高周波／直流変換回路の構成の一例を示すブロック図である。図１７に示すように、この高周波／直流変換回路４１は、反射マイクロ波ＲＷが入力される入力端４１ａと、入力された反射マイクロ波ＲＷの電力を分岐する分配器４１ｂと、分配器４１ｂに接続し、順次接続した入力フィルタ４１ｃ、整流器４１ｄ、および出力フィルタ４１ｅからなる複数の整流部４１ｆと、各整流部４１ｆに接続し、各整流部４２ｆが出力した直流電力を集約する直流バス４１ｇと、直流バス４１ｇに接続し、集約した直流電力を直流電力ＤＣ１として出力する出力端４１ｈとを備えている。なお、各整流部４１ｆは、図６に示す整流部８２ｂと同様の機能を有する。
　この高周波／直流変換回路４１においては、分配器４１ｂが、入力された反射マイクロ波ＲＷの電力を分岐して各整流部４１ｆに分配し、各整流部４１ｆは分配された電力を直流電力に変換するので、許容入力電力が小さい安価な整流部４１ｆを用いて、大きな電力の反射マイクロ波ＲＷを受信することができる。
　また、図１８は、マイクロストリップ線路によって構成した図１７に示す高周波／直流変換回路４１の一例を示す図である。なお、図１８においては、分配器４１ｂが４分配である場合を示している。図１８に示すように、この高周波／直流変換回路４１は、誘電体基板Ｓ上に、マイクロストリップ線路によって構成した入力端４１ａと、分配器４１ｂと、複数の整流部４１ｆと、直流バス４１ｇと、出力端４１ｈとを備えている。なお、整流部４１ｆの整流器４１ｄは、ダイオードであり、その一端はスルーホール４１ｄａを通して誘電体基板Ｓの裏面導電体に接地している。このように、高周波／直流変換回路４１は、マイクロストリップ線路を用いて簡易な構成で容易に作製することができる。
　図１９は、図１７に示す高周波／直流変換回路の変形例を示すブロック図である。図１９に示すように、この高周波／直流変換回路４１Ａは、反射マイクロ波ＲＷが入力される入力端４１ａと、入力された反射マイクロ波ＲＷの電力を分岐する分配器４１ｂと、分配器４１ｂに接続した複数の整流部４１ｆと、入力端４１ａと分配器４１ｂとの間に接続した、インダクタ４１ｉａとコンデンサ４１ｉｂとからなるローパスフィルタ４１ｉと、ローパスフィルタ４１ｉに接続した出力端４１ｈとを備えている。なお、各整流部４１ｆは、図１７に示すように順次接続した入力フィルタ４１ｃ、整流器４１ｄ、および出力フィルタ４１ｅからなる。
　この高周波／直流変換回路４１Ａでは、分配器４１ｂが、入力された反射マイクロ波ＲＷの電力を分岐して各整流部４１ｆに分配し、各整流部４１ｆは分配された電力を直流電力に変換し、さらに分配器４１ｂが各整流部４１ｆからの直流電力を集約して出力端４１ｈから直流電力ＤＣ１として出力する。なお、直流電力ＤＣ１に含まれる交流成分はローパスフィルタ４１ｉによって除去される。この高周波／直流変換回路４１Ａでは、直流バス４１を使用せずに分配器４１ｂによって直流電流を集約するので、部品スペースを節約でき、高周波／直流変換回路４１Ａを小型にできる。
　また、図２０は、マイクロストリップ線路によって構成した図１９に示す高周波／直流変換回路４１Ａの一例を示す図である。なお、図２０においては、分配器４１ｂが８分配である場合を示している。図２０に示すように、この高周波／直流変換回路４１Ａは、誘電体基板Ｓ上に、マイクロストリップ線路によって構成した入力端４１ａと、分配器４１ｂと、複数の整流部４１ｆと、ラジアルスタブからなるローパスフィルタ４１ｉと、出力端４１ｈとを備えている。なお、マイクロストリップ線路にシャント接続された整流器４１ｄの一端は、スルーホール４１ｄａを通して誘電体基板Ｓの裏面導電体に接地している。このように、高周波／直流変換回路４１Ａは、マイクロストリップ線路を用いて簡易な構成で容易に作製することができ、かつ小型化できる。なお、図１９、２０において、ローパスフィルタ４１ｉに換えてバンドパスフィルタを用いてもよい。
　なお、上述したように、本実施の形態７に係る電子レンジ３００は、オーブン加熱するための電熱ヒータを備えるようにしてもよく、高周波発生器３７や高周波／直流変換回路４１として半導体素子から構成される電子回路を用いてもよい。ここで、オーブン加熱を行う場合は、加熱室３３内の温度が３００℃程度になる場合があるので、一般的な鉛フリー半田の融点である２２０℃や、一般的な半導体素子の接合温度である約１５０℃よりも高温となる。しかしながら、この電子レンジ３００においては、高周波発生器３７や高周波／直流変換回路４１は加熱室３３の外に配置されており、オーブン加熱時においても高温とならないため、高周波発生器３７や高周波／直流変換回路４１の半田接続部の溶解や半導体素子の熱暴走等の事態に到ることはない。
　また、本実施の形態７に係る電子レンジ３００において、電力回生装置４５にさらに蓄電装置を接続して電力蓄電システムを構成し、これによって蓄電した電力を電子レンジ３００内部、あるいは外部の電気機器において利用できるようにしてもよい。
　なお、上記実施の形態は、いずれも周波数がたとえば２．４～２．５ＧＨｚのマイクロ波を利用して、水分を含む被加熱物を加熱する高周波加熱装置に係るものであるが、高周波の周波数は被加熱物の吸収帯に合わせて適宜設定することができる。さらに、本発明は高周波加熱装置に限らず、高周波を利用する他の高周波装置、たとえば、素粒子加速器、半導体製造装置等に用いられるプラズマ発生装置、あるいは携帯電話等の無線通信装置などに対しても適用できる。各装置において利用される高周波の周波数については、その用途によって適宜選択され、たとえば半導体製造装置におけるスパッタリング用のプラズマ発生装置では、１３．５６ＭＨｚの整数倍の周波数の高周波が利用され、携帯電話ではたとえば８００ＭＨｚ帯～２ＧＨｚ帯が利用される。以下では、本発明の他の実施の形態である無線通信装置について説明する。
（実施の形態８）
　図２１は、本発明の実施の形態８に係る無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。図２１に示すように、この無線通信装置４００は、信号処理部５０と、信号処理部５０に接続した電力増幅器５１と、電力増幅器５１に接続したサーキュレータ５２と、サーキュレータ５２に接続した分波回路５３と、分波回路５３に接続した高周波負荷であるアンテナ５４と、サーキュレータ５２に接続した高周波／直流変換器５５と、高周波／直流変換器５５に接続した電圧制御器５６と、電圧制御器５６に接続した蓄電装置５７とを備える。なお、サーキュレータ５２、高周波／直流変換器５５、および電圧制御器５６が電力回生装置５８を構成し、電力回生装置５８と蓄電装置５７とが電力蓄電システム５９を構成している。
　つぎに、この無線通信装置４００の動作について説明する。まず、信号処理部５０は、音声信号等を含む所定の搬送周波数の高周波信号波である送信波ＴＷを電力増幅器５１に出力する。電力増幅器５１は送信波ＴＷを増幅してサーキュレータ５２に出力する。サーキュレータ５２は、送信波ＴＷを分波回路５３に出力する。分波回路５３は、送信波ＴＷをアンテナ５４に出力する。そして、アンテナ５４は、送信波ＴＷを基地局等に送信する。また、アンテナ５４は、基地局から送信された音声信号等を含む所定の搬送周波数の高周波信号波である受信波ＲＥＣＷを受信し、分波回路５３に出力する。分波回路５３は、受信波ＲＥＣＷを受信回路に出力する。すなわち、分波回路５３は送信波ＴＷと受信波ＲＥＣＷとを分波する機能を有する。
　なお、送信波ＴＷの一部は、高周波負荷であるアンテナ５４によって反射し、反射送信波ＲＥＦＷとして分波回路５３に入力するが、分波回路５３はこの送信波ＴＷと同一周波数の反射送信波ＲＥＦＷをサーキュレータ５２に出力する。
　ここで、従来の無線通信装置に用いられているサーキュレータは、たとえば非特許文献３に開示されるように、反射送信波を出力するポートに抵抗体を設けており、反射送信波の電力を抵抗体の発する熱として廃棄している。
　これに対して、この無線通信装置４００では、サーキュレータ５２は、反射送信波ＲＥＦＷを高周波／直流変換器５５に出力するよう構成されている。さらに、高周波／直流変換器５５は、反射送信波ＲＥＦＷを直流電力ＤＣ１に変換して電圧制御器５６に出力し、電圧制御器５６は、直流電力ＤＣ１を所定の電圧に制御して、直流電力ＤＣ２として蓄電装置５７に出力し、蓄電装置５７は直流電力ＤＣ２を蓄積し、その蓄電された電力から所定量の直流電力ＤＣ４を、この無線通信装置４００が備える主電源装置に適宜出力する。
　すなわち、ここの無線通信装置４００は、この電力回生装置５８と電力蓄電システム５９とによって、従来熱として単に廃棄していた反射送信波ＲＥＦＷの電力を回生し、有効かつ柔軟に活用することができる。特に、無線通信装置４００が充電式の場合は、充電が必要になるまでの装置の動作持続時間が長くなるので好ましい。
　また、図２２は、マイクロストリップ線路によって構成した図２１に示す無線通信装置の要部の一例を示す図である。なお、図２２においては、誘電体基板の記載を省略している。図２２に示すように、信号処理部５０、電力増幅器５１、サーキュレータ５２、分波回路５３、アンテナ５４、高周波／直流変換器５５は、それぞれ適宜マイクロストリップ線路６０によって接続しており、簡易な構造で作製できるものである。また、電力増幅器５１に接続するマイクロストリップ線路６０には、この無線通信装置４００の主電源装置の電源回路に接続した分岐線路６０ａが設けられており、電力増幅器５１にはこの分岐線路６０ａを介して増幅のための電力が供給されている。また、電力増幅器５１とサーキュレータ５２との間、およびサーキュレータ５２と高周波／直流変換器５５との間には、ＤＣカット用のコンデンサ６１、６２が配設されており、不要なＤＣ成分が高周波／直流変換器５５および電力増幅器５１に入力されることを防止している。また、高周波／直流変換器５５は、図１８に示す高周波／直流変換回路４１と同様に、順次接続した入力フィルタ５５ａ、ダイオードである整流器５５ｂ、出力フィルタ５５ｃ、および電圧制御器５６に接続する出力部５５ｄを備えており、整流器５５ｂの一端はスルーホール５５ｂａを通して誘電体基板の裏面導電体に接地している。
　なお、上記実施の形態８に係る無線通信装置４００では、主電源装置とは別に蓄電装置５７を備えているが、蓄電装置５７を備えずに、電力回生装置５８が出力する直流電力ＤＣ２を、直接的に主電源装置に充電するようにしてもよい。
　また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
　以上のように、本発明に係る電力回生装置および電力回生方法、電力蓄電システムおよび電力蓄電方法、ならびに高周波装置は、高周波電力を回生し、効率よく利用する用途に適している。
　１、３７　高周波発生器
　２　導波管
　３、４０、５２　サーキュレータ
　３ａ　第１ポート
　３ｂ　第２ポート
　３ｃ　第３ポート
　４　パワーモニタ
　５　整合器
　６、３３　加熱室
　６ｂ　スターラファン
　６ａ　ターンテーブル
　６ｃ　電熱ヒータ
　６ｄ　内壁
　７　ダミーロード
　８、１６、５５　高周波／直流変換器
　９、５６　電圧制御器
　１０　送電線
　１１、１２、１４、１７、４５、５８　電力回生装置
　１３、１５　Ｔ分岐導波管
　１３ａ、１５ａ　第１ポート
　１３ｂ、１５ｂ　第２ポート
　１３ｃ、１５ｃ　第３ポート
　１８　マイクロ波管装置
　１９、５７　蓄電装置
　２０、５９　電力蓄電システム
　３１　表示操作部
　３２　扉
　３４　開口部
　３５　電源回路
　３６　主制御部
　３８　同軸線
　３９　導波管アンテナ
　４１、４１Ａ　高周波／直流変換回路
　４１ａ　入力端
　４１ｂ　分配器
　４１ｃ、５５ａ、８２ｂａ　入力フィルタ
　４１ｄ、５５ｂ、８２ｂｂ　整流器
　４１ｄａ、５５ｂａ　スルーホール
　４１ｅ、５５ｃ、８２ｂｃ　出力フィルタ
　４１ｆ、８２ｂ　整流部
　４１ｇ　直流バス
　４１ｈ　出力端
　４１ｉ　ローパスフィルタ
　４１ｉａ　インダクタ
　４１ｉｂ　コンデンサ
　４２　送電線
　４３　電圧制御回路
　４４　制御線
　５０　信号処理部
　５１　電力増幅器
　５３　分波回路
　５４　アンテナ
　５５ｄ　出力部
　５７　蓄電装置
　６０　マイクロストリップ線路
　６０ａ　分岐線路
　６１、９３　コンデンサ
　８１　導波管
　８１ａ　開口部
　８１ｂ　孔
　８２　レクテナ素子
　８２ａ　アンテナプローブ
　８３、１６３ａ、１６３ｂ　筐体
　９１　コイル
　９２　ダイオード
　９５　制御部
　９６　ドライバ
　１００、２００、５００　高周波加熱装置
　１６１　導波管
　１６１ａ　円管導波管部
　１６１ａａ　開口部
　１６１ｂ　ラジアル導波管部
　１６１ｂａ　孔
　１６１ｃ　内部導体
　１６１ｃａ　拡径部
　３００　電子レンジ
　４００　無線通信装置
　ＡＣ１、ＡＣ２　交流電力
　Ｂ　矢印
　Ｃ　径方向
　ＤＣ１～ＤＣ４　直流電力
　Ｈ　熱
　Ｌ　同心円
　Ｏ　被加熱物
　ＲＥＣＷ　受信波
　ＲＥＦＷ　反射送信波
　ＲＷ、ＲＷ１～ＲＷ８　反射マイクロ波
　Ｓ　誘電体基板
　ＴＷ　送信波
　Ｗ　マイクロ波
　Ｘ　中心軸

Claims (19)

  1. 　高周波源から高周波負荷に高周波を伝送する伝送路上に配設され、前記高周波負荷が前記高周波を反射して発生した反射高周波を取り出す取出部と、
    　前記取出部が取り出した反射高周波を直流電力に変換する高周波／直流変換部と、
    　を備えることを特徴とする電力回生装置。
  2. 　前記取出部が取り出した反射高周波を分岐して出力する分岐部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電力回生装置。
  3. 　前記高周波／直流変換部は、前記反射高周波を受信し、該受信した反射高周波に対応する交流電力を出力するアンテナ部と、前記アンテナ部が出力した交流電力を整流する整流部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電力回生装置。
  4. 　前記高周波／直流変換部は、複数の前記アンテナ部と、前記反射高周波を伝送する反射高周波伝送路とを備え、複数の前記アンテナ部は、前記反射高周波伝送路内を伝送する前記反射高周波を前記各アンテナ部で受信するように分散配置していることを特徴とする請求項３に記載の電力回生装置。
  5. 　前記反射高周波伝送路はラジアル導波管を備えることを特徴とする請求項４に記載の電力回生装置。
  6. 　前記高周波／直流変換部は、前記反射高周波を直流電力に変換する真空管を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電力回生装置。
  7. 　前記取出部は、前記高周波源が発生した高周波が入力される第１ポートと、前記入力された高周波を前記高周波負荷へ出力するとともに前記反射高周波が入力される第２ポートと、前記入力された反射高周波を取り出す第３ポートとを有するサーキュレータを備えることを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の電力回生装置。
  8. 　前記高周波／直流変換部が出力する直流電力を所定電圧に制御して出力する電圧制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の電力回生装置。
  9. 　請求項１～８のいずれか一つに記載の電力回生装置と、
    　前記電力回生装置が出力する直流電力を蓄電する蓄電装置と、
    　を備えることを特徴とする電力蓄電システム。
  10. 　高周波源と、
    　高周波負荷と、
    　前記高周波源から前記高周波負荷に高周波を伝送する伝送路と、
    　前記伝送路上に配設された請求項１～８のいずれか一つに記載の電力回生装置または請求項９に記載の電力蓄電システムと、
    　を備えることを特徴とする高周波装置。
  11. 　前記高周波負荷は高周波加熱を行なう加熱室であることを特徴とする請求項１０に記載の高周波装置。
  12. 　前記高周波負荷は高周波信号波を送受信するアンテナであることを特徴とする請求項１０に記載の高周波装置。
  13. 　高周波源から高周波負荷に高周波を伝送する伝送路上において、前記高周波負荷が前記高周波を反射して発生した反射高周波を取り出す取出工程と、
    　前記取り出した反射高周波を直流電力に変換する高周波／直流変換工程と、
    　を含むことを特徴とする電力回生方法。
  14. 　前記取り出した反射高周波を分岐する分岐工程を含み、前記高周波／直流変換工程は、前記分岐した各反射高周波を直流電力に変換することを特徴とする請求項１３に記載の電力回生方法。
  15. 　前記高周波／直流変換工程は、前記反射高周波を受信し、該受信した反射高周波に対応する交流電力を出力する受信工程と、前記出力した交流電力を整流する整流工程とを含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の電力回生方法。
  16. 　前記受信工程は、前記取り出した反射高周波を反射高周波伝送路に伝送させながら、該反射高周波伝送路上に分散配置した複数のアンテナで受信を行なうことを特徴とする請求項１５に記載の電力回生方法。
  17. 　前記受信工程は、ラジアル導波管を備える前記反射高周波伝送路を用いることを特徴とする請求項１６に記載の電力回生方法。
  18. 　前記高周波／直流変換工程において出力した直流電力を所定電圧に制御して出力する電圧制御工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３～１７のいずれか一つに記載の電力回生方法。
  19. 　請求項１４～１８のいずれか一つに記載の電力回生方法により回生した直流電力を蓄電することを特徴とする電力蓄電方法。
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