JP2009011232A - Lighting equipment for plant cultivation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、植物栽培の照明装置に関し、特に、栽培物から発生した酸素を除去しながら周囲から二酸化炭素を供給し、光合成を促進するとともに栽培物周囲の温度を一定に保つようにした植物栽培の照明装置に関するものである。 The present invention relates to a lighting device for plant cultivation, and in particular, plant cultivation that supplies carbon dioxide from the surroundings while removing oxygen generated from the cultivation, promotes photosynthesis and keeps the temperature around the cultivation constant. It is related with the illuminating device.
近年、植物工場においては、天然土壌を利用せずに植物を生育させる水耕栽培が行われている。
水耕栽培は、水耕栽培で起こる土壌病害虫の防除、連作障害の回避、耕耘及び除草作業の省略が可能であるという利点を有する。
水耕栽培においては、地上部の管理と地下部の管理が重要であり、例えば、地上部では、光や温度、湿度、空気の流れの管理が行われるとともに、地下部では、栄養素濃度や溶存酸素濃度、電気伝導度、培養液温の管理が行われている。
In recent years, hydroponic cultivation in which plants are grown without using natural soil has been performed in plant factories.
Hydroponics has the advantage that it is possible to control soil pests that occur in hydroponics, avoid continuous cropping problems, and omit plowing and weeding operations.
In hydroponics, the management of the above-ground part and the management of the underground part are important. For example, the above-ground part manages light, temperature, humidity, and air flow. Management of oxygen concentration, electrical conductivity, and culture solution temperature is performed.
通常、土耕栽培等の野菜栽培では、石油等を燃焼させて二酸化炭素を供給すること、自然光を利用していることで、照明ムラや施肥ムラは生じない。これに対して、完全に遮光され、外気の入らない閉鎖された栽培室内で多段に積み上げられた植物栽培環境下では、蛍光灯等による照明を行っているが、二酸化炭素の施肥ムラや照明の照度ムラが生じて、栽培物の成育が不安定になったり、部分的に成育不良が起こりやすくなったりする。
また、通常、自然光を使用しているビニールハウスなどの土耕栽培では、電力料金は問題にならない。これに対して、閉鎖された栽培室内で人工照明だけに頼る多段式完全人工光型の植物栽培環境下では、人工光を効率よく使わないと、照明による電力料金が栽培野菜のコストアップをもたらすことになる。
Usually, in vegetable cultivation such as soil cultivation, uneven illumination and fertilization unevenness do not occur by burning petroleum or the like to supply carbon dioxide and using natural light. On the other hand, in a plant cultivation environment that is completely shielded from light and does not enter the open air, it is illuminated with fluorescent lamps, etc. Irradiance unevenness occurs, and the growth of the cultivated product becomes unstable, or partial growth failure tends to occur.
In addition, power charges are not a problem in soil cultivation such as a greenhouse that normally uses natural light. In contrast, in a multi-stage fully artificial light type plant cultivation environment that relies solely on artificial lighting in a closed cultivation room, lighting costs will increase the cost of cultivated vegetables unless artificial light is used efficiently It will be.
このように、従来の植物工場では、二酸化炭素の施肥ムラや照明ムラがあり、栽培物の成育のばらつきを生じ、二酸化炭素も栽培物が成育し、草丈が照明装置付近に及んだ場合、栽培室内での空気の流れが遮断されるため、成育効率が悪化するという問題があった。
より具体的には、図7(a)に示すような、天板と側面の一部を反射板で覆った照明装置を用いた植物工場では、(1)栽培室内の温度と二酸化炭素濃度を一定に保つために、側面の反射板は完全に覆わずに一定の隙間を空けているため、照明の光線が外部に漏れ、栽培室の外側の栽培物の成長が遅れ、成育ムラが生じたり、(2)草丈が伸びた場合、外気の取り込みが悪くなる等の問題があった。
また、図7(b)に示すような、完全に遮光して反射板で覆った照明装置を用いた植物工場では、(1)完全に遮光した密閉栽培室のため、照明の光線が外部には漏れないが、乱反射するため照度がその都度減衰し、また、外側の栽培物は、照明ムラのため成育が遅くなったり、(2)完全に遮光した栽培室では、大量生産を目的とする栽培設備の場合、温度ムラを起こすことなく空調することが難しく、小型の装置に限定される等の問題があった。
Thus, in the conventional plant factory, there is uneven fertilization of carbon dioxide and uneven lighting, causing variations in the growth of the cultivation, carbon dioxide also grows the cultivation, and when the plant length reaches the vicinity of the lighting device, There was a problem that the growth efficiency deteriorated because the flow of air in the cultivation room was blocked.
More specifically, in a plant factory using an illumination device as shown in FIG. 7A in which a top plate and a part of a side surface are covered with a reflector, (1) the temperature and carbon dioxide concentration in the cultivation room In order to keep it constant, the reflector on the side is not completely covered and a certain gap is left, so the light rays of the light leak to the outside, the growth of the cultivation outside the cultivation room is delayed, and uneven growth occurs (2) When the plant height is increased, there are problems such as poor air intake.
Moreover, in a plant factory using a lighting device that is completely shielded and covered with a reflector as shown in FIG. 7 (b), (1) because the sealed cultivation room is completely shielded from light, the light of illumination is exposed to the outside. The irradiance is attenuated each time due to diffuse reflection, and the outside cultivation is slow to grow due to uneven illumination. (2) In the cultivation room completely shielded from light, the purpose of mass production is In the case of cultivation facilities, it was difficult to air-condition without causing temperature unevenness, and there were problems such as being limited to small devices.
本発明は、上記従来の植物栽培の照明装置が有する問題点に鑑み、栽培物に対して、照明装置から均一に光線を照明することを可能にし、栽培物の成長の歩留まりを向上するとともに、栽培物から発生した酸素を除去し、二酸化炭素をムラなく供給し、光合成を促進するとともに、人工照明の光線を効率よく利用し、照明のための電力料金を必要最低限に抑え、かつ栽培物周囲の温度を一定に保つようにした植物栽培の照明装置を提供することを目的とする。 In view of the problems of the above-described conventional plant cultivation lighting device, the present invention enables the light to be uniformly illuminated from the lighting device for the cultivation, and improves the growth yield of the cultivation, Removes oxygen generated from cultivated products, supplies carbon dioxide evenly, promotes photosynthesis, efficiently uses the light of artificial lighting, minimizes the electricity bill for lighting, and cultivated products An object of the present invention is to provide a lighting device for plant cultivation in which the ambient temperature is kept constant.
上記目的を達成するため、本第1発明の植物栽培の照明装置は、天板の下に照明灯を設けるとともに、該照明灯の周囲を囲繞する所要深さの側板を備え、天板に、照明灯により加熱された空気を外部に導出する放熱部を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the plant cultivation lighting device according to the first aspect of the present invention is provided with an illuminating lamp under the top plate, and includes a side plate having a required depth surrounding the periphery of the illuminating lamp, It is characterized in that a heat radiating portion for leading the air heated by the illuminating lamp to the outside is provided.
この場合において、照明装置を高さ調節可能に吊り下げることができる。 In this case, the lighting device can be suspended so that the height can be adjusted.
また、同じ目的を達成するため、本第2発明の植物栽培の照明装置は、近似放物線を断面とする断面略U字状の反射板と、該反射板の放物面の焦点に配置された照明灯とを備え、反射板の上部に、照明灯により加熱された空気を外部に導出する放熱部を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the same object, the lighting device for plant cultivation according to the second aspect of the present invention is arranged at the focal point of the parabolic surface of the reflecting plate having a substantially U-shaped cross section with the approximate parabola as a cross section. An illuminating lamp is provided, and a heat dissipating section for leading the air heated by the illuminating lamp to the outside is provided on the upper part of the reflecting plate.
この場合において、反射板を照明灯を中心に回動可能に設けることができる。 In this case, the reflecting plate can be provided so as to be rotatable about the illumination lamp.
本第1発明の植物栽培の照明装置によれば、天板の下に照明灯を設けるとともに、該照明灯の周囲を囲繞する所要深さの側板を備え、天板に、照明灯により加熱された空気を外部に導出する放熱部を設けることから、放熱部から空気が抜けることによる対流を利用して、栽培物から発生した酸素を除去しながら周囲から二酸化炭素を含む空気を供給し、光合成を促進するとともに栽培物周囲の温度を一定に保つことができる。 According to the plant cultivation lighting device of the first aspect of the present invention, an illuminating lamp is provided under the top plate, and a side plate having a required depth surrounding the illuminating lamp is provided, and the top plate is heated by the illuminating lamp. Since the heat radiation part that leads out the air to the outside is provided, the air containing carbon dioxide is supplied from the surroundings while removing oxygen generated from the cultivation using the convection due to the escape of air from the heat radiation part, and photosynthesis Can be promoted and the temperature around the cultivation can be kept constant.
この場合、照明装置を高さ調節可能に吊り下げることにより、栽培物の成長に応じて照明装置の高さを任意に調整し、栽培物と照明装置の距離を一定に保つことができる。 In this case, by hanging the lighting device so that the height can be adjusted, the height of the lighting device can be arbitrarily adjusted according to the growth of the cultivated product, and the distance between the cultivated product and the lighting device can be kept constant.
また、本第2発明の植物栽培の照明装置によれば、近似放物線を断面とする断面略U字状の反射板と、該反射板の放物面の焦点に配置された照明灯とを備え、反射板の上部に、照明灯により加熱された空気を外部に導出する放熱部を設けることから、放熱部から空気が抜けることによる対流を利用して、栽培物から発生した酸素を除去しながら周囲から二酸化炭素を含む空気を供給し、光合成を促進するとともに栽培物周囲の温度を一定に保つことができる。 Moreover, according to the lighting device for plant cultivation of the second invention, the reflector having a substantially U-shaped cross section with the approximate parabola as a cross section, and the illuminating lamp arranged at the focal point of the paraboloid of the reflector are provided. In addition, since a heat dissipating part for leading the air heated by the illuminating lamp to the outside is provided on the upper part of the reflector, the oxygen generated from the cultivated matter is removed using the convection due to the escape of air from the heat dissipating part. By supplying air containing carbon dioxide from the surroundings, photosynthesis can be promoted and the temperature around the cultivation can be kept constant.
この場合、反射板を照明灯を中心に回動可能に設けることにより、反射板の向きを変えることができ、これにより、特定箇所に反射光を集中して照度を上げたり、反射光を天井面へ発散させて間接光にしたりすることが可能となる。
その結果、光飽和点の高い栽培物から低い栽培物まで同一の照明装置で対応できるほか、栽培面の照度分布を任意に調整できる機能は、同一栽培面で光飽和点の異なる栽培物の栽培が可能となる。
In this case, it is possible to change the direction of the reflector by providing the reflector so that it can rotate around the illuminating lamp, thereby concentrating the reflected light at a specific location to increase the illuminance, or to reflect the reflected light to the ceiling. It is possible to diverge to the surface to make indirect light.
As a result, in addition to being able to cope with cultivated crops with high light saturation points to low cultivated crops, the ability to arbitrarily adjust the illuminance distribution on the cultivated surface is the ability to cultivate cultivated crops with different light saturated points Is possible.
以下、本発明の植物栽培の照明装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a plant cultivation lighting device of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図2に、本発明の植物栽培の照明装置の第1実施例を示す。 1 to 2 show a first embodiment of a lighting device for plant cultivation according to the present invention.
まず、栽培装置全体としては、植栽パネル1(図3参照)を浮かべる水槽2を架台3に上下多段に設置し、各植栽パネル1の上方に、本実施例の植物栽培の照明装置Aを設置するようにしている。
First, as a whole cultivation apparatus, the
そして、この植物栽培の照明装置Aは、天板4の下に照明灯5を設けるとともに、該照明灯5の周囲を囲繞する所要深さの側板6を備え、天板4に、照明灯5により加熱された空気を外部に導出する放熱部7を設けている。
The plant-cultivating lighting device A is provided with an
照明灯5は、複数の並列した蛍光灯直管からなり、ソケット51を介して天板4に取り付けられている。
また、照明灯5は、強い光を好む栽培物から弱い光を好む栽培物まで対応するために、インバータ52により高周波点灯を行い、調光機能が付与されている。
また、栽培物の光合成、呼吸、転流を最適化するために、明期(ランプON)と暗期(ランプOFF)とを設け、タイマーにより制御するようにしている。
The
In addition, the
Further, in order to optimize the photosynthesis, respiration, and commutation of the cultivated product, a light period (lamp ON) and a dark period (lamp OFF) are provided and controlled by a timer.
天板4及び側板6の内側は、白色ないし鏡面の表面処理により、反射板として照明対象面の照明効率を高めている。
天板4及び側板6は、下部が開口する箱状をなすが、架台取り付け時の作業性、安全性を確保し、かつ照明装置製作時の部品点数の削減のために、厚みが0.5〜0.8mm程度の薄い板金曲げ構造で構成されている。
The inside of the
The
一方、放熱部7は、図1に示すものは、1重構造の天板4に略均等にスリット等の貫通孔(図示省略)を設け、照明灯5により加熱された内部の空気がその比重の小ささにより自然に外部に流出するようにする。
また、図2に示すように、天板4を中空の2重構造にすることによって、蛍光灯の長手方向に形成された薄い筒状の通路71と、2重構造の下部板となる反射板41に設けた連通孔(図示省略)とからなり、照明灯5により加熱された内部の空気がその比重の小ささにより自然に外部に流出することもできる。
このように、放熱部7から空気が抜けることによる対流を利用して、栽培物から発生した酸素を除去しながら周囲から二酸化炭素を供給することにより、光合成を促進するとともに栽培物周囲の温度を一定に保つ。
On the other hand, the
Further, as shown in FIG. 2, by forming the
In this way, by utilizing the convection due to the escape of air from the
また、照明装置Aは、チェーン等の吊り紐42により架台3に高さ調節可能に吊り下げられており、これにより、栽培物の成長に応じて照明装置Aの高さを任意に調整し、栽培物と照明装置Aの距離を一定に保つことができる。
高さ調節機構は、架台3に回動可能に支持せしめた水平杆43に吊り紐42を取り付け、この水平杆43をハンドル44にて回転させることにより、吊り紐42を巻き取ったり巻き出したりすることにより行う。
Moreover, the illuminating device A is suspended from the
The height adjusting mechanism attaches a hanging
かくして、本第1実施例の植物栽培の照明装置Aは、天板4の下に照明灯5を設けるとともに、該照明灯5の周囲を囲繞する所要深さの側板6を備え、天板4に、照明灯5により加熱された空気を外部に導出する放熱部7を設けることから、放熱部7から空気が抜けることによる対流を利用して、栽培物から発生した酸素を除去しながら周囲から二酸化炭素を含む空気を供給し、光合成を促進するとともに栽培物周囲の温度を一定に保つことができる。
Thus, the plant cultivation lighting device A of the first embodiment is provided with the
この場合、照明装置Aを高さ調節可能に吊り下げることにより、栽培物の成長に応じて照明装置Aの高さを任意に調整し、栽培物と照明装置Aの距離を一定に保つことができる。 In this case, by suspending the lighting device A so that the height can be adjusted, the height of the lighting device A is arbitrarily adjusted according to the growth of the cultivated product, and the distance between the cultivated product and the lighting device A can be kept constant. it can.
図3〜図4に、本発明の植物栽培の照明装置の第2実施例を示す。
この植物栽培の照明装置Bは、近似放物線を断面とする断面略U字状の反射板8と、該反射板8の放物面の焦点に配置された照明灯5とを備え、反射板8の上部に、照明灯5により加熱された空気を外部に導出する放熱部9を設けている。
The 2nd Example of the illuminating device for plant cultivation of this invention is shown in FIGS.
This plant cultivation lighting device B includes a
ここで、近似放物線を断面とする断面略U字状の反射板8の作用について、図5の照明の光線の反射経路を示す説明図を用いて説明すると、図5(a)の平板状の反射板の場合は、照明の光線が外部に漏れ、照明光のうち約50%が無効になるとともに、栽培室の外側の栽培物の成長が遅れ、成育ムラが生じることになるが、図5(b)の近似放物線を断面とする断面略U字状の反射板と平板状の反射板とを組み合わせた場合は、照明の光線が外部に漏れず、照明光のほぼ100%が有効になるとともに、均一に光線を照明することが可能となり、栽培室の外側の栽培物を含め栽培物を均一に成長させ、栽培物の歩留まりを向上することができる。
Here, the operation of the reflecting
照明灯5は蛍光灯直管からなり、反射板8がこの照明灯5を中心として回動可能に嵌着されている。
また、照明灯5は、強い光を好む栽培物から弱い光を好む栽培物まで対応するために、高周波点灯を行い、調光機能が付与されている。
また、栽培物の光合成、呼吸、転流を最適化するために、明期(ランプON)と暗期(ランプOFF)とを設け、タイマーにより制御するようにしている。
The
Moreover, the illuminating
Further, in order to optimize the photosynthesis, respiration, and commutation of the cultivated product, a light period (lamp ON) and a dark period (lamp OFF) are provided and controlled by a timer.
反射板8は、スチレンペーパーやカラー鉄板の薄板を使用した軽量高反射素材からなり、蛍光灯に反射板8を直接回動可能に嵌着できるように、例えば、C字状の切欠を有する取付部81を一体又は接着等により備えることができる。
これにより、反射板8の取付を容易にするとともに、反射板8を照明灯5を中心に容易に回動させることができる。
また、反射板8は、図3(b)に示すように、第1実施例の照明装置Aと組み合わせ、栽培物に対する照明効率を上げることができる。この場合、植栽パネル1によって反射された二次反射光を、本実施例の反射板8の放物面と、第1実施例の照明装置Aの天板4及び側板6とにより再反射させ、照明効率を最適化する。
さらに、反射板8は、放物面の深さを調整したり、第1実施例の照明装置Aの吊り紐42の長さを調整することで照度調整することも可能である。
The
Thereby, while attaching the reflecting
Moreover, as shown in FIG.3 (b), the reflecting
Furthermore, the illuminance of the
放熱部9は、反射板8の上部にスリット状に形成されており、照明灯5により加熱された内部の空気がその比重の小ささにより自然に外部に流出する。
このように、放熱部9から空気が抜けることによる対流を利用して、栽培物から発生した酸素を除去しながら周囲から二酸化炭素を供給することにより、光合成を促進するとともに栽培物周囲の温度を一定に保つ。
The
In this way, by utilizing the convection due to the escape of air from the
かくして、本第2実施例の植物栽培の照明装置Bは、近似放物線を断面とする断面略U字状の反射板8と、該反射板8の放物面の焦点に配置された照明灯5とを備え、反射板8の上部に、照明灯5により加熱された空気を外部に導出する放熱部9を設けることから、放熱部9から空気が抜けることによる対流を利用して、栽培物から発生した酸素を除去しながら周囲から二酸化炭素を含む空気を供給し、光合成を促進するとともに栽培物周囲の温度を一定に保つことができる。
Thus, the plant cultivation lighting device B of the second embodiment has a substantially U-shaped reflecting
この場合、反射板8を照明灯5を中心に回動可能に設けることにより、反射板8の向きを変えることができ、これにより、特定箇所に反射光を集中して照度を上げたり、反射光を天井面へ発散させて間接光にしたりすることが可能となる。
その結果、光飽和点の高い栽培物から低い栽培物まで同一の照明装置Bで対応できるほか、栽培面の照度分布を任意に調整できる機能は、同一栽培面で光飽和点の異なる栽培物の栽培が可能となる。
In this case, the direction of the reflecting
As a result, in addition to being able to handle the same lighting device B from a crop with a high light saturation point to a crop with a low light saturation point, the function that can arbitrarily adjust the illuminance distribution on the cultivation surface is Cultivation is possible.
図6に、本発明の植物栽培の照明装置を用いた植物工場の概念図を示す。
この植物工場は、上記各実施例に記載した植物栽培の照明装置を適用したもので、以下の特徴を有している。
(1)近似放物線を断面とする断面略U字状の反射板8を使用することで、照明光をムラなく栽培物に向け、かつ、外部より冷気を取り込むスペースも確保できる。
(2)栽培室の外部に漏れる光を大幅に低減できる。
(3)近似放物線を断面とする断面略U字状の反射板8の間の空間を通って、照明灯で温められた熱気は天板4の方に移動し、対流により栽培室の外部の冷気が取り込まれる。
(4)外側の照明灯5の反射板8は、その一端(外側)に延長部82を延設したり、反射板8を内側に少し向けることで反射の方向を変更することにより、光線の漏洩を防ぐことができる。
In FIG. 6, the conceptual diagram of the plant factory using the illuminating device of plant cultivation of this invention is shown.
This plant factory is an application of the plant cultivation lighting device described in each of the above embodiments, and has the following characteristics.
(1) By using the reflecting
(2) Light leaking outside the cultivation room can be greatly reduced.
(3) The hot air heated by the illuminating lamp passes through the space between the reflecting
(4) The reflecting
以上、本発明の植物栽培の照明装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。 The lighting device for plant cultivation according to the present invention has been described above based on the embodiments thereof. However, the present invention is not limited to the configurations described in the above embodiments, and the configuration is appropriately set within the scope not departing from the gist thereof. Can be changed.
本発明の植物栽培の照明装置は、栽培物から発生した酸素を除去しながら周囲から二酸化炭素を供給し、光合成を促進するとともに栽培物周囲の温度を一定に保つという特性を有していることから、野菜やその他の植物の工場栽培の用途に広く好適に用いることができる。 The plant cultivation lighting device of the present invention has the characteristics of supplying carbon dioxide from the surroundings while removing oxygen generated from the cultivation, promoting photosynthesis and keeping the temperature around the cultivation constant. Therefore, it can be suitably used for the purpose of factory cultivation of vegetables and other plants.
A 照明装置
B 照明装置
1 植栽パネル
2 水槽
3 架台
4 天板
41 反射板
42 吊り紐
43 水平杆
44 ハンドル
5 照明灯
51 ソケット
52 インバータ
6 側板
7 放熱部
71 通路
8 反射板
81 取付部
9 放熱部
A lighting device B lighting device 1
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