JP2013034465A - 垂直方向の階層の植物育成用メカニズム、エアコンディショニングと照明の改善 - Google Patents

Abstract

【課題】増え続ける世界の人口の需要を満たす食料の生産
【解決手段】垂直方向の階層の植物育成用メカニズム、エアコンディショニングと照明の改善は、床から５５ｍの高さの支柱（１）が縦方向に並べられ、上部には、０．２０ｍずつ両側に出ている横材（２）があり、平行な二つのラインのレールと結合させる。また、結合された１グループの支柱の最初と最後に、歯車（５ａ）（５ｂ）を、伝導装置のチェーンで、レールの回路を閉じるために設置する。
これには、１グループ７つの袋（８）を吊るす鉤があり、２本のベルトで垂直に結合されている。これらの袋には、種あるいは実生のある下層土が入っている。回路の一番奥の歯車の部分（５ｂ）に、モーターを結合し、種まきと収穫がこの端で行われるようにする。暖房のためには、蒸気の管（１３）に挿入するためのセラミックの粉とセメントの細長い棒（１４）、屋根を冷却し、陰を作るためには色付き水を使う。
【選択図】図２

Description

農業

温室、水栽培のシステム、垂直方向の階層の植物育成

増え続ける世界の人口の需要を満たす食料の生産、農薬の使用によって引き起こされる環境汚染の問題、気候変動の影響、水の不足、建築のためのコスト、照明に必要なエネルギー消費、エアーコンディショニング、換気、種まきから収穫までのメカニズムなどを考慮にいれた植物育成のため各階を垂直方向の階層に、建築することの実現性。
週刊誌エコノミストには、垂直方向の階層の農業についての議論がまとめられていた。同誌によると、もし２０５０年に世界人口が９１億人になるならば、国連の計算によると、７０％の食料の増産が必要だとされる。そのためには、より豊富な収穫と耕作地の拡大が必要である。しかし、追加的に拡大できるよい農地は偏在しており、また、その土地では限られた種類の農作物にしか適合させることができない。
同誌では、「何故、上に向かって耕作可能なスペースを建築しないのか？」という問いが投げかけられていた。週刊誌の「ガーディアン」と「エコノミスト」によると、すでに、イギリスのデボンにあるペンタゴン動物園にて、最初の垂直方向の階層の農場が存在するとのことだ。そして、そのシステムは、より少ない水を使い、現在の農業空間の生産性を２０％高めている。そして、これは、多くの将来への問題に対しての問いかけに満足に応えるものだと主張している。
一方で、世界中で、ミツバチが減少していることが、受粉のプロセスにブレーキを掛けている。地球の農業生産の３分の１は、昆虫（その多くがミツバチによるものである）による受粉によるものである。それが、世界の食料生産の状況を深刻にしている。
国連による環境問題プログラムは、この現象は、地球の新たな地域、北アメリカから始まり、オーストラリア、中国、日本、北アフリカ、ナイル川流域に広がっていると断言している。このレポートでは、深刻なミツバチの巣の減少は、気候変動、環境汚染、農薬、特定の寄生虫の増大などの複数の要因によっていると指摘している。

７つの垂直方向の階層で植物育成をするシステムを提案する。しかし、それは建物の階のようでなく、床から少なくとも５．５ｍの高さの鉄の支柱によるものである。４．５ｍのところで、両側に０．２ｍずつでるように、横材を支柱と溶接する。そして、支柱同士は４ｍずつ離し、縦方向に並べる。そして、横材を平行に並べる。続いて、横材の両端をレールで結合させ、平行な２つのラインを作る。
結合された１グループの支柱の最初と最後に、歯車を、伝導装置のチェーンで、レールの回路を閉じるために設置する。これを１回路として考える。
次の回路は、支柱の間は４ｍ離して、平行に建てる。２つの回路の間には、他の回路を平行に等間隔に建てる。しかし、そのチェーンの回路は、梁から支柱なしで、吊る形で支えられている。
チェーンの下部の環は、レールの下部の隙き間からでている鉤のある滑車に結合されており、鉤は以下の間隔を開ける。０．２ｍ，その後０．１ｍ、その次に０．２ｍ、０．１ｍ、そして０．２ｍと以下同様の間隔で、回路が完了するまで続く。
種まきは、縦、横の幅０．２ｍ、高さ０．３ｍの直方体の形の布の袋で行われる。これらの７つの袋（１グループの袋）は、種あるいは実生の支えとしての下層土がある。そして、垂直な２本のベルトで結合されている。同様に袋を、一対のチェーンの鉤に吊るす際に、袋の７つの隙き間は、回路の外に向かって傾いている。袋を吊るす際は、支柱の下から１ｍはあけておく。このように、１グループの袋を、カーブの部分もさけながら、回路の両側が終わるまで吊るしていく。
回路の最後に位置する歯車には、生産ラインのように、この端から収穫と種まきを行うためのチェーンを回転させるモーターを結合させる。２つの回路の間の床面には、平行で等間隔のＵの字型のレールが固定されている。それは、縦幅１ｍ、横幅１．７５ｍの車輪付きのパレットを置く誘導装置となる。車輪付きのパレット同士は、ピンで結合されており、そのピンはレールに下がるようになっている。
このスペースを有効につかい、植物の栽培をするために、その車輪付きのパレットに布のシートを作り、下層土を敷き詰める。車両で車輪付きのパレットを引っぱりながら、種まきと収穫は同じ回路の端で行われる。そして、その最後の車輪付きのパレットを、元の場所に戻すために、巻き上げ機のケーブルにつなげる。
照明は、透明で直径０．１ｍの円筒状のアクリルのカプセルに入った蛍光灯の管によって実現される。円筒状のアクリルのカプセルには、水がいっぱいに入っており、中に管がある。その管の中に蛍光管を入れる。２つの回路の間にある円筒状のアクリルのカプセルには、天井からのケーブルを掛けるための２つの締め金具があり、そして、水の栓を含んでいる。また、その水の入った円筒状のアクリルのカプセルは、光のそらせ板の働きをする。そのため、電気による光も太陽光と同様に、側面の照明を最適化する。
換気のシステムは、床面に敷いてある管から行われる。また、温室の上部に低スピードで風量の大きい換気扇も使う。
灌漑のシステムは、袋の上部から一滴ずつ与えることで行われる。そして、重力で一番下の袋まで下がる。そして、雨どいを使い、再循環するようにする。
車輪つきのパレットには、散水装置によって水がまかれ、同様の雨どいで排水される。一度、回路が作り終わったら、温室を建てるための柱と梁（骨組みとなる鉄骨）を使う。もし、透明な温室を選んだとしたら、外側から屋根に水をまくための散水装置を設置し、屋根の冷却と清掃を行う。そして、色つきの水を使うことで、冷却とともに陰を作ることもできる。
屋根の雨どいは、両方の水を分けてためる収集のシステムをもち、再循環させる。
暖房は、回路の支柱を蒸気の通る管の支えとして使い、蒸気を循環させるために、高圧のボイラーを使う。これらの管を接続をする際に、数本の円筒状の細長い棒を挿入する。
これらの円筒状の細長い棒は、セラミックの粉とセメントで構成されており、管の直径に合わせて作られている。
これらの細長い棒は、中央に管があり、両方の端は、スムーズに蒸気が通るために、一つは外側に、一つは内側に円錐形になっている。
カーブになっているところと、接続部にはセラミックは使われていない。この細い棒の機能は、管によって循環する蒸気の量を減らすことであり、広い面積に届くようにすることである。これは、セラミックがもつ優れた熱の伝達と熱を蓄積する特性よるものであり、これがシステムをより効果的にしている。
回路のチェーンを動かすモーターは、方向の変更を短時間で急激に行うために、両方の方向に回転する。そして、袋を揺り動かし、花に機械的に受粉をすることができる。
この急激な方向変更は、一方の回路の袋が、一つの方向の力を受けているとき、もう一方は、反対方向への力を受けるため、回路の構造に悪い影響を及ぼすことはない。
車輪付きパレットに他の種の植物を植える場合には、受粉のための他のシステムが必要となる。そのため、振動を引き起こすために、レールに小さい障害物を溶接する。車両が振動を引き起こすために、車輪付きパレットを、短い距離で引っ張るとき、また、巻き上げ機が、車輪付きパレットを元の位置に戻す際にも、結果として受粉が生じる。

発明の効果の一つは、上部に向かって、植物を育成するスペースが増えることである。光や風通しを妨げないためのシンプルな構造で、それぞれの階層を植物育成のための床面として使うためのコストのかかる建物を建てる必要がないことである。
他には、イネ科や塊茎、野菜などの下層土を必要とする中型の種類の植物を育成できることである。
他にも、温室の端で、人が温室に入らなくても、生産ラインのように育成と収穫ができることである。
他には、スペースを縦方向には袋を、横方向には、床面に車輪付きパレットを使えることである。
他には、受粉のためにミツバチを必要としないことである。その上、植物の配列と光、温度、湿度をコントロールすることで、花に適切な時に行うことができる。とても効果的であるため、生産量が顕著に増え、一年に数回収穫ができる。
換気のシステムもとても効果的であり、床面から、やわらかく、全体に均一に広がる風が吹き込まれる。また、換気扇は、温室の上部でそのはたらきをする。
不活性の下層土と有機肥料を使うことで、農薬と除草剤の使用を避けることができ、１００％有機的で、環境に優しく生産をすることができる。
他には、植物のある下層土は、浸透性のある布につり下げられており、植物の生長を加速させる根への酸素供給を最適化している。

チェーンの回路を、上から視覚化したもの 回路の両方に、袋の１グループが掛けてあるのが見える回路の一部の見本 レールと結合した金属の径材の見本 径材の見本と断続的なレールのラインと滑車のあるチェーンとその鉤 レールまで下がったピンで連結した車輪付きのパレット 蛍光灯が入る管のある円筒状のアクリルのカプセル 鋼鉄の管と後ろに次々と結合していく、セラミックの細長い棒の内部 ベルトが袋をどのように結びつけるか、傾け方と植物の育成の仕方の見本 どのように袋を普通のパレットに、水平に置くかの見本 上記の記述の理解を補うために、図を用いて説明する。（性質などを制限するものではない。）

１ 金属の支柱
２ 横材
３ 径材
４ レール
５ａ、５ｂ 歯車
６ 伝導装置のチェーン
７ 鉤のある滑車
８ グループの袋
９ Ｕの字型のレール
１０ 車輪付きパレット
１１ ピン
１２ 円筒状のアクリルのカプセル
１２ａ 管
１３ 蒸気の通る管
１４ セラミックの円筒状の細長い棒

この発明を実現するためには、市場にある様々な材料、機械、技術を使い、適合させていく。
金属の支柱を使い（１）、金属の支柱を土に埋め込み、コンクリート床面から高さ５．５ｍ、４ｍ離して縦方向に並べる。高さ４．５ｍのところで、両側に０．２ｍずつでるように、横材（２）を支柱と溶接する。そして、支柱同士は４ｍずつ離し、縦方向に並べる。そして、径材を（３）を平行に並べる。続いて、横材の両端をレール（４）で結合させ、平行な２つのラインを作る。
結合された１グループの支柱の最初と最後に、歯車（５ａと５ｂ）を、伝導装置のチェーン（６）で、レールの回路を閉じるために設置する。これを１回路として考える。
次の回路は、支柱の間は４ｍ離して、平行に建てる。２つの回路の間には、他の回路を平行に等間隔に建てる。しかし、そのチェーンの回路は、梁から支柱なしで、吊る形で支えられている。
回路ができたら、温室を守るための屋根を建てるために、支柱と梁を使う。温室の奥のほうに、収穫、種まき、水をためるためなどのスペースを空けておき、カーテンを使って分ける。
回路のレール（４）は、下向きの隙き間があり、チェーン（６）の下部の環は、レールの下部の隙き間からでている鉤のある滑車（７）に結合されている。鉤は、０．２ｍ，その後０．１ｍ、その次に０．２ｍ、０．１ｍ、そして０．２ｍと以下同様の間隔で、回路が完了するまで続く。
これらの鉤には、縦、横の幅０．２ｍ、高さ０．３ｍの直方体の形の布の１グループ袋が吊るされる。これらの７つの袋（１グループの袋）（８）は、垂直な２本のベルトで結合されている。同様に袋をチェーンの鉤に吊るす際に、袋の７つの隙き間は、回路の外に向かって傾いている。不活性の下層土を使い、米の実生を植える。
２つの回路の間の床面には、平行で等間隔のＵの字型のレール（９）が固定されている。それは、縦幅１ｍ、横幅１．７５ｍの車輪付きパレット（１０）を置く誘導装置となる。車輪付きのパレット同士は、ピン（１１）で結合されており、そのピンはレールに下がるようになっている。このスペースを有効につかい、植物の栽培をするために、その車輪付きパレットに布のシートを作り、下層土を敷き詰める。
温室は、密閉されており、床面に敷いてある管から換気がおこなわれ、温室の上部に低スピードで風量の大きい換気扇も使う。
灌漑・施肥のシステムは、袋の上部から一滴ずつ与えることで行われる。そして、重力で一番下の袋まで下がる。そして、雨どいを使い、再循環するようにする。車輪つきのパレットには、散水装置によって水がまかれ、同様の雨どいで排水される。
照明は、透明で直径０．１ｍの円筒状のアクリルのカプセル（１２）に入った蛍光灯の管によって実現される。円筒状のアクリルのカプセルには、水がいっぱいに入っており、中に管（１２ａ）がある。その管の中に蛍光管を入れる。２つの回路の間にある円筒状のアクリルのカプセルには、天井からのケーブルを掛けるための２つの締め金具があり、そして、水の栓を含んでいる。また、その水の入った円筒状のアクリルのカプセルは、光のそらせ板の働きをする。そのため、電気による光も太陽光と同様に、側面の照明を最適化する。
外側から温室の屋根に水をまくための散水装置を設置し、屋根の冷却と清掃を行う。そして、色つきの水を使うことで、冷却とともに陰を作ることもできる。また、除雪のためにも利用できる。
屋根の雨どいは、両方の水を分けてためる収集のシステムをもち、再循環させる。また、温室の中をより冷却するために、噴霧器を使うこともできる。
暖房は、蒸気を循環させるために、高圧のボイラーを使う。回路の支柱を、蒸気の通る管（１３）の支えとして使う。これらの管を接続する際に、セラミックの粉とセメントで構成され、管の直径に合わせて作られている円筒状の細長い棒（１４）が挿入される。
これらの細長い棒は、中央に管があり、両方の端は、スムーズに蒸気が通るために、一つは外側に、一つは内側に円錐形になっている。
カーブになっているところと、接続材にはセラミックは使われていない。
回路の最後に位置する歯車（５ｂ）には、生産ラインのように、この端から収穫と種まきを行うためのチェーンを回転させる着脱が容易な油圧式のモーターを結合させる。
回路のチェーンを動かすモーターは、方向の変更を短時間で急激に行うために、両方の方向に回転する。そして、袋を揺り動かし、花に機械的に受粉をすることができる。
収穫は、この回路の端で行われ、袋（８）を持ってくるために、モーターのスイッチを入れ、回路の最後に固定してある７つの刃物を通し、茎を切り、配置してある小さな収穫機に適合したホッパーに落ちる。
このプロセスが終わると、車輪付きのパレットでのプロセスに続く。一番最後の車輪付きのパレットを巻き上げ機のケーブルにつなぎ、収穫機には、水平に動き跳ね上げ構造をもつ刃物を適合させる。フォークリフトが車輪付きパレットを引くと、茎を切ることができる。一区切り毎に、フォークリフトが収穫済みの車輪付きパレット（１０）を積み重ねるために引くのを止める。そして、またつなぎ、もう一度他の区切りのものを引く。
回路の油圧式のモーターを機能させるために、収穫機の油圧式ポンプの補助接続を利用する。
油圧式モーターを利用する理由は、設置と取り外しが容易なことである。受粉、収穫、種まきなど、それぞれの作業を一回路につき一回、一つのモーターをすべての回路で使うからである。
一度すべての袋と車輪付きパレットの収穫が終わったら、新しい実生のある袋と入れ替える。この袋の入れ替えは、可動性の小型の運搬機に載った油圧式のアームを用いて行われる。アームの端には、４つのグループの袋を一度に外すための水平の８つの爪（農具のレーキのような構造）がある。
新しい実生のある袋は、普通のパレットに水平に、４つのグループに並べられる。アームが４つのグループをチェーンから外し、普通のパレットを置くとき、袋の隙き間は上向きに、水平に並べられる。これは、ベルトが袋を固定する形となっているために可能になっている。同様に、アームがパレットの新しい袋を取り、持ち上げたとき、これらはまた新たに傾いていく。
この段階が終わると、区間毎に巻き上げ機で引っぱって、種まきがしてある車輪付きパレット（１０）を入れる。そして、フォークリフトが積み上げてある車輪付きパレットを持ち上げ、巻き上げ機が引っ張るために、水平に結合させる。
回路のもう一つの端から、ただ一つの巻き上げ機が、回路に横向きに動く。回路に１グループの袋と数えるのが適切であり、入れ替えを容易にするであろう。収穫を終えた下層土は、また新しいサイクルを始めるために、根を取りのぞき、蒸気をいれることで消毒する。そして、水で冷却し、すぐに種をまくことができるようにする。

Claims (4)

1. 垂直方向の階層の植物育成用メカニズム、エアコンディショニングと照明の改善は、床から少なくとも５．５ｍの高さの鉄の支柱によるものである。４．５ｍのところで、両側に０．２ｍずつでるように、横材を支柱と溶接する。そして、支柱同士は４ｍずつ離し、縦方向に並べる。そして、横材を平行に並べる。続いて、横材の両端をレールで結合させ、平行な２つのラインを作る。
   結合された１グループの支柱の最初と最後に、歯車を、伝導装置のチェーンで、レールの回路を閉じるために設置する。これを１回路として考える。
   次の回路は、支柱の間は４ｍ離して、平行に建てる。２つの回路の間には、他の回路を平行に等間隔に建てる。しかし、そのチェーンの回路は、梁から支柱なしで、吊る形で支えられている。
   チェーンの下部の環は、レールの下部の隙き間からでている鉤のある滑車に結合されており、鉤は以下の間隔を開ける。０．２ｍ，その後０．１ｍ、その次に０．２ｍ、０．１ｍ、そして０．２ｍと以下同様の間隔で、回路が完了するまで続く。
   種まきは、縦、横の幅０．２ｍ、高さ０．３ｍの直方体の形の布の袋で行われる。これらの７つの袋（１グループの袋）は、種あるいは実生の支えとしての下層土がある。そして、垂直な２本のベルトで結合されている。同様に袋を、一対のチェーンの鉤に吊るす際に、袋の７つの隙き間は、回路の外に向かって傾いている。袋を吊るす際は、支柱の下から１ｍはあけておく。このように、１グループの袋を、カーブの部分もさけながら、回路の両側が終わるまで吊るしていく。
   回路の最後に位置する歯車には、生産ラインのように、この端から収穫と種まきを行うためのチェーンを回転させるモーターを結合させる。２つの回路の間の床面には、平行で等間隔のＵの字型のレールが固定されている。それは、縦幅１ｍ、横幅１．７５ｍの車輪付きのパレットを置く誘導装置となる。車輪付きのパレット同士は、ピンで結合されており、そのピンはレールに下がるようになっている。
   このスペースを有効につかい、植物の栽培をするために、その車輪付きのパレットに布のシートを作り、下層土を敷き詰める。車両で車輪付きのパレットを引っぱりながら、種まきと収穫は同じ回路の端で行われる。そして、その最後の車輪付きのパレットを、元の場所に戻すために、巻き上げ機のケーブルにつなげる。
   回路のチェーンを動かすモーターは、方向の変更を短時間で急激に行うために、両方の方向に回転する。そして、袋を揺り動かし、花に機械的に受粉をすることができる。車輪付きパレットに他の種の植物を植える場合には、受粉のための他のシステムが必要となる。そのため、振動を引き起こすために、レールに小さい障害物を溶接する。車両が振動を引き起こすために、車輪付きパレットを、短い距離で引っ張るとき、また、巻き上げ機が、車輪付きパレットを元の位置に戻す際にも、結果として受粉が生じる。
   以上によって、本請求項は本質的に特徴づけられている。
2. 垂直方向の階層の植物育成用メカニズム、エアコンディショニングと照明の改善は、特許請求範囲第一に基づき、 これらの管を接続をする際に、数本の円筒状の細長い棒を挿入する。
   これらの円筒状の細長い棒は、セラミックの粉とセメントで構成されており、管の直径に合わせて作られている。
   これらの細長い棒は、中央に管があり、スムーズに蒸気が通るために、両方の端は、一つは外側に、一つは内側に円錐形になっている。
   カーブになっているところと、接続部にはセラミックは使われていない。この細い棒の機能は、管によって循環する蒸気の量を減らすことであり、広い面積に届くようにすることである。これは、セラミックがもつ優れた熱の伝達と熱を蓄積する特性よるものであり、これがシステムをより効果的にしている。
   以上によって本請求項は構成される。
3. 垂直方向の階層の植物育成用メカニズム、エアコンディショニングと照明の改善は、特許請求範囲第一に基づき、外側から屋根に水をまくための散水装置を設置し、屋根の冷却と清掃を行う。そして、色つきの水を使うことで、冷却とともに陰を作ることもできる。屋根の雨どいは、両方の水を分けてためる収集のシステムをもち、再循環させる。
   以上によって本請求項は構成される。
4. 垂直方向の階層の植物育成用メカニズム、エアコンディショニングと照明の改善は、特許請求範囲第一に基づき、
   照明は、透明で直径０．１ｍの円筒状のアクリルのカプセルに入った蛍光灯の管によって実現される。円筒状のアクリルのカプセルには、水がいっぱいに入っており、中に管がある。その管の中に蛍光管を入れる。その円筒状のアクリルのカプセルは、２つの回路の間にケーブルを掛けるの２つの締め金具があり、そして、水の栓と排水管を含んでいる。また、その水の入った円筒状のアクリルのカプセルは、光のそらせ板の働きをする。そのため、電気による光も太陽光と同様に、側面の照明を最適化する。
   以上によって本請求項は構成される。
   材質、大きさ、部品の配置は発明の本質を変えない限りにおいて、変更の余地がある。

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