JP2021523710A - 換気および照明用支持体 - Google Patents

Abstract

室内農業で使用するための装置が提供され、装置は、少なくとも１つの共通マニホールドに連結された複数の細長い支持体を備える。複数の細長い支持体のうちのそれぞれの細長い支持体は、第１の面を有する本体と、少なくとも１つの共通マニホールドと流体連通した少なくとも１つの入口と、複数の出口と、少なくとも１つの入口と複数の出口との間で、実質的に本体の長さの内側でそれに沿って延在するチャネルとを備える。少なくとも１つの共通マニホールドは、ガスが複数の細長い支持体の少なくとも１つの入口へと流れることを可能にするように構成され、装置は、使用中、ガスが共通マニホールドから複数の細長い支持体のうちのそれぞれの細長い支持体の少なくとも１つの入口へと流れ、それぞれの細長い支持体のチャネルを流れてそれぞれの細長い支持体の複数の出口から流れ出ることができるように構成されており、それにより、使用中、本体の第１の面に隣接してガスの均一な流れが実現される。

Description

本発明は、室内農業で使用するための照明およびガス送達支持体の分野、ならびにそれを使用するシステムに関する。

室内農業に特有の特徴は、所与の空間で可能な限り多くの植物を栽培することが要求されることである。したがって、システムには通常、可能な限り高い密度で植物または菌類などが垂直または水平に積み重ねられている。この高密度栽培により、均一な換気、温度、および特にＣＯ_２を提供することの難しさが生じる。しかし、換気、温度、およびＣＯ_２の厳密な制御は非常に大切であり、特に１度または２度の温度差が非常に重要な場合がある。同様に、ＣＯ_２の制御は植物の栽培にとって肝要である場合があり、これは施設全体にわたって、また特にそれぞれの葉のそばで一定でなければならない。したがって、システムがそれぞれの植物にＣＯ_２を直接送達するように設計されなければならないということは、理にかなっている。植物は酸素を放出するので、ＣＯ_２が葉に入ることを可能にするためにこれを除去しなければならないことに留意するのも大切である。したがって、空気の動きおよび換気の非常に厳密かつ局所的な制御が肝要である。

したがって、高密度の植物にＣＯ_２を送達するための改善された方式が依然として求められている。

ＬＥＤの導入により、室内農業システムの発展が可能になってきた。ＬＥＤは作物にごく近接して配置することができるので高密度栽培に特に適しており、いくつかの状況では、これはほんの５ｃｍの近さになる場合があるが、通常は１５〜２５ｃｍである。ＬＥＤが電気エネルギーを放射エネルギーへと変換することにおいてより効率的になるにつれて、室内栽培システムの採用は、高価値で少量の作物から、通常は温室で栽培されるより低価値でより大量の生産物へと拡大し続けている。この新しい技術は、栽培のすべての側面、すなわち温度、湿度、ＣＯ_２、波長ごとの光、水、栄養の制御を可能にし、完全環境制御農業（ＴＣＥＡ）と呼ばれている。ＴＣＥＡシステムに自動制御を導入することにより栽培のコストが低減されてきたが、電力は依然として唯一最大のコストである。したがって、ＬＥＤから最高レベルの効率を得ることは極めて重要である。ＬＥＤの効率はＬＥＤを冷却することによって改善することができ、これによりＬＥＤの耐用期間も延長される。

ＴＣＥＡ室内栽培に特有の特徴は光の量であり、したがって必要とされるＬＥＤの数量である。これは、通常は、商業用ビルで使用される光の量の５〜２０倍であるか、またはそれより多い。したがって、生み出される熱の量は、これに比例してより大きくなる。したがって、冷却システムが開発されてきた。特定の例の１つは、ＬＥＤにごく近接した管を流れる冷水を使用することである。これは効率的であるが、通常は高価であり、保守が難しく、管に結露を生じさせる。別の手法は、多数の冷却フィンを含むアルミニウムのヒートシンクを使用することであり、これらにはかなりの量の冷気がフィンを通過することが必要とされ、これにより、植物、菌類、または藻類の近くの栽培環境の温度および湿度を変化させ得る。

温度の制御は、ＬＥＤの性能および耐用期間にとって重要である。最近では、放射力に対する電力で測定されるＬＥＤの効率は、５０％超まで向上してきている。しかし、残りの５０％は熱である。特定の問題の１つは、この熱はダイオードの内部で発生し、ジャンクション温度によって測定されるということである。ＬＥＤの効率は製造業者のデータシートによって提供され、摂氏２５度からの変動を示し、これは通常、摂氏ゼロ度未満の温度では２．５〜７．５％改善させることができ、摂氏７０度を超える温度では２．５〜１５％低下することになる。室内農業システムは通常は摂氏１８度から２５度の間で動作するので、周囲の空気を使用してダイオードの中心から熱を除去することが課題である。

当技術分野での知られている冷却システムには水冷ＬＥＤヒートシンクが含まれ、これらは比較的高価であり、栽培システムに著しい複雑性が加えられ、結露しやすい。

したがって、ＬＥＤを冷却する改善された方式が依然として求められている。

本発明の第１の態様によれば、室内農業で使用するための装置が提供され、装置は、少なくとも１つの共通マニホールドに連結された複数の細長い支持体を備え、複数の細長い支持体のうちのそれぞれの細長い支持体は、
第１の面を有する本体と、
共通マニホールドと流体連通した少なくとも１つの入口と、
複数の出口と、
少なくとも１つの入口と複数の出口との間で、実質的に本体の長さの内側でそれに沿って延在するチャネルと
を備え、
少なくとも１つの共通マニホールドは、ガスが複数の細長い支持体の少なくとも１つの入口へと流れることを可能にするように構成され、
装置は、使用中、ガスが共通マニホールドから複数の細長い支持体のうちのそれぞれの細長い支持体の少なくとも１つの入口へと流れ、それぞれの細長い支持体のチャネルを流れてそれぞれの細長い支持体の複数の出口から流れ出ることができるように構成されており、それにより、使用中、本体の第１の面に隣接してガスの均一な流れが実現される。

いくつかの実施形態では、本体のチャネルの断面積は、複数の出口のうちのそれぞれの出口の断面積よりも著しく大きい。たとえば、チャネルの断面積は、複数の出口のうちのそれぞれの出口の断面積よりも１０倍、１２倍、１５倍、２０倍、２５倍、または３０倍大きい場合がある。チャネルの断面積は、複数の出口のうちのそれぞれの出口の断面積よりも少なくとも１０倍大きくてもよく、複数の出口のうちのそれぞれの出口の断面積よりも少なくとも１５倍大きくてもよく、複数の出口のうちのそれぞれの出口の断面積よりも少なくとも２０倍大きくてもよい。

本体のチャネルの断面積を複数の出口のうちのそれぞれの出口の断面積よりも著しく大きくすることにより、複数の出口のうちのそれぞれの出口からのガス流が、本体の長さに沿って実質的に均一になることが分かっている。

いくつかの実施形態では、所与の細長い支持体の複数の出口のうちの各出口の断面積は、本体の長さに沿って変化する場合がある。たとえば、出口の断面積は、本体の長さに沿って大きくなる場合がある。たとえば、入口が本体の近位端部に位置付けられている実施形態では、出口の断面積は、近位から遠位に向かって（すなわち入口から離れるように）、本体の長さに沿って大きくなってもよい。それに応じて、所与の細長い支持体における複数の出口からのガスの流れは、本体の長さに沿って実質的に均一になり得る。

出口の直径は３〜８ｍｍでもよい。出口の直径は４〜５ｍｍでもよい。出口は、本体の第１の面に配置されてもよい。出口は、第１の面に隣接する第２の面および／または第３の面に配置されてもよい。たとえば、本体は長方形の断面を有してもよく、第１の面はその長方形の断面の底面でもよく、出口は、底面である第１の面の両側に隣接する、長方形の断面の第２の面および第３の面の一方または両方に配置される。別の例では、本体は楕円形の断面を有してもよく、第１の面は、楕円形の断面の、最小の曲率を有する部分の一方でもよく、第２の面および第３の面は、楕円形の断面の、最大の曲率を有する部分でもよい。出口は、第２の面および第３の面の一方または両方に配置されてもよい。別法として、第１の面は、楕円形の断面の、最大の曲率を有する部分の一方でもよく、第２の面および第３の面は、楕円形の断面の、最小の曲率を有する部分でもよい。出口は、第２の面および第３の面の一方または両方に配置されてもよい。

それぞれの細長い支持体の少なくとも１つの入口は弁を備えることができる。したがって、それぞれの細長い支持体を通るガス流量を独立して制御することができ、それにより、ガス流量を細長い支持体ごとに変動させることができる。

通常、本体は金属材料を含む。たとえば、本体は銅、真鍮、鉄、鋼、アルミニウム、または同様のものを含んでもよい。好ましくは、本体はアルミニウムを含む。

いくつかの実施形態では、本体は中空の金属管を備える。中空の金属管は、円形、楕円形、台形、または長方形の断面を有することができる。したがって、入口と複数の出口との間で実質的に本体の長さに沿って延在するチャネルは、管状の本体の内腔であり得る。

いくつかの実施形態では、複数の細長い支持体のそれぞれの細長い支持体は、複数の細長い支持体のそれぞれの細長い支持体の本体の第１の面に位置付けられた複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備えることができる。本体は熱を伝導する材料を含むことができ、したがって、使用中、それぞれのＬＥＤまたはＬＥＤクラスタによって発生した熱の少なくとも一部は本体へと伝達される。したがって、使用中、熱はそれぞれのＬＥＤまたはＬＥＤクラスタから本体へと伝達され、また本体から、複数の細長い支持体のうちのそれぞれの細長い支持体の本体のチャネルに沿って流れるガスへと伝達され得る。

したがって、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタのダイオードからの熱を使用して、ガスが複数の出口のそれぞれを通過する前に、ガスの温度を上昇させることができる。これにより、使用中に装置に投入されるガスを、作物を取り囲むガスの所望の温度よりも低温にすることが可能になり、それにより、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを冷却する効率が向上する。

少なくとも１つの共通マニホールドに入るガスは、複数の細長い支持体のそれぞれの細長い支持体の本体の第１の表面の下の作物を取り囲むガスの温度よりも１°〜１５°低温でもよい。少なくとも１つの共通マニホールドに入るガスは、複数の細長い支持体のそれぞれの細長い支持体の本体の第１の表面の下の作物を取り囲むガスの温度よりも１°〜１０°低温でもよい。たとえば、少なくとも１つの共通マニホールドに入るガスの温度の方が１°、２°、３°、４°、５°、６°または７°低温でもよい。

共通マニホールドに入るガスと使用中に複数の出口から下の作物へと流れるガスとの間の温度差により、たとえば作物の周りの湿度のレベルを変動させることが可能になり得る。

加えて、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタのダイオードから本体へと熱が伝達されることにより、ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタのダイオードが冷却され、また通常は、たとえば従来の「ヒートシンク」を使用したパッシブな周囲冷却と比較して、ＬＥＤの効率およびＬＥＤの耐用期間を改善することができる。

照明システムに対する投資基準は耐用期間が丸１０年であるという原則に基づいていることが多いので、これは非常に大きな利益である。さらに、ＬＥＤによって加温が可能になるので、共通マニホールドへと導入される空気を冷却することが可能になり、したがって、ＬＥＤとガスとの間の温度勾配がより大きくなることにより、ＬＥＤは、複数の出口を通って流れるガスが装置を使用して栽培されている有機体に適した温度になるのを依然として可能にしながら、より効率的に冷却される。

用語「ＬＥＤクラスタ」は、単一のプリント回路板（ＰＣＢ）にマウントされるかまたは本体にマウントされて、必要とされる光の波長の組合せをともに生み出す複数のＬＥＤを指す。

複数の出口のうちの各出口は、本体の長さに沿って規則的に間隔を空けて配置されてもよい。ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備える実施形態では、複数のＬＥＤマウント箇所のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタは、本体の長さに沿って規則的に間隔を空けて配置されてもよい。

ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備えるいくつかの実施形態では、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタのうちの各ＬＥＤまたは各ＬＥＤクラスタと、複数の出口のうちの各出口とは、本体の長さに沿って交互になってもよい。いくつかの実施形態では、本体は、ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタごとに複数の出口を備えてもよい。したがって、本体の長さに沿って、ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタごとに２つ、３つ、４つ、またはそれより多い出口が存在してもよい。別法として、本体の長さに沿って、出口ごとに複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタが存在してもよい。したがって、本体の長さに沿って、出口ごとに２つ、３つ、４つ、またはそれより多いＬＥＤまたはＬＥＤクラスタが存在してもよい。

ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備えるいくつかの実施形態では、本体に沿ったＬＥＤまたはＬＥＤクラスタの分布は、本体に沿った出口の分布から独立していてもよい。

複数の出口は、通常、ガスの均一な流れを実現するように構成される。流量は、主表面の下で栽培されている有機体に最適な条件を提供するように変動させられてもよい。たとえば、植物が本体の下で栽培されている場合、それぞれの細長い支持体の複数の出口からのガスの流量は、最適な温度、湿度、およびＣＯ_２の供給が、装置全体にわたってそれらの植物に均一に提供されることを確実とするように調整され得る。

いくつかの実施形態では、複数の出口からのガスの流量は、１００ｍ^３／時でもよく、１５０ｍ^３／時でもよく、２００ｍ^３／時でもよく、２５０ｍ^３／時でもよく、３００ｍ^３／時でもよく、３５０ｍ^３／時でもよい。流量は、複数の細長い支持体の各出口から流れるガスの速度でもよい。

いくつかの実施形態では、複数の出口からのガスの流量は、１０ｍ^３／時でもよく、２０ｍ^３／時でもよく、３０ｍ^３／時でもよく、４０ｍ^３／時でもよい。流量は、それぞれの細長い支持体から流れるガスの速度でもよい。

使用中に装置を通って流れるガスは空気でもよく、エンリッチドエアでもよい。

用語「エンリッチドエア」は、効率的な栽培により寄与するようになるように、何らかの形で修正された空気を指す。エンリッチドエアは、修正された、標準的な空気の成分を有することができる。たとえば、装置が植物を栽培するシステムで使用される場合、エンリッチドエアは標準的な空気よりもＣＯ_２含有率が高くてもよく、標準的な空気から湿度が修正されていてもよく、標準的な空気よりも酸素含有率が低くてもよい。別の例では、装置が菌類または昆虫を生育するために使用されるシステムで使用される場合、エンリッチドエアは、標準的な空気よりも酸素含有率が高くてもよい。

複数の出口は、本体の第１の面の下の有機体へともたらされるガス流が実質的に均一になるように、本体に沿って配置することができる。たとえば、第１の面の下の有機体が植物である場合、ガス流は、それぞれの植物が実質的に同じＣＯ_２供給量を受け取るようなガス流になり得る。

本体に沿った出口の分布は、装置がその内部で使用されることになるシステムに応じて変動させられてもよいことが、当業者には理解されよう。たとえば、各植物にわたって実質的に均一な空気流を実現すべき場合、複数の細長い支持体のうちのそれぞれの細長い支持体の本体と第１の面の下の植物との間の距離が、出口間の最大隔離距離に影響を与えることになる。

複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備える実施形態では、本体に沿った複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタは、複数の細長い支持体のうちのそれぞれの細長い支持体の本体の第１の面の下に位置付けられた植物に均一な照明を提供するように構成することができる。したがって、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタの分布は、第１の面の下のそれぞれの植物が複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタから同じ強度で実質的に同じ光の波長を受けるような分布になる。

本体に沿ったＬＥＤまたはＬＥＤクラスタの分布は、装置がその内部で使用されることになるシステムの要求条件に応じて変動させられてもよいことが、当業者には理解されよう。たとえば、均一な照明を実現すべき場合、装置と第１の面の下の植物との間の距離が、ＬＥＤ間またはＬＥＤクラスタ間の最大隔離距離に影響を与えることになる。

いくつかの実施形態では、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタのうちの各ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタは、本体と直接接触していてもよい。したがって、本体は、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタのうちの各ＬＥＤまたは各ＬＥＤクラスタにとってのヒートシンクとして機能していてもよい。言い換えれば、使用中、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタによって発生した熱の少なくとも一部が本体へと直接伝達されることにより、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタが冷却され得る。

いくつかの実施形態では、ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタをプリント回路板（ＰＣＢ）にマウントすることができ、ＰＣＢを本体に直接接触させることができる。熱を伝導する媒体がＰＣＢと本体とを結合してもよく、ＰＣＢが本体に直接接触してもよい。したがって、ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタによって発生した熱をＰＣＢへと伝達することができ、その熱、またはその熱の一部を本体へと伝達することができる。

この態様の装置により、複数の機能が提供される。ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備える実施形態では、細長い支持体はＬＥＤまたはＬＥＤクラスタに物理的支持体を提供し、装置を備えるシステムで栽培されている植物または他の有機体に空気／ＣＯ_２などのガスを分配し、本体の内部のそのガス流を使用してＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを冷却する。

したがって、これらの機能のすべてを併せ持つ装置を提供することによりシステムが大幅に単純化され、それによって効率の向上が可能になり、空間要件およびコストが軽減される。加えて、本体を使用して複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを効果的にヒートシンクすることにより、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタの効率および／または耐用期間が向上する。

装置は、２つ以上の共通マニホールドを備えてもよい。たとえば、装置は２つの共通マニホールド、第１の共通マニホールドおよび第２の共通マニホールドを備えてもよい。複数の細長い支持体のそれぞれの細長い支持体は、２つの入口、第１の入口および第２の入口を備えてもよい。それぞれの細長い支持体の第１の入口は第１の共通マニホールドと流体連通していてもよい。それぞれの細長い支持体の第２の入口は第２の共通マニホールドと流体連通していてもよい。したがって、使用中、ガスは外部供給源から第１の共通マニホールドおよび第２の共通マニホールドの一方または両方へと流れ、またそれぞれの細長い支持体のそれぞれの入口へと流れることができる。その結果、それぞれの細長い支持体の内部のガスの圧力を、それぞれの細長い支持体の本体の長さに沿って実質的に一様にすることができ、したがって、それぞれの出口から出て行くガスの流量は実質的に均一になる。第１の共通マニホールドと第２の共通マニホールドとは、少なくとも１つの連結マニホールドを介して互いに流体連通していてもよく、第１の共通マニホールドは、外部供給源からのガスが第１の共通マニホールドへと流れかつ連結マニホールドを介して第２の共通マニホールドへと流れることを可能にする入口を備え、それにより、第１の共通マニホールドと第２の共通マニホールドとのガスの圧力は実質的に同じになる。別法として、第１の共通マニホールドおよび第２の共通マニホールドのそれぞれが入口を備えてもよく、ガスはそこから装置へと流れてもよい。

いくつかの実施形態では、それぞれの細長い支持体の第１の入口は本体の第１の端部に存在し、第２の入口は本体の第２の端部に存在する。したがって、それぞれの細長い支持体は、第１の共通マニホールドと第２の共通マニホールドとの間にまたがることができる。

複数の細長い支持体は共通の平面に配置されてもよい。したがって、装置は、平坦な、または実質的に平坦な表面にマウントされるのに適していてもよい。

複数の細長い支持体はグリッド状に配置されてもよい。たとえば、それぞれの細長い支持体が１つの入口を備える実施形態では、細長い支持体の入口を平坦なグリッド状に配置することができ、細長い支持体は、平坦なグリッドの平面から離れるように延在することができる。

本発明の第２の態様によれば、室内農業で使用するための装置が提供され、装置は中空本体を備え、中空本体は、第１の面と、少なくとも１つの入口と、第１の面の複数の出口とを備え、中空本体は、使用中、ガスが少なくとも１つの入口へと流れ、中空本体を流れて複数の出口から流れ出ることを可能にするように構成されており、それにより、使用中、本体の第１の面に隣接してガスの均一な流れが実現される。

中空本体の断面積は、複数の出口のうちのそれぞれの出口の断面積よりも著しく大きくなり得る。

いくつかの実施形態では、中空本体は、中空本体の第１の面に位置付けられた複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備える。

中空本体は金属材料を含んでもよい。たとえば、中空本体は銅、真鍮、鉄、鋼、アルミニウム、または同様のものを含んでもよい。好ましくは、中空本体はアルミニウムを含む。

通常は、複数の出口のうちの各出口は、中空本体の第１の面の端から端まで規則的に間隔を空けて配置される。

複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備えるいくつかの実施形態では、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタのうちの各ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタは、中空本体の第１の面の端から端まで規則的に間隔を空けて配置される。

複数の出口は、通常、最適なガス流量を提供するように構成される。

複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備えるいくつかの実施形態では、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタのうちの各ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタは、中空本体に直接接触していてもよい。したがって、中空本体は、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタのうちの各ＬＥＤまたは各ＬＥＤクラスタにとってのヒートシンクとして機能していてもよい。言い換えれば、使用中、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタによって発生した熱の少なくとも一部が中空本体へと伝達されることにより、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタが冷却され得る。

ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタはプリント回路板（ＰＣＢ）にマウントされてもよく、ＰＣＢは中空本体と直接接触していてもよい。熱を伝導する媒体がＰＣＢと中空本体とを結合してもよく、ＰＣＢが中空本体に直接接触してもよい。したがって、それぞれのＬＥＤまたはＬＥＤクラスタによって発生した熱をＰＣＢへと伝達することができ、その熱、またはその熱の一部を中空本体へと伝達することができる。

使用中、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタによって発生した熱の少なくとも一部が本体へと伝達されることにより、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタが冷却され得る。

いくつかの実施形態では、複数の出口からのガスの流量は、１００ｍ^３／時でもよく、１５０ｍ^３／時でもよく、２００ｍ^３／時でもよく、２５０ｍ^３／時でもよく、３００ｍ^３／時でもよく、３５０ｍ^３／時でもよい。

中空本体の端から端までの出口の分布は、装置がその内部で使用されることになるシステムに応じて変動させられてもよいことが、当業者には理解されよう。たとえば、各植物にわたって実質的に均一な空気流を実現すべき場合、中空本体と第１の面の下の植物との間の距離が、出口間の最大隔離距離に影響を与えることになる。

ＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備える実施形態では、中空本体の端から端までの複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタの分布は、中空本体の第１の面の下に位置付けられた植物に均一な照明を提供するように構成することができる。したがって、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタの分布は、第１の面の下のそれぞれの植物が複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタから同じ強度で実質的に同じ光の波長を受けるような分布になる。

中空本体の端から端までのＬＥＤまたはＬＥＤクラスタの分布は、装置がその内部で使用されることになるシステムの必要条件に応じて変動させられてもよいことが、当業者には理解されよう。たとえば、均一な照明を実現すべき場合、装置と第１の面の下の植物との間の距離が、ＬＥＤ間またはＬＥＤクラスタ間の最大隔離距離に影響を与えることになる。

第３の態様では、本発明は複数の栽培トレーを備えるシステムに及び、それぞれの栽培トレーの下側が、第１の態様または第２の態様による装置を収容する。

システムは、通常、たとえば室内環境で植物、菌類、または昆虫などの有機体を生育するために使用される。室内農業では、床面積の単位当たりの収益性を最大化するために、空間が可能な限り効率的に使用されることが重要である。

したがって、好ましい実施形態では、システムは少なくとも１つのスタック状に配置された複数の栽培トレーを備え、複数の栽培トレーのうちの第１の栽培トレーの装置の複数の出口から流れるガスは、スタック内のその下の第２の栽培トレーへと方向付けられる。

装置がＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備えるいくつかの実施形態では、複数の栽培トレーのうちの第１の栽培トレーのそれぞれの装置の複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタから発される光は、スタック内のその下の第２の栽培トレーへと方向付けられる。

この態様による栽培トレーのスタックを提供することにより、たとえば所与の区域において植物の複数の層を栽培することが可能になり、それによって所与の区域において栽培することができる植物の密度が高くなり、したがってシステムの効率が向上する。

通常は、栽培トレーのスタック内の各栽培トレーは、たとえば８０ｍｍ〜１５００ｍｍだけ、８０ｍｍ〜１０００ｍｍだけ、または１００ｍｍ〜５００ｍｍだけ互いから隔離することができる。

いくつかの実施形態では、システムは、それぞれの栽培トレーの共通マニホールドまたは少なくとも１つの共通マニホールドの入口に連結されたポンプを備えることができ、したがって、使用中、ガスは、第１の態様または第２の態様によるそれぞれの装置の共通マニホールドまたは少なくとも１つの共通マニホールドの入口を介して、ポンプから装置の複数の出口へと圧送され得る。

通常は、使用中に圧送されるガスは、空気またはエンリッチドエアである。

用語「エンリッチドエア」は、効率的な栽培により寄与するようになるように、何らかの形で修正された空気を指す。エンリッチドエアは、修正された、標準的な空気の成分を有することができる。たとえば、システムが少なくとも１つの栽培トレーの中で植物を栽培するために使用される場合、エンリッチドエアは、標準的な空気よりもＣＯ_２含有率が高くてもよく、標準的な空気から湿度が修正されていてもよく、標準的な空気よりも酸素含有率が低くてもよい。別の例では、システムが菌類または昆虫を生育するために使用される場合、エンリッチドエアは、標準的な空気よりも酸素含有率が高くてもよい。

いくつかの実施形態では、ポンプは、使用中、装置またはそれぞれの装置を通って圧送されるガスの温度および／もしくは湿度、ならびに／または組成を調節するように構成された空調ユニットの一部でもよい。

システムが第１の態様による装置を備える実施形態では、複数の細長い支持体のそれぞれの細長い支持体を特定の栽培ゾーンに関連付けることができる。栽培ゾーンはある栽培トレー全体でもよく、複数の栽培トレーでもよい。

別法として、栽培ゾーンは栽培トレーの一部でもよく、それぞれの細長い支持体は異なる栽培ゾーンに関連付けられる場合もあり、同じ栽培ゾーンに関連付けられる場合もある。

システムが第１の態様による装置を備えるいくつかの実施形態では、ガス流量、温度、湿度、および／またはＣＯ_２濃度を細長い支持体ごとに、したがって植物栽培区域ごと、すなわち栽培ゾーンごとに変動させることができる。たとえば、それぞれの細長い支持体をそれ自体の弁に関連付けることができ、それにより、複数の細長い支持体のうちのそれぞれの細長い支持体について、少なくとも１つの共通マニホールドから細長い支持体へのガスの流れを制御することが可能になる。

いくつかの実施形態では、ガス流量、温度、湿度、および／またはＣＯ_２濃度を、入口を備える共通マニホールドまたはそれぞれの共通マニホールドについて変動させることができる。たとえば、１つの共通マニホールドが入口を備える実施形態では、その入口は独立して制御され得る弁を備えることができ、したがって、それぞれの栽培トレーへのガスの流量を変動させることができる。

装置がＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備える実施形態では、複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタによって発される光の波長および／または強度は変動させられてもよい。複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタによって発される光の波長および／または強度は、栽培トレーごとに変動させられてもよい。

水および栄養の厳密な制御とともに、波長および強度によって照明を変動させることができるので、完全環境制御農業（ＴＣＥＡ）が可能になる。植物の生産高および品質をリアルタイムで測定するセンサおよびカメラを追加することにより、たとえば個々の植物のレベルで、または植物の群のレベルでフィードバックループを導入することが可能になる。さらに、これらを独立して変化させることができるので、人工知能がシステムを最適化することが可能になる。

第４の態様によれば、第１の態様による装置を備える栽培用システムが提供され、複数の細長い支持体は、縦列および横列のアレイ状に配置されており、所与の横列および／または縦列の細長い支持体は、少なくとも１つの共通マニホールドに連結されており、細長い支持体の横列は、スタック内で上下に配置されている。

システムは、栽培トレーを備えるフレームをシステムの中へと動かすことができるように構成することができ、それにより、栽培トレーは細長い支持体の横列の下に位置付けられる。たとえば、フレームはトロリーでもよく、栽培トレーはトロリーの棚上に位置付けられてもよい。

本発明の第５の態様によれば、室内環境で植物を栽培するための、第３の態様または第４の態様に記載のシステムの使用が提供される。

第６の態様では、本発明は、室内環境で菌類を栽培するための、第３の態様または第４の態様に記載のシステムの使用に及ぶ。

通常、第３の態様によるシステムが使用される実施形態では、システムの栽培トレーはＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備えない。しかし、いくつかの実施形態では、栽培トレーはＬＥＤまたはＬＥＤクラスタを備えることができるが、こうしたＬＥＤおよびＬＥＤクラスタは利用されない。たとえば、システムが植物を栽培し、次いでその後にキノコを栽培するために使用されることになる場合、またはシステムの第１の群の栽培トレーが植物を栽培するために使用されることになり、システムの第２の群の栽培トレーがキノコを栽培するために使用されることになる場合、これは有用である場合がある。

第１の態様の好ましい任意選択の特徴は、適当な場合には第２の態様の好ましい任意選択の特徴になる。

次に、非限定的な例として、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

一実施形態による細長い支持体の斜視図である。

複数の細長い支持体を備える、一実施形態による栽培トレーの下からの斜視図である。

栽培トレーの２つのスタックを備える、一実施形態による部分的に構築されたシステムの斜視図である。

ジャンクション温度の関数として、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および蛍光体変換白色ＬＥＤの相対的な光出力を示す図である（データは２５℃のジャンクション温度で１００％に基準化されている）。

栽培トレーのスタックの側面図である。

入口導管および抜取り導管を備える、一実施形態による部分的に構築されたシステムの斜視側面図である。

Ａは、一実施形態による栽培システムの側面図であり、Ｂは、一実施形態による栽培システムの斜視側面図であり、Ｃは、一実施形態による栽培システムの斜視背面図である。

Ａは、一実施形態による栽培システムにトロリーを加えた側面図であり、Ｂは、一実施形態による栽培システムにトロリーを加えた斜視側面図であり、Ｃは、一実施形態による栽培システムにトロリーを加えた斜視背面図である。

本発明の種々の実施形態の製作および使用を以下に詳細に論じるが、本発明は多種多様な具体的状況において具体化され得る多くの適用可能な発明概念を提供することを理解されたい。本明細書に論じる特定の実施形態は、単に本発明を製作および使用する特定の方式を描いており、本発明の範囲を定めるものではない。

本発明の理解を容易にするために、複数の用語を以下に定義する。本明細書において定義される用語は、本発明に関連する当業者によって一般に理解される意味を有する。「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」などの用語は単数形の主体のみを指すことを意図したものではなく、説明のために具体的な例を使用することができるその全般的なクラスを含む。本明細書における術語は本発明の特定の実施形態を説明するために使用されるが、特許請求の範囲に略述されている場合を除いて、それらの使用は本発明の範囲を定めない。

［例１−植物栽培タワー］
図１〜図３、図５および図６を参照すると、栽培システム１は、フレーム５の内側にマウントされた、栽培トレー４の２つのスタック２を備える。それぞれの栽培トレー４は、（細長い支持体として機能する）支持体６と、（それぞれ第１の共通マニホールドおよび第２の共通マニホールドとして機能する）第１のプレナム８ａおよび第２のプレナム８ｂと、第１のプレナム８ａと第２のプレナム８ｂとを連結する２つの連結プレナム９と、植物支持体１０とを備える。植物支持体１０は、支持体６の上に延在する１枚の材料シートであり、使用中、栽培トレー４上で栽培されている植物を支持する。加えて、植物支持体により栽培トレー間の仕切りが提供され、したがって、それぞれの栽培トレーの環境は、隣接する栽培トレーの環境から切り離される。

それぞれの支持体６は、５０ｍｍ×２５ｍｍの断面を有する（本体として機能する）アルミニウム中空部１２を備え、そこでは、（複数の出口として機能する）直径５ｍｍの一連のアパーチャ１４が、中空部の側壁に画定される。中空部１２のそれぞれの端部には入口１６が存在する。中空部１２の主表面１８に沿って、ＬＥＤクラスタ２２のアレイを備えたプリント回路板（ＰＣＢ）２０がマウントされる。それぞれのＬＥＤクラスタ２２は５個のＬＥＤを備える。ＰＣＢ２０は、電力をＬＥＤクラスタ２２に供給することができ、またＬＥＤクラスタ２２の出力を制御することができるように、電源（図示せず）へと配線される。

第１のプレナム８ａは入口２４を備える。それぞれの栽培トレー４の第１のプレナム８ａの入口２４は、導管を介して、暖房、換気、および冷房システム（ＨＶＡＣ）（図示せず）に連結される。図６に示してあるように、それぞれの第１のプレナム８ａの入口２４は、入口導管３０に連結される。空気は、栽培トレーの２つのスタックの間のフレーム上の抜取り導管３２を使用して、栽培トレーから抜き取られる。入口導管３０は一連の弁３４を備え、一連の弁３４のそれぞれの弁は、栽培トレー４の第１のプレナム８ａの入口２４に関連付けられる。

スタック内の第１の栽培トレーは、その下の栽培トレーから３８０ｍｍだけ隔離されている。しかし、栽培トレーから栽培トレーまでの隔離距離は、様々な作物、および作物の様々な生育段階に対応するために変動させられてもよいことが理解されよう。

ＨＶＡＣシステムにより、使用中、アルミニウム部および換気穴に送達される空気の温度および湿度が制御される。

ＨＶＡＣシステムの内部の空気は、栽培システムにバクテリアまたは菌類などの異物がない、または実質的にないことを確実にし、それによってシステムで栽培されている植物の病気を予防するために、紫外線放射への露出によって殺菌される。

それぞれの栽培トレーへの空気流量により陽圧がもたらされ、それにより、空気は、ＨＶＡＣシステムの外側からそれぞれのトレーに入らない。したがって、通常、異物は外側から栽培システムに入らず、したがって無菌かまたは実質的に無菌の空気のみが、栽培システムで栽培されている植物を取り囲む。したがって、病気などによりシステムから廃棄または除去される必要のある植物が少なくなり、したがって、栽培システムによって生産される収穫高は、そうでない場合よりも多くなる。

使用中、また図３および図６を参照すると、植物はそれぞれの栽培トレーの植物支持体にマウントされ、栽培トレーはフレーム５の内側で２つのスタック状に設置される。したがって、それぞれのスタックの最上部の栽培トレーの植物は開けた場所にあり、それに続く栽培トレーの植物は、スタック内の先行する栽培トレーの下になる。したがって、最上部の栽培トレーを除き、光および空気は、スタック内の植物の上の栽培トレー４の支持体６のＬＥＤクラスタ２２およびアパーチャ１４により、その植物に供給される。

任意の所与の植物に必要なものはスタック内のその植物の上の栽培トレーによって供給されるので、本発明のシステムは非常に小型である。さらに、本発明のシステムは、栽培トレー全体の植物に、また必要に応じて栽培トレー間での植物に均一な、または実質的に均一なレベルの光およびＣＯ_２の供給を提供し、それによって室内で植物を栽培する効率的な方式を実現する。

追加の利益として、支持体を通る空気流により支持体のＬＥＤが冷却され、ＬＥＤ自体の効率と耐用期間との両方の向上を可能にするだけでなく、植物に供給される空気も温め、それによってエネルギーが節約される。

［例２−植物栽培アレイ］
図７および図８を参照すると、栽培システム１００は、縦列および横列のアレイ状に配置された（細長い支持体として機能する）支持体１０２を備え、所与の横列のうちのそれぞれの支持体は、ブラケット１０４によって互いに連結されている。支持体１０２の第１の面では、共通プレナム１０６により、支持体の縦列のうちのそれぞれの支持体１０２が連結され、したがって、支持体の縦列のうちのそれぞれの支持体１０２は、共通プレナム１０６と流体連通している。共通プレナム６は、ＨＶＡＣシステムからの空気を複数の支持体へと圧送することを可能にする導管に連結される。

それぞれの支持体は、上述の第１の例に記載した支持体に対応する。

気付かれるように、複数の支持体の第２の面は、いかなる垂直フレーム構造も備えない。その結果、トレー（図示せず）を保持するトロリー１０８を栽培システムに差し込むことができ、それにより、アレイの所与の横列の支持体は、トロリー１０８に保持されているトレーの上に配置される。したがって、支持体のＬＥＤによって発される光は、支持体の所与の横列の各支持体の下のトレーで栽培されている植物へと方向付けられ、支持体の出口から流れ出る空気は、そのトレーで栽培されている植物へと下方に方向付けられる。

たとえば、収穫または保守点検のためにシステムから植物を取り出す必要があるとき、単にトロリーがシステムから取り外され、それにより、トロリーに保持されているトレーは、支持体のそれぞれの横列の各支持体の下から引き出され、システムから取り出される。

［代替的な栽培システム］
上述の例のいずれかの一代替形態では、それぞれの支持体の入口は独立して制御可能な弁を備え、それにより、弁を通るガス流量、したがってガス流を、支持体間で変動させることができる。

上述の例のいずれかの別の代替形態では、それぞれのプレナムの入口は独立して制御可能な弁を備え、それにより、プレナムの弁を通るガス流量、したがってプレナムがその一部である栽培トレーを通るガス流量を変動させることができる。したがって、栽培トレーのスタック内の第１のトレーを通るガス流量は、同じスタック内の第２のトレーを通るガス流量とは異なる場合がある。

上述の例のいずれかの一代替形態では、システムはキノコを栽培するために使用される。したがって、それぞれの栽培トレーにキノコが植えられ、それぞれのトレーに供給されるガスは、酸素を豊富に含む空気である。キノコは光合成をせず、したがって成長のために光を必要としないので、キノコの栽培にはＬＥＤは必要でない。したがって、それぞれの栽培トレーのＬＥＤは使用されないか、またはそれぞれのトレーの支持体はＬＥＤを備えない。

さらに別の代替的な例では、例１または例２に記載したシステムは、栽培トレーの下側に配置された複数の支持体ではなく、パネルを備えた栽培トレーを備え、パネルは、ＬＥＤクラスタのアレイと出口のアレイとを備える。

Claims (20)

1. 室内農業で使用するための装置であって、前記装置が、少なくとも１つの共通マニホールドに連結された複数の細長い支持体を備え、前記複数の細長い支持体のうちのそれぞれの細長い支持体が、
   第１の面を含み、金属材料を含む本体と、
   前記少なくとも１つの共通マニホールドと流体連通した少なくとも１つの入口と、
   複数の出口と、
   前記複数の細長い支持体のそれぞれの細長い支持体の前記本体の前記第１の面に位置付けられ、前記本体に直接接触した複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタと、
   前記少なくとも１つの入口と前記複数の出口との間で、実質的に前記本体の長さの内側で前記長さに沿って延在するチャネルと
   を含み、
   前記少なくとも１つの共通マニホールドは、ガスが前記複数の細長い支持体の前記少なくとも１つの入口へと流れることを可能にするように構成され、
   前記装置は、使用中、ガスが前記共通マニホールドから前記複数の細長い支持体のうちのそれぞれの細長い支持体の前記少なくとも１つの入口へと流れ、それぞれの細長い支持体の前記チャネルを流れてそれぞれの細長い支持体の前記複数の出口から流れ出ることができるように構成されており、それにより、使用中、前記本体の前記第１の面に隣接してガスの均一な流れが実現される、
   装置。
2. 前記本体の前記チャネルの断面積が、前記複数の出口のうちのそれぞれの出口の断面積よりも著しく大きい、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つの共通マニホールドまたは前記少なくとも１つの共通マニホールドのうちの少なくとも１つが入口を含む、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記少なくとも１つの共通マニホールドまたは前記少なくとも１つの共通マニホールドのうちの１つの前記入口が、制御弁に関連付けられている、請求項３に記載の装置。
5. 前記本体がアルミニウムを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記複数の出口のうちの出口が、前記本体の前記長さに沿って規則的に間隔を空けて配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記複数のＬＥＤのうちのＬＥＤが、前記本体の前記長さに沿って規則的に間隔を空けて配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記本体が管状である、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記本体の断面が実質的に円形、楕円形、または長方形である、請求項８に記載の装置。
10. 前記複数の出口が最適なガス流量を提供するように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 使用中、前記複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタによって発生した熱の少なくとも一部が前記本体へと伝達されることにより、前記複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタが冷却される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 室内農業で使用するための装置であって、前記装置が中空本体を備え、前記中空本体が、第１の面と、少なくとも１つの入口と、前記第１の面に位置付けられた複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタと、前記第１の面の複数の出口とを有し、前記中空本体は、使用中、ガスが前記少なくとも１つの入口へと流れ、前記中空本体を流れて前記複数の出口から流れ出ることを可能にするように構成されており、それにより、使用中、前記中空本体の前記第１の面に隣接してガスの均一な流れが実現される、装置。
13. 複数の栽培トレーを備えるシステムであって、それぞれの栽培トレーの下側が、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置を収容し、前記複数の栽培トレーのうちの第１の栽培トレーの前記装置の前記複数の出口から流れるガスが、スタック内のその下の第２の栽培トレーへと方向付けられる、システム。
14. 前記複数の栽培トレーのうちの前記第１の栽培トレーの前記装置の前記複数のＬＥＤまたはＬＥＤクラスタから発される光が、前記スタック内のその下の前記第２の栽培トレーへと方向付けられる、請求項１３に記載のシステム。
15. それぞれの栽培トレーの前記共通マニホールドまたはそれぞれの共通マニホールドの前記入口がポンプに連結されており、したがって、使用中、ガスが、前記共通マニホールドまたはそれぞれの共通マニホールドの前記入口を介して、前記ポンプから前記装置の前記複数の出口へと圧送される、請求項１３または１４に記載のシステム。
16. 前記ポンプが、使用中、前記装置またはそれぞれの装置を通って圧送される前記ガスの温度および／もしくは湿度、ならびに／または組成を調節するように構成された空調ユニットの一部である、請求項１５に記載のシステム。
17. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置を備える栽培用のシステムであって、前記複数の細長い支持体が、縦列および横列のアレイ状に配置されており、所与の横列および／または縦列の前記細長い支持体が、少なくとも１つの共通マニホールドに連結されており、前記細長い支持体の前記横列が、スタック内で上下に配置されている、システム。
18. 前記システムは、栽培トレーが前記細長い支持体の横列の下に位置付けられるように、栽培トレーを含むフレームを前記システムの中へと動かすことができるように構成されている、請求項１７に記載のシステム。
19. 植物を栽培するための、請求項１３から１８のいずれか一項に記載のシステムの使用。
20. 菌類を栽培するための、請求項１３から１８のいずれか一項に記載のシステムの使用。

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