JP2022519745A - 農業環境のための光拡散反射性カーテン - Google Patents

Abstract

制御された環境の農業システムが開示され、このシステムは、少なくとも９０％の反射率値を有する多孔質膜を有する反射性カーテン（１００，６００）を含む。

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１９年２月８日に出願された米国仮出願第６２／８０３，１６２号の利益を主張し、その主題を参照により本明細書に明示的に取り込む。

本開示は、一般に、光拡散性膜、より具体的には、農業環境のための制御された光拡散反射性膜に関する。

屋内農業は、様々な理由で、近年、より人気が高まっている。屋内農業は、一般に、キャノピーライトなどの成長用照明を使用する。成長している特定の種に応じて、植物の成長は、通常、栄養素、光及び二酸化炭素の組み合わせの利用可能性から生じる。植物はクロロフィル及び他の色素を使用して光からエネルギーを吸収し、それを光合成によって植物が使用できるエネルギーに変換する。例えば、すべての植物に含まれるクロロフィルaは、紫青及びオレンジ赤の光スペクトルの波長からほとんどのエネルギーを吸収する。したがって、農民などの農業従事者は、植物及びその色素に関する知識を使用して、特定の成長用光を調整し、エネルギーを節約し、特定の植物又は生物の味、栄養価及び/又は薬効を変更するために使用することができる。

特定の種類の屋内農業は、屋外農業と比較して独特の方法で水を使用することができる。例えば、水耕栽培は通常、植物の成長に土壌を使用せず、代わりに、植物の根がさらされる水溶媒中で植物が成長するために必要な栄養素及びミネラルを含む。土壌の代わりに、植物はパーライト又は砂利などの不活性媒体によって支持される。また、閉ループ灌漑システムは、幾つかの水耕栽培操作に組み込まれることがある。閉ループ灌漑は、地下水及び土壌から来る可能性のある汚染物質がシステムに入るのを防ぎながら、水の使用量の半分以上を節約し、使用する肥料の量を減らす。

リスク低減はまた、制御された環境での農業の人気における主要な要因であることができる。例えば、植物が伝統的な屋外農業で栽培されているときに、有害生物、病気、悪天候及びその他の原因による収穫損失のリスクがより高くなる。また、農産物輸送のビジネスにおける現在の慣行は、熟す前に果物などの農産物を収穫し、その結果、農場から農産物のそれぞれの目的地までの長い輸送中に農産物を熟させる。これは、成熟後に農産物を収穫すると、輸送中に農産物が損なわれ、又は、保管寿命が短すぎる可能性があるからである。さらに、成熟前に収穫された農産物は、収穫前に熟成させた新鮮な農産物よりも栄養価が低いことが知られている。さらに、食用植物及び果物を生み出す可能性のある植物を地元で栽培して、食料供給元からレストラン、スーパーマーケット及び地元のファーマーズマーケットなどの流通業者までの距離を縮めることで、輸送コストを削減し、地元調達を通じて鮮度を確保するのを支援することができる。さらに、屋内栽培環境は一般に他の方法よりもクリーンであるため、大腸菌汚染などの人為的ミスの可能性を低減する。

本明細書に開示されるのは、制御された環境における農業システムである。１つの例（「例１」）によれば、農業システムは、少なくとも９０％の反射率値を有する多孔質膜を含む反射性カーテンを含む。

例１に加えて別の例（「例２」）によれば、農業システムは、光源と、反射性カーテンによって拡散される光源からの光を受けるように配置された光合成生物とをさらに含む。

例１又は２に加えて別の例（「例３」）によれば、前記膜は、約９８０ｍｂａｒ～約１０４０ｍｂａｒの大気圧において通気性である。

先行のいずれかの例に加えて別の例（「例４」）によれば、４００ｎｍ～４５０ｎｍの第一の波長範囲での膜の第一の平均反射率値は、４５０ｎｍ～７５０ｎｍの第二の波長範囲での第二の平均反射率値よりも低い。

先行のいずれかの例に加えて別の例（「例５」）によれば、前記多孔質膜の反射率値は少なくとも９５％である。

例５に加えて別の例（「例６」）によれば、前記多孔質膜の反射率値は少なくとも９８％である。

先行のいずれかの例に加えて別の例（「例７」）によれば、前記膜は、延伸フルオロポリマーを含む。

例７に加えて別の例（「例８」）によれば、前記延伸フルオロポリマーは、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）である。

先行のいずれかの例に加えて別の例（「例９」）によれば、前記農業システムは、光が前記反射性カーテンによって反射されるように前記反射性カーテンに隣接して操作可能に配置された光源をさらに含む。

先行のいずれかの例に加えて別の例（「例１０」）によれば、前記反射性カーテンは、光合成生物を覆うように構成されたエンクロージャを形成する。

例３に加えて別の例（「例１１」）によれば、前記膜はまた、少なくとも１つの他のガスに対して透過性である。

例１１に加えて別の例（「例１２」）によれば、前記他のガスは、硫化水素及びエチレンのうちの少なくとも１つを含む。

別の例（「例１３」）によれば、温室は少なくとも１つの側壁及び天井を含む。少なくとも１つの側壁及び天井は、少なくとも部分的に、少なくとも９０％の反射率値を有する多孔質膜を含む。

別の例（「例１４」）によれば、光源用のコンプライアントリフレクタは、少なくとも９０％の反射率値を有する多孔質膜を含む。

別の例（「例１５」）によれば、セルフクリーニングリフレクタは、少なくとも９０％の反射率値を有する多孔質膜を含む。前記リフレクタは前記多孔質膜を通して空気を吹き込むことでクリーニング可能である。

例１５に加えて別の例（「例１６」）によれば、前記セルフクリーニングリフレクタは、前記多孔質膜をクリーニングするために前記多孔質膜を通して加圧空気をデリバリーするように構成された、前記多孔質膜と操作可能に関連された加圧空気源をさらに含む。

別の例（「例１７」）によれば、スペクトル特異的温室材料は、少なくとも９０％の反射率値を有する多孔質膜を含む。４００ｎｍ～４５０ｎｍの第一の波長範囲での膜の第一の平均反射率値は、４５０ｎｍ～７５０ｎｍの第二の波長範囲での第二の平均反射率値よりも低い。

例１～１２のいずれか１つに加えて１つの例（「例１８」）によれば、前記反射性カーテンは、０．１００ｍｍ～０．４００ｍｍの厚さを有する。

例１～１２及び１８のいずれか１つに加えて１つの例（「例１９」）によれば、前記反射性カーテンは、０．４未満のドレープ係数を有する。

例１～１２、１８及び１９のいずれか１つに加えて１つの例（「例２０」）によれば、前記反射性カーテンは、０．５０ｇ／ｃｃ未満の密度を有する。

例９又は１０に加えて１つの例（「例２１」）によれば、前記少なくとも１つの光源は前記反射性カーテン上に配置され、前記反射性カーテンは、その上に配置され、前記少なくとも１つの光源と操作可能に結合された少なくとも１つの導電性トレースアレイをさらに含む。

例２１に加えて１つの例（「例２２」）によれば、前記反射性カーテンは、少なくとも部分的に互いに結合された２つの反射層を含み、前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの導電性トレースは、前記反射性カーテンの前記２つの反射層の間に配置されている。

例２１又は２２に加えて１つの例（「例２３」）によれば、前記反射性カーテン上の少なくとも１つの位置は、前記反射性カーテンの残りの部分よりも透明であり、前記少なくとも１つの光源は前記少なくとも１つの位置に配置されている。

例２１又は２２に加えて１つの例（「例２４」）によれば、前記反射性カーテン上の少なくとも１つの位置はレンズを形成し、前記少なくとも１つの光源は前記少なくとも１つの位置に配置されている。

１つの例（「例２５」）によれば、制御された環境での農業システムを組み立てる方法が開示される。この方法は、植物に隣接して少なくとも９０％の反射率値を有する多孔質膜を含む反射性カーテンを配置すること、及び、光源を操作して、前記反射性カーテンから前記植物に向けて反射される光を提供することを含む。

例２５に加えて１つの例（「例２６」）によれば、前記光源を操作することは、前記反射性カーテンに含まれる光源に出力供給することを含む。

例２６に加えて１つの例（「例２７」）によれば、前記反射性カーテンは、前記反射性カーテンの表面上に少なくとも１つの導電性トレースアレイを含み、前記少なくとも１つの導電性トレースアレイは前記光源と操作可能に結合されている。

例２６又は２７に加えて１つの例（「例２８」）によれば、前記反射性カーテンは、前記光源がポリマーフィルムの層と反射性カーテンの間に配置されるように、少なくとも部分的に互いに結合された第一の層及び第二の層をさらに含む。

例２８に加えて１つの例（「例２９」）によれば、前記第一の層及び第二の層の少なくとも１つの表面は、前記光源が配置されている位置で実質的に透明である。

例２５～２９のいずれか１つに加えて１つの例（「例３０」）によれば、前記反射性カーテンを配置することは、周囲の正圧空気流が前記反射性カーテンを変形させ、そして前記植物に対する前記反射性カーテンの表面角度を変化させるように前記反射性カーテンをドレープさせることを含む。

例２５に加えて１つの例（「例３１」）によれば、前記反射性カーテンの表面角度を変化させることは、光が前記反射性カーテンによって反射又は散乱される方向を変化させる。

１つの例（「例３２」）によれば、反射性カーテンの製造方法が開示される。この方法は、少なくとも９０％の反射率値を有する第一のフィルムの表面上に少なくとも１つの導電性トレースアレイを適用すること、前記第一のフィルムの表面上に光源を配置すること、ここで、前記少なくとも１つの導電性トレースアレイは前記光源と操作可能に結合されている、第二のフィルムの表面上に接着剤を適用すること、及び、前記光源が前記第一のフィルムと前記第二のフィルムとの間に配置されるように、前記第一のフィルムの表面を前記第二のフィルムの表面と少なくとも部分的に結合することによって反射性カーテンを形成することを含む。

例３２に加えて１つの例（「例３３」）によれば、この方法は、前記ポリマーフィルムの層の表面を溶媒で湿潤化させることをさらに含む。前記ポリマーフィルムの層と前記反射性カーテンが少なくとも部分的に結合されているときに、前記ポリマーフィルムの表面は、前記光源が配置される位置で湿潤化されている。

例３２又は３３に加えて１つの例（「例３４」）によれば、前記反射性カーテンは、０．１００ｍｍ～０．４００ｍｍの厚さを有する。

例３２～３４のいずれか１つに加えて１つの例（「例３５」）によれば、前記反射性カーテンは、０．４未満のドレープ係数を有する。

例３２～３５のいずれか１つに加えて１つの例（「例３６」）によれば、前記反射性カーテンは、０．５０ｇ／ｃｃ未満の密度を有する。

１つの例（「例３７」）によれば、制御された環境での農業システムは開示され、前記システムは、少なくとも８０％の反射率値及び０．４未満のドレープ係数を有する多孔質膜を含む反射性カーテンを含む。

例３７に加えて１つの例（「例３８」）によれば、前記反射性カーテンは、０．１００ｍｍ～０．４００ｍｍの厚さを有する。

例３７又は３８に加えて１つの例（「例３９」）によれば、前記反射性カーテンは、０．５０ｇ／ｃｃ未満の密度を有する。

例３７～３９の１つに加えて１つの例（「例３９」）によれば、前記制御された環境での農業システムは、光源及び前記反射性カーテンによって拡散される光源からの光を受けるように配置された光合成生物を含む。

例３９に加えて１つの例（「例４０」）によれば、前記光合成生物は、前記光合成生物が所定の高さ又はサイズを超えて成長するときに前記反射性カーテンの位置を変化させるように構成されている。

上記の例はまさに実施例であり、本開示によって他の方法で提供される本発明の概念のいずれかの範囲を制限又はさもなければ狭めるように読まれるべきではない。複数の例が開示されているが、さらに他の実施形態は、例示的な例を示して説明する以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。したがって、図面及び詳細な説明は、本質的に限定的なものではなく、本質的に例示的なものと考えられるべきである。

添付の図面は、本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に取り込まれ、その一部を構成し、実施形態を例示し、記載とともに、本開示の原理を説明するのに役立つ。

図１は、少なくとも１つの実施形態による、光源と植物との間に位置する材料が光拡散を達成する農業環境を示す。

図２は、少なくとも１つの実施形態による、光源及び植物のためのエンクロージャを形成する材料が光反射を達成する農業環境を示す。

図３Ａは、少なくとも１つの実施形態による、拡散反射のために光が表面上を移動する様々な方向を示す。

図３Ｂは、少なくとも１つの実施形態による、拡散反射のために光が散乱されるときの入射光と拡散光との間の関係を示す。

図３Ｃは、少なくとも１つの実施形態による、高い拡散反射性を備えた表面を有する、本明細書に開示されるとおりの表面の拡大図である。

図４は、少なくとも１つの実施形態による、本明細書に開示されるとおりの様々な材料の波長と反射率との間の関係を示すグラフ表示である。

図５は、少なくとも１つの実施形態による、反射率と、該反射率によって達成できる反射の数との間の関係、ならびに、各反射後の残りの光エネルギーを示すグラフ表示である。

図６は、２つの植物のうちの一方がｅＰＴＦＥカーテンによって囲まれ、他方がエンクロージャの外側に配置されている、１つの実施形態による屋内農業環境の図である。

図７は、少なくとも１つの実施形態による、図６に示した環境で成長させた２つの植物の比較図である。

図８は、少なくとも１つの実施形態による、植物用の反射性カーテンの設備を示す図解である。

図９は、少なくとも１つの実施形態による、光源及びそれに取り付けられた金属トレースを備えた反射性カーテンの部分図である。

定義及び用語
本開示は、限定的な方法で読まれることを意図するものではない。例えば、本出願で使用される用語は、その分野の用語がそのような用語に帰する意味の関係で広く読まれるべきである。

不正確さの用語に関して、「約」及び「ほぼ」という用語は、交換可能に使用されて、記載された測定値を含み、この記載された測定値に合理的に近い測定値をも含む測定値を指すことができる。記載された測定値に合理的に近い測定値は、関連技術の当業者によって理解され、容易に確認されるように、合理的に少量だけ記載された測定値から逸脱している。このような逸脱は、例えば、測定誤差又は性能を最適化するために行われた小さな調整に起因することができる。当業者がそのような合理的に小さな差異の値を容易に確認できないと判断される場合には、「約」及び「ほぼ」という用語は、記載された値の±１０％を意味するものと理解されうる。

本明細書で使用される「拡散透過」という用語は、材料を通る光又は電磁波の通過又は移動であって、その後、光が散乱されるか、又は、一方向ビームが多くの方向に偏向されるものを指す。「拡散透過率」という用語は、光からの放射エネルギーを透過する際の材料の効力を記載する。

本明細書で使用されるときに、「拡散反射」という用語は、光（例えば、一方向ビームから発生する）の散乱反射を指す。本明細書で使用されるときに、「拡散反射率」という用語は、光からの放射エネルギーを反射する際の材料の効力を記載する。

様々な実施形態の説明
当業者は、本開示の様々な態様が、意図された機能を発揮するように構成された任意の数の方法及び装置によって実現できることを容易に理解するであろう。本明細書で参照される添付の図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではなく、本開示の様々な態様を例示するために誇張されていることがあり、その点で、図面は限定として解釈されるべきではないことにも留意されたい。「光合成生物」及び「植物」という用語は、本明細書では交換可能に使用され得ることも理解されたい。

図１～図３は、本開示によれば、光カーテンとしても記載される反射性カーテンの光学的特性及び物理的構造に関連する概念の例示である。図１及び図２において、反射性カーテン１００は、光源１０２と、該光源１０２から可能な限り多くの光を受ける光合成生物（例えば、植物、藻類、細菌及び植物プランクトン）１０４との間に配置される。図１において、反射性カーテン１００は、光が反射性カーテン１００を透過し、反射性カーテン１００の反対側で分散して、植物１０４に均一に又は実質的に均一に光を受けさせるように、光源１０２と植物１０４との間で直線的に近接して配置される。したがって、この例において、反射性カーテン１００は、高い拡散透過率値を有する。図１の反射性カーテン１００は、太陽と温室内の植物との間に位置する温室内で使用されるカバー材料に類似しており、植物の成長に有害である可能性がある外部の有害生物及び他の環境要因から植物を保護する。

図２は、植物の周囲に形成されたエンクロージャを示しており、該エンクロージャは反射性カーテン１００から形成されている。この例において、反射性カーテン１００は、光源１０２からの光が反射性カーテン１００の表面で様々な方向から植物１０４に向かって反射されるように高い反射率を有する。具体的には、図２中の反射性カーテン１００は、植物がすべての方向からできるだけ多くの光を取得するために高い拡散反射率値を有する。図１に示される構成と比較して図２に示される構成を有することの利点の１つは、植物１０４が、より広い範囲の角度（例えば、１８０度を超える、２７０度を超える又は最大３６０度）からの光の反射のために、より多くの光を受けることができるということである。図２の反射性カーテン１００は、温室に入った太陽光又は温室環境内で生成された光を封じ込めて分散させるために使用される。このプロセスの例は、図３Ａ～３Ｃに示されている。

図３Ａ～３Ｃは、反射性カーテン１００の拡散反射性に関する概念を示している。光線が表面で反射するときに、光線が反射する表面角度に応じて、光線が進む方向は変化する。そのため、表面がかなり滑らかな場合、光線は一貫して同じ角度で表面にて反射するため、鏡面反射（例えば、表面からの光の鏡のような反射）が作成される。高い鏡面反射率を備えた表面の例はミラーであり、鏡は光のすべての成分をほぼ均等に反射し、反射された鏡面光は、入射光と同様に法線角度から同じ角度で生じる。反対に、反射性カーテン１００の微細構造は、光が反射される表面の特定の位置に応じて、入射光を様々な角度に分散させることを可能にする。

光分散の１つの例は、図３Ａに示されるような粗い表面を使用して達成することができる。粗い表面により、光は様々な角度で反射される。したがって、粗い表面から反射された拡散光は、図３Ｂに示されるように多くの異なる方向に進む。表面は、ほんの数例を挙げると、レーザ処理、エッチング、機械摩耗、カレンダ加工を含む様々な処理技術によって粗面化することができる。幾つかの例において、材料自体の微細構造は多孔性又はミクロポーラスであり、それによって拡散光反射を示す。そして、様々な例において、所望の光分散特性を達成するために、上記で参照されたような微細構造及び表面改質の組み合わせを実施することができる。

例えば、反射性カーテンの材料は、高い拡散反射率を備えたポリマー膜材料であることができる。反射性カーテンは、ミクロポーラスで順応性のある光反射性材料から形成されるか、又はさもなければそれを含むことができる。幾つかの実施形態において、反射性カーテンは、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）などの延伸フルオロポリマー材料から形成されている。反射性カーテンの材料は、一般に、膜、又は、比較的に順応性のある又はドレープ可能な薄膜の形態であることができる。ｅＰＴＦＥは適切な材料の例であるが、反射性カーテンとしては、発泡ポリエチレン（ｅＰＥ）などの他のタイプの発泡ポリマーを含むことができる。例えば、反射性カーテンは、ゲル処理されたｅＰＥなどのｅＰＥの１つ以上の層を含むことができ、これは、それぞれ４００～７００ｎｍで約４０～４５％の反射率のスコアを有することができる。１つ以上のｅＰＥ層は、比較的薄く（例えば、０．５００ｍｍ未満）、強く、順応性があり、絶縁性であることができる。

幾つかの実施形態において、反射性カーテンは、異なる特性（例えば、厚さ、透過性、反射性、拡散性、疎水性又は親水性など）を有することができる複数の層を含む。したがって、層は、透過率、反射率、空気及び／又は水又は水蒸気透過性、又は、他の特性などの反射性カーテンの１つ以上の特性を変更するように配置されうる。例えば、幾つかの例としては、ｅＰＴＦＥフィルムの第一の層（例えば、厚さ０．５００ｍｍ未満）及びｅＰＥフィルムの第二の層（例えば、厚さ０．５００ｍｍ未満）を含む。ｅＰＥフィルムの第二の層は、例えば、バッカー層として実装されうる。

図３Ｃは、例として、光を屈折させるフィブリル化微細構造（示されるように複数のノードを相互接続する複数のフィブリルを含む）を含むｅＰＴＦＥ膜反射性カーテンを示す。比較的に大きなノード構造が図３Ｃに示されているが、幾つかの微細構造は、所望に応じて、高度にフィブリル化された又は本質的にノードのない構造を含む。

参考として、「屈折」という用語は、光波が表面で跳ね出るときの光波の方向の変化に関係する。本明細書で提供される様々な例において、フィブリル化された微細構造を含むフィブリルは入射光の方向を変え、これは、光を他の近くのフィブリルに向け直すことができ、追加の近くのフィブリルに向け直すことができる等々である。フィブリルはそれらの間で光線を屈折し続けるので、フィブリルは、膜によって形成されたエンクロージャの閉じ込め内で光線を「跳ね回らせる」と言うことができる。

上記の参考として、図３Ｃは、反射性カーテン１００に利用することができ、反射性カーテンの拡散反射特性を達成するために実装することができるｅＰＴＦＥから形成された膜材料の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。ｅＰＴＦＥ又は同様の微細構造を備えた材料が使用される幾つかの例において、光線はフィブリルからフィブリルに屈折し、その結果、微細構造の深さ及び開放性が高いフィブリル密度と相まって、微細構造内で最大量での屈折が可能になる。ｅＰＴＦＥ膜の他に、同様の特性を備えた他の適切な発泡ポリマーも使用できる。幾つかの例において、材料の微細構造は、光を集め又は収集するように整列又は他の方法で配向された特徴（例えば、フィブリル）を含み、その結果、生じる反射光線は、反射性カーテンによって形成されたエンクロージャの中心などの所望の位置に集中する。

幾つかの例において、ｅＰＴＦＥフィルムは、フィブリルがフィルムの１つの軸に配向された比較的にノードの微細構造である。幾つかの実施形態において、フィルムは以下の特性を有する：質量／面積：３２９ｇ／ｍ²、厚さ：０．０２８インチ（０．７１１ｍｍ）、密度：０．４６ｇ／ｃｃ、多孔度：７９％。単位面積あたりの質量は、サンプルの質量（天秤、Mettler E163でサンプルを計量することによって得られる）をその表面積で割ることによって計算できる。報告される値は、５つのサンプルの平均測定値によって取得できる。厚さはスナップゲージ（ミツトヨモデル、547-400、直径0.25インチ、イリノイ州オーロラ製）を使用して測定できる。報告される値は、５つのサンプルの平均測定値から取得できる。密度はサンプルの質量（上記のとおりの天秤でサンプルを計量することによって得られる）をその体積（サンプルの面積にその厚さを掛けることによって得られる）で除算して計算できる。報告される密度値は、５つのサンプルの測定値を平均することによって得ることができる。多孔度は多孔度パーセントで表され、物品の平均密度とＰＴＦＥのバルク密度の商を１から差し引き、その値に１００％を掛けることによって決定される。この計算の目的で、ＰＴＦＥのバルク密度は２．２ｇ／ｃｃであるとすることができる。

本明細書に記載の実施形態による反射性カーテンとして使用するのに適したｅＰＴＦＥフィルムの追加の例は、１９９５年１月６日に出願されたＨａｎｎｏｎらの米国特許第５，５９６，４５０号（「４５０特許」）明細書に見出すことができる。「４５０特許」の主な例は、０．５００ｍｍ以上の厚さに関するものであるが、本明細書で取り扱う反射性カーテンによる様々な例において、０．５００ｍｍ未満の厚さ（例えば、０．１００～０．４００ｍｍの厚さ）であることができる。そのようなより薄い厚さは、より大きな順応性及びドレープ性を達成することができ、これは、以下に記載されるように望ましいことがある。さらに、０．５０ｇ／ｃｃ未満（例えば、上記の先行の例によれば、０．４６ｇ／ｃｃ）などの比較的に低い密度を組み込むことが望ましいことがある。

図４は、可視光の異なる波長にわたって反射性カーテン１００に使用することができる様々な材料の反射率値（例えば、スペクトル固有の分散）を比較するグラフ４００を示す。４００ｎｍ～７５０ｎｍの範囲は、可視光の波長範囲を含み、低波長端が紫であり、高波長端が赤であることに留意されたい。グラフ４００の線Ａは、３ｍｍの厚さを有する延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）から作られた反射膜を含む反射性カーテンを表す。線Ｂは、厚さ０．５ｍｍのｅＰＴＦＥ製の別の反射膜を表す。線Ｃは、厚さ０．２５ｍｍのｅＰＴＦＥ製のさらに別の反射膜を表す。線ＡからＣは、反射性カーテン１００の可能な実施形態のほんの幾つかを表す。

比較のために、他のタイプの材料について追加の反射率パターンが示されている。線Ｄは、粒状のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の反射面を表す。線Ｅは、硫酸バリウム製の反射面を表す。線Ｆは、ミクロポーラスポリエステル製の反射面を表す。そして最後に、線Ｇは、基材上の粉体塗装から作られた反射面を表す。

材料ＡからＧ（グラフ４００においてそれぞれの線Ａ～Ｇによって表される）及び様々な波長にわたるそれらの反射率に基づいて、反射性カーテン１００の材料として使用されるときのそれらの効率を比較することが可能である。例えば、線Ａは、厚さが３ｍｍであるｅＰＴＦＥリフレクタが、残りのすべての線よりも常に上にあり、反射率が９９％以上であり、グラフ内の他の材料を上回っていることを示している。線Ｂは、厚さ０．５ｍｍであるｅＰＴＦＥリフレクタが４００ｎｍの波長で材料Ａと同じレベルの反射率で始まり、７５０ｎｍで約９７％の反射率まで徐々に減少することを示している。線Ｃは、０．２５ｍｍの厚さであるｅＰＴＦＥリフレクタが、４００ｎｍの波長で８６％未満の非常に低い反射率で始まり、４５０ｎｍで９８％を超えて増加し、それが４５０ｎｍ～７５０ｎｍの波長内でとどまっていることを示している。線Ｄは、粒状ＰＴＦＥがグラフ全体で９６％～９８％の反射率を維持していることを示している。線Ｅ、Ｆ及びＧは次第に反射率が低下し、線Ｇは、粉体塗装が約４３０ｎｍ～５４０ｎｍまでのみ９０％を超える反射率を達成することを示している。

図５は、材料の反射率と達成可能な反射数との関係を示すグラフ５００である。光線が反射するたびに、光エネルギーの一部が失われる。光学設計によって複数の反射を起こすならば、反射率が低いリフレクタはかなりの量の総エネルギーを吸収することができる。したがって、反射率のわずかな違いが、総光出力に大きな違いをもたらす可能性がある。例えば、線５０２は、反射率が９８％の材料を示している。この材料は、図４によると、約６００ｎｍの波長で材料Ｂ（厚さ０．５ｍｍのｅＰＴＦＥ）又は材料Ｄ（粒状ＰＴＦＥ）であることができる。最初に、反射が起こる前に、残っている光エネルギーの量は１００％である。光エネルギーの２０％が消費されるまでに、この材料は１０回の反射を達成する。一方、線５０４で表されるように、反射率が９２％しかない材料では、光エネルギーの２０％が消費されるまでに、この第二の材料は２回の反射しか達成しない。したがって、同じ量のエネルギーを使用すると、光エネルギーの２０％が消費されるまでに、線５０２によって表される第一の材料は、線５０４によって表される第二の材料よりも多くの反射を達成することが分かる。このグラフの重要性は、反射率が高いほど透過率が低いことを意味すること、すなわち、光が表面で反射したときに表面から逃げるエネルギーが少ない。したがって、反射率が高いほど、同じ量の初期エネルギーに基づいて光を生成する収量が多くなる。

本開示における幾つかの実施形態は、植物を取り囲んでエンクロージャを形成し、光源からの光がエンクロージャ内で反射されることを可能にする反射性カーテン１００の形態の高反射性材料の使用に関する。エンクロージャは、図２に示されるものと同様であることができ、ここで、エンクロージャの形状は矩形であり、植物は反射性カーテン１００によって囲まれている。参考として、「反射性カーテン」という用語は単数形で使用されるが、反射性カーテン１００は単一の連続した材料片、幾つかの区別される個別の材料セグメント、又は、別個であるが接続された材料のセグメントから形成されうることを理解されたい。別の例において、反射性カーテン１００によって形成されるエンクロージャの形状は、植物が配置されうるレイアウトに応じて、限定するわけではないが、円形、楕円形、多角形、三角形、台形、又は六角形などである任意の形状を有することができ、その結果、エンクロージャの形状は、特定の面積内に配置できる植物の総数を最大化する。別の例において、より少ない植物で得られる全体的な収量を最大化するようにレイアウトを決定する。これは、例えば、各植物をその隣りから等距離に配置して、その隣りの葉がその成長を妨げることなく、各植物が成長するための十分なスペースを提供することによって達成されうる。

別の実施形態において、反射性カーテン１００は、光を受けている植物上をドレープし、植物の周囲を覆って異物粒子がエンクロージャ内に入るのを防ぐ柔らかい材料であることができる。別の例において、反射性カーテン１００は、より剛性であることができ（例えば、１つ以上の補強部材を含む）、植物が配置される容器を形成する（例えば、反射性カーテン１００は、底面及び／又は側面を画定して、植物を支持することができる）。

エンクロージャの内壁の最大反射率は、使用される材料に応じて、９０％以上、９５％以上、９７％以上、９８％以上又は９９％以上であることができる。幾つかの実施形態において、内壁の最大反射率は、約９０％～約９５％、約９５％～約９７％、約９７％～約９８％、約９８％～９９％又は約９９％～約９９．５％である。幾つかの実施形態において、内壁の平均反射率は、約９０％～約９５％、約９５％～約９７％、約９７％～約９８％、約９８％～９９％又は約９９％～約９９．５％である。

本明細書で論じられる幾つかの例において、反射性カーテン１００に使用される材料はｅＰＴＦＥ膜であり、その微細構造は、反射させるだけでなく、拡散させ及び／又は特定の波長を選択的に通過させるように設計されている。グラフ４００の材料Ａを参照すると、反射率は、可視スペクトル全体にわたって一貫して９８％以上である。したがって、上記に説明されるように、グラフ５００では、材料Ａは、光源からの全光エネルギーの２０％を使用しながら、少なくとも１０回の反射を達成でき、これにより、どの波長でも９８％の反射率を達成しない材料Ｅ、Ｆ及びＧと比較して、総光出力が増加する。反射性カーテン１００にｅＰＴＦＥ膜などの高反射性材料を使用することの１つの利点は、他の方法で必要とされるよりも低いワット数の電球で同じ発光を達成できることであり、これはまた、より低いエネルギー使用のためにコストを削減しうる。例えば、反射率の高い材料を使用して、エンクロージャ全体でワット数の低い電球からの光を反射することにより、ユーザは、ワット数の高い電球を使用してエンクロージャ内部の領域を直接照らすときに実現されるのと同じ又は同様の発光を実現できる。別の利点は、すべての方向から光を受ける状態が、一般に、植物が自然の屋外環境で通常に光を受ける方法に似ていることである。自然環境と人工栽培環境を使用した環境の違いのただ１つの例として、自然界では風が植物の葉を動かし、植物の様々な部分に太陽光を照射して、下層植生も太陽光を垣間見ることができるようにする。しかしながら、屋内ファンを使用しない典型的な屋内農業環境では風がないので、反射性カーテン１００を使用してその動きを作動させることは、植物が受光するために成長環境全体に光を提供するのに役立つ。

グラフ４００の材料Ｃを参照すると、４００ｎｍでの初期反射率は、８６％反射率よりはるかに低く、これは、４００ｎｍ未満の波長の光が反射されるのを効果的に防ぐことができることを示している。言い換えると、最大４００ｎｍの波長範囲を占める紫外線（ＵＶ）は、エンクロージャ内の植物によって吸収されない。前述のように、紫外線は植物に有害である可能性があるため、そのような光線への曝露を制限することが有利なことがある。したがって、反射性カーテン１００におけるグラフ４００の材料Ｃの使用は、ｅＰＴＦＥ膜を使用して、特定の波長が反射性カーテン１００を通過してエンクロージャの外側に選択的に通過させ、これらの波長が反射されて植物に戻ってくることのないようにすることができる１つの例である。あるいは、反射性カーテン１００は、特定の波長での反射率が他の波長での反射率よりも小さいか、又は大きいことができるように調整することができる。この調整可能な特性の利点には、カビ又は雑草の成長を促進する可能性のある波長がエンクロージャ内で反射されるのを排除できることが挙げられる。ｅＰＴＦＥ微細構造は、正しい樹脂の選択、処理パラメータの調整、膨張率及びその厚さの変更など、様々な方法で操作できる。例えば、１９７３年７月３日に出願されたゴアの米国特許第３，９５３，５６６号明細書は、そのようなポリマーを改質して異なる微細構造を達成するための多数の方法を記載している。あるいは、２つ以上のｅＰＴＦＥ膜を一緒にラミネート化して、同様に所望の結果を達成することができる。植物が繁栄するためには所与の量の完全な暗闇も必要であることが知られているので、ラミネート化膜は光の抑止力としても使用できる。光源が可燃性であるならば、ｅＰＴＦＥ膜の物理的特性を操作して不燃性にすることもできる。ｅＰＴＦＥ膜と同様の反射特性を有する他の適切な発泡ポリマー膜も使用できることに留意されたい。

選択的に通過することができる（すなわち、透過され、したがって反射されない）波長範囲での内壁の最小反射率は、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも８５％又は少なくとも９０％、反射される波長範囲での最大反射率より低い。幾つかの実施形態において、選択的に通過することが可能である波長範囲での最小反射率は、効果的に反射される波長範囲での最大反射率よりも約５０％～約６０％、約６０％～約７０％、約７０％～約８０％、約８０％～約８５％、約８５％～約９０％又は約９０％～約９５％低い。実施形態で言及されるように選択的に通過することが可能である（したがって反射されない）波長範囲は、約２８０ｎｍ～約３８０ｎｍ、約３８０ｎｍ～約４５０ｎｍ、約４５０ｎｍ～約４９５ｎｍ、約４９５ｎｍ～約５７０ｎｍ、約５７０ｎｍ～約５９０ｎｍ、約５９０ｎｍ～約６２０ｎｍ、約６２０ｎｍ～約７５０ｎｍ又は約７５０ｎｍ～約１ｍｍであることができる。幾つかの実施形態において、スペクトルの２つ以上の非隣接範囲が選択的に通過できるように、複数の範囲を選択することができる。例えば、約２８０ｎｍ～約３８０ｎｍ、約４９５ｎｍ～約５７０ｎｍ及び約７５０ｎｍ～約１ｍｍの範囲は、反射性カーテン１００によって反射されることなく又は低減された率で反射されて通過することができる。というのは、これらの範囲の電磁線は、植物の成長に有害であるか、又は植物がそのような放射線を吸収しないために植物の成長に影響を及ぼさない可能性があるからである。そのような範囲は、成長している植物の種類に応じて調整することができる。

上記に加えて、ｅＰＴＦＥ膜から形成された反射性カーテンは、調整可能な多孔性などの利点を有する。融通性のある多孔性を有することの利点は、液体及び気体が標準大気圧付近で細孔を透過して、植物の通気性を向上させることができることである。植物は成長するために二酸化炭素を必要とするため、外部からの粒子がエンクロージャの内部を汚染することなく、必要に応じて二酸化炭素が通過できるように細孔を調整することができる。また、反射性カーテンの表面にほこりが付着すると、カーテンの反射率が低下することがあるため、細孔を使用して、カーテンに付着している可能性のある粒子を除去するためにガスを時折通過させることができる。１つの例において、加圧二酸化炭素ガスを使用して、粒子を表面から押し出すことができる。二酸化炭素は空気よりも密度が高いため、二酸化炭素は植物が配置されている底面（例えば、テーブル又はトレイなど）に沈み、粒子が底面に沈降してカーテンから離れさせる。

別の例において、反射性カーテンは、カーテン表面上に形成される結露を最小限に抑えるために、水蒸気が通過するのに十分な多孔性を有することができる。さらに、二酸化炭素に加えて、他のガスが植物の成長に有益である可能性がある。例えば、少量の硫化水素は植物の成長を大幅に促進し、エチレンは果実の成熟を刺激することができる。必要に応じて、ｅＰＴＦＥ膜の多孔度を調整して、このようなガスがエンクロージャに入ることを可能にする。

反射性カーテンの材料としてｅＰＴＦＥ膜を使用することの他の利点には、酸化及び分解に対するその耐性が挙げられる。ｅＰＴＦＥ膜は、ｐＨレベル０（最大酸性度）から１４（最大アルカリ度）までの範囲のほぼすべての媒体に対して化学的に不活性であり、－２６８℃～＋３１５℃までの幅広い熱抵抗を有し、生理学的に不活性であり、ｅＰＴＦＥ反射性カーテンは、分解又は融解することなく、屋内照明システムの熱出力に長期間耐えることができる。

グラフ４００に示されるように、反射率などの反射性カーテンで使用されるｅＰＴＦＥ膜の特性は、内壁に使用されるｅＰＴＦＥ膜の厚さに依存しうる。厚さは約０．０１ｍｍ～約１ｍｍの範囲であることができる。幾つかの実施形態において、厚さは、約０．０１ｍｍ～約０．０５ｍｍ、約０．０５ｍｍ～約０．１ｍｍ、約０．１ｍｍ～約０．２５ｍｍ、約０．２５ｍｍ～約０．５ｍｍ、約０．５ｍｍ～約０．７５ｍｍ、約０．７５ｍｍ～約１ｍｍ、又は、１ｍｍを超える。ｅＰＴＦＥ膜の厚さは、反射性カーテンの重量及び順応性の量、又は反射性カーテンのドレープ性など、ユーザによって設定された様々な要件を満たすように調整できることに留意されたい。厚さを減らすとカーテンの重量も減るので、ユーザはｅＰＴＦＥ膜の最も薄い形態を選ぶことができるが、これは、より軽量でありながら、反射性カーテンの目的に十分な大きな反射率を提供する。幾つかの例において、反射性カーテンは、植物自体が反射性カーテンの位置を調整することができるように、十分な順応性、ドレープ性及び軽さを有することができる。すなわち、植物が特定の高さ又はサイズを超えて成長するときに、植物は反射性カーテンをその初期位置を超えて押すことができ、その結果、反射性カーテンは植物の幾らかの外葉を覆ってドレープする。

幾つかの実施形態において、反射性カーテン１００は、金属化され及び／又は金属又は導電性金属トレースで印刷されることができる。金属トレースを使用して、ＬＥＤ又はその他の光源を柔軟で順応性のある反射性基材（ｅＰＴＦＥ膜など）の上に設置し、これにより、ＬＥＤをカーテン上に直接取り付けることができる。例えば、ＬＥＤ照明は、ＬＥＤ照明が植物を直接照らすように、反射性カーテン１００の内壁上に設置されうる。そのような実施形態において、カーテンと光源との間の空間は排除され、したがって、より密閉されたエンクロージャを形成する。このような密閉されたエンクロージャの１つの利点は追加の保護を含む。さらに、ＬＥＤ照明が植物を囲むカーテンの開口部の真上に配置される構成から生じる可能性のある空間を排除することによって反射される光の量を最大化することも別の利点である。さらに、他の例において、反射性カーテン１００は、順応性があり、可撓性がある。図８は、そのような密閉されたエンクロージャの例を示している。

図６及び７は、本明細書に開示されるとおりの反射性カーテンを使用して実施された実験の結果を示し、一方の植物がｅＰＴＦＥ反射性カーテンにより包囲され、そして他方の植物が反射性カーテンの外側に残されていることを除いて、同一条件で成長させた同一のタイプの２つの植物（バジル）の差異を例示している。図６はサンプル植物６０４を取り囲む反射性カーテン６００を示し、一方、別のサンプル植物６０２はカーテン６００の他方の側に配置されている。この配置において、同じタイプの種子を、同じ成長培地中で、同じ光源下で、一日の同じ時刻で同じ栄養溶液で満たされたトレイ内で、同時に成長させた。サンプル植物６０４は、反射性カーテン６００の内壁で反射されたより多くの光を受けることができた。図７に示されるように、植物６０４は、上からの光のみを受け、反射光があったとしてもごくわずかであるサンプル植物６０２よりもかなり大きく成長した。

各植物が経験される成長は、同じ時間のバイオマスの量及び照明エネルギーの使用によって測定されうる。この例において、バイオマスは主に植物の葉の表面領域から構成されている。植物が置かれたトレイ６０６及び上記の実験で使用された植物のための容器６０８は両方とも黒色であり、したがって、植物によって利用され得たであろう光の一部を吸収することに留意されたい。これらの実施形態の幾つかの実施において、銀コーティングを施したもの又はアルミニウムのシートで包んだものなどの反射性容器及びトレイを使用して、容器及びトレイは光を植物の葉に反射して戻し、各植物の光合成を支援することができる。さらに、トレイ６０６及び容器６０８はまた、反射性カーテンとラミネート化されうる。

図８は、光合成生物１０４（この場合は植物であることができる）を成長させるために反射性カーテン１００及び光源１０２を実装する屋内農業のための設備又はシステムの別の例を示す。示されるように、反射性カーテン１００は、２つの対向する側面、第一の側面１００Ａ及び第二の側面１００Ｂを有し、ここで、植物１０４は、表面８０６上に配置されるか、又は、さもなければ、それらの間の位置に維持される。幾つかの例において、複数の光源が存在し、例えば、第一のセットの光源１０２Ａは、植物１０４の上に位置する天井８０４に取り付けられ又は実装され、第二のセットの光源１０２Ｂは、反射性カーテン１００の第一の側面１００Ａに結合されるか、又は、さもなければ実装され、そして第三のセットの光源１０２Ｃは、反射性カーテン１００の第二の側面１００Ｂに結合されるか、又は、さもなければ実装される。

幾つかの例において、前述の光源１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃのうちの１つ以上は、植物１０４の異なる必要性に従って設備から除去されうる（例えば、幾つかの植物は、上方よりも側面からのより多くの光を必要とることがあり、したがって、光源１０２Ｂ及び１０２Ｃは、天井の光源１０２Ａよりも好ましいことがある）。本明細書に記載のとおりの光源は、幾つか例を挙げると、蛍光グローライト、ＨＰＳ又はＨＩＤグローライト及びＬＥＤグローライトなどの任意の適切な人工光源であることができる。さらに、光源は、反射性カーテンが風又は換気の存在下で自由に動き回ることを可能にするために、超軽量かつ超薄型であることができる。

幾つかの例において、光源１０２は、反射性カーテン１００に固定され、取り付けられ又は他の方法で結合されることができる。例えば、１つ以上の光源１０２は、反射性カーテン１００の一体部分を形成することができる。幾つかの例において、光源１０２は、反射性カーテン１００に作られた開口部内に取り付けることができる。さらに、１つ以上の光源１０２は、電源８０２を使用して制御されうる（例えば、天井８０４又は所望に応じて他の場所に取り付ける）。幾つかの例において、反射性カーテン１００は、一端８０８で天井８０４又は他の構造に付着され又は取り付けられ、他方端８１０上で自由に動くことができるようにする。幾つかの例において、カーテン１００の自由端８１０は表面８０６と接触して、水蒸気が逃げることはできないが、周囲環境からの空気が依然として入ることができるエンクロージャ８１２を形成することができる。これは、反射性カーテン１００を形成する材料（例えば、上記のｅＰＴＦＥフィルムなどのフルオロポリマー膜）の透過性及び疎水性を制御することによって可能である。

幾つかの例において、エンクロージャ８１２内の水蒸気は、天井８０４、又は他の構造、及び／又は反射性カーテン１００の内面８１４で凝縮することができる。次に、凝縮した水蒸気は、液滴を形成し、これは、反射性カーテン１００の内面８１４に沿った重力によって下方に移動する。地面８０６又は他の表面が土壌又は他の成長培地を含むならば、収集された水滴は、植物１０４の利益のために、外気に逃げるのではなく、地面８０６によって吸収されうる。参考として、この記載全体で使用されるときに、「地面」という用語は、環境の土壌表面を必要とすることが意図されず、代わりに、下面又は構造を指すために便宜上使用される。同様に、この記載全体で使用されるときに、「天井」という用語は、屋根又は建物の構造を必要とすることが意図されず、上面又は構造を指すために便宜上使用される。

上記に示したように、反射性カーテン１００は、比較的に薄く、順応性であることができる。反射性カーテン１００の厚さは、その内面８１４と外面８１４との間の距離として測定される。上述のように、厚さはスナップゲージ（ミツトヨモデル、547-400、直径0.25インチ、イリノイ州オーロラ製）を使用して測定されうる。反射性カーテン１００の順応性又は可撓性は、反射性カーテン１００のドレープ係数を決定するための当該技術分野で知られているようなドレープ試験などの試験方法を使用して測定されうる。例えば、適切なドレープ試験は、２つのより小さな同心ディスクの間に反射性カーテン１００の円形試験片を調製することを含み、反射性カーテン１００の外輪を下部支持ディスクの周りでひだにドレープすることができる。ドレープされた反射性カーテン１００の影は、反射性カーテン１００の非支持部分と同じサイズを有する既知の質量の紙のリングに下からキャストされる。影のアウトラインを紙の輪上でトレースし、影のトレースに沿って紙を切断する。ドレープ係数は、影を表す紙の輪のその部分の質量として特性化されることができ、紙のリング全体の質量の百分率として表される。幾つかの例において、反射性カーテン１００は、適切なレベルの順応性及び可撓性を達成するために、約０．４未満、約０．３未満、約０．２未満、約０．１未満又は０．０５未満のドレープ係数を有することができる。

幾つかの例において、反射性カーテン１００の順応性又は可撓性は、反射性カーテン１００がエンクロージャ８１２内の様々なセクション全体により多くの光を散乱させるのを助ける。例えば、反射性カーテン１００が剛性であるときに、光源１０２が他の角度からの直接光に移動又は切り替えられない限り、光は植物１０４の同じセクションに供給される。

本明細書で提供される幾つかの例において、順応性反射性カーテンは、環境条件下で反射性カーテン１００の変形を促進することによって、相対的な静的光源角度の使用を容易にしうるか、又は光源角度を変更する効率をさらに高めることができる。反射性カーテン１００が十分に順応性又は可撓性があるときに、反射性カーテン１００は、自然に又は人工的に（人工換気を介して）発生しうる正の空気圧（例えば、風又は換気）の存在下で移動することができる。反射性カーテン１００が動くと、光源、地面８０６及び植物１０４に対する反射性カーテン１００の表面角度が変化し、これらの角度の変化は、光が反応性カーテン１００の内面８１３により散乱される方向を変化させる。したがって、可撓性反射性カーテン１００は、より剛性のある表面よりも植物１０４のより多くの部分にわたってより効果的な光の分布（例えば、より均一な分布）をもたらすことができる。

図９は、１つの実施形態による、光源１０２（図８に示されるような光源１０２Ｂ又は光源１０２Ｃのいずれかであることができる）をどのように反射性カーテン１００に取り付けることができるかの例を示す。光源１０２は、限定するわけではないが、グルー接着、テーピング、接合及び付着を含む任意の適切な手段を使用して、反射性カーテン１００の内面８１４に取り付けられるか又はさもなければ結合されることができる。示されるように、反射性カーテン１００は、反射性カーテン１００の外面８１６に配置された導電性トレースアレイ９０２が反射性カーテン１００を通って内面８１４上の光源１０２に到達するための経路を提供する開口部９００を有する。したがって、導電性トレースアレイ９０２はエンクロージャ８１２の外側に留まり、それゆえ、反射性カーテン１００の内面８１４上に形成されうる水蒸気及び結露から離れていることができる。幾つかの例において、導電性トレースアレイ９０２は、非導電性ポリマー又は他の保護層を使用して覆われることができ、この場合、導電性トレースアレイ９０２は、内面８１４上に配置されることができ、したがって、反射性カーテン１００における開口部９００はもはや必要とされなくてよい。導電性トレースアレイ９０２は、光源１０２がアクティブになるのに必要なエネルギーを受け取ることを可能にし、幾つかの例において、光源１０２が非アクティブ化するか、又はアクティブ化しそこなったときに、コンピュータなどの処理ユニットに接続されうる電源８０２に信号を送信することもできる。

幾つかの例において、反射性カーテン１００への導電性回路及びＬＥＤの取り付けは、以下を含むこともできる。一片の反射性カーテン材料（例えば、ｅＰＴＦＥ）は、例えば、１９９５年３月１０日に出願されたBacinoの米国特許第５，４７６，５８９号明細書に教示されている方法を使用して、上述の例のいずれかに従って製造することができる。材料はフィルムの形態であることができる。デュアル導電性トレースパターンで金属インク（例えば、銅、アルミニウム、青銅、亜鉛又は他の導電性金属合金を含むことができる）を正確に塗布するために、マスクをフィルムに適用することができる。デュアル導電性トレースパターンは、エネルギー源からエネルギーシンクへの導電性経路、ならびに、エネルギーシンクからエネルギー源に戻る別の導電性経路を画定するトレースパターンを有することによって規定することができる。適切なインクは、マサチューセッツ州ウェアハムのＥｒｃｏｎ Ｉｎｃ．から入手することができ、スクリーン印刷技術などの様々な手段を使用して塗布することができる。フィルム、マスク及びインクは硬化又は乾燥することができる（例えば、６５℃に設定された空気対流オーブン内で）。乾燥したら、マスクを取り外し、ＬＥＤを導電性トレースに取り付ける（例えば、約５０ｍｍ刻みで）。トレースに使用したものと同じインクを使用して、ＬＥＤを取り付けることができる。適切なＬＥＤは、例えば、部品番号1214-1447-1-NDで販売されているものを含め、カリフォルニア州サニーベールのLuminus Devices Inc.から入手できる。次に、ＬＥＤ及びトレースをフィルムに適用することによって形成された構造物を、上述の方法と同様の方法で乾燥させることができる。

幾つかの例において、ポリウレタン接着剤をフィルム層上に適用し、次に、適切な方法（例えば、１３０℃に設定された、パターン及びデザインをＴシャツにプレスするために使用されるなどの標準的な熱プレス機）を使用して、別のフィルム層（例えば、トレースが形成されるものと同じタイプのフィルム）に転写されうる。シリコーン接着剤（例えば、カリフォルニア州カーピンテリアのNu-Sil Corporationから入手可能なＰ／Ｎ ＭＥＤ １１３７）を各ＬＥＤの位置に適用することができる。シリコーン接着剤は、ヘプタン（又は任意の他の適切な溶媒）を使用して塗布する前に薄くし、注射器又は他の適切なデリバリー機構を使用して塗布することができる。注射器を使用して、ポリウレタン接着剤及びシリコーン接着剤の「ドット」をフィルムの表面上に作成するのに適するように表面上にポリウレタン接着剤及び／又はヘプタンの液滴を塗布することができる。ポリウレタン接着剤ドットを備えたｅＰＴＦＥフィルムを、ポリウレタン接着剤ドットがＬＥＤに対面するように、ｅＰＴＦＥフィルム及び回路構造（トレースを含む）上に配置することができる。次に、構造全体を結合することができる（例えば、再び熱プレス機に配置し、ポリウレタン接着剤を３０秒間リフローすることにより両方のシートを融着させる）。

様々な例において、シリコーンにおけるヘプタンの使用は、ＬＥＤの位置でｅＰＴＦＥフィルムを濡らすのを助けることができ、それにより、材料を透明にし（すなわち、材料をより光透過性にする）、反射性カーテン材料に光を通過させることを可能にする。上述のアセンブリにおいて、導電性トレースに絶縁性を提供しながら、ＬＥＤ回路全体を、柔らかく、薄く、順応性があり、反射性のｅＰＴＦＥフィルムで挟むことができる。各ＬＥＤは、ｅＰＴＦＥフィルムがシリコーン及びヘプタンで濡れた場所にあることができ、その結果、ｅＰＴＦＥフィルムの濡れた場所は、シリコーン及びヘプタンで濡れていない残りのｅＰＴＦＥフィルムよりも透明である。幾つかの例において、シリコーンの液滴は、表面張力又はフォーム又はツールの使用によって改質されて、シリコーン層をＬＥＤの場所でレンズに変え、それによって、光子エネルギーがＬＥＤから向けられる角度を変えることができる。

ＬＥＤ結合の上述の例は、例示の目的のためにのみ提供され、導電性トレースアレイを反射性カーテン１００に提供するための、反射性カーテン１００に結合された光源（例えば、ＬＥＤ）を提供するための、そして光源で反射性カーテン１００を通る選択的光透過を提供するための様々な機構が考えられる。

屋内農業に加えて、反射性カーテン１００は、屋外環境でも使用することができる。例えば、温室は、外部の要素から内部の植物を保護するために、外部構造を覆うフィルムを必要とする。外部構造は、幾つかを挙げると、ガンナー接続、自立型クォンセット、単一の切妻構造などの様々な形状にすることができる。異なる数の側壁及び天井部分を使用して、様々な温室構造構成を形成することができる。温室の屋根又は側壁を形成するｅＰＴＦＥ建築布帛などの建築布帛として反射性カーテンを使用すると、反射性カーテンを調整して、温室を形成する布帛を通過できるＵＶ波長を操作できるという、温室の構造に利点が追加されうる。また、ｅＰＴＦＥ建築布帛の例において、布帛はＵＶ安定性があり、紫外線にさらされても時間の経過とともに分解しない。ｅＰＴＦＥ建築布帛は、反射性に加えて高い耐久性と通気性を有し、布帛は防風性、防水性及び難燃性でもあることができる。このような追加又は代替の利点及び利益は、温室でｅＰＴＦＥ布帛及び/又は膜を使用することで実現されうる。

屋内農業の分野の以外に、反射性カーテンは、クリーンな環境で効率的な照明が必要とされる科学のあらゆる分野で使用することができる。幾つかの例としては、限定するわけではないが、医療機器設備、電子機器製造設備及び製薬設備が挙げられる。これらの設備のいずれにおいても、光を反射するために反射膜を使用すると、特にこれらの設備が大きく、小さな設備よりも多くの光を必要とするならば、かなりの量のエネルギーを節約することができる。したがって、同じワット数でより多くの光を得ることができ、又は、より少ないワット数で同じ量の光を得ることができる。また、これらの設備の多くは、外部の汚染物質の数を最小限に抑えなければならないクリーンルームを利用しているので、反射性カーテンの多孔性、したがって通気性が重要である。これは、クリーンに保つ必要のある製品からほこり又は粒子を吹き飛ばすための一定の換気があるからである。反射性カーテンを通して空気又はその他のガスを吹き込むことで、反射性カーテンを取り外す必要なく、エンクロージャの内部をクリーンに保つのを支援することができる。１つの例において、カーテンは、カーテンが加圧空気源、例えば、所定の間隔でエンクロージャを清掃するために空気源がカーテンを通して加圧空気を送達するようにカーテンに操作可能に連携されたプログラム可能な電気送風機に結合されるという点で、セルフクリーニングリフレクタである。別の例において、空気源は、エンクロージャを常に清潔に保つために、カーテンを通して常に空気を吹き込むことができる。

さらに、反射膜から作られた反射性カーテンはまた、宇宙農業の新たな分野で使用されることができ、そこでは、作物が宇宙又は地球外の場所で食物及び他の材料のためにどのように栽培され得るかを理解するために研究が行われる。地球外の場所としては、宇宙ステーション又は宇宙コロニー、又は、地球から離れた惑星（火星など）又は衛星（月など）の表面を挙げることができる。この分野の研究者が直面する課題の１つは、そのような環境で作物に提供される太陽光の量が、地球上で利用できる量よりもかなり少ない可能性があることである。環境に水及び空気を供給するなど、他の生命維持の目的に使用しなければならない限られたエネルギー源を考えると、この環境の農民は、作物の成長に必要なすべての光を提供するために人工照明に頼ることはできない。光の利用性が不十分であることにより、光合成が起こるのが制限され、栽培する作物が少なくなるか、又は、作物のバイオマスが減少する。完全に持続可能な作物源を得るには、反射膜を使用して、自然及び人工の利用可能な光をできるだけ多く集め、作物が受ける光の量を最大化する方法で光を反射することができる。

膜の反射性に加えて、その中の細孔のサイズもまた、必要に応じて調整することができる。例えば、農業環境において、膜が空気、水蒸気及び二酸化炭素に対して透過性であることは、膜の多孔性を考慮するときに重要な要素であることができる。幾つかの例において、細孔のサイズを、空気は入れるが、乾燥環境を維持するため水蒸気が膜を通過しないよう十分に小さくすることができる。これは、少量の水による汚染でさえ、マイクロデバイスの短絡などの問題を引き起こすミクロ加工又はナノ加工を専門とする設備にとって特に重要になることがある。膜の細孔は、１０１３．２５ｍｂａｒの標準大気圧又はその付近で特定の物質に対して選択的に透過性を示すように、調整することができる。これらの膜が透過性を維持する典型的な大気圧の範囲は、約９８０ｍｂａｒ～約１０４０ｍｂａｒであることができる。

さらに、光の欠乏は、時間の経過とともに人間の人格に影響を与える可能性があり、多くの建築家は、現在、設計する構造により多くの屋外光を導入することを検討している。歴史的に、自然光は「視線」が許す範囲でしか建物を透過できなかったため、自然光をまったく受けない領域があった。したがって、本明細書に開示した反射性カーテンは、通常は自然光が当たらないような住居の領域に光を透過させて充満させることを助長することで、光の欠乏に関連する悪影響を防ぐことができる。

発明の概念は、一般的に及び特定の実施形態に関しての両方で上記に記載されてきた。本開示の範囲から逸脱することなく、実施形態において様々な変更及び変形を行うことができることは当業者には明らかであろう。したがって、実施形態は、それらが添付の特許請求の範囲及びそれらの均等形態の範囲内に入るかぎり、本発明の変更及び変形を網羅することが意図されている。

Claims (36)

1. 少なくとも９０％の反射率値を有する多孔質膜を含む反射性カーテンを含んでなる、制御された環境での農業システム。
2. 光源と、前記反射性カーテンによって拡散される該光源からの光を受けるように配置された光合成生物とをさらに含む、請求項１記載の制御された環境での農業システム。
3. 前記膜は、約９８０ｍｂａｒ～約１０４０ｍｂａｒの大気圧において通気性である、請求項１又は２記載の制御された環境での農業システム。
4. ４００ｎｍ～４５０ｎｍの第一の波長範囲での膜の第一の平均反射率値が、４５０ｎｍ～７５０ｎｍの第二の波長範囲での第二の平均反射率値よりも低い、請求項１～３のいずれか１項記載の制御された環境での農業システム。
5. 前記多孔質膜の反射率値が少なくとも９５％である、請求項１～４のいずれか１項記載の制御された環境での農業システム。
6. 前記多孔質膜の反射率値が少なくとも９８％である、請求項５記載の制御された環境での農業システム。
7. 前記膜は延伸フルオロポリマーを含む、請求項１～６のいずれか１項記載の制御された環境での農業システム。
8. 前記延伸フルオロポリマーは延伸ポリテトラフルオロエチレンである、請求項７記載の制御された環境での農業システム。
9. 光が前記反射性カーテンによって反射されるように前記反射性カーテンに隣接して操作可能に配置された少なくとも１つの光源をさらに含む、請求項１～８のいずれか１項記載の制御された環境での農業システム。
10. 前記反射性カーテンは、光合成生物を覆うように構成されたエンクロージャを形成する、請求項１～９のいずれか１項記載の制御された環境での農業システム。
11. 前記膜はまた、少なくとも１つの他のガスに対しても透過性である、請求項３記載の制御された環境での農業システム。
12. 前記他のガスは、硫化水素、エチレン及びそれらの組み合わせから選ばれた少なくとも１つを含む、請求項１１記載の制御された環境での農業システム。
13. 前記反射性カーテンが０．１００ｍｍ～０．４００ｍｍの厚さを有する、請求項１～１２のいずれか１項記載の制御された環境での農業システム。
14. 前記反射性カーテンが０．４未満のドレープ係数を有する、請求項１～１３のいずれか１項記載の制御された環境での農業システム。
15. 前記反射性カーテンが０．５０ｇ／ｃｃ未満の密度を有する、請求項１～１４のいずれか１項記載の制御された環境での農業システム。
16. 前記少なくとも１つの光源が前記反射性カーテン上に配置され、さらに前記反射性カーテンが、その上に配置され、かつ、前記少なくとも１つの光源と操作可能に結合された少なくとも１つの導電性トレースアレイを含む、請求項９又は１０記載の制御された環境での農業システム。
17. 前記反射性カーテンは、少なくとも部分的に互いに結合された２つの反射層を含み、前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの導電性トレースが、前記反射性カーテンの前記２つの反射層の間に配置されている、請求項１６記載の制御された環境での農業システム。
18. 前記反射性カーテン上の少なくとも１つの位置が前記反射性カーテンの残りの部分よりも透明であり、かつ、前記少なくとも１つの光源が前記少なくとも１つの位置に配置されている、請求項１６又は１７記載の制御された環境での農業システム。
19. 前記反射性カーテン上の少なくとも１つの位置がレンズを形成し、かつ、前記少なくとも１つの光源が該少なくとも１つの位置に配置されている、請求項１６又は１７記載の制御された環境での農業システム。
20. 制御された環境での農業システムを組み立てる方法であって、前記方法は、
    植物に隣接して少なくとも９０％の反射率値を有する多孔質膜を含む反射性カーテンを配置すること、及び
    光源を操作して、前記反射性カーテンから前記植物に向けて反射される光を提供すること、
    を含んでなる方法。
21. 前記光源を操作することは、前記反射性カーテンに含まれる光源に出力供給することを含む、請求項２０記載の方法。
22. 前記反射性カーテンは、前記反射性カーテンの表面上に少なくとも１つの導電性トレースアレイを含み、前記少なくとも１つの導電性トレースアレイは前記光源と操作可能に結合されている、請求項２１記載の方法。
23. 前記反射性カーテンは、前記光源がポリマーフィルム層と反射性カーテンの間に配置されるように、少なくとも部分的に互いに結合された第一の層及び第二の層をさらに含む、請求項２１又は２２記載の方法。
24. 前記第一の層及び第二の層の少なくとも１つの表面は、前記光源が配置されている位置で実質的に透明である、請求項２３記載の方法。
25. 前記反射性カーテンを配置することは、周囲の正圧空気流が前記反射性カーテンを変形させ、そして前記植物に対する前記反射性カーテンの表面角度を変化させるように前記反射性カーテンをドレープさせることを含む、請求項２０～２４のいずれか１項記載の方法
    。
26. 前記反射性カーテンの表面角度を変化させることは、光が前記反射性カーテンによって反射又は散乱される方向を変化させる、請求項２５記載の方法。
27. 反射性カーテンの製造方法であって、前記方法は、
    少なくとも９０％の反射率値を有する第一のフィルムの表面上に少なくとも１つの導電性トレースアレイを適用すること、
    前記第一のフィルムの表面上に光源を配置すること、ここで、前記少なくとも１つの導電性トレースアレイは前記光源と操作可能に結合されている、
    第二のフィルムの表面上に接着剤を適用すること、及び、
    前記光源が前記第一のフィルムと前記第二のフィルムとの間に配置されるように、前記第一のフィルムの表面を前記第二のフィルムの表面と少なくとも部分的に結合することによって反射性カーテンを形成すること、
    を含む、方法。
28. 前記ポリマーフィルムの層の表面を溶媒で湿潤化させることをさらに含み、前記ポリマーフィルムの層と前記反射性カーテンが少なくとも部分的に結合されているときに、前記ポリマーフィルムの表面は、前記光源が配置される位置で湿潤化されている、請求項２７記載の方法。
29. 前記反射性カーテンが０．１００ｍｍ～０．４００ｍｍの厚さを有する、請求項２７又は２８記載の方法。
30. 前記反射性カーテンが０．４未満のドレープ係数を有する、請求項２７～２９のいずれか１項記載の方法。
31. 前記反射性カーテンが０．５０ｇ／ｃｃ未満の密度を有する、請求項２７～３０のいずれか１項記載の方法。
32. 少なくとも８０％の反射率値及び０．４未満のドレープ係数を有する多孔質膜を含む反射性カーテンを含む、制御された環境での農業システム。
33. 前記反射性カーテンが０．１００ｍｍ～０．４００ｍｍの厚さを有する、請求項３２記載の制御された環境での農業システム。
34. 前記反射性カーテンが０．５０ｇ／ｃｃ未満の密度を有する、請求項３２又は３３の制御された環境での農業システム。
35. 光源と、前記反射性カーテンによって拡散される光源からの光を受けるように配置された光合成生物とをさらに含む、請求項３２～３４のいずれか１項記載の制御された環境での農業システム。
36. 前記光合成生物は、前記光合成生物が所定の高さ又はサイズを超えて成長するときに前記反射性カーテンの位置を変化させるように構成されている、請求項３５記載の制御された環境での農業システム。

Images