JP5261612B2 - 照明装置、植物栽培装置、および照明装置の冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、植物栽培用の照明装置、これを備えた植物栽培装置、および、照明装置における光源の冷却方法に関する。

近年、食料市場、特に生鮮野菜市場の規模が増大しつつある一方で、気候変動、農業就業人口の減少や農家の高齢化、食料自給率の低下、産地偽装などが顕著になり、食の安全、安心が重大な関心事になってきている。

このような状況において、無農薬野菜の提供、野菜などの生産品のトレーサビリティ向上、安定的な生産と供給の実現、食料自給率の向上などを図るため、いわゆる植物工場への期待が高まりつつある。従来の植物工場では、例えば、蛍光灯や白熱灯を光源として使用し、これらの光を植物に照射して植物を育成している。

また、最近では、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とする照明装置が、各種の分野で使用されている。これに伴い、上記の植物工場や植物栽培装置の人工光源としてＬＥＤ照明装置を使用することが提案されている。

ＬＥＤは、白熱灯、蛍光灯、高圧ナトリウムランプなどのような従来の光源に比べて、植物に必要な波長の光だけを自由に選択できる点で植物照明光源として効率的であるばかりでなく、発光スペクトルに熱放射がない点で植物栽培用光源として非常に有利である。すなわち、従来の光源では、熱線による葉焼け等の障害を避けるため栽培植物近傍からの直接照明は不可能（すなわち、高価で大きなスペースをとる熱線除去装置が必要）であり、光の利用効率としては不利であった。

これに対して、ＬＥＤを光源として用いることにより、熱放射のない光線を照射することができるため、植物のごく近傍からの近接照射が可能となる。また、植物に必要な波長の光を効率的に照射することで、植物による光の吸収効率が高くなる。このため、比較的弱い光での栽培が可能となるので、消費電力を抑えることができ、非常に効率の良い植物栽培用の照明装置を実現することが可能となる。

以上のように、植物栽培用の照明装置の光源としては、白熱灯、蛍光灯、高圧ナトリウムランプ、ＬＥＤなどが挙げられるが、これらの各光源に共通して光源からの発熱が問題となる。

つまり、植物栽培装置において植物を栽培する場合には、栽培室内の温度を植物に適した温度に管理することが望まれる。しかし、照明装置の光源として白熱灯などを使用した場合には、上記のように熱線が発生するため、植物栽培室内の温度制御が困難になるという問題が発生する。

また、ＬＥＤ光源の場合には、蛍光灯、白熱灯、高圧ナトリウムランプなどのように熱線を発生することはない。しかし、投入した電力の一部は光に変換されず、ＬＥＤ素子自身の温度上昇（すなわち、発熱）を招くことになる。このようなＬＥＤの発熱は、ＬＥＤパッケージの表面温度で４０℃程度から８０℃に達することもあり、ＬＥＤ素子の性能の劣化や寿命の短縮化につながるため好ましくない。

そのため、光源の発熱を抑えるための何らかの対策を採ることが望まれている。例えば、特許文献１には、植物栽培室を内室と外室との二重構造とし、内室と外室との間に外気を導入し、導入した外気を冷媒として利用して内室内の空気（内気）との間で熱交換を行うことによって、光源の発熱によって上昇した内気の温度を下げるという構成が提案されている。

日本国公開実用新案公報「実開昭６４−２４９４７号公報（昭和６４年（１９８９年）２月１０日公開）」

しかしながら、通常の植物栽培室内では湿度を高く保っているため、上記特許文献１に記載の構成では、外気の温度が内気の温度と比較して大幅に低い場合には、内室内における外気と内気との境界壁に結露が発生してしまう。結露の発生は、光源やセンサなどの植物栽培装置内の機器に不具合を起こす可能性があるため好ましくない。また、結露の発生は、植物の病害発生の原因となる可能性もあり、栽培する植物に対しても悪影響を及ぼす。

特に、光源がＬＥＤである場合には、発熱によるＬＥＤの劣化を抑えるために、ＬＥＤを冷媒に近接した位置に設けることが想定される。しかしながら、ＬＥＤと冷媒とをこのような配置とすることで、結露の影響をより受けやすくなってしまう。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、植物栽培用の照明装置および植物栽培装置において、光源の冷却時に発生する結露を低減させつつ、光源の効率的な冷却を実現することを目的とする。

本発明にかかる照明装置は、上記の課題を解決するために、植物に対して光を照射する照明装置であって、光源を有する光源ユニットと、内部に冷媒を通す冷却部を有し、該冷却部内に冷媒を供給することで上記光源ユニットとの間で熱交換を行い、上記光源の冷却を行う冷却ユニットと、上記光源ユニットの温度を測定する温度センサと、上記温度センサが測定した温度に基づいて、上記冷媒の供給を開始したり停止したりする冷媒流通制御部と、を備えていることを特徴とする。

本発明の照明装置には、冷媒を用いて光源を冷却する冷却ユニットが設けられている。この冷却ユニットは、温度センサが測定した光源ユニットの温度に基づいて冷媒の供給の制御が行われる。

上記の構成によれば、光源ユニットの冷却が所望される期間に限って冷媒の供給を行うことができる。したがって、光源ユニットの温度が充分に低く、冷却の必要のない期間には冷媒の供給を停止することで、光源ユニットの冷え過ぎを防止できるので、光源ユニットに結露が発生しにくくすることができる。また、冷却の必要がないときには冷媒の供給を停止することで、冷却ユニットの稼働時間を短縮することができ、照明装置の運転コストを削減することもできる。

本発明にかかる照明装置の冷却方法は、植物に対して光を照射する光源を有する光源ユニットと、内部に冷媒を通す冷却部を有し、該冷却部内に冷媒を供給することで上記光源ユニットとの間で熱交換を行い、上記光源の冷却を行う冷却ユニットとを備えている照明装置の冷却方法であって、上記光源ユニットの温度を測定する工程と、測定した上記光源ユニットの温度に基づいて、上記冷媒の供給を開始したり停止したりする工程とを有することを特徴とする。

本発明の照明装置の冷却方法においては、温度センサが測定した光源ユニットの温度に基づいて冷媒の供給の制御が行われる。

上記の方法によれば、光源ユニットの冷却が所望される期間に限って冷媒の供給を行うことができる。したがって、光源ユニットの温度が充分に低く、冷却の必要のない期間には冷媒の供給を停止することで、光源ユニットに結露が発生しにくくすることができる。また、冷却の必要がないときには冷媒の供給を停止することで、冷却ユニットの稼働時間を短縮することができ、照明装置の運転コストを削減することもできる。

本発明によれば、植物栽培用の光源の効率的な冷却が実現できるとともに、光源の周辺に発生する結露を減少させることができる。

図２に示す植物栽培装置に設けられた冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦ制御の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態にかかる植物栽培装置の構成を示す模式図である。 本実施の形態の冷却ユニットの構成の一例を示す平面図である。 冷却ユニットの他の構成例を示す平面図である。 冷却ユニットの他の構成例を示す平面図である。 本発明の植物栽培装置の他の構成例を示す模式図である。 本発明の照明装置において、冷却ファンがＯＮ／ＯＦＦを周期的に繰り返す実施例を説明する模式図である。 本発明の照明装置において、光源のＯＮ／ＯＦＦに連動して冷却ファンがＯＮ／ＯＦＦを切り替える実施例を説明する模式図である。 図８に示す冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦ制御の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の照明装置において、光源のＯＮ／ＯＦＦに連動して冷却ファンがＯＮ／ＯＦＦを切り替える他の実施例を説明する模式図である。 図１０に示す冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦ制御の処理の流れを示すフローチャートである。

本発明の一実施形態について図１〜図１１に基づいて説明すると以下の通りである。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（植物栽培装置の概略構成について）
図２には、本実施の形態にかかる植物栽培装置１０の概略構成を示す。図２に示すように、植物栽培装置１０は、所要の大きさの栽培室１１を備えている。なお、栽培室１１は、内部に人が入って作業できるだけの十分な大きさおよび広さを有している。

栽培室１１には、縦、横、高さが適宜の寸法を有する栽培棚（図示せず）が設けられている。栽培棚には、１又は複数段の載置板が水平に配され、載置板には栽培する植物４０を入れたトレー１２が載置されている。なお、図２の例では、便宜上１つのトレー１２のみを図示しているが、トレー１２の数は１個に限定はされず、複数のトレー１２を載置することもできる。

栽培室１１の上部には、植物４０に対して光を照射する照明装置２０が備えられている。照明装置２０には、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とする光源ユニット２５と、光源ユニット２５からの発熱を冷却するための冷却ユニット３０とが設けられている。

また、図示はしていないが、トレー１２には、培養液タンクから往路管を通してポンプで吸引された培養液が供給され、トレー１２に供給された培養液は、復路管を経由して培養タンクに戻されるようになっている。これにより、トレー１２で、植物４０の養液栽培を行うことができる。なお、培養液タンク内の培養液の水質を浄化する水質浄化装置、培養液に肥料などを供給する肥料供給装置などを設けることもできる。

また、同じく図示はしていないが、栽培室１１内には、空調を行う空調ユニットとしての空調制御機、室内の二酸化炭素を所要の値に制御して供給するための二酸化炭素供給装置が設けられている。空調制御機には、栽培室内温度（以下、「内気温度」ともいう）や湿度を設定するための設定部としての操作パネルを設けている。なお、操作パネルに代えてリモコン、情報処理端末（パソコンなど）などの遠隔操作端末を用いてもよい。また、栽培室１１内に加湿器などを設けることもできる。

本実施の形態の植物栽培装置１０においては、操作パネルを操作することにより、例えば、昼間は設定温度Ｔを２５℃、湿度を６０％、作動時間を１６時間とし、夜間は設定温度Ｔを１５℃、湿度を８０％、作動時間を８時間とするというように、室温、湿度、時間などを設定することができる。二酸化炭素供給装置は、栽培室１１内部の二酸化炭素濃度を、例えば、１０００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍに設定することができる。

（照明装置の構成について）
次に、照明装置２０の具体的な構成について説明する。

照明装置２０は、植物に光を照射するための光源を有する光源ユニット２５と、該光源の発熱を冷却するための冷却ユニット３０と、光源ユニット２５および冷却ユニット３０を制御するための制御部２８とから構成されている。

（冷却ユニットについて）
冷却ユニット３０は、冷却部２１、入口管２２、出口管２３、および、ファン２６を備えている。

冷却部２１は、栽培室１１の内部に設けられている。

冷却部２１は、ヒートパイプなどのように内部を冷媒である外気（栽培室１１外の空気）が通過する構造になっている。この冷媒と、熱源である光源（本実施の形態では、ＬＥＤ）との間で熱交換を行うことによって、光源を冷却することができる。なお、本実施の形態では、冷媒として空気を使用しているが、本発明では必ずしもこれに限定はされない。本発明において、冷却部２１を流れる媒体としては、熱源から発生する熱と熱交換可能なものであればよく、空気や二酸化炭素などの気体や、水などの液体を挙げることができる。

冷却部２１は、例えば、鉄などの熱伝導性の高い金属材料で形成されており、長さが１２０ｃｍ、幅が６０ｃｍ、高さが１ｃｍの直方体形状を有している。この場合、冷却部２１は、面積の広い面（上記長さと上記幅とで画定される面である上面及び下面）を水平にして配置されている。後述するように、光源ユニット２５は、冷却部２１の下面に取り付けられている。

上記のような構成を有する冷却部２１の長手方向の一端には入口管２２が連接されており、他端には出口管２３が連接されている。冷却部２１に連接されていない入口管２２の他端は、栽培室１１の外部と通気されており、冷却部２１内を流れる外気（冷媒）は、入口管２２を通って冷却部２１内に送られる。また、冷却部２１に連接されていない出口管２３の他端は、栽培室１１の外部と通気されており、冷却部２１内を循環した外気（冷媒）は、出口管２３を通って栽培室１１外へ放出される。

また、入口管２２の中途には、所要の流量（例えば、１分当たり４立方メートル）で空気を流すためのファン２６（冷媒流通制御部）が介装されている。ファン２６のＯＮ／ＯＦＦは、制御部２８（冷媒流通制御部）によって決定される。そして、制御部２８からファン２６のＯＮが指示されると、ファン２６は動作を開始し、冷却部２１に外気（冷媒）が供給される。また、制御部２８からファン２６のＯＦＦが指示されると、ファン２６は動作を停止し、冷却部２１への外気（冷媒）の供給は停止される。以上のようにして、ファン２６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、冷却ユニット３０がＯＮ状態（作動状態）とＯＦＦ状態（停止状態）との間で切り替えられる。

（光源ユニットについて）
光源ユニット２５は、栽培室１１の内部に設けられている。

光源ユニット２５は、冷却ユニット３０内の冷却部２１の下面（底面）を構成する底板２４に密着するように取り付けられている。光源ユニット２５は、冷却ユニット３０の底板２４の面積より小さい矩形状の基板（例えば、アルミ製、ガラスエポキシ製）、および、該基板上に実装した複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）などを備えている。光源ユニット２５は、１枚の基板で構成されていてもよいし、複数の基板で構成されていてもよい。また、ＬＥＤは、それぞれが同一の色に発光するものであってもよいし、異なる波長の光を発する複数種類のＬＥＤで構成されていてもよい。この複数種類のＬＥＤの例としては、４３０ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍのそれぞれの波長付近に発光ピークを有する各ＬＥＤの組合せを挙げることができる。

また、光源ユニット２５には、光源であるＬＥＤの温度を測定するための光源温度センサ２７（温度センサ）が取り付けられている。

上記のように、光源ユニット２５は、冷却部２１の底面２４に取り付けられていることで、その発光面がトレー１２に収められた植物４０の方向に向くような構成になっている。

（制御部について）
制御部２８は、光源ユニット２５のＯＮ／ＯＦＦ（点灯／消灯）、および、冷却ユニット３０のＯＮ／ＯＦＦ（作動開始／停止）などの制御を行うものである。特に本実施の形態では、制御部２８は、光源温度センサ２７から得られた光源温度に関する情報に基づいて冷却ユニットのＯＮ／ＯＦＦの制御を行っている。制御部２８は、ＣＰＵやメモリなどを備えているコンピュータである。本実施の形態では、制御部２８は、栽培室１１の外部に設けられているものとして説明する。しかし、これに限定されず、制御部２８は、栽培室１１の内部に設けられていてもよい。

（光源ユニットの冷却部への取り付け方法について）
続いて、光源ユニット２５を冷却部２１の下面に設置する具体的な方法について説明する。

図３の（ａ）には、冷却部２１の下面の構成の一例を示す。また、図３の（ｂ）には、図３の（ａ）に示す冷却部２１の下面付近をＡ側から見た場合の側面図を示す。これらの図に示すように、光源ユニット２５は、冷却ユニット３０の下面である底板２４に光源ユニット２５の基板５１のＬＥＤ５２を実装していない面を密着させて固定されている。図３の（ａ）において、破線で示した部分が光源ユニット２５である。なお、基板５１は図示しないビスなどで底板２４に固定することができる。また、基板５１と底板２４との間にグリースなどを注入して熱伝導性を高めることもできる。

また、光源温度センサ２７は、例えば、光源ユニット２５と同様に、冷却ユニット３０の底板２４に設けることができる。なお、図３の（ａ）に示すように、入口管２２に近い位置に設けることが好ましい。これは、入口管２２付近が最も結露が発生しやすいからである。ただし、これは一例であり、本発明はこの構成に限定はされない。

なお、冷却部２１の下面の構成は、上記の例に限定はされず、他の構成を用いることもできる。図４および図５には、冷却部２１の下面の他の構成例を示す。

図４に示す冷却部２１の底板２４には、光源ユニット２５の基板５１の寸法よりも若干小さい寸法の開口部２４ａが形成されている。なお、図４に示す例では、光源ユニット２５が、６枚の基板５１で構成されており、開口部２４ａは各基板５１に対応した位置に形成されている。

すなわち、６枚の基板５１のそれぞれは、底板２４に形成された６つの開口部２４ａのそれぞれを覆うようにして、底板２４に設置されている。

これにより、冷却ユニット３０の内部を流れる外気（冷媒）が直接基板５１に当たるため、基板５１から直接熱を奪うことができ、冷却効率を向上させることができる。図４に示す例の場合、開口部２４ａと基板５１との間から冷媒である空気が漏れないように、開口部２４ａと基板５１とをシール部材などで密閉することが好ましい。

また、図５には、冷却部２１の底板２４を、ＬＥＤ５２を載置する基板として利用した例を示す。すなわち、図５に示す例では、冷却部２１の底板２４上にＬＥＤ５２を直接実装している。これにより、冷却ユニット３０と光源ユニット２５との組立工程を簡略化することができ、コスト低減を図ることができる。

図４および図５では、光源温度センサ２７は図示していないが、図３に示す冷却ユニット３０と同様の位置に設けることが好ましい。

なお、上記の何れの構成においても、冷却部２１の外部（外周）は、光源ユニット２５が配置されている底板２４部分を除いて、発泡ウレタンなどの断熱材で覆われていることが好ましい。これにより、熱交換効率を向上させることができる。

（光源ユニットの温度に基づく冷却ユニットの制御方法について）
続いて、本実施の形態の照明装置２０において、光源温度センサ２７が測定したＬＥＤの温度に基づいて冷却ユニット３０のファン２６のＯＮ／ＯＦＦを制御する方法について説明する。図１は、本実施の形態におけるファン２６（冷却ファン）のＯＮ／ＯＦＦ制御の処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここで説明する処理は、制御部２８において行われる。

最初に、制御部２８は、上限設定温度Ｔ１（上限温度）を取得する（ステップＳ１）。この上限設定温度Ｔ１は、ファン２６が動作を開始（ＯＮ）する基準となる温度である。そのため、これ以上温度が上昇すると、光源の性能が劣化する可能性のある温度とすることが好ましい。本実施の形態では、光源としてＬＥＤを使用している。ＬＥＤは、１００℃程度にまで発熱するが、基板設計や使用条件によってはそれ以上の温度にまで達することも考えられる。ＬＥＤチップは長寿命であるが、チップを覆う封止材料は、高温になるほど（例えば６０℃）劣化が早く、結果としてＬＥＤ照明の性能が劣化する可能性がある。そこで、上記の上限設定温度Ｔ１は、例えば、６０℃とすることができる。この上限設定温度Ｔ１は、装置内に予め記憶されていてもよいし、操作パネルを使用してユーザによって入力されてもよい。

次に、制御部２８は、下限設定温度Ｔ２（下限温度）を取得する（ステップＳ２）。この下限設定温度Ｔ２は、ファン２６が動作を停止（ＯＦＦ）する基準となる温度である。そのため、これ以上温度が低下すると、光源の周辺に結露が発生するなどして、光源に支障をきたす温度とすることが好ましい。この下限設定温度Ｔ２は、装置内に予め記憶されていてもよいし、操作パネルを使用してユーザによって入力されてもよい。

続いて、光源温度センサ２７が光源ユニット２５の温度Ｔを測定する（ステップＳ３）。測定された温度Ｔは、制御部２８へ送信される。制御部２８では、送信された温度Ｔが上限設定温度Ｔ１よりも高いか否かの判定が行われる（ステップＳ４）。

そして、温度Ｔが上限設定温度Ｔ１よりも高い場合には（Ｓ４においてＹｅｓ）、制御部２８では、ファン２６の現在の状態Ｓを検出し（ステップＳ５）、該状態Ｓが作動していない場合には（ステップＳ６においてＮｏ）、制御部２８は、ファン２６を動作させるように指示する（ステップＳ７）。これにより、ファン２６は動作を開始する。

一方、制御部２８において、ファン２６の現在の状態Ｓを検出し（ステップＳ５）、該状態Ｓが作動している場合には（ステップＳ６においてＹｅｓ）、ファン２６の動作状態をそのまま維持し、一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

また、温度Ｔが上限設定温度Ｔ１以下の場合には（Ｓ４においてＮｏ）、続いて、温度Ｔが下限設定温度Ｔ２よりも低いか否かの判定が行われる（ステップＳ８）。ここで、温度Ｔが下限設定温度Ｔ２よりも低い場合には（Ｓ８においてＹｅｓ）、制御部２８では、ファン２６の現在の状態Ｓを検出し（ステップＳ９）、該状態Ｓが作動していない場合には（ステップＳ１０においてＮｏ）、ファン２６の停止状態をそのまま維持し、一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。一方、制御部２８において、ファン２６の現在の状態Ｓを検出し（ステップＳ９）、該状態Ｓが作動している場合には（ステップＳ１０においてＹｅｓ）、制御部２８は、ファン２６を停止するように指示する（ステップＳ１１）。これにより、ファン２６は動作を停止する。

上記した図１に示すフローチャートの一連の処理は、所定のサイクルで繰り返し実行される。ただし、上限設定温度Ｔ１および下限設定温度Ｔ２が固定値である場合には、ステップＳ３〜Ｓ１１の処理が繰り返し実行されるようにしてもよい。このように、光源ユニットの温度に基づいて、制御部２８が冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、冷却する必要のある期間だけ冷却ファンをＯＮし、光源ユニットを冷却することが可能となる。これにより、過度の冷却によって光源周辺に発生する結露を減少させることができるとともに、冷却ファンの稼働時間を必要最小限に抑えることが可能となる。

通常の植物栽培装置においては、室内の湿度を高めて栽培を行うことが多く、温度が下がると飽和水蒸気量が低下することから、結露が発生しやすい状態となっている。また、冷却部は、光源ユニットを効果的に冷却するために熱伝導率の高い金属で形成されることが多い。このような冷却部内に冷媒を通すと表面温度が下がることから、光源ユニットが設置されている冷却部の表面では最も結露が発生しやすくなっている。

そこで、上記のように光源ユニットの温度が所定の温度よりも低下したら冷却ファンを停止することで、冷却部の表面における結露の発生を減少させることが可能になる。

（植物栽培装置の他の構成例について）
なお、上述した照明装置２０における冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦ切り替え制御においては、上限設定温度Ｔ１および下限設定温度Ｔ２は、予め記憶されていたり、操作パネルから入力されたりしていた。

しかしながら、本発明の照明装置２０においては、栽培室１１およびその周辺の環境に応じて各設定温度Ｔ１およびＴ２を変更できる構成であってもよい。図６には、栽培室１１内温度および湿度、並びに、栽培室１１外の温度に基づいて、各設定温度Ｔ１およびＴ２を変更可能な植物栽培装置１００の構成を示す。

図６に示すように、植物栽培装置１００には、栽培室１１内の温度（内気温度）を測定するための内気温度センサ３１（第２の温度センサ）、栽培室１１内の湿度を測定するための湿度センサ３２、および、栽培室１１外の温度（外気温度）を測定するための外気温度センサ３３が設けられている。植物栽培装置１００における上記以外の構成については、図２に示す植物栽培装置１０の構成と同じであるため、その説明を省略する。

植物栽培装置１００においては、光源付近の温度を測定する光源温度センサ２７に加えて、上記のように２つの温度センサ３１・３３と、湿度センサ３２とが設けられている。そして、これらの各センサによって得られた温度および湿度の情報は、制御部２８に送信される。制御部２８では、送信されたこれらの情報に基づいて、上限設定温度Ｔ１および下限設定温度Ｔ２を設定し、上記図１に示すフローチャートにおけるＳ１およびＳ２においてそれぞれ取得することができる。

特に下限設定温度Ｔ２は、光源周辺における結露の発生を減少させることを主要な目的として設定されるが、結露の発生する温度は、周囲の環境（温度や湿度）によって変化する。

そこで、下限設定温度Ｔ２は、例えば、上記の内気温度センサ３１および湿度センサ３２によって測定された栽培室１１内の温度および湿度に基づいて算出された露点温度とすることができる。これにより、光源温度が、結露の発生し始める温度である露点温度まで低下したときには、冷却ファンの運転を停止することができるため、結露の発生をより効果的に防止することができる。

またあるいは、下限設定温度Ｔ２は、上記のようにして算出された露点温度＋α（例えば５℃）としてもよい。これにより、結露が発生し始める少し前の段階で冷媒の供給を停止することができるため、結露の発生をより確実に防止できる。

また、上限設定温度Ｔ１は、上述したように光源であるＬＥＤが劣化しない程度の温度とすることができるが、例えば、内気温度センサ３１の測定した現在の内気温度としてもよい。これにより、光源温度が内気温度よりも上昇したら冷却ファンを作動させることができる。

また、例えば、外気温が内気温より高くなる季節には、光源温度が内気温より高いときに、内気より温度の高い外気を供給することによって、かえって光源の冷却効果が弱められてしまう。そこで、外気温が内気温より高くなる夏などには、上限設定温度Ｔ１を、外気温度センサ３３の測定した現在の外気温度としてもよい。これにより、光源温度が外気温度よりも上昇したら冷却ファンを作動させることができる。

なお、上記のような制御を行う場合、制御部２８では、内気温度センサ３１および湿度センサ３２から得られた各情報に基づいて、所定の周期で各設定温度Ｔ１およびＴ２を算出し直し、その都度、各設定温度Ｔ１およびＴ２を変更する。

（冷却ファンが周期的にＯＮ／ＯＦＦを繰り返す構成について）
また、本発明の照明装置においては、ファン２６を作動させ続けることによって冷却し過ぎるのを防止するために、上記の図１のフローチャートに示す処理において、制御部２８がファン２６に対してＯＮを指示した場合に、図７に示すように、ファン２６のＯＮ／ＯＦＦを周期的に繰り返すようにしてもよい。図７に示す例では、１周期をＴ＝３０分とし、そのうちのｔ＝２０分をＯＮ状態とする場合を示している。

冷却に使用する冷媒の温度が十分に低い場合や、急激に冷却する必要がない場合、上記のように間欠的に冷却ファンをＯＮ／ＯＦＦすることで、ファンの稼働時間をさらに短縮することが可能となる。また，周期Ｔと稼働時間ｔを調整することにより、ｔ／Ｔに応じて光源ユニットの温度をコントロールすることが可能である。

特に冬季などは外気温度と内気温度との差が大きいため、結露が非常に発生しやすい状態となるが、図７に示すように、間欠的に冷却を行うことにより、光源ユニットの急激な温度低下を避け、結露を効果的に低減することが可能である。なお、例えば、光源温度センサ２７の検出温度によって周期Ｔまたは稼動時間ｔを経時的に変化させ、非周期的な間欠冷却を行ってもよい。

（光源のＯＮ／ＯＦＦに連動して冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦを切り替える構成）
また、本発明の照明装置においては、光源のＯＮ／ＯＦＦに連動して、冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるようにしてもよい。これについて、図８および図９を参照しながら説明する。

一般的な植物栽培装置においては、栽培室内を自然環境と類似した状態にするために、光源の点灯（ＯＮ）と消灯（ＯＦＦ）とで昼の状態（明期）と夜の状態（暗期）とを作り出している。

図８では、光源がＯＦＦからＯＮへ切り替わる時点を明期開始時刻：Ｃ１とし、光源ユニット２５がＯＮからＯＦＦへ切り替わる時点を暗期開始時刻：Ｃ２として示す。そして、図８に示す例では、光源ユニット２５のＯＮ／ＯＦＦの切り替わりと同時に、ファン２６もＯＦＦからＯＮへ、または、ＯＮからＯＦＦへと切り替わるように制御されている。なお、図８に示す例では、明期を１６時間とし、暗期を８時間としているが、これは一例であり、本発明はこれに限定はされない。

ここで、図８に示すような光源のＯＮ／ＯＦＦ切り替えを行う場合の一連の処理の流れを、図９のフローチャートを参照しながら説明する。図９に示す処理は、制御部２８において実行される。制御部２８においてこの処理を行う場合には、制御部２８には現在の時刻を検出する時計機能が設けられている。

まず、制御部２８では、現在の時刻Ｃを検出する（ステップＳ２１）。次に、検出された現在の時刻Ｃが、明期間の範囲内の時刻（図８に示す時刻Ｃ１から時刻Ｃ２までの間の時刻）であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。そして、時刻Ｃが明期間の範囲内の時刻である場合には（Ｓ２２においてＹｅｓ）、制御部２８は光源ユニット２５に対して各ＬＥＤを点灯するように指示する（ステップＳ２３）。そして、光源ユニット２５がＯＮの状態になったら、上記した図１に示すフローチャートの処理を開始する（ステップＳ２４）。すなわち、温度センサに基づく光源のＯＮ／ＯＦＦ制御を開始する。

一方、時刻Ｃが明期間の範囲内の時刻にない場合には（Ｓ２２においてＮｏ）、制御部２８は光源ユニット２５に対して各ＬＥＤを消灯するように指示する（ステップＳ２５）。さらに、制御部２８は、ファン２６を停止するように指示する（ステップＳ２６）。

上記した図９に示すフローチャートの一連の処理は、所定のサイクルで繰り返し実行される。つまり、制御部２８内の時計機能は、所定のサイクルで現在の時刻Ｃを検出しながら、現在の時刻Ｃが明期間の範囲内に継続してある場合には、光源ユニット２５をＯＮ状態に維持し、この状態が継続している間はＳ２４における処理が実行され続ける。一方、現在の時刻Ｃが暗期間の範囲内に継続してある場合には、光源ユニット２５をＯＦＦ状態に維持する。

上記の構成によれば、光源ユニットを冷却する必要のない消灯時には冷媒の供給を停止することで、冷却ユニットの稼働時間を短縮させることができる。これにより、運転コストを削減することができる。

さらに、図８および図９に示す例の変形例として、光源のＯＮ／ＯＦＦの切り替わりのタイミングから一定時間経過した後に、冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるようにしてもよい。これについて、図１０および図１１を参照しながら説明する。

図１０では、光源がＯＦＦからＯＮへ切り替わる時点を明期開始時刻：Ｃ１とし、光源がＯＮからＯＦＦへ切り替わる時点を暗期開始時刻：Ｃ２として示す。そして、図１０に示す例では、時刻Ｃ１において光源ユニット２５がＯＦＦからＯＮに切り替わってから一定の時間（時間α）が経過した後に、ファン２６をＯＦＦからＯＮに切り替えている。これは、光源ユニットがＯＦＦからＯＮに切り替わってからしばらくの間（例えば、時間α）は、光源ユニットの温度は急激には上昇しないためである。

一方、暗期開始時刻Ｃ２においては、光源ユニット２５がＯＮからＯＦＦに切り替わってから一定の時間（時間β）が経過した後に、ファン２６をＯＮからＯＦＦに切り替えている。これは、光源ユニットがＯＮからＯＦＦに切り替わってからしばらくの間（たとえば、時間β）は熱が放射されるため、冷却ユニット３０をＯＦＦに切り替えるタイミングを遅らせて、光源ユニットをある程度まで冷却するためである。なお、図１０に示す例では、明期を１６時間とし、暗期を８時間としているが、これは一例であり、本発明はこれに限定はされない。

ここで、図１０に示すような光源のＯＮ／ＯＦＦ切り替えを行う場合の一連の処理の流れを、図１１のフローチャートを参照しながら説明する。図１１に示す処理は、制御部２８において実行される。

まず、制御部２８では、現在の時刻Ｃを検出する（ステップＳ３１）。次に、検出された現在の時刻Ｃが、明期間の範囲内の時刻（図１０に示す時刻Ｃ１から時刻Ｃ２までの間の時刻）であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。そして、時刻Ｃが明期間の範囲内の時刻である場合には（Ｓ３２においてＹｅｓ）、制御部２８は光源ユニット２５に対して各ＬＥＤを点灯するように指示する（ステップＳ３３）。その後、所定時間（例えば、時間α）待機し（ステップＳ３４）、この時間が経過した後、上記した図１に示すフローチャートの処理を開始する（ステップＳ３５）。すなわち、温度センサに基づく光源のＯＮ／ＯＦＦ制御を開始する。

一方、時刻Ｃが明期間の範囲内の時刻にない場合には（Ｓ３２においてＮｏ）、制御部２８は光源ユニット２５に対して各ＬＥＤを消灯するように指示する（ステップＳ３６）。その後、所定時間（例えば、時間β）待機し（ステップＳ３７）、この時間が経過した後、制御部２８は、ファン２６を停止するように指示する（ステップＳ３８）。

上記した図１１に示すフローチャートの一連の処理は、図９に示す処理と同様に、所定のサイクルで繰り返し実行される。

光源ユニットがＯＮからＯＦＦに切り替わってからしばらくの間（例えば、時間β）は光源から熱が放射されるため、上記のような処理を行うことにより、冷却ユニットをＯＦＦに切り替えるタイミングを遅らせることで、光源ユニットをある程度まで冷却することができる。一方、光源ユニットがＯＦＦからＯＮに切り替わってからしばらくの間（例えば、時間α）は光源ユニットの温度は急激には上昇しないため、しばらくの間は冷却ファンをＯＦＦの状態のままにしておくことで、冷却ファンの作動時間を短縮することが可能である。

なお、図１０では栽培の一日(２４時間)のスケジュールを示しており、ここでは一例として、明期１６時間、暗期８時間とし、光源ユニットＯＦＦからＯＮへの切り替え時の冷却ユニット稼動待ち時間αを３０分とし、光源ユニットＯＮからＯＦＦへの切り替え時の冷却ユニット稼動停止までの待ち時間βを６０分としている。しかしこれは一例であり、本発明はこれに限定はされない。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施形態に開示された種々の技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以上のように、本発明にかかる照明装置は、植物に対して光を照射する照明装置であって、光源を有する光源ユニットと、内部に冷媒を通す冷却部を有し、該冷却部内に冷媒を供給することで上記光源ユニットとの間で熱交換を行い、上記光源の冷却を行う冷却ユニットと、上記光源ユニットの温度を測定する温度センサと、上記温度センサが測定した温度に基づいて、上記冷媒の供給を開始したり停止したりする冷媒流通制御部と、を備えていることを特徴とする。

本発明の照明装置には、冷媒を用いて光源を冷却する冷却ユニットが設けられている。この冷却ユニットは、温度センサが測定した光源ユニットの温度に基づいて冷媒の供給の制御が行われる。

上記の構成によれば、光源ユニットの冷却が所望される期間に限って冷媒の供給を行うことができる。したがって、光源ユニットの温度が充分に低く、冷却の必要のない期間には冷媒の供給を停止することで、光源ユニットの冷え過ぎを防止できるので、光源ユニットに結露が発生しにくくすることができる。また、冷却の必要がないときには冷媒の供給を停止することで、冷却ユニットの稼働時間を短縮することができ、照明装置の運転コストを削減することもできる。

本発明の照明装置において、上記冷媒流通制御部では、上限温度および下限温度が設定されており、上記温度センサが上記上限温度よりも高い温度を検出したときに、上記冷媒の供給を開始し、上記温度センサが上記下限温度よりも低い温度を検出したときに、上記冷媒の供給を停止してもよい。

上記の構成によれば、温度センサの検出結果が、上記下限温度から上記上限温度の範囲内にある場合に限定して冷媒の供給を継続することができる。したがって、上記下限温度および上記上限温度を、結露発生の減少および光源の過熱防止などという目的に合わせて設定することで、確実にその効果を得ることができる。

本発明の照明装置は、上記照明装置が設置されている空間内の温度を測定する第２の温度センサと、上記照明装置が設置されている空間内の湿度を測定する湿度センサとをさらに有し、上記冷媒流通制御部では、上記第２の温度センサおよび上記湿度センサの測定結果に基づいて上記空間内の露点温度を算出し、該露点温度を上記下限温度として設定してもよい。

上記の構成によれば、光源付近の温度が、結露の発生し始める温度である露点温度まで低下したときには、冷媒の供給を停止することができるため、結露の発生をより効果的に防止することができる。

なお、結露の発生をより確実に防止するためには、上記下限温度を露点温度＋α（例えば５℃）としてもよい。これにより、結露が発生し始める少し前の段階で冷媒の供給を停止することができるため、結露の発生をより確実に防止できる。

本発明の照明装置は、上記照明装置が設置されている空間内の温度を測定する第２の温度センサをさらに有し、上記冷媒流通制御部では、上記第２の温度センサが測定した温度を上記上限温度として設定してもよい。

上記の構成によれば、光源付近の温度が、照明装置の設置されている空間内の温度よりも上昇したら光源の冷却を開始することができる。

本発明の照明装置において、上記冷媒流通制御部は、上記光源が点灯したときに上記温度センサが測定した温度に基づく上記冷媒の供給の制御を開始し、上記光源が消灯したときに上記冷媒の供給を停止してもよい。

上記の構成によれば、光源を冷却する必要のない消灯時には冷媒の供給を停止することで、冷却ユニットの稼働時間を短縮させることができる。これにより、運転コストを削減することができる。

本発明の照明装置において、上記冷媒流通制御部は、上記光源が点灯してから任意の時間が経過した後に、上記温度センサが測定した温度に基づく上記冷媒の供給の制御を開始し、上記光源が消灯してから任意の時間が経過した後に、上記冷媒の供給を停止してもよい。

上記の構成によれば、光源を冷却する必要のない消灯時には冷媒の供給を停止することで、冷却ユニットの稼働時間を短縮させることができる。これに加え、光源の点灯及び消灯のタイミングと冷却ユニットの動作開始及び動作停止のタイミングとを上記のようにずらすことで、より効率的な光源の冷却を行うことができる。

本発明の照明装置において、上記冷媒流通制御部では、上記冷媒の供給を継続している期間中に、所定の周期で上記冷媒の供給を停止する期間を設定してもよい。

上記の構成によれば、光源が急激に冷却されるのを抑えることができるため、結露をより効果的に減少させることができる。

本発明の照明装置において、上記光源は発光ダイオードであってもよい。

発光ダイオードは、点灯することによって発熱するが、高温（例えば、８０℃程度）になり過ぎると、性能の劣化を招き寿命が短くなってしまう。そこで、光源が発光ダイオードである場合には、上記のような冷却ユニットを備えることで、発光ダイオードの過熱を防ぎ、性能の劣化を抑えることができる。

本発明の照明装置において、上記冷媒は、上記光源ユニットが設けられている空間外の空気であってもよい。

上記の構成によれば、水などの液体を冷媒として使用する構成と比較して、冷媒を供給する構成を簡略化することができる。

本発明にかかる植物栽培装置は、上記の課題を解決するために、上記の何れかの照明装置を備えているものである。

本発明の植物栽培装置によれば、光源ユニットの冷却が所望される期間に限って冷媒の供給を行うことができる。したがって、光源の効率的な冷却が実現できるとともに、光源の周辺に発生する結露を減少させた植物栽培装置を実現することができる。

本発明にかかる照明装置の冷却方法は、植物に対して光を照射する光源を有する光源ユニットと、内部に冷媒を通す冷却部を有し、該冷却部内に冷媒を供給することで上記光源ユニットとの間で熱交換を行い、上記光源の冷却を行う冷却ユニットとを備えている照明装置の冷却方法であって、上記光源ユニットの温度を測定する工程と、測定した上記光源ユニットの温度に基づいて、上記冷媒の供給を開始したり停止したりする工程とを有することを特徴とする。

本発明の照明装置の冷却方法においては、温度センサが測定した光源ユニットの温度に基づいて冷媒の供給の制御が行われる。

上記の方法によれば、光源ユニットの冷却が所望される期間に限って冷媒の供給を行うことができる。したがって、光源ユニットの温度が充分に低く、冷却の必要のない期間には冷媒の供給を停止することで、光源ユニットに結露が発生しにくくすることができる。また、冷却の必要がないときには冷媒の供給を停止することで、冷却ユニットの稼働時間を短縮することができ、照明装置の運転コストを削減することもできる。

本発明の照明装置の冷却方法において、上記冷媒の供給を開始したり停止したりする工程では、上記光源ユニットの温度を測定する温度センサが予め設定された上限温度よりも高い温度を検出したときに、上記冷媒の供給を開始し、上記温度センサが予め設定された下限温度よりも低い温度を検出したときに、上記冷媒の供給を停止してもよい。

上記の方法によれば、温度センサの検出結果が、上記下限温度から上記上限温度の範囲内にある場合に限定して冷媒の供給を継続することができる。したがって、上記下限温度および上記上限温度を、結露発生の減少および光源の過熱防止などという目的に合わせて設定することで、確実にその効果を得ることができる。

本発明の照明装置を用いれば、光源の効率的な冷却が実現できるとともに、光源の周辺に発生する結露を減少させることができる。したがって、本発明の照明装置は、野菜などの植物を屋内で栽培する植物工場や植物栽培装置の人工光源に適用できる。

１０ 植物栽培装置
１１ 栽培室
２０ 照明装置
２１ 冷却部
２５ 光源ユニット
２６ ファン（冷媒流通制御部）
２７ 光源温度センサ（温度センサ）
２８ 制御部（冷媒流通制御部）
３０ 冷却ユニット
３１ 内気温度センサ（第２の温度センサ）
３２ 湿度センサ
３３ 外気温度センサ
４０ 植物
５１ 基板
５２ ＬＥＤ（光源）

Claims (12)

1. 植物に対して光を照射する照明装置であって、
   光源を有する光源ユニットと、
   内部に冷媒を通す冷却部を有し、該冷却部内に冷媒を供給することで上記光源ユニットとの間で熱交換を行い、上記光源の冷却を行う冷却ユニットと、
   上記光源ユニットの温度を測定する温度センサと、
   上記温度センサが測定した温度に基づいて、上記冷媒の供給を開始したり停止したりする冷媒流通制御部と、
   を備えていることを特徴とする照明装置。
2. 上記冷媒流通制御部では、上限温度および下限温度が設定されており、
   上記温度センサが上記上限温度よりも高い温度を検出したときに、上記冷媒の供給を開始し、
   上記温度センサが上記下限温度よりも低い温度を検出したときに、上記冷媒の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 上記照明装置が設置されている空間内の温度を測定する第２の温度センサと、
   上記照明装置が設置されている空間内の湿度を測定する湿度センサとをさらに有し、
   上記冷媒流通制御部では、上記第２の温度センサおよび上記湿度センサの測定結果に基づいて上記空間内の露点温度を算出し、該露点温度を上記下限温度として設定することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 上記照明装置が設置されている空間内の温度を測定する第２の温度センサをさらに有し、
   上記冷媒流通制御部では、上記第２の温度センサが測定した温度を上記上限温度として設定することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
5. 上記冷媒流通制御部は、上記光源が点灯したときに上記温度センサが測定した温度に基づく上記冷媒の供給の制御を開始し、上記光源が消灯したときに上記冷媒の供給を停止することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の照明装置。
6. 上記冷媒流通制御部は、上記光源が点灯してから任意の時間が経過した後に、上記温度センサが測定した温度に基づく上記冷媒の供給の制御を開始し、上記光源が消灯してから任意の時間が経過した後に、上記冷媒の供給を停止することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の照明装置。
7. 上記冷媒流通制御部では、上記冷媒の供給を継続している期間中に、所定の周期で上記冷媒の供給を停止する期間を設定することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の照明装置。
8. 上記光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の照明装置。
9. 上記冷媒は、上記光源ユニットが設けられている空間外の空気であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の照明装置。
10. 請求項１から９の何れか１項に記載の照明装置を備えている植物栽培装置。
11. 植物に対して光を照射する光源を有する光源ユニットと、内部に冷媒を通す冷却部を有し、該冷却部内に冷媒を供給することで上記光源ユニットとの間で熱交換を行い、上記光源の冷却を行う冷却ユニットとを備えている照明装置の冷却方法であって、
    上記光源ユニットの温度を測定する工程と、
    測定した上記光源ユニットの温度に基づいて、上記冷媒の供給を開始したり停止したりする工程とを有することを特徴とする照明装置の冷却方法。
12. 上記冷媒の供給を開始したり停止したりする工程では、
    上記光源ユニットの温度を測定する温度センサが予め設定された上限温度よりも高い温度を検出したときに、上記冷媒の供給を開始し、
    上記温度センサが予め設定された下限温度よりも低い温度を検出したときに、上記冷媒の供給を停止することを特徴とする請求項１１に記載の照明装置の冷却方法。

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