JP5529721B2 - 植物栽培用の照明装置、植物栽培装置 - Google Patents
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そして、このような植物工場における植物の栽培に際して、自然光(太陽光)と人工光とを併用するものが存在する(特許文献1〜3参照)。
[1]植物に太陽光および人工光を併用して照射する植物栽培において、人工光の照射に用いられる植物栽培用の照明装置であって、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第1熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように第1熱伝導性板材に取り付けられた第1発光部とを備えた第1照射体と、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第2熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように第2熱伝導性板材に取り付けられた第2発光部とを備え、第2熱伝導性板材が第1熱伝導性板材と空間を隔てて対向するように配置された第2照射体と、
第1照射体および第2照射体を連動して回転させることで、第1の照射体と第2の照射体とが空間を隔てて配置される開状態と、第1の照射体の一部と第2の照射体の一部とが重ねて配置される閉状態とを設定する設定手段と
を含む植物栽培用の照明装置。
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された熱伝導性板材と、光の照射方向が熱伝導性板材の面に沿うように熱伝導性板材に取り付けられた発光部とを、それぞれが備えた複数の照射体と、
複数の照射体にそれぞれ設けられた発光部による光の照射方向が下方を向くように、複数の照射体を支持する支持部と
を含み、
支持部は、複数の照射体を連動して回転させることで、複数の照射体が相互に空間を隔てて配置される開状態と、複数の照射体が相互に重ねて配置される閉状態とを設定することを特徴とする植物栽培用の照明装置。
栽培される植物を収容する栽培容器と、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第1熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように第1熱伝導性板材に取り付けられた第1発光部とを備え、栽培容器の上方に配置された第1照射体と、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第2熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように第2熱伝導性板材に取り付けられた第2発光部とを備え、栽培容器の上方において、第2熱伝導性板材が第1熱伝導性板材と空間を隔てて対向するように配置された第2照射体と、
第1照射体および第2照射体を連動して回転させることで、第1の照射体と第2の照射体とが空間を隔てて配置される開状態と、第1の照射体の一部と第2の照射体の一部とが重ねて配置される閉状態とを設定する設定手段と
を含む植物栽培装置。
[4]植物に太陽光および人工光を併用して照射する植物栽培で用いられる植物栽培装置において、
栽培される植物を収容する栽培容器と、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第1熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように第1熱伝導性板材に取り付けられた第1発光部とを備え、栽培容器の上方に配置された第1照射体と、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第2熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように第2熱伝導性板材に取り付けられた第2発光部とを備え、栽培容器の上方において、第2熱伝導性板材が第1熱伝導性板材と空間を隔てて対向するように配置された第2照射体と、
植物に対する第1照射体および第2照射体の取付角度を調整することで、第1照射体と第2照射体との間において太陽光が通過する空間の大きさを変更する変更手段と
を含む植物栽培装置。
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態が適用される太陽光人工光併用型の植物栽培システム1の構成の一例を示す図である。
この植物栽培システム1は、例えばビニルシートやガラスなど、太陽光を透過する壁部を備え内部には空間が形成される栽培室2と、人工光を照射する機能を有し、栽培室2の内部に配置される複数の栽培ユニット3とを備えている。ここで、各栽培ユニット3には、それぞれ、栽培植物4を植栽した栽培容器5が収容されている。なお、栽培室2内では、図示しない空調設備等によって、栽培植物4の栽培条件に適した温度調整および湿度調整が施されるようになっている。
植物栽培用の照明装置の一例としての栽培ユニット3は、図1に示す栽培容器5を内部に積載するための枠体10と、枠体10に収容される栽培容器5に植栽された栽培植物4に人工光を照射するための人工光照射部20と、人工光照射部20を枠体10に支持させるための支持部30とを備えている。
また、支持部30は、これら第1支持体31〜第4支持体34のそれぞれに複数個(この例では後述するように6個)ずつ取り付けられ、第1支持体31〜第4支持体34によって支持される第1照射体21〜第3照射体23の姿勢を規制するための規制部材35をさらに備えている。
そして、発光層の材質は、例えば赤色光については、発光効率の高いAlGaAs系、AlGaInP系等の半導体結晶を用いた発光素子が好適であり、特に、高効率のAlGaInP系が好ましい。一方、例えば青色光については、InGaN系が好適である。半導体発光素子は、素子の温度が上昇すると、発光効率が低下するため、放熱性の良い環境が重要である。また、LEDと蛍光体とを組み合わせたものを使用してもかまわない。
また、例えば第2支持体32において、第1照射体21の前後、第2照射体22の前後、および第3照射体23の前後にも、それぞれ規制部材35が取り付けられている。これら規制部材35は、第1照射体21〜第3照射体23のそれぞれに設けられた孔(例えば第1照射体21では放熱板第2孔212)の内径よりも大きな外径を有しており、それぞれが第2支持体32に対して固定されている。
なお、詳細については説明しないが、第3支持体33および第4支持体34にも、それぞれ6個の規制部材35が取り付けられている。
なお、この例において、第1照射体21〜第3照射体23の傾斜状態は、第1支持体31および第3支持体33を停止させる位置に応じて無段階あるいは多段階に変更することができる。また、栽培ユニット3における第1支持体31および第3支持体33の位置変更については、手動で行う構成としてもよいし、例えばモータ等を利用して自動的に行う構成としてもかまわない。
図6は、時刻および季節と太陽の位置との関係を説明するための図である。なお、以下の説明では、北の方角をNとし、南の方角をSとし、東の方角をEとし、西の方角をWとして表す。図6(a)に示すように、太陽は、午前に東の方角Eから昇り、正午に南の方角Sに到達した後、午後に西の方角Wに沈む。このとき、太陽の天体高度(仰角)は正午に南中する際において最大となる。そして、太陽が沈んだ後、次に太陽が昇るまでの間は、地上には太陽が存在しないことになる。なお、以下の説明においては、地上に太陽が現れている期間を『日中』と称し、地上に太陽が現れていない期間を『夜間』と称する。そして、『日中』を、『朝』、『昼』、『夕』に分けて表す。また、図6(b)に示すように、太陽の南中高度は季節によって変わり、『夏至』において最も大きく、『冬至』において最も小さくなり、『春分』および『秋分』において夏至と冬至との中間の大きさになる。なお、以下の説明においては、図6(c)に示したように、春分における南中高度をθspとし、夏至における南中高度をθsmとし、秋分における南中高度をθauとし、冬至における南中高度をθwiとする。
図7(a)は、栽培ユニット3のx方向と北の方角Nとを一致させる第1の配置を示している。これに対し、図7(b)は、栽培ユニット3のy方向と北の方角Nとを一致させる第2の配置を示している。
このように、太陽光のある『日中』においては、太陽光が栽培植物4に照射されることになるため、人工光のみで栽培植物4を栽培する場合と比べて、かかるエネルギーコストが低減されることになる。また、太陽光の入射角に応じて第1照射体21〜第3照射体23の傾斜角度を調整して太陽光の照射方向と平行に近づけることで、第1照射体21〜第3照射体23によって遮られる太陽光の量を減らすことが可能となり、太陽光の照射効率の低下が抑制されることにもなる。
ただし、第1照射体21〜第3照射体23の傾斜角度を適正に選択することで、それぞれの『日中』においては、『朝』→『昼』→『夕』にかけて、第1照射体21〜第3照射体23の傾斜角度を固定して使用することもできる。また、季節や時間に関係なく、第1照射体21〜第3照射体23の傾斜角度を、常時固定して使用することもできる。
図10(a)〜(c)は、実施の形態1における第1照射体21(第2照射体22および第3照射体23も同様)の他の構成例を説明するための図である。また、図11は、図10(a)〜(c)に示す第1照射体21(第2照射体22および第3照射体23も同様)をXI方向からみた正面図である。
本実施の形態は、実施の形態1とほぼ同様であるが、栽培ユニット3の構成に工夫を施すことにより、太陽光の遮光を可能としたものである。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同様のものについては、実施の形態1と同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施の形態の栽培ユニット3も、図1に示す栽培容器5を内部に積載するための枠体10と、枠体10に収容される栽培容器5に植栽された栽培植物4に人工光を照射するための人工光照射部20と、人工光照射部20を枠体10に支持させるための支持部30とを備えている。
なお、発光部200の構成および放熱板210への取り付け手法については、実施の形態1と同じである。
なお、この例において、第1照射体21〜第3照射体23の傾斜状態は、第1支持線301〜第4支持線304を停止させる位置に応じて無段階あるいは多段階に変更することができる。また、栽培ユニット3における第1支持線301〜第4支持線304の位置変更については、実施の形態1と同様に、手動で行う構成としてもよいし、例えばモータ等を利用して自動的に行う構成としてもかまわない。
図15は、実施の形態2の栽培ユニット3を用いた場合における、栽培植物4の栽培過程の一例を示す図である。ここで、図15(a)は『夜間』における状態を、図15(b)は『日中』における第1の設定を、図15(c)は『日中』における第2の設定を、それぞれ例示している。ここで、第1の設定は、『日中』において太陽光を採光する場合に適用されるものであり、例えば日長が一定時間よりも長くなると花芽を形成する『長日植物』の栽培において使用される。また、第2の設定は、『日中』において太陽光を遮光する場合に適用されるものであり、例えば日長が一定時間よりも短くなると花芽を形成する『短日植物』の栽培において使用される。
この栽培ユニット3の基本構成は、図12に示したものとほぼ同じであるが、枠体10の上部すなわち人工光照射部20の上方に、照射される太陽光を拡散するための拡散板40を設けたところに特徴がある。
図17(a)、(b)は、実施の形態2における第1照射体21(第2照射体22および第3照射体23も同様)の他の構成の一例を示す斜視図である。これらのうち、図17(a)は第1照射体21を表面側(図12における第1壁部10a側)からみた場合の斜視図であり、図17(b)は第1照射体21を裏面側(図12における第2照射体22側)からみた場合の斜視図である。
図18(a)〜(d)は、実施の形態2における第1照射体21(第2照射体22および第3照射体23も同様)のさらに他の構成の一例を示す図である。また、図19は、図18に示す第1照射体21(第2照射体22および第3照射体23も同様)の動作を説明するための図である。
しかしながら、LEDは温度上昇により発光効率が低下するため、省エネルギーの点から、照明装置の放熱技術が重要である。従来型の、遠方に点光源を配置した構成ではなく、LEDの特徴を生かした近接照明を行うためには、十分な放熱ができ、太陽光を遮蔽しない植物育成用の照明装置が必要である。
Claims (4)
- 植物に太陽光および人工光を併用して照射する植物栽培において、当該人工光の照射に用いられる植物栽培用の照明装置であって、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第1熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように当該第1熱伝導性板材に取り付けられた第1発光部とを備えた第1照射体と、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第2熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように当該第2熱伝導性板材に取り付けられた第2発光部とを備え、当該第2熱伝導性板材が前記第1熱伝導性板材と空間を隔てて対向するように配置された第2照射体と、
前記第1照射体および前記第2照射体を連動して回転させることで、当該第1の照射体と当該第2の照射体とが空間を隔てて配置される開状態と、当該第1の照射体の一部と当該第2の照射体の一部とが重ねて配置される閉状態とを設定する設定手段と
を含む植物栽培用の照明装置。 - 植物に太陽光および人工光を併用して照射する植物栽培において、当該人工光の照射に用いられる植物栽培用の照明装置であって、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された熱伝導性板材と、光の照射方向が当該熱伝導性板材の面に沿うように当該熱伝導性板材に取り付けられた発光部とを、それぞれが備えた複数の照射体と、
複数の前記照射体にそれぞれ設けられた前記発光部による光の照射方向が下方を向くように、複数の当該照射体を支持する支持部と
を含み、
前記支持部は、複数の前記照射体を連動して回転させることで、複数の当該照射体が相互に空間を隔てて配置される開状態と、複数の当該照射体が相互に重ねて配置される閉状態とを設定することを特徴とする植物栽培用の照明装置。 - 植物に太陽光および人工光を併用して照射する植物栽培で用いられる植物栽培装置において、
栽培される植物を収容する栽培容器と、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第1熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように当該第1熱伝導性板材に取り付けられた第1発光部とを備え、前記栽培容器の上方に配置された第1照射体と、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第2熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように当該第2熱伝導性板材に取り付けられた第2発光部とを備え、前記栽培容器の上方において、当該第2熱伝導性板材が前記第1熱伝導性板材と空間を隔てて対向するように配置された第2照射体と、
前記第1照射体および前記第2照射体を連動して回転させることで、当該第1の照射体と当該第2の照射体とが空間を隔てて配置される開状態と、当該第1の照射体の一部と当該第2の照射体の一部とが重ねて配置される閉状態とを設定する設定手段と
を含む植物栽培装置。 - 植物に太陽光および人工光を併用して照射する植物栽培で用いられる植物栽培装置において、
栽培される植物を収容する栽培容器と、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第1熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように当該第1熱伝導性板材に取り付けられた第1発光部とを備え、前記栽培容器の上方に配置された第1照射体と、
熱伝導性を有し且つ表裏面を有する板材で構成された第2熱伝導性板材と、光の照射方向が下方を向くように当該第2熱伝導性板材に取り付けられた第2発光部とを備え、前記栽培容器の上方において、当該第2熱伝導性板材が前記第1熱伝導性板材と空間を隔てて対向するように配置された第2照射体と、
前記植物に対する前記第1照射体および前記第2照射体の取付角度を調整することで、当該第1照射体と当該第2照射体との間において前記太陽光が通過する空間の大きさを変更する変更手段と
を含む植物栽培装置。
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