JP6814589B2 - 植物生育促進装置、該植物生育促進装置を用いた植物生育促進システム、及び植物生育促進方法 - Google Patents

植物生育促進装置、該植物生育促進装置を用いた植物生育促進システム、及び植物生育促進方法 Download PDF

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Description

本発明は、施設園芸農業において植物の光合成を促進する、植物生育促進装置、該植物生育促進装置を用いた植物生育促進システム、及び植物生育促進方法に関する。
従来、施設園芸農業において、栽培施設内に炭酸ガスを供給して光合成を促す装置が知られている。例えば、栽培施設内の植物へのCO使用に当たり、CO排出源から回収したCOをいったん貯蔵容器に蓄え、この貯蔵容器から必要な時と場所へCOを供給するCO供給システムが提案されている(特許文献1を参照)。このような施設内全体にCOを供給する場合、太陽光が十分に当たっていない植物の部分では光合成が促進されず、COの一部が無駄になっている。
また、例えば圃場、温室、植物工場、または培養液を入れた藻類の培養タンクなどの、栽培施設向けの炭酸ガス制御装置が提案されている(特許文献1を参照)。この装置は、植物の近傍に、炭酸ガス供給手段に接続した気体供給パイプを配備し、気体供給パイプから離れた植物過疎領域の炭酸ガス濃度が規定値を超えたら炭酸ガス供給手段からの炭酸ガス供給量を絞るというものである。このような装置であれば炭酸ガスの無駄は減らせるものの、太陽光を作物に効率的に照射する工夫については考慮されていない。
特開2012−147752号公報 特開2015−43711号公報
本発明は、施設園芸農業において植物の光合成を促進する植物生育促進装置、該植物生育促進装置を用いた植物生育促進システム、及び植物生育促進方法を提供することを目的とする。
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
[適用例1]
本適用例に係る植物生育促進装置は、
施設園芸農業において植物の光合成を促進する植物生育促進装置であって、
植物に対して下方から光を照射する発光部と、
植物に対して二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部と、
前記発光部で発光した光を反射させて植物を下方から照らす反射部と、
を含み、
前記反射部は、前記発光部及び前記二酸化炭素供給部の外側に配置され、
前記反射部は、前記二酸化炭素供給部から放出された二酸化炭素を前記発光部の光で照射された植物の部分に誘導することを特徴とする。
本適用例によれば、二酸化炭素と共に光を照射することで、施設園芸農業において植物の光合成を促進させることができる。特に、本適用例によれば、太陽光が届きにくい植物
の部分であっても下方から光を照射することができ、しかもその光が照射された部分に二酸化炭素を供給することで、植物の光合成を促進させることができる。
[適用例2]
本適用例に係る植物生育促進装置において、
前記反射部は、前記発光部及び前記二酸化炭素供給部を挟んで対向して配置する2つの反射面を有し、
前記2つの反射面は、前記発光部及び前記二酸化炭素供給部に対しそれぞれ間隔をあけて配置され、
前記2つの反射面は、下方から上方へ向かって互いの間隔が徐々に広がるように配置され、
前記二酸化炭素供給部は、前記発光部の下方に配置することができる。
本適用例によれば、上方へ向かって互いの間隔が徐々に広がる2つの反射面によって発光部の光を上方へ集光すると共に、二酸化炭素を反射面に沿って上方へ導くことができる。また、本適用例によれば、二酸化炭素供給部が発光部の下方に配置されているため、発光部から上方へ向かう光を二酸化炭素供給部で遮ることがなく、効率的に光を植物に供給できる。
[適用例3]
本適用例に係る植物生育促進装置において、
前記二酸化炭素供給部は、筒の内側に形成された輸送路と、該筒の壁を貫通する複数の放出孔と、を含み、
前記放出孔から放出された二酸化炭素が前記反射部に衝突して流れる方向が制限されることができる。
本適用例によれば、放出孔から放出された二酸化炭素が反射部に衝突して流れる方向が制限されるように二酸化炭素供給部を配置することで、二酸化炭素が拡散することを防止して二酸化炭素を光合成に効率よく利用することができる。
[適用例4]
本適用例に係る植物生育促進装置において、
前記二酸化炭素供給部は、前記反射部の長手方向に沿って延びるカバー部の内側に配置され、
前記カバー部は、前記二酸化炭素供給部から放出された二酸化炭素が通過する複数の貫通孔を有し、
前記発光部は、前記カバー部に固定された複数のLEDを含むことができる。
本適用例によれば、二酸化炭素供給部はカバー部の内側で所望の位置に配置することができる。また、本適用例によれば、カバー部の貫通孔を通過する二酸化炭素によってカバー部に固定された複数のLEDを効率よく冷却することができる。
[適用例5]
本適用例に係る植物生育促進装置において、
前記発光部は、複数のLEDを有するテープ型LEDであることができる。
本適用例によれば、光源としてLEDを用いることでランニングコストの低減を図ることができ、テープ型LEDを用いることで、植物生育促進装置における発光部の取付位置の自由度を向上させることができる。
[適用例6]
本適用例に係る植物生育促進装置において、
前記発光部は、フレキシブルチューブの内部に複数のLEDを有することができる。
本適用例によれば、光源としてLEDを用いることでランニングコストの低減を図ることができ、フレキシブルチューブの内部に複数のLEDを有することで、施設内における発光部の敷設の自由度を向上させることができる。
[適用例7]
本適用例に係る植物生育促進装置において、
前記植物生育促進装置は、植物の根元付近に配置されることができる。
本適用例によれば、太陽光が届きにくい植物の根元付近に植物生育促進装置を配置することで、植物の根元に近い葉にも光を供給することができ、しかも、光の供給と共に二酸化炭素も供給することで、通常光合成が行われにくい部分であっても、光合成を促進させることができる。
[適用例8]
本適用例に係る植物生育促進システムは、
前記適用例に係る植物生育促進装置を複数有し、
複数の前記植物生育促進装置を異なる高さ位置に配置することを特徴とする。
本適用例によれば、比較的背の高い植物であっても、植物生育促進装置を多段に配置することで、全体で効率よく光合成を促進させることができる。
[適用例9]
本適用例に係る植物生育促進システムは、前記適用例に係る植物生育促進装置を、植物の生育過程に合わせて複数の異なる高さ位置に移動して配置可能であることを特徴とする。
本適用例によれば、植物の生育過程に合わせて植物生育促進装置を適宜移動して配置できるため、所望の植物の部分で光合成を促進させることができる。
[適用例10]
本適用例に係る植物生育促進方法は、
前記適用例に係る植物生育促進装置を、植物の根元付近に配置して、前記発光部の光と前記二酸化炭素供給部の二酸化炭素とを植物の根元付近から上方に向かって植物に供給することを特徴とする。
本適用例によれば、太陽光が届きにくい植物の根元付近に植物生育促進装置を配置することで、植物の根元に近い葉にも光を供給することができ、しかも、光の供給と共に二酸化炭素も供給することで、通常光合成が行われにくい部分であっても、光合成を促進させることができる。
[適用例11]
本適用例に係る植物生育促進方法は、
前記適用例に係る植物生育促進装置を複数個用意し、複数の異なる高さ位置に前記植物生育促進装置を配置し、前記発光部の光と前記二酸化炭素供給部の二酸化炭素とを植物に対して下方から上方に向かって供給することを特徴とする。
本適用例によれば、比較的背の高い植物であっても、植物生育促進装置を多段に配置することで、全体で効率よく光合成を促進させることができる。
[適用例12]
本適用例に係る植物生育促進方法は、
前記適用例に係る植物生育促進装置を、植物の生育過程に合わせて複数の異なる高さ位置に移動して配置し、前記発光部の光と前記二酸化炭素供給部の二酸化炭素とを植物に対して下方から上方に向かって供給することを特徴とする。
本適用例によれば、植物の生育過程に合わせて植物生育促進装置を適宜移動して配置できるため、所望の植物の部分で光合成を促進させることができる。
一実施形態に係る植物生育促進装置の斜視図である。 図1の植物生育促進装置の縦断面図である。 一実施形態に係る植物生育促進方法を説明する図である。 変形例1に係る植物生育促進システムを説明する正面図である。 変形例2に係る植物生育促進装置の斜視図である。 変形例2に係る植物生育促進装置の縦断面図である。 変形例3に係る植物生育促進装置の縦断面図である。 実施例1における植物生育促進装置の光合成有効光量子束密度のグラフである。 実施例1における植物生育促進装置の光合成有効光量子束密度のグラフである。 実施例2における植物生育促進装置の光合成有効光量子束密度のグラフである。 実施例2における植物生育促進装置の光合成有効光量子束密度のグラフである。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1.植物生育促進装置
図1及び図2を用いて、植物生育促進装置10について説明する。図1は一実施形態に係る植物生育促進装置10の斜視図であり、図2は図1の植物生育促進装置10を正面から見た縦断面図である。
本実施形態に係る植物生育促進装置10は、施設園芸農業において植物の光合成を促進する植物生育促進装置10であって、植物に対して下方から光を照射する発光部20と、植物に対して二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部30と、発光部20で発光した光を反射させて植物を下方から照らす反射部40と、を含み、反射部40は、二酸化炭素供給部30から放出された二酸化炭素を発光部20の光で照射された植物の部分に誘導することを特徴とする。
施設園芸農業は、園芸用ガラス室やハウス等の園芸用施設内で行われる例えば野菜、花き及び果樹等の植物を栽培する園芸農業である。
園芸用ガラス室は、ガラスで被覆された施設で、その中で栽培される作物の管理等を人が通常の作業姿勢でその中に入ったまま行いうる棟高を有するものである。ハウスは、塩
化ビニルフィルム、ポリエチレンフィルム、硬質プラスチックフィルム、硬質プラスチック板等のガラス以外のもので被覆された施設で、その中で栽培される作物の管理等を人が通常の作業姿勢でその中に入ったまま行いうる棟高を有するものである。
通常、施設園芸農業においては、日中は太陽光で、夜間は必要に応じて投光器等で植物の光合成を促進している。通常、限られた施設設置面積内で植物を栽培するため、施設の天井付近の植物の部分は十分な光が当たるが、植物の根元部分に近づくにつれて光が当たりにくくなる傾向がある。
また、通常、施設園芸農業においては、植物の光合成を促進するために、対象となる植物が光合成を行うために必要な量の二酸化炭素を施設内に供給することが望ましい。
図1及び図2に示すように、植物生育促進装置10は、発光部20と、二酸化炭素供給部30と、反射部40と、を含む。
発光部20は、植物に対して下方から光を照射する。発光部20は、植物が光合成を行う光を照射するものであればよい。発光部20の光源としては、例えば、高圧ナトリウムランプ、白色蛍光灯、白熱電球、水銀ランプ、発光ダイオード(light emitting diode、以下「LED」という)等を採用することができる。
光合成に最適な波長は、植物の種類や生育段階によって異なるものの、波長が400nm〜700nmの光が有効であり、光合成の作用が高くなる波長が610nm〜780nmの赤色光を含むことが望ましい。発光部20の光源は、光合成の作用を考慮して、その植物の種類等に対して効果の高い波長の光を組み合わせて用いることができる。
発光部20は、フレキシブルチューブ21の内部に複数のLED22を有する。光源としてLED22を用いることでランニングコストの低減を図ることができ、フレキシブルチューブ21の内部に複数のLED22を有することで、施設内における発光部20の敷設の自由度を向上させることができる。又、フレキシブルチューブ21が防水機能を備えていることが望ましい。施設内での散水により電子部品であるLED22に影響が及ぶことを防止できるからである。フレキシブルチューブ21は、合成樹脂製又は合成ゴム製の透明なチューブであり、例えばポリ塩化ビニル、シリコーンゴム等を用いることができる。
発光部20は、主に上方へ向かって光が出射されるように植物生育促進装置10に配置される。「上方」とは、植物生育促進装置10を施設に設置した状態における発光部20の上方であり、発光部20の水平方向よりも上方を含む。発光部20は、発光部20の水平方向より下方へ向かう光を含んでもよい。実施形態の説明において、「上・下」は植物生育促進装置10を設置した状態における上・下である。
又、発光部20は、外周の全方向に光を出射するものであってもよい。上方を除く方向へ出射された光は反射部40によって上方へ反射すればよいからである。
二酸化炭素供給部30は、植物に対して二酸化炭素を供給する。二酸化炭素の供給源は、二酸化炭素ボンベであってもよいし、灯油などを燃焼させて燃焼時に発生する二酸化炭素であってもよい。
二酸化炭素供給部30は、発光部20の下方に配置される。二酸化炭素供給部30が発光部20の下方に配置されることで、発光部20から上方へ向かう光を二酸化炭素供給部30で遮ることがなく、効率的に光を植物に供給できる。二酸化炭素は、放出されると短
時間で施設内に拡散してしまうため、光合成が行われている部分に向けて供給されることが望ましい。発光部20と二酸化炭素供給部30とが上下に重ねて配置されることで、光が供給される植物の部分に二酸化炭素が供給されるため、二酸化炭素が効率よく光合成で消費される。
二酸化炭素供給部30は、筒31の内側に形成された輸送路34と、該筒31の壁32を貫通する複数の放出孔33と、を含む。二酸化炭素は、輸送路34を流れて施設内に運ばれ、放出孔33から放出されて植物に供給される。放出孔33から放出された二酸化炭素が反射部40に衝突して流れる方向が制限されるように二酸化炭素供給部30を配置する。このように配置することで、二酸化炭素が拡散することを防止して二酸化炭素を光合成に効率よく利用することができる。
筒31は、合成樹脂製又は合成ゴム製であることができ、施設を容易にするため、容易に屈曲可能な柔軟な材質を用いることができる。放出孔33は、筒31の長手方向に沿って複数個所に設けられる。放出孔33は、植物生育促進装置10に配置された状態で、反射面41,42に対向する壁32に開口する。反射面41,42に放出した二酸化炭素を衝突させるためである。なお、反射面41,42については後述する。又、放出孔33の位置は、反射部40及び発光部20に開口を塞がれない位置である。このような位置にするのは、二酸化炭素供給部30の上には発光部20があるからである。
反射部40は、発光部20で発光した光を反射させて植物を下方から照らす。反射部40は、二酸化炭素供給部30から放出された二酸化炭素を発光部20の光で照射された植物の部分に誘導する。太陽光が届きにくい植物の部分であっても下方から光を照射することができ、しかも二酸化炭素もその光が照射された部分に供給されるので、植物の光合成を促進させることができる。
反射部40は、発光部20及び二酸化炭素供給部30を挟んで対向して配置する2つの反射面41,42を有する。2つの反射面41,42は、下方から上方へ向かって互いの間隔が徐々に広がるように配置される。上方へ向かって互いの間隔が徐々に広がる2つの反射面41,42によって発光部20の光を上方へ集光すると共に、二酸化炭素を反射面41,42に沿って上方へ導くことができる。2つの反射面41,42が上方へ向かって互いの間隔が徐々に広がる形態は一例であって、2つの反射面41,42は、光の拡散方向を意図した範囲に制限できるように、反射面41,42の角度や大きさが調整される。
反射部40は、底面43と、底面43の両端から上方へ延びる2つの反射面41,42と、を含む。底面43の上には二酸化炭素供給部30が載置され、二酸化炭素供給部30の上には発光部20が載置される。底面43には支持部44,45が固定され、支持部44と支持部45との間に二酸化炭素供給部30と発光部20が重ねて配置される。支持部44,45は、上から二酸化炭素供給部30及び発光部20を押し込む際に広がるように変形する、可撓性のある部材で形成される。支持部44,45は、反射部40の長手方向に所定間隔を隔てて複数個所に設けられる。
反射部40は、発光部20及び二酸化炭素供給部30の長手方向に延びる溝型の樋のような形状を有する。反射部40の縦断面形状は、図2に示すような逆台形型であってもよく、例えば、半円弧型、U字型、V字型等であってもよい。又、反射部40の縦断面形状は、より集光することで光合成を促進させるために、上方へ向かって互いの間隔が徐々に狭まるように配置されてもよい。発光部40の縦断面形状は、対象となる植物の種類や栽培形態等に適合するように複数の異なる形態の反射部40を用意して、その中から選択して使用してもよい。
反射面41,42は、二酸化炭素供給部30よりも上方まで延在する。より具体的には、反射面41,42は放出孔33よりも上方まで延在する。放出孔33から放出された二酸化炭素を二酸化炭素供給部30より上方へと反射面41,42に沿って導くためである。
反射面41,42は、発光部20よりも上方まで延在する。発光部20の側方に出射された光を反射して発光部20より上方を反射光で照射するためである。反射面41,42は、光を効率よく反射する材質であることが望ましい。反射面41,42は、高反射率を有する反射シートを貼り付けてもよいし、反射部40がアルミニウムやステンレス等の金属であればその内表面を鏡面仕上げにしてもよい。
又、反射部40の底面42には水抜きの孔があるのが望ましい。施設内での散水により発光部20及び二酸化炭素供給部30の機能に影響が及ぶことを防止できるからである。
2.植物生育促進方法
図3を用いて植物生育促進方法について説明する。図3は、一実施形態に係る植物生育促進方法を説明する図である。
一実施形態に係る植物生育促進方法は、植物生育促進装置10を、植物1の根元2付近に配置して、発光部20の光と二酸化炭素供給部30の二酸化炭素とを植物1の根元2付近から上方に向かって植物1に供給することを特徴とする。
図3に示すように、植物1は、ハウス50内で、地面54(畝)から上方へ延びる紐52に主軸3を固定されて栽培されている。紐52は、図示しない固定手段でハウス50内の所定の高さで保持されている。植物1の固定方法は、公知の方法を採用できる。
植物1は、施設園芸農業で栽培されるものであれば特に限定されず、野菜、花き及び果樹等である。図1では、植物1としてトマトの栽培を図示する。
植物1は、地面54から出た主軸3が根元2から上方へ延び、主軸3に沿って多数の実4及び葉5を有する。
植物1は、図3の前後方向(畝に沿って)に複数本(図示しない)が並べて栽培されている。前述した植物生育促進装置10を、植物1の根元2付近に配置する。ここでは、複数の植物1が並んで栽培される方向に沿うように、植物生育促進装置10の長手方向を配置している。植物1の根元2を挟んで左右両側に植物生育促進装置10,10を配置しているが、植物生育促進装置10は左右いずれか一方であってもよい。
植物生育促進装置10は、発光部20の光と二酸化炭素供給部30の二酸化炭素とを植物1の根元2付近から上方に向かって植物1に供給する。このように、太陽光が届きにくい植物1の根元2付近に植物生育促進装置10,10を配置することで、植物1の根元2に近い葉5にも光を供給することができ、しかも、光の供給と共に二酸化炭素も供給することで、通常光合成が行われにくい部分であっても、光合成を促進させることができる。
なお、葉5における光合成は、光が当たる部分が葉5の上面であっても下面であっても効果に大きな差が無いことが知られている。
植物生育促進装置10の発光部20から出射された直接光は上方にある葉5に照射され、又、反射面41,42で反射された反射光も上方にある葉5に照射される。最も根元2に近い部分の葉5に最も強い光が照射される。
植物生育促進装置10の二酸化炭素供給部30から放出された二酸化炭素は、反射面41,42に衝突して上方へ誘導され、発光部20の光が照射されている葉5に供給される。二酸化炭素は、大気中に放出されるとすぐに拡散してしまうが、このように反射面41,42によって拡散を防止し、所定の方向(光のあたっている葉及びその近傍)へ誘導することで、効率よく葉5における光合成を促進させることができる。
3.植物生育促進システム
図4を用いて、植物生育促進システム12について説明する。図4は、植物生育促進システム12を説明する正面図である。
一実施形態に係る植物生育促進システム12は、植物生育促進装置10を複数有し、複数の植物生育促進装置10を異なる高さ位置に配置することを特徴とする。植物生育促進システム12によれば、比較的背の高い植物1であっても、植物生育促進装置10を多段に配置することで、全体で効率よく光合成を促進させることができる。
図4に示すように、植物生育促進システム12は、地面54から鉛直方向に延びる支柱16と、支柱16から水平方向に延びる複数個の台座15と、を含む、架台14である。架台14は、植物1が植えられている畝に沿って所定間隔に複数個が並んで配置され、隣の台座15との間に掛け渡されるように植物生育促進装置10が載置される。異なる高さ位置に設けられた各台座15上には植物生育促進装置10が載置される。
一実施形態に係る植物生育促進方法は、植物生育促進システム12を用いて行うことができる。図4に示すように、植物生育促進方法は、植物生育促進装置10を複数個(ここでは4個)用意し、複数の異なる高さ位置に植物生育促進装置10を配置し、発光部20の光と二酸化炭素供給部30の二酸化炭素とを植物1に対して下方から上方に向かって供給することを特徴とする。この方法によれば、比較的背の高い植物1であっても、植物生育促進装置10を多段に配置することで、全体で効率よく光合成を促進させることができる。
4.変形例1
変形例1に係る植物生育促進システムは、植物生育促進装置10を、植物1の生育過程に合わせて複数の異なる高さ位置に移動して配置可能であることを特徴とする。変形例1に係る植物生育促進システムによれば、植物1の生育過程に合わせて適宜植物生育促進装置10を移動して配置できるため、所望の植物1の部分で光合成を促進させることができる。
変形例1に係る植物生育促進システムは、図4に示した架台14を用いることができる。例えば、最初に、一番下の台座15上に植物生育促進装置10を載置して、植物1の根元2付近の葉5の光合成を促進させ、根元2付近を生育する。次に、植物生育促進装置10を下から番目の台座15上に移動し、植物1の対応部分の葉5の光合成を促進させ、植物1の対応部分を生育する。さらに、その上の台座15へと徐々に植物1の生育過程に合わせて植物生育促進装置10を移動して配置する。
変形例1に係る植物生育促進方法は、植物生育促進装置10を、植物1の生育過程に合わせて複数の異なる高さ位置に移動して配置し、発光部20の光と二酸化炭素供給部30の二酸化炭素とを植物1に対して下方から上方に向かって供給することを特徴とする。変形例1に係る植物生育促進方法によれば、植物1の生育過程に合わせて適宜植物生育促進装置10を移動して配置できるため、所望の植物1の部分で光合成を促進させることができる。
5.変形例2
図5及び図6を用いて、変形例2に係る植物生育促進装置100について説明する。図5は変形例2に係る植物生育促進装置100の斜視図であり、図6は変形例2に係る植物生育促進装置100の縦断面図である。
図5及び図6に示すように、変形例2に係る植物生育促進装置100は、発光部20と、二酸化炭素供給部30と、反射部40と、を含み、基本的な構成は図1等を用いて説明した植物生育促進装置10と同様である。以下の説明では植物生育促進装置10と同様の構成についての重複する説明は省略する。
植物生育促進装置100は、二酸化炭素供給部30が反射部40の長手方向に沿って延びるカバー部144の内側に配置される。カバー部144は、二酸化炭素供給部30の筒31を少なくとも図5における左右両側及び上側から覆うように形成される。カバー部144の下端は、反射部40の底面43に固定してもよい。このようにすることで二酸化炭素供給部30の筒31が例えばフレキシブルチューブであっても、カバー部144を上から被せるだけでカバー部144の内側で筒31の移動を制限することができ、筒31を所定位置に配置することができる。
カバー部144は、二酸化炭素供給部30から放出された二酸化炭素が通過する複数の貫通孔を有する。二酸化炭素供給部30には複数の放出孔33が設けられているため、放出孔33から放出された二酸化炭素をカバー部144の内側から効率よく排出するためである。図5及び図6では、カバー部144が網状体で形成されている。したがって、カバー部144の内側に放出された二酸化炭素を、カバー部144の全体に形成された網の目から二酸化炭素を効率よく排出できる。カバー部144は、網状体に限らず、例えば複数の孔が形成されたパンチングメタルを用いることもできる。
図6に示すように、カバー部144は、縦断面が矩形状であり、上面145及び筒31の左右に配置された側面146,147を有する。上面145を設けることで、テープ型LED121を貼り付けるのに有利であるからである。また、カバー部144は縦断面の形状が矩形状に限らず、半円形であってもよいし、多角形であってもよい。
発光部20は、カバー部144に固定された複数のLED122を含む。発光部20は、例えば、複数のLED122を有するテープ型LED121であることができる。光源としてLED122を用いることでランニングコストの低減を図ることができ、テープ型LED121を用いることで、植物生育促進装置100における発光部20の取付位置の自由度を向上させることができる。
テープ型LED121は、例えばフレキシブル基板に複数のLED122(LEDチップ)が取り付けられたLEDテープ、テープLEDなどの市販のものを使用することができる。テープ型LED121は、チューブ型LEDに比べると高出力のものを選択できるため、植物の生育に有利である。ここで、「テープ型」とは、幅が狭く、長い帯状の形態をいう。テープ型LED121は、テープの一方の面に複数のLED122が実装されている。
テープ型LED121は、カバー部144の上面145の上に両面テープ等で貼り付けて固定することができる。カバー部144の上面にテープ型LED121を配置することで、LED122の発光を効率よく上方へ向けることができる。テープ型LED121のLED122はテープの一方の面に発光面を有するからである。図5及び図6では、4本のテープ型LED121が上面145に固定されているが、4本に限らない。テープ型L
ED121の本数を増減することにより、所望の光の強さを調整することができる。テープ型LED121は、フレキシブル基板の周囲をシリコン等の高分子によってカバーされた防滴型または防水型のものが好ましい。植物に供給する水による故障を防止するためである。
LED122は高出力になると発熱も多くなるが、カバー部144の貫通孔を通過する二酸化炭素によってカバー部144に固定された複数のLED122を効率よく冷却することができる。カバー部144は、金属製網状体によって形成されることが好ましい。熱伝導率を高くして、冷却効率を高めるためである。カバー部144は、植物への給水による錆びを考慮して、例えばステンレス製とすることができる。
反射部40は、反射面41,42の角度θを変更できるように、反射面41,42と底面43との間に例えば図示しないヒンジを設けてもよい。反射面41,42の角度θを変更することにより、対象とする植物に応じて、植物生育促進装置100の上方における所望の光量子量の範囲を調整することができるからである。
また、対象とする植物に応じて、植物生育促進装置100が設置される位置から生育を促進したい植物の葉までの高さも変化する。対象とする植物の光補償点を考慮し、補光範囲が適切となるように、反射面41,42の角度θを変更し、またLED122の出力や波長を調整し、さらにテープ型LED121の本数や貼り付け箇所を調整することが望ましい。光補償点とは、植物の光合成において、光合成速度と呼吸速度とが等しくなり、見かけ上、二酸化炭素の収支がゼロになる光の強度である。植物ごとに光補償点が知られており、例えばイチゴの光補償点は光合成有効光量子束密度(以下PPFD)が17μmol/m/s前後であることが知られている。PPFDは、クロロフィルが吸収できる400nm〜700nmまでの波長領域だけの光量子束密度である。
植物生育促進装置100における反射面41,42の角度θは、60度〜75度であることができる。植物生育促進装置100によれば、この範囲のPPFDにおける集光効率が高いからである。
6.変形例3
図7を用いて、変形例3に係る植物生育促進装置102について説明する。図7は、変形例3に係る植物生育促進装置102の縦断面図である。
植物生育促進装置102は、テープ型LED121がカバー部144の上面145ではなく反射面41,42に固定されている以外は変形例2の植物生育促進装置100と同様である。
テープ型LED121を反射面41,42に取り付けることで、植物生育促進装置102の上方に、変形例2の植物生育促進装置100に近い光の強さを得ることができる。植物生育促進装置102における反射面41,42の角度θは、45度〜60度であることができる。植物生育促進装置102によれば、この範囲のPPFDにおける集光効率が高いからである。
また、例えば、変形例2の植物生育促進装置100の反射面41,42に、変形例3のようにテープ型LED121を固定してもよい。変形例2の植物生育促進装置100では、カバー部144の上面145の面積によってテープ型LED121の本数が制限されるが、反射面41,42を利用することにより、さらに強い光を得ることができるからである。
実施例1として、図5及び図6に示した変形例2の植物生育促進装置100を用いて、反射面41,42の角度θを0度(a)、45度(b)、60度(c)、75度(d)、90度(e)に変化させて光量子量を測定した。具体的には、光量子量の測定には、ウイジン社製の電圧ロガー(UIZ5041)を用いて、光量子センサーを上面145の幅Dの方向の中心と、その左右に10cm置きに3箇所ずつ、合計7箇所配置した取付棚を、上面145からの高さが30cm、60cm、90cmの位置に移動させて、各箇所での電圧を測定後、PPFDに変換して図8及び図9にグラフで示した。グラフの縦軸の単位は、「μmol/m/s」であった。グラフの横軸の単位はcmであるが、「No.4」が上面145の中心の直上であり、上面145の幅Dの方向に10cmごとに左に「No.3」〜「No.1」と右に「No.5」〜「No.7」とした。上面145の幅Dは50mmであり、反射面41,42の幅Lは150mmであった。テープ型LED121は60chip/mを4本用いた。
図8及び図9によれば、植物生育促進装置100を設置した接地面に対する反射面41,42の角度θが0度〜90度において中心(No.4)付近におけるPPFDが高く、特に60度〜75度において集光効率が高かった。
実施例1では反射面41,42の角度θが60度〜75度の範囲であれば中心からの幅が左右20cm以内で高さ60cmまでの範囲で集光効率が高いことから、イチゴ等の丈の低い植物の光合成促進効果が期待できる。
実施例2として、図7に示した変形例3の植物生育促進装置102を用いて、反射面41,42の角度θを0度(a)、45度(b)、60度(c)、75度(d)、90度(e)に変化させて、実施例1と同様に、光量子量を測定した。その測定結果を図10及び図11にグラフで示した。
図10及び図11によれば、反射面41,42の角度θが45度〜60度において集光効率が高かった。
実施例2では反射面41,42の角度θが45度〜60度の範囲であれば中心からの幅が左右20cm以内で高さ60cmまでの範囲で光合成促進効果が期待できる。
[比較例1]
比較例1として、変形例2の植物生育促進装置100のテープ型LED121を上面145から側面146,147に移して固定した装置で同様に光量子量を測定した。比較例1の装置では集光効果がほとんど得られなかった。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
1…植物、2…根元、3…主軸、4…実、5…葉、10…植物生育促進装置、12…植物生育促進システム、14…架台、15…台座、16…支柱、20…発光部、21…フレ
キシブルチューブ、22…LED、30…二酸化炭素供給部、31…筒、32…壁、33…放出孔、34…輸送路、40…反射部、41,42…反射面、43…底面、44,45…支持部、50…ハウス、52…紐、54…地面、100,102…植物生育促進装置、121…テープ型LED121、122…LED、144…カバー部、145…上面、146,147…側面、D…上面の幅、L…反射面の幅、θ…反射面の角度

Claims (12)

  1. 施設園芸農業において植物の光合成を促進する植物生育促進装置であって、
    植物に対して下方から光を照射する発光部と、
    植物に対して二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部と、
    前記発光部で発光した光を反射させて植物を下方から照らす反射部と、
    を含み、
    前記反射部は、前記発光部及び前記二酸化炭素供給部の外側に配置され、
    前記反射部は、前記二酸化炭素供給部から放出された二酸化炭素を前記発光部の光で照射された植物の部分に誘導することを特徴とする、植物生育促進装置。
  2. 請求項1において、
    前記反射部は、前記発光部及び前記二酸化炭素供給部を挟んで対向して配置する2つの反射面を有し、
    前記2つの反射面は、前記発光部及び前記二酸化炭素供給部に対しそれぞれ間隔をあけて配置され、
    前記2つの反射面は、下方から上方へ向かって互いの間隔が徐々に広がるように配置され、
    前記二酸化炭素供給部は、前記発光部の下方に配置されることを特徴とする、植物生育促進装置。
  3. 請求項1又は2において、
    前記二酸化炭素供給部は、筒の内側に形成された輸送路と、該筒の壁を貫通する複数の放出孔と、を含み、
    前記放出孔から放出された二酸化炭素が前記反射部に衝突して流れる方向が制限されることを特徴とする、植物生育促進装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項において、
    前記二酸化炭素供給部は、前記反射部の長手方向に沿って延びるカバー部の内側に配置され、
    前記カバー部は、前記二酸化炭素供給部から放出された二酸化炭素が通過する複数の貫通孔を有し、
    前記発光部は、前記カバー部に固定された複数のLEDを含むことを特徴とする、植物生育促進装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項において、
    前記発光部は、複数のLEDを有するテープ型LEDであることを特徴とする、植物生育促進装置。
  6. 請求項1〜4のいずれか1項において、
    前記発光部は、フレキシブルチューブの内部に複数のLEDを有することを特徴とする、植物生育促進装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項において、
    前記植物生育促進装置は、植物の根元付近に配置されることを特徴とする、植物生育促進装置。
  8. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の前記植物生育促進装置を複数有し、
    複数の前記植物生育促進装置を異なる高さ位置に配置することを特徴とする、植物生育促進システム。
  9. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の前記植物生育促進装置を、植物の生育過程に合わせて複数の異なる高さ位置に移動して配置可能であることを特徴とする、植物生育促進システム。
  10. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の前記植物生育促進装置を、植物の根元付近に配置して、前記発光部の光と前記二酸化炭素供給部の二酸化炭素とを植物の根元付近から上方に向かって植物に供給することを特徴とする、植物生育促進方法。
  11. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の前記植物生育促進装置を複数個用意し、複数の異なる高さ位置に前記植物生育促進装置を配置し、前記発光部の光と前記二酸化炭素供給部の二酸化炭素とを植物に対して下方から上方に向かって供給することを特徴とする、植物生育促進方法。
  12. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の前記植物生育促進装置を、植物の生育過程に合わせて複数の異なる高さ位置に移動して配置し、前記発光部の光と前記二酸化炭素供給部の二酸化炭素とを植物に対して下方から上方に向かって供給することを特徴とする、植物生育促進方法。
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