JP7244520B2 - 制御された環境農業のための流体冷却ｌｅｄベースの照明方法および装置 - Google Patents

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関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年８月２５日に出願された米国仮出願第６２／５５０，３７９号および２０１８年２月２６日に出願された米国仮出願第６２／６３５，５０１号に対する優先権利益を主張する。これらの仮出願の各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。

制御された環境農業（ＣＥＡ）は、制御された環境で植物を成長させるプロセスであり、ここで、様々な環境パラメータを監視および調整して、成長する植物の品質および収量を向上させる。ＣＥＡは、従来の植物栽培のアプローチと比較して、植物の通年生産、変動する気象条件への非感受性を可能にし得、害虫および病害を低減し得、かつ植物ごとに消費されるリソースの量を低減し得る。制御された農業環境は通常、環境条件に対するある程度の制御を提供するため、少なくとも部分的に、温室、栽培室、または畑の覆われた部分などの建物構造体に囲まれている。そのような制御された農業環境では、１つ以上の人工照明システムが、建物構造体によって遮られる可能性があるか、または一年の特定の期間（冬季など）に不十分である可能性がある、自然の太陽光を補足および／または交換するためにしばしば使用される。高輝度放電ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、および蛍光ランプを含むが、これらに限定されない、様々なタイプの人工照明システムが使用され得る。

本開示は、制御された環境農業（ＣＥＡ）のための流体冷却発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの照明器具（以下、「照明器具」とも称される）、照明器具のそれぞれの構成要素、およびそれに関連する方法の様々な実装形態を対象とする。照明器具は、照明器具を通じて流体冷却剤を流して、照明器具内の１つ以上のＬＥＤモジュールによって生成される熱を捕捉する、流体冷却システム（以下「冷却剤回路」とも称される）に連結され得る。このようにして、照明器具によって生成された熱が、制御された農業環境から除去され得、それにより冷却負荷が削減され、かつエネルギー効率が改善される。本明細書で説明する照明器具は、配管、電力、および通信接続を共有して、連続的な電気回路および冷却剤回路の作成が促進されるデイジーチェーン構成で、１つ以上の他の照明器具に連結されてもよい。いくつかの実装形態では、照明器具は、制御された農業環境または制御された農業環境の近くの空間の温度を調整することなどの様々な用途のために、照明器具によって生成される（および冷却剤回路によって照明器具から抽出される）廃熱を利用するハイドロニクスシステムに連結される場合がある。照明器具はまた、制御された農業環境の様々な環境条件を監視することができる１つ以上のセンサに、電力およびデータ通信接続を提供することにより、統合センサプラットフォームとして機能する。

１つの例示的な実装形態では、照明器具は、照明器具の様々な構成要素を機械的に支持し、かつそれを収容するためのフレーム（本明細書では「ハウジング」とも称される）を含む。光スパインは、制御された農業環境内に配置された支持構造体に、照明器具を機械的に連結して固定するための特徴部を備えたフレーム上に形成される。フレームは、１つ以上のチャネルと、１つ以上のチャネル内に適合する対応する冷却剤管と、を含む。冷却剤管は、銅から形成されており、照明器具に流体冷却剤を流して、熱を除去するために使用される。１つ以上のＬＥＤモジュールは、フレーム上に配置されて、植物の成長のために光合成有効放射（ＰＡＲ）を放出する。プロセッサは、フレームに連結されて、電力変換、ネットワーク接続、およびデータ処理を含む機能を有する照明器具の動作を容易にする。１つ以上の電力ポートは、フレーム上に配置されて、外部ソース（建物の電力供給システムなど）から、ＬＥＤモジュール、プロセッサ、および照明器具に連結された補助デバイスを含む照明器具の様々な構成要素に電力を供給する。電気通信およびデータ送信を容易にするために、１つ以上の通信ポートがフレーム上に配置されている。

いくつかの実装形態では、冷却剤管をフレームのチャネル内に圧入またはクラッシュ適合させて、熱的接触を改善し、それにより照明器具を通って流れる流体冷却剤によって除去される熱量を増加させることができる。照明器具の冷却剤管は、押し込み接続の配管取付具を使用して、別の照明器具の別の冷却剤管に連結されてもよい。このようにして、複数の照明器具を連結させて、連続的な冷却剤回路を形成することができる。１つ以上のポンプ、レギュレータ、および／またはバルブを冷却剤回路に組み込んで、冷却剤回路を通して流体冷却剤を生成および方向付けることができる。冷却塔などの排熱デバイスをまた、冷却剤回路内に組み込んで、流体冷却剤から熱を除去し、したがって冷却剤回路で再利用するために流体冷却剤の温度を下げることもできる。冷却剤回路はまた、除湿機などの、制御された農業環境内の他の構成要素から熱を除去するために使用され得る。

いくつかの実装形態では、複数の照明器具を有する冷却剤回路をハイドロニクスシステムに連結させて、照明器具によって生成され、かつ流体冷却剤によって捕捉された廃熱をリサイクルすることができる。ハイドロニクスシステムは、熱を分配して、制御された農業環境（例えば、栽培地域）の少なくとも一部分、または制御された農業環境に近い別の空間（例えば、住宅、熱電併給プラント、工場）の温度を調節することができる。ハイドロニクスシステムは、流体冷却剤を貯蔵する流体貯蔵タンクと、冷却剤回路および／または他の空間を通して比較的冷たい流体冷却剤および比較的温かい流体冷却剤を方向付けるための１つ以上の配管サブシステムと、を含み得る。流体冷却剤はまた、後で分配するために、および／または流体冷却剤の温度を調節するために、様々な温度で貯蔵されてもよい。

いくつかの実装形態では、１つ以上の流体冷却ＬＥＤベースの照明器具を備えた制御された農業環境は、追加的な冷却剤や空調を必要としない。言い換えれば、様々な熱源（例えば、照明器具、植物自体、環境を構成する建物構造体の壁、１つ以上の除湿機）から環境で生成された過剰な熱は、流体冷却剤によって効果的に捕捉され、かつ排熱デバイス（例えば、冷却塔）によって除去されるか、またはハイドロニクスシステムでリサイクルされる。空調の必要性を大幅に削減、または場合によっては排除することにより、制御された農業環境に必要なエネルギーの重要な供給源は、それに応じて大幅に削減または排除される。エネルギーの節約は、変動するエネルギー収支で制御された農業環境のエネルギーコストを大幅に削減するか、または一定のエネルギー収支で、制御された農業環境についてのより大きな作物およびより大きな作物収量を成長させるために利用可能なエネルギーを増やすことをもたらし得る。例えば、以前は冷却／空調に使用されていたエネルギー収支の少なくとも一部分を、代わりに追加の人工照明に使用して、ＰＡＲを提供し、それによってより多くの植物の植物成長を促進することができる。

様々な実装形態において、本明細書に開示される照明器具は、例えば、ポート（複数可）に連結された１つ以上の補助デバイスに補助ＤＣ電力を提供するための、１つ以上の通信および／または補助電力ポートを含み得る。このようなポートの実施例には、複数の照明器具を一緒に通信可能に連結し、かつ／または１つ以上の補助デバイス（例えば、センサ、アクチュエーター、または他の外部電子デバイス）の動作を支持するための、１つ以上のパワーオーバーイーサネット（ＰｏＥ）ポートおよび／または１つ以上のユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートが含まれるが、これらに限定されない。ＰｏＥまたはＵＳＢポートのうちの１つ以上を介して１つ以上の照明器具に連結され得る様々なセンサの実施例には、気温センサ、近赤外線（ＮＩＲ）葉水分センサ、ハイパースペクトルカメラ、有限スペクトルカメラ、ＩＲ葉温度センサ、相対湿度センサ、および二酸化炭素センサが含まれるが、これらに限定されない。ＰｏＥまたはＵＳＢポートを介して１つ以上の照明器具に連結され得る補助デバイスの他の実施例には、１つ以上のファン、防犯カメラ、スマートフォン、およびマルチスペクトルカメラ（例えば、土壌水分、栄養素含有量、植物の葉の分析用）が含まれるが、これらに限定されない。このようにして、照明器具上の通信ポートの柔軟な配置により、制御された農業環境に様々な補助デバイスを特に分散させることができる。

いくつかの実装形態では、照明器具のプロセッサを使用して、１つ以上の補助デバイスを制御し、かつ／または補助デバイスからのデータを処理することができる。次に、プロセッサは、データを利用して、制御された農業環境内の１つ以上の照明器具（例えば、照明器具からのＰＡＲ出力の調整）、１つ以上の冷却剤回路（例えば、照明ループ、ハイドロニクスループ、および冷却ループを含む冷却剤回路を通る流体の流れの調整）、１つ以上のファン、１つ以上の除湿機、または１つ以上の空調機を調整および制御することができる。いくつかの実装形態では、様々な環境条件を測定および制御して、環境内の目標蒸気圧不足がもたらされる。

いくつかの実装形態では、照明器具は、顧客が１つ以上の照明器具をレンタルおよび操作するために定期的な料金を支払うリース照明システムで使用され得る。１つの例示的な実装形態では、照明器具は、顧客による支払いに従って、照明器具が動作する時間量を制御するライセンスサーバに通信可能に連結されてもよい。暗号化キーおよびライセンスサーバとのトークン交換を使用して、制御された農業環境のリース照明システムを操作することができる。

要約すると、１つの例示的な実装形態は、少なくとも第１のチャネル、第２のチャネル、および内部に形成された少なくとも１つの密閉キャビティを含む、押出成形アルミニウムフレームであって、押出成形アルミニウムフレームが、フレームから突出し、かつ少なくとも１つの支持構造体への照明器具の機械的連結を容易にするための複数の穴を有する、フィンをさらに含む、押出成形アルミニウムフレームと、押出成形アルミニウムフレームによって機械的に支持された少なくとも１つのＬＥＤ光源と、流体冷却剤を運んで、照明器具の動作中に少なくとも少なくとも１つのＬＥＤ光源によって生成された熱を抽出するための、第１の銅管であって、第１の銅管が、第１の銅管と押出成形アルミニウムフレームとの間に第１の熱的接続部を確立するために、押出成形アルミニウムフレームの第１のチャネル内に圧入される、第１の銅管と、流体冷却剤を運ぶための第２の銅管であって、第２の銅管が、第２の銅管と押出成形アルミニウムフレームとの間に第２の熱的接続部を確立するために、押出成形アルミニウムフレームの第２のチャネルに圧入される、第２の銅管と、ＡＣ電源を受け取り、かつ少なくとも１つのＬＥＤ光源を制御するように、押出成形アルミニウムフレームの少なくとも１つの密閉キャビティに配置されている、制御回路と、複数のポートの少なくとも１つに連結された少なくとも１つの補助デバイスにＤＣ電力を提供するように、制御回路の少なくともいくつかに電気的に連結されている、複数のポートと、を含む、流体冷却ＬＥＤベースの照明器具を対象とする。

別の例示的な実装形態は、農業環境を制御するための方法を対象とし、この方法は、Ａ）冷却剤回路に流体冷却剤を流すことであって、冷却剤回路が、少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具であって、流体冷却剤が少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具を通って冷却剤回路内を流れるときに、流体冷却剤が、それから器具が生成した熱を抽出する、少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具と、農業環境の少なくとも一部分で温度調節を容易にするように、少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具に連結されている、少なくとも１つのハイドロニクスループと、を含む、流すことと、Ｂ）複数の植物に、少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具による光合成有効放射（ＰＡＲ）出力を照射することと、Ｃ）少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具に通信可能に連結された少なくとも１つのセンサを介して、農業環境における少なくとも１つの状態を検知することと、を含む。

別の例示的な実装形態は、農業環境を制御するための方法を対象とし、この方法は、Ａ）冷却剤回路に流体冷却剤を流すことであって、冷却剤回路が、少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具であって、流体冷却剤が少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具を通って冷却剤回路内を流れるときに、流体冷却剤が、それから器具が生成した熱を抽出する、少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具と、農業環境の少なくとも一部分で温度調節を容易にするように、少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具に連結されている、少なくとも１つのハイドロニクスループと、を含む、流すことと、Ｂ）複数の植物に、少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具による光合成有効放射（ＰＡＲ）出力を照射すること、Ｃ）少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具に通信可能に連結された少なくとも１つのセンサを介して、農業環境における少なくとも１つの状態を検知することであって、少なくとも１つのセンサが、空気気温センサ、近赤外線（ＮＩＲ）センサ、相対湿度センサ、カメラ、二酸化炭素（ＣＯ２）センサ、および赤外線（ＩＲ）センサ、のうちの少なくとも１つを含む、検知することと、Ｄ）Ｃ）における少なくとも１つの検知された条件に少なくとも部分的に基づいて、１）少なくとも１つのＬＥＤ照明器具によるＰＡＲ出力と、２）少なくとも１つのＬＥＤ照明器具およびハイドロニクスループのうちの少なくとも１つにおける流体冷却剤の流れと、のうちの少なくとも１つを制御することであって、少なくとも１つのＬＥＤベースの照明器具が、冷却剤回路の少なくとも一部分を形成する少なくとも第１の銅管および第２の銅管を含む、制御することと、を含み、Ａ）は、第１の銅管および第２の銅管において反対方向に、それぞれ流体冷却剤を流すことを含む。

前述の概念、および以下でより詳細に考察されする追加の概念のすべての組み合わせ（そのような概念が相互に矛盾しない場合）は、本明細書で開示する本発明の主題の一部として企図されることを理解されたい。特に、本開示の最後に現れる特許請求された主題のすべての組み合わせは、本明細書に開示された本発明の主題の一部であることが企図される。本明細書で明示的に使用される用語はまた、参照により組み込まれる任意の開示に現れる場合もあり、本明細書で開示される特定の概念と最も一致する意味が与えられるべきである。

特許または出願ファイルには、カラーで作成された少なくとも１つの図面が含まれている。カラー図面（複数可）を含むこの特許または特許出願公開のコピーは、要求および必要な料金の支払いに応じて、オフィスによって提供されるであろう。

当業者は、図面が主に例示を目的とするものであり、本明細書に記載される本発明の主題の範囲を限定することを意図していないことを理解するであろう。図面は必ずしも縮尺どおりでなく、場合によっては、本明細書で開示される本発明の主題の様々な態様は、異なる特徴の理解を容易にするために、図面で誇張または拡大して示される場合がある。図面において、同様の参照文字は一般に、同様の特徴（例えば、機能的に類似および／または構造的に類似の要素）を指す。

１つ以上のＨＰＳランプが使用されている、従来の制御された農業環境の図である。 １つ以上の従来のＬＥＤベースの照明器具が使用されている、従来の制御された農業環境の図である。 本開示のいくつかの実装形態によると、１つ以上の流体冷却ＬＥＤベースの照明器具が既存の環境に後付けされている、制御された農業環境の図である。 本開示のいくつかの実装形態による、１つ以上の流体冷却ＬＥＤベースの照明器具がハイドロニクスシステムに連結されている、制御された農業環境の図である。 本開示のいくつかの実装形態による、照明器具のブロック図である。 本開示のいくつかの実装形態による、照明器具の例示的なＬＥＤモジュールの前半部分を詳細に示す回路図である。 図６Ｂの例示的なＬＥＤモジュールの後半部分を詳細に示す回路図である。 本開示のいくつかの実装形態による、照明器具の下部の正面斜視図を示している。 図７Ａの照明器具の正面図、下面図、左側面図、および右側面図を示している。 図７Ｂの照明器具のＡ－Ａ面に沿った断面図を示している。 本開示のいくつかの実装形態による、第２の照明器具および支持構造体に連結された第１の照明器具の上面斜視図を示している。 本開示のいくつかの実装形態による、連続的な電気および冷却剤回路を形成するために一緒に連結された流体冷却ＬＥＤベースの照明器具の複数の列を示す、制御された農業環境の斜視図を示している。 本開示のいくつかの実装形態による、流体貯蔵タンク、ならびに照明ループ、加熱ループ、および冷却ループなどの複数の配管サブシステムを含む、例示的なハイドロニクスシステムを示している。 本開示のいくつかの実装形態による、照明器具および栽培地域に連結された例示的なハイドロニクスシステムの一部分を示している。 本開示のいくつかの実装形態による、１つ以上の流体冷却ＬＥＤベースの照明器具が垂直に積み重ねられた複数レベルの栽培地域に配置され、かつハイドロニクスシステムに連結されている、制御された農業環境を示している。 本開示のいくつかの実装形態による、環境条件の監視を容易にするための複数の流体冷却ＬＥＤベースの照明器具および複数のセンサを備えている、制御された農業環境の側面図を示す。 本開示のいくつかの実装形態による、制御ボード、ネットワークボード、およびシングルボードコンピュータを含むプロセッサの様々な電子構成要素を詳細に示すブロック図である。 図１１Ａの制御ボードの追加的な詳細を提供するブロック図である。 図１１Ａのネットワークボードの追加的な詳細を提供するブロック図である。 本開示のいくつかの実装形態による、ネットワークボードの様々な電子構成要素を詳細に示す回路図である。 図１２Ａのイーサネットスイッチの拡大図である。 図１２ＡのＰｏＥポートの拡大図である。 図１２ＡのＰｏＥコントローラの回路図である。 本開示のいくつかの実装形態による、シングルボードコンピュータの回路図である。 本開示のいくつかの実装形態による、制御ボードの様々な電気構成要素を詳細に示す回路図である。 図１４Ａの制御ボードのバイアスおよび制御電源を詳細に示す回路図である。 図１４Ａの制御ボードのＤＣ－ＤＣコンバータを詳細に示す回路図である。 図１４Ａの制御ボードのＡＣラインセンサを詳細に示す回路図である。 図１４Ａの制御ボードのＤＳＰを詳細に示す回路図である。 図１４Ａの制御ボードの温度センサ回路を詳細に示す回路図である。 図１４Ａの制御ボードのブースト回路を詳細に示す回路図である。 図１４Ｇのブースト回路をさらに詳細に示す回路図である。 本開示のいくつかの実装形態による、契約執行方法のフロー図である。 本開示のいくつかの実装形態による、リース照明システムのライセンスを更新する方法のフロー図である。

以下に続くものは、制御された環境農業のための流体冷却ＬＥＤベースの照明方法および装置に関連する様々な概念およびその実装形態のより詳細な説明である。上記で導入し、かつ以下でより詳細に考察される様々な概念は、多くの方法で実装され得ることを理解されたい。特定の実装形態および用途の実施例は、当業者が実装形態および当業者に明らかな代替形態を実施することができるように、主に例示的な目的で提供される。

以下に説明する図および例示的な実装形態は、本実装形態の範囲を単一の実施形態に限定することを意図したものではない。説明または図示された要素の一部またはすべてを交換することにより、他の実装形態が可能である。さらに、開示された例示的な実装形態の特定の要素が既知の構成要素を使用して部分的または完全に実装され得る場合、場合によっては、本実装形態の理解に必要なそのような既知の構成要素の部分のみが説明され、そのような既知の構成要素の他の部分の詳細な説明は、本実装形態を不明瞭にしないために省略される。

制御された環境農業（ＣＥＡ）は、制御された環境で植物を成長させるプロセスであり、ここで、照明、温度、湿度、栄養レベル、および二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度などの様々な環境パラメータを監視および調整して、植物の品質および収量を向上させる。ＣＥＡは、従来の植物栽培のアプローチと比較して、植物の年間生産、変動する気象条件への非感受性、害虫および病気の削減、ならびに植物ごとに消費されるリソースの量の削減を可能にし得る。さらに、ＣＥＡは、土壌ベースのシステムおよび水耕栽培システムを含むが、これらに限定されない様々なタイプの成長システムを支持し得る。

制御された農業環境は通常、環境条件のある程度の制御を提供するために、少なくとも部分的に、温室、栽培室、畑の覆われた部分などの建物構造体に囲まれている。そのような制御された農業環境では、１つ以上の人工照明システムが、建物構造体によって遮られたり、または一年の特定の期間（冬季など）に不足したりする可能性のある、自然の太陽光を補足および／または交換するためにしばしば使用される。人工照明システムの使用はまた、植物の光合成速度を改善するために照明システムの強度およびスペクトル特性を調整することができる、制御のさらに別の尺度を提供する場合がある。高輝度放電ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、および蛍光ランプを含むがこれらに限定されない、様々なタイプの人工照明システムが使用されてもよい。

しかしながら、人工照明システムは熱を生成し、この熱は、環境に放散されたときに、制御された農業環境の冷却負荷に大きく寄与する可能性がある。より高い冷却負荷に対応し、かつ制御された農業環境を所望の温度範囲内に維持するために、冷却システムの冷却能力を増加させて、より多くのエネルギー消費量を必要とする場合がある。変動するエネルギー収支で制御された農業環境の場合、エネルギー消費量が増えると、エネルギーコストが高くなる可能性がある。代替的に、一定のエネルギー収支の制御された環境では、エネルギー収支の大部分が冷却システムによって消費される可能性があり、したがって、より大きな作物サイズおよび収量を支持するために利用可能なエネルギーおよび容量が減少する。

人工照明システムによって生成される過剰な熱がエネルギー消費に与え得る影響を説明するために、図１は、複数の植物９００を照射する特定のタイプの高輝度放電ランプである１つ以上の高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプ１０を備えた従来の制御された農業環境を示している。図１に示される例示的な制御された農業環境は、環境の相対湿度を管理するための除湿機６５と、ファンコイル、コンプレッサ、およびコンデンサを含み得る空調機８５と、をさらに含む。空調機８５によるエネルギー消費は、一般的に（１）環境の総冷却負荷、および（２）空調機８５のエネルギー効率比（ＥＥＲ）に依存する。空調機のＥＥＲは、所与の動作点での冷却能力（ワット）と入力電力（ワット）の比として定義されている。ＥＥＲは、外気温３５℃（９５°Ｆ）、内部（還気）温度２６．７℃（８０°Ｆ）、および相対湿度５０％で計算された。ＥＥＲが高いほど、空調機８５の効率が高いことを示している。

図１に示されるように、ＨＰＳランプ１０は、（１）熱を対流および／または放射により直接環境に放散すること、ならびに（２）環境の相対湿度、したがって、除湿機６５によって生成される電力入力および合成的な熱を増加させることによって、環境の冷却負荷を増大させ得る。この例示的な制御された農業環境における冷却負荷は、約１３１５Ｗである。したがって、ＥＥＲが３～７の範囲である場合、空調機の入力電力はそれぞれ、４５０～１９０Ｗの範囲になる。したがって、１００９ＷのＨＰＳランプ１０および２６５Ｗの除湿機６５への入力電力に基づいて、空調機８５は、それぞれ７および３のＥＥＲに対応する総エネルギー収支の約１３％および２６％を消費する。

生成される熱の量は、使用される照明システムのタイプによって異なる場合がある。しかしながら、制御された農業環境のための人工照明システムは、一般に、十分なレベルの光合成有効放射（ＰＡＲ）を維持するために、大きな電力入力（例えば、１０００Ｗを超える）を有している。したがって、様々なタイプの照明システムによって生成される熱は、環境内で生成される熱の大部分を依然として構成する可能性がある。別の実施例において、図２は、１つ以上の従来のＬＥＤベースの照明器具１２Ａおよび１２Ｂが複数の植物９００を照射する、従来の制御された農業環境を示している。この例示的な制御された農業環境では、ＬＥＤベースの照明器具１２Ａおよび１２Ｂは、主に対流を介して熱を放散し、それにより、除湿機６５によって生成される電力入力および熱を低減することができる。この実施例では、総冷却負荷は約１２１０Ｗである。ＥＥＲ比が３～７の範囲である場合、空調機８５の入力電力は、４０５Ｗ～１７５Ｗの範囲である。第１の実施例と比較して、ＬＥＤベースの照明器具１２Ａおよび１２Ｂを使用することにより、制御された農業環境の総エネルギー収支が減少する。しかしながら、空調機８５によって使用されるエネルギーの比率は、第１の実施例と同様に、それぞれ７および３のＥＥＲ比に対して約１３％および２５％のままである。２つの例示的な制御された農業環境に示されるように、人工照明システムはかなりの量の熱を生成し得、それは、空調システムが制御された農業環境の総エネルギー予算のかなりの部分を消費することをもたらし得る。

したがって、本開示は、流体冷却ＬＥＤベースの照明器具を対象とする。いくつかの実装形態では、照明器具内の１つ以上のＬＥＤによって生成される熱のかなりの部分が流体冷却システムによって捕捉されるように、流体冷却システムを照明器具に統合することができる。このようにして、照明器具によって環境に伝わる熱量を大幅に減らすことができるため、制御された農業環境にあり得るいくつかの空調システムの冷却負荷およびエネルギー入力を減少することができる。いくつかの実装形態では、流体冷却システムをハイドロニクスシステムに連結して、照明器具からの廃熱を分配し、それにより、栽培地域または別個の内部空間（例えば、住宅）の温度を制御することができる。いくつかの実装形態では、２つ以上の照明器具を、直列に接続するか、または「デイジーチェーン接続」することができ、この場合、電気的接続部および配管接続部を共有して、連続的な電気回路および冷却回路が支持される。照明器具はまた、様々な環境条件を監視するために、１つ以上のセンサに電力を供給するための電気的接続部を提供し得る。このようにして、流体冷却ＬＥＤベースの照明器具はまた、統合されたセンサプラットフォームとして機能し得る。

本明細書に開示される流体冷却ＬＥＤベースの照明器具の利点を示すために、図３は、照明器具１０００が除湿機６５および空調機８５を含む既存の環境に後付けされた、制御された農業環境２０００Ａの例示的な実装形態を示す。図３に明示的に示されていないが、環境は、少なくとも部分的に、複数の植物９００、１つ以上の照明器具１０００、および他の機器を収容する建物構造体によって構成され得る。照明器具１０００は、冷却剤回路５７０を通って循環する流体冷却剤８００によって冷却される。流体冷却剤８００によって運ばれる熱は、制御された農業環境２０００Ａの外側に位置する冷却塔５５７によって除去される。冷却剤回路５７０は、冷却剤回路５７０内の流体冷却剤８００の流れを制御するために、１つ以上のポンプ、レギュレータ、および／またはバルブ５５５を含むことができる。

図３に示すように、１つ以上のポンプ、レギュレータ、および／またはバルブ５５５は、照明器具１０００内に入ると比較的冷たい温度Ｔ_Ｃを示し、かつ照明器具１０００から出ると比較的温かい温度Ｔ_Ｈを示す、流体冷却剤８００の流れを生成することができる。流体冷却剤８００の温度の上昇は、部分的には、照明器具１０００内の１つ以上のＬＥＤモジュールから発生する熱による照明器具１０００を通過する際の流体の対流加熱によるものである。したがって、流体冷却剤８００は、照明器具１０００によって生成された熱を捕捉および輸送するために使用され得、そのことは、環境の冷却負荷ならびに空調機８５および／または除湿機６５への電力入力を実質的に低減し得る。図３に示されるように、例示的な制御された農業環境２０００Ａの冷却負荷は、約６３５Ｗであり、これは図１および図２に示された例示的な制御された農業環境における冷却負荷の約５０％である。したがって、３～７の範囲のＥＥＲの場合、空調機の入力電力は、それぞれ２１０Ｗ～９０Ｗの範囲である。したがって、１００９Ｗの照明器具１０００および１６０Ｗの除湿機６５への入力電力に基づいて、空調機８５は、それぞれ７および３のＥＥＲに対応する総エネルギー収支の約７％および１５％を消費する。

照明器具１０００を出る加熱された流体冷却剤の蒸発冷却を容易にするために冷却塔５５７が図３に示されているが、様々なタイプの排熱デバイスが、流体冷却剤８００から熱を除去するために、冷却剤回路５７０で採用されてもよいことを理解されたい。排熱デバイスのいくつかの実施例には、様々なタイプの蒸発冷却器、「フリー」冷却器、チラー、乾式冷却器、空気源冷却器、地上源熱交換器、水源熱交換器、または前述の任意の組み合わせが含まれるが、これに限定されない。

別の実施例では、図４は、照明器具１０００が、照明器具１０００で発生した廃熱を熱源として利用することによって、制御された農業環境２０００Ｂの様々な部分および／または制御された農業環境２０００Ｂの近くの空間（例えば、温水プール、栽培地域）の温度を調節および／または維持する、複数の配管サブシステム７００Ａおよび７００Ｂを有するハイドロニクスシステム５０１に、流体冷却剤８００を方向付ける冷却剤回路５７０に連結されている、例示的な制御された農業環境２０００Ｂを示す。冷却剤回路５７０は、照明器具１０００および他の環境源（例えば、除湿機６５、周囲空気）から熱を受け取ることができ、その結果、環境で発生した過剰な熱が実質的に除去され、したがって、制御された農業環境２０００Ｂを動作させるためのエネルギー節約がさらに改善される。いくつかの実装形態では、いくつかの空調システムの必要性を排除するために（すなわち、空調機のファンコイル、コンプレッサ、またはコンデンサがない）、冷却負荷を十分に減らすことができる。

図４に示すように、制御された農業環境２０００Ｂは、環境の相対湿度を調節するための除湿機６５を含むことができる。冷却剤回路５７０は、照明器具１０００によって加熱された流体冷却剤８００を除湿機６５内に方向付けて、照明器具１０００からの熱の除去と同様の対流様式で、除湿機６５によって生成された熱をさらに除去することができる。次いで、冷却剤回路５７０は、流体冷却剤８００をハイドロニクスシステム７００Ａおよび７００Ｂに方向付けることができ、これらはそれぞれ複数の植物９００および温水プールを加熱するために使用され得る。冷却剤回路５７０は、冷却塔５５７によって残りの熱を放散する前に、１つ以上のバルブ５０２によって制御された様式で加熱された流体冷却剤８００を分配および方向付けることができる。

いくつかの実装形態では、ハイドロニクスシステム５０１を使用して、周囲環境自体の温度を調節することもできる。例えば、流体冷却剤８００がハイドロニクスシステム５０１を通って流れるときに、ハイドロニクスシステム５０１を使用して、制御された農業環境２０００Ｂを対流的および／または放射的に加熱することができる。さらに、図４は除湿機６５を通過する冷却剤回路５７０を示しているが、他の実装形態では、冷却剤回路５７０は除湿機６５を含む必要はなく、例えば、冷却剤は加湿器６５を通って流れる必要はないことを理解されたい。

流体冷却ＬＥＤベースの照明器具１０００の例示的な実装形態を図５に示す。照明器具１０００は、照明器具１０００の様々な構成要素を機械的に支持し、かつ収容するためのフレーム１００４を含むことができる。光スパイン１００２は、制御された農業環境内に配置された支持構造体に、照明器具１０００を機械的に連結して固定するための特徴部を備えたフレーム１００４のうちの１つ以上の側面上に組み込まれ得る。１つ以上の冷却剤管１００６は、フレーム１００４に連結され得、ここで、各冷却剤管１００６を使用して、流体冷却剤８００を流して、照明器具１０００を冷却することができる。１つ以上のＬＥＤモジュール４００は、複数の植物に向かってＰＡＲを放出するために、フレーム１００４に配置されてもよい。プロセッサ９０をフレーム１００４に連結して、電力変換、ネットワーク接続性、およびデータ処理を含むが、これらに限定されない、照明器具１０００の動作を容易にすることができる。１つ以上の電力ポート１０１０をフレーム１００４上に配置して、ＬＥＤモジュール４００、プロセッサ９０、および照明器具１０００に連結され得る他のセンサを含むが、これらに限定されない、照明器具１０００の様々な構成要素に電力を供給することができる。電気通信およびデータ送信を容易にするために、１つ以上の通信ポート１００９がフレーム１００４上に配置され得る。

フレーム１００４は、実質的に密閉されたハウジングを形成する機械的に剛性の中空構造体であってもよい。フレーム１００４の内部キャビティは、プロセッサ９０内の様々な電子機器など、照明器具１０００内の複数の構成要素を収容するように寸法決めされてもよい。フレーム１００４は、複数の構成要素をフレーム１００４にしっかりと連結するために、内部キャビティ内に１つ以上の装着機能を含むことができる。例えば、フレーム１００４は、フレーム１００４の内部キャビティ内に配置され、かつプリント回路基板の少なくとも２つの対向する縁部を機械的に支持するように配設された、１つ以上のスロットを含み得る。他の装着機能には、装着ポストおよび装着スタブが含まれてもよいが、これらに限定されない。

内部空間へのアクセスを提供するために、１つ以上の取り外し可能なパネルが、フレーム１００４に含まれてもよい。１つ以上の取り外し可能なパネルは、ねじ締結具、ボルト締結具、クリップ、およびクランプを含むが、これらに限定されない、様々なタイプの連結機構を使用して、フレーム１００４の一部分に連結され得る。いくつかの実装形態では、フレーム１００４は、制御された農業環境の環境条件に敏感な可能性がある、構成要素（例えば、電子機器）を保護するために、十分に気密なエンクロージャまたはキャビティを形成してもよい。例えば、制御された農業環境は、照明器具１０００の様々な表面上に水分を凝縮させ、露出した電子機器を含む構成要素に損傷を引き起こす可能性のある、相対湿度で動作する場合がある。フレーム１００４が気密なエンクロージャである実例では、フレーム１００４の内部空間への水分の浸入を実質的に制限して、フレーム１００４内に配置された構成要素に凝縮が形成される可能性を低減することができる。

フレーム１００４はまた、フレーム１００４の少なくとも１つの側面、例えば、下面に沿って配置された凹部分を含み得、側壁は、１つ以上のＬＥＤモジュール４００を少なくとも部分的に取り囲む。凹部分は、１つ以上のＬＥＤモジュール４００によって放出された光を、好ましい方向および角度分布に沿って方向付けるために使用されてもよい。例えば、凹部分を使用して、フレーム１００４の下方に位置する１つ以上の植物を含む栽培地域を、実質的に照明することができる。いくつかの実装形態では、凹部分を形成する側壁の内部表面の表面品質および配向は、１つ以上のＬＥＤモジュール４００によって放出された光を反射するための統合反射器を形成してもよい。例えば、側壁の内部表面は、実質的に鏡面反射する様式で光を反射するように研磨され、かつ光が好ましい方向、例えば栽培地域に向かって反射されるように配向されてもよい。

フレーム１００４はまた、フレーム１００４の１つ以上の側面に沿って形成された１つ以上のチャネルを含み得、ここで、各チャネルは、対応する冷却剤管１００６をフレーム１００４に固定するために使用され得る。チャネルの断面形状は、チャネル内への冷却剤管１００６の挿入を容易にするために、冷却剤管１００６の断面形状と実質的に同様であってもよい。冷却剤管１００６は、いくつかのアプローチを使用して、フレーム１００４のチャネルに固定されてもよい。例えば、チャネルの断面寸法は、冷却剤管１００６が摩擦によりチャネルに固定される場合の圧入を容易にするために、冷却剤管１００６の断面寸法以下であり得る。他の実施例では、冷却剤管１００６は、ジップタイおよびウォーム駆動締結具付きクランプを含むが、これらに限定されない、１つ以上のクランプを使用して、フレーム１００４にクランプされてもよい。冷却剤管１００６の交換を可能にするために、クランプは取り外し可能であってもよい。１つ以上のチャネルの表面をまた研磨して、冷却剤管１００６との熱的接触を改善し、したがって、流体冷却剤８００内へのより大きな熱放散を可能にすることができる。さらに他の実施例では、冷却剤管１００６は、接着剤結合、溶接、およびろう付けを含むが、これらに限定されない、様々な方法を使用して、フレーム１００４に接着または結合されてもよい。熱界面材料がまた、熱的接触を改善するために、チャネルと冷却剤管との間に配置されてもよい。

フレーム１００４はまた、少なくとも部分的に熱伝導性であり、それにより、１つ以上のＬＥＤモジュール４００から冷却剤管１００６に熱を伝達し得る。特に、ＬＥＤモジュール４００と冷却剤管１００６との間に配置されたフレーム１００４の第１の部分は、（１）ＬＥＤモジュール４００と冷却剤管１００６との間の距離を短くし、かつ（２）ＬＥＤモジュール４００と冷却剤管１００６との間の横断面積を増加させるような寸法を有する、熱伝導性材料から形成され得る。このようにして、ＬＥＤモジュール４００と冷却剤管１００６との間の熱抵抗を低減することができる。いくつかの実装形態では、製造および組み立てを簡素化するために、フレーム１００４を完全に熱伝導性材料から形成することができる。いくつかの実装形態では、フレーム１００４の第１の部分は、熱伝導性材料から形成され、一方でフレーム１００４の残りの部分は、材料コストを削減するために、ポリマーなどの別の材料から形成され得る。

フレーム１００４は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、炭素鋼、ポリエチレン、アクリル、および磁器を含むが、これらに限定されない、様々な金属、セラミック、ポリマー、または複合材料から形成されてもよい。フレーム１００４を形成するために使用される材料に応じて、押出、サンドキャスティング、ミリング、射出成形、および手動成形を含むが、これらに限定されない、様々な製造方法を利用することができる。例えば、フレーム１００４が複数の部品から組み立てられる場合、スナップ嵌め、ねじ締結具、ボルト締結具、接着剤、ろう付け、および溶接を含むが、これらに限定されない、様々な連結機構を、組み立てのための使用することができる。

光スパイン１００２を使用して、照明器具１０００を制御された農業環境における支持構造体に固定することができる。支持構造体は、手すり、吊り下げプラットフォーム、天井、および壁を含むが、これらに限定されない、様々なタイプの構造体であってもよい。光スパイン１００２は、照明器具１０００を支持構造体に固定するために使用される異なるサイズおよびタイプの連結機構を収容するために、異なるサイズの１つ以上の穴を含むフレーム１００４上に形成される突出フィンであり得る。連結機構には、ボルト締結具、ねじ締結具、フック、およびシャックルが含まれ得るが、これらに限定されない。光スパイン１００２は、フレーム１００４の長さに及ぶような寸法にされ、したがって、フレーム１００４に沿って複数の位置を提供して、安定した様式で、照明器具１０００を支持構造体に連結することができる。例えば、光スパイン１００２は、フレーム１００４の長さに及ぶ長さで、フレーム１００４の上部側に配置されてもよい。光スパイン１００２は、各穴の中心軸がフレーム１００４の上部側に対して平行である、複数の穴を含むことができる。照明器具１０００を支持構造体の側壁に固定するために、複数のボルト締結具が、光スパイン１００２の各端部および中心に設置されてもよい。照明器具１０００を異なる支持構造体に連結することを可能にするために、複数の光スパイン１００２がまた、フレーム１００４の長さに沿って、またはフレーム１００４の複数の側面上に分配されてもよい。

上述のように、冷却剤管１００６を使用して、流体冷却剤８００を流し、ＬＥＤモジュール４００によって生成された熱を捕捉することができる。冷却剤管１００６は、冷却剤管１００６の一部分がフレーム１００４の側面を越えて延在して、冷却剤回路、ハイドロニクスシステム、または別の照明器具１０００からの管への冷却剤管１００６の連結を容易にするように、フレーム１００４よりも大きい長さを有するように寸法決めされてもよい。様々なタイプの連結機構を使用して、冷却剤管１００６の端部が対応するねじ山を有する、ねじ込み取付具と、冷却剤管１００６の端部が別の管上の対応するフランジに嵌合するフランジを有する、ボルト締結具と、を含むが、これらに限定されない、別の管に冷却剤管１００６を連結することができる。好ましい実装形態では、押し込み接続の配管取付具は、冷却剤管１００６の端部がむき出しのままにされる連結機構として使用され得る。この様式では、内部シールおよびＯリングを使用する必要はない。

複数の冷却剤管１００６をフレーム１００４に組み込むことができ、ここで、各冷却剤管１００６を使用して、同じまたは反対の方向に沿って流体冷却剤８００を流すことができる。例えば、照明器具１０００は、フレーム１００４の両側に配置された２つの冷却剤管１００６を含むことができる。複数のＬＥＤモジュール４００を支持する照明器具１０００の場合、反対の流れ構成（例えば、流体冷却剤８００が、２つの冷却剤管１００６の間で反対方向に流れる）は、複数のＬＥＤモジュール４００から熱をより均一に除去することができる。比較すると、同じ流れ構成では、流体冷却剤８００の入力に最も近いＬＥＤモジュール４００からより多くの熱が除去されること、および流体冷却剤８００の入力から最も遠いＬＥＤモジュール４００からより少ない熱が除去されることが、もたらされる。加えて、反対の流れ構成は、密閉された冷却剤回路の実装をより容易に促進し得る。例えば、照明器具１０００に入る流体冷却剤８００が、同じ側面で照明器具１０００を出る前に、第１の冷却剤管１００６、および、次いで第２の冷却剤管１００６を連続的に流れるように、２つの冷却剤管１００６の一端を配管取付具によって接続することができる。

冷却剤管１００６は、銅、アルミニウム、およびステンレス鋼を含む様々な材料から形成されてもよい。好ましい実装形態では、冷却剤管１００６は、藻類の成長、汚損、および腐食を低減するように銅から形成されてもよい。したがって、上述の押し込み接続配管取付具を使用して銅冷却剤管１００６を連結することにより、流体冷却剤８００は、照明器具の他の材料（例えば、アルミニウムフレーム１００４）に接触することなく、銅のみで構成される冷却剤回路を通り得る。

冷却剤管１００６の断面寸法は、所望の流量、流体冷却剤特性（例えば、動的粘度、密度）、および所望のタイプの流れを含むが、これらに限定されない、複数の要因に応じて変化し得る。例えば、流体冷却剤が乱流状況にあることが望ましい場合があり、これにより、より高い熱伝達係数が生じ、したがって照明器具１０００からより多くの熱が放散される。いくつかの実装形態では、冷却剤管１００６の断面寸法は、特定のレイノルズ数Ｒｅが所定のポンプ出力および冷却剤回路ジオメトリの所望の閾値（例えば、乱流の場合Ｒｅ＞４０００）よりも大きくなるように選択され得る。冷却剤管１００６の内部表面がまた、粗面化されて、表面積および対流熱伝達係数を増加させることができる。ポンピング要件を実質的に増加させない（例えば、より大きな圧力降下による）ように、および流体冷却剤８００に対する内部表面の湿潤性を維持する（例えば、親水性、親油性のままである）ように、内部表面粗さの有効な深さおよびピッチを選択することができる。

照明器具１０００から熱を捕捉して運ぶために使用される流体冷却剤８００は、いくつかの要因に基づいて選択されてもよい。第１に、ＬＥＤモジュール４００から流体冷却剤８００への熱放散を増加させるために、流体冷却剤８００が、高い熱伝導率および高い比熱を示すことが好ましい。第２に、流体冷却剤８００は、制御された農業環境の動作温度および圧力範囲内で液相のままでなければならない。例えば、流体冷却剤８００は、照明器具１０００、冷却剤回路、ハイドロニクスシステム、または冷却塔を通過するときに凍結または沸騰してはならない。第３に、冷却剤管１００６を実質的に腐食しないように、流体冷却剤８００がまた選択されるべきである。制御された農業環境の場合、流体冷却剤８００は、水、鉱油、グリコール、および混合物を含むが、これらに限定されない、様々な流体であり得る。

照明器具１０００はまた、例えば、ポート（複数可）に連結された１つ以上の補助デバイスに補助ＤＣ電力を提供し、かつ／または照明器具と１つ以上の補助デバイスとの間の通信を容易にするために、１つ以上の通信および／または補助電力ポートを含み得る。そのようなポートの実施例には、１つ以上のパワーオーバーイーサネット（ＰｏＥ）ポートおよび／または１つ以上のユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートが含まれるが、これらに限定されない。

例えば、照明器具１０００は、照明器具１０００内の様々な構成要素（例えば、ＬＥＤモジュール４００）、および／または照明器具１０００に電気的に連結された様々な構成要素（例えば、他の照明器具１０００または補助センサ）に電力を供給するための少なくとも１つの電力ポート１０１０を含むことができる。電力ポート１０１０は、入力として、プロセッサ９０を介して直流（ＤＣ）電力に変換され得る建物の電力供給システムなどから、交流（ＡＣ）電力を受け取ることができる。プロセッサ９０は、以下でより詳細に考察されるように、ＤＣ電力とＡＣ電力との間の変換を容易にするための電子機器を含み得る。

１つ以上の通信ポート１００９をまた照明器具１０００に使用して、照明器具１０００への、および照明器具１０００からのデータ伝送を容易にすることができる。例えば、通信ポート１００９を使用して、電力の調整（例えば、高電圧および低電圧モード）、発光のスペクトル内容の調整（例えば、青または赤のＬＥＤ素子により多くの電力を方向付ける）、および補助センサデバイスを操作するコマンド（例えば、データ記録の頻度）を含むが、これらに限定されない、照明器具１０００の様々な態様を遠隔的に制御することができる。別の実施例では、通信ポート１００９を使用して、電力消費、温度、および補助センサデバイスによって測定されたデータを含むが、これらに限定されない、様々なステータスおよび監視データを、リモートユーザに送信することができる。以下により詳細に考察されるように、通信ポート１００９によって受信および送信されたデータは、部分的にプロセッサ９０によって管理され得る。

通信ポート１００９は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ケーブルおよびパワーオーバーイーサネット（ＰｏＥ）ケーブルを含むが、これらに限定されない、様々なタイプの電気ケーブリングを収容することができる。いくつかの実装形態では、ＵＳＢポートおよびＰｏＥポートの両方を含む複数の通信ポート１００９を使用して、より多くのタイプのケーブリングおよび補助デバイスとの柔軟性および互換性を高めることができる。１つ以上の通信ポート１００９は、フレーム１００４の１つ以上の側面上に配置されてもよい。例えば、一セットの通信ポート１００９は、フレーム１００４の反対側（例えば、左側および右側または前側および後側）に配置されて、デイジーチェーン構成における複数の照明器具１０００間の接続部を促進することができる。通信ポート１００９はまた、補助センサが展開される可能性が高いフレーム１００４上に配置されてもよい。例えば、通信ポート１００９をフレーム１００４の下面側に配置して、照明器具１０００の下方に位置する植物の近くの周囲条件を監視するために使用される補助センサへの電気接続部を提供することができる。いくつかの実装形態では、通信ポート１００９がまた、ＤＣ電力を供給し得る。例えば、照明器具１０００は、補助センサデバイスに電気的に電力を供給し、かつ同じ通信ポート１００９を介して補助センサデバイスによって測定されたデータを受信することができる、ＵＳＢポートを含むことができる。

ＬＥＤモジュール４００は、アレイ内に配設された１つ以上のＬＥＤ素子を含むことができる。ＬＥＤモジュール４００の１つ以上のＬＥＤ素子は各々、特定の波長の光を放出し得、したがって、組み合わせにおいて、ＬＥＤモジュール４００は、植物の光合成速度の向上、成長の改変、および紫外線（ＵＶ）殺菌を含むが、これらに限定されない、植物の成長および制御された農業環境の動作に関連する様々な側面を改善するように調整された複数の波長で光を植物に照射する。１つ以上のＬＥＤ素子は、プリント回路基板の前面に組み立てられてもよい。本発明の一実装形態によるＬＥＤモジュール４００の例示的な回路レイアウトが図６Ａおよび図６Ｂに示されており、それらは、ＬＥＤモジュール４００Ａのそれぞれの半分部分４００Ａ１および４００Ａ２を示している。示されるように、ＬＥＤモジュール４００Ａは、プリント回路基板にわたって分散される複数のＬＥＤ素子を含み得る。

プリント回路基板は、１つ以上のＬＥＤ素子によって生成される熱放散を促進するように、金属コアのプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）であってもよい。ＬＥＤモジュール４００は、上述のように、プリント回路基板の裏面が凹部分に位置するフレーム１００４の下面と接触するように、フレーム１００４に連結されてもよい。ＬＥＤモジュール４００は、ねじ締結具、ボルト締結具、クリップ、およびクランプを含むが、これらに限定されない、様々な連結機構を使用して、フレーム１００４に連結され得る。連結機構は、クランプ力がＬＥＤモジュール４００に適用されるように調整され、したがって、ＬＥＤモジュール４００とフレーム１００４との間の熱的接触を改善することができる。さらに、熱的インターフェース材料がまた、熱的接触を改善するために、ＬＥＤモジュール４００とフレーム１００４との間に配置されてもよい。

いくつかの実装形態では、照明器具１０００はまた、ＬＥＤモジュール４００を覆うフレーム１００４の凹部分上に位置する光学部品を含むことができる。光学部品は、ＬＥＤモジュール４００によって放出される光の方向および角度分布を修正するために使用されてもよい。例えば、光学部品の一部分は、ＬＥＤモジュール４００から放出された光を照明器具１０００の真下に位置する植物に集中させるための凸状表面を有していてもよい。光学部品は、ねじ締結具、ボルト締結具、クリップ、およびクランプを含むが、これらに限定されない、様々な連結機構を使用して、フレーム１００４に連結され得る。いくつかの実装形態では、光学部品は、ＬＥＤモジュール４００の周りに実質的に気密のエンクロージャを形成し、したがって、制御された農業環境における周囲環境からＬＥＤモジュール４００を実質的に隔離することができる。フレーム１００４によって形成され得る気密エンクロージャと同様に、光学部品は、水分の浸透を低減し、したがって、ＬＥＤモジュール４００を損傷する凝縮のリスクを低減し得る。

本発明の一実装形態による例示的な照明器具１０００が、図７Ａ～図７Ｃに示されている。図７Ａは、照明器具１０００の下面斜視図を示しており、図７Ｂは、照明器具１０００の正面図、下面図、左側面図、および右側面図を示している。示されるように、照明器具１０００は、一列に位置付けられ、かつフレーム１００４の下面側に配置された３つのＬＥＤモジュール４００Ａ、４００Ｂ、および４００Ｃを支持するように寸法されたフレーム１００４を含む。フレーム１００４の上部に、フレーム１００４の全長に実質的に及ぶ光スパイン１００２を形成することができる。光スパイン１００２は、制御された農業環境における支持構造体への照明器具１０００の連結を容易にするための複数の異なるサイズの穴を含むことができる。フレーム１００４の左側および右側パネルは、複数のねじ締結具によって固定されてもよく、したがって、フレーム１００４の内部キャビティ内へのアクセスを可能にするために取り外されてもよい。フレーム１００４の左側パネルは、２つの通信ポート１００９、例えば、ＵＳＢポート１０１２ＡおよびＰｏＥポート１００８Ｃを含み得る。フレーム１００４の右側パネルはまた、２つの通信ポート１００９、例えば、２つのＰｏＥポート１００８Ａおよび１００８Ｂ、ならびに電力ポート１０１０を含み得る。２つの通信ポート、例えば、ＵＳＢポート１０１２ＢおよびＰｏＥポート１００８Ｄを、フレーム１００４の下面側に配置して、植物の近くの周囲条件を監視するために使用され得る補助センサデバイスへの接続を容易にすることができる。照明器具１０００はまた、フレーム１００４の前面および背面側に沿って配置された２つの冷却剤管１００６Ａおよび１００６Ｂを含む。フレーム１００４は、対応する一対のチャネルを含むようにアルミニウム押出成形で形成されてもよい。銅から形成され得る冷却剤管１００６Ａおよび１００６Ｂは、対応するチャネル内に圧入またはクラッシュ適合され得る。このようにして、冷却剤管１００６Ａおよび１００６Ｂを通過する流体冷却剤がフレーム１００４に接触する可能性が、実質的に低減される。

図７Ｃは、照明器具１０００の断面図を示しており、ここにおいて、冷却剤管１００６Ａおよび１００６Ｂが、フレーム１００４のチャネル内に圧入されるように示されている。熱界面材料１００７がまた、熱的接触を改善するために、チャネルと冷却剤管１００６Ａおよび１００６Ｂとの間に配置されてもよい。ＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃは、実質的にフレーム１００４の下面側の凹部分内に、かつ熱放散を促進するために冷却剤管１００６Ａおよび１００６Ｂに近接して配置されている。示されるように、熱伝導性材料から形成されるフレーム１００４の小さな部分は、冷却剤管１００６Ａおよび１００６ＢとＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃとの間に存在する。図７Ｃはまた、以下では集合的にプロセッサ９０と称される様々な制御回路基板１００、２００、および３００を支持するために使用される、装着特徴部１０１４を示す。装着特徴部１０１４は、フレーム１００４の前面および背面側に沿って配置された一対の突出スロットであり、プロセッサ９０の対向する縁部を支持するように寸法決めされている。プロセッサ９０は、ＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃによって生成される熱による熱的効果を低減するために、冷却剤管１００６Ａおよび１００６ＢならびにＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃの上方に位置付けられる。複数のねじ締結具を介してフレーム１００４に連結され得る光学部品１０２０がまた含まれている。光学部品１０２０は、ＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃによって放出された光を所望の方向および角度分布に沿って方向転換するために使用される凸面を備えた、透明レンズであってもよい。光学部品１０２０はまた、ＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃを実質的に取り囲み、かつ周囲の周囲環境から隔離することができる。

上述のように、照明器具１０００は、連続的な電気回路および冷却剤回路の組み立てを容易にするために電気接続および配管接続が共有されるデイジーチェーン構成で、他の照明器具１０００に連結され得る。冷却剤回路については、デイジーチェーン構成は直列であり得、ここにおいて、１つの照明器具１０００から放出する流体冷却剤８００が、デイジーチェーン内の後続の照明器具１０００内に流れる。流体冷却剤８００の温度は、後続の照明器具１０００のＬＥＤモジュール４００から発生する熱によりさらに上昇する可能性がある。冷却剤流体８００の温度が照明器具１０００内のＬＥＤモジュール４００の温度よりも低い限り、流体冷却剤８００は、依然として照明器具１０００から熱を捕捉する可能性があることを理解されたい。さらに、いくつかの実装形態では、流体冷却剤８００が複数の照明器具１０００を通過する際に、流体冷却剤８００の温度を下げ、かつ十分な熱放散を維持するために、冷却剤回路に沿って排熱デバイスを分散させることができる。２つの照明器具１０００および１０００－Ｂがデイジーチェーン構成で連結され得る様式を詳述する例示的な実装形態が、図８Ａに示されている。いくつかの実装形態では、照明器具１０００は、図８Ａに示されるように、光スパイン１００２の穴を通して配置され、かつ支持構造体９９９の側面に固定されたボルト締結具１０２７を使用して、支持構造体９９９に連結され得る。

照明器具１０００の冷却剤管１００６Ａおよび１００６Ｂは、１つ以上の中間管を使用して、他の照明器具１０００－Ｂからの冷却剤管１００６Ａ－Ｂおよび１００６Ｂ－Ｂの対応するセットに連結されてもよい。図８Ａに示すように、一対の冷却剤管１００６Ｂおよび１００６Ｂ－Ｂ（１００６Ａおよび１００６Ａ－Ｂ）は、単一の中間管１０４０Ｂ（１０４０Ａ）を介して接続され得る。各中間管１０４０Ｂ（１０４０Ａ）は、冷却剤管１００６Ｂおよび１００６Ｂ－Ｂ（１００６Ａおよび１００６Ａ－Ｂ）への接続を容易にするために、両方の端部に配置された押し込み接続取付具１０２５Ａ（１０２５Ｂ）を有し得る。中間管の形状は、照明器具１０００と１０００－Ｂとの間の所望の距離および配向に応じて変化する場合がある。例えば、照明器具１０００および１０００－Ｂをさらに離して、より広い面適用範囲を提供するため、または２つの別個の栽培地域を分離するギャップを横断するために、中間管の長さはより長くてもよい。別の実施例では、照明器具１０００および１０００－Ｂが、可変形状の栽培地域に対応するために互いに対してある角度、例えば９０度に配向されるように、中間管を湾曲することができる。さらに別の実施例では、照明器具１０００および１０００－Ｂが各それぞれの列の最後の照明器具１０００である照明器具１０００の２つの平行な列を連結するために、中間管は実質的にＵ字形状であり得る。このようにして、冷却剤回路は、照明器具１０００の複数の列に対して連続的であり得る。

電力は、単一の電力ケーブルを介して複数の照明器具１０００に供給されてもよい。照明器具１０００に連結された例示的な電力ケーブル１０３０が、図８Ａに示されている。いくつかの実装形態では、電力ケーブル１０３０は、特定の電力および電流入力を支持するように定格され得る。例えば、電力ケーブル１０３０は、少なくとも１０００Ｗの電力および最大１５Ａの電流を供給するように定格され得る。照明器具１０００の電力および電流要件に応じて、電源ケーブル１０３０は、複数の照明器具１０００に電力を供給するために使用され、したがって、制御された農業環境内に設置する必要があるケーブリングの量および電気端子（例えば、電気アウトレット）の数を減らすことができる。

照明器具１０００はまた、複数の照明器具１０００へのデータおよび制御信号の送信を容易にするために、別の照明器具１０００に通信可能に連結されてもよい。図８Ａに示すように、イーサネットケーブル１０６０を使用して、照明器具１０００のＰｏＥポート１００８Ａを、照明器具１０００－ＢのＰｏＥポート１００８Ｃ－Ｂに連結することができる。照明器具１０００および１０００－Ｂの各々は、データおよび／または制御信号の流れを管理するためのプロセッサを含み得る。いくつかの実装形態では、照明器具１０００をピギーバックとして使用して、デイジーチェーンに沿ってさらに位置する別の照明器具１０００へのデータおよび／または制御信号の転送を促進することができる。このようにして、大きなエリアに及ぶ複数の照明器具１０００は、より少ない数のネットワークノード（例えば、ハブ、スイッチ、ルータ）に、過剰な量のネットワークケーブリングを使用せずに通信可能に連結され得る。

制御された農業環境２０００における照明器具１０００の例示的な配設を図８Ｂに示す。複数の照明器具１０００は、棚９０２Ａの寸法によって画定される栽培地域に及ぶ列に沿って配設されてもよい。列における各照明器具１０００は、棚９０２Ａの上方に配置された支持構造体９９９Ａに連結されてもよい。列における照明器具１０００は、上述のように、デイジーチェーン構成で一緒に連結されてもよい。中間配管を使用して、隣接する照明器具１０００を連結し得、そのため流体冷却剤８００が、列の単一の入口および出口から連続的な様式で複数の照明器具１０００を循環することができる。１つ以上の電力ケーブルを使用して、照明器具１０００に電力を供給することができる。イーサネットケーブリングを使用して、照明器具１０００をシリアル様式で共通のネットワークノードに通信可能に連結することができる。図８Ｂに示されるように、制御された農業環境２０００は、棚９０２Ａ～９０２Ｅの対応する列の上方に配設された支持構造体９９９Ａ～９９９Ｅによって支持される、照明器具１０００の複数の列を含むことができる。制御された農業環境２０００は、ファン７５、除湿機６５Ａおよび６５Ｂ、ならびに１つ以上の空調機用の空調ダクト８５Ａおよび８５Ｂをさらに含むことができる。

それぞれ図３および図４の例示的な制御された農業環境２０００Ａおよび２０００Ｂに予め示されたように、照明器具１０００は、冷却剤回路５７０に組み込まれて、流体冷却剤８００の流れを促進し、そのため照明器具１０００から熱を連続的に除去することができる。いくつかの実装形態では、冷却剤回路５７０は、照明器具１０００のみから熱を実質的に除去するように設計されてもよく、後付け用途のために、図３の冷却剤回路５７０に示すように、制御された農業環境２０００Ａの他の構成要素または領域と熱的に相互作用することを意図していない。しかしながら、いくつかの実装形態では、冷却剤回路５７０は、ハイドロニクス用途のために、図４に示す冷却剤回路などの、制御された農業環境の近くもしくはその内部の空間に熱を再分配し、かつ／または後で使用するために照明器具１０００によって捕捉された熱を保存するように設計された追加の配管サブシステムを含むことができる。

配管サブシステムは、冷却剤回路５７０を通る流体冷却剤８００の流れに影響を与えることなく、したがって照明器具１０００からの熱の除去に影響を与えることなく、流体冷却剤８００の流れを制御可能に調整することができるように、冷却剤回路５７０から分岐されていてもよい。しかしながら、場合によっては、配管サブシステムは、冷却剤回路５７０と直列に配置されてもよく、ここにおいて、配管サブシステムはまた、継続的に使用される。冷却剤回路５７０と直列に使用される配管サブシステムのいくつかの例示的な実例は、熱エネルギー保存システム内の流体冷却剤８００からの熱を保存し、かつ流体冷却剤８００からの熱を電気に変換することにより（例えば、熱電デバイスを使用して）バッテリーを充電する、住宅空間の温水システム用の加熱システムを含むが、これに限定されない。

図９Ａは、冷却剤回路５７０に関連して、ならびに１つ以上の照明器具１０００が使用される制御された農業環境の他の実装形態において使用され得る、例示的なハイドロニクスシステム５０１を示している。示されるように、ハイドロニクスシステム５０１は、制御された農業環境の内部または外部に配置され得る、流体冷却剤８００を貯蔵するための流体貯蔵タンク５００を含み得る。いくつかの実装形態では、流体貯蔵タンク５００は、構成要素を互いに、かつ周囲環境から実質的に熱絶縁するために十分な断熱性を有する、比較的低温の流体冷却剤８００および比較的高温の流体冷却剤８００のための別個の構成要素を含み得る。流体貯蔵タンク５００はまた、流体貯蔵タンク５００の熱時定数が動作中の温度の所望の変化率を満たすように、十分に大きな貯蔵容量を有するように寸法決めされてもよい。例えば、流体貯蔵タンク５００に貯蔵された流体冷却剤８００の温度は、様々な配管サブシステムに供給される熱量の変動を低減するために、一日を通して実質的に変化しない（例えば、１時間あたり１℃）ことが望ましくあり得る。しかしながら、流体冷却剤８００の温度の調整が所望される場合、調整が生じるのに必要な時間量は、長い熱時定数のために法外であり得る。そのような実例では、各々がより小さな容量、したがってより短い熱時定数を有する複数の流体貯蔵タンク５００が、代わりに使用されてもよい。

３つの水中用ポンプ５６０Ａ、５６０Ｂ、および５６０Ｃを流体貯蔵タンク５００内に配置して、３つの対応する配管サブシステム、すなわち、照明ループ５１０、加熱ループ５１２、および冷却ループ５１４を通して流体冷却剤８００を圧送することができる。ポンプ５６０Ａと関連付けられた照明ループ５１０は、流体貯蔵タンク５００から１つ以上の照明器具１０００に比較的冷たい流体冷却剤を提供し、かつ１つ以上の照明器具１０００から流体貯蔵タンク５００に比較的高温の流体冷却剤８００を戻すための役割を果たす。このようにして、照明ループ５１０は、流体貯蔵タンク５００内に貯蔵された流体冷却剤８００を加熱する熱源として機能し、その後熱が他の配管サブシステムに分配され得る。いくつかの実装形態では、照明ループ５１０を使用して、自然対流または熱的放射を介して制御された農業環境２０００の少なくとも一部分を加熱し、それにより、その部分の温度を所望の温度エンベロープ内に調節および維持することができる。

いくつかの実装形態では、二次的加熱ループを照明ループ５１０に組み込んで、照明ループ５１０に近接していない可能性のある制御された農業環境２０００の一部分（例えば、栽培地域）をより直接的かつ制御可能に加熱することができる。例えば、二次的加熱ループは、ポンプ、ファン、およびファンコイルを含んでもよい。ポンプは、ファンコイルを通る比較的高温の流体冷却剤８００の流れを生成し、それによりファンコイルを加熱することができる。次に、ファンは、熱気の流れを生成し、それにより強制対流により制御された農業環境２０００の一部分を加熱する。別の実施例では、二次的加熱ループは、対流と伝導の組み合わせを介して、土壌または栄養溶液を所望の温度に加熱するために、栽培地域の根ゾーンを介して経路が定められてもよい。二次的加熱ループは、制御された農業環境の部分に加えられる熱の量を制御するための流量制御デバイス（例えば、バルブ）を含んでもよい。例えば、二次的加熱ループは、昼／夜のサイクルに従って追加される熱を調整する、サーモスタットに連結されてもよい。

ポンプ５６０Ｂと関連付けられた加熱ループ５１２はまた、制御された農業環境２０００の一部分または制御された農業環境２０００とは別に配置された別の空間を加熱するために使用されてもよい。例えば、加熱ループ５１２は、建物の室内気候を調節するための建物内の加熱、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システム、ガスもしくは電力消費をオフセットする製造工場内の加熱システム、または電気的かつ高品質の熱を生成する熱電併給プラントに連結されてもよい。いくつかの実装形態では、加熱ループ５１２はまた、制御された農業環境２０００または別の空間による将来の使用のために熱を貯蔵する追加の容量を提供し得る、高温貯蔵部５３０に連結されてもよい。

ポンプ５６０Ｃと関連付けられた冷却ループ５１４は、流体貯蔵タンク５００内に貯蔵された流体冷却剤８００を冷却するために使用されてもよい。このようにして、照明ループ５１０に入る比較的低温の流体冷却剤８００の温度を調節および維持することができ、これにより、比較的低温の流体冷却剤８００の温度が上昇する時間にわたる熱ドリフトの影響を低減し、したがって１つ以上の照明器具１０００から除去される熱の量を低減することができる。いくつかの実装形態では、冷却ループ５１４は、冷却ループ５１４の長さに沿った自然対流および放射を介して外部環境への熱を捕捉する、配管サブシステムであり得る。いくつかの実装形態では、排熱デバイスを冷却ループ５１４に組み込んで、流体冷却剤８００の冷却を促進することができる。冷却塔、蒸発冷却器、「フリー」冷却器、チラー、乾式冷却器、空気源冷却器、地上源熱交換器、水源熱交換器、または前述の任意の組み合わせを含むが、これに限定されない、様々なタイプの排熱デバイスを使用することができる。いくつかの実装形態では、冷却ループ５１４はまた、制御された農業環境２０００または別の空間による将来の使用のために比較的低温の流体冷却剤８００を貯蔵する追加の容量を提供し得る、低温貯蔵部５２０に連結されてもよい。

本明細書で説明する様々な実装形態では、流体貯蔵タンク５００に貯蔵され、かつ照明ループ５１０と、加熱ループ５１２と、冷却ループ５１４と、照明ループ５１０、加熱ループ５１２、冷却ループ５１４のうちのいずれかに連結された１つ以上の二次的ループと、を通って流れる流体冷却剤８００の温度は、かなりの温度範囲内で変化し得る。いくつかの実装形態では、流体冷却剤８００の温度は、約２０℃～約５０℃の範囲であり得る。流体冷却剤８００の流量は、照明ループ５１０を介して毎分約１ガロン～毎分約３ガロンの範囲であり得る。加熱ループ５１２および冷却ループ５１４により、同様のまたは有意に異なる（例えば、より高い）流量を使用することができる。さらに、冷却剤回路および様々な配管サブシステム（例えば、照明ループ５１０、加熱ループ５１２、および冷却剤ループ５１４）は、ポンプ、レギュレータ、および／またはバルブのうちの少なくとも１つを介して制御され得る。ポンプ、レギュレータ、および／またはバルブのうちの少なくとも１つを、様々な時間サイクル（例えば、毎日、毎週、毎月、季節毎、他の周期、またはそれらの組み合わせ）で動作させて、制御された農業環境２０００Ｂで、時間の関数として動的であり得る、所望の熱的条件を調節および維持することができる。

さらに、図９Ａには３つの配管サブシステムが示されているが、任意の数および組み合わせの配管サブシステムを冷却剤回路５７０で使用することができることを理解されたい。例えば、加熱ループ５１２および冷却ループ５１４のうちの一方または両方は、照明ループ５１０と併せて使用されてもよい。また、３つの水中用ポンプ５６０Ａ～５６０Ｃが図９Ａに示されているが、任意の数のポンプが特定の配管サブシステムに使用されてもよく、かつポンプ５６０Ａ～５６０Ｃがまた、流体貯蔵タンク５００の外部に配置されてもよいことが理解されるべきである。ポンプは、ピストンポンプ、エンドサクションポンプ、ダイアフラムポンプ、ギアポンプ、ローブポンプ、可撓性翼ポンプ、章動ポンプ、ぜん動ポンプ、遠心ポンプ、放散器ポンプ、プロペラポンプ、および周辺ポンプを含むが、これらに限定されない、様々なタイプのポンプであってもよい。

制御された農業環境２０００における照明器具１０００および冷却剤回路５７０に連結されたハイドロニクスシステム５０１の例示的な実装形態が、図９Ｂに示されている。ハイドロニクスシステム５０１は、水中用ポンプ５６０を含む流体貯蔵タンク５００を含むことができる。水中用ポンプ５６０は、比較的冷たい流体冷却剤８００を照明ループ５１０内に圧送するために使用され、ここで、流体冷却剤８００は次いで、照明器具１０００を通過するときに加熱される。その後、比較的高温の流体冷却剤８００は、照明ループ５１０を出て、貯蔵のために流体貯蔵タンク５００に入る。流体貯蔵タンク５００内に貯蔵された流体冷却剤８００の温度が、照明ループ５１０から流体貯蔵タンク５００に入る流体冷却剤８００の温度よりも低い限り、照明器具１０００により発生した熱が除去され得ることは理解されるべきである。時間の経過とともに、流体冷却剤８００の温度が上昇すると、温度差が小さくなるため、除去できる熱量が減少する可能性がある。したがって、流体貯蔵タンク５００内に貯蔵された流体冷却剤８００の温度を調節するために、排熱デバイスをハイドロニクスシステム５０１に組み込む必要があり得る。

図９Ｂに示すハイドロニクスシステム５０１はまた、照明器具１０００によって加熱された比較的高温の流体冷却剤８００が流れる照明ループ５１０の部分に連結された二次的加熱ループ５１２を含み得る。示されるように、二次的加熱ループ５１２は、ポンプ７０４と、ファンコイル７０２を備えた電動ファンと、を含み得る。ポンプ７０４は、ファンコイルを通る比較的高温の流体冷却剤８００の流れを生成し、それによりファンコイルを加熱することができる。次いで、電動ファン７０２は、照明器具１０００の下方に位置する複数の植物９００に向けて加熱空気を吹き付けて、栽培地域の温度を必要に応じて上昇させることができる。第２の加熱ループ５１２は、１つ以上の制御可能なバルブを使用して制御されて、二次的加熱ループ５１２を切り替え、かつ電動ファン７０２により吹き付けられる空気の温度を調整し得る。

制御された農業環境２００Ｄに配置されたハイドロニクスシステム５０１の別の例示的な実装形態が、図９Ｃに示されている。示されるように、制御された農業環境２００Ｄは、垂直に積み重ねられた複数レベルの栽培地域を有し得る。栽培地域の各レベルは、照明ループ５１０に連結された１つ以上の照明器具１０００を含んでもよい。照明ループ５１０は、流体貯蔵タンク５００に連結されてもよく、これは再び水中用ポンプを含んでもよい。図９Ｂの制御された農業環境２０００と同様に、ハイドロニクスシステム５０１は、各レベルの各栽培地域を別々に加熱するための二次的加熱ループを含み得る。各レベルに対応する照明ループ５１０の部分は、複数の入口および出口を備えた配管取付部を使用して連結されてもよい。加えて、流体貯蔵タンク５００に連結された照明ループ５１０の部分は、流体冷却剤８００が栽培地域の各々のレベルに流入すると、流量の減少を構成するためにより高い流量を支持し得る。

いくつかの実装形態では、照明器具１０００はまた、制御された農業環境の環境条件を監視するために使用される１つ以上のセンサを支持する、センサプラットフォームとして機能してもよい。照明器具１０００のプロセッサ９０は、通信ポート１００９（例えば、ＵＳＢポートおよびＰｏＥポート）を介してセンサに電力を供給および調節することができる。プロセッサ９０はまた、以下で説明するように、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換する電子機器を含むことができ、したがって、制御された農業環境内に配備された各センサにおける別個のＡＣ－ＤＣコンバータの必要性がなくなる。プロセッサ９０はまた、制御信号をセンサに送信し、かつ処理および／またはリモートデバイス（例えば、リモートコンピュータまたはサーバ）への送信のためにセンサにより測定された官能データを受信することを含む、データ通信を管理するために使用されてもよい。このようにして、照明器具１０００は、別個の電力およびデータ通信システムの必要性を補足する、様々なタイプの１つ以上のセンサの統合を提供し得る。さらに、１つ以上のセンサによって測定されたデータを使用して、制御された農業環境内の１つ以上の照明器具１０００（例えば、照明器具１０００からのＰＡＲ出力の調整）、１つ以上の冷却剤回路（例えば、図９Ａに示す照明ループ、ハイドロニクスループ、および冷却ループを含む冷却剤回路を通る流体の流れの調整）、１つ以上のファン、１つ以上の除湿機、または１つ以上の空調機を調整および制御することができる。いくつかの実装形態では、様々な環境条件を測定および制御して、環境内の目標蒸気圧不足がもたらされる。

複数の照明器具１０００を介した様々なセンサの統合を詳述する制御された農業環境２０００の例示的な実装形態が、図１０に示されている。図８Ｂと同様に、棚９０２に配設された複数の植物９００の上方に配置された支持構造体９９９に、複数の照明器具１０００を装着することができる。制御された農業環境２０００は、１つ以上の除湿機６５、１つ以上の空調機８５、および１つ以上のファン７５を含むことができる。空気温度センサ８０Ａ、近赤外線（ＮＩＲ）葉水分センサ８０Ｂ、相対湿度センサ８０Ｃ、ハイパースペクトルカメラ８０Ｄ、二酸化炭素センサ８０Ｅ、赤外線（ＩＲ）葉温度センサ８０Ｆ、空気流センサ８０Ｇ、および根ゾーン温度センサ８０Ｈを含むが、これらに限定されない、様々なセンサが照明器具１０００によって支持されてもよい。ハイパースペクトルカメラ８０Ｄは、各帯域が従来の撮像システムより狭い（例えば、１０ｎｍ）多数のエネルギー帯域（例えば、数百）内の光を測定する、カメラのタイプを指す。制御された農業環境２０００では、有限スペクトルカメラ（マルチスペクトルカメラとも称される）を使用して、各バンドがより広い（例えば、２０ｎｍを超える）より少ない数のエネルギーバンド（例えば、３～１０）を使用して光を測定することもできる。制御された農業環境２０００で利用されるカメラは、紫外線、可視、近赤外線、中赤外線、および遠赤外線波長を含むが、これらに限定されない、電磁スペクトルの様々な部分にわたって光を測定することができる。照明器具１０００は、１つ以上のファン、セキュリティカメラ、スマートフォン、およびマルチスペクトルカメラを含むが、これらに限定されない、他の補助デバイスを支持するため（例えば、土壌水分および栄養素量を分析するため）に使用されてもよい。このようにして、それぞれの照明器具１０００上の通信ポート１００９の柔軟な配置により、制御された農業環境に様々な補助デバイスを分散させることができる。

プロセッサ９０は、照明器具１０００の動作における電力変換、ネットワーク接続性、およびデータ処理を含むが、これらに限定されない、照明器具１０００の動作に関連する複数の機能を容易するために使用され得る。いくつかの実装形態では、プロセッサ９０は、各電子機器アセンブリが１つ以上の別個の機能を提供する、電気的に一緒に連結された別個の電子機器アセンブリで構成されてもよい。例えば、図１１Ａは、本発明の一実装形態による、これらの機能を満たすためのプロセッサ９０内の様々な電子構成要素および回路の詳細を示す、ブロック図を示している。プロセッサ９０は、制御ボード１００、ネットワークボード２００、およびシングルボードコンピュータ３００を含むことができる。

制御ボード１００は、照明器具１０００の他の構成要素に電力を調節および分配するために使用され得る。図１１Ａに示すように、制御ボード１００は、電力ポート１０１０を介してＡＣ電力を受け取り、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換することができる。次に、制御ボード１００は、照明器具４００内の他の電子機器にＤＣ電力および他の制御信号を供給することができる。例えば、制御ボード１００は、制御ボード１００上のポート／コネクタ１０４Ａ、１０４Ｂ、および１０４Ｃをそれぞれ介して、複数のＬＥＤモジュール４００Ａ、４００Ｂ、および４００Ｃに直接的に連結されてもよい。制御ボード１００はまた、ネットワークボード２００に連結され、電力と制御信号の両方をネットワークボード２００に提供することができる。制御ボード１００はまた、オンボードメモリを含むことができ、そこにデジタル信号処理（ＤＳＰ）ファームウェア１５２が格納されて、以下に説明するように制御信号の生成を容易にする。

図１１Ａの制御ボード１００のより詳細なブロック図が、図１１Ｂに示されている。制御ボード１００は、安全性を提供し、かつ照明器具１０００内へのノイズ入力を低減するために、ヒューズ／電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタ１５３を含むことができる。整流器１５４を使用して、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換することができる。ＡＣラインセンサ１５５を使用して、ＤＣ電力入力の電圧および電流を監視することができる。次いで、ＤＣ電力は、ネットワークボード２００およびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１５０を含む照明器具１０００の他の構成要素にＤＣ電力を分配するために使用され得る、バイアスおよび制御電源１５６に直接的に送られ得る。ネットワークボード２００に異なる電圧入力を供給するために、ＤＣ－ＤＣコンバータ１５８がまた含まれ得る。例えば、バイアスおよび制御電源１５６は、４８Ｖおよび５Ｖを供給して、ネットワークボード２００およびシングルボードコンピュータ３００上の異なる回路に電力を供給してもよい。５Ｖ入力は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１５８を介して４８Ｖラインからダウンコンバートされ得る。ＤＳＰ１５０は、１つ以上の通信アイソレータ１６０を介して、ネットワークボード２００を含む様々な構成要素に上述のファームウェア１５２を実行することにより制御信号を提供し得る。ＤＳＰ１５０はまた、ポート１０４Ａ～１０４Ｃを介して対応するＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃに供給される電気を調節するために使用され得る、１つ以上のブーストコンバータ１６２Ａ、１６２Ｂ、および１６２Ｃに制御信号を提供し得る。ブーストコンバータ１６２Ａ～１６２Ｃは、整流器１５４を介してＡＣ電力から変換されたＤＣ電力を一度に直接的に受け取ることができる。ＤＳＰ１５０は、バイアスおよび制御電源１５６から電力を受け取り、ＡＣラインセンサ１５５から電圧および電流測定値を受け取り、かつＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃの温度を監視するために使用され得る熱センサポート１５４を介して熱センサ入力を受け取り得る。

ネットワークボード２００を使用して、他の照明器具１０００と照明器具１０００に連結された１つ以上の補助センサとの間を含むが、これらに限定されない、照明器具１０００と照明器具１０００に連結された様々なデバイスとの間のデータ通信を管理することができる。図１１Ａに示すように、いくつかの実装形態では、ネットワークボード２００は、照明器具１０００の１つ以上のＰｏＥポート１００８Ａ、１００８Ｂ、１００８Ｃ、および１００８Ｄを制御することができる。ネットワークボード２００は、制御ボードポート１０２を介して制御ボード１００から電力および制御信号を受け取ることができる。ネットワークボード２００はまた、シングルボードコンピュータポート２０２を介してシングルボードコンピュータ３００に電力および制御信号を供給することができる。ネットワークボード２００はまた、ネットワークボード２００とシングルボードコンピュータ３００との間のイーサネットポート２１３を介した専用イーサネットケーブル接続部２１２を支持して、ＰｏＥポート１００８Ａ～１００８Ｄを介したデータ転送を管理することができる。

図１１Ａのネットワークボード２００のより詳細なブロック図が、図１１Ｃに示されている。制御ボードポート１０２を使用して、異なる電圧、例えば４８Ｖおよび５Ｖの電力を、ＰｏＥコントローラ２０６、電源２０８、ならびにファンコントローラおよびポート２１０に供給することができる。制御ボードポート１０２はまた、制御信号を、シングルボードコンピュータポート２０２を介して制御ボード１００からシングルボードコンピュータ３００に直接的に中継することができる。いくつかの実装形態では、制御ボードポート１０２は、ネットワークボード２００へのピギーバックボードとして配設され得る。ＰｏＥコントローラ２０６を使用して、電力を調整し、ＰｏＥポート１００８Ａ～１００８Ｄに供給することができる。電源２０８は、シングルボードコンピュータポート２０２を介してシングルボードコンピュータ３００に、およびイーサネットスイッチ２０４に電力を供給することができる。イーサネットスイッチ２０４は、専用イーサネットケーブル接続部２１２を支持するイーサネットポート２１３を介して、ＰｏＥポート１００８Ａ～１００８Ｄおよびシングルボードコンピュータ３００に通信可能に連結される。イーサネットスイッチ２０４を使用して、ＰｏＥポート１００８Ａ～１００８Ｄへの、かつそれらからのデータおよび／または制御信号の受信および送信を容易にすることができる。

シングルボードコンピュータ３００は、制御ボード１００およびネットワークボード２００の動作の管理およびデータ処理を含むが、これらに限定されない、いくつかの機能をプロセッサ９０に提供することができる。図１１Ａに示されるように、シングルボードコンピュータ３００はまた、照明器具１０００上のＵＳＢポート１０１２Ａおよび１０１２Ｂの機能を支持するために使用されてもよい。シングルボードコンピュータ３００は、セッションボーダーコントローラ（ＳＢＣ）ソフトウェア、オペレーティングシステム、ウェブサーバソフトウェアおよび他のウェブサーバアセットを含むが、これらに限定されない、様々なデータおよびコンピュータ実行可能コード３５２を含む（そこに記憶されている）、メモリカード３５０を含むことができる。

プロセッサ９０は、異なる動作条件下での損傷の可能性を低減するために、照明器具１０００の様々な構成要素、例えば電力ケーブル、ＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃに供給される電圧および電流を管理するために使用され得る。例えば、照明器具１０００は、１２００ＷがＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃに供給され、かつ補助センサに６５Ｗが供給され得る、低電圧条件下で動作され得る。外部電源、例えば、建物の電力供給システムから、照明器具１０００に電気を供給するために使用される電源ケーブルは、最大１５Ａの電流に耐えることができる。プロセッサ９０を使用して、照明器具１０００を通る電流を５Ａに制限し、そのため３つの照明器具４００Ａ～４００Ｃが、単一の電力ケーブル１０３０によって電力供給され得る。照明器具１０００の電流引き込みが５Ａに近づく場合、プロセッサ９０は、照明器具の電力引き込みを低減し得る。このようにして、３つの照明器具４００Ａ～４００Ｃは、１５Ａを超える総電流引き込みを集合的に回避し、したがって、電力ケーブルを損傷する可能性を低減することができる。

いくつかの実装形態では、プロセッサ９０は、アクティブフィードバック制御ループを使用して、電流引き込み制限を実施することができる。例えば、制御ボード１００のＤＳＰ１５０を使用して、ＡＣラインセンサ１５５を介して照明器具１０００に供給される電圧および電流を能動的に測定することができる。測定された電圧および電流の大きさおよび／または変化率に応じて、次に、ＤＳＰ１５０は、照明器具１０００によって引き込まれる電流が電流引き込み限界以下に維持されるように、ＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃの各々に供給される電圧および電流を調整することができる。このプロセスは、照明器具１０００に供給される電圧および電流の測定、ならびにＬＥＤモジュール４００Ａ～４００Ｃに供給される電圧および電流のその後の調整が、事前に設定された時間スケールで繰り返し発生する反復様式で実施され得る。時間スケールは、約１ミリ秒～約６０秒で変化し得る。各増分中に電圧および電流が変化する量はまた、照明器具１０００に供給される電圧および電流の変化率に従って変化し得る。いくつかの実装形態では、アクティブフィードバック制御ループの安定性は、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラをプロセッサ９０に組み込むことによって制御され得る。

図１２Ａ～図１２Ｄ、図１３、図１４Ａ～図１４Ｈは、一実装形態によるプロセッサ９０の様々な電気部品の回路図を示している。図１２Ａは、ネットワークボード２００からのイーサネットスイッチ２０４の回路図、およびシングルボードコンピュータ３００との通信のための、ＰｏＥポート１００８Ａ～１００８Ｄおよびイーサネットポート２１３への電気接続部を示す。図１２Ａはまた、ネットワークボード２００からの電源２０８の回路図を示している。視覚的に明確にするために、図１２Ｂおよび図１２Ｃは、それぞれ図１２Ａのイーサネットスイッチ２０４およびＰｏＥポート１００８Ｄの拡大図を示している。図１２Ｄは、ネットワークボード２００からのＰｏＥコントローラ２０６の回路図を示している。図１３は、様々な入力および出力接続部を詳述するシングルボードコンピュータ３００の回路図を示している。図１４Ａは、電力ポート１０１０、ヒューズ／ＥＭＩフィルタ１５３、整流器１５４、および制御ボード１００からのバイアスおよび制御電源１５６の第１の部分についての回路図を示している。図１４Ｂは、図１４Ａに示されるバイアスおよび制御電源１５６の第２の部分を示している。図１４Ｃ～図１４Ｆは、制御ボード１００からのＤＣ－ＤＣコンバータ１５８、ＡＣラインセンサ１５５、ＤＳＰ１５０、および熱センサポート１５４を示している。図１４Ｇおよび図１４Ｈは、制御ボード１００からの例示的なブースト回路１６２Ａの回路図を示している。

本明細書で開示される照明器具１０００はまた、顧客が照明器具１０００をレンタルおよび操作する（例えば、照明器具１０００を使用して照明を提供する）ために定期的な料金を支払うリース照明システムで利用され得る。このシステムでは、照明器具１０００のハードウェアの購入および設置にと通常関連付けられたコストを大幅に削減し、したがって顧客に大幅な節約を提供することができる。照明器具１０００の動作を提供する製造元は、顧客による継続的な支払いを通じて、時間の経過とともに利益を得ることができる。いくつかの実装形態では、リース照明システムは、事前に設定された期間に照明器具１０００を動作させるための料金の支払いに基づいてもよい。照明器具１０００は、プロセッサ９０を介してサーバに通信可能に連結されてもよい。サーバは、リースを維持するために顧客が必要な支払いを提供する限り、照明器具の動作を遠隔的に調節し、照明器具１０００が照明を提供することができるようにする。

照明器具１０００がライセンスサーバ６００に通信可能に連結されている契約執行方法の例示的な実装形態が、図１５Ａに示されている。示されるように、ライセンスサーバ６００は、顧客によって設置された１つ以上の照明器具１０００のシリアル番号、および１つ以上の照明器具１０００がリースされている顧客についての顧客ステータス（例えば、支払いステータス）を含むが、これらに限定されない、情報を含む、データベース６０２を含み得る。データベースはまた、事前共有キー６０４を含むことができ、これはまた、顧客への出荷前に、タイマと一緒に、製造元によって、例えば、照明器具１０００のＤＳＰ１５０の保護された内部ストレージなどの各照明器具１０００上に設置される。顧客による初期支払い時に、製造元は、初期照明についてのある程度の期間を提供するために、データベース１０００に初期タイマ更新を設定し、それにより、その後に追加のリース支払いが必要になる場合がある。照明器具１０００が顧客に展開されると、タイマの期限切れにより、ライセンス更新プロセスがトリガーされる場合がある。追加のリース支払いが行われると、ライセンスサーバ６００を運用する製造元は、照明器具１０００に通信される新しいタイマ値でデータベース６０２を更新し得る。独自の通信プロトコルを介して、通信が行われる場合がある。

１つ以上の照明器具１０００を備えたリース照明モデルのライセンスを更新するためのプロセスの例示的な実装形態が、図１５Ｂに示されている。この例示的なプロセスでは、プロセッサ９０のＤＳＰ１５０およびシングルボードコンピュータ３００は、インターネットを介してライセンスサーバ６００およびデータベース６０２に連結されて、１つ以上の照明器具１０００の製造元またはリース業者による操作を容易にすることができる。上述したように、事前共有キー６０４およびライセンスタイマは、照明器具１０００のシリアル番号とともに、製造元によってＤＳＰ１５０の保護された内部ストレージに格納されてもよい。シングルボードコンピュータ３００は、ライセンスタイマのステータスを周期的にチェックしてもよい。ライセンスタイマが満了に近づくと、シングルボードコンピュータ３００は、ＤＳＰ１５０でライセンス更新要求を開始することができる。この要求は、シングルボードコンピュータ３００によってライセンスサーバ６００に転送される、ＤＳＰ１５０によって生成された「チャレンジパケット」を含むことができる。チャレンジパケットは、照明器具１０００のシリアル番号およびノイズアキュムレータを使用して生成された一時的なランダムキーに少なくとも部分的に基づいて、暗号化された情報を含み得る。次に、チャレンジパケットは、ライセンスサーバ６００によって解読され得る。チャレンジパケットが有効であると確認され、追加の照明の支払いが行われた場合、次にライセンスサーバ６００は、新しい許可されたタイマ値を決定することができる。次に、新しい許可されたタイマ値を暗号化し、かつシングルボードコンピュータ３００に送り返し、暗号化されたタイマ値をＤＳＰ１５０に渡すことができる。次に、ＤＳＰ１５０は、事前共有キー６０４に基づいて、新しいタイマ値を解読することができる。新しいタイマ値が有効であることが確認された場合、ＤＳＰ１５０は、ＤＳＰ１５０の保護された内部ストレージに格納されているライセンスタイマを更新することができる。

結論
本明細書では様々な発明の実装形態を説明および図示したが、当業者は、当業者は、本明細書に記載の機能を実行し、かつ／またはその結果および／もしくは利点のうちの１つ以上を得るための様々な他の手段および／もしくは構造を容易に想像するであろう。そのような変形および／または修正の各々は、本明細書で説明される本発明の実装形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、当業者は、本明細書に記載のすべてのパラメータおよび構成が例示的な発明の特徴であることを意味し、かつ本明細書に記載の特定の発明の実装形態と同等の他のものが実現され得ることを容易に理解するであろう。したがって、前述の実装形態は実施例として提示されており、かつ添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で、発明の実装形態は、具体的に説明および特許請求されたものとは別の方法で実施され得ることを理解されたい。本開示の発明の実装形態は、本明細書に記載された個々の特徴、システム、物品、および／または方法の各々を対象とする。さらに、そのような特徴、システム、物品、および／または方法が相互に矛盾しない場合、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、および／または方法の任意の組み合わせは、本開示の発明の範囲内に含まれる。

上記の実装形態は、複数の方法で実装され得る。例えば、実装形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを使用して実装され得る。ソフトウェアで実装される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータで提供されるか、または複数のコンピュータに分散されるかどうかにかかわらず、任意の好適なプロセッサまたはプロセッサの集合体で実行され得る。さらに、コンピュータは、ラックマウント型コンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、またはタブレットコンピュータなど、いくつかの形式のいずれかで具体化され得ることを理解されたい。さらに、コンピュータは、一般にコンピュータとは見なされないが、携帯情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン、または任意の他の好適なポータブルもしくは固定電子デバイスを含む好適な処理機能を備えた、デバイスに組み込まれ得る。

また、コンピュータは、１つ以上の入力および出力デバイスを有し得る。これらのデバイスは、とりわけ、ユーザインターフェースを提供するために使用され得る。ユーザインターフェースを提供するために使用され得る出力デバイスの実施例には、出力を視覚的に表示するためのプリンタまたはディスプレイ画面、および出力を音声で表示するためのスピーカまたは他のサウンド生成デバイスが含まれる。ユーザインターフェースに使用され得る入力デバイスの実施例には、キーボード、ならびにマウス、タッチパッド、およびデジタル化タブレットなどのポインティングデバイスが含まれる。別の実施例として、コンピュータは、音声認識または他の可聴形式で入力情報を受信する場合がある。このようなコンピュータは、インターネットなどの１つ以上のネットワークによって相互接続され得る。本明細書で概説される様々な方法またはプロセスは、様々なオペレーティングシステムまたはプラットフォームのうちのいずれか１つを使用する、１つ以上のプロセッサで実行可能なソフトウェアとしてコード化されてもよい。さらに、このようなソフトウェアは、多くの好適なプログラミング言語および／またはプログラミングもしくはスクリプトツールのいずれかを使用して記述され得、また実行可能マシン言語コードまたはフレームワークもしくは仮想マシンで実行される中間コードとしてコンパイルされ得る。

これに関して、様々な発明概念は、１つ以上のコンピュータまたは他のプロセッサで実行されると、上で考察される本発明の様々な実装形態を実装する方法を実行する１つ以上のプログラムでエンコードされる、コンピュータ可読メモリまたは記憶媒体（または複数のコンピュータ可読記憶媒体）（例えば、コンピュータメモリ、１つ以上のフロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイもしくは他の半導体デバイスの回路構成、または他の非一時的な媒体もしくは有形のコンピュータ記憶媒体）として具現化され得る。コンピュータ可読媒体（１つ又は複数）は、持ち運び可能とすることができ、そのため、そこに格納されたプログラム（複数可）は、１つ以上の異なるコンピュータまたは他のプロセッサにロードされて、上で考察される本発明の様々な態様を実装することができる。

特に明記しない限り、「プログラム」または「ソフトウェア」という用語は、コンピュータまたは他のプロセッサをプログラムして、上で考察されるような実装形態の様々な態様を実装するために使用され得る、任意のタイプのコンピュータコードまたはコンピュータ実行可能命令のセットを指す一般的な意味で、本明細書において使用される。さらに、一態様によれば、実行時に本発明の方法を実行する１つ以上のコンピュータプログラムは、単一のコンピュータまたはプロセッサに常駐する必要はないが、本発明の様々な態様を実装するために、いくつかの異なるコンピュータまたはプロセッサ間でモジュール式に分散されてもよいことを理解されたい。

コンピュータ実行可能命令は、１つ以上のコンピュータまたは他のデバイスによって実行されるプログラムモジュールなどの多くの形式であり得る。一般に、プログラムモジュールには、特定のタスクを実行したり、また特定の抽象データタイプを実装したりする、ルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造体などが含まれる。通常、プログラムモジュールの機能は、様々な実装形態で必要に応じて結合または分散され得る。

また、データ構造体は、任意の好適な形式でコンピュータ可読媒体に格納されてもよい。説明を簡単にするために、データ構造体は、データ構造体内の場所を介して関連するフィールドを有するように示される場合がある。同様に、そのような関係は、フィールド間の関係を伝えるコンピュータ可読媒体内の位置にフィールドのストレージを割り当てることによって達成され得る。しかしながら、ポインタ、タグ、またはデータ要素間の関係を確立する他のメカニズムの使用を含む、データ構造体のフィールド内の情報間の関係を確立するために、任意の好適なメカニズムを使用することができる。一部の実装形態では、キー値のストレージ対定義済みのデータ構造体を使用して、スキーマ最小ストレージシステムが、リレーショナルデータベース環境に実装され得る。

また、様々な発明の概念は、１つ以上の方法として具体化されてもよく、その実施例が提供されてきた。方法の部分として実行される行為は、任意の好適な方法で順序付けられ得る。したがって、例示的な実装形態では連続的な動作として示されているが、いくつかの動作を同時に実行することを含むことができる、動作が図示とは異なる順序で実行される、実装形態を構築することができる。

本明細書で言及されるすべての刊行物、特許出願、特許、および他の参考文献は、参照によりその全体が組み込まれる。

本明細書で定義および使用されるすべての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれる文書の定義、および／または定義された用語の通常の意味を制御するものと理解されるべきである。

本明細書および特許請求の範囲において本明細書で使用される「１つ（ａ）」および「１つ（ａｎ）」という不定冠詞は、反対に明確に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味することを理解するべきである。

本明細書および特許請求の範囲において本明細書で使用される「および／または」という句は、そのように結合された要素、すなわち一部の場合に、連言的に存在し、かつ他の場合に選言的に存在する要素の「いずれかまたは両方」を意味するものと理解されるべきである。「および／または」で列挙された複数の要素は、同様の様式、つまり、そのように結合された要素のうちの「１つ以上」で解釈されるべきである。「および／または」節によって具体的に特定される要素以外に、具体的に特定される要素に関連するかどうかに関係なく、他の要素が任意選択的に存在してもよい。したがって、非限定的な例として、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などのオープンエンド言語と併せて使用する場合の「Ａおよび／またはＢ」への参照は、１つの実装形態では、Ａのみ（任意選択でＢ以外の要素を含む）、別の実装形態では、Ｂのみ（任意選択でＡ以外の要素を含む）、さらに別の実装形態では、ＡとＢの両方（任意選択で他の要素を含む）などを指す。

本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、「または」は、上記で定義された「および／または」と同じ意味を有すると理解されるべきである。例えば、リスト内のアイテムを分離する場合、「または」または「および／または」は、包含、つまり要素および追加の列挙されていないアイテムの数またはリストのうちの少なくとも１つであるが、また複数を含む包含であると解釈されるべきである。「１つのみ」もしくは「厳密に１つ」、または特許請求の範囲で使用される場合「からなる」などの逆に明確に示されている用語についてのみ、要素の数またはリストのうちの厳密な１つの要素の包含を指す。一般に、本明細書で使用される「または」という用語は、「どちらか」、「１つ」、「１つだけ」、また「厳密に１つ」などの排他的な用語が先行する場合、排他的な代替案を示すもの（すなわち、「両方ではなく一方または他方」）としてのみ解釈されるべきである。「本質的に～からなる」は、請求項で使用される場合、特許法の分野で使用されるような通常の意味を有するものとする。

本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、１つ以上の要素のリストに関する「少なくとも１つ」という句は、要素のリスト内の要素のうちの任意の１つ以上から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、要素のリスト内に具体的に列挙されている各々およびすべての要素のうちの少なくとも１つを含める必要はなく、かつ要素のリスト内の要素のすべての組み合わせを除外しないものと理解されるべきである。また、この定義により、「少なくとも１つ」という句が指す要素のリスト内で具体的に特定された要素以外に、具体的に特定されたそれらの要素に関連するかどうかに関係なく、要素が任意選択で存在し得ることが可能になる。したがって、非限定的な例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（または、同等に「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」、または同等に「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、１つの実装形態では、Ｂが存在しない（および任意選択的にＢ以外の要素を含む）状態で、少なくとも１つ、任意選択的に２つ以上のＡを含むこと、別の実装形態では、Ａが存在しない（および任意選択的にＡ以外の要素を含む）状態で、少なくとも１つ、任意選択的に２つ以上のＢを含むこと、さらに別の実装形態では、少なくとも１つ、任意選択的に２つ以上のＡ、および少なくとも１つ、任意選択的に２つ以上のＢを含む（および任意選択的に他の要素を含む）ことなどを指すことができる。

特許請求の範囲だけでなく、上記の明細書では、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「運ぶ」、「有する」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「関与する」、「保持する」、「からなる」などのすべての移行句は、オープンエンドであると理解されるべきであり、すなわち、それを含むがそれに限定されないことを意味する。米国特許庁の特許審査手続きのマニュアル、セクション２１１１．０３に記載されているように、「からなる」および「から本質的になる」という移行句のみが、それぞれ閉鎖的または半閉鎖的な移行句であるべきである。

Claims (53)

1. 流体冷却ＬＥＤベースの照明器具であって、
   少なくとも第１のチャネル、第２のチャネル、および内部に形成された少なくとも１つの密閉キャビティを含む、押出成形アルミニウムフレームであって、前記押出成形アルミニウムフレームが、前記押出成形アルミニウムフレームから突出し、かつ少なくとも１つの支持構造体への前記照明器具の機械的連結を容易にする複数の穴を有する、フィンをさらに含む、押出成形アルミニウムフレームと、
   前記押出成形アルミニウムフレームによって、機械的に支持された少なくとも１つのＬＥＤ光源と、
   流体冷却剤を運んで、前記照明器具の動作中に少なくとも前記少なくとも１つのＬＥＤ光源によって生成された熱を抽出するための第１の銅管であって、前記第１の銅管が、前記第１の銅管と前記押出成形アルミニウムフレームとの間に第１の熱的接続部を確立するために、前記押出成形アルミニウムフレームの前記第１のチャネル内に圧入される、第１の銅管と、
   前記流体冷却剤を運ぶための第２の銅管であって、前記第２の銅管が、前記第２の銅管と前記押出成形アルミニウムフレームとの間に第２の熱的接続部を確立するために、前記押出成形アルミニウムフレームの前記第２のチャネル内に圧入される、第２の銅管と、
   ＡＣ電力を受け取り、かつ前記少なくとも１つのＬＥＤ光源を制御するように、前記押出成形アルミニウムフレームの前記少なくとも１つの密閉キャビティに配置されている、制御回路と、
   複数のポートであって、前記複数のポートの少なくとも１つに連結された少なくとも１つの補助デバイスにＤＣ電力を提供するように、前記制御回路の少なくともいくつかに電気的に連結されている、複数のポートと、を含む、照明器具。
2. 前記照明器具が、前記押出成形アルミニウムフレームの前記少なくとも１つの密閉キャビティ内に、いかなる前記流体冷却剤のためのシールも前記流体冷却剤のためのＯリングも含まない、請求項１に記載の照明器具。
3. 前記制御回路が、その上に少なくとも１つのＬＥＤがある金属プリント回路基板を含み、
   前記第１の銅管および前記第２の銅管が、前記流体冷却剤が存在するときに、冷却剤回路内の前記流体冷却剤を運び、そのため前記流体冷却剤が、前記第１の銅管および前記第２の銅管を通じてそれぞれ異なる方向に流れる、請求項１に記載の照明器具。
4. 前記複数のポートが、
   前記照明器具への少なくとも１つの第１の外部デバイスの電力連結およびデータ連結を容易にするための、複数のパワーオーバーイーサネット（ＰｏＥ）ポートと、
   前記照明器具への少なくとも１つの第２の外部デバイスの連結を容易にするための、少なくとも１つのユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートと、を含む、請求項１に記載の照明器具。
5. 前記制御回路が、
   前記ＡＣ電力と関連付けられた電圧および電流のうちの少なくとも１つを監視するための、ＡＣラインセンサと、
   前記ＡＣ電力と関連付けられた前記電流が所定の上限を超えないように、前記ＡＣラインセンサによって監視される前記電圧および前記電流のうちの前記少なくとも１つに少なくとも部分的に基づいて、前記少なくとも１つのＬＥＤ光源を制御するように、前記ＡＣラインセンサに連結されている、プロセッサと、を含む、請求項１に記載の照明器具。
6. 前記少なくとも１つのＬＥＤ光源と関連付けられたＬＥＤ電力が、前記照明器具の動作中に約１２００ワットの最大値を有し、
   前記ＡＣ電力と関連付けられた前記電流の前記所定の上限が、５アンペアである、請求項５に記載の照明器具。
7. システムであって、
   請求項４に記載の少なくとも１つの照明器具と、
   前記複数のＰｏＥポートのうちの少なくとも１つまたは前記少なくとも１つのＵＳＢポートに連結されている、少なくとも１つのセンサと、を含む、システム。
8. 前記少なくとも１つのセンサが、
   空気気温センサ、
   近赤外線（ＮＩＲ）センサ、
   相対湿度センサ、
   カメラ、
   二酸化炭素（ＣＯ２）センサ、および
   赤外線（ＩＲ）センサ、のうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載のシステム。
9. 少なくとも１つのファンをさらに含み、
   前記制御回路が、ファンコントローラを含み、
   前記少なくとも１つのファンが、前記少なくとも１つの照明器具の前記複数のＰｏＥポートのうちの少なくとも１つまたは前記少なくとも１つのＵＳＢポートを介して、前記ファンコントローラに通信可能に連結されている、請求項７に記載のシステム。
10. システムであって、
    請求項１に記載の少なくとも１つの照明器具と、
    前記少なくとも１つの照明器具の前記第１の銅管および前記第２の銅管に機械的に連結されている、少なくとも１つの流体冷却剤回路と、を含む、システム。
11. 前記少なくとも１つの流体回路に機械的に連結されている除湿機をさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つの照明器具が、複数の照明器具を含み、
    前記複数の照明器具のそれぞれの照明器具の前記銅管が、前記流体冷却剤回路の少なくとも一部分を形成するために、複数の押し込み接続取付具によって機械的に一緒に連結されている、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記複数の照明器具が、デイジーチェーン構成で一緒に連結されている、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記システムが配置されている、建物構造体と、
    前記複数の照明器具を支持するために、前記建物構造体内に配設されている、少なくとも１つの支持構造体であって、それぞれの照明器具が、前記それぞれの照明器具の対応するフィンを介して、前記少なくとも１つの支持構造体に機械的に連結されている、少なくとも１つの支持構造体と、
    複数の植物を支持するための少なくとも１つの棚構造体であって、前記少なくとも１つの棚構造体が、前記複数の照明器具によって提供される光合成有効放射（ＰＡＲ）による前記複数の植物への照射を容易にするために、前記少なくとも１つの支持構造体に対して前記建物構造体内に配設される、少なくとも１つの棚構造体と、をさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記システムが、空調コンデンサ、空調コンプレッサ、および／または空調コイルを含む、空調機を含まない、請求項１４に記載のシステム。
16. 照明器具であって、
    押出成形アルミニウムハウジングと、
    前記押出成形アルミニウムハウジングによって、機械的に支持された少なくとも１つの光源と、
    流体冷却剤を運ぶように、前記押出成形アルミニウムハウジングに熱的に連結されている、少なくとも１つの銅管と、を含み、
    前記照明器具の動作中に、前記少なくとも１つの銅管を通って流れる前記流体冷却剤が、前記照明器具によって生成された熱を抽出し、
    前記押出成形アルミニウムハウジングが、前記少なくとも１つの光源を制御するための制御回路を含む、少なくとも１つのキャビティを含み、
    前記照明器具が、前記押出成形アルミニウムハウジングの前記少なくとも１つのキャビティ内に、いかなる前記流体冷却剤のためのシールも前記流体冷却剤のためのＯリングも含まない、照明器具。
17. 前記少なくとも１つの銅管が、第１の銅管および第２の銅管であって、前記流体冷却剤を運ぶように、その両方が前記押出成形アルミニウムハウジングに熱的に連結されている第１の銅管および第２の銅管を含む、請求項１６に記載の照明器具。
18. 照明器具であって、
    押出成形アルミニウムハウジングと、
    前記押出成形アルミニウムハウジングによって、機械的に支持された少なくとも１つの光源と、
    流体冷却剤を運ぶように、前記押出成形アルミニウムハウジングに熱的に連結されている、少なくとも１つの銅管と、を含み、
    前記照明器具の動作中に、前記少なくとも１つの銅管を通って流れる前記流体冷却剤が、前記照明器具によって生成された熱を抽出し、
    前記少なくとも１つの銅管が、第１の銅管および第２の銅管であって、前記流体冷却剤を運ぶように、その両方が前記押出成形アルミニウムハウジングに熱的に連結されている、第１の銅管および第２の銅管を含む、照明器具。
19. 前記第１の銅管および前記第２の銅管が、前記流体冷却剤が存在するときに、冷却剤回路内の前記流体冷却剤を運び、そのため前記流体冷却剤が、前記第１の銅管および前記第２の銅管を通じてそれぞれ異なる方向に流れる、請求項１７または１８に記載の照明器具。
20. 前記少なくとも１つの光源の電力が、少なくとも１２００ワットである、請求項１６～１９のいずれかに記載の照明器具。
21. 照明器具であって、
    押出成形アルミニウムハウジングと、
    前記押出成形アルミニウムハウジングによって、機械的に支持された少なくとも１つの光源と、
    流体冷却剤を運ぶように、前記押出成形アルミニウムハウジングに熱的に連結されている、少なくとも１つの銅管と、を含み、
    前記照明器具の動作中に、前記少なくとも１つの銅管を通って流れる前記流体冷却剤が、前記照明器具によって生成された熱を抽出し、
    前記少なくとも１つの光源の電力が、少なくとも１２００ワットである、照明器具。
22. 少なくとも１つのポートに連結された少なくとも１つの補助デバイスに、補助ＤＣ電力を供給するための、前記少なくとも１つのポートをさらに含む、請求項１６～２１のいずれかに記載の照明器具。
23. 照明器具であって、
    押出成形アルミニウムハウジングと、
    前記押出成形アルミニウムハウジングによって、機械的に支持された少なくとも１つの光源と、
    流体冷却剤を運ぶように、前記押出成形アルミニウムハウジングに熱的に連結されている、少なくとも１つの銅管と、
    少なくとも１つのポートに連結された少なくとも１つの補助デバイスに、補助ＤＣ電力を供給するための、前記少なくとも１つのポートと、を含み、
    前記照明器具の動作中に、前記少なくとも１つの銅管を通って流れる前記流体冷却剤が、前記照明器具によって生成された熱を抽出する、照明器具。
24. 前記押出成形アルミニウムハウジングが、内部に形成された少なくとも１つのチャネルを含み、
    前記少なくとも１つの銅管が、前記少なくとも１つの銅管と前記押出成形アルミニウムハウジングとの間に熱的接続を確立するために、前記押出成形アルミニウムハウジングの前記少なくとも１つのチャネル内に圧入されている、請求項１６～２３のいずれかに記載の照明器具。
25. 前記押出成形アルミニウムハウジングが、制御された農業環境の少なくとも１つの支持構造体への前記照明器具の機械的連結を容易にするための光スパインを含む、請求項１６～２４のいずれかに記載の照明器具。
26. 前記少なくとも１つの光源が、少なくとも１つのＬＥＤ光源を含む、請求項１６～２５のいずれかに記載の照明器具。
27. 前記流体冷却剤が、前記押出成形アルミニウムハウジングと接触しない、請求項１６～２６のいずれかに記載の照明器具。
28. 前記照明器具が、いかなる前記流体冷却剤のための内部シールも含まない、請求項１６～２７のいずれかに記載の照明器具。
29. 前記照明器具が、いかなる前記流体冷却剤のための内部Ｏリングも含まない、請求項１６～２７のいずれかに記載の照明器具。
30. 前記少なくとも１つのポートが、
    前記照明器具への少なくとも１つの第１の外部デバイスの電力連結およびデータ連結を容易にするための、複数のパワーオーバーイーサネット（ＰｏＥ）ポートと、
    前記照明器具への少なくとも１つの第２の外部デバイスの連結を容易にするための、少なくとも１つのユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートと、を含む、請求項２２～２８のいずれかに記載の照明器具。
31. システムであって、
    請求項３０に記載の少なくとも１つの照明器具と、
    前記複数のＰｏＥポートの少なくとも１つまたは前記少なくとも１つのＵＳＢポートに連結されている、少なくとも１つのセンサと、を含む、システム。
32. 前記少なくとも１つのセンサが、
    空気気温センサ、
    近赤外線（ＮＩＲ）センサ、
    相対湿度センサ、
    カメラ、
    二酸化炭素（ＣＯ２）センサ、および
    赤外線（ＩＲ）センサ、のうちの少なくとも１つを含む、請求項３１に記載のシステム。
33. 制御された農業環境であって、
    請求項３１または３２に記載のシステムと、
    少なくとも１つの冷却塔と、
    前記少なくとも１つの冷却塔と前記少なくとも１つの照明器具との間で前記流体冷却剤を運ぶように、前記少なくとも１つの冷却塔、および前記少なくとも１つの照明器具の前記少なくとも１つの銅管に機械的に連結されている、少なくとも１つの流体回路と、を含む、農業環境。
34. 除湿機をさらに含む、請求項３３に記載の制御された農業環境。
35. 前記除湿機が、前記少なくとも１つの流体回路に機械的に連結されている、請求項３４に記載の制御された農業環境。
36. 少なくとも１つのファンをさらに含む、請求項３３～３５のいずれかに記載の制御された農業環境。
37. 前記少なくとも１つの照明器具が、ファンコントローラを含み、
    前記少なくとも１つのファンが、前記少なくとも１つの照明器具の前記ファンコントローラに通信可能に連結されている、請求項３６に記載の制御された農業環境。
38. 前記少なくとも１つのファンが、前記少なくとも１つの照明器具の前記複数のＰｏＥポートのうちの少なくとも１つまたは前記少なくとも１つのＵＳＢポートに連結されている、請求項３７に記載の制御された農業環境。
39. 前記制御された農業環境が、空調コンデンサ、空調コンプレッサ、および／または空調コイルを含む、空調機を含まない、請求項３３～３８のいずれかに記載の制御された農業環境。
40. 前記少なくとも１つの照明器具が、複数の照明器具を含み、
    それぞれの照明器具の前記銅管が、少なくとも１つの押し込み接続取付具によって一緒に機械的に連結されている、請求項３３～３９のいずれかに記載の制御された農業環境。
41. 前記システムが配置されている、建物構造体と、
    前記システムを支持するために、前記建物構造体内に配設されている、少なくとも１つの支持構造体であって、前記少なくとも１つの照明器具が、前記少なくとも１つの支持構造体に機械的に連結されている、少なくとも１つの支持構造体と、
    複数の植物を支持するための少なくとも１つの棚構造体であって、前記少なくとも１つの棚構造体が、前記少なくとも１つの照明器具によって提供される光合成有効放射（ＰＡＲ）による前記複数の植物への照射を容易にするために、前記少なくとも１つの支持構造体に対して前記建物構造体内に配設される、少なくとも１つの棚構造体と、をさらに含む、請求項３３～４０のいずれかに記載の制御された農業環境。
42. 流体冷却照明器具であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内または前記ハウジング上に配置されている、少なくとも１つの光源と、
    制御回路であって、前記ハウジングに設けられ、ＡＣ電源を受け取り、かつ少なくとも１つのＬＥＤ光源を制御する制御回路と、
    少なくとも１つの冷却剤管を有する流体冷却剤回路であって、前記流体冷却剤回路に存在する場合に、前記照明器具の動作中に前記少なくとも１つの光源によって生成された熱を抽出する流体冷却剤を収容するように、前記ハウジングに熱的に連結されている、流体冷却剤回路と、を含み、
    前記照明器具が、いかなる前記流体冷却剤のための内部シールも内部Ｏリングも含まず、
    前記少なくとも１つの冷却剤管は、前記少なくとも１つの光源によって生成される熱による熱的効果を低減するために、前記少なくとも１つの光源と前記制御回路の間に配置され、
    前記ハウジングは、前記制御回路の少なくとも一部を前記少なくとも１つの光源から離間させる空間を画定する、流体冷却照明器具。
43. 前記流体冷却剤回路は、銅を材料とする、請求項４２に記載の流体冷却照明器具。
44. 前記流体冷却剤回路は、アルミニウムを材料とする、請求項４３に記載の流体冷却照明器具。
45. システムであって、
    請求項４２に記載の少なくとも１つの流体照明器具と、
    少なくとも１つの前記流体冷却剤回路に結合され、前記少なくとも１つの照明器具の動作中に、前記少なくとも１つの照明器具から取り出され、前記流体冷却剤によって吸収された廃熱を再利用するためのハイドロニクスシステムと、を備え、
    前記ハイドロニクスシステムは、
    前記少なくとも１つの前記流体冷却剤回路に結合され、建築構造体内の領域または前記建築構造体の近くの別の空間の、少なくとも一部の温度を調節する、少なくとも１つのハイドロニクスループを含む、システム。
46. 前記少なくとも１つのハイドロニクスループは、前記建築構造体内の一部の領域の温度を調整するために、前記建築構造体内に少なくとも部分的に配置され、
    前記建築構造体内の前記一部の領域は、複数の植物のための成長領域を含む、請求項４５に記載のシステム。
47. 前記複数の植物のための前記成長領域は、前記複数の植物の根領域を含み、
    前記少なくとも１つのハイドロニクスループの少なくとも一部は、前記複数の植物の前記根領域の近傍に配置される、請求項４６に記載のシステム。
48. 前記少なくとも１つのハイドロニクスループは、前記建築構造体の近くの別の空間の温度を調節するために、少なくとも部分的に前記建築構造体の外側に配置される、請求項４５に記載のシステム。
49. 前記ハイドロニクスシステムは、
    前記少なくとも一つのハイドロニクスループ及び前記少なくとも一つの流体冷却剤回路に接続され、前記流体冷却剤を前記少なくとも１つの前記流体冷却剤回路及び前記少なくとも１つのハイドロニクスループに供給する流体源、をさらに備える、請求項４５に記載のシステム。
50. 前記流体源は、
    流体冷却剤を貯蔵する流体貯蔵タンク、
    流体冷却剤の蒸発冷却を促進する冷却塔、
    チラー、
    フリークーラ、
    乾式冷却器、
    空気源の冷却器、
    地上式熱交換器、及び
    水源熱交換器、の少なくとも１つを含む、請求項４９に記載のシステム。
51. 前記流体源は、少なくとも１つの前記流体貯蔵タンクを備え、
    前記流体貯蔵タンクは前記建築構造体の外部に配置される、請求項５０に記載のシステム。
52. 前記少なくとも１つの前記流体冷却剤回路は、前記流体貯蔵タンクに結合された照明ループを含み、
    前記少なくとも１つのハイドロニクスループは、前記流体貯蔵タンクに結合された加熱ループと、前記流体貯蔵タンクを介して前記照明ループに結合された加熱ループと、を含み
    前記ハイドロニクスシステムは、前記流体貯蔵タンクに結合された冷却ループをさらに含み、前記流体冷却剤が前記冷却ループを流れる際に前記流体冷却剤を冷却する、請求項５１に記載のシステム。
53. 前記ハイドロニクスシステムは、
    前記加熱ループに結合され、前記建築構造体内の領域または前記建築構造体の近くの別の空間の、少なくとも一部の温度を調節するために、補助熱を蓄える追加の容量を提供する高温貯蔵部、及び
    前記冷却ループに接続され、前記建築構造体内の領域または前記建築構造体の近くの別の空間の、少なくとも一部の温度を調節するために、比較的低温の流体冷却剤を貯蔵する追加の容量を提供する低温貯蔵部、の少なくとも一方を備える、請求項５２に記載のシステム。
    

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