WO2016189773A1 - 植物栽培装置 - Google Patents

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WO2016189773A1
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transparent hollow
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Inventor
福井　厚司
祐子 福井
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/04—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting

Definitions

  • the present invention relates to a cultivation apparatus.
  • Plants are cultivated while irradiating light from above or obliquely from above (for example, see Patent Document 1).
  • the light irradiation mainly from above by the sun or artificial light does not allow sufficient light to reach the middle part of the plant, and there is a risk that plant growth may be hindered.
  • This invention solves the said conventional subject, and it aims at providing the plant cultivation apparatus which can irradiate light not only to the upper part of a plant but to an intermediate part.
  • the plant cultivation apparatus includes a cultivation plate for holding a plant, a transparent hollow located above the cultivation plate and spaced from the cultivation plate, and having a hollow portion therein.
  • a tube an illumination that is positioned above the transparent hollow tube at a distance from the transparent hollow tube, and emits light downward, a light source that introduces artificial light into the transparent hollow tube,
  • An air duct for supplying air to the hollow portion, and the transparent hollow tube has a blower opening for injecting the air supplied to the hollow portion upward, and proceeds in the longitudinal direction of the transparent hollow tube
  • a prism that reflects the artificial light upward is provided at the position of the ventilation opening in a plan view.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a plant cultivation apparatus in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic top view of the plant cultivation apparatus in the first embodiment.
  • FIG. 3 is an A arrow view of the plant cultivation apparatus in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a view showing an optical path and an air flow path in the air blowing / illuminating unit in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the operation of the air blowing and lighting unit in plant cultivation in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the air blowing / illuminating unit in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the air blowing / illuminating unit in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic top view of a blower / illumination unit in another example of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a plant cultivation apparatus 1 in the present embodiment.
  • Drawing 1 is a figure which looked at plant cultivation device 1 from the side.
  • the plant cultivation apparatus 1 includes a cultivation plate 110 for holding a plant 140, a transparent hollow tube 104 that is positioned above the cultivation plate 110 at a distance from the cultivation plate 110 and has a hollow portion 1000 therein. Have.
  • the plant cultivation apparatus 1 has an illumination 112 that is positioned above the transparent hollow tube 104 at a distance from the transparent hollow tube 104 and emits light downward.
  • the plant cultivation apparatus 1 includes a light source 100 that introduces artificial light 120 into the transparent hollow tube 104.
  • the plant cultivation apparatus 1 includes an air duct 107 that supplies air to the hollow portion 1000.
  • the transparent hollow tube 104 has a blower opening 106 through which the air supplied to the hollow portion 1000 is injected upward.
  • the prism 105 that reflects the artificial light 120 traveling in the longitudinal direction L of the transparent hollow tube 104 upward is located at the position of the air blowing opening 106 in a plan view (when viewed from above). Have.
  • a light source 100 such as an LED that emits artificial light 120.
  • a wavelength filter 101 that transmits only blue light.
  • the wavelength filter 101 transmits light having a wavelength of 400 nm to 500 nm, for example.
  • the wavelength filter 101 may not be provided.
  • the reflector 102 is disposed so as to surround the light source 100 and the wavelength filter 101, and the inner surface is a high reflectivity surface.
  • the light source 100, the wavelength filter 101, and the reflector 102 may be collectively referred to as a light source unit 103.
  • the transparent hollow tube 104 is made of a transparent resin such as polycarbonate, acrylic, or ABS.
  • the transparent hollow tube 104 has a cylindrical shape of ⁇ 50, for example.
  • a hollow portion 1000 is disposed in the central portion inside the transparent hollow tube 104.
  • the hollow part 1000 is completely covered with the transparent hollow tube 104.
  • a light source unit 103 is disposed at one end of the transparent hollow tube 104.
  • the light source unit 103 is arranged so that the artificial light 120 from the light source 100 is emitted in the longitudinal direction L of the transparent hollow tube 104.
  • the transparent hollow tube 104 is provided with an air duct 107 that is a hollow tube for supplying air, and air is introduced into the hollow portion 1000 from the opening 104 a of the air duct 107.
  • the introduced air travels along the longitudinal direction L, passes through the ventilation opening 106 provided at the other end of the transparent hollow tube 104, and is irradiated to the plant 140.
  • a prism 105 is formed below the outer shape of the transparent hollow tube 104.
  • the prism 105 causes the artificial light 120 propagating through the transparent hollow tube 104 to be emitted upward with total reflection.
  • the light emitted downward from the illumination 112 above is hardly reflected by the prism 105. For this reason, it is possible to efficiently irradiate light below the plant 140 without blocking the light of the illumination 112.
  • the air jetted from the blower opening 106 arranged on the upper side of the transparent hollow tube 104 hits the back of the plant 140.
  • the air blowing opening 106 is disposed near the top of the prism 105.
  • Blower plugs 108 are disposed at both ends of the hollow portion 1000 of the transparent hollow tube 104, and air supplied from the air duct 107 is injected only from the blower opening 106.
  • the above-described configuration including the light source unit 103 and the transparent hollow tube 104 may be collectively referred to as a blower / illumination unit 11.
  • the blower / illuminator unit 11 is held by a guide 500.
  • the guide 500 moves the transparent hollow tube 104 in a direction away from the cultivation plate 110.
  • the illumination 112 is arranged on the upper side of the cultivation plate 110 (the ceiling side of the plant cultivation device 1) and is an upper illumination device that irradiates light toward the plant.
  • the illumination 112 is illumination that irradiates artificial light such as a fluorescent lamp or LED.
  • the cultivation plate 110 is arranged on the floor, the transparent hollow tube 104 is arranged in the middle, and the illumination 112 is arranged on the ceiling.
  • the cultivation plate 110, the transparent hollow tube 104, and the illumination 112 are separated from each other. Spaces are arranged between the cultivation plate 110, the transparent hollow tube 104, and the illumination 112, respectively. With such an arrangement, light and air can be efficiently applied to the middle part of the plant 140.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the plant cultivation apparatus 1 as seen from above (plan view).
  • the cultivation plate 110 is made of, for example, styrofoam.
  • a nutrient solution for plant cultivation is arranged under the cultivation plate 110, and the cultivation plate 110 is installed so that the roots of the plant are immersed.
  • the cultivation plate 110 is provided with a plurality of plant arrangement holes 111.
  • the blower / illumination unit 11 is arranged between the plant arrangement holes 111 in a plan view. That is, the transparent hollow tube 104 is arranged between plants.
  • FIG. 1 one air blowing / illuminating unit 11 is illustrated, but as shown in FIG. 2, a plurality of air blowing / illuminating units 11 are prepared and the air blowing / illuminating units 11 are sandwiched from both sides of the cultivation plate 110. You may arrange.
  • FIG. 3 is a view of the plant cultivation apparatus 1 of FIG.
  • the air blowing and lighting unit 11 including the transparent hollow tube 104 may be provided in a plurality of stages between the cultivation plate 110 and the lighting 112. Even if a plant grows and becomes tall, light irradiation and air blowing can be performed on the leaf surface of the plant.
  • the transparent hollow tube 104 is made of a material that is transparent to the light from the illumination 112, even if the transparent hollow tube 104 is multi-staged, the illumination light is not blocked and the plant can be efficiently irradiated with light. .
  • the prism 105 also does not block the light from the illumination 112.
  • FIG. 4 is a diagram showing an optical path and an air flow path in the blower / illumination unit 11.
  • the artificial light 120 from the light source 100 is transmitted only through the blue wavelength region by the wavelength filter 101 and enters from the end face of the transparent hollow tube 104.
  • the artificial light 120 incident on the transparent hollow tube 104 propagates in the longitudinal direction L while totally reflecting the transparent resin portion of the transparent hollow tube 104, and is a prism formed below the outer shape of the transparent hollow tube 104. 105 is incident.
  • the artificial light 120 incident on the prism 105 is totally reflected by the slope of the prism 105, changes the optical path, and is emitted upward in the transparent hollow tube 104. That is, the transparent hollow tube 104 has a prism 105 that reflects the artificial light 120 that has traveled in the longitudinal direction L of the transparent hollow tube 104 upward at the position of the air blowing opening 106 in plan view.
  • the air 130 supplied from the air duct 107 flows through the hollow portion of the transparent hollow tube 104 because both ends of the transparent hollow tube 104 are closed by the blow plugs 108, and the transparent hollow tube 104 passes through the hollow portion 106. It becomes the injection air 131 injected above the pipe 104. Since the air blowing opening 106 is disposed near the top of the prism 105, light and air can be emitted from substantially the same position of the transparent hollow tube 104, and light and air can be efficiently emitted to the leaf surface of the plant. Can be irradiated. By applying blue light to the backside of the plant, the pores are opened, and further, the growth of the plant can be accelerated by irradiating with air.
  • FIG. 5 shows the operation of the air blowing and lighting unit 11 according to the plant growth stage.
  • the height of the plant 140 is low, so that light and air are irradiated to the leaf back of the plant 140 by the lower air blowing and lighting unit 11.
  • the plant 140 grows and becomes taller, if there is a lighting unit and a ventilation opening only in a portion close to the cultivation plate 110, the lower leaf of the plant 140 is blocked and light and air reach the upper leaf. It becomes difficult.
  • FIG.5 (b) even if the plant 140 grows by arrange
  • the transparent hollow tube 104 is a rod-like body having no protrusions on the outside, it can be removed by simply pulling out the air blowing and lighting unit 11 from both sides when the plant 140 is harvested as shown in FIG.
  • the plant 140 can be easily harvested.
  • the plant cultivation apparatus further includes a guide 500 that moves the transparent hollow tube 104 away from the cultivation plate 110.
  • the guide 500 includes a rail, and more specifically, is configured by a roller rail.
  • the guide 500 holds the plurality of transparent hollow tubes 104 and fixes the plurality of transparent hollow tubes 104 so as to be evenly positioned in the height direction.
  • the air blowing / illuminating units 11 are arranged in multiple stages, and the air is blown at the same time as irradiating blue illumination from the lower side, thereby opening the pores on the back of the plant and improving the growth state of the plant. Can be made. Moreover, since a heat source such as a fluorescent lamp is not arranged near the plant, leaf burning or the like does not occur.
  • the transparent hollow tube 104 even if the transparent hollow tube 104 is positioned between the illumination and the plant plate, the illumination light is not blocked. Therefore, the light from illumination can be efficiently irradiated to the root of a plant. In addition, even when the height of the plant is equal to or lower than the height of the transparent hollow tube 104 at the initial stage of plant cultivation, the light from the illumination can be efficiently irradiated onto the plant.
  • the transparent hollow tube 104 is made of a material that exhibits a transmittance of 80% or more with respect to the irradiation light from the illumination 112.
  • the artificial light 120 from the light source 100 is white light and the wavelength filter 101 is used to facilitate adjustment of the illumination color.
  • the blue light emission is used for the light source 100 and the wavelength filter 101 is omitted. Also good. This is more energy efficient.
  • the light source 100 (first light source) for irradiating the artificial light 120 and the prism 105 are formed below the transparent hollow tube 104.
  • the prism 105 may be formed.
  • the transparent area 2000 has a higher transmittance than the area where the prism 105 is disposed. For this reason, it becomes possible to suppress unnecessary scattering and absorption, and the light from the illumination 112 can be efficiently irradiated to the plant.
  • the prism 105 has a triangular cross section, but may have a trapezoidal shape or other shapes.
  • the second prism 142 may be disposed above the outer shape of the transparent hollow tube 104, and the second light source 600 and the second wavelength filter 141 may be disposed above the end surface of the transparent hollow tube 104.
  • the light source 100 is a first light source that irradiates first artificial light as the artificial light 120
  • the prism 105 is a first prism.
  • the plant cultivation apparatus 1 further includes a second light source 600 that introduces the second artificial light 601 into the transparent hollow tube 104.
  • the transparent hollow tube 104 further includes a second prism 142 that reflects the second artificial light 601 traveling in the longitudinal direction L of the transparent hollow tube 104 downward at a position facing the first prism 105. .
  • the prism 105 is disposed only in a part of the transparent hollow tube 104. By minimizing the arrangement of the prism 105, the light from the illumination 112 can be more efficiently irradiated to the vicinity of the root of the plant. Specifically, when the transparent hollow tube 104 is viewed in plan, the region where the prism 105 is arranged is designed so that the area is 10% or more and 30% or less of the entire area of the transparent hollow tube 104. preferable. In addition, when the transparent hollow tube 104 is viewed in plan, it is preferable to design a region where the prism 105 and the second prism 142 are arranged so that the area is 10% or more and 30% or less of the whole.
  • the second wavelength filter 141 may be a red filter having a wavelength of 600 nm to 700 nm, for example. Alternatively, the second wavelength filter 141 may be omitted to assist the illumination 112 in FIG.
  • the leaf surface can be efficiently irradiated with light.
  • the second prism 142 also does not block the light from the illumination 112.
  • the leaf surface is irradiated with the second artificial light 601 including red for photosynthesis.
  • the ventilation / illumination unit 11 was made into three steps, it is not limited to this number of steps.
  • the ventilation / illumination unit 11 is arranged in parallel to the end face of the cultivation plate 110, it may be arranged obliquely. Even if the vertical position of the blower / lighting unit 11 is fixed, a mechanism for changing the vertical position is provided in the guide 500, and the vertical position of the blower / lighting unit 11 is changed according to the growth of the plant 140. Also good.
  • the transparent hollow tube 104 may have a curvature.
  • the plant 140 By arranging the plant 140 near the center of the curvature, that is, by covering the periphery of the plant 140 with the transparent hollow tube 104, the plant 140 can be irradiated with light more efficiently. Even in this case, artificial light propagates through the wall surface of the transparent hollow tube 104 and reaches each prism.
  • the radius of curvature of the curvature is preferably 50 mm or more and 500 mm or less. By making it into this range, the plant 140 can be irradiated with light more efficiently.
  • the opening diameter of the air blowing opening 106 may be changed depending on the location.
  • a plurality of ventilation openings 106 may be provided, and a location with a large ventilation volume and a location with a small ventilation volume may be provided.
  • light and air can be actively irradiated to plants that are difficult to spread light and air from above, such as tall fruits and vegetables, or plants with thick leaves.
  • transpiration is promoted by blowing air, photosynthesis can be accelerated, the growth of plants can be accelerated, and the yield per area or time can be increased.
  • Air is the earth's atmosphere, which means a gas composed of numerous trace components in addition to nitrogen, oxygen, and carbon dioxide.
  • the air may contain water vapor.
  • This plant cultivation device is applicable not only to artificial light cultivation environments such as plant factories, but also as supplementary devices in facility cultivation using sunlight such as greenhouse houses.

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Abstract

植物（１４０）を保持するための栽培プレート（１１０）と、前記栽培プレートの上方に配され、下方に向けて光を照射する照明（１１２）と、前記照明と前記栽培プレートとの間に位置し、内部に中空部（１０００）を有する透明中空管（１０４）と、前記透明中空管に人工光を導入する光源（１００）と、前記中空部に空気を供給するエアダクト（１０７）と、を備え、前記透明中空管は、前記中空部に供給された前記空気を上方に射出する送風開口（１０６）を有し、前記透明中空管の長手方向に進行した前記人工光を上方に反射するプリズム（１０５）を、平面視において前記送風開口の位置に有する。

Description

植物栽培装置
　本発明は、栽培装置に関する。
　植物に対して、上方あるいは斜め上方より光を照射しながら、栽培を行っている（たとえば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１３／０２１９５２号
　しかしながら、このような太陽あるいは人工光による、主に上方からの光照射だけでは、植物の中間部には十分に光が行き渡らずに、植物の育成に支障が生じる恐れがあった。
　本発明は、前記従来の課題を解決するもので、植物の上方部だけではなく中間部にも、光を照射可能な植物栽培装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本植物栽培装置は、植物を保持するための栽培プレートと、前記栽培プレートの上方に該栽培プレートと間隔を置いて位置し、内部に中空部を有する透明中空管と、前記透明中空管の上方に該透明中空管と間隔を置いて位置し、下方に向けて光を照射する照明と、前記透明中空管に人工光を導入する光源と、前記中空部に空気を供給するエアダクトと、を備え、前記透明中空管は、前記中空部に供給された前記空気を上方に射出する送風開口を有し、前記透明中空管の長手方向に進行した前記人工光を上方に反射するプリズムを、平面視において前記送風開口の位置に有することを特徴とする。
　以上のように、本植物栽培装置によれば、植物の中間部にも光を照射できる。
図１は第１実施形態における植物栽培装置の側面模式図。 図２は第１実施形態における植物栽培装置の上面模式図。 図３は第１実施形態における植物栽培装置のＡ矢視図。 図４は第１実施形態における送風兼照明ユニットにおける光路、および、空気流路を示す図。 図５は第１実施形態における植物栽培における送風兼照明ユニットの動作を示す図。 図６は第１実施形態における送風兼照明ユニットの模式図。 図７は第１実施形態における送風兼照明ユニットの模式図。 図８は実施形態１の他の例における送風兼照明ユニットの上面模式図。
　以下本実施形態について、図面を参照しながら説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本実施形態における植物栽培装置１の断面模式図である。図１は植物栽培装置１を側面方向から見た図である。植物栽培装置１は、植物１４０を保持するための栽培プレート１１０と、前記栽培プレート１１０の上方に該栽培プレート１１０と間隔を置いて位置し、内部に中空部１０００を有する透明中空管１０４と、を有する。植物栽培装置１は、前記透明中空管１０４の上方に該透明中空管１０４と間隔を置いて位置し、下方に向けて光を照射する照明１１２を有する。植物栽培装置１は、前記透明中空管１０４に人工光１２０を導入する光源１００を備える。植物栽培装置１は、前記中空部１０００に空気を供給するエアダクト１０７を備える。前記透明中空管１０４は、前記中空部１０００に供給された前記空気を上方に射出する送風開口１０６を有する。前記透明中空管１０４の長手方向Ｌに進行した前記人工光１２０を上方に反射するプリズム１０５を、平面視（上方から見た際）において前記送風開口１０６の位置に、透明中空管１０４は有する。
　各構成について説明する。
　人工光１２０を照射するＬＥＤなどの光源１００がある。光源１００からの入射光の内、青色のみを透過する波長フィルタ１０１がある。波長フィルタ１０１は、例えば、４００ｎｍから５００ｎｍの波長の光を透過する。波長フィルタ１０１は無くても良い。リフレクタ１０２は、光源１００、波長フィルタ１０１を囲うように配置され、内面は高反射率面となっている。光源１００、波長フィルタ１０１、リフレクタ１０２を合わせて光源ユニット１０３と呼ぶこともある。
　透明中空管１０４は、例えばポリカーボネート、アクリル、ＡＢＳなどの透明な樹脂で構成される。透明中空管１０４は、例えばφ５０の円筒形状である。透明中空管１０４の内部の中心部には、中空部１０００が配される。中空部１０００は、透明中空管１０４に完全に覆われる。透明中空管１０４の一端には、光源ユニット１０３が配置される。透明中空管１０４の長手方向Ｌに向けて光源１００からの人工光１２０が射出されるように光源ユニット１０３が配置される。透明中空管１０４には、エアー供給用の中空管であるエアダクト１０７が設けられ、エアダクト１０７の開口１０４ａから中空部１０００内に空気が導入される。導入された空気は、長手方向Ｌに沿って進行し、透明中空管１０４の他端に設けられた送風開口１０６を通過して、植物１４０に照射される。
　透明中空管１０４の管外形の下側にプリズム１０５が形成される。プリズム１０５は、透明中空管１０４内を伝播する人工光１２０を全反射で上方向に射出させる。ただし、上方にある照明１１２から下方に向けて照射される光は、プリズム１０５でほとんど反射しない。このため、照明１１２の光を遮らず、効率よく光を植物１４０の下方にまで照射できる。
　透明中空管１０４の上側に配置された送風開口１０６から噴射された空気は、植物１４０の葉裏にあたる。送風開口１０６は、プリズム１０５の上付近に配置される。透明中空管１０４の中空部１０００の両端に送風栓１０８が配置され、エアダクト１０７から供給された空気を送風開口１０６のみから射出させる。
　光源ユニット１０３や透明中空管１０４を含む上記の構成をあわせて送風兼照明ユニット１１と呼ぶことがある。この送風兼照明ユニット１１は、ガイド５００に保持される。ガイド５００は、透明中空管１０４を、栽培プレート１１０から離間する方向に移動させる。
　栽培プレート１１０の上側（植物栽培装置１の天井側）に配置され、植物に向かって光を照射する上側照明装置である照明１１２がある。照明１１２は、蛍光灯やＬＥＤなどの人工光を照射する照明である。
　栽培プレート１１０は床部に、透明中空管１０４は中間部に、照明１１２は天井部にそれぞれ配される。栽培プレート１１０と、透明中空管１０４と、照明１１２とは互いに離間する。栽培プレート１１０と、透明中空管１０４と、照明１１２との間には空間がそれぞれ配される。このような配置により、植物１４０の中間部に効率よく光と空気をあてることができる。
　図２は、植物栽培装置１を上側からみた（平面視した）模式的平面図である。栽培プレート１１０は、例えば発泡スチロールで構成される。図示していないが、栽培プレート１１０の下には、植物栽培用の養液が配置され、植物の根が浸かるように栽培プレート１１０が設置される。植物を一定間隔で配置するために栽培プレート１１０には複数の植物配置穴１１１が配される。
　送風兼照明ユニット１１は、平面視で、植物配置穴１１１の間に配置される。すなわち、植物の間に、透明中空管１０４が配される。図１では、1つの送風兼照明ユニット１１を図示したが、図２のように、複数の送風兼照明ユニット１１を準備し、栽培プレート１１０の両側から挟みこむように複数の送風兼照明ユニット１１を配置してもよい。
　図３は、図２の植物栽培装置１のＡ矢視図である。透明中空管１０４を含む送風兼照明ユニット１１は、栽培プレート１１０と照明１１２との間に複数段設けられてもよい。植物が成長し背丈が高くなっても、植物の葉面に光照射とエアー送風が可能となる。また、透明中空管１０４を照明１１２からの光に対して透明な素材で構成することで、透明中空管１０４を多段にしても、照明光を遮らず、効率よく植物に光を照射できる。プリズム１０５も、照明１１２からの光を遮らない。
　以上のように構成された植物栽培装置１について、その動作を説明する。
　図４は、送風兼照明ユニット１１における光路および空気流路を示す図である。光源１００からの人工光１２０は、波長フィルタ１０１により青色の波長域のみが透過し、透明中空管１０４の端面より入射する。透明中空管１０４に入射した人工光１２０は、透明中空管１０４の透明樹脂部分を全反射しながら長手方向Ｌに向かって伝播し、透明中空管１０４の外形下側に形成されたプリズム１０５に入射する。プリズム１０５に入射した人工光１２０は、プリズム１０５の斜面で全反射することで光路を変え透明中空管１０４の上方向に射出する。つまり、透明中空管１０４は、平面視において、送風開口１０６の位置に、透明中空管１０４の長手方向Ｌに進行した人工光１２０を上方に反射するプリズム１０５を有する。
　一方、エアダクト１０７より供給された空気１３０は、透明中空管１０４の両端が送風栓１０８で閉じられているので、透明中空管１０４の中空部分を流れて、送風開口１０６より、透明中空管１０４の上方に射出される射出空気１３１となる。送風開口１０６は、プリズム１０５の上付近に配置されているので、透明中空管１０４のほぼ同じ位置から光と空気を射出することができ、植物の葉面に対して効率よく光とエアーを照射することができる。植物の葉裏に青色の光を当てることにより、気孔を開かせ、さらに、エアーを照射することで、植物の成長を加速することができる。
　青色光のもつ特異的な生理作用としては、シロイヌナズナ等を中心に多くの論文で報告されている（例えば、井上晋一郎，外２名，「青色光受容体フォトトロピンに依存した植物の成長制御」，光合成研究，日本光合成学会，２００９年４月，第１９巻，第１号，ｐ．４－８）。モデル植物シロイヌナズナを用いた突然変異体の解析により、花芽形成促進、光形態形成、光屈性、概日時計または気孔開閉に関する青色光の作用等は顕著であることが報告されている。
　次に、植物の育成段階に応じた送風兼照明ユニット１１の動作を図５に示す。植物栽培初期においては、図５（ａ）に示すように、植物１４０の背の高さが低いので、下側の送風兼照明ユニット１１により光と空気が植物１４０の葉裏に照射される。植物１４０が成長し背が高くなると、栽培プレート１１０に近い部分のみに照明ユニットおよび送風口があると、植物１４０の下の方の葉でさえぎられ、上の方の葉に光と空気が届きにくくなる。これに対し、図５（ｂ）に示すように、送風兼照明ユニットを多段に配置することで、植物１４０が成長したときでも、植物１４０の葉裏に光と空気を照射できる。
　透明中空管１０４は、外側に突起がない棒状体であるため、図５（ｃ）に示すように、植物１４０の収穫時に送風兼照明ユニット１１を簡単に両側から引き抜くことで取り外すことができ、植物１４０の収穫を容易に行うことができる。つまり、本植物栽培装置は、透明中空管１０４を栽培プレート１１０から離間する方向に移動させるガイド５００を更に備える。ガイド５００は、レールを含み、より詳細には、ローラーレールで構成される。ガイド５００は、複数の透明中空管１０４を保持し、高さ方向に均等に位置するように複数の透明中空管１０４を固定する。
　かかる構成によれば、送風兼照明ユニット１１を多段に配置し、下側から青色の照明を照射すると同時に空気送風を行うことにより、植物の葉裏の気孔を開かせ、植物の生育状態を向上させることができる。また、蛍光灯等の熱源を植物近傍に配置しないため、葉焼け等を起こさない。
　また、透明中空管１０４を採用することで、当該透明中空管１０４を照明と植物プレートとの間に位置させても、照明の光を遮らない。そのため、照明からの光を、植物の根元にまで効率よく照射することができる。加えて、植物栽培初期において、植物の高さが、透明中空管１０４の高さ以下の場合においても、植物に照明からの光を効率よく照射することができる。なお、透明中空管１０４は、照明１１２からの照射光に対して、８０％以上の透過率を示す材料で構成される。
　なお、光源１００からの人工光１２０を白色光とし、波長フィルタ１０１を用いることで、照明の色の調整をしやすくしたが、光源１００に青色発光の照明を用い、波長フィルタ１０１を省略してもよい。その方が、エネルギ効率がよくなる。
　なお、上記では、人工光１２０を照射する光源１００（第１光源）とプリズム１０５を透明中空管１０４の下側に形成したが、図６に示すように、透明中空管１０４の上側にプリズム１０５を形成してもよい。
　また、光源１００からの人工光１２０がプリズム１０５に至るまでの光路中には、プリズム１０５が配されない図１の透明領域２０００が、透明中空管１０４には、形成される。この透明領域２０００は、プリズム１０５の配される領域に比べ透過率が高い。このため、余計な散乱や吸収を抑えることが可能となり、照明１１２からの光を効率よく、植物に照射できる。なお、プリズム１０５は、三角形断面としたが、台形や、その他の形状でもよい。
　なお、図７に示すように、透明中空管１０４の外形上側に第２プリズム１４２を配置し、透明中空管１０４の端面上側に第２光源６００と第２波長フィルタ１４１を配置してもよい。すなわち、前記光源１００は、前記人工光１２０として第１人工光を照射する第１光源であり、前記プリズム１０５は第１プリズムである。前記透明中空管１０４に第２人工光６０１を導入する第２光源６００を、植物栽培装置１は更に備える。前記透明中空管１０４は、前記第１プリズム１０５と対向する位置に、前記透明中空管１０４の長手方向Ｌに進行した前記第２人工光６０１を下方に反射する第２プリズム１４２を更に有する。
　なお、プリズム１０５は、透明中空管１０４内の一部にのみ配される。プリズム１０５の配置を最小限に抑えることで、照明１１２からの光をより効率よく、植物の根元付近にまで照射することができる。具体的には、透明中空管１０４を平面視した際に、透明中空管１０４の面積全体の１０％以上かつ３０％以下の面積となるようプリズム１０５の配置される領域を設計するのが好ましい。また、透明中空管１０４を平面視した際に、全体の１０％以上かつ３０％以下の面積となるようプリズム１０５と第２プリズム１４２の配置される領域を設計するのが好ましい。
　第２波長フィルタ１４１として、例えば、波長６００ｎｍから７００ｎｍの赤色フィルタとしてもよい。あるいは、第２波長フィルタ１４１を省略して、図３の照明１１２の補助としてもよい。
　第２光源６００と第２プリズム１４２を備えることで、葉表にも光を効率よく照射できる。この第２プリズム１４２も照明１１２からの光を遮らない。葉表には、光合成をさせるため、赤色を含む第２人工光６０１を照射する。第２光源６００に赤色光のみを照射する光源を採用し、第２波長フィルタ１４１を省略することで、エネルギ効率を向上できる。
　なお、本実施形態において、送風兼照明ユニット１１を３段としたが、この段数に限定されるものではない。なお、送風兼照明ユニット１１を栽培プレート１１０の端面に平行に配置したが、斜めに配置してもよい。なお、送風兼照明ユニット１１の上下方向の位置を固定しても、上下方向の位置を変える機構をガイド５００に設け、植物１４０の成長に応じて送風兼照明ユニット１１の上下位置を変更してもよい。
　なお、図８に示すように、透明中空管１０４に曲率を持たせてもよい。当該曲率の中心付近に植物１４０を配置すること、すなわち、透明中空管１０４で植物１４０の周囲を覆うことで、より効率的に、植物１４０に光を照射できる。この場合でも、透明中空管１０４の壁面内を人工光が伝播し、各プリズムにまで至る。前記曲率の曲率半径は５０ｍｍ以上かつ５００ｍｍ以下であることが好ましい。この範囲にすることで、より効率よく光を植物１４０に照射できる。
　なお、送風開口１０６の開口径を一定としても、場所によって開口径を変化させてもよい。送風開口１０６を複数個設け、大きい送風量の箇所と小さい送風量の箇所とを設けてもよい。また、植物の成長状況に応じて光源１００又は第２光源６００の光量を変化させてもよい。
　本実施形態により、例えば、背丈の高い果菜類、あるいは、葉が茂っている植物等、上方からの光や送風が中間部に行き渡りにくい植物に対しても、積極的に光や空気を照射できる。送風によって蒸散を促進するとともに、光合成を加速させることが可能となり、植物の生育を早め、面積当たり、あるいは、時間当たりの収量を上げることが可能となる。
　なお、空気とは、地球の大気であり、窒素、酸素及び二酸化炭素のほか多数の微量成分で構成される気体を言う。空気には水蒸気が含まれても良い。
　本植物栽培装置は、植物工場等の人工光栽培環境のみならず、温室ハウス等の太陽光を用いた施設栽培においても、その補光装置として適用可能である。

Claims (9)

  1. 　植物を保持するための栽培プレートと、
    　前記栽培プレートの上方に該栽培プレートと間隔を置いて位置し、内部に中空部を有する透明中空管と、
    　前記透明中空管の上方に該透明中空管と間隔を置いて位置し、下方に向けて光を照射する照明と、
    　前記透明中空管に人工光を導入する光源と、
    　前記中空部に空気を供給するエアダクトと、を備え、
    　前記透明中空管は、前記中空部に供給された前記空気を上方に射出する送風開口を有し、
    　前記透明中空管は、前記透明中空管の長手方向に進行した前記人工光を上方に反射するプリズムを、平面視において前記送風開口の位置に有する、植物栽培装置。
  2. 　前記光源は、前記人工光として第１人工光を照射する第１光源であり、
    　前記プリズムは第１プリズムであり、
    　前記透明中空管に第２人工光を導入する第２光源を更に備え、
    　前記透明中空管は、前記第１プリズムと対向する位置に、前記透明中空管の長手方向に進行した前記第２人工光を下方に反射する第２プリズムを更に有する、請求項１の植物栽培装置。
  3. 　前記第１人工光は、青色光又は白色光であり、
    　前記第２人工光は、赤色光または白色光である、請求項２の植物栽培装置。
  4. 　前記第１人工光は、青色光であり、
    　前記第２人工光は、赤色光である、請求項３の植物栽培装置。
  5. 　前記透明中空管は、高さ方向に複数段設けられる、請求項１～４のいずれかの植物栽培装置。
  6. 　前記透明中空管を平面視した際に、前記プリズムの面積が占める割合は、前記透明中空管全体の面積の１０％以上かつ３０％以下である、請求項１～５のいずれかの植物栽培装置。
  7. 　前記透明中空管は、曲率を有する、請求項１～６のいずれかの植物栽培装置。
  8. 　前記透明中空管の前記曲率の曲率半径は、５０ｍｍ以上かつ５００ｍｍ以下である、請求項７の植物栽培装置。
  9. 　前記透明中空管を前記栽培プレートから離間する方向に移動させるガイドを更に備える、請求項１～８いずれかの植物栽培装置。
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