WO2022071129A1 - 栽培環境制御装置 - Google Patents

栽培環境制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2022071129A1
WO2022071129A1 PCT/JP2021/035125 JP2021035125W WO2022071129A1 WO 2022071129 A1 WO2022071129 A1 WO 2022071129A1 JP 2021035125 W JP2021035125 W JP 2021035125W WO 2022071129 A1 WO2022071129 A1 WO 2022071129A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light irradiation
unit
airflow
plant
control device
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/035125
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祥弘 武村
大樹 藤原
永光 野澤
佳之 挽野
幸成 堀之内
Original Assignee
Ｍｉｒａｉ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｍｉｒａｉ株式会社 filed Critical Ｍｉｒａｉ株式会社
Priority to EP21875431.5A priority Critical patent/EP4223107A4/en
Publication of WO2022071129A1 publication Critical patent/WO2022071129A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/249—Lighting means
    • 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
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/246—Air-conditioning systems

Definitions

  • the present invention relates to a cultivation environment control device including a light irradiation unit that irradiates a plant with light.
  • environmental control especially the method of light irradiation and ventilation, needs to be adjusted according to the type of plant in order to maximize the effects of chip burn suppression and growth promotion.
  • the range of changeable conditions of the environmental control device is narrow, it will be necessary to prepare different environmental control devices for each type of plant or replace the existing environmental control devices with new ones, but they are cultivated. It leads to an increase in cost. Therefore, the environmental control device is required to have expandability capable of cultivating a plurality of types of plants.
  • the blast control device is fixed to the cultivation facility (see, for example, Patent Document 4) and an example in which the blast control device is variable (see Patent Document 5) are known.
  • Japanese Patent No. 6244554 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-41694 JP-A-2017-205772 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-125196 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-25480
  • the cultivation environment control device includes a light irradiation unit that irradiates a plant with light and an air flow generation unit that generates an air flow around the plant, and the light irradiation unit and the air flow generation unit include the light irradiation unit and the air flow generation unit. It is intermittently controlled or strongly controlled.
  • the cultivation environment control device includes a holding unit that holds the light irradiation unit and the airflow generating unit in the cultivation environment control device according to claim 1, and the distance between the holding unit and the plant. Is adjustable.
  • the cultivation environment control device is the cultivation environment control device according to claim 1. It is equipped with an airflow control mechanism that generates an airflow with respect to the core of the light.
  • the cultivation environment control device is the cultivation environment control device according to claim 3, wherein the airflow generating unit is 0.3 m / s or more and 1.5 m or more with respect to the core of the plant by the airflow control mechanism. It produces an air flow of a predetermined speed of / s or less.
  • the cultivation environment control device is the cultivation environment control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the light irradiation unit is white light having a color temperature of 3000 K or more or a wavelength of 620 nm or more and 700 nm or less. It is provided with a control unit that includes the red light of the above and intermittently controls the light irradiation unit so as to repeat energization and de-energization at a predetermined cycle of 10 ⁇ s or more and 20 ms or less.
  • the cultivation environment control device is the cultivation environment control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the light irradiation units are arranged in pairs, and one of the light irradiation units and the other are arranged. The light irradiation unit and the light irradiation unit are alternately supplied with power from the same power source.
  • the cultivation environment control device which concerns on 1st Embodiment is shown, (a) is the sectional view of the cultivation environment control device, (b) is the perspective view of a part of the cultivation environment control device. (A) is a plan view showing the arrangement of plants of the same cultivation environment control device, and (b) is a plan view showing a position where an air flow is generated by an air flow control mechanism. It is a block diagram which shows the structure of the cultivation environment control apparatus as above, (a) shows one example, (b) shows another example, (c) shows further another example. Same as above It is a block diagram schematically showing the control unit of the cultivation environment control device.
  • (A) A graph showing an example of a voltage change in the RC circuit of the control unit
  • (b) is a graph showing an example of a voltage change in the inverter circuit of the control unit
  • (c) is a switch of the control unit. It is a graph which shows an example of the output voltage from an element.
  • (A) shows an example of the time change of the electric power between the time when the light irradiation unit is constantly lit and the time of pulse control
  • (b) shows an example of the time change of the electric power when the on / off switching cycle of the light irradiation unit is short.
  • the graph, (c) is a graph showing an example of the time change of electric power when the on / off switching cycle of the light irradiation unit is long.
  • FIG. 3 It is a graph which shows the time change of the power consumption in each configuration shown in FIG. 3, (a) shows the example corresponding to the example shown in FIG. 3 (a), (b) is in FIG. 3 (b). An example corresponding to the example shown is shown, and (c) shows an example corresponding to the example shown in FIG. 3 (c).
  • the cultivation environment control device which concerns on the 2nd Embodiment is shown, (a) is the sectional view of the cultivation environment control device, (b) is the perspective view of a part of the cultivation environment control device. (A) is a plan view showing the arrangement of plants of the same cultivation environment control device, and (b) is a plan view showing a position where an air flow is generated by an air flow generating portion.
  • the cultivation environment control apparatus which concerns on 3rd Embodiment is shown, (a) is the sectional view of the cultivation environment control apparatus, (b) is the perspective view of a part of the cultivation environment control apparatus.
  • a cultivation environment control device according to a fourth embodiment is shown, (a) is a perspective view schematically showing a part of the cultivation environment control device, and (b) is a graph schematically showing a time change of power consumption. be.
  • FIG. 1 (a) indicates a cultivation environment control device.
  • the cultivation environment control device 1 controls the cultivation environment such as light, temperature, humidity, and air flow in the hydroponic cultivation of the plant P.
  • the cultivation environment control device 1 is suitably used in a plant factory, particularly a closed type plant factory.
  • the cultivation environment control device 1 is installed on the cultivation shelf 2 on which the plant P is arranged.
  • the cultivation shelf 2 is, for example, a multi-stage type having a skeleton having a beam 4 which is a support portion erected between a plurality of columns.
  • the temperature and humidity in the room where the cultivation shelf 2 is installed are controlled by an air conditioner.
  • the vertical direction is the direction in which the stages of the cultivation shelves 2 are stacked
  • the left-right direction is the arrow X direction shown in FIG. 1 (b) and the like
  • the front-back direction is the arrow Y direction shown in FIG. 1 (b) and the like.
  • the vertical direction is the direction in which the stages of the cultivation shelves 2 are stacked
  • the left-right direction is the arrow X direction shown in FIG. 1 (b) and the like
  • the front-back direction is the arrow Y direction shown in FIG. 1 (b) and the like.
  • a space 5 is formed in each stage of the cultivation shelf 2, and a cultivation panel 6 in which the plant P is cultivated is installed in this space 5.
  • a plurality of plants P are arranged on the cultivation panel 6.
  • a hole 6a is formed in the cultivation panel 6, and a plant P is arranged in each hole 6a.
  • a plurality of cultivation panels 6 are arranged in the space 5.
  • the cultivation panels 6 are formed longitudinally in the left-right direction, and two are arranged side by side in the left-right direction and five in the front-rear direction.
  • the cultivation panel 6 has a size of about 1.2 m in the left-right direction and about 1.5 m in the front-back direction.
  • the holes 6a are arranged at equal intervals or substantially equal intervals in the front-back and left-right directions, and are arranged in a staggered pattern as a whole, and a plurality of rows along the front-back direction are formed in the left-right direction. , The positions of the holes 6a in the rows adjacent to each other are alternately shifted back and forth.
  • the plant P is arranged in each hole 6a. That is, the arrangement of the plant P is the same as that of the hole 6a.
  • the same type of plant P is arranged on the same cultivation panel 6.
  • a cultivation pool 8 through which a nutrient solution 7 for hydroponics flows is provided below the cultivation panel 6.
  • the cultivation shelves 2 are installed singularly or plurally depending on the scale of the factory.
  • the cultivation environment control device 1 has a holding portion 10 arranged in the space 5 of the cultivation shelf 2.
  • the holding portion 10 is a holding body (retainer) arranged apart from above the cultivation panel 6 in the space 5.
  • the holding portion 10 is provided so as to be movable in the vertical direction by an arbitrary moving mechanism, and is configured so that the distance between the plant P and the plant P can be adjusted inside the space 5.
  • the holding portion 10 is suspended from the beam 4 by the linear body 11 which is a height adjusting portion, and the distance between the holding portion 10 and the plant P is adjusted by adjusting the length of the linear body 11. Can be adjusted.
  • the holding unit 10 includes one or a plurality of light irradiation units 12 that irradiate the plant P to be cultivated with light, and one or a plurality of airflow generation units 13 that generate an air flow in the surrounding space 5 in which the plant P is located. , Are detachably and integrally arranged. That is, the light irradiation unit 12 and the airflow generation unit 13 are unitized by the holding unit 10. In the present embodiment, a plurality of light irradiation units 12 and airflow generation units 13 are held in one holding unit 10. The light irradiation unit 12 and the airflow generation unit 13 are supplied with power from a power source 14 (FIGS. 3A to 3C) which is an external power source such as a commercial power source.
  • a power source 14 FIGS. 3A to 3C
  • the power supply 14 (FIGS. 3A to 3C) is set, for example, one for each holding unit 10, and a plurality of light irradiation units 12 held by the holding unit 10. Further, power is supplied to the plurality of airflow generating units 13 from one power source 14 (FIGS. 3A to 3C). That is, one holding unit 10, a plurality of light irradiation units 12 and an airflow generating unit 13 held by the holding unit 10 form a unit, and each unit has a power supply 14 (FIGS. 3A to 3). Power is supplied from (c)).
  • the light irradiation unit 12 irradiates the plant P with light that promotes the growth of the plant P.
  • the light irradiation unit 12 is a light source or a lamp, and a light emitting element, for example, an LED is preferably used.
  • the light irradiation unit 12 includes white light having a color temperature of 3000 K or more or red light having a wavelength of 620 nm or more and 700 nm or less.
  • a plurality of light irradiation units 12 are held by the holding units 10 with a gap of a predetermined value or more from each other.
  • the light irradiation unit 12 is formed in a longitudinal shape. In the example shown in FIG.
  • a plurality of rows for example, 5 rows in the left-right direction and one row in the longitudinal direction along the left-right direction are arranged along the longitudinal direction.
  • the outer shell of the light irradiation unit 12 is formed in a cylindrical shape.
  • a plurality of light emitting elements are arranged side by side in the longitudinal direction inside a translucent outer shell.
  • the gap between adjacent light irradiation units 12 is set to 1 cm or more. That is, in the illustrated example, the gap between the light irradiation units 12 adjacent to each other in the left-right direction and the gap between the light irradiation unit 12 located at the end in the front-rear direction and the plurality of light irradiation units 12 arranged in the left-right direction are formed. Each is 1 cm or more.
  • the holding portion 10 is arranged so that the gap between the light irradiation portions 12 is located above the plant P. The arrangement is such that light is irradiated from a plurality of light irradiation units 12 to one plant P.
  • the reflector 15 is arranged between the light irradiation unit 12 and the holding unit 10, that is, above the light irradiation unit 12.
  • the reflector 15 reflects the light emitted upward from the light irradiation unit 12 to the lower side on the plant P side.
  • the reflector 15 is a plate-shaped reflector curved in a circular arc shape along the upper portion of the light irradiation unit 12.
  • the light irradiation unit 12 is attached to the holding unit 10 via the reflector 15.
  • the light irradiation unit 12 is arranged at the lower part of the main body portion 10a of the holding portion 10.
  • the main body portion 10a is formed in a plate shape.
  • the main body portion 10a is located at the lower end portion of the holding portion 10.
  • the main body portion 10a is arranged so as to cover the entire cultivation panel 6 arranged in the space 5.
  • the main body portion 10a is formed in a rectangular shape.
  • the lighting state of the light irradiation unit 12 is controlled by the control unit 17 shown in FIG.
  • the control unit 17 is electrically connected to the power supply 14 via the control panel 18 and controls the power supply from the power supply 14 to the light irradiation unit 12.
  • the control unit 17 includes an RC circuit 17a, which is an oscillation circuit that sets the cycle of power supply from the power supply 14, an inverter circuit 17b, which is a driver circuit that outputs a signal with a cycle set by the RC circuit 17a, and an inverter circuit 17b.
  • a pulse wave generator comprising a switch element 17c, which is switched according to a signal output from the device, is provided.
  • the RC circuit 17a is provided with a capacitor having a predetermined capacity and a resistor having a predetermined resistance value.
  • a capacitor having 100 nF is used as the capacitor.
  • a variable resistor is preferably used as the resistor, and the period can be variably set according to the resistance value. Then, in the RC circuit 17a, the charging and discharging of the capacitor are repeated (shown by the solid line in FIG. 5A), so that a signal for setting the energization period of the inverter circuit 17b is generated.
  • Inverter IC is preferably used for the inverter circuit 17b.
  • the voltage applied to the capacitor of the RC circuit 17a is 50% or more of the power supply voltage
  • a current flows through the inverter circuit 17b (shown by the solid line and the thin line in FIG. 5B).
  • the switch element 17c is switched on and off according to the current flowing through the inverter circuit 17b.
  • the switch element 17c has a filtering function and a switch function.
  • a power MOSFET is preferably used as the switch element 17c.
  • the switch element 17c is turned on only when a current flows through the inverter circuit 17b, so that the voltage supplied from the power supply 14 to the light irradiation unit 12 is turned on and off (FIG. 5 (c)). Shown in solid line).
  • the light irradiation unit 12 is intermittently driven by the control unit 17. That is, the light irradiation unit 12 is microscopically controlled intermittently by the control unit 17.
  • the control unit 17 is configured to PWM control the light irradiation unit 12 at a predetermined duty ratio, for example, a duty ratio of 50%.
  • a predetermined duty ratio for example, a duty ratio of 50%.
  • the power consumption is low, so that a loss occurs when switching between before and after on and before and after off, resulting in switch loss (shaded in FIGS. 6 (b) and 6 (c)). In the part), the shorter the switching cycle between energization and non-energization (FIG.
  • the light irradiation unit 12 is intermittently controlled so as to repeat energization and de-energization at a predetermined cycle of 10 ⁇ s or more and 20 ms or less, preferably 400 ⁇ s or more and 4 ms or less (FIG. 6A). ..
  • control unit 17 is set to be operated and not operated during the day.
  • the light irradiation unit 12 is intermittently controlled by the control unit 17 so as to repeat energization and de-energization from the power supply 14, and the light irradiation unit 12 to the plant P (FIG. 1 (a)). This is the period (light period) in which pulsed light is irradiated.
  • the energization / non-energization of the light irradiation unit 12 from the power supply 14 by the control unit 17 is not controlled, and the light irradiation unit 12 is maintained in the off state and the light irradiation unit 12 is used. It is a period (dark period) in which light is not irradiated to the plant P (FIG. 1 (a)).
  • the power supply period from the power supply 14 to the control unit 17 is controlled by the timer 20 shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c).
  • the timer 20 is provided on, for example, the control panel 18.
  • the timer 20 may be, for example, a known time switch, a PLC, a computer, or the like. Therefore, the light irradiation unit 12 is macroscopically controlled intermittently by the timer 20. In the present embodiment, the timer 20 operates the light irradiation unit 12 with 12 to 18 hours as the light period and the remaining time as the dark period out of 24 hours.
  • the airflow generating section 13 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) diffuses and dehumidifies the vapor generated by the transpiration of the plant P during photosynthesis.
  • a motor fan is used for the airflow generating unit 13.
  • a blower fan or a compressor may be used as the airflow generating unit 13.
  • the airflow generation unit 13 generates an airflow from the position of the gap of the light irradiation unit 12 to the core, which is the central portion of the plant P.
  • the airflow generating portion 13 is arranged above the mounting portion 10b of the holding portion 10.
  • the mounting portion 10b is formed in a plate shape.
  • the mounting portion 10b is located at the upper end portion of the holding portion 10.
  • the mounting portion 10b is arranged above the main body portion 10a so as to face the main body portion 10a.
  • the outer edge of the mounting portion 10b is connected to the main body portion 10a.
  • An air passage portion 10c communicating with the exhaust side or the intake side of the airflow generating portion 13 is formed between the mounting portion 10b and the main body portion 10a.
  • the air passage portion 10c is a ventilation space portion formed inside the holding portion 10. Air flows through the air passage portion 10c due to the operation of the airflow generating portion 13.
  • an opening 10d is formed in the holding portion 10 at a position facing the hole 6a of the cultivation panel 6, respectively. That is, as shown in FIG. 1A, the openings 10d are arranged in the same number as the plant P and are located above the plant P.
  • the opening 10d is formed through the main body 10a and communicates with the air passage 10c.
  • the airflow control mechanism 21 is configured by the air passage portion 10c and the opening portion 10d to generate a uniform airflow from the position of the gap of the light irradiation portion 12 to the core of the plant P by the airflow generation portion 13. That is, the airflow control mechanism 21 is a duct having an opening 10d.
  • the airflow generation unit 13 can generate an airflow at a predetermined speed with respect to the core of the plant P by blowing or sucking by the airflow control mechanism 21.
  • the airflow generating unit 13 can blow an airflow at a predetermined velocity from above the plant P to the core of the plant P.
  • the predetermined speed is preferably 0.3 m / s or more and 1.5 m / s or less.
  • the wind speed is less than 0.3 m / s, the diffusion of steam is insufficient and the humidity does not decrease, and if it is higher than 1.5 m / s, the plant P may collapse or bend due to the air flow. Is. Further, the direction in which the airflow is blown to the core of the plant P may be directly below or diagonally.
  • the airflow generation unit 13 is intermittently controlled.
  • the intermittent control of the airflow generation unit 13 may or may not be synchronized with the intermittent control of the light irradiation unit 12.
  • FIG. 7A For example, in the case of synchronizing the intermittent control of the airflow generation unit 13 with the intermittent control of the light irradiation unit 12, considering that the plant P mainly activates the evaporation in the light period of the light irradiation unit 12, FIG. As shown in a) and FIG. 7A, by connecting the airflow generation unit 13 electrically in parallel with the control unit 17 to the timer 20, the airflow generation unit 13 is connected only in the light period of the light irradiation unit 12. It may be operated and the airflow generation unit 13 may be stopped in the dark period of the light irradiation unit 12, or as shown in FIGS. 3 (b) and 7 (b), the timer 20 and electricity are supplied to the power supply 14.
  • the airflow generation unit 13 is intermittently controlled separately from the light irradiation unit 12 by using another timer 22 connected in series, and stopped in the dark period of the light irradiation unit 12.
  • the airflow that diffuses the humidity around the plant P (FIG. 1 (a)) generated by the evaporation of the plant P (FIG. 1 (a)) may be minimized.
  • the configurations shown in FIGS. 3 (a) and 7 (a) have lower initial costs, and the configurations shown in FIGS. 3 (b) and 7 (b) have lower running costs.
  • the intermittent control of the airflow generation unit 13 is changed to the intermittent control of the light irradiation unit 12.
  • another timer 22 electrically connected in parallel with the timer 20 to the power supply 14 is used, and the light irradiation unit 12 is used.
  • the airflow generation unit 13 may be intermittently controlled separately from these during the light period and the dark period. In this case, as compared with the configurations shown in FIGS. 3 (a) and 7 (a) and the configurations shown in FIGS. 3 (b) and 7 (b), even in the dark period of the light irradiation unit 12. It is expected that the humidity will be kept constant more reliably and the quality of plant P will be further improved.
  • the cultivation environment control device 1 intermittently supplies the power supply from the power supply 14 to the light irradiation unit 12 by the control unit 17, so that the light irradiation unit 12 is energized and de-energized at a predetermined cycle, and the plant P is used. Irradiate the necessary light. That is, the light irradiation unit 12 irradiates the plant P with pulsed light having a predetermined period. Further, in the light irradiation unit 12, the power supply period from the power supply 14 to the control unit 17 is controlled by the timer 20, so that the plant P is irradiated with light while repeating energization and de-energization, and the plant P. A dark period without irradiating light is set.
  • the heat generation from the light irradiation unit 12 is reduced by 40% to 50%. Therefore, the humidity of the space 5 rises as the operating time of the air conditioner decreases.
  • a dehumidifying device is used to suppress an increase in the humidity of the space 5, energy is consumed and the power cost increases.
  • the air flow generation unit 13 is intermittently controlled by controlling the power supply from the power supply 14 by the timer 20 and / or the timer 22.
  • the airflow control mechanism 21 When the airflow generation unit 13 operates, the airflow control mechanism 21 generates an airflow at a predetermined speed with respect to the core of the plant P, diffuses the steam generated by the evaporation of the plant P, and reduces the heat generation of the light irradiation unit 12. It is possible to suppress an increase in humidity in the surrounding space 5 due to a decrease in the operating time of the air conditioner.
  • the airflow generated by the airflow generating unit 13 promotes the growth of the plant P and the reduction of chip burn, and at the same time, the airflow including the airflow generating unit 13 and the energy consumption of the cultivation environment control device 1 between the light irradiation unit 12 are reduced.
  • the deterioration of quality caused by the increase in humidity due to the decrease in heat supply of the light irradiation unit 12 to the cultivated plants is prevented without a significant increase in energy consumption.
  • the light irradiation unit 12 and the airflow generation unit 13 are operated with low energy consumption, and the plant P is operated. It is possible to reduce energy consumption while ensuring the quality of the plant P by irradiating the light necessary for the growth of the plant P from the light irradiation unit 12 and adjusting the humidity environment by the air flow generated by the air flow generation unit 13.
  • the light irradiation unit 12 and the airflow generation unit 13 are unitized, the expandability is high, and the light irradiation and airflow supply can be easily adjusted according to the type of plant P. There is no need to add or change various devices.
  • the distance between the holding part that holds the light irradiation part 12 and the airflow generation part 13 and the plant P can be adjusted, the light from the light irradiation part 12 according to various types, sizes, and shapes of the plant P can be adjusted.
  • the irradiation conditions and the airflow conditions generated by the airflow generating portion 13 can be set according to the height of the holding portion 10, and the quality of the plant P can be improved.
  • the airflow generation unit 13 uses the gaps between the light irradiation units 12 to generate an airflow with respect to the core of the plant P by the airflow control mechanism 21, so that the humidity of the cultivated plant P tends to increase. It moves the air near the point and effectively promotes the transpiration of plant P and the advection of calcium to the leaf tips. Therefore, the movement of air and the advection of calcium can promote the growth of plant P and reduce the risk of mold and chip burn.
  • the airflow generation unit 13 sets the speed of the airflow generated in the core portion of the plant P to 0.3 m / s or more and 1.5 m / s or less, and intermittently controls the airflow generation unit 13 to control the plant P.
  • the steam can be reliably diffused without being collapsed or bent by the air flow, the growth of the plant P can be effectively promoted, and the risk of mold and chip burn can be significantly reduced.
  • the light irradiation unit 12 contains white light having a color temperature of 3000 K or more or red light having a wavelength of 620 nm or more and 700 nm or less, and the time of one cycle of energization and non-energization from the power source 14 is 10 ⁇ s or more and 20 ms or less.
  • the energy consumption can be reduced without reducing the growth rate of the plant P.
  • the LED since the LED has a good on / off response, it is possible to control the on / off in a short cycle.
  • control unit 17 creates an arbitrary electric waveform using an AC frequency and waveform or an oscillation circuit such as an RC circuit, and passes it through a power semiconductor having a filtering function and a switch function when it is not energized.
  • the structure can be configured so that power consumption does not occur including the light irradiation unit 12.
  • the light irradiation unit 12 and the airflow generation unit 13 are held in the lower part of the holding unit 10, respectively.
  • a plurality of airflow generating portions 13 are fixed to the holding portions 10 formed in a frame shape.
  • the holding portion 10 has a quadrangular frame-shaped outer frame portion 10e, and a plurality of frame portions 10f formed on the outer frame portion 10e in a predetermined direction, and in the present embodiment, along the front-rear direction.
  • the airflow generating portions 13 are attached to both sides of each frame portion 10f.
  • the light irradiation unit 12 is attached below the frame unit 10f.
  • the airflow generating portion 13 is arranged at a position corresponding to the hole portion 6a, respectively. Therefore, as shown in FIG. 8A, the airflow generating portion 13 is arranged above the core of each plant P. That is, in the present embodiment, the same number of airflow generating portions 13 are arranged as the plants P. Each of these airflow generators 13 is electrically connected in parallel to the power supply 14.
  • the other configurations of the cultivation environment control device 1 according to the second embodiment are basically the same as those of the first embodiment.
  • the cultivation environment control device 1 has the same configuration as that of the first embodiment, such as intermittently controlling the light irradiation unit 12 and the air flow generation unit 13, so that energy consumption can be reduced. It is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment, such that there is no need to add or change a large amount of equipment after the introduction.
  • the airflow generation unit 13 is arranged for each core of the plant P, the operation of the airflow generation unit 13 is controlled according to the state of each plant P to generate an airflow suitable for each plant P. Is possible.
  • the light irradiation unit 12 and the air flow generation unit 13 are held in the lower part of the holding unit 10, respectively.
  • the light irradiation unit 12 is basically held in the lower part of the holding unit 10 as in the first embodiment.
  • the airflow generating portion 13 is held at the end of the airflow guiding portion 10g, which is an airflow control mechanism attached to the gap between the light irradiation portions 12 at the lower part of the holding portion 10. There is.
  • the wind guide portion 10g is formed in a longitudinal shape in the front-rear direction.
  • the air guide portion 10g is a duct or tube formed in a cylindrical shape with one end closed, or in the present embodiment, in a cylindrical shape.
  • An airflow generating portion 13 is attached to the other end of the air guiding portion 10g.
  • An opening 10g1 is formed in the lower part of the air guide portion 10g.
  • the opening 10g1 is located corresponding to the core of the plant P. That is, in the present embodiment, the same number of openings 10g1 are arranged as the plants P.
  • the airflow generating unit 13 is electrically connected to the light irradiation unit 12 in parallel.
  • the airflow generating portion 13 may be one-to-one or many-to-one with respect to the airflow guiding portion 10g.
  • the other configurations of the cultivation environment control device 1 according to the third embodiment are basically the same as those of the first embodiment.
  • the cultivation environment control device 1 has the same configuration as that of the first embodiment, such as intermittently controlling the light irradiation unit 12 and the air flow generation unit 13, so that energy consumption can be reduced. It is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment, such that there is no need to add or change a large amount of equipment after the introduction.
  • a single power supply 14 is connected to each pair of holding portions 10.
  • the holding portion 10 is light irradiation attached to one holding portion 10 with one or more of them as one unit U1 and the same number of holding portions 10 as the other unit U2.
  • the unit 12 and the light irradiation unit 12 attached to the other holding unit 10 are configured to be alternately supplied with power from the same power source 14 at a predetermined cycle. Therefore, in the present embodiment, the plurality of light irradiation units 12 are supplied with electric power from one power source 14 and have a unit structure in which energization and de-energization are synchronized for each section of a certain area.
  • the light irradiation unit 12 attached to the other holding portion 10 is de-energized.
  • the light irradiation unit 12 attached to the other holding portion 10 is de-energized. do.
  • the light irradiation unit 12 attached to one holding portion 10 and the light irradiation unit 12 attached to the other holding portion 10 have their energized periods and non-energized periods synchronized with each other. There is.
  • These switching is realized by selectively switching by a switching circuit in which a plurality of light irradiation units 12 are connected in parallel instead of the control unit 17.
  • the airflow generation unit 13 can be intermittently controlled separately from the light irradiation unit 12 by electrically connecting to the timer 20 or the timer 22.
  • the other configurations of the cultivation environment control device 1 according to the fourth embodiment are basically the same as those of the third embodiment.
  • the cultivation environment control device 1 has the same configuration as that of the first embodiment, such as intermittently controlling the light irradiation unit 12 and the air flow generation unit 13, so that energy consumption can be reduced. It is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment, such that there is no need to add or change a large amount of equipment after the introduction.
  • one light is alternately supplied from the same power source 14 to the unit of one light irradiation unit 12 and the unit of the other light irradiation unit 12 at a predetermined cycle.
  • the unit of the irradiation unit 12 and the unit of the other light irradiation unit 12 do not overlap in the cycle of energization and non-energization, and the instantaneous power consumption can be reduced, and the power cost can be reduced.
  • the electric capacity and the installation position are restricted within the limits. It is possible to irradiate as many plants P as possible with synchronized pulsed light.
  • the light irradiation unit 12 and the airflow control unit 13 are configured to perform intermittent control, that is, to switch between energization and non-energization, but the present invention is not limited to this, and the light irradiation unit 12 and the airflow control unit 13 are not limited to this. May be configured to control the strength of the light.

Abstract

栽培環境制御装置１は、植物Ｐに光を照射する光照射部12を備える。栽培環境制御装置１は、植物Ｐの周囲に気流を発生させる気流発生部13を備える。光照射部12および気流発生部13は、間欠制御または強弱制御される。

Description

栽培環境制御装置
　本発明は、植物に光を照射する光照射部を備える栽培環境制御装置に関する。
　植物の栽培において、露地栽培、あるいはハウス栽培は、豪雨、台風といった突発的な自然災害や気変動への対策が難しい。そのため、年間を通じての予想が立て難く、特に野菜の卸売り、小売り業からは農作物の安定生産が求められている。
　そのため、屋内の環境制御による栽培、いわゆる閉鎖型植物工場が注目されている。しかしながら、光、温度、湿度、気流といった栽培環境を、電気を主とした人工エネルギーを投入して制御、維持する必要があるため、生産量が同じであれば露地栽培に対して生産コストが増加する。したがって、より生産効率を増加させかつ投入エネルギーの小さな栽培環境制御の仕組みが求められている。
　栽培環境の内、温度、湿度を均質化させることで葉の褐変（チップバーン）を防ぎ、かつ植物への二酸化炭素の供給を促すことで植物の成長を促進させ、生産効率を高める方法としては、植物への送風が知られている。このような植物への送風を植物工場で実施する形態として、植物の側面から送風する方法（例えば、特許文献１参照）、あるいは、植物の上方から送風する方法（例えば、特許文献２参照）、あるいは植物の下方から送風する方法（例えば、特許文献３参照）が知られている。
　また、環境制御、特に光の照射および送風の方法は、チップバーン抑制と成長促進の効果を最大化するために植物の種類に合わせて調整する必要がある。その場合、環境制御装置の変更可能な条件の幅が狭いと、植物の種類毎に異なる環境制御装置を準備する、または既設の環境制御装置を新しいものに交換する必要が生じるが、それらは栽培コストの増大につながる。したがって、環境制御装置には、複数種の植物の栽培に対応可能な拡張性が求められる。例えば、栽培設備に対し送風制御装置が固定な例（例えば、特許文献４参照）、および、送風制御装置が可変な例（特許文献５参照）が知られている。
特許第６２４４５５４号公報 特開２０１９－４１６９４号公報 特開２０１７－２０５０７２号公報 特開２０１２－１２５１９６号公報 特開２０２０－２５４８０号公報
　特許文献１および２に記載された方法のように、光の照射に加えて送風を実施する場合、消費エネルギーの低減と栽培環境制御の拡張性の確保とが求められる。
　本発明は、消費エネルギーの低減を図ることができ、かつ導入以降大幅な装置の追加や変更の必要がない栽培環境制御装置を提供することを目的とする。
　請求項１記載の栽培環境制御装置は、植物に光を照射する光照射部と、前記植物の周囲に気流を発生させる気流発生部と、を備え、前記光照射部および前記気流発生部は、間欠制御または強弱制御されるものである。
　請求項２記載の栽培環境制御装置は、請求項１記載の栽培環境制御装置において、前記光照射部および前記気流発生部を保持する保持部を備え、前記保持部と前記植物との間の距離は、調整可能であるものである。
　請求項３記載の栽培環境制御装置は、請求項１または２記載の栽培環境制御装置において、前記光照射部は、互いに間隙をもって複数配置され、前記間隙を利用して前記気流発生部により前記植物の芯に対して気流を発生させる気流制御機構を備えるものである。
　請求項４記載の栽培環境制御装置は、請求項３記載の栽培環境制御装置において、前記気流発生部は、前記気流制御機構により、前記植物の芯に対して０．３ｍ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ以下の所定速度の気流を生じさせるものである。
　請求項５記載の栽培環境制御装置は、請求項１ないし４いずれか一記載の栽培環境制御装置において、前記光照射部は、色温度が３０００Ｋ以上の白色光、または、波長が６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色光を含み、前記光照射部を１０μｓ以上２０ｍｓ以下の所定の周期で通電と非通電とを繰り返すように間欠制御する制御部を備えるものである。
　請求項６記載の栽培環境制御装置は、請求項１ないし５いずれか一記載の栽培環境制御装置において、前記光照射部は、対をなして配置され、一方の前記光照射部と、他方の前記光照射部と、に対し、同一の電源から交互に給電されるものである。
　本発明によれば、消費エネルギーの低減を図ることができ、かつ導入以降大幅な装置の追加や変更の必要がない。
第１の実施の形態に係る栽培環境制御装置を示し、（ａ）は栽培環境制御装置の断面図、（ｂ）は栽培環境制御装置の一部の斜視図である。 （ａ）は同上栽培環境制御装置の植物の配置を示す平面図、（ｂ）は気流制御機構により気流を発生させる位置を示す平面図である。 同上栽培環境制御装置の構成を示すブロック図であり、（ａ）は一例を示し、（ｂ）は他の例を示し、（ｃ）はさらに他の例を示す。 同上栽培環境制御装置の制御部を模式的に示すブロック図である。 （ａ）同上制御部のＲＣ回路における電圧の時間変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は同上制御部のインバータ回路における電圧の時間変化の一例を示すグラフ、（ｃ）は同上制御部のスイッチ素子からの出力電圧の一例を示すグラフである。 （ａ）は光照射部の常時点灯時とパルス制御時との電力の時間変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は光照射部のオンオフ切り替え周期が短いときの電力の時間変化の一例を示すグラフ、（ｃ）は光照射部のオンオフ切り替え周期が長いときの電力の時間変化の一例を示すグラフである。 図３に示す各構成における消費電力の時間変化を模式的に示すグラフであり、（ａ）は図３（ａ）に示す例に対応する例を示し、（ｂ）は図３（ｂ）に示す例に対応する例を示し、（ｃ）は図３（ｃ）に示す例に対応する例を示す。 第２の実施の形態に係る栽培環境制御装置を示し、（ａ）は栽培環境制御装置の断面図、（ｂ）は栽培環境制御装置の一部の斜視図である。 （ａ）は同上栽培環境制御装置の植物の配置を示す平面図、（ｂ）は気流発生部により気流を発生させる位置を示す平面図である。 第３の実施の形態に係る栽培環境制御装置を示し、（ａ）は栽培環境制御装置の断面図、（ｂ）は栽培環境制御装置の一部の斜視図である。 第４の実施の形態に係る栽培環境制御装置を示し、（ａ）は栽培環境制御装置の一部を模式的に示す斜視図、（ｂ）は消費電力の時間変化を模式的に示すグラフである。
　本発明の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。
　図１（ａ）において、１は栽培環境制御装置を示す。栽培環境制御装置１は、植物Ｐの水耕栽培において、光、温度、湿度、気流等の栽培環境を制御するものである。栽培環境制御装置１は、植物工場、特に閉鎖型植物工場に好適に用いられる。
　栽培環境制御装置１は、植物Ｐが配置された栽培棚２に設置される。栽培棚２は、例えば、複数の支柱間に架設される支持部である梁４を有する骨組みからなる多段式のものである。栽培棚２が設置される室内の温度および湿度は、空調装置により制御される。なお、以下、上下方向は、栽培棚２の段が積層されている方向とし、左右方向は図１（ｂ）等に示す矢印Ｘ方向、前後方向は図１（ｂ）等に示す矢印Ｙ方向とする。
　図１（ａ）に示すように、栽培棚２には、各段に空間５が形成され、この空間５に、植物Ｐが栽培される栽培パネル６が設置される。栽培パネル６には、複数の植物Ｐが配置される。図示される例では、栽培パネル６には、穴部6aが形成され、各穴部6aに植物Ｐが配置される。栽培パネル６は、空間５に複数配置される。図２（ａ）に示す例では、栽培パネル６は左右方向に長手状に形成され、左右方向に２つ、前後方向に５つ並んで配置される。一例として、栽培パネル６は、左右方向に１．２ｍ、前後方向に１．５ｍ程度の大きさのものが用いられる。各栽培パネル６において、穴部6aは、前後および左右にそれぞれ等間隔または略等間隔に離れて配置され、全体として千鳥状に配置されており、前後方向に沿う列が左右方向に複数形成され、互いに隣接する列同士での穴部6aの位置が前後に交互にずれている。図１（ａ）に示すように、各穴部6aに植物Ｐが配置されている。つまり、植物Ｐの配置は、穴部6aと同一となっている。基本的に、同一の栽培パネル６には、同一種類の植物Ｐが配置される。また、空間５の内部にて栽培パネル６の下方に、水耕栽培をするための養液７が流れる栽培プール８が備えられる。栽培棚２は、工場の規模に応じて、単数または複数設置される。
　そして、栽培環境制御装置１は、栽培棚２の空間５に配置された保持部10を有する。保持部10は、空間５にて栽培パネル６の上方に離れて配置された保持体（リテーナ）である。保持部10は、任意の移動機構により上下方向に移動可能に設けられ、植物Ｐに対して空間５の内部で植物Ｐとの間の距離を調整できるように構成されている。図示される例では、保持部10は、梁４に対し、高さ調整部である線状体11により吊り下げられ、線状体11の長さを調整することで植物Ｐとの間の距離を調整可能となっている。
　保持部10には、栽培対象となる植物Ｐに光を照射する一または複数の光照射部12と、植物Ｐが位置する周囲の空間５に気流を生じさせる一または複数の気流発生部13と、が着脱可能に一体的に配置されている。つまり、保持部10によって、光照射部12と気流発生部13とがユニット化されている。本実施の形態において、光照射部12および気流発生部13は、１つの保持部10にそれぞれ複数保持されている。これら光照射部12および気流発生部13には、商用電源等の外部電源である電源14（図３（ａ）ないし図３（ｃ））から給電される。本実施の形態では、電源14（図３（ａ）ないし図３（ｃ））は、例えば１つの保持部10毎に１つ設定され、その保持部10に保持された複数の光照射部12および複数の気流発生部13に１つの電源14（図３（ａ）ないし図３（ｃ））から給電する。つまり、一つの保持部10と、その保持部10に保持される複数の光照射部12および気流発生部13とがユニットとなっており、ユニット毎に電源14（図３（ａ）ないし図３（ｃ））から給電する。
　光照射部12は、植物Ｐの成長を促進する光を植物Ｐに照射する。光照射部12は、光源またはランプであり、好ましくは発光素子、例えばＬＥＤが用いられる。光照射部12は、色温度が３０００Ｋ以上の白色光、または、波長が６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色光を含む。光照射部12は、互いに所定以上の間隙をもって保持部10に複数保持されている。光照射部12は、長手状に形成されている。図１（ｂ）に示す例では、長手方向を前後方向に沿わせて、左右方向に複数列、例えば５列、長手方向を左右方向に沿わせて１列、それぞれ配置されている。本実施の形態において、光照射部12は、外殻が円筒状に形成されている。図示される例では、光照射部12は、透光性を有する外殻の内部に、複数の発光素子が長手方向に並んで配置されている。
　本実施の形態において、隣接する光照射部12同士の間隙は、１ｃｍ以上に設定されている。つまり、図示される例では、左右方向に隣接する光照射部12の間隙、および、前後方向の端部に位置する光照射部12と左右方向に並ぶ複数の光照射部12との間隙が、それぞれ１ｃｍ以上となっている。図１（ａ）に示すように、これら光照射部12の間隙が、植物Ｐの上方に位置するように保持部10が配置されている。１株の植物Ｐに対し、複数の光照射部12から光が照射される配置となっている。また、光照射部12と保持部10との間、つまり光照射部12の上部に、反射体15が配置されている。反射体15は、光照射部12から上方に出射する光を植物Ｐ側である下側へと反射させるものである。本実施の形態において、反射体15は、光照射部12の上部に沿って断面円弧状に湾曲された板状の反射板である。反射体15を介して、光照射部12が保持部10に取り付けられている。
　また、本実施の形態において、光照射部12は、保持部10の本体部10aの下部に配置されている。本体部10aは、板状に形成されている。本体部10aは、保持部10の下端部に位置する。本体部10aは、空間５に配置された栽培パネル６の全体を覆うように配置されている。本実施の形態において、本体部10aは、四角形状に形成されている。
　光照射部12の点灯状態は、図４に示す制御部17により制御される。制御部17は、制御盤18を介して電源14と電気的に接続され、電源14から光照射部12への給電を制御する。制御部17には、電源14からの給電の周期を設定する発振回路であるＲＣ回路17aと、ＲＣ回路17aにより設定された周期の信号を出力するドライバ回路であるインバータ回路17bと、インバータ回路17bから出力される信号に応じてスイッチングされるスイッチ素子17cと、を有するパルス波発生機が備えられる。
　ＲＣ回路17aには、所定の容量のコンデンサ、および、所定の抵抗値の抵抗器が備えられる。コンデンサとしては、例えば１００ｎＦのものが用いられる。抵抗器は、好ましくは可変抵抗器が用いられ、抵抗値に応じて周期を可変設定可能となっている。そして、ＲＣ回路17aでは、コンデンサの充放電が繰り返される（図５（ａ）の実線に示す）ことで、インバータ回路17bの通電期を設定する信号が生成される。
　インバータ回路17bは、好ましくはインバータＩＣが用いられる。本実施の形態では、ＲＣ回路17aのコンデンサに加わる電圧が電源電圧の５０％以上の場合にインバータ回路17bに電流が流れるようになっている（図５（ｂ）の実線および細線に示す）。インバータ回路17bを流れる電流に応じてスイッチ素子17cのオンオフが切り替えられる。
　スイッチ素子17cは、フィルタリング機能とスイッチ機能とを有する。スイッチ素子17cは、好ましくはパワーＭＯＳＦＥＴが用いられる。スイッチ素子17cは、インバータ回路17bに電流が流れたときにのみオンされることで、電源14から供給される光照射部12への電圧をオンオフするようになっている（図５（ｃ）の実線に示す）。
　したがって、本実施の形態において、光照射部12は、制御部17により、間欠的に駆動される。すなわち、光照射部12は、微視的には制御部17により間欠制御される。本実施の形態において、制御部17は、所定のデューティ比、例えば５０％のデューティ比で光照射部12をＰＷＭ制御するように構成されている。ここで、光照射部12が特にＬＥＤの場合、消費電力が低いため、オン前後とオフ前後等の切り替え時に損失が生じることで、スイッチ損失（図６（ｂ）、図６（ｃ）の網掛部分）は、通電と非通電との切り替え周期が短い（図６（ｂ））ほど増加し省エネルギー効果が低くなり、光照射部12の通電と非通電との切り替え周期が長いと（図６（ｃ））、植物Ｐの成長の促進効果が低下する。そこで、本実施の形態では、光照射部12は、１０μｓ以上２０ｍｓ以下、好ましくは４００μｓ以上４ｍｓ以下の所定の周期で通電と非通電とを繰り返すように間欠制御される（図６（ａ））。
　さらに、制御部17は、一日のうち、稼働される期間と稼働されない期間とが設定される。制御部17が稼働される期間は、この制御部17により光照射部12が電源14から通電と非通電とを繰り返すように間欠制御され、光照射部12から植物Ｐ（図１（ａ））に対しパルス光が照射される期間（明期）である。また、制御部17が稼働される期間は、制御部17による電源14からの光照射部12への通電／非通電が制御されず、光照射部12が消灯状態を維持して光照射部12から植物Ｐ（図１（ａ））に対し光が照射されない期間（暗期）である。本実施の形態において、制御部17に対する電源14からの給電期間は、図３（ａ）ないし図３（ｃ）に示すタイマ20により制御される。タイマ20は、例えば制御盤18に設けられている。タイマ20は、例えば既知のタイムスイッチでもよいし、ＰＬＣ、あるいはコンピュータ等により構成されてもよい。したがって、光照射部12は、巨視的にはタイマ20により間欠制御される。本実施の形態において、タイマ20により、光照射部12は、２４時間の内、１２時間～１８時間を明期とし、残りの時間を暗期として稼働される。
　また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す気流発生部13は、植物Ｐの光合成時の蒸散により生じる蒸気を拡散させて除湿するものである。気流発生部13は、モータファンが用いられる。気流発生部13としては、ブロワファンやコンプレッサが用いられてもよい。気流発生部13は、光照射部12の間隙の位置から植物Ｐの中央部である芯に対して気流を生じさせる。本実施の形態において、気流発生部13は、保持部10の取付部10bの上部に配置されている。取付部10bは、板状に形成されている。取付部10bは、保持部10の上端部に位置する。取付部10bは、本体部10aの上方にこの本体部10aと対向して配置されている。取付部10bは、外縁部が本体部10aと連結されている。取付部10bと本体部10aとの間に、気流発生部13の排気側または吸気側と連通する風路部10cが形成されている。風路部10cは、保持部10の内部に形成された通気空間部である。風路部10cには、気流発生部13の動作により空気が流れる。また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、保持部10には、栽培パネル６の穴部6aに対向する位置に、開口部10dがそれぞれ形成されている。つまり、開口部10dは、図１（ａ）に示すように、植物Ｐと同数配置され、植物Ｐの上方に位置している。開口部10dは、本体部10aを貫通して形成され、風路部10cと連通している。
　そして、風路部10cと開口部10dとにより、光照射部12の間隙の位置から気流発生部13により植物Ｐの芯に対して均一な気流を発生させる気流制御機構21が構成される。つまり、気流制御機構21は、開口部10dを有するダクトである。本実施の形態において、気流発生部13は、この気流制御機構21により、植物Ｐの芯に対し所定速度の気流を送風または吸引により生じさせることが可能となっている。図示される例では、気流発生部13は、植物Ｐの上方から植物Ｐの芯に対し所定速度の気流を吹き付け可能である。所定速度としては、０．３ｍ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。風速が０．３ｍ／ｓ未満の場合には、蒸気の拡散が不十分で湿度が下がらず、１．５ｍ／ｓより大きい場合には、植物Ｐが気流によって倒れたり曲がったりするおそれがあるからである。また、植物Ｐの芯に対する気流を吹き付ける向きは、真下でもよいし、斜めからでもよい。
　さらに、気流発生部13は、間欠制御される。気流発生部13の間欠制御は、光照射部12の間欠制御に同期していてもよいし、同期していなくてもよい。
　例えば、植物Ｐが主として光照射部12の明期に蒸散を活発化させることを考慮して、気流発生部13の間欠制御を光照射部12の間欠制御に同期させる場合には、図３（ａ）および図７（ａ）に示すように、タイマ20に対し制御部17と電気的に並列に気流発生部13を接続することで、光照射部12の明期にのみ気流発生部13を動作させ、光照射部12の暗期には気流発生部13を停止させるようにしてもよいし、図３（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、電源14に対しタイマ20と電気的に直列に接続された別のタイマ22を利用し、光照射部12の明期において、気流発生部13を光照射部12とは別個に間欠制御し、光照射部12の暗期に停止させるようにして、植物Ｐ（図１（ａ））の蒸散によって生じた植物Ｐ（図１（ａ））周辺の湿度を拡散させる気流を必要最小限としてもよい。この場合、図３（ａ）および図７（ａ）に示す構成の方が、イニシャルコストが少なく、図３（ｂ）および図７（ｂ）に示す構成の方が、ランニングコストが少ない。
　他方、植物Ｐ（図１（ａ））が光照射部12の暗期においても多少の蒸散をしていることを考慮して、気流発生部13の間欠制御を光照射部12の間欠制御に同期させない場合には、図３（ｃ）および図７（ｃ）に示すように、電源14に対してタイマ20と電気的に並列に接続された別のタイマ22を利用し、光照射部12の明期・暗期を通じてこれらとは別個に気流発生部13を間欠制御してもよい。この場合には、図３（ａ）および図７（ａ）に示す構成、および、図３（ｂ）および図７（ｂ）に示す構成と比較して、光照射部12の暗期においても湿度をより確実に一定に保ち、植物Ｐの品質の一層の向上が見込める。
　次に、第１の実施の形態の動作を説明する。
　栽培環境制御装置１は、電源14からの給電を制御部17により間欠的に光照射部12に供給することにより、光照射部12の通電と非通電とを所定の周期で繰り返しつつ、植物Ｐに対して必要な光を照射する。つまり、光照射部12からは、植物Ｐに対し所定の周期のパルス光が照射される。また、光照射部12は、制御部17に対する電源14からの給電期間がタイマ20により制御されることで、通電と非通電とを繰り返しつつ植物Ｐに光を照射する明期と、植物Ｐに光を照射しない暗期とが設定される。
　このように、光照射部12を間欠制御することにより、光照射部12からの発熱が４０％～５０％低下する。そのため、空調装置の動作時間が減ることで、空間５の湿度が上昇する。空間５の湿度の上昇を抑制するために、除湿装置を使用するとエネルギーを消費し、電力コストが上昇する。
　そこで、電源14からの給電をタイマ20、および／または、タイマ22により制御することで、気流発生部13を間欠制御する。気流発生部13が動作することで、気流制御機構21により植物Ｐの芯に対して所定速度の気流を生じさせ、植物Ｐの蒸散により生じる蒸気を拡散させて、光照射部12の発熱低下に伴う空調装置の動作時間の減少に起因する周囲の空間５の湿度の上昇を抑えることができる。
　そして、気流発生部13による送風によって植物Ｐの成長とチップバーンの低減を促すと同時に、気流発生部13を含めた送風と光照射部12との栽培環境制御装置１の消費エネルギーの低減を図り、かつ光照射部12の供給熱低下による湿度上昇が栽培植物にもたらす品質低下を、消費エネルギーの大幅な増大なく防止する。また、保持部10により光照射部12および気流発生部13の高さを調整可能とすることで、サイズや形状の異なる植物Ｐへの対応を可能とする。
　このように、本実施の形態によれば、光照射部12と気流発生部13とを間欠動作させることで、光照射部12および気流発生部13をそれぞれ低消費エネルギーで稼働させつつ、植物Ｐの成長に必要な光を光照射部12から照射し、かつ、気流発生部13により生じさせる気流によって湿度環境を整えて、植物Ｐの品質を確保しつつ消費エネルギーの低減を図ることができる。
　また、光照射部12と気流発生部13とがユニット化されているため、拡張性が高く、植物Ｐの種類に合わせて光の照射および気流の供給が容易に調整可能であり、導入以降大幅な装置の追加や変更の必要がない。
　光照射部12および気流発生部13を保持する保持部と植物Ｐとの間の距離を調整可能としたので、様々な種類やサイズ、形状の植物Ｐに応じた光照射部12からの光の照射条件、および、気流発生部13によって生じさせる気流の条件を、保持部10の高さに応じて設定でき、植物Ｐの品質の向上を図ることができる。
　また、光照射部12の互いの間隙を利用して気流発生部13により植物Ｐの芯に対して気流制御機構21によって気流を生じさせることで、栽培される植物Ｐにおいて湿度が上昇し易い生長点近傍の空気を移動させ、植物Ｐの蒸散および葉先へのカルシウム移流を効果的に促す。そのため、空気の移動とカルシウムの移流により植物Ｐの成長を促進できるとともに、カビおよびチップバーンの発生のリスクを低減できる。
　さらに、気流発生部13は、植物Ｐの芯部分に生じさせる気流の速度を０．３ｍ／ｓ以上、１．５ｍ／ｓ以下として、この気流発生部13を間欠制御することで、植物Ｐを気流によって倒れたり曲がったりさせることなく、蒸気を確実に拡散させて、植物Ｐの成長を効果的に促進できるとともに、カビおよびチップバーンの発生のリスクを大幅に低減できる。
　また、光照射部12は、色温度が３０００Ｋ以上の白色光、または、波長が６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色光を含み、電源14からの通電と非通電の１サイクルの時間を１０μｓ以上２０ｍｓ以下とすることで、植物Ｐの成長速度を低下させることなく、消費エネルギーを低減することができる。特に、ＬＥＤは、オンオフの応答性が良好であるため、短い周期でのオンオフ制御が可能となる。そして、制御部17は、交流の周波数と波形、または、ＲＣ回路等の発振回路を利用して任意の電気波形を作り、フィルタリング機能とスイッチ機能を有するパワー半導体を通すことで、非通電時は光照射部12を含めて電力消費が生じない構造とすることができる。
　気流発生部13としてモータファンを用いることで、一般的な除湿装置に比べ大幅に消費エネルギーを低減することができ、また気流発生部13の作動を植物Ｐの成長に影響のない範囲で間欠的に行うことでさらに消費エネルギーを抑えることが可能となる。
　この結果、植物Ｐの生産効率増加とコスト低減による植物工場の採算性の向上が可能となる。
　次に、本発明の第２の実施の形態について、図８および図９を参照して説明する。
　本実施の形態の栽培環境制御装置１は、保持部10の下部に、光照射部12と気流発生部13とがそれぞれ保持されている。
　気流発生部13は、図８（ｂ）に示すように、枠状に形成された保持部10に複数固定されている。保持部10は、四角形枠状の外枠部10eと、この外枠部10eに所定方向、本実施の形態では前後方向に沿って形成された複数のフレーム部10fと、を有する。そして、各フレーム部10fの両側に、気流発生部13がそれぞれ取り付けられている。光照射部12は、フレーム部10fに対し下方に取り付けられている。
　図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、気流発生部13は、穴部6aに対応する位置にそれぞれ配置されている。したがって、図８（ａ）に示すように、気流発生部13は、各植物Ｐの芯の上方に配置される。つまり、本実施の形態において、気流発生部13は、植物Ｐと同数配置されている。これら気流発生部13は、それぞれ電源14に対し電気的に並列に接続されている。
　なお、この第２の実施の形態に係る栽培環境制御装置１のその他の構成は、上記第１の実施の形態と基本的に同一である。
　そして、栽培環境制御装置１は、光照射部12および気流発生部13を間欠制御する等、第１の実施の形態と同様の構成を有することにより、消費エネルギーの低減を図ることができ、かつ導入以降大幅な装置の追加や変更の必要がない等、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
　また、植物Ｐの芯毎に気流発生部13を配置しているので、植物Ｐ毎の状態に応じて気流発生部13の動作を制御することで、各植物Ｐに適した気流を発生させることが可能となる。
　次に、本発明の第３の実施の形態について、図１０を参照して説明する。
　本実施の形態の栽培環境制御装置１は、保持部10の下部に、光照射部12と気流発生部13とがそれぞれ保持されているものである。
　光照射部12は、図１０（ａ）に示すように、基本的に第１の実施の形態と同様に保持部10の下部に保持されている。
　気流発生部13は、図１０（ｂ）に示すように、保持部10の下部にて光照射部12間の間隙に取り付けられた気流制御機構である導風部10gの端部に保持されている。
　導風部10gは、前後方向に長手状に形成されている。導風部10gは、一端部が閉塞された筒状、本実施の形態では円筒状に形成されたダクトまたはチューブである。導風部10gの他端部に、気流発生部13が取り付けられている。導風部10gには、下部に開口部10g1が形成されている。開口部10g1は、植物Ｐの芯に対応して位置する。つまり、本実施の形態において、開口部10g1は、植物Ｐと同数配置されている。気流発生部13は、それぞれ光照射部12に対し電気的に並列に接続されている。導風部10gに対し、気流発生部13は１対１でもよいし、多数対１でもよい。
　なお、この第３の実施の形態に係る栽培環境制御装置１のその他の構成は、上記第１の実施の形態と基本的に同一である。
　そして、栽培環境制御装置１は、光照射部12および気流発生部13を間欠制御する等、第１の実施の形態と同様の構成を有することにより、消費エネルギーの低減を図ることができ、かつ導入以降大幅な装置の追加や変更の必要がない等、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
　また、開口部10g1の位置が異なる導風部10gに交換するだけで、異なる植物Ｐの配置に容易に対応することができる。
　次に、本発明の第４の実施の形態について、図１１を参照して説明する。
　本実施の形態の栽培環境制御装置１は、対をなす保持部10毎に単一の電源14が接続されているものである。
　つまり、図１１（ａ）に示すように、保持部10は、一または複数のものを一方のユニットU1、それと同数のものを他方のユニットU2として、一方の保持部10に取り付けられた光照射部12と、他方の保持部10に取り付けられた光照射部12と、に対し、同一の電源14から所定の周期で交互に給電されるように構成されている。したがって、本実施の形態では、一定面積の区間毎において、複数の光照射部12を１つの電源14から電力供給を受け通電・非通電を同期させるユニット構造とする。
　電源14では、一方の保持部10に取り付けられた光照射部12に対し給電する期間（図１１（ｂ）の網掛部分）では、他方の保持部10に取り付けられた光照射部12を非通電とし、他方の保持部10に取り付けられた光照射部12に対し給電する期間（図１１（ｂ）の白抜き部分）では、一方の保持部10に取り付けられた光照射部12を非通電とする。言い換えると、一方の保持部10に取り付けられた光照射部12と、他方の保持部10に取り付けられた光照射部12と、は、互いの通電期と非通電期とが逆に同期している。
　これらの切り替えは、制御部17に代えて、複数の光照射部12が並列に接続されたスイッチング回路により選択的にスイッチングすることで実現される。
　気流発生部13については、タイマ20またはタイマ22に対して電気的に接続することで、光照射部12とは別個に間欠制御できる。
　なお、この第４の実施の形態に係る栽培環境制御装置１のその他の構成は、上記第３の実施の形態と基本的に同一である。
　そして、栽培環境制御装置１は、光照射部12および気流発生部13を間欠制御する等、第１の実施の形態と同様の構成を有することにより、消費エネルギーの低減を図ることができ、かつ導入以降大幅な装置の追加や変更の必要がない等、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
　また、光照射部12を備える複数のユニットに対し、個別の電源でそれぞれ別個に通電と非通電とを制御した場合、これらの周期が重なると瞬間的な使用電力が高くなり（例えば図１１（ｂ）の二点鎖線）、電力コストが上がる。本実施の形態によれば、一方の光照射部12のユニットと、他方の光照射部12のユニットと、に対し、同一の電源14から所定の周期で交互に給電することにより、一方の光照射部12のユニットと他方の光照射部12のユニットとで通電と非通電との周期が重なることがなく、瞬間的な使用電力を下げることができ、電力コストを低減できる。
　さらに、一定面積の区間毎において、複数の光照射部12を１つの電源14から電力供給を受け通電・非通電を同期させるユニット構造とすることで、電気容量と設置位置の制約の範囲内でなるべく多くの植物Ｐに対し、同期させたパルス光を照射することが可能となる。
　なお、上記各実施の形態において、光照射部12および気流制御部13は、間欠制御、つまり通電と非通電とを切り替える構成としたが、これに限らず、光照射部12および気流制御部13を強弱制御する構成としてもよい。
　１　　栽培環境制御装置
　10　　保持部
　10g 　気流制御機構である導風部
　12　　光照射部
　13　　気流発生部
　14　　電源
　17　　制御部
　21　　気流制御機構
　Ｐ　　植物

Claims (6)

  1. 　植物に光を照射する光照射部と、
    　前記植物の周囲に気流を発生させる気流発生部と、を備え、
    　前記光照射部および前記気流発生部は、間欠制御または強弱制御される
    　ことを特徴とする栽培環境制御装置。
  2. 　前記光照射部および前記気流発生部を保持する保持部を備え、
    　前記保持部と前記植物との間の距離は、調整可能である
    　ことを特徴とする請求項１記載の栽培環境制御装置。
  3. 　前記光照射部は、互いに間隙をもって複数配置され、
    　前記間隙を利用して前記気流発生部により前記植物の芯に対して気流を発生させる気流制御機構を備える
    　ことを特徴とする請求項１または２記載の栽培環境制御装置。
  4. 　前記気流発生部は、前記気流制御機構により、前記植物の芯に対して０．３ｍ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ以下の所定速度の気流を生じさせる
    　ことを特徴とする請求項３記載の栽培環境制御装置。
  5. 　前記光照射部は、色温度が３０００Ｋ以上の白色光、または、波長が６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色光を含み、
    　前記光照射部を１０μｓ以上２０ｍｓ以下の所定の周期で通電と非通電とを繰り返すように間欠制御する制御部を備える
    　ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の栽培環境制御装置。
  6. 　前記光照射部は、対をなして配置され、
    　一方の前記光照射部と、他方の前記光照射部と、に対し、同一の電源から交互に給電される
    　ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一記載の栽培環境制御装置。
PCT/JP2021/035125 2020-09-30 2021-09-24 栽培環境制御装置 WO2022071129A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21875431.5A EP4223107A4 (en) 2020-09-30 2021-09-24 CULTURE ENVIRONMENT CONTROL DEVICE

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-165576 2020-09-30
JP2020165576A JP2022057363A (ja) 2020-09-30 2020-09-30 栽培環境制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022071129A1 true WO2022071129A1 (ja) 2022-04-07

Family

ID=80950346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/035125 WO2022071129A1 (ja) 2020-09-30 2021-09-24 栽培環境制御装置

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4223107A4 (ja)
JP (1) JP2022057363A (ja)
TW (1) TW202215941A (ja)
WO (1) WO2022071129A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024059130A1 (en) * 2022-09-13 2024-03-21 Tomphyzx.Llc Controlled environment agriculture system

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6251931A (ja) * 1985-08-30 1987-03-06 三菱電機株式会社 植物育成方法
JPH05153871A (ja) * 1991-11-29 1993-06-22 Penta Ocean Constr Co Ltd 建築物空間内における植物の育成装置
JP2006325516A (ja) * 2005-05-27 2006-12-07 Kansai Electric Power Co Inc:The 温室設備
KR101045302B1 (ko) * 2010-06-09 2011-06-30 주식회사 제이앤지 온실의 덕트장치
JP2012125196A (ja) 2010-12-16 2012-07-05 Kajima Corp 植物栽培照明・空調ユニットおよび植物栽培設備
JP2013111073A (ja) * 2011-12-01 2013-06-10 Mitsubishi Electric Plant Engineering Corp レタス栽培システムおよび方法
JP2013201903A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Showa Denko Kk 植物栽培用ｌｅｄランプ
WO2015155915A1 (ja) * 2014-04-11 2015-10-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水耕栽培装置及び水耕栽培方法
WO2016178314A1 (ja) * 2015-05-07 2016-11-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 植物育成データ作成装置、植物育成システム、および植物育成データ作成プログラム
JP2016202050A (ja) * 2015-04-20 2016-12-08 住友電気工業株式会社 光源ユニット、栽培モジュール及び栽培方法
JP2017135091A (ja) * 2016-01-30 2017-08-03 久豊技研株式会社 照明用光源装置
JP2017136046A (ja) * 2016-02-05 2017-08-10 興和株式会社 植物栽培装置
JP2017205072A (ja) 2016-05-19 2017-11-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 植物栽培装置
WO2017208949A1 (ja) * 2016-06-03 2017-12-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 植物栽培装置
JP6244554B2 (ja) 2014-05-12 2017-12-13 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 植物栽培装置
JP2019041694A (ja) 2017-09-04 2019-03-22 昭和電工株式会社 植物栽培装置および植物栽培方法
JP2020025480A (ja) 2018-08-10 2020-02-20 昭和電工株式会社 植物栽培装置の整風構造および整風用アタッチメント
JP2020518961A (ja) * 2017-05-02 2020-06-25 １０６４４１３７ カナダ インコーポレイテッド Ｌｅｄ光を用いて植物を栽培する方法およびそれを利用したｌｅｄ光システム
JP2020146006A (ja) * 2019-03-15 2020-09-17 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 果実発色促進装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008118080A1 (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Heliospectra Aktiebolag System for modulating plant growth or attributes
EP2982238B1 (en) * 2013-04-03 2020-06-17 Fuji Seiko Co., Ltd. Air emission device for growing plants

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6251931A (ja) * 1985-08-30 1987-03-06 三菱電機株式会社 植物育成方法
JPH05153871A (ja) * 1991-11-29 1993-06-22 Penta Ocean Constr Co Ltd 建築物空間内における植物の育成装置
JP2006325516A (ja) * 2005-05-27 2006-12-07 Kansai Electric Power Co Inc:The 温室設備
KR101045302B1 (ko) * 2010-06-09 2011-06-30 주식회사 제이앤지 온실의 덕트장치
JP2012125196A (ja) 2010-12-16 2012-07-05 Kajima Corp 植物栽培照明・空調ユニットおよび植物栽培設備
JP2013111073A (ja) * 2011-12-01 2013-06-10 Mitsubishi Electric Plant Engineering Corp レタス栽培システムおよび方法
JP2013201903A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Showa Denko Kk 植物栽培用ｌｅｄランプ
WO2015155915A1 (ja) * 2014-04-11 2015-10-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水耕栽培装置及び水耕栽培方法
JP6244554B2 (ja) 2014-05-12 2017-12-13 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 植物栽培装置
JP2016202050A (ja) * 2015-04-20 2016-12-08 住友電気工業株式会社 光源ユニット、栽培モジュール及び栽培方法
WO2016178314A1 (ja) * 2015-05-07 2016-11-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 植物育成データ作成装置、植物育成システム、および植物育成データ作成プログラム
JP2017135091A (ja) * 2016-01-30 2017-08-03 久豊技研株式会社 照明用光源装置
JP2017136046A (ja) * 2016-02-05 2017-08-10 興和株式会社 植物栽培装置
JP2017205072A (ja) 2016-05-19 2017-11-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 植物栽培装置
WO2017208949A1 (ja) * 2016-06-03 2017-12-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 植物栽培装置
JP2020518961A (ja) * 2017-05-02 2020-06-25 １０６４４１３７ カナダ インコーポレイテッド Ｌｅｄ光を用いて植物を栽培する方法およびそれを利用したｌｅｄ光システム
JP2019041694A (ja) 2017-09-04 2019-03-22 昭和電工株式会社 植物栽培装置および植物栽培方法
JP2020025480A (ja) 2018-08-10 2020-02-20 昭和電工株式会社 植物栽培装置の整風構造および整風用アタッチメント
JP2020146006A (ja) * 2019-03-15 2020-09-17 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 果実発色促進装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4223107A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024059130A1 (en) * 2022-09-13 2024-03-21 Tomphyzx.Llc Controlled environment agriculture system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022057363A (ja) 2022-04-11
TW202215941A (zh) 2022-05-01
EP4223107A1 (en) 2023-08-09
EP4223107A4 (en) 2024-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5646979B2 (ja) 植物栽培照明・空調ユニットおよび植物栽培設備
US7686471B2 (en) Standalone flame simulator
JP5467438B2 (ja) 植物栽培施設
WO2022071129A1 (ja) 栽培環境制御装置
WO2014192331A1 (ja) 多段棚式植物育成装置及び植物育成システム
JP5871025B2 (ja) 省エネルギー型植物栽培システム
JP2016140249A (ja) 多段式棚及びこれを備えた多段式栽培装置
JP2011045282A (ja) 植物栽培装置
JP2008245554A (ja) 立体多段式植物栽培装置
JP4858239B2 (ja) 多段式植物栽培装置における空調方法
NL1042086B1 (en) Assimilation lamp device
JP5952476B2 (ja) 植物栽培設備
JP2017042055A (ja) 栽培装置及び栽培方法
JP5830263B2 (ja) 植物栽培設備
US10667473B2 (en) Grow light system
JP6470101B2 (ja) 植物栽培用照明システム及び植物栽培方法
CN211861191U (zh) 植物栽培面板光源和植物栽培建筑
JP5228241B2 (ja) 照明装置及びそれを用いた植物育成装置
IL300571A (en) A system and method for vertical farming and a method of using it
JP2018050486A (ja) 植物栽培用装置
JP7295168B2 (ja) 栽培設備、及び栽培方法
RU102178U1 (ru) Светодиодный облусатель для растениеводства (варианты)
JP2019180239A (ja) 植物栽培設備
RU206336U1 (ru) Устройство для облучения растений
RU148848U1 (ru) Сборный светодиодный фитооблучатель

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21875431

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021875431

Country of ref document: EP

Effective date: 20230502