植物工場
【課題】配線をコードレス化して栽培室内に設置するセンサを容易に移動・メンテナンスできる植物工場を提供する。
【解決手段】各種センサ７は、太陽電池パネル９を動作電源とし、センサ回路７１に送信側ＲＦ回路７２を接続して測定データを制御ユニット８に無線伝送する。太陽電池パネル９は、ＬＥＤランプ５１の照射光を光電変換して電力を生成する。制御ユニット８は、前段に受信側ＲＦ回路８１を設置して各種センサ７の測定データを収集し、ＣＯ2供給装置２、空調設備３、ＬＥＤモジュール５、ファン６を制御する。
【解決手段】各種センサ７は、太陽電池パネル９を動作電源とし、センサ回路７１に送信側ＲＦ回路７２を接続して測定データを制御ユニット８に無線伝送する。太陽電池パネル９は、ＬＥＤランプ５１の照射光を光電変換して電力を生成する。制御ユニット８は、前段に受信側ＲＦ回路８１を設置して各種センサ７の測定データを収集し、ＣＯ2供給装置２、空調設備３、ＬＥＤモジュール５、ファン６を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉鎖的な空間内で光強度、ＣＯ2濃度、温度、湿度などの生育環境を人工的に制御して作物を計画的に生産する植物工場に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物工場は、環境の調節が可能な閉鎖された空間において、光強度、温度、湿度、ＣＯ2濃度、照度、養液濃度、ｐＨなど植物成長に影響を与える生育環境を人工的に制御することで、露地栽培に比べ天候不順などの自然環境や病虫害などに左右されることなく、高品質の無農薬野菜を一年中安定栽培し、安定価格で、安定供給できるメリットがある。特にＬＥＤ照明の場合、光の波長（色）や照射方法（点滅照射など）を変えることで更なる作物の成長促進が可能になる。また、これまでの年１回の収穫に比べ、植物の成長能力を最大限に引き出すので、年数回の収穫が可能になり、さらに立体化・多段栽培化により単位面積当たりの栽培効率を大幅に向上させることができる。
【０００３】
植物を効率よく良好に育成するためには光合成速度を最大限に高める必要がある。この光合成速度は光強度、ＣＯ2濃度、温度、湿度に依存するので、これらの状態を細かく見極め、それに応じて細かく制御する必要がある。そのため特許文献１では、図４に示すように、太陽電池などの光強度検知手段１０、ＣＯ2センサ２０、温度センサ３０などを配置して出力を制御手段４０へ送り、栽培室に設置したＬＥＤなどの照明システム５０、ＣＯ2を排出する改質器６０、エアコンディショナなどの温度制御手段７０を制御している。
【０００４】
植物の生育環境を細かく制御するには多くのセンサを必要とし、そのため栽培室内に電源ケーブルや信号ケーブルなど多くの配線が必要になる。ところがセンサは植物の作付けや収穫時は作業の邪魔になるので一時的に取り除いたり、コストを抑えるため数を減らしたり、最適な測定場所を探して数を増やしたり場所を変えたりする。そのため多くの配線があるとこのような数の変更や移動が容易にできなくなる。また、配線が邪魔して光を遮ったり、多段栽培時に高さを取られないようにするときの障害になったり、ＣＯ2の拡散を防ぐ囲いやＬＥＤ光の反射板などの設置が困難になる。また、配線が高温多湿な環境や酸性の養液に長時間さらされて腐食したり、水が配線を伝わって基板に滲み込んでショートしたり、誤動作する恐れもある。
何よりも栽培室内で配線が複雑に絡み合いながら露呈する様は美観上好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６２８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は以上のような点であり、本発明は、配線をコードレス化して栽培室内に設置するセンサを容易に移動・メンテナンスできる植物工場を提供することを目的になされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため本発明は、栽培室内の状態を感知するセンサに、太陽電池パネルを取り付けて動作電源とする一方、ＲＦ回路を接続してセンサ出力を無線伝送し、これよりセンサに接続する電源ケーブルと信号ケーブルを不要にしたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、栽培室内の状態を感知するセンサに太陽電池パネルを取り付けて動作電源とし、ＲＦ回路を接続してセンサ出力を無線伝送するので、センサに接続する電源ケーブルや信号ケーブルなどの配線が不要になる。従って、センサの増減や移動が容易になり作業の都合やコストの低減に合わせて取り除いたり、設置場所を変更したりすることが自由にできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を実施した植物工場の概略構成図である。
【図２】各種センサと制御ユニットのシステム関連図である。
【図３】センサ回路のブロック図である。
【図４】従来例の植物工場の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１に、本発明を実施した植物工場の概略構成図を示す。
植物工場は、半閉鎖空間の栽培室１にＣＯ2供給装置２と空調設備３を接続し、栽培室１内に既存の水耕栽培ユニット４を多段に設置する。
水耕栽培ユニット４は、各段にＬＥＤモジュール５とファン６を取り付け、各段の適正箇所にＣＯ2センサ、温度センサ、湿度センサなどの各種センサ７を配置する。水耕栽培ユニット４は、養液を循環させてＬＥＤモジュール５の放射熱を吸収させる働きもある。
各種センサ７の測定データは制御ユニット８に伝送し、これら測定データの分析結果に基づいて制御ユニット８がＣＯ2供給装置２、空調設備３、ＬＥＤモジュール５、ファン６を制御して栽培室１内のＣＯ2濃度、光強度、温度、湿度などを調節する。
【００１２】
ＣＯ2供給装置２は、ＣＯ2ボンベ２１に取り付けた電磁バルブ２２を開閉してＣＯ2の供給量を制御する。ＣＯ2は比重が空気の１．５倍あり、下に沈むので横から供給する。また、水に溶けると酸性化するのでその分炭酸塩などで養液を中和する必要がある。
ＣＯ2ボンベ２１は、工場から排出されたＣＯ2を充填することでＣＯ2の工場排出量を削減し、ＣＯ2削減ビジネスの関連事業とすることができる。
【００１３】
ＬＥＤモジュール５は、赤、緑、青の３色のＬＥＤランプ５１を複数配列して赤、緑、青の回路ブロックを形成し、回路ブロック毎にパルス幅のデュ−ティ・サイクルを変えるＰＷＭ制御して発光量や色相を制御する。
光合成には例えば３５０〜８００ｎｍの波長の光が有効で、波長を限定すればＬＥＤの消費電力を低減できる。そのため植物の種類毎や生育状況に応じて適した波長（色）の光を選択できるよう、このように色の異なるＬＥＤランプ５１をいくつか組み合わせて配置する。
【００１４】
ファン６は、多段に設置した水耕栽培ユニット４の各段の空気を攪拌し、各段のＣＯ2濃度、温度、湿度を平均化する。
【００１５】
各種センサ７は、図２に示すように、太陽電池パネル９を動作電源とし、センサ回路７１に送信側ＲＦ回路７２を接続して測定データを制御ユニット８に無線伝送する。
太陽電池パネル９は、ＬＥＤランプ５１の照射光を光電変換して電力を生成する。
制御ユニット８は、前段に受信側ＲＦ回路８１を設置して各種センサ７の測定データを収集し、ＣＯ2供給装置２、空調設備３、ＬＥＤモジュール５、ファン６を制御する。
【００１６】
図３に、センサ回路のブロック図を示す。
センサ回路７１は、センサ７１１の出力をアンプ７１２で増幅し、Ａ／Ｄ変換器７１３でデジタル信号に変換してＣＰＵ７１４に入力する。
ＣＰＵ７１４は、ＲＯＭ７１５に格納されたプログラムを実行してデジタル信号の測定データを送信側ＲＦ回路７２へ送出し、測定データをＲＡＭ７１６に記録する。
【００１７】
センサ７１１は、ＣＯ2センサの場合、赤外線吸収式やガラス電極式に比べ小型で安価な固体電解質型センサを用いる。固体電解質型センサは、イオン導電性を有する固体電解質の両面に一対の電極を形成し、一方の電極がＣＯ2と接触したときに２つの電極間で発生する導電イオンの濃度差に基づく起電力の変化を検出することによってＣＯ2濃度を測定する。
温度センサや湿度センサの場合、出力を電気信号で取り出せ、センサ部を小型化できる抵抗変化型や静電容量変化型の電子式センサを用いる。
【符号の説明】
【００１８】
１ 栽培室
２ ＣＯ2供給装置
２１ ＣＯ2ボンベ
２２ 電磁バルブ
３ 空調設備
４ 水耕栽培ユニット
５ ＬＥＤモジュール
５１ ＬＥＤランプ
６ ファン
７ 各種センサ
７１ センサ回路
７１１ センサ
７１２ アンプ
７１３ Ａ／Ｄ変換器
７１４ ＣＰＵ
７１５ ＲＯＭ
７１６ ＲＡＭ
７２ 送信側ＲＦ回路
８ 制御ユニット
８１ 受信側ＲＦ回路
９ 太陽電池パネル
１０ 光強度検知手段
２０ ＣＯ2センサ
３０ 温度センサ
４０ 制御手段
５０ 照明システム
６０ 改質器
７０ 温度制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉鎖的な空間内で光強度、ＣＯ2濃度、温度、湿度などの生育環境を人工的に制御して作物を計画的に生産する植物工場に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物工場は、環境の調節が可能な閉鎖された空間において、光強度、温度、湿度、ＣＯ2濃度、照度、養液濃度、ｐＨなど植物成長に影響を与える生育環境を人工的に制御することで、露地栽培に比べ天候不順などの自然環境や病虫害などに左右されることなく、高品質の無農薬野菜を一年中安定栽培し、安定価格で、安定供給できるメリットがある。特にＬＥＤ照明の場合、光の波長（色）や照射方法（点滅照射など）を変えることで更なる作物の成長促進が可能になる。また、これまでの年１回の収穫に比べ、植物の成長能力を最大限に引き出すので、年数回の収穫が可能になり、さらに立体化・多段栽培化により単位面積当たりの栽培効率を大幅に向上させることができる。
【０００３】
植物を効率よく良好に育成するためには光合成速度を最大限に高める必要がある。この光合成速度は光強度、ＣＯ2濃度、温度、湿度に依存するので、これらの状態を細かく見極め、それに応じて細かく制御する必要がある。そのため特許文献１では、図４に示すように、太陽電池などの光強度検知手段１０、ＣＯ2センサ２０、温度センサ３０などを配置して出力を制御手段４０へ送り、栽培室に設置したＬＥＤなどの照明システム５０、ＣＯ2を排出する改質器６０、エアコンディショナなどの温度制御手段７０を制御している。
【０００４】
植物の生育環境を細かく制御するには多くのセンサを必要とし、そのため栽培室内に電源ケーブルや信号ケーブルなど多くの配線が必要になる。ところがセンサは植物の作付けや収穫時は作業の邪魔になるので一時的に取り除いたり、コストを抑えるため数を減らしたり、最適な測定場所を探して数を増やしたり場所を変えたりする。そのため多くの配線があるとこのような数の変更や移動が容易にできなくなる。また、配線が邪魔して光を遮ったり、多段栽培時に高さを取られないようにするときの障害になったり、ＣＯ2の拡散を防ぐ囲いやＬＥＤ光の反射板などの設置が困難になる。また、配線が高温多湿な環境や酸性の養液に長時間さらされて腐食したり、水が配線を伝わって基板に滲み込んでショートしたり、誤動作する恐れもある。
何よりも栽培室内で配線が複雑に絡み合いながら露呈する様は美観上好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６２８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は以上のような点であり、本発明は、配線をコードレス化して栽培室内に設置するセンサを容易に移動・メンテナンスできる植物工場を提供することを目的になされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため本発明は、栽培室内の状態を感知するセンサに、太陽電池パネルを取り付けて動作電源とする一方、ＲＦ回路を接続してセンサ出力を無線伝送し、これよりセンサに接続する電源ケーブルと信号ケーブルを不要にしたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、栽培室内の状態を感知するセンサに太陽電池パネルを取り付けて動作電源とし、ＲＦ回路を接続してセンサ出力を無線伝送するので、センサに接続する電源ケーブルや信号ケーブルなどの配線が不要になる。従って、センサの増減や移動が容易になり作業の都合やコストの低減に合わせて取り除いたり、設置場所を変更したりすることが自由にできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を実施した植物工場の概略構成図である。
【図２】各種センサと制御ユニットのシステム関連図である。
【図３】センサ回路のブロック図である。
【図４】従来例の植物工場の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１に、本発明を実施した植物工場の概略構成図を示す。
植物工場は、半閉鎖空間の栽培室１にＣＯ2供給装置２と空調設備３を接続し、栽培室１内に既存の水耕栽培ユニット４を多段に設置する。
水耕栽培ユニット４は、各段にＬＥＤモジュール５とファン６を取り付け、各段の適正箇所にＣＯ2センサ、温度センサ、湿度センサなどの各種センサ７を配置する。水耕栽培ユニット４は、養液を循環させてＬＥＤモジュール５の放射熱を吸収させる働きもある。
各種センサ７の測定データは制御ユニット８に伝送し、これら測定データの分析結果に基づいて制御ユニット８がＣＯ2供給装置２、空調設備３、ＬＥＤモジュール５、ファン６を制御して栽培室１内のＣＯ2濃度、光強度、温度、湿度などを調節する。
【００１２】
ＣＯ2供給装置２は、ＣＯ2ボンベ２１に取り付けた電磁バルブ２２を開閉してＣＯ2の供給量を制御する。ＣＯ2は比重が空気の１．５倍あり、下に沈むので横から供給する。また、水に溶けると酸性化するのでその分炭酸塩などで養液を中和する必要がある。
ＣＯ2ボンベ２１は、工場から排出されたＣＯ2を充填することでＣＯ2の工場排出量を削減し、ＣＯ2削減ビジネスの関連事業とすることができる。
【００１３】
ＬＥＤモジュール５は、赤、緑、青の３色のＬＥＤランプ５１を複数配列して赤、緑、青の回路ブロックを形成し、回路ブロック毎にパルス幅のデュ−ティ・サイクルを変えるＰＷＭ制御して発光量や色相を制御する。
光合成には例えば３５０〜８００ｎｍの波長の光が有効で、波長を限定すればＬＥＤの消費電力を低減できる。そのため植物の種類毎や生育状況に応じて適した波長（色）の光を選択できるよう、このように色の異なるＬＥＤランプ５１をいくつか組み合わせて配置する。
【００１４】
ファン６は、多段に設置した水耕栽培ユニット４の各段の空気を攪拌し、各段のＣＯ2濃度、温度、湿度を平均化する。
【００１５】
各種センサ７は、図２に示すように、太陽電池パネル９を動作電源とし、センサ回路７１に送信側ＲＦ回路７２を接続して測定データを制御ユニット８に無線伝送する。
太陽電池パネル９は、ＬＥＤランプ５１の照射光を光電変換して電力を生成する。
制御ユニット８は、前段に受信側ＲＦ回路８１を設置して各種センサ７の測定データを収集し、ＣＯ2供給装置２、空調設備３、ＬＥＤモジュール５、ファン６を制御する。
【００１６】
図３に、センサ回路のブロック図を示す。
センサ回路７１は、センサ７１１の出力をアンプ７１２で増幅し、Ａ／Ｄ変換器７１３でデジタル信号に変換してＣＰＵ７１４に入力する。
ＣＰＵ７１４は、ＲＯＭ７１５に格納されたプログラムを実行してデジタル信号の測定データを送信側ＲＦ回路７２へ送出し、測定データをＲＡＭ７１６に記録する。
【００１７】
センサ７１１は、ＣＯ2センサの場合、赤外線吸収式やガラス電極式に比べ小型で安価な固体電解質型センサを用いる。固体電解質型センサは、イオン導電性を有する固体電解質の両面に一対の電極を形成し、一方の電極がＣＯ2と接触したときに２つの電極間で発生する導電イオンの濃度差に基づく起電力の変化を検出することによってＣＯ2濃度を測定する。
温度センサや湿度センサの場合、出力を電気信号で取り出せ、センサ部を小型化できる抵抗変化型や静電容量変化型の電子式センサを用いる。
【符号の説明】
【００１８】
１ 栽培室
２ ＣＯ2供給装置
２１ ＣＯ2ボンベ
２２ 電磁バルブ
３ 空調設備
４ 水耕栽培ユニット
５ ＬＥＤモジュール
５１ ＬＥＤランプ
６ ファン
７ 各種センサ
７１ センサ回路
７１１ センサ
７１２ アンプ
７１３ Ａ／Ｄ変換器
７１４ ＣＰＵ
７１５ ＲＯＭ
７１６ ＲＡＭ
７２ 送信側ＲＦ回路
８ 制御ユニット
８１ 受信側ＲＦ回路
９ 太陽電池パネル
１０ 光強度検知手段
２０ ＣＯ2センサ
３０ 温度センサ
４０ 制御手段
５０ 照明システム
６０ 改質器
７０ 温度制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
栽培室内の状態を感知するセンサに、
太陽電池パネルを取り付けて動作電源とする一方、
ＲＦ回路を接続してセンサ出力を無線伝送し、
これよりセンサに接続する電源ケーブルと信号ケーブルを不要にしたことを特徴とする植物工場。
【請求項２】
前記栽培室にＣＯ2ボンベを接続し、
このＣＯ2ボンベのバルブを開閉して栽培室内のＣＯ2濃度を調節することを特徴とする請求項１記載の植物工場。
【請求項３】
前記ＣＯ2ボンベに工場から排出されたＣＯ2を充填することを特徴とする請求項２記載の植物工場。
【請求項１】
栽培室内の状態を感知するセンサに、
太陽電池パネルを取り付けて動作電源とする一方、
ＲＦ回路を接続してセンサ出力を無線伝送し、
これよりセンサに接続する電源ケーブルと信号ケーブルを不要にしたことを特徴とする植物工場。
【請求項２】
前記栽培室にＣＯ2ボンベを接続し、
このＣＯ2ボンベのバルブを開閉して栽培室内のＣＯ2濃度を調節することを特徴とする請求項１記載の植物工場。
【請求項３】
前記ＣＯ2ボンベに工場から排出されたＣＯ2を充填することを特徴とする請求項２記載の植物工場。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１４７４１３（Ｐ２０１１−１４７４１３Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９４６（Ｐ２０１０−１２９４６）
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（５０３３９８８８６）株式会社感性デバイシーズ (12)
【出願人】（０００１４１７９４）株式会社宮入バルブ製作所 (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（５０３３９８８８６）株式会社感性デバイシーズ (12)
【出願人】（０００１４１７９４）株式会社宮入バルブ製作所 (12)
【Ｆターム（参考）】
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