植物栽培照明・空調ユニットおよび植物栽培設備
【課題】気温の不均一性を防ぎ、省エネルギーを実現しながら植物の生育に適した環境とすることができる植物栽培照明・空調ユニット等を提供する。
【解決手段】植物栽培ユニット１は空調装置５の給気チャンバー１３と、照明装置３と、植物体９が配置される栽培ベッド７とを具備する。照明装置３は栽培ベッド７の上方に配置され、光源として複数の照明管１１を有し、平面において複数の照明管１１が間隙を空けて配置されている。また、給気チャンバー１３の吹出口１４が照明装置３の上方に配置され、空気が上記間隙を通じて吹出口１４から下方に吹き出され、照明装置３が給気チャンバー１３と独立して上下移動可能である。照明管１１は、ＬＥＤを光源として用いた、蛍光管タイプもしくはライン状のＬＥＤ照明器具である。植物栽培ユニット１は、植物栽培設備１０の室内で鉛直方向や水平方向に複数配置される。
【解決手段】植物栽培ユニット１は空調装置５の給気チャンバー１３と、照明装置３と、植物体９が配置される栽培ベッド７とを具備する。照明装置３は栽培ベッド７の上方に配置され、光源として複数の照明管１１を有し、平面において複数の照明管１１が間隙を空けて配置されている。また、給気チャンバー１３の吹出口１４が照明装置３の上方に配置され、空気が上記間隙を通じて吹出口１４から下方に吹き出され、照明装置３が給気チャンバー１３と独立して上下移動可能である。照明管１１は、ＬＥＤを光源として用いた、蛍光管タイプもしくはライン状のＬＥＤ照明器具である。植物栽培ユニット１は、植物栽培設備１０の室内で鉛直方向や水平方向に複数配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工照明装置と空調設備を用いて植物を栽培する植物栽培照明・空調ユニット、およびこれを含む植物栽培設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工照明装置と空調設備を用いて栽培環境を調整することにより植物を栽培する設備が、閉鎖型植物工場などとして従来知られている。このように人工照明で植物を栽培する場合には、蛍光灯（蛍光管）を光源とした照明装置を使用した栽培棚が多く利用されている。
【０００３】
このような植物栽培設備の例を図７に示す。図７の植物栽培設備２００では、室内に植物栽培ユニット１００が鉛直方向や水平方向に複数配置される。植物栽培ユニット１００では、照明装置１０３が栽培ベッド１０７の上方に配置される。照明装置１０３は、光源として蛍光管１１１を有する。栽培ベッド１０７には植物体１０９が配置されてこれが栽培される。また、植物栽培設備２００では室内に空調装置１０５の給気チャンバー１１３が設置される。
【０００４】
蛍光管１１１は３６０°全体に発光するので、このような植物栽培ユニット１００では、植物への照射効率を高めるため、照明装置１０３として蛍光管１１１の上方に反射板１１２を設置する。このように、植物体１０９の上方の大部分は照明装置１０３に占有される。
【０００５】
このため、空調装置１０５は、植物体１０９と照明装置１０３の間を気流が通過するように設計される。即ち、給気チャンバー１１３が植物栽培ユニット１００の側方に配置され、水平方向に空気が吹き出される。この種の栽培設備の例が、特許文献１に示されている。その他、空調装置１０５としては、部屋の天井面や床面から空気を吹出す方式もある。植物体１０９の上方は遮られているので、この場合も、気流は植物体１０９と照明装置１０３の間を通過する。
【０００６】
なお、照明装置１０３の光源としては、蛍光管１１１のほか、メタルハライドランプやナトリウムランプなどの高輝度ランプが使用される場合もある。さらに近年、植物栽培用のＬＥＤ照明装置も多く製品化され利用されており、面状の基盤にＬＥＤを配置したパネルが植物栽培に利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２２５４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
照明装置１０３からの発熱は植物体１０９の生育や空調負荷に影響を与える。図７に示すように、植物栽培ユニット１００において植物体１０９の上方を照明装置１０３で占有し、空調装置１０５を照明装置１０３と植物体１０９の間を気流が通過するように設計する場合、当該気流により照明装置１０３等により発生する熱が移動し、気流の下流側で気温が高くなる。
【０００９】
このため、従来の栽培設備においては、気流の上流側（例えば、図７の左側）に位置する植物体１０９付近では気温が低くなるが、気流の下流側（例えば図７の右側）に位置する植物体１０９付近ではより気温が高くなる傾向にある。このように、設備内で植物体１０９の位置により気温が不均一となり、この気温の不均一性が植物の生育や品質に影響を与える問題があった。
【００１０】
加えて、この種の栽培設備においては、植物の生育のため効率よくエネルギーを使用し、消費するエネルギーを削減することが望まれている。
【００１１】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、気温の不均一性を防ぎ、省エネルギーを実現しながら植物の生育に適した環境とすることができる植物栽培照明・空調ユニット等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達するための第１の発明は、空調装置の給気部と、照明装置と、植物体が配置される栽培ベッドとを具備し、前記照明装置は光源を備え、前記栽培ベッドの上方に配置されるとともに平面において間隙が設けられ、前記給気部の吹出口が前記照明装置の上方に配置され、空気が前記吹出口から前記間隙を通じて下方に前記栽培ベッドに向かって吹き出され、前記照明装置が前記給気部と独立して上下移動可能であることを特徴とする植物栽培照明・空調ユニットである。
【００１３】
前記光源は、下方に配光される、ＬＥＤを用いた複数の照明管であり、前記照明菅が平面において間隙を空けて並べられることが望ましい。
また、前記光源の鉛直方向断面は略円形であることも望ましい。
【００１４】
さらに、複数の前記光源が枠体により一体化され、複数の前記光源が一体として上下移動可能であることも望ましい。
加えて、前記吹出口にルーバーを設けることも望ましい。
【００１５】
前述した目的を達するための第２の発明は、第１の発明の植物栽培照明・空調ユニットを室内で鉛直方向および／または水平方向に複数配置したことを特徴とする植物栽培設備である。
【００１６】
以上の構成により、植物体（栽培ベッド）の上方に照明装置を設置し、さらにその上方に給気部を配置し、照明装置に設けた間隙を通して空調設備により温度、湿度の調整がなされた空気を下方の植物体に給気する照明・空調システムとする。従来は側面から給気するため、植物に対する風環境や空気温度などの環境条件が給気口との水平距離により異なり不均一になるが、照明装置の上方から給気することで吹出口から植物体までの距離を栽培ベッド内で一様にし、風環境や空気温度を均一とすることができる。
【００１７】
また、植物の生育に適した条件になるよう空調空気を直接上方から給気するので、植物栽培に必要な空調の範囲は照明と植物体の周辺に設定すればよく、栽培室内全体の空気を空調する必要がない。これにより、栽培室の室内全体を空調する場合と比較して、空調エネルギーを抑制することができる。
【００１８】
さらに、照明装置を上下させる機構を設けることで、植物の大きさ、種類、生育状況等に応じて上下させることで近接照射が可能であり最小限の光量で済む。従って、光源を固定した場合と比較して光強度を抑制することでエネルギー消費を最小限に抑えることが可能であり、省エネルギー効果が期待できる。また、照明装置のみが独立に上下するので、装置構成が簡易であり低コストである。
【００１９】
本発明の植物栽培照明・空調ユニットでは、上記の構成によりユニットごとに植物体の空気環境が均一化される。従って植物栽培設備において、本ユニットを室内で多段多列に配置し、上下左右の空間に拡張しても、植物体にあたる気流により室内でほぼ一様な風環境や気温等の環境条件を作り出すことが可能である。
【００２０】
照明装置の平面に、空調空気をスムーズに通過させ空気環境の均一化が実現できる程度に必要な間隙が設けられれば、光源を蛍光灯に反射笠を取り付けたもの、あるいは面状の基盤に複数ＬＥＤを配置したもの等とすることも可能であるが、ＬＥＤを用いた下方配光の照明管、具体的にはライン状の照明管あるいは蛍光灯タイプの照明管を用いれば、照射面は個々の基盤の下方半分のみであり、上面は放熱板となっていて、空気の流れが反射板等により妨げられることがなく、空気環境の均一化を達成することが容易である。一方、例えば蛍光灯を用いる場合では反射板あるいは反射板間に間隙を設けるなども可能であるが、必要な光量を得るためには反射板の面積等を確保する必要があるなど、その構成的要求から間隙の大きさが制限されうる。
ＬＥＤを用いた照明装置において、背面からの発熱処理は課題であるが、本発明のシステムでは上方から空調空気を通過させることで、過剰な照明発熱を抑制し、給気による空冷効果が期待できる。これによりＬＥＤ照明の劣化を防ぎ寿命確保にも貢献する。また、ＬＥＤによる照明装置とすることで、光源からの発熱が蛍光灯やメタルハライドランプより少なくでき、照明装置の上下移動による植物体への近接照射がさらに有効なものとなる。
【００２１】
また、従来のパネル状のＬＥＤ照明装置では基盤の不具合等により照明装置全体を交換する必要があったが、照明装置にライン状のＬＥＤや蛍光灯タイプのＬＥＤなどの照明管を使用すると、照明管単体ごとに着脱可能であり、寿命に伴う交換や故障時の取り扱いなどのメンテナンスも部分的に行うことができる。特に蛍光灯タイプのＬＥＤは従来の蛍光灯器具の利用が可能であり、低コスト化が図れる。
【００２２】
さらに光源の鉛直方向断面を略円形とすることで、略円形の断面に伴う付着効果により上方からの気流が光源の断面に沿って回りこんでスムーズに下方に達するので、気流が光源により阻害されにくく、空気環境の均一化が促進される。特に、ＬＥＤを用いた照明管を使用した場合には、反射板等も不要であり、その効果等が顕著である。
また、光源は枠体などにより数本単位でモジュール化することで、ユニット毎の一体的な上下移動その他の取り扱いが可能になり作業性が向上する。
加えて、給気部の吹出口にルーバーを設けることにより、空気環境の更なる均一化を実現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、気温の不均一性を防ぎ、省エネルギーを実現しながら植物の生育に適した環境とすることができる植物栽培照明・空調ユニット等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】植物栽培ユニット１の例について示す図
【図２】植物栽培ユニット１の例について示す図
【図３】枠体１５について示す図
【図４】照明装置３の昇降について示す図
【図５】植物栽培ユニット１の例について示す図
【図６】植物栽培ユニット１ａの例について示す図
【図７】植物栽培ユニット１００の例について示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の植物栽培照明・空調ユニット（植物栽培ユニット）等の実施形態について説明する。
まず、図１、図２を参照して、本実施形態の植物栽培ユニット１について説明する。図１は本実施形態の植物栽培ユニット１の例を示す側面図であり、植物栽培設備１０内に植物栽培ユニット１が配置された状態を示す図である。図２は本実施形態の植物栽培ユニット１の例を示す図であり、植物栽培ユニット１の前面が示される。
【００２６】
図１、図２に示すように、植物栽培ユニット１は、光源として照明管１１が設けられる照明装置３、および、空調装置５の給気チャンバー（給気部）１３等がフレーム（不図示）等に取り付けられて構成される。植物栽培ユニット１には植物体９を配置しこれを栽培する栽培ベッド７が配置され、給気チャンバー１３および照明装置３は栽培ベッド７の上方に配置される。また、植物栽培設備１０においては、栽培室内に植物栽培ユニット１が垂直方向および／または水平方向に複数配置されている。
【００２７】
照明装置３は複数の照明管１１を備える。照明管１１は、ＬＥＤを用いた、蛍光管タイプもしくはライン状のＬＥＤ照明器具であり、略円形の鉛直方向断面を有する。照明管１１の管内には基盤が設けられ、当該基盤の下面にＬＥＤの発光素子が配置され下方に配光する。また、その上部には放熱板が設けられ、これにより放熱を行なう。照明管１１は電源（不図示）による電力供給を受けて発光する。
【００２８】
複数の照明管１１は、図３に示すように、照明装置３の平面において、照明管１１の軸方向に直交する方向に間隙を空けて並べられた状態で、枠体１５に軸方向の両端が固定されて一体に構成される。
【００２９】
空調装置５は給気チャンバー１３の他、ダクトや空気調整機（不図示）を備える。給気チャンバー１３は空気調整機やダクトと接続し、空気調整機により温度や湿度等の調整がなされた空気がファン等によりダクトを介して供給される。また、植物栽培設備１０には空調装置５に通じる吸込口（不図示）等も設けられ、空気調整が空気を循環させつつ行なわれる。
【００３０】
給気チャンバー１３は植物栽培ユニット１のフレーム等に固定され、照明装置３に対応する平面位置で、照明装置３の上方に配置される。給気チャンバー１３は下面に吹出口１４を有する。給気チャンバー１３内には、給気チャンバー１３から吹き出される風量を吹出口１４の平面各位置で一定とするための風量調整機構（不図示）や、照明装置３および栽培ベッド７の植物体９に向かって下方へ風向を調整するための風向調整機構（不図示）等を必要に応じて備える。風量調整機構や、風向調整機構としては既知のものを適宜用いることができる。また、吹出口１４にフィルターやパンチングメタルを取り付け、空気の清浄化や気流の均一化を図ることもできる。
【００３１】
栽培ベッド７は植物体９を栽培するため配置するもので、本実施形態では養液を供給、排出しつつ植物体９の水耕を行う水耕栽培ベッドである。このため、植物栽培設備１０には管路や養液タンク、循環ポンプ等による養液の循環機構（不図示）が設けられる。但し、栽培ベッド７は植物の種類等に応じて適切なものが用いられ、これに限ることはない。
【００３２】
植物栽培ユニット１には、複数の照明管１１を取り付けた枠体１５を昇降させるためのチェーンや滑車、モータおよびこれを制御する制御装置等による昇降部（不図示）がさらに設けられる。これにより照明装置３が空調装置５（給気チャンバー１３）とは独立に上下移動可能となっている。図４に示すように、植物体９の種類や生育状況に合わせて照明装置３を上下させることにより、植物体９に照射される光の量（照度）を調節することができ、照明装置３を植物体９に近接させた場合には植物体９の生育に必要な光の量を得るために必要なエネルギーを削減することができる。
【００３３】
本実施形態の植物栽培ユニット１では、給気チャンバー１３の吹出口１４から下方に（図１、図２のＡ方向で示す）空気が吹き出される。吹き出された空気は、照明管１１の間に設けられた間隙を通過して栽培ベッド７（植物体９）へと向かう。
【００３４】
本実施形態の植物栽培ユニット１では、給気チャンバー１３の吹出口１４から栽培ベッド７までの距離が栽培ベッド７内の各平面位置（各植物体９）で一定であるので、栽培ベッド７の平面位置により温度環境等が変化することがない。上記の空気は照明管１１より発生する熱を奪い、空気の移動に伴い熱が移動するが、空調の制御の際には植物体９付近に温度や湿度のセンサーを設置し、そこからの信号により空調の運転制御を行うことで、照明管１１から移動した熱の影響も反映した空調が行われるので問題はなく、使用者の設定した植物生育に適した条件での空調が可能である。
【００３５】
なお、本実施形態で、照明装置３の光源は蛍光管タイプもしくはライン状のＬＥＤ照明管であるが、照明装置３の平面に、空調空気をスムーズに通過させ空気環境の均一化が実現できる程度に必要な間隙が設けられれば、光源としてはこれに限ることはなく、例えば蛍光灯や面状の基盤に複数ＬＥＤを配置したものなどでもよい。ただし、本実施形態のようにＬＥＤを光源とする照明管１１を用いることは、これにより反射板や面状のＬＥＤ基盤等が不要となり、空気の流れが妨げられることがなく空気環境の均一化が容易である点などで有利である。
【００３６】
本実施形態の植物栽培ユニット１では、図５に示すように、必要に応じてその側部に照明管１１ａを複数鉛直方向に間隔を空けて配置してもよい。これにより、タバコ、イネやダイズ、トマト、果樹など、大型の植物の人工照明栽培に対しても利用が可能である。この場合、植物栽培設備１０としては、植物栽培ユニット１の側方から水平方向に空気を吹き出す給気チャンバー１３ａをさらに設けておき、照明管１１ａの間の間隙を介して空調空気を植物体９に給気してもよい。タバコ、イネ等の大型の植物では上方からの給気が枝葉に遮られ、特に根元に近い部分での温度分布の均一化が難しく、光量も減少してしまう。そこで、側部に照明管１１ａを設けつつ補助的に側部から照明管１１ａ間を通じて給気することで、根元に近い部分に空気を滞留させず空気環境の均一性向上が図れ、側方からの照明で光強度を補うことが出来る。
【００３７】
また、本発明の植物栽培照明・空調ユニットの別の例が図６に示す植物栽培ユニット１ａであり、前述した植物栽培ユニット１に加え、給気チャンバー１３の下面の吹出口１４に可動式のルーバー１７を設けている。植物栽培ユニット１ａでは、ルーバー１７の自動回転等により風環境の更なる均一化が可能であり、さらに風のゆらぎの効果なども期待しうる。
さらに、可動ルーバー１７は可動開閉可能とする他、これを平面上適宜各部分に分割し、部分的に可動開閉可能としてもいい。これにより、同一植物栽培ユニット１ａ内でも、部分的な使用もしくは不使用、植物の生育状況に合わせた吹出口１４の平面各部分での給気量の調整が可能となる。なお、給気量を部分的に調整する方法はこれに限らず、吹出口１４を平面上分割した各部分ごとに、対応する流路をそれぞれ設けておき、この流路を開閉してもよい。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の植物栽培ユニット等によれば、植物体９（栽培ベッド７）の上方に照明装置３を設置し、さらにその上方に給気チャンバー１３を配置し、照明装置３に設けた間隙を通して空調設備５により温度、湿度の調整がなされた空気を下方の植物体９に給気する照明・空調システムとする。従来は側面から給気するため、植物に対する風環境や空気温度などの環境条件が給気口との水平距離により異なり不均一になるが、照明装置３の上方から給気することで吹出口１４から植物体９までの距離を栽培ベッド７内で一様にし、風環境や空気温度を均一とすることができる。
【００３９】
また、植物の生育に適した条件になるよう空調空気を直接上方から給気するので、植物栽培に必要な空調の範囲は照明と植物体９の周辺に設定すればよく、栽培室内全体の空気を空調する必要がない。これにより、栽培室の室内全体を空調する場合と比較して、空調エネルギーを抑制することができる。
【００４０】
さらに、照明装置３が上下移動可能に設けられているので、植物の大きさ、種類、生育状況等に応じて上下させることで近接照射が可能であり最小限の光量で済む。従って、光源を固定した場合と比較して光強度を抑制することでエネルギー消費を最小限に抑えることが可能であり、省エネルギー効果が期待できる。また、照明装置３のみが独立に上下するので、装置構成が簡易であり低コストである。
【００４１】
本実施形態の植物栽培ユニット１では、上記の構成によりユニットごとに植物体９の空気環境が均一化される。従って植物栽培設備１０において、本ユニットを室内で多段多列に配置し、上下左右の空間に拡張しても、植物体９にあたる気流により室内でほぼ一様な風環境や気温等の環境条件を作り出すことが可能である。
【００４２】
照明装置３の平面に、空調空気をスムーズに通過させ空気環境の均一化が実現できる程度に必要な間隙が設けられれば、光源を蛍光灯に反射笠を取り付けたもの、あるいは面状の基盤に複数ＬＥＤを配置したもの等とすることも可能であるが、本実施形態の植物栽培ユニット１では、ＬＥＤを用いた下方配光の照明管１１、具体的にはライン状の照明管あるいは蛍光灯タイプの照明管を用いているので、照射面は個々の基盤の下方半分のみであり、上面は放熱板となっていて、空気の流れが反射板等により妨げられることがなく、空気環境の均一化を達成することが容易である。一方、例えば蛍光灯を用いる場合では反射板あるいは反射板間に間隙を設けるなども可能であるが、必要な光量を得るためには反射板の面積等を確保する必要があるなど、その構成的要求から間隙の大きさは制限されうる。
ＬＥＤを用いた照明装置において、背面からの発熱処理は課題であるが、本システムでは上方から空調空気を通過させることで、過剰な照明発熱を抑制し、給気による空冷効果が期待できる。これによりＬＥＤ照明の劣化を防ぎ寿命確保にも貢献する。また、ＬＥＤによる照明装置とすることで、光源からの発熱が蛍光灯やメタルハライドランプより少なくでき、照明装置３の上下移動による植物体９への近接照射がさらに有効なものとなる。
【００４３】
また、従来のパネル状のＬＥＤ照明装置では基盤の不具合等により照明装置全体を交換する必要があったが、照明装置３にライン状のＬＥＤや蛍光灯タイプのＬＥＤなどの照明管１１を使用するので、照明管単体ごとに着脱可能であり、寿命に伴う交換や故障時の取り扱いなどのメンテナンスも部分的に行うことができる。特に蛍光灯タイプのＬＥＤは従来の蛍光灯器具の利用が可能であり、低コスト化が図れる。
【００４４】
さらに光源である照明管１１の鉛直方向断面が略円形であるので、略円形の断面に伴う付着効果により上方からの気流が照明管１１の断面に沿って回りこんでスムーズに下方に達するので、気流が照明管１１により阻害されにくく、空気環境の均一化が促進される。特に、ＬＥＤを用いた照明管１１を使用しているので、反射板等も不要であり、その効果は顕著である。
また、照明管１１は枠体１５などにより数本単位でモジュール化しているので、ユニット毎の一体的な上下移動その他の取り扱いが可能になり作業性が向上する。
【００４５】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る植物栽培照明・空調ユニット等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４６】
１、１ａ、１００………植物栽培ユニット
３、１０３………照明装置
５、１０５………空調装置
７、１０７………栽培ベッド
９、１０９………植物体
１０、２００………植物栽培設備
１１、１１ａ、１１１………照明管
１３、１３ａ、１１３………給気チャンバー
１４………吹出口
１５………枠体
１７………ルーバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工照明装置と空調設備を用いて植物を栽培する植物栽培照明・空調ユニット、およびこれを含む植物栽培設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工照明装置と空調設備を用いて栽培環境を調整することにより植物を栽培する設備が、閉鎖型植物工場などとして従来知られている。このように人工照明で植物を栽培する場合には、蛍光灯（蛍光管）を光源とした照明装置を使用した栽培棚が多く利用されている。
【０００３】
このような植物栽培設備の例を図７に示す。図７の植物栽培設備２００では、室内に植物栽培ユニット１００が鉛直方向や水平方向に複数配置される。植物栽培ユニット１００では、照明装置１０３が栽培ベッド１０７の上方に配置される。照明装置１０３は、光源として蛍光管１１１を有する。栽培ベッド１０７には植物体１０９が配置されてこれが栽培される。また、植物栽培設備２００では室内に空調装置１０５の給気チャンバー１１３が設置される。
【０００４】
蛍光管１１１は３６０°全体に発光するので、このような植物栽培ユニット１００では、植物への照射効率を高めるため、照明装置１０３として蛍光管１１１の上方に反射板１１２を設置する。このように、植物体１０９の上方の大部分は照明装置１０３に占有される。
【０００５】
このため、空調装置１０５は、植物体１０９と照明装置１０３の間を気流が通過するように設計される。即ち、給気チャンバー１１３が植物栽培ユニット１００の側方に配置され、水平方向に空気が吹き出される。この種の栽培設備の例が、特許文献１に示されている。その他、空調装置１０５としては、部屋の天井面や床面から空気を吹出す方式もある。植物体１０９の上方は遮られているので、この場合も、気流は植物体１０９と照明装置１０３の間を通過する。
【０００６】
なお、照明装置１０３の光源としては、蛍光管１１１のほか、メタルハライドランプやナトリウムランプなどの高輝度ランプが使用される場合もある。さらに近年、植物栽培用のＬＥＤ照明装置も多く製品化され利用されており、面状の基盤にＬＥＤを配置したパネルが植物栽培に利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２２５４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
照明装置１０３からの発熱は植物体１０９の生育や空調負荷に影響を与える。図７に示すように、植物栽培ユニット１００において植物体１０９の上方を照明装置１０３で占有し、空調装置１０５を照明装置１０３と植物体１０９の間を気流が通過するように設計する場合、当該気流により照明装置１０３等により発生する熱が移動し、気流の下流側で気温が高くなる。
【０００９】
このため、従来の栽培設備においては、気流の上流側（例えば、図７の左側）に位置する植物体１０９付近では気温が低くなるが、気流の下流側（例えば図７の右側）に位置する植物体１０９付近ではより気温が高くなる傾向にある。このように、設備内で植物体１０９の位置により気温が不均一となり、この気温の不均一性が植物の生育や品質に影響を与える問題があった。
【００１０】
加えて、この種の栽培設備においては、植物の生育のため効率よくエネルギーを使用し、消費するエネルギーを削減することが望まれている。
【００１１】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、気温の不均一性を防ぎ、省エネルギーを実現しながら植物の生育に適した環境とすることができる植物栽培照明・空調ユニット等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達するための第１の発明は、空調装置の給気部と、照明装置と、植物体が配置される栽培ベッドとを具備し、前記照明装置は光源を備え、前記栽培ベッドの上方に配置されるとともに平面において間隙が設けられ、前記給気部の吹出口が前記照明装置の上方に配置され、空気が前記吹出口から前記間隙を通じて下方に前記栽培ベッドに向かって吹き出され、前記照明装置が前記給気部と独立して上下移動可能であることを特徴とする植物栽培照明・空調ユニットである。
【００１３】
前記光源は、下方に配光される、ＬＥＤを用いた複数の照明管であり、前記照明菅が平面において間隙を空けて並べられることが望ましい。
また、前記光源の鉛直方向断面は略円形であることも望ましい。
【００１４】
さらに、複数の前記光源が枠体により一体化され、複数の前記光源が一体として上下移動可能であることも望ましい。
加えて、前記吹出口にルーバーを設けることも望ましい。
【００１５】
前述した目的を達するための第２の発明は、第１の発明の植物栽培照明・空調ユニットを室内で鉛直方向および／または水平方向に複数配置したことを特徴とする植物栽培設備である。
【００１６】
以上の構成により、植物体（栽培ベッド）の上方に照明装置を設置し、さらにその上方に給気部を配置し、照明装置に設けた間隙を通して空調設備により温度、湿度の調整がなされた空気を下方の植物体に給気する照明・空調システムとする。従来は側面から給気するため、植物に対する風環境や空気温度などの環境条件が給気口との水平距離により異なり不均一になるが、照明装置の上方から給気することで吹出口から植物体までの距離を栽培ベッド内で一様にし、風環境や空気温度を均一とすることができる。
【００１７】
また、植物の生育に適した条件になるよう空調空気を直接上方から給気するので、植物栽培に必要な空調の範囲は照明と植物体の周辺に設定すればよく、栽培室内全体の空気を空調する必要がない。これにより、栽培室の室内全体を空調する場合と比較して、空調エネルギーを抑制することができる。
【００１８】
さらに、照明装置を上下させる機構を設けることで、植物の大きさ、種類、生育状況等に応じて上下させることで近接照射が可能であり最小限の光量で済む。従って、光源を固定した場合と比較して光強度を抑制することでエネルギー消費を最小限に抑えることが可能であり、省エネルギー効果が期待できる。また、照明装置のみが独立に上下するので、装置構成が簡易であり低コストである。
【００１９】
本発明の植物栽培照明・空調ユニットでは、上記の構成によりユニットごとに植物体の空気環境が均一化される。従って植物栽培設備において、本ユニットを室内で多段多列に配置し、上下左右の空間に拡張しても、植物体にあたる気流により室内でほぼ一様な風環境や気温等の環境条件を作り出すことが可能である。
【００２０】
照明装置の平面に、空調空気をスムーズに通過させ空気環境の均一化が実現できる程度に必要な間隙が設けられれば、光源を蛍光灯に反射笠を取り付けたもの、あるいは面状の基盤に複数ＬＥＤを配置したもの等とすることも可能であるが、ＬＥＤを用いた下方配光の照明管、具体的にはライン状の照明管あるいは蛍光灯タイプの照明管を用いれば、照射面は個々の基盤の下方半分のみであり、上面は放熱板となっていて、空気の流れが反射板等により妨げられることがなく、空気環境の均一化を達成することが容易である。一方、例えば蛍光灯を用いる場合では反射板あるいは反射板間に間隙を設けるなども可能であるが、必要な光量を得るためには反射板の面積等を確保する必要があるなど、その構成的要求から間隙の大きさが制限されうる。
ＬＥＤを用いた照明装置において、背面からの発熱処理は課題であるが、本発明のシステムでは上方から空調空気を通過させることで、過剰な照明発熱を抑制し、給気による空冷効果が期待できる。これによりＬＥＤ照明の劣化を防ぎ寿命確保にも貢献する。また、ＬＥＤによる照明装置とすることで、光源からの発熱が蛍光灯やメタルハライドランプより少なくでき、照明装置の上下移動による植物体への近接照射がさらに有効なものとなる。
【００２１】
また、従来のパネル状のＬＥＤ照明装置では基盤の不具合等により照明装置全体を交換する必要があったが、照明装置にライン状のＬＥＤや蛍光灯タイプのＬＥＤなどの照明管を使用すると、照明管単体ごとに着脱可能であり、寿命に伴う交換や故障時の取り扱いなどのメンテナンスも部分的に行うことができる。特に蛍光灯タイプのＬＥＤは従来の蛍光灯器具の利用が可能であり、低コスト化が図れる。
【００２２】
さらに光源の鉛直方向断面を略円形とすることで、略円形の断面に伴う付着効果により上方からの気流が光源の断面に沿って回りこんでスムーズに下方に達するので、気流が光源により阻害されにくく、空気環境の均一化が促進される。特に、ＬＥＤを用いた照明管を使用した場合には、反射板等も不要であり、その効果等が顕著である。
また、光源は枠体などにより数本単位でモジュール化することで、ユニット毎の一体的な上下移動その他の取り扱いが可能になり作業性が向上する。
加えて、給気部の吹出口にルーバーを設けることにより、空気環境の更なる均一化を実現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、気温の不均一性を防ぎ、省エネルギーを実現しながら植物の生育に適した環境とすることができる植物栽培照明・空調ユニット等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】植物栽培ユニット１の例について示す図
【図２】植物栽培ユニット１の例について示す図
【図３】枠体１５について示す図
【図４】照明装置３の昇降について示す図
【図５】植物栽培ユニット１の例について示す図
【図６】植物栽培ユニット１ａの例について示す図
【図７】植物栽培ユニット１００の例について示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の植物栽培照明・空調ユニット（植物栽培ユニット）等の実施形態について説明する。
まず、図１、図２を参照して、本実施形態の植物栽培ユニット１について説明する。図１は本実施形態の植物栽培ユニット１の例を示す側面図であり、植物栽培設備１０内に植物栽培ユニット１が配置された状態を示す図である。図２は本実施形態の植物栽培ユニット１の例を示す図であり、植物栽培ユニット１の前面が示される。
【００２６】
図１、図２に示すように、植物栽培ユニット１は、光源として照明管１１が設けられる照明装置３、および、空調装置５の給気チャンバー（給気部）１３等がフレーム（不図示）等に取り付けられて構成される。植物栽培ユニット１には植物体９を配置しこれを栽培する栽培ベッド７が配置され、給気チャンバー１３および照明装置３は栽培ベッド７の上方に配置される。また、植物栽培設備１０においては、栽培室内に植物栽培ユニット１が垂直方向および／または水平方向に複数配置されている。
【００２７】
照明装置３は複数の照明管１１を備える。照明管１１は、ＬＥＤを用いた、蛍光管タイプもしくはライン状のＬＥＤ照明器具であり、略円形の鉛直方向断面を有する。照明管１１の管内には基盤が設けられ、当該基盤の下面にＬＥＤの発光素子が配置され下方に配光する。また、その上部には放熱板が設けられ、これにより放熱を行なう。照明管１１は電源（不図示）による電力供給を受けて発光する。
【００２８】
複数の照明管１１は、図３に示すように、照明装置３の平面において、照明管１１の軸方向に直交する方向に間隙を空けて並べられた状態で、枠体１５に軸方向の両端が固定されて一体に構成される。
【００２９】
空調装置５は給気チャンバー１３の他、ダクトや空気調整機（不図示）を備える。給気チャンバー１３は空気調整機やダクトと接続し、空気調整機により温度や湿度等の調整がなされた空気がファン等によりダクトを介して供給される。また、植物栽培設備１０には空調装置５に通じる吸込口（不図示）等も設けられ、空気調整が空気を循環させつつ行なわれる。
【００３０】
給気チャンバー１３は植物栽培ユニット１のフレーム等に固定され、照明装置３に対応する平面位置で、照明装置３の上方に配置される。給気チャンバー１３は下面に吹出口１４を有する。給気チャンバー１３内には、給気チャンバー１３から吹き出される風量を吹出口１４の平面各位置で一定とするための風量調整機構（不図示）や、照明装置３および栽培ベッド７の植物体９に向かって下方へ風向を調整するための風向調整機構（不図示）等を必要に応じて備える。風量調整機構や、風向調整機構としては既知のものを適宜用いることができる。また、吹出口１４にフィルターやパンチングメタルを取り付け、空気の清浄化や気流の均一化を図ることもできる。
【００３１】
栽培ベッド７は植物体９を栽培するため配置するもので、本実施形態では養液を供給、排出しつつ植物体９の水耕を行う水耕栽培ベッドである。このため、植物栽培設備１０には管路や養液タンク、循環ポンプ等による養液の循環機構（不図示）が設けられる。但し、栽培ベッド７は植物の種類等に応じて適切なものが用いられ、これに限ることはない。
【００３２】
植物栽培ユニット１には、複数の照明管１１を取り付けた枠体１５を昇降させるためのチェーンや滑車、モータおよびこれを制御する制御装置等による昇降部（不図示）がさらに設けられる。これにより照明装置３が空調装置５（給気チャンバー１３）とは独立に上下移動可能となっている。図４に示すように、植物体９の種類や生育状況に合わせて照明装置３を上下させることにより、植物体９に照射される光の量（照度）を調節することができ、照明装置３を植物体９に近接させた場合には植物体９の生育に必要な光の量を得るために必要なエネルギーを削減することができる。
【００３３】
本実施形態の植物栽培ユニット１では、給気チャンバー１３の吹出口１４から下方に（図１、図２のＡ方向で示す）空気が吹き出される。吹き出された空気は、照明管１１の間に設けられた間隙を通過して栽培ベッド７（植物体９）へと向かう。
【００３４】
本実施形態の植物栽培ユニット１では、給気チャンバー１３の吹出口１４から栽培ベッド７までの距離が栽培ベッド７内の各平面位置（各植物体９）で一定であるので、栽培ベッド７の平面位置により温度環境等が変化することがない。上記の空気は照明管１１より発生する熱を奪い、空気の移動に伴い熱が移動するが、空調の制御の際には植物体９付近に温度や湿度のセンサーを設置し、そこからの信号により空調の運転制御を行うことで、照明管１１から移動した熱の影響も反映した空調が行われるので問題はなく、使用者の設定した植物生育に適した条件での空調が可能である。
【００３５】
なお、本実施形態で、照明装置３の光源は蛍光管タイプもしくはライン状のＬＥＤ照明管であるが、照明装置３の平面に、空調空気をスムーズに通過させ空気環境の均一化が実現できる程度に必要な間隙が設けられれば、光源としてはこれに限ることはなく、例えば蛍光灯や面状の基盤に複数ＬＥＤを配置したものなどでもよい。ただし、本実施形態のようにＬＥＤを光源とする照明管１１を用いることは、これにより反射板や面状のＬＥＤ基盤等が不要となり、空気の流れが妨げられることがなく空気環境の均一化が容易である点などで有利である。
【００３６】
本実施形態の植物栽培ユニット１では、図５に示すように、必要に応じてその側部に照明管１１ａを複数鉛直方向に間隔を空けて配置してもよい。これにより、タバコ、イネやダイズ、トマト、果樹など、大型の植物の人工照明栽培に対しても利用が可能である。この場合、植物栽培設備１０としては、植物栽培ユニット１の側方から水平方向に空気を吹き出す給気チャンバー１３ａをさらに設けておき、照明管１１ａの間の間隙を介して空調空気を植物体９に給気してもよい。タバコ、イネ等の大型の植物では上方からの給気が枝葉に遮られ、特に根元に近い部分での温度分布の均一化が難しく、光量も減少してしまう。そこで、側部に照明管１１ａを設けつつ補助的に側部から照明管１１ａ間を通じて給気することで、根元に近い部分に空気を滞留させず空気環境の均一性向上が図れ、側方からの照明で光強度を補うことが出来る。
【００３７】
また、本発明の植物栽培照明・空調ユニットの別の例が図６に示す植物栽培ユニット１ａであり、前述した植物栽培ユニット１に加え、給気チャンバー１３の下面の吹出口１４に可動式のルーバー１７を設けている。植物栽培ユニット１ａでは、ルーバー１７の自動回転等により風環境の更なる均一化が可能であり、さらに風のゆらぎの効果なども期待しうる。
さらに、可動ルーバー１７は可動開閉可能とする他、これを平面上適宜各部分に分割し、部分的に可動開閉可能としてもいい。これにより、同一植物栽培ユニット１ａ内でも、部分的な使用もしくは不使用、植物の生育状況に合わせた吹出口１４の平面各部分での給気量の調整が可能となる。なお、給気量を部分的に調整する方法はこれに限らず、吹出口１４を平面上分割した各部分ごとに、対応する流路をそれぞれ設けておき、この流路を開閉してもよい。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の植物栽培ユニット等によれば、植物体９（栽培ベッド７）の上方に照明装置３を設置し、さらにその上方に給気チャンバー１３を配置し、照明装置３に設けた間隙を通して空調設備５により温度、湿度の調整がなされた空気を下方の植物体９に給気する照明・空調システムとする。従来は側面から給気するため、植物に対する風環境や空気温度などの環境条件が給気口との水平距離により異なり不均一になるが、照明装置３の上方から給気することで吹出口１４から植物体９までの距離を栽培ベッド７内で一様にし、風環境や空気温度を均一とすることができる。
【００３９】
また、植物の生育に適した条件になるよう空調空気を直接上方から給気するので、植物栽培に必要な空調の範囲は照明と植物体９の周辺に設定すればよく、栽培室内全体の空気を空調する必要がない。これにより、栽培室の室内全体を空調する場合と比較して、空調エネルギーを抑制することができる。
【００４０】
さらに、照明装置３が上下移動可能に設けられているので、植物の大きさ、種類、生育状況等に応じて上下させることで近接照射が可能であり最小限の光量で済む。従って、光源を固定した場合と比較して光強度を抑制することでエネルギー消費を最小限に抑えることが可能であり、省エネルギー効果が期待できる。また、照明装置３のみが独立に上下するので、装置構成が簡易であり低コストである。
【００４１】
本実施形態の植物栽培ユニット１では、上記の構成によりユニットごとに植物体９の空気環境が均一化される。従って植物栽培設備１０において、本ユニットを室内で多段多列に配置し、上下左右の空間に拡張しても、植物体９にあたる気流により室内でほぼ一様な風環境や気温等の環境条件を作り出すことが可能である。
【００４２】
照明装置３の平面に、空調空気をスムーズに通過させ空気環境の均一化が実現できる程度に必要な間隙が設けられれば、光源を蛍光灯に反射笠を取り付けたもの、あるいは面状の基盤に複数ＬＥＤを配置したもの等とすることも可能であるが、本実施形態の植物栽培ユニット１では、ＬＥＤを用いた下方配光の照明管１１、具体的にはライン状の照明管あるいは蛍光灯タイプの照明管を用いているので、照射面は個々の基盤の下方半分のみであり、上面は放熱板となっていて、空気の流れが反射板等により妨げられることがなく、空気環境の均一化を達成することが容易である。一方、例えば蛍光灯を用いる場合では反射板あるいは反射板間に間隙を設けるなども可能であるが、必要な光量を得るためには反射板の面積等を確保する必要があるなど、その構成的要求から間隙の大きさは制限されうる。
ＬＥＤを用いた照明装置において、背面からの発熱処理は課題であるが、本システムでは上方から空調空気を通過させることで、過剰な照明発熱を抑制し、給気による空冷効果が期待できる。これによりＬＥＤ照明の劣化を防ぎ寿命確保にも貢献する。また、ＬＥＤによる照明装置とすることで、光源からの発熱が蛍光灯やメタルハライドランプより少なくでき、照明装置３の上下移動による植物体９への近接照射がさらに有効なものとなる。
【００４３】
また、従来のパネル状のＬＥＤ照明装置では基盤の不具合等により照明装置全体を交換する必要があったが、照明装置３にライン状のＬＥＤや蛍光灯タイプのＬＥＤなどの照明管１１を使用するので、照明管単体ごとに着脱可能であり、寿命に伴う交換や故障時の取り扱いなどのメンテナンスも部分的に行うことができる。特に蛍光灯タイプのＬＥＤは従来の蛍光灯器具の利用が可能であり、低コスト化が図れる。
【００４４】
さらに光源である照明管１１の鉛直方向断面が略円形であるので、略円形の断面に伴う付着効果により上方からの気流が照明管１１の断面に沿って回りこんでスムーズに下方に達するので、気流が照明管１１により阻害されにくく、空気環境の均一化が促進される。特に、ＬＥＤを用いた照明管１１を使用しているので、反射板等も不要であり、その効果は顕著である。
また、照明管１１は枠体１５などにより数本単位でモジュール化しているので、ユニット毎の一体的な上下移動その他の取り扱いが可能になり作業性が向上する。
【００４５】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る植物栽培照明・空調ユニット等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４６】
１、１ａ、１００………植物栽培ユニット
３、１０３………照明装置
５、１０５………空調装置
７、１０７………栽培ベッド
９、１０９………植物体
１０、２００………植物栽培設備
１１、１１ａ、１１１………照明管
１３、１３ａ、１１３………給気チャンバー
１４………吹出口
１５………枠体
１７………ルーバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調装置の給気部と、照明装置と、植物体が配置される栽培ベッドとを具備し、
前記照明装置は光源を備え、前記栽培ベッドの上方に配置されるとともに平面において間隙が設けられ、
前記給気部の吹出口が前記照明装置の上方に配置され、
空気が前記吹出口から前記間隙を通じて下方に前記栽培ベッドに向かって吹き出され、
前記照明装置が前記給気部と独立して上下移動可能であることを特徴とする植物栽培照明・空調ユニット。
【請求項２】
前記光源は、下方に配光される、ＬＥＤを用いた複数の照明管であり、
前記照明菅が平面において間隙を空けて並べられることを特徴とする請求項１記載の植物栽培照明・空調ユニット。
【請求項３】
前記光源の鉛直方向断面は略円形であることを特徴とする請求項１または２記載の植物栽培照明・空調ユニット。
【請求項４】
複数の前記光源が枠体により一体化され、複数の前記光源が一体として上下移動可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の植物栽培照明・空調ユニット。
【請求項５】
前記吹出口にルーバーを設けることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の植物栽培照明・空調ユニット。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の植物栽培照明・空調ユニットを、室内で鉛直方向および／または水平方向に複数配置したことを特徴とする植物栽培設備。
【請求項１】
空調装置の給気部と、照明装置と、植物体が配置される栽培ベッドとを具備し、
前記照明装置は光源を備え、前記栽培ベッドの上方に配置されるとともに平面において間隙が設けられ、
前記給気部の吹出口が前記照明装置の上方に配置され、
空気が前記吹出口から前記間隙を通じて下方に前記栽培ベッドに向かって吹き出され、
前記照明装置が前記給気部と独立して上下移動可能であることを特徴とする植物栽培照明・空調ユニット。
【請求項２】
前記光源は、下方に配光される、ＬＥＤを用いた複数の照明管であり、
前記照明菅が平面において間隙を空けて並べられることを特徴とする請求項１記載の植物栽培照明・空調ユニット。
【請求項３】
前記光源の鉛直方向断面は略円形であることを特徴とする請求項１または２記載の植物栽培照明・空調ユニット。
【請求項４】
複数の前記光源が枠体により一体化され、複数の前記光源が一体として上下移動可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の植物栽培照明・空調ユニット。
【請求項５】
前記吹出口にルーバーを設けることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の植物栽培照明・空調ユニット。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の植物栽培照明・空調ユニットを、室内で鉛直方向および／または水平方向に複数配置したことを特徴とする植物栽培設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２５１９６（Ｐ２０１２−１２５１９６Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８００６０（Ｐ２０１０−２８００６０）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、経済産業省、戦略的技術開発委託研究（植物機能を活用した高度モノ作り基盤技術開発／植物利用高付加価値物質製造基盤技術開発に係るもの）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、経済産業省、戦略的技術開発委託研究（植物機能を活用した高度モノ作り基盤技術開発／植物利用高付加価値物質製造基盤技術開発に係るもの）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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