DE10230133A1

DE10230133A1 - Pflanzenkultivator und Steuerungssystem dafür

Info

Publication number: DE10230133A1
Application number: DE10230133A
Authority: DE
Inventors: Kenji Yoneda; Yoshio Sugishima
Original assignee: CCS Inc
Current assignee: CCS Inc
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2003-02-20
Also published as: KR100883691B1; US6725598B2; CA2392424C; CA2392424A1; JP2003079254A; KR20030005023A; US20030005626A1

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Pflanzenkultivator für Forschungszwecke zur Verfügung zu stellen, um die optimale Kultivierungsumgebung für Pflanzen zu finden, wobei LEDs als Lichtquelle und ein Steuerungssystem dafür verwendet werden. Ein Beleuchtungsfenster (6) ist in der Oberseite (5a) eines Kastenkörpers (2) vorgesehen, welcher von wärmeisolierenden Wänden umgeben ist. Außerdem ist ein LED-Beleuchtungselement (16) in diesem Beleuchtungsfesnter (6) angeordnet, und in der Nachbarschaft des LED-Beleuchtungselements (16) ist eine LED-Steuerungseinrichtung vorgesehen, die das LED-Beleuchtungselement (16) steuert. Außerdem sind in dem Kastenkörper (2) mindestens ein Wachstumsdetektionssensor, der den Wachstumszustand der Pflanzen detektiert, und/oder eine Kultivierungsumgebungs-Überwachungseinrichtung, welche die Kultivierungsumgebung der Pflanzen überwacht, und/oder eine Kultivierungsumgebungs-Erzeugungseinrichtung, welche die Kultivierungsumgebung erzeugt, vorgesehen; und eine Kultivierungsumgebungs-Steuerungseinrichtung, welche die Kultivierungsumgebungs-Erzeugungseinrichtung steuert, ist vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pflanzenkultivator für Forschungszwecke und ein Steuerungssystem dafür, welche in Experimenten verwendet werden, um die optimale Kultivierungsumgebung für Pflanzen herauszufinden.
Herkömmlicherweise ist in Gewächshäusern oder in Vinylkunststoff-Treibhäusern als ein Verfahren zur Förderung des Pflanzenwachstums das Verfahren bekannt, bei dem eine Beleuchtungsvorrichtung mit Lichtstrahlen bereit gestellt wird, wobei eine Leuchtstofflampe und/oder eine Natrium- Hochdrucklampe verwendet wird.
Leuchtstofflampen und Natrium-Hochdrucklampen emittieren große Mengen an Licht mit anderen Wellenlängen als den Wellenlängen, die für die Photosynthese der Pflanzen wirksam sind, und es ist nicht möglich, ausschließlich Licht der Wellenlängen zu verstärken, die für die Photosynthese der Pflanzen wirksam sind.
Um das Pflanzenwachstum zu fördern, ist es folglich notwendig, eine große Anzahl von Leuchtstofflampen oder Natriumlampen zu verwenden und die Beleuchtungszeit zu steuern; ihr Stromverbrauch ist hoch und ihre Lebensdauer kurz, und es ist eine Einrichtung zur Steuerung des Anstiegs der Gewächshaustemperatur, welcher durch die dabei entstehende Wärme erzeugt wird, notwendig. Aus Gründen wie diesem sind bei herkömmlichen Systemen die Installationskosten und die Betriebskosten beträchtlich. Außerdem sind Leuchtstofflampen schwer zu steuern, weil ihre Lichtintensität bei niedriger Temperatur abfällt.
Zudem besteht die Schwierigkeit, daß es eine starke Emission von Licht mit anderen Wellenlängen als den Wellenlängen, die für die Kultivierung wirksam sind, gibt, wenn intensives Licht von Leuchtstofflampen oder Natrium- Hochdrucklampen erzeugt wird, deren Auswirkung ist, daß bakterielle Pusteln auf den Pflanzen erzeugt werden.
Angesichts der weiter oben beschriebenen Umstände besteht die Aufgabe, auf deren Lösung die vorliegende Erfindung abzielt, in der Bereitstellung eines Pflanzenkultivators und eines Steuerungssystems dafür, welche fähig sind, derart gesteuert zu werden, daß eine optimale Umgebung aufrecht erhalten wird, wobei als Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtquelle verwendet wird, die hauptsächlich Licht mit Wellenlängen emittiert, die für die Pflanzenkultivierung wirksam sind, ohne Wärme oder unbrauchbares Licht zu erzeugen, die in der Lage ist, hochfrequente Blitzlichtsteuerung zu bewältigen, was als besonders förderlich bei der Förderung der Photosynthese der Pflanzen betrachtet wird, und die dennoch von hoher Haltbarkeit ist. Er ist gedacht für den Einsatz als ein Pflanzenkultivator für experimentelle Studien, wie etwa eine Sortenverbesserung oder eine Entwicklung neuer Sorten, für Angelegenheiten, wie etwa die Kultivierung von Pflanzen mit hohem Seltenheitswert oder von hochwertigen Gartenpflanzen, für die Anzucht von Setzlingen hochwertiger Gemüse und für auf die Kultivierung von Geweben ausgerichtete Studien und, was von besonderer Wichtigkeit ist, zur Untersuchung optimaler Wachstumsbedingungen von Pflanzen.
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird zuallererst ein Kultivator mit einem Kastenkörper gebildet, der in einer geeigneten Seite mit einer Öffnungs-/Verschlußtüre versehen ist und auf seiner Oberseite oder einer geeigneten Seitenfläche mit einem Beleuchtungsfenster versehen ist, wobei seine Innenflächen mit Ausnahme dieses Beleuchtungsfensters von einer wärmeisolierenden Wand bedeckt sind. Außerdem weist der Kasten mindestens auf: einen Wachstumsdetektor, der ermittelt, wie die Pflanzen wachsen, und/oder eine Überwachungseinrichtung der Kultivierungsumgebung, welche die Kultivierungsumgebung überwacht, die mindestens die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit und/oder die Kohlendioxidgaskonzentration in der Nachbarschaft der Pflanzen (in dem Kasten) umfaßt, und eine Kultivierungsumgebungs- Erzeugungseinrichtung, welche die genannte Kultivierungsumgebung schafft und eine Kultivierungsumgebungs-Steuerungseinrichtung aufweist, welche die Kultivierungsumgebungs- Erzeugungseinrichtung entsprechend Informationen von der Kultivierungsumgebungs-Überwachungseinrichtung an einem geeigneten Ort in dem Kasten oder außerhalb des Kastens steuert.
In dieser Beschreibung bedeutet "Kohlendioxidgas" Kohlendioxidgas, das mit dem Ziel geliefert wird, die Photosynthese der Pflanzen zu fördern, und der "Wachstumsdetektionssensor° ist ein allgemeiner Begriff für Sensoren oder eine Überwachungskamera, die zum Beispiel Gewichtsänderungen und/oder Änderungen des Bio-Potentialwerts, die sich entsprechend dem Wachstum einer Pflanze ändern, detektieren.
Auch wird auf der Oberseite oder einer geeigneten Seitenfläche des Kastenkörpers ein LED-Beleuchtungselement derart angeordnet, daß es dem Beleuchtungsfenster zugewandt ist, und die LED-Steuerungseinrichtung, die das LED- Beleuchtungselement steuert, wird in der Nachbarschaft des LED-Beleuchtungselements oder auf einer geeigneten Seitenfläche des Kastens vorgesehen.
Eine LED bezeichnet eine lichtemittierende Diode. Ein LED-Beleuchtungselement bedeutet ein Beleuchtungselement, das durch Montage von LEDs einer Vielzahl von Arten, die Licht mit optimaler Wellenlänge entsprechend den Arten und dem Wachstumsstadium der Pflanzen erzeugen, in einem passenden Verhältnis gebildet wird, wobei eine große Anzahl davon auf einem Element, wie etwa einer Platte angeordnet ist. Noch spezieller wird es durch eine große Anzahl von LEDs einer oder mehrerer Arten gebildet, die aus roten, blauen, grünen, weißen, infraroten oder ultravioletten LEDs in einem geeigneten Verhältnis auf einer Platte ausgewählt werden.
Zweckmäßigerweise wird eine große Anzahl von Arten von Beleuchtungselementen vorgesehen, und der Aufbau ist derart, daß diese Beleuchtungselemente entsprechend den Arten und dem Wachstumsstadium der Pflanzen ersetzt werden können.
Ein Lichtmengensensor kann in dem Kasten vorgesehen werden, und die LED-Steuerungseinrichtung kann die Lichtmenge, die von dem LED-Beleuchtungselement emittiert wird, unter Bezug auf die von dem Lichtmengensensor in dem Kasten erhaltene Lichtmenge steuern.
Ein Pflanzenkultivator, der einen Aufbau, wie weiter oben beschrieben, aufweist, kann gebildet werden, indem das Beleuchtungsfenster aus zwei transparenten Glasplatten oder synthetischen Harzschichten, welche mit einem Zwischenraum versehen sind, oder aus integral gebildetem und mit einem Zwischenraum versehenem Glas oder synthetischem Harz, gebildet wird.
Die Öffnungs-/Verschlußtüre kann aus einer Doppeltürstruktur gebildet werden, die eine Innentür und eine Außentür aufweist, wobei die Innentür aus einer Glasplatte oder einer synthetischen Harzschicht gebildet ist und die Innenseite der Außentür als eine reflektierende Oberfläche ausgebildet ist.
Um auch sicher zu stellen, daß von dem LED- Beleuchtungselement emittiertes Licht tatsächlich auf die Pflanzen trifft und reflektiert wird, so daß es nicht nach außen entweichen kann, und um Lichtstrahlen von außen zu unterbinden, ist das Innere des Kastenkörpers mit Ausnahme des Beleuchtungsfensters als eine reflektierende Oberfläche, zum Beispiel eine weiße reflektierende Schicht, die auf diese reflektierende Oberfläche geklebt ist, gefertigt, oder diese reflektierende Oberfläche wird mit einer weißen reflektierenden Farbe beschichtet oder aus weißem Harz erzeugt. Auf diese Weise wird Licht wirksamer reflektiert.
Die Kultivierungsumgebungs-Überwachungseinrichtung kann einen Temperatursensor aufweisen; die Kultivierungsumgebungs-Erzeugungseinrichtung kann eine Temperaturerzeugungseinrichtung aufweisen, welche ein Aufheizen oder Abkühlen des Kasteninneren durchführt; und die Kultivierungsumgebungs-Steuerungseinrichtung kann das Heizen oder Abkühlen durch die Temperaturerzeugungseinrichtung entsprechend der von dem Temperatursensor in dem Kasten gemessenen Temperatur steuern.
Die Kultivierungsumgebungs-Überwachungseinrichtung kann einen Kohlendioxidgassensor aufweisen; die Kultivierungsumgebungs-Erzeugungseinrichtung kann eine Kohlendioxidgas-Zuführungseinrichtung aufweisen, die Kohlendioxidgas von einer in dem Kasten vorgesehenen Kohlendioxidgas-Zuführungsöffnung zuführt; und die Kultivierungsumgebungs-Steuerungseinrichtung kann die Zuführungsrate von Kohlendioxidgas durch die Kohlendioxidgas-Zuführungseinrichtung entsprechend der von dem Kohlendioxidgassensor festgestellten Kohlendioxidgaskonzentration steuern.
Die Kultivierungsumgebungs-Überwachungseinrichtung kann einen Feuchtigkeitssensor aufweisen; die Kultivierungsumgebungs-Erzeugungseinrichtung kann eine Feuchtigkeits- Erzeugungseinrichtung aufweisen, die das Kasteninnere befeuchtet oder entfeuchtet; und die Kultivierungsumgebungs- Steuerungseinrichtung kann die Befeuchtung oder Entfeuchtung durch die Feuchtigkeits-Erzeugungseinrichtung entsprechend der von dem Feuchtigkeitssensor in dem Kasten festgestellten Feuchtigkeit steuern.
Die Temperaturerzeugungseinrichtung kann einen Heizer aufweisen, und der Heizer kann in die wärmeisolierende Wand des Kastenkörpers eingebaut sein. Das Heizen kann unter Verwendung einer bekannten Flächenheizung oder einer Mantelheizung durchgeführt werden.
Die Temperaturerzeugungseinrichtung kann eine Kühleinrichtung aufweisen, die derart angeordnet ist, daß sie das Innere des Kastens kühlt, indem eine geeignete Kühleinrichtung, wie etwa eine elektronische Kühleinrichtung, die ein Kühlmedium-Zirkulationsrohr oder ein Peltierelement in der wärmeisolierenden Wand des Kastenkörpers verwendet, eingebaut ist.
Die Temperaturerzeugungseinrichtung kann ein Peltierelement aufweisen und kann die Temperatursteuerung durch Kühlen oder Heizen des Kasteninneren durchführen, indem die Richtung des Stromdurchlaufs durch dieses Peltierelement geändert wird.
Die Feuchtigkeitserzeugungseinrichtung kann eine von einem Peltierelement gekühlte Kühlrippe und eine durch einen Entwässerungskanal gebildete Entfeuchtungseinrichtung, die als Tau auf dieser Kühlrippe gebildetes Wasser von dem Kastenkörper nach außen abläßt, aufweisen, wodurch eine Entfeuchtung des Kasteninneren erreicht wird.
Die Feuchtigkeitserzeugungseinrichtung kann durch Zuführen eines Nebels von einer in dem Kasten vorgesehenen Nebelzuführungsöffnung in das Kasteninnere eine Befeuchtung bewirken.
In dieser Beschreibung bezeichnet "Nebel" einen Nebel aus Wasserdampf, der mit dem Ziel zugeführt wird, die Zufuhr von Feuchtigkeit zu der Pflanze und die Aufrechterhaltung der Feuchtigkeit in dem Kasten zu ergänzen.
Um das zugeführte Kohlendioxidgas oder Kohlendioxidgas und Nebel außerdem durch Strömungsleitung in dem Kasten bevorzugt gleichmäßig zu dispergieren, wird das Innere des Kastenkörpers unter Verwendung eines Trennwandelements in eine Kultivierungszone und eine Zuführungszone unterteilt, welche mit der Wachstumszone verbunden ist und eine Einrichtung zum Bewegen der Luft in dem Inneren aufweist, und die Kohlendioxidgas-Zuführungsöffnung oder die Kohlendioxidgas- Zuführungsöffnung und die Nebelzuführungsöffnung werden so aufgebaut, daß sie sich in der Zuführungszone öffnen. Die Bewegungs- oder Rühreinrichtung ist nicht allein auf das Durchführen des Rührens durch Ausrichten der Zuführungsöffnung in die Richtung des Inneren der unterteilten Zone, so daß das Gas dazu gebracht wird, mit dem Trennwandelement zu kollidieren, beschränkt, sondern könnte vorteilhafterweise das Vorsehen eines Ventilators in der unterteilten Zone umfassen.
In einem System, das den Pflanzenkultivator mit Hilfe eines damit über ein Computernetzwerk verbundenen Computers steuert, weist der Computer gemäß der vorliegenden Erfindung auch auf: eine Speichereinrichtung für Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten, die Kultivierungsumgebungs- Steuerungsdaten speichert, um mindestens die Kohlendioxidgaskonzentration und/oder die Lichtmenge und/oder die Temperatur und/oder Feuchtigkeit in dem Kastenkörper zu steuern, und eine Kultivator-Steuerungseinrichtung, die das Senden von Daten an die LED-Steuerungseinrichtung und die in dem Pflanzenkultivator vorgesehene Kultivierungsumgebungs- Steuerungseinrichtung entsprechend den Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten steuert. Auf diese Weise können mehrere mit einem Netzwerk verbundene Pflanzenkultivatoren einem zentralisierten Management und einer automatisierten Steuerung durch einen Computer unterworfen werden.
Die Kultivatorsteuerungseinrichtung kann derart angeordnet werden, daß sie den Pflanzenkultivator steuert, indem sie die von dem in dem Pflanzenkultivator vorgesehenen Lichtmengensensor, dem Temperatursensor und, falls notwendig, dem Wachstumsdetektionssensor und dem Feuchtigkeitssensor detektierten Erfassungsdaten der Kultivierungsumgebung mit den Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten vergleicht, um diese zum Beispiel mit den Kultivierungsumgebungs- Steuerungsdaten in Übereinstimmung zu bringen.
Die Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten können auch in Tabellenform gespeichert werden. Auf diese Weise können Daten auf der Grundlage der Größe und/oder der Färbung der Blätter der Pflanze, deren Kultivierungsumweltbedingungen gemessen werden, der Dicke des Stiels, der Höhe, der Größe und/oder der Färbung der Blüten und der Größe und/oder der Färbung der Früchte oder ähnlichem erhalten werden, und die für die Pflanze geeigneten Kultivierungsbedingungen können einfach herausgefunden werden, indem diesen entsprechend neue Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten erzeugt werden und die Pflanze entsprechend diesen kultiviert wird.
Für das Computernetzwerk zum Senden der Daten zur Steuerung des Pflanzenkultivators kann der Computer ein Zugriffsteuerungssystem vom CSMA/CD-System verwenden (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection = Zugriffabfrage mit Leitungsabfrage und Kollisionserkennung).
Der Computer und der Pflanzenkultivator können daher unter Verwendung eines Kabels, wie zum Beispiel eines 10BASE2, 10BASE-T oder 100BASE-TX, verbunden werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Pflanzenkultivators gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht von vorne und in die obere Richtung nach rechts geneigt gesehen, wobei die Steuerungseinheit von dem Kastenkörper getrennt ist;
Fig. 2 ist eine Teilansicht, wobei die Steuerungseinheit in dem Pflanzenkultivator von Fig. 1 in einem oberhalb des Kastenkörpers angeordneten Zustand in der Mitte vertikal geschnitten ist und der obere Teil davon gezeigt ist;
Fig. 3 ist eine Ansicht, wobei das Innere des Kastenkörpers in dem Pflanzenkultivator gemäß der vorliegenden Erfindung in eine Zuführungszone und eine Kultivierungszone unterteilt ist, wobei eine Ausführungsform dargestellt ist, in der ein Ventilator in der Zuführungszone angeordnet ist;
Fig. 4 ist eine Ansicht eines Entfeuchters, der in dem Kastenkörper in einem Pflanzenkultivator gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
Fig. 5 ist eine Ansicht eines Entfeuchters, in dem mehrstufige Kühlabschnitte in einem Pflanzenkultivator gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind;
Fig. 6 ist eine von vorne und in die obere Richtung nach rechts geneigt gesehene perspektivische Ansicht einer Steuerungseinheit und eines Kastens, die in einem Pflanzenkultivator gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Temperaturerzeugungsvorrichtung versehen sind, welche ein Peltierelement verwendet.
Fig. 7 ist eine Ansicht einer integrierten Vorrichtung, die eine Temperaturerzeugungsvorrichtung und einen Entfeuchter in einem Pflanzenkultivator gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
Fig. 8 ist eine Ansicht eines Pflanzenkultivators, der mit einem Beobachtungsfenster in einer äußeren Öffnungs-/Verschlußtüre in einem Pflanzenkultivator gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems für einen Pflanzenkultivator, wobei die Steuerung mehrerer Pflanzenkultivatoren durchgeführt wird;
Fig. 10 ist ein Diagramm, das einen Teil der Kultivatorsteuerungsdaten, welche die Lichtmenge betreffen, darstellt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiter unten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beigefügten Zeichnungen beschränkt und umfaßt verschiedene andere Formen als in den Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 stellt eine Ausführungsform eines Pflanzenkultivators gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Diese Figur ist eine perspektivische Ansicht von vorne und in die obere Richtung nach rechts geneigt gesehen, in einem Zustand, in dem die Steuerungseinheit, die mit der Kultivierungsumgebungs-Steuerungseinrichtung und der LED-Steuerungseinrichtung versehen ist, getrennt ist. Fig. 2 ist eine Teilansicht davon mit der Nachbarschaft der Mitte im vertikalen Querschnitt in dem Zustand, in dem die Steuerungseinheit des geplanten Kultivators entsprechend Fig. 1 auf dem Kastenkörper angeordnet ist.
Der Pflanzenkultivator 1 weist auf: einen Kastenkörper 2 aus einem hermetisch abgedichteten Kistenaufbau mit transparenten Beleuchtungsfenstern 6 in der oberen Mitte und doppelten Öffnungs-/Verschlußtüren 9, 8 auf der Innenseite und Außenseite der Vorderseite und eine Steuerungseinheit 11, die passend über der Oberseite des Kastenkörpers 2 angeordnet ist. Die verschiedenen umgebenden Elemente und die äußere Öffnungs-/Verschlußtüre ohne die Steuerungseinheit 11, die Beleuchtungsfenster 6 und die transparente innere Öffnungs-/Verschlußtüre 9 sind aus thermisch isolierenden Platten gebildet und haben eine weiße Reflexionsschicht 10, die auf die gesamte Oberfläche ihrer inneren Oberflächen geklebt ist.
Um die Lichtdurchlässigkeit und Wärmeisolierung und Gasdichtigkeit aufrecht zu erhalten, hat das Beleuchtungsfenster 6 einen doppelten Aufbau, in dem transparente Glasplatten 6a, 6a montiert sind; jedoch könnte es anstelle von Glas aus transparentem synthetischem Harz gefertigt sein. Auch könnte das Beleuchtungsfenster 6 aus integral gebildetem synthetischen Harz mit einem in seiner Mitte vorgesehenen Zwischenraum, der ein Vakuum ist, sein, oder es könnte aus synthetischem Harz sein, wobei der in seiner Mitte vorgesehene Zwischenraum mit Gas mit niedriger Wärmeleitfähigkeit gefüllt ist.
Auf der Seite der Steuerungseinheit 11, die dem Beleuchtungsfenster 6 zugewandt ist, ist ein Beleuchtungselement 16, bei dem auf einer Seite der Platte 16a eine große Anzahl von LEDs 17 montiert ist, so daß sie praktisch den ganzen Bereich des Beleuchtungsfensters 6 abdecken, derart montiert, daß die Seite, wo die LEDs montiert sind, dem Beleuchtungsfenster 6 zugewandt ist, so daß das von den LEDs 17 emittierte Licht von diesem Beleuchtungselement durch das Beleuchtungsfenster 6 wirksam in den Kastenkörper 2 gelenkt wird. Wenn LEDs mit einem hohen Richtungsbündelungsgrad verwendet werden, kann die auf die Pflanzen gelenkte Lichtmenge ungeachtet der Höhe des LED-Beleuchtungselements 16 konstant gehalten werden.
In der Nachbarschaft der Innenfläche der Innenseite der Seitenwand des Kastenkörpers 2, sind ein Heizer 25 zum Heizen des Kasteninneren und eine Strahlungsröhre 32 zum Zirkulieren von Kühlmittel eingebettet, wobei ihre Verbindungsanschlüsse zum Äußeren der Wandoberfläche geführt werden. Durch die rechte Seitenwand 3 des Kastenkörpers 2, sind ebenfalls jeweils Zuführungsöffnungen 30, 31 zum Zuführen von Kohlendioxidgas und Nebel in den Kastenkörper 2, eine Entwässerungskanalöffnung 34, die auch zur Belüftung dient, und ins Äußere führende Kabeleinführungsöffnungen (nicht gezeigt), durch die die Nachrichtenkabel 23 der verschiedenen in dem Kastenkörper 2 angeordneten Sensoren eingeführt werden, ausgebildet.
Obwohl in Fig. 1 und Fig. 2 nicht gezeigt, ist in der Steuerungseinheit 11 eine Steuerungsvorrichtung für die Spannungsversorgung (LED-Steuerungsvorrichtung) des LED- Beleuchtungselements 16, eine Steuerungsvorrichtung für die Zuführungsrate (Kultivierungsumgebungs-Steuerungsvorrichtung), welche die Zuführungsrate des Nebels und des Kohlendioxidgases einstellt, Steuerungsvorrichtungen für die verschiedenen Sensoren und eine Kommunikationsschnittstelle vorgesehen.
Als nächstes wird der detaillierte Aufbau der verschiedenen konstruktiven Elemente eines weiter oben beschriebenen Pflanzenkultivators 1 der Reihe nach beschrieben. Zuallererst wird ein Kastenkörper 2 in einer kistenartigen Struktur gebildet, mit Hilfe einer Bodenplatte 7, von deren Unterseite aus Träger 7a, 7a in einer vorstehenden Weise gebildet werden, so daß er horizontal getragen wird, linker und rechter und einer hinteren vertikalen Seitenwand 3, 3, 4, einer oberen Wand 5 mit einem Beleuchtungsfenster 6 in der Mitte, und doppelten Öffnungs-/Verschlußtüren 8, 9 auf der Innenseite und Außenseite, die derart montiert sind, daß sie jeweils zu einer Drehung an den Vorderkanten der Seitenwände 3 fähig sind. Jeweilige transparente Glasplatten 6a, 6a sind an den inneren und äußeren Seiten des Beleuchtungsfensters 6 der oberen Wand 5 montiert, und eine innere Öffnungs-/Verschlußtüre 9 ist derart aus einer transparenten Glasplatte gebildet, daß das Innere beobachtet werden kann, wobei der Aufbau derart ist, daß das Innere des Kastens in einem Zustand, in dem die Öffnungs-/Verschlußtüre 9 geschlossen ist, hermetisch abgedichtet ist.
Abgesehen von der inneren Öffnungs-/Verschlußtüre 9 und den Glasplatten 6a, 6a des Beleuchtungsfensters 6 sind die Elemente aus optisch opakem wärmeisolierendem Material gebildet, und der gesamte Kastenkörper wird gebildet, indem eine weiße reflektierende Schicht 10 auf seiner gesamten Oberfläche auf seinen Innenflächen, d. h. den inneren Oberflächen des Kastens, befestigt wird. Wenn diese aus optisch opakem wärmeisolierendem Material gebildet werden, wird der Vorteil erzielt, daß die innere Umgebung des Kastens auf gewünschte Bedingungen gesteuert werden kann, weil Licht und Wärme von außen unterbunden werden können. Das Fertigen der inneren Oberfläche des Kastens als eine reflektierende Oberfläche macht es auch möglich, die Pflanzen durch gestreute Reflexion von Licht, das von dem LED-Beleuchtungselement 16 emittiert wird, wirksam zu beleuchten.
Das Fertigen des Beleuchtungsfensters 6 aus einer Doppelstruktur durch Montieren von transparenten Glasplatten 6a, 6a ermöglicht, daß eine wärmeisolierende Wirkung erzielt wird, was die Temperatursteuerung in dem Kasten erleichtert und vorteilhaft für den Schutz des LED-Beleuchtungselements 16 vor Feuchtigkeit in seinem Inneren ist. Für die Glasplatten 6a kann transparentes Glas mit gutem Transmissionsgrad für das LED-Licht des Beleuchtungselements 16 verwendet werden, so daß das von dem LED-Beleuchtungselement 16 emittierte Licht nicht gedämpft wird, oder anstelle der Verwendung von Glas kann transparentes synthetisches Harz verwendet werden. In Zeiten, in denen die Pflanzen in einem Wachstumsstadium sind, kann auch ultraviolettes Licht notwendig sein; zweckmäßigerweise kann Quarzglas mit hohem ultravioletten Transmissionsgrad für die Glasplatten 6a verwendet werden und die LEDs des LED-Beleuchtungselements 16 können aus Arten sein, die in einem passenden Verhältnis mit ultravioletten LEDs kombiniert sind.
Als nächstes, wenn die Türe des Kastens für eine visuelle Beobachtung, wie die Pflanzen wachsen, geöffnet wird, wird die Luft in seinem Inneren mit Luft von außen ausgetauscht, was die Kultivierungsumgebung stört; um diese Schwierigkeit zu vermeiden, wird daher die Öffnungs-/Verschlußtüre auf der Vorderseite des Kastenkörpers 2 aus einem inneren und äußeren Doppeltüraufbau gefertigt, wobei die innere Öffnungs-/Verschlußtüre 9 aus einer transparenten Glasplatte gebildet wird. Dies ist zweckmäßig in der Hinsicht, daß die Beobachtung durchgeführt werden kann, während eine konstante Umgebung aufrecht erhalten wird. Die innere Öffnungs-/Verschlußtüre 9 ist nicht auf eine Glasplatte beschränkt und könnte aus einer transparenten synthetischen Harzschicht gefertigt werden. Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, könnte die Tür des Kastenkörpers 2 aus einer einzigen äußeren Tür 8 gefertigt werden, wobei aus transparentem Glas oder synthetischem Harz gefertigte Beobachtungsfenster in einer geeigneten Position in der äußeren Tür 8 oder in geeigneten anderen Wandflächen 3, 3, 4 vorgesehen werden.
Bevorzugt ist das Beobachtungsfenster auf der Außenseite des Beobachtungsfensters mit einer geeigneten Verschlußfunktion zur optischen Abschirmung versehen, um den Eintritt von Licht von außen zu unterbinden.
Außerdem sind die Öffnungs/Verschlußfenster 8 und 9 nicht, wie gezeigt, auf Öffnungs-/Verschluß-Drehfenster beschränkt, und sie könnten Öffnungs-/Verschlußfenster jeder anderen Art, wie etwa mit Schiebe- oder Aufrollform sein.
Wenn die Öffnungs-/Verschlußtüre zum Beispiel von einem Aufbau ist, der eine aus Glas oder synthetischem Harz gefertigte Öffnungs-/Verschlußtüre und eine auf der Innenseite dieser Tür angeordnete optische Abschirmung mit bekanntem automatischen Aufrollmechanismus aufweist, so daß die Abschirmung entlang der Tür geöffnet/verschlossen werden kann, kann das Innere, obwohl in den Figuren nicht gezeigt, durch Öffnen/Verschließen der Abschirmung ohne Öffnen der Tür beobachtet werden, so daß es vom Gesichtspunkt der Steuerung der Umgebung aus in der Hinsicht zweckmäßig ist, daß eine Störung der Luft (Austausch durch die Atmosphäre) in dem Kasten während der Beobachtung und Prüfung ausgeschlossen wird.
Als nächstes wird eine weiße reflektierende Schicht auf die innere Wandfläche des Kastenkörpers 2 und die innere Wandfläche der Tür 8 und/oder die Innenseite der optischen Abschirmung auf der Öffnungs-/Verschlußtür und des Verschlusses des Beobachtungsfensters geklebt.
Dies ist in der Hinsicht zweckmäßig, daß es die Wirkung hat, daß von dem Beleuchtungselement 16 emittiertes Licht von den Wandflächen reflektiert wird, anstatt daß es von den Wänden des Kastens absorbiert wird, so daß der Absorptionswirkungsgrad durch die Pflanzen erhöht wird.
Die weißen reflektierenden Schichten können zum Beispiel durch weiße reflektierende Farbe ersetzt werden, oder die inneren Wandflächen können aus weißem synthetischem Harz geformt werden.
Wenn mit einer Substanz, wie zum Beispiel Titanoxidpulver, das eine photokatalytische Wirkung hat, gemischte Farbe für die weißen reflektierenden Flächen verwendet wird, kann die Vermehrung von Bakterien, die an den reflektierenden Flächen haften, unterdrückt werden, und es kann der Nutzen erzielt werden, daß Sauberkeit gewahrt wird, weil es dies für Staub oder Verunreinigungen schwer macht, an den reflektierenden Flächen zu haften.
Als nächstes werden Einrichtungen zum Zuführen von Kohlendioxidgas oder von Kohlendioxidgas und Nebel (Zuführungseinrichtung für Kohlendioxidgas und Feuchtigkeitserzeugungseinrichtung) in dem Kastenkörper 2 vorgesehen. In Fig. 1 sind die Kohlendioxidgas-Zuführungsöffnung 30 und die Nebel-Zuführungsöffnung 31 durch die Wandfläche in der rechten Seitenwand 3 des Kastenkörpers 2 geformt. Kohlendioxidgas kann über einen Schlauch von einer geeigneten bekannten Kohlenstoffdioxid-Zuführungsvorrichtung, die, wenngleich in den Figuren nicht gezeigt, einen getrennt vorgesehenen Kohlendioxidgaszylinder, einen Regulator, ein Druckmeßgerät und ein elektromagnetisches Ventil aufweist, mit einer Kohlendioxid- Zuführungsöffnung 30 verbunden und an sie geliefert werden. Als der Nebel kann Wasserdampfnebel, der mit einer bekannten geeigneten Vorrichtung, wie etwa einem getrennt vorgesehenen Ultraschall-Nebelgenerator, erzeugt wird, über einen Zuführungsventilator, ein elektrisch betätigtes Öffnungs- /Schließventil und einen Schlauch oder eine flexible Röhre oder ähnliches mit der Nebelzuführungsöffnung 31 verbunden und an sie geliefert werden. Zweckmäßigerweise wird in dem unteren Teil einer Seitenwand 3 des Kastens (oder in der Bodenplatte 7) eine Entwässerungskanal- und Ablauföffnung 34 gebildet, die sowohl dazu dient, sicherzustellen, daß keine Änderung des Luftdrucks in dem Kastenkörper 2 auftritt, wenn Kohlendioxidgas oder Nebel zugeführt wird, als auch daß durch Photosynthese der Pflanzen erzeugter Sauerstoff abgeleitet wird, und die auch als eine Einrichtung dient, um übermäßige Feuchtigkeit zu entwässern.
Anstatt eine unabhängige Nebelzuführungsöffnung 31 vorzusehen, könnte diese mit der Kohlendioxidgas-Zuführungsöffnung kombiniert werden, indem die Kohlendioxidgas- Zuführungsleitung (nicht gezeigt) mit der Kohlendioxidgas- Zuführungsöffnung 30 verbunden wird.
Um sicherzustellen, daß die Zufuhr von Kohlendioxidgas und/oder Nebel in den Kastenkörper 2 gebremst und gleichmäßig in dem Kasten verteilt wird und direktes Blasen auf die Pflanzen vermieden wird, werden in dem Kastenkörper 2 bevorzugt geeignete Leitbleche und Rühreinrichtungen, wie etwa eine Trennwand oder ein Ventilator, vorgesehen; ein praktisches Beispiel dafür ist in Fig. 3 gezeigt.
Fig. 3 zeigt das Innere der inneren Wandoberfläche, wobei der Kastenkörper 2 vertikal geschnitten ist; das mit Doppellinien schraffierte Rechteck, das den Umriß der Figur darstellt, zeigt die innere Wandfläche 2a des Kastenkörpers 2. Wie in der Figur gezeigt, ist das Innere des Kastenkörpers 2 durch ein Trennelement 35 unterteilt in eine Kultivierungszone 37 und eine Zuführungszone 36, die mit einem Ventilator 38 zum Bewegen der Luft in seinem Inneren und einer mit der Wachstumszone 37 verbundenen Verbindungsöffnung 36b versehen ist. Die Nebelzuführungsöffnung 31 und die Kohlendioxidgaszuführungsöffnung 30 haben einen Öffnungsaufbau, der mit einer Kohlendioxidgas-Blasöffnung 30a und einer Nebelblasöffnung 31a versehen ist, welche über Rohrleitungen und ähnliches in der Zuführungszone 36 in den Bereich direkt vor dem Ventilator 38 führen. Wenn ein derartiger Aufbau verwendet wird, werden zugeführtes Kohlendioxidgas und Nebel durch den Ventilator 38 innerhalb der Zuführungszone 36gerührt und gemischt, bevor sie von der Verbindungsöffnung 36 entlang der Richtung des in der Figur gezeigten Pfeils in die Kultivierungszone 37 zugeführt werden. Wenn eine mit dem Gebläse-Montageelement (im in der Figur dargestellten Fall das untere Endelement 35a) oder der Wachstumszone 37 in ihrer Nachbarschaft verbundene Öffnung vorgesehen ist, kann die Luft darin bewegt und sogar noch wirksamer gleichmäßig gemacht werden.
Wenn ein Aufbau verwendet wird, bei dem Gas von einer getrennt vorgesehenen Ableitungsöffnung aus dem Inneren abgeleitet wird, während mit Hilfe einer Luftpumpe oder ähnlichem Atmosphäre in das Innere des Kastenkörpers 2 zugeführt wird, kann die Herstellung und/oder Wiederherstellung der Grundeinstellungen der Umgebung, ohne Öffnen der Tür, obwohl in den Figuren nicht gezeigt, von einem Computer durchgeführt werden. Es ist auch möglich, die Kohlendioxidgaskonzentration in dem Kastenkörper 2 gleichmäßig zu machen, indem eine Luftpumpe zur Steuerung der Kohlendioxidgaskonzentration verwendet wird.
Als nächstes wird im Fall von Fig. 2 der Heizer, der die Temperaturerzeugungseinrichtung bildet, durch eine bekannte Mantelheizung 25 aufgebaut, die in der Nachbarschaft der Innenfläche des Inneren des Wandelements der rechten Seitenwand 3 des Kastenkörpers 2 eingebaut ist, wobei beide Enden des Stromversorgungskabels 27 von einer getrennt vorgesehenen Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) für die Heizerspannungsquelle zu an ihren beiden Enden angeschlossenen Anschlüssen 26, 26 führen. Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, könnte dieser Heizer 25 durch eine bekannte Flächenheizung ersetzt werden oder könnte durch eine Wärmezuführungseinrichtung ersetzt werden, die so aufgebaut ist, daß sie das Heizmedium durch eine Strahlungsröhre zirkuliert, wobei die Strahlungsröhre im Inneren der Seitenwand 3 eingebettet ist und ihre beiden Enden durch einen Schlauch oder ähnliches mit einer geeigneten getrennt vorgesehenen Zuführungseinrichtung für ein Heizmedium, wie etwa heißes Wasser, verbunden sind. Wie ebenfalls später beschrieben wird, könnte das Heizen und Kühlen durch eine einzige Vorrichtung durchgeführt werden, indem eine Temperaturerzeugungseinrichtung verwendet wird, die ein Peltierelement benutzt.
Als nächstes kann in dem dargestellten Beispiel die Kühleinrichtung gebildet werden, indem die Strahlungsröhre 32 in die Nachbarschaft der Innenseite des Inneren der hinteren Seitenwand 4 eingebettet wird, wobei ihre beiden Enden, d. h. die Kühlmedium-Zuführungsöffnung 33 und die Rückführungsöffnung 33a von der Kastenseitenwand 3 nach außen geführt werden und Kühlmittel durch die Strahlungsröhre 32 zirkuliert wird, indem sie mit einer geeigneten getrennt angeordneten Kühlmedium-Zuführungsvorrichtung und einem Schlauch verbunden wird (wobei keiner von beiden in den Figuren gezeigt ist). Die Kühleinrichtung ist nicht auf die oben beschriebene beschränkt, und bekannte elektronische Kühleinrichtungen, die zum Beispiel ein Peltierelement (d. h. ein thermoelektrisches Kühlelement) verwenden, könnten verwendet werden.
Ebenso wäre es, wenngleich in den Figuren nicht gezeigt, möglich, auf ein Verfahren zur Temperatursteuerung des zugeführten Gases zu wechseln, bei dem eine Heizvorrichtung und/oder eine Kühlvorrichtung in der Zuführungsleitung für das Kohlendioxidgas und/oder den Nebel angeordnet wird. Alternativ wäre es, wenngleich in den Figuren nicht gezeigt, möglich, das Heizen oder das Heizen und Kühlen mit zirkulierendem Gas durchzuführen, wobei das Gas in dem Kasten zirkuliert, und an einem Punkt entlang des Zirkulationswegs ein Wärmeaustauscher dazwischen geschaltet wird.
Er könnte angeordnet werden, um eine Befeuchtung und Entfeuchtung durchzuführen, indem ein Entfeuchter (eine Entfeuchtungseinrichtung), wie in Fig. 4 gezeigt, an einer geeigneten Stelle (Seitenwand) in dem Kastenkörper 2 vorgesehen wird.
Fig. 4(a) ist eine Ansicht der Seitenfläche des Entfeuchters 50; Fig. 4(b) ist eine Ansicht von der Vorderseite aus gesehen in einem Zustand, in dem der Deckel des Entfeuchters 50 entfernt ist. In diesem Entfeuchter 50 werden in dem Gehäuse 51 vorgesehene Kühlrippen 52 von einer Kühleinheit 53 unter Verwendung eines Peltierelements gekühlt, so daß Feuchtigkeit in der Luft, die von der Öffnung 54 in das Gehäuse 51 eintritt, sich als Tau auf den Kühlrippen 52 niederschlägt, dieses so als Tau gebildete Wasser wird von dem in dem Boden des Gehäuses 51 vorgesehenen Entwässerungskanalloch 55 nach unterhalb des Gehäuses 51 abgeleitet und von der unter dem Gehäuse 51 vorgesehenen Entwässerungskanalöffnung 56 ins Äußere des Kastenkörpers 2 abgeleitet; von der Öffnung 54 in das Gehäuse 51 eingetretene Luft wird zwischen den Kühlrippen zirkuliert und von der auf der entgegengesetzten Seite (rechte Seite in Fig. 4(b)) vorgesehenen Auslaßöffnung zu der der Öffnung 54 abgeleitet, und dadurch wird eine Entfeuchtung bewirkt.
Da die zu der Kühlrippenseite 52 entgegengesetzte Seite (linke Seite in Fig. 4(a)) der Kühleinheit 53 Wärme erzeugt, wird auf der zu diesen Kühlrippen 52 entgegengesetzten Seite eine Wärmestrahlungsplatte 60 ebenso wie ein Ventilator 61 zum Kühlen dieser Wärmestrahlungsplatte 60 durch Blasen von Luft darauf vorgesehen. Auf diese Weise wird diese Wärme von dem Kasten nach außen abgeführt, so daß sie die Wärme in dem Kastenkörper 2 nicht beeinflußt. Außerdem kann die Wirkung der von dem En feuchter 50 hergestellten Temperaturregulierung in dem Kasten verringert werden, indem wärmeisolierendes Material 62 um das Gehäuse 51 vorgesehen wird, und die entfeuchtende Wirkung kann vergrößert werden, indem die Temperatur der Kühlrippen 52 gesenkt wird.
Wie in Fig. 5 gezeigt, kann die Kühlwirkung auch durch weitere Kühlrippen 52 vergrößert werden, indem mehrere Peltierelementstufen vorgesehen werden, um die Kühlwirkung der Kühlrippen 52 zu vergrößern.
Um eine geeignete Menge von Luft von der Öffnung 54 über die Kühlrippen 52 zu zirkulieren, kann ein Lufteinlaß-/Auslaßkanal vorgesehen werden, oder ein Ventilator (nicht gezeigt) kann in der Nachbarschaft der Öffnung 54 vorgesehen werden. Das von der Entwässerungsöffnung 56abgelassene Wasser kann direkt ins Äußere des Kastens abgelassen werden oder kann als Nebel verwendet werden, indem es in einem Behälter oder etwas ähnlichem zur Wiederverwendung als Nebel gesammelt wird.
Bevorzugt werden die Kühlrippen 52 in die Nähe von 0°C abgekühlt, um die Taubildung aus der Feuchtigkeit in der Luft zu erleichtern. Zu diesem Zweck kann der an das Peltierelement (Kühleinheit 53) angelegte Strom gesteuert werden, indem in der Nachbarschaft der Kühlrippen 52 ein Temperatursensor (nicht gezeigt) vorgesehen wird, oder die Temperatur der Kühlrippen 52 kann in die Nähe von 0°C gebracht werden, indem die Luftsograte des Ventilators eingestellt wird.
Auf diese Weise kann das Innere des Kastens während dem Heizen, Kühlen oder Aufrechterhalten der Temperatur unter Verwendung von Nebel befeuchtet werden oder kann unter Verwendung eines Peltierelements entfeuchtet werden.
Obwohl nicht gezeigt, werden als nächstes in dem Inneren des Kastenkörpers 2 ein Temperatursensor und ein Kohlendioxidgassensor und alternativ zusätzlich dazu ein Feuchtigkeitssensor und/oder ein Lichtmengensensor und/oder ein Sensor zur Ermittlung des Pflanzenwachstumsstadiums (d. h. Sensoren oder eine Überwachungskamera, die eine Änderung des Biopotentials oder eine Änderung des Gewichts, welche sich mit dem Pflanzenwachstum ändern, feststellen) vorgesehen. Die Signale dieser Sensoren werden durch die Einführungsöffnungen (nicht gezeigt) durch die Seitenwand nach außen geführt und über das Nachrichtenkabel 23 zu der Steuerungseinheit 11 übertragen.
Ein Anschlußkasten 24 zum Verbinden des Nachrichtenkabels 23 mit einer Steuerungseinheit ist auf der Seitenwand montiert; das Nachrichtenkabel 23 ist mit dem Anschlußkasten 24 ausgerichtet und durch die Drähte (nicht gezeigt) mit den Sensoren in dem Kasten verbunden.
Als nächstes wird eine detaillierte Beschreibung der Struktur der Steuerungseinheit 11 gegeben. Die Steuerungseinheit 11 ist von flacher Form und einer Größe, die praktisch gleich der der Oberseite 5a der oberen Wand 5 des Kastenkörpers 2 ist; in der Mitte ihrer Unterseite ist sie mit einer Aussparung 14 mit praktisch der gleichen Form und Größe wie das Beleuchtungsfenster 6 an einer Position ausgebildet, die dem Beleuchtungsfenster 6 in der oberen Oberfläche des Kastenkörpers zugewandt ist, und ihr Umfangsbereich ist mit einem dünnen kistenförmigen Steuerungseinheitenkörper 12 mit einer ebenen Seite 11a versehen, welche die Oberseite 5a des Kastenkörpers überlappt, und sie ist auch mit einem abnehmbar in diese Aussparung 14 auf der Unterseite montierten LED-Beleuchtungselement 16 versehen.
Im Inneren der Steuerungseinheit 11 ist auch ein Raum 13 ausgebildet. In diesem Raum 13 wird die Steuerungseinheit für die Spannungsversorgung des LED-Beleuchtungselements 16, eine Zuführungsraten-Steuerungsvorrichtung zum Einstellen der Zuführungsrate von Nebel und Kohlendioxidgas, eine Steuerungseinrichtung für die weiter oben beschriebenen Sensoren und eine Kommunikationsschnittstelle (keine von diesen ist gezeigt) aufgenommen.
Auf dem Umfang der Steuerungseinheit 11 ist auch ein zentralisierter Anschlußkasten 20 montiert, in den eingebaut sind: ein Verbindungsanschluß für das Spannungsversorgungskabel 21 und Verbindungsanschlüsse für das Nachrichtenkabel 22, das Steuerungssignale an die Kohlendioxidgas- und Nebelzuführungsvorrichtung oder außerdem an die Heizersteuerungsvorrichtung und/oder die Kühlmittelzuführungsvorrichtung überträgt, und ein Verbindungsanschluß für das Nachrichtenkabel 23, das Signale von den Sensoren in dem Kastenkörper 2 empfängt. Die Verbindungsanschlüsse dieses zentralisierten Anschlußkastens 20 sind jeweils mit der Steuerungsvorrichtung der LED-Spannungsquelle, welche in der Steuerungseinheit aufgenommen ist, der Zuführungssteuerungsvorrichtung, die die Zuführungsrate von Nebel und Kohlendioxidgas steuert, den weiter oben beschriebenen Sensorsteuerungsvorrichtungen und der Kommunikationsschnittstelle verbunden.
In dem LED-Beleuchtungselement 16 ist bezüglich einer flachen Platte 16a eine große Anzahl von LEDs 17 auf einer dem Beleuchtungsfenster 6 des Kastenkörpers 2 zugewandten Oberfläche montiert; die Elektroden der einzelnen LEDs 17 sind mit Spannungsquellenschaltungen vom Leiterplattentyp verbunden, welche auf der Rückseite der Platte 16a ausgebildet sind, und die Spannungsquellenschaltungen sind in integrierter Weise mit dem Plattenverbindungsanschluß 18 aufgebaut. Ein mit dem Verbindungsanschluß 18 verbundener Draht 19 ist mit einer Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) für die LED-Spannungsquelle, auf welche weiter oben Bezug genommen wird, verbunden.
In dem LED-Beleuchtungselement 16 sind, wie weiter oben beschrieben, eine Vielzahl von LED-Arten mit unterschiedlicher Lichtemission (d. h. Wellenlänge) jeweils in einer gleichmäßigen Anordnung in einem passenden Verhältnis montiert. Eine Anzahl von LED-Beleuchtungselementarten mit unterschiedlichen LED-lichtemittierenden Farben und/oder Kombinationen und Verteilungsverhältnis wird derart hergestellt, daß, abhängig von der Art der Pflanzen und/oder ihrem Wachstumsstadium, eine durch die andere ersetzt werden kann. Es wird daher ein Aufbau verwendet, bei dem das LED- Beleuchtungselement 16 derart eingepaßt in eine Aussparung 14 montiert wird, daß es unter Verwendung von Schrauben 15 einfach montiert oder freigegeben werden kann. Alternativ kann das LED-Beleuchtungselement 16 derart in eine Führungsplatte eingeführt werden, daß es einfach eingeführt oder zurückgezogen werden kann. Obwohl die Platte 16a des LED- Beleuchtungselements 16 als flache Plattenform gezeigt ist, besteht auch keine Beschränkung auf eine flache Platte, und es könnte aus jeder geeigneten Form, wie etwa einer gewellten Form hergestellt werden oder könnte gebogen werden, um eine Richtungseinstellung der optimalen Beleuchtung zu ermöglichen.
Um das Pflanzenwachstum zu fördern, ist eine Flächenbeleuchtung durchzuführen, die wiederholt mit einer hohen Taktfrequenz blinkt, eher wirksam als eine kontinuierliche Beleuchtung mit Licht; dies wurde durch Experimente bestätigt. Für ein Beleuchtungselement, bei dem ein derartiges Verfahren zur Beleuchtung mit Licht einfach und kostengünstig implementiert werden kann, ist die Verwendung von LEDs optimal.
LEDs können als eine optimale Lichtquelle für einen Pflanzenkultivator gemäß der vorliegenden Erfindung gelten, weil sie hervorragende wesentliche Eigenschaften in der Hinsicht haben, daß LEDs, die Licht mit verschiedenen spezifischen Wellenlängen emittieren, hergestellt werden können, indem die Bestandteile des Halbleiters verändert werden, sie können eine genaue Blitzsteuerung mit hoher Taktfrequenz verfolgen, sie ermöglichen, die Menge der Lichtemission durch eine Stromsteuerung zu steuern, sie haben eine lange Lebensdauer und emittieren Licht ohne einhergehende Wärme mit einem hohen Wirkungsgrad für die Umwandlung in Lichtenergie.
Die im Inneren der Steuerungseinheit 11 aufgenommene Steuerungsvorrichtung für die LED-Spannungsquelle ist eine Vorrichtung, die die LED-Spannungsquellen steuert, welche Energie an das LED-Beleuchtungselement 16 abgeben, und ist in der Lage, die emittierte Lichtmenge und die Blitzdauer des Beleuchtungselements 16 zu steuern, indem sie die LED-Spannungsquellen hinsichtlich der Ströme der LEDs 17 und der EIN- und AUS-Impulsdauer, wie weiter oben beschrieben, entsprechend Anweisungen von der LED-Ausgabesteuerungseinrichtung (zum Beispiel einem Computer oder ähnlichem), die am Umfang der Steuerungseinheit 11 oder des Kastenkörpers 2 angeordnet ist oder als ein getrenntes Teil entfernt angeordnet ist, geeignet steuert.
Auf diese Weise wird die Umgebung in dem Kasten (um die Pflanzen herum) gesteuert, indem Nebel und Kohlendioxidgas in den Kasten zugeführt wird, wobei über die Steuerungsvorrichtung für die Nebel- und Kohlendioxidgaszuführungsrate der Steuerungseinheit 11 Anweisungen an die Zuführungsvorrichtungen ausgegeben werden, welche den von verschiedenen Sensoren in dem Kastenkörper 2 ansprechend auf Änderungen der Umgebung und des Wachstumsstadiums der Pflanzen in dem Kastenkörper 2 gesendeten Signalen entsprechen.
Als nächstes wird der Heizer 25 jeweils von einer Steuerungsvorrichtung, nicht gezeigt, für die Heizungsspannungsquelle gesteuert, die außerhalb des Kastenkörpers 2 oder getrennt davon angeordnet ist, und die Kühlmittelzirkulations-Strahlungsröhre 32 wird von einer Kühlmittelzuführungsvorrichtung, nicht gezeigt, gesteuert, die jeweils außerhalb des Kastenkörpers 2 oder getrennt davon angeordnet ist. Das heißt, der Betrieb und die Ausgabe des Heizers und der Kühlvorrichtung werden mit Hilfe der von getrennten Steuerungseinrichtungen durch die Steuerungseinheit 11 gelieferten Steuerungssignale entsprechend den Signalen der jeweiligen in dem Kasten angeordneten Sensoren gesteuert, so daß die Temperatur in dem Kasten dadurch konstant gehalten werden kann.
Ebenso kann eine in dem Kasten angeordnete Rührvorrichtung, wie bereits beschrieben, derart angeordnet werden, daß sie während der Zuführung von Kohlendioxidgas oder Nebel kontinuierlich oder während dem Betrieb des Heizers oder der Kühleinrichtung oder, abgesehen davon, um die Umgebung gleichmäßig zu machen, arbeitet.
Die zu kultivierenden Pflanzen können durch Öffnen der Öffnungs-/Verschlußtüren 8, 9 des Kastenkörpers 2 und Einbringen dieser in den Kasten von deren Öffnung aus geeignet angeordnet werden. Obwohl die zu kultivierenden Pflanzen in einer in einem geeigneten Behälter gepflanzten Form in den Pflanzenkultivator der vorliegenden Erfindung eingebracht wurden und angeordnet werden, und da die Umweltbedingungen nach Wunsch gesteuert werden können, könnte er auf andere passende Verfahren zur Kultivierung, wie etwa zur Kompostkultivierung oder Wasserkultivierung, angewendet werden oder in allen Kultivierungsstadien vom Ansaatstadium verschiedener Pflanzenarten bis zum Reifestadium verwendet werden.
Der Pflanzenkultivator gemäß der vorliegenden Erfindung ist von einem Aufbau, der fähig ist, von einem außerhalb angeordneten Computer über ein Nachrichtenkabel 22 und eine in der Steuerungseinheit 11 aufgenommene Kommunikationsschnittstelle (nicht gezeigt) gesteuert zu werden; er kann allein verwendet werden oder mehrere davon können vorgesehen werden, und ein Netzwerk kann unter Verwendung eines Computers, der an einem entfernten Ort angeordnet ist, durch ein Nachrichtenkabel 22 mit Bezug auf einzelne Steuerungseinheiten 11 aufgebaut werden; ein zentrales Management und eine automatische Steuerung können durchgeführt werden, und ein für groß angelegte Installationen geeigneter Modus kann benutzt werden.
Ebenfalls abgesehen von Heizverfahren unter Verwendung des in Fig. 1 gezeigten Heizers 25 und dem Kühlen unter Verwendung von Kühlmittel, wie in Fig. 6 gezeigt, könnte das Innere des Pflanzenkultivators 1 derart angeordnet werden, daß es von einer einzigen Vorrichtung geheizt und gekühlt wird, indem eine Temperaturerzeugungsvorrichtung 57 vorgesehen wird, die ein Peltierelement auf der Rückseite (Seitenwand 4) des Kastenkörpers 2 verwendet.
In einem in Fig. 6 gezeigten Pflanzenkultivator 1, wird genau wie in dem in Fig. 1 gezeigten Fall ein Kastenkörper 2 mit hermetisch abgedichtetem kastenartigem Aufbau mit inneren und äußeren Doppelöffnungs-/Verschlußtüren 9, 8 auf der Vorderseite und einem transparenten Beleuchtungsfenster 6 in der Mitte seines oberen Teils und eine Steuerungseinheit 11, die so angeordnet ist, daß sie den oberen Teil des Kastenkörpers 2 überlappt, vorgesehen; außerdem sind abgesehen von der Steuerungseinheit 11 Beleuchtungsfenster 6 und die transparente innere Öffnungs-/ Verschlußtür 9, die äußeren Elemente und die äußere Öffnungs- /Verschlußtüre aus einer wärmeisolierenden Schicht gebildet und ihre Innenflächen haben eine weiße reflektierende Schicht 10 auf ihre gesamte Oberfläche geklebt. Ebenso sind an den Seitenwänden 3, 4 des Kastens Nebelzuführungsvorrichtungen vorgesehen, die aufweisen: einen Nebelbehälter 65, der für Nebel zu verwendendes Wasser speichert, und einen Ultraschall-Befeuchter 66 zur Erzeugung von Nebel, welcher von diesem Nebelbehälter zugeführtes Wasser mit Hilfe von Ultraschallwellen in der Form von Nebel in den Kasten zuführt. Auf der Hinterseite des Kastenkörpers 2 ist jeweils vorgesehen: ein in Fig. 4 gezeigter Entfeuchter 50, der ein Peltierelement verwendet, um das Innere des Kastenkörpers 2 zu entfeuchten, ein Ventilator 58 zum Blasen von Luft in diesen Entfeuchter 50, eine Temperaturerzeugungsvorrichtung 57, die das Innere des Kastenkörpers 2 heizt oder kühlt, und eine Nebelzuführungsöffnung (nicht gezeigt), die Nebel von der Nebelzuführungsvorrichtung liefert; die Entfeuchtung durch den Entfeuchter 50, die Befeuchtung durch die Nebelzuführungsvorrichtung und das Heizen und Kühlen durch die Temperaturerzeugungsvorrichtung 57 werden entsprechend den von den in dem Kasten vorgesehenen Temperatursensoren und Feuchtigkeitssensoren (keiner davon ist gezeigt) gemessenen Werten durchgeführt. Der Entfeuchter 50 und die Nebelzuführungsvorrichtung sind Vorrichtungen wie weiter oben beschrieben; die Temperaturerzeugungsvorrichtung 57 weist ein Peltierelement auf, das eine Oberfläche der Temperaturerzeugungsvorrichtung 57 auf der Innenseite des Kastens durch durchfließenden Strom oder durch den Durchgang von Strom in der entgegengesetzten Richtung kühlt und eine Oberfläche der Temperaturerzeugungsvorrichtung 57 auf der Innenseite des Kastens heizt, wobei eine Temperatureinstellung durchgeführt wird. Insbesondere kann das Heizen und Kühlen wirksam durchgeführt werden, indem Kühlrippen auf dem Peltierelement vorgesehen werden. Ebenso wird der Wirkungsgrad beim Heizen und Kühlen der Temperaturerzeugungsvorrichtung 57 erhöht, indem eine Belüftungsöffnung oder ähnliches auf der zu den Kühlrippen entgegengesetzten Seite vorgesehen wird, um von dem Peltierelement erzeugte Wärme ins Äußere des Kastens abzuführen, so daß diese Wärme ins Äußere des Kastens abgeführt wird. Folglich können die Zeit zum Einrichten der Ausstattung und das Steuerungsverfahren oder ähnliches abgekürzt werden, weil das Kühlen und Heizen mit einer einzigen Vorrichtung durchgeführt werden kann, statt jeweils Kühlvorrichtungen und Heizvorrichtungen vorzusehen.
Die Entwässerungskanalöffnung 34, die Nachrichtenkabel 22, 23, das mit dem Anschlußkasten 24 verbundene Sensorkabel, die Steuerungseinheit 11 und der in der Steuerungseinheit 11 vorgesehene zentrale Anschlußkasten 20 und so weiter sind in Fig. 1 gezeigt, und die Vorrichtungen, die nicht in Fig. 1 gezeigt sind, haben praktisch die gleiche Funktion wie die unter Verwendung von Fig. 1 gezeigten.
Auch wenn die Temperaturerzeugungsvorrichtung 57, wie in Fig. 7 gezeigt, hauptsächlich zum Kühlen des Kasteninneren verwendet wird, können die Temperaturerzeugungsvorrichtung 57 und der Entfeuchter 50 unter Verwendung einer aus Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Aluminium, hergestellten Grundplatte 63 verbunden und integriert werden. Die Grundplatte 63, durch die dieser Entfeuchter 50 und die Temperaturerzeugungsvorrichtung 57 verbunden sind, wird von einer Kühleinheit 53' unter Verwendung eines Peltierelements gekühlt, und die Kühlrippen 64 der Temperaturerzeugungsvorrichtung 57 und die Grundplatte 63 werden auf diese Weise gekühlt, wodurch das Kasteninnere gekühlt wird. Ebenso werden die Grundplatte 63 und die in dem Entfeuchter 50 verwendete Kühleinheit 53 gleichzeitig gekühlt. Außerdem kann sie angeordnet werden, um die Kühlwirkung der Kühleinheit 53' zu erhöhen, durch Vorsehen einer Wärmestrahlungsplatte 60 und eines Ventilators 61, der Luft in der Kühleinheit 53' dorthin auf die zur Grundplatte 63 entgegengesetzte Seite (linke Seite in Fig. 7, außerhalb des Kastens) liefert, um die Kühlwirkung der Temperaturerzeugungsvorrichtung 57 und die Kühlwirkung der Kühleinheit 53 des Entfeuchters 50 zu erhöhen.
Um den Wachstumszustand der Pflanzen zu beobachten, kann auch, wie in Fig. 8 gezeigt, ein Beobachtungsfenster 67 zur Beobachtung in der äußeren Öffnungs-/Verschlußtür 8 vorgesehen werden, so daß der Wachstumszustand beobachtet werden kann, während Änderungen der Kultivierungsumgebung, wie etwa Temperaturänderungen, verringert werden. Ein doppelter Aufbau wird für das Beobachtungsfenster 67 mit darin montierten transparenten Glasplatten 67a, 67a verwendet, um Lichtdurchlässigkeit zusammen mit einer wärmeisolierenden Wirkung und Gasdichtigkeit aufrecht zu erhalten; jedoch könnten diese anstelle von Glas aus transparentem synthetischem Harz gefertigt werden. Auch kann eine weiße reflektierende Schicht auf die Innenfläche der Beobachtungsfenstertür 67b (Innenfläche des Kastens in geschlossenem Zustand) geklebt werden.
Als nächstes wird ein Steuerungsverfahren unter Verwendung eines Computers beschrieben.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems für einen Pflanzenkultivator, das die Steuerung mehrerer Pflanzenkultivatoren durchführt; es ist ein Zustand gezeigt, in dem der Computer 40 über ein Computernetzwerk mehrere Pflanzenkultivatoren 1a, . . ., 1n steuert.
Der Computer 40 weist auf: eine Empfangseinrichtung 41, die Kultivierungsumgebungs-Detektionsdaten, wie etwa die Kohlendioxidgaskonzentration, die Lichtmenge, die Temperatur und die Feuchtigkeit, welche von den verschiedenen in den Pflanzenkultivatoren 1a, . . ., 1n vorgesehenen Sensoren detektiert werden, empfängt, eine Speichereinrichtung 42 für Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten, die Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten in Tabellenform speichert, welche die schwankende Kohlendioxidgaskonzentration, die Lichtmenge, die Temperatur und Feuchtigkeit in dem Kasten steuern, eine Kultivatorsteuerungseinrichtung 43, die Steuerungsdaten zur Steuerung der Kultivatorsteuerungseinrichtung an die Überstragungseinrichtung 44 sendet, und eine in dem Pflanzenkultivator vorgesehene LED-Steuerungseinrichtung, die die detektierten Daten für die Kultivierungsumgebung und Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten vergleicht, um eine Übereinstimmung mit den Kultivierungsumgebungs- Steuerungsdaten zu erreichen, und eine Übertragungseinrichtung 44, die diese Steuerungsdaten auf dem Computernetzwerk an die Pflanzenkultivatoren 1a, . . ., 1n sendet. Auch sind die Pflanzenkultivatoren 1a, . . ., 1n unter Verwendung einer Schnittstelle und eines in der Steuerungseinheit 11 aufgenommenen Nachrichtenkabels 22 mit dem Computernetzwerk verbunden.
Als nächstes wird der Fall beschrieben, in dem die Lichtmenge von dem Computer 40 gesteuert wird. Daten, die die Lichtmenge steuern, werden in Form einer Tabelle, wie in Fig. 10 gezeigt, in einer Speichereinrichtung 42 für Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten gespeichert. Die von dem in dem Pflanzenkultivator 1a vorgesehenen Lichtmengensensor detektierten Kultivierungsumgebungs-Detektionsdaten werden durch das Computernetzwerk von der Empfangseinrichtung 41 des Computers 40 empfangen. Wenn die Kultivierungsumgebungs- Detektionsdaten von der Empfangseinrichtung 41 empfangen werden, sendet sie diese Kultivierungsumgebungs-Detektionsdaten an die Kultivatorsteuerungseinrichtung 43. Wenn die Kultivierungsumgebungs-Detektionsdaten von der Kultivatorsteuerungseinrichtung 43 empfangen werden, führt sie einen Vergleich dieser Umgebungsdetektionsdaten und der in der Speichereinrichtung 42 für die Kultivierungsumgebungs- Steuerungsdaten gespeicherten Daten durch. Wenn diese zwei Datensätze übereinstimmen, führt die Kultivatorsteuerungseinrichtung 43 keine Übertragung von neuen Steuerungsdaten an den Pflanzenkultivator 1a durch, aber wenn sie nicht übereinstimmen, überträgt sie unter Verwendung der Übertragungseinrichtung 44 Daten des an die LEDs 17 angelegten Stromwerts (Steuerungsdaten) an die in der Steuerungseinheit 11 des Pflanzenkultivators 1a aufgenommenen LED-Spannungsquellenvorrichtungen (LED-Steuerungsvorrichtung). In Fällen, in denen die Lichtmenge mit der Zeit durch die in der Speichereinrichtung 42 für Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten gespeicherten Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten verändert wird, wenn die mit Bezug auf die LED-Spannungsquellenvorrichtungen bestimmte Zeit verstrichen ist, steuert die Kultivatorsteuerungseinrichtung 43 die Lichtmenge, indem sie die Übertragungseinrichtung 44 verwendet, um Daten eines an die bestimmte Lichtmenge angepaßten Lichtemissionsmusters an die LED-Spannungsquellenvorrichtungen zu übertragen.
In der weiter oben beschriebenen Ausführungsform führt die Kultivatorsteuerungseinrichtung 43 einen Vergleich der von dem Pflanzenkultivator 1a gesendeten Kultivierungsumgebungs-Detektionsdaten und den Kultivierungsumgebungs- Steuerungsdaten durch; wenn das Ergebnis ist, daß diese zwei Datensätze übereinstimmen, sendet der Computer 40 keine Steuerungsdaten zum Steuern der LED-Spannungsquellenvorrichtung des Pflanzenkultivators 1a; wenn die zwei Datensätze nicht übereinstimmen, werden Steuerungsdaten gesendet. Wenn das von den LEDs 17 emittierte Lichtemissionsmuster jedoch immer konstant gehalten werden soll, kann die Kultivatorsteuerungseinrichtung 43 diese Steuerungsdaten auf der Basis der in der Speichereinrichtung 42 für Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten gespeicherten Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten an den Pflanzenkultivator 1a senden, ohne einen Vergleich der Kultivierungsumgebungs-Detektionsdaten und der Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten durchzuführen.
Wenn das von den LEDs 17 emittierte Licht entsprechend der fortgeschrittenen Zeit verändert wird, kann es eingerichtet werden, daß die Kultivatorsteuerungseinrichtung 43, wenn die für die LED-Spannungsquellenvorrichtung bestimmte Zeit verstrichen ist, unter Verwendung der Übertragungseinrichtung 44 Steuerungsdaten an die LED-Spannungsquellenvorrichtung sendet.
Es könnte für die Steuerungseinheit 11 des Pflanzenkultivators 1a eingerichtet werden, daß der an die LEDs 17 angelegte Stromwert verändert wird, nachdem die von dem Lichtmengensensor detektierten Lichtmengendaten mit den von dem Computer 40 gesendeten Steuerungsdaten verglichen wurden.
Fig. 10 ist ein Diagramm, das einen Teil der in der Speichereinrichtung 42 für Kultivierungsumgebungs- Steuerungsdaten in Tabellenform gespeicherten Kultivatorsteuerungsdaten, welche die Lichtmenge betreffen, darstellt.
Als die Kultivatorsteuerungsdaten sind Daten zur Steuerung der in dem Beleuchtungselement 16 montierten LEDs 17 dargestellt. Die Zellen in der ersten Reihe dieser Tabelle bezeichnen die Namen von Datengegenständen der entsprechenden Spalten; die Spaltendaten bezeichnen die "Zeit(en)", die in Sekundenintervallen die Zeit anzeigen, für die die Steuerung von dieser Zelle der vorhergehenden Reihe durchgeführt werden soll, wobei "P1a" die Lichtmenge in der bestimmten Zeit des Beleuchtungselements 16 des Pflanzenkultivators 1a bezeichnet, "P1b" die Lichtmenge in der bestimmten Zeit des Beleuchtungselements 16 des Pflanzenkultivators 1b bezeichnet, "P1c" die Lichtmenge in der bestimmten Zeit des Beleuchtungselements 16 des Pflanzenkultivators 1c bezeichnet, "P1d" die Lichtmenge in der bestimmten Zeit des Beleuchtungselements 16 des Pflanzenkultivators 1d bezeichnet, "P1e" die Lichtmenge in der bestimmten Zeit des Beleuchtungselements 16 des Pflanzenkultivators 1e bezeichnet und "P1n" die Lichtmenge in der bestimmten Zeit des Beleuchtungselements 16 des Pflanzenkultivators 1n bezeichnet, wobei die alle Beleuchtungselemente 16 aller Pflanzenkultivatoren 1a, . . ., 1n betreffenden Lichtmengendaten als Daten zur Steuerung der Lichtmenge in 256 Schritten entsprechend Zahlenwerten von 0 bis 255 gespeichert werden.
Zum Beispiel wird die Lichtmenge der LEDs 17 des Pflanzenkultivators 1a betreffend die Lichtmenge jeweils von 0 Sekunden, d. h. am Beginn der Steuerung, für 10 Sekunden, d. h. bis zu 10 Sekunden durch den maximalen Lichtemissionszustand von 255 dargestellt; die Lichtmenge von 10 Sekunden für 20 Sekunden bis zu 30 Sekunden ist der Nullichtemissionszustand von 0; die Lichtmenge von 30 Sekunden für 30 Sekunden bis zu 60 Sekunden ist die Hälfte des maximalen Lichtemissionszustands, d. h. 128, und die Lichtmenge von 60 Sekunden für 40 Sekunden, d. h. bis zu 100 Sekunden, ist der maximale Lichtemissionszustand von 255.
Obwohl die Lichtmenge in dieser Ausführungsform derart eingerichtet war, daß sie in 256 Schritten von 0 bis 255 gesteuert werden sollte, könnte sie zum Beispiel, wenn die Lichtmenge durch Verändern des an die LEDs 17 angelegten Stroms gesteuert wird, so eingerichtet werden, daß sie die Steuerung in beliebigen Schritten derart durchführen würde, daß diese in 1000 Schritten in Schritten von 0 bis 999 verändert werden kann, oder im Fall, in dem die Steuerung durch Lichtemission oder Nichtvorhandensein von Lichtemission der LEDs 17 durchgeführt wird, könnte sie eingerichtet werden, um die Lichtmenge durch Verändern der Anzahl von LEDs 17, die Licht emittieren oder kein Licht emittieren, entsprechend der Anzahl der in diesem LED-Beleuchtungselement 16 angeordneten LEDs 17 zu steuern. Obwohl für die Steuerungsperiode der Lichtmenge vereinbart war, daß sie in Intervallen von 10 Sekunden größer wird, wäre es zum Beispiel in dem Fall, in dem die Lichtmenge in Intervallen von 30 Sekunden gesteuert wird, möglich, das Intervall, in dem die Steuerung bewirkt wird, in jedem Fall durch Einstellen von "30" in allen Zellen von der zweiten Reihe der ersten Spalte an in ein Intervall von 30 Sekunden zu ändern, oder in dem Fall, in dem die Lichtmenge durch Wiederholen der gleichen Daten gesteuert wird, wäre es möglich, sie so anzuordnen, daß das Lichtemissionsmuster zyklisch von "10" bis "60" geändert wird, indem spezielle Zahlen oder Buchstaben, wie etwa "-1", in der Zelle der achten Reihe der ersten Spalte eingestellt werden.
Obwohl es im Fall der in Fig. 10 gezeigten Kultivator-Steuerungsdaten ebenfalls eingerichtet ist, daß die Lichtmenge für jeden Pflanzenkultivator gesteuert wird, könnte es in Fällen, in denen zwei oder mehr Arten von LEDs, rote LEDs, blaue LEDs, grüne LEDs und weiße LEDs, in dem LED-Beleuchtungselement 16 vorgesehen sind, eingerichtet werden, die Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten in Tabellenform zu speichern, um die Lichtmenge für jede ihrer Arten zu steuern; abgesehen von der Lichtmenge könnte es eingerichtet werden, die Wellenlänge und/oder das Einsatzverhältnis des Lichts in Tabellenform zu speichern.
Das heißt, wenn das Intervall, in dem die Lichtmenge geändert wird, abgeändert wird, brauchen nur die Daten der ersten Spalte verändert werden; wenn nur die von dem LED-Beleuchtungselement 16 des Pflanzenkultivators 1a emittierte Lichtmenge geändert wird, brauchen nur die Daten der zweiten Spalte verändert werden; und wenn die Lichtmenge für jede LED-Art gesteuert wird, können den LEDs entsprechende Daten eingeführt werden, so können Zellen in Teilen, wo keine Änderung durchgeführt wird, ohne Veränderung verwendet werden wie sie dastehen und so ist die Durchführung eines komplexen Arbeitsschritts unnötig.
Obwohl in dieser Ausführungsform nur die auf die Pflanze gerichtete Lichtmenge unter Verwendung von Beispielen dargestellt wurde, kann die Kultivatorsteuerungseinrichtung 43 im Falle der Temperatursteuerung Steuerungsdaten an die Kultivatorumgebungs-Steuerungseinrichtung senden, und diese Kultivierungsumgebungs-Steuerungseinrichtung kann eine Steuerung durchführen, indem sie Steuerungsdaten an die Steuerungsvorrichtung für die Heizerspannungsquelle, welche den Heizer 25 steuert (siehe Fig. 1), und/oder die Kühlungszuführungsvorrichtung, welche die Kühlungsvorrichtung steuert, oder an eine Steuerungsvorrichtung für die Temperaturerzeugungsvorrichtung, welche die ein Peltierelemente verwendende Temperaturerzeugungsvorrichtung 57 (siehe Fig. 6) steuert, sendet.
Wenn die Feuchtigkeit und das Kohlendioxidgas gesteuert werden sollen, kann auch die Steuerung auf eine Umgebung, die mit den Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten übereinstimmt, durchgeführt werden, indem zum Beispiel Nebel erzeugt wird, Kohlendioxidgas zugeführt wird oder entfeuchtet wird durch Senden von Steuerungsdaten an die Zuführungsraten-Steuerungsvorrichtungen, welche die Zuführungsrate von Nebel und Kohlendioxidgas einstellen, oder an eine Entfeuchtungs-Steuerungsvorrichtung, die den Entfeuchter 50 (siehe Fig. 6) steuert.
Das Computernetzwerk, das die Pflanzenkultivatoren 1a, . . ., 1n und den Computer 40, der diese steuert, verbindet, könnte ein verdrahteter Kommunikationsnetztyp (verdrahtetes LAN), wie etwa 10BASE2, 10BASE-T oder 100BASE-TX, das ein Zugriffsteuerungssystem vom CSMA/CD-Typ, wie etwa Ethernet (eingetragenes Warenzeichen) verwendet, sein oder ein drahtloser Kommunikationsnetztyp unter Verwendung des CSMA/CA+ACK-Zugriffsteuerungssystems (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance with Acknowledgement = Zugriffabfrage mit Leitungsabfrage und Kollisionsvermeidung mit Quittung) (drahtloses LAN).
Mit einem Pflanzenkultivator gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Kultivierung von Pflanzen durchgeführt werden, indem in einem vollständig gesteuerten Umgebungsraum, der von dem Sonnenlicht und der Wirkung der atmosphärischen Temperatur abgeschnitten ist, optimale Bedingungen, zum Beispiel für Licht, Kohlendioxidgas und Feuchtigkeit, eingestellt werden; es ist auch möglich, diese Umgebungsbedingungen entsprechend der Pflanzenart und ihrem Wachstumsstadium oder entsprechend Kultivierungsbedingungen geeignet einzustellen und zu verändern. Er kann daher für die Kultivierung von Pflanzen aller Art verwendet werden und ist fähig, Pflanzen in einer kurzen Zeit effizient zu kultivieren.
Mit dem Pflanzenkultivator der vorliegenden Erfindung werden LEDs als die Lichtquelle für die Photosynthese der Pflanzen in einem Raum verwendet, in dem Licht von außen vollständig abgeriegelt ist, und es wird eine gepulste Beleuchtung mit einer hohen Taktfrequenz durchgeführt, um die optimale Lichtmenge zu steuern, und die Steuerung eines Blitzzyklus kann äußerst einfach in einer Weise durchgeführt werden, die den Merkmalen der Photosynthesereaktion der Pflanzen entspricht. Da das LED-Beleuchtungselement von dem Kastenkörper getrennt ist, können die LEDs auch nicht den Auswirkungen der Feuchtigkeit in dem Kasten ausgesetzt werden, wobei sie so vor einer Verschlechterung geschützt werden und ihre Lebensdauer verlängert wird. Abgesehen von der Unterdrückung eines Temperaturanstiegs in dem Kasten, kann das LED-Beleuchtungselement auch direkt von einem Luftkühlungsventilator gekühlt werden.
LEDs haben die wesentlichen Eigenschaften eines hohen Energiewirkungsgrads in der Hinsicht, daß sie elektrische Energie allein in Licht mit den spezifischen Wellenlängen konvertieren, welche für das Pflanzenwachstum wirksam sind, ohne daß dieses von Infrarotstrahlen oder Licht begleitet wird, das für die Pflanzenkultivierung nicht nützlich ist, wie es zum Beispiel im Fall von Leuchtstofflampen erzeugt wird, und sie können einer gepulsten Steuerung folgen und haben eine hohe Haltbarkeit. Wenn LEDs mit hoher Richtungsbündelung verwendet werden, kann die Beleuchtung auch mit parallelem Licht durchgeführt werden, selbst wenn die Höhe des LED-Beleuchtungselements geändert wird, kann so die auf die Pflanzen gerichtete Lichtmenge gleich gemacht werden. Außerdem ist die von einem Beleuchtungselement, das LEDs verwendet, erzeugte Wärmemenge geringer als die von anderen Beleuchtungselementen, was ermöglicht, daß intensives Licht aus einer äußerst kurzen Entfernung auf die Pflanzen gerichtet wird, und ermöglicht es, den Pflanzenkultivator zu miniaturisieren; auch braucht nur eine Kühlvorrichtung vorgesehen werden, die genügend Kapazität hat, um die Auswirkungen der Atmosphärentemperatur ein wenig nach zu justieren. Ein Pflanzenkultivator mit niedrigen Betriebskosten kann dadurch erzielt werden.
Da ein Peltierelement als die Temperaturerzeugungseinrichtung vorgesehen wird, kann auch sowohl das Kühlen als auch das Heizen mit einer einzigen Vorrichtung durchgeführt werden, indem die Durchgangsrichtung des Stroms geändert wird; dies ermöglicht, daß die für das Einrichten der Ausrüstung erforderliche Zeit verringert und/oder die Steuerung vereinfacht wird, und macht es möglich, eine äußerst genaue Steuerung zu erreichen, während die Kosten niedrig gehalten werden.
Da die Befeuchtungseinrichtung und die Entfeuchtungseinrichtung auf der Grundlage von Nebel vorgesehen sind, kann auch eine Einstellung der gewünschten Feuchtigkeit einfach erreicht werden. Da diese unabhängig von der Temperaturerzeugungseinrichtung vorgesehen sind, kann auch Entfeuchten oder Befeuchten während dem Heizen oder Entfeuchten oder Befeuchten während dem Kühlen und ähnliches durchgeführt werden.
Mit dem Pflanzenkultivator-Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung werden Pflanzenkultivatoren durch ein Computernetzwerk entsprechend Kultivierungsumgebungs- Steuerungsdaten zum Steuern der Kohlendioxidgaskonzentration, der Lichtmenge, der Temperatur und Feuchtigkeit und so weiter in einem Kastenkörper gesteuert, und so kann ein zentrales Management und eine automatische Steuerung einer Vielzahl von Pflanzenkultivatoren durchgeführt werden.
Da die Kultivatorsteuerungseinrichtung die Pflanzenkultivatoren durch Vergleichen der Kultivierungsumgebungs-Detektionsdaten, die von dem in dem Pflanzenkultivator vorgesehenen Wachstumsdetektionssensor, dem Lichtmengensensor, dem Temperatursensor und dem Feuchtigkeitssensor detektiert werden, mit Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten derart steuert, daß diese mit den Kultivierungsumgebungs- Steuerungsdaten übereinstimmen, kann die Umgebung in den Kastenkörpern auch unabhängig von den wesentlichen Eigenschaften der einzelnen Pflanzenkultivatoren zu einer Kultivierungsumgebung gemacht werden, die zu den Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten paßt.
Da die Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten in Tabellenform gespeichert werden, können neue Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten zusammengestellt werden, ohne einen komplexen Arbeitsgang durchzuführen, wenn Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten, für die gute Kultivierungsergebnisse erzielt wurden, extrahiert werden und eine Veränderung auf der Grundlage dieser Daten vorgenommen wird, weil keine Notwendigkeit besteht, alle Daten zu verändern und Daten außerdem einfach verglichen werden können.
Da das Computernetzwerk ein Netzwerk ist, das ein Zugriffsteuerungssystem vom CSMA/CD-Typ verwendet, kann auch Ausrüstung, wie etwa Kabel, Hubs oder Repeater, die in vorhandenen LANs (Local Area Network = Lokales Netzwerk) verwendet wird, wie zum Beispiel 10BASE2, 10BASE-T oder 100BASE-TX, verwendet werden, so daß der Computer und die Pflanzenkultivatoren mit niedrigen Kosten verbunden werden können.
Der Pflanzenkultivator gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht nur für Branchen, wie die Kultivierung von Pflanzen mit Seltenheitswert und/oder von hochwertigen Gartenpflanzen oder für die Anzucht von Setzlingen hochwertiger Gemüse eine optimale Vorrichtung, sondern auch für die Verwendung in Forschungslaboren zur Produktverbesserung oder Entwicklung von neuen Varianten und insbesondere für die Verwendung als ein Wachstumskasten für Laboranwendungen zur Entdeckung optimaler Pflanzenkultivierungsbedingungen.
In der letzteren Anwendung kann der Pflanzenkultivator gemäß der vorliegenden Erfindung neben den Vorteilen einer kurzfristigen Pflanzenkultivierung durch die Verwendung einer Vielzahl von Kästen als eine optimale Vorrichtung für Vergleichsstudien der Kultivierungsergebnisse unter verschiedenen Bedingungen gelten.

Claims

1. Pflanzenkultivator, wobei eine Öffnungs-/ Verschlußtür in einer passenden Seite eines von isolierenden Wänden umgebenen Kastenkörpers vorgesehen ist; ein Beleuchtungsfenster in der Oberseite oder einer geeigneten Seitenfläche vorgesehen ist; ein LED-Beleuchtungselement in dem Beleuchtungsfenster vorgesehen ist, so daß es dem Beleuchtungsfenster zugewandt ist; die LED-Steuerungseinrichtung, die dieses LED-Beleuchtungselement steuert, ist in einer geeigneten Seitenfläche des Kastenkörpers oder in der Nachbarschaft dieses LED-Beleuchtungselements vorgesehen; und
wobei der Kasten mindestens aufweist: einen Wachstumsdetektionssensor, der den Pflanzenwachstumszustand detektiert, und/oder eine Kultivierungsumgebungs-Überwachungseinrichtung, die die Kultivierungsumgebung überwacht, die mindestens die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit und/oder die Kohlendioxidkonzentration um die Pflanzen herum aufweist, und eine Kultivierungsumgebungs-Erzeugungseinrichtung, die diese Kultivierungsumgebung erzeugt, und ferner eine an einer geeigneten Stelle vorgesehene Kultivierungsumgebungs-Steuerungseinrichtung zum Steuern der Kultivierungsumgebungs-Erzeugungseinrichtung entsprechend Informationen von der Kultivierungsumgebungs-Überwachungseinrichtung aufweist.

2. Pflanzenkultivator nach Anspruch 1, wobei das LED-Beleuchtungselement gebildet wird, indem eine Vielzahl von einer oder mehreren LED-Arten, die aus roten LEDs, blauen LEDs, grünen LEDs, weißen LEDs, infraroten LEDs und ultravioletten LEDs ausgewählt wird, in geeigneten Verhältnissen auf einer Platte angeordnet wird.

3. Pflanzenkultivator nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Kasten ein Lichtmengensensor vorgesehen ist und die von dem LED-Beleuchtungselement emittierte Lichtmenge von der LED-Steuerungseinrichtung entsprechend der von dem Lichtmengensensor in dem Kasten erhaltenen Lichtmenge gesteuert wird.

4. Pflanzenkultivator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Beleuchtungsfenster aus zwei transparenten Glasplatten oder synthetischen Harzschichten mit dazwischen gesetztem Zwischenraum oder aus integral geformtem Glas oder synthetischem Harz mit einem darin definierten Zwischenraum gebildet ist.

5. Pflanzenkultivator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Öffnungs-/Verschlußtür aus einer inneren Tür und einer äußeren Tür gebildet ist, wobei die innere Tür aus einer transparenten Glasplatte oder einer synthetischen Harzschicht gebildet ist und die Innenfläche der Außentür eine reflektierende Fläche ist.

6. Pflanzenkultivator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die innere Oberfläche des Kastens, abgesehen von dem Beleuchtungsfenster, als eine lichtreflektierende Oberfläche ausgebildet ist, wobei die reflektierende Oberfläche gebildet wird, indem eine weiße reflektierende Schicht auf seiner Innenseite befestigt wird oder indem weiße reflektierende Farbe oder weißes Harz darauf aufgetragen wird.

7. Pflanzenkultivator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kultivierungsumgebungs-Überwachungseinrichtung einen Temperatursensor aufweist, die Kultivierungsumgebungs-Erzeugungseinrichtung eine Temperaturerzeugungseinrichtung aufweist, die das Innere des Kastens heizt oder kühlt, und die Kultivierungsumgebungs-Steuerungseinrichtung das Heizen oder Kühlen durch die Temperaturerzeugungseinrichtung entsprechend der von dem Temperatursensor erhaltenen Temperatur in dem Kasten steuert.

8. Pflanzenkultivator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kultivierungsumgebungs-Überwachungseinrichtung einen Kohlendioxidgassensor aufweist, die Kultivierungsumgebungs-Erzeugungseinrichtung Kohlendioxidgas-Zuführungseinrichtungen aufweist, die Kohlendioxidgas von einer in dem Kasten vorgesehenen Kohlendioxidgas-Zuführungsöffnung zuführen, und die Kultivierungsumgebungs-Steuerungseinrichtung die Menge von Kohlendioxidgas, das von der Kohlendioxidgas-Zuführungsvorrichtung zugeführt wird, entsprechend der von dem Kohlendioxidgassensor herausgefundenen Kohlendioxidgaskonzentration steuert.

9. Pflanzenkultivator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kultivierungsumgebungs-Überwachungseinrichtung einen Feuchtigkeitssensor aufweist, die Kultivierungsumgebungs-Erzeugungseinrichtung eine Feuchtigkeitserzeugungseinrichtung aufweist, die das Innere des Kastens befeuchtet oder entfeuchtet, und die Kultivierungsumgebungs- Steuerungseinrichtung das Befeuchten oder Entfeuchten durch die Feuchtigkeitserzeugungseinrichtung entsprechend der von dem Feuchtigkeitssensor herausgefundenen Feuchtigkeit in dem Kasten steuert.

10. Pflanzenkultivator nach Anspruch 7, wobei die Temperaturerzeugungseinrichtung einen Heizer aufweist, und der Heizer in eine wärmeisolierende Wand des Kastenkörpers eingebaut ist.

11. Pflanzenkultivator nach Anspruch 7, wobei die Temperaturerzeugungseinrichtung eine Kühleinrichtung aufweist, und die geeignete Kühleinrichtung in eine wärmeisolierende Wand des Kastenkörpers eingebaut ist.

12. Pflanzenkultivator nach Anspruch 7, wobei die Temperaturerzeugungseinrichtung ein Peltierelement aufweist, und das Kühlen oder Heizen von diesem Peltierelement durchgeführt wird.

13. Pflanzenkultivator nach Anspruch 9, wobei die Feuchtigkeitserzeugungseinrichtung aufweist: eine Entfeuchtungseinrichtung, die eine von einem Peltierelement gekühlte Kühlrippe aufweist, und einen Entwässerungskanal, wodurch auf dieser Kühlrippe als Tau abgeschiedenes Wasser ins Äußere des Kastenkörpers abgelassen wird.

14. Pflanzenkultivator nach Anspruch 9, wobei die Feuchtigkeitserzeugungseinrichtung die Feuchtigkeit erhöht, indem sie Nebel von einer in dem Kasten vorgesehenen Nebelzuführungsöffnung in das Innere des Kastenkörpers zuführt.

15. Pflanzenkultivator nach Anspruch 9, wobei das Innere des Kastenkörpers unterteilt ist in eine Wachstumszone und eine Zuführungszone, die mit einer Luftbewegungseinrichtung in ihrem Inneren versehen ist und mit der Wachstumszone in Verbindung steht, wobei die Nebelzuführungsöffnung und die Kohlenstoffgaszuführungsöffnung sich zum Inneren der Zuführungszone hin öffnen.

16. Pflanzenkultivator-Steuerungssystem, das den Pflanzenkultivator nach einem der Ansprüche 1 bis 15 steuert mit Hilfe eines mit dem Pflanzenkultivator über ein Computernetzwerk verbundenen Computers, wobei der Computer eine Speichereinrichtung für Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten aufweist, die Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten speichert, um mindestens die Kohlendioxidgaskonzentration und/oder die Lichtmenge und/oder die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit in dem Kastenkörper zu steuern, und einer Kultivatorsteuerungseinrichtung, die die Steuerung durchführt, indem sie entsprechend den Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten Daten an die Kultivierungsumgebungs-Steuerungseinrichtung und die in dem Pflanzenkultivator vorgesehene LED-Steuerungseinrichtung sendet.

17. Pflanzenkultivator-Steuerungssystem nach Anspruch 16, wobei die Kultivatorsteuerungseinrichtung die Kultivierungssteuerungsdaten mit Kultivierungsumgebungs- Detektionsdaten vergleicht, welche mindestens von dem Kohlendioxidgassensor und/oder dem Lichtmengensensor und/oder dem Temperatursensor und/oder dem Feuchtigkeitssensor detektiert werden, welche in dem Pflanzenkultivator vorgesehen sind, und den Pflanzenkultivator steuert, um den Kultivierungsumgebungs-Steuerungsdaten zu entsprechen.

18. Pflanzenkultivator-Steuerungssystem nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Kultivierungsumgebungs- Steuerungsdaten in Tabellenform gespeichert werden.

19. Pflanzenkultivator-Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Computernetzwerk ein Netzwerk ist, das ein CSMA/CD-Zugriffssteuerungssystem verwendet.