JP2016185081A

JP2016185081A - 植物栽培装置

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Publication number: JP2016185081A
Application number: JP2015066078A
Authority: JP
Inventors: 弘至緒方; Hiroshi Ogata; 孝一石高; Koichi Ishidaka
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: JP6546423B2

Abstract

【課題】照明装置から発せられる熱が、栽培すべき植物に悪影響を及ぼすことを抑制しうる植物栽培装置を提供する。
【解決手段】植物栽培装置の栽培ラック３の前後両面に栽培領域側を向く反射面を有する第１反射板12を配置する。照明装置５は、灯具保持部材16と、灯具17と、下方を向く反射面を有する第２反射板18とを有する。第２反射板18に灯具17から発せられる熱を上方に逃がす貫通部24を形成する。載置部４および栽培槽２のうちの少なくともいずれか一方と、載置部４の下方に配置された照明装置５の第２反射板18との間に、灯具17から発せられかつ第２反射板18の貫通部24を通って上方に逃げてきた暖気が流入する暖気流入空間25を形成する。暖気流入空間25は、第１反射板12の上端と載置部４との間に形成された暖気流出部26を介して栽培ラック３の前後両側方に通じている。
【選択図】図４

Description

この発明は、ＬＥＤ照明装置を光源として使用し、かつ植物工場、野菜工場、育苗装置などで用いられる植物栽培装置に関する。

この明細書および特許請求の範囲において、図１の上下、左右を上下、左右といい、図２の左側を前、これと反対側を後というものとする。

植物栽培装置として、複数の支柱、および支柱を利用して設けられかつ植物が植えられた土耕コンテナを載せる複数の棚を有する栽培ラックと、棚の上方に位置するように栽培ラックに固定された照明装置とを備えており、照明装置が直管型の蛍光灯を有し、蛍光灯の上方に、反射面を下方に向けた水平反射板が配置された植物栽培装置が知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１記載の植物栽培装置によれば、蛍光灯から発せられる熱が、土耕コンテナに植えられた植物の成育に悪影響を及ぼすという問題がある。

また、植物栽培装置において、ランニングコストを低減するために、ＬＥＤ灯具を用いた照明装置を有するものも知られているが、特許文献１記載の植物栽培装置において、蛍光灯の代わりにＬＥＤ灯具を用いた場合にも、ＬＥＤ灯具から発せられる熱が、植物の成育に悪影響を及ぼすという問題がある。

特許第５２１８７７７号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、照明装置から発せられる熱が、栽培すべき植物に悪影響を及ぼすことを抑制しうる植物栽培装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)複数の支柱、および支柱を利用して上下方向に間隔をおいて設けられかつ植物が植えられた栽培槽を載せる複数の載置部を有する栽培ラックと、各載置部の上方に間隔をおいて配置された照明装置とを備えており、載置部と照明装置との間に栽培領域が設けられている植物栽培装置であって、
栽培ラックの前後両面に、栽培領域側を向く反射面を有する第１反射部材が配置され、照明装置が、灯具保持部材と、灯具保持部材に取り付けられた灯具と、灯具の上方に位置するように灯具保持部材に取り付けられかつ下方を向く反射面を有する第２反射部材とを有し、第２反射部材に灯具から発せられる熱を上方に逃がす貫通部が形成されており、
上端の照明装置を除いた照明装置が、下端の載置部を除いた載置部の下方に配置され、下端の載置部を除いた載置部および当該載置部上に載せられる栽培槽のうちの少なくともいずれか一方と、当該載置部の下方に配置された照明装置の第２反射部材との間に、灯具から発せられかつ第２反射部材の貫通部を通って上方に逃げてきた暖気が流入する暖気流入空間が形成され、暖気流入空間が、第１反射部材と載置部との間に形成された暖気流出部を介して栽培ラックの前後両側方に通じさせられており、栽培領域から暖気流入空間内に流入した暖気が、暖気流出部を通って栽培ラックの前後両側方に流出するようになされている植物栽培装置。

2)上下方向に隣り合う２つの載置部間に、複数の第１反射部材が左右方向に並んで配置されており、上下方向に隣り合う２つの載置部のうち上側の載置部と、当該両載置部間に配置された第１反射部材の上端との間に暖気流出部が形成されている上記1)記載の植物栽培装置
3)照明装置の灯具がＬＥＤ灯具であり、第２反射部材に形成された貫通部が、ＬＥＤ灯具に内蔵された電源から発せられる熱を逃がす上記1)または2)記載の植物栽培装置。

4)第２反射部材の貫通部が、各ＬＥＤ灯具の電源と対応する位置に、平面から見てＬＥＤ灯具に内蔵された電源の少なくとも一部を含むように形成されている上記3)記載の植物栽培装置。

5)照明装置のＬＥＤ灯具が、両端部に電源が内蔵された直管型であり、ＬＥＤ灯具が、長手方向を左右方向に向けた状態で前後方向に間隔をおいて枠に取り付けられ、反射部材の貫通部が、反射部材の左右両側部分における各ＬＥＤ灯具の両電源と対応する位置に、平面から見てＬＥＤ灯具に内蔵された電源の少なくとも一部を含むように形成されている上記3)記載の植物栽培装置。

上記1)〜5)の植物栽培装置によれば、栽培ラックの前後両面に、栽培領域側を向く反射面を有する第１反射部材が配置され、照明装置が、灯具保持部材と、灯具保持部材に取り付けられた灯具と、灯具の上方に位置するように灯具保持部材に取り付けられかつ下方を向く反射面を有する第２反射部材とを有し、第２反射部材に灯具から発せられる熱を上方に逃がす貫通部が形成されており、上端の照明装置を除いた照明装置が、下端の載置部を除いた載置部の下方に配置され、下端の載置部を除いた載置部および当該載置部上に載せられる栽培槽のうちの少なくともいずれか一方と、当該載置部の下方に配置された照明装置の第２反射部材との間に、灯具から発せられかつ第２反射部材の貫通部を通って上方に逃げてきた暖気が流入する暖気流入空間が形成され、暖気流入空間が、第１反射部材と載置部との間に形成された暖気流出部を介して栽培ラックの前後両側方に通じさせられており、栽培領域から暖気流入空間内に流入した暖気が、暖気流出部を通って栽培ラックの前後両側方に流出するようになされているので、照明装置の灯具から発せられる熱により暖められた暖気が、照明装置の第２反射部材の貫通部を通って暖気流入空間内に入った後、暖気流出部を通って栽培ラックの前後両側方に流出とともに、栽培ラックの外側の冷気が、栽培ラックの前後両側方から適当な間隙を通って第１反射部材の内側に流入する。したがって、栽培領域の温度が異常に上昇することなく適切な温度に保たれる。その結果、栽培領域の暖気の有する熱が、栽培すべき植物に悪影響を及ぼすことを抑制することが可能になる。

また、照明装置の灯具から発せられた光を、直接植物に照射するだけではなく、第１反射部材および第２反射部材の反射面により反射して植物に照射することができるので、載置部に載せられた栽培槽に植えられた全植物に発せられる光量子束密度を均一化することが可能になる。しかも、灯具に対する第２反射部材の位置が一定となるから、照明装置の載置部に対する照明装置の高さ位置を変更した場合にも、植物の育成状況に応じて、必要な光量子束密度を確保することができる。

上記2)の植物栽培装置によれば、第１反射部材と載置部との間に、比較的簡単に暖気流出部を形成することができる。

上記3)の植物栽培装置によれば、載置部に載せられた栽培槽に植えられた植物の生育に必要な光量子束密度を確保するために必要最少数のＬＥＤ灯具を使用した上で、載置部に載せられた栽培槽に植えられた全植物に発せられる光量子束密度を均一化することが可能になり、設備コストおよび消費電力コストを低減することができる。

上記3)〜5)の植物栽培装置によれば、ＬＥＤ灯具に内蔵された電源から発せられる熱を効果的に逃がすことができる。すなわち、ＬＥＤ灯具の場合、内蔵された電源から多量の熱が発せられるが、この場合であっても、電源から発せられる熱を効果的に逃がし、当該熱が、栽培すべき植物に悪影響を及ぼすことを抑制することが可能になる。

この発明の植物栽培装置を示す正面図である。図１の植物栽培装置の右側面図である。図１の栽培槽を省略したＡ−Ａ線断面図である。図１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。図４の要部拡大図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明による植物栽培装置を植物の水耕栽培に適用したものである。

図１〜図３はこの発明の植物栽培装置の全体構成を示し、図４および図５はその要部の構成を示す。

以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

図１〜図３において、植物栽培装置(1)は、水耕栽培用の栽培槽(2)を載せる複数の載置部(4)が上下方向に間隔をおいて設けられた栽培ラック(3)と、各載置部(4)の上方に間隔をおいて栽培ラック(3)に配置された照明装置(5)とを備えている。上端の照明装置(5)を除いた照明装置(5)は、下端の載置部(4)を除いた載置部(4)の下方に配置されている。照明装置(5)は、載置部(4)に対する照明装置(5)の高さ位置を変更しうるように栽培ラック(3)に取り付けられていることが好ましい。

図示は省略したが、栽培槽(2)は、平面から見て左右方向に長い方形状でかつ上方に開口しており、栽培槽(2)の上側は、たとえば白色のカバーにより覆われ、植物は、根がカバーの下側に広がるとともに茎がカバーに形成された貫通穴を通してカバーの上方に伸びるように、栽培槽(2)に植えられる。そして、栽培槽(2)におけるカバーよりも下方の部分に、水分や栄養分を含む養液が供給され、この養液が循環利用される。栽培槽(2)は、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂を用いて成形されている。また、図示は省略したが、植物栽培装置(1)は、養液タンク、養液供給管および養液タンク内の養液を養液供給管を通して栽培槽(2)に供給するポンプを有する養液供給装置を備えている。

栽培ラック(3)は、栽培ラック(3)の左右両端部にそれぞれ前後方向に間隔をおいて配置された４本のアルミニウム押出形材製支柱(6)を備えている。各支柱(6)の下端は、栽培ラック(3)が設置される床面(7)に固定されている。また、前端の左右両支柱(6)どうしの間、および後端の左右両支柱(6)どうしの間に、それぞれ長手方向を左右方向に向けた複数のアルミニウム押出形材製第１横桟(8)が上下方向に間隔をおいて配置されるとともに、第１横桟(8)の両端が支柱(6)に固定されている。また、左端の前後両支柱(6)どうしの間、および右端の前後両支柱(6)どうしの間に、それぞれ長手方向を前後方向に向けた複数のアルミニウム押出形材製第２横桟(9)が、第１横桟(8)と同一高さ位置に来るように上下方向に間隔をおいて配置されるとともに、第２横桟(9)の両端が支柱(6)に固定されている。横桟(8)(9)は下方に開口したチャンネル状であり、その左右両端部が適当な固定金具を介して支柱(6)に固定されている。そして、上端の第１横桟(8)を除いた同一高さ位置にある前後の第１横桟(8)間に、長手方向を前後方向に向けた複数のアルミニウム押出形材製中桟(11)が左右方向に間隔をおいて配置されることにより載置部(4)が形成されている。各載置部(4)上には、栽培槽(2)および栽培槽(2)に植えられた植物を囲むように仮想直方体状の栽培領域が設けられている。

栽培ラック(3)の前後両面における上下方向に隣り合う２つの載置部(4)間の部分に、それぞれ栽培領域側を向く反射面を有する複数の第１反射板(12)(第１反射部材）が左右方向に並んで配置されている。

下端の第１横桟(8)を除いた他の第１横桟(8)に、照明装置(5)を受ける複数のアルミニウム押出形材製受け部材(13)が左右方向に間隔をおいて固定されている。上下方向に隣り合う前後両第１横桟(8)の受け部材(13)は、左右方向の同一位置に固定されている。図４および図５に示すように、左右両端の前後両支柱(6)の左右方向内側面、およびすべての受け部材(13)の左右両側面に、それぞれ照明装置(5)の左右両側縁部を前後方向に摺動自在に支持するアルミニウム押出形材製支えレール(14)が設けられている。左右両端の前後両支柱(6)に設けられた支えレール(14)は、長手方向を前後方向に向けた状態で栽培ラック(3)の左右両端の前後両支柱(6)に跨って配置されて支柱(6)に固定されている。受け部材(13)の左右両側面に設けられた支えレール(14)は、長手方向を前後方向に向けた状態で前後方向に間隔をおいて設けられた２つの受け部材(13)に跨って配置されて受け部材(13)に固定されている。

第１反射板(12)は、左端の支柱(6)と左端に位置する受け部材(13)との間、隣り合う２つの受け部材(13)どうしの間、および右端の支柱(6)と右端に位置する受け部材(13)との間に配置されている。第１反射板(12)は、上縁が直上の第１横桟(8)の下方に位置するとともに、下縁が栽培槽(2)の上下方向の範囲内に位置しており、吊り下げ部材(15)を介して直上の第１横桟(8)に吊持されている。吊り下げ部材(15)は、下端部が第１反射板(12)の上端寄りの部分に固定された鉛直帯板状の吊持部(15a)と、吊持部(15a)の上端に一体に設けられかつ第１横桟(8)の上面および前後方向内面に係合するフック部(15b)とよりなり、フック部(15b)が第１横桟(8)に対して係合、離脱自在となっている。

照明装置(5)は、額縁状の灯具保持部材(16)と、長手方向を左右方向に向けた状態で、前後方向に間隔をおいて灯具保持部材(16)に着脱自在に取り付けられた複数の直管状ＬＥＤ灯具(17)と、ＬＥＤ灯具(17)の上方に位置するように灯具保持部材(16)に着脱自在に取り付けられかつ反射面が下方を向いた第２反射板(18)（第２反射部材）とを備えており、栽培領域は第２反射板(18)の下方に設けられている。

灯具保持部材(16)は、長手方向を前後方向に向けたアルミニウム押出形材製左右両枠部材(19)と、長手方向を左右方向に向けた状態で左右両枠部材(19)の前後両端部間に配置され、かつ左右両端部が左右両枠部材(19)に着脱自在に固定された横断面略Ｌ字状のアルミニウム押出形材製前後両枠部材(21)とよりなる。

直管状ＬＥＤ灯具(17)は、左右両端部が、灯具保持部材(16)の左右両枠部材(19)の垂直壁部(19a)に形成された切り欠き(22)内に嵌め入れられ、灯具保持部材(16)に着脱自在に取り付けられたアルミニウム押出形材製押さえ部材(23)によって固定されている。図示は省略したが、ＬＥＤ灯具(17)には、赤色ＬＥＤチップが実装された複数の赤色ＬＥＤパッケージと、青色ＬＥＤチップが実装された複数の青色ＬＥＤパッケージと、各ＬＥＤパッケージ用の２つのスイッチング電源とが内蔵されている。各スイッチング電源は、ＬＥＤ灯具(17)の左右両端寄りの部分に配置されている。

第２反射板(18)の左右両側部分における各ＬＥＤ灯具(17)と対応する部分には、ＬＥＤ灯具(17)に内蔵されたスイッチング電源から発せられる熱を逃がす貫通部(24)が、各ＬＥＤ灯具(17)の両スイッチング電源と対応する位置に形成されている。第２反射板(18)の貫通部(24)は左右方向に長い長穴からなり、平面から見てＬＥＤ灯具(17)に内蔵されたスイッチング電源の少なくとも一部、たとえばスイッチング電源全体を含むように形成されている。

ここで、第２反射板(18)の反射面の面積に対する全貫通部(24)の合計面積の比率は、０．００２〜０．３であることが好ましく、０．０１〜０．１であることが望ましい。前記比率が低すぎると、ＬＥＤ灯具(17)に内蔵されたスイッチング電源(37)から発せられる熱を効率良く逃がす効果が十分ではなくなり、前記比率が高すぎると、ＬＥＤ灯具(17)から発せられた光を第２反射板(18)の反射面により反射して植物に照射することによる効果、すなわち植物の生育に必要な光量子束密度を確保するために必要最少数のＬＥＤ灯具(17)を使用した上で、載置部(4)に載せられた栽培槽(2)に植えられた全植物に発せられる光量子束密度を均一化するという効果が十分得られない。

第１反射板(12)および第２反射板(18)としては、たとえばポリプロピレン製シートや、ポリ塩化ビニル製シートや、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリ塩化ビフェニール、ＡＢＳ、アクリルなどの合成樹脂を用いて形成された微細発泡シートや、表面に樹脂がコーティングされた鋼板や、表面に金属が蒸着された合成樹脂板が用いられる。具体例を挙げると、帝人社製「Panlite」、古河電工社製「Mcpet」、リバース社製「ディフューレ」などが用いられる。

下端の載置部(4)を除いた載置部(4)および当該載置部(4)上に載せられる栽培槽(2)のうちの少なくともいずれか一方と、当該載置部(4)の下方に配置された照明装置(5)の第２反射板(18)との間に、ＬＥＤ灯具(17)から発せられかつ第２反射板(18)の貫通部(24)を通って上方に逃げてきた暖気が流入する暖気流入空間(25)が形成されている。暖気流入空間(25)は、第１反射板(12)と第１反射板(12)の上方に位置する載置部(4)との間、すなわち上下方向に隣り合う２つの載置部(4)のうち上側の載置部(4)と、当該両載置部(4)間に配置された第１反射板(12)の上端との間に形成された暖気流出部(26)を介して栽培ラック(3)の前後両側方に通じさせられている。

上述した植物際場装置(1)において、照明装置(5)のＬＥＤ灯具(17)から発せられる熱により暖められた暖気が、照明装置(5)の第２反射板(18)の貫通部(24)を通って暖気流入空間(25)内に入った後、暖気流出部(26)を通って栽培ラック(3)の前後両側方に流出するとともに、栽培ラック(3)の外側の冷気が、栽培ラック(3)の前後両側方から適当な間隙を通って第１反射板(12)内側の栽培領域に流入する。したがって、載置部(4)上の栽培領域の温度が異常に上昇することなく適切な温度に保たれる。その結果、栽培領域の暖気の有する熱が、栽培すべき植物に悪影響を及ぼすことを抑制することが可能になる。

また、照明装置のＬＥＤ灯具から発せられた光を、直接植物に照射するだけではなく、第１反射板(12)および第２反射板(18)の反射面により反射して植物に照射することができるので、載置部(4)に載せられた栽培槽(2)に植えられた全植物に発せられる光量子束密度を均一化することが可能になる。しかも、ＬＥＤ灯具(17)に対する第２反射板(18)の位置が一定となるから、載置部(4)に対する照明装置(5)の高さ位置を変更した場合にも、植物の育成状況に応じて、必要な光量子束密度を確保することができる。

上記実施形態においては、植物栽培装置(1)は、植物の水耕栽培に適用されているが、これに限定されるものではなく、植物の土耕栽培にも適用されることもある。この場合、植物は、載置部(4)に載せられた栽培槽(2)内に入れられた土に植えられる。また、上記実施形態においては、ＬＥＤ灯具(17)はスイッチング電源を備えているが、これに限定されるものではない。

この発明による植物栽培装置は、照明装置を人工光源とする植物工場、野菜工場、育苗装置などにおいて好適に用いられる

(1)：植物栽培装置
(2)：栽培槽
(3)：栽培ラック
(4)：載置部
(5)：照明装置
(6)：支柱
(12)：第１反射板(第１反射部材)
(16)：灯具保持部材
(17)：ＬＥＤ灯具
(18)：第２反射板(第２反射部材)
(24)：貫通部
(25)：暖気流入空間
(26)：暖気流出部

Claims

複数の支柱、および支柱を利用して上下方向に間隔をおいて設けられかつ植物が植えられた栽培槽を載せる複数の載置部を有する栽培ラックと、各載置部の上方に間隔をおいて配置された照明装置とを備えており、載置部と照明装置との間に栽培領域が設けられている植物栽培装置であって、
栽培ラックの前後両面に、栽培領域側を向く反射面を有する第１反射部材が配置され、照明装置が、灯具保持部材と、灯具保持部材に取り付けられた灯具と、灯具の上方に位置するように灯具保持部材に取り付けられかつ下方を向く反射面を有する第２反射部材とを有し、第２反射部材に灯具から発せられる熱を上方に逃がす貫通部が形成されており、
上端の照明装置を除いた照明装置が、下端の載置部を除いた載置部の下方に配置され、下端の載置部を除いた載置部および当該載置部上に載せられる栽培槽のうちの少なくともいずれか一方と、当該載置部の下方に配置された照明装置の第２反射部材との間に、灯具から発せられかつ第２反射部材の貫通部を通って上方に逃げてきた暖気が流入する暖気流入空間が形成され、暖気流入空間が、第１反射部材と載置部との間に形成された暖気流出部を介して栽培ラックの前後両側方に通じさせられており、栽培領域から暖気流入空間内に流入した暖気が、暖気流出部を通って栽培ラックの前後両側方に流出するようになされている植物栽培装置。
上下方向に隣り合う２つの載置部間に、複数の第１反射部材が左右方向に並んで配置されており、上下方向に隣り合う２つの載置部のうち上側の載置部と、当該両載置部間に配置された第１反射部材の上端との間に暖気流出部が形成されている請求項１記載の植物栽培装置
照明装置の灯具がＬＥＤ灯具であり、第２反射部材に形成された貫通部が、ＬＥＤ灯具に内蔵された電源から発せられる熱を逃がす請求項１または２記載の植物栽培装置。
第２反射部材の貫通部が、各ＬＥＤ灯具の電源と対応する位置に、平面から見てＬＥＤ灯具に内蔵された電源の少なくとも一部を含むように形成されている請求項３記載の植物栽培装置。
照明装置のＬＥＤ灯具が、両端部に電源が内蔵された直管型であり、ＬＥＤ灯具が、長手方向を左右方向に向けた状態で前後方向に間隔をおいて枠に取り付けられ、反射部材の貫通部が、反射部材の左右両側部分における各ＬＥＤ灯具の両電源と対応する位置に、平面から見てＬＥＤ灯具に内蔵された電源の少なくとも一部を含むように形成されている請求項３記載の植物栽培装置。