JPH03219807A - 植物栽培装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、植物栽培装置に関し、人工光源として高圧金
属蒸気放電灯を用いた栽培効率が高い完全制御型植物栽
培装置を提供しようとするものである。

従来の技術 完全制御型植物栽培装置（以下、栽培装置という）とは
、自然（太陽）光を遮断し、人工光だけを用いて、植物
に最適な気温・ＣＯ□濃度−風量・光量・ｉＩ液温度・
養液組成等の環境条件を調節して、植物の栽培を工場生
産的におこなものである。

従来の栽培装置では、人工光源を用いた植物の育成には
高圧ナトリウムランプ、メタル情ライトランプなどの高
圧金属蒸気放電灯や蛍光灯が用いられている。一般的に
高圧金属蒸気放電灯は高ワツトになる程発光効率が良く
なる為、通常は７００１４〜１に−の高ワツトランプを
用い、栽培パネル上面とランプとの距離を約１．５〜２
１とすることにより栽培パネル面の照度分布の均一性を
高め、かつランプからの植物に与える熱の悪影響を防い
でいる。

また、蛍光灯を用いた場合では、高圧金属蒸気放電灯を
用いた場合と異なり光源の単位表面積当りの光出力が大
幅に少なく、かつ発光効率が低い為、栽培パネル上方は
ぼ全面に螢光灯が取り付けられている。栽培パネルと螢
光灯の距離は、蛍光灯からの熱が光出力と同様分散され
ており、植物と近づけでも熱の悪影響は受けにくい為約
３０ｃｎと近接させている。よって栽培パネルと人工光
源を多段に設け、栽培空間の有効利用をはかる事が一般
的に行なわれている。また、これらの栽培装置では栽培
パネル上面の羊位面積当りの高圧金属蒸気放電灯、蛍光
灯のワット数は１５０〜２５０Ｗ／ｌ”となっている。

また、これらの従来の栽培装置は、−軒の建屋方式の構
造となっており、栽培室内は通路等を設は作業者が内部
で定植、収穫等の作業が行なえるようになっている。

発明が解決しようとする課題 人工光源として高圧金属蒸気放電灯を用いた従来の栽培
においては、高ワツトのランプを用いている為、人工光
源のエネルギー利用効率は高いが、人工光源と栽培パネ
ル面との距離が長くなり、この大きな空間が生じる事に
より多段で栽培できず建屋の床面積あたりの植物栽培効
率が悪い、空調費、栽培装置の建築費等が高くつくとい
う欠点があった。また、人工光源として蛍光灯を用いた
場合においては、栽培空間の利用効率は高いものの蛍光
灯の発光効率が低く植物の生長に必要な照度が得にくい
他、光束維持率等の寿命特性が悪い等の問題を有してい
た。更にこれらの栽培装置は人工光源が栽培空間と同一
の空間にあり人工光源から発生する熱はすべて栽培空間
に放出され、よって栽培室内を一定の温度に調節するた
めに大容量の空調装置にて空調する必要があった。この
様に人工光源を利用した従来の栽培装置においては、断
熱気密性の高い建屋、最適室温にするための高精度・大
容量空調装置、照明装置、ＣＯ２供給装置及びこれらの
環境制御装置等、高価で大規模な設備が必要であるわり
に植物の生産効率・エネルギー利用効率が悪く、そのこ
とが栽培装置の背反を妨げ、かつ植物の生産コスト上昇
の大きな要因となっていた。

課題を解決するための手段 本発明は、ボックス状の栽培装置内の上部天井には複数
の高圧金属蒸気放電灯を配し、下部底面に栽培パネルを
設けた構造の植物栽培装置において、高圧金属蒸気放電
灯を水、空気等の冷却媒体によって冷却し、さらに高圧
金属蒸気放電灯１灯当りの栽培パネルへの照射面積を１
〜３ｍ’かつ高圧金属蒸気放電灯の光中心部と栽培パネ
ル上面との距離を１ｍ以内としたものである。

作用 本発明による装置は、人工光源として高圧金属蒸気放電
灯を用いている為、植物の生長に必要な照度を充分に得
ることが可能な他、高効率・高出力特性及び優れた寿命
特性を有していることがらランプ設置灯数を少なくする
ことができ、照明に対する設備費の削減を図れる。又、
高圧金属蒸気放電灯を水、空気等の冷却媒体によって冷
却することによって、高圧金属蒸気放電灯からの植物の
光合成に有効な光をほとんど低下させることなしに高圧
金属蒸気放電灯から発生する熱の多くを除去することが
可能となり、栽培室内の空調費用を大幅に軽減すること
ができる。更に植物に対する熱の影響が少なくなり人工
光源と栽培パネル間の距離を相当短くすることができる
為、光源による植物育成効果を少しも損うこと無く、大
幅な省スペースと設備費の削減を図ることができる。

実施例 以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する。

第１図は本発明にかかる植物栽培装置の概略側面図、第
２図は第１図の概略断面図である。栽培装置内１の天井
には人工光源として直管タイプの外球形状の高圧ナトリ
ウムランプからなる高圧金属蒸気放電灯２が照明器具３
を介して取り付けられており、下面には例えば発泡スチ
ロール製の栽培パネル４が設置され、そこにはサラダ菜
、レタス等の野菜５が定植されている。その下部には長
手方向にわずかに勾配のついた栽培ベット６に植物の生
長に必要な養液が循環している。高圧金属蒸気放電灯２
はその外球部分を透明硬質ガラス製の冷却筒７ですっぽ
りとおおわれており、高圧金属蒸気放電灯２の外球と冷
却筒７の間には水が流されている。栽培装置内の高さは
約１ｍ、幅は約１．６ｍ、長さは約５．６ｍで栽培装置
内の下面はぼ全面に栽培パネル４が設けられている。高
圧金属蒸気放電灯２の光中心部と栽培パネル上面との距
離は約０．７ｍで栽培パネル４上面での照度は約２０に
１×となっている。植物を経済的に、かつ均一に生長さ
せるための光条件としては、人工光源の光成分の他に栽
培パネル面の照度の均一性が大きな要因となる。高圧金
属蒸気放電灯２を栽培パネル４の上面との距離を短く用
いた際、照度の均一性を高める方法の一つとして、低ワ
ツトランプを多数用いて光を分散させる方法があるが、
この方法では人工光源として蛍光灯を用いる方法と同様
、設置灯数の増加による設備費の上昇と発光効率低下に
よる照明電力費が増え、栽培する植物の生産原価を高め
る為、好ましい方法ではない。よって極力発光効率の高
い高ワツトの高圧金属蒸気放電灯を用いる必要があり、
本実施例では４５０ｗの高圧ナトリウムランプを用いて
いる。高圧金属蒸気放電灯２から発生する熱の多く（高
圧金属蒸気放電灯の消費電力の約半分）は、冷却筒７内
に流す水に吸収され、高圧金属蒸気放電灯２の光中心と
栽培パネル４の上面との距離を約０．７ｎと接近させて
も熱的には植物に対して全く影響がない。また、高圧金
属蒸気放電灯２から出る光合成に必要な光は、冷却筒７
を設は内部に水を流しても２〜３％の低下するのみで特
に問題はない。栽培室８には空調８９によって冷風が循
環され、温度・湿度・風速・ＣＯ２：ａ度等の環境が植
物の生長に最適な条件になるように制御されている。栽
培室内の栽培パネル４の総面積は約９ｍ２、高圧金属蒸
気放電灯１灯当りの栽培パネル４への照射面積は２．３
ｍ２となっており、照明器具３により栽培パネル４の上
面の照度分布をほぼ均一にしている。又、栽培室内面は
７０％以上の光反射特性をもつ高光反射材を用いており
、これによってさらに、光の有効利用と照度分布の均一
性を高めている。高圧金属蒸気放電灯２と栽培パネル４
上面との距離は、栽培空間の利用効率の点からは極力短
いことが好ましく、人工光源・栽培ベットを多段式にす
ることを考慮すると少なくとも高圧金属蒸気放電灯２の
光中心部と栽培パネル４上面間の距離は１ｍ以内にする
必要がある。ここで高圧金属蒸気放電灯２の１灯当りの
栽培ベット上面への照射面積は１ｍ２未満であると設置
灯数が増え、かつ、当然ながら栽培パネル上面の必要照
度を得るためのマット数（ランプの大きさ）も小さく、
発光効率も低下することから経済的でない。又、逆に１
灯当りの照射面積が３　ｍ’　２を超すと設置灯数は減
るものの、光中心と栽培パネル間の距離が１ｍ以下と短
くしている為、パネル上面の照度分布のバラツキが大き
くなり、植物の最適照度からズレな箇所ができ、やはり
好ましくない。

第１表に高圧金属蒸気放電灯２として高圧ナトリウムラ
ンプを用い、光中心と栽培パネル４上面間の距離を１ｍ
とした場合の実験結果の一例を示す。

栽培パネル上面の設計照度は約２０に１！となるように
した。

植物を効率良く、かつ均一に生長させる為には栽培パネ
ル上面の照度分布のバラつきは平均照度に対して２０％
以内、好ましくは５％程度内にする必要がある。また、
栽培ベット面の単位面積当りの高圧金属蒸気放電灯のワ
ット数は従来の植物工場における１５０〜２５０ｗ／１
１２に比べて少なくとも２５０ｗ／ｎ２以下のワット数
にしないと照明に要する消費電力費に対して優位性を保
つことができない。

表１かられかるように所望の照度（本例では設計値２０
Ｋｌｘ　）がほぼ得られ、かつ照度のバラツキが平均照
度に対し２０％以内とする為には高圧金属蒸気放電灯１
灯当りの栽培パネル上面への照射面積を３ｍ２以下にし
なければならない。又、経済性の点から、ランプ設置灯
数を極力少なくし、かつ、定植パネル上面の単位面積当
りのワット数を少なくとも２５０ｗ／ｎ２以下にする場
合は高圧金属蒸気放電灯１灯当りの照射面積を１ｍ２以
上とする必要がある。

また、冷却筒７に水を流すことによって従来の方法と異
なり高圧金属蒸気放電灯２かへの熱を確実に低下でき高
圧金属蒸気放電灯２の光中心と栽培パネル４の距離を近
づけられる他、安価な地下水等の水を利用する事によっ
て空調機９の負担を少なくし空調する為の設備費・消費
電力費を大幅に低減できる。さらに熱交換された温水を
ハウス栽培での加熱用の熱源として利用することも可能
である。この栽培装置は通常上下に３段設置され、従来
の高圧金属蒸気放電灯を用いた栽培装置と比べ設置面積
比で約３倍の栽培効率となる他、空調機および培養液供
給装置等を複数の栽培装置で共有して使用できることか
ら栽培システム全体に要する費用を低減する事ができる
。

第３図に本発明にかかる栽培装置の他の実施例の概略断
面図を示す。栽培室は上下２室設けられており、第１図
、第２図で示した栽培装置４台分を１つの栽培装置とし
たもので、植物の栽培株数が多い場合は本実施例の様に
１つの栽培装置にまとめた方が設備費、空調費の面で効
率的である。

なお、実施例においては、冷却筒７へ導入する冷却媒体
として水を用いたが、冷却媒体は水に限定されるもので
はなく、空気（外気）等の高圧金属蒸気放電灯の熱を効
果的に奪い、かつ光透過性に優れたものであれば、利用
可能である。

発明の効果 以上詳述したように、本発明にかかる植物栽培装置は、
空調に要する電力費を低減できる他に、その装置を立体
的にすることによって一層植物栽倍の空間利用効率を高
められるため、植物の栽培能力に対する、特に建屋に関
する初期設備費を軽減できるなどの利点を有している。

この様に本発明により、初期設備費、空調に要する電力
費等、運転費の軽減が図れるから完全制御型植物栽培装
置を広く背反させる上でその効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる植物栽培装置の概略側面図、第
２図は第１図の植物栽培装置の概略断面図である。第３
図は本発明にかかる植物栽培装置を他の実施例の概略断
面図である。 １・・・栽培装置、　２・・・高圧金属蒸気放電灯４・
・・栽培パネル、７・・・冷却筒 ８・・・栽培室、　　９・・・空調機 井　１　因 丼　７　囚

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ボックス状の栽培装置内の上部天井には複数の高圧金属
   蒸気放電灯を配し、下部底面に栽培パネルを設けた構造
   の植物栽培装置において、高圧金属蒸気放電灯を水、空
   気等の冷却媒体によつて冷却し、さらに高圧金属蒸気放
   電灯１灯当りの栽培パネルへの照射面積を１〜３ｍ＾２
   、かつ高圧金属蒸気放電灯の光中心部と栽培パネル上面
   との距離を１ｍ以内としたことを特徴とする植物栽培装
   置。