JPH0998665A - 植物栽培装置 - Google Patents
植物栽培装置Info
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- JPH0998665A JPH0998665A JP8178004A JP17800496A JPH0998665A JP H0998665 A JPH0998665 A JP H0998665A JP 8178004 A JP8178004 A JP 8178004A JP 17800496 A JP17800496 A JP 17800496A JP H0998665 A JPH0998665 A JP H0998665A
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- JP
- Japan
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- cultivation
- light
- panel
- plant
- light source
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- Cultivation Of Plants (AREA)
- Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 植物栽培の照明コストや冷房コストなどの電
力コストの削減ができ、効率的な植物の光利用、良好な
生育ができる。従って、これまで特に電力コスト等が高
いことが原因で普及が困難であった植物工場、野菜工場
などへの適用が可能となる。 【解決手段】 熱冷媒を用いた強制冷却装置を備えたパ
ネル状の光半導体ユニットからなる光源を、植物栽培面
に近接させて設置した植物栽培装置。
力コストの削減ができ、効率的な植物の光利用、良好な
生育ができる。従って、これまで特に電力コスト等が高
いことが原因で普及が困難であった植物工場、野菜工場
などへの適用が可能となる。 【解決手段】 熱冷媒を用いた強制冷却装置を備えたパ
ネル状の光半導体ユニットからなる光源を、植物栽培面
に近接させて設置した植物栽培装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、植物工場、野菜工
場、育苗装置など人工光を光源とした植物栽培装置にお
いて、水などの冷媒を用いた冷却装置を備え、発光ダイ
オード、半導体レーザーなど光半導体を光源とするパネ
ル状の照明ユニットを用い、それと植物栽培ボードとを
コンパクトに積み重ねることにより、栽培植物を近接照
明して栽培するための多段式植物栽培装置に関するもの
である。
場、育苗装置など人工光を光源とした植物栽培装置にお
いて、水などの冷媒を用いた冷却装置を備え、発光ダイ
オード、半導体レーザーなど光半導体を光源とするパネ
ル状の照明ユニットを用い、それと植物栽培ボードとを
コンパクトに積み重ねることにより、栽培植物を近接照
明して栽培するための多段式植物栽培装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】日々の変動の大きい自然条件下で植物を
栽培する限り、その環境変動による収量および収穫時期
の変動は避けられない。そうした生産プロセスの不確定
要因の大きさが、これまでの農業生産の計画性の向上や
労働環境の近代化の障害となってきた。近年、こうした
自然条件の変動に左右されない農業環境づくりとして、
栽培環境の光、温度、湿度、炭酸ガス濃度、照度、水耕
液濃度、ｐＨなど植物成長に影響を及ぼすあらゆる条件
を制御して農作物や苗などを計画的に生産する植物工
場、野菜工場、育苗装置などの実用化が望まれている。
植物工場、野菜工場、育苗装置などの植物栽培装置（以
後、植物栽培装置という）には、完全人工光型と太陽光
併用型のものがあるが、両者とも照明コストや冷房コス
トなどの電力コストが大きく、現在のところ未だ実用化
に至っていない。これらの植物栽培装置ではシステム全
体を閉鎖系で稼働する場合が多く、照明電力コストと共
に、照明による系内の温度上昇を防ぐための除熱コスト
の低減が植物栽培装置の実用化のための急務となってい
る。
栽培する限り、その環境変動による収量および収穫時期
の変動は避けられない。そうした生産プロセスの不確定
要因の大きさが、これまでの農業生産の計画性の向上や
労働環境の近代化の障害となってきた。近年、こうした
自然条件の変動に左右されない農業環境づくりとして、
栽培環境の光、温度、湿度、炭酸ガス濃度、照度、水耕
液濃度、ｐＨなど植物成長に影響を及ぼすあらゆる条件
を制御して農作物や苗などを計画的に生産する植物工
場、野菜工場、育苗装置などの実用化が望まれている。
植物工場、野菜工場、育苗装置などの植物栽培装置（以
後、植物栽培装置という）には、完全人工光型と太陽光
併用型のものがあるが、両者とも照明コストや冷房コス
トなどの電力コストが大きく、現在のところ未だ実用化
に至っていない。これらの植物栽培装置ではシステム全
体を閉鎖系で稼働する場合が多く、照明電力コストと共
に、照明による系内の温度上昇を防ぐための除熱コスト
の低減が植物栽培装置の実用化のための急務となってい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来から用いられてき
たメタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、白色
蛍光灯などを光源とした照明方法では、照明電力および
空調電力コストが大きく、生産される野菜、苗などの植
物が高価格にならざるを得ず、実用化は困難であった。
従って、これら照明、空調電力コストを含めたシステム
全体の電力コストの低減が必要であった。
たメタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、白色
蛍光灯などを光源とした照明方法では、照明電力および
空調電力コストが大きく、生産される野菜、苗などの植
物が高価格にならざるを得ず、実用化は困難であった。
従って、これら照明、空調電力コストを含めたシステム
全体の電力コストの低減が必要であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】発光ダイオードを始めと
する光半導体は、植物に必要な波長の光だけを自由に選
択できる点で植物照明光源として効率的であるばかりで
なく、従来の光源に多量に含まれる赤外線、熱線を全く
含まない点で植物栽培光源として非常に有利である。す
なわち、従来の光源では、熱線による葉焼け等の障害を
避けるため栽培植物近傍からの直接照明は不可能（高価
で大きなスペースをとる熱線除去装置が必要）であり、
光の利用効率としては不利であった。しかし、光半導体
を用いることにより赤外線、熱線を全く含まない光線を
用いることができ、植物のごく近傍からの近接照射が可
能となり、光源の光を非常に効率良く植物に受光させる
ことが可能となった。
する光半導体は、植物に必要な波長の光だけを自由に選
択できる点で植物照明光源として効率的であるばかりで
なく、従来の光源に多量に含まれる赤外線、熱線を全く
含まない点で植物栽培光源として非常に有利である。す
なわち、従来の光源では、熱線による葉焼け等の障害を
避けるため栽培植物近傍からの直接照明は不可能（高価
で大きなスペースをとる熱線除去装置が必要）であり、
光の利用効率としては不利であった。しかし、光半導体
を用いることにより赤外線、熱線を全く含まない光線を
用いることができ、植物のごく近傍からの近接照射が可
能となり、光源の光を非常に効率良く植物に受光させる
ことが可能となった。
【０００５】また、光半導体の発光素子を水などの熱冷
媒で効率良く冷却することにより、栽培システム全体の
温度管理を非常に低コストで行うことができることが判
明した。発光効率の良い光半導体と言えども、投入した
電力すべてが光に変換される訳ではない。ただし、光に
変換されないエネルギーは、他の光源のように熱線とし
て放出されるのではなく、光半導体の素子自身の温度上
昇として放出される。そこで、光半導体素子をアルミニ
ウムやセラミックなど熱伝導率の良い基板に直接設置
し、その基盤を冷水や冷風、フロン代替ガス類をはじめ
とする、ガス系の冷媒などを用いて冷却することにより
素子からの発熱を効率良く除き、システム全体の温度コ
ントロールを正確に、かつ、これまでの光源に比べ１／
３以下の低電力コストで実現できることを見い出した。
媒で効率良く冷却することにより、栽培システム全体の
温度管理を非常に低コストで行うことができることが判
明した。発光効率の良い光半導体と言えども、投入した
電力すべてが光に変換される訳ではない。ただし、光に
変換されないエネルギーは、他の光源のように熱線とし
て放出されるのではなく、光半導体の素子自身の温度上
昇として放出される。そこで、光半導体素子をアルミニ
ウムやセラミックなど熱伝導率の良い基板に直接設置
し、その基盤を冷水や冷風、フロン代替ガス類をはじめ
とする、ガス系の冷媒などを用いて冷却することにより
素子からの発熱を効率良く除き、システム全体の温度コ
ントロールを正確に、かつ、これまでの光源に比べ１／
３以下の低電力コストで実現できることを見い出した。
【０００６】加えて、この冷却方法を用いることによ
り、光半導体素子を継続して適正な温度で発光させるこ
とができ、結果的に素子１個当りの最大光出力を通常の
使用条件の2倍以上に引き上げ、かつ素子の寿命を顕著
にのばすことができることが判明した。
り、光半導体素子を継続して適正な温度で発光させるこ
とができ、結果的に素子１個当りの最大光出力を通常の
使用条件の2倍以上に引き上げ、かつ素子の寿命を顕著
にのばすことができることが判明した。
【０００７】これまで、植物栽培の光源として光半導体
利用の可能性を示す報告はあったが（Hort Science, Vo
l.26(2), 203-205, (1991) や特願平3-98526）、これら
に報告されているような一般的な光源と同様の使用方法
では、光半導体の植物栽培光源としての特徴を生かせ
ず、きわだった省電力化、コンパクト化することは不可
能であった。発光ダイオード（ＬＥＤ）など光半導体を
植物栽培の光源として利用する場合、本技術を用いた植
物栽培装置、すなわち、熱冷媒を用いた強制冷却方式で
光半導体照明パネルを冷却し、それを用いて植物を近接
光照射する方式の多段式植物栽培システムを用いてはじ
めて、大幅な消費電力の低減と装置のコンパクト化、装
置の低価格化が可能であり、本技術は植物工場、野菜工
場、苗生産装置等において、低コストで実用的な植物生
産システムを構築する上で不可欠のものである。
利用の可能性を示す報告はあったが（Hort Science, Vo
l.26(2), 203-205, (1991) や特願平3-98526）、これら
に報告されているような一般的な光源と同様の使用方法
では、光半導体の植物栽培光源としての特徴を生かせ
ず、きわだった省電力化、コンパクト化することは不可
能であった。発光ダイオード（ＬＥＤ）など光半導体を
植物栽培の光源として利用する場合、本技術を用いた植
物栽培装置、すなわち、熱冷媒を用いた強制冷却方式で
光半導体照明パネルを冷却し、それを用いて植物を近接
光照射する方式の多段式植物栽培システムを用いてはじ
めて、大幅な消費電力の低減と装置のコンパクト化、装
置の低価格化が可能であり、本技術は植物工場、野菜工
場、苗生産装置等において、低コストで実用的な植物生
産システムを構築する上で不可欠のものである。
【０００８】次に、装置の概要について説明する。LED
の光照射パネルに関しては、例えば、アルミニウムやセ
ラミックなど熱伝導率の高い材質の基板（１）上に銅箔
あるいは銀箔（８）を積層したものを用い、通常の印刷
配線に従い配線された配線上にＬＥＤチップ（２）を接
続し、エポキシ樹脂などの樹脂（４）によりレンズ状に
封止したものを用いることができる。基板の背面は水な
どの熱冷媒を流してチップの発熱を強制的に冷却できる
ようにするか、もしくは基板の背面に表面積を大きく取
ったフィンなどを設置して放熱率を向上させ、そこに冷
風を流すことによって冷却することもできる。また、気
化熱を利用したガス冷媒を用いて冷却することも可能で
ある。この際、発光光源の裏面への冷媒の注入部分に圧
力がかかるので、必要に応じて発光パネル装置全体を耐
圧構造とする。LEDチップの装着面は、植物栽培ボード
と向き合うため、樹脂製やガラス板の板（３）などによ
り、防水防湿処理されることが好ましい。熱冷媒につい
ては比熱が高く、常圧で使用できる水系が好ましく、好
ましくは３０°以下の冷媒を用いることが好ましい。使
用温度やパネルの材質によって凝固防止剤や防錆剤など
の添加剤を加えることができる。基板の背面に冷水を流
したり、負圧のかかるガス冷却を流すことが構造的に困
難な場合には、より簡単に冷風を流すことによってパネ
ル背面を冷却することもできる。冷風を用いた方法の場
合、冷水や冷却ガスを用いる場合と比べ気密性や耐圧性
を備える必要性は小さくなるが、冷却効率を上げるため
に、冷風の流量を大きくしたり、前述のように放熱性を
上げるためのフィン構造などを基板の背面に設置する必
要がある。冷水や冷風などの冷媒はパネル中をまんべん
なく流れ、パネル全体を均一に冷却するように、パネル
内に熱冷媒の流路を設けたほうが望ましい。LEDの電源
については、栽培する植物の生育に応じて光出力をコン
トロール出来るようにし、必要であれば種々の栽培環境
条件によって出力制御するためのマネージメント用のコ
ンピューターを導入することも可能である。使用する光
波長が２種類以上になる場合の出力調節は各々独立して
コントロールされる必要がある。本願発明のパネル状の
光源は多段式植物装置の光源として特に好適である。
の光照射パネルに関しては、例えば、アルミニウムやセ
ラミックなど熱伝導率の高い材質の基板（１）上に銅箔
あるいは銀箔（８）を積層したものを用い、通常の印刷
配線に従い配線された配線上にＬＥＤチップ（２）を接
続し、エポキシ樹脂などの樹脂（４）によりレンズ状に
封止したものを用いることができる。基板の背面は水な
どの熱冷媒を流してチップの発熱を強制的に冷却できる
ようにするか、もしくは基板の背面に表面積を大きく取
ったフィンなどを設置して放熱率を向上させ、そこに冷
風を流すことによって冷却することもできる。また、気
化熱を利用したガス冷媒を用いて冷却することも可能で
ある。この際、発光光源の裏面への冷媒の注入部分に圧
力がかかるので、必要に応じて発光パネル装置全体を耐
圧構造とする。LEDチップの装着面は、植物栽培ボード
と向き合うため、樹脂製やガラス板の板（３）などによ
り、防水防湿処理されることが好ましい。熱冷媒につい
ては比熱が高く、常圧で使用できる水系が好ましく、好
ましくは３０°以下の冷媒を用いることが好ましい。使
用温度やパネルの材質によって凝固防止剤や防錆剤など
の添加剤を加えることができる。基板の背面に冷水を流
したり、負圧のかかるガス冷却を流すことが構造的に困
難な場合には、より簡単に冷風を流すことによってパネ
ル背面を冷却することもできる。冷風を用いた方法の場
合、冷水や冷却ガスを用いる場合と比べ気密性や耐圧性
を備える必要性は小さくなるが、冷却効率を上げるため
に、冷風の流量を大きくしたり、前述のように放熱性を
上げるためのフィン構造などを基板の背面に設置する必
要がある。冷水や冷風などの冷媒はパネル中をまんべん
なく流れ、パネル全体を均一に冷却するように、パネル
内に熱冷媒の流路を設けたほうが望ましい。LEDの電源
については、栽培する植物の生育に応じて光出力をコン
トロール出来るようにし、必要であれば種々の栽培環境
条件によって出力制御するためのマネージメント用のコ
ンピューターを導入することも可能である。使用する光
波長が２種類以上になる場合の出力調節は各々独立して
コントロールされる必要がある。本願発明のパネル状の
光源は多段式植物装置の光源として特に好適である。
【０００９】植物培養装置に関しては種々のシステムを
使用可能であるが、計画的で均一な栽培を行うためには
培土を用いた栽培に比べ、水耕法を用いた栽培方法の方
が有利である。中でも、水耕液を水槽にためて根を浸せ
きさせる湛液式や、ＮＦＴ方式、湛液等量交換方式など
と比べると、根の呼吸活性を高め、かつ大重量の水槽設
備の必要が無いため装置的にコンパクトで、強度的にも
有利な噴霧水耕方式が望ましい。
使用可能であるが、計画的で均一な栽培を行うためには
培土を用いた栽培に比べ、水耕法を用いた栽培方法の方
が有利である。中でも、水耕液を水槽にためて根を浸せ
きさせる湛液式や、ＮＦＴ方式、湛液等量交換方式など
と比べると、根の呼吸活性を高め、かつ大重量の水槽設
備の必要が無いため装置的にコンパクトで、強度的にも
有利な噴霧水耕方式が望ましい。
【００１０】装置全体のレイアウトに関しては、植物栽
培ボードとLED光照射パネルを上下方向に積み重ねるよ
りも、栽培ボードとLEDパネルを交互に立てて設置した
ほうが、水耕液を均一に噴霧する上、また、装置全体の
構造的な強度を確保するうえで有利である。植物栽培ボ
ードとLEDパネルの間隔は、LEDが熱線をほとんど放射し
ないため、植物体ぎりぎりまで近付けた近接照明が可能
であり、装置をコンパクト化することができる。具体的
には、栽培する植物の大きさにもよるが、ユニットと植
物栽培面の間が５０cm以下、更には３０cm以下が好まし
く、例えばレタスやサラダナでは、20cm程度で十分であ
る。また、ＬＥＤパネルからの放熱がないため、装置を
ほぼ完全に閉鎖し、発光パネルからの光を装置内にとじ
こめることが可能である。装置の閉鎖に、白色ボードや
反射率の高いステンレス板、アルミ板などの光反射材料
を使うことによって、ＬＥＤパネルから照射された光が
外に漏れたり、壁面に吸収されたりする割合を極端に小
さくすることが可能である。その場合、使われる反射材
料の光反射率は、７０％以上が望ましく、さらに植物生
育における有効光量を増加させるためには反射率は９０
％以上が好ましい。こうした栽培装置を用いることによ
り、照射光は装置内に封じ込められ、栽培植物の光利用
効率を劇的に向上させることができる。
培ボードとLED光照射パネルを上下方向に積み重ねるよ
りも、栽培ボードとLEDパネルを交互に立てて設置した
ほうが、水耕液を均一に噴霧する上、また、装置全体の
構造的な強度を確保するうえで有利である。植物栽培ボ
ードとLEDパネルの間隔は、LEDが熱線をほとんど放射し
ないため、植物体ぎりぎりまで近付けた近接照明が可能
であり、装置をコンパクト化することができる。具体的
には、栽培する植物の大きさにもよるが、ユニットと植
物栽培面の間が５０cm以下、更には３０cm以下が好まし
く、例えばレタスやサラダナでは、20cm程度で十分であ
る。また、ＬＥＤパネルからの放熱がないため、装置を
ほぼ完全に閉鎖し、発光パネルからの光を装置内にとじ
こめることが可能である。装置の閉鎖に、白色ボードや
反射率の高いステンレス板、アルミ板などの光反射材料
を使うことによって、ＬＥＤパネルから照射された光が
外に漏れたり、壁面に吸収されたりする割合を極端に小
さくすることが可能である。その場合、使われる反射材
料の光反射率は、７０％以上が望ましく、さらに植物生
育における有効光量を増加させるためには反射率は９０
％以上が好ましい。こうした栽培装置を用いることによ
り、照射光は装置内に封じ込められ、栽培植物の光利用
効率を劇的に向上させることができる。
【００１１】このように、装置の略全面を光反射性材料
で覆う際には、必ずしも気密性を保つ必要はない。又、
必要に応じて光合成に要するＣＯ2 供給や空調の為に、
その一部に外部と連絡するような開口部を設けてもよ
い。このような開口部は、光反射性領域の１０％以下と
するのが好ましい。栽培ボードは、幼苗の植えつけや収
穫の為に、スライドさせて装置から出し入れできる事が
望ましい。以下に、本発明の内容について具体的な実験
例を示すが、本発明の内容は以下の実施例に制限される
ものではない。
で覆う際には、必ずしも気密性を保つ必要はない。又、
必要に応じて光合成に要するＣＯ2 供給や空調の為に、
その一部に外部と連絡するような開口部を設けてもよ
い。このような開口部は、光反射性領域の１０％以下と
するのが好ましい。栽培ボードは、幼苗の植えつけや収
穫の為に、スライドさせて装置から出し入れできる事が
望ましい。以下に、本発明の内容について具体的な実験
例を示すが、本発明の内容は以下の実施例に制限される
ものではない。
【００１２】
【実施例】図１又は図３に示すような20cm x 50cm 、厚
さ7mmのセラミック板（１）に、DDH型超高輝度LEDチッ
プ（２）（ピーク波長660nm）300個を設置し、セラミッ
ク板の裏側を冷却水が流れるように空洞にした水冷式LE
Dパネルを作製した。セラミック表面に図２に示した配
線パターンで直接LEDチップをマウントし、チップ部分
をレンズ状にエポキシ樹脂（４）で封止し、ガラス板
（３）でカバーした（図３）。セラミック板の空洞部分
に冷却水を1.2リットル／分の流速で循環させてチップ
発熱による温度上昇を防止した。
さ7mmのセラミック板（１）に、DDH型超高輝度LEDチッ
プ（２）（ピーク波長660nm）300個を設置し、セラミッ
ク板の裏側を冷却水が流れるように空洞にした水冷式LE
Dパネルを作製した。セラミック表面に図２に示した配
線パターンで直接LEDチップをマウントし、チップ部分
をレンズ状にエポキシ樹脂（４）で封止し、ガラス板
（３）でカバーした（図３）。セラミック板の空洞部分
に冷却水を1.2リットル／分の流速で循環させてチップ
発熱による温度上昇を防止した。
【００１３】冷却水の温度を５℃〜40℃まで変化させ、
LEDの順方向電流 (IF)を15〜105mAまで変化させた場合
の光出力（パネル中央から40cm離れた位置で測定）を測
定した。結果を図４に示した。セラミック盤を通してチ
ップを冷却することにより、チップを冷却しない場合と
比べ、LEDの最高出力を2倍以上に高めることに成功し
た。また、冷却水を流さない場合には、IFを50mA以上流
すと急速にLEDチップの劣化が起こったが、5℃から20℃
の冷却水を流すことによって、大電流駆動でのチップの
劣化を大幅に防ぐことが出来た。
LEDの順方向電流 (IF)を15〜105mAまで変化させた場合
の光出力（パネル中央から40cm離れた位置で測定）を測
定した。結果を図４に示した。セラミック盤を通してチ
ップを冷却することにより、チップを冷却しない場合と
比べ、LEDの最高出力を2倍以上に高めることに成功し
た。また、冷却水を流さない場合には、IFを50mA以上流
すと急速にLEDチップの劣化が起こったが、5℃から20℃
の冷却水を流すことによって、大電流駆動でのチップの
劣化を大幅に防ぐことが出来た。
【００１４】（栽培例１）上記で作製した水冷式ＬＥＤ
パネル（５）（一部はセラミックボードの両面にＬＥＤ
チップをマウントしたパネル（５’）４０枚を用い、図
５に示した方法でＬＥＤパネルを立て、ＬＥＤの発光面
と発光面の間に縦型噴霧水耕装置（１０）を有する植物
栽培ボード（６）を挟み込む形で設置した。栽培ボード
とＬＥＤ発光面の間を２０ｃｍとし、装置の周囲は何も
覆わずに外部開放した状態での栽培装置を作製し、リー
フレタスの栽培を行った。各パネルに２０℃の冷却水を
冷却水導入口（７）から１．２リットル／分で循環させ
ることにより、リーフレタスの栽培環境を約２５℃に保
持した。２４時間連続照明でリーフレタス（品種：レッ
ドファイヤー）を３０日間栽培した結果を表１に示し
た。
パネル（５）（一部はセラミックボードの両面にＬＥＤ
チップをマウントしたパネル（５’）４０枚を用い、図
５に示した方法でＬＥＤパネルを立て、ＬＥＤの発光面
と発光面の間に縦型噴霧水耕装置（１０）を有する植物
栽培ボード（６）を挟み込む形で設置した。栽培ボード
とＬＥＤ発光面の間を２０ｃｍとし、装置の周囲は何も
覆わずに外部開放した状態での栽培装置を作製し、リー
フレタスの栽培を行った。各パネルに２０℃の冷却水を
冷却水導入口（７）から１．２リットル／分で循環させ
ることにより、リーフレタスの栽培環境を約２５℃に保
持した。２４時間連続照明でリーフレタス（品種：レッ
ドファイヤー）を３０日間栽培した結果を表１に示し
た。
【００１５】
【表１】 表１ 水冷ＬＥＤパネルでのリーフレタスの生育 ─────────────────────────────── 測定項目 ─────────────────────────────── ＬＥＤ順方向電流（ＩＦ） ５０ ｍＡ 光合成有効光量子束密度 １６２ μｍｏｌ／ｍ2 ／ｓ （栽培ボード上で測定） レタス葉面温度 ２５ ℃ レタス株数 ３６０ 株 レタス地上部新鮮重 ５２．７±３．２ ｇ／株 レタス草丈 ３０．８±５．８ ｃｍ 根部乾重 ２１９±５９ ｍｇ／株 ─────────────────────────────── 栽培室は反射材を設置せず、開放系で栽培した。
【００１６】ＬＥＤの代わりに、栽培ボード１段につき
４０Ｗの蛍光灯８本を用いて同様の栽培を試みたが、葉
焼け及び芽の生長点が焼けてしまい、全般的に生育障害
が生じてしまった。
４０Ｗの蛍光灯８本を用いて同様の栽培を試みたが、葉
焼け及び芽の生長点が焼けてしまい、全般的に生育障害
が生じてしまった。
【００１７】（栽培例２）上記で作製した水冷式LEDパ
ネル（５）（一部はセラミックボードの両面にLEDチッ
プをマウントしたパネル（５’）40枚を用い、図５に示
した方法でLEDパネルを立て、LEDの発光面と発光面の間
に縦型噴霧水耕装置（１０）を有する植物栽培ボード
（６）を挟み込む形で設置した。栽培ボードとＬＥＤパ
ネルの間隔の周囲を白色アクリル板（反射率９０％）で
閉鎖した（図５では省略する）。各パネルに２０℃の冷
却水を冷却水導入口（７）から1.2リットル／分で循環
させることにより、リーフレタスの栽培環境を約25℃に
保持した。24時間連続照明でリーフレタス（品種：レッ
ドファイヤー）を３０日間栽培した結果を表２に示し
た。LED投入電力、冷房電力、収穫物の株重を、冷却水
をクールサーキュレーターで冷却した場合と冷却水を流
さないで空調機によって温度コントロールした場合とで
比較した。その結果、LED水冷パネルによる温度コント
ロールに必要な電力はエアコンを用いて実験装置全体を
冷房する場合に比べ、約1／３に減少した。照明電力を
加えた消費電力の合計で比べても、約３割の電力節減が
達成された。更に、LEDパネルを循環水で冷却しなかっ
た場合、LEDチップの昇温による出力不足のため、リー
フレタス株の生育不良が認められた。同様の実験をサラ
ダナ（品種：オカヤマサラダナ）とホウレンソウ（品
種：丸粒トウカイホウレンソウ）で行なったところ、リ
ーフレタスとほぼ同様の結果が得られた。
ネル（５）（一部はセラミックボードの両面にLEDチッ
プをマウントしたパネル（５’）40枚を用い、図５に示
した方法でLEDパネルを立て、LEDの発光面と発光面の間
に縦型噴霧水耕装置（１０）を有する植物栽培ボード
（６）を挟み込む形で設置した。栽培ボードとＬＥＤパ
ネルの間隔の周囲を白色アクリル板（反射率９０％）で
閉鎖した（図５では省略する）。各パネルに２０℃の冷
却水を冷却水導入口（７）から1.2リットル／分で循環
させることにより、リーフレタスの栽培環境を約25℃に
保持した。24時間連続照明でリーフレタス（品種：レッ
ドファイヤー）を３０日間栽培した結果を表２に示し
た。LED投入電力、冷房電力、収穫物の株重を、冷却水
をクールサーキュレーターで冷却した場合と冷却水を流
さないで空調機によって温度コントロールした場合とで
比較した。その結果、LED水冷パネルによる温度コント
ロールに必要な電力はエアコンを用いて実験装置全体を
冷房する場合に比べ、約1／３に減少した。照明電力を
加えた消費電力の合計で比べても、約３割の電力節減が
達成された。更に、LEDパネルを循環水で冷却しなかっ
た場合、LEDチップの昇温による出力不足のため、リー
フレタス株の生育不良が認められた。同様の実験をサラ
ダナ（品種：オカヤマサラダナ）とホウレンソウ（品
種：丸粒トウカイホウレンソウ）で行なったところ、リ
ーフレタスとほぼ同様の結果が得られた。
【００１８】
【表２】 ＊１）循環冷却水をクールサーキュレーター（ヤマト科学「BC55」）で冷却 ＊２）栽培装置をエアコン（三菱重工「SRK1853JNDH」型）で空調
【００１９】（栽培例３）上記栽培例２と同様の装置を
用いて、植物栽培ボードとLEDパネルの間隔を２０ｃｍ
から６０ｃｍまで３段階に変えてリーフレタス（品種：
レッドファイヤー）の生育を比較した。２０℃の冷却水
を用いてLEDパネルを冷却し、栽培３０日後の草丈およ
び地上部新鮮重を表２に示した。その結果、パネル距離
６０ｃｍに比べ２０ｃｍでは地上部重が、約２倍になっ
ており、かつLEDパネルに接触していた葉先にも葉焼け
症状は一切認められなかった。以上の結果から、LEDパ
ネルのと植物栽培ボードとの間隔は、植物体のサイズに
あわせて可能なかぎり接近させて設計することが望まし
く、且つこうした近接照射による植物生育促進効果は非
常に顕著であることが判明した。
用いて、植物栽培ボードとLEDパネルの間隔を２０ｃｍ
から６０ｃｍまで３段階に変えてリーフレタス（品種：
レッドファイヤー）の生育を比較した。２０℃の冷却水
を用いてLEDパネルを冷却し、栽培３０日後の草丈およ
び地上部新鮮重を表２に示した。その結果、パネル距離
６０ｃｍに比べ２０ｃｍでは地上部重が、約２倍になっ
ており、かつLEDパネルに接触していた葉先にも葉焼け
症状は一切認められなかった。以上の結果から、LEDパ
ネルのと植物栽培ボードとの間隔は、植物体のサイズに
あわせて可能なかぎり接近させて設計することが望まし
く、且つこうした近接照射による植物生育促進効果は非
常に顕著であることが判明した。
【００２０】
【表３】
【００２１】（栽培例４）上記と同様の装置を用いて、
植物栽培ボードとＬＥＤパネルの間隔を２０ｃｍとし、
その周囲を、白色アクリル板で閉鎖したもの、アルミ光
沢板で閉鎖したもの、灰色アクリル板で閉鎖したもの、
閉鎖せずに照射光が外に漏れる状態で栽培したもの（蛍
光灯、白熱灯など通常の光源を用いた栽培では栽培室の
温度上昇を防ぐため、このような通気性の良い栽培室で
の栽培が基本である）の４条件で栽培を比較した。ＬＥ
Ｄパネルは２０℃の水で冷却した。
植物栽培ボードとＬＥＤパネルの間隔を２０ｃｍとし、
その周囲を、白色アクリル板で閉鎖したもの、アルミ光
沢板で閉鎖したもの、灰色アクリル板で閉鎖したもの、
閉鎖せずに照射光が外に漏れる状態で栽培したもの（蛍
光灯、白熱灯など通常の光源を用いた栽培では栽培室の
温度上昇を防ぐため、このような通気性の良い栽培室で
の栽培が基本である）の４条件で栽培を比較した。ＬＥ
Ｄパネルは２０℃の水で冷却した。
【００２２】まず、栽培を開始する前に、上記４条件
で、栽培ボード上の光量を比較した。結果を図６に示し
た。栽培室を反射率の良い素材で閉鎖することにより、
栽培ボード上の光合成有効光量子束密度は飛躍的に増加
した。次に、ＬＥＤの順方向電流を５０ｍＡに保ち、各
々の栽培条件でレタスの栽培を試みた。２４時間照明で
３０日間、リーフレタス（品種レッドファイヤー）を栽
培した結果を表４に示した。栽培室を光反射光率の良い
ボードで閉鎖することにより、リーフレタスの生育は約
２．１倍に増加した。また、栽培中に閉鎖した栽培室内
の温度上昇は観察されなかった。
で、栽培ボード上の光量を比較した。結果を図６に示し
た。栽培室を反射率の良い素材で閉鎖することにより、
栽培ボード上の光合成有効光量子束密度は飛躍的に増加
した。次に、ＬＥＤの順方向電流を５０ｍＡに保ち、各
々の栽培条件でレタスの栽培を試みた。２４時間照明で
３０日間、リーフレタス（品種レッドファイヤー）を栽
培した結果を表４に示した。栽培室を光反射光率の良い
ボードで閉鎖することにより、リーフレタスの生育は約
２．１倍に増加した。また、栽培中に閉鎖した栽培室内
の温度上昇は観察されなかった。
【００２３】
【表４】 表４ 栽培室の壁材によるリーフレタスの生育の変化 ─────────────────────────────────── 反射率 壁材の種類 草丈（ｃｍ） 地上部新鮮重（ｇ／株） ─────────────────────────────────── ９０％ 白色アクリル板 ２１．５±３．８ １１２．７±６．９ ８５％ アルミ光沢板 ２２．９±４．２ １０９．７±７．８ ７０％ 灰色アクリル板 ２４．９±４．８ ７７．７±５．５ 非閉鎖（開放系） ３０．８±５．８ ５２．７±３．２ ─────────────────────────────────── （栽培日数３０日 平均値±標準偏差）
【００２４】
【発明の効果】LEDなど光半導体素子をセラミックなど
熱伝導率の良い基板に直接設置し、その基盤を水を用い
て冷却することにより素子からの発熱を効率良く除き、
システム全体の温度コントロールを正確に、かつ、これ
までの光源に比べ１／３以下の低電力コストで実現でき
ることを見い出した。加えて、この冷却方法を用いるこ
とにより、光半導体素子を継続して適正な温度で発光さ
せることができ、結果的に素子１個当りの最大光出力を
通常の使用条件の2倍以上に引き上げ、かつ素子の寿命
を顕著にのばすことができることが判明した。
熱伝導率の良い基板に直接設置し、その基盤を水を用い
て冷却することにより素子からの発熱を効率良く除き、
システム全体の温度コントロールを正確に、かつ、これ
までの光源に比べ１／３以下の低電力コストで実現でき
ることを見い出した。加えて、この冷却方法を用いるこ
とにより、光半導体素子を継続して適正な温度で発光さ
せることができ、結果的に素子１個当りの最大光出力を
通常の使用条件の2倍以上に引き上げ、かつ素子の寿命
を顕著にのばすことができることが判明した。
【００２５】さらに、こうした構造を備えた植物栽培装
置は、植物に対して近接照明が可能であり、栽培ユニッ
トを重層することによって、装置全体のコンパクト化を
計ることが可能である。また、光半導体素子からの熱放
射がないことを利用して、栽培室を反射率の高い素材で
覆うことも可能である。これらのユニークな構造は、栽
培室の有効光量の著しい増加をもたらし、栽培植物の光
利用効率の向上、良好で効率的な生育、栽培ランニング
コストの節減に大きく寄与し、そして、栽培植物の良好
な生育および装置の温度制御電力費の節減に寄与してい
る。以上の効果により、これまで特にランニング電力コ
ストが高いことが原因で普及が困難であった植物工場、
野菜工場、苗生産装置のランニングコストを大きく減少
させ、実用化に適した植物栽培装置を提供することが可
能となった。
置は、植物に対して近接照明が可能であり、栽培ユニッ
トを重層することによって、装置全体のコンパクト化を
計ることが可能である。また、光半導体素子からの熱放
射がないことを利用して、栽培室を反射率の高い素材で
覆うことも可能である。これらのユニークな構造は、栽
培室の有効光量の著しい増加をもたらし、栽培植物の光
利用効率の向上、良好で効率的な生育、栽培ランニング
コストの節減に大きく寄与し、そして、栽培植物の良好
な生育および装置の温度制御電力費の節減に寄与してい
る。以上の効果により、これまで特にランニング電力コ
ストが高いことが原因で普及が困難であった植物工場、
野菜工場、苗生産装置のランニングコストを大きく減少
させ、実用化に適した植物栽培装置を提供することが可
能となった。
【図１】 本発明の光照射パネルの一例
【図２】 本発明の光照射パネルの配線例
【図３】 本発明の光照射パネルの一例を示す部分図
【図４】 本発明の冷却水の効果を示すグラフ
【図５】 本発明の植物栽培装置の一例
【図６】 本発明の栽培室の壁材による栽培ボード上の
光量変化を示すグラフ
光量変化を示すグラフ
１ 基板 ２ ＬＥＤチップ ３ ガラス板 ４ エポキシ樹脂 ５ パネル ６ 植物栽培ボード ７ 冷却水導入口 ８ 銀箔 ９ 金ワイヤボンディング １０ 縦型噴霧水耕装置
Claims (3)
- 【請求項１】 熱冷媒を用いた強制冷却装置を備えたパ
ネル状の光半導体ユニットからなる光源を、植物栽培面
に近接させて設置した植物栽培装置。 - 【請求項２】 請求項１のパネル状の光半導体ユニット
光源を重層して設置してなることを特徴とする多段式植
物栽培装置。 - 【請求項３】 略全面が光反射性材料でおおわれたもの
であることを特徴とする請求項１又は２に記載の植物栽
培装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8178004A JPH0998665A (ja) | 1995-07-28 | 1996-07-08 | 植物栽培装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19331395 | 1995-07-28 | ||
| JP7-193313 | 1995-07-28 | ||
| JP8178004A JPH0998665A (ja) | 1995-07-28 | 1996-07-08 | 植物栽培装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0998665A true JPH0998665A (ja) | 1997-04-15 |
Family
ID=26498335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8178004A Pending JPH0998665A (ja) | 1995-07-28 | 1996-07-08 | 植物栽培装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0998665A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005000005A1 (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-06 | Taiyo Kogyo Co., Ltd. | 苗生産装置および苗生産方法 |
| JP2005121872A (ja) * | 2003-10-16 | 2005-05-12 | Pentax Corp | 照明装置 |
| US7049743B2 (en) | 2000-07-07 | 2006-05-23 | Hisakazu Uchiyama | Plant cultivating method, cultivating device, and its lighting device |
| US7466023B2 (en) | 2002-03-06 | 2008-12-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor light emitting device and plant cultivating system |
| JP2009527083A (ja) * | 2006-02-17 | 2009-07-23 | レムニス・ライティング・パテント・ホールディング・ビー．・ブイ． | 植物の成長を刺激する照明デバイスおよび照明システム |
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| JP2012065572A (ja) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Espec Mic Kk | ソーラーウォールユニット |
| JP2014075998A (ja) * | 2012-10-10 | 2014-05-01 | Kyowa Concrete Industry Co Ltd | 海藻種苗の培養方法 |
| JP5500488B1 (ja) * | 2013-03-21 | 2014-05-21 | 日本プライスマネジメント株式会社 | 照射装置 |
| WO2016072042A1 (ja) * | 2014-11-05 | 2016-05-12 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | 水耕栽培システム |
| JP2018201497A (ja) * | 2017-05-31 | 2018-12-27 | 株式会社キーストーンテクノロジー | 葉菜類野菜の生産方法及び葉菜類野菜の生産装置 |
| CN111903485A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-11-10 | 魏县益聚种植园艺设计有限公司 | 一种收缩式红掌花种植支架 |
-
1996
- 1996-07-08 JP JP8178004A patent/JPH0998665A/ja active Pending
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2010284127A (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-24 | Showa Denko Kk | 植物栽培用の照明装置および植物栽培システム |
| DE112010002533T5 (de) | 2009-06-15 | 2012-10-18 | Showa Denko K.K. | Beleuchtung zum Pflanzenanbau und Pflanzenanbausystem |
| WO2010147058A1 (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | 昭和電工株式会社 | 植物栽培用の照明装置および植物栽培システム |
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| WO2016072042A1 (ja) * | 2014-11-05 | 2016-05-12 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | 水耕栽培システム |
| JP2016086734A (ja) * | 2014-11-05 | 2016-05-23 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | 水耕栽培システム |
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| US10412908B2 (en) | 2014-11-05 | 2019-09-17 | Toyo Seikan Group Holdings, Ltd. | Hydroponic system |
| JP2018201497A (ja) * | 2017-05-31 | 2018-12-27 | 株式会社キーストーンテクノロジー | 葉菜類野菜の生産方法及び葉菜類野菜の生産装置 |
| JP2022118185A (ja) * | 2017-05-31 | 2022-08-12 | 株式会社キーストーンテクノロジー | 葉菜類野菜の生産方法及び葉菜類野菜の生産装置 |
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