專利名稱：植物培育光源單元和植物培育系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植物培育光源単元和植物培育系統(tǒng)
背景技術(shù)：
在人工光型植物エ廠中，作為光源，使用熒光燈和鈉燈、混合電極熒光管(HEFL)，最近，使用發(fā)光二極管(LED)等?；旧弦园咨庠催M行栽培，但對植物來說，有促進其培育的最佳波長區(qū)域的光。例如，在專利文獻I中記載了照射植物和微生物等喜好或必須的最佳波長區(qū)域的光，實現(xiàn)健全高效的生物培育的生物培育用照明裝置。另外，在專利文獻2中記載了通過組合紅色LED和藍色LED，得到促進植物培育的特定波長的技木。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本特開平6-70643號公報專利文獻2 :日本特開2010-200746號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題但是，在LED的組合中，因為能夠發(fā)光的波長被固定，所以波長的微調(diào)困難，配合培育階段的波長調(diào)整變得實質(zhì)上不可能，除此以外，因為每種植物有最佳波長組合，所以一旦單元化后的調(diào)整困難，使其具有能夠?qū)Χ喾N植物使用那樣的通用性也很困難。另外，關(guān)于發(fā)光強度也不能稱其為充分，現(xiàn)在雖然可以進行葉類蔬菜的栽培，但是對于必須要有大光量的谷類栽培就很困難。此外，在考慮植物エ廠單元的大面積化的情況下和光源產(chǎn)生故障的情況下，還擔心維修性差。本發(fā)明是鑒于上述情況而作出的發(fā)明，提供可以供給充分的光量、可以微調(diào)光量和波長、且維修性也良好的植物培育光源単元和具備該植物培育光源単元的植物培育系統(tǒng)。用于解決課題的方法 本發(fā)明第I方式涉及的植物培育光源單元是照射促進植物生長的生長促進光的植物培育光源単元，其具備發(fā)出上述生長促進光的光源部和包含使上述生長促進光透射的窗構(gòu)件的光透射部；上述光源部包含電極對列和高頻電源，上述電極對列由配置在上述窗構(gòu)件主面上、由電極板對構(gòu)成的平行平板電極對在與上述窗構(gòu)件的主面平行的方向上多對排列而形成，上述高頻電源在上述各平行平板電極對之間施加用于使作為光源的等離子體發(fā)生的聞頻。本發(fā)明的第2方式涉及的植物培育系統(tǒng)是在管理的環(huán)境下培育植物的植物培育系統(tǒng)，其具備植物培育部、光源部和光透射部，上述植物培育部容納所培育的植物，培育該植物，上述光源部與上述植物培育部鄰接配置，發(fā)出促進上述植物生長的生長促進光，上述光透射部包含使上述生長促進光透射的窗構(gòu)件，且設(shè)置在上述植物容納部和上述光源部之間；上述光源部包含電極對列和高頻電源，上述電極對列由配置在上述窗構(gòu)件的主面上、由電極板對構(gòu)成的平行平板電極對在與上述窗構(gòu)件的主面平行的方向上多對排列而形成，上述高頻電源在上述各平行平板電極對之間施加用于使作為光源的等離子體發(fā)生的高頻。發(fā)明的效果 根據(jù)本發(fā)明，就能夠提供可以微調(diào)光量和波長，且維修性也良好的植物培育光源単元與具備該植物培育光源単元的植物培育系統(tǒng)。


圖I圖IA是概略地表示具備本發(fā)明的一個實施方式涉及的植物培育光源単元的植物培育系統(tǒng)ー個例子的立體圖，圖IB是表示沿著圖I中1B-1B線的剖面的立體圖。圖2是表示平行平板電極對的接線狀態(tài)的一個例子的圖。圖3是表示光源部水平剖面的一個例子的圖。圖4是表示RF功率和光合成光量子束密度的關(guān)系的圖。圖5是表示使用監(jiān)控裝置可以改變氣體種類的光源部一個例子的平面圖。圖6是表不能量再利用系統(tǒng)的ー個例子的模塊圖。圖7是進ー步詳細地表示能量再利用系統(tǒng)ー個例子的模塊圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式。在該說明中，在全部的參照附圖中，對于相同部分標注相同參照符號。圖IA是概略地表示具備本發(fā)明的一個實施方式涉及的植物培育光源単元的植物培育系統(tǒng)的ー個例子的立體圖。如圖IA所示，植物培育系統(tǒng)100具備容納所培育的植物、培育該植物的植物培育部I和與植物培育部I鄰接配置、發(fā)出促進植物生長的生長促進光的光源部2。在植物培育部I和光源部2之間設(shè)置著包含使從光源部2發(fā)出的生長促進光透射的窗構(gòu)件的光透射部3。在植物培育部I中，連接著監(jiān)控裝置11、送風(fēng)機12以及給水機13，該監(jiān)控裝置11監(jiān)控內(nèi)部環(huán)境，例如溫度、濕度和亮度等，該送風(fēng)機12在植物培育部I的內(nèi)部送入空氣或溫度經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣，該給水機13給植物培育部I中所容納的植物送水。光源部2利用等離子體發(fā)光產(chǎn)生生長促進光，在植物培育部I的內(nèi)部照射生長促進光。因此，在光源部2上連接真空泵21和RF電源(高頻電源)22。(光源部)圖IB是表示沿著圖I中1B-1B線的剖面的立體圖。如圖IB所示，光源部2具有配置在光透射部3的窗構(gòu)件31的主面上的平行平板電極對23。并且，將平行平板電極對23在平行于窗構(gòu)件31主面的方向上排列多個，形成平行平板電極對的列，從而可以得到在平行于窗構(gòu)件31的主面的方向上擴展的、可以大面積統(tǒng)一照射的發(fā)光體。在圖2中表示平行平板電極對23的接線狀態(tài)的ー個例子，在圖3中表示光源部2的水平剖面的ー個例子。如圖2所示，平行平板電極對23由與接地電位連接的接地電極23G和與RF電源22連接的高頻施加電極23H構(gòu)成。在本例中，交替地排列接地電極23G和高頻施加電極23H。接地電極23G和高頻施加電極23H之間，構(gòu)成為使等離子體發(fā)生的等離子體發(fā)生空間24。接地電極23G和高頻施加電極23H的相隔距離可以選定各種值，在本例中設(shè)為80mm。如果相隔距離過大，則等離子體發(fā)生變得困難，另外，如果過小，則由于作為光源的發(fā)光效率降低，所以希望選定其間的相隔距離。如圖3所示，等離子體發(fā)生空間24的水平剖面形狀為具有短軸、長軸的矩形形狀。 另外，在本例中，在等離子體發(fā)生空間24的長軸方向的途中設(shè)置電介質(zhì)部25。通過在長軸方向的途中設(shè)置電介質(zhì)部25，等離子體發(fā)生空間24在長軸方向的途中被分割。從形狀上來看，通過將上述等離子體發(fā)生空間24在長軸方向的途中分割，就能夠抑制在等離子體發(fā)生空間24中發(fā)生的駐波，從而可以在等離子體發(fā)生空間24的全部區(qū)域使等離子體均勻發(fā)光。例如，作為等離子體發(fā)生空間24的長軸方向的長度，從能夠抑制駐波發(fā)生的觀點出發(fā)，優(yōu)選為500mm以上、1000mm以下的范圍。另外，如果沒有發(fā)生駐波的擔憂，也可以不設(shè)置電介質(zhì)部25。在等離子體發(fā)生空間24的內(nèi)部封入或供給用于使等離子體發(fā)生的氣體。作為用于使等離子體發(fā)生的氣體，能夠列舉氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)、氪氣(Kr)和氙氣(Xe)等稀有氣體，除此以外還能夠列舉氫氣(H2)、氧氣(O2)、氮氣(N2)和四氟化碳氣體(CF4)等。這些氣體既可以単獨使用，也可以根據(jù)用途混合使用。另外，也可以與具有其它目的的這些以外的氣體混合使用，或為了方便即使在與其它氣體混合的狀態(tài)下，只要其它氣體不對植物培育產(chǎn)生障礙，也可以不特別精制地直接在與其它氣體混合的狀態(tài)下使用。其中，特別是氮氣，等離子體化時發(fā)出的光中包含對植物培育的最佳波長區(qū)域，同時容易獲得且廉價，在大氣中也大量含有故而根據(jù)情況也可以使用大氣使其發(fā)光，因此在植物エ廠中作為用于生成發(fā)光源的等離子體的原料氣體的實用性高。等離子體發(fā)生空間24的內(nèi)部壓力由真空泵21適當調(diào)節(jié)。本例的光源部2為等離子體發(fā)光型。因此，通過改變在平行平板電極對23上施加的RF功率，就能夠根據(jù)植物種類和培育階段將光源部2發(fā)出的光量改變?yōu)樽罴训墓饬俊D4是表示RF功率和光合成光量子束密度(Photosynthetic Photon Fluxdensity :以下略記為PPF)的關(guān)系的圖。圖4所示的關(guān)系為將作為等離子體發(fā)生的原料氣體的氮氣以一定流量供給等離子體發(fā)生空間24，將等離子體發(fā)生空間24的壓カ分別調(diào)整為120mTorr、200mTorr和600mTorr時的關(guān)系。PPF是距離等離子體發(fā)生部約15cm附近的值。如圖4所示，與等離子體發(fā)生空間24的壓カ無關(guān)，如果使施加的RF功率上升則PPF(光量)就顯示上升的傾向。在圖4表示的例子中，等離子體發(fā)生空間24的壓カ為120mTorr時，如果使RF功率在O. 5kff I. 5kff的范圍變化，則就能夠使PPF在55 μ mo IIrTiV1 180 μ mol IrTiV1的范圍變化。同樣地，等離子體發(fā)生空間24的壓カ為200mTorr時，如果使RF功率在0. 5kff I. 8kff的范圍變化，就能夠使PPF在45 μ mo I nT2sヽ 225 μ mo IHT2s-1的范圍變化，等離子體發(fā)生空間24的壓カ為600mTorr時，如果使RF功率在0. 5kff I. 8kff的范圍變化，就能夠使PPF在25 μ mo I nT2s-1 125 μ mo I nT2sヽ的范圍變化。這樣，光源部2能夠通過調(diào)整RF功率，簡單地調(diào)整光量。而且光量調(diào)整幅度大也是優(yōu)點之一。此外，在熒光燈吋，距離發(fā)光部5cm附近的PPF為200 μ mol IrT2iT1, IOcm附近的 PPF 為 130 μ mo I m 2S \ 20cm 附近的 PPF 為 90 μ mo I m 2S、另外，如圖4所示，能夠理解為如果提高等離子體發(fā)生空間24內(nèi)的壓力，就有PPF(光量)減少的傾向。因此，在想將PPF(光量)抑制低時，提高等離子體發(fā)生空間24內(nèi)的壓カ即可。相反，想提高PPF(光量)時，降低等離子體發(fā)生空間24內(nèi)的壓カ即可。這樣，光源部2通過調(diào)整等離子體發(fā)生空間24的壓力，就能夠調(diào)整光量。與光量同樣，對于波長根據(jù)植物種類和培育階段也有適合的波長區(qū)域或使培育促進的波長區(qū)域。因此，光源部2發(fā)出光的波長根據(jù)培育植物的種類和植物培育階段中的至 少任意ー個來設(shè)定即可，但在以往一直使用的熒光燈型和LED等光源中，必須根據(jù)波長更換光源。但是本例的光源部2即使不更換光源部2，僅僅通過改變在等離子體發(fā)生空間24中封入或供給的氣體種類，就能夠改變光的波長。而且，因為即使不更換光源部2也能夠改變光的波長，所以例如，可以使用監(jiān)控裝置11識別植物的培育階段，例如，識別發(fā)芽、苗、成株等，根據(jù)各階段自動地改變在等離子體發(fā)生空間24中封入或供給的氣體種類來改變光的波長，或者改變RF功率或等離子體發(fā)生空間24的壓カ來改變光量。在圖5中表示使用監(jiān)控裝置11可以改變氣體種類的光源部2的ー個例子。如圖5所示，將從氣體供給部26供給氣體的氣體供給管26a連接在等離子體發(fā)生空間24的一端，在另一端連接氣體排氣管26b。氣體排氣管26b連接在作為氣體排氣部的真空泵21上，使用真空泵21經(jīng)過氣體排氣管26b從等離子體發(fā)生空間24將氣體排出。監(jiān)控裝置11監(jiān)控位于光源部2之下的植物培育部I內(nèi)的植物的狀態(tài)。例如，在發(fā)芽階段中植物發(fā)芽后，為了達到適合于培育階段或促進培育的波長，控制氣體供給部26的閥門Wl V9)，將選擇的氣體流向等離子體發(fā)生空間24。與此同吋，使真空泵21運轉(zhuǎn)，將等離子體發(fā)生空間24中原有的氣體排出。由此，等離子體發(fā)生空間的氣體，從前ー階段例如發(fā)芽階段的氣體置換為新的階段例如培育階段的氣體，能夠通過從新的階段氣體的等離子體的發(fā)光，供給具有適合新的階段波長的光。此時，在不僅想要改變氣體種類還希望改變光量吋，如果調(diào)整RF功率或排氣量中的至少任意I個，光量就能夠變化。另外，即使在培育階段中，從芽生長為苗時，再從苗生長為成株時，也同樣改變波長和光量即可。根據(jù)具備這樣的光源部2的植物培育光源単元，就能夠得到如下優(yōu)點(I)因為不是如LED型光源或熒光燈那樣的點光源或線光源的集合型，而是大面積統(tǒng)一照射型的發(fā)光體，所以，不良光源的維修容易。(2)光量和波長的調(diào)整能夠僅通過改變RF功率、等離子體發(fā)生空間24的壓力、在等離子體發(fā)生空間24中封入或供給的氣體種類來調(diào)整。而且，波長可以根據(jù)氣體種類發(fā)生很大變化。(3)因為能夠得到高光量，所以，也可以培育谷物和豆類。因此，根據(jù)本實施方式，就能夠得到供給充分的光量、可以微調(diào)光量和波長且維修性也良好的植物培育光源単元。另外，關(guān)于圖5的構(gòu)成，由氣體供給部和氣體排出部進行氣體更換的上述說明，是以氣體更換后將氣體封閉為前提的，但也可以不封閉氣體同時進行氣體供給和排出通過流動氣體使等離子體發(fā)生。此時，通過控制氣體供給流量、氣體的排出速度或其兩者使其連續(xù)變化，能夠使壓力或在混合有多種氣體時的氣體種類的比例等連續(xù)地變化，能夠邊使光的強度或波長區(qū)域連續(xù)地變化，邊在植物上照射光。特別適合于必須以短周期給予光周期性的連續(xù)變化的情況。(植物培育部) 接著，說明植物培育系統(tǒng)具備的植物培育部I。如圖IB所示，在植物培育部I的容納并培育植物的植物栽培室14的內(nèi)壁安裝光電轉(zhuǎn)換裝置，在本例中安裝光電池板15。植物培育系統(tǒng)100，使用光電池板15回收從光源部2發(fā)出的光(剰余光量)，使電カ產(chǎn)生。產(chǎn)生的電カ與從外部供給的電カ進行系統(tǒng)互連。由此，實現(xiàn)植物培育系統(tǒng)和具備該植物培育系統(tǒng)的植物エ廠整體的省電カ化。在本例中，為了更加提高回收效率，還在平行平板電極對23的與窗構(gòu)件31相對側(cè)也安裝光電池板16，從而將在植物栽培室14以外所照射的光也進行回收。圖6是表不植物培育系統(tǒng)100具備的能量再利用系統(tǒng)的ー個例子的模塊圖。如圖6所不,從光源部2發(fā)出的光照射在光電池板15、16上。一旦在光電池板15、16上照射光，就產(chǎn)生直流電(DC)。直流電供給功率調(diào)節(jié)器41。功率調(diào)節(jié)器41將所供給的直流電轉(zhuǎn)換為與從外部供給的電力相同的交流電(AC)。所轉(zhuǎn)換的交流電供給分電盤42，在這里，與外部電カ(AC)系統(tǒng)互連。來自分電盤的交流電用作光源部2上附屬的真空泵21和RF電源22的電力，以及用作功率調(diào)節(jié)器41的電力。另外，在電カ的再利用目標的儀器等由直流運轉(zhuǎn)時，也可以將在光電池板上產(chǎn)生的直流電不經(jīng)過上述功率調(diào)節(jié)器，直接在這些儀器中單獨供給或與從外部輸入的直流電一同供給。圖7是進ー步詳細地表示植物培育系統(tǒng)100具備的能量再利用系統(tǒng)的ー個例子的模塊圖。來自分電盤42的交流電還用作監(jiān)控裝置11、送風(fēng)機12、給水機13等植物培育系統(tǒng)上附屬設(shè)備的電力，以及光源部2、控制這些附屬設(shè)備的控制器43的電カ和エ廠內(nèi)的電力。這樣，通過回收從光源部2發(fā)出的光使電カ產(chǎn)生，就能夠?qū)崿F(xiàn)植物培育系統(tǒng)和具備該植物培育系統(tǒng)的植物エ廠整體的省電カ化。如果實現(xiàn)了省電カ化，就能夠成為環(huán)境方面優(yōu)異的植物エ廠，并且能夠有助于降低所培育的植物的生產(chǎn)成本。另外，光源部2在發(fā)光的同時也發(fā)熱。植物培育系統(tǒng)100也再利用該熱。如圖IB所示，在容納光源部2的外箱27中，冷卻光源部2的冷卻水形成流動的水冷管28。植物培育系統(tǒng)100，在植物栽培室14的空調(diào)中利用流過水冷管28的冷卻水。具體而言，如圖7所示，將水冷管28連接在熱泵式空調(diào)設(shè)備51上，由熱泵式空調(diào)設(shè)備51將由熱交換被調(diào)溫的空氣送到送風(fēng)機12。由此，將植物培育部I的植物栽培室14內(nèi)設(shè)為冷房。當然，不僅可以設(shè)為冷房，還可以設(shè)為暖房。以上，根據(jù)ー個實施方式說明了該發(fā)明，但本發(fā)明不受上述一個實施方式限定，能夠進行各種變形。另外，本發(fā)明的實施方式中，上述的一個實施方式也不是唯一的實施方式。例如，在上述的一個實施方式中，設(shè)為ー個植物培育部1，但也能夠設(shè)置多個植物培育部I。在設(shè)置多個植物培育部I時，例如，將一半的植物培育部I作為白晝設(shè)定(光源開)，將剩余一半的植物培育部I作為夜間設(shè)定(光源關(guān))，也可以晝夜并列處理。由晝夜并列處理帶來的優(yōu)點是能夠使高頻電源經(jīng)常運行，能夠提高高頻電源的工作效率。另外，在上述的一個實施方式中，說明了光源單元在將溫度等生長環(huán)境的全部進行完全管理的室內(nèi)栽培中的使用，但也可以作為用于對進行露天栽培的蔬菜等輔助地或在夜間供給培育促進用光的光源使用。此時，如果設(shè)置太陽能電池板將剩余的發(fā)光轉(zhuǎn)換為電力，在夜間能夠靈活運用在使除霜的送風(fēng)機運轉(zhuǎn)等中，就能夠設(shè)置為部分管理生長環(huán)境的生長系統(tǒng)。另外，該發(fā)明在不脫離其要點的范圍內(nèi)能夠進行各種變形。符號說明I植物培育部2光源部22高頻電源23平行平板電極對24等離子體發(fā)生空間25電介質(zhì)部
權(quán)利要求
1.ー種植物培育光源単元，其照射促進植物生長的生長促進光，其特征在于 其具備發(fā)出所述生長促進光的光源部、和 包含使所述生長促進光透射的窗構(gòu)件的光透射部， 所述光源部包含電極對列和高頻電源， 所述電極對列由配置在所述窗構(gòu)件的主面上、由電極板對構(gòu)成的平行平板電極對在與所述窗構(gòu)件的主面平行的方向上多對排列而形成，所述高頻電源在所述各平行平板電極對之間施加用于使作為光源的等離子體發(fā)生的高頻。
2.如權(quán)利要求I所述的植物培育光源単元，其特征在于 所述電極對列的構(gòu)成為被施加高頻的高頻施加電極和接地電極交替排列。
3.如權(quán)利要求I或2所述的植物培育光源単元，其特征在于 其具有多列所述電極對列，在各電極對列之間設(shè)置電介質(zhì)部。
4.如權(quán)利要求I 3中任一項所述的植物培育光源単元，其特征在于由所述高頻生成所述等離子體的原料氣體被封入所述光源部。
5.如權(quán)利要求I 3中任一項所述的植物培育光源単元，其特征在于其具備氣體供給部和氣體排出部，所述氣體供給部與所述光源部連接，用于將由所述高頻生成所述等離子體的原料氣體供給所述光源部，所述氣體排出部與所述光源部連接，用于將由所述高頻生成所述等離子體的原料氣體從所述光源部排出。
6.如權(quán)利要求4或5所述的植物培育光源単元，其特征在于 所述原料氣體為氮氣或包含氮氣的混合氣體。
7.ー種植物培育系統(tǒng)，其在管理的環(huán)境下培育植物，其特征在于 具備植物培育部、光源部和光透射部， 所述植物培育部容納所培育的植物，培育該植物， 所述光源部與所述植物培育部鄰接配置，發(fā)出促進所述植物生長的生長促進光， 所述光透射部包含使所述生長促進光透射的窗構(gòu)件，并設(shè)置在所述植物容納部和所述光源部之間； 所述光源部包含電極對列和高頻電源， 所述電極對列由配置在所述窗構(gòu)件的主面上、由電極板對構(gòu)成的平行平板電極對在與所述窗構(gòu)件的主面平行的方向上多對排列而形成，所述高頻電源在所述各平行平板電極對之間施加用于使作為光源的等離子體發(fā)生的高頻。
8.如權(quán)利要求7所述的植物培育系統(tǒng)，其特征在于 具有用于回收所述生長促進光的剩余光的光電轉(zhuǎn)換裝置，還具有將從該光電轉(zhuǎn)換裝置發(fā)生的電カ供給控制所述植物培育環(huán)境的環(huán)境控制部的電カ供給設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明提供在植物的培育中，可以供給充分的光量、可以微調(diào)光量和波長且維修性也良好的植物培育光源單元。其具備發(fā)出生長促進光的光源部(2)和包含使生長促進光透射的窗構(gòu)件(31)的光透射部(3)；光源部(2)包含電極對列和高頻電源(22)，該電極對列由配置在窗構(gòu)件(31)的主面上、由電極板對構(gòu)成的平行平板電極對(23)在與窗構(gòu)件的主面平行的方向上多對排列而形成，該高頻電源(22)在各平行平板電極對之間施加用于使作為光源的等離子體發(fā)生的高頻。
文檔編號A01G9/20GK102626042SQ20121002377
公開日2012年8月8日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月3日
發(fā)明者川村達也, 松土龍夫, 永關(guān)澄江 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社