(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高収量植物生産用のモジュール式システムであって、前記システムは、少なくとも１つのモジュール式コンテナを備え、
前記各モジュール式コンテナは、
発芽ステーションと、
植物のための複数の垂直ラックと、
植物の成育に適切な、１又は複数の垂直に自由に吊り下がったＬＥＤ光のカーテンを備える照明サブシステムと、
灌漑サブシステムと、
気候制御サブシステムと、
換気サブシステムと、
ユーザーによって指示された条件のセットを維持及び／又は変更するように、前記発芽ステーション、前記灌漑サブシステム、前記気候制御サブシステム、換気サブシステム、及び、前記照明サブシステムの少なくとも１つを監視及び制御し、
前記システムは、前記モジュール式コンテナ内で植物の発芽、生育及び収穫を可能とするように構成されていることを特徴とするモジュール式システム。
【請求項２】
前記垂直ラックは、垂直に吊された成長チャネルの平面アレイとして構成され、前記各成長チャネルは植物のための開口を備えることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【請求項３】
植物のための前記開口は、前記アレイの片側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のモジュール式システム。
【請求項４】
前記モジュール式コンテナは、２以上の前記アレイを備え、植物のための前記開口が、隣接するアレイから互いに向かい合うことを特徴とする請求項３に記載のモジュール式システム。
【請求項５】
前記１又は複数のＬＥＤ光のカーテンは、植物のための前記開口が互いに向かい合う前記隣接するアレイ間に配置された複数のＬＥＤ照明を備えることを特徴とする請求項４に記載のモジュール式システム。
【請求項６】
前記換気サブシステムは、植物のための前記開口が互いに向かい合う前記隣接するアレイ間で垂直に空気を循環させることを特徴とする請求項４に記載のモジュール式システム。
【請求項７】
前記モジュール式コンテナは、２対のアレイに配置された４つのアレイを備え、植物のための前記開口は、各対の隣接するアレイから互いに向かい合い、複数のＬＥＤ照明は、植物のための前記開口が互いに向かい合う前記隣接する各対のアレイの間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のモジュール式システム。
【請求項８】
前記垂直ラックは、前記モジュール式コンテナから取り外し可能であり、且つ、前記モジュール式コンテナ内に取り替え可能であることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【請求項９】
前記垂直ラックは、前記モジュール式コンテナ内に再構成可能であることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【請求項１０】
前記換気システムは、水平の気流及び垂直の気流を備えることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【請求項１１】
前記モジュール式コンテナは、断熱性であることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【請求項１２】
前記モジュール式システムは、年間につき１平方フィート当たり少なくとも約７５個のレタスの成長を可能とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【請求項１３】
前記モジュール式システムは、最大生産能力で動作するとき、年間につき１フィート当たり多くても約３．７５ガロンの水を使用するにすぎないことを特徴とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【請求項１４】
２以上の前記モジュール式コンテナを備えることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【請求項１５】
前記監視サブシステムを制御するモバイルアプリケーションをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【請求項１６】
前記モバイルアプリケーションは、間欠的に換気サイクルの制御を提供することを特徴とする請求項１５に記載のモジュール式システム。
【請求項１７】
前記モバイルアプリケーションは、モジュール式コンテナ内のＣＯ２レベルの制御を提供することを特徴とする請求項１５に記載のモジュール式システム。
【請求項１８】
前記モバイルアプリケーションは、灌漑サブシステムのポンプの制御を提供することを特徴とする請求項１５に記載のモジュール式システム。
【請求項１９】
前記モバイルアプリケーションは、主要生育領域及び苗床領域の別々の制御を提供することを特徴とする請求項１５に記載のモジュール式システム。
【請求項２０】
前記モバイルアプリケーションは、前記モジュール式コンテナ内の湿度及び温度の制御を提供することを特徴とする請求項１５に記載のモジュール式システム。
【請求項２１】
前記モバイルアプリケーションは、前記灌漑サブシステムの水のｐＨの制御を提供することを特徴とする請求項１５に記載のモジュール式システム。
【請求項２２】
前記モバイルアプリケーションは、前記モジュール式コンテナ内で生育する植物のライブ供給又は低速度撮影の写真を提供することを特徴とする請求項１５に記載のモジュール式システム。
【請求項２３】
前記モジュール式コンテナ内で生育する植物をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【請求項２４】
前記モジュール式コンテナは、植物のライフサイクルの異なる段階にある植物を備えることを特徴とする請求項２３に記載のモジュール式システム。
【請求項２５】
レタス、バジル、オレガノ、ミント、パセリ、ローズマリー、タイム、チャイブ、ケール、フダンソウ、ホウレンソウ、アルギュラ、イチゴ、トマト、カラシ、キュウリ及びキノコからなる群から選択された１以上の種類の植物を備えることを特徴とする請求項２３に記載のモジュール式システム。
【請求項２６】
前記各垂直ラックは、成育チャネルと、前記成育チャネル内に配置された合成成育培地とを備えることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【請求項２７】
前記成育培地は、適所に植物の根系を保持するように構成されていることを特徴とする請求項２６に記載のモジュール式システム。
【請求項２８】
前記１又は複数の垂直に自由に吊り下がったＬＥＤ光のカーテンの各々は、赤及び青のＬＥＤの混合を含むことを特徴とする請求項１に記載のモジュール式システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、２０１２年６月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／６６６，３５４号に対する優先権を主張するものであり、それは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、あらゆる環境における高収量植物生産用に改造された断熱モジュール式コンテナに関する。
【背景技術】
【０００３】
生鮮食品の必要性は、人口が増加するにつれて上昇し、気候の変化は生育期に影響を与える。現在の食糧供給モデルは、伝統的な農法および輸送のため、経済的および環境的に持続不可能である。作業は通常、農業地域に位置し、彼らの農産物を分配するための輸送を依然として必要とする。これらのタイプの作業は、大きな先行投資を必要とし、より大きい地積に依拠し、また種子から販売までの高い作業費用を有する。例えば、生鮮食品を平均１５００マイル輸送することは、極めて複雑であり、顧客のサプライチェーンに多額の費用を追加する。
【０００４】
都市／局所農業は、商業実用化の問題を抱えるため、解決策ではない。第１に、高い需要に応じるには発育空間が限られている。第２に、温室および屋上温室の高い初期費用が、局所的作物生産をほとんどの業種に対して不可能にする。例えば、構造物は、構造技術者によって評価されなければならず、その重量を支えるための追加の支柱をしばしば必要とする。商業的農業の作業費用はまた、追加の労力および基礎構造の費用も必要とする。第３に、都市庭園は、汚染土壌を調査し、対処しなければならず、それはさらに費用がかかり、多大な時間を必要とする。現地外での作業は、同じ容量に達するための追加の労力および資材を必要とし、再包装および輸送は追加の作業費用となる。
【０００５】
水耕栽培システムは、ほとんどのシステムが農業環境に設置されるためのものであるか、または輸送することが容易ではないことから、および長年にわたる専門教育および訓練を必要とすることから、一般的な解決法ではない。
【発明の概要】
【０００６】
あらゆる環境において高収量植物生産を生み出すためのシステムおよび方法を提供する。本システムは、少なくとも１つのモジュール式コンテナ、コンテナ内に収納された成育システム、および監視システムを含む。成育システムは、種子にそれらが植物へと発芽するまで栄養を与えるための発芽ステーションと、垂直ラックの軸から外側に放射状にそれらが成育するように植物を保持するための複数の垂直ラックと、植物に対して人工光を提供するための照明システムと、植物に栄養素を提供するための灌漑システムと、コンテナ内の環境条件を制御するための気候制御システムと、植物に少なくとも２つの方向で気流を提供するための換気システムと、を含む。監視システムは、成育システムと連結しており、成育システムの構成要素のうちの少なくとも１つを監視し、制御する。監視システムはまた、ユーザが成育システムの構成要素のうちの少なくとも１つを制御することを可能にする。
【０００７】
さらに、本開示のシステムは、ユーザが成育システムまたはコンテナの構成要素のうちのいずれかを遠隔で監視し、制御することを可能にする無線インターフェイスを含むように構成される。
【０００８】
なおさらに、本開示のシステムは、コンテナの天井から少なくとも１つのワイヤ上に載置された水平の棒状照明を含むように構成される。
【０００９】
本開示のシステムは、栄養貯蔵器から垂直ラックの区域に栄養溶液を送達する第１の組のチューブと、その区域からその区域内の各垂直ラックに栄養溶液を送達する第２の組のチューブと、各ラックの中への栄養溶液の流れを制御するために第２の組のチューブの端と連結している液滴エミッターと、あらゆる未使用の栄養溶液を収集し、それを栄養貯蔵器に送り返すための複数の戻り溝（ｒｅｔｕｒｎ  ｇｕｔｔｅｒ）と、を含むように構成される。
【００１０】
なおさらに、本開示のシステムは、植物に対してランダムな気流パターンを作るために少なくとも２つの異なる方向で気流を作るための複数の送風機、複数の間欠送風機、および複数の換気口を含む。
【００１１】
本開示のシステムはまた、監視システムが、発芽ステーション、灌漑システム、気候制御システム、換気システム、および照明システムを制御する１組の条件から少なくとも１つの条件をリアルタイムで変更することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本開示は、以下の図面を一例として、また参照することにより、さらに説明されるだろう。
【００１３】
【図１】本開示による例となるコンテナの外側の斜視図を示す。
【図２】図１に示されるコンテナ内部の例となる成育システムの斜視図を示す。
【図３】図１に示されるコンテナ内部の例となる成育システムの別の斜視図を示す。
【図４】図３に示される例となるラックの正面俯瞰図を示す。
【図５】コンテナ内の例となる換気システムの斜視図を示す。
【図６】監視システムの例となる系統図を示す。
【図７】例となる監視システムの正面俯瞰図を示す。
【図８】一実施形態における制御システムに保存され得る例となるデータを示す。
【図９】一実施形態における植物の成育過程の一例となる流れ図を示す。
【図１０】例となる発芽ステーションの斜視図を示す。
【図１１】図２に示される例となる成育システムの正面俯瞰図を示す。
【図１２】例となる灌漑システムの斜視図を示す。
【図１３】図５に示される例となる換気システムの斜視図を示す。
【図１４】例となる照明システムの別の実施形態の上面図を示す。
【図１５】図１４における例となる照明システムの正面俯瞰図を示す。
【図１６Ａ】例となる監視システムを介して、遠隔で監視され、制御され得るデータの例を示し、すべては、本開示の実施形態に従う。
【図１６Ｂ】例となる監視システムを介して、遠隔で監視され、制御され得るデータの例を示し、すべては、本開示の実施形態に従う。
【図１７Ａ】例となる監視システムを介して、遠隔で監視され、制御され得る追加のデータの例を示し、すべては、本開示の実施形態に従う。
【図１７Ｂ】例となる監視システムを介して、遠隔で監視され、制御され得る追加のデータの例を示し、すべては、本開示の実施形態に従う。
【図１７Ｃ】例となる監視システムを介して、遠隔で監視され、制御され得る追加のデータの例を示し、すべては、本開示の実施形態に従う。
【図１７Ｄ】例となる監視システムを介して、遠隔で監視され、制御され得る追加のデータの例を示し、すべては、本開示の実施形態に従う。
【図１７Ｅ】例となる監視システムを介して、遠隔で監視され、制御され得る追加のデータの例を示し、すべては、本開示の実施形態に従う。
【図１７Ｆ】例となる監視システムを介して、遠隔で監視され、制御され得る追加のデータの例を示し、すべては、本開示の実施形態に従う。
【図１８】本開示の一実施形態に従う、例となる灌漑システムの概略図を示す。
【図１９】例となる換気システムの別の実施形態の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示は、あらゆる環境における高収量植物生産用のモジュール式コンテナを改造するためのシステムおよび方法を対象とする。１つの実施形態において、水耕システムは、任意の空間に適合するように拡張することができ、その後、最小の訓練を受けた個人によって開始および運用され得る。別の実施形態は、ユーザが、成育される特定の種類の植物に最適な成長条件を提供するために環境および供給条件を監視し、改変することを可能にする。
【００１５】
図１は、本開示のいくつかの実施形態に従う、例となるコンテナ１０２の外側の斜視図を示す。別の実施形態において、コンテナ１０２はまた、水の再利用システムも含み得る（図示せず）。コンテナ１０２は、コンテナ１０２の鋼壁間に挟まれる、標準の多国籍品質の一貫輸送腐敗性食品級断熱材を有する再利用された輸送コンテナであってもよい。コンテナ１０２はまた、拡張用のソリッドモジュールフレーム、ならびに植物のための制御された成育環境を作製するために密封される。
【００１６】
いくつかの実施形態において、コンテナ１０２は、太陽エネルギーを利用し、それを後に利用するために変換器または電池に蓄えるための太陽電池１０４を含むように改造され得る。当業者であれば、コンテナ１０２の上部および周囲に断熱塗料またはさらなる作物の植設等の他のエネルギー効率の良い解決法がまた、さらに一層エネルギー効率を良くするためにコンテナ１０２に組み込まれ得ることを理解するだろう。太陽および風力の形態等の他の再生可能エネルギー技術がまた、機能性を上昇させるために追加され得る。これらの構成要素のすべては、空間、効率、および／またはアクセスのし易さを上昇させるために、ユニット内に、ユニットの外側に、ユニットの上部に、またはユニットの隣に移動されてもよい。
【００１７】
図２〜３は、本開示のいくつかの実施形態に従う、図１のコンテナ内部の成育システムの斜視図を示す。いくつかの実施形態において、成育システム２００は、発芽ステーション２０２、気候制御システム２０４、ＬＥＤ照明システム２０６、垂直ラック３０４、および灌漑システム１８００を含んでもよい。発芽ステーション２０２は、準備区域２１０および栄養区域２１２を含む。図１０を参照すると、発芽ステーション２０２が、より詳細に示される。準備区域２１０は、トレイ１００２を保持するように構成され、それらはロックウールキューブ等の種子発芽に最適な培地１００８が詰められている。本開示の他の実施形態において、培地１００８は、泥炭、マツ樹皮、おがくず、および籾殻等の有機物質を含む。本開示のさらに他の実施形態において、培地１００８は、ポリマーフォームまたはプラスチックビーズ等の石油系物質を含む。他の実施形態において、培地１００８は、砂、砂利、およびパーライト等の鉱物系の無機物質を含む。当業者であれば、土壌以外の根系を支持するほぼいかなる材料もが、培地１００８に適した材料と考えられ得ることを理解するだろう。
【００１８】
いったん種子が培地１００８に配置されると、トレイ１００２は、その種子が発芽するまで栄養区域２１２に配置される。図１０は、栄養区域２１２に配置されるトレイ１００４および１００６を示す。トレイ１００４は、植物へと発芽した種子を含み、一方、トレイ１００６は、培地１００８内に配置されたばかりのまだ発芽していない種子を含む。栄養区域２１２は、灌漑管１０１０を介して照明および水／栄養素を提供することによって、種子発芽に最適な環境を提供する。いくつかの実施形態において、発芽ステーション２０２は、垂直ラック３０４に保持される植物に関して後に考察される同じ種類の灌漑システムおよび照明システムを利用する。
【００１９】
図４は、図３に示される例となるラックの正面俯瞰図を示す。垂直ラック３０４は、成育チャネル４０２、成育培地４０４、および植物４０６を含み得る。種子が植物４０６へと発芽すると、それらは栄養区域２１２から取り出され、成育チャネル４０２内に配置され、成育培地４０４と共に詰め込まれる。いくつかの実施形態において、成育培地４０４は、成育チャネル４０２に引き込まれるように一体となる２つの部分で成育チャネル４０２に滑り込む再使用可能な合成網／スポンジであるＺＩＰＧＲＯＷ（商標）培地（Ｂｒｉｇｈｔ  Ａｇｒｏｔｅｃｈ  ＬＬＣ，Ｌａｒａｍｉｅ，Ｗｙｏｍｉｎｇ）である。成育培地４０４は、適所に植物の根系を保持するように構成される。
【００２０】
垂直ラック３０４は、コンテナ１０２内に任意の構成で配置され得、適所に成育チャネル４０２を保持するように構成される。成育チャネル４０２は、成育チャネル４０２が容易に取り外され得る、植え直され得る、収穫され得る、ないしは、ねじで留める／ねじを外すことなく、クリップで留める／クリップを外すことなく、またはさもなければあらゆる部品を変更することなく、手配され得るように、垂直ラック３０４内に取り外し可能に載置される。いくつかの実施形態において、成育チャネル４０２は、垂直の水耕／アクアポニックＰＶＣで構成されたチャネルを利用するＺＩＰＧＲＯＷ（商標）成育チャネル（Ｂｒｉｇｈｔ  Ａｇｒｏｔｅｃｈ  ＬＬＣ，Ｌａｒａｍｉｅ，Ｗｙｏｍｉｎｇ）であってもよい。しかしながら、当業者であれば、他の成育チャネルが使用され得ることを理解するだろう。各成育チャネル４０２は、外装部品および内装部品を含む。外装部品は、例えば、ピンを使用してコンテナ１０２の天井３０２から吊るすことができる。内装部品は、コンテナ１０２の天井３０２から同様に吊るされ、天井３０２と連結しているＬ字型ブラケット上に載置されてもよい。内装および外装チャネル両方の下部は、コンテナ１０２の床の上に載置された戻りチャネル（図示せず）に位置する。一例となる構成において、成育チャネル４０２は、４列に並んでラック３０４に垂直に吊るされる。この例となる構成において、２列は左側に、２列は右側にあり、ＬＥＤ照明システム２０６が位置する所で、互いに向かい合う開口植物成長チャネルを有する。ラック３０４の垂直の配置は、水平のラックよりも空間効率が良いため、重要である。例えば、本開示のいくつかの実施形態において、床から天井にわたって１つの垂直ラックに１２〜２０個の植物が配置されてもよく、これらの植物は、５つの照明および単一の灌漑管のみを必要とし得る。さらに、ラック３０４の垂直の構成は貯留水を必要とせず、藻類の成長、細菌の成長、および灌漑の目詰まり等の商業用水耕栽培に現在関連付けられるほとんどの問題を防ぐために高流速を維持する。
【００２１】
ラック３０４と植物４０４とを組み合わせた構成もまた、重要である。本開示の実施形態において、植物４０４は、植物４０４がラック３０４の軸から外側に放射状に成育するように、垂直ラック３０４に配置される。この構成は、植物が水平のトレイ内に、または水平の棚上に単純に配置される従来のトレイまたは棚成育モデルに勝るいくつかの利点を提供する。例えば、従来のトレイ／棚構成は、制御されていない貯留水のより大きい領域の原因となる。これは理想的でないだけではなく、大量の蒸発を伴い、湿度を制御するための追加の設備を必要とする。従来のトレイ／棚構成はまた、典型的に、低流速を利用する。しかしながら、低流速は、藻類／細菌の成長を促進し、また、その酸素含有量を上昇させるために、溶液に通気させるための追加の設備の使用を必要とする。低酸素含有量レベルは、さもなければ、植物成長を妨げ得る。対照的に、本発明の実施形態において記載される構成は、制御され、濾過され、および殺菌される単一点の貯留水（栄養貯蔵器１８０２）を可能にする。露出した水を最小化することによって、構成は、蒸発および大きい湿度制御設備の必要性を排除することができる。構成は溶液の高流速を可能にし、それは、あらゆる藻類または細菌の成長を最小化し、植物成長を増大させるための高水準の酸素を作り出す。
【００２２】
さらに、従来のトレイ／棚システムにおいて根系は絶えず流水に露出され、それは根を腐食させ得ると同時に根の構造を通る気流を阻む。従来のトレイ／棚システムはまた、制限された空間を有し、より小さい植物はそれらに割り当てられる空間のすべてを必ずしも利用しないか、またはより大きい植物によって締め出され得るように、種々の大きさの植物を収容する柔軟性がない。対照的に、植物が垂直ラックから外側に放射状に成育する本発明の実施形態における構成は、植物が複数の刺激（例えば、空気、重力、光）に抵抗することを余儀なくさせ、丈夫で凝縮した根の構造を有する凝縮した強い茎を作る。さらに、柔軟な植物の間隔配置は、植物がどんなに大きくまたは小さくても、１ラック当たり最大数の植物を可能にする。
【００２３】
ＬＥＤ照明システム２０６は、植物の成長を制御する様式で人工光を提供するように構成される。いくつかの実施形態において、ＬＥＤ照明システム２０６は、Ｄｅｅｐ  Ｒｅｄ／Ｂｌｕｅ  １５０  １１０Ｖのグローライトの５フィートの長さのＰＨＩＬＩＰＳ（Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）ＬＥＤ棒状照明を利用することができる。１つの配置において、棒状照明は、図３に示されるように、互いに面する成育チャネル４０２の列の間に、各面の１つがある２列で背中合わせの構成で水平に載置される。いくつかの実施形態において、ＬＥＤ棒状照明の各区域は、４つの背中合わせの組で垂直に載置され、ワイヤ２０８上に吊るされてもよい。次いで、ワイヤ２０８の各区域は、取り外しおよび作業のために成育チャネル４０２に接近するために、（ブラインドのように）ＬＥＤ照明システム２０６を引き上げ、邪魔にならない所にどけるように天井３０２上の回転モーター２０８上に載置されてもよい。ＬＥＤ照明システム２０６は、成育ステーションの各区域における照明を点けるかもしくは消す、薄暗くする、または引き上げるもしくは引き下げるように、別々に制御されるようにさらに構成される。図１１は、図２に示される例となる成育システムの正面俯瞰図を示す。具体的には、図１１は、垂直ラック３０４の区域間のワイヤ２０８に吊るされるＬＥＤ照明システム２０６の例示的な背中合わせの組を示す。ＬＥＤ照明システム２０６の構成は、より少ない設備を使用することによって空間効率を最大化し、同時に適切な波長およびスペクトルでの照明への植物の露出を最大化する。空間効率を最大化することによって、成育システム２００は高い植物収量を実現することができ、同時に比較的低費用およびモジュール式輸送コンテナに依然として適合することができる大きさを維持する。図１１はまた、ラック３０４によって保持されている成育チャネル（図示せず）から外側に放射状に成育する植物４０６も示す。
【００２４】
本開示の他の実施形態において、および図１４〜１５に示されるように、ＬＥＤ照明システム２０６は、８フィートの長さのＰＨＩＬＩＰＳ（Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）Ｉｎｔｅｒｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｓｔｒｉｐ１４０２を備える光のカーテンシステム１４００を利用し得る。ストリップ１４０２は、好ましくは、防水コーティングの内側のＬＥＤダイオードを備える。本開示の一実施形態において、それらがコンテナ１０２の床に向かって吊り下げられるように、変換ボックス１４０４はコンテナ１０２の天井３０２と連結しており、ストリップ１４０２は変換ボックス１４０４と連結している。ストリップ１４０２は共に連結されてもよく、または植物４０６を通して光を分散するために、互いの間の所定の間隔で吊るしてもよい。他の照明システムにおいては利用することができない、光のカーテンシステム１４００の構成を使用する複数の利点がある。例えば、光のカーテンシステム１４００は、複数の配向において使用することができ、また植物成長の異なる段階および／または特定の空間において成育する異なる種類の植物に対して容易に改造することができる。この柔軟性は、より効率的な作業および成育空間を可能にし、成育され得る様々な作物を増加させる。例えば、そのような構成は、さもなければ照明システムに必須である、ワイヤ、滑車、またはバルキング基礎構造の必要性を排除する。本開示のいくつかの実施形態において、各ストリップ１４０２は自由に吊り下がり、玉簾のように横に押しのけられてもよく、電気技師を必要としないように容易に取り外されるか、および／もしくは単純な水密ツイストロックで置き換えられてもよい。本開示のいくつかの実施形態において、ストリップ１４０２は、より優れたダイオードまたは成育される作物に基づく異なる光のスペクトルを可能にするダイオードを有する新たなストリップで改良／置き換え／変更されてもよい。光のカーテンシステム１４００の別の利点は、変換ボックス１４０４がＡＣからＤＣ電力への中央変換を可能にすることである。電流がＡＣからＤＣへ変換される度に電気の浪費が存在するため、一点での変換はシステムの効率を上昇させる。さらに、変換ボックス１４０４における一点での変換は、特定の区域における植物の成長の段階または種類に順応するために照明を強めるかまたは弱めることができるように、各区域の増大した制御を可能にすることができる。
【００２５】
いくつかの実施形態において、灌漑システム１８００を使用して、植物へ水／栄養溶液を送達することができる。図１２は、例となる灌漑システム１８００の斜視図を示し、図１８はその概略図を示す。灌漑システム１８００は、栄養貯蔵器１８０２、栄養投与機（ｎｕｔｒｉｅｎｔ  ｄｏｓｅｒ）（図示せず）、第１の組のチューブ１２０２、第２の組のチューブ１２０４、ポンプ（図示せず）、液滴エミッター（図示せず）、および戻り溝１８０４を含む。いくつかの実施形態において、栄養貯蔵器１８０２は、逆浸透フィルターを有する３３０ガロンのタンクであり得る。栄養貯蔵器１８０２は、ユーザによって指示された特定の栄養水準を維持するために栄養貯蔵器１８０２内への栄養素の流れを制御する栄養投与機（図示せず）と連結していてもよい。
【００２６】
栄養投与機（図示せず）は、最適な成長のために、成育される植物の種類に応じて異なる水準および種類の栄養素を提供するようにプログラム可能である。栄養投与機（図示せず）は、例えば、リン酸塩、硝酸塩、微量鉱物等のすべての種類の栄養素を制御することができる。栄養投与機（図示せず）はまた、ユーザによって指示されたレベルに基づくｐＨおよび酸性度等の水／栄養溶液の特性を制御し、維持するように構成され得る。本開示のいくつかの実施形態において、栄養投与機（図示せず）は、単純な一部栄養溶液を使用するように構成されるが、より進歩したユーザには、植物成長および味の所望の特性に基づく添加物および微量鉱物を試みる選択肢を与える。
【００２７】
灌漑システム１８００はまた、水／栄養溶液をラック３０４の成育チャネル４０２に送達するための第１の組のチューブ１２０２および第２の組のチューブ１２０４を含み得る。第１の組のチューブ１２０２は、コンテナ１０２の天井３０２と連結している２分の１インチのチューブであってもよく、また水／栄養溶液を栄養貯蔵器１８０２から成育チャネル４０２の各区域に運ぶことができる。第２の組のチューブ１２０４は、水／栄養溶液を成育チャネル４０２の各区域からラック３０４の各個々の成育チャネル４０２に運ぶ４分の１インチのチューブであり得る。チューブの大きさは例示的なものに過ぎず、当業者によって改変および調節され得る。さらに、当業者であれば、１組のチューブまたは３組以上のチューブが同様に使用され得ることを理解するだろう。ポンプ（図示せず）は、第１の組のチューブ１２０２を通る水／栄養素の流れの速度を調節するために栄養貯蔵器１８０２の起点において利用され得る。液滴エミッター（図示せず）もまた、各成育チャネル４０２内への放出点において水／栄養素の流れを制御するために第２の組のチューブ１２０４の端に添着され得る。
【００２８】
いくつかの実施形態において、戻り溝１８０４を利用して、成育チャネル４０２を通って流れる未使用の水／栄養溶液を捕え、栄養貯蔵器１８０２に戻すことができる。戻り溝１８０４は、コンテナ１０２の床と連結していてもよく、成育チャネル４０２の終端区域の下に位置するか、および／または一体化されてもよい。いくつかの実施形態において、収集された未使用の水／栄養溶液は、戻り溝１８０４を通って下方に流れ、栄養貯蔵器１８０２内に戻される。代替として、収集点／戻りタンクは、未使用の栄養溶液を蓄積することができ、ポンプを利用して溶液を貯蔵器に運び返す。
【００２９】
コンテナ１０２の内部環境を制御するために、水耕システムは、湿度、二酸化炭素濃度、温度、および他の関連する環境要因を測定し、制御することができる気候制御システム２０４（図２）を含んでもよい。
【００３０】
いくつかの実施形態において、水耕システムはまた、主要送風機および複数の間欠送風機を有する換気システムを含んでもよい。図５および１３は、本開示のいくつかの実施形態に従う、換気システムの斜視図を示す。換気システムは、主要送風機５０２、間欠送風機１３０２、および換気口５０４を含み得る。主要送風機５０２によって、コンテナ１０２の一方の端で外気が取り入れられ、間欠送風機１３０２を介してコンテナ１０２を通過させられ、次いで反対の端でコンテナ１０２から排出される。吸気は、主要送風機５０２においていくつかのＨｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ａｉｒ（ＨＥＰＡ）木炭フィルターを通して通り抜けることが好ましく、排気は、マイクロスクリーン木炭フィルターを通り抜けることが好ましい。いくつかの実施形態において、換気システムは、コンテナ１０２の天井３０２と連結している追加の換気口５０４を利用して、二重気流システムを作る。直接型送風機、間接型送風機、および大量換気／排気システム等の現在の温室の解決策を試験したが、すべて本開示における二重気流システムよりも劣った。二重気流システムは、通気孔５０４からの垂直の気流ならびに主要送風機５０２および間欠送風機１３０２からの水平の気流によって生成される。本開示の他の実施形態において、追加の送風機および／または通気孔はコンテナ１０２の床の中または上に位置し、ラック３０４の列の間を地面から上部まで垂直に空気を送る。２つ以上の方向での気流の供給は、植物が屋外で直面し得る実際の条件をさらに作り出すため好ましい。さらに、生成される無秩序でランダムな気流パターンは、植物を刺激し、それらがより強く高密度の茎および葉を成育することを余儀なくさせる。ラックが垂直の空気の流れを遮断し得、各ラックがその独自の送風機／気流ソースを必要とし得るため、従来の水平のラックシステムでは二重気流システムは不可能である。対照的に、本発明の実施形態において、追加された垂直の空気の流れに沿ったラックの垂直の配置は、植物の茎を通る気流を可能にし、高密度の植生の全体を通して一定した流れを維持する。さらに、現存する水平の気流に加えて追加された垂直の気流は、照明を直接冷やすと同時に、理想の水準のストレスを植物に提供し、植物においてより強い細胞壁を作製する。より強い細胞壁は、より強い根の構造を可能にし、それは、より大きい植物の成長を支援することができる。
【００３１】
図１９に示される本開示の別の実施形態において、換気システムはまた、任意の方向でコンテナ１０２の床に沿って広がる管１９０２も含み得る。本開示の１つの実施形態において、管１９０２は、溝１８０４の間に位置し、またそれと平行である。管１９０２は、送風機ユニット（図示せず）、ならびに管１９０２の長さに沿う穿孔（図示せず）を受容するように構成される端１９０４を含む。送風機ユニット（図示せず）が点けられると、空気が管１９０２の長さに沿って循環し、代替のまたは追加の垂直の空気源として管１９０２に沿って穿孔（図示せず）を通して上方へ放出される。当業者であれば、空気が、コンテナ１０２の天井から床へ、または床から天井へのいずれかで垂直に流れることができることを理解するだろう。当業者であれば、水平および垂直方向の気流はただの一例であり、実施形態は２つの方向のみには制限されず、またこれら２つの特定の方向にも制限されないことをまた理解するだろう。
【００３２】
いくつかの実施形態において、コンテナ１０２中の構成要素は、監視システム６００と連結していてもよい。図６は監視システム６００の例となる系統図を示し、図７は監視システム６００の正面俯瞰図を示す。監視システム６００は、制御センター６０２、ＣＰＵインターフェイス６０４、ユーザ６０８がシステムに遠隔でアクセスすることを可能にするための無線インターフェイス６０６を含んでもよい。制御センター６０２は、好ましくは、ユーザ６０８に設定された仕様に基づいて構成要素のすべてを監視し、制御する。例えば、制御センター６０２は、気候制御システム２０４を監視し、ユーザに指定された測定値内に留めるために、湿度、二酸化炭素濃度、温度、および他の要因を変更することができる。別の例において、制御センター６０２は、ＬＥＤ照明システム２０６と連結しており、時刻等の種々の要因に基づいて照明を制御する。さらに別の例において、制御センター６０２は、灌漑システム１８００と連結しており、栄養貯蔵器１８０２内で特定の作物に対して適切な栄養素濃度が維持されることを確実にする。制御センター６０２はまた、成育チャネル４０２の特定の区域または特定の成育チャネル４０２それら自体の上に滴下される溶液の量を監視し、制御することができる。さらに別の例において、制御センター６０２は、換気システムと連結し、植物の種々の区域に対して適切な気流が維持されることを確実にすることができる。上記は、ユーザによって指定された最適な成育条件の維持を確実にするために、監視され、制御され得るただの例示的な構成要素の例である。
【００３３】
ＣＰＵインターフェイス６０４は、ユーザ６０８が制御センター６０２に直接アクセスすることを可能にし、無線インターフェイス６０６は、ユーザ６０８が制御センター６０２に遠隔でアクセスすることを可能にする。いずれの接続も、ユーザ６０８が任意の事前設定されたレベルを改変するか、事前設定されたレベルを無効にするか、またはコンテナ１０２における活動を単に監視することを可能にする。無線インターフェイス６０６は、制御センター６０２がユーザ６０８に遠隔警告を提供することを可能にし、ユーザ６０８に任意の事前設定された特性を変更するか、または無効にする能力を与える。図８を参照すると、ユーザ６０８が利用可能なデータ８００の一例が示される。例えば、利用可能なデータ８００は、要約データ８０２および入力プロトコルデータ８０４を含む。要約データ８０２は、ユーザ６０８に環境条件および植物成長に関するデータを提供することができる。入力プロトコルデータ８０４はより柔軟であり、ユーザ６０８が環境条件または構成要素の性能を変更するためにデータを入力することを可能にする。
【００３４】
図１６〜１７は、監視システム６００を介して遠隔で監視され、制御され得るデータの種類の例を示す。例えば、図１６Ａは、本開示の一実施形態における通気孔に関連して遠隔的に設定され、改変され得る種々の通気孔周期特性１６０１を例示する。図１６Ｂは、遠隔で監視され、制御され得る種々のシステムの例を示す。図１６Ｂに示されるように、システムが選択されると、選択されたシステムに関連する例示的なアイコンの組１６０２、１６０４、１６０６が表示される。例えば、タンクポンプシステムが選択される場合、監視システム１６００の一実施形態は、関係アイコン１６０２、周期アイコン１６０４、およびアラームアイコン１６０６を表示し得る。関係アイコン１６０２は、誘起される対応する動作に対してどんな条件が発生しなければならないかを決定するためにセットアップされた関係を示す。周期アイコン１６０４は、特定のシステムを起動するために、ユーザが周期の回数または頻度を指定することを可能にする。アラームアイコン１６０６は、ユーザが、監視システム６００が特定のシステムに関してユーザに警告すべきシナリオを指定することを可能にする。図１７Ａ〜Ｆは、ユーザによって利用され得る遠隔監視の種々の他の種類のスクリーンショットを例示する。図１７Ａは、ユーザに報告され得る例示的な空気および水データのスクリーンショットを示す。そのようなデータは、気温１７０２、気流１７０４、二酸化炭素濃度１７０６、水温１７０８、ｐＨレベル１７１０、および栄養伝導度１７１２を含み得る。１７Ｂは、スイートバジル植物のライブビデオ供給１７１４を示す。監視システム６００はまた、ユーザが異なる作物の異なる区分または同じ作物の異なる区分を監視することを可能にするために、コンテナ１０２内で成育される作物の他の区分のビデオ供給を提供することができる。図１７Ｃは、監視システム６００のアラーム機能１７１６の一例を示す。この例において、ユーザは、気温が華氏８２度を超えるか、または華氏６４度を下回った際にユーザに通知するようにアラーム機能１７１６を構成している。図１７Ｄは遠隔で監視され、制御され得る追加のシステム１７１８を例示し、図１７Ｅは周期で監視され得るシステム１７２０を示し、１７Ｆは特定のシステムに対して周期を設定するための制御１７２２の一例を示す。
【００３５】
別の実施形態において、無線インターフェイス６０６内の無線接続は、ユーザ６０８と連絡を取り、ユーザ６０８が利用可能なデータおよび条件のすべてを再検討するための、現地外での収穫の専門家または水耕栽培の専門家６１０等の追加の参加者を可能にする。
【００３６】
当業者であれば、監視システムが、環境または供給条件に影響する任意の追加の構成要素を監視、制御、および変更し得ることを理解するだろう。条件を維持するか、または警告を提供するために、制御センター６０２は、ユーザによって指示された環境条件に関するアルゴリズムを含み得る。１つの実施形態において、制御センター６０２は、最適な条件を維持するために一連のｉｆ−ｔｈｅｎ関係を利用する。例えば、コンテナ１０２内の湿度が設定限度、例えば６０％を下回る場合、次いで、制御センター６０２は湿度水準が安定するまで加湿器を作動させる。別の例において、コンテナ１０２内の温度が設定限度、例えば華氏８５度を上回るか、または設定限度、例えば華氏６６度を下回る場合、次いで、制御センター６０２は、温度が安定するまで気候制御システム２０４を作動させる。監視システム６００はまた、植物成長の視覚的記録を捕捉し、ならびに監視システムが制御する条件に対するすべてのデータ点を記録し、報告するように構成され得る。システムもまた、システム不具合、条件の変更、またはユーザによって指示されたレベルからの他の変化をユーザに警告するために、上述のｉｆ−ｔｈｅｎ関係に基づいて警告を出すように構成され得る。これらの変数のすべては、所望の作物およびその作物に対する最適な環境および供給条件に基づいて変更され得る。
【００３７】
１つの実施形態において、水耕ユニットの組み立ては、各ドアに通気孔を与える、および好ましくは各壁に通気孔を有する新しいまたは中古の断熱輸送コンテナ１０２を得ることから開始する。１つの例において、平均して、１０フィート当たり１つの通気孔が存在する。電気パネル、例えば、２００ａｍｐ、２４０ボルトのパネルが、電力用にコンテナ１０２の壁のうちの１つと連結していてもよい。Ｈｅａｔｉｎｇ，Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｉｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ（ＨＶＡＣ）ユニットまたは他の気候制御ユニット２０４および主要送風機５０２もまた、コンテナ１０２の壁のうちの１つと連結していてもよい。間欠送風機１３０２は、適切な空気循環を可能にするために１０〜２０フィート毎に設置され得る。
【００３８】
成育システムのラック３０４は、次いで、コンテナ１０２内に設置され得、その後成育チャネル４０２が続く。成育チャネル４０２およびラック３０４は、植物収量を増加し、有用性を改善するために垂直に構成され得る。しかしながら、成育チャネル４０２およびラック４０２は、内部空間の効率を上昇するように、移動、変更、および／または再構成されてもよい。いったんこれらのシステムが組み立てられると、これらは、栄養貯蔵器１８０２、投与機（図示せず）、および灌漑システムの他の構成要素と接続される。次いで、ＬＥＤ照明システム２０６が、植物生産に最適な条件を可能にするように成育システムから適切な距離でセットアップされる。次いで、必須の構成要素のすべてが制御、監視されることを確実にするように、気候制御システム２０４および監視システム６００がコンテナ１０２内に設置され得る。また、ライブ供給または低速度撮影の写真を遠隔のユーザに提供できることを確実にするために、カメラが設置され、ＣＰＵに接続されてもよい。
【００３９】
図９は、本発明の一実施形態における、成育する植物に対する過程９００の一例となる流れ図を示す。ステップ９０２において、種子を発芽培地１００８中に配置し、それらが植物へと発芽するまで指定された期間に栄養素を提供する。ステップ９０４において、植物を発芽培地１００８から取り出す。ステップ９０６〜９０８において、植物を成育培地４０４に詰め込み、成育チャネル４０２に配置する。ステップ９１０において、植物が垂直ラック３０４の軸から外側に放射状に成育するように、成育チャネル４０２を垂直ラック３０４中に連結する。ステップ９１２において、ユーザは、制御センター６０２に監視し、維持される特定の環境条件をプログラムする。ステップ９１４〜９２０において、制御センター６０２は、温度、湿度、照明、栄養素／水、および気流等の例示的な環境要因を、それらがすべてユーザによって指示された水準内であるように動作する。いったん植物が、指定された期間をラック３０４内で過ごすか、または指定された大きさに成育されると、次いで、ステップ９２２においてそれらはラック３０４および成育チャネル４０２から取り出される。
【００４０】
水耕システムは、それらの食用の根、すなわち、根菜作物に対して成育される作物以外のすべての植物を生産するように構成され得る。例えば、水耕システムは、すべての種類のレタス、バジル、オレガノ、ミント、パセリ、ローズマリー、タイム、およびチャイブ等のすべての種類のハーブ、ケール、フダンソウ、ホウレンソウ、およびアルギュラ等のすべての種類の葉物野菜、イチゴ、トマト、およびカラシ等のすべての蔓作物、キュウリ、ならびにキノコ類を生産することができる。当業者であれば、これらは非根菜作物の例に過ぎず、本開示がこれらの例示的な作物のみに制限されることを意味していないことを理解するだろう。水耕システムはまた、魚、小エビ、およびロブスター等の種々の形態の海鮮物を飼育するために、水槽を利用するように構成され得る。
【００４１】
開示されるシステムは、同じ時にすべてが同じ空間内で、植物を収穫することができ、また新しい植物が周期を開始することができるため、高効率の生産高を提供することができる。１つの例において、水耕システムの小型設計は、容易に異なる環境に組み込まれる４０×８コンテナにおいて、従来の農業のおよそ６５倍の生産高を提供する。一実施形態の別の例において、１エーカーの従来の栽培農法がおよそレタス３０，０００個の年間収量を提供する一方、１エーカーの開示される水耕システムは、およそレタス１，９６０，２００個の年間収量を提供する。別の例において、１エーカーの従来の栽培農法がバジルおよそ３２，５００ポンドの年間収量を提供する一方、１エーカーの開示される水耕システムは、バジルおよそ３５４，９２５ポンドの年間収量を提供する。さらに別の例において、３２０平方フィートの従来の温室農業が、レタスおよそ６，８００個の年間収量を生産する一方、３２０平方フィートの開示される水耕システムは、レタスおよそ２４，０００個の年間収量を提供する。先の例において開示される水耕システムは、はるかに高い作物の年間収量を提供するだけではなく、それをより少ない資源で行うことができる。例えば、１エーカーの従来の栽培農法が、年間およそ４８８，７７２ガロンの水を利用する一方、１エーカーの開示される水耕システムは、年間およそ１６３，３５０ガロンの水を利用する。
【００４２】
上述の説明は、本発明の実施形態を説明するが、本技術および概念は、一般的な成育システムに適用することができることを理解されたい。このため、本発明は、それらの趣旨または必須の特性から逸脱することなく、他の特定の形態において具体化され得る。
【００４３】
上記は本発明の所与の実施形態によって実施される作業の特定の順序を説明したが、代替の実施形態が、異なる順序で作業を実施し得る、ある特定の作業を組み合わせ得る、ある特定の作業を重複させ得るといったように、そのような順序は例示的であることを理解されたい。所与の実施形態への本明細書における参照は、記載される実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含み得ることを示すが、あらゆる実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を必ずしも含むわけではない。
【００４４】
本発明はある方法または過程と関連して記載されているが、本発明はまた、本明細書における作業を実施するための装置にも関する。この装置は、要求される目的に対して特別に構成され得るか、またはそのコンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に作動されるか、もしくは再構成された汎用コンピュータを備え得る。そのようなコンピュータプログラムは、限定されないが、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、および磁気光ディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気もしくは光カードを含むあらゆる種類のディスク、または電子命令を記憶するのに適したあらゆる種類のメディアを含むコンピュータ可読記憶媒体に記憶され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１７Ｅ】
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【図１７Ｆ】
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【図１８】
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【図１９】
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