(57)【要約】  屋内園芸用の光熱管理システムが記載されている。より詳細には、光源、配光チャンバ、及び循環水を備えるシステムが記載されている。
2018501800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋内園芸用の光熱管理システムであって、
第１端部及び第２端部を有する配光チャンバと、
前記配光チャンバの前記端部のうちの少なくとも１つに近接して配置された１つ以上の光源と、
流体を含む流体循環システムと、を備え、
前記１つ以上の光源のうちの少なくとも１つは、前記流体循環システムに熱的に結合されている、システム。
【請求項２】
熱交換器を更に備え、前記熱交換器は、前記流体循環システムに熱的に結合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記流体は水である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記流体はフルオロケミカルである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記流体はガスである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
「熱的に結合されている」とは、熱が伝導によって主に伝達されることを意味する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記配光チャンバは中空である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記配光チャンバは、多層光学反射体から本質的になる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記配光チャンバは、鏡面反射体又は半鏡面反射体から本質的になる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記配光チャンバは、反射体と光方向転換フィルムとから本質的になる、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
屋内園芸では、伝統的な屋外園芸と比較して、熱管理に関連する課題が生じる。光源は、従来、栽培植物の真上に配置されている。
【発明の概要】
【０００２】
一態様では、本開示は屋内園芸用の光熱管理システムに関する。具体的には、本開示は、第１端部及び第２端部を有する配光チャンバと、配光チャンバの両端部のうちの少なくとも１つに近接して配置された１つ以上の光源と、流体を含む流体循環システムと、を備えるシステムに関するものであり、当該１つ以上の光源のうちの少なくとも１つが、流体循環システムに熱的に結合されている。
【０００３】
いくつかの実施形態では、本システムは熱交換器を更に含み、この熱交換器は流体循環システムに熱的に結合されている。いくつかの実施形態では、流体は水であり、流体循環システムは更に魚を含む。いくつかの実施形態では、流体はフルオロケミカルである。いくつかの実施形態では、流体はガスである。いくつかの実施形態では、「熱的に結合されている」とは、熱が伝導によって主に伝達されることを意味する。いくつかの実施形態では、流体循環システム及び１つ以上の光源、のうちの１つ以上はヒートシンクを備える。いくつかの実施形態では、配光チャンバは中空である。いくつかの実施形態では、配光は、多層光学反射体から本質的になる。いくつかの実施形態では、配光は、鏡面反射体又は半鏡面反射体から本質的になる。いくつかの実施形態では、配光チャンバは、反射体及び光方向転換フィルムから本質的になる。いくつかの実施形態では、反射体は多層光学反射体である。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】屋内園芸用の従来の光熱管理システムの概略正面断面図である。
【図２】屋内園芸用の光熱管理システムの概略正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
屋内園芸によれば、伝統的な園芸と比較して、より良い収量と全シーズンの栽培が可能となり得る。更に、植物は、各々が必ずしも太陽に曝される必要はないので、植物の各レベルにそれ自体の個々の光源セットを設けた多レベル栽培プラットフォームを利用することができる。しかし、もちろん、屋内で植物を栽培するため、光源、ポンプ、そばにいる人、からの熱、更には植物自体の呼吸も周囲温度の一因となり、望ましい又は最適な栽培温度を維持するために、これらを管理しなければならない。場合によっては、これらの園芸システムは、温暖な又は熱い気候の地理的な場所に位置することがあるので、熱の除去及び管理が特に重要となる。
【０００６】
例えば、白熱電球又は蛍光灯から発光ダイオードへ移行すれば、多くの場合、光の発生の観点からは、電力消費と発熱の双方が大幅に低下することになる。また、発光ダイオードを用いると、例えば、葉緑素による光の吸収に基づいて、更により理想化されたスペクトル出力分布を得ることができる。しかし、効果的な点光源サイズのＬＥＤを用いると、特に、異なる波長を発生するＬＥＤを使用する場合に、植物に到達する前に光が完全には混合されないヘッドランプ効果（headlamping effect）を生み出すことがある。更に、これらのＬＥＤアレイの空間的に分散された発熱によって、冷却が困難となるので、最も実用的な解決策として空気冷却（即ち、対流循環）がしばしば用いられる。この結果、大きなファンによって室内の空気を循環させる必要があるため、大きな環境騒音を発生する可能性があるので、不快を催し、更には、その中で作業をすることは危険を伴う恐れがある。対流による空冷は、例えば、（単位質量あたりの）水の比熱の方が空気よりも高いため、一般的に水冷よりも効率的ではない。しかし、特に稼働中の電子デバイスの配列の上方で水冷を用いると、結露、又は漏れによる短絡のリスクがあるため、危険を伴う恐れがある。特定の照明モジュールを利用することにより、より安全でより効率的な熱管理スキームが可能となり、更なる配光の利点をなお得ることができる。
【０００７】
図１は、屋内園芸用の従来の光熱管理システムの概略正面断面図である。栽培室１００は、植物に水及び栄養素を提供することができるプラットフォーム１１２上に配置された植物１１０を備えている。光源１２０は、固定具１２２から吊り下げられているか、あるいは別の方法で取り付けられている。熱交換器１３０は、栽培室１００から外へ熱を伝達し、ファン１３２は、部屋を通る空気の循環を助ける。
【０００８】
他の箇所で説明したように、固定具１２２の光源は、図１に示す従来の栽培室内の他の全ての熱源と共に、特に、ファン１３２と熱交換器１３０との組み合わせによって引き起こされる室内の空気の全体的な循環によって、空気冷却される。熱交換器１３０は、圧縮機又はファンもまた含む場合がある。
【０００９】
図２は、屋内園芸用の光熱管理システムの概略正面断面図である。栽培室２００は、植物２１０を含んでいる。光源２２０は、光を配光チャンバ２２４に注入する。熱交換器２３０は、一部は栽培室２００の中に、一部はその外に配置されている。水システム２４０は、栽培室２００を通して水を循環させ、任意選択的に魚２４２を含んでいる。
【００１０】
光源２２０は、任意の好適な光源又は光源の組み合わせとすることができる。いくつかの実施形態では、光源２２０はＬＥＤである。いくつかの実施形態では、光源２２０は、異なるスペクトルパワー分布を有するＬＥＤを含む。例えば、光源は、可視波長、紫外線波長、近赤外波長、又はそれらの組み合わせを放射することができる。いくつかの実施形態では、光源２２０は、好適な電力供給用及び駆動用の電子回路を備える。いくつかの実施形態では、光源２２０は、マイクロプロセッサによって選択的に駆動又は制御される。いくつかの実施形態では、光源２２０は、光源から生成された光の１つ以上の光学特性（例えば、波長、スペクトルのピーク又は最小値、輝度）を自動的に、半自動的に（例えば、所定の光学的プロファイルを選択する）、又は手動で操作又は調整することができる制御手段を有してもよい。光源２２０は、その状態に関するデータを提供するか、又はその光学特性の調整のための入力として使用するために、１つ以上のセンサ又はクロックを備えることができる。いくつかの実施形態では、光源２２０は、実際の時間、日付、又は場所にかかわらず、最適な栽培日又は他の期間をシミュレートすることができる。
【００１１】
光源２２０は、図示されるように、配光チャンバの各側にあってもよく、あるいは、いくつかの実施形態では、光源２２０は配光チャンバ２２４の片側のみにあってもよい。光源２２０は、本質的にモノリシックなモジュラー構造であるように設計することができ、光源２２０の各ユニットは、所望であれば、容易に交換することができる。光源２２０はまた、配光チャンバ２２４内に所望の配光を提供するのに好適な視準又は注入光学系を内蔵することができる。
【００１２】
配光チャンバ２２４は、拡張された領域にわたって光を提供する。いくつかの実施形態では、配光チャンバ２２４は、固体の光ガイドである。固体の光ガイドとして、配光チャンバ２２４は、従来のアクリルなどの任意の好適な材料から形成してもよく、任意の好適な形状及びサイズを有してもよい。いくつかの実施形態では、配光チャンバ２２４は、半鏡面反射性フィルム又は表面を含む主面のうちの少なくとも１つを有する中空の導光体であってもよい。中空の導光体、又はより中空のリサイクル型バックライトは、例えば、米国特許出願公開第２０１２−０２３８６８６（Ａ１）号（Ｗｅｂｅｒら）に、より詳細に記載されている。いくつかの実施形態では、配光チャンバは、ミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＥｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＥＳＲ）又はＥｎｈａｎｃｅｄ  Ｄｉｆｆｕｓｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＥＤＲ）などの高反射性フィルムを備える。光を伝送する際に高反射性フィルムを使用すれば、無駄な吸収光を最小限に抑えることによって高い効率を維持するのに役立ち得る。反射性フィルムは、管の形状に形成することができるが、ボックス、チャネル、又は、湾曲している、及び／又は直線状の断面を有するダクトなど、任意の他の好適な三次元形状が可能である。反射性フィルムは、１つ以上の開口を含むことができ、更に、所望の位置で光を透過させるために穿孔することもできる。この開口は、単純にオープンスペース（即ち、反射性フィルムがない）であってもよいし、光方向転換フィルム、コリメートフィルム、又は拡散フィルム、又はプリズムフィルムなどの転向フィルムを含んでもよい。開口又は穿孔は、均一な照明を提供するために管に沿った距離の関数として変化してもよい。半径方向の変化もまた可能である。高反射性フィルムの管を含む実施形態は、２０１３年１０月３日に出願され、「Ｒｅｍｏｔｅ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する共同所有の米国特許仮出願第６１／８８６，１６５号に記載されている。（代理人整理番号７４５９８ＵＳ００２）。配光チャンバ２２４として十分に長い管を使用すれば、優れた色混合が得られ、植物２１０に対して、光の均一な分布を提供するのを助ける。更に、この管は、光源の近くに混合セクションを有することができる。
【００１３】
栽培室２００内を循環する水２４０は、少なくとも光源に熱的に結合されている。いくつかの実施形態では、「熱的に結合されている」とは、熱が伝導によって主に伝達されることを意味する。光源２２０は、取り付けられたヒートシンクを有してもよく、あるいは、光源から発生した熱を水に熱的に結合するために水２４０に十分近接していてもよい。水２４０は、任意の好適な機構によって圧送又は循環され、配管、フィルタ、又はヒータなどの他の構成要素を含むことができる。このシステムは、集合的に流体循環システムと呼ぶことができる。水２４０はまた、例えば、近接によるか、又は取り付けられたヒートシンクにより、熱交換器２３０に熱的に結合され、その結果、熱が栽培室２００から排出される。熱結合は、栽培室２００の床を通り、例えば、地面と密接に接触しているコンクリート床を通ることができ、したがって、熱を放散するのに特に有効である。水２４０が配光チャンバ２２４及び光源２２０の上を移動するが、これは必ずしも密接に近接している必要はないことに留意されたい。例えば、直接の水滴下や漏れの可能性を最小限に抑えるために、水を天井に通して配管してもよい。更に、照明システムのより大きな領域（配光システム２２４を加えた光源２２０）は、図１と比較して、脆弱な電子回路を含まない。いくつかの実施形態では、魚２４２又は他の水産養殖に適した種を水２４０中に提供してもよい。魚２４２は、植物２１０を肥沃にする廃棄物を生成することがあり、場合によっては、単独で養殖してもよいし、食用に飼育してもよい。これらの実施形態では、植物は、水２４０の中に少なくとも部分的に配置しなければならない（即ち、その根は部分的に水２４０の中になければならない）。いくつかの実施形態では、光源２２０からの熱は、水２４０を魚２４２に適切な温度に維持するのを助けることができる。水２４０のタイプ（塩水対淡水）及び特定の特性は、所望の魚に左右され得る。
【００１４】
いくつかの実施形態では、水２４０は水でなくてもよく、他の何らかの液体であってもよい。当然のことながら、これは魚２４２が存在する機会を排除する可能性が高く、しかも、植物２１０は別個の水源を必要とするであろう。例えば、水２４０は、ミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＮＯＶＥＣブランドＦｉｒｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｆｌｕｉｄなどのフルオロケミカルベースの消火流体であってもよい。いくつかの実施形態では、水２４０は代わりに、流体循環システムを通ってダクトで送られるガスであってもよい。いくつかの実施形態では、このガスは空気である。
【００１５】
図における要素の説明は、特に指示がない限り、他の図における対応する要素にも等しく当てはまると理解しなければならない。本発明は、上述の特定の実施例及び実施形態に限定されると考えてはならず、かかる実施形態は、本発明のさまざまな態様の説明をわかりやすくするために詳細に説明されている。むしろ、本発明は、添付の請求項及びそれらの均等物によって画定される本発明の範囲に入る種々の変更、均等なプロセス、及び代替的なデバイスを含む、本発明の全ての態様に及ぶと理解しなければならない。
【００１６】
以下は、本開示に係る例示的な実施形態である。
項目１．屋内園芸用の光熱管理システムであって、
第１端部及び第２端部を有する配光チャンバと、
当該配光チャンバの当該端部のうちの少なくとも１つに近接して配置された１つ以上の光源と、
流体を含む流体循環システムと、を備え、
当該１つ以上の光源のうちの少なくとも１つは、当該流体循環システムに熱的に結合されている、システム。
【００１７】
項目２．熱交換器を更に備え、当該熱交換器は、当該流体循環システムに熱的に結合されている、項目１に記載のシステム。
【００１８】
項目３．当該流体は水である、項目１に記載のシステム。
【００１９】
項目４．当該流体循環システムは魚を更に含む、項目３に記載のシステム。
【００２０】
項目５．当該流体はフルオロケミカルである、項目１に記載のシステム。
【００２１】
項目６．当該流体はガスである、項目１に記載のシステム。
【００２２】
項目７．「熱的に結合されている」とは、熱が伝導によって主に伝達されることを意味する、項目１に記載のシステム。
【００２３】
項目８．当該流体循環システム及び１つ以上の光源、のうちの１つ以上はヒートシンクを備える、項目１に記載のシステム。
【００２４】
項目９．当該配光チャンバは中空である、項目１に記載のシステム。
【００２５】
項目１０．当該配光チャンバは、多層光学反射体から本質的になる、項目１に記載のシステム。
【００２６】
項目１１．当該配光チャンバは、鏡面反射体又は半鏡面反射体から本質的になる、項目１に記載のシステム。
【００２７】
項目１２．当該配光チャンバは、反射体と光方向転換フィルムとから本質的になる、項目１に記載のシステム。
【００２８】
項目１３．当該反射体は多層光学反射体である、項目１２に記載のシステム。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
2018501800.tif 000005
2018501800.tif 000006