愛媛県総合科学博物館研究報告，No.8，65―71,（2003）

事業報告

友の会科学クラブ活動報告
巨大ソーラークッカーの製作と実験
黒瀬康正*・藤本光章**・田中昭夫*
A Science Club activity report of The production and experiment of Big Solar Cooker
Yasumasa Kurose, Mitsuaki Fujimoto, Akio Tanaka

ABSTRACT

Members of Science Club (of Ehime Science Museum) constructed a Big Solar Cooker. The Cooker con-sists of a large parabolic reflex mirror to collect the solar heat and a support to lay it at the focal point. This report
describes the method of fabrication and the experimental results.

はじめに本稿は，愛媛県総合科学博物館友の会科学クラブにおいて2000年4月から2003年3月にかけて行った，ソーラ

太陽のエネルギーは身近なエネルギー源であり，洗濯物の乾燥，干物，ビニールハウス，温水器，太陽光発電

ークッカー製作の詳細と性能を調べた実験結果の報告である．などいろいろな利用がなされてきた．このエネルギーに製作と実験を行うにあたっては，地球上どこにでもあり，エネルギー密度が希薄で家庭用などの小規模の目的には便利だが，工業用などの大ホットケーキやたこ焼きが焼ける程度の火力が得られ規模な利用には不向き，枯渇しない 1）などの特徴（押田るソーラークッカーを作ることを目指し，効率40％ 2）を勇雄，1990）がある．
そのエネルギーを利用したもののなかに太陽の熱を集目標とする．

めて調理を行う「ソーラークッカー」なる装置があり，太陽から得られるエネルギーの量と強さは太陽常数 3）

今回科学クラブ版ソーラークッカーを製作した．活動をから求めることができる．地表面では，晴天の日に太陽行った部員を表1に記す．また，すべて手作りをして性光線に直角な面積1m 2あたりに約860Kcal／hの熱量が得能まで調査した．今から作りたい人にとって私たちのノられる．この数値は家庭用の電子レンジの「強」と同等ウハウが何か新しいヒントになれば幸いである．

である.
愛媛県総合科学博物館がある新居浜市は，全天日射量4）

友の会科学クラブ

氏

名部

長

田中昭夫

役

藤本光章

員

鴻上 和典
鴻上智保子
鴻上駿
鴻上翠
神野 裕之
高橋稔
立石康
西田麒一郎
西田祥太郎
西田智香子

世部

話

表1

科学クラブの年平均値の分布が340cal／cm 2／day，日照時間 5）の年平均値の分布が2,200hour／yearある全国でも最も太陽利
弓山
彬
弓山 美希
弓山 利美
渡辺 真衣
渡辺 有紀
渡辺 由美
黒瀬 綾美
黒瀬真由美
黒瀬 芳香
黒瀬 康正
ソーラークッカー製作者用に適した地域の1つである．
従って，ソーラークッカーで得ることのできる目標熱量，即ち出力を，地上面での太陽のエネルギー860Kcal／h／m2の40％と受光面積から，1,080Kcal／hとする．
今回は，反射鏡タイプを選定した．太陽光線はパラボ
ラ型の反射鏡により反射し，収束光が鍋の底を直接照射する．能力は反射鏡の面積と反射率で決まる．太陽を追尾して適宜角度調整をする手間が必要であるが，高効率が得られる主流のタイプである（クリーンエネルギー利＊

愛媛県総合科学博物館

友の会

科学クラブ

Science Club of Friend Ehime Pref. Science Museum＊＊愛媛県総合科学博物館

学芸課用研究会，1995）．主要な仕様は表2に，寸法及び材質の詳細は表3に示す．

科学技術研究科

Dept. of Science and Technology Ehime Pref. Science Museum−65−

友の会科学クラブ活動報告

主要項目

規 格型

反射鏡タイプ

式

受光面形状

円形

受光面直径

200cm

受光面積

31,086cm2

焦点距離60cm

放物線

Y2＝4×600×X

出

1,080Kcal／h（目標）

力表2項

巨大ソーラークッカーの製作と実験

主要仕様目寸法（mm）

材 質

放物面鏡

φ2,000×510h

鏡部はステンレス板（みがき）0.37厚

フレームはベニヤ板＋スタイロフォーム

2,400×1,900

木製（2 ×4 角材）

架台

角度調節機能，移動用キャスター付
パン支持台 φ9×高さ600
表3ステンレスパイプ＋鉄筋
図1

寸法及び材質ｎ012345678910111213141516171819202122

放物面鏡の計算方法
放物面鏡は3次元曲面のため製作がきわめて難しい．
そこで，円周方向に36等分した2次元曲面の組み合わせとした．細長い多角形の板を近似の放物線状に曲げて立体的に組み合わせたものと考えるとこの板の展開座標の求め方は以下のとおりである．
放物線の上に幅がRmmの鏡を乗せていくと考え，次の連立方程式を解く．
22（X−a n ）＋（ Y− b n ）＝ R2｛Y2＝4PX

ただし，焦点距離Pを600mm，半径Rを50mmとする．
n は半径方向の鏡の枚数回．a n, b nは，この連立方程式の解であるX, Yを放物面鏡展開座標の求め方に関する図
Ｙ(an)
0.0
50.0
99.9
149.6
199.1
248.2
297.0
345.3
393.1
440.3
486.9
532.9
578.3
623.0
667.0
710.4
753.1
795.1
836.4
877.1
917.1
956.5
995.3

Ｘ(bn)
0.00
1.04
4.16
9.33
16.52
25.67
36.75
49.68
64.39
80.78
98.78
118.33139.35161.72185.37210.28236.32263.41291.49320.54350.45381.21412.76

展開幅L10.00
8.71
17.40
26.06
34.69
43.24
51.74
60.16
68.4976.7184.83
92.84
100.75108.54116.21123.77131.21138.52145.72152.81
159.78166.64173.40

展開長さL2050
100
150200250300
350
400
450500550600
650
700
750
800
850
900
950
1,000
1,050
1,100

表 4 放物面鏡の36分割展開座標
設定したY2＝4×600×Xの解

f a n, b n, P, R ），Y ＝ g（a n, b n, P, R ）
X＝ （なるため，この範囲で放物面鏡を可動できる架台を製作とした時，する．

a n＋1＝X＝ （f a n, b n, P, R），b n＋1＝Y＝ g（a n, b n, P, R）

製で定義する．ここで，a 0 ＝ b 0 ＝0である．

作

また，b22 ≒ 1,000となり，目標の直径になる（図1）．
従って，36×22＝792枚の多面体となるが，前述のと放物面鏡

おり半径方向については連続な面としたため，36等分リブ 6）の加工については，ブリキ板で型紙を作り，そした2次元曲面の組み合わせとなる．この計算結果から，れを適当な大きさに切り出したスタイロフォーム 7）に当放物面鏡の展開幅 L 1 を， L 1 ＝ 2×a n×sin（10°／2 ）てスチロールカッターで38枚切り出す．その時，切り放物面鏡の展開長さL 2を，L 2 ＝ R×n

口が直角になるようにする．スチロールカッターのニクロム線による火傷には注意する．

で得ることができる．求められた座標は，表4で示す.
放物面鏡の可動範囲は，愛媛県総合科学博物館の緯度ベース部 8）の加工については，強度の確保と軽量化のが北緯33.9°にあり，太陽の高度は夏至79.1°，冬至21°とために，30mm厚の発泡スチロールを3mm厚のベニヤ板−66−

黒瀬康正・藤本光章・田中昭夫

ではさみこんだ半円形のものを2枚製作する．接着剤はを行った．しかし，水の蒸発潜熱による測定誤差，フラ木工用ボンドを用いた．

イパンに蓋が無いことによる水のこぼれと放熱により正鏡の加工については，表4から型紙を作り，0.37mm厚確な測定ができなかった．そこで，熱媒を水から菜種油のステンレス板に36枚写し取り，金切鋏 で切り出す．

への変更，蓋付きのフライパンへの変更及び側面と上面手や腕を切らないように皮手袋・長袖の上着を着用しての断熱材の取り付け，受光面の熱吸収を効果的にするた作業した．

め「つや消し黒」の塗装などの対策を行い2003年2月259）側板10）の加工については，ベース部の半円周長の側板を切り出すが，一般の定尺

11）日及び3月2日に再実験を行った．

より長くなるので予め継ぎ足して接着しておく．

この効率ηは，KENIS㈱科学共栄社No142-855の太陽放射エネルギー測定装置（写真6）から得られた単位面組み立ては，ベース部にリブを木工用ボンドを用いて積・単位時間当たりの太陽のエネルギーW 0 とソーラー正確に直角に接着した．次に，鏡を強力両面テープで貼クッカーで得られる太陽のエネルギーWsを比較して求り付けた．最後に側板を張り付け，ベニヤ板が元に戻ろめる．太陽のエネルギーW 0 は，受光面積が100cm 2の太うとするためゴムバンドを全周に巻きにして固定した．

陽放射エネルギー測定装置に水200mlを入れ，熱吸収面その時，接着剤を十分付けておく．

を正確に太陽に向けて内部の水の温度上昇を測定し，次式から求める．

架台12）

W0＝200ΔT0／100 t 0（cal／min／cm2）

各部材を切り出し，予めボルト穴・スライド用長穴 13）をあけておく．各部材を長めの木ねじで固定し，ボルトΔT0は上昇温度 ℃，t0は時間minである.

で組み立てた．

次に，太陽のエネルギーWsは，受光面積が31,086 cm2のソーラークッカーに設置したフライパンに菜種油1,500ml

パン支持台を入れ，鏡を正確に太陽に向けてフライパンの菜種油の14）

アームを4本φ9mmの鉄筋から製作した．架台への取り付け部にはM10の寸切ボルト

15）

温度上昇を測定し，次式から求める．

を溶接して高さを調節

Ws＝1,500CpΔTs／31,086 ts（cal／min／cm2）できるようにする．鉄筋を曲げるときのガスバーナー使用時やアーク溶接時には火傷をしないよう皮手袋・長袖

Cpは菜種油の平均比熱19），ΔTsは上昇温度 ℃，t sは時間の上着を着用し，遮光メガネ 16） を使用した．組立図をminである．
得られた太陽のエネルギーW 0と太陽のエネルギーWs

図2に示す．

より効率ηを次式から求める．
実験及び結果η＝ Ws／W0×100（％）
測定結果は，表 6 及び表 7 に示す．

科学クラブでは，およそ3年間にわたってソーラーク

その結果，効率は約10％に止まり，目標とした40％ッカーを製作し，実験を行った（表5）.
2001年6月16日の試運転で初めて鏡に太陽の光を浴びに到達できなかった．しかし，菜種油の温度を233℃ませた．フライパンの底に焦点を合わせると，底が白く輝で上げることができ，小規模のものならてんぷらもできいた．フライパンに約30ccの水を注いだところ，瞬間的る高温が得られることが確認できた．また，このときフに水が蒸発した．2001年6月24日の予備実験では，ゆでライパンの底の表面温度は400℃に達していた．

卵を調理する予備実験（写真1）を行った．時間がかか考ったがうまくできた．2001年8月4日の公開実験は，科学クラブの例会

17）

察でゆで卵を調理する実験を行った（写真2）．同時に熱箱型クッカー（写真3），焼き鳥クッカ

目標の効率が得られなかった原因は，選定した反射鏡ー（写真4）の実験も行った．全てうまく調理でき，味面材料の反射率 20） が低く，焦点が広がったためであるも好評であった．2002年5月3・5日には，ゴールデンウと考える．設計と工作の両面のミスであった．

ィークに行われる博物館と友の会の共催行事「わくわくワークショップ」

18）

において，熱箱クッカー，焼き鳥従って，良いソーラークッカーを作るためには，効率よく太陽光を集めてフライパンに吸収させ，熱を逃がさないことがポイントであることがわかった．また，予想クッカーとともに展示と実験を行った（写真5）.
2002年5月26日に1回目のソーラークッカーの効率η

以上に温度が上がるので，火災防止のため目的外のとこを確認するための実験を行った．このときはソーラークろに焦点を結ばないよう鏡の向きによく注意することがッカーのフライパンに熱媒として水1,000mlを入れ実験重要である．

−67−

友の会科学クラブ活動報告

図2

巨大ソーラークッカーの製作と実験

全体組立図

−68−

黒瀬康正・藤本光章・田中昭夫

No.

日123456789101112131415161718192021222324252627282930
3132
33

2000／ 4 ／16
2000／ 5 ／13
2000／ 7 ／ 1
2000／ 7 ／ 82000／ 7 ／15
2000／ 7 ／16
2000／ 8 ／ 52000／ 8 ／10
2000／ 8 ／12
2000／ 8 ／16
2000／ 8 ／16
2000／ 9 ／ 92000／ 9 ／10
2000／ 9 ／17
2000／10／ 9
2000／10／14
2000／11／11
2000／11／19
2000／12／ 3
2000／12／10
2000／12／17
2001／ 5 ／20
2001／ 6 ／16
2001／ 6 ／24
2001／ 7 ／15
2001／ 8 ／ 42002／ 5 ／ 1
2002／ 5 ／ 3
2002／ 5 ／ 52002／ 5 ／26
2002／ 6 ／23
2003／ 2 ／25
2003／ 3 ／ 2時

内

15：00〜
14：00〜

13：00〜17：00

10：00〜17：00
13：00〜14：00
10：00〜11：00

10：00〜14：00
9 ：00〜12：00
10：00〜12：00
10：00〜12：00
9 ：00〜12：00
12：00〜14：00
9 ：00〜12：00
9 ：00〜16：00
9 ：00〜16：00
12：30〜13：40
10：00〜13：00
14：00〜15：30
12：00〜13：30

容人数（man）

座標等計算
計画書作成
展開図，リブ製図
第1回打ち合わせ
全体計画図製図
第2回打ち合わせ 全体計画の確認
材料の買い出し1
材料の買い出し2
第1回製作 部品の切りだし1
材料の買い出し3
第2回製作 部品の切りだし2
第3回製作 部品の切りだし3
第4回製作 組み立て1
修正
修正
製作 架台組み立て
鏡貼り付け
側板準備
製作 側板取り付け製作 パン支持台組み立て
発表会
鏡貼り直しと長穴加工
鏡貼り直し，キャスター補修と試運転
実験
アクリルミラー切り出し
公開実験
鏡貼り直し，枠・パン支持台補修
公開実験
公開実験
データ測定
データ測定
データ測定
データ測定

時間（h） 人数･時間の積

1116
142
172
15
10113225484354944468282110.520.511414111642233432222377121.51.52113222128247616124415123212610818122828616312備考

7 月例会後開催
予備実験後開催
工作教室後実施
8 月例会後実施

9 月例会後実施

12月例会
5 月例会前取り付けは実施せず
8 月例会
GWわくわくワークショップ
GWわくわくワークショップ
天候不調により測定できず

表 5 巨大ソーラークッカー製作記録
総人数は125人，人数と時間の積の合計は314となった．
太陽放射エネルギー測定装置から得られた太陽エネルギーW0 3/2測定
太陽放射エネルギー測定装置から得られた太陽エネルギーW0 2/25測定

太陽放射エネルギー測定装置の水の温度 T0 3/2測定
太陽放射エネルギー測定装置の水の温度 T0 2/25測定
ソーラークッカーのフライパンの菜種油の温度 Ts 3/2測定
ソーラークッカーのフライパンの菜種油の温度 Ts 2/25測定
温度［℃］
250.0

ソーラークッカーから得られた太陽のエネルギーWs

3/2測定

ソーラークッカーから得られた太陽のエネルギーWs

2/25測定ソーラークッカーの効率η/100

3/2測定

ソーラークッカーの効率η/100

2/25測定W［cal/min/cm2］及びη/100［％］
1.800

1.600
200.0

1.400

1.200
150.0
1.000

0.800
100.0
0.600

50.0

0.400

0.200

0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
時間［min］

表6太陽放射エネルギー測定装置の水200mlの温度T0とソーラークッカーのフライパンの菜種油1,500mlの温度Ts0.000 135791113時間［min］

15171921

表 7 太陽放射エネルギー測定装置から得られた太陽のエネルギーW0とソーラークッカーから得られた太陽のエネルギーWs及び効率η/100−69−

友の会科学クラブ活動報告

まと巨大ソーラークッカーの製作と実験

め15）外径約10mm，長さ300mmの長いボルト．
16）赤外線，紫外線を遮断する保護メガネ．

ホットケーキが焼ける巨大なソーラークッカーを作ろ17）毎月定期に実施している科学クラブの会合．

うと2000年4月に計画を開始して約3年が経過した．製

18）愛媛県総合科学博物館と友の会共催の実験や工作作の過程で多くの問題が発生したが，他種多様な分野のを行うイベント．例年多数の来館者で賑わい，定知識・経験・技能を持つクラブ員の知恵と協力で一つ一着している行事の一つ．

つ解決していき完成させることができた．残念ながら目19）味の素㈱による．

標とした性能に到達できなかったが，このテーマに小学20）ステンレス板0.5程度：板ガラス＋銀0.9程度．

2年生から65歳までの幅広い年代のクラブ員が参加し協力して一つのテーマを完結させた点を考慮するとその成果は非常に大きいと言える．
謝辞
製作と実験に御協力頂いた科学クラブの皆様をはじめ，長期に渡って大きなソーラークッカーの保管に協力頂いた愛媛県総合科学博物館関係者の皆様に感謝申し上げます．
文献

押田勇雄（1990）：自然エネルギーの利用．コロナ社，東京都．
クリーンエネルギー利用研究会（1995）：サイエンスシリーズ 太陽でお料理 ソーラークッカー．パワー社，東京都．pp.12-17，pp.95-107.
巻末注1 ）太陽の寿命は，あと40億年程度とされている．
2 ）クリーンエネルギー利用研究会（1995）によると，
板ガラス＋銀鏡では効率44％との報告がある．
3 ）地球の大気圏外で太陽に正対する単位面積が単位時間に受ける太陽の輻射総量．135.3 w／cm2．
4 ）太陽面から直接入射する直接日射量と，大気や雲などで拡散・反射された太陽面以外から入射する散乱日射を合わせたもの．
5 ）ジョルダン式日照計を用い，太陽の照った時間が焼け跡となって観光紙に記録された長さを時間で表したもの．
6 ）鏡を支える板状の小骨．
7 ）建築用断熱材，固めの発泡スチロール．
8 ）リブを乗せている板．
9 ）刃部が偏心した握り部が上がったものが安全で使い易い．
10）リブの側面を覆う化粧板．
11）市販されている板の規格寸法．約1,800mm．
12）放物面鏡を乗せ角度を調整する台．
13）角度を変化させるため，ボルトが通過する横方向に長い穴．
14）フライパンを支持する台．

−70−

黒瀬康正・藤本光章・田中昭夫

写真 1 2001年6月24日 予備実験
ゆで卵を調理する予備実験を行った．

写真 2 2001年8月4日 公開実験
巨大ソーラークッカーによるゆで卵の調理実験を行った．

写真 3 2001年8月4日 公開実験
熱箱型クッカー（太陽の光を断熱された容器に集め，容器内の温度を70〜110℃程度に保ち調理を行う装置）によるゆで卵と焼き鳥の調理実験を行った．

写真 4 2001年8月4日 公開実験
焼き鳥クッカー（アクリルミラーを放物線状に曲げ太陽の光を直線上に集めて串に刺した食物を直接加熱調理する装置．精度が良く製作し易い．反射鏡面材料として選定したアクリルミラーは，ステンレス板に比べて反射率が高いため小型ながら高効率が得られる．反射鏡タイプの一種．）による焼き鳥の調理実験を行った．

写真 5 わくわくワークショップでの展示と実験
熱箱クッカー，焼き鳥クッカーとともに展示し，ゆで卵等の実験を行った．

写真 6 太陽放射エネルギー測定装置
受光面積が100cm2のKENIS㈱科学共栄社No142-855を使用．

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