フレネル太陽炉

○こんな実験です
化石燃料を消費しない自然エネルギーとして，太陽からの光で熱を得るソーラーヒーターが，風呂などの温水を得るのに利用されています。
しかし，より高温を得るには集光する必要があります。多くの面積で受けた光を手軽に集めるには，軽くて携帯に便利なフレネルレンズが便利です。
ここでは，直径50cmのプラスチック製フレネルレンズを用いてゆで卵を作ったり，スターリングエンジンを動かしたりする実験を紹介します。

○こんなことが学べます
太陽の光を一点に集めると，高温が得られることが分かります。また，黒い色は光を吸収しやすいことが分かります。

○こんな仕組みです
フレネルレンズは，凸レンズの厚みを減らして，軽量化しています。したがって，集光の原理は凸レンズと同じです。プラスチックは屈折率が空気より大きいため，光をプリズムのように屈折させます。

○準備しよう　
フレネルレンズ（CF-500　500×500mm　f=500mm　日本特殊光学樹脂株式会社），レンズ固定用板材，蝶ナット・ボルト（２組），木工ボンド，アングル材（フラット），いらないカメラ，三脚，レンガブロック，黒い壺，水，卵，スターリングエンジン

○入手先
フレネルレンズ　（株）シータスク　定価12，000円
スターリングエンジン　（株）シータスク，教材店
黒い壺　百円ショップ
ゆで卵を作っているところ。このような水を入れた鍋では，全体に均一に熱をあたえることはできない。
○作ってみよう
①フレネルレンズの外枠にそって，ちょうどレンズが収まるように板材で固定用の枠を作ります。蝶ナットなどで，取り外しが簡単にできるように工夫してください。
②アングル材を用いて，カメラの三脚に固定できるようにします。固定には，カメラ店でいらなくなったカメラをもらい，三脚用のネジ穴を利用します。

○製作の注意
①アングル材は薄いものを使わないと，三脚のネジが届かなくなります。プラスチック製のカメラなら，ネジ穴の周囲を削ると固定しやすくなります。
②レンズが大きくて風で倒れやすいので，三脚はできるだけ大型の重いものが適しています。
古いカメラで三脚に固定する
○実験の仕方　
太陽光は正午頃から午後３時頃までが強くて，実験に適しています。真夏ほど実験には適しています。雲のない日を選んで実験してみてください。
ゆで卵を作るときは，容器の内部の温度が均一になるように工夫します。

○気をつけよう
①集光部はまぶしいので，長時間見つめてはいけません。溶接用サングラスなどで，目を保護してください。また，集光部は高温なので，やけどや燃えやすい物が周りにないように気をつけよう。
②太陽が出ているときには，移動時はレンズを紙などで覆ってください。太陽光によってやけどしたり，周りの物を焼いたりしてしまいます。

○こんなことももできるよ
スターリングエンジンを動かすことができます。　

○開発にあたって
ソーラークッカーを作ろうと思っていましたが，手軽に高温を得るには凸レンズの軽いものとして，フレネルレンズを使うことを考え，大型のものを入手しました。直径１ｍ程度あれば，さらに４倍の光を集めることができます。折り畳み式のフレネルレンズ（例えば円の四半分の型があれば，４枚組み合わせて１枚のレンズにすることができる）などが開発されれば，発展途上国の燃料としての木の伐採を減らすことができるので，どこか企業で開発して欲しいと思います。
ゆで卵など，調理には適当な容器をさがす必要があります。熱を吸収しやすく，また，外へ熱が逃げにくく，中のものを均一に加熱できるものが適しています。
集光した光を，水を入れた黒い壺に当てる。

できたゆで卵。左側は集光部に近く，かたゆでだが，右側は半熟である。
壺の中の水が沸騰している様子


スターリングエンジンの動きを見る

（QuickTimeまたはメディアプレイヤーが必要です）		 スターリングエンジンの加熱部はマジックインク等で黒く塗っておくとよい。温度が上がるにつれ，起動時の回転が軽くなる。