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夏休み自由研究紹介コーナー

太陽熱を使ったエコロジーな湯沸かし器

はじめに

夏は大変暑いので車の中も外もやけどしそうなくらい熱くなります。太陽の熱を集めるとお湯がわかせると教えてもらったので、火を使わないで太陽熱を利用した湯わかし器を作ろうと思いました。地球にやさしいエコロジーな湯わかし器です。

  • ビニール傘・ガスレンジ用下じき(アルミ紙)
  • 目玉クリップ 8個
  • トイレの節水おもり 1個
  • イレクターパイプ
  • ホース用ワイヤーバンド
    (35〜40mm用) 2個
  • アルミ線 (直径4mm長さ40cm) 4本
  • 六角ナット(w1/2) 1個
  • 小ネジ 1個
  • 350mlのアルミカン
  • 500mlの丸いペットボトル
  • 黒ペンキ
  • じょうぎ、ペン、マジックインキ、
    はさみ、カッターやすり、紙やすり、
    ペンチ、電気ドリル、ドライバー

作り方(1)ビニールがさを切る

使ったビニールがさは、直径が約81cmでおわん型の球面の半径は約50cmでした。おわん型で太陽の光を反射すると半径の半分のところに光が集まるので、このかさは中心から25cmのところが一番熱くなります。そこで、かさのえを中心から21cmのところで切りました。使うときにかさを太陽の方向に向けやすいように、かさの先の部分も切りました。

作り方(2)アルミ紙を切る

台所のガスレンジ用下じきのアルミ紙を鏡のかわりに使います。かさの骨の間のビニールの大きさをはかると、かさの中心からふちまで46cm骨と骨の間は31cmだったので、写真のようにアルミ紙を切りました。先のAの部分は1cmの幅で3cmの長さで切り抜いて、かさのえが入るようにしました。Bの部分はかさの骨の繋いだところがじゃまなので少し切り取っておきます。

作り方(3)アルミ紙をおく

アルミ紙はビニールがさの骨の間において折り返した部分はかさのふちに目玉クリップでとめます。

かさのえの中央の方はアルミ紙をていねいに重ねてトイレの節水おもりでおさえておきます。

作り方(4)ナベを作る

350mlのジュースのアルミカンの口の部分を切り取ります。切り口はていねいにみがいておきます。外側は黒いペンキをぬって熱をきゅうしゅうしやすくしておきます。

500mlのペットボトルはふたのある方の半分くらいで切って、アルミカンにきっちりふたができるようにします。ペットボトルのふたの中央に直径6mmくらいのあなをあけて温度計が入るようにしておきます。

作り方(5)ゴトクを作る

直径4mmのアルミ線を40cmに切って4本用意します。これを図のように曲げます。やわらかいので手でも曲げられますが、直角に曲げるのはペンチがひつようです。先の7cmの部分は少し丸く曲げておきます。

イレクターパイプは7cmの長さに切って、90°ごとに縦方向にみぞを作っておきます。こうしておくと後でアルミ線がこていしやすいのです

次に、イレクターパイプのみぞとみぞの間ではしから5mmのところに直径2mmくらいの小さいあなをあけます。そこから小さいネジを入れてイレクターパイプの中に六角ナットをこていします。こうしておくとかさのえにイレクターパイプを入れたときがたつきません。

ここでは電気ドリルを使ったりかたいイレクターパイプやかさのえを切るのできけんです。お父さんにしてもらいました。

作り方(6)ゴトクを組み立てる

アルミ線をイレクターパイプの外側のみぞにあててホース用のワイヤーバンドでしっかりとめます。イレクターパイプの下に出すアルミ線の長さは9cmにしました。
組み立てたゴトクは写真のようになります。

実験しました

水道水200mlをアルミカンのなべに入れてあたためました。かさのえが太陽の方向に向くようにして、実験を始めました。実験は4回しました。8月22日にした実験の結果を表とグラフにしました。

実験の結果

時刻水の温度かさの温度
11:00 26.0 31.0
:05 29.5 44.0
:10 32.0 44.5
:15 35.0 42.0
:20 37.5 44.5
:25 40.0 42.5
:30 42.0 44.0
:35 44.0 44.0
:40 46.0 43.0
:45 49.0 46.0
:50 50.0 42.0
:55 51.0 44.0
時刻水の温度かさの温度
12:00 53.0 41.0
:05 55.0 40.5
:10 55.0 40.5
:15 56.0 42.0
:20 57.0 42.0
:25 62.0 46.5
:30 64.0 45.5
:35 64.5 44.0
:40 65.0 45.0
:45 65.0 45.0
:50 67.0 44.5
:55 67.0 44.5
  • かさの表面の温度は日があたるとすぐに上がりはじめて、40°Cくらいから45°Cくらいになります。しかし、雲が出て太陽がかくれると温度は下がります。水の温度はゆっくり高くなります。実けんをはじめて35分でかさの表面と同じ温度になって、その後は、水の温度のほうがかさの表面の温度よりも高くなりました。かさの温度が少し低くなっても水の温度は下がらないで、ゆっくりと高くなっていきました。
  • 1時間50分で水の温度は67°Cまで上がりました。100°Cのお湯にはならなかったけれどとても熱くてお茶くらいなら飲めると思いました。

まとめ

  • 7月31日にした実けんでは30分で30°Cも水温が上がりましたが、お天気が悪くなってうまくいきませんでした。
  • かさの大きさをもっと大きくして、太陽光をもっとしっかりと反しゃできるアルミ紙を使うと、みじかい時間で温度がもっと上がったかもしれません。
  • 今年の夏は雨がよくふってすずしくて暑くならなかったので、実けんでは水の温度があまり高くならなかったのが残念です。来年の6月か7月にもう一度実験をしたいと思います。
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