水車工学

水車、水車の周りに取り付けられたパドルのセットを使用して水の流れや落下のエネルギーをタップするための機械装置。動いている水の力がパドルに加えられ、ホイールの回転がホイールのシャフトを介して機械に伝達されます。水車はおそらく人間や動物のそれを置き換える最も初期の機械的エネルギー源であり、水を上げる、布を膨らませる、穀物を挽くなどの作業に最初に利用されました。

エネルギー変換：水車

最古の機械は水車で、最初は穀物の粉砕に使用されました。その後、製材所やポンプを駆動するために採用され、

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水車の簡単な扱いを次に示します。完全な処理については、エネルギー変換：水車を参照してください。

水車とトランスミッションリンク機構の組み合わせは、多くの場合ギアを含み、通常はミルと呼ばれる中世のものでした。3つの異なるタイプの水車のうち、最も単純でおそらく最も早いのは、水流の力が作用するパドル付きの垂直ホイールでした。次は、ホイールに直接取り付けられた垂直シャフトを介して石臼を駆動するために使用される水平ホイールでした。3つ目は、水平シャフトを備えた垂直水車によって駆動される歯車ミルです。これには最初の2つよりも多くの知識とエンジニアリングスキルが必要でしたが、はるかに大きな可能性がありました。垂直水車は、水車と水が接触する場所によっても区別されました。第二に、乳房ホイール。第三に、オーバーシュートしたホイール。これらの水車は一般に移動する小川のエネルギーを使用していましたが、干潟も11世紀に登場しました。

ミルの各タイプには、特定の利点と欠点があります。中世以前のそれらの発達については比較的ほとんど知られていないが、それらの特徴のいくつかは、構造の複雑さと利用の可能性の文脈の中で出現の順序を示唆している。

シンプルな垂直ホイールは追加の構造をほとんど必要としませんでしたが、力とパワーテイクオフの速度はストリームの特性とホイールの直径に依存していました。動力方向の変更が含まれていないので、このホイールは、たとえばチェーンドライブで動作する一連のポットを利用して、水を上げるのに最も役立ちます。

水平ホイールミル（北欧またはギリシャのミルとも呼ばれます）でも補助構造はほとんど必要ありませんが、上部の石臼が垂直シャフトに固定されているため、研削に適していました。ただし、ミルは、電流が粉砕に適している場合にのみ使用できます。

ギヤード縦型ホイールミルはより多用途でした。ホイールがアンダーショットの種類である場合、構造は比較的単純でした。ホイールパドルは、川、潮流、または人工のミレースのいずれであっても、ストリームの流れに単純に浸すことができるからです。ミルライトは、電力使用率とストリームフローのレートを一致させるためにギア比を選択でき、ホイールはブリッジアーチまたは中流に固定されたバージに取り付けることができます。Vitruviusは、立証済みの最初のギア付き垂直ホイールについて説明しました。このミルは、筋力以外を利用するギアリングの最初のアプリケーションであったため、大きな意味もあります。このミルにはアンダーショットホイールがあり、ブレストホイールまたはオーバーショットホイールとは異なり、落下する水の重量を利用しませんでした。

ギア付きブレストとオーバーショットホイールを備えたミルは、より多くの補助構造を必要としましたが、利用可能な水力の最も一般的な利用を可能にしました。主要な建設上の問題は、水の落下がホイールの所望の直径に適しているミルを見つけることでした。上流からの長いミルレースまたはダムのいずれかを使用できます。

ウィトルビウスの時代から12世紀までのギアミル開発の詳細についてはほとんど知られていません。傑出した設備は、フランスのアルルに近いバルベガルの穀物工場で、直径7フィート（2メートル）のカスケード式オーバーシュートホイールが16本あり、木製の歯車が付いていました。この工場は人口8万人のニーズを満たすことができると推定されています。

非常に適応性の高いギア付きミルは、その多様な河川流動条件により、ローマ帝国で使用されましたが、歴史的証拠は、その最も劇的な産業的影響が西ヨーロッパの中世の間に起こったことを示唆しています。13世紀以降、オーバーショット水車はアンダーショット水車よりも一般的になったようです。

中世の歯車工場は、実際には電力を利用するための一般的なメカニズムでした。馬または牛を動力源とする製粉所からの動力は、通常2から5馬力を発生させたオーバーシュート水車からの動力と比較して小さかった。