舟を動かすための水車は、パドルホイールを参照。水を持ち上げるためだけの車輪は「ノリア」を参照。水車で駆動する工場や産業については「水車」を参照。
水車とは水力発電システムの一つで、水の流れから動力を取り出す機械のこと。中世のヨーロッパでは、水車や水力発電は、風車と並んでほとんどの産業に利用されていた。水車の用途としては、挽き臼で小麦粉を製粉するのが一般的だが、その他にも鋳物や機械加工、紙を作るために麻を叩くなどの用途があった。
水車は、木製または金属製の大きな車輪の外側の縁に、複数の羽根やバケットを配置して駆動面としている。水車は水平な軸に垂直に取り付けられているのが一般的だが、桶や北欧の水車は垂直な軸に水平に取り付けられている。垂直方向の車輪は、車軸を介して、あるいはリングギアを介して動力を伝達することができ、一般的にはベルトやギアを駆動するが、水平方向の車輪は通常、負荷を直接駆動する。車輪を離れた後に水が通るように作られた水路は、一般的に "テールレース "と呼ばれている。
水車の仕組み（基本原理）
水車は水の持つ位置エネルギーや運動エネルギーを機械的な回転力（トルク）に変換する装置です。流れの速さ（流量）と水の落差（有効落差＝ヘッド）によって得られる出力が決まります。概算すると、理論上の出力は次の式で表せます（単位：ワット）。
P = ρ × g × Q × H × η
- ρ：水の密度（約1000 kg/m³）
- g：重力加速度（9.81 m/s²）
- Q：流量（m³/s）
- H：有効落差（m）
- η：効率（0〜1の比率、水車や伝達系の損失を考慮）
実際には羽根の形状、車輪の大きさ、流れの管理（堰や水路）などが効率に影響します。
主な種類と特徴
- オーバーショット（落水式）：水が車輪の上から落ちてバケットに入る方式で、比較的大きな落差がある場所で高効率。歴史的に粉挽きなどに広く使われた。
- ブレストショット（胸打ち式）：水が車輪の中央付近に当たる方式。中程度の落差で効率良く動作する。
- アンダーショット（流下式）：水流の運動エネルギーを直接羽根に当てる方式で、落差が小さい平地の川などで使われるが効率は低め。
- 水平軸水車（タービンに近い）：水平軸に取り付けられ、直接機械を駆動することが多い。井戸や小規模発電に使われることがある。
- パドルホイール（パドル式）やパドルプロペラ：舟や浅い水流で用いる大型のラダー型車輪。推進用や大きな流量を扱う用途に向く。
主要な構成要素
- 車輪（ホイール）：羽根やバケットを取り付けた本体。
- 羽根・バケット：水を受けて力を生む部分。形状が効率に大きく影響する。
- 軸（シャフト）：回転を伝える心材。水平軸・垂直軸のどちらか。
- 駆動伝達機構：ギア、ベルト、ピニオンなどで機械に動力を伝える。
- 水路・堰・ミルポンド：水を集めて制御する設備。安定した流量と落差を確保するために重要。
- テールレース：使用後の水を流すための放流路（既存文中の呼称）。
歴史と用途（もう少し詳しく）
水車は古代から世界各地で利用され、農業や手工業の動力源として重要でした。ヨーロッパでは中世にかけて小麦粉挽き、製材、金属加工、製紙、衣類の“フリング”や“フラー（fulling）”といった工程で広く使われました。蒸気機関や電力の普及により一時は衰退しましたが、地域の産業遺産として保存・復元される例も多く見られます。
現代では、大規模なダム式の発電（タービン）とは別に、小規模水力（マイクロ水力）として水車を利用した分散型発電や、伝統産業の再興、観光資源としての活用が進んでいます。
長所と短所
- 長所
- 燃料が不要で再生可能な動力源
- 低コストで長寿命（適切な維持管理があれば）
- 地域の自給自足的電力供給や歴史的景観の維持に有用
- 短所
- 流量や落差に依存し、季節変動に弱い
- 魚類の通行阻害や河川環境への影響（堰など）
- 大規模発電に比べ効率が低い場合がある（特に古典的な方式）
材料・保守・設置のポイント
伝統的には木製が多かったが、現在は鋼やステンレス、FRPなど耐久性の高い材料が用いられることが多い。設置では「流量」と「有効落差」を正確に評価し、適切な車種（オーバーショット／アンダーショット等）を選ぶことが重要。定期的な清掃、羽根の点検、軸受けの潤滑、堆積物対策が長期稼働のカギとなる。
まとめ
水車は古くからあるシンプルで有効な水力機械で、地域の自然条件に応じて多様な形態が存在します。現在は大型ダムや水力タービンに主役を譲る場面もありますが、小規模発電や伝統技術の保存、産業遺産としての価値は高く、適切な設計と環境配慮によって今も有用な技術です。
