臥輪式水排

本館中國科學廳中國的科學與技術展示區中的臥輪式水排

文‧圖／簡正忠

　在本館中國科學廳一樓中國的科學與技術展示區內，擺設的展品盡是中國先民智慧的結晶。其中有一項發明除了在當時節省物力以及提高冶鐵煉金的技術外，在科學演進史上，其運轉方式更是後世蒸汽機驅動方式的前身而佔有相當重要的地位，那就是——臥輪式水排。

　本館所展示的「臥輪式水排」，是根據元代王楨著的農書中的插圖與敘述復原而成的水力冶金臥式鼓風機。臥輪式水排，顧名思義「臥輪式」是指其主動輪的輪軸是水平放置的。在王禎農書中也記載另一種立輪式水排，其主動輪的輪軸平面是豎直的。「水排」是指其動力來源為水，透過水力推動輪上葉片，再經由輪軸上方的驅動輪，將迴輪轉動變成往復直線運動，而推動風箱鼓風，迴輪轉動一次，風扇可以轉動好幾次。利用水力鼓風有十分重要的意義，因為它加大了風量，提高了風壓，增加了風力在爐中的穿透能力，這樣一方面可提高冶煉強度，另一方面可以擴大爐缸，加高爐身，增加有效面積，而這些也是煉出生鐵的必要條件。

　臥輪式水排為一鼓風設備，人類最早的鼓風器則是皮囊，在我國又稱為橐，一座爐子用好幾個橐排放在一起，所以又稱為「排橐」或「排囊」。排橐之後才又慢慢發展出風扇以及風箱。在漢代，關於水排構造的文獻記載並不多，最早有關水排的記載則是在元代王禎著的農書中。 中國先民對水力的運用是多樣化的。除了一般常見的水車之外，還利用水力做出了水運儀象台及臥輪式水排等不同用途的儀器。而臥輪式水排之運轉方式是由迴轉運動轉換成來回直線運動，這種驅動方式也就是後來蒸汽機的前身，這也就是為什麼臥輪式水排在歷史上佔有如此重要地位的原因。當然，古代中國科技的創造與發明事蹟不僅止於此，各方面的成就可以由本館展示中體會出來，也希望國人日後能秉持這樣創造發明的精神，持續為人類帶來更便捷的生活。

　本館將於4至6月的週六、週日，在中國科學廳中國的科學與技術展示區每日推出5個場次的「臥輪式水排」科學演示，以縮小尺寸的模型講解此項展品的結構與原理，歡迎觀眾屆時前往參與。