نجح مبتكر من ورشة Greenhill Forge في تطوير نظام مدمج لتسخين المياه يعتمد على الحركة والمجالات المغناطيسية بدلاً من الوقود أو الكهرباء التقليدية.

ويستخدم النظام تقنية التيارات الدوامية الناتجة عن دوران المغناطيس لتوليد الحرارة مباشرة داخل أنابيب نحاسية يمر عبرها الماء، ما يوفر وسيلة تسخين بسيطة وفعالة دون الحاجة إلى عناصر تسخين كهربائية أو احتراق الوقود.

كيف يعمل السخان المغناطيسي؟

يعتمد التصميم على ملف نحاسي مسطح موضوع بين دوّارين مغناطيسيين يدوران على جانبيه.

ويتكون الملف من أنبوب نحاسي ملتف بشكل حلزوني ومُلحم ليشكل موصلاً واحداً متصلاً، بينما يتدفق الماء داخل الأنبوب أثناء التشغيل.

ومع دوران المغناطيسات قرب النحاس، تتولد تيارات دوامية داخل المعدن، تؤدي إلى إنتاج حرارة مباشرة في جدران الأنابيب النحاسية.

ويتم امتصاص هذه الحرارة فوراً بواسطة الماء المار داخل الملف، دون الحاجة إلى تحويل الطاقة إلى كهرباء أو استخدام عنصر تسخين منفصل، ما يجعل عملية نقل الحرارة مباشرة وأكثر كفاءة.

تصميم يعتمد على الدقة الهندسية

بدأ تصنيع النظام باستخدام قالب فولاذي يضمن تثبيت مكونات الملف النحاسي بدقة والحفاظ على تباعد متساوٍ بين اللفات.

واستُخدم أنبوب نحاسي بسماكة تقارب 8 ملم، جرى لفه بعناية لتكوين حلزون منتظم، ثم تثبيته بالمشابك ولحمه بالكامل لتشكيل وحدة متماسكة.

وبعد تنظيف الملف، تم تثبيته داخل إطار مربع، فيما وُضع الدوّاران المغناطيسيان على الجانبين باستخدام محامل وصواميل تثبيت للحفاظ على المحاذاة الدقيقة أثناء الدوران.

وأكد المطور أن أي انحراف بسيط في الحركة قد يؤثر على الأداء أو يسبب اهتزازات تقلل من كفاءة النظام.

مضخة صغيرة وتحكم بسيط

يعتمد النظام على مضخة غاطسة صغيرة لتحريك المياه داخل الأنابيب.

وتستطيع المضخة دفع نحو 600 لتر من المياه في الساعة، مع استهلاك كهربائي منخفض يبلغ حوالي 10 واط فقط.

الأداء يزداد مع سرعة الدوران

خلال الاختبارات، استُخدم مثقاب كهربائي لتدوير النظام بسرعة تقارب 400 دورة في الدقيقة.

وتمكن السخان من معالجة 1.5 لتر من المياه، حيث ارتفعت درجة الحرارة من 46.2 إلى 75.9 درجة فهرنهايت خلال ثلاث دقائق، بينما وصلت حرارة المياه الخارجة إلى 83.1 درجة فهرنهايت.

ويعادل ذلك قدرة حرارية تقارب 575 واط.

وأشار المطور إلى أن الأداء يرتبط بشكل مباشر بسرعة الدوران، لكنه لا يزداد بصورة خطية، إذ ترتفع القدرة الحرارية بمعدل مربع سرعة الدوران.

وبحسب الاختبارات، فإن مضاعفة سرعة الدوران تؤدي إلى زيادة الحرارة بمقدار أربعة أضعاف، ما يعني أن النظام قد يقترب نظرياً من إنتاج 14.5 كيلوواط عند سرعة 2000 دورة في الدقيقة ضمن ظروف مثالية.

كفاءة حرارية مرتفعة

أظهرت الاختبارات أن درجة حرارة النحاس بقيت قريبة جداً من درجة حرارة المياه، ما يشير إلى كفاءة عالية في نقل الحرارة.

كما تعرض محرك المثقاب المستخدم للاختبار إلى ارتفاع في الحرارة قبل ظهور أي علامات إجهاد على السخان نفسه.

مناسب للطاقة المتجددة والعمل خارج الشبكة

يرى مطورو النظام أن السخان يعمل بكفاءة أكبر عند توصيله بمصدر حركة مباشر، مثل:

توربينات الرياح

أنظمة الطاقة المائية الصغيرة

ويتميز النظام ببدء إنتاج الحرارة فور دوران المغناطيسات، مع توقف التسخين مباشرة عند توقف الحركة، ما يجعله مناسباً لمصادر الطاقة المتغيرة.

مزايا مقارنة بأنظمة التسخين التقليدية

يوفر التصميم عدة مزايا مقارنة بأنظمة التسخين التقليدية، أبرزها:

عدم الحاجة إلى تخزين الوقود

غياب الانبعاثات والعوادم

عدم وجود عنصر تسخين تقليدي قابل للتلف

تقليل نقاط الأعطال الميكانيكية

ويرى مطورو المشروع أن النظام قد يشكل خياراً عملياً للمستخدمين خارج شبكات الكهرباء، عبر تحويل الحركة المتاحة مباشرة إلى حرارة قابلة للاستخدام بكفاءة وبنية بسيطة.