Pressure Drop and Catalytic Dehydrogenation of NaBH4 Solution Across Pin Fin Structures in a Microchannel Reactor

Dehydrogenation from the hydrolysis of a sodium borohydride ($NaBH_4$) solution has been of interest owing to its high theoretical hydrogen storage capacity (10.8 wt.％) and potentially safe operation. An experimental study has been performed on the catalytic reaction rate and pressure drop of a $NaBH_4$ solution over both a single microchannel with a hydraulic diameter of $300{\mu}m$ and a staggered array of micro pin fins in the microchannel with hydraulic diameter of $50{\mu}m$. The catalytic reaction rates and pressure drops were obtained under Reynolds numbers from 1 to 60 and solution concentrations from 5 to 20 wt.％. Moreover, reacting flows were visualized using a high-speed camera with a macro zoom lens. As a result, both the amount of hydrogenation and pressure drop are 2.45 times and 1.5 times larger in a pin fin microchannel array than in a single microchannel, respectively.

마이크로 Pin Fin 화학반응기에서 수소화붕소나트륨 수용액의 압력강하 및 탈수소 화학반응 연구

수소화붕소나트륨은 안정적으로 수소가 저장된 물질이며, 촉매반응으로 수소를 용이하게 분리할 수 있다. 본 연구에서는 탈수소 반응률을 높이기 위해 비표면적이 큰 마이크로 pin fin 화학반응기를 제작하여 수소화붕소나트륨 수용액의 압력강하 및 탈수소 화학반응 실험을 수행하였다. 나노공정을 이용하여 실리콘웨이퍼에 높이 $300{\mu}m$, 직경 $50{\mu}m$의 pin fin을 축간격 1.3, 횡간격 1.5으로 엇갈림 배열하였다. 수소화붕소나트륨 수용액은 5~20 wt.% 농도로 Re수 1~60으로 공급되었으며, 초고속카메라를 이용하여 탈수소반응 유동양상을 관찰하였다. 실험 결과 마이크로 pin fin 화학반응기는 동일 수력학적직경을 가지는 직관 마이크로채널 화학반응기보다 화학반응 성능이 2.45배 우수한 반면, 압력강하는 1.5배 증가하였다.