PFI-TT: Developing a self-powered pipeline sensing and monitoring system

PFI-TT:开发自供电管道传感和监测系统

基本信息

  • 批准号:
    1919191
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-01 至 2023-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Partnerships for Innovation-Technology Translation (PFI-TT) project includes ensuring the safety, security and efficiency of our nation's energy infrastructure by providing self-powered pipeline sensing and monitoring systems. This project will produce a novel approach to provide a reliable power source to enable continuous monitoring of pressurized steam distribution system in energy plants, with an estimated market potential of ~ $2.4 Billion. The technology has a high potential for later commercialization in other energy distribution systems, such as the oil and gas industry. The project will provide training and mentoring on innovation and technology translation to undergraduate, graduate students through a multi-faceted educational plan, including new curriculum development. The educational contributions of this effort include (1) provide students first-hand knowledge of how to translate fundamental scientific research into technology and product development; (2) enhance interdisciplinary education and research programs; (3) broaden the participation and success of underrepresented groups in innovation education through the PIs' ongoing collaborations with existing programs. The proposed project is to develop a self-powered sensing and monitoring system to enable continuous monitoring of pipeline operation for our nation's energy infrastructures. Most of these critical infrastructures are located in the areas with difficult access. This presents a significant challenge when using battery powered sensors or monitoring devices for continuous monitoring of pipelines. To solve this problem, a novel conformal thermoelectric generator is proposed in this program to harvest wasted heat in the pipeline for sensor powering. Three technical innovations will be used in this project at materials, devices, and system levels. 1) At the materials level nanostructured oxides will be used to replace conventional telluride-based materials which are toxic, expensive, and low temperature stability. 2) At the device level, a continuous production of thermoelectric devices will be used to reduce the cost of device fabrication and packaging at large-scale. 3) At the system level, new technology for thermoelectric voltage booster and energy storage devices will be used for integration of thermoelectric generator with sensors and monitoring devices. A multi-disciplinary research team will work with two industry partners on technology development to ensure the solutions are practical to the challenges that industry specific.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这个创新技术转化伙伴关系(PFI-TT)项目的更广泛的影响/商业潜力包括通过提供自供电管道传感和监测系统来确保我国能源基础设施的安全,保障和效率。该项目将产生一种新的方法来提供可靠的电源,以实现对能源工厂中的加压蒸汽分配系统的连续监测,估计市场潜力约为24亿美元。该技术在其他能源分配系统(如石油和天然气行业)的后期商业化潜力很大。该项目将通过一个多方面的教育计划,包括新的课程开发,为本科生和研究生提供创新和技术翻译方面的培训和指导。这一努力的教育贡献包括:(1)为学生提供如何将基础科学研究转化为技术和产品开发的第一手知识;(2)加强跨学科教育和研究计划;(3)通过PI与现有计划的持续合作,扩大创新教育中代表性不足的群体的参与和成功。拟议的项目是开发一个自供电的传感和监测系统,使我们国家的能源基础设施的管道运行的连续监测。这些重要基础设施大多位于交通不便的地区。这在使用电池供电的传感器或监测设备来连续监测管道时提出了重大挑战。为了解决这个问题,一种新型的共形热电发生器,提出了在这个计划中收集废热的管道传感器供电。该项目将在材料、设备和系统层面上进行三项技术创新。1)在材料层面,纳米结构氧化物将被用来取代传统的碲基材料,这些材料有毒,昂贵,温度稳定性低。2)在器件层面,热电器件的连续生产将用于降低大规模器件制造和封装的成本。3)在系统层面,热电升压器和储能装置的新技术将用于热电发电机与传感器和监测装置的集成。一个多学科的研究团队将与两个行业合作伙伴在技术开发方面合作,以确保解决方案能够切实应对行业特定的挑战。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Conformal heat energy harvester on Steam4 pipelines for powering IoT sensors
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  • DOI:
    10.1016/j.enconman.2021.114487
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Yazawa, Kazuaki;Feng, Yining;Lu, Na
  • 通讯作者:
    Lu, Na
High-Performance Conformal Thermoelectric Generator for Environmental Monitoring
用于环境监测的高性能共形热电发电机
  • DOI:
    10.1021/acsaelm.1c00922
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Yining Feng;Kazuaki Yazawa
  • 通讯作者:
    Kazuaki Yazawa
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  • 财政年份:
    2018
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