回热器 靠它，NASA将重返月球，声音的力量不简单( 三 )
1861年，英国牧师罗伯特·斯特林（Robert Stirling）发明了斯特林发动机。斯特林发动机是一种基于封闭的回热式热力循环运行的热力机械，它通过工作气体(如空气、氢气、氦气、氮气等)在高低温的循环膨胀和压缩，实现热能向机械能的转换。这里的封闭循环是指工作气体被永久约束在发动机系统内，而回热是指使用了一种特殊类型的用于瞬态蓄热的内部热交换器，称为回热器，其结构也为多孔介质结构。
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罗伯特·斯特林，1790–1878，苏格兰牧师，工程师。他发明了斯特林发动机并于2014年入选Scottish Engineering Hall of Fame
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曲柄连杆型斯特林发动机
典型的斯特林发动机主要由排出器活塞，动力活塞和三个热交换器组成：热端换热器，回热器和冷端换热器。动力活塞将动态气压转换为机械动力，而排出器活塞则用于在室温端换热器和高温端换热器之间移动工作气体。
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斯特林发动机结构简图
早期的斯特林发动机中，排出器活塞和动力活塞通过曲柄和连杆等机械结构连接在一起，工作中需要油润滑，相应带来工作气体污染和泄露等问题。1961年，美国俄亥俄大学威廉· 比尔（William Beale）进一步发明了自由活塞斯特林发动机，取消了原有斯特林发动机中的曲柄连杆机构，提高了斯特林发动机的可靠性和使用寿命。
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自由活塞斯特林发电机，由右端的自由活塞斯特林发动机和左端的直线发电机耦合而成。
随着热声学研究的不断发展，研究人员对斯特林发动机又有了新的认识。从热声学观点来看，斯特林发动机与热声发动机原理完全相同，可以看做是一种广义的热声发动机。斯特林发动机和热声发动机中，工作气体所经历的热力循环均为热声循环，斯特林发动机利用排出器活塞来保证回热器处的压力波动和速度振荡近似同相，热声发动机则利用声学管道来保证回热器处的压力波动和速度振荡近似同相。因此，就自由活塞斯特林发电机和传统行波热声发电系统这两种系统而言，传统热声发电系统相当于利用声学管道消除了自由活塞斯特林发电机中发动机侧的运动部件—排出器活塞。
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自由活塞斯特林发电机（左）和行波热声发电机（右）
此外，热声发电系统还可以采用液态金属磁流体发电机、压电陶瓷、双向透平等作为声电转换装置，不过，这些热声发电系统大多还处在早期研发阶段。
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欧洲航空局提出的热声驱动液态金属磁流体发电系统
热声发电机的应用
作为一种新型的热发电技术，热声发电技术以其运动部件少、可靠性高、使用寿命长、热电转换效率高等优点，在空间电源、太阳能热发电、分布式能源系统等领域具有发展潜力和重要应用前景。
美国拟在2025年前后重返月球，将空间核反应堆电源送上月球为人类基地供电。该空间核反应堆电源采用自由活塞斯特林发电机技术作为热电转换方案，目前已完成带核样机地面测试。
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美国Kilopower空间核反应堆电源的整体概念和带核样机地面测试系统结构
此外，热声发电技术还可以应用于太阳能热发电、家用热电联产装置、汽车尾气余热回收等领域。
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中科院理化所研制的太阳能驱动行波热声发电系统
【 回热器|靠它，NASA将重返月球，声音的力量不简单】新型热声发电技术：
热声驱动摩擦纳米发电机是什么？
通过前面的介绍我们知道，在现有的热声发电系统中，虽然热声发动机侧没有运动部件，但是在发电机侧，大多具有固体运动部件。这就在一定程度上降低了热声发电系统的可靠性，增加了研发难度。因此，我们能否研制一种完全没有固体运动部件的热声发电系统呢？
这显然是可行的，比如将热声发动机与摩擦纳米发电机（Triboelectric nanogenerator, TENG）结合。通过摩擦起电和静电感应，摩擦纳米发电机可将多种形式的机械能有效转化为电能输出，其潜在应用领域包括微纳能源、自驱动传感、蓝色能源和高压电源等。
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