Двигатель Стирлинга (ДС) как разновидность тепловой  машины  изобретен еще в 1816 г. шотландским священником Робертом Стирлингом.
Двигатель Стирлинга, как и любой другой современный тепловой двигатель, работает по принципу сжатия холодного рабочего тела и расширения горячего. Однако в отличие от двигателей внутреннего сгорания подвод теплоты в цикле осуществляется через промежуточный теплообменник – нагреватель, а рабочее тело остается всегда в замкнутом контуре.
Основные преимущества двигателя Стирлинга:
возможность работать от любого источника теплоты: от солнечной энергии, радиоизотопного топлива, обычного газообразного или жидкого топлива;
высокий эффективный КПД;
малошумность;
малая токсичность выхлопных продуктов сгорания;
обратимость цикла, т.е. возможность работать как двигатель при подводе тепла и как холодильная машина при вращении ее от постороннего двигателя. При этом не используется фреон.
Заложенные в нем богатые потенциальные возможности привели к тому, что его исследования ведутся до настоящего времени и открываются все новые области его возможного применения.
В Х1Х в. основным типом тепловых двигателей являлась паровая машина. Надежность ее была невысока вследствие несовершенства конструкций и применяемых материалов. В поисках более безопасного и надежного двигателя инженеры пришли к созданию и развитию так называемых воздушных двигателей, осуществляющих возвратно-поступательные движения со сжатием холодного воздуха или газа и расширением горячего. Одним из вариантов таких двигателей являлся ДС.
До начала ХХ в. многие воздушные двигатели уже нашли практическое применение. Между тем ни одна из моделей не могла считаться удовлетворительной по причине низкого КПД и большой массы. В итоге все они были вытеснены двигателями внутреннего сгорания и лишь к двигателю Стирлинга интерес возродился вновь. Изобретенный в 1816 г., ДС уже в 1818 г. был использован для подъема воды из каменоломни. Первый образец  (Рис. 1) содержал все элементы современного: рабочий поршень и поршень-вытеснитель в одном цилиндре, подогреватель, регенератор и охладитель.
В 1937г. после длительного забвения фирмой Филлипс были начаты систематические исследования двигателя Стирлинга с целью создания портативного и бесшумного источника энергии для питания радиоаппаратуры.
Был разработан ряд экспериментальных двигателей,  характеристики которых превосходили двигатели внутреннего сгорания по экологическим, экономическим, шумовым показателям.
Разработка ДС различных модификаций и уровней мощности для   наземных  и  морских транспортных  средств  осуществлялась рядом крупных фирм:  "МАН-MWM",  "Филлипс",  "United  Stirling",  "General  Motors", "Ford", достигших определенных успехов в этой области.
В последние  годы  возрос  интерес к использованию ДС в солнечной энергетике.
Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института на основе ДС Р-40 фирмы «United  Stirling» разработала  и провела  испытания солнечных энергоустановок мощностью 23,5 кВт.  Диаметр концентратора составляет 11 м, а связь концентратора с нагревателем ДС осуществляется тепловой трубой. В ходе годового цикла испытаний эффективность процесса преобразования солнечной энергии составила 28%, что является наивысшим достижением для данного типа установок.
В 1988 г.  фирма «Камминз Дженерейшн Инк.» в кооперации  с  рядом других  фирм  приступила  к  выполнению программы по созданию солнечных энергетических установок с ДС мощностью 5 кВт. Были получены удовлетворительные результаты при испытании спаренного свободнопоршневого ДС фирмы «Санпауэр».
В США выполнялись три  научно-исследовательские программы  по  созданию  солнечных модулей с ДС мощностью 5 и 25 кВт,  финансируемые министерством энергетики США с общим объёмом финансирования около 50 млн долларов.
Фирма «Schlaich,  Bergermann und Partner» из Германии реализовала два проекта:
3 установки с 17м.  концентратором и ДС 4-275 фирмы «United Stirling» мощностью 50 кВт были построены и испытаны,  две из которых были поставлены в Саудовскую Аравию;
3 установки с мембранным концентратором и ДС V-160 были смонтированы на полигоне «Platforma Solar de Almeria» в Испании и наработали к маю 1994г. свыше 12000 часов.
В Калифорнии в 2008-2012 гг. намечено строительство двух модульных солнечных электростанций мощностью 500 МВт на базе концентратора диаметром 15м и ДС мощностью 25 кВт. Каждая станция будет состоять из 20 тысяч таких модулей (Рис. 2).
На сегодняшний день особый интерес вызывают анаэробные (воздухонезависимые) энергоустановки с ДС для неатомных подводных лодок (НАПЛ). Швеция в этом направлении исследований занимает лидирующие позиции в мире. В 1988 году головная субмарина типа «Наккен» была переоборудована под ДС и прошла под водой более 10000 часов без существенных замечаний. И если «Наккен» - первый опытный корабль этого подкласса, то субмарины типа «Готланд» стали первыми в мире серийными подводными лодками с анаэробными установками, которые позволяют им находиться под водой 20 суток. Самый многообещающий проект связан с перспективной подводной лодкой «Викинг». На ней будет установлен единый ДС мощностью около 800 кВт. Сейчас судьба «Викинга» в руках Европейской судостроительной компании, контролируемой немецкими концернами.
Строительство подводных лодок с силовой установкой на базе ДС ведется также в Японии, США, Германии, Китае.
По мнению ведущих специалистов субмарины с двигателями Стирлинга уже в настоящее время по своим характеристикам не только приблизились к атомоходам, но по некоторым показателям даже превосходят их.
Другой перспективной областью для использования машин Стирлинга является сфера производства холодильного оборудования различных мощностей. Уже сейчас на зарубежные рынки начало поступать новое холодильное оборудование с использованием машин данного цикла. Основное преимущество холодильных машин Стирлинга – отсутствие фреона.
За рубежом уже начато серийное производство холодильных машин Стирлинга умеренного холода (см. таблицу) превосходящих по своей эффективности и экологической чистоте существующие холодильные машины, работающие по другим циклам, в том числе и парокомпрессионные холодильные машины (ПКХМ).
Серьезные намерения в отношении холодильных машин Стирлинга имеет такой гигант, как южнокорейская корпорация «LG Electronic Inc». Работы по холодильным машинам Стирлинга умеренного холода фирма начала с 1996 года. Ею разработаны и испытаны несколько марок холодильных машин Стирлинга, а с 2004 года начато серийное производство домашних холодильников.
В настоящее время за рубежом ежегодно производится до 30 млн. автомобильных кондиционеров. Исследования, проведенные японскими фирмами «Sanden» и «Zexel Corporation», являющимися основными производителями автомобильных кондиционеров, показали, что холодильные машины Стирлинга имеют большие возможности в данных системах, чем ПКХМ. В качестве промышленного образца разработана и проходит натурные испытания двухпоршневая холодильная машина Стирлинга производительностью 1,5 кВт, работающая в диапазоне температур 270-303 К с гелием в качестве хладагента. Фирмой «Western Research Centre» разработана 3 кВт установка с машиной Стирлинга, предназначенная как для военных, так и для гражданских транспортных средств.
 Весьма перспективной областью применения машин Стирлинга является использование когенерационных установок с ДС для децентрализованного обеспечения потребителя электроэнергией, горячей водой для отопления и других бытовых нужд, а также холодом для кондиционирования и хранения продуктов. Разработанный в Физико-техническом институте АН Руз комбинированный ДС   имеет следующие характеристики:
Тепловая мощность - 8 кВт.
Электрическая мощность  -1 кВт.
Холодопроизводительность   - 2 кВт.
В настоящее время в рамках ГНТП программ на базе 4-х цилиндрового ДС в ФТИ ведется разработка котла-электрогенератора тепловой мощностью 25 кВт и электрической мощностью 5 кВт (Рис.3).
 Серьезные намерения в отношении холодильных машин Стирлинга имеет такой гигант, как южнокорейская корпорация «LG Electronic Inc». Работы по холодильным машинам Стирлинга умеренного холода фирма начала с 1996 года. Ею разработаны и испытаны несколько марок холодильных машин Стирлинга, а с 2004 года начато серийное производство домашних холодильников.
Исследования по ДС проводятся в Физико-техническом институте со второй половины 60-х годов. Основной целью исследований являлось создание эффективных преобразователей солнечной энергии. Предварительные исследования показали перспективность применения ДС для этих целей.
 После проведения этапа создания действующих моделей различных модификаций и проверки принципа действия был разработан одноцилиндровый ДС с вытесняемым объемом 60 куб.см. и герметично встроенным стартер-генератором от мотороллера. Двигатель развивал на стенде мощность 0,3 кВт. Для натурных испытаний ДС использовался фацетный концентратор солнечной энергии. Тепловой поток от концентратора передавался ДС с помощью дифиниловой тепловой трубы, которая обеспечивала тепловой поток до 3кВт при температуре стенок трубок нагревателя 400оС. Максимальная электрическая мощность, вырабатываемая установкой, составила 120 Вт.
Была также разработана и испытана передвижная автономная СЭУ с ДС мощностью 500 Вт, собранная на базе тракторного прицепа. ДС в этой установке - одноцилиндровый с ромбическим приводным механизмом. Испытания выявили недостаточную эффективность отражающей поверхности концентратора и недостаточную площадь фацет, которая составляла 8 м2.
Следующий этап развития НИР в этом направлении связан с Программой Советско-Индийского научно-технического сотрудничества, принятой правительствами двух стран в 1979 г.
По этой программе разработана и испытана автономная солнечная энергетическая установка с двигателем Стирлинга АСЭУ-0,5. ДС альфа-конфигурации, двухцилиндровый простого действия, рабочее тело - гелий. Среднее давление рабочего тела 2МПа, частота вращения вала 25 Гц, описываемый каждым поршнем объём 230 куб.см. Концентратор выполнен из стеклянных фацет размером 500х500 мм, общая полезная площадь отражающей поверхности 20 кв.м. При проведении стендовых и натурных  испытаний мощность установки достигла 900 Вт.
Следующий этап развития НИР - разработка солнечного ДС с приводом типа «косая шайба « мощностью 5 кВт для Российской блочно-модульной солнечной электростанции. Анализ опыта ряда фирм показывает, что ДС с приводным механизмом типа «косая или качающаяся шайба» обладают минимальными размерами и массой.
В течение этого периода наряду с основным направлением по солнечной энергетике исследовались и другие возможности применения ДС. Были разработаны и исследовались:
- одноцилиндровые ДС с ромбическим приводным механизмом мощностью до 1 кВт для радиоизотопных энергоустановок, мощностью 25 л.с. для запуска промышленного трактора в условиях Севера, мощностью 10 Вт для системы искусственного сердца;
- двухцилиндровые ДС гамма - модификации мощностью 0.5 – 2 кВт для радиоизотопных и солнечных энергоустановок.
Большой интерес к разработкам нашего института по двигателям Стирлинга проявляют Китай, США, Корея, Россия, Украина. Ведутся переговоры о сотрудничестве в разработке ДС с рядом фирм из этих стран. С одной из фирм США такое соглашение уже подписано. Освоение промышленного производства ДС откроет путь для широкого применения энергетических установок на их основе в нашей республике.