化石燃料的枯竭前景以及能源利用从集中走向分散的趋势使得可再生能源利用技术得到了快速的发展,无可动部件的优势使热声热机具有良好的前景。传统斯特林热机的理论效率与卡诺效率一样高,它能够利用外挂能源,但是需要严格的运动相角关系,这需要机械部件来确保,使得其工作频率不可能很高,而热声热机无运动部件,因此理论频率可以非常高,甚至是超声范围。但是热声热机的瓶颈问题仍然是机器尺寸大,输出功率密度小。把热声热机和斯特林热机结合起来,用热声理论来指导斯特林循环的不断完善与提高,充分利用无运动部件的优势以提高机器的工作频率,就有可能产生比较大的功率密度,来满足用户的能量需求。这为可再生能源利用提供了一条新途径的同时,也开拓了热声斯特林换能设备的应用领域,本文正是在这样的思路下展开了研究工作。　　首先从太阳能热声制冷板的概念设计中提出,使用吸收系数与反射系数相差大的高性能半导体材料来利用太阳能或工业废热,通过微通道与加热腔连接,在热端局部实现450-500K左右温度,通过外激励降低起振阈值,使热声斯特林制冷机工作在谐振状态,从而产生出需要的功率密度。对制冷温差较大的场合,通过级联的方法来满足要求。制冷板的热能在外表面经过传导和辐射接收和排出,其外表面作为一个等温换热器,换热器内侧由一个阵列构成,阵列中的材料具有合适的质量和比热,热传导性能和表面积,在一个时间周期内能够与工作流体交替存储和传递热能,并且能够匹配制冷板换热器的热谐振周期。根据需要,制冷板可以采用不同的工作流体,每个工作流体都有自己独特的物理特性,而空气和氦气是两个主要被采用的工作流体。　　为实现热声斯特林谐振换能器,分析了当前国外正在研制的热声斯特林系统。在此基础上,在目前可实现的水平下,提出一个200mm尺寸水平的单元制冷头样机结构。在线性热声理论基础上,建立其数学模型,估算出其主要尺寸、工作频率、声功和焓流。　　回热器在热声热机中是一个关键部件,其两端温差影响长度,而回热器长度又影响制冷机的声功及效率,同时回热器填料还具有选频特性。不论从储能的观点还是从滤波的观点来看,谐振器的品质因数――Q因子都是至关紧要的特性。因此围绕回热器的这些问题展开了回热器填料的频率特性实验研究,为热声斯特林谐振换能器的广泛应用建立基础。　　其次设计制造了单元制冷头的外激励源――动磁激振器,它是降低热声斯特林谐振换能器的起振阈值的关键部件。对其主要参数进行了设计计算,以及磁路计算,由此得到了动磁激振器的结构尺寸。并对制造出的动磁激振器进行了实验研究,得到了活塞运动行程及力常数,结果表明,动磁激振器具有良好的前景。对其建立机械运动模型,并进行分析计算优化,同时应用有限元软件进行动磁激振器的电磁场分析来进一步优化结构。下一代改进动磁激振器也正在进行中。　　最后提出了200mm尺寸水平的整机结构,它采用了变径谐振管及弹性谐振腔技术来缩短尺寸,并提高功率密度输出。　　为了探索热声斯特林制冷原理用于压缩制冷循环的可行性,在论文期间还进行了流体通道中的沸腾干涸点的实验研究。