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외연기관의 한 형태인 스털링 기관을 발명했다. 배기 가스를 전혀 방출하지 않을 뿐 아니라 초기에는 연소실(열교환기)에 저장한 공기만을 사용하기 때문에 스털링 기관은 자동차 배기 가스로 인한 대기오염을 피할 수 있고, 공기가 없는 우주공간에서 사용될 수 있는 가능성을 지녔다. 1816년 그의 기관은 최초의 특허를 얻었으며, 1818~1922년 농업용수를 끌어오거나 발견 등의 용도로 사용되었다. 상업적 이익을 위해 기관을 개량하고자 한 마지막 시도는, 이 기관의 장점인 저소음, 고능률, 낮은 공해유발 등에도 불구하고 실패임이 증명되었다.