А — рабочий поршень и вытеснитель в одном цилиндре; б — рабочий поршень и вытеснитель в разных цилиндрах; в — машина с двумя рабочими поршнями;
1 — рабочий поршень; 2 — вытеснитель; 3 — полость расширения; 4 — полость сжатия;
5 — регенератор; 6 — нагреватель; 7 — холодильник.

Конструктивная схема одного из основных вариантов газовой криогенной машины (ГКМ) Стерлинга показана на рис. 9.22. Эта машина используется как рефрижератор для Т₀ =80-120 К. Как видно из рисунка, регенератор XVII и холодильник IV, состоящий из трубок, омываемых водой, расположены вокруг цилиндра, что создает очень удобную компоновку машины. Привод поршня X и вытеснителя II осуществляется от вала с тремя коленами: VII и VI; среднее колено VI связано через шатун VIII и шток III с вытеснителем, два крайних — шатунами V с поршнем. Поэтому поршень и вытеснитель совершают не прерывистое движение, как в идеальной машине, а гармоническое. Объемы а и Ь соответствуют объемам тех же обозначений на рис. 9.22. Изменение объемов а и Ь, происходящее при таком же движении поршней, показано на рис. 9.23. Отрезок от верхней горизонтальной оси до заштрихованной полосы, соответствующей высоте вытеснителя, пропорционален объему холодной полости b в данном положении коленчатого вала. Отрезок между заштрихованными полосами пропорционален объему а; сумма этих отрезков — общему объему, занимаемому рабочим газом. Как видно из графика, при соответствующем сдвиге фаз движений поршня и вытеснителя обеспечивается изменение объемов а и Ь, создающее сжатие в теплой полости а, переталкивание и расширение в холодной полости Ь.

Роль теплообменного аппарата — нагревателя, служащего для отвода тепла от охлаждаемого объекта к рабочему телу, играет медная крышка цилиндра XIV (рис. 9.22), в которой прорезаны каналы с развитой поверхностью. По этим каналам газ поступает из регенератора в верхнюю полость b при сжатии и в обратном направлении при расширении. С наружной стороны крышки развитая поверхность теплообмена создается вертикальными ребрами XIV и горизонтальными перфорированными пластинами XIII. Воздух из атмосферы поступает через трубку XVI и, проходя между пластинами, охлаждается, причем влага и С0₂ высаживаются на пластинах. Конденсация воздуха происходит на ребрах головки цилиндра, жидкость стекает в полость XII и по трубке XI сливается в сосуд Дьюара.

Газовые криогенные машины, работающие по обратному циклу Стирлинга, выпускаются на разные холодопроизводительности Qo (от долей ватта до десятков киловатт) и температурные уровни Т₀ (от 120 до 8—10 К). Получение температур Т₀ ниже примерно 50 К в ГКМ и других системах с нестационарными потоками связано с трудностями. Используются двухступенчатые машины и даже трехступеннчатые.