索尔凡制冷机是索尔凡（Solvay)于1886年，根据放气制冷作用的原理制成的。现在所用的索尔凡制冷机较最初的已经有了很大的变化。

索尔凡制冷机是回热制冷机的一种，其由压缩机和膨胀机两部分组成。

下图为单级斯特林制冷机的结构。压缩气缸和膨胀气缸组成一体。推移活塞把气缸工作空间分成膨胀腔和压缩腔。压缩活塞通过两个主连杆与曲轴上的两个曲拐相连；推移活塞由穿过压缩活塞的活塞杆和副连杆与曲轴的中间一个曲拐相连。这个曲拐与另两个曲拐保持一定的夹角。曲轴的转动使两活塞作差动往复运动，从而使气体压缩、膨胀和回热。气缸的周围装有水冷却器、回热器和冷凝器（即凝汽器）。在气体工质通道中设有阀门。当压缩活塞向上运动时，工质被压缩，从压缩腔排出，经水冷却器、回热器冷却和降温，然后经冷凝器内侧流入膨胀腔。推移活塞向下移动（此时压缩活塞仍向上，然后向下移动），工质在膨胀腔内膨胀后温度降低，即产生冷量。当推移活塞向上运动时（此时压缩活塞仍向下移动），工质继续膨胀后经冷凝器内侧对外输出冷量，依次进入回热器、水冷却器。低压低温的工质由膨胀腔回流至压缩腔时，在回热器填料中吸取热量而温度升高。气体经上述工作过程消耗了功，产生的热量由冷却水带走，消耗的功由电动机输入。冷凝器外侧的气体将热量传递给冷凝器，而使气体温度降低，直至冷凝成液化气体流下。

斯特林制冷机已由单级发展到双级和三级。为了增加机器的制冷量，还有利用四个单级制冷机并联组成的四缸回热式气体制冷机。

单级斯特林制冷机的致冷温度范围为173～73K，适用于空气液化和气体分离等。双级的致冷温度范围为12～15K,适用于氢和氖气的液化。三级制冷机的致冷温度为7.8K，还能为更低温度的物理实验提供冷源。当工质处于气液两相区时，最低温度可到3.1K