Ο κρυοψύκτης είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για την ψύξη του περιβάλλοντος και οτιδήποτε μέσα σε αυτό σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Συνήθως χρησιμοποιείται σε επιστημονικές και μηχανολογικές εφαρμογές, έχει σχεδιαστεί για να επιτυγχάνει θερμοκρασίες πολύ χαμηλότερες από αυτές που επιτυγχάνουν οι τυπικές συσκευές. Δεν υπάρχει επίσημα καθορισμένη απαίτηση θερμοκρασίας για αυτό που θεωρείται κρυοψύκτη. Μια συσκευή που μπορεί να κρυώσει περίπου στους -238 βαθμούς Φαρενάιτ (ή περίπου -150 βαθμούς Κελσίου) ή πιο κρύα, ωστόσο, συνήθως αναφέρεται ως κρυοψύκτη.
Ενώ υπάρχουν διάφοροι τύποι κρυοψύκτη, οι περισσότεροι λειτουργούν με κάποια παραλλαγή μιας κοινής διαδικασίας. Το αέριο συνήθως κυκλοφορεί μέσω ενός κλειστού κύκλου για να απορροφήσει θερμότητα από το εσωτερικό της συσκευής και να τη μεταφέρει στο εξωτερικό περιβάλλον. Αυτό το αέριο μπορεί να είναι υδρογόνο, ήλιο ή κάποιο άλλο αέριο ή μείγμα αερίων. Η ικανότητα της συσκευής να ψύχει το εσωτερικό της περιβάλλον εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις θερμοδυναμικές ιδιότητες του αερίου που κυκλοφορεί μέσω του συστήματος.
Οι κύκλοι ψύξης σε αυτές τις συσκευές συνήθως ξεκινούν με το αέριο που συμπιέζεται σε έναν συμπιεστή. Καθώς το συμπιεσμένο αέριο περνά μέσα από έναν εναλλάκτη θερμότητας, απορροφά θερμότητα από το εσωτερικό του κρυοψύκτη, ψύχοντας έτσι οτιδήποτε μέσα του. Όταν αυτό το αέριο απορροφά θερμότητα σε σταθερό όγκο στον εναλλάκτη θερμότητας, η πίεσή του αυξάνεται. Διαστέλλεται σε όγκο και η πίεσή του μειώνεται στο επόμενο τμήμα του κύκλου. Τέλος, επιστρέφει στον συμπιεστή, ο οποίος ολοκληρώνει έναν κλειστό βρόχο μέσω του κύκλου, και αρχίζει να κυκλοφορεί ξανά στον κύκλο.
Ένας κρυοψύκτης μπορεί μερικές φορές λανθασμένα να αναφέρεται ως κρυοστάτης. Υπάρχει μια μικρή αλλά διακριτή διαφορά, ωστόσο, μεταξύ των δύο. Ένας κρυοστάτης χρησιμοποιείται για τη διατήρηση των κρυογονικών θερμοκρασιών που υπάρχουν ήδη, συνήθως παθητικά, όπως με μόνωση. Από την άλλη πλευρά, ένας κρυοψύκτης λειτουργεί ενεργά για να ψύχει το περιβάλλον σε κρυογονικές θερμοκρασίες και όχι απλώς να διατηρεί περιβαλλοντικές συνθήκες που ήδη υπάρχουν. Αυτή η διαφορά μπορεί να θεωρηθεί παρόμοια με τη διαφορά μεταξύ ενός θερμός και ενός ψυγείου.
Πολλοί τύποι κρυοψύκτες είναι διαθέσιμοι με διαφορετικά πλεονεκτήματα και χαρακτηριστικά κατάλληλα για μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών. Οι συνήθεις τύποι κρυοψύκτη περιλαμβάνουν το ψυγείο Joule–Thomson, το ψυγείο Gifford–McMahon, το ψυγείο Stirling, το ψυγείο παλμικού σωλήνα και το ψυγείο αδιαβατικής απομαγνήτισης. Αν και είναι ιδιαίτερα λιγότερο αποδοτικοί από πολλές άλλες συσκευές, οι κρυοψύκτες Joule-Thomson παρέχουν πλεονεκτήματα στην αξιοπιστία και τα χαμηλά επίπεδα ηλεκτρικού και μηχανικού θορύβου. Οι ψύκτες Gifford-McMahon, από την άλλη πλευρά, δημιουργούν κάποιους κραδασμούς λόγω ενός εμβόλου που σπρώχνει το αέριο μέσω του συστήματος. Ωστόσο, προσφέρουν ευελιξία στον χρήστη καθώς μπορούν να λειτουργήσουν με οποιονδήποτε προσανατολισμό.
Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται συνήθως στην επιλογή ενός κρυοψύκτη για χρήση στο διάστημα. Σε τέτοιες εφαρμογές, η ισχύς πρέπει συνήθως να χρησιμοποιείται αποτελεσματικά και η επισκευή είναι εξαιρετικά δαπανηρή ή ακόμα και αδύνατη — όπως για αποστολές σε άλλους πλανήτες. Σημειωμένο τόσο για την αξιοπιστία όσο και για την αποτελεσματικότητα, οι ψύκτες Stirling είναι οι πρώτοι που έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στο διάστημα. Με ακόμη υψηλότερη αξιοπιστία από τους ψύκτες Stirling, οι ψύκτες παλμικού σωλήνα επιλέγονται συχνά για χώρο, παρόλο που συνήθως είναι ελαφρώς λιγότερο αποδοτικοί. Ένα ψυγείο αδιαβατικής απομαγνήτισης μπορεί επίσης να επιλεγεί για την εξαιρετική του απόδοση και την ικανότητά του να λειτουργεί σε περιβάλλοντα μηδενικής βαρύτητας.
Υπάρχουν πολλά πεδία στα οποία οι κρυοψύκτες παίζουν ζωτικό ρόλο. Αυτές περιλαμβάνουν ιατρικές, αυτοκινητοβιομηχανίες και αεροδιαστημικές εφαρμογές, χρήση σε επιστημονική έρευνα και στρατιωτικές επιχειρήσεις και άλλα. Για παράδειγμα, η κρυογονική σκλήρυνση μεταλλικών εξαρτημάτων μπορεί να αλλάξει τις φυσικές τους ιδιότητες, αυξάνοντας την αντοχή, τη σκληρότητα και την αντοχή στη φθορά. Οι αισθητήρες υπερύθρων που χρησιμοποιούνται σε δορυφορική επιτήρηση και καθοδήγηση πυραύλων, καθώς και ατμοσφαιρικές μελέτες και άλλα, απαιτούν συνήθως κρυογονική ψύξη.