Un cryocooler este un dispozitiv folosit pentru a răci mediul și orice lucru din interiorul acestuia la temperaturi extrem de scăzute. Utilizat în mod obișnuit în aplicații științifice și de inginerie, este conceput pentru a atinge temperaturi mult sub cele atinse de aparatele standard. Nu există o cerință de temperatură definită oficial pentru ceea ce este considerat un cryocooler. Un dispozitiv care se poate răci la aproximativ -238 de grade Fahrenheit (sau aproximativ -150 de grade Celsius) sau mai rece, este de obicei denumit un cryocooler.
Deși există mai multe tipuri de criocooler, majoritatea funcționează pe anumite variante ale unui proces comun. De obicei, gazul circulă printr-un ciclu închis pentru a absorbi căldura din interiorul dispozitivului și a o transfera în mediul exterior. Acest gaz poate fi hidrogen, heliu sau alt gaz sau amestec de gaze. Capacitatea dispozitivului de a-și răci mediul interior depinde în mare măsură de proprietățile termodinamice ale gazului care circulă prin sistem.
Ciclurile de răcire ale acestor dispozitive încep de obicei cu comprimarea gazului într-un compresor. Pe măsură ce gazul comprimat trece printr-un schimbător de căldură, acesta absoarbe căldură din interiorul răcitorului criogen, răcind astfel orice lucru din interiorul acestuia. Când acest gaz absoarbe căldură la un volum constant în schimbătorul de căldură, presiunea acestuia crește. Se extinde în volum și presiunea sa scade în următoarea porțiune a ciclului. În cele din urmă, se întoarce la compresor, care finalizează o buclă închisă prin ciclu și începe din nou să circule prin ciclu.
Un cryocooler poate fi uneori denumit în mod eronat criostat. Există însă o diferență mică, dar distinctă, între cele două. Un criostat este utilizat pentru a menține temperaturile criogenice deja existente, de obicei pasiv, cum ar fi cu izolația. Pe de altă parte, un cryocooler funcționează activ pentru a răci mediul la temperaturi criogenice, mai degrabă decât pentru a menține doar condițiile de mediu care există deja. Această diferență poate fi considerată similară cu diferența dintre un termos și un frigider.
Sunt disponibile multe tipuri de criocooler cu diferite avantaje și caracteristici potrivite pentru o mare varietate de aplicații. Tipurile obișnuite de cryocooler includ răcitorul Joule–Thomson, răcitorul Gifford–McMahon, răcitorul Stirling, frigiderul cu tub cu impulsuri și frigiderul cu demagnetizare adiabatică. Deși sunt considerabil mai puțin eficiente decât multe alte dispozitive, criocoolerele Joule-Thomson oferă avantaje în ceea ce privește fiabilitatea și nivelurile scăzute de zgomot electric și mecanic. Răcitoarele Gifford-McMahon, pe de altă parte, generează unele vibrații datorită unui piston care împinge gazul prin sistem. Ele oferă, totuși, flexibilitate utilizatorului, deoarece pot fi operate în orice orientare.
De obicei, se acordă o atenție specială selectării unui răcitor criogen pentru utilizare în spațiu. În astfel de aplicații, puterea trebuie de obicei utilizată eficient, iar reparația este extrem de costisitoare sau chiar imposibilă, cum ar fi pentru misiunile pe alte planete. Remarcate atât pentru fiabilitate, cât și pentru eficiență, răcitoarele Stirling sunt primele care au fost folosite cu succes în spațiu. Cu o fiabilitate și mai mare decât răcitoarele Stirling, răcitoarele cu tub cu impulsuri sunt adesea alese pentru spațiu, chiar dacă de obicei sunt puțin mai puțin eficiente. Un frigider cu demagnetizare adiabatică poate fi, de asemenea, ales pentru eficiența excelentă și capacitatea sa de a funcționa în medii cu gravitate zero.
Există numeroase domenii în care cryocoolerele joacă un rol vital. Acestea includ aplicații medicale, auto și aerospațiale, utilizarea în cercetare științifică și operațiuni militare și multe altele. De exemplu, întărirea criogenică a componentelor metalice le poate modifica proprietățile fizice, crescând rezistența, duritatea și rezistența la uzură. Senzorii cu infraroșu utilizați în supravegherea prin satelit și ghidarea rachetelor, precum și studiile atmosferice și altele, necesită de obicei răcire criogenică.