简称深冷，将低温区的温度降到低于150K的制冷过程。深度冷冻和普通冷冻的工作原理是相同的，都是利用气体在膨胀过程中的自冷作用来取得低温，差别仅在于制冷温度不同。临界温度(见p－V－T关系)低于150K的气体，须在深度冷冻下才能液化，在某些气体液化过程中，直接利用待液化气体的一部分作为深冷的制冷剂，这时深冷技术也就是气体液化技术。液氧、液氮、液氢、液氦的制造，需要深冷技术；空间科学、磁流体发电和核聚变等的研究，也需要极低温度的环境；在基本粒子和核物理的研究中，已需要接近绝对零度的低温，现已能达到2×10-7K。
深度冷冻液化气体的过程，可用简单的林德循环(见图)
说明:状态A的气体(p1、T1)经多级压缩，压力增到p2，温度经冷却后回复到T1；状态B(p2、T1)的气体，在换热器中预冷到T2，成为状态C(p2、T2)；再经节流阀膨胀到蒸发温度T3的湿蒸气区（状态D）;用气液分离器分出饱和液体（状态E），分离后的干饱和蒸气（状态F）送至换热器中作为冷却流体，去预冷状态B的高压气体，本身则被加热回复成状态 A的气体，和补充的气体一起再次进入压缩机，完成循环过程。在此流程中，气体被分为两部分：液化部分 （分率为x）沿路线A-B-C-D-E 进行，作为产品分离出来；未液化部分(分率为1-x)沿A-B-C-D-F-A路线循环，起着制冷剂的作用。采用能作外功的膨胀机代替节流阀，可以降低能耗，因此，工业深冷装置的流程中，多用膨胀机。
近20年来，由于空间技术和国防工业的需要，深度冷冻技术发展很快。液氧和液氢可作火箭推进剂中的氧化剂和燃烧剂，液氦的产量迅速增长。为了实现天然气的液化和大吨位液化天然气的运输，研制了每小时能处理几十万立方米气体、工作温度低于130K的大型机组。在化学工业中，从合成氨尾气中分离回收氢，从焦炉气中分离制取氢，石油裂解气的分离等都要运用深冷技术。
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