極低温冷凍機市場レポート

Market Overview:

The global cryocooler market size reached USD 3.1 billion in 2023. Looking ahead, IMARC Group predicts that the market will reach USD 5.2 billion by 2032, exhibiting a CAGR of 5.5% between 2024 and 2032. Expansion of efficient cooling systems, wide use of cryocoolers in various research fields such as physics, chemistry, and materials science, and emergence of cryotherapy and cryopreservation are some of the major factors driving the market.

Cryocoolers are advanced devices designed to achieve and maintain extremely low temperatures, often close to absolute zero. They play a vital role in a variety of scientific, medical, and industrial applications that require materials and systems to be cooled to temperatures significantly below ambient. By utilizing the principles of thermodynamics and advanced engineering techniques, cryocoolers are able to efficiently remove heat from an area of ​​interest, resulting in reduced temperatures. Cryocoolers are widely used in fields such as condensed matter physics, where researchers aim to explore the unique properties of matter at extremely low temperatures. These coolers allow researchers to create and study new states of matter, such as Bose-Einstein condensates. Additionally, they are essential in superconducting technology, enabling the operation of superconducting magnets and quantum devices.

The expansion of efficient cooling systems required for the production of superconductors, magnets, and power systems is driving the global market. Furthermore, the emergence of cryotherapy and cryopreservation is expanding the market. Cryotherapy is the exposure of the body to extremely low temperatures for therapeutic purposes, while cryopreservation is the freezing and preservation of biological samples for future use. Both fields are seeing growing interest, contributing to the demand for cryocoolers. Furthermore, cryocoolers are also used in industries such as semiconductor manufacturing, where cooling is essential to maintain the performance and lifespan of electronic components. As industries continue to advance and adopt more delicate and high-performance technologies, the demand for cryocoolers is growing. Also, the food and beverage industry uses cryogenic cooling in processes such as freezing and preservation. Cryocoolers may find applications to maintain specific temperature conditions for this process. Furthermore, various research fields like physics, chemistry, and materials science require extremely low temperatures for experiments and research. Cryocoolers are used to achieve and maintain such low temperatures in laboratories.

Cryocooler Market Trends/Drivers:

Growing demand for cryogenic applications in healthcare

Cryocoolers are essential components in medical equipment such as magnetic resonance imaging (MRI) machines and cryopreservation systems. In MRI machines, cryocoolers are used to maintain superconducting magnets at ultra-low temperatures, enabling precise imaging and diagnosis. Advances in medical research and treatments such as regenerative medicine and personalized therapy are heavily dependent on cryopreservation technology. Cryocoolers play a vital role in maintaining the low temperatures required to preserve cells, tissues, and even organs, ensuring their viability for transplantation and research purposes. As the medical industry continues to evolve with a focus on accurate diagnosis and innovative treatments, the demand for reliable and efficient cryocooling solutions is projected to drive the growth of the cryocooler market.

The proliferation of space and satellite technology

Satellites and space observation instruments often operate in extreme temperature conditions, fluctuating between extremely hot and cold temperatures. Cryocoolers are employed to cool infrared sensors, detectors, and other sensitive components of space telescopes and observation platforms. These coolers ensure optimal performance by maintaining stable temperatures, enhancing the accuracy and clarity of data collected from space. With growing interest in Earth observation, communication satellites, and interplanetary missions, the demand for cryocoolers that can withstand the rigors of the space environment is only growing rapidly. Additionally, the miniaturization of satellites such as CubeSats is creating a need for small, lightweight, and efficient cryocoolers that can accommodate the thermal management requirements of these small spacecraft.

Advances in superconducting technology and quantum computing

超伝導材料は、極低温に冷却されると電気抵抗ゼロを示し、強力な磁石や高感度センサーの創出を可能にする。クライオクーラーは、これらの材料の超伝導状態を維持するために極めて重要であり、粒子加速器用の高磁場マグネットや核融合研究、さらにエネルギー効率の高い送電などの応用を可能にしている。量子力学の原理を利用して計算速度を飛躍的に向上させる量子コンピューティングは、量子情報の基本単位である量子ビットを絶対零度に近い温度で維持し、量子ノイズや量子エラーを減らすことに依存している。クライオクーラーは量子コンピューターの基本的な構成要素であり、量子ビットの安定動作に適した環境を作り出す。量子至上主義の追求が続き、産業界が量子コンピューティングの実用化を模索する中、こうした最先端技術に合わせたクライオクーラーの需要は今後も堅調に推移するだろう。

クライオクーラー産業のセグメント化：

IMARC Groupは、世界のクライオクーラー市場レポートの各セグメントにおける主要動向の分析と、2024年から2032年までの世界、地域、国レベルでの予測を提供している。当レポートでは、タイプ、熱交換器タイプ、運転サイクル、温度、用途に基づいて市場を分類している。

タイプ別内訳:

• パルス管
• ギフォード・マクマホン
• ジュール・トムソン
• ブレイトン
• スターリング
   

ギフォード・マクマホンが市場を支配する

本レポートでは、タイプ別に市場を詳細に分類・分析している。これには、パルス型、ギフォード・マクマホン型、ジュール・トムソン型、ブレイトン型、スターリング型が含まれる。報告書によると、ギフォード・マクマホンが最大のセグメントを占めている。

ギフォード・マクマホンの極低温冷却技術は、低温を実現する方法として広く採用され、確立されており、数多くのアプリケーションの礎となっている。ギフォード・マクマホンの極低温冷却装置は、数ケルビンの低温に到達することが可能で、科学、工業、商業の幅広い応用を可能にしている。これらの冷却器は、物質科学、凝縮系物理学、超伝導研究など、極低温での物質の探求が不可欠な分野で幅広く使用されている。さらに、ギフォード・マクマホンのクライオクーラーは、超伝導マグネット、クライオポンプ、量子デバイスなどの最先端技術の開発にも役立っている。さらに、ギフォード・マクマホンのクライオクーラーの効率と有効性は、産業界に広く採用される一因となっている。

熱交換器タイプ別内訳:

• 熱交換器
• 再生熱交換器
   

再生熱交換器が市場で最大のシェアを占める

本レポートでは、熱交換器タイプに基づく市場の詳細な分類と分析を行っている。これには、再生熱交換器と再生熱交換器が含まれる。報告書によると、再生熱交換器が最大のセグメントを占めている。

再生熱交換器は、冷却システムの異なるコンポーネント間の熱の効率的な移動を促進することにより、極低温冷凍機の動作において極めて重要な役割を果たしている。このタイプの熱交換器は、熱再生の概念を利用しており、熱はサイクルのある段階で高温ガスから熱交換器内の固体マトリックスに伝達され、別の段階で再び低温ガスに伝達される。この循環プロセスにより、クライオクーラーの冷却効率が向上する。再生熱交換器が注目されるのは、コンパクトで軽量な設計を維持しながら、高い冷却能力を達成できることに根ざしている。さらに、操作が簡単で堅牢であることも、さまざまな分野で広く採用されている理由である。

オペレーティング・サイクル別の内訳:

• オープンループ・サイクル
• クローズド・ループ・サイクル
   

本レポートでは、オペレーティング・サイクルに基づく市場の詳細な分類と分析を行っている。これには、オープンループサイクルとクローズドループサイクルが含まれる。

オープンループ・サイクルは、効率的かつ効果的な冷却を実現するための重要なアプローチである。このサイクルでは、気体がオリフィスを通して膨張し、ジュール・トムソン効果によって温度が低下する。オープンループ型クライオクーラーは、中程度の冷却能力を必要とする用途で広く利用されており、数ケルビンの温度範囲で作動することが多い。複雑な機械部品を使用せずに低温を実現できるため、科学実験における検出器、センサー、サンプルチャンバーの冷却などの用途に適している。

一方、クローズドループ型クライオクーラーは、しばしば再生型クライオクーラーやスターリング冷凍機と呼ばれ、圧縮と膨張を繰り返すことで冷却を実現する。医療用画像処理、航空宇宙、最先端の科学研究など、より高い冷却性能と精度が要求される用途に特に適している。極低温から室温まで幅広い温度を達成できる汎用性の高さでも知られ、多様なシナリオに適応できる。クローズド・ループ・サイクルの効率性と信頼性は、一貫した安定した冷却が不可欠な状況で有利となる。

温度別の内訳:

• 1K-5K
• 5.1K-10K
• 10.1K-50K
• 50.1K-100K
• 100.1K-300K
   

同レポートでは、温度別に市場を詳細に分類・分析している。これには1K-5K、5.1K-10K、10.1K-50K、50.1K-100K、100.1K-300Kが含まれる。

5.1K～10Kの温度領域は、多くの科学、工業、研究用途において非常に重要な意味を持っている。いくつかの材料や現象がこの温度領域で明確な特性を示すため、研究者や技術者にとって同様に焦点となっている。例えば、超伝導はこの領域で一般的になり、粒子加速器や磁気共鳴イメージング（MRI）装置などの応用に向けた高磁場超伝導マグネットの創出を可能にする。さらに、多くの半導体デバイスやセンサーがこの温度帯で最適に機能し、効率と精度が向上する。この温度範囲は、量子ビットや量子ビットが安定した動作条件を必要とする、新たな量子技術のニーズにも対応している。

逆に、10.1K～50Kの温度範囲は、制御された精密な冷却から恩恵を受ける多様なアプリケーションを包含している。科学研究から工業プロセスまで、この温度範囲は多くのニーズに対応している。材料科学では、10.1K-50Kの温度範囲は、物質の新しい状態の研究を可能にし、量子挙動と相転移に関する洞察を提供する。液化ガス製造や航空宇宙など、極低温冷却に大きく依存している産業では、効率的なオペレーションにこの温度範囲が不可欠であることが多い。

用途別内訳:

• スペース
• ヘルスケア
• 軍事・防衛
• その他
   

ヘルスケア市場が最大のシェアを占める

同レポートでは、用途別に市場を詳細に分類・分析している。これには、宇宙、ヘルスケア、軍事・防衛、その他が含まれる。同レポートによると、医療が最大のセグメントを占めている。

極低温アプリケーションは医療診断、治療、研究に革命をもたらし、医療を極低温ソリューション需要の主要な原動力にしている。最も顕著なアプリケーションの1つは磁気共鳴イメージング（MRI）システムにあり、そこでは超伝導マグネットを超低温に維持するための極低温冷却が重要である。これにより、正確なイメージングと診断が保証され、患者ケアと医学的見識が大幅に向上する。さらに、医療分野はバイオバンクと凍結保存のために極低温技術を利用しており、生物学的サンプル、組織、さらには臓器を極低温で保存し、将来の医療進歩のためにその生存能力を維持することを可能にしている。さらに、極低温技術は医学研究においても重要な役割を担っており、科学者たちが自然条件を模倣した温度で細胞構造、タンパク質相互作用、薬物相互作用を研究することを可能にしている。

地域別内訳:

• 北米
  • 米国
  • カナダ
• アジア太平洋
  • 中国
  • 日本
  • インド
  • 韓国
  • オーストラリア
  • インドネシア
  • その他
• ヨーロッパ
  • ドイツ
  • フランス
  • イギリス
  • イタリア
  • スペイン
  • ロシア
  • その他
• ラテンアメリカ
  • ブラジル
  • メキシコ
  • その他
• 中東・アフリカ

北米が明確な優位性を示し、クライオクーラー市場の最大シェアを占める

この市場調査報告書は、北米（米国、カナダ）、アジア太平洋（中国、日本、インド、韓国、オーストラリア、インドネシア、その他）、欧州（ドイツ、フランス、英国、イタリア、スペイン、ロシア、その他）、中南米（ブラジル、メキシコ、その他）、中東・アフリカを含むすべての主要地域市場についても包括的な分析を行っている。報告書によると、北米が最大の市場シェアを占めている。

北米には、極低温技術の進歩に積極的に貢献する有名な研究機関、大学、テクノロジー企業が集中している。このことが技術革新を促進し、各産業における最先端の極低温ソリューションの創出を容易にしている。さらに、北米の盛んな航空宇宙・防衛部門は、クライオクーラーの需要に大きく貢献している。この地域には数多くの宇宙機関、航空宇宙企業、防衛請負業者があり、宇宙ベースの機器、衛星システム、赤外線検出器や熱画像などの防衛用途に極低温技術を必要としている。さらに、北米の強力な産業基盤と技術進歩への重点が、製造工程、材料試験、半導体製造における極低温装置の採用を支えている。

競争環境:

クライオクーラーメーカーは、製品の効率、信頼性、性能を高めるため、研究開発に多額の投資を行っている。低温、高冷却能力、エネルギー効率の向上を実現する革新的なクライオクーリング・ソリューションを開発するため、新しい材料、設計、製造技術を模索している。さらに各社は、特定の顧客ニーズや新たな用途に対応するため、クライオクーラーの新しいモデルや構成を継続的に革新・導入している。各社は、医療機器から宇宙機器まで、さまざまなシステムに統合できる小型・軽量で信頼性の高いクライオクーラーを設計している。大手企業は、ヘルスケア、航空宇宙、研究、工業プロセスなどの産業にわたる幅広い用途に対応するため、製品ポートフォリオを拡大している。これには、超伝導アプリケーション、量子コンピューティング、衛星技術など、特定のユースケースに最適化されたクライオクーラーの開発も含まれる。

本レポートでは、市場の競争環境について包括的な分析を行っている。主要企業の詳細なプロフィールも掲載している。市場の主要企業には以下のようなものがある：

• Advanced Research Systems Inc.
• Air Liquide S.A.
• AMETEK Inc.
• Brooks Automation Inc.
• Chart Industries Inc.
• Cryomech Inc.
• Honeywell International Inc.
• Lake Shore Cryotronics Inc.
• Northrop Grumman Corporation
• RICOR Cryogenic & Vacuum Systems
• Sumitomo Heavy Industries Ltd.
• Superconductor Technologies Inc.
• Thales Group.

最近の動向:

• 2022年11月、住友重機械工業株式会社は、全体的な効率と冷却性能を300％向上させた新型の最高容量77Kクライオクーラーを発売する。
• 2022年3月、クライオメック社は新しいPt310パルスチューブ冷凍機を発表する。これは3ケルビン（K）で最適なヒートリフト性能を発揮し、ドライ希釈冷凍機がミリケルビン・レベルまで温度を下げることを可能にする。
• 2021年12月、タレス・グループはエアバス・ディフェンス・アンド・スペース社と、TRISHNA（高解像度天然資源評価用赤外線画像衛星）衛星専用のクライオクーラー2台の納入契約を締結した。TRISHNAは解像度とリフレッシュレートに関して画期的な技術を使用する。

ステークホルダーにとっての主なメリット:

• IMARCの業界レポートでは、2018年から2032年にかけての様々な市場セグメント、過去と現在の市場動向、市場予測、クライオクーラー市場のダイナミクスを包括的に定量分析している。
• この調査レポートは、世界のクライオクーラー市場における市場促進要因、課題、機会に関する最新情報を提供している。
• 本調査では、主要な地域市場と急成長している地域市場をマッピングしている。さらに、各地域内の主要な国レベルの市場を関係者が特定できるようになっている。
• ポーターの5つの力分析は、利害関係者が新規参入の影響、競争上のライバル関係、供給者の力、買い手の力、代替の脅威を評価するのに役立つ。関係者がクライオクーラー業界内の競争レベルとその魅力を分析するのに役立つ。
• 競争環境は、ステークホルダーが競争環境を理解することを可能にし、市場における主要企業の現在のポジションについての洞察を提供する。