冷头直冷设备是基于冷头技术的非真空产品，属于一个单独的产品类别。就直冷设备而言，冷头利用可多次热力膨胀循环的高压氦气膨胀进行制冷，代替液态制冷剂（如液氮或液氦）作为制冷源，可将温度降至120开尔文（零下153摄氏度）以下。客户可以购买单个的冷头，也可以购买冷头加上一套小型系统（例如低温恒温器）作为直冷设备。在实践中，冷头直冷设备市场上销售的绝大部分产品是单个的冷头。
冷头直冷设备的应用包括：医疗—在核磁共振成像（MRI）系统中冷却超导磁体、冷冻外科手术及氧气液化以便在医院中存储；能源—在电能存储使用高峰时对高温超导磁体进行冷却；商业—用于移动电话基站的高温超导体、用于无损检测和过程监控的红外传感器。根据新思界产业研究中心公布的
《2019-2024年冷头直冷设备行业市场深度调研及投资前景预测分析报告》显示：核磁共振扫描仪是冷头直冷设备的最大应用领域——全球市场总规模估计约为1.5亿美元。核磁共振扫描仪的主要生产商包括通用电气（GE）、飞利浦（Philips）、西门子（Siemens）、东芝（Toshiba）及日立（Hitachi）。能源领域：在电能存储使用高峰时对高温超导磁体（HTS）进行冷却。这是一个新兴市场，目前的市场需求有限。商业领域：用于移动电话基站的高温超导体、用于无损检测和过程监控的红外传感器。
全球冷头直冷设备主要公司有住友重机械低温集团、芬兰BlueFors公司、牛津制冷系统有限公司（Oxford Cryo）、克拉美科有限公司（Cryomech）、中船重工鹏力（南京）超低温技术有限公司。住友重机械低温集团是全球最大的冷头直冷设备生产企业，占全球市场份额的49.3%，该公司在美国、日本建有生产基地是MRI设备冷头主要供应商，产品广泛应用在GE、菲利普、西门子等MRI设备中。
冷头直冷设备具有较高的资金、技术壁垒，需要耗费大量人力、物力，长期以来中国市场冷头直冷设备市场以外资品牌为主，2018年中国冷头直冷设备共销售1372套，销售额为3.07亿元，住友重机械低温集团、芬兰Bluefors公司、克拉美科公司等在中国市场依然保持较高的市场占有率。
国内从事冷头直冷设备的主要企业有中船重工鹏力（南京）超低温技术有限公司和安徽万瑞冷电科技有限公司（Vacree），其中中船重工鹏力（南京）超低温技术有限公司是国内首家在全球拥有GM制冷机自主知识产权并实现产业化的企业。近年来随着国内冷头直冷技术的突破，国产冷头直冷设备市场渗透率不断提升，其中中船重工鹏力（南京）超低温技术有限公司研制的10K GM低温制冷机系列已经出口至亚洲、欧美等地区，在国际市场影响力不断增强。新思界
产业研究员认为，随着联影、开普医疗、东软医疗、奥泰医疗等国产MRI设备的崛起，国内冷头直冷设备也将迎来高速发展期，预计2024年国内冷头直冷设备市场规模将达到6.7亿元。
