熱膨脹是指與外界沒有熱量交換，但氣體對外界做功，氣體膨脹。根據熱力學第一定律，可證明這是等焓過程，在這個過程中氣體體積增大，壓強降低，因而溫度降低。所以絕熱膨脹經常用於降低氣體的溫度，起到冷凍的效應。

絕熱膨脹法是德國科學家林德等人在征服“永久氣體”的過程中研究發現的。壓縮—絕熱膨脹法的過程是先向容器裡裝入氣體，施加高壓，透過外界做功，使氣體體積變小，氣體分子運動加快（增加分子的平均動能），溫度升高，接著透過冷卻劑的蒸發吸熱，帶走熱量。

把受壓氣體冷卻到原來的溫度。然後斷絕容器（系統）與外界的熱交換，讓受壓的氣體透過狹窄的口子急劇膨脹，對外做功，由於從外界吸收的熱量為零，因此只能減少自身的內能，從而達到降溫的目的。

擴充套件資料

甲烷尾氣的膨脹製冷有兩種方式：節流膨脹（即節流閥）和膨脹機膨脹。在國內一些早期的乙烯裂解裝置中，尾氣膨脹基本採用節流閥進行，節流膨脹接近於等焓膨脹，其膨脹過程不能用來做功，且因能量損失較大故膨脹後的氣流溫度降低不太多，製冷效果不佳。

採用透平膨脹機進行膨脹製冷則接近於等熵膨脹，由於絕熱等熵膨脹可以對外做功，並且使膨脹後的氣流溫度達到最大程度的降低，因此絕熱等熵膨脹是獲得低溫最有效的膨脹過程，能取得較好的製冷效果，同時大大減小了乙烯壓縮機的負荷，降低了乙烯裝置能耗。

由此可見採用透平膨脹機一方面可使介質的溫度顯著降低，另一方面還能利用膨脹機做功驅動壓縮機，從而達到能量回收，綜合利用的目的。