1992年，挪威科學(xué)家Lorentzen首次提出了CO2跨臨界循環(huán)理論，經(jīng)過20年的發(fā)展，在汽車空調(diào)、冷凍冷藏、住宅熱水及供熱領(lǐng)域，CO2跨臨界循環(huán)的應(yīng)用正受到越來越廣泛的重視。CO,2作為制冷劑曾有過重要貢獻，1850年，美國人提出了在蒸汽壓縮系統(tǒng)中使用CO2作為制冷劑;1869年左右，第一個CO2系統(tǒng)制造成功;1886年以后，CO2系統(tǒng)被廣泛使用，直到鹵代烴類制冷劑的出現(xiàn)，CO2逐漸被鹵代烴類制冷機取代。1974年，兩名美國科學(xué)家發(fā)表了他們著名的臭氧消耗假設(shè)，他們聲稱，含氯鹵代烴會破壞臭氧層，廣泛使用的這些鹵代烴可能會導(dǎo)致人類的環(huán)境問題，隨著鹵代烴類制冷劑的替代，越來越多的人重新關(guān)注使用天然物質(zhì)，如CO2 NH3等天然制冷劑，利用CO2作為制冷劑，可在許多應(yīng)用中提供一個安全的、經(jīng)濟的和成本低且有效的“自然”解決方案。CO2作為低溫制冷循環(huán)工質(zhì)有很多優(yōu)勢，如設(shè)備和管路尺寸較小、換熱效率高和沒有腐蝕等，即使處在低溫下，CO2度也非常小，用于低溫制冷循環(huán)系統(tǒng)有著很好的發(fā)展前景。
由于CO2的臨界溫度(31. 1℃)低于通常空調(diào)和熱泵系統(tǒng)中的排氣溫度，目前空調(diào)、熱泵熱水器等設(shè)備若采用CO2作為制冷劑，基本上都采用跨臨界制冷循環(huán)方式。循環(huán)的放熱過程發(fā)生在臨界壓力以上，而吸熱過程在臨界壓力以下。因此跨臨界循環(huán)最顯著的特點是:冷凝過程在氣體冷卻器的冷卻中，取代常規(guī)亞臨界循環(huán)的冷凝器，避免由于熱源溫度過高導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。在跨臨界區(qū)域的散熱壓力是獨立的，且研究表明存在一個最佳的散熱(冷卻)壓力，即有一個最大的COP。對于跨臨界CO2系統(tǒng)進行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化和控制，就能得到最佳高壓壓力的相關(guān)參數(shù)。
CO2跨臨界循環(huán)仍屬于蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，熱力計算與常規(guī)亞臨界循環(huán)完全相同，圖3-15表示基本單級CO2跨臨界循環(huán)原理及壓焓圖。
