二氧化碳对环境友好，是第四代制冷剂中重要的一员。但受其临界温度的限制，无法在一些制冷装置，如汽车空调器或家用热水器中采用常规的蒸气压缩式循环。为此，开发了CO₂，跨临界循环。循环如图2-29所示，1一2为等熵压缩过程，2一3为等压冷却过程，3一4为绝热节流过程，4一1为吸热过程。
CO₂跨临界循环的等压冷却过程只冷却高温气体，因p此热交换器称为气体换热器。从p-h图可知，将不同压力的高温排气冷却到同一温度时（t3），提高压力可增加制冷量。排气压力从p2提高到p2a，比焓的增量△h=h₄一h₄a
。
理论上，排气压力越高，△h越大。但从t=t3的等温线可知，压力达到一定值后，继续提高，△h增加很小，却因压力过高引起一系列问题，因而排气压力应适当。
对于CO₂跨越临界循环的应用，起初集中在两类装置（与超临界排热相适应）：一类是汽车空调，因为传统汽车空调的R12排放量占到制冷装置CFCs总排放量的60%。
另一类是热泵式水加热器HPWH（Heat Pump Water Heater），因为这类应用占到全球加热需求量的很大一部分。以后又产生了其它可能的应用。
