在世界大多数家庭的能量需求中，约有1/4~1/3来源于对热水的需求。日本在过去30年中，家庭对热水的需求量逐年上升,,，到1999年家用热水耗能已占家庭总耗能34%[2]。因为在日{zg}温度低于0℃的寒冷地区，传统空气源热泵制热量和效率随环境温度的降低下降很快，热泵使用受到限制，主要应用燃油和电热热水器。由于二氧化碳热泵热水器的低温性能良好，因此开发二氧化碳热泵热水器市场前景广阔，意义重大。
日本家用二氧化碳热泵热水器的研究开发现状，在日本，二氧化碳热泵热水器以其良好的节能生态性能赢得了“EcoCute（生态精灵）”的称号。从2001年投放市场以来，销售量稳步上升,。由于它价格较贵（超过5000美元），从2002年10月开始采用政府补贴的办法促进销售。2003年日本二氧化碳热泵热水器的产销量为7万套，预计到2010年将达到近50万套，市场发展十分迅速。根据制热量、水箱容量和地区适应性的不同，现今日本市场上有16种不同类型的二氧化碳热泵热水器。
日本电力工业中央研究院（CRIEPI）与东京电力公司（TEPCO）及DENSO公司的M.Saikawa，K.Hashimoto，K.Kusakari等人[4]合作于1998年9月开始进行二氧化碳热泵热水器的基础理论研究，通过对其进行的性能计算及相应的循环特性理论分析，得出二氧化碳热泵热水器的性能高于传统工质热磁的结论。1999年，M.Saikawa，K.Hashimoto，K.Kusakari等人建起了二氧化碳热泵热水器（8035100cm）原型机实验台。原型机的额定供热功率为4.5kW，所用压缩机为直流变频电动机驱动的半封闭涡旋压缩机，所用的膨胀阀由针阀和步进电机组成，可以将膨胀阀由关闭到xx打开分为400级，便于对膨胀阀开度的控制。在对原型机的性能测试中分别测了膨胀阀开度对系统性能的影响和膨胀阀开度对气体器温度随供热量的变化轮廓的影响。空气热源的温度选取东京冬季23点到7点的平均温度值，这8个小时为用电低峰期，自来水温度8.3℃，热水温度65℃，结果表明：随膨胀阀开度的增大（80~160级）,，压缩机出口压力下降，供热量下降，输入电功率下降，COP逐渐上升，膨胀阀开度增大到110级后趋于常数，约为2.7。膨胀阀的开度分别调为（90、110、149）级以进行对比，气体器中二氧化碳出口处与水入口处的温差由小变大，二氧化碳随供热量变化的温度曲线拐点处温度与水的温度差由大变小,，因为此时压缩机出口处的压力由高变低。2000年，他们又对原型机进行了改进，并在DENSO人工环境实验室按照东说冬季工况进行了测试。改进型二氧化碳热泵热水器：热泵单元（813164cm），热水箱单元（9540130cm,，200litters）。测试参数如下：空气热源温度3.3℃，自来水温度7.2℃，热水温度88.1℃，水流率0.783L/min，二氧化碳压缩机的出口压力11.6MPa，入口压力2.9MPa，二氧化碳质流率56.7kg/h，供热功率4.44kW，压缩机所耗电功率1.59kW，则COP为2.79