开发低造价大温差高效热泵，可以降低建筑能耗，将有助于我国建设和谐社会，保持经济可持续发展。 自复叠循环可以在大温差下运行。但是，对于热泵热水器而言，其冷凝温度一直在变化，循环的运行工况不断变化。因此，自复叠循环在热泵中的运用还有很多的问题有待解决和完善。 本文通过自复叠循环和传统制冷循环的比较，阐述了自复叠循环的机理。将二元混合工质温度-组成图用于自复叠循环的分析，深入阐明了自复叠过程的原理和意义。同时提出自复叠循环中单靠增加混合工质的相对挥发度无法提高循环的运行性能。 压缩制冷循环中节流装置对循环有着很大的影响，本文从传统的制冷循环入手，分析了毛细管热泵和节流阀热泵中节流装置的作用原理。通过实验对毛细管热泵模型进行了验证，得出了节流装置对制冷循环调节的基本规律。在此基础上，分析了自复叠循环中两个节流阀对循环的调节机理。 自复叠循环包含了传质和传热过程。由于在循环过程中伴随着两相流的出现，使得系统高度非线性，这给系统模型的建立带来了很大的困难。本文对系统做了部分假定和简化，深入分析了非线性过程。应用Refprop7.0物性参数计算软件计算工质的物性参数，建立起二元混合工质-级分凝自复叠循环的稳态仿真模型，进行了自复叠循环的稳态仿真计算。 搭建了自复叠热泵自动控制采集实验台，进行二元非共沸混合工质自复叠热泵实验，制得了比普通热泵高出30-40℃的热水，并获得了大量的实验数据。通过温度-组成图分析了自复叠热泵的影响因素。结果表明二元非共沸混合工质自复叠热泵循环中若没有精馏装置，工质在气液分离器中的分离浓度差受到限制，使得系统CDP偏低。从理论上证明了在气液分离器中增加分凝装置可以提高自复叠循环的性能。另外，自复叠循环中压缩机的吸气过热度较大，造成压缩机的质量流量偏低，牺牲了压缩机的容量。