为研究工质R22在普通家用空调器中的替代问题，同时也为提升普通家用空调器的能效等级，设计了一种带闪发器的单机二级滚动活塞压缩机热泵系统。基于环保工质R410A，在普通二级压缩基础上，使用了单机二级滚动活塞压缩机，将冷凝后节流的液体通过闪发器分离，分离出的气体与低级压缩排出的气体混合后再进入高级压缩，从而降低排气温度，减小压力差。研究将采用理论分析与实验验证结合的方法，对该系统进行详细研究。引入闪发器和单机二级滚动活塞压缩机的热泵运行机组发生变化，不同于普通的二级压缩系统，带闪发器的单机二级滚动活塞压缩机热泵系统有独特的运行特征。研究通过热力学理论对整个系统建立数学模型，以求在该系统中找出操作参数及几何参数变化对系统性能等因素的影响规律；以及针对机组最佳性能来设计单机二级滚动活塞式压缩机容积比、闪发器、补气管路结构；通过优化部件和系统，使得带闪发器的单机二级滚动活塞压缩机热泵系统的能效比和制冷制热能力，包括低温制热能力得到提高。在此基础上研制出样机，进行实验验证。经过理论和试验验证，探讨了循环机理，比较研究了不同型式的二级压缩循环，找出了家用热泵型空调最适宜的型式，以及特定工况下，最大能效比对应的压缩机高、低压级容积比；特定工况和容积比下对应的最佳中间温度；结合实验数据模拟出单机二级滚动活塞压缩机的指示效率计算公式；改进了闪发器结构；设计了中间补气管路，指出管内径对补气效果的影响；找出了某一特定高、低压级容积比的压缩机应用于循环，探讨了制冷、制热和超低温制热三种情况下，蒸发温度、冷凝温度、中间压力对循环性能的影响。结果表明，单机二级滚动活塞压缩机热泵系统，可以提升能效比和制冷/热能力，降低排气温度。